晶振不起振的原因是什么？晶振失效分析.docx

一站式的材料检测、分析与技术咨询服务晶振不起振的原因是什么？晶振失效分析背景介绍该型号晶振失效发生在客户端，失效形式主要表现为显示异常，使用周期一般为（612）个月，失效比例约为万分之六。据客户反馈，晶振的存储和使用环境按照一般行业标准来执行，其中湿度为（3070）%RH；组装方式为典型的SMT贴片组装。外观检测考虑到损伤可能隐藏在外表之下，取一颗失效样品对其表面进行简单研磨，发现晶振表面存在局部破损，见图4。破损的存在，说明失效晶振的密封性可能存在问题，后续需要对其结构完整性及密封性进行检验和测试。样品MX150817015-01研磨后的典型外观通电测试利用晶体参数测试仪对晶振相关参数进行测试，测试条件如下：Reference Fr: 16.0MHz; Reference CL: 5 pF; Power Applied: 100 W.测试结果显示：其中一颗失效晶振（3#）是正常的，其余失效晶振均表现为谐振阻抗偏大，其中1#和2#非常明显；4#样品谐振阻抗处于临界值。失效现象与客户内部测试结果相一致。表1. 失效/正常晶振电参数测试结果测试样品Freq. Range (MHz)Resonant Impedance ()评判结果正常晶振1#16.0116.02合格2#16.0121.00合格失效晶振1#16.012372.4不合格2#16.03291.08不合格3#16.000.07合格4#16.0243.63不合格密封性测试取失效样品（1#、2#、4#）进行密封试验，试验参考标准为GJB548-2005方法1014.2，试验条件A1、C1。测试结果3颗失效样品密封性均不合格，详细检测结果见表2。表2. 密封试验结果检验依据参考标准GJB548B-2005方法1014.2 试验条件A1、C1试验设备氦质谱检漏仪 氦气氟油加压检漏装置试验条件细检漏粗检漏试验条件A1试验压力：517Kpa加压时间：4h试验条件C1试验压力：517Kpa；加压时间：2h试验温度;125；试验时间：30s合格判据漏率5.0*10-3Pa.cm3/s从同一位置无一串明显气泡或两个以上大气泡冒出样品结果实测数据结果现象1#不合格1.6*10-1不合格有一串明显气泡冒2#合格1.4*10-3不合格4#合格3.0*10-1不合格剖面分析失效晶振：密封区域晶体存在微裂纹，电极层呈断续状态；密封腔区电极层出现分层现象。对电极层成分进行测试，电极层存在少量氧（O）元素，除此之外未发现明显异常。正常晶振：密封区域晶体存在微区残缺，电极层连续，厚度均匀。对电极层成分进行测试，电极层未检测到氧（O）元素。除此之外，晶振密封区域左右两端尺寸差异巨大，且密封区域胶层不完整，个别区域存在孔洞，说明产品质量存在隐患。失效晶振内部结构图样品MX150817015-01密封区剖面形貌样品MX150817015-01密封腔区电极区剖面形貌样品MX150817015-01电极成分分析位置示意图EDS成分分析谱图表3.电极成分测试结果（wt.%）测试位置COAlTiCuAgPb合计A/1.33/66.2232.45/100B0.553.993.011.7765.788.3816.52100C0.477.61/10.33/81.59100D0.5022.63/55.29/21.57100正常样品MX150817015-02密封区剖面形貌正常样品MX150817015-02电极成分分析位置示意图EDS成分分析谱图表4.电极成分测试结果（wt.%）测试位置COTiCuAgPb合计E/97.382.62/100F0.696.5211.91/80.88100开封检查分析将失效晶振和正常晶振进行开封，并对晶片表面电极层进行检查，发现失效晶振电极层存在两种异常：电极层边缘存在明显分层，说明其附着力已经极大弱化；电极层表面存在尺寸较大裂纹，从裂纹表面形貌来看不属于外来物理损伤，裂纹的存在可能与电极层分层相关。正常晶振电极层则未发现以上不良，表面形貌良好。失效样品MX150817015-01电极层边缘分层形貌失效样品MX150817015-01电极层表面裂纹正常样品MX150817015-02电极层表面形貌理论分析晶振的主要失效模式包括功能失效、振荡不稳定以及频率漂移。统计结果表明，大约90%的晶体失效模式为开路引起的功能失效，10%为电接触良好但不振荡或振荡不稳定，这主要是由于晶体结构的改变引起了晶体压电特性的消失。本文中的晶振属于典型的电接触良好但不振荡，电学测试表现为谐振阻抗增大。密封性测试发现失效样品不合格，密封性较差带来了诸多可靠性隐患。对失效晶振和正常晶振进行剖面分析，结果表明失效晶振电极层不连续，且存在明显的分层，成分分析亦检测到氧元素的存在，