TWI286370B - Lid for use in packaging an electronic device and method of manufacturing the lid - Google Patents

Description

1286370 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種封裝電子裝置用之罩蓋，特別是關 於一種蓋子形狀的罩蓋，其適於與一板狀基座聯合使用， 且其在內表面具有一銲錫層。本發明一關於製造此罩蓋的 一種方法。 【先前技術】 例如表面聲波（SAW )濾波器等的小電子元件，通常 呈該封包形式。該封包包含容納例如表面聲波裝置的一盒 狀陶瓷基座，和密封於盒狀基座頂端面的一板狀罩蓋。罩 蓋典型地由例如科伐鐵鎳鈷合金（Kovar ; —種鐵鎳鈷合 金）和合金42 ( 42鎳鐵）材料製成，其具有接近陶瓷的熱 膨脹係數。一焊接層形成於罩蓋的一側。容易被熔融銲錫 濕潤的一層金（An )或其他材料，設於基座的頂端面， 以焊接於罩蓋。在電子裝置設置於盒形基座後，罩蓋被置 於基座上，且罩蓋具有銲錫層的側面接觸著基座。然後， 該基座和罩蓋在例如回焊爐的一加熱裝置中加熱，以融化 罩蓋上的銲錫層，並藉此將罩蓋焊接於基座。 因爲基座呈具有側壁的盒狀，所以基座的側壁能與設 於基座底面上的電子裝置產生干涉。側壁對尺寸的小型化 是一種阻礙，再者，將陶瓷成型爲盒狀的模具較昂貴，且 成型操作需要很多時間。 鑑於具有盒狀基座之封包的製造容易性和經濟的問題 -5- 1286370 (2) ，最近一種由陶瓷製成的簡單平板狀基座，已用於取代封 裝例如表面聲波濾波器之小電子元件用的盒狀基座。板狀 基座較盒狀基座，在製造上較容易且較便宜。且因爲無側 壁存在，所以將例如表面聲波濾波器之小電子元件組裝於 板狀基座上，較組裝於盒狀基座上容易。 與習知盒狀基座聯合使用的板狀罩蓋，不能與板狀基 座聯合使用，所以需要發展具有凹陷內部的蓋子狀罩蓋， 供與板狀基座聯合使用。 如第六、七圖所示，具有突緣的蓋子狀罩蓋，在過去 已被提出與板狀基座聯合使用。第六圖是具有凸緣之蓋子 狀罩蓋的透視圖。第七圖是第六圖之罩蓋密封於板狀基座 以形成一電子裝置封包後的直立剖視圖。蓋子狀罩蓋1 1具 有矩形頂面1 2，和從頂面1 2向下彎曲的四側壁1 3。側壁1 3 的下端側向彎曲形成凸緣1 4。銲錫1 5黏附於具凸緣之蓋子 狀罩蓋1 1的背面。 例如表面聲波裝置的電子裝置S組設在板狀基座K 上，且經由凸部B電性連接於基座K上的電極。蓋子狀 罩蓋Η設置於基座K上，以免接觸電子元件S。且在此狀 態下，基座K和罩蓋1 1在例如回焊爐的加熱裝置內加熱 。在罩蓋1 1背面的銲錫1 5於爐內熔化，其後，當銲錫1 5冷 卻固化，銲錫密封罩蓋1 1和基座K。 當電子設備變得越小，有將使用於此電子設備內之每 一電子元件的尺寸縮小之需求。如第六、七圖所示，在密 封於包含板狀基座和具突緣的蓋子狀罩蓋之封包的一電子 -6 - 1286370 (3) 元件中，基座必須包含焊接於罩蓋凸緣的部分。基座的此 部份對於電子元件的功能絕無幫助，反而使電子元電不必 要地變大，且有違電子設備小型化。 因此，無凸緣的蓋子狀罩蓋與板狀基座聯合使用已被 提出。第八圖是此不具凸緣之蓋子狀罩蓋1 6的透視圖。