CN103840788A - 储能焊陶瓷封装外壳及使用该外壳的晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能焊陶瓷封装外壳，包括陶瓷基座和盖板，所述陶瓷基座包括相互固定的陶瓷基板和金属法兰环，以及相互电性导通的内电极和外电极；所述陶瓷基座和盖板依靠所述陶瓷基座的金属法兰环采用储能焊工艺封结在一起。本发明的有益效果是：采用陶瓷基板加储能焊封金属法兰环结构实现陶瓷外壳的储能焊封，可以改变传统的多层陶瓷片共烧结构外壳依赖昂贵平行缝焊或贵金属熔焊的现状；体积小、重量轻，结构简单，提高了生产效率，保证产品的高合格率，可广泛适用于表面贴装石英晶体元器件和其他电子元器件，适合工业化大批量生产；可以利用现有封接金属-玻璃基座的储能焊设备，避免使用昂贵的平行缝焊设备，降低生产成本。

Description

储能焊陶瓷封装外壳及使用该外壳的晶体振荡器

技术领域

本发明涉及一种封装外壳及使用该外壳的晶体振荡器。

背景技术

由于手机、静态数码相机、PC主板、笔记本电脑和视频游戏的不断发展，晶体振荡器的需求量预计会出现大幅度增长。

如图1所示，传统的晶体振荡器包括至少2层陶瓷基板1、3，及与陶瓷基板固定的封盖9，内侧陶瓷基板3的上方设有内电极8，外侧陶瓷基板1的下方设有外电极2，所述内电极8和外电极2相互导通。所述内电极8的上方通过粘结层10固定一石英晶体11，所述石英晶体11设置在由陶瓷基板3和封盖9所形成的封闭空间内。为了增加封闭空间，现有技术的内侧陶瓷基板3上还固设有一周的第三层陶瓷基板4，该第三层陶瓷基板4上还设有金属化层5、焊料6和金属环7。封盖9与金属环7的封装采用平行缝焊或贵金属金锡合金熔焊。

但由于传统的表面贴装石英晶体振荡器陶瓷封装外壳的陶瓷板是由三层陶瓷片叠加共烧而成，陶瓷基板的生产成本一直居高不下，制造费用昂贵，同时三层叠加共烧，制作时技术要求高，产量受到技术、设备各方面的限制，生产效率和产品良率降低，远远不能满足于日益增长的市场需求。另外器件的封装一般采用平行缝焊或贵金属金锡合金焊，封接设备和材料十分昂贵，生产成本很高。因此寻找一种结构简单易行、采用较为廉价的储能封焊封装方式、可以大批量工业化生产的陶瓷封装外壳，用于石英晶体器件的生产代替现有产品迫在眉睫。

发明内容

本发明目的是提供一种储能焊陶瓷封装外壳及使用该外壳的晶体振荡器。

本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：

一种储能焊陶瓷封装外壳，包括陶瓷基座和盖板，所述陶瓷基座包括相互固定的陶瓷基板和金属法兰环，以及分别设置在所述陶瓷基板内外侧的内电极和外电极，所述内电极和外电极相互电性导通；所述陶瓷基座和盖板依靠所述陶瓷基座的金属法兰环采用储能焊工艺封结在一起。

