TW201820782A - 一種smd石英諧振器及其加工設備及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種SMD石英諧振器。其包括陶瓷基座，所述陶瓷基座上設有諧振件容腔，其特徵在於，所述陶瓷基座的邊框上設有金屬鍍層，所述金屬鍍層上覆蓋有金屬蓋板。在金屬蓋板本體的上邊緣或下邊緣設有台肩，所述台肩的厚度小於金屬蓋板本體的厚度。本發明還公開了一種加工設備，包括激光封焊機及加工平臺，所述激光封焊機包括激光發生器及發射激光束的激光掃描器，所述加工平臺外設有封閉倉，所述封閉倉的頂部設有玻璃倉蓋，所述激光掃描器位於所述玻璃倉蓋上方；本發明還公開了一種加工方法；步驟1、製作陶瓷基座；2、製作金屬蓋板；3、安裝晶振體；4、將組件放入密封倉；5、激光封焊。本發明的有益效果是降低產品成本，提高製造效率。
Description
本發明涉及電諧振器，尤其涉及一種SMD石英諧振器及其加工設備及方法。
SMD石英晶體諧振器是常用的電子器件，隨著數字化技術的發展其用量日益增大。但目前SMD石英晶體諧振器從器件結構本身和加工工藝方面均存在著在提高加工效率，降低生產成本方面的技術障礙。
現有技術的SMD石英晶體諧振器結構如圖1所示，是在陶瓷基座1上首先通過印刷鎢金屬層再鍍鎳和金形成金屬鍍層3，然後在高溫還原氣氛中在其上燒結附銀銅合金的可伐環，最後在附銀銅合金的可伐環上覆蓋金屬蓋板2，通過平行封焊，經過滾壓金屬蓋板邊緣將金屬蓋板和陶瓷基座封裝到一起。所述附銀銅合金的可伐環為在可伐材料17（鐵鈷鎳合金：4J29）上熱壓銀銅合金層16構成，其中的銀銅合金在石英諧振器總成本中佔有相當大的比例，因此如果能省去附銀銅合金的可伐環將大大降低產品成本。
但附銀銅合金的可伐環在現有技術中尚難於省略，其原因在於，在SMD石英諧振器產品標準中，為了保證諧振器的使用性能對金屬蓋板的參數有明確要求，如抗基板彎曲性、牢固度、單體強度等，因此金屬蓋板要具備一定的厚度以保證其機械性能，通常金屬蓋板的厚度為0.05mm-0.08mm,在封焊過程中，由於需要將比較厚的金屬蓋板與所述陶瓷基座熔焊在一起，因此需要有足夠的焊接能量。對於高能焊接能量，很難控制其作用深度正好完成焊接而不損傷陶瓷層，所以需要可伐環的保護，選擇可伐材料的原因是，可伐材料的熱膨脹係數與陶瓷接近，焊接時應力小；選擇可伐材料附銀銅合金的作用是銀銅焊料熔點低，可以降低焊接能量。因此，可伐環在焊接金屬蓋板過程中實際上起到了保護陶瓷基座邊框不被燒裂的作用。但這不僅使SMD石英諧振器結構複雜，加工工序增加，而且成本較高。
如果能在保證金屬蓋板的各項機械性能前提下降低其邊緣焊接厚度，就有可能採用較小的便於控制的焊接能量，從而不用附銀銅合金的可伐環保護也能避免在焊接中對陶瓷基座邊框的損壞，進而省去可伐環包括銀銅合金層，大大降低生產和產品成本。
從加工工藝講，目前SMD石英晶體諧振器採用平行封焊技術（電阻單面雙縫縫焊）。在封焊時，電極在移動的同時要通過電極輪轉動滾壓，在一定的壓力下電極之間斷續通電，由於電極與金屬蓋板及金屬蓋板與陶瓷基座的邊框之間存在接觸電阻，根據能量公式Q=I2Rt，焊接電流將在這兩個接觸電阻處產生焦耳熱量，使其金屬蓋板與邊框之間局部形成熔融狀態，凝固後形成焊點。
平行封焊技術是點焊技術的一種演變,應用在SMD石英晶體諧振器封裝上存在如下問題：1、要求被焊金屬材料的厚度在0.1～0.25mm，難於降低材料成本；2、為了避免焊接時電極輪接觸相鄰的焊接物，需要被焊物排列行列有較大間距，影響生產效率和設備尺寸，如一個B4紙大小的加工托板也僅能承載300左右個件，這導致各個加工工序機器龐大；3、滾焊電極表面易發生粘損而使焊縫表面質量變壞，需要定時修整電極，影響維護成本；4、必須採用點焊定位，影響焊接效率；5、點固點需要有合適間距，即對被焊物有尺寸要求，影響適用性。 因此導致生產成本居高不下。
