CN1309058C - 用于封装电子器件的封盖及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种与平板型基底连用的用于封装SAW(表面声波)滤波器等电子器件的封盖，包括顶部、由顶部延伸的壁状结构和与壁状结构下端相连的凸缘。所述凸缘由壁状结构的外表面向外伸出10-500微米，其内表面上涂附有焊料。封盖可焊接到平板基底上形成封装件。可方便地通过模压涂附有焊料层的金属带材来形成凹陷型结构，然后冲剪凹陷型结构的法兰缘来形成所述凸缘。

Description

用于封装电子器件的封盖及其制造方法
技术领域
本发明总的说来涉及用于封装电子器件的封盖，尤其涉及可与平板基底连用的、内表面带有焊料层的帽形封盖。本发明还涉及所述封盖的制造方法。
背景技术
SAW(表面声波)滤波器等这类小型化电子器件通常为封装件，包括盒形的、用于安装表面声波等电子器件的陶瓷基底和平板型的、封接在盒形基底顶面的封盖。封盖一般采用柯瓦(铁镍钴合金)或(铁镍42)ALLOY42等材料制作，因这些材料的热胀系数与陶瓷相近。在封盖的一侧形成焊料层，在基底欲同封盖焊合的顶端面上覆盖金箔或其他易于被融化焊料湿化的材料。在将电子器件放置到盒形基底中之后，将封盖放置到基底之上，使封盖涂附有焊料的一侧同基底接触。然后，通过回流溶炉等加热装置对基底和封盖进行加热以融化封盖的焊料层，从而使封盖焊接到基底上。
由于基底为具有侧壁的盒形结构，基底的侧壁会在将电子器件安装到基底底面的过程中产生某种妨碍。侧壁的存在也不利于减小尺寸。此外，用于使陶瓷材料形成盒形结构的模具比较昂贵，成型工艺要求的工时也较长。
近来，针对上述盒形基底的制造和封装成本问题，在SAW滤波器等小型化器件的封装中，采用了一种简单的平板型陶瓷基底来取代盒形基底。平板型基底与盒形基底比较起来，制造简单，成本较低，且便于表面声波滤波器等电子器件的安装，因为它没有侧壁。
与传统盒形基底连用的平板型封盖不能与平板型基底配合使用，因此需要发展具有凹陷型内部结构的帽形封盖，以便同平板型基底配合使用。
过去已提出可与平板型基底连用的带有法兰缘的帽形封盖，如图6和图7所示。图6为带有法兰缘的帽形封盖的透视图，图7为纵向剖视图，表明图6封盖与平板型基底封接以构成一个电子器件的封装件。帽形封盖11具有一个矩形顶面12和四个由顶面12下弯的侧壁13。侧壁13的下端向旁边弯曲以形成法兰缘14。焊料15涂附在带法兰缘的帽形封盖11的整个背面上。
诸如表面声波滤波器等电子器件S安装在平板型基底K上，在电气上通过隆起结构B与电极相连。帽形封盖11放置在基底K之上不同电子器件S接触，保持这种状态并通过回流熔炉等加热设备对基底K和封盖11进行加热。封盖11后背面上的焊料15在加热中熔化。之后，焊料冷却、固化，使封盖11与基底K相互封接到一起。
随着电子设备的日益小型化，要求电子设备中的各个部件都要减小尺寸。在一个封装在如图6和7所示的包括平板型基底和带法兰缘的帽形封盖的电子封装部件中，肯定存在焊接到封盖法兰缘上的部分。基底的这一部分无助于电子部件实现其功能，无谓地使电子设备的尺寸变大，有悖于电子设备小型化的目标。
