有不少客户在使用超声波封装电子设备时直接导致晶振不良,令他们不解的是超声波怎么会破坏晶振呢?晶振不是由很结实的金属外壳保护吗?晶振被超声波震坏后内部到底是什么样子呢?
晶振器件通常是电路板中关键的时钟源,用于提供稳定的时钟信号。然而,超声波清洗过程中产生的高频振动和冲击力可能会对晶振器件造成损坏。由于晶振器件内部结构精密而脆弱,受到过度的振动或冲击可能导致石英晶片破裂或脱落失效,进而影响整个电路的功能。
在高倍显微镜下,可以清楚的看到晶振遭受的“内伤”状况:

(超声波操作强度过大及时间过长导致晶振晶片破碎)

(超声波导致晶片固着胶点脱落)
晶振内部核心部件为石英晶片,物理特性为易碎。不建议使用超声波封装。若必须采用超声波封装工艺,请尽量降低超声波强度及操作时间。建议提前与我司客服联系,我们采用特殊点胶工艺生产的晶振产品,可以有效避免胶点脱落,为您降低晶振过超声波后的不良率。

超声波焊接原理
超声波焊接原理是使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间熔合的原理。超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40KHz电能,超声波焊接机最常见的频率为15khz和20khz超声波塑料焊接机。超声波频率越高,焊接精度越好,但相对功率越小振幅也越小。
当工作频率很低(在人的听觉范围内)就会产生噪音。当频率低于20kHz时,工作噪音不仅变得很大,而且可能超出职业安全与保健法或其他条例所规定的安全噪音的限度。因此超声波焊接机频率选择就显得比较重要。
选择超声波焊接工艺时在可能的情况下尽量选择频率较高的焊接设备,在需要高功率焊接而不用考虑工件表面损伤的应用中,通常选择从15kHz较低频率超声波焊接设备。该频率范围内的超声波焊接设备常常被用于焊接大型、易焊接的工件。
高频率的焊接设备通常被用于焊接精密工件。高频还被用于被工件表面不允许损伤的应用。使用高频可从几个方面改善焊接性能。随着频率的增加,振幅降低,从而产生破坏性小的冲击波使其能进行更微波振动。从而有效地减小了对工件表面的损伤。
随着超声波焊接技术的不断进步,目前更高频率的超声波焊接设备使用越来越多,28khz、30khz、35khz、40khz。
超声波破坏晶振怎么办?
晶振一旦被超声波真正破坏(晶片碎裂或导电胶断裂),基本没法修复,只能换新。问题更多在于“怎么防止”和“坏了怎么排查确认”。
为什么会被破坏?
超声波清洗/焊接时的高频振动(常见20kHz~60kHz)会带来两种伤害:
共振震碎晶片:如果超声波频率和晶振频率接近(比如32.768kHz音叉晶振),极易引发共振,直接把脆弱的石英晶片震裂,导致停振。
震裂导电胶:晶片是靠导电胶固定在基座上的,高频震荡会让胶体开裂,造成时振时不振或彻底开路。
预防措施(重点)
如果后续还要过超声波工艺,按优先级做这几件事:
工艺调整:能不用就不用,带晶振的板子最好避免超声波清洗或封装。 必须用时,降低超声功率、缩短时间,并尽量让晶振避开超声区域。
频率错开:确认超声波设备频率,避免与晶振谐振频率接近。
选型加固:提前告知晶振厂家需要过超声波,选用高强度导电胶、晶片固着点特殊处理的抗超声型号,不良率可控制在千分之一以内。
先打样验证:批量前务必做样品测试,确认超声工艺不会损伤晶振。
已经坏了怎么办?
确认故障:典型现象是系统无法启动、通信异常、时振时不振,拆下来对比同型号晶振测引脚对地电阻,能找到阻值异常。
处理方式:直接更换新晶振,没有修复价值。晶片破裂或导电胶断裂都是不可逆的物理损伤。
如果板子已经批量过了超声波,建议对成品做烧机老化或全检,把隐性失效的挑出来,避免出货后客户返修。
