发明内容
本发明的目的是提供一种虽小但却提供良好产量的气密端子和一种生产这种气密端子的方法、一种最适于用在压电振动器中的气密端子和一种生产该压电振动器的方法、以及一种采用这些气密端子的在特性上具有小改变的小压电振动器。
为了解决上述问题,基于对气密端子的结构以及生产这些气密端子的方法的基本的重新考虑,本发明提供一种具有新结构的气密端子以及一种生产这种气密端子的方法。
(1)本发明提供一种生产气密端子的方法,该气密端子由环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,该方法包括:引线轮廓形成步骤,即在盘状或者带状导电材料上布置基座和引线形成部分,并在引线形成部分上以预定间隔形成多个引线轮廓且引线的至少一端被连接到基座;填充物成型及烧结步骤,即将具有利用填充物形成的其轮廓的引线填入预定位置,并对填充物进行成型和烧结;芯柱安装步骤,即将芯柱安装到烧结的填充物的周边;烧制(firing)步骤,即加热、熔化并冷却芯柱中的填充物,并通过填充物使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱上;金属膜形成步骤,即在引线表面上形成金属膜;以及切割步骤,即将引线的一端与基座分离。
(2)此外,引线轮廓形成步骤进一步包括在引线的预定位置中形成允许对填充物进行定位的填充物定位部。
(3)而且,在填充物成型和烧结步骤中,引线填充有填充物以将多根引线的两根相邻引线绑在一起,并且在填充物的中心线和绑在一起的两根引线的中心之间设定预定量的偏移。
(4)为了解决第二和第三个问题,除了对内部引线和外部引线进行成型,本发明于是还提供以下所述的方法。
本发明提供一种生产气密端子的方法,该气密端子由环形芯柱、具有每个都被布置成穿过芯柱的内部引线部分和外部引线部分的引线以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,该方法包括:引线轮廓形成步骤,即在盘状或者带状导电材料上布置基座和连接到基座并具有所设置的内部引线部分和外部引线部分的引线形成部分,以及在引线形成部分上形成多个引线轮廓且引线的至少一端被连接到基座;填充物成型及烧结步骤,即将具有利用填充物形成的其轮廓的引线填入预定位置,并对填充物进行成型和烧结;芯柱安装步骤,即将芯柱安装到烧结的填充物的周边;烧制步骤,即加热、熔化并冷却芯柱中的填充物,并使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱上;金属膜形成步骤,即在引线表面上形成金属膜;以及切割步骤,即将外部引线部分的一端与基座分离。
(5)此外,本发明的方法进一步包括在烧制步骤之后和在金属膜形成步骤之前对内部引线部分进行成型的内部引线部分成型步骤。
(6)而且,本发明的方法进一步包括在金属膜形成步骤之后和在切割步骤之前对外部引线部分进行成型的外部引线部分成型步骤。
(7)此外,本发明的方法进一步包括在金属膜形成步骤之后和在切割步骤之前对内部引线部分进行成型的内部引线部分成型步骤以及对外部引线部分进行成型的外部引线部分成型步骤。
在根据本发明的方法中,引线轮廓在引线轮廓形成步骤被有特征地形成在导电材料上,这将在下面更具体地说明。
(8)引线轮廓形成步骤进一步包括将外部引线部分的宽度设定为大于内部引线部分的宽度。
(9)引线轮廓形成步骤进一步包括形成引线轮廓,以使内部引线部分离外部引线部分越远,内部引线部分的宽度将越小。
(10)引线轮廓形成步骤进一步包括把形成的多根引线中两根相邻的引线看作一组,并且形成该组引线的两个引线的内部引线部分,以使内部引线部分离外部引线部分越远,两个内部引线部分彼此就越靠近。
(11)此外,在引线轮廓形成步骤中,对内部引线部分提供用于支撑振动片的步骤。
(12)引线轮廓形成步骤进一步包括在引线的预定位置中形成允许对填充物进行定位的填充物定位部。
(13)引线轮廓形成步骤进一步包括在外部引线部分的预定位置中提供焊接部。
(14)此外,在引线轮廓形成步骤中,在多根引线的两根邻近引线的焊接部中以与在随后的步骤中所用的用于树脂模的引线框架的电极端子部中的焊接点具有相同间距(pitch)地设置焊接点。
(15)而且,在填充物成型和烧结步骤中,引线填充有填充物以将多根引线的两根相邻引线绑在一起,并且在填充物的中心线和绑在一起的两根引线的中心线之间设定预定量的偏移。
(16)气密端子还通过上述方法来生产。
(17)本发明提供一种气密端子,该气密端子包括环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物,其中通过以下步骤来生产气密端子:在盘状或者带状导电材料上布置基座和连接到基座的引线形成部分,以及在引线形成部分上以预定间隔形成多个引线轮廓且引线的至少一端被连接到基座;将具有利用填充物形成的其轮廓的引线填入预定位置,并对填充物进行成型和烧结;将芯柱安装到所成型的填充物的周边;加热、熔化并冷却芯柱中的填充物,并通过填充物使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱;在引线表面上形成金属膜;以及将引线的一端与基座分离。
(18)此外,根据本发明,在生产压电振动器的方法中采用上述的气密端子。
(19)本发明还提供一种生产气密端子的方法,该气密端子由环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,振动片被连接到引线,以及外壳被粘结到气密端子以覆盖振动片,通过执行以下步骤来生产气密端子:引线轮廓形成步骤,即在盘状或者带状导电材料上布置基座和连接到基座的引线形成部分,以及在引线形成部分上以预定间隔形成多个引线轮廓且引线的至少一端被连接到基座;填充物成型步骤,即将具有利用填充物形成的其轮廓的引线填入预定位置,并对填充物进行成型;芯柱安装步骤,即将芯柱安装到烧结的填充物的周边;烧制步骤,即加热、熔化并冷却芯柱中的填充物,并使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱;金属膜形成步骤,即在引线表面上形成金属膜;以及切割步骤,即将引线的一端与基座分离,该方法包括安装步骤,即将用于气密端子的引线表面上的金属膜熔化并连接到振动片,以及封口步骤,即将具有与其连接的振动片的气密端子封口在外壳中以覆盖振动片。
(20)本发明还提供一种生产具有气密端子、连接到引线的振动片、以及粘结到气密端子以覆盖振动片的外壳的压电振动器的方法,该气密端子由环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,该方法包括:金属膜形成步骤,即在气密端子的引线表面上形成金属膜;安装步骤,即将引线表面上的金属膜熔化并连接到振动片;以及封口步骤,即将具有与其连接的振动片的气密端子封口在外壳中以覆盖振动片,其中当执行封口步骤时,具有连接到其上的振动片的气密端子利用由陶瓷制成的夹具来保持。
(21)此外,根据本发明的气密端子在下面所述的方法中与陶瓷夹具相结合。