本發明針對上述現有技術存在的不足，提供一種結構更簡單並節約成本的SMD石英諧振器。
本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種SMD石英諧振器，包括陶瓷基座，所述陶瓷基座上設有諧振件容腔，其特徵在於，所述陶瓷基座的邊框上設有金屬鍍層，所述金屬鍍層上覆蓋有金屬蓋板。即本發明不包括附銀銅合金的可伐環。
本發明的有益效果是：附銀銅合金的可伐環在SMD石英晶體諧振器成本中佔有超過20%的比重，省去可伐環不僅降低了SMD石英晶體諧振器的加工成本，而且簡化了器件結構，進而有可能提高加工效率。
在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
進一步，所述金屬蓋板包括金屬蓋板本體，在所述金屬蓋板本體的上邊緣或下邊緣設有台肩，所述台肩的厚度小於所述金屬蓋板本體的厚度。
採用上述進一步方案的有益效果是，在所述金屬蓋板本體的上邊緣或下邊緣設有台肩，在保證金屬蓋板各項機械性能要求的前提下，使得其邊緣厚度減薄，並與所述陶瓷基座邊框上的金屬鍍層接近，這樣可大大減小焊接功率，從而使焊接熱熔深度更便於控制，在確保焊接性能情況下，避免了對陶瓷基座邊框表面的高溫損傷，進而提高了加工成品率。
進一步，所述金屬鍍層包括設於所述陶瓷基座邊框上的鎢金屬層和設於所述鎢金屬層上的鎳和金金屬層。
採用上述進一步方案的有益效果是，鎢金屬層能與陶瓷層完全結合，鍍金層則起到了保護鎢層作用，同時便於與金屬蓋板的焊接。
進一步，所述金屬蓋板外輪廓尺寸小於或等於所述陶瓷基座的外輪廓尺寸。
採用上述進一步方案的有益效果是，便於金屬蓋板與所述陶瓷基座的精准對位，並使產品外觀整齊。
進一步，台肩的厚度小於金屬蓋板本體厚度的一半。所述金屬蓋板中間凸起部分的長寬尺寸小於所述諧振件容腔的長寬尺寸。
採用上述進一步方案的有益效果是，當台肩厚度較小時，更接近於金屬鍍層厚度，有利於減小和控制焊接能量。
本發明還公開了一種用於加工SMD石英諧振器的設備，其特徵在於，包括激光封焊機及加工平臺，所述激光封焊機包括激光發生器及激光掃描器，所述加工平臺外設有封閉倉，所述封閉倉的頂部設有玻璃倉蓋，所述激光掃描器位於所述玻璃倉蓋上方。
進一步，所述封閉倉包括下封腔及密封扣合於所述下封腔上的上封腔，所述上封腔的中央設有所述玻璃倉蓋，所述密封倉的一端設有惰性氣體充氣口，另一端設有真空抽氣口。
採用上述真空激光深熔焊接設備加工SMD石英晶體諧振器，其基本原理為：通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重複頻率等激光參數，使工件熔化，形成特定的熔池。在足夠高的功率密度激光照射下，材料產生蒸發並形成小孔。小孔四壁包圍著熔融金屬，液態金屬四周包圍著固體材料；小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動，熔融金屬充填著小孔移開後留下的空隙並隨之冷凝，形成均勻密緻的焊縫。
本發明的有益效果是：採用真空激光深熔焊接技術加工SMD石英晶體諧振器的優勢在於：採用激光振鏡掃描方式，焊接速度快、精度高、光纖壽命長，相對於電阻焊生產效率提高4～6倍，工作空間節省4.6倍，降低了材料成本，提高生產效率，維護成本低。
本發明還公開了一種加工所述SMD石英諧振器的方法，其特徵在於，包括如上所述的SMD石英諧振器，還包括如上所述的SMD石英諧振器的設備，所述加工步驟如下：
