某型號(hào)晶振失效發(fā)生在客戶端，失效形式主要表現(xiàn)為顯示異常，使用周期一般為（6~12）個(gè)月，失效比例約為萬(wàn)分之六。晶振的存儲(chǔ)和使用環(huán)境按照一般行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)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(cè)

考慮到損傷可能隱藏在外表之下，取一顆失效樣品對(duì)其表面進(jìn)行簡(jiǎn)單研磨，發(fā)現(xiàn)晶振表面存在局部破損。破損的存在，說(shuō)明失效晶振的密封性可能存在問(wèn)題，后續(xù)需要對(duì)其結(jié)構(gòu)完整性及密封性進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)試。

樣品研磨后的典型外觀

通電測(cè)試

利用晶體參數(shù)測(cè)試儀對(duì)晶振相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件如下：

Reference Fr: 16.0MHz; Reference CL: 5 pF; Power Applied: 100 μW.

測(cè)試結(jié)果顯示：其中一顆失效晶振（3#）是正常的，其余失效晶振均表現(xiàn)為諧振阻抗偏大，其中1#和2#非常明顯；4#樣品諧振阻抗處于臨界值。失效現(xiàn)象與客戶內(nèi)部測(cè)試結(jié)果相一致。

表1. 失效/正常晶振電參數(shù)測(cè)試結(jié)果

密封性測(cè)試

取失效樣品（1#、2#、4#）進(jìn)行密封試驗(yàn)，試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)為GJB548-2005方法1014.2，試驗(yàn)條件A1、C1。

測(cè)試結(jié)果3顆失效樣品密封性均不合格，詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2. 密封試驗(yàn)結(jié)果

剖面分析

失效晶振：密封區(qū)域晶體存在微裂紋，電極層呈斷續(xù)狀態(tài)；密封腔區(qū)電極層出現(xiàn)分層現(xiàn)象。對(duì)電極層成分進(jìn)行測(cè)試，電極層存在少量氧（O）元素，除此之外未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

正常晶振：密封區(qū)域晶體存在微區(qū)殘缺，電極層連續(xù)，厚度均勻。對(duì)電極層成分進(jìn)行測(cè)試，電極層未檢測(cè)到氧（O）元素。除此之外，晶振密封區(qū)域左右兩端尺寸差異巨大，且密封區(qū)域膠層不完整，個(gè)別區(qū)域存在孔洞，說(shuō)明產(chǎn)品質(zhì)量存在隱患。

失效晶振內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

樣品密封區(qū)剖面形貌

樣品密封腔區(qū)電極區(qū)剖面形貌

樣品電極成分分析位置示意圖

EDS成分分析譜圖

表3. 電極成分測(cè)試結(jié)果（wt.%）

正常樣品密封區(qū)剖面形貌

正常樣品電極成分分析位置示意圖

EDS成分分析譜圖

表4. 電極成分測(cè)試結(jié)果（wt.%）

開(kāi)封檢查分析

將失效晶振和正常晶振進(jìn)行開(kāi)封，并對(duì)晶片表面電極層進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)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(shuō)明其附著力已經(jīng)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(lái)看不屬于外來(lái)物理?yè)p傷，裂紋的存在可能與電極層分層相關(guān)。正常晶振電極層則未發(fā)現(xiàn)以上不良，表面形貌良好。

失效樣品電極層邊緣分層形貌

失效樣品電極層表面裂紋

正常樣品電極層表面形貌

理論分析

晶振的主要失效模式包括功能失效、振蕩不穩(wěn)定以及頻率漂移。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，大約90%的晶體失效模式為開(kāi)路引起的功能失效，10%為電接觸良好但不振蕩或振蕩不穩(wěn)定，這主要是由于晶體結(jié)構(gòu)的改變引起了晶體壓電特性的消失。

本文中的晶振屬于典型的電接觸良好但不振蕩，電學(xué)測(cè)試表現(xiàn)為諧振阻抗增大。

密封性測(cè)試發(fā)現(xiàn)失效樣品不合格，密封性較差帶來(lái)了諸多可靠性隱患。對(duì)失效晶振和正常晶振進(jìn)行剖面分析，結(jié)果表明失效晶振電極層不連續(xù)，且存在明顯的分層，成分分析亦檢測(cè)到氧元素的存在，說(shuō)明電極層被氧化。開(kāi)封檢查分析同樣證明失效晶振內(nèi)部結(jié)果發(fā)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(xiàn)象的存在共同造成了晶振參數(shù)發(fā)生了變化，而導(dǎo)致這種不良的根本原因是晶振密封性出現(xiàn)問(wèn)題。

*** 以上內(nèi)容均為原創(chuàng)，如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處 ***