本发明提供一种生产具有气密端子、连接到引线的振动片、以及粘结到气密端子以覆盖振动片的外壳的压电振动器的方法,该气密端子由环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,该方法包括:引线轮廓形成步骤,即在盘状或者带状导电材料上布置基座和连接到基座的引线形成部分,以及在引线形成部分上以预定间隔形成多个引线轮廓且引线的至少一端被连接到基座;填充物成型及烧结步骤,即将具有利用填充物形成的其轮廓的引线填入预定位置,并对填充物进行成型和烧结;芯柱安装步骤,即将芯柱安装到烧结的填充物的周边;烧制步骤,即加热、熔化并冷却芯柱中的填充物,并通过填充物使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱;金属膜形成步骤,即在引线表面上形成金属膜;安装步骤,即将用于气密端子的引线表面上的金属膜熔化并连接到振动片;以及封口步骤,即将具有与其连接的振动片的气密端子封口在外壳中以覆盖振动片,其中当执行封口步骤时,具有与其连接的振动片的气密端子利用由陶瓷制成的夹具来保持。
(22)利用上述方法来生产压电振动器。
(23)本发明提供一种包括气密端子、连接到引线的振动片、以及粘结到气密端子以覆盖振动片的外壳的压电振动器,该气密端子由环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,其中通过执行以下步骤来生产气密端子:引线轮廓形成步骤,即在盘状或者带状导电材料上布置基座和连接到基座的引线形成部分,以及在引线形成部分上以预定间隔形成多个引线轮廓且引线的至少一端被连接到基座;填充物成型步骤,即将具有利用填充物形成的其轮廓的引线填入预定位置,并对填充物进行成型;芯柱安装步骤,即将芯柱安装到成型的填充物的周边;烧制步骤,即加热、熔化并冷却芯柱中的填充物,并通过填充物使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱;金属膜形成步骤,即在引线表面上形成金属膜;以及切割步骤,即将引线的一端与基座分离。
(24)本发明提供一种包括气密端子、连接到引线的振动片、以及粘结到气密端子以覆盖振动片的外壳的压电振动器,该气密端子由环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,其中通过执行以下步骤来生产该压电振动器:金属膜形成步骤,即在用于气密端子的引线表面上形成金属膜;安装步骤,即将用于气密端子的引线表面上的金属膜熔化并连接到振动片;以及封口步骤,即将具有与其连接的振动片的气密端子封口在外壳中以覆盖振动片,以及其中当执行封口步骤时,具有与其连接的振动片的气密端子利用由陶瓷制成的夹具来保持。
(25)本发明提供一种包括气密端子、连接到引线的振动片、以及粘结到气密端子以覆盖振动片的外壳的压电振动器,该气密端子由环形芯柱、布置成穿过芯柱并由导电材料形成的引线、以及用于将引线固定在芯柱中的填充物组成,通过执行以下步骤来生产该气密端子,其中生产该气密端子是通过执行:引线轮廓形成步骤,即在盘状或者带状导电材料上布置基座和连接到基座的引线形成部分,以及在引线形成部分上以预定间隔形成多个引线轮廓且引线的至少一端被连接到基座;填充物成型及烧结步骤,即将具有利用填充物形成的其轮廓的引线填入预定位置,并对填充物进行成型和烧结;芯柱安装步骤,即将芯柱安装到成型的填充物的周边;烧制步骤,即加热、熔化并冷却芯柱中的填充物,并通过填充物使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱;金属膜形成步骤,即在引线表面上形成金属膜;以及切割步骤,即将引线的一端与基座分离,
其中通过执行以下步骤来生产压电振动器:安装步骤,即将用于气密端子的引线表面上的金属膜熔化并连接到振动片;以及封口步骤,即将具有与其连接的振动片的气密端子封口在外壳中以覆盖振动片,以及其中当执行封口步骤时,具有与其连接的振动片的气密端子利用由陶瓷制成的夹具来保持。
(26)将上述的压电振动器连接到作为根据本发明的振荡器中的振荡元件的集成电路。
(27)此外,将上述的压电振动器连接到根据本发明的电子单元中的计时部。
(28)而且,将上述的压电振动器连接到根据本发明的电波时钟的滤波器部。
在根据本发明的生产气密端子的方法中,通过冲压成形(drawing)来形成板材。结果,在板材上以恒定间隔布置各个气密端子,这就防止两根引线通过电镀连接在一起以及在电镀过程中两根引线相互接触。因此,根据本发明的方法能够证明是在电镀过程期间产量下降问题的一个解决方案,上述问题是常规气密端子的生产所固有的问题。
在气密端子生产过程中,在引线上形成定位部以允许芯柱的定位,这样使得有可能生产具有良好精确度的气密端子。
此外,将每根引线布置成相对于环形芯柱的中心线进行偏移,这就允许振动器在其厚度方向上的中心线与振动器所安装的气密端子的中心线近似对准。因此,这使得有可能控制振动臂的尖端部分与外壳内表面的机械接触。
在引线上布置并成型内部引线部分和外部引线部分提供下面描述的效果。
将外部引线部分的宽度设定为大于内部引线部分的宽度,从而使得有可能增强外部引线部分的硬度。外部引线部分被成型以及构造成具有弹性特征,这就使得构造气密端子机械地固定到垫板上变得非常容易,并且允许垫板由取代树脂的具有少量从其中释放的气体的材料来形成。因此,能够解决在焙烧和封口过程中真空度的减少,这是常规压电振动器生产过程所固有的问题。
此外,外部引线部分设置有焊接部。在两个彼此相互邻近的引线之间用于焊接部的间距与用于在随后的过程中采用的树脂模的引线框架的电极端子部的焊接点的间距是相同的。这消除了对于通常所需的外部引线弯曲过程的需求,并且改善了焊接质量。
即使在较小的压电振动片以及安装焊盘的面积减少的情况下,内部引线部分的适当宽度及其适当形成的几何形状也允许将内部引线部分粘结到安装衬底上,同时保持安装精度。具体而言,对内部引线部分进行成型的方法包括:一种对内部引线部分进行成型,以使内部引线部分离外部引线部分越远,内部引线部分的宽度就越小的方法;以及一种对内部引线部分进行成型,以使一组彼此相邻的内部引线离外部引线部分越远,这些相邻的内部引线部分之间的间隔就越短的方法;以及一种对内部引线部分进行成型,以使在内部引线部分上设置用于保持振动片的台阶的方法。这些方法中的任何一种允许以良好的精确度安装较小的振动片。
在生产流程中,在切割内部引线部分之间的连接之后采用形成金属膜的步骤将允许也在切割面上形成金属膜。这将改善振动片的安装焊盘部相对于内部引线的润湿特性以及内部引线和振动片之间的粘结强度。
此外,采用通过上述方法生产的气密端子来生产压电振动器。即使振动器较小,这也允许以良好的精确度安装振动片,并且这允许气密端子的生产单位价格的控制,从而使得有可能通过受控的成本增长来生产出具有良好质量的气密端子。
利用上述方法生产的气密端子还被布置在由陶瓷形成的垫板上,以生产压电振动器。这种生产方法提供了安装振动片的良好的精确度。由陶瓷形成的垫板还允许在焙烧和封口过程中比传统的垫板更快地实现真空,并且具有极好的真空度。该方法允许在这些过程中设置比传统过程更高的温度。因此,即使采用更小的压电振动器,也可以以良好的效率生产出高质量的产品。
利用上述方法生产出的压电振动器在振动器与气密端子的引线之间具有高的机械定位精度。这些压电振动器几乎不会经受故障情况,比如振荡暂停,并且在通过实际操作的外壳将振动器气密密封的空间中具有改进的真空度。这些振动器在气密密封之后对于谐振频率和谐振电阻值的波动具有稳定的特性。
