晶振在电子电路中扮演着至关重要的角色,其电路结构看似简单,一般在晶振的两个脚上各连接一个电容,然后直接与单片机相连。然而,当晶振出现不起振、不工作的情况时,排查起来也并非毫无头绪。
晶振的内部部件是石英晶片,这是一种易碎的材质。而且,晶振的频率越高,晶片就越薄,也就更加易碎。在石英晶片的两个对应面背银作为电极,通过电极焊接引线至管脚,再经过气密性封装外壳(内部为真空并充入氮气),这样就制成了石英晶体谐振器,简称石英晶振或晶振。
晶振注意事项
避免超声波清洁与远离振动源:音叉晶振由于采用小型、薄型的晶振芯片,且其频率与超音波清洁器相近,容易因共振而受到破坏,所以不建议使用超音波工艺清洁晶振。晶振内部对石英片进行了密封保护,冲击会影响到密封性,进而导致失效。因此,不要将机械性振动源(包括超声波振动源)安装到同一块基板上。若不得已要安装在同一块基板上,必须确保晶振能正常工作。虽然石英晶振从高度 75cm 处落到硬质木板上三次,按设计不会出现问题,但由于落下时的条件不同,仍有可能导致石英晶片破损。
正确焊接操作:焊接部位应局限于导脚离开玻璃纤部位 1.0mm 以上的部位,并且不要对外壳进行焊接。如果直接在外壳部位焊接,会使壳内真空浓度下降,导致晶振特性恶化以及晶振芯片破损。同时,如果利用高温或长时间对导脚部位进行加热,也会导致晶振特性恶化以及晶振破损。所以,要注意对导脚部位的加热温度控制在 300℃以下,加热时间控制在 5 秒以内(外壳的部位加热温度要控制在 150℃以下)。电烙铁的温度要适中,焊接速度要快,尽量避免反复焊接,以免对晶振造成内伤。在晶振使用过程中,若焊接后出现大批量不良现象,很大一部分原因是焊接温度过高或 / 及焊接时间过长,这会造成晶振的内部电极焊点不同程度破坏,严重时导致焊点脱落,直接引发晶振停振。常见的焊接方式有手工焊接、波峰焊及回流焊,建议严格控制焊接温度和焊接持续时间。喷锡锡炉温度控制在 245℃ - 260℃;过波峰温度控制在 250℃左右;过回流温度 245℃~255℃,时间控制在 5 秒之内。
禁止强制拔出引脚:在修改弯曲的引线脚,以及取出圆柱晶振等情况下,不能强制拔出引脚。因为强制拔出引脚会引起玻璃破裂,导致壳内真空浓度下降,有可能促使晶振特性恶化以及晶振芯片破损。
失效举例
晶片断裂:晶片的化学成分为二氧化硅,与玻璃相同,属于清脆易碎品。在承受较大冲撞、跌落、强震动(如超声波)、温度环境极速变化等外力作用时,有可能产生破裂、破碎等现象。晶片破裂是不可逆的物理现象,这种不良是稳定且永恒的,虽然可造成晶振不起振,但较易挑选。晶诺威晶振在出库前已通过全检淘汰该类晶振不良品。建议客户在晶振转运过程中,严格遵循 “跌落勿用” 原则,在运输过程中,应对产品加强包装防护,避免产品遭受过强冲击而损坏。
导电胶断裂:因断路导致晶振不起振或时振时不振,判定为导电胶品质 NG。晶诺威晶振采用进口稳定高品质胶,可避免该问题发生。
电阻值过大:电阻值过大会导致电流强度不足,无法驱动晶片正常振动。晶振存放时间过长,或内部空间不够洁净,小水滴或杂质容易附于晶片表面,会造成晶振工作不稳定或停止工作。例如,49U 密闭空间较其它封装更大,晶片长时间工作,更容易受到污染,发生频偏及电阻增大,造成稳定性不够。建议客户选取体积较小晶振,避免晶振长时间存储。选择晶诺威晶振,产品内部真空,已充氮气,可确保内部空间洁净。
产品电极面存在隐性污染:焊接工作台脏污会导致上线后出现电气参数变异。建议客户各工序下班前进行卫生清洁,清洁方式为使用无尘布蘸酒精对机台和工作台进行卫生清洁,值班长监督检查。
基座断裂:晶振基座破裂,晶振遭受破坏性物理外力,会导致内部晶片因拉伸或扭曲而断裂,造成晶振停振。建议客户在晶振贴片之前,增加对板子的预热动作,避免板子瞬间受热变形而造成对晶振基座破坏性的物理外力冲击。同时,在晶振运转中,包括仓库及产线,严格遵循 “跌落勿用” 原则,如出现跌落、踩压等情形,严禁使用。
焊接操作不规范:解剖发现,因焊接操作不规范造成晶片破损,会导致晶振停振。针对圆柱晶体停振问题,建议客户针对晶振导脚焊接工序时,焊接部位仅局限于导脚到玻璃纤部位 1.0mm 以上的部位,并且不要对外壳进行焊接。另外,假如利用高温或长时间对导脚部位进行加热,会导致晶振内部晶片镀银层破坏,电阻超差等问题。因此,要留意对导脚部位的加热温度控制在 300°C 以下,且加热时间控制在 5 秒以内(外壳的部位加热温度要掌握在 150°C 以下)。此外,焊接中严禁用力拉扯晶振导脚,以防破坏基座的玻璃纤部位,造成内部晶片碰壳受损。