为此，又提出了采用无法兰缘的帽形封盖来与平板型基底配合使用。图8透视图示出了这种无法兰的帽形封盖16，图9纵向剖视图表明图8封盖16与安装有电子器件S的平板型基底的封接情况。在这两个附图中，与图6和图7中相同的部分采用相同的数字或字符代表，因此对这些部分的重复说明可以省略。虽然图8和9中的封盖16小于图6和7中的封盖11，因为它没有法兰，但仍然存在封盖16与基底K之间难于完全封接的问题。也就是说，当将图8和9所示的封盖16置于基底K之上并在回流熔炉中对两者进行加热时，由于焊料不能渗透到侧壁13和基底K之间，因此它们不能达到彼此的完全封接。
发明内容
本发明提供了一种可与平板型基底连用的用于封装电子器件的封盖。所提供的封盖尺寸较小，同时可保证与平板基底的可靠封接。
本发明还提供了上述封盖的制造方法。
本发明进一步还提供了一种采用上述封盖的电子器件封装件。
本发明人发现，通过使封盖具有一个可与基底接触的小凸缘并事先将焊料至少涂附到与基底相接触的这一凸缘部分，帽形封盖可以可靠地封接到平板型基底上。所述凸缘仅由封盖的壁结构向外凸出10-500微米，但它所提供的区域足以使封盖可靠地与基底结合以形成气密性封装。
本发明提供的可与平板型基底配合以封装电子器件的封盖包括：一个顶部；一个在所述顶部整个周边纵向延伸、具有上端和下端的壁结构，其上端与所述顶部相连；一个沿所述壁结构的整个周边与壁结构的下端相连的凸缘，所述凸缘由壁结构的外表面向外延伸10-500微米，所述凸缘相对于壁结构是弯曲的；以及焊料，所述焊料涂附到所述封盖的整个内表面上。
根据本发明的一方面，提供了一种电子封装件，包括：基本为平面型的基底；安装在所述基底顶面的电子器件；以及焊接到基底顶面用于封装电子器件的帽形封盖，所述帽形封盖包括：一个顶部；一个在所述顶部整个周边纵向延伸、具有上端和下端的壁结构，其上端与所述顶部相连；一个沿所述壁结构的周边与壁结构的下端相连的凸缘，所述凸缘由壁结构的外表面向外延伸10-500微米，所述凸缘相对于壁结构是弯曲的；以及焊料，所述焊料涂附到所述封盖的整个内表面上。
所述封盖便于制造，对一个侧面涂附有焊料的金属带进行冲压以形成一个包括顶部、由顶部纵向延伸的壁结构和由壁结构下端延伸的法兰缘的凹陷型结构。冲压时，应注意使涂附有焊料的侧面位于成型的凹陷型结构的内侧。然后对法兰进行冲剪以形成凸缘，使凸缘由壁结构外表面向外延伸的尺寸为10-500微米。
由此，根据本发明的另外一方面，提供了一种制造用于封装电子器件的帽形封盖的方法，包括步骤：执行模压金属带，所述金属带在第一侧面上涂附有焊料，以形成凹陷结构，所述凹陷结构具有顶部、由所述顶部沿其整个周边延伸的壁结构和一个由壁结构向外延伸的法兰缘，所述金属带的第一侧面位于所述凹陷结构的内侧，以及然后，利用冲床在法兰缘与壁结构的圆周过渡区部分对法兰缘进行冲剪，所述凸缘围绕凹陷形状的整个外周延伸并从壁结构的外侧延伸10-500微米。
通过对所述封盖和基底进行加热以使封盖内表面上的焊料熔化，本发明封盖可与基本为平板型的基底封接，实现对安装在基底上的电子器件的封装。
附图简述
图1为透视图，示出了根据本发明一个实施例的封盖；
图2为包括图1所示封盖和焊接在所述封盖上的平板基底的电子器件封装件的纵向剖面图；
图3为图1所示封盖的部分放大纵向剖面图；
图4为图2所示封装件的部分放大纵向剖面图；
