TWI237513B - Package of surface-mountable electronic component - Google Patents

Description

3751 f I 玖、發明說明： [發明所屬之技術領域] 本發明係有關於一種表面安裝電子元件之封裝結構。 [先前技術] 壓電聲元件在電子裝置、家用電器、行動電話等中被 廣泛地用作為產生聲音警報和工作聲響的壓電發聲器、壓 電接收器或其他元件。典型的壓電聲元件包括固定在外殼 中的膜片，該外殼用蓋子封閉，即如日本未審查專利申請 案公開案號2 0 0 0 - 3 1 〇 9 9 0中所揭露者。 目前電子裝置的體積正大為縮小，故希望有表面安裝 型的壓電聲元件，其能夠直接安裝在電路板上。對於表面 女裝電子元件而言，電子元件的外殼和蓋子必須具有高於 回流溫度的耐熱性。因此，該外殼和蓋子係由耐熱樹脂製 成，例如，LCP (液晶聚合物）、SPS (間同聚苯乙烯）、 PPS (聚苯硫驗）或環氧樹脂。 回流溫度是依據所用的焊料成分而定。當前對含鉛焊 料的限制正擴展了無錯焊料的應用。❻是含錯焊料在 220 C至240。(：的範圍内回流，而無鉛焊料是在25〇。匸或 更南溫度下回流，並因此^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^此而要冤于兀件封裝體有更高的耐 或車人化溫度被設定 此能夠得到保持， 的回流不會嚴重影 如果由具有軟化溫 一般地，樹脂外殼和蓋子的耐熱性 為高於回流溫度。夕卜殼和蓋子的外形因 。㈣含敍焊料 響具有外殼和蓋子的封骏結構。但是， 樹脂形成的外殼和蓋子受到高溫回流虛

