CN108111139A - 一种smd石英谐振器及其加工设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SMD石英谐振器。其包括陶瓷基座，所述陶瓷基座上设有谐振件容腔，其特征在于，所述陶瓷基座的边框上设有金属镀层，所述金属镀层上覆盖有金属盖板。在金属盖板本体的上边缘或下边缘设有台肩，所述台肩的厚度小于金属盖板本体的厚度。本发明还公开了一种加工设备，包括激光封焊机及加工平台，所述激光封焊机包括激光发生器及发射激光束的激光扫描器，所述加工平台外设有封闭仓，所述封闭仓的顶部设有玻璃仓盖，所述激光扫描器位于所述玻璃仓盖上方；本发明还公开了一种加工方法；步骤1、制作陶瓷基座；2、制作金属盖板；3、安装晶振体；4、将组件放入密封仓；5、激光封焊。本发明的有益效果是降低产品成本，提高制造效率。
Description
技术领域
本发明涉及电谐振器，尤其涉及一种SMD石英谐振器及其加工设备及方法。
背景技术
SMD石英晶体谐振器是常用的电子器件，随着数字化技术的发展其用量日益增大。但目前SMD石英晶体谐振器从器件结构本身和加工工艺方面均存在着在提高加工效率，降低生产成本方面的技术障碍。
现有技术的SMD石英晶体谐振器结构如图1所示，是在陶瓷基座1上首先通过印刷钨金属层再镀镍和金形成金属镀层3，然后在高温还原气氛中在其上烧结附银铜合金的可伐环，最后在附银铜合金的可伐环上覆盖金属盖板2，通过平行封焊，经过滚压金属盖板边缘将金属盖板和陶瓷基座封装到一起。所述附银铜合金的可伐环为在可伐材料17(铁钴镍合金：4J29)上热压银铜合金层16构成，其中的银铜合金在石英谐振器总成本中占有相当大的比例，因此如果能省去附银铜合金的可伐环将大大降低产品成本。
但附银铜合金的可伐环在现有技术中尚难于省略，其原因在于，在SMD石英谐振器产品标准中，为了保证谐振器的使用性能对金属盖板的参数有明确要求，如抗基板弯曲性、牢固度、单体强度等，因此金属盖板要具备一定的厚度以保证其机械性能，通常金属盖板的厚度为0.05mm-0.08mm,在封焊过程中，由于需要将比较厚的金属盖板与所述陶瓷基座熔焊在一起，因此需要有足够的焊接能量。对于高能焊接能量，很难控制其作用深度正好完成焊接而不损伤陶瓷层，所以需要可伐环的保护，选择可伐材料的原因是，可伐材料的热膨胀系数与陶瓷接近，焊接时应力小；选择可伐材料附银铜合金的作用是银铜焊料熔点低，可以降低焊接能量。因此，可伐环在焊接金属盖板过程中实际上起到了保护陶瓷基座边框不被烧裂的作用。但这不仅使SMD石英谐振器结构复杂，加工工序增加，而且成本较高。
如果能在保证金属盖板的各项机械性能前提下降低其边缘焊接厚度，就有可能采用较小的便于控制的焊接能量，从而不用附银铜合金的可伐环保护也能避免在焊接中对陶瓷基座边框的损坏，进而省去可伐环包括银铜合金层，大大降低生产和产品成本。
从加工工艺讲，目前SMD石英晶体谐振器采用平行封焊技术(电阻单面双缝缝焊)。在封焊时，电极在移动的同时要通过电极轮转动滚压，在一定的压力下电极之间断续通电，由于电极与金属盖板及金属盖板与陶瓷基座的边框之间存在接触电阻，根据能量公式Q＝I2Rt，焊接电流将在这两个接触电阻处产生焦耳热量，使其金属盖板与边框之间局部形成熔融状态，凝固后形成焊点。
