SMD型封裝的TCXO晶振和OCXO晶振本身具體一定的耐熱性,但常規的規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,其衰減時間常數為幾天.數據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.
在現代設備生產線中,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變化.它們經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％.平均響應擬合指數函數,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b可以被認為是反時間常數.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天之間的不規則性顯然與由于環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節中所述的指數和對數函數擬合(參見圖5中的虛線).雖然指數衰減函數顯示太小的曲率,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和對數函數曲線擬合的.同樣,指數函數表明擬合不充分,因為它的曲率太”平坦”,而對數函數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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