王里’則由外殼夫I

又和盖子之間熱膨脹差異所產生的應力會作用 在它們的黏人#μ A 者 , ^ 上。該應力有可能使得在回流過程中或 艮:、勺下洛衝擊試驗中不利地導致外殼和蓋子分開。 柄2 :用相同的材料，樹脂（特別是LCP)的熱膨脹也會 2立杈製條件、外形、流向等而發生變化，結果是在部分 刀之間的熱膨脹差異是大的。因此，上述問題變得更 [發明内容] 為了解決上述問題，本發明的較佳實施例提供了一種 表面安裝電子元件的封裝體，其能夠減小由高溫回流焊接 /力在外双和盍子的黏合表面上的應力，i能夠防止回流 後可忐發生的黏合表面分離和黏合強度的減小。 根據本發明的較佳實施例，一種表面安裝電子元件之 、展耻4電子元件將在大約250。(：或更高的回流溫度下 回⑽知接到電路板上，$封裝體係包括：具有開口的外殼 其中納自玄電子元f 74* . 凡件的零件，以及黏合到該外殼以封閉 έ亥開口的蓋子。該外私总θ > 卜双係具有南於該回流溫度的軟化溫度 ，該蓋子係具有低於該回流溫度的軟化溫度。 如果具有冑㈣流溫度的軟化溫度之外殼和蓋子是 用無錯焊料在大約2 5 00 Γ十、$ > L或更高的溫度下受到回流，則 於外殼和蓋子的教膨腊夕ρΕ| ΑΑ、，Λ ％脹之間的是異，過大的應力會施加 它們的黏合表面上。另一古品 力 万面，在本發明的較佳實施例 ’由於蓋子的耐熱性或者軟化溫度低於回流溫度：應力 1237513 V 丨 由軟化的蓋子補償。此處的軟化溫度是指根據JIS K 7207 * 、疋的方法Β的溫度。因此，不僅能夠防止回流過程中 蓋子從外殼脫離，還能防止回流後黏合強度減小。另外， 如果外设和盍子的軟化溫度都高於回流溫度，則在回流後 ，在外殼或者蓋子中會留下不利的變形。在本發明的較佳 貝施例中，軟化蓋子係能夠防止回流後的變形。由於外殼 的軟化溫度高於回流溫度，即使零件具有低強纟，也沒有 過大的負載施加在電子元件的零件上。因此，可以防止零 件的特性偏離或者非所要地變化。並且，外部尺寸係得以 穩定。 外殼和蓋子較佳是由LCP製成。LCP由於其卓越的耐 …、〖生與耐吟性而適用於表面安裝電子元件之封裝體。但是 ，即使是用相同的材料，LCP的熱膨脹係根據模製條件、 卜形向等而發生變化，因此各部分之間的熱膨脹之差 /、很大例如’在模製流向上的熱膨脹係數與垂直於模製 w向的方向上的熱膨脹係數相差幾倍到十倍。具有大體u 二也、截面的外设和扁平蓋子的組合必然在其間產生熱膨脹 ^數的差異。因此，透過使用LCP和利用LCP的特性， 可以有效防止黏合部分的分離。 幸乂仏地’盍子的軟化溫度係處於大約180°C至240oc 的fc圍。在這種情況下，蓋子透過回流一度變軟，但外 八、< j有利的保持。另外，可以利用價格低廉的材料 〇 夕卜沐口 罢 7 一 n 1于可以用環氧黏合劑黏合。環氧黏合劑是價格 低廉並且具有高黏合力。作為選擇地，外殼和蓋子可以用 8 1237513 n i h 石夕_膠黏n㈣酮縣固化過程中會產切氧烧從而 >可染外殼’但是㈣膠的黏合力不會由於固化而減小，作 是其他黏合劑（例如環氧黏合劑）的黏合力會減小。並且 ，揚氏模數（Young’s modulus)是低的，從而減輕了具有較 大熱膨脹差異的外殼和蓋子的黏合表面上之應力。 該零件可以是壓電膜片，該壓電膜片係在彎曲模式下 振動以響應所施加的交替信號（交流信號或者矩形波信號 )。