CN1518215A - 晶体振荡器的陶瓷封装 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有晶体振荡器的陶瓷封装。该陶瓷封装的结构得到了改进以便在减小其尺寸的同时最小化对于装在陶瓷封装上的晶片的热影响。该晶体振荡器陶瓷封装具有底层薄片、缓冲薄片，设置在底层薄片的外围并在其顶端具有内部端子、晶片，安装在缓冲薄片上、支撑薄片，形成在缓冲薄片的外围并与缓冲薄片上的内部端子以设计间隔分离；以及盖，密封用于容纳晶片的陶瓷封装的部分。

Description

晶体振荡器的陶瓷封装

技术领域

本发明涉及装有作为频率发生器和频率调制器的晶体振荡器的陶瓷封装。特别涉及，将陶瓷封装的结构进行改进以便在最小化对于装在陶瓷封装上的晶片的热影响的同时减小其尺寸。

背景技术

晶体振荡器通常以各种的形式使用，诸如频率发生器、频率调制器、频率转换器。晶体振荡器采用具有优良的压电特性的晶体，其中晶体作为稳定的机械振荡器。

晶体是在高压的高压釜中人工生长的，并且沿着轴向将晶体切割成为各种尺寸和形状的片。晶体片形成为圆片的形状。晶片需要形成为具有低相位噪声、高Q值和根据时间和环境变化的低的频率变化率。

晶片固定在封装中并且电极形成在晶片上以电连接，以便作为晶体振荡器使用。晶片被电连接到外部电子装置并且经过导电粘合剂结合到封装，其中需要足够的结合区域以获得优良的晶体振荡器的振动效率和其抗外部冲击的可靠性。

用提供的密封来保护固定到封装的晶体振荡器免受外部环境和污染物质。由于晶体振荡器的操作效率及其质量受到外部环境变化和污染的影响很大，所以晶体封装优选地被密封为具有低漏泄率，为此，金属盖支撑薄片(metallic lid-supporting sheet)被结合到陶瓷封装的顶端，并且由与盖支撑薄片使用相同材料制成的盖被放置在了盖支撑薄片上并且经过电焊将其密封。重要的是，陶瓷到金属和金属到陶瓷的结合区域是气密的，因为渗透到封装中的外部的污染物质可以破坏晶体振荡器的诸如可靠性的若干特性。

外部装置的尺寸正在迅速地减小，例如个人便携式终端和无线电装置正在由于移动和无线电通信装置的发展而小型化。另一方面，晶体振荡器的容量相对于外部装置而言被增强了。空间对于晶体振荡器的限制由于限制了晶体振荡器与外部的电子的和机械的连接以及晶片的小型化的限制而增加了。特别地，装在温度补偿晶体振荡器或TCXO封装上的晶体振荡器的体积总体上增加了，并且因此这种晶体振荡器的小型化变得更加必要。因此，在该领域中很需要一种小型化晶体振荡器并降低其尺寸的技术。

图1A和1B示出了传统的晶体振荡器的陶瓷封装的截面图。在图1A和1B中，晶体振荡器的陶瓷封装包括底层薄片11，它组成了封装的底层，以及缓冲薄片12，设置在底层薄片11上以支撑晶片16。该封装还包括绝缘薄片13，在缓冲薄片12上以获得晶体振荡器的振动空间并且绝缘缓冲薄片12。底层薄片11、缓冲薄片12和绝缘薄片13通常由陶瓷制成。电极18设置在缓冲薄片12的顶部，用于晶体振荡器的电连接。缓冲薄片12用于保证晶体振荡器的稳定的振荡并保护晶片免受外部冲击，并且电极用于在晶片和外部端子之间的连接。晶片16经过导电粘合剂19贴装到缓冲薄片12的电极18并且与其连接。盖支撑薄片14形成在绝缘薄片13的顶部以用作陶瓷封装的盖，并且盖15形成在盖支撑薄片14上以绝缘陶瓷封装。

由于如图1A和1B所示传统的晶体振荡器陶瓷封装包括从底层薄片到最上面的盖的总共五层，所以很难减小陶瓷封装的尺寸。因此，技术人员开发了另外一种在上述的陶瓷封装上改进的结构的晶体振荡器封装。

