CN102437826A - 制造晶体单元的方法、晶体单元制造掩模以及晶体单元封装 - Google Patents

制造晶体单元的方法、晶体单元制造掩模以及晶体单元封装 Download PDF

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Abstract

一种制造晶体单元的方法，在掩模被安置在基底上的状态下，从位于所述掩模中的多个穿孔的每个穿孔的、所述掩模的前表面中的第一开口，将粘合剂填充到每个穿孔内；以及通过加热元件，对界定了所述掩模的背表面中的第二开口的侧壁区域加热，以固化界定了每个穿孔并与填充每个穿孔的所述粘合剂接触的所述侧壁区域中的侧壁部的所述粘合剂。在从所述基底移除了所述掩模之后，使用粘合剂将振荡器板粘接到所述基底上，以形成晶体单元。

Description

制造晶体单元的方法、晶体单元制造掩模以及晶体单元封装
技术领域
本发明涉及一种制造晶体单元的方法、当制造所述晶体单元时所使用的晶体单元制造掩模、以及容纳所述晶体单元的晶体单元封装。
背景技术
目前，导电粘合剂(conductive adhesive)(或粘接剂)用于将晶体振荡器的晶体振荡器板安装在所述晶体振荡器的陶瓷封装上。点胶机(dispenser)用于将导电粘合剂涂覆在陶瓷封装内的基底上。
图1A和图1B为示出现有技术中的振荡器的结构的实例的视图。
如图1A中的侧视图所示，振荡器100包括陶瓷封装112、振荡器板114以及电路116。电路116包括振荡器电路、控制电路、输出缓冲电路等。振荡器板114和电路116设置在陶瓷封装112内。
如图1B的俯视图所示，一对激励电极118被布置为夹住振荡器板114。连接线120从每个激励电极118延伸到振荡器板114的相应端部，以连接到设置在陶瓷封装112的基底112a上的电极衬垫122。电极衬垫122经由连接线(未示出)连接到电路116。振荡器板114上的电极118通过导电粘合剂124粘接到基底112a，以电连接到相应电极衬垫122。
图2A和图2B为示出现有技术中的振荡器的结构的另一实例的视图。在图2A和图2B中，与图1A和图1B中的那些相应部分相同的那些部分由相同附图标记表示，并且省略对那些部分的描述。
如图2A的侧视图所示，陶瓷封装112具有基底112a和基底112b。
如图2B的俯视图所示，一对连接线120沿彼此相对的方向从一对激励电极118延伸到振荡器板114的对角相对端部，以连接到设置在陶瓷封装112的各基底112a和基底112b上的一对电极衬垫122。振荡器板114上的电极118通过导电粘合剂124粘接到各基底112a和基底112b，以电连接到相应电极衬垫122。
图3A-图3D为用于说明图1A和图1B中所示的振荡器的粘合剂涂覆工艺的实例的视图。
如图3A、图3B以及图3C的透视图所示，当在基底112a上涂覆粘合剂124时，将点胶机126放低到设置有电极衬垫122的位置，将粘合剂124从点胶机126供应到基底112a上，并将点胶机126从被放低的位置升高。然而如图3D的俯视图所示，当粘合剂124的涂覆位置略微移动或粘合剂124的涂覆区域扩散(spread)时，所涂覆的粘合剂124可伸到电极衬垫122外部，使得振荡器板114的粘接状态依赖于粘合剂124的位置移动或区域性扩散而略微不同。振荡器板114的粘接状态的这种略微差别可能使得振荡器100的振荡频率随着时间推移而变得不稳定或可能会停止振荡。图1A和图1B中示出的振荡器100的这种问题可能与图2A和图2B中示出的振荡器100的情况以类似方式发生。