外殼可以具有一對固定端子’用於將交替信號施加： 壓電膜片’並且外殼和蓋子的至少其中之一具有聲音釋放 孔，聲音係通過該釋放孔而被釋出。較佳地用於行動電話 和其他設備的壓電聲元件係需要較高的墜落衝擊特性。如 果在回流後盍子由於墜落碰撞而與外殼分離，則聲音空間 被破壞，因此無法產生所要的聲壓。透過採用根據本發明 之較佳實施例的外殼和蓋子的組合，最終的表面安裝壓電 聲元件可以表現出卓越的墜落碰撞特性。 在本發明的較佳實施例中，外殼和蓋子分別具有高於 回流溫度和低於回流溫度的軟化溫度。因此，施加在黏合 表面上的應力係由於應力被軟化的蓋子減弱而減小，該應 力是例如在大約250。(：或更高的溫度下進行無鉛回流焊接 日$由於外叙與蓋子之間的熱膨脹差異而產生的。纟士果，可 以防止在回流過程中蓋子從外殼上分離，並且回流後黏合 強度的減小也被減輕。另外，可以防止回流後在外和或苗 子中留有非所要的變形。由於外殼的軟化溫度高於回流溫 度，故沒有過大負載施加在電子元件的零件上。因此可以 if卿:i頁 以年巧/7日 LX~防正 I的特性偏離。 透過下面參照附圖對本發明的較 明，本發明的其他特徵、 貝e例進行詳細說 顯。 Μ、特徵和優點將變得更為明 [實施方式] 以下將參照附圖對本發明 1^實施例 …貫施例進行說明。 第1圖和第2圖說明了根摅 μ同+哎 很據本發明之第一較佳眘#办丨 的堡電聲元件，其係一種類型的 =貫】 電聲元件通常包括單壓電 子兀件。該壓 外殼Π)和蓋子20。 （un_Ph)壓電膜片卜 i電臈片"父佳是包括四邊形壓電板 該金屬板3較佳是且右盥颅士, 孟屬板3， 罕又彳土疋具有與壓電板2大體相 電板2略長的長度。壓電板2 “…。克度和比壓 右頂&電板2分別在其頂表面和後表面具 有員％極2a和後電極2b並沿著厚 你勤人s人 I /〇者7子度方向極化。後電極2b ’、:二孟屬3以彼此相對。在本發明的較佳實施例中 ’壓電板2係黏合至金屬板3，#而在金屬板3的長度方 向上偏移至一側，因此金屬板3具有暴露於另外一側:暴 =部分3a。壓電板2較佳是由壓電陶兗製成，例如pzTj 壓電換能器）。金屬板3較佳是由可導電的彈簧-彈性材料 製成，尤其是楊氏模數接近壓電板2的材料。例如，較佳 疋使用磷青銅或42Ni。由42Ni製成的金屬板3具有與陶 瓷（例如PZT )接近的熱膨脹係數，因此提供較高的可靠 性。 10 m75ii 娱片1按照其長度方向上的兩側被固定的方式容納 外殼 '中。更明確地，外殼丨。是由絕緣材料製：二： 陶瓷或是樹脂，較佳是具有大體U形的橫截面，其呈 :二和四個㈣1。一。該外殼還具有連續切： :妒用於在側壁10b至10e的内側支撐壓電板2。例如 ，外设10係透過一體地模製耐熱性樹脂而形成，該耐執 性樹脂例如可以是LCP、SPS、ρρς十r〆 、 ^ 乂疋SPS、pps或ί辰氧樹脂，尤其是 具有軟化溫度高於回流溫度的樹脂。外部連接端子"、和 12係透過側壁10b和1〇d的外表面從支撐部分阳的上表 面至外4 10的底表面夾物模壓（insert-mold)在外殼1〇的 較短側壁l〇b #σ 1〇d中。並且，在較長側壁中的一個側壁 ⑽的上側形成凹口 10g，聲音係從凹口 10g釋出，並且在 較長側▲ 1 〇e附近的底部丄〇a形成了阻尼孔1 〇匕。 膜片1係被設置在外殼10的支撐部分10f，從而金屬 ,3係與底部10a相對。膜片1的較短側大約在其中心與 絶緣黏合劑13黏合以固定。