第 九圖是第八圖之罩蓋1 6焊接於組裝有電子裝置S之板狀基 座K後的直立剖視圖。在該等圖中，第六圖和第七圖中 相同的部分，附以相同的參考號或字母，所以該等部分的 說明將省略。因爲第八和九圖的罩蓋1 6小於第六和七圖的 罩蓋1 1，且不具凸緣，所以難以在罩蓋1 6和基座K間形 成完全的密封。亦即當第八、九圖的罩蓋1 6設置於基座K ，且兩者在回焊爐內加熱時，因爲銲錫未存在罩蓋1 3之側 壁1 3接觸基座K的區域，銲錫未穿透側壁1 3和基座K間 ，所以罩蓋1 6和基座K間未完全密封。 【發明內容】 本發明提供適合與一電子裝置封包的板狀基座聯合使 用的一種罩蓋，該罩蓋的尺寸可最小化，且罩蓋能可靠地 密封於板狀基座。 本發明亦提供製造該罩蓋的的一種方法。 本發明更提供使用該罩蓋的一種封裝電子裝置。 本發明人發現蓋子狀罩蓋，能藉由罩蓋所提供的唇緣 接觸基座，且至少於唇緣接觸基座的部分預先施以銲錫， 而可靠地焊接於板狀基座。該唇緣從罩蓋的壁構造向外突 -7- 1286370 (4) 出只1 〇至5 0 0微米，但卻能提供使罩蓋焊接於基座並可靠 地形成氣密密封的足夠區域。 因此，本發明提供一種蓋子狀罩蓋，供與一大致平坦 的基座聯合使用，以密封一電子裝置。該罩蓋包含：一 頂部；一壁構造，環繞該頂部的全部周圍延伸，且具有一 下端和連接於該頂部的一上端；一唇緣，連接於該壁構造 的該下端，且圍繞該壁構造的全部周圍，並從該壁構造的 外表面向外延伸10至5 00微米；及銲錫，施於該罩蓋內表 面之該蓋子狀唇緣的至少一部份上。 罩蓋能由抽引一金屬帶輕易製成。該金屬帶具有施於 其一表面的銲錫的，並被抽引形成一凹穴狀。該凹穴狀具 有一頂部、從該頂部延伸的一壁構造、及從該壁構造之下 端延伸的一凸緣。執行抽引使得施有銲錫的表面是在凹穴 狀的內側。然後，以例如沖壓切斷凸緣，以形成一唇緣， 該唇緣從壁構造外表面起至唇緣外端爲10至500微米。 藉由加熱罩蓋和基座，以熔化罩蓋內表面知銲錫，該 罩蓋可焊接於大致平坦或平板狀基座，以密封組裝在該基 座上的一電子裝置。 【實施方式】 第一及二圖顯示本發明供與一板狀基座K連用之一 罩蓋1的一實施例。如該等圖所示，罩蓋1爲一蓋子狀構件 ’且具有一頂部2、一壁構造、及一唇緣4。該壁構造係從 頂部2向下延伸的，並包括圍繞頂部2全周圍之一個以上的 (5) 1286370 側壁3。該唇緣4成形於弊構造的下端，並圍繞壁構的全周 圍延伸。銲錫5施於蓋子狀罩蓋1的內表面。 罩蓋1之頂部2的形狀可依罩蓋1所欲覆蓋之電子裝置 的形狀而選擇。在許多情況，頂部2將呈例如矩形或正方 形的多邊形，但亦可爲圓形或其他非多邊形。壁構造的側 壁數目依罩蓋1頂部2的形狀而定，例如，若頂部2爲矩形 ，則壁構造將具有四個側壁3。側壁3最好大致垂直於上述 頂表面而延伸，但亦可稍微傾斜。 罩蓋1之頂部2的尺寸不限制，但最好是非常小。典型 地，頂部2的最長尺寸約1公分（cm)，亦可小如5公釐（mm) 或更小。 當從俯視方向觀察，供罩蓋1組裝於其上的板狀基座 K，通常具有與罩蓋1相同的形狀。基座K通常是如圖所 示的平板，但在某些情況亦可稍微改變。 罩蓋1可由用於製造包裝電子裝置之蓋子狀罩蓋的習 知、材料所製成，做好是由可抽引成形的金屬材料所製成。 因爲基座K經常由陶瓷製成，所以罩蓋1最好由具有類似 於陶瓷之熱膨脹係數的金屬材料製成，適合的材料例如科 伐鐵鎳銘合金（Kovar)和合金42。 