已知的图案形成方法可用于涂覆粘合剂。例如，通过将印刷材料填入穿过印刷板的开口并将印刷材料印到目标对象上，图案形成方法形成了图案。在固化(curing)或半固化了印刷材料之后，印刷板可从目标对象移除。
在日本特开专利公开第2000-233560号中已经提出了丝网印刷方法的实例。
由于在固化或半固化了印刷材料之后将印刷板从目标对象移除，从而印刷材料不太可能流动并引起所形成的图案的位置误差。然而，当图案形成工艺用于涂覆粘合剂时，不可能以使得振荡器100的振荡频率不受粘接影响的方式将振荡器板114粘接到基底112a或粘接到基底112a和基底112b。
发明内容
本发明的一个方案是提供一种制造晶体单元的方法、晶体单元制造掩模以及晶体单元封装，可稳定振荡频率。
根据本发明的一个方案，提供了一种制造晶体单元的方法，包括：在掩模被放置在基底上的状态下，从位于所述掩模中的多个穿孔的每个穿孔的、所述掩模的前表面侧的第一开口，将粘合剂填充到所述多个穿孔的每个穿孔内；以及通过第一加热元件，对界定了与所述第一开口处于相对侧的、位于所述掩模的背表面侧的第二开口的侧壁区域加热，以固化侧壁的除了界定了所述第一开口的侧壁区域之外的、界定了所述第二开口的所述侧壁区域中的侧壁部的所述粘合剂，其中所述侧壁界定了所述多个穿孔的每个穿孔并与被填充到每个穿孔内的所述粘合剂接触；以及在从所述基底移除了所述掩模之后，使用所述基底上的所述粘合剂将振荡器板粘接到所述基底上，以形成晶体单元。
根据本发明的另一个方案，提供了一种用于制造晶体单元的晶体单元制造掩模，包括：主体，具有第一表面和与所述第一表面处于相对端的第二表面，所述主体包括多个穿孔，每个穿孔具有在所述第一表面处的第一开口和在所述第二表面处的第二开口；以及加热元件，被配置为对所述主体的侧壁的、除了界定了所述第一开口的侧壁区域之外的、所述主体的界定了所述第二开口的侧壁区域加热，其中所述主体的侧壁界定了所述多个穿孔的每个穿孔。
根据本发明的再一个方案，提供了一种晶体单元封装，包括：振荡器板；基底，具有粘接到所述振荡器板的区域；以及加热元件，被配置为加热至少所述基底的所述区域，其中所述振荡器板经由涂覆在所述区域上的粘合剂而粘接到所述基底的所述区域。
将通过在权利要求中特别指出的元件及组合来实现和达到本发明的目的和优点。
应理解，前文的一般性描述和下文的详细描述两者仅为示例性和说明性的，并不要求对本发明进行限制。
附图说明
图1A和图1B为示出现有技术中的振荡器的结构的实例的视图；
图2A和图2B为示出现有技术中的振荡器的结构的另一实例的视图；
图3A-图3D为用于说明图1A和图1B中所示的振荡器的粘合剂涂覆工艺的实例的视图；
图4A-图4C为示出本发明的一个实施例中的晶体单元制造掩模的实例的视图；
图5A和图5B为示出本发明的一个实施例中的晶体单元封装的实例的视图；
图6A-图6C为用于说明本发明的一个实施例中的制造晶体单元的方法的视图；
图7A-图7E为用于说明本发明的一个实施例中的制造所述晶体单元的方法的视图；
图8A和图8B为用于说明粘合剂的固化的视图；
图9为示出本发明的一个实施例中的粘合剂的固化与时间的关系的实例的视图；
图10为用于说明本发明的另一个实施例中的晶体单元制造掩模和晶体单元封装的视图。
具体实施方式
将参考附图来描述本发明的优选实施例。
现将给出根据本发明的制造晶体单元的方法、晶体单元制造掩模、以及晶体单元封装的每个实施例的描述。
某些时候，晶体单元也指石英晶体单元、晶体谐振器、振动晶体或简称为晶体。
【晶体单元制造掩模】
图4A-图4C为示出本发明的一个实施例中的晶体单元制造掩模的实例的视图。图4A示出晶体单元制造掩模(在下文中简称为“掩模”)10的透视图，图4B示出在掩模10中的穿孔附近的掩模10的剖视图，图4C示出设置在掩模10上的加热器的仰视图。
