晶振不起振失效分析 -凯发官网入口首页

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

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

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

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

样品密封区剖面形貌

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

eds成分分析谱图

表3. 电极成分测试结果（wt.%）

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

eds成分分析谱图

表4. 电极成分测试结果（wt.%）

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

失效样品电极层表面裂纹

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。

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