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更多>>SMD Oscillator高溫回流焊接的滯后反應(yīng)
來源：http://www.spinfm.net 作者：康華爾電子 2019年09月04
SMD型封裝的TCXO晶振和OCXO晶振本身具體一定的耐熱性,但常規(guī)的規(guī)格大部分達(dá)不到耐高溫的要求,因此可通過定制,來達(dá)到更高的工作溫度范圍要求.貼片晶振可過無鉛高溫回流焊接,最高溫度可承受+260℃,而且石英晶振本身不會受到損害,這也是為什么生產(chǎn)廠家們,熱衷于使用SMD Oscillator的因素之一.
在用戶的p-c板上進(jìn)行回流焊接后,有源貼片晶振顯示出高達(dá)幾ppm的正頻移,其衰減時(shí)間常數(shù)為幾天.數(shù)據(jù)表中通常不會描述或指定此效果.然而,對于用戶來說非常重要且非常重要,特別是對于具有嚴(yán)格溫度容差的振蕩器,例如TCXO和即將推出的SMT OCXO.
在現(xiàn)代設(shè)備生產(chǎn)線中,p-c板通常最終在焊接過程后的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整和調(diào)整.如果電路板包含SMT晶體振蕩器,在大約一周后可以觀察到強(qiáng)烈的負(fù)頻移,石英晶振似乎已經(jīng)老化,但這是由于與回流焊接過程的熱應(yīng)力相關(guān)的滯后效應(yīng).MIL-PRF-55310區(qū)分”熱滯后”和”回掃”.Retrace是f(T)特性(OCXO)的非重復(fù)性,在固定溫度下,在特定條件下開關(guān)振蕩器,而滯后(TCXO)是非最大值溫度循環(huán)期間f與T特性的重復(fù)性.
如本文所定義的回流滯后是由單個(gè)(或多個(gè))溫度峰值引起的,并且該效應(yīng)被描述為在幾天的時(shí)間段內(nèi)的頻率偏移.紅外和對流回流焊接工藝的典型溫度曲線如圖1所示.最高溫度應(yīng)力是在液相線時(shí)間期間,在215℃或高于215℃時(shí)介于10秒和40秒之間.可以產(chǎn)生它的機(jī)構(gòu)被稱為”電極中的應(yīng)力釋放,以及晶振外殼內(nèi)的污染物傳遞”.
圖1:回流焊接工藝的典型溫度曲線
石英晶體單位:
使用13個(gè)不同的批次生產(chǎn)300個(gè)基本模式AT切割石英晶振,在32.768MHz,HC-49/U,坯料直徑8.0mm,其中不同的工藝參數(shù)變化.它們經(jīng)受了回流焊溫度曲線,如圖1所示.在焊接后4小時(shí),24小時(shí)和40天測量共振頻率.每批13個(gè)批次中每一批的頻率偏差的平均值顯示在表1中,并以圖形方式顯示在圖2中.該值是指40天后觀察到的頻率.
圖2:回流焊后32.768MHz AT切割貼片晶振的頻率偏差一天后的平均回流滯后是4小時(shí)后觀察到的頻移的71％.一個(gè)值得注意的結(jié)果是,在批次A2,F1和F2中觀察到最低的回流滯后效應(yīng),其中晶體在密封之前經(jīng)歷延長的烘烤程序.
2.2TCXO38.88MHz
采用模擬間接補(bǔ)償技術(shù)的125個(gè)TCXO貼片石英晶體振蕩器采用模擬回流焊接工藝,在HC-52外殼中采用基本模式38.88MHzAT切割晶體.在整個(gè)50天內(nèi)觀察輸出頻率.圖3顯示了回流滯后響應(yīng)的平均值和±1西格瑪極限.48小時(shí)后,平均頻率偏差為(1.1±0.22)ppm,并且頻率在約30天后穩(wěn)定.