当将振荡器板粘合到陶瓷封装内的预定位置时使用掩模10，以涂覆热固导电粘合剂(在下文中简称为“粘合剂”)。当在预定位置处涂覆粘合剂时，掩模10用于以预定形状部分地固化粘合剂。
掩模10包括具有预定厚度的主体，其一个端部具有缩减的厚度，如图4A所示。具有缩减的厚度的此端部指相对于掩模10的其它部分形成阶梯的薄部12。两个穿孔(或通孔)14a和14b设置在薄部12中。如在下文中将要描述的，穿孔14a和14b的每个穿孔被设置为使用涂刷器(sqeegee)从如图4B所示的掩模10的前表面(或前侧)中的开口16a和16b以穿孔14a和14b的形状填充粘合剂。当掩模10与下文中将要描述的陶瓷封装的基底接触时，掩模10的背表面(或背侧)与基底接触。掩模10的前表面为不与基底接触的一侧。
在下文中，将给出穿孔14a附近的结构的描述。然而，穿孔14b的附近的结构与穿孔14a相同，并且省略对其的描述。此外，例如，如可从图4B中所看到的，将在括号中示出与穿孔14b的附近相关联的元件的附图标记。
如图4B所示出的，在界定了穿孔14a并与从开口16a(16b)所填充的粘合剂接触的侧壁部18a(18b)中，设置有加热器22a(22b)作为加热元件。如图4C所示，加热器22a(22b)被设置为环绕穿孔14a(14b)的外周，以加热掩模10的侧壁部18a(18b)。加热器22a(22b)可由具有相对高阻抗的线所形成，如镍铬铁合金线。
电源端子24和26设置在掩模10的侧表面上并且电连接到加热器22a(22b)。当涂覆了粘合剂以将振荡器板粘接到陶瓷封装内的基底时，经由电源端子24和26供应来自电源(未示出)的电力，以从加热器22a(22b)产生热量。
从加热器22a(22b)产生热量，以在粘合剂被填充至穿孔14a(14b)内的状态下部分固化粘合剂。
如图4B所示，加热器22a(22b)设置在掩模10的背表面中的开口20a(20b)侧(开口16a(16b)的相对侧)的侧壁区域中的侧壁部18a(18b)中。换言之，加热器22a(22b)设置在侧壁部18a(18b)中，但除了掩模10的前表面中的开口16a(16b)侧的侧壁区域之外。加热器22a(22b)没有设置在掩模10的前表面侧的侧壁区域中，这是因为当粘合剂的固化发展到掩模10的前表面时，掩模10的前表面上的粘合剂有可能不能粘接到振荡器板。
另一方面，使用加热器22a(22b)固化在掩模10的背表面侧接触侧壁区域的粘合剂，以防止在移除掩模19之后掩模10的背表面侧的侧壁区域附近的粘合剂在将振荡器板放置在粘合剂上和粘合剂固化之前流动。通过防止粘合剂在固化之前过早流动，可抑制涂覆在基底上以粘接振荡器板的粘合剂脱离预设位置的位置误差。从加热器22a(22b)所产生的热或加热器22a(22b)的加热温度被设定为使得能够固化粘合剂。例如，加热温度可为150℃。加热时间被控制为使得掩模100的前表面侧的区域中的粘合剂由于粘合剂的导热性而不被固化。
在掩模10的薄部12具有厚度t1(mm)并且加热器22a(22b)具有厚度t2(mm)的情况下，t1/t2例如为0.8到0.9。加热器22a(22b)的厚度t2(mm)是从开口20a(20b)的位置朝向加热器22a(22b)的端部处的开口16a(16b)得到的。例如，加热器22a(22b)被粘接到振荡器板的部分的高度为掩模10的薄部12的厚度t1的0.1到0.2倍。例如，掩模10的薄部12的厚度t1为1mm，并且穿孔14a和14b的孔直径为2mm。
掩模10中的穿孔14a和14b的位置与振荡器板所粘接的陶瓷封装的基底上设置的电极衬垫的位置对齐。
【晶体单元封装】