图2示出了另一种传统的晶体振荡器的陶瓷封装的截面图。参照图2，缓冲薄片22和22′以大约10μm厚度淀积的w或Mo膜的形式形成在底层薄片21上。缓冲薄片22的顶部镀有诸如Au的金属，并且晶片26由导电粘合剂29贴装在缓冲薄片22上。绝缘薄片23设置在底层薄片21的周围以形成壁，并且支撑薄片24形成在绝缘薄片23上以支撑盖25。该绝缘薄片23由绝缘陶瓷制成以用于在缓冲薄片22和支撑薄片24之间的绝缘，并且支撑薄片24由与盖25基本相同的金属材料制成。

具有图2所示结构的晶体振荡器陶瓷封装相对于图1A和1B中示出的传统的陶瓷封装减少了堆叠的薄片的数量。但是，底层薄片形成的厚度大于图1A和1B中示出的陶瓷封装。即，由于薄的缓冲薄片被设置在底层薄片上并且晶体被贴装到缓冲薄片，所以底层薄片需要形成得厚以便保护晶体免受外部冲击或破裂，从而引起形成陶瓷封装的困难。此外，薄的缓冲薄片使得晶体抵抗外部冲击的稳定性差。

图3示出了另外一种用于晶体振荡器的陶瓷封装的截面图，公开在日本公开专利申请第2000-124765中，它是关于晶体振荡器及其制造工艺的。参照图3，该晶体振荡器包括：晶片36，具有电极、支撑部分22，用于支撑晶片36、第一衬底31，具有导电部件，以在晶片36的电极和外部电路之间电连接、第二衬底35，作为盖、以及绝缘薄片23，形成侧壁以封闭晶片36。晶体振荡器还包括在绝缘薄片23中的玻璃球24。

在如图3所示的晶体振荡器陶瓷封装中，绝缘薄片23由树脂制成并且被熔化以密封封装。因为树脂制成的绝缘薄片23在被熔化时不能均匀地保持其高度，玻璃球24在绝缘薄片被熔化以便保持绝缘薄片的高度之前被预先放置在了第一衬底31周围。玻璃球24在这种结构中的使用是不可避免的，因此，增加了产品的生产成本。熔化绝缘薄片23产生烟或气体从而污染了晶片或封装的内部区域，从而破坏了产品的质量和可靠性。

发明内容

为了解决上述的问题提出了本发明，并且因此本发明的目的是改进晶体振荡器陶瓷封装的结构以便进一步小型化陶瓷封装。

本发明的另一个目的是减小接触晶体的电极的区域以便减少晶体容器的浮动电容。此外，本发明减少了封装的陶瓷薄片的数量以降低热能量，从而节省用于密封作为封面的盖的焊接能量，同时减少由于焊接产生的对于晶体的热影响。

本发明的再一个方面是提供一种小型化的陶瓷封装，它能够在获得足够的强度的同时减少总体的弯曲。

根据本发明的一个方面以获得上述的目的，用于晶体振荡器的陶瓷封装包括：底层薄片，具有外部端子；缓冲薄片，设置在底层薄片的外围，在其顶端具有内部端子，该内部端子电连接到在底层薄片中的外部端子；晶片，可振动地安装在缓冲薄片上并具有电连接到在缓冲薄片上的内部端子的电极；支撑薄片，形成在缓冲薄片的外围并与缓冲薄片上的内部端子以设计间隔分离；以及盖，覆盖住了支撑薄片以密封用于容纳晶片的陶瓷封装的部分。

优选地，支撑薄片和盖由金属制成，并且本发明的晶体振荡器的陶瓷封装可以还包括在底层薄片和缓冲薄片之间的用于将底层薄片和缓冲薄片结合在一起的W结合层。

优选地，晶片经过导电粘合剂结合到缓冲薄片的顶部，其中在缓冲薄片上的内部端子具有在其中心部分的凹陷部分。再优选地，本发明的晶体振荡器的陶瓷封装还包括在底层和缓冲薄片上的过孔，以将在底层薄片中的外部端子电连接到在缓冲薄片中的内部端子。