优选的，所述陶瓷基板上设置有通孔，所述内电极通过该通孔与外电极相连接。

优选的，所述金属法兰环或盖板上设置为三角形截面的易熔化的凸缘。

优选的，所述盖板为中间凸起的金属管帽，所述中间凸起的四周为封接边，所述中间凸起与四周的封接边相对平行，所述陶瓷基座和金属管帽的封接边依靠储能焊工艺封结在一起。

优选的，所述金属管帽的封接边上设置为三角形截面的易熔化的凸缘。

优选的，所述盖板为与所述陶瓷基板平行的平面金属盖板，所述陶瓷基座和平面金属盖板依靠储能焊工艺封结在一起。

优选的，所述盖板为具有定位突起的金属盖板，所述陶瓷基座和金属盖板依靠储能焊工艺封结在一起。

优选的，所述陶瓷基板和内电极之间还设有支撑层。

优选的，所述陶瓷基板上方设置具有可焊性功能的金属化环，用于陶瓷基板与金属法兰环的可靠焊接。

本发明还揭示了一种使用储能焊陶瓷封装外壳的晶体振荡器，包括可通过储能焊相互固定的陶瓷基座和盖板，所述陶瓷基座包括相互固定的陶瓷基板和金属法兰环，以及分别设置在所述陶瓷基板内外侧的内电极和外电极，所述内电极和外电极相互电性导通；所述内电极的上方固设有一石英晶体，所述石英晶体设置在由陶瓷基板和盖板所形成的封闭空间内，所述陶瓷基座和盖板依靠所述陶瓷基座的金属法兰环采用储能焊工艺封结在一起。

优选的，所述金属法兰环或盖板上设置为三角形截面的易熔化的凸缘。

优选的，所述盖板为中间凸起的金属管帽，所述中间凸起的四周为封接边，所述中间凸起与四周的封接边相对平行，所述陶瓷基座和金属管帽的封接边依靠储能焊工艺封结在一起。

优选的，所述盖板为与所述陶瓷基板平行的平面金属盖板，所述陶瓷基座和平面金属盖板依靠储能焊工艺封结在一起。

优选的，所述盖板为具有定位突起的金属盖板，所述陶瓷基座和金属盖板依靠储能焊工艺封结在一起。

本发明的有益效果主要体现在：该陶瓷封装外壳采用陶瓷基板加储能焊封金属法兰环结构实现陶瓷外壳的储能焊封，可以改变传统的多层陶瓷片共烧结构外壳依赖昂贵平行缝焊或贵金属熔焊的现状。该储能焊陶瓷封装外壳体积小、重量轻，结构简单，加工工艺成熟，提高了生产效率，保证产品的高合格率，可广泛适用于表面贴装石英晶体元器件和其他电子元器件，适合工业化大批量生产。同时电子器件生产厂家可以利用现有封接金属-玻璃基座的储能焊设备，进行表面贴装陶瓷封装电子器件的生产，可以避免使用昂贵的平行缝焊设备，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是传统的表面贴装石英晶体振荡器陶瓷封装外壳结构示意图。

图2是本发明储能焊单层陶瓷封装外壳基座的结构示意图。

图3是本发明储能焊多层陶瓷封装外壳基座的结构示意图。

图4是本发明储能焊陶瓷封装石英晶体振荡器（平面金属盖板）结构示意图。

图5是本发明储能焊陶瓷封装石英晶体振荡器（金属管帽）结构示意图。

图6a是本发明外电极的第一实施例示意图。

图6b是本发明外电极的第二实施例示意图。

图7a是本发明内电极及金属化层第一实施例示意图。

图7b是本发明内电极及金属化层第二实施例示意图。

图8是本发明金属管帽的第二实施例示意图。

图9a是本发明金属法兰环的第一实施例示意图。

图9b是本发明金属法兰环的第二实施例示意图。

图9c是本发明金属法兰环的第三实施例示意图。

图9d是本发明金属法兰环的第四实施例示意图。

图10是本发明金属盖板的第二实施例示意图。

具体实施方式

结合图4和图5所示，本发明的封装外壳包括适合储能焊的相互固定的陶瓷基座和盖板，所述陶瓷基座包括陶瓷基板41、51和金属法兰环44、54，以及分别设置在陶瓷基板41、51内外侧的内电极45、55和外电极49、59。所述内电极45、55和外电极49、59通过陶瓷基板上设置的通孔47、57相互电性导通，内电极45、55的上方设有银浆402、502，所述银浆402、502的作用是使其上方能更好地固设一石英晶体401、501，所述石英晶体401、501设置在由陶瓷基板41、51和盖板所形成的封闭空间内，所述金属法兰环44、54上部可设置为三角形截面的易熔化的凸缘403、503，所述陶瓷基座和盖板依靠所述金属法兰环44、54上部设置的该凸缘403、503采用储能焊结合在一起。