图5A和图5B为示出本发明的一个实施例中的晶体单元封装(在下文中简称为“封装”)的实例的视图。图5B示出沿图5A中的线A-A’的剖视图。
如图5A和图5B所示，封装30包括底部32、侧壁部34以及基底36。封装30例如由陶瓷材料制成。振荡器板容纳在封装30内，并且当盖子(未示出)覆盖封装30的顶部时振荡器板密封在封装30内。
基底36从封装30内的内部空间伸出并相对底部32形成阶梯形。将要被连接到振荡器板的电极的电极衬垫38a和38b设置在基底36的表面上。电极衬垫38a和38b分别经由导线42a和42b连接到各封装衬垫40a和40b。封装衬垫40a和40b连接到设置在印刷电路板或基板(这两者均未示出)上的衬垫，以将晶体单元安装在印刷电路板或基板上。
由于掩模10的阶梯形与基底36的阶梯形相匹配，从而当使用掩模10在基底36上涂覆粘合剂时，掩模10与由封装30的侧壁部所环绕的区域精确对准并安置在该区域中。在这种状态下，掩模10的穿孔14a和14b与电极衬垫38a和38b的各位置匹配。
在基底36的表面上设置有加热器44a和44b作为加热元件，以环绕各电极衬垫38a和38b。加热器44a和44b连接到电源端子48和50，该电源端子48和50经由各导线46a和46b设置在封装30的侧壁部34的外面部分上。经由电源端子48和50供应来自电源(未示出)的电力，以从加热器44a和44b产生热量。当使用掩模10在电极衬垫38a和38b上涂覆粘合剂并部分固化粘合剂时，将电力供应到加热器44a和44b以产生热量。与电极衬垫38a和38b接触的粘合剂的底部通过加热器44a和44b所产生的热而被固化。加热器44a和44b的加热温度可与加热器22a和22b相同，以便通过相同方式固化粘合剂。也就是说，加热器44a和44b的加热温度例如可为150℃。可通过加热器44a和44b的加热时间控制粘合剂的固化。
【制造晶体单元的方法】
图6A-图6C为用于说明本发明的一个实施例中的制造晶体单元的方法前半部分工艺的视图。图7A-图7E为用于说明本发明的一个实施例中的制造所述晶体单元的方法的后半部分工艺的视图。
首先，如图6A所示，制备上述掩模10和上述封装30。如同6B所示，由于掩模10的阶梯形与基底36处的封装30的阶梯形匹配或相应，从而可将掩模10安置在封装30上的预定对准位置处。在这种状态下，掩模10的穿孔14a和14b的位置与电极衬垫38a和38b的位置匹配。
如同6B所示，电源51经由设置在掩模10的侧表面上的电源端子24和26连接到加热器22a和22b。另一方面，电源52经由设置在封装30的侧壁部34上的电源端子48和50连接到加热器44a和44b。
接着，如图6C所示，点胶机54用于在掩模10的穿孔14a和14b内部涂覆预定量的粘合剂。例如，螺杆压缩器式点胶机、空气压缩器式点胶机等可被用作点胶机54。
接着，如图7A所示，涂刷器58用于将粘合剂56填充到掩模10中的穿孔14a和14b内，并移除过多的粘合剂。在这种状态下，电源51和52向掩模10的加热器22a和22b供电，并向封装30的加热器44a和44b供电，以加热穿孔14a和14b内的粘合剂56。
图8A和图8B为用于说明粘合剂的固化的视图。当加热器22a和22b以及加热器44a和44b产生热量时，穿孔14a和14b内的粘合剂56的底部和底侧壁部的外周被固化，如图8A中的实心黑色部分所示。另一方面，粘合剂56除了其底部和底侧壁部的外周之外的部分能够保持在非固化状态(或半固化状态)。
