专利名称：电子元件的外壳的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子元件(以下有时简称为元件)的一种气密密封外壳，其中所提供的方便密封方法与以前的方法相比可以在比较缓和的条件下来进行。本发明的外壳可以应用于很多种元件的封装。
背景技术：
电子元件包括许多种，而其中的大部分对其所处的环境没有抵抗能力。也即，如果暴露在空气中，一个元件就会由于在空气中的湿气、氧气或其他腐蚀性物质而被劣化而使其功能降低。
这些器件的实例包括IC、LSI、晶体管、二极管、压电器件、振荡器、电容器和电阻器。
如果不采用一些针对环境的保护措施的话，这些元件就不能保持长期稳定地使用。保护方法的原理就是阻止这些元件直接暴露于大气之中，包括多种方法，从简单的涂布一直到完全气密密封的封装，方法的选择是根据元件的种类，保护的目的或者所期望的保护程度来进行的。
在这些保护方法中被称之为“外壳”的是重要的。而“外壳”通常覆盖一个相当宽的概念，本发明所用的“外壳”这个词的意义是一个中空的容器，包括一个容纳元件的本体，一个盖住该本体的盖子或罩子，而本体和该盖子或罩子之间是气密密封的。
在上面提及的外壳具有一个密封部，该密封部使本体与盖子或罩子相互粘合在一起。这部分对整个外壳的气密性有着很大的影响。
在广义上，一种广泛用于将本体与盖子或罩子进行气密密封的方法即为“粘合”。而“粘合”这个术语在广义上不仅仅包括用粘合剂来粘合，而且还包括焊接和融合。
当密封面由金属构成时，它们就得采用焊接或银钎焊。当密封面由陶瓷或玻璃构成时，就得采用玻璃质的粘合剂来一起融合。树脂粘合剂有可能应用于更广泛种类材质的粘合。
然而，前面两种提到的方法要求加热到一个很高的温度而可能损坏元件。因此，这些方法不适合于在高温下容易劣化的那些元件。另外，这些方法的密封成本高。
用树脂粘合剂来粘合是一种好办法，它的密封温度低、密封成本也低。但是它具有气密保持性差的缺点，尤其是防止湿气渗透的能力差。因此，在那些要求具有长期可靠性的外壳中，树脂粘合剂未被广泛应用。发明的公开本发明的一个目的是消除在外壳密封中与使用树脂粘合有关的缺陷，并提供一个能被广泛应用的树脂密封外壳。
在本发明中，使用金属箔作为电子元件外壳的盖体，与树脂粘合剂一起提供足够的气密密封，从而达成上述目的。
本发明的发明人首先采用不透湿性来评价常规树脂密封外壳的气密性。由于外壳内部的湿度变化难以测量，采用一个随湿度变化其特性显著退化的石英振荡器，在压力锅中进行人工加速条件下的测试。
该人工加速测试按下述进行。将预先测定了振荡频率的石英振荡器密封在一个外壳中。密封前后测定其频率，其差值即为初始差。该密封试验件被保存在高压锅中(121℃、2atm的饱和蒸气下)，经过一段适当的时间之后取出并测量其振荡频率，从而获得过了这段时间后频率的变化。该测试持续的时间最长为48小时。
使用的是如图3所示的96％铝制外壳，这种外壳是现有技术中被广泛使用的。这种类型的外壳通常用低熔点的玻璃粘合剂密封。
将一个石英振荡器按常规方式置于外壳中，并用低熔点玻璃密封。其密封处的最高温度为430℃。就这样，准备了10个试验件，在测定了其由于密封而引起的频率初始差之后，对它们进行高压锅试验。
在高压锅试验中，其频率显示出减小的倾向。10个试验件48小时后的减小量最高为5ppm、最小为1ppm，平均值为3.5ppm。
由于其在高压锅中48小时试验中的频率变化在15ppm之内，故该外壳在一般用途的使用中被认为是没有问题的，该常规的玻璃密封的陶瓷外壳足以经受得住其实际的使用。
然而，这些试验件经受了相当大的初始差，即，由于密封的高温引起了频率增大，其最大增大值达50ppm。因此，这些试验件中的一些没能越过频率容许偏差目标值，而降低了生产率。
然后，这些相同的外壳用聚砜作为耐热热塑性粘合剂，或用环氧树脂作为热固性粘合剂分别在310℃和190℃的密封温度下密封。
为上述两种情况，各制备了10个试验件。由于密封所引起的最大频率初始差在聚砜密封的情况下是18ppm，在环氧树脂密封的情况下是5ppm。因此，其由于密封所引起的频率初始差远小于玻璃密封，表明就频率容许偏差目标值而言生产率得到了提高。
对这些试验件进行高压锅试验。其24小时试验的频率差，在聚砜密封的情况下超过50ppm，在环氧密封的情况下为30ppm。因此，在实际使用中，这些树脂密封的外壳不具有足够的抗湿性。
将常规的玻璃密封与树脂密封相比，树脂密封由于较低的密封温度，其密封引起的频率初始差较小，而玻璃密封在不透湿性方面是非常优越的。