还能够利用通过上述方法生产的小压电振动器来构造压电振荡器。小压电振动器可以用于具有振荡器的所有部件的最大容量的振动器,从而使得有可能进一步减小振荡器的外部尺寸。这些振动器还具有难以改变的特性,这是因为对于其在谐振频率和谐振电阻值方面的受控的波动,从而使得有可能使振荡器保持高度精确。
采用通过上述方法生产的小压电振动器使得有可能进一步减小便携电子单元的尺寸。此外,真空度持续一段长的时间,并且这些压电振动器的特性难以改变,从而使得有可能使便携电子单元保持高度精确。
具体实施方式
第一实施例
作为本发明的第一实施例,一种制造气密端子的方法以及利用该方法所生产的一种气密端子将在下面进行描述。
尽管气密端子可以被构造成三根或者更多根引线,但是下面将描述一组(对)双引线。将按照三种元件(4件)来描述构成该气密端子的元件,即芯柱(1件)、引线(2件)以及填充物(1件)。气密端子可以具有多个芯柱和填充物。
低碳钢(Fe)、铁镍合金(Fe-Ni)、铁镍钴合金(Fe-Ni-Co)被用作形成引线和芯柱的导电材料。钠钙玻璃、钠钡玻璃、硅酸硼玻璃等还被用作填充物。
图1A到1D是示出根据本发明的气密端子生产过程的实例概要的流程图。在图1A到1D所示出的四个流程图中,图1A中所示出的流程图是基本流程图。
在图1A中示出的示意性气密端子生产过程中,如下所述来生产气密端子。首先在盘状或者带状导电材料上布置基座和连接到基座的引线形成部分,以及在引线形成部分上形成多个引线轮廓并将引线一端连接到基座(引线轮廓形成步骤,步骤10)。对于连接到基座的引线的一端,将具有填充物的多根引线填入预定位置,并对填充物进行成型和烧结(填充物成型及烧结步骤,步骤20)。对于连接到基座的引线的一端,将芯柱安装到烧结的填充物的周边(芯柱安装步骤,步骤30)。对于连接到基座的引线的一端,对引线和芯柱进行烧制,并通过填充物使引线和芯柱紧密接触以将引线固定到芯柱(烧制步骤,步骤40)。对于连接到基座的引线的一端,在引线表面上形成金属膜(金属膜形成步骤,步骤50)。最后,将引线的一端与基座分离(切割步骤,步骤60)。
将参考图2-9更加详细地描述该生产过程中的每一步骤。图2是详细示出将图1A到1D中所示出的示意性气密端子生产过程进一步细分的步骤的流程图。图3-9是用于示出每一步骤的说明性的图。
[引线轮廓形成步骤,步骤10]
在引线轮廓形成步骤(步骤10)中,制备具有合适厚度的作为上述材料之一的材料的板(下文中称为基板,用参考数字11描述)(步骤11)。使每一基板11都以引线框架或环的形式引入。随后在基板11的预定位置上布置用于形成多根引线的引线形成部分11a和基座11b,以使基板11和引线形成部分11a相邻。在基板11的引线形成部分11a上进行压力加工、激光加工或者化学处理比如蚀刻,以形成引线2的轮廓,并且引线2的一端和基座11b相连(步骤12)。这允许连接到基座11b的多根引线2在基板11的引线形成部分11a上以恒定间隔进行布置。图3和4示出基板11的各种形状。在图3A和3B的每个中示出带状引线框架。图3A示出标准型引线框架。在该实施例中,形成了22对引线2。在图3B中,在垂直方向上形成多个图3A中所示出的标准框,并且对其进行设计以用于生产率的改善。注意,图3A所示出的引线框架可以具有马蹄形开口的上部,这里未示出。
图3C示出在图3A中所示出的引线框架的放大部。将参考图3C来详细描述引线框架。如上所述,在基板11中将引线形成部分11a布置成矩形,并且基板11的剩余区域用作基座11b。在该实施例所示出的引线轮廓形成步骤(步骤10)中,将后面所描述的压电振动器装配过程中振动器所连接的引线侧看作是内部引线部分13,其具有开口端。此外,将连接到基板11的基座11b的引线侧看作是外部引线部分14。将引线引入,其中其外部引线部分14被连接到基板11,直到气密端子生产过程的最后一步。换句话说,在每个基板11的基础上,引线经过气密端子生产过程的每一步骤。
注意,对于连接到基座11b的引线2,在这里将内部引线和外部引线分别表示为内部引线部分13和外部引线部分14。在切割步骤结束之后,对于每个单独的独立气密端子而言每个都是分离的内部引线和基座分别被表示为内部引线3和外部引线4。
在该实施例中,形成每根引线2以使每对内部引线部分13的尖端都被连接到一起。以这种方式形成每根引线2允许在气密端子生产过程期间有两根引线来共享一个负载,否则就强加给单根引线2,从而使引线难以弯曲。因此有可能防止每对的双引线平行度的降低。还有可能局部地改变内部引线部分13的宽度。
此外,外部引线部分14设置有用于定位填充物的填充物定位部5,在随后的步骤中将其装入引线并进行成型。填充物定位部5也能通过压力加工、激光加工或者化学处理比如蚀刻来形成。例如,不同于外部引线部分14的细元件也能够设置在外部引线部分14的外侧,以在其尖端提供填充物定位部5。此外,外部引线部分14还能成形为宽于内部引线部分13,以使外部引线部分14具有更大的强度,以防止外部引线部分14在气密端子生产过程期间弯曲。外部引线部分14的较低端部14a被成形得较宽,以对在后续步骤中将形成的弹性结构提供强度,以及在压电振动器生产过程中提供与激励探头相接触的更大面积并确保与该探头相接触。
图4示出由带状导电材料形成的环形类型的引线框架的实例。用于在基板11的预定位置中形成多根引线的引线形成部分11a及其多个基座11b也能够被布置在环形类型的引线框架内,以使每个基座11b和每个引线形成部分11a相邻。在该实例中,多个引线2以水平行进行布置,以使每一顶部引线都面对着每一底部引线。
在上述的实施例中形成引线2,以使每一引线2的外部引线部分14的一端被连接至基板11的基座11b。然而,也可以形成引线2以使每一引线2的内部引线部分13的一端被连接到基座11b。然而,由于内部引线部分13的尺寸有限,关注内部引线部分13与基座11b之间的连接强度是重要的。
[填充物成型和烧结步骤(步骤20)]
在填充物成型和烧结步骤(步骤20)中,首先在已经经过了上述步骤的基板11上进行氧化处理,以增强基板11和将在后续步骤(步骤21)中成型的填充物之间的粘性。随后将填充物装入每一引线并对其进行成型。制备填充物的材料(例如硅酸硼玻璃粉末)(步骤70)。然后制备模。然后将填充物材料在预定位置装入多根引线2中。然后通过加压的方式成型填充物6(步骤22)。然后在大气中以750℃左右的温度短时烧制填充物以烧结填充物6(步骤23)。在此步骤中,在填充物和引线2之间仍存在间隙。图5A和5B示出烧结在引线框架上的填充物。图5A示出所布置的多对引线。图5B示出在图5A中所示出的引线之一的放大图。借助于如上所述的填充物定位部5将填充物6布置在引线2上的预定位置。
[芯柱安装步骤(步骤30)]
下一步是芯柱安装步骤。在与上述的生产基板11的过程不同的过程中生产的芯柱7通过其开口端一侧被插入到内部引线部分13中,并被安装在所烧结的填充物6的外侧(步骤30)。下面将描述用于生产芯柱的不同过程(步骤80)。制备芯柱的板材(步骤81)。如上所述,采用诸如低碳钢、铁镍合金、铁镍钴合金之类的材料。利用冲床的冲压制备大量的这种板材(步骤82)。在板材上进行预处理,比如酸洗和还原处理(步骤83)。在这些板材上进行氧化处理以增强芯柱和填充物6之间的粘性(步骤84)。将通过这些步骤生产的芯柱7安装在填充物6的外部。图6A和6B是描述气密端子的芯柱安装步骤的说明性的图。图6A示出所布置的多对引线,每一对具有安装在其上的芯柱。图6B是在图6A中示出的引线之一的局部放大图。
