CN1184379A - 封接电子元件的封接结构和方法 - Google Patents

Abstract

一种能达到所需封接特性和热阻的封接结构和封接方法。电子元件安装在其上设置电极图形的基片上,并通过粘合用以覆盖电子元件的罩盖而封接在基片上。一种用以将罩盖结合到基片上的粘合剂结构包括部分涂覆在基片的罩盖粘合部位上的高璃态转变点粘合剂,以及涂覆在罩盖开口的整个外缘上的低璃态转变点粘合剂。罩盖的开口压在基片的安装部位上,然后固化粘合剂以粘合和封接基片和罩盖。

Description

封接电子元件的封接结构和方法

本发明涉及封接电子元件的封接结构和方法，尤其涉及一种封接表面安装型电子元件的封接结构和方法。

作为表面安装型电子元件的常规电子元件，诸如压电振荡器、压电滤波器或类似元件包括电极图形设置在其顶面的基片、一个罩盖以及设置在基片与罩盖之间规定空间中的压电元件。压电元件的电极通过导电粘合剂连接并粘合到设置在基片上的电极图形。罩盖设置在基片上以覆盖压电元件，并通过涂在罩盖开口上的封接粘合剂粘合到基片。基片的电极图形从罩盖的粘合部分向外延伸，这样，电极图形的延伸部分就作为限定一个表面安装型电子元件的外部电极。

在这样一种表面安装型电子元件中，当焊接和封装印刷基片后发生安装缺陷时，某些情况下就要采取修正措施，包括修复(排除)到重新焊接(手工焊接)。重新焊接时，用焊接烙铁头人工加热位于电极附近的电子元件部分，但热量要传送到电极以外的其他部分并产生一个高温部分。通常，由于要求用封接粘合剂实现弹性，故采用具有较低璃态转变温度(Tg)的树脂粘合剂。温度高于封接粘合剂之Tg的热传输降低了封接粘合剂的粘合强度，这样，若施加一个外力，将产生位移甚至脱离罩盖的问题。为了防止这一问题，曾经考虑过采用Tg较高的封接粘合剂的一种方法。然而，由此需要很高的Tg，这种封接粘合剂不能提供其他所需的物理特性，例如构件在热冲击试验中理想的膨胀和收缩，由此产生破碎、剥落或裂缝之类问题。尽管可以采用诸如无机粘合剂之类的高抗热粘合剂，但这种粘合剂无法形成具有足够浓度的层来防止清洗期间溶剂的渗透，也无法提供和担保优良的封接特性。

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供一种封接电子元件的封接结构和方法，能提供所需的封接特性和所需的热阻。

根据本发明的一个较佳实施例，提供一种电子元件的封接结构，其中，电子元件安装在其上设置电极图形的基片上，用以覆盖电子元件的罩盖粘合并封接到基片，该封接结构包括多种具有不同璃态转变点粘合剂，以粘合罩盖和基片。

在本发明的该项较佳实施例中，用具有高热阻和高Tg的第一粘合剂以及具有优良封接特性和低Tg的第二粘合剂粘合和封接罩盖和基片。在焊接和封装印刷基片以后需要修复和重新焊接电子元件时，有时烙铁头接触罩盖将罩盖的粘合部分加热到高温。然而，由于具有高Tg的第一粘合剂具有高热阻，即使将粘合部分加热到高温，该封接结构的粘合强度也极少劣化，与现有技术的封接结构相比，这种劣化实质上是极小的。由此可以防止掉落和移动罩盖。由于具有低Tg的第二粘合剂保证了热冲击试验中的封接特性，故封接特性不会劣化。

尽管每种粘合剂的涂覆位置不受限制，但只要可靠地具备封接特性和粘合力，通过这样一种方法就可以较佳地粘合和封接罩盖和基片，即将具有高热阻高Tg的第一粘合剂涂覆在罩盖与基片之间的粘合部位，将具有优良封接特性和低Tg的第二粘合剂较佳地涂覆在整个外围覆盖住粘合的部位。此时，由于部分涂覆具有高Tg的第一粘合剂，所以当罩盖被粘合以后，存在一个间隙允许空气的进出。

根据本发明另一实施例，提供一种封接电子元件的方法，其中，电子元件安装到其上设置电极图形的基片上，由于覆盖电子元件的罩盖粘合并封接到基片，该封接方法包括以下步骤：制备具有不同璃态转变点的多种粘合剂，将具有高璃态转变点的第一粘合涂覆在基片的安装部位上，将具有低璃态转变点第二粘合剂涂覆在罩盖的一个开口上，将罩盖的开口压在基片的安装部位上，使具有低璃态转变点的第二粘合剂固化，并使具有高璃态转变点的第一粘合剂固化。