絕緣黏合劑13較佳是包括絕 緣材料，例如環氧樹脂或者氨基甲酸乙酷。在本較佳實施 例中係使用具有彈性的_ | ,5早【生的虱基甲酸乙酯黏合劑。在塗敷 化絕緣黏合劑13後，冷獻# 土敷並固化一種導電性黏合劑14以 :設置跨過絕緣黏合劑13的上表面。因此，頂電極2a在 的一側電連接至外部端子11，金屬板3的暴露部分 3a在另一側電連接至外部端子1 2。 挪除了將膜片1的兩側固定在外殼1〇上之外，絕緣黏合 -13係在金屬板3上提供一絕緣薄膜，從而防止導電性 1237513 H j： η 黏合劑14與金屬板3的 黏合劑〗3係充當彈性:而造成的短⑬。另外，絕緣 應力是由於固化所產生的導·性:小膜片1上的應力，該 。醅你 1 黏合劑〗4收縮所造成的 &後，塗敷彈性密封劑 的调璘你此h ’例如石夕氧橡膠，以在膜片1 π週邊與外殼〗〇的側壁 門表面之間密封。 在如上所述將膜片丨固 2 1 J.V ^ ^ , 在外喊10上之後，用黏合劑 丄以盍子20將外殼1()的 10 ^ " 封閉。蓋子20也用與外殼 相似的材料製成在平面中， 敕仆、w命… δ亥材料具有低於回流溫度的 孕人化溫度。對於黏合劑21 黏合劑哎是苴# # h ρ Α δ，可以使用矽酮膠、環氧 4 Λ 任何已知的黏合劑。透過黏合蓋子2。，在 |子20與膜片丨之間提供 立 ^ 耳曰工間16，即如第2圖所 ^、，因此就製成了表面安裝壓電聲元件。 透過在端子11與 ^ . 之間轭加預定的交替信號（交流 k唬或矩形波信號），全部外邻F ^ & i y 卜邛區域都由外殼10支撐的 娱片1係彎曲振動以產生預# .0 預疋的聲音。該聲音係通過由蓋 子2 0和外殼1 〇的凹口〗〇 g 1疋的每音釋放孔而被釋放到 外部。當然，聲音釋放孔也可 曰 J以叹置在盍子2〇中，而不 疋设置在外殼1 〇的側壁上。力每 在本Μ轭例中，全部外部區 ，都由支撐部分1Gf所切的膜片i可以在其兩個相對側 面或者四個轉角處受到支揮，從而其他部分是可動的。膜 片1的諸振頻率係依據該支撐部分的形狀和面積而定。 麼電聲元件係被回流焊接在電路板±β此時，外崎10 和蓋子20係由於加熱而不同地膨騰。此種在熱膨脹上的 差異係在黏合表面上產生應力’從而在回流過程中或者在 1237513 n y h 後、’貝的下洛衝擊試驗中蓋子2 〇很可能從外殼1 〇分離。因 此，在本發明的較佳實施例中’外殼10 {由軟化溫度高 於回流溫度的樹脂製成，蓋子20是由軟化溫度低於回流 溫度=另一種樹脂製成。因此，回流造成的熱膨脹差異係 透過軟化蓋子20來進行補冑，從而減小黏合部分上的應 力。 ^ 第4Α、4Β、5Α和5Β圖顯示了在外殼1〇和蓋子2〇 之間的回流之前和之後的黏合強纟（抗張強度）的測量結 果。對於第4Α圖和第4Β目，相膠係用作黏合劑21， 對於第5Α圖和第5Β _，環氧黏合劑係用作黏合劑η。 回流溫度被設定在大約260〇C。對於第4Α圖和第5Α圖， 外叙大：為12平方毫米，高度大約為3 _，外殼的厚度 (=合寬度）大約0.5 _，黏合劑厚度大約〇 〇4 _。對 於第4Β圖和第5Β圖，外殼大約為9平方毫米，高度大約 ” _，外殼的厚度(.黏合寬度）大約〇 3 _，黏合劑 厚度大、.勺〇.〇4 _。該外殼和蓋子係由兩種類型的[π ( 類3L Α b )冑成。LCp_A的軟化溫度高於回流溫度， LCP-B的軟化溫度低於回流溫度。 LCP-A ：