1、製作陶瓷基座，在所述陶瓷基座的邊框上設置金屬鍍層，所述金屬鍍層的厚度小於0.05mm；所述金屬鍍層包括鎢金屬層和金金屬層；
2、製作金屬蓋板，在選定的金屬片上加工出與所述陶瓷基座尺寸相適配的金屬蓋板，所述金屬蓋板外輪廓尺寸小於或等於所述陶瓷基座的外輪廓尺寸；
3、安裝晶振體，將晶振體經清洗、鍍膜形成電極後放入所述陶瓷基座內，進行點膠、固化形成石英晶體諧振件；
4、將金屬蓋板搭扣在陶瓷基座上，整體放入封閉倉內，在封閉倉中通入惰性氣體，利用激光封焊機的控制系統通過調整金屬蓋板位置以及軟件位置補償，確保金屬蓋板與所述基座板的中心重合；
5、設置激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重複頻率參數後，通過激光掃描器，激光束沿所述陶瓷基座的邊框根據程序確定的坐標位置進行環焊，最後留出至少一個抽氣缺口，然後打開真空泵將所述封閉倉抽真空，隨後再激光補焊缺口，完成焊接。
進一步、包括在步驟2後，再在所述金屬蓋板本體周邊加工台肩，所述台肩的厚度小於所述金屬蓋板本體的厚度。
進一步、步驟5所述設置參數為激光脈沖的寬度0.1～1毫秒、峰功率為每平方釐米每平方釐米300-800瓦、重複頻率為50-1000赫茲。
本發明的加工方法其有益效果是：
1、生產成本降低：
原平行封焊工藝需要銀銅焊料作為釺料，一般銀銅焊料複合在附銀銅合金的可伐環上，原材料成本高。激光焊工藝能精准控制焊接能量，使被焊金屬材料的厚度可以小於0.1mm，不需要銀銅焊料，只需要在基座陶瓷邊框上電鍍鎳層和金層即可。相對于原平行封焊更為方便：原平行封焊工藝使用的滾焊電極表面易發生粘損而使焊縫表面質量變壞，需要定時修整電極，屬易損件；激光發生器採用光纖發射，不用更換和維護。採用本方法也無需在金屬蓋板上附著銀銅焊料。
2、生產效率高
2.1原平行封焊工藝先點焊再滾焊，焊接時需要做XYZ三個方向的動作，另外為避免焊接時電極輪接觸相鄰的焊接物，需要被焊物排列行列有間距，XY方向運動距離大，平均焊接單顆時間在1.2秒以上；本方法採用振鏡方式激光焊接，其工作原理是將激光束入射到兩反射鏡（掃描鏡）上，用計算機控制反射鏡的反射角度，這兩個反射鏡可分別沿X、Y軸掃描，從而達到激光束的偏轉，使具有一定功率密度的激光聚焦點在待焊接材料上按所需的路徑運動，這樣被焊材料排列行列可以無間距，可以把待焊諧振器按矩陣緊密排布，控制激光逐片焊接。所以焊接速度快、精度高，平均焊接單顆時間在0.3秒，生產效率提高4-6倍。
2.2另外，由於無激光焊接無需留出像平行焊接電極輪那樣的空間距離，對於同樣數量的待焊諧振器按矩陣排布，整體尺寸比平行封焊時會小10倍以上，這樣整個加工設備及焊接腔體會大幅度減小尺寸，激光焊接用封閉倉比原平行封焊封閉倉體積小5～10倍，抽真空時間短。
3、操作簡單
原平行封焊工藝需要頻繁修理、更換滾焊電極，對操作員工技能要求較高，激光焊接工藝無易損件，主要由軟件系統自動完成，對操作員工依賴性低。
以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
如圖1所示為現有技術的SMD石英晶體諧振器結構示意圖；
如圖2所示，為本發明的實施例1結構示意圖：一種SMD石英諧振器，包括陶瓷基座1，所述陶瓷基座1上設有諧振件容腔，所述陶瓷基座的邊框上設有金屬鍍層3，所述金屬鍍層上覆蓋有金屬蓋板3。
如圖3所示，為本發明的實施例2結構示意圖：一種SMD石英諧振器，包括陶瓷基座1，所述陶瓷基座1上設有諧振件容腔，所述陶瓷基座的邊框上設有金屬鍍層3，所述金屬鍍層上覆蓋有金屬蓋板3。所述金屬蓋板3包括金屬蓋板本體，在所述金屬蓋板本體的上邊緣設有台肩3-1，所述台肩的厚度小於所述金屬蓋板本體的厚度。