根据本发明的实现上述目的的另一个方面，晶体振荡器的陶瓷封装包括：底层薄片，在其下侧中具有外部端子；缓冲薄片，设置在底层薄片的外围，并在其顶端具有内部端子，该内部端子电连接到在底层薄片中的外部端子；晶片，通过导电粘合剂可振动地安装在靠近内部端子的缓冲薄片上，并具有电连接到在缓冲薄片上的内部端子的电极；支撑薄片，形成在缓冲薄片的外围以露出内部端子所在的缓冲薄片的第一侧向部分和与第一侧向部分相对的第二侧向部分；以及盖，覆盖住了支撑薄片以密封用于容纳晶片的陶瓷封装的部分，其中缓冲薄片上的内部端子与支撑薄片分开设计的间隔。

优选地，本发明的晶体振荡器的陶瓷封装还包括在底层薄片和缓冲薄片之间的用于将底层薄片和缓冲薄片结合在一起的W结合层，其中缓冲薄片的内部端子具有在其中间部分的凹陷部分，从而将导电粘合剂施加到凹陷部分的周围。优选地，本发明的晶体振荡器的陶瓷封装还包括在底层和缓冲薄片上的过孔，以将在底层薄片中的外部端子电连接到在缓冲薄片中的内部端子。

附图说明

本发明的上述的和其他的目的，将通过下面结合附图的说明而变的明了，其中：

图1A和1B示出了现有技术中的用于晶体振荡器的陶瓷封装，其中图1A是其侧截面图，图1B是其平面图；

图2示出了现有技术的用于晶体振荡器的另一个陶瓷封装的侧截面图；

图3示出了现有技术的用于晶体振荡器的再一个陶瓷封装的侧截面图；

图4A和4B示出了本发明的用于晶体振荡器的陶瓷封装，其中图4A是其侧截面图，图4B是其平面图；

图5示出了根据本发明的另外的实施例的陶瓷封装中的绝缘区域的平面图；以及

图6示出了本发明的内部端子中的凹陷部分。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的优选实施例。图4A和4B示出了本发明的用于晶体振荡器的陶瓷封装，其中图4A是其侧截面图，图4B是其平面图。

本发明的晶体振荡器陶瓷封装提供了一种结构，相对于现有技术，它能够减少堆叠的陶瓷薄片的数量，从而减少了整个封装的厚度。为了该目的，本发明建议了一种这样的结构，它除去了现有技术中的形成在缓冲薄片和盖支撑薄片之间的绝缘薄片。下面将进一步详细说明本发明的这种结构。

参照图4A，本发明的陶瓷封装包括底层薄片101，位于最下面的部分，该底层薄片101是陶瓷衬底的形式，并且在其下侧具有外部端子，外部端子用于提供电能到装在陶瓷封装上的晶片106。以及过孔，形成在陶瓷封装的底层薄片101中的对应于外部端子的位置上，以便外部端子能够电连接到底层薄片的顶部。

缓冲薄片102位于底层薄片101的顶部。该缓冲薄片102是堆叠在底层薄片101的顶部周围的，并且内部端子108设置在缓冲薄片102的顶部以电连接到底层薄片101中的外部端子。该缓冲薄片102用于支撑晶片106，同时通过吸收施加到晶片106上的外部冲击来保护晶片106。

缓冲薄片102与底层薄片101一样由陶瓷制成。由于缓冲薄片102和底层薄片101被事先烧结了固体陶瓷，所以它们经过W结合层彼此结合。

由于W结合层由金属制成并放置在陶瓷薄片之间，所以由于金属和陶瓷之间的不同的热膨胀系数，热可能会造成对于晶体振荡器陶瓷封装的总体上的的弯曲变形。

现有技术使用了在缓冲层上形成另外的壁的第二绝缘薄片并因此使用第二金属结合层来进行在第二绝缘薄片和缓冲薄片之间的层间结合。但是，本发明省略了进行在第二绝缘薄片和缓冲薄片之间的层间结合的第二金属结合层。因为本发明的陶瓷封装只包括两个陶瓷薄片，只有一个金属结合层可以用于陶瓷薄片之间的层间结合，因此减少了热变形。

缓冲薄片102用于确保晶片106的稳定振荡，同时保护了它免受外部冲击。但是，传统的缓冲薄片如果如图2所示被薄薄地放置在底层薄片的中心位置上，则不能充分地实现这些功能。因此，本发明采用的结构可以省略传统的绝缘薄片，同时照常采用缓冲薄片。