图5A、5B和5C为根据本发明制造方法在封盖上形成金属条带的纵向剖面图；
图6为按现有技术具有法兰缘结构封盖的透视图；
图7为图6所示封盖焊接到平板基底所构成的电子器件封装件的纵向剖面图；
图8为按现有技术不带法兰缘结构的封盖的透视图；
图9为图8所示封盖焊接到平板基底构成电子封装件的纵向剖面图；
图10为根据本发明另外形式的封盖的部分放大纵向剖面图。
具体实施方式
图1和图2表明根据本发明与平板基底K连用的封盖1的实施例。如图所示，封盖1为帽形构件，包括顶部2、由顶部2周边向下延伸的包括一个或多个侧壁3的壁结构以及一个形成在所述壁结构的下端并环绕其周边的凸缘4。帽形封盖1的内表面上涂有焊料5。
封盖1顶部2的形状应与其欲封装的电子器件的形状相符，通常为矩形或方形的多边形，但也可选用圆形或其他形状。壁结构所包含的侧壁数取决于封盖1的顶部2的形状。例如，当顶部为矩形时，壁结构将包含四个侧壁3。侧壁3最好由顶面垂直向下延伸，如图所示，但也可稍有倾斜。
封盖1顶部2的尺寸不限，但一般较小。顶部2的典型长度尺寸约为1厘米，可小到5毫米或更小。
欲同封盖1组装的平板基底K一般为平板型，如图所示，其形状与封盖1相同，但在某些情况下可有少许变形。
封盖1可采用制造电子器件封装用帽形封盖的传统材料进行制造，一般采用易于冲压成型的金属材料。由于基底K通常由陶瓷材料制作，封盖1最好采用热胀系数与陶瓷相近的金属材料制作。例如采用铁镍钴柯瓦合金和ALLOY42合金等。
凸缘4可采用任何适当的方法制作，但最好采用冲压金属片或金属带材以制造顶部2、侧壁3和由侧壁3向外延伸的法兰缘，然后在距侧壁3外表面10-500微米处切断法兰缘以形成凸缘4。由于冲压工艺本身的性质，当切断冲压成型的法兰缘以形成凸缘4时，从微观截面看，不论是否进行了冲压凸缘4都将相对于侧壁3产生弯曲，从而在侧壁3和法兰缘间产生一个平滑的过渡(曲率半径相对较大)或形成一个直角(曲率半径较小)。
图3为图1封盖1的部分放大剖面图，如图3所示，凸缘4由形成它的侧壁3外表面外凸的距离T为10-500微米。
距离T被定义是具有焊料5的凸缘4内(下)表面外端与侧壁3总体延伸外表面之间的最短距离，所述总体延伸外表面为侧壁在纵向剖面图中垂直的部分。所述最短距离按侧壁总体延伸外表面的法线距离进行度量，特别是在图10所示壁结构非垂直的情况下更应注意这一点。
如果凸缘4的外凸距离小于10微米，当对封盖1与平板基底K进行焊接时，凸缘4与基底K之间的接触面过小，将导致封盖1与基底K之间的结合强度过弱。此外，当焊接点存在小孔隙时，外界空气将会通过孔隙进入，导致气密性较差。另一方面，如果外凸距离大于500微米，将要求封盖1欲焊接的基底K不必要的加大，有悖于电子器件小型化的目标。
焊料5涂附在封盖1的内表面，至少要覆盖其凸缘4这一部分。为进一步增加封盖1和基底K之间的结合强度和气密性，焊料最好涂附到封盖1的整个内表面。在将封盖1放置到平板基底K上并使两者加热时，如果焊料5涂附到封盖1的整个内表面，凸缘4与基底K之间的焊料5熔化，顶部2内表面与侧壁3之间的焊料4也同时熔化。此时，凸缘4与基底K之间的熔化焊料将拉动顶部2与侧壁3之间的熔化焊料5向下流动，从而使大量的熔化焊料5堆积在凸缘4附近，从而使封盖1与基底K之间的结合面增大，提高焊接点的结合强度和气密性。