所述陶瓷基板41、51采用氧化铝陶瓷阵列基片，采用生瓷片，有利于精密丝网印刷工艺和大批量工业化生产，生产效率高，能有效降低制作成本。

所述陶瓷基板41、51上方设置有具有可焊性功能的金属化环42、52，所述金属化环42、52采用W浆料用丝网印刷工艺在陶瓷基片表面印刷金属化层图形，陶瓷阵列基片表面，然后与陶瓷阵列基片在高温保护气氛炉中共烧而成，金属层和陶瓷相互渗透以获得高结合力的金属化层，并在金属化层上镀镍防止生锈。

结合图2所示的陶瓷基座，所述金属化环22与金属法兰环24之间设置有银铜焊料环23，该焊料环用作钎焊料，其在高温保护气氛钎焊炉中可将陶瓷基板21和金属法兰环24牢固的焊接在在一起，形成容纳石英晶体或其他电子芯片的气密空腔。

所述陶瓷基板21和内电极25之间还设有支撑层26，具体如图2、4、5所示，支撑层56采用厚膜高温介质浆料丝网印刷和烧结工艺制作，支撑层56用于垫高石英晶体501的高度，有效使得石英晶体501与陶瓷基板52保持一定的距离（大于50μm）。

所述内电极55和外电极59是由陶瓷基片上的通孔57填充W金属浆料，烧结固化后实现电气连接，同时金属浆料又能将通孔封堵。

如图2、3所示，所述封装外壳可通过调节金属法兰环24的厚度或陶瓷基板层数来调节石英晶体振荡时所需的空间，陶瓷基板层数可以是单层（图2）或者多层（图3）。

如图5所示，所述盖板为中间凸起的金属管帽50，所述中间凸起的四周为封接边，所述中间凸起与四周的封接边相对平行，所述陶瓷基座和金属管帽50的封接边依靠储能焊封结合在一起。或者，如图4所示，所述盖板为与所述陶瓷基板平行的平面金属盖板40。所述金属盖板40、金属管帽50采用与氧化铝陶瓷基片膨胀系数匹配的铁镍合金机械冲压而成，表面镀镍以防止锈蚀。

所述金属法兰环44、54上部通过冲压成三角形截面的凸缘403、503，目的用于陶瓷封装基座和金属盖板40或金属管帽50的焊接封装，封装时通过储能焊直接融化该三角形凸缘503即可将金属管帽50或金属盖板40与金属法兰环54、44焊接在一起，简化了石英晶体振荡器封装工艺。

具体如图6a、 6b和图7a、7b所示，所述外电极55的形状为分别设置在陶瓷基板51的两边的方块。所述内电极59的形状为条状形。外电极和内电极采用厚膜导体浆料丝网印刷和烧结工艺在陶瓷基片外表面制作金属化层，可以是W、Mo/Mn、Cu、Ni等金属，金属化层上镀镍或金。内电极及外电极通过陶瓷阵列连片的过孔金属化实现可靠的电连接。

图8揭示了另一种金属管帽的实施例，在该金属管帽上冲压成型三角形截面的凸缘，相应的采用图9a所示的金属法兰环即可。即图9a所示的金属法兰环无需再冲压成型三角形截面的凸缘。

图9b、9c、9d揭示了另外三种金属法兰环的形状，凸缘可以设置在金属法兰环的上中下三个位置。

图10揭示了一种盖板，其为具有定位突起101的金属盖板，该定位突起可以卡入到金属法兰环内起到定位所述金属盖板的位置的作用，所述陶瓷基座和金属盖板依靠储能焊工艺封结在一起。

该陶瓷基板可广泛用于表面贴装石英晶体元器件和其他电子元器件的气密封装。例如用于表面贴装石英晶体谐振器制作时（图5所示），石英晶片501通过银浆502与内电极55连接。器件采用储能焊将陶瓷基板上的金属法兰环54和金属盖板40（图4）或金属管帽50（图5）焊接在一起，形成容纳保护石英晶片的气密空间。该表面贴装陶瓷-储能焊封装外壳结构简单、体积小、重量轻、便于大批量工业化生产，符合电子元器件小型化和表面贴装的发展趋势。 

