晶振老化aging与晶振失效现象分析

晶振老化aging与晶振失效现象分析

晶振老化(Aging)

指随着时间推移,晶振因其应用环境或晶振本身变化而引起的频率精度变化程度。基于晶振的工作环境的差异,晶振的老化频率偏移方向一般也不一样。比如,标称频率为±10ppm的晶振,若年老化率为±3ppm/年,第二年的频率范围一般为“-7ppm~+13ppm”。老化率越低就说明晶振的稳定性越高。相对来说,晶振第一年使用的时候老化率会比较高,以后逐步趋于稳定。

在晶振实际应用中,若使用不当,会容易诱发诸多因素导致晶振故障,如频偏,起振慢或不起振。有时,甚至会加速晶振老化,直接影响晶振正常性能及使用寿命。晶振老化是最常见的晶振失效模式之一。

针对晶振老化现象,应对策略有二:

1、晶振制造中对晶振老化的应对

诸多因素会影响晶振老化速度,其中最主要的是“气密性”。密封在晶振封装内的污染物数量(如尘埃)。在晶振封装内部,电气连接,机械连接和晶振封装本身之间存在多个接触边缘。这些边缘每一个接触点都可能是将新污染物导入晶振封装内部的入口。

另外,湿气对晶振气密性封装非常不利。因此,在晶振制造过程中严格控制湿度。晶振低温不起振原因之一是湿气在低温下凝结成小水滴,附着于石英晶片表面,造成晶振不起振而功能失效。避免超标水分主要措施为:在氮气干燥箱中储存和处理组件,氢气烧制,以及在真空和高温下密封最终晶振产品。

晶振“气密性”不达标,简称“晶振漏气”,被视为晶振不良品,晶振工厂不应流出DLD2不良晶振产品到客户端。若客户端发现晶振出现“漏气”现象,应给予淘汰处理。晶振制造工艺不达标,是造成晶振漏气的根本原因之一,主要体现在晶振电气参数中的DLD2不良,晶振在应用的不良现象表现为“停振或不起振”。当然,晶振产品受到物理性撞击或人为性破坏也会发生“漏气现象”,常见于插件晶振在手工焊接时其引线受到强力拉扯而发生。

2、晶振应用中对晶振老化的应对

  • 在晶振工作温度这个参数的选择中,常见为两类: -20℃~+70℃或-40℃~+85℃。工作温度范围为-20℃~+70℃的晶振若用在-40℃~+85℃温度之间,会发生加速老化或不起振问题。建议针对晶振工作温度选择对应晶振产品。
  • 在无源晶振应用中,激励功率过高会造成晶振过驱,不仅影响晶振精度,还会缩短晶振使用寿命。
  • 在有源晶振应用中,请根据额定输入电压提供电源。电压过高,会缩短晶振使用寿命,严重时直接导致有源晶振被烧毁而停振。
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