如何提高晶振的抗焊裂性能?

石英晶振器件用于各种车载电子设备，例如汽车音频设备、汽车导航系统、胎压监测系统(TPMS)、电动车窗等。作为这些机载电子设备的环境测试，进行了高温和低温之间的重复测试(热循环测试)。

尤其是在恶劣和影响生命的环境中使用的石英装置，例如发动机控制和TPMS这需要非常严格的抗热循环性。石英器件安装在印刷电路上带有焊料的电路板。

车载石英晶振

然而，热循环的重复导致焊料中的裂纹问题接合石英器件和印刷电路板。本文阐述了焊接裂纹产生的机理和防治措施。

焊接裂纹产生的机理

形成石英器件的陶瓷封装之间的热膨胀系数不同(下文称为“封装”)和印刷电路板。当热循环重复时热膨胀系数导致负载作用在焊接部分上，并在那里产生裂纹。考虑到在低温下在焊接部分的外部区域中出现的裂纹延伸到随着热循环重复焊接部分。

在提供最佳条件的石英晶体振荡器器件上形成的端子的配置通过模拟。为了验证允许应力溢岀的方法以及对端子占用面积的影响，对以下三种模式进行了模拟。

模拟结果

阐明裂纹从应力最大的位置部分在红色到应力最小的位置蓝色部分)。图中用不同的方法获得的结果。

应力和裂纹延伸方向

普通产品带四个端子的产品对于所有四个端子，一条裂缝从封装角延伸至中心。两侧各有两个端子的产品从包装角向中心延伸出一条裂缝。与具有四个端子的产品相比，裂纹可以延伸的距离在物理上延长，因此，直至由裂纹引起的电断裂的寿命(以下称为“基于焊接的寿命”)变长了。

有两个对角相对端子的产品将两个端子设置成对角相对配置应力最小的位置，从端子长边的中心偏移。这使得裂纹进一步扩展，焊料基寿命变得更长。

这些模拟的结果显示，使用以下石英晶振产品时，基于焊料的寿命变得最长两个对角相对的端子。换句话说，当终端占用的面积相同时，配置两个对角相对的端子中的一个可以说是对抗裂纹的最佳条件。基于焊接的寿命具有两个对角相对端子的产品具有两个端子的产品。

基于凸点形成的焊接裂纹对策

其次，改进贴片晶振产品的有效性，在每个相对侧上具有两个端子，其中凸起是通过模拟验证了在端子上形成作为加厚焊料层的手段。每个终端都有两个终端的产品

下面是作用在焊接部分上的失真(失真在焊料厚度方向上膨胀或收缩)。

注意:等高线图是等高线之间的区域用颜色填充的等高线图

高温和低温下焊接部分外部区域的变形分布

1)无凸起时，低温裂纹产生的区域接近高温畸变增大的区域;结果，裂纹容易扩展。

形成凸起可防止裂纹在高温下沿直线延伸，并可限制裂纹发生后的延伸。

2)从上文所述的结果来看，模拟显示，当提供凸起时，裂纹与延伸方向成角延伸，因此裂纹向内部延伸。另外还阐明，高温下外部区域的变形变为负(收缩)，并且在端子部分处形成凸块作为延长基于焊料的寿命的措施是有效的。

总结

由于贴片晶振封装和印刷电路板之间热膨胀系数的差异引起的变形，产生焊料裂纹。上述模拟已经从端子配置的效果方面阐明，对角相对端子的配置导致裂纹在从长边的中心部分偏移的方冋上延伸，并且焊料基寿命进一步延长。当出现裂纹时，变形的膨胀导致裂纹膨胀和扩展。然而，在形成凸块的情况下，焊接部分的外部区域中的变形在高温下变成负的，并且防止裂纹延伸。

此外，凸起的存在导致裂缝在右下角方向延伸。与焊接裂纹相关的机械断裂是由于封装和印刷电路板之间的剥离而不能确保电连接。这不受底部裂纹可能延伸的影响。在端子上形成凸块使得能够获得这两种效果，这为产品提供了高的热循环性能。