焊裂性缺陷是石英晶振產品普遍存在的,關鍵是要改善它.

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,當然,也受外在因素的影響,比如環境因素,再比如貼片安裝過程中各項操作達標與否等都是影響性能的關鍵性因素,比如焊接環節,是否會出現裂紋,出現裂紋的多少都會影響晶振最終所發揮的性能.

裂紋產生的原理是什么呢?陶瓷封裝(以下稱為封裝)和構成晶體器件的印刷基板之間的熱膨脹系數有所不同.當重復高溫和低溫時,熱膨脹系數的這種差異會給焊料部分施加載荷,并導致破裂.在低溫下,由于反復的高溫和低溫,認為在焊料的外周上產生的裂紋向焊料的內部發展.(圖①)

關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.為了驗證應力如何釋放以及末端區域的影響,按以下三種模式進行了仿真.

第一種情況,對于常用四角,中對齊兩腳以及對角兩腳的產品

發現裂紋從最大應力位置(紅色部分)傳播到最小應力位置(藍色部分).(圖2)每個模式的結果如下.

正常的產品(4終端產品):裂紋從封裝向所有4個端子的中心的角前進.

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

對角2端子產品:通過對角排列,最小應力點從端子長邊的中心偏移.

裂紋可以傳播的距離進一步延長,焊料壽命進一步延長.

沒有凸起的情況下,低溫時產生裂紋的區域和高溫時失真變大的區域很近,所以容易發生裂紋.通過形成貼片晶振腳位凸起,高溫時裂紋前進的方向不是一條直線,可以抑制裂紋發生后的進展.如從上述結果中考察的那樣,模擬表明,如果存在凸起,則在裂紋的前進方向上具有角度(θ),因此難以向內部進行.此外,還確認了高溫時外周部的歪斜為負(收縮),發現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引起的失真引起的.模擬結果表明,端子配置的效果是,端子對角配置的話,裂紋前進的方向會從長邊側中央部偏移,焊錫壽命會更長.另外,發生裂紋的情況下,失真膨脹時裂紋會擴大,形成凸起的情況下,焊錫外周部的歪斜在高溫時變為負值,裂紋就很難進行了.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械斷裂是由于包裝和印刷電路板的剝離,導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,是具有高耐熱循環性能的產品.

從本質上來看,晶振的焊裂性主要的產生原因無非就是兩點:這其一就是安裝人員操作不規范所導致的,其二則是晶振本身腳位的原因,無法實現更完美的焊接效果;想要從跟上改善這樣的情況的話,完善操作規范的同時也要改變晶振設計思路;對此,KDS晶振就提倡在設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品普遍存在的,關鍵是要改善它.