如何改善石英晶体器件的抗焊裂性缺陷,KDS有妙招

石英晶体器件的使用过程中焊接是必不可少的一步,但是偏偏焊接时很容易会出现问题,往往也会对晶振的性能发挥造成巨大影响;比如在多次冷却-加热循环过程之后,晶体器件和印刷电路板之间的连接处焊料会出现裂纹,像这种问题我们在焊接过程中是可以避免或者说对其抗焊裂进行改善的.

裂纹产生的原理是什么呢?陶瓷封装(以下称为封装)和构成晶体器件的印刷基板之间的热膨胀系数有所不同.当重复高温和低温时,热膨胀系数的这种差异会给焊料部分施加载荷,并导致破裂.在低温下,由于反复的高温和低温,认为在焊料的外周上产生的裂纹向焊料的内部发展.(图①)

关于端子配置的防止焊锡龟裂的对策”

我们将通过仿真验证哪种布置是形成在晶体器件上的端子布置的最佳条件.为了验证应力如何释放以及末端区域的影响,按以下三种模式进行了仿真.

第一种情况,对于常用四角,中对齐两脚以及对角两脚的产品

发现裂纹从最大应力位置(红色部分)传播到最小应力位置(蓝色部分).(图2)每个模式的结果如下.

正常的产品(4终端产品):裂纹从封装向所有4个端子的中心的角前进.

侧面2端子产品的对立面:裂纹从包装的角部向中央扩展.与四端子产品相比,裂纹可扩展的距离在物理上得到了延长,结果,由于裂纹导致的电气撕裂的寿命(以下称为焊接寿命)得以延长.

对角2端子产品:通过对角排列,最小应力点从端子长边的中心偏移.

裂纹可以传播的距离进一步延长,焊料寿命进一步延长.

没有凸起的情况下,低温时产生裂纹的区域和高温时失真变大的区域很近,所以容易发生裂纹.通过形成石英晶振脚位凸起,高温时裂纹前进的方向不是一条直线,可以抑制裂纹发生后的进展.如从上述结果中考察的那样,模拟表明,如果存在凸起,则在裂纹的前进方向上具有角度(θ),因此难以向内部进行.此外,还确认了高温时外周部的歪斜为负(收缩),发现端子部的凸起形成对焊锡寿命对策有效.如图3.

焊锡裂纹是由包装和印刷电路板不同的热膨胀系数引起的失真引起的.模拟结果表明,端子配置的效果是,端子对角配置的话,裂纹前进的方向会从长边侧中央部偏移,焊锡寿命会更长.另外,发生裂纹的情况下,失真膨胀时裂纹会扩大,形成凸起的情况下,焊锡外周部的歪斜在高温时变为负值,裂纹就很难进行了.此外,如果有凸起,则裂纹会向右下方移动.焊锡裂纹引起问题的机械断裂是由于包装和印刷电路板的剥离,导致无法确保电气连接,所以即使向下移动也不会有影响.通过在端子上形成凸起,可以得到这两种效果,是具有高耐热循环性能的产品.

KDS晶振改善抗焊裂性的技术方法非常巧妙,如上图;看得出来,这种方式简单粗暴,但是也非常有效,因此KDS对一些要求较高的产品进行了设计改造,那就是将较为加上一点凸起的地方,这些产品包括DSX320G,DSX320GE,DSX210GE;这些产品都是玻璃面封装的,都是该品牌旗下用于车载等产品上的代表性产品,保证抗焊裂性也是十分有必要的.