(1)背景

汽車音響系統(tǒng),汽車導(dǎo)航系統(tǒng),發(fā)動(dòng)機(jī)控制,TPMS(胎壓監(jiān)測系統(tǒng)),電動(dòng)車窗等晶體器件用于汽車電子.高溫至低溫重復(fù)測試(冷進(jìn)行熱循環(huán)測試.特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)控制,TPMS等惡劣環(huán)境中用于的晶體器件經(jīng)受非常嚴(yán)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(fù)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(jī)理及其對策,我們還將介紹SMD型陶瓷封裝產(chǎn)品.業(yè)內(nèi)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(chǎn)生機(jī)理

構(gòu)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(shí),熱膨脹系數(shù)的這種差異會導(dǎo)致晶振焊料上的負(fù)荷并導(dǎo)致裂縫.在低溫下,它發(fā)生在焊料周邊據(jù)信,由于重復(fù)的高溫和低溫,裂縫進(jìn)入焊料內(nèi)部.(圖1

圖1：應(yīng)變的產(chǎn)生

(3)關(guān)于端子排列的“焊接裂紋的量度”關(guān)于在石英晶體器件上形成的端子布局,我們將通過仿真驗(yàn)證哪種布局是最佳條件.對以下三種模式進(jìn)行了模擬,以驗(yàn)證應(yīng)力消散的方式并驗(yàn)證終端區(qū)域的影響.

模擬結(jié)果：

圖2：應(yīng)力和裂紋的進(jìn)展方向

發(fā)現(xiàn)裂紋從應(yīng)力最大點(diǎn)(紅色部分)進(jìn)展到應(yīng)力最小點(diǎn)(藍(lán)色部分).(圖2)轉(zhuǎn)彎的結(jié)果如下.

常規(guī)貼片晶振(4個(gè)焊接腳)···4從包裝角到包裝中心的裂縫.

對面的2個(gè)焊接腳貼片晶振···裂紋從包角向中心前進(jìn).與終端產(chǎn)品相比,裂縫可以行進(jìn)的距離在物理上延伸,結(jié)果,可能由于裂縫而達(dá)到電斷裂.壽命(以下簡稱焊接壽命)將延長.

對角2個(gè)焊接腳貼片晶振···對角線布置使應(yīng)力最小點(diǎn)從端子的長邊中心偏移.裂縫可以行進(jìn)的距離進(jìn)一步延長,焊料壽命進(jìn)一步延長.

作為這些模擬的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)對角2端子產(chǎn)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(guān)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(yàn)證了在端子上形成有凸起的雙面產(chǎn)品的效果.

模擬結(jié)果：

示出了施加到焊料的應(yīng)變分布圖(在焊料的厚度方向上膨脹和收縮的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)行的方向不會成為直線,并且可以抑制裂紋發(fā)生后的進(jìn)展它被認(rèn)為不是.

2.正如上面1中的結(jié)果所討論的,如果有一個(gè)凸起,它在裂紋擴(kuò)展方向上有一個(gè)角度(θ),因此很難進(jìn)入內(nèi)部結(jié)果證明了這一點(diǎn).另外,還確認(rèn)了外周部分的變形在高溫下變?yōu)樨?fù)(收縮),并且SMD晶振焊腳部分的凸起形成是事實(shí)證明,這對于長壽措施是有效的.

(5)總結(jié)

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(dāng)端子對角布置時(shí),裂縫前進(jìn)的方向從長邊的中心部分偏移,從而進(jìn)一步延長焊料壽命.

另外,如果發(fā)生裂縫,則當(dāng)應(yīng)變膨脹時(shí)裂縫擴(kuò)展并且進(jìn)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(fù)的,使得裂縫難以進(jìn)行.

另外,如果有凹凸,裂縫將進(jìn)入右下方.成為焊料裂縫問題的機(jī)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(gè)方向前進(jìn)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(shí)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(chǎn)品具有先進(jìn)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(shè)備優(yōu)先選用的優(yōu)勢.