当将根据本发明的封盖1放置到基底K之上时，凸缘4上的焊料5最好沿封盖1的整个周边都能与基底K连续接触。即使焊料5沿封盖1周边有一处不能与基底K接触，也将导致封盖1不能在该点与基底K进行可靠地焊接，有可能在该处出现漏气。
用于本发明封盖1的焊料5并不局限于采用某些特定成分的产品，但最好采用熔点较高的高温焊料，其熔点应高于将封装器件焊接到印刷线路板所用焊料的熔点，以使封盖1与基底K间的焊接在将包括它们在内的封装件焊接到印刷线路板上时不至于熔化。可采用的适当高温焊料之一为富含铅的铅-锡-银-铋-铟焊料。
根据本发明封盖制造方法的一个实施例，制造方法包括：对事先在一侧表面涂附焊料5的金属带材进行冲压以形成顶部2、包括一个或多个侧壁3的壁结构、以及由侧壁3延伸出来的法兰缘；然后在预定部位剪切法兰缘以形成凸缘4。为防止在侧壁3与法兰缘间的过渡区出现裂缝，冲压工艺非一次成型，而是应采用一系列深度不同的模具分步进行。
可以想见，先由不带焊料的金属带材按上述方式形成封盖，然后再将焊料涂附在其内表面-至少涂附在其需要熔化焊料的部分。但当封盖的尺寸很小-例如其最大尺度为微米量级时，这种工艺就不合适了。
封装在本发明封盖与平板基底间的电子器件类型没有局限，但通常为SAW滤波器等微型表面声波器件。根据电子器件的结构，可采用适当的技术将其安装在平板基底上。
如图2所示，电子器件S通过一些凸起结构B与基底K顶面上的电极在电气上相连。将易于被熔化焊料湿化处理的金属放置在基底K的顶面部分，通过金属化处理等方法使基底K与封盖1结合。将封盖1放置在基底K电极之上，使两者的结合部分相互对齐，然后在回流熔炉对两者进行加热以熔化封盖1内表面上的焊料5，从而使封盖1与基底K相互结合。此时，封盖1的顶部2和侧壁3内表面上的熔化焊料5被凸缘4和基底K间的熔化焊料拉动向下，如图4所示，大量焊料5堆积凸缘4附近以形成结合点。
图5A-5C为纵向剖视图，表明按本发明的封盖1制造方法。
首先，如图5A所示，由柯瓦合金等适当材料制备金属条带6，并在其一侧侧面上涂附焊料5。可采用各种方法使焊料5附着在金属条带6上，例如采用叠压法，将金属带6和焊料带5叠放在一起通过轧辊而使两者机械压合；或采用熔化焊料法，即使熔化焊料5与金属带6的一个侧面接触并附着在其上面。在上述两种方法中最好采用熔化焊料法，因为叠压法可能会使金属带6硬化，提高后续冲压工艺的难度。
如图5B所示，一侧带有焊料层5的金属带6经模压形成凹陷型结构。所用模具包括阳模7和阴模8，阳模7的形状与封盖1的内侧相同，阴模8的形状与封盖1的外侧相同。通过阳模7冲压附着有焊料5的金属带6的表面。模压使金属带6成型为凹陷型结构，包括顶部2、由顶部2垂直延伸的侧壁3、以及由侧壁3沿阴模8顶面侧向(水平)延伸的法兰缘14。图5B表明一组阳模和阴模，但如前所述，模压最好采用系列模具分多步进行，阴模8的深度随冲压过程而逐步加大，从而可获得更精确的尺寸和防止在金属带6弯曲成法兰缘的部分产生破裂。
然后，将通过图5B所示模压工艺形成的凹陷型结构从金属带6上冲剪下来以构成封盖1。如表明冲剪过程的图5C所示，进行冲剪时所采用的冲头9和冲模10的尺寸应保证在侧壁3与法兰缘14间的圆角过渡部分切断法兰缘14，使形成的凸缘4由侧壁3的外表面向外延伸的距离为10-500微米。由金属带6可同时制作多个封盖。