唇緣4可由任何所欲的方法製成，但特別好的方法是 抽引一金屬片或帶，以成形頂部2、側壁3、和從側壁3向 外延伸的一凸緣，然後在具側壁3外表面10至500微米（// m)的距離處，切斷該凸緣。由於抽引的本質，所以當切斷 抽引成形的凸緣而成形唇緣4時，不論抽引時在側壁3和凸 -9- 1286370 (6) 緣間形成平順的連續（曲率半徑較大）’或形成直角（曲率 半徑較小），從剖面微觀，唇緣4經常會相對於側壁3彎曲 〇 如第三圖所示，其爲第一圖之罩蓋1一部分的直立剖 面放大圖，唇緣4從側壁3的外表面向外突出之適當距離τ 爲10至5 00微米U m)。 距離T定義爲具有銲錫5之唇緣4的內（下）表面之外端 (尖端），和側壁3之大致外表面的延伸（即在直立剖面圖是 直的側壁部分之外表面）間的最短距離。最短距離是沿垂 直於側壁3之大致外表面的垂直線而測量，特別是當如第 十圖所示壁構造並非直立時。 若唇緣4向外突出少於10微米（// m)，則當罩蓋1設於 板狀基座K上並焊接於基座K時，唇緣4和基座K間的 接觸面積變得太小，所以唇緣4和基座K間的連結強度太 弱。此外，若焊接處內存有空隙，氣體可通過空隙，則氣 密性不佳。另一方面，若唇緣外突超過5 00微米（// m)， 則供設置罩蓋1的唇緣4變得不必要地過大，此與電子元件 小型化的目標背道而馳。 銲錫5至少施於唇緣4部分上的罩蓋1內表面，爲了更 增加罩蓋1和基座K間焊接處的強度和氣密性，最好銲錫 5施於罩蓋1的全部內表面。當罩蓋1設於板狀基座K上且 兩者皆加熱後，若銲錫5施於罩蓋1的全部內表面，則唇緣 4和基座K間的銲錫5被熔化，且施於頂部2和側壁3內表 面的銲錫同時被熔化。此時唇緣4和基座K間的熔融銲錫 -10 - 1286370 (7) 拉下頂部2和側壁3處的熔融銲錫，使大量的熔融銲錫5堆 積在唇緣4附近，以創造罩蓋1和基座K間大區域的連接 點，結果，銲錫連接點的強度和氣密性皆增加。 當本發明的罩蓋1設置於基座K上，施於唇緣4的銲 錫5最好連續第圍繞罩蓋1的全周圍接觸基座K。若銲錫5 在罩蓋1周圍的任一處未接觸基座K，則罩蓋1不能可靠地 焊接於基座K未發生接觸的該處，且在該處可能發生洩 漏。 本發明用於罩蓋上的銲錫5並不現任何特殊成分，但 最好具有較通常用於將封包連接於電路板之銲錫更高熔點 的高溫銲錫，以當焊接包含罩蓋1和基座K的封包於電路 板時，連接罩蓋1於基座K的銲錫不會被熔化。一種合適 的高溫銲錫例子，如富含鉛的鉛錫銀鉍銦銲錫。 製造本發明罩蓋的一種例示方法，包含在一金屬帶上 執行抽引以界定一頂部2、包含一個以上側壁3的一壁構造 、及從側壁3延伸的一凸緣，和然後在一預定位置以衝壓 切斷該凸緣以界定唇緣4。其中，該金屬帶具有預先施於 其一側面全表面的銲錫5。爲了防止側壁3和凸緣間彎曲部 內產生裂縫，最好以不同深度的連續模執行一連串的抽引 步驟，而非以單一的抽引步驟。 可想像地，以上述相同的方式，在一不具銲錫的金屬 帶成形罩蓋，然後施銲錫於罩蓋內表面中至少使用熔融銲 錫的部分。但當罩蓋非常小時，例如最大尺寸爲公釐 (mm)級時，此種技術並不合適。 -11 - 1286370 (8) 密封在本發明罩蓋和板狀基座所製成的封包內之電子 裝置’並不限任何特殊形式，但通常是非常小的裝置，例 如做爲表面聲波濾波器（SAW )的表面聲波裝置。