本发明的底层薄片101具有大约0.13mm的高度并且固定晶片106的缓冲薄片102具有大约0.1mm的高度以便底层和缓冲薄片101和102保持整体上的大约0.23mm的从陶瓷封装的最下面开始的高度。这一高度足够晶片106进行稳定的振荡并且使得底层和缓冲薄片吸收施加到晶片106上的冲击。

本发明的缓冲薄片102上的内部端子108与在缓冲薄片102上的支撑薄片104离开设计的间隔。该支撑薄片104形成在缓冲薄片的外围并且用于支撑盖105。作为封面的盖105保持了固定到缓冲薄片102上的晶片106的密封。

形成的支撑薄片104窄于缓冲薄片102并且由金属制成，因为盖105由金属制成。用于密封陶瓷封装的结合到支撑薄片104的盖105由涂敷有绝缘的金属片制成，特别地，它还具有屏蔽效果并因此作为抵挡噪声的屏蔽层。由于盖105是经过电焊堆叠在支撑薄片104上的，所以支撑薄片104优选地由与盖相同的金属制成。

支撑薄片104放置在缓冲薄片102上，但是与也形成在缓冲薄片102上的内部端子108以设计的间隔分离，以便支撑薄片104不接触内部端子108。否则，在金属支撑薄片104和金属内部端子之间可能会短路。结果，支撑薄片104作为接地，从而阻止了晶片106的振荡。即，本发明用支撑薄片104和内部端子108之间的间隔代替了传统的绝缘薄片。

当支撑薄片104如上所述放置在缓冲薄片102上时，缓冲薄片102上的内部端子108与支撑薄片104离开设计的间隔。印刷在缓冲薄片102上的内部端子108的整个区域只接触晶片106。然后，如图4B所示，本发明的内部端子的区域相对于传统的端子减小了，从而也减小了在晶体振荡器陶瓷封装中的金属图形区域。这减少了晶体容器的浮动电容及其影响。

缓冲薄片102的两个侧向部分突出于支撑薄片104之外，如图4A所示，并且内部端子108形成在图中的缓冲薄片102的左部分。晶片106固定在形成内部端子108的缓冲薄片102之上，并因此不固定在不形成内部端子108的缓冲薄片102之上。这种结构固定晶片106的一端，同时让晶片106的另一端自由振荡。

晶片106具有电连接到缓冲薄片102的内部端子108的电极。该晶片106的电极是通过Au或Ag的蒸气淀积形成的，并且经过导电粘合剂109连接到缓冲薄片102的内部端子108。

图5示出了根据本发明的另外的实施例的陶瓷封装中的绝缘区域的平面图。如图5所示，内部端子108具有在它们的中心部分的凹陷112。该凹陷112被设置来正确地放置导电粘合剂109以固定晶片106并加强在缓冲薄片的内部端子和晶片之间的结合强度。导电粘合剂109填充在凹陷112中以涂敷内部端子108，如图6所示。凹陷112的上述结构使得导电粘合剂109能够更加正确地施加到内部端子108以便内部端子108能够在适当的位置结合到晶片106。此外，凹陷112能够防止导电粘合剂109流入内部端子108和支撑薄片104之间的间隔，保证了缓冲薄片102中的内部端子108上的足够的导电区域，并且提高了晶体振荡器的导电性和抗冲击的能力。绝缘区域A形成在支撑薄片104和于支撑薄片104隔开的内部端子108之间，如图5所示。绝缘区域A形成在内部端子108和支撑薄片104之间的缓冲薄片102的表面上。

盖105作为密封件贴附在支撑薄片104上。盖105用于保持装有晶片106的陶瓷封装的内部空间的密封条件。安装晶片106的陶瓷封装的内部空间106通常用作为非氧化性气体的惰性气体来密封和填充。这样的结果是降低了对于在晶体振荡器内部的晶片106的热影响并且避免了陶瓷封装内部的腐蚀。

盖105以密封的方式被缝焊接(seam-welded)到支撑薄片104，其中盖105的边缘与支撑薄片104的与盖105的边缘接触的边缘焊接在一起。在上述的电焊中，本发明提供了两个陶瓷薄片，这相对于现有技术的三个陶瓷薄片减少了数量，以减少了阻抗薄片的数量从而在节省焊接所需的能量消耗上具有优势。