如圖5所示，為本發明的實施例3結構示意圖：一種SMD石英諧振器，包括陶瓷基座1，所述陶瓷基座1上設有諧振件容腔，所述陶瓷基座的邊框上設有金屬鍍層3，所述金屬鍍層上覆蓋有金屬蓋板3。所述金屬蓋板3包括金屬蓋板本體，在所述金屬蓋板本體的下邊緣設有台肩3-1，所述台肩的厚度小於所述金屬蓋板本體的厚度。
如圖4所示為圖3的局部放大結構示意圖：比較常用的如金屬蓋板3的厚度為0.05-0.08毫米，則台肩的厚度可取0.05毫米以下。
所述金屬鍍層3包括設於所述陶瓷基座邊框上的鎢金屬層和設於所述鎢金屬層上的鎳和金金屬層。
所述金屬蓋板3外輪廓尺寸小於或等於所述陶瓷基座1的外輪廓尺寸。
台肩的厚度小於金屬蓋板3本體厚度的一半。所述金屬蓋板中間凸起部分的長寬尺寸小於所述諧振件容腔的長寬尺寸。
如圖6所示，本發明還公開了一種用於加工SMD石英諧振器的設備，包括激光封焊機及加工平臺9，所述激光封焊機包括激光發生器15及發射激光束的激光掃描器14，所述加工平臺9外部設有封閉倉，所述封閉倉的頂部設有玻璃倉蓋10，所述激光掃描器14位於所述玻璃倉蓋10上方。
所述封閉倉包括下封腔8及密封扣合於所述下封腔上的上封腔7，所述上封腔7的中央設有所述玻璃倉蓋10，所述密封倉的一端設有惰性氣體充氣口6，可以通過惰性氣體充氣泵如氮氣泵5給密封倉充氣；另一端設有真空抽氣口11，可通過真空泵12抽真空。
所述激光掃描器也叫激光振鏡，由X-Y光學掃描頭, 電子驅動放大器和光學反射鏡片組成。控制系統提供的信號通過驅動放大電路驅動光學掃描頭, 從而在X-Y平面控制激光束的偏轉。
在激光演示系統中, 光學掃描的波形是一種矢量掃描, 系統的掃描速度, 決定激光圖形的穩定性。現有技術的高速掃描器, 掃描速度達到45000個點/秒。其掃描原理是：掃描電機採用X、Y兩個電機控制，一個時刻確定一個點的位置，通過掃描頻率控制不同時刻點的位置達到整個焊接位置的變換。
本發明還公開了一種加工如上所述SMD石英諧振器的方法，包括如上所述的用於加工SMD石英諧振器的設備，所述加工步驟如下：
1、製作陶瓷基座1，在所述陶瓷基座1的邊框上設置金屬鍍層3，所述金屬鍍層3的厚度小於0.05mm；所述金屬鍍層包括鎢金屬層和金金屬層；
2、製作金屬蓋板，在選定的金屬片上加工出與所述陶瓷基座尺寸相適配的金屬蓋板2，所述金屬蓋板2外輪廓尺寸小於或等於所述陶瓷基座的外輪廓尺寸；
3、安裝晶振體4，將晶振體經清洗、鍍膜形成電極後放入所述陶瓷基座內，進行點膠、固化形成石英晶體諧振件；
4、將金屬蓋板2搭扣在陶瓷基座上，整體放入封閉倉內，在封閉倉中通入惰性氣體，利用控制系統通過調整金屬蓋板2的位置以及軟件位置補償，確保金屬蓋板2與所述基座板1的中心重合；該控制系統控制著激光掃描器及加工平臺的協調運動。
5、設置激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重複頻率參數後，激光束沿所述陶瓷基座的邊框根據程序確定的坐標位置進行環焊，最後留出至少一個抽氣缺口，然後打開真空泵將所述封閉倉抽真空，隨後再激光補焊缺口，完成焊接。
進一步、包括在步驟2後，再在所述金屬蓋板本體周邊加工台肩，所述台肩的厚度小於所述金屬蓋板本體的厚度。
進一步、步驟5所述設置參數為激光脈沖的寬度0.1～1毫秒、峰功率為每平方釐米300-800瓦、重複頻率為50-1000赫茲。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
1‧‧‧陶瓷基座
2‧‧‧金屬蓋板
3‧‧‧金屬鍍層
3-1‧‧‧台肩
4‧‧‧晶振體
5‧‧‧氮氣泵
6‧‧‧充氣口
7‧‧‧上腔體
8‧‧‧下腔體
9‧‧‧加工平臺
10‧‧‧玻璃倉蓋
