CN1030886C - 提供原地金属化的封闭的电子装置盒 - Google Patents
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Abstract
在一个由一个基座(12)、一个盖(14)组成的盒里面，给定一个预定的气体环境(18)和一些可喷镀电极材料，可以完成对电子装置，例如压电元件(40)的频率特性的原地调节。通过施加适当的电压(2)，电极分子可以被喷镀到电极表面，调节晶体滤波器的谐振频率特性。
Description
本发明涉及电子元件封装。具体地说，本发明涉及诸如压电装置之类的在制造之后被密封的装置的封装，这些装置要求在封闭后可以通过调谐、调节或者改变构形来改变参数，而这些装置在密封时是没法够及的。
压电装置是人们所熟知的，包括晶体振荡器和表面声波谐振器。压电装置可以被看作产生压电现象的物质。
大多数压电装置是由其上附有很薄的金属电极的石英薄片组成。这些装置的电特性依赖很多因素，它包括石英的温度、石英片被切的取向、石英片的尺寸以及附在石英片表面的电极的数量和尺寸。
实际上，所有的压电装置，一旦石英片的尺寸和几何条件被选定，剩下唯一能影响压电装置性能的变量只有电极的数量和尺寸。例如，大家都知道，一个石英谐振器由一个特定的石英片和石英上正反面的至少两个电极组成，它的谐振频率部分地由石英片上的电极的大小和厚度决定。而且，对于任何结定区域的电极，可以通过增加电极的厚度(即所载质量)来降低石英谐振器的谐振频率，同样，可以通过减少电极的厚度或质量来增加它的谐振频率。一个单片石英滤波器通常由在单片石英上的两个或两个以上的单独的谐振器级组成，它的特性包括通常频率、带宽以及输入输出耦合，不仅主要由被切晶体的几何条件决定，而且也由电极的厚度和表面区域决定。
在制造压电装置时，石英的几何条件被选定之后，利用如阴极真空喷镀、蒸镀等公知技术把电极附在石英的表面。石英或压电装置的最终调谐一般涉及有选择地去掉电极物质(它是多余的)，或者包括在可控环境中增加导电金属电极物质以便装置满足所需的技术条件。
在被安装在一个封闭的或气密封闭的容器中的封装的压电装置(即镀上金属的石英片)的制造过程中所造成偏差的主要原因，是另外一个被调谐的压电元件被安装在气密封闭的装置中时会产生频率移动。即使在利用所谓的表面安装压电装置盒来制造电子线路板的过程中，镀上金属的石英晶体也要被放置在一个封闭盒或容器内，这个封闭盒或容器被抽空了空气，用适当的材料密封，在密封过程中和在组装电路板的过程中被加热到一定程度，然后冷却下来。在其中装有镀上金属的石英的晶体盒本身的最终制造过程中，以及在电子线路板的最后组装过程中，所需的压电装置工作频率特性总是会有变化的，压电元件在它插入封闭盒之前所进行最终调谐过程中得到的频率，即使只有一点点改变，在很多情况下，它都会变成一个无用的废品。
现有技术关于在封装的压电装置的制造过程中所出现的频率移动的解决办法，是在封装装置时对预期会出现的频率移动进行外偿。例如，如果一个石英谐振器被要求有45.00MHz的谐振频率，而且我们知道，在石英片封装的过程中，它的谐振频率要降低2000Hz，那么就在石英的最终调谐过程中，在对极板进行修整操作时可以将谐振频率调到45MHz再加上在封装过程中损失的2000HHz。然而，这种现有技术要依赖别的不完善的制造工艺，对一片片被修整的石英片都插入同样的偏差即同样的频率移动。
一种改进了的，对象压电装置那样需要对其表面物质精确增加或减少以完成或影响它们的最终操作特性的电子器件的封装可以避免不得不依赖于附加的偏差的一致性，这种改进封装，将是对现有技术的一个改进。这种封装甚至即使装置被安装在一个电子线路板上也允许对频率进行调节。
本发明提供了一个密封电子装置的封壳，封壳内有一个电子装置，封壳使得在装置被封闭后还能对它进行调节。这个装置由基座和顶盖组成，它围成一个空腔，而电子装置就放在里面。在围成的空腔里提供了一个预定的环境，当适当的电压加在可喷镀电极物质和电极物质要喷镀到的电子装置的表面上时，它允许可喷镀的电极物质喷镀到被封闭的装置的表面。