[烧制步骤(步骤40)]
下一步是填充物烧制步骤(步骤40)。根据预定的温度模式进行烧制,按照该温度模式,填充物6被熔化,并且允许填充物6被冷却到室温。这使填充物6和引线2两者以及填充物6和芯柱7两者彼此完全密封,从而提供能够经受住气密的构造。图7是描述烧制步骤的模型图。利用载体单元19将安装有芯柱7的基板11通过用于烧制的电炉18。利用加热器17将炉子设定到1000℃左右的温度,并且炉子在箭头20的方向上以预定的微动速度具有大的长度。
[金属膜形成步骤(步骤50)]
下一步是金属膜形成步骤(步骤50)。金属膜形成步骤是用于在引线2的表面和芯柱7的外侧周边内形成金属膜的步骤。正如下面将要描述的,根据在形成金属膜之前用于处理内部引线部分13的方法而需要进行加工。内部引线部分13的尖端保持与基座的连接一直到前述步骤。本步骤和下一步骤需要将连接区13a与内部引线部分13分离。如果连接区13a被与内部引线部分13分离,那么在内部引线的侧表面上还将形成金属膜,这将用作切割面。因此,如果将引线连接到振动片8的安装焊盘9上,那么就有可能向甚至内部引线3的切割面提供足够的润湿特性。还有可能在将连接区与内部引线部分13分离时同时对金属膜进行成型(步骤45)。后面将描述内部引线3的形状。
在示出了图1A到1D中所示出的气密端子生产过程概要的流程图中所示出的流程B示出了在金属膜形成步骤之前的上述“内部引线部分形成(步骤45)”。
对于金属膜形成步骤,下面将描述利用湿镀法在引线2和芯柱7的外围表面上形成相同材料膜的方法。在电镀工艺之前进行预处理。也就是说,清洗填充物6的表面。随后利用碱性溶液除去引线2和芯柱7的外围表面的油污。随后利用盐酸溶液和硫酸溶液在引线2和芯柱7的外围表面上进行酸洗。引线2和芯柱7的外围表面上被电镀有大约2到5μm厚的Cu或Ni,这形成了底涂层(步骤51)。为了完成电镀,随后从诸如锡(Sn)和银(Ag)之类的单一材料、锡铅(Sn-Pb)合金、锡铋(Sn-Bi)合金、锡锑(Sn-Sb)合金、锡铜(Sn-Cu)合金中选择电镀材料和方法,以及在镀银之后是锡铜合金的电镀。随后在引线2和芯柱7的外围表面上电镀大约8到15μm厚的上述材料中任何选定的材料(步骤52)。在引线2和芯柱7的外围表面上形成所得的上述材料中任何选定材料的膜,从而允许内部引线3可以通过电镀被连接到振动片8。在芯柱7的外围表面上形成的金属膜(电镀层)16在特征上还是软的并且是弹性变形的,从而允许芯柱7和外壳冷压接触并且由此被气密结合于外壳。
如果使作为引线框架的气密端子进入,那么在电镀槽中放置带有从中以恒定间隔悬挂的基板11的篮。随后向基板11施加电流,出于电镀的目的将该基板在电镀槽中移动。如果使作为环形类型的引线框架的气密端子进入,那么在电镀槽中以预定速度移动环形材料以在其上形成电镀膜。通过整个预处理和电镀工艺能够使环形材料在环中不断地流动,这促使了环形材料电镀的自动化。
在本发明中,将外部引线部分14以恒定间隔连接到基板11的基座11b,正如已经在图3和4中所示出的,在任何相邻的气密端子之间没有接触。这样,就没有引线之间接触的单一故障。
随后在下面将描述通过电镀连接到一起的双引线的问题。如本发明的背景技术一节所描述的(参考图23A和23B),引线之间的间隔d1和引线的直径d2由于其尺寸减少而变得更小。表1示出d1和d2的具体值。如果密封之后外壳的轮廓的最大值D是2mm,那么d1=0.43mm。如果D=1.5mm,那么d1=0.25mm,间隔减少到60%。如果D=1.2mm,那么d1=0.15mm,这大约是上述值的三分之一。此外,如果D=2mm,那么引线直径d2为0.22mm。如果D=1.2mm,那么d2=0.15,这大约是一半那么大。
在常规的筒式电镀法中,当引线间隔d1=0.15mm时,引线通过电镀被连接到一起。对于这一点最主要的原因在于,引线沿着引线的长度不能够以恒定间隔布置。在筒式电镀法中,由于大量的气密端子被放置在容器中并且进行旋转运动,所以就存在由于其它气密端子组的外力而引起的引线可能变形的高度可能性。比较引线弯曲强度的计算值使得有可能确定引线是否能够容易被弯曲。弯曲强度值与面积惯性矩的值成比例。弯曲强度值的比较显示出面积惯性矩和引线直径的四次幂成比例。具有D=1.2mm的引线的弯曲强度是具有D=2mm的引线的弯曲强度的(0.15/0.22)4倍,也就是为具有D=2mm的引线的弯曲强度的大约1/5。换言之,具有D=1.2mm的引线比具有D=2mm的引线能够容易弯曲5倍。在本发明中,每一双引线中每个的一端被连接到基板,并且每一双引线总是以恒定间隔彼此保持平行。因此,本发明使得即使在气密端子的引线间隔d1为0.15mm时也有可能大大减少连接到一起的引线的数量。即使d1的值更小,也将有足够小数量的引线通过电镀被连接到一起。
[表1]
单位:mm
随后在具有真空气氛的炉内为了稳定的电镀膜而对气密端子进行退火(步骤53)。作为退火要求的一个实例,如果电镀材料是锡铜(Sn-Cu)合金,那么加热温度为170℃并且加热时间为大约一小时。
图8A和8B是描述金属膜形成步骤的图。图8A示出金属膜形成之前的五组引线。左起第四引线具有尚未在其上形成的内部引线部分。内部引线部分的连接区13a保持与内部引线部分13尖端的连接。图8A中示出的左起第五引线具有已经形成的内部引线部分。连接区13a已经被切断并与内部引线部分的尖端相分离。图8B示出具有所形成的内部引线部分13的气密端子的放大图。在包含切割面的内部引线部分13的表面、芯柱7的外围表面和外部引线部分14的表面的每一表面上形成预定的金属膜(电镀膜)16。
通过湿镀法的金属膜形成已经在上面说明。本发明提供气密端子由于其尺寸减少而在电镀产量上减少的解决方案。然而,形成金属膜的方法并不仅仅限于湿镀法。也可采用其它的形成金属膜的方法。例如,可以选择物理膜形成方法比如气相淀积和化学气相法。此外,芯柱的外围表面和引线的表面中每个都可以形成不同的金属膜。
[切割步骤(步骤60)]
下一步是切割步骤。切割步骤是用于将气密端子的外部引线部分14通过切割与基板11的基座11b分离以获得单独的气密端子的步骤。然而,切割并不仅仅在连接部分上进行。内部引线部分13和外部引线部分14能够被单独地或者同时地在切割步骤之前形成。在图1B中示出气密端子生产过程中形成内部引线部分13的流程图。在图1C中示出气密端子生产过程中形成外部引线部分14的流程图。在图1D中示出气密端子生产过程中同时形成内部引线部分13和外部引线部分14的流程图。
对于内部引线部分13的成型,正如上面所述,如果在内部引线部分的切割面上不需要金属膜16比如电镀膜,那么在切割步骤中就能够在内部引线13上进行连接区13a的切割以及各种类型的成型。
对于外部引线部分14的成型,借助于冲压机将外部引线部分14构造成为具有弹性特性(步骤55)。图9A和9B是描述切割步骤的图。图9A示出具有所有连接到基板11的成型的内部引线部分13的切割部分的图。图9B是在图9A中成型的内部引线部分13的局部放大图。将内部引线部分13沿着图9A中示出的AA虚线通过切割与基板11分离以形成单独的气密端子。期望的是外部引线部分的弹性部分14b应当具有在大的区域上如同弹簧般的弹性,因为在随后的压电振动器生产过程中弹性部分14b被固定并保持在焊盘上。