圖3:回流焊接后38.88MHz TCXO的頻率偏差2.3 TCXO19.44MHz本實(shí)驗(yàn)顯示了重復(fù)回流焊接過程后的回流滯后.25件TCXO中使用的石英晶振是HC-52/U超薄線中的19,44MHzAT基本模式.第一次回流焊接在第一次回流焊接后38天完成,并在7天內(nèi)測量.圖4顯示了回流滯后響應(yīng)的平均值和±1西格瑪極限.滯后效應(yīng)非常強(qiáng)烈:
1小時(shí)后(7,9±2.6)ppm
24小時(shí)后(5.4±1.7)ppm
并且在1小時(shí)后衰減一天至初始值的69％.平均響應(yīng)擬合指數(shù)函數(shù),其在圖2中以虛線表示.
匹配只是很差,因?yàn)樗那什荒芨S陡峭的響應(yīng).然而是對數(shù)曲線擬合(見圖4中的虛線)
顯示出極佳的貼合度.具有(時(shí)間)-1的尺寸的等式(2)中的參數(shù)b可以被認(rèn)為是反時(shí)間常數(shù).在這種情況下,1/b的值等于0.28天.
圖4:第二次回流焊接后19.44MHzTCXO的頻率偏差2.4 TCXO-40,96MHz使用HC-52/U超薄線路中40,96MHzAT基本晶體的石英晶體振蕩器進(jìn)行回流焊接,觀察時(shí)間為42天重復(fù)回流焊接過程.比較第一次和第二次處理的回流滯后.
第一次焊接后的滯后效應(yīng)如圖5所示.
第22天和第24天之間的不規(guī)則性顯然與由于環(huán)境溫度變化引起的測量不準(zhǔn)確性有關(guān).所有6個(gè)有源系列貼片晶振響應(yīng)的平均曲線通過如2.3節(jié)中所述的指數(shù)和對數(shù)函數(shù)擬合(參見圖5中的虛線).雖然指數(shù)衰減函數(shù)顯示太小的曲率,其不能跟隨滯后的初始階段的陡度,但對數(shù)曲線與實(shí)驗(yàn)值相當(dāng)平滑地匹配.
圖5:第一次回流焊接后40,96MHz 溫補(bǔ)晶振的頻率偏差在圖6中,描述了在第一次焊接后42天的第二次回流焊接引起的回流滯后30天.
圖6:第二次回流焊接后40,96MHz TCXO晶振的頻率偏差此處,平均值響應(yīng)是按照上述指數(shù)和對數(shù)函數(shù)曲線擬合的.同樣,指數(shù)函數(shù)表明擬合不充分,因?yàn)樗那侍?rdquo;平坦”,而對數(shù)函數(shù)非常好地描述了滯后響應(yīng).
在用戶的p-c板上進(jìn)行回流焊接后,有源貼片晶振顯示出高達(dá)幾ppm的正頻移,其衰減時(shí)間常數(shù)為幾天.數(shù)據(jù)表中通常不會描述或指定此效果.然而,對于用戶來說非常重要且非常重要,特別是對于具有嚴(yán)格溫度容差的振蕩器,例如TCXO和即將推出的SMT OCXO.
在現(xiàn)代設(shè)備生產(chǎn)線中,p-c板通常最終在焊接過程后的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整和調(diào)整.如果電路板包含SMT晶體振蕩器,在大約一周后可以觀察到強(qiáng)烈的負(fù)頻移,石英晶振似乎已經(jīng)老化,但這是由于與回流焊接過程的熱應(yīng)力相關(guān)的滯后效應(yīng).MIL-PRF-55310區(qū)分”熱滯后”和”回掃”.Retrace是f(T)特性(OCXO)的非重復(fù)性,在固定溫度下,在特定條件下開關(guān)振蕩器,而滯后(TCXO)是非最大值溫度循環(huán)期間f與T特性的重復(fù)性.
如本文所定義的回流滯后是由單個(gè)(或多個(gè))溫度峰值引起的,并且該效應(yīng)被描述為在幾天的時(shí)間段內(nèi)的頻率偏移.紅外和對流回流焊接工藝的典型溫度曲線如圖1所示.最高溫度應(yīng)力是在液相線時(shí)間期間,在215℃或高于215℃時(shí)介于10秒和40秒之間.可以產(chǎn)生它的機(jī)構(gòu)被稱為”電極中的應(yīng)力釋放,以及晶振外殼內(nèi)的污染物傳遞”.