本发明表面贴装储能焊陶瓷封装外壳，具有如下特点：

1. 相比多层陶瓷共烧结构的表面贴装陶瓷封装外壳，体积小、重量轻、结构简单。采用单层氧化铝阵列瓷片和传统的厚膜工艺，设备简单，工艺成熟，适合工业化大批量生产。

2. 采用厚膜介质材料制作支撑层56 ，用简单的方法有效解决石英晶片501与陶瓷基板51保持一定距离（大于50μm）的问题。

3. 封装时通过储能焊直接融化该三角形凸缘503即可将金属管帽59或金属盖板49与金属法兰环封结，简化了石英晶体振荡器封装工艺，有效地降低了封接工艺成本。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种储能焊陶瓷封装外壳，包括陶瓷基座和盖板，其特征在于：所述陶瓷基座包括相互固定的陶瓷基板（51）和金属法兰环（54），以及分别设置在所述陶瓷基板（51）内外侧的内电极（55）和外电极（59），所述内电极（55）和外电极（59）相互电性导通；所述陶瓷基座和盖板依靠所述陶瓷基座的金属法兰环（54）采用储能焊工艺封结在一起。

2.根据权利要求1所述的储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述陶瓷基板（51）上设置有通孔（57），所述内电极（55）通过该通孔（57）与外电极相连接。

3.根据权利要求1所述的储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述金属法兰环（54）或盖板上设置为三角形截面的易熔化的凸缘（503）。

4.根据权利要求1或3所述的任一储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述盖板为中间凸起的金属管帽（50），所述中间凸起的四周为封接边，所述中间凸起与四周的封接边相对平行，所述陶瓷基座和金属管帽（50）的封接边依靠储能焊工艺封结在一起。

5.根据权利要求4所述的储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述金属管帽（50）的封接边上设置为三角形截面的易熔化的凸缘（503）。

6.根据权利要求1或3所述的任一储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述盖板为与所述陶瓷基板（41）平行的平面金属盖板（40），所述陶瓷基座和平面金属盖板（40）依靠储能焊工艺封结在一起。

7.根据权利要求1或3所述的任一储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述盖板为具有定位突起（101）的金属盖板，所述陶瓷基座和金属盖板依靠储能焊工艺封结在一起。

8.根据权利要求1所述的储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述陶瓷基板（51）和内电极（55）之间还设有支撑层（56）。

9.根据权利要求1所述的储能焊陶瓷封装外壳，其特征在于：所述陶瓷基板（51）上方设置具有可焊性功能的金属化环（52），用于陶瓷基板（51）与金属法兰环（54）的可靠焊接。

10.一种使用储能焊陶瓷封装外壳的晶体振荡器，其特征在于：包括可通过储能焊相互固定的陶瓷基座和盖板，所述陶瓷基座包括相互固定的陶瓷基板（51）和金属法兰环（54），以及分别设置在所述陶瓷基板（51）内外侧的内电极（55）和外电极（59），所述内电极（55）和外电极（59）相互电性导通；所述内电极（55）的上方固设有一石英晶体（501），所述石英晶体（501）设置在由陶瓷基板（51）和盖板所形成的封闭空间内，所述陶瓷基座和盖板依靠所述陶瓷基座的金属法兰环（54）采用储能焊工艺封结在一起。

11.根据权利要求10所述的晶体振荡器，其特征在于：所述金属法兰环（54）或盖板上设置为三角形截面的易熔化的凸缘（503）。

12.根据权利要求10或11所述的任一晶体振荡器，其特征在于：所述盖板为中间凸起的金属管帽（50），所述中间凸起的四周为封接边，所述中间凸起与四周的封接边相对平行，所述陶瓷基座和金属管帽（50）的封接边依靠储能焊工艺封结在一起。

13.根据权利要求10或11所述的任一晶体振荡器，其特征在于：所述盖板为与所述陶瓷基板（41）平行的平面金属盖板（40），所述陶瓷基座和平面金属盖板（40）依靠储能焊工艺封结在一起。

14.根据权利要求10或11所述的任一晶体振荡器，其特征在于：所述盖板为具有定位突起的金属盖板，所述陶瓷基座和金属盖板依靠储能焊工艺封结在一起。

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