[示例]
为验证本发明封盖的有效性，通过熔化焊料法使富含铅的高温焊料附着在100微米厚的柯瓦合金带的一个侧面，形成厚度为20微米的平面焊料层。以图5B所示方式、采用系列模具对带焊料的金属带进行模压以形成凹陷型结构，其矩形顶部的尺寸为2.4×1.9毫米，深度为0.4毫米。焊料层位于所述凹陷型结构的内侧。以图5C所述方式将所形成的凹陷型结构由金属带上冲剪下来，所获得的封盖在其侧壁的底端具有一个凸缘，所述凸缘由侧壁外表面外凸的距离为100微米。
将制备的封盖放置在平板基底上并通过加热而使两者结合，基底与封盖的外形轮廓相同，沿基底周边在其顶面盖一层宽度为100微米的金箔层。对结合到一起的封盖与基底进行零下-45到+125摄氏度的热循环实验。1000次热循环后没有发现泄漏问题。
与此进行比较，按图9所示方式将图8所示没有凸缘或法兰缘的帽形封盖封接到一个平板基底上，并按本发明上述试样同样的温度条件对其进行热循环试验，结果40次循环后就产生了泄漏。
如上所述，根据本发明的封盖具有一个凸缘，封盖通过它与平板基底焊合，因此基底的尺寸可与封装的电子器件相近，从而非常有助于减少封装电子部件的尺寸。尽管封盖的尺寸很小，但焊合的强度较高并具有良好的气密性，从而具有很高的可靠性。

Claims (6)

1、一种可与平板基底配合以封装电子器件的帽形封盖，包括：
一个顶部；
一个在所述顶部整个周边纵向延伸、具有上端和下端的壁结构，其上端与所述顶部相连；
一个沿所述壁结构的整个周边与壁结构的下端相连的凸缘，所述凸缘由壁结构的外表面向外延伸10-500微米，所述凸缘相对于壁结构是弯曲的；以及
焊料，所述焊料涂附到所述封盖的整个内表面上。
2、根据权利要求1所述的封盖，其特征在于所述凸缘相对于壁结构而言是弯曲的。
3、根据权利要求1所述的封盖，其特征在于所述封盖的顶面轮廓为多边形。
4、根据权利要求1所述的封盖，其特征在于所述壁结构的延伸方向基本与顶面垂直。
5、一种电子封装件，包括：基本为平面型的基底；安装在所述基底顶面的电子器件；以及焊接到基底顶面用于封装电子器件的帽形封盖，所述帽形封盖包括：
一个顶部；
一个在所述顶部整个周边纵向延伸、具有上端和下端的壁结构，其上端与所述顶部相连；
一个沿所述壁结构的周边与壁结构的下端相连的凸缘，所述凸缘由壁结构的外表面向外延伸10-500微米，所述凸缘相对于壁结构是弯曲的；以及
焊料，所述焊料涂附到所述封盖的整个内表面上。
6、一种制造用于封装电子器件的帽形封盖的方法，包括步骤：
执行模压金属带，所述金属带在第一侧面上涂附有焊料，以形成凹陷结构，所述凹陷结构具有顶部、由所述顶部沿其整个周边延伸的壁结构和一个由壁结构向外延伸的法兰缘，所述金属带的第一侧面位于所述凹陷结构的内侧，以及
然后，利用冲床在法兰缘与壁结构的圆周过渡区部分对法兰缘进行冲剪，所述凸缘围绕凹陷形状的整个外周延伸并从壁结构的外侧延伸10-500微米。
CNB031784631A 2002-07-19 2003-07-16 用于封装电子器件的封盖及其制造方法 Expired - Lifetime CN1309058C (zh)

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