此外,如果使得安装在焊盘上的气密端子在压电振动器装配过程期间被引入,那么每一外部引线的接触部分就通过在频率调节(trimming)和分类过程中设置在生产设备上的探头被加压以及激励。对于压电振动器的谐振特性,因此的驱动电流是几个mA或者甚至在谐振时更少。为了确保外部引线的接触部分与探头相接触,还考虑到设备的定位机构可能的机械偏移,期望的是外部引线部分的接触部分14c应当具有足够大于探头尖端的面积。
利用上述方法生产的气密端子在图10A到10E中示出。图10A示出由该方法生产的气密端子,其具有标准的结构。气密端子具有两根金属引线2。引线的内部引线3的端部向内倾斜。引线被构造成比振动片8的安装焊盘9窄。外部引线4的较低端部宽于它的其它部分,并且被构造成具有弹性特性,这使得气密端子容易布置并固定于焊盘。这一点将在后面详细说明。较宽的引线确保了在压电振动器装配过程中进行探测时气密端子与探头的机械接触。尽管如果将振动器安装在衬底上,外部引线4可以被用户弯曲,但是较宽的外部引线4还增强了气密端子的硬度并且提供了在其弯曲强度方面的改善。
如上所述,本发明允许引线宽度以相当大的自由度进行改变。内部引线3和外部引线4的宽度不但能够进行改变,而且内部引线还能够按照需要进行局部改变。类似地,外部引线也能够进行改变以具有新功能。
填充物例如由硅酸硼玻璃制成,并且被成型以在芯柱7和引线2的热膨胀系数之间提供尽可能小的差。填充物定位部5从外部引线4向外在成型填充物的位置的部分中形成,然后将填充物定位。具有预定厚度的金属膜16在内部引线3的表面、外部引线4的表面以及芯柱7的外围表面上被形成。例如对于金属膜16,形成每个具有预定厚度的底涂层和表面涂层。这些表面和外围表面上电镀有大约2到5μm厚的Ni或Cu,这就形成了底涂层。利用从诸如锡(Sn)和银(Ag)之类的单一材料、锡铅(Sn-Pb)合金、锡铋(Sn-Bi)合金、锡锑(Sn-Sb)合金、锡铜(Sn-Cu)合金中选出的电镀材料和方法施加大约8到15μm厚的表面涂层,以及在镀银之后是锡铜合金的电镀。利用内部引线3的电镀将内部引线连接到振动片8。芯柱7的外围表面的电镀用作软金属,以使芯柱7和外壳10相接触并且保持和外壳气密粘结。外部引线4的电镀用来确保在压电振动器生产过程中进行的探测中引线与探测插针相接触。外部引线4的电镀还用来在气密端子被安装到衬底上时利用衬底上的焊料来润湿引线以维持足够的定位强度。
图10B、10C、10D和10E示出内部引线3形状的各种类型。在对各种类型进行描述之前,下面将利用图11A和11B中示出的作为实例的音叉型石英晶体振动片来详细描述内部引线3的尖端为什么需要这些形状的原因。
图11A和11B是示出小音叉型石英晶体振动片的一个实例的图。图11A是石英晶体振动片的平面图,以及图11B是从音叉臂的尖端看过去的石英晶体振动片的侧视图。音叉型石英晶体振动片的全长L1被设定为大约1600μm。它的振动臂的长度L2大约为1160μm。它的基座的长度L3大约为440μm。振动臂的宽度W1还被设定为大约为50μm。基座的宽度W2大约是150μm。因此,在振动片的基座上形成的安装焊盘的宽度W3也需要为50到60μm。安装焊盘和引线之间的间隔W4也被设定为30到50μm。因此,内部引线3的尖端宽度也需要比安装焊盘的宽度W3小。在这神情况下,内部引线3的长度沿着其全长不必为大约50μm或者更少,并且仅仅引线和安装焊盘之间的连接部分需要被制造得更薄。以这种方式,振动片8可以被安装在内部引线上而不减少其硬度。
在安装焊盘9的面积由于振动片8尺寸减小而变小的情况下,连接所需的电镀的量变得更小。如果电镀的量过大,那么分离安装焊盘9的间隔(图11A中的W4)就小,并且熔化的电镀就在两个振动臂的端部的上方且会导致短路。因此,需要的是电镀的量应该比所需要的更大。控制用于引线2的电镀的厚度小于芯柱7的外部周边电镀的厚度以调节电镀的量需要非常多的时间。本发明节省了这些时间,并且允许通过改变内部引线3的尖端的宽度来调节电镀的量。
将回来参考图10A到10E来描述内部引线3的各种形状。图10B示出了与图10A中示出的标准型内部引线3相比具有狭窄尖端的内部引线3,其被构造成可用于更小面积的安装焊盘9。图10C示出标准内部引线的变化,其能够可用于容许的稍微宽些的安装焊盘9。图10D示出具有稍微宽些尖端的内部引线3,如果优选将内部引线3在大的区域上与安装焊盘9相粘结,以及如果内部引线的尖端设置有突起,则这打算是可用的。图10E还示出适于在利用从外部提供的焊球将内部引线3粘结到振动片8的应用、并且在其尖端具有用于定位焊球的切口的内部引线3。
注意,在图10A到10E中示出了相互平行布置的两个内部引线3相对于气密端子的中心线对称。两个内部引线3不必一定对称,并且可以是不对称的内部引线3(未示出)。
图12A和12B是示出具有所安装的特别小的振动片的内部引线的一个实例的图,其中图12A是内部引线的正视图,以及图12B是在图12A中所示出的内部引线沿切割线A-A所得到的横截面图。
如上所述,减少振动片8的尺寸减少了安装焊盘9的面积。因此,安装焊盘9不能象常规安装焊盘9所能做到的那样保持住粘结到其区域的内部引线3的尖端,并且尖端从安装焊盘9的区域中露出。在这种情况下,难以提供在内部引线3的尖端和振动片8之间精确的位置关系,并且粘结强度能够容易地波动。如后面将要描述的,还关注的是振动臂的尖端可以与金属外壳10的内表面相接触。
在本发明中,通过压力加工将台阶21形成在内部引线3的尖端。两个内部引线3的台阶部分被成型为可容纳振动片8的基座。因此,这使得有可能以良好的精确度提供在内部引线3和振动片8之间的位置关系。具体而言,具有台阶量d3的台阶21被设置于两个内部引线3的每个的尖端上,如图12B所示。由两个台阶21所形成的间隔W5将被构造成具有大约50μm的裕度(margin),如果此间隔可与振动片8的基座的宽度W2相比的话。因此,优选由机器自动提供间隔W5并对振动片8进行定位。形成台阶21的方法并不限于压力加工,并且可以采用激光加工或者化学处理例如蚀刻来用于引线轮廓的形成。
采用上述的布置有可能熔化内部引线3的电镀并将内部引线3粘结到振动片8的安装焊盘9上,并且两者之间具有极好的位置关系。此外,如果采用导电粘合剂,那么将粘合剂预先施加于包括台阶21在内的内部引线3侧并提供振动片8,从而将内部引线3的位置固定。按照需要通过从振动片8侧向内部引线3侧施加更多的粘合剂,就以极好的粘结强度将内部引线3粘结到安装焊盘9上。
目前,施加了导电粘合剂的安装焊盘的实际直径甚至对于安装焊盘9的最小直径大约为100μm。粘合剂本身从安装焊盘以50平方μm的小面积露出。然而,本发明通过将粘合剂施加到具有比安装焊盘的宽度W3更大宽度的内部引线侧,有可能解决关于施加了导电粘合剂的安装焊盘的直径的问题。
下面将参考图13A到13B描述相对于环形芯柱7的中心线22偏心(偏移)布置的引线2的实例。已知当其上安装了振动片8时,在内部引线3中的弯曲将引起粘结于振动片8的振动臂的尖端与金属外壳10的内表面相接触,从而导致电气短路且因此发生振荡故障。因此,预先偏心布置引线,以使在厚度方向上的振动片8的中心线23近似与芯柱7的中心线22对准。这就在位于振动臂前部和背部的振动臂的尖端和金属外壳10的内表面之间提供了通常相等的间隔。因此,即使在内部引线3中存在类似弯曲时,也有可能减少所安装的振动片8的振动臂尖端可能与金属外壳10的内表面相接触的可能性。
