焊裂性缺陷是石英晶振產(chǎn)品普遍存在的,關(guān)鍵是要改善它.

石英晶振在使用過程中的性能受很多因素的影響;根本的決定性因素還是石英晶振的性能如何,當(dāng)然,也受外在因素的影響,比如環(huán)境因素,再比如貼片安裝過程中各項操作達(dá)標(biāo)與否等都是影響性能的關(guān)鍵性因素,比如焊接環(huán)節(jié),是否會出現(xiàn)裂紋,出現(xiàn)裂紋的多少都會影響晶振最終所發(fā)揮的性能.

裂紋產(chǎn)生的原理是什么呢?陶瓷封裝(以下稱為封裝)和構(gòu)成晶體器件的印刷基板之間的熱膨脹系數(shù)有所不同.當(dāng)重復(fù)高溫和低溫時,熱膨脹系數(shù)的這種差異會給焊料部分施加載荷,并導(dǎo)致破裂.在低溫下,由于反復(fù)的高溫和低溫,認(rèn)為在焊料的外周上產(chǎn)生的裂紋向焊料的內(nèi)部發(fā)展.(圖①)

關(guān)于端子配置的防止焊錫龜裂的對策”

我們將通過仿真驗證哪種布置是形成在晶體器件上的端子布置的最佳條件.為了驗證應(yīng)力如何釋放以及末端區(qū)域的影響,按以下三種模式進(jìn)行了仿真.

第一種情況,對于常用四角,中對齊兩腳以及對角兩腳的產(chǎn)品

發(fā)現(xiàn)裂紋從最大應(yīng)力位置(紅色部分)傳播到最小應(yīng)力位置(藍(lán)色部分).(圖2)每個模式的結(jié)果如下.

正常的產(chǎn)品(4終端產(chǎn)品):裂紋從封裝向所有4個端子的中心的角前進(jìn).

側(cè)面2端子產(chǎn)品的對立面:裂紋從包裝的角部向中央擴(kuò)展.與四端子產(chǎn)品相比,裂紋可擴(kuò)展的距離在物理上得到了延長,結(jié)果,由于裂紋導(dǎo)致的電氣撕裂的壽命(以下稱為焊接壽命)得以延長.

對角2端子產(chǎn)品:通過對角排列,最小應(yīng)力點從端子長邊的中心偏移.

裂紋可以傳播的距離進(jìn)一步延長,焊料壽命進(jìn)一步延長.

沒有凸起的情況下,低溫時產(chǎn)生裂紋的區(qū)域和高溫時失真變大的區(qū)域很近,所以容易發(fā)生裂紋.通過形成貼片晶振腳位凸起,高溫時裂紋前進(jìn)的方向不是一條直線,可以抑制裂紋發(fā)生后的進(jìn)展.如從上述結(jié)果中考察的那樣,模擬表明,如果存在凸起,則在裂紋的前進(jìn)方向上具有角度(θ),因此難以向內(nèi)部進(jìn)行.此外,還確認(rèn)了高溫時外周部的歪斜為負(fù)(收縮),發(fā)現(xiàn)端子部的凸起形成對焊錫壽命對策有效.

焊錫裂紋是由包裝和印刷電路板不同的熱膨脹系數(shù)引起的失真引起的.模擬結(jié)果表明,端子配置的效果是,端子對角配置的話,裂紋前進(jìn)的方向會從長邊側(cè)中央部偏移,焊錫壽命會更長.另外,發(fā)生裂紋的情況下,失真膨脹時裂紋會擴(kuò)大,形成凸起的情況下,焊錫外周部的歪斜在高溫時變?yōu)樨?fù)值,裂紋就很難進(jìn)行了.此外,如果有凸起,則裂紋會向右下方移動.焊錫裂紋引起問題的機(jī)械斷裂是由于包裝和印刷電路板的剝離,導(dǎo)致無法確保電氣連接,所以即使向下移動也不會有影響.通過在端子上形成凸起,可以得到這兩種效果,是具有高耐熱循環(huán)性能的產(chǎn)品.

從本質(zhì)上來看,晶振的焊裂性主要的產(chǎn)生原因無非就是兩點:這其一就是安裝人員操作不規(guī)范所導(dǎo)致的,其二則是晶振本身腳位的原因,無法實現(xiàn)更完美的焊接效果;想要從跟上改善這樣的情況的話,完善操作規(guī)范的同時也要改變晶振設(shè)計思路;對此,KDS晶振就提倡在設(shè)計晶振的時候使其腳位能夠凸起,這樣或許會更易焊接,事實證明這也是非常有效的.

焊裂性缺陷是石英晶振產(chǎn)品普遍存在的,關(guān)鍵是要改善它.