SMD型封裝的TCXO晶振和OCXO晶振本身具體一定的耐熱性,但常規(guī)的規(guī)格大部分達不到耐高溫的要求,因此可通過定制,來達到更高的工作溫度范圍要求.貼片晶振可過無鉛高溫回流焊接,最高溫度可承受+260℃,而且石英晶振本身不會受到損害,這也是為什么生產(chǎn)廠家們,熱衷于使用SMD Oscillator的因素之一.
在用戶的p-c板上進行回流焊接后,有源貼片晶振顯示出高達幾ppm的正頻移,其衰減時間常數(shù)為幾天.數(shù)據(jù)表中通常不會描述或指定此效果.然而,對于用戶來說非常重要且非常重要,特別是對于具有嚴格溫度容差的振蕩器,例如TCXO和即將推出的SMT OCXO.
在現(xiàn)代設備生產(chǎn)線中,p-c板通常最終在焊接過程后的短時間內進行調整和調整.如果電路板包含SMT晶體振蕩器,在大約一周后可以觀察到強烈的負頻移,石英晶振似乎已經(jīng)老化,但這是由于與回流焊接過程的熱應力相關的滯后效應.MIL-PRF-55310區(qū)分”熱滯后”和”回掃”.Retrace是f(T)特性(OCXO)的非重復性,在固定溫度下,在特定條件下開關振蕩器,而滯后(TCXO)是非最大值溫度循環(huán)期間f與T特性的重復性.
如本文所定義的回流滯后是由單個(或多個)溫度峰值引起的,并且該效應被描述為在幾天的時間段內的頻率偏移.紅外和對流回流焊接工藝的典型溫度曲線如圖1所示.最高溫度應力是在液相線時間期間,在215℃或高于215℃時介于10秒和40秒之間.可以產(chǎn)生它的機構被稱為”電極中的應力釋放,以及晶振外殼內的污染物傳遞”.

圖1:回流焊接工藝的典型溫度曲線

石英晶體單位:
使用13個不同的批次生產(chǎn)300個基本模式AT切割石英晶振,在32.768MHz,HC-49/U,坯料直徑8.0mm,其中不同的工藝參數(shù)變化.它們經(jīng)受了回流焊溫度曲線,如圖1所示.在焊接后4小時,24小時和40天測量共振頻率.每批13個批次中每一批的頻率偏差的平均值顯示在表1中,并以圖形方式顯示在圖2中.該值是指40天后觀察到的頻率.

批量	4個小時	24小時	40天
A1	2.5ppm	1.5ppm	0.0
A2	1.5ppm	1.0ppm	0.0
B	2.8ppm	1.3ppm	0.0
C	2.0ppm	1.5ppm	0.0
D	2.0ppm	1.6ppm	0.0
E	2.0ppm	1.9ppm	0.0
F1	1.6ppm	1.2ppm	0.0
F2	1.7ppm	1.3ppm	0.0
G	2.2ppm	1.8ppm	0.0
H	1.9ppm	1.5ppm	0.0
I	2.0ppm	1.2ppm	0.0
K	2.1ppm	1.2ppm	0.0
L	2.2ppm	1.2ppm	0.0
平均值	2.0ppm	1.4ppm	0
std偏差	0.35ppm	0.25ppm

表1:回流焊接后32.768MHz晶體的頻率偏差

圖2:回流焊后32.768MHz AT切割貼片晶振的頻率偏差一天后的平均回流滯后是4小時后觀察到的頻移的71％.一個值得注意的結果是,在批次A2,F1和F2中觀察到最低的回流滯后效應,其中晶體在密封之前經(jīng)歷延長的烘烤程序.
2.2TCXO38.88MHz
采用模擬間接補償技術的125個TCXO貼片石英晶體振蕩器采用模擬回流焊接工藝,在HC-52外殼中采用基本模式38.88MHzAT切割晶體.在整個50天內觀察輸出頻率.圖3顯示了回流滯后響應的平均值和±1西格瑪極限.48小時后,平均頻率偏差為(1.1±0.22)ppm,并且頻率在約30天后穩(wěn)定.

圖3:回流焊接后38.88MHz TCXO的頻率偏差2.3 TCXO19.44MHz本實驗顯示了重復回流焊接過程后的回流滯后.25件TCXO中使用的石英晶振是HC-52/U超薄線中的19,44MHzAT基本模式.第一次回流焊接在第一次回流焊接后38天完成,并在7天內測量.圖4顯示了回流滯后響應的平均值和±1西格瑪極限.滯后效應非常強烈:
1小時后(7,9±2.6)ppm
24小時后(5.4±1.7)ppm
并且在1小時后衰減一天至初始值的69％.平均響應擬合指數(shù)函數(shù),其在圖2中以虛線表示.

匹配只是很差,因為它的曲率不能跟隨陡峭的響應.然而是對數(shù)曲線擬合(見圖4中的虛線)

顯示出極佳的貼合度.具有(時間)-1的尺寸的等式(2)中的參數(shù)b可以被認為是反時間常數(shù).在這種情況下,1/b的值等于0.28天.

圖4:第二次回流焊接后19.44MHzTCXO的頻率偏差2.4 TCXO-40,96MHz使用HC-52/U超薄線路中40,96MHzAT基本晶體的石英晶體振蕩器進行回流焊接,觀察時間為42天重復回流焊接過程.比較第一次和第二次處理的回流滯后.
第一次焊接后的滯后效應如圖5所示.
第22天和第24天之間的不規(guī)則性顯然與由于環(huán)境溫度變化引起的測量不準確性有關.所有6個有源系列貼片晶振響應的平均曲線通過如2.3節(jié)中所述的指數(shù)和對數(shù)函數(shù)擬合(參見圖5中的虛線).雖然指數(shù)衰減函數(shù)顯示太小的曲率,其不能跟隨滯后的初始階段的陡度,但對數(shù)曲線與實驗值相當平滑地匹配.

圖5:第一次回流焊接后40,96MHz 溫補晶振的頻率偏差在圖6中,描述了在第一次焊接后42天的第二次回流焊接引起的回流滯后30天.

圖6:第二次回流焊接后40,96MHz TCXO晶振的頻率偏差此處,平均值響應是按照上述指數(shù)和對數(shù)函數(shù)曲線擬合的.同樣,指數(shù)函數(shù)表明擬合不充分,因為它的曲率太”平坦”,而對數(shù)函數(shù)非常好地描述了滯后響應.

表2總結了兩種滯后特性的比較.

滯后	首先回流焊接	二次回流焊接	第2次到第1次回流焊
1小時	(5.5±1.1)ppm	(3.9±0.9)ppm	0.7
24小時	(4.9±0.9)ppm	(3.0±0.8)ppm	0.6
df/f(24h)/df/f(1h)	0.89±0.07	0.78±0.05	0.87
時間常數(shù)1/b	0.93天	1.93天	2.07

表2:40,96MHz TCXO的第一和第二回流滯后的比較

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