在最佳实施例中，这个封闭的封壳允许压电装置在它最后组装后能够最终调谐到谐振频率。少量的电极物质能被镀到压电片表面的电极上，以增加所载质量，降低谐振频率。同时，从电极的表面剥脱物质而减少所载质量也是可能的。
图1所示为封入了一个半导体装置的密封电子装置盒的侧视图。
图2所示为封入了一个压电装置的气密封闭盒的侧视图。
图3所示为图4里面部分的分解组装透视图。
图4所示为最佳实施例的侧视图。
图5所示为另一实施例的侧视图。
图1为一个封闭的电子装置盒(10)的侧视图，这个盒能使在盒(10)内的电子装置进行调节和改变构成。被封入的电子装置(20)，可以是EEPROM或其它集成电路。盒(10)由基座(12)和至少与其机械地接合的一个顶盖(14)组成，当基座和盖合在一起时密封成一个空腔(16)。
在基座和盖(12和14)联接形成封闭腔(16)之前，被围成的空腔(16)被抽空空气以去掉不必要的杂质。抽空空气之后，空腔(16)被充入很少量的气体，这种气体在空腔中帮助产生等离子体，通过它原子就能从物质(22)的表面喷发出来。预先加在空腔里的气体环境是这样的，当盖和基座联接在一起时，这个预定的气体环境就被封闭在空腔(16)内。
一个适当的电子装置(20)，(它能够通过有选择地在其表面喷镀物质来改变其构形，如集成电路或EEPROM)尽管在被永久性地封闭在盒(10)内以后，还是可以通过把导电物质镀在它的至少一个表面上(例如图1中的所示它的向上的面)的办法，而达到用电的方法改变其构形的目的。通过在要被金属化的表面有选择性的施加恰当的电压，和利用一些封闭在空腔(16)中的可喷镀的电极物质(22)，电极物质可以被镀到装置(20)上。通过在可喷镀的电极材料(22)和电子装置(20)上的导电表面之间施加适当电压，由于加在空腔(16)中的气体的存在，在空腔(16)中便产生了等离子体，它可被用来使电子装置(20)的表面金属化或有选择地金属化。
对本领域熟练技术人员来讲，本发明的益处是明显的，由于可以有选择地把金属原子镀到电子装置的表面，因而这类电子装置将是受益者。一些采用熔丝连接的集成电路将受益于这种能力，利用在编程操作中熔断了的表面喷镀导电物质来重新把它们连接起来。
图2所示为气密密封的压电装置盒(100)的横切面或侧视图图。图2中有一个基座(12)，它最好是陶瓷的，它与盖(14)相接合，盖最好也是陶瓷的，在图2所示实施例中，利用盖(14)和基座(12)之间的密封层(25)气密联接形成密封空腔(16)。
在最终装配或联接基座(12)与顶盖(14)之前，而最好是在空腔(16)被抽空空气之后，把预定数量的氩气(18)充人封间空腔(16)中。氩气可以在空腔(16)中形成等离子体，让附在盖(14)上的可喷镀电极材料(22)从可喷镀材料的表面被释放出来。(除氩气外还有一些气体也可使用)。本专业熟练技术人员可以用帕邢定律(paschen′s Law)来选择被封闭气体(18)的压力的最佳值，和在压电装置(40)表面上的电极(48，50和52)与可喷镀电极材料(22)的源之间的距离的最佳值。因为大家知道，建立等离子体所需的击穿电压取决于电极之间的距离和封闭腔(16)中的气压，根据具体的结构和装置，选择不同的喷镀电压/氩气气压/电极之间的距离的组合。
如图2所示，来自直流电源(例如2或3)的恰当的电压被加在有开关(例如4或5)的电路上使图2所示的电压源能够有选择地对任一电极(48或50)单独进行金属化，增加电极上所载质量，因而对压电装置的调谐进行调节。
(图2想要表示有第一谐振器的压电装置的横截面图，第一谐振器由任一电极(40或50)与压电石英元件(40)的底边的底层组成，为了明晰起见底层没有在图中示出)。
关于电极(48)，借助于金属化构成一个连接到压电装置盒外部的导电通路，被金属化部分围绕石英片在左边到达导电的一团粘结物(54)，导电的粘结物通过金属弹簧(88)来左边悬浮或支撑压电元件。金属支撑物(88)的下端与连接线(20)相连接，当装置盒在一个组装的产品中，连通线可以与一个信号源连接，而在对组装装置进行最终调谐的过程中，连通线与用来调谐的电压源连接。