当具有高Tg的第一粘合剂涂覆在基片上粘合罩盖的安装部位上，具有低Tg的第二粘合剂涂覆在罩盖的开口上后，在将罩盖安装到基片上时，第一粘合剂和第二粘合剂相互接触。此时，如果未固化的第一粘合剂的粘性大于未固化的第二粘合剂的粘性，则排斥具有低Tg的第二粘合剂，使罩盖的开口压入具有高Tg的第一粘合剂以暂时固定罩盖。具有低Tg的第二粘合剂散布包围具有高Tg的第一粘合剂，由此获得优良的封接特性。

当两种粘合剂均为热可固化的粘合剂时，较佳地按前述顺序固化低Tg粘合剂和高Tg粘合剂，但在加热期间，低Tg粘合剂的粘性首先降低，形成一个包裹其中的高Tg粘合剂的轮廓，由此获得更为可靠的封接特性。

当两种粘合剂均为紫外可固化粘合剂时，电子元件无需加热，这样就能在罩盖内防止因罩盖内空气膨胀而引起的气穴。

该粘合剂可以是热可固化粘合剂和紫外可固化粘合剂的组合。

就具有高Tg的第一粘合剂而言，其Tg高于估计温度例如高于重新焊接时被粘合部位的温度时为较佳。就具有低Tg的第二粘合剂而言，可以采用Tg低于焊料熔化温度的粘合剂，但具有优良弹性的粘合剂较佳地用以形成厚的粘合层，以在清洗步骤期间防止溶剂的渗入。

从以下参照附图对本发明较佳实施例的详细描述中，本发明较佳实施例的这些和其他的要素、特征和优点将变得更加清楚。

图1是表示根据本发明一个较佳实施例的电子元件的分解透视图；

图2是表示图1所示基片的平面图；

图3(a)至3(c)是沿图2中B-B线的剖视图，它们表示根据本发明较佳实施例的封接电子元件的步骤。

图1表示作为根据本发明一个较佳实施例的一例电子元件的表面安装型压电振荡器A。

基片1较佳地包括一个基本上为矩形的薄片，它较佳地通过模压氧化铝陶瓷而形成，厚度例如约为0.3至0.7毫米。当然，基片1的材料并非局限于此，诸如介质陶瓷、玻璃环氧的任何材料以及其他合适的材料均可采用。

电极2和3设置在基片1的上表面，并较佳地通过诸如溅射、蒸发、印刷、等离子溅射或类似的已知方法形成。在本实施例中，为了提供足够的粘合强度和可焊性，较佳地通过印刷50微米的Ag/Pt焙烧型导电浆料然后焙烧该浆料而形成电极2和3。电极2和3的两端较佳地延伸到分别设置在基片1长侧端的凹型通孔或凹槽1a，并通过设置在通孔1a内表面上的电极连接到设置在基片1底面上的电极。振荡元件5通过具有导电和粘接性能的材料10，诸如导电粘合剂粘接并固定在基片1上。作为连接材料10，例如可以采用焊料或金属端子，只要它具有与导电粘合剂同等的功能即可。该较佳实施例的振荡器元件5较佳地是一种厚度切变振动型振荡器，其中，第一电极7从压电陶瓷基片6的一端延伸到其约2/3顶面区域上，第二电极8从另一端延伸到其约2/3表面区域上。然而，也可采用其他振动模式的其他振荡器用作振荡器元件5。

电极7和8的端部相互相对设置，较佳地在它们之间设置压电基片6，它们基本上位于基片6的中部，形成一个振动部分。该较佳实施例中，电极7和8的另一端延伸到设置在压电基片6两端的保护层9，并连接到分别通过端表面电极7b和8b设置在相对表面上的辅助电极7a和8a。这些端表面电极7b和8b分别设置在保护层9与压电基片6之间。

振荡器元件5的两端较佳地通过导电材料10粘接和固定到基片1，以电连接基片1和电极2和3与元件5的电极7和8。此时，元件5底面上的电极8无需设置其间的任何材料连接到电极2，但顶面上的电极7则通过辅助电极7a连接到电极3。粘接期间，较佳地在元件5的中部与基片1之间提供一个稍微振动的空间。

在基片1的顶面上较佳地设置一个框架形绝缘层4，在电极2和3与罩盖11之间提供可靠的绝缘，以弄平由电极2和3所形成的台阶，这将在下文再作描述。在本实施例中，尽管绝缘层4较佳地通过烘焙玻璃浆料而形成，但该绝缘层并非局限于此。当在罩盖11上采用绝缘材料时，绝缘层4就不再需要了。