平行封焊技术是点焊技术的一种演变,应用在SMD石英晶体谐振器封装上存在如下问题：1、要求被焊金属材料的厚度在0.1～0.25mm，难于降低材料成本；2、为了避免焊接时电极轮接触相邻的焊接物，需要被焊物排列行列有较大间距，影响生产效率和设备尺寸，如一个B4纸大小的加工托板也仅能承载300左右个件，这导致各个加工工序机器庞大；3、滚焊电极表面易发生粘损而使焊缝表面质量变坏，需要定时修整电极，影响维护成本；4、必须采用点焊定位，影响焊接效率；5、点固点需要有合适间距，即对被焊物有尺寸要求，影响适用性。因此导致生产成本居高不下。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种结构更简单并节约成本的SMD石英谐振器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种SMD石英谐振器，包括陶瓷基座，所述陶瓷基座上设有谐振件容腔，其特征在于，所述陶瓷基座的边框上设有金属镀层，所述金属镀层上覆盖有金属盖板。即本发明不包括附银铜合金的可伐环。
本发明的有益效果是：附银铜合金的可伐环在SMD石英晶体谐振器成本中占有超过20％的比重，省去可伐环不仅降低了SMD石英晶体谐振器的加工成本，而且简化了器件结构，进而有可能提高加工效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述金属盖板包括金属盖板本体，在所述金属盖板本体的上边缘或下边缘设有台肩，所述台肩的厚度小于所述金属盖板本体的厚度。
采用上述进一步方案的有益效果是，在所述金属盖板本体的上边缘或下边缘设有台肩，在保证金属盖板各项机械性能要求的前提下，使得其边缘厚度减薄，并与所述陶瓷基座边框上的金属镀层接近，这样可大大减小焊接功率，从而使焊接热熔深度更便于控制，在确保焊接性能情况下，避免了对陶瓷基座边框表面的高温损伤，进而提高了加工成品率。
进一步，所述金属镀层包括设于所述陶瓷基座边框上的钨金属层和设于所述钨金属层上的镍和金金属层。
采用上述进一步方案的有益效果是，钨金属层能与陶瓷层完全结合，镀金层则起到了保护钨层作用，同时便于与金属盖板的焊接。
进一步，所述金属盖板外轮廓尺寸小于或等于所述陶瓷基座的外轮廓尺寸。
采用上述进一步方案的有益效果是，便于金属盖板与所述陶瓷基座的精准对位，并使产品外观整齐。
进一步，台肩的厚度小于金属盖板本体厚度的一半。所述金属盖板中间凸起部分的长宽尺寸小于所述谐振件容腔的长宽尺寸。
采用上述进一步方案的有益效果是，当台肩厚度较小时，更接近于金属镀层厚度，有利于减小和控制焊接能量。
本发明还公开了一种用于加工SMD石英谐振器的设备，其特征在于，包括激光封焊机及加工平台，所述激光封焊机包括激光发生器及激光扫描器，所述加工平台外设有封闭仓，所述封闭仓的顶部设有玻璃仓盖，所述激光扫描器位于所述玻璃仓盖上方。
进一步，所述封闭仓包括下封腔及密封扣合于所述下封腔上的上封腔，所述上封腔的中央设有所述玻璃仓盖，所述密封仓的一端设有惰性气体充气口，另一端设有真空抽气口。
采用上述真空激光深熔焊接设备加工SMD石英晶体谐振器，其基本原理为：通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料；小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，形成均匀密致的焊缝。
本发明的有益效果是：采用真空激光深熔焊接技术加工SMD石英晶体谐振器的优势在于：采用激光振镜扫描方式，焊接速度快、精度高、光纤寿命长，相对于电阻焊生产效率提高4～6倍，工作空间节省4.6倍，降低了材料成本，提高生产效率，维护成本低。
本发明还公开了一种加工所述SMD石英谐振器的方法，其特征在于，包括如上所述的SMD石英谐振器，还包括如上所述的SMD石英谐振器的设备，所述加工步骤如下：
1)、制作陶瓷基座，在所述陶瓷基座的边框上设置金属镀层，所述金属镀层的厚度小于0.05mm；所述金属镀层包括钨金属层和金金属层；