11‧‧‧抽氣口
12‧‧‧真空泵
13‧‧‧激光束
14‧‧‧激光掃描器
15‧‧‧激光發生器
16‧‧‧可伐材料
17‧‧‧銀銅合金層
圖1為現有技術SMD石英諧振器的結構示意圖；
圖2為本發明SMD石英諧振器的實施例1結構示意圖；
圖3為本發明SMD石英諧振器的實施例2結構示意圖；
圖4為圖3的局部放大結構示意圖：
圖5為本發明SMD石英諧振器的實施例3結構示意圖
圖6為本發明的加工設備結構示意圖。
Claims (10)
- 一種SMD石英諧振器，包括：陶瓷基座，該陶瓷基座上設有諧振件容腔，其中該陶瓷基座的邊框上設有金屬鍍層，該金屬鍍層上覆蓋有金屬蓋板。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種SMD石英諧振器，其中該金屬蓋板包括金屬蓋板本體，在該金屬蓋板本體的上邊緣或下邊緣設有台肩，該台肩的厚度小於所述金屬蓋板本體的厚度。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之一種SMD石英諧振器，其中該金屬鍍層包括設於陶瓷基座邊框上的鎢金屬層和設於鎢金屬層上的鎳和金金屬層。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之一種SMD石英諧振器，其中該金屬蓋板外輪廓尺寸小於或等於陶瓷基座的外輪廓尺寸。
- 如申請專利範圍第2項所述之一種SMD石英諧振器，其中該台肩的厚度小於金屬蓋板本體厚度的一半，該金屬蓋板中間凸起部分的長寬尺寸小於諧振件容腔的長寬尺寸。
- 一種加工如專利範圍第1項至第5項任一項所述之SMD石英諧振器的設備，其中包括激光封焊機及加工平臺，該激光封焊機包括激光發生器及激光掃描器，該加工平臺外設有封閉倉，該封閉倉的頂部設有玻璃倉蓋，激光掃描器位於玻璃倉蓋上方。
- 如申請專利範圍第6項所述之SMD石英諧振器的設備，其中該封閉倉包括下封腔及密封扣合於所述下封腔上的上封腔，該上封腔的中央設有玻璃倉蓋，密封倉的一端設有惰性氣體充氣口，另一端設有真空抽氣口。
- 一種加工如專利範圍第1項至第5項任一項所述之SMD石英諧振器的方法，其中還包括申請專利範圍第6項或第7項所述之一種SMD石英諧振器的設備，其加工步驟如下： 1、製作陶瓷基座，並在該陶瓷基座的邊框上設置金屬鍍層，該金屬鍍層的厚度小於0.02mm；該金屬鍍層包括鎢金屬層和金金屬層； 2、製作金屬蓋板，在選定的金屬片上加工出與陶瓷基座尺寸相適配的金屬蓋板，該金屬蓋板外輪廓尺寸小於或等於陶瓷基座的外輪廓尺寸； 3、安裝晶振體，將晶振體經清洗、鍍膜形成電極後放入陶瓷基座內，進行點膠、固化形成石英晶體諧振件； 4、將金屬蓋板搭扣在陶瓷基座上，整體放入封閉倉內，在封閉倉中通入惰性氣體，利用激光封焊機的控制系統通過調整金屬蓋板位置以及軟件位置補償，確保金屬蓋板與基座板的中心重合； 5、設置激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重複頻率參數後，激光束沿陶瓷基座的邊框根據程序確定的坐標位置進行環焊，最後留出至少一個抽氣缺口，然後打開真空泵將封閉倉抽真空，隨後再激光補焊缺口，完成焊接。
- 如專利範圍第8項所述之SMD石英諧振器的方法，其中該步驟2後，再在金屬蓋板本體周邊加工台肩，該台肩的厚度小於金屬蓋板本體的厚度。
- 如專利範圍第8項所述之SMD石英諧振器的方法，其中該步驟5之設置參數為激光脈沖的寬度0.1～1毫秒、峰功率為每平方釐米300-800瓦、重複頻率為50-1000赫茲。
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