如图8B所示，当没有设置加热器44a和44b或加热器44a和44b没有产生热量时，粘合剂56的底部外周可能没有被充分固化。在这种情况下，当掩模10从封装30移除时，非固化状态(或半固化状态)的粘合剂56会从其底部流动，以使得当其后将振荡器板粘接到封装30上时粘接部扩散。由于这个原因，可优选使用封装30的加热器44a和44b加热和固化粘合剂56的底部和底侧壁部的外周。
在本实施例中，使用加热器44a和44b来加热并固化粘合剂56的底部外周。然而，可通过加热器44a和44b形成加热表面，以加热粘合剂56的整个底部。
图9为示出本发明的一个实施例中的粘合剂的固化与时间的关系的实例的视图。在本实例中，由包括银(Ag)的环氧树脂所制成的导电粘合剂用于粘合剂56。在图9中，纵坐标表示固化率(％)，横坐标表示以分钟(min)计的时间。固化率表示固化的程度。加热温度被设定为150℃。如从图9可以看出的，在30分钟处固化率为100％，即，全部粘合剂56在30分钟处固化。另一方面，在10分钟处固化率为33％，此时粘合剂56仅在其底部和底侧壁部的外周被固化。粘合剂56的底侧壁部为与设置有加热器22a和22b的掩模10的背表面侧的侧壁区域接触的部分。
通过适当地调节加热器22a和22b以及加热器44a和44b的加热时间，粘合剂56可仅在其底部和底侧壁部的外周被加热且被固化。
之后，掩模10从封装30移除，如图7B所示。在这种状态下，粘合剂56在其底部和底侧壁部的外周被固化，并且粘合剂56不会变形。尽管粘合剂56的顶部处于非固化状态(或半固化状态)，然而粘合剂56的顶部被底部和底侧壁部的外周所支撑且不会流动。在这种状态下，振荡器板60通过粘合剂56粘接到封装30的基底36，如图7C所示。为了使振荡器板60能够振荡，连接到设置在振荡器板60的两个主表面的一对电极(未示出)的电极衬垫(未示出)经由导电的粘合剂56电连接到设置在基底36上的电极衬垫38a和38b。
接着，设置有振荡器板60的封装10放置在例如温度与150℃类似的环境中，并且粘合剂56全部固化，如图7D所示。
之后，盖子62放置在封装30的顶部，以覆盖并密封振荡器板60，如图7E所示。
以上述方式制造的晶体单元可通过将封装衬垫40a和40b连接到设置在目标基底上的相应衬垫而安装在目标基底(未示出)上，其中所述目标基底例如为印刷电路板、布线板以及基板。
在本实施例中，掩模10的背表面侧的侧壁区域被开口20a和20b处的加热器22a和22b加热，以固化粘合剂56的底侧壁部，从而在从基底36移除掩模之前固化粘合剂56。之后，振荡器板60使用处于非固化状态(或半固化状态)的粘合剂56的顶部粘接到基底36。因此，恒定区域可总是被设置为粘接部，以将振荡器板60粘接在基底36上，从而抑制晶体单元的振荡频率的不稳定性并稳定振荡频率。
在上述实施例中，由加热器22a和22b以及加热器44a和44b加热粘合剂56。然而，如图10所示，通过感应加热来加热粘合剂56的加热金属元件220a、220b、440a以及440b可被设置为加热元件，来代替加热器22a、22b、44a以及44b。图10为用于说明本发明的另一个实施例中的晶体单元制造掩模和晶体单元封装的视图。在图10中，与图6A中的那些相应部分相同的那些部分由相同附图标记表示，并且省略对那些部分的描述。
在图10中，在掩模10安置在封装30上并且粘合剂56填充在穿孔14a和14b内的状态下，电磁源70产生电磁波，以与设置有加热器22a、22b、44a以及44b的情况类似的方式对加热金属元件220a、220b、440a以及440b进行加热并部分固化粘合剂56。
尽管实施以例如“第一”、“第二”或“第三”进行编号，然而序号数并不表明实施例的优先顺序。多种其它改型和修正对本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
