400-850-4050

晶振不起振失效分析

2022-06-22  浏览量:602

 

某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(6~12)个月,失效比例约为万分之六。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(30~70)%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。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。

 

样品研磨后的典型外观

样品研磨后的典型外观

 

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 μW.

 

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

失效/正常晶振电参数测试结果

 

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

密封试验结果

 

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

失效晶振内部结构图

 

样品密封区剖面形貌

样品密封区剖面形貌

 

样品密封腔区电极区剖面形貌

样品密封腔区电极区剖面形貌

 

样品电极成分分析位置示意图

样品电极成分分析位置示意图

 

EDS成分分析谱图

EDS成分分析谱图

 

表3. 电极成分测试结果(wt.%)

电极成分测试结果

 

正常样品密封区剖面形貌

正常样品密封区剖面形貌

 

正常样品电极成分分析位置示意图

正常样品电极成分分析位置示意图

 

EDS成分分析谱图

EDS成分分析谱图

 

表4. 电极成分测试结果(wt.%)

电极成分测试结果

 

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。

 

失效样品电极层边缘分层形貌

失效样品电极层边缘分层形貌

 

失效样品电极层表面裂纹

失效样品电极层表面裂纹

 

正常样品电极层表面形貌

正常样品电极层表面形貌

 

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,说明电极层被氧化。开封检查分析同样证明失效晶振内部结果发生变化,电极层边缘存在明显分层,电极层表面存在较大裂纹。

 

以上不良现象的存在共同造成了晶振参数发生了变化,而导致这种不良的根本原因是晶振密封性出现问题。

 

*** 以上内容均为原创,如需转载,请注明出处 ***

 

简介

MTT(美信检测)是一家从事检测、分析与技术咨询及失效分析服务的第三方实验室,网址:www.mttlab.com,联系电话:400-850-4050。

 

  • 联系我们
  • 深圳美信总部

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    苏州美信

    热线:400-118-1002

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    北京美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    东莞美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    广州美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    柳州美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    宁波美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    西安美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

深圳市美信检测技术股份有限公司-第三方材料检测 版权所有  粤ICP备12047550号-2

微信