图13A到13B是描述离引线芯柱的偏移的图。图13A示出如何将常规的振动片8安装在常规的内部引线3上。图13B是在图13A中所示出的内部引线沿着线A-A所得的横截面图,其中在厚度方向上引线2的中心线24与环形芯柱的中心线22近似对准。振动片8位于图13A中的芯柱的中心线22之上。图13C示出偏心布置的引线2的实例。用d4表示偏移量。考虑连接到引线2的振动片8的厚度来确定d4的值。例如,如果振动片8的厚度是70μm,以及引线2的厚度是100μm,那么d4=(70/2)+(100/2)=85μm。如上所述来设定偏移量使得有可能在厚度方向上将振动片8的中心线23与环形芯柱的中心线22近似对准。这就减少了所安装的振动片8的尖端与金属外壳10的内表面相接触的可能性,从而有助于减少振荡故障。
图14A和14B示出气密端子和振动片之间连接的变化,内部引线3之间所保持的振动片8的实例。随着振动片8尺寸的进一步减小,难以按照常规在基座上布置两个平行的安装焊盘9。在这种情况下,期望的是,在基座的每一个表面上应该布置一个安装焊盘9以确保安装焊盘9的面积。图14B示出在图14A中所示出的内部引线沿着线A-A所得到的横截面图。如图14B所示,振动片8被粘结到内部引线3上,同时振动片8被保持在其间。如果内部引线3的电镀出于粘结的目的而被熔化,那么期望的是在内部引线3的切割面上应该形成电镀膜,因为安装焊盘9的表面对着内部引线3的切割面。还可以采用导电粘合剂。
可以考虑将振动片8粘结到内部引线3上的方法的其它类型的变化(未示出)。如果特别是振动片较小,那么通过仅仅将附于振动片8上的一个安装焊盘9连接到一个内部引线3上就可以提供足够的机械强度。因此,其它的安装焊盘也可以仅仅用于电连接。可以将其它的安装焊盘连接到用于电连接的线上。在这种情况下,两个内部引线的每个具有不同的功能,并且因此每个单独的内部引线的形状可能是不同的。
第二实施例
下面将描述作为本发明第二实施例的气密端子的外部引线部分的形状的变化。
图15A和15B是描述外部引线部分的形状的变化的图。图15A是示出外部引线的图。图15B是示出具有与其连接的外部引线的用于树脂模的引线框架的图。
对于圆柱形的圆柱型封装中的压电振动器,该封装由树脂进行模制,以使该封装适合于通过自动安装机器进行安装。大量的模制产品也已经被生产,它们通过用于树脂模的引线框架而被提供有电极。在树脂模的工艺中,用于圆柱型压电振动器的一对外部引线4具有较宽的间隔,并且多余的部分被切掉并从外部引线除去。由参考数字26所表示的电端子利用例如电阻焊接的方法与外部引线4对准并连接。
在本发明中,预先设计气密端子,以使图15A中由符号P1所示出的外部引线4的焊接部分27的间距与图15B中所示出的用于树脂模的引线框架25的电气电极26的焊接部分的间距D2具有相同的尺寸。考虑到将外部引线4焊接到用于树脂模的另一个引线框架25上,对外部引线4进行成型并设定尺寸,这是在随后工艺中的树脂模制中所必需的。这能够消除对于加宽外部引线的操作的需要。
通常,作为固体圆棒的引线和用于树脂模的引线框架25的电极端子26已被保持在用于焊接的顶模和底模之间。由于引线是圆棒,所以引线并不被均匀压制,从而引起在引线框架25和电极端子26之间不均匀的焊接强度。在本发明中,设置在气密端子的外部引线4上的焊接部分27是平的并具有较宽的面积,从而提供了引线框架25和引线框架25的电极端子26之间的均匀接触以及较宽的焊接面积。因此,本发明优选用于在焊接的机械强度上以及不均匀强度的控制上的改善。图15B示出焊接到用于树脂模的引线框架25左侧的压电振动器40,其具有在预定位置上设置的空白(blanked)窗口。注意,在这个实施例中,压电振动器40在焊接工作之前沿着由参考数字28表示的点划线切断外部引线4。
第三实施例
下面将描述本发明的第三实施例。采用上述的根据本发明的气密端子允许用从其中释放出小量气体的材料比如陶瓷来取代常规树脂形成垫板。如本发明的背景技术一节所述,垫板起到了两个作用:冲压并机械固定气密端子的外部引线,以及在外部引线和金属端子之间提供电导的连续性。常规的垫板设置有与引线一样多的金属端子36:每一金属端子由镀金的金属材料制成,该材料对于频率调节和分类具有弹性特性。例如,在单个垫板上布置22个气密端子需要44个金属端子36。在垫板中结合这些金属端子36需要垫板具有复杂的结构。因此,选择容易成型的树脂来用于垫板的材料。
然而,在本发明中,在气密端子的外部引线上布置弹性部分4b,从而使得用于将气密端子机械固定于垫板的结构非常简单。图16A和16B是示出根据本发明的垫板和在其上根据本发明的气密端子的布置的图。图16A是上述垫板的正视图,以及图16B是垫板的右侧视图。
如图16A所示,每个具有安装于其上的音叉型石英晶体振动片8的气密端子1被布置在垫板30上。垫板30由两部分组成:基部31和罩部32。如图16B中所示,固定外部引线弹性部分4b的V型槽33在基部31内形成,并且气密端子的y方向(在图16A中所示出的坐标系统中)被固定于该槽。还在基部31内形成用于固定气密端子的x方向的槽(未示出)。罩部32在z方向上向下挤压气密端子的外部引线,这使气密端子被机械定位。
罩部32具有定位气密端子的外部引线4的长孔34。在频率调节和分类过程中,将该过程中在生产设备侧的探头(未示出)从长孔引入与外部引线的接触部4c相接触。外部引线的接触部4c被镀有金属膜16,并且金属膜的内表面与探头尖端的锐边缘相接触,从而在探头和引线之间提供可靠且紧密的接触。
下面将描述所释放的气体的特性。典型地,室温下从树脂释放的气体量处于10-2到10-3Pa·m3·s-1·m-2的数量级。压电振动器生产过程中采用的以150到220℃上下的温度进行焙烧的步骤中将从树脂释放出更多的气体。树脂在200到240℃长时间稳定。焙烧时采用的温度接近于树脂耐热性的极限。
另一方面,从陶瓷释放出来的气体量处于10-4到10-5Pa·m3·s-1·m-2数量级和再小两位。此外,在150到220℃上下的焙烧不会引起陶瓷特性的恶化。
如上所述,焙烧所采用的陶瓷比常规用于焙烧的树脂放出少得多的气体,从而允许达到真空所需要的时间的减少以及在焙烧和封口步骤所达到的真空度的改善。即使在高于200℃的温度设定的步骤比如在真空中进行的焙烧和封口步骤,陶瓷由于其良好耐热性能而产生的小的恶化允许该材料在长时间段内被用作垫板材料。陶瓷的低气体释放特性使得有可能将焙烧温度和真空封口步骤设定到较高温度。
在比常规高的温度下能够进行焙烧步骤和封口步骤,从而允许湿气和气体以良好的效率离开组成压电振动器的振动片、气密端子和外壳的表面。这为由这些表面上的湿气和气体而导致的振动器的谐振频率和谐振电阻值波动的问题提供了解决方案,该问题随着增长的尺寸减少而更显著。
下面将参考生产流程图说明小压电振动器生产过程。图17示出表示根据本发明的压电振动器生产过程的振动片实例的流程图。图18是表示压电振动器装配过程实例的流程图。下面将首先参考图17说明振动片生产过程。随后在下面将参考图18说明采用根据本发明的气密端子装配压电振动器的过程。下面将采用音叉型石英晶体振动器作为实例。除了音叉型振动器之外也可以应用具有其它振动模式的AT振动器和BT振动器。还可以应用由任何其它压电材料比如LiNbO3和LiTaO3形成的振动片。