本文记载的所有实例和条件性语言旨在用作教导性目的，以帮助读者理解本发明和发明人对现有技术改进提出的概念。应将本文记载的所有实例和条件性语言解读为不是对这些具体记载的实例和条件的限制，说明书中这些实例的构成也不涉及显示本发明的优势和不足。尽管已经详细描述了本发明的实施例，但应理解的是，可对其进行各种改变、替代和改进，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种制造晶体单元的方法，包括：
在掩模被安置在基底上的状态下，从位于所述掩模中的多个穿孔的每个穿孔的、所述掩模的前表面侧的第一开口，将粘合剂填充到所述多个穿孔的每个穿孔内；
通过第一加热元件，对界定了与所述第一开口处于相对侧的、位于所述掩模的背表面侧的第二开口的侧壁区域加热，以固化侧壁的除了界定了所述第一开口的侧壁区域之外的、界定了所述第二开口的所述侧壁区域中的侧壁部的所述粘合剂，其中所述侧壁界定了所述多个穿孔的每个穿孔并与被填充到每个穿孔内的所述粘合剂接触；以及
在从所述基底移除了所述掩模之后，使用所述基底上的所述粘合剂将振荡器板粘接到所述基底上，以形成晶体单元。
2.根据权利要求1所述的制造晶体单元的方法，其中所述加热包括通过第二加热元件对所述基底的与所述粘合剂接触的区域加热，以固化至少所述粘合剂的底部的一部分。
3.根据权利要求1所述的制造晶体单元的方法，其中所述加热使用设置在界定了位于所述掩模的背表面侧的所述第二开口的所述侧壁区域中的加热器，作为所述第一加热元件。
4.根据权利要求2所述的制造晶体单元的方法，其中所述加热使用设置在所述基底的与所述粘合剂接触的区域中的加热器，作为所述第二加热元件。
5.根据权利要求1所述的制造晶体单元的方法，其中所述加热使用被配置为通过感应加热来产生热量、并设置在界定了位于所述掩模的背表面侧的所述第二开口的所述侧壁区域中的加热金属元件，作为所述第一加热元件。
6.根据权利要求2所述的制造晶体单元的方法，其中所述加热使用被配置为通过感应加热来产生热量、并设置在所述基底的与所述粘合剂接触的区域中的加热金属元件，作为所述第二加热元件。
7.一种用于制造晶体单元的晶体单元制造掩模，包括：
主体，具有第一表面和与所述第一表面处于相对端的第二表面，所述主体包括多个穿孔，每个穿孔具有在所述第一表面处的第一开口和在所述第二表面处的第二开口；以及
加热元件，被配置为对所述主体的侧壁的、除了界定了所述第一开口的侧壁区域之外的、所述主体的界定了所述第二开口的侧壁区域加热，其中所述主体的侧壁界定了所述多个穿孔的每个穿孔。
8.根据权利要求7所述的晶体单元制造掩模，其中所述加热元件包括设置在所述主体的界定了所述第二开口的所述侧壁区域中的加热器和加热金属元件之一。
9.根据权利要求7所述的晶体单元制造掩模，其中所述加热元件包括设置在界定了所述第二开口的所述主体的所述侧壁区域中的加热器、以及耦合到所述加热元件并被配置为接收电力的多个端子，其中所述多个端子设置在所述主体的侧表面上。
10.一种晶体单元封装，包括：
振荡器板；
基底，具有粘接到所述振荡器板的区域；以及
加热元件，被配置为加热至少所述基底的所述区域，
其中所述振荡器板经由涂覆在所述区域上的粘合剂而粘接到所述基底的所述区域。
11.根据权利要求10所述的晶体单元封装，其中所述加热元件设置在所述基底的所述区域中。
12.根据权利要求11所述的晶体单元封装，还包括：
多个端子，耦合到所述加热元件并被配置为接收电力，其中所述多个端子设置在所述基底的外侧表面上。
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