晶體諧振器導(dǎo)致上機失效的DLD問題的探究

馬劍鋒 陳俊

摘 要：隨著電子產(chǎn)品微功耗和小激勵工作的需要，要求石英晶體諧振器（以下簡稱晶體）能在較小的激勵功率或可變的激勵功率下正常工作，因此激勵電平相關(guān)性（DLD）不良的晶體在某些激勵條件下很容易發(fā)生工作不穩(wěn)定或失效的問題，DLD不良品在以往的失效產(chǎn)品分析中所占的比重較大。晶體的DLD具有變化性和不穩(wěn)定性，對實際生產(chǎn)和使用會產(chǎn)生較大困擾，因此需對其發(fā)生的原因進(jìn)行探究和針對性地加以控制。該文從DLD問題成因以及如何防止DLD不良品流出進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：晶體 激勵電平相關(guān)性DLD 激勵 可變性

中圖分類號：TN32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（a）-0032-02

1 DLD參數(shù)的簡介

DLD參數(shù)是指晶體的激勵電平相關(guān)性，是衡量一個晶體在不同激勵條件下其頻率、阻抗穩(wěn)定性的一個參數(shù)。DLD參數(shù)具有可變性和不穩(wěn)定性，在晶體的實際生產(chǎn)中也是一個控制相對困難的一個參數(shù)。在晶體生產(chǎn)和應(yīng)用中，對于DLD參數(shù)主要從頻率和阻抗兩大指標(biāo)分別進(jìn)行，DLD2、RLD2為阻抗指標(biāo)，DLD2表示在晶體指定激勵范圍測試時的最大阻值-最小阻值的差值，RLD2指指定激勵范圍內(nèi)晶體的最大阻抗值，F(xiàn)DLD為頻率指標(biāo)，是指晶體指定激勵范圍測試時的最大頻率值-最小頻率值的差值。采用目前行業(yè)廣泛采用的S&A的250B以及KOLINKER的KH1120等均能方便直觀地測試出晶體的DLD特性，這些測試儀既能提供直觀的數(shù)據(jù)表格，也能提供測試曲線圖，可為具體分析提供幫助。

以下為一份S&A250B測試儀上得到的DLD不良品的測試掃描曲線圖及數(shù)據(jù)：

圖1中深色曲線是晶體頻率隨激勵功率變化的變化曲線，綠色曲線為阻抗變化曲線，對照圖2測試數(shù)據(jù)我們可以很直觀地觀察到產(chǎn)品在不同激勵功率下的頻率、阻抗的變化情況以及發(fā)生異常的激勵點。

2 晶體制程中DLD的成因

1971年，S. Nonaka就指出了顆粒吸附到晶體的電極表面是引起DLD的原因。1991年，L.Dworsky和R.Kinsman理論上解釋了DLD發(fā)生的機理。國內(nèi)外晶體生產(chǎn)廠家對此問題也進(jìn)行了很多的研究，根據(jù)曾經(jīng)合作過的美國RALTRON公司的相關(guān)研究資料，較為清晰地總結(jié)出了三種常見的DLD問題在不同激勵下的表現(xiàn)。不潔凈的工作室導(dǎo)致產(chǎn)品在低激勵下阻抗增大，而顆粒會導(dǎo)致在中激勵范圍阻抗增大，膠量過多則對低頻產(chǎn)品高激勵阻抗增大的問題。

在多年的實際工作中，對制程以及客戶端發(fā)生的不良品進(jìn)行了長期的分析和總結(jié)，并結(jié)合其他廠家的一些經(jīng)驗將晶體DLD不良的原因大致歸納成以下幾個方面。

2.1 晶片本身的材質(zhì)以及晶片表面處理不良

隨著人造石英晶體技術(shù)的日趨成熟和完善，以前資料中提到的產(chǎn)品DLD問題很大原因可能是水晶材質(zhì)的情況得到了極大改觀，實際生產(chǎn)中由于水晶材質(zhì)不良導(dǎo)致的產(chǎn)品DLD問題較少見到。晶片表面附著有油污或晶片外形加工時使用過的黏膠可能導(dǎo)致產(chǎn)品的DLD問題，這在國內(nèi)外的一些研究資料中有提及，這種情況在實際生產(chǎn)中也還是偶有出現(xiàn)的。另外，晶片表面的砂痕以及裂隙等機械損傷也是晶體DLD不良的原因。