依電子 裝置構造之不同，電子裝置可以任何合適的技術組裝在板 狀基座上。 例如第二圖所示，電子裝置可經由凸部B電性連接於 基座K頂面上的電極。基座K的頂面上最好使用容易被 熔融銲錫濕潤的金屬，其以例如金屬化的方法連接於罩蓋 1。在罩蓋1置於基座K和電子裝置S上，且罩蓋的焊接 部對齊基座K的焊接部後，他們一起在回焊爐內加熱， 以熔化施於施於罩蓋內表面的銲錫，並藉此將罩蓋1焊固 於基座K上。此時，在罩蓋1之頂部2和側壁3內表面的銲 錫5，被唇緣4和基座K間的熔融銲錫向下拉。所以如第 四圖所示，大量的銲錫5在唇緣4附近堆積並形成一焊接點 〇 第5 A-5 C圖是直立剖面示意圖，顯示本發明成型罩蓋 1之例示方法的步驟。 如第5A圖所示，首先準備由例如科伐鐵鎳鈷合金（ Kovar)的適當材料所製成之金屬帶6和具有一層銲錫5施 於其一側。銲錫5可以各種不同的方法施於金屬帶6，包括 被覆加工法和熔融銲錫法。被覆加工法係將金屬帶6和一 帶狀銲錫5 —起通過輥輪而機械地結合在一起。熔融銲錫 法是使金屬帶的一側與熔融銲錫接觸’以使其表面黏附一 層銲錫。此兩種方法中以熔融銲錫法較佳，因爲被覆加工 -12- 1286370 Ο) 法會造成帶子6的加工硬化，其使後續的抽引操作更困難 〇 然後，如第5 B圖所示，具有一層銲錫5施於其一側的 金屬帶6，於沖床中實施抽引以形成一凹穴狀。沖床包含 與罩蓋1內側相同形狀的一公模7，和與罩蓋1外側相同形 狀的一母模8。金屬帶6施有銲錫5的表面被公模7沖壓，抽 引操作將金屬帶6成型爲凹穴狀。該凹穴具有頂部2、從頂 部2直立延伸的側壁3、及從側避3沿母模8的頂面側向（水 平地）延伸之凸緣1 4。第5 B圖顯示單一組公母模，但如 前所述，抽引最好以連續模執行複數步驟。該連續模的複 數母模8 —抽引順序逐漸變深，以獲得較精確的尺寸，並 防止在金屬帶6彎曲以界定凸緣的區域內破裂。 在第5 B圖的抽引操作成型凹穴狀後，以沖床沖掉金 屬帶6以形成罩蓋1。如第5 C圖所示，其顯示沖斷操作， 沖床具有一沖頭9和一切邊模1 0，其具有足夠的尺寸可切 斷側壁3和凸緣1 4間彎曲部，且界定唇緣4從側避3的外表 面延伸10至500微米（//m)。可同時從金屬帶製造多個罩蓋 [實施例] 爲展示本發明罩蓋的效率，以熔融銲錫法將富含鉛的 高溫銲錫施於厚度100微米（M m)的科伐鐵鎳鈷合金（ Kovar)金屬帶之—側，以形成厚度2〇微米（//m)的片狀銲 錫層，然後將該具片狀銲錫的金屬帶，以第5B圖所示的 -13- 1286370 (10) 方式用連續模抽引，而形成凹穴狀。每一凹穴具有2.4 χ 1 · 9公釐（m m )的矩形頂部，和0 · 4公釐（m m )的深度。 銲錫位於凹穴的內部。然後以沖床用第5 C圖所示的方式 沖掉金屬帶，以獲得位於罩蓋側壁下端且從側壁外表面突 出100微米（// m)的唇緣。 將所得的一罩蓋’設置於具有與罩蓋相同外部輪廓且 沿其頂面周圍具有寬100微米（// m)微米（从m)金（au ) 層的板狀基座上。該罩蓋和基座被加熱以執行焊接。焊接 後的罩蓋和基座進行從-45 °C至+125 t的熱循環試驗，再 1000個熱循環內沒有拽漏。 爲了比較，如第8圖所示不具唇緣或凸緣之形狀的蓋 子狀罩蓋，以第9圖所示之方式焊接於板狀基座。此焊接 後的罩蓋和基座，在與本發明前述實施例相同的條件下， 進行熱循環試驗。