在振动片生产过程中,首先将Lambard石英原料石置于工作台上,利用X射线衍射法获得预定的切割角度(步骤100)。然后例如采用切割装置比如线锯将石英原料石材切分成片,每片具有大约200μm的厚度。通常,普遍采用游离(free)磨粒来切割原料石。例如,将具有大约160μm直径的高碳钢丝用作切割丝(步骤110)。
然后将晶片进行研磨达到恒定厚度。对于研磨,通常是采用具有大颗粒尺寸的游离磨粒来进行粗研磨的。然后采用具有小颗粒尺寸的游离磨粒来进行精细研磨。随后在每一晶片的表面上进行蚀刻,并且将任何得到的变质(transubstantial)层从晶片的表面上除去,然后对其进行抛光以获得具有预定厚度和预定的平面度的成品镜面(步骤120)。晶片的厚度随着振动片尺寸减小而减小。如上所述,如果振动片的全长为1600μm,那么晶片的厚度将大约为50μm。
在纯水或者超纯水中清洗每一晶片(步骤130)。然后将晶片干燥,并且利用膜形成方式比如喷镀将用于遮光的具有预定厚度的金属膜(通常采用铬和金的沉积层)沉积到晶片表面上(步骤140)。晶片的两个表面上都沉积有金属膜。
然后通过光刻技术形成音叉型石英晶体振动片的轮廓(步骤150)。具体而言,向石英晶体振动片施加抗蚀剂,并且通过轮廓掩模曝光石英晶体振动片的两个表面。随后对石英晶片振动片进行显影以获得石英晶片振动片轮廓的光致抗蚀图。随后利用蚀刻溶液从石英晶体振动片上除去任何不需要的金属图案,以得到金属掩模图。从石英晶体振动片上除去抗蚀剂,并在氢氟酸溶液中对石英晶体进行蚀刻以形成晶片的多个轮廓。振动臂的宽度和振动臂的厚度之间的比值(采用图11A和11B中所示出的符号为W1/t)通常随着振动器尺寸的变小而变小。如果该比小于1.0,那么与音叉型石英晶体振动器的振动臂相关的电场效率降低,而振动器的谐振电阻值增加。例如谐振电阻值将增加超过100kΩ,从而使得音叉型石英晶体振动器成为不合要求的振动器。为了防止谐振电阻上升,在振动臂内形成槽,以提高电场效率以及减少谐振电阻值。
在如上所述形成轮廓和槽之后,将用作掩模的所有金属膜从晶片上剥去(削去)(步骤160)。随后再次通过喷镀等在晶片的两个表面上沉积用作电极膜的具有预定厚度的金属膜(步骤170)。如果已经形成了上述槽,那么在槽的内表面上形成金属膜。在膜沉积之后,利用光刻技术形成电极膜图案(步骤180),如同上述的轮廓形成步骤一样。
然后在具有其上形成的电极膜图案的晶片的振动臂的尖端区域内形成用作砝码(weight)的具有几个微米厚度的膜(步骤190)。作为用作砝码的膜的材料,铬和银或者金通常用于沉积层。
下一步是频率调节步骤(粗调节)。在大气中用激光照射砝码部分。当测量振荡频率时,在先前的步骤中沉积的一部分砝码膜被蒸发掉,同时以便调整砝码的重量。通过进行这一工作将音叉型石英晶体振动片的振荡频率调节到预定范围(步骤200)。
在频率调节之后,进行晶片的超声清洗以除去在频率调节中产生的膜的残渣以及来自晶片的外部物质(步骤210)。该步骤提供每个都具有多个振动片的完整晶片。
下面将参考图18中所示出的生产流程图来说明压电振动器装配过程的生产流程图。在预定温度下焙烧通过上述方法生产的气密端子1,以从气密端子中除去在存放期间造成的湿气等(步骤300)。还焙烧外壳10以将湿气从外壳表面除去(步骤400)。在上述的由陶瓷形成的垫板30上利用夹具布置多个气密端子(步骤310)。
下一步是安装步骤(步骤320)。将振动片8(在图17和18中用符号P1表示)和气密端子1的内部引线3彼此粘结,这两者都是根据图17中所示出的生产流程图生产的。在安装步骤中,首先通过激光和机械装置从用于将每一振动片8和晶片相连接的连接(未示出)中切除振动片8。然后将内部引线3与振动片8的安装焊盘9对准。然后通过外部加热将内部引线3的金属膜16熔化,以将内部引线3和安装焊盘9粘结。作为熔化金属膜16的方式,各种方式都是可能的,比如加热的氮气、激光辐射、光源加热以及电弧释放加热。有可能利用导电粘合剂、焊接突起、焊球等来安装内部引线3,而不必将内部引线3的金属膜16熔化。
在安装步骤之后,在真空装置中出于焙烧的目的加热振动片到预定温度,并且在安装步骤期间产生的任何振动器变形都被消除(步骤330)。如果采用导电粘合剂,那么将粘合剂硬化(cure)并保持为热的以从粘合剂中释放出气体成分。在这种情况下,垫板30由陶瓷制成,并且能够保持足够热。
下一步是频率调节步骤(精细调节)。将垫板30运送进入真空系统,并探测外部引线4。用激光照射振动片8的臂,同时测量振荡频率。为了频率调节而蒸发用于调节的金属膜(步骤340)。也有可能通过用惰性气体离子照射用于频率调节的金属膜并对金属膜表面进行喷镀而进行频率调节。根据本发明的气密端子的外部引线的接触部4c被构造成具有大的宽度,从而允许用于气密端子和探头之间对准的某一裕度,这使得能够减少接触故障。
在模中布置多个具有通过利用频率调节的振动器的垫板30,并将垫板对准以朝向用于密封的外壳10(步骤410)。对于用于对准并保持住外壳和材料的夹具的材料,选择具有低气体释放特性的材料。在密封单元中进行充分的真空加热,以除去在密封之前的步骤中的湿气和气体成分。在加热外壳10之后是压配合,并且能够进行真空气密密封(步骤350)。通常,封口步骤具有如上所述的在加热期间真空度下降的问题。然而,垫板30由树脂形成,并且利用根据本发明由陶瓷制成的垫板30对于真空度下降这一问题提供了解决方案。
然后在预定温度下进行屏蔽以稳定振荡频率(步骤360)。然后在分类系统上测量谐振电阻值和其它电气特性(步骤370)。在分类中,探测振动器的外部引线4。在此步骤中,外部引线的接触部4c具有大的宽度,从而使得有可能减少在外部引线和用于分类的探头插针之间的不良接触。在测量之后,将振动器从垫板除去(步骤380)。上述过程提供了完整的音叉型石英晶体振动器。
利用上述工艺生产的音叉型石英晶体振动器在图19A中示出。在安装部,内部引线3的尖端起到防止内部引线3从安装焊盘9的区域中出现的作用。芯柱7的外围表面的金属膜16被压力焊接并粘结到外壳10,以使振动片8被气密密封以建立真空。外部引线4覆盖着金属膜16。如果将振动器安装在衬底上,那么振动器具有相对于衬底上的焊料充分润湿的特性。在焙烧步骤和封口步骤中,在高温下以足够的真空加热振动片8,在气密密封空间中湿气和气体成分的量为低。因此,实现了具有充分受控的谐振频率和谐振电阻值的振动器。
图19B示出AT型石英晶体振动器。在芯柱7外围表面的表面上的金属膜16被压力焊接并粘结到用于气密密封的外壳10上。将振动片8利用未示出的导电粘合剂连接到内部引线3。将内部引线3在大的区域上粘结到安装焊盘9以控制谐振电阻为低。在安装之后对粘合剂进行硬化,并在真空中以高温焙烧一段长的时间,并且充分控制除气成分。因此,在气密密封之后在盖10和金属膜之间的空间中有少量释放气体成分,并且频移现象得到控制,其中气体成分否则将粘到电极表面,从而导致谐振频率的下降。以这种方式,在根据本发明的AT型石英晶体振动器中,振荡频率波动得到控制,并且频率能够高度精确地保持一段长的时间。
第四实施例
下面将描述本发明的第四实施例。图20是示意性的模型图,其示出根据本发明的音叉型石英晶体振荡器的结构,以及示出利用上述音叉型石英晶体振动器的表面安装型压电振荡器。