组成滤波器的第二个谐振器的上面的电极(50)与另外一个电压源(3)相连，它们是通过经粘结物(56)，支撑物(86)，连通线(30)和开关(5)构成的信号通道相连接的。通过适当选择电压的极性，在电极(48)或(50)相对于可喷镀电极物质(22)的源之间能够建立适当的电压。
除了一个晶体滤波器外，图2所示的压电装置也可以是一个单晶体谐振器，它仅仅由一个单个上层电极下层地或参数电极组成。压电装置也可是一个所谓的表面声波设备。图5中所示的另一实施例可以包括一个晶体谐振器，由一片在其上装有其它的有源或无源电子元件的石英片组成。
在最佳实施例中，封闭的空腔(16)里面的气体是压力在1到100微米汞柱的氩气。可喷镀的电极材料可以包括金或银及任何导电物质。盖与基座用结合物把它们封住，结合物在盒外及可喷镀度电极材料(22)之间提供一个导电通路。
图3为基座(12)、压电元件(40)及其所包括的金属化电极、多孔障板(70)的部件分解透视图。在金属化喷镀中，利用图3所示的被称为原地或多孔障板(70)的方法可以得到很大的改进。由莱特(Knecht)申请的流水号为No.689,397，名称为“有就地修整电极障板的可表面安装的压电设备”的美国专利申请公开了这种障板的使用，该申请被转让给了本专利申请的受让人。
多孔障板(70)，它有三个孔(72、74和76)，当障板(70)安放到基座(12)上而压电元件(40)被悬挂在下时，这三个孔与压电元件(40)的上层表面(42)上的三个金属化区域(分别为50、52和48)充分对准。压电元件(40)通过导电粘结物(54、56、57和58)被粘附到且悬挂在障板(70)下面，粘附物与障板(70)下边的配合面及连接片(86、88)接触，连接片(86和88)被从障板切开，这在上面所说的美国专利申请有过描述。在基片(12)中导通线或通路(26、28和30)允许与金属化区域亦即电极(48、52和50)作电接触。
图4为本发明最佳实施例的载面图。在封闭的空腔(16)中有可喷镀材料(22)，在空腔中注入了预定的支持氩气的等离子体，这样使这结构能用就地喷镀金属的工艺，对被封闭的压电装置(40)进行最后调谐。
在这个图中，基座是一个浴缸形的结构(12)，里面有一个类似图3的结构。在盖(14)和基座(12)之间，用一个焊封(25)把它们气密密封。
封闭的空腔(16)中被充入预定数量的氩气。到电极(48)的电连接是通过在基座(12)的底部的导电通路(26)，图3所示的金属薄片(88)，以及导电的粘结物(54)连接起来的，到第二个谐振器元件的电极(50)的电连接是通过导电通路(30)和图3所示多孔障板(70)的第二个信号接触片(86)连接的。
多孔障板的开口(72、74和76)与电极(50、52和48)充分对齐，使得来自可喷镀电极材料源的分子被限制喷镀在石英元件(40)的电极的表面，而不喷镀到石英元件(40)的其它非金属化区域上。通过施加一个适当的电压，在如图4所示的实施例中，两个电极(50、48)被施加同样的电压，来自可喷镀材料(22)的分子触被喷镀到石英元件(40)的表面以增加所载质量，这样就降低了装置的谐振频率。本领域熟练技术人员可以认识到，通过适当选择电压源(2)的电压，离子或分子可以从电极表面移去，并可能回到可喷镀材料(22)的源，这样就增加了图4所示装置的谐振频率。
在如图4所示的实施例中。中央电极(52)实际上是一个耦合电极，它在正常情况下通过连接线(28)与地相连。为了清楚起见，接至连接线(28)的金属薄片部分在图3中标了出来，但未在图4中标出。
图5为一个可供选择的电子装置实施例，它使用一个多孔障板来调节石英晶体振荡器。在图5中，各种有源和无源的元件(90、92和94)可以放置在压电元件的适当的表面或恰当的基片上。在图5中，重要的是盖(14)本身就是可喷镀物质，盖可以选择象铝金、镀等材料。可以适当地与基座(12)联接及为喷镀而作直接电连接。
用来连接装置盒(300)外部电压的连接器件有导电通路(26和30)，另外，还有图中所示在压电元件(40)上的适当的信号引线。