2)、制作金属盖板，在选定的金属片上加工出与所述陶瓷基座尺寸相适配的金属盖板，所述金属盖板外轮廓尺寸小于或等于所述陶瓷基座的外轮廓尺寸；
3)、安装晶振体，将晶振体经清洗、镀膜形成电极后放入所述陶瓷基座内，进行点胶、固化形成石英晶体谐振件；
4)、将金属盖板搭扣在陶瓷基座上，整体放入封闭仓内，在封闭仓中通入惰性气体，利用激光封焊机的控制系统通过调整金属盖板位置以及软件位置补偿，确保金属盖板与所述基座板的中心重合；
5)、设置激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率参数后，通过激光扫描器，激光束沿所述陶瓷基座的边框根据程序确定的坐标位置进行环焊，最后留出至少一个抽气缺口，然后打开真空泵将所述封闭仓抽真空，随后再激光补焊缺口，完成焊接。
进一步、包括在步骤2)后，再在所述金属盖板本体周边加工台肩，所述台肩的厚度小于所述金属盖板本体的厚度。
进一步、步骤5)所述设置参数为激光脉冲的宽度0.1～1毫秒、峰功率为每平方厘米每平方厘米300-800瓦、重复频率为50-1000赫兹。
本发明的加工方法其有益效果是：
1、生产成本降低：
原平行封焊工艺需要银铜焊料作为钎料，一般银铜焊料复合在附银铜合金的可伐环上，原材料成本高。激光焊工艺能精准控制焊接能量，使被焊金属材料的厚度可以小于0.1mm，不需要银铜焊料，只需要在基座陶瓷边框上电镀镍层和金层即可。相对于原平行封焊更为方便：原平行封焊工艺使用的滚焊电极表面易发生粘损而使焊缝表面质量变坏，需要定时修整电极，属于易损件；激光发生器采用光纤发射，不用更换和维护。采用本方法也无需在金属盖板上附着银铜焊料。
2、生产效率高
2.1原平行封焊工艺先点焊再滚焊，焊接时需要做XYZ三个方向的动作，另外为避免焊接时电极轮接触相邻的焊接物，需要被焊物排列行列有间距，XY方向运动距离大，平均焊接单颗时间在1.2秒以上；本方法采用振镜方式激光焊接，其工作原理是将激光束入射到两反射镜(扫描镜)上，用计算机控制反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在待焊接材料上按所需的路径运动，这样被焊材料排列行列可以无间距，可以把待焊谐振器按矩阵紧密排布，控制激光逐片焊接。所以焊接速度快、精度高，平均焊接单颗时间在0.3秒，生产效率提高4-6倍。
2.2另外，由于无激光焊接无需留出像平行焊接电极轮那样的空间距离，对于同样数量的待焊谐振器按矩阵排布，整体尺寸比平行封焊时会小10倍以上，这样整个加工设备及焊接腔体会大幅度减小尺寸，激光焊接用封闭仓比原平行封焊封闭仓体积小5～10倍，抽真空时间短。
3、操作简单
原平行封焊工艺需要频繁修理、更换滚焊电极，对操作员工技能要求较高，激光焊接工艺无易损件，主要由软件系统自动完成，对操作员工依赖性低。
附图说明
图1为现有技术SMD石英谐振器的结构示意图；
图2为本发明SMD石英谐振器的实施例1结构示意图；
图3为本发明SMD石英谐振器的实施例2结构示意图；
图4为图3的局部放大结构示意图：
图5为本发明SMD石英谐振器的实施例3结构示意图
图6为本发明的加工设备结构示意图。
在图1到图4中、1、陶瓷基座；2、金属盖板；3、金属镀层；3-1、台肩；4、晶振体；5、氮气泵；6、充气口；7、上腔体；8、下腔体；9、加工平台；10、玻璃仓盖；11、抽气口；12、真空泵；13、激光束；14、激光扫描器；15、激光发生器；16、可伐材料；17、银铜合金层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示为现有技术的SMD石英晶体谐振器结构示意图；
