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晶振不起振失效分析

2015-11-04  瀏覽量:1700
五十路
該型號晶振失效發生在客戶端,失效形式主要表現為顯示異常,使用周期壹般為(6~12)個月,失效比例約為萬分之六。據客戶反饋,晶振的存儲和使用環境按照壹般行業標準來執行,其中濕度為(30~70)%RH;組裝方式為典型的SMT貼片組裝。
 
外觀檢測
考慮到損傷可能隱藏在外表之下,取壹顆失效樣品對其表面進行簡單研磨,發現晶振表面存在局部破損,見圖4。破損的存在,說明失效晶振的密封性可能存在問題,後續需要對其結構完整性及密封性進行檢驗和測試。
 
失效分析
樣品MX150817015-01研磨後的典型外觀
 
通電測試
利用晶體參數測試儀對晶振相關參數進行測試,測試條件如下:
Reference Fr: 16.0MHz;   Reference CL: 5 pF;   Power Applied: 100 μW.
測試結果顯示:其中壹顆失效晶振(3#)是正常的,其余失效晶振均表現為諧振阻抗偏大,其中1#和2#非常明顯;4#樣品諧振阻抗處於臨界值。失效現象與客戶內部測試結果相壹致。
 
表1. 失效/正常晶振電參數測試結果
測試樣品Freq. Range (MHz)Resonant Impedance (Ω)評判結果
正常晶振1#16.0116.02合格
2#16.0121.00合格
失效晶振1#16.012372.46不合格
2#16.03291.08不合格
3#16.0030.07合格
4#16.0243.63不合格
 
密封性測試
取失效樣品(1#、2#、4#)進行密封試驗,試驗參考標準為GJB548-2005方法1014.2,試驗條件A1、C1。
測試結果3顆失效樣品密封性均不合格,詳細檢測結果見表2。
 

表2. 密封試驗結果

檢驗依據參考標準GJB548B-2005方法1014.2 試驗條件A1、C1
試驗設備氦質譜檢漏儀氦氣氟油加壓檢漏裝置
試驗條件細檢漏粗檢漏
試驗條件A1
試驗壓力:517Kpa
加壓時間:4h
試驗條件C1
試驗壓力:517Kpa;加壓時間:2h
試驗溫度;125℃;試驗時間:>30s
合格判據漏率≤5.0*10-3Pa.cm3/s從同壹位置無壹串明顯氣泡或兩個以上大氣泡冒出
樣品結果實測數據結果現象
1#不合格1.6*10^-1不合格有壹串明顯氣泡冒出
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:密封區域晶體存在微裂紋,電極層呈斷續狀態;密封腔區電極層出現分層現象。對電極層成分進行測試,電極層存在少量氧(O)元素,除此之外未發現明顯異常。
正常晶振:密封區域晶體存在微區殘缺,電極層連續,厚度均勻。對電極層成分進行測試,電極層未檢測到氧(O)元素。除此之外,晶振密封區域左右兩端尺寸差異巨大,且密封區域膠層不完整,個別區域存在孔洞,說明產品質量存在隱患。
 
失效分析
失效晶振內部結構圖
 
失效分析
樣品MX150817015-01密封區剖面形貌
 
失效分析
樣品MX150817015-01密封腔區電極區剖面形貌
 
失效分析
樣品MX150817015-01電極成分分析位置示意圖
 
失效分析
EDS成分分析譜圖
 
表3.電極成分測試結果(wt.%)
測試位置COAlTiCuAgPb合計
A/1.33//66.2232.45/100
B0.553.993.011.7765.788.3816.52100
C0.477.61/10.33//81.59100
D0.5022.63/55.29//21.57100
 
失效分析 
 
正常樣品MX150817015-02密封區剖面形貌
 
失效分析
正常樣品MX150817015-02電極成分分析位置示意圖
 
失效分析
EDS成分分析譜圖

 

表4.電極成分測試結果(wt.%)

測試位置COTiCuAgPb合計
E///97.382.62/100
F0.696.5211.91//80.88100

 

開封檢查分析

將失效晶振和正常晶振進行開封,並對晶片表面電極層進行檢查,發現失效晶振電極層存在兩種異常:電極層邊緣存在明顯分層,說明其附著力已經極大弱化;電極層表面存在尺寸較大裂紋,從裂紋表面形貌來看不屬於外來物理損傷,裂紋的存在可能與電極層分層相關。正常晶振電極層則未發現以上不良,表面形貌良好。

 

失效分析失效分析
失效樣品MX150817015-01電極層邊緣分層形貌
失效分析失效分析
失效樣品MX150817015-01電極層表面裂紋
失效分析失效分析
正常樣品MX150817015-02電極層表面形貌

 

理論分析

晶振的主要失效模式包括功能失效、振蕩不穩定以及頻率漂移。統計結果表明,大約90%的晶體失效模式為開路引起的功能失效,10%為電接觸良好但不振蕩或振蕩不穩定,這主要是由於晶體結構的改變引起了晶體壓電特性的消失。

本文中的晶振屬於典型的電接觸良好但不振蕩,電學測試表現為諧振阻抗增大。

密封性測試發現失效樣品不合格,密封性較差帶來了諸多可靠性隱患。對失效晶振和正常晶振進行剖面分析,結果表明失效晶振電極層不連續,且存在明顯的分層,成分分析亦檢測到氧元素的存在,說明電極層被氧化。開封檢查分析同樣證明失效晶振內部結果發生變化,電極層邊緣存在明顯分層,電極層表面存在較大裂紋。

以上不良現象的存在共同造成了晶振參數發生了變化,而導致這種不良的根本原因是晶振密封性出現問題。

 
*****結束*****
 
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