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億金電子工程師講解石英晶體焊接裂紋發(fā)生的機理及其對策
(1)背景
汽車音響系統(tǒng),汽車導航系統(tǒng),發(fā)動機控制,TPMS(胎壓監(jiān)測系統(tǒng)),電動車窗等晶體器件用于汽車電子.高溫至低溫重復測試(冷進行熱循環(huán)測試.特別是在發(fā)動機控制,TPMS等惡劣環(huán)境中用于的晶體器件經受非常嚴格的耐熱循環(huán)性條件.用石英貼片晶振器件焊接印刷電路板雖然安裝,但是存在這樣的問題：通過多次重復熱循環(huán),在連接晶體器件和印刷電路板的焊料中出現(xiàn)裂縫.
在本文中, 億金電子工程師講解石英晶體焊接裂紋發(fā)生的機理及其對策,我們還將介紹SMD型陶瓷封裝產品.業(yè)內率先推出一款解決這一問題的大型真空晶體器件.
(2)焊料裂紋的產生機理
構成晶體器件和印刷電路板的陶瓷封裝(以下稱為封裝)具有熱膨脹系數(shù)的差異.高溫到低溫返回時,熱膨脹系數(shù)的這種差異會導致晶振焊料上的負荷并導致裂縫.在低溫下,它發(fā)生在焊料周邊據(jù)信,由于重復的高溫和低溫,裂縫進入焊料內部.(圖1
圖1：應變的產生
(3)關于端子排列的“焊接裂紋的量度”關于在石英晶體器件上形成的端子布局,我們將通過仿真驗證哪種布局是最佳條件.對以下三種模式進行了模擬,以驗證應力消散的方式并驗證終端區(qū)域的影響.
模擬結果：
圖2：應力和裂紋的進展方向
發(fā)現(xiàn)裂紋從應力最大點(紅色部分)進展到應力最小點(藍色部分).(圖2)轉彎的結果如下.
常規(guī)貼片晶振(4個焊接腳)···4從包裝角到包裝中心的裂縫.
對面的2個焊接腳貼片晶振···裂紋從包角向中心前進.與終端產品相比,裂縫可以行進的距離在物理上延伸,結果,可能由于裂縫而達到電斷裂.壽命(以下簡稱焊接壽命)將延長.
對角2個焊接腳貼片晶振···對角線布置使應力最小點從端子的長邊中心偏移.裂縫可以行進的距離進一步延長,焊料壽命進一步延長.
作為這些模擬的結果,發(fā)現(xiàn)對角2端子產品的焊料壽命最長.也就是說,如果終端區(qū)域相同,對角線端子排列可以說是防止焊接裂紋的最佳條件.
焊錫壽命：對角線2腳貼片晶振>對面2腳貼片晶振>>4腳貼片晶振
(4)關于凸塊形成的“焊接裂紋對策”接下來,作為使焊料層更厚的手段,通過模擬驗證了在端子上形成有凸起的雙面產品的效果.
模擬結果：
示出了施加到焊料的應變分布圖(在焊料的厚度方向上膨脹和收縮的應變).(圖3)
：焊接外部在高溫和低溫下的輪廓如下所示
*注)等高線圖是輪廓線之間的空間被著色的圖
圖3：焊料周邊高溫和低溫下的應變分布
1.如果沒有凸起,則在低溫下發(fā)生裂紋的區(qū)域接近于在高溫下應變增加的區(qū)域,因此裂紋趨于發(fā)展.是的.通過形成凸起,裂紋在高溫下進行的方向不會成為直線,并且可以抑制裂紋發(fā)生后的進展它被認為不是.
2.正如上面1中的結果所討論的,如果有一個凸起,它在裂紋擴展方向上有一個角度(θ),因此很難進入內部結果證明了這一點.另外,還確認了外周部分的變形在高溫下變?yōu)樨?/span>(收縮),并且SMD晶振焊腳部分的凸起形成是事實證明,這對于長壽措施是有效的.
(5)總結
焊料裂縫是由于封裝和印刷電路板的不同熱膨脹系數(shù)引起的變形引起的.由于模擬,由終端安排作為效果,當端子對角布置時,裂縫前進的方向從長邊的中心部分偏移,從而進一步延長焊料壽命.
另外,如果發(fā)生裂縫,則當應變膨脹時裂縫擴展并且進展,但是如果形成凸起,則石英晶體諧振器在高溫下外周的變形是負的,使得裂縫難以進行.
另外,如果有凹凸,裂縫將進入右下方.成為焊料裂縫問題的機械斷裂是封裝和印刷電路板的剝離使得不可能確保電連接.朝這個方向前進沒有任何效果.通過在端子上形成凸塊,可以獲得這兩種效果,以實現(xiàn)更高的耐熱和耐熱循環(huán)性能.
如上所述,通過對角地布置端子并形成凸塊,可以防止焊料裂縫.在KDS晶振公司,這是產品具有先進的防腐措施,以及3225貼片晶振封裝和2016貼片晶振封裝作為汽車設備優(yōu)先選用的優(yōu)勢.
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