罩盖11的开口粘合到基片1的绝缘层4以覆盖元件5。尽管可以用诸如氧化铝之类的陶瓷、树脂和金属等等作为罩盖11的材料，但在本较佳实施例中，将金属材料模压成型具有基本上为U型的截面，可以较佳地减小产品的尺寸并保证尺寸的精度。只要能够保证产品的强度和粘着度，可以选择任何一种金属材料，例如，可以采用铝合金、镍银合金、42Ni合金。具有高Tg的粘合剂12较佳地部分涂覆在基片1安装和粘合罩盖的部位上，尤其涂覆在绝缘层4上。粘合剂12通过诸如印刷、销钉过渡(pin transfer)或弥散一类方法较佳地设置在多个位置。虽然，例如可以将Tg约为198℃的环氧粘合剂用作高Tg粘合剂12，但粘合剂的类型并非局限于此，只要粘合剂12具有足够的能力粘合到待涂覆的材料，并能提供足够高的Tg(150℃或更高)即可。然而，固化条件较佳地与以下将描述的封接粘合剂13匹配，或在固化封接粘合剂13的过程中较佳地停止固化。尽管粘合剂12的涂覆区域和涂覆位置不受限制，但粘合剂12最好是部分涂覆，以便形成一个间隙允许在安装罩盖11时让空气进出。在本实施例中，粘合剂12较佳地涂覆在框架形绝缘层4较长侧面的总计4个位置上。当罩盖11安装在基片11时，例如在约为300gf/罩盖×0.2秒的条件下将罩盖11轻轻压下，使罩盖11压入高Tg粘合剂12。

粘合剂12较佳地同时涂覆在母板上的多个部位上，以将涂覆粘合剂12的步骤数减少到仅仅几步。

通过过渡法沿着罩盖11之开口的整个周围涂覆封接粘合剂13，并将封接粘合剂13粘合到基片1的绝缘层4。至于封接粘合剂13，例如较佳地采用Tg约等于50至100℃具有弹性的低Tg粘合剂。在本较佳实施例中，采用Tg约等于80℃的环氧型热固粘合剂，但Tg约为60℃的环氧丙烯酸酯UV可固化粘合剂具有相同的功能。

罩盖11加压粘合到基片1后，将压电振荡器A置于固化炉中，然后以预定的温度分布加热固化粘合剂12和13。在热处理过程中，由于罩盖11内的空气因加热膨胀而逸出，故罩盖11因空气逸出反作用而移动，所以在固化期间最好用夹具夹紧罩盖11。当采用紫外粘合剂时，通过在紫外炉中照射预定量的光可以固化该粘合剂。在此情况下，与热处理不同，它没有呼吸作用，故罩盖11就无需用夹具夹紧。

图3(a)至3(c)表示本发明另一个实施例的封接方法。

图3(a)表示罩盖11在安装前的状态，其中，绝缘层4设置在基片1安装和粘合罩盖的部位上，高Tg粘合剂12部分涂覆在绝缘层4上。另一方面，低Tg粘合剂13较佳地涂覆在罩盖11开口的整个周围。

图3(b)表示罩盖11安装后的状态。由于具有一定的厚度，事先涂覆在基片1上的高Tg粘合剂12以台阶形式抬高。当罩盖11加压安装在粘合剂12上时，涂覆在罩盖11开口上的低Tg粘合剂13被推向两侧，罩盖11的开口压入高Tg粘合剂中。此时，未固化的高Tg粘合剂12的粘性低于未固化的低Tg粘合剂13。随着未固化粘合剂12、13之粘性之间的差异增大，由粘合剂13更可靠地替换粘合剂12。在该较佳实施例中，未固化的高Tg粘合剂12和未固化的低Tg粘合剂13的粘性分别为15,000cps和28,000cps(25℃，5rpm)。

图3(c)表示电子元件A加热后的状态。加热中，粘合剂12和13按低璃态转变点的粘合剂和高璃态转变点的粘合剂的顺序热固化，这样，低Tg粘合剂13的粘性首先降低，在罩盖11外侧和内侧形成轮廓13a，包裹其中的高Tg粘合剂12。因此，可以可靠和安全地获得优良的封接特性。当紫外固化的粘合剂用作低Tg粘合剂13时，选择室温下具有合适粘性的粘合剂，由此可以形成轮廓13a。