2.2 污染

根據(jù)實際生產(chǎn)中對不良品的分析統(tǒng)計來看，導(dǎo)致晶體DLD問題最主要的問題還是在于電極表面的粘附的次微小顆粒、可見粒子、較大顆粒等導(dǎo)致的影響。次微小顆粒主要是肉眼看不到的污染顆粒，真空泵油污染是主要的元兇；可見粒子主要有蒸鍍時濺射的細(xì)小銀顆粒、塵埃顆粒、設(shè)備機械結(jié)構(gòu)磨損產(chǎn)生的粉塵以及封焊過程中金屬濺落物等，這些顆粒有些可以直接在顯微鏡下觀察到，有些細(xì)微顆?？刹捎脗?cè)光燈在顯微鏡下觀察有助于觀察到。另外，銀電極表面白斑或黃斑等也是DLD不良的主要現(xiàn)象，這些問題可能因產(chǎn)品在制程中流轉(zhuǎn)時晶片表面受到污染、不潔氣氛附著、在空氣中放置時間過長以及封焊時氮氣中氧含量過大等問題導(dǎo)致的污染氧化造成。因此工作環(huán)境的潔凈度以及操作的規(guī)范性對于污染防止十分關(guān)鍵。

2.3 銀層附著力不良問題

從不良品分析的結(jié)果來看，電極銀層附著力不良也是DLD問題的一個比較常見的因素。由于晶片清洗潔凈度不夠、蒸鍍真空度不良、蒸鍍前的氬離子轟擊效果不佳以及晶片表面污染等問題可能會導(dǎo)致晶片電極的附著力不良。

2.4 其他因素

除了上述的一些主要原因外，從不良品分析中可以見到諸如膠點氣泡、基座彈片應(yīng)力、電極膜厚控制異常等問題也是導(dǎo)致DLD問題的相關(guān)因素，在實際生產(chǎn)中應(yīng)采取措施加以防范。

3 DLD的特點以及針對性地控制

產(chǎn)品的DLD參數(shù)具有變化性和不確定性。一個DLD不良晶體可能在下一次測試中合格，且其電性能參數(shù)能保持一段時間合格。但是在經(jīng)過長時間放置后其頻率或阻抗特性可能會再次惡化，嚴(yán)重的就會導(dǎo)致線路的停振，這種情況在業(yè)界通常稱為晶體進(jìn)入“睡眠”狀態(tài)。這是因為部分DLD不良品在經(jīng)過電激勵后會被短暫地激活，恢復(fù)到接近正常的參數(shù)，但是經(jīng)過一段時間后其可能又會回復(fù)到異常狀態(tài)?！八摺本w問題一直是困擾生產(chǎn)廠家的一個難題，也是客戶使用中最為頭疼的問題，所以如何能最大程度地在測試前將這些DLD不良品剔除是很關(guān)鍵的一個方面。除了對前面提及的DLD成因制定針對性措施預(yù)防不良品產(chǎn)生外，我們就如何將DLD不良品最大程度的攔截掉開展過多項試驗，根據(jù)試驗的經(jīng)驗，認(rèn)為進(jìn)行如下控制后有利于DLD不良品最大程度上被剔除。（1）在產(chǎn)品測試選分前進(jìn)行模擬回流焊，回流焊溫度建議在260℃～270℃的時間在30 s以上，可以有效地剔除一些制程污染的產(chǎn)品。（2）根據(jù)晶體應(yīng)用的實際情況，可適當(dāng)增加DLD測試激勵點數(shù)。（3）針對經(jīng)過測試的產(chǎn)品不得直接進(jìn)行二次測試，要求必須進(jìn)行105℃×48 h的老化，并常溫放置12 h以上才可以進(jìn)行二次測試，從而避免DLD“睡眠”晶體因被激活無法測出的問題。

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