此外，由于降低了陶瓷薄片的厚度，经过焊接传导的热可以迅速地泄漏到陶瓷封装之外，从而避免了陶瓷封装中的晶片的热损坏。

在具有上述的本发明的结构的陶瓷封装中，优选地，底层薄片101的外部端子和缓冲薄片102的内部端子108经过在底层和缓冲薄片101和102上的通孔(未示出)彼此电连接。

根据本发明的实施例，底层薄片101的高度大约是0.13mm并且用于固定晶片106的缓冲薄片102的高度大约是0.1mm。支撑薄片104和盖105的总高度可以设定在大约0.2mm。与形成绝缘薄片的传统的陶瓷封装不同，本发明的结构提供了与缓冲薄片102上的绝缘区域A在一起的内部端子108。

如上所述，本发明省略了陶瓷绝缘薄片，同时形成了用于绝缘内部端子与支撑盖的支撑薄片的绝缘区域，从而进一步降低了晶体振荡器陶瓷封装的厚度。

本发明还减少了接触晶片的电极的区域以降低晶体容器的浮动电容，并减少了陶瓷封装中的陶瓷薄片以减少热产生量从而节省了在用于密封和保护晶片免受焊接中的热影响的盖的焊接中的能量消耗。

本发明还最小化了陶瓷封装，其中用于结合陶瓷薄片的金属结合层的数量减少了以便总体上减少由于热膨胀的不同产生的弯曲变形并确保了足够的强度。

尽管以说明为目的公开了本发明的优选实施例，本技术领域中的普通技术人员可以理解，在不脱离所附的权利要求限定的本发明的精神和范围内，可以对本发明进行各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种晶体振荡器的陶瓷封装包括：

底层薄片，具有外部端子；

缓冲薄片，设置在底层薄片的外围，在其顶端具有内部端子，该内部端子电连接到在底层薄片中的外部端子；

晶片，安装在缓冲薄片上，可振动并具有电连接到在缓冲薄片上的内部端子的电极；

支撑薄片，形成在缓冲薄片的外围并与缓冲薄片上的内部端子以设计间隔分离；以及

盖，位于支撑薄片上以密封用于容纳晶片的陶瓷封装的部分。

2.根据权利要求1所述的晶体振荡器的陶瓷封装，其中支撑薄片和盖由金属制成。

3.根据权利要求1所述的晶体振荡器的陶瓷封装，还包括在底层薄片和缓冲薄片之间的用于将底层薄片和缓冲薄片结合在一起的W结合层。

4.根据权利要求1所述的晶体振荡器的陶瓷封装，其中晶片经导电粘合剂结合到缓冲薄片的顶部。

5.根据权利要求4所述的晶体振荡器的陶瓷封装，其中在缓冲薄片上的内部端子具有至少一个在其中部的凹陷部分，该导电粘合剂被施加到凹陷中。

6.根据权利要求1所述的晶体振荡器的陶瓷封装，还包括在底层和缓冲薄片上的过孔，以将在底层薄片中的外部端子电连接到在缓冲薄片中的内部端子。

7.一种用于晶体振荡器的陶瓷封装包括：

底层薄片，在其下侧中具有外部端子；

缓冲薄片，设置在底层薄片的外围，并在其顶端具有内部端子，该内部端子电连接到底层薄片中的外部端子；

晶片，通过导电粘合剂装在缓冲薄片的内部端子上，可振动并具有电连接到在缓冲薄片上的内部端子的电极；

支撑薄片，形成在缓冲薄片的外围以露出内部端子所在的缓冲薄片的第一侧向部分和与第一侧向部分相对的缓冲薄片的第二侧向部分；以及

盖，位于支撑薄片上以密封用于容纳晶片的陶瓷封装的部分，其中缓冲薄片上的内部端子与支撑薄片分开设计的间隔。

8.根据权利要求7所述的晶体振荡器的陶瓷封装，还包括在底层薄片和缓冲薄片之间的用于将底层薄片和缓冲薄片结合在一起的W结合层。

9.根据权利要求7所述的晶体振荡器的陶瓷封装，其中缓冲薄片上的内部端子具有至少一个在其中间部分的凹陷部分，导电粘合剂被施加到凹陷部分中。

10.根据权利要求7所述的晶体振荡器的陶瓷封装，还包括在底层和缓冲薄片上的过孔，以将在底层薄片中的外部端子电连接到在缓冲薄片中的内部端子。

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