軟化溫度：大約250qC至大約350〇C 楊氏模數：大約1，400 MPa 熱膨脹係數（模製流向）：大約12x1〇-6/〇c 熱膨脹係數（垂直於模製流的方向）：大約43χΐ〇

6/°C 13

軟化溫度：大約180。(：至大約240°C 揚氏模數：大約1，200 MPa

熱膨脹係數（模製流向）：大約4x 1 0_6/oC 熱膨脹係數（垂直於模製流的方向）：大約5 Ο X 1 (Γ 6/〇c 石夕_膠： 揚氏模數：大約1.0 MPa 熱膨脹係數：大約235x 1 (T6/°C 環氧黏合劑： 揚氏模數：大約3,〇〇〇 MPa 熱膨脹係數：大約57xl(T6/0C •朵頒型I係指LCP-A用於外殼和蓋子的情況（對照例） 況碩型II係指LCP-A和LCP_B分別用於外殼和蓋子的情 (本發明之較佳實施例的實例）。 如第4A圖至第5RFI&- >丄 弟β圖所不，在使用矽酮膠和環氧黏合 d的樣本中，盘田、、古二^ ，、口机則相比，回流後的黏合強度減小。在

使用矽酮膠的類型I e 題的樣本（已知類型）中，雖然外殼和 盖以：：：熱性LCP_A製成，但回流後的黏合強度非常低 古而’、’不滿足墜落碰撞試驗所需強度（10N)。另一 方面，類型Π的揭太 ^ α ^ % 〇 7 發明）係顯示回流後的黏合強度 足以滿足所需強度，在 "^ " 对熱性的ΙΧΡ-Β製成 樣本中蓋子是由具有較低 LCP-A製成。使用r —巾外殼是由具有較高耐熱性的 使用％氣黏合劑的樣本表現出了與❹㈣ 14 Ί237513 膠的樣本大致相同的結果。環氧黏合劑能夠提供更可靠的 封裝’因為環氧黏合劑在回流後能夠提供高於㈣膠的黏 合強度（大約30N至大約40N)。 較佳實施例 第6圖顯示了根據本發明之第二較佳實施例的封裝結 構。但是，容納在外殼1〇巾諸如壓電膜片的電子元件中 ，零件和端子係從帛6圖中省略。在本較佳實施例中，外 殼10在頂部轉角處具有突起1〇i ’並且蓋子2〇在轉角處 具有切割面20a，以防止蓋子2〇移位。與第一較佳實施例 相冋’本較佳實施例中的外殼1G和蓋子2()是用已知點合 劑（例如環氧黏合劑或石夕酮膠）黏合。外殼1〇的軟化π 度是高於回流溫度，蓋+ 20的軟化溫度是低於回流溫度 所述’在本發明中’在回流過程中外殼】〇和蓋子 20之間的熱膨脹差異係在黏合部分上產生應力。但是，軟 化溫度低於回流溫度的蓋子20係、減少應力，從而防止黏 合表面的分離並防止黏合強度的降低。另外，外殼1〇的 轉角處的大起1 〇丨係防止蓋子2〇在四個方向上移動。 雖然已採用較佳實施例說明了本發明，但在不脫離本 天月的fc圍和精神之下，可以在形式和細節方面進行各種 “文。雖然該外殼較佳是具有大體U形的橫截面並且在上 述實施例中採用了扁平蓋子，但是它們並不局限於上述形 、幻士封哀體可以包括大體為倒ϋ形的外殼和在外殼 、板/、中令件係固疋在外殼内並且端子電極係設 置在基板上。可選地，外殼和蓋子都可以具有大體U形橫 1237513 J勹 截面，並且它們的開放側可以相互黏合。對於外殼和蓋子 的黏合而言，❺了採用黏合劑的方法之外，還可以使用超 音波焊接、熱壓縮結合和其它結合方式。雖然在上述較佳 實施例中的外殼和蓋子較佳是由LCp製成，但其也可以使 用其它对熱性樹脂，例如sps、pps或環氧樹脂。 電子元件的零件並不限 膜片。並且，該膜片並不局 壓電板的單壓電晶片型，還 包括陶瓷層以及位於陶究層 於在上述較佳實施例中使用的 限於包括彼此黏合的金屬板和 可以使用雙壓電晶片膜片，其 間的内電極。 【圖式簡單說明] (一）圖式部分 第1圖是根據本發明之第 子元件的分解立體圖； 一較佳實施例的表面安裝電 弟2圖是第1圖所示夕蕾 一 口尸/T不之電子兀件的截面圖； 第3圖是第1圖所示之電子元件的臈片之立體圖. 第4A圖和第4B圖是採用㈣膠的樣本在回 ^後的黏合強度的圖表； 第5A圖和第5B圖是揼用擇人 ,、如 口疋刼用％虱黏合劑的樣本在回汽前 和回k後的黏合強度的圖表；以及 第6圖是根據本發明之第_ 工1 車乂佳實施例的表面安F雷 子凡件之封裝體的分解立體圖。 女忒電 (二）元件代表符號 壓電膜片 壓電板 16 1237513^ y /7 2a 頂電極 2b 後電極 3 金屬板 3 a 暴露部分 10 外殼 10a 底部 lOb-lOe 側壁 lOf 支撐部分 l〇g 凹口 lOh 阻尼子匕 101 突起 1 1、12 外部連接端子 13 絕緣黏合劑 14 導電性黏合劑 15 密封劑 16 聲音空間 20 蓋子 20a 切割面 21 黏合劑 17

Claims (1)

1237513 1Ψ Jr 拾、申請專利範圍： 1.-種表面安裝電子元件之封裝體，該封裝體將在大 約250。(：或更高的回流溫度下 、 ⑽丨干接在一電路板上，豆 包括： 〃 -具有開口的外殼，其係容納該電子^件的零件，該 外殼係具有高於該回流溫度的軟化溫度；以及 -黏合到該外殼以封閉該開口的蓋子，該蓋子係且有 低於該回流溫度的軟化溫度。 / 其中該外殼和 其中該蓋子的 2 ·根據申請專利範圍第1項之封裝體 盖子係分別包括一種液晶聚合物。 3.根射請專利範圍第！項之封裝體，^ 軟化溫度係處於大約】80。(：至大約24〇〇c的範圍内。 4 ·根據申請專利範圍第〗項 «工在、m^ 貝您封哀體，其中該外殼和 1子係透過3¾氧黏合劑相互黏合。 5 ·根據申請專利範圍第〗項之 蓋子係透過㈣膠相互黏合。.a體’其中該外殼和 6 ·根據申請專利範圍第丨 斗广 Μ <封衣體，其中該零件是 振動，該外殼係具有-對固定的端^勺父替信號而彎曲 施加於該壓電膜片，並且該外殼和蓋c父替” 具有一聲音釋放孔，聲音係透過該釋放孔被釋>出其中之一係 7 .根據申請專利範圍丨項之封裝 單壓電晶片壓電臈片。 /、中該零件是一 8 .根據申請專利範圍第】項之 i體’其中該零件是 18 1237513 ff y J1 一/包括四邊形壓電板和金屬板的M電膜片。 其中該外殼在 ，其中該蓋子 9 ·根據申請專利範圍第1項之封裝體， 其頂部轉角處具有突起。 1 0 ·根據申請專利範圍第1項之封裝體 在其轉角處具有切割面。 拾壹、圖式： 如次頁 19