当按上述形成的电子元件焊接安装在印刷基片上以后发现安装缺陷时，有时候要修复和重新焊接电子元件。重新焊接时，焊接烙铁头接触罩盖11，此举通常会劣化罩盖粘合到基片所用粘合剂的封接特性。然而，即使罩盖11被加热到高温，由于高Tg粘合剂12保证了足够大粘合强度，故可以防止罩盖11位移或脱离。这样就可以由低Tg粘合剂13保证封接特性。

本发明不仅可以应用于包含上述较佳实施例中振荡器元件的压电振荡器，而且可以应用于内置由振荡器元件和电容器元件所构成之电容的振荡器，以及内置由基片上形成之电容器部分所构成的电容的振荡器。本发明还可以应用于诸如滤波器、电路模块等其他电子元件。

从以上所述可见，本发明的较佳实施例采用一种高Tg粘合剂和一种低Tg粘合剂作为粘合剂粘合基片和罩盖，这样，在热冲击试验中用低Tg粘合剂达到了优良的封接特性，即使温度因焊接烙铁头或类似工具的接触而提高，也可以用高Tg粘合剂防止罩盖的位移和脱落。由此获得具有优良热阻的电子元件。

尽管本发明是参照其较佳实施例来描述的，但显然在不脱离本发明精神和范围的情况下，本领域的熟练人员还可以对此作出形式上和细节上的改进。

Claims (16)

1.一种电子元件的封接装置，包括安装在基片上的电子元件以及覆盖该电子元件的罩盖，其特征在于，该封接装置包括：

封接件，它包含具有不同璃态转变点的至少两种不同的粘合剂，该封接件用以将罩盖粘合和封接到基片。

2.如权利要求1所述的电子元件的封接装置，其特征在于，该至少两种粘合剂包括具有高璃态转变点且设置在基片与罩盖之间的第一粘合剂，以及具有低璃态转变点且设置在基片与罩盖之间的第二粘合剂。

3.如权利要求2所述的封接装置，其特征在于，第一粘合剂部分设置在基片的表面上，第二粘合剂设置在罩盖边缘的整个边缘表面上。

4.如权利要求2所述的封接装置，其特征在于，该至少两种粘合剂设置成相互接触。

5.一种电子元件，其特征在于包括：

基片；

设置在基片上的电子元件；

设置在基片上以覆盖电子元件的罩盖；以及

封接装置，它包括具有不同璃态转变点的至少两种不同的粘合剂，该封接装置设置成将罩盖粘合和封接到基片。

6.如权利要求5所述的电子元件，其特征在于，该至少两种粘合剂包括具有高璃态转变点且设置在基片与罩盖之间的第一粘合剂，以及具有低璃态转变点且设置在基片与罩盖之间的第二粘合剂。

7.如权利要求6所述的电子元件，其特征在于，第一粘合剂部分设置在基片的表面上，第二粘合剂设置在罩盖边缘的整个边缘表面上。

8.如权利要求5所述的电子元件，其特征在于，该至少两种粘合剂设置成相互接触。

9.如权利要求5所述的电子元件，其特征在于，该电子元件包括压电振荡器和压电滤波器之一。

10.如权利要求5所述的电子元件，其特征在于进一步包括设置在基片与电子元件之间的框架形绝缘层。

11.一种封接电子元件的方法，该电子元件包括安装在基片上的电子元件以及覆盖被粘合和封接到基片上的电子元件的罩盖，其特征在于所述方法包括以下步骤：

制备具有不同璃态转变点的至少两种粘合剂；

将具有高璃态转变点的第一粘合剂涂覆到基片的一部分；

将具有低璃态转变点的第二粘合剂涂覆到罩盖的一部分；

将罩盖安装在基片上；

固化第一和第二粘合剂。

12.一种封接电子元件的方法，其特征在于固化第一和第二粘合剂的步骤包括首先固化具有低璃态转变点的第二粘合剂，然后固化具有高璃态转变点的第一粘合剂的步骤。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于具有高璃态转变点的第一粘合剂部分涂覆在基片的罩盖安装部位上，具有低璃态转变点的第二粘合剂涂覆在罩盖开口的整个外缘上。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，未固化状态下具有高璃态转变点的第一粘合剂的粘性高于未固化状态下具有低璃态转变点的第二粘合剂的粘性，由此当罩盖的开口安装在基片上时，使罩盖的边缘压入具有高璃态转变点的第一粘合剂中。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一和第二粘合剂的至少一种粘合剂为热固化粘合剂。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一和第二粘合剂的至少一种粘合剂为紫外固化粘合剂。

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