教你如何提高晶振的抗焊裂性能

作者： 揚(yáng)興晶振 日期：2021-09-27 瀏覽量：

  石英晶振器件用于各種車(chē)載電子設(shè)備，例如汽車(chē)音頻設(shè)備、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)、電動(dòng)車(chē)窗等。作為這些機(jī)載電子設(shè)備的環(huán)境測(cè)試，進(jìn)行了高溫和低溫之間的重復(fù)測(cè)試(熱循環(huán)測(cè)試)。

  尤其是在惡劣和影響生命的環(huán)境中使用的石英裝置，例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制和TPMS這需要非常嚴(yán)格的抗熱循環(huán)性。石英器件安裝在印刷電路上帶有焊料的電路板。

  車(chē)載石英晶振

  然而，熱循環(huán)的重復(fù)導(dǎo)致焊料中的裂紋問(wèn)題接合石英器件和印刷電路板。本文闡述了焊接裂紋產(chǎn)生的機(jī)理和防治措施。

  焊接裂紋產(chǎn)生的機(jī)理

  形成石英器件的陶瓷封裝之間的熱膨脹系數(shù)不同(下文稱(chēng)為“封裝”)和印刷電路板。當(dāng)熱循環(huán)重復(fù)時(shí)熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致負(fù)載作用在焊接部分上，并在那里產(chǎn)生裂紋。考慮到在低溫下在焊接部分的外部區(qū)域中出現(xiàn)的裂紋延伸到隨著熱循環(huán)重復(fù)焊接部分。

  在提供最佳條件的石英晶體振蕩器器件上形成的端子的配置通過(guò)模擬。為了驗(yàn)證允許應(yīng)力溢岀的方法以及對(duì)端子占用面積的影響，對(duì)以下三種模式進(jìn)行了模擬。

  模擬結(jié)果

  闡明裂紋從應(yīng)力最大的位置部分在紅色到應(yīng)力最小的位置藍(lán)色部分)。圖中用不同的方法獲得的結(jié)果。

  應(yīng)力和裂紋延伸方向

  普通產(chǎn)品帶四個(gè)端子的產(chǎn)品對(duì)于所有四個(gè)端子，一條裂縫從封裝角延伸至中心。兩側(cè)各有兩個(gè)端子的產(chǎn)品從包裝角向中心延伸出一條裂縫。與具有四個(gè)端子的產(chǎn)品相比，裂紋可以延伸的距離在物理上延長(zhǎng)，因此，直至由裂紋引起的電斷裂的壽命(以下稱(chēng)為“基于焊接的壽命”)變長(zhǎng)了。

  有兩個(gè)對(duì)角相對(duì)端子的產(chǎn)品將兩個(gè)端子設(shè)置成對(duì)角相對(duì)配置應(yīng)力最小的位置，從端子長(zhǎng)邊的中心偏移。這使得裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，焊料基壽命變得更長(zhǎng)。

  這些模擬的結(jié)果顯示，使用以下石英晶振產(chǎn)品時(shí)，基于焊料的壽命變得最長(zhǎng)兩個(gè)對(duì)角相對(duì)的端子。換句話說(shuō)，當(dāng)終端占用的面積相同時(shí)，配置兩個(gè)對(duì)角相對(duì)的端子中的一個(gè)可以說(shuō)是對(duì)抗裂紋的最佳條件?；诤附拥膲勖哂袃蓚€(gè)對(duì)角相對(duì)端子的產(chǎn)品具有兩個(gè)端子的產(chǎn)品。

基于凸點(diǎn)形成的焊接裂紋對(duì)策

  其次，改進(jìn)貼片晶振產(chǎn)品的有效性，在每個(gè)相對(duì)側(cè)上具有兩個(gè)端子，其中凸起是通過(guò)模擬驗(yàn)證了在端子上形成作為加厚焊料層的手段。每個(gè)終端都有兩個(gè)終端的產(chǎn)品

  下面是作用在焊接部分上的失真(失真在焊料厚度方向上膨脹或收縮)。

  注意:等高線圖是等高線之間的區(qū)域用顏色填充的等高線圖

  高溫和低溫下焊接部分外部區(qū)域的變形分布

  1)無(wú)凸起時(shí)，低溫裂紋產(chǎn)生的區(qū)域接近高溫畸變?cè)龃蟮膮^(qū)域;結(jié)果，裂紋容易擴(kuò)展。

  形成凸起可防止裂紋在高溫下沿直線延伸，并可限制裂紋發(fā)生后的延伸。

  2)從上文所述的結(jié)果來(lái)看，模擬顯示，當(dāng)提供凸起時(shí)，裂紋與延伸方向成角延伸，因此裂紋向內(nèi)部延伸。另外還闡明，高溫下外部區(qū)域的變形變?yōu)樨?fù)(收縮)，并且在端子部分處形成凸塊作為延長(zhǎng)基于焊料的壽命的措施是有效的。

  總結(jié)

  由于貼片晶振封裝和印刷電路板之間熱膨脹系數(shù)的差異引起的變形，產(chǎn)生焊料裂紋。上述模擬已經(jīng)從端子配置的效果方面闡明，對(duì)角相對(duì)端子的配置導(dǎo)致裂紋在從長(zhǎng)邊的中心部分偏移的方冋上延伸，并且焊料基壽命進(jìn)一步延長(zhǎng)。當(dāng)出現(xiàn)裂紋時(shí)，變形的膨脹導(dǎo)致裂紋膨脹和擴(kuò)展。然而，在形成凸塊的情況下，焊接部分的外部區(qū)域中的變形在高溫下變成負(fù)的，并且防止裂紋延伸。

  此外，凸起的存在導(dǎo)致裂縫在右下角方向延伸。與焊接裂紋相關(guān)的機(jī)械斷裂是由于封裝和印刷電路板之間的剝離而不能確保電連接。這不受底部裂紋可能延伸的影響。在端子上形成凸塊使得能夠獲得這兩種效果，這為產(chǎn)品提供了高的熱循環(huán)性能。

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