如图2所示，为本发明的实施例1结构示意图：一种SMD石英谐振器，包括陶瓷基座1，所述陶瓷基座1上设有谐振件容腔，所述陶瓷基座的边框上设有金属镀层3，所述金属镀层上覆盖有金属盖板3。
如图3所示，为本发明的实施例2结构示意图：一种SMD石英谐振器，包括陶瓷基座1，所述陶瓷基座1上设有谐振件容腔，所述陶瓷基座的边框上设有金属镀层3，所述金属镀层上覆盖有金属盖板3。所述金属盖板3包括金属盖板本体，在所述金属盖板本体的上边缘设有台肩3-1，所述台肩的厚度小于所述金属盖板本体的厚度。
如图5所示，为本发明的实施例3结构示意图：一种SMD石英谐振器，包括陶瓷基座1，所述陶瓷基座1上设有谐振件容腔，所述陶瓷基座的边框上设有金属镀层3，所述金属镀层上覆盖有金属盖板3。所述金属盖板3包括金属盖板本体，在所述金属盖板本体的下边缘设有台肩3-1，所述台肩的厚度小于所述金属盖板本体的厚度。
如图4所示为图3的局部放大结构示意图：比较常用的如金属盖板3的厚度为0.05-0.08毫米，则台肩的厚度可取0.05毫米以下。
所述金属镀层3包括设于所述陶瓷基座边框上的钨金属层和设于所述钨金属层上的镍和金金属层。
所述金属盖板3外轮廓尺寸小于或等于所述陶瓷基座1的外轮廓尺寸。
台肩的厚度小于金属盖板3本体厚度的一半。所述金属盖板中间凸起部分的长宽尺寸小于所述谐振件容腔的长宽尺寸。
如图6所示，本发明还公开了一种用于加工SMD石英谐振器的设备，包括激光封焊机及加工平台9，所述激光封焊机包括激光发生器15及发射激光束的激光扫描器14，所述加工平台9外部设有封闭仓，所述封闭仓的顶部设有玻璃仓盖10，所述激光扫描器14位于所述玻璃仓盖10上方。
所述封闭仓包括下封腔8及密封扣合于所述下封腔上的上封腔7，所述上封腔7的中央设有所述玻璃仓盖10，所述密封仓的一端设有惰性气体充气口6，可以通过惰性气体充气泵如氮气泵5给密封仓充气；另一端设有真空抽气口11，可通过真空泵12抽真空。
所述激光扫描器也叫激光振镜，由X-Y光学扫描头,电子驱动放大器和光学反射镜片组成。控制系统提供的信号通过驱动放大电路驱动光学扫描头,从而在X-Y平面控制激光束的偏转。
在激光演示系统中,光学扫描的波形是一种矢量扫描,系统的扫描速度,决定激光图形的稳定性。现有技术的高速扫描器,扫描速度达到45000个点/秒。其扫描原理是：扫描电机采用X、Y两个电机控制，一个时刻确定一个点的位置，通过扫描频率控制不同时刻点的位置达到整个焊接位置的变换。
本发明还公开了一种加工如上所述SMD石英谐振器的方法，包括如上所述的用于加工SMD石英谐振器的设备，所述加工步骤如下：
1)、制作陶瓷基座1，在所述陶瓷基座1的边框上设置金属镀层3，所述金属镀层3的厚度小于0.05mm；所述金属镀层包括钨金属层和金金属层；
2)、制作金属盖板，在选定的金属片上加工出与所述陶瓷基座尺寸相适配的金属盖板2，所述金属盖板2外轮廓尺寸小于或等于所述陶瓷基座的外轮廓尺寸；
3)、安装晶振体4，将晶振体经清洗、镀膜形成电极后放入所述陶瓷基座内，进行点胶、固化形成石英晶体谐振件；
4)、将金属盖板2搭扣在陶瓷基座上，整体放入封闭仓内，在封闭仓中通入惰性气体，利用控制系统通过调整金属盖板2的位置以及软件位置补偿，确保金属盖板2与所述基座板1的中心重合；该控制系统控制着激光扫描器及加工平台的协调运动。
5)、设置激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率参数后，激光束沿所述陶瓷基座的边框根据程序确定的坐标位置进行环焊，最后留出至少一个抽气缺口，然后打开真空泵将所述封闭仓抽真空，随后再激光补焊缺口，完成焊接。
