表面贴装晶振回流焊后的磁滞效应

表面贴装晶振回流焊后的磁滞效应

本文定义的石英晶振经过高温焊盘回流滞后引起的温度峰值,该效应被描述为一段时间内的频率偏移,这时对的表面贴片晶振频率就会反应偏移1~5ppm左右精度偏差,在焊接过程后的短时间内调整晶体振荡器,经过几天的时间,振荡器就会逐渐衰减老化,这是由于与回流焊接过程的热应力相关的滞后效应,在高温度应力条件下可以产生它的机制效应,也被被称为减轻压力,电极和谐振器外壳内的污染物传输信号作用.

在HC-49/U晶振中,在32.768 MHz处有300个基本模式AT切割石英晶体空心直径为8.0毫米,由13个不同的批次生产,其中不同工艺参数各不相同,它们经过回流焊接温度曲线如图1所示,共振频率测量4小时,24小时焊接后数小时和40天,每批频率的平均值13个批次中的每一个的偏差如表1所示,并以图形方式显示在图2.这些值是指40天后观察到的频率.

图2:回流焊接后32.768MHzAT基金晶体的频率偏差一天后的平均回流滞后是观察到的频移的71％4个小时后,一个值得注意的结果是,最低的回流滞后效应是在批次A2,F1和F2中观察,其中晶体延伸密封前的烘烤程序.125个TCXO采用模拟间接补偿技术,其中包含基本模式38.88MHz在HC-52外壳中的AT切割贴片晶振经受模拟回流焊接工艺,输出频率完全被观察到50天,图3显示了回流滞后的平均值和±1西格玛极限响应,48小时后,平均频率偏差为(1.1±0.22)ppm,并且约30天后频率稳定.

图3:回流焊接后38.88MHzTCXO的频率偏差2.3TCXO 19.44MHz该实验显示了重复回流焊接后的回流滞后处理,25件TCXO晶振中使用的是19,44MHzAT基波模式在HC-52/U超薄线,第二次回流焊接在38天后完成首次回流焊接并在7天内测量,图4显示了回流滞后的平均值和±1西格玛极限响应,滞后效应非常强烈:1小时后(7,9±2.6)ppm24小时后(5.4±1.7)ppm并在1小时后在一天后衰减至初始值的69％,平均响应拟合指数函数,显示为a图中的虚线,因为它的曲率不能跟随陡峭的响应,显示出极佳的贴合度,等式(2)中的参数b,其尺寸为(时间)-1可以被视为"反时限常数",在这种情况下,1/b的值是等于0.28天.

图4:第二次回流焊接后19.44MHzTCXO的频率偏差2.4TCXO40,96MHz在HC-52/USlim Line中使用40,96MHzAT基本晶体的六个石英振荡器是回流焊接后,经过42天的回流焊接过程观察时间重复了一遍,第一次和第二次处理的回流滞后是相比较,第一次焊接后的滞后效应如图5所示,第22天和第24天之间的不规则性显然与此有关由于环境温度变化导致的测量误差,平均曲线所有6个振荡器响应都由指数函数和对数函数拟合在第2.3节中描述(见图5中的虚线),而指数衰减功能显示曲率太小,无法跟随陡峭度在滞后的初始阶段,对数曲线相当平滑地匹配实验值.

图5:首次回流焊接后40,96MHzTCXO的频率偏差在图6中,由于第二次回流焊接42天后的回流滞后在30天的时间内描绘了第一次焊接,图6:第二次回流焊接后40,96MHzTCXO的频率偏差此外,平均值响应曲线拟合遵循指数和上述对数函数,指数函数再次显示出一个配合不充分,因为它的曲率太"平坦",而对数函数很好地描述了贴片石英晶体滞后响应,表2总结了两种滞后特性的比较,表2:40,96MHzTCXO的第一次和第二次回流滞后的比较第二温度应力对频移的影响约为30％减少40％,而滞后衰减则减慢约两倍与第一次压力相比.

2.5OCXO26MHz,带有AT三次谐波晶体OCXO晶振通常具有比TCXO更高的热质量,因此具有更高的热质量在回流焊接期间,谐振器不会被加热到这种程度,该模型这里测试的没有像传统OCXO那样的金属加热器块,但使用的是直接加热的陶瓷基板,振荡器电路和HC-26 /U晶体安装,在回流焊接之前,振荡器已经通电24小时稳定,回流焊后,等待一小时冷却后再进行冷却测量开始了,每两次记录频率随时间的变化分钟.

虽然减少回流滞后的主要挑战在于贴片晶体生产技术,需要进一步的工作来确定其贡献各种其他效果,如石英材料中固有的那些,振荡器的影响电路元件,如贴片电容器,电感器和热敏电阻等,观察到的回流滞后效应是主要涉及引起频率老化的相同机制,即水分传递,扩散等,另一方面,这个实验证明,热身特性和回流滞后完全相互补偿,这导致了假设两个过程都具有相同的物理起源.