在此情況，4 0循環後就產生洩漏。 如上所述，本發明的罩蓋具有一小唇緣，該罩蓋焊接 於板狀基座，所以基座在尺寸方面能接近組裝於其上的電 子裝置，此非常有助於縮小電子元件的尺寸。雖然唇緣的 尺寸極小，但可獲得具有良好強度、氣密性、及可靠度的 連接。 【圖式簡單說明】 第一圖是本發明罩蓋實施例的透視圖； 第二圖是包含第一圖罩蓋及焊接於罩蓋之板狀基座的 電子裝置封包之直立剖視圖； •14- 1286370 (11) 第三圖是第一圖罩蓋的一部分之放大直立剖視圖； 第四圖是第二圖封包的一部分之放大直立剖視圖； 第五A、五B、及五C圖是本發明之方法以一金屬帶 成型罩蓋之一種型式的直立剖面示意圖； 第六圖是具有凸緣之習知罩蓋的透視圖； 第七圖是第六圖之罩蓋焊接於板狀基座以形成電子裝 置封包的直立剖視圖； 第八圖是不具凸緣之習知罩蓋的透視圖； 第九圖是第八圖之罩蓋焊接於板狀基座以形成電子裝 置封包的直立剖視圖；及 第十圖是本發明另一種型式罩蓋之一部份的放大直立 剖示圖。 [圖號說明] 1 罩蓋 2 頂部 3 側壁 4 唇緣 5 靜錫 6 金屬帶 7 公模 8 母模 9 沖頭 10 切邊模 •15- 1286370 (12)

11 蓋子狀罩蓋 12 頂面 13 側壁 14 凸緣 15 婷錫 16 罩蓋 S 電子裝置 K 基座 B 凸部 T 適當距離

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Claims (1)

1286370 (1) 拾、申請專利範圍 1 · 一種蓋子狀罩蓋，供與一大致平坦的基座聯合使用 ，以密封一電子裝置，該罩蓋包含： 一頂部； 一壁構造，環繞該頂部的全部周圍延伸，且具有一下 端和連接於該頂部的一上端； 一唇緣，連接於該壁構造的該下端，且圍繞該壁構造 的全部周圍，並從該壁構造的外表面向外延伸10至500微 米；及 銲錫，施於該罩蓋內表面之該蓋子狀唇緣的至少一部 份上。 2 ·如申請專利範圍第1項所述蓋子狀罩蓋，其中該唇 緣相對於該壁構造成彎曲。 3 ·如申請專利範圍第1項所述蓋子狀罩蓋，其中該罩 蓋的頂面是多邊形。 4 ·如申請專利範圍第1項所述蓋子狀罩蓋，其中該壁 構造從該頂面大致垂直延伸。 5 ·如申請專利範圍第1項所述蓋子狀罩蓋，其中該銲 錫設於該罩蓋的全部內表面。 6.—種封裝電子元件，包含： 一大致平坦的基座； 一電子裝置，組裝於該基座的一頂面上； 如申請專利範圍第1項的一蓋子狀罩蓋，其覆蓋該電 子裝置，並焊接於該基座的該頂面。 -17· 1286370 (2) 7.—種製造一蓋子狀罩蓋的方法，該罩蓋供用於一電 子裝置的封包，該方法包含： 對於其一第一側具有銲錫的一金屬片實施抽引，以成 型一凹穴狀，該凹穴狀具有一頂部、從該頂部環繞其全周 圍延伸的一壁構造、及從該壁構造具有該金屬帶之第一側 且在該凹穴狀的內部向外延伸的一凸緣；及 切斷該凸緣，以界定環繞該凹穴狀的一全周圍延伸， 且從該壁構造的外側延伸1〇至5 00微米的一唇緣。 8 .如申請專利範圍第7項所述製造一蓋子狀罩蓋的方 法，包含以一沖頭切斷該凸緣。 9.如申請專利範圍第7項所述製造一蓋子狀罩蓋的方 法，包含在相對於該壁構造彎曲的部份切斷該凸緣。 1 〇. —種以申請專利範圍第7項之方法製造的蓋子狀 罩蓋，該罩蓋供與一大致平坦的基座聯合使用，以始#寸一 電子裝置。 -18-