进一步、包括在步骤2)后，再在所述金属盖板本体周边加工台肩，所述台肩的厚度小于所述金属盖板本体的厚度。
进一步、步骤5)所述设置参数为激光脉冲的宽度0.1～1毫秒、峰功率为每平方厘米300-800瓦、重复频率为50-1000赫兹。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种SMD石英谐振器，包括陶瓷基座，所述陶瓷基座上设有谐振件容腔，其特征在于，所述陶瓷基座的边框上设有金属镀层，所述金属镀层上覆盖有金属盖板。
2.根据权利要求1所述的SMD石英谐振器，其特征在于所述金属盖板包括金属盖板本体，在所述金属盖板本体的上边缘或下边缘设有台肩，所述台肩的厚度小于所述金属盖板本体的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的SMD石英谐振器，其特征在于，所述金属镀层包括设于所述陶瓷基座边框上的钨金属层和设于所述钨金属层上的镍和金金属层。
4.根据权利要求1或2所述的SMD石英谐振器，其特征在于，所述金属盖板外轮廓尺寸小于或等于所述陶瓷基座的外轮廓尺寸。
5.根据权利要求2所述的SMD石英谐振器，其特征在于，台肩的厚度小于金属盖板本体厚度的一半，所述金属盖板中间凸起部分的长宽尺寸小于所述谐振件容腔的长宽尺寸。
6.一种加工如权利要求1～5任一项所述SMD石英谐振器的设备，其特征在于，包括激光封焊机及加工平台，所述激光封焊机包括激光发生器及激光扫描器，所述加工平台外设有封闭仓，所述封闭仓的顶部设有玻璃仓盖，所述激光扫描器位于所述玻璃仓盖上方。
7.根据权利要求6所述的SMD石英谐振器的设备，其特征在于，所述封闭仓包括下封腔及密封扣合于所述下封腔上的上封腔，所述上封腔的中央设有所述玻璃仓盖，所述密封仓的一端设有惰性气体充气口，另一端设有真空抽气口。
8.一种加工如权利要求1～5任一项所述SMD石英谐振器的方法，其特征在于，还包括如权利要去6或7所述的SMD石英谐振器的设备，所述加工步骤如下：
1)、制作陶瓷基座，并在所述陶瓷基座的边框上设置金属镀层，所述金属镀层的厚度小于0.02mm；所述金属镀层包括钨金属层和金金属层；
2)、制作金属盖板，在选定的金属片上加工出与所述陶瓷基座尺寸相适配的金属盖板，所述金属盖板外轮廓尺寸小于或等于所述陶瓷基座的外轮廓尺寸；
3)、安装晶振体，将晶振体经清洗、镀膜形成电极后放入所述陶瓷基座内，进行点胶、固化形成石英晶体谐振件；
4)、将金属盖板搭扣在所述陶瓷基座上，整体放入封闭仓内，在封闭仓中通入惰性气体，利用激光封焊机的控制系统通过调整金属盖板位置以及软件位置补偿，确保金属盖板与所述基座板的中心重合；
5)、设置激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率参数后，激光束沿所述陶瓷基座的边框根据程序确定的坐标位置进行环焊，最后留出至少一个抽气缺口，然后打开真空泵将所述封闭仓抽真空，随后再激光补焊缺口，完成焊接。
9.根据权利要求8所述的SMD石英谐振器的方法，其特征在于，包括在步骤2)后，再在所述金属盖板本体周边加工台肩，所述台肩的厚度小于所述金属盖板本体的厚度。
10.根据权利要求8所述的SMD石英谐振器的方法，其特征在于，步骤5)所述设置参数为激光脉冲的宽度0.1～1毫秒、峰功率为每平方厘米300-800瓦、重复频率为50-1000赫兹。
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