在图20所示出的表面安装型压电振荡器中,音叉型石英晶体振动器41被设置在衬底42的预定位置上,并且提供用参考数字43表示的用于振荡器的集成电路邻近于石英晶体振动器。还安装电子部分44比如电容器。这些部分通过未示出的布线图电连接在一起。音叉型石英晶体振动器41的振动片的机械振动由于石英晶体的压电特性而被转换为电信号并被输入到集成电路43。在集成电路43中进行信号处理并输出频率信号。该电路起振荡器的作用。这些部件的每个都是由未示出的树脂模制的。适当选择的集成电路43提供控制用于单一功能的振荡器、感兴趣的其它系统以及外部系统的运行日期的功能,并可以向用户提供时间和日历信息。
利用通过根据本发明的方法生产的压电振动器使得有可能应用用于具有振荡器所有部件的最大容量的振动器的小振动器。从而这使得有可能进一步减少振荡器的外部尺寸。压电振动器具有由于其谐振频率和谐振电阻值的受控波动而难以改变的特性,从而使得有可能使振荡器保持高度精确。
第五实施例
下面将描述本发明的第五实施例。下面将描述采用利用根据本发明的方法生产的压电振动器的电子单元的实例。作为电子单元的一个实例,下面将详细描述用移动电话所代表的便携式信息单元的优选实施例。
作为先决条件,根据本实施例的便携式信息单元是利用现有技术生产的时钟的发展和改善的形式。便携式信息单元在外观上与时钟相似。便携式信息单元具有取代时钟字盘的液晶显示器,其能够在其屏幕上显示当前时间。当采用便携式信息单元作为通信单元时,将便携式信息单元从手腕上移除。每一个都被结合在带部之内的扬声器和传声器能够用于进行通信,如同由现有技术生产的移动电话一样。便携式信息单元比常规的移动电话小得多并且也更轻。
下面将参考附图描述根据本发明实施例的便携式信息单元的功能配置。图21是功能性地示出根据本发明实施例的便携式信息单元的配置的框图。
在图21中,参考数字101表示为后面所述的每一功能部分提供电源的电源部,这一部分具体而言由锂离子二次电池来提供。将控制部102、计时部103、通信部104、电压检测部105以及显示部107并联连接到电源部101,所有这些部件都将在后面进行说明。将电源从电源部101馈给这些功能部分中的每一个。
控制部102控制后面将描述的每一功能部分,从而控制整个系统的操作,例如音频数据传输和接收以及当前时间测量和显示。具体地,通过预先写入ROM的程序、用于读出并执行程序的CPU、以及用作CPU的工作区的RAM等来提供控制部102。
计时部103由具有在其中构建的振荡电路的集成电路、寄存器电路、计数器电路和接口电路以及如在图19A中示出的音叉型石英晶体振动器组成。由于石英晶体的压电特性而将音叉型石英晶体振动器的振动片的机械振动转换为电信号,并将其输入到由晶体管和电容器形成的振荡电路中。振荡电路的输出被二进制化,并由寄存器电路和计数器电路进行计数。经接口电路将信号传送给控制部以及从该控制部接收信号,以及在显示部107上显示当前时间和当前日期或者日历信息。
通信部104具有与现有技术的移动电话类似的功能。通信部104由无线电传输部104a、音频处理部104b、放大部104c、音频输入和输出部104d、输入声音生成部104e、切换部104f、呼叫控制存储器104g以及电话号码输入部104h组成。
无线电传输部104a将各种类型的数据经由天线传送给基站并从基站接收数据。音频处理部104b对从无线电传输部104a或者后面将要说明的放大部104c输入的音频信号进行编码和解码。放大部104c将从音频处理部104b或者后面将要描述的音频输入和输出部104d输入的信号放大到预定水平。音频输入和输出部104d具体而言是扬声器或者传声器,并且使得输入的声音和接收的音频可听见并收集讲话者的声音。
输入声音生成部104e响应于来自基站的呼叫而产生输入的声音。切换部104f在存在呼入时将连接到音频处理部104b的放大部104c切换到输入声音生成部104e,以使所产生的输入声音经放大部104c被输出到音频输入和输出部104d。
电话控制存储器104g存储相关的程序以传送输入和输出所有控制。此外,电话号码输入部104h具体而言由数字键从0到9以及一些其它键组成,并且输入呼叫接收者的电话号码等。
电压检测部105检测电压降,如果由电源部101施加给包括控制部102的各个功能部分的电压低于预定值,那么就通知控制部102。预定值是作为通信部104稳定工作所需的最小电压而预置的值,以及例如是3V左右的电压。如果电压检测部105通知电压降,那么控制部102就禁止无线电传输部104a、音频处理部104b、切换部104f以及输入声音生成部104e的运行。特别是,停止具有大功率消耗的无线电传输部104a的运行是主要的。同时,显示部107显示一条消息,大意是说由于电池中剩余电能不足而使得通信部104已经变得不可用。
经由电压检测部105和控制部102的协作来阻止通信部104的运行。通过显示部107还能显示带有这种意思的消息。
在本发明的实施例中,与通信部的功能相关的电源部设置有选择性可中断的电源中断部106,从而使得有可能更理想地停止通信部的功能。
文本消息也可以用于显示一条消息,大意是说通信部104已经变得不可用。例如,可以采用用于在显示部107上用X标记电话图标的更有内容的(visceral)方法。
在便携式信息单元中采用利用根据本发明的方法生产的的小压电振动器使得有可能进一步减少便携式电子单元的尺寸。压电振动器还具有由于谐振频率和其谐振电阻值的受控波动而难以改变的特性,从而使得有可能使便携式电子单元保持高度精确。
第六实施例
图22是示出作为根据本发明第六实施例的电子单元的电波时钟的电路块的示意图。图19A示出利用根据本发明的方法生产的音叉型石英晶体振动器(压电振动器)的实例,其被连接到电波时钟的滤波器部。
电波时钟是具有将包含时间信息的标准波接收并自动校正为精确时间以及显示正确时间的功能的时钟。在日本有两个用于传送标准波的传送站(广播站):一个在福岛县(40KHz)以及另一个在佐贺县(60KHz)。40或60KHz的长波具有沿着地表传播的特性以及传播反射到电离层和地表的特性。因此,长波具有宽的传播范围,并且来自上述两个传送站的长波一起覆盖整个国家。
在图22中,天线201接收40或60KHz的长标准电波。长标准电波是经受具有被称为时间码的时间信息的AM调制的40或60KHz载波。
所接收的长标准电波由放大器202进行放大,并由包括具有与载波频率相同的谐振频率的石英晶体振动器203、204的滤波器部205进行滤波和同步化。所滤波的具有预定频率的信号由检波和整流电路206进行检测和解调。由波形形成电路207取出时间码,并由CPU208计数该时间码。然后CPU208读出信息,比如当前年、累计日、周的日以及时间。读出的信息被反映给RTC209,并显示出精确的时间信息。
由于载波具有40KHz或者60KHz的频率,所以对于构成滤波器部的石英晶体振动器203、204,优选的是具有上述构造的成型比如音叉的振动器。采用60KHz作为例子,有可能构造具有大约2.8mm的全长和大约0.5mm宽的基座的音叉型石英晶体振动片。
将利用根据本发明的方法生产的压电振动器连接到电波时钟的滤波器部,从而使得有可能进一步减少电波时钟的尺寸。压电振动器还具有因为谐振频率和其谐振电阻值的受控波动而难以进行改变的特性。因此,在将压电振动器安装到衬底上之后,压电振动器的电特性相对于由于改变强加在压电振动器上的环境温度的周期而引起的张力和压力是足够稳定的。这允许电波时钟的滤波功能在长的时间段上运行,同时保持良好的精确度。