圖1:回流焊接工藝的典型溫度曲線
使用13個(gè)不同的批次生產(chǎn)300個(gè)基本模式AT切割石英晶振,在32.768MHz,HC-49/U,坯料直徑8.0mm,其中不同的工藝參數(shù)變化.它們經(jīng)受了回流焊溫度曲線,如圖1所示.在焊接后4小時(shí),24小時(shí)和40天測量共振頻率.每批13個(gè)批次中每一批的頻率偏差的平均值顯示在表1中,并以圖形方式顯示在圖2中.該值是指40天后觀察到的頻率.
| 批量 | 4個(gè)小時(shí) | 24小時(shí) | 40天 |
| A1 | 2.5ppm | 1.5ppm | 0.0 |
| A2 | 1.5ppm | 1.0ppm | 0.0 |
| B | 2.8ppm | 1.3ppm | 0.0 |
| C | 2.0ppm | 1.5ppm | 0.0 |
| D | 2.0ppm | 1.6ppm | 0.0 |
| E | 2.0ppm | 1.9ppm | 0.0 |
| F1 | 1.6ppm | 1.2ppm | 0.0 |
| F2 | 1.7ppm | 1.3ppm | 0.0 |
| G | 2.2ppm | 1.8ppm | 0.0 |
| H | 1.9ppm | 1.5ppm | 0.0 |
| I | 2.0ppm | 1.2ppm | 0.0 |
| K | 2.1ppm | 1.2ppm | 0.0 |
| L | 2.2ppm | 1.2ppm | 0.0 |
| 平均值 | 2.0ppm | 1.4ppm | 0 |
| std偏差 | 0.35ppm | 0.25ppm |
表1:回流焊接后32.768MHz晶體的頻率偏差
2.2TCXO38.88MHz
采用模擬間接補(bǔ)償技術(shù)的125個(gè)TCXO貼片石英晶體振蕩器采用模擬回流焊接工藝,在HC-52外殼中采用基本模式38.88MHzAT切割晶體.在整個(gè)50天內(nèi)觀察輸出頻率.圖3顯示了回流滯后響應(yīng)的平均值和±1西格瑪極限.48小時(shí)后,平均頻率偏差為(1.1±0.22)ppm,并且頻率在約30天后穩(wěn)定.
1小時(shí)后(7,9±2.6)ppm
24小時(shí)后(5.4±1.7)ppm
并且在1小時(shí)后衰減一天至初始值的69％.平均響應(yīng)擬合指數(shù)函數(shù),其在圖2中以虛線表示.
匹配只是很差,因?yàn)樗那什荒芨S陡峭的響應(yīng).然而是對數(shù)曲線擬合(見圖4中的虛線)
顯示出極佳的貼合度.具有(時(shí)間)-1的尺寸的等式(2)中的參數(shù)b可以被認(rèn)為是反時(shí)間常數(shù).在這種情況下,1/b的值等于0.28天.
第一次焊接后的滯后效應(yīng)如圖5所示.
第22天和第24天之間的不規(guī)則性顯然與由于環(huán)境溫度變化引起的測量不準(zhǔn)確性有關(guān).所有6個(gè)有源系列貼片晶振響應(yīng)的平均曲線通過如2.3節(jié)中所述的指數(shù)和對數(shù)函數(shù)擬合(參見圖5中的虛線).雖然指數(shù)衰減函數(shù)顯示太小的曲率,其不能跟隨滯后的初始階段的陡度,但對數(shù)曲線與實(shí)驗(yàn)值相當(dāng)平滑地匹配.
表2總結(jié)了兩種滯后特性的比較.
| 滯后 | 首先回流焊接 | 二次回流焊接 | 第2次到第1次回流焊 |
| 1小時(shí) | (5.5±1.1)ppm | (3.9±0.9)ppm | 0.7 |
| 24小時(shí) | (4.9±0.9)ppm | (3.0±0.8)ppm | 0.6 |
| df/f(24h)/df/f(1h) | 0.89±0.07 | 0.78±0.05 | 0.87 |
| 時(shí)間常數(shù)1/b | 0.93天 | 1.93天 | 2.07 |
表2:40,96MHz TCXO的第一和第二回流滯后的比較
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