发布时间:2021-09-07
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晶振一旦因焊接工艺不当受到损伤,都可能导致不起振、频率漂移、间歇性停振甚至产品早期失效。因此,除了选择合适的晶振型号之外,正确的焊接工艺同样是保证产品品质的重要环节。
晶振内部由石英晶片、引线、电极以及密封封装组成,属于精密电子元器件。过高的焊接温度、过长的加热时间或不合理的温度曲线,都可能使内部结构受到机械应力或热应力影响,导致电性能发生变化。焊接不良带来的影响包括:
晶振无法起振
工作一段时间后停振
输出频率偏移
ESR等效串联电阻增大
老化率增加
产品可靠性下降
很多故障并不是晶振本身质量问题,而是焊接过程中产生的热损伤所致。因此,在PCB设计和SMT生产阶段,应严格按照晶振规格书中的焊接条件进行作业。
晶振的安装方式主要分为手工焊接和机器焊接两类。对于研发调试、小批量生产或维修,通常采用手工焊接。为了避免热冲击,建议烙铁温度控制在350℃以内且持续时间不超过3秒,或260℃以内持续时间不超过5秒。批量生产则主要采用自动化焊接设备,包括回流焊和波峰焊两种工艺。不同封装类型的晶振,对应不同的焊接方式。
回流焊是目前SMT贴片生产中最常见的焊接工艺,主要用于SMD贴片晶振、贴片振荡器以及其他表面贴装器件。生产过程中,首先在PCB焊盘上印刷焊锡膏,再利用贴片机将晶振准确放置到焊盘位置。随后,PCB进入回流焊炉,在设定的温度曲线下依次经过预热、恒温、回流和冷却等阶段,使焊锡膏熔化并形成可靠焊点。整个过程无需人工干预,焊接一致性高,非常适合大批量自动化生产。

KOAN常见采用回流焊的产品包括:
KX系列贴片石英晶体
KS系列时钟振荡器
KT系列温补晶振(TCXO)
KV系列压控晶振(VCXO)
KD系列差分晶振
相比传统焊接方式,回流焊具有更加稳定的温度控制能力,可有效降低元器件受到热冲击的风险。在采用氮气保护的回流焊设备中,还能够减少焊点氧化,提高焊接质量和长期可靠性。此外,回流焊适用于高密度PCB组装,生产效率高,焊点一致性好,目前已成为绝大多数电子产品的标准焊接工艺。
典型的回流焊温度曲线一般包括:预热区 → 恒温区 → 回流区 → 冷却区
标准SMT生产流程通常为:印刷焊锡膏 → 元件贴装 → 回流焊 → 清洗与检测
波峰焊主要用于插件式DIP电子元器件的焊接,例如DIP封装晶体振荡器或部分插件晶振。其工作原理是在PCB完成插件后,通过喷涂助焊剂、预热,再让PCB底部经过熔融锡液形成的"波峰",利用液态焊锡一次性完成所有引脚焊接。由于插件元件的引脚穿过PCB,因此波峰焊能够快速实现大量焊点同时焊接,在工业生产中仍然具有重要应用价值。

(KOAN圆柱无源晶振KX1040/KX2060/KX3080)

(KOAN HC-49S系列或DIP08/14系列焊接图)
典型波峰焊生产流程包括:插件安装 → 喷涂助焊剂 → PCB预热 → 波峰焊 → 冷却 → 引脚修剪 → 外观检查。整个焊接过程一般包含喷雾、预热、锡炉和冷却四个阶段。相比回流焊,波峰焊更适用于插件器件,而不适用于现代高密度SMT贴片生产。
- 回流焊利用焊锡膏熔化完成贴片元件焊接,主要用于SMD表面贴装元件,适合现代电子产品的大规模自动化生产。
- 波峰焊则利用液态锡波一次性焊接PCB底部引脚,主要针对DIP插件器件,生产效率高,但PCB布局灵活性相对较低。随着电子产品不断向轻薄、小型化方向发展,目前消费电子、通信设备及工业控制产品中的晶振,大多采用回流焊工艺完成安装。
晶振虽然外形较小,但属于高精度频率器件,对焊接工艺要求较高。如果焊接温度过高,可能造成晶片内部应力变化,影响频率稳定度;若加热时间过长,则可能破坏内部密封结构,使晶振寿命缩短。
对于圆柱晶体(Cylinder Crystal)而言,还需特别注意玻璃珠密封区域。过度加热可能导致玻璃珠开裂或密封性能下降,从而影响晶振长期可靠性。此外,应避免在晶振本体施加过大的机械应力,例如PCB弯曲、外壳挤压或引脚强行校正,这些都可能导致晶片受力,进而影响振荡性能。
如果产品出现以下现象,应检查焊接工艺是否符合要求:
晶振无法正常起振
设备偶尔停振或重新启动
输出频率超出规格范围
温度变化后频率异常漂移
批量产品出现一致性问题
MCU无法正常启动或通信异常
建议结合示波器、频率计及晶振测试仪,对频率、ESR、驱动电平等参数进行检测,并排查PCB焊点、温度曲线及外围电路设计,避免将焊接问题误判为晶振质量问题。
KOAN凯擎东光针对不同封装类型的石英晶体谐振器、晶体振荡器、TCXO、VCXO、OCXO等产品,均提供完整的焊接规范和推荐温度曲线。建议用户在产品设计和生产过程中严格参考对应规格书要求,确保晶振能够长期稳定工作。作为专业的石英晶体、晶体振荡器及频率控制解决方案供应商,KOAN可为客户提供产品选型、PCB应用建议、焊接工艺指导及技术支持,帮助工程师提升产品可靠性和长期稳定性。