在最佳实施例中，基座和盖是陶瓷的。密封层(25)是一种适当的焊料，它的熔点很适于在表面安装装置制造工艺中使用，在空腔(16)被抽空后，氩气被充入封闭空腔(16)，此时，空腔中是压力为1至100微米汞柱之间的氩气，其中压力可根据电压和电极之间的距离来选择。当然，压电装置必径有至少一个可在上面沉积喷镀物质的电极。
压电装置调谐的方法主要分为在封闭的空腔内提供气体环境和在空腔内提供可喷镀物质。在图示的任何一个实施例中，盖本身就是一种可喷镀物质，例如在图5中，利用这种盖避免不得不多次在空腔中加入这种物质。图中所示本发明的任何其它实施例都可以考虑采用本身就是喷镀电极物质的基座(适当地配置电路板的附属部件)，也可以考虑采用盖和基座都是喷镀物质的基座和盖。(如果采用了这些可喷镀的盖和/或基座，装置盒内的各信号通路当然需要进行电隔离。当然，通过对每一个电极有选择地施加适当的电压，装置所载质量就能增加。有经验的人将认识到，通过施加与增加所载质量相反的电压，减少装置所载质量至少在理论上是可能的。这种方法被用来从压电元件的表面电极去掉物质。
利用前面所述的结构，对封闭在盒内的电子装置进行原地改变构形是可能的。如果被封闭的装置是压电装置，在它永久地封入一个盒中之后，它的工作频率特性是可以调节的，而在以前，在密封之后是不能对装置的特性进行调节的。可归用于频率偏离或频率移动的制造偏差可以通过适当地在电压表面增加物质来减少到最小。另外，在一个振荡器装在一个电子装置如收音机内以后，通过适当地对电极加以电压，利用本发明来调节振荡器的谐振频率这也是可能的。前面所述该发明的这种应用可以允许所谓实时改变用在无线电通讯装置中的振荡器的谐振频率，例如在收音机或蜂窝式电话中。
Claims (10)
1.一种封闭的电子装置盒，它能对盒内的电子装置进行调节，它的组成为：一个基座；与该基座相合的盖，盖与基座围成一个空腔；在该围住的空腔内所预定的气体环境；封闭在该空腔内的电子装置，在其表面至少有一个电极；放于该封闭空腔中的可喷镀的电极材料；把该电子装置盒外部的电压与封闭空腔内每一个电极、该可喷镀电极材料连接起来的连接器件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于在该电子装置和该可喷镀材料之间还有一个多孔障板。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于盖子与基座围成的空腔是气密的，其中的电子装置为一个压电装置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征为还包括一个多孔障板，与所述压电装置相耦合，其中所述的基座和盖子为陶瓷材料，其中的气体环境为气压为1-100毫米汞柱的氩气环境。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述可喷镀电极材料组成所述盖子，所述电子装置为压电装置。
6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括放置在压电装置和可喷镀电极材料之间的一个多孔障板。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述的可喷镀电极材料组成所述基座，所述电子装置为压电装置。
8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括在压电装置和可喷镀电极材料之间的一个多孔障板。
9.对在一个有一个基座和盖的封闭盒内的压电装置进行调谐的一种方法，基座和盖围成一个空腔，在里面放置了一个在其表面至少有一个电极的压电装置，上面所述的方法由下列各步组成：在封闭空腔内提供一种预定的气体环境；在封闭的空腔内提供一些可喷镀电极材料；在各可喷镀电极材料和压电装置的至少一个电极上有选择地施加电压，以增加压电装置上至少一个电极的所载质量。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括提供与压电装置相配合的一个多孔障板这个步骤。
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