上述结果显示树脂粘合剂缺乏不透湿性。因此，降低树脂粘合剂的不透湿性可能是实现树脂密封的一个解决办法，但在不损害其粘合特性、耐热性、机械强度等等的前提下降低树脂粘合剂的透湿性决不是一件容易的事情。
另一种提高外壳不透湿性的解决方法是使湿气的通路尽可能小。在外部条件相同的情况下，透湿率是由湿气通路的长度和截面积来决定的。湿气通路的长度相应于密封面的宽度，它几乎自然而然地是由外壳所选择的形状或尺寸所决定的。
然而，该通道的截面积，即粘合层的厚度受密封面平面度的影响很大。由于常规使用的密封方法获得了实际上很好的防透湿性，提供完全密封的密封面的平面度已是足够了的而并没有很严格的要求。这表明，常规外壳的密封面并不总是紧密接触的，常常在其间有间隙存在。这样的间隙使得在用树脂粘合剂密封的情况下使相当量的湿气透过。
例如，在上述试验中使用的铝制外壳的生产包括一个烧结步骤，在该步骤中对外壳进行整体收缩。即使外壳整体显示并无变形，收缩也决不可能在显微水平上均匀发生，而使外壳因显微凹凸，翘曲或产生波纹而受到损坏，导致与密封面的接触不良。
甚至在用树脂粘合剂密封的情况下，也希望提高密封面的平面度，即紧密接触程度来提高不透湿性。然而，为了提高上述铝制外壳密封面的平面度，就必须进行抛光。铝可能被作为典型的超硬的坚固材料来述及，对铝的抛光需承担高额费用，且不能用于以节省开支为目的树脂密封。此外，依外壳的形状而定，抛光本身有时是困难的。
因此，本发明的发明人对其他提高密封面紧密接触的方法进行了深入研究，结果发现，包括在其中容纳电子元件的本体和一个盖住本体的盖体(如盖子或罩子)的用于电子元件气密密封的外壳足够的气密性可以通过使用金属箔作为外壳的盖体，并用树脂粘合剂将盖体与本体密封而得以保证。本发明通过这一发现得以实现。
在本发明中，金属箔作为外壳的盖体来使用。这里所用的术语“金属箔”是指具有一些延展性(即可变形性)的金属箔。
当包含金属箔的盖体用树脂粘合剂于本体粘合时，向其上施加适量的压力，使得该金属箔经受变形以符合本体密封面的凹凸，翘曲或波纹，由此，密封面内的间隙变小从而提高了不透湿性。本发明由此提供一种高气密外壳，该外壳采用树脂粘合剂且适合于实际使用。附图的简要说明通过参考附图，对本发明进行更详细的说明，附图中
图1是本发明外壳的截面图；图2是由海绵状橡胶制成的压力垫片的示意图；图3是由96％铝制成的常规外壳的立体图；以及图4是图3的外壳中沿A-A’的剖面图。本发明的最佳实施方式下面将描述实施本发明的特殊实施方案，但不应以此来限制本发明，本发明包括在本发明范围内的任何改动和改化。
如前所述，这里所用的术语“外壳”是指一中空容器，它包括一个容纳元件的本体和一个盖住该本体开口的盖体，在元件置于本体内之后，本体与盖体粘合在一起气密密封。该元件应保持与本体电不连接。因此，本体优选包含一绝缘材料。当本体包含一导电材料(例如金属)时，该元件应以不与本体电连接的方式安置。
用于连接元件与外界的引线设置在本体上。
考虑到对本体的上述要求，本体优选包含陶瓷，玻璃或塑料。属于这些材料的，陶瓷的氧化物，如矾土、冻石、镁橄榄石、麻来石和堇青石因其成本和优越的可加工性、绝缘性能和耐热性而优选使用。
任何能形成箔、具有一些延展性(即，变形性)的金属材料能用作金属箔的材料。不仅可以使用单一金属、而且可以使用合金。这些金属的实例包括，单一金属，例如，铜、铁、铝、锌、锡、金和银；合金，例如，铜合金，铝合金，不锈钢和柯伐(Kovar)。非限制性的是，金属箔优选具有0.005至0.3mm的厚度，因为超过0.3mm厚的金属箔在粘合时倾向于所具有的延展性不足，而比0.005mm薄的金属箔倾向于所具有的强度不够。更优选的厚度是0.005至0.15mm，特别是0.01至0.1mm。
一些金属箔经长时间使用后会被空气中的水或氧气腐蚀。这样的缺陷能通过对箔进行表面保护处理而加以消除，如电镀、涂敷或氧化。为了提高粘合度，至少将金属箔欲粘合到本体的那个表面粗糙化是有利的。
在这些金属箔中，那些易于得到且不那么贵，并在长时间内显示出稳定质量的金属箔主要包括不锈钢箔，它优选使用于本发明中。
金属箔所需的延展性程度应该是这样的，金属箔可沿本体密封面的非平面性发生一定程度的变形，尽管依本体密封面的平面度和盖体尺寸而有所不同。优选至少将粘合到本体上的金属箔表面粗糙化以增加其紧密接触。表面粗糙化的方法不特别限制，任何已知的常规方法均可使用。
所使用的树脂粘合剂(当然是作为一种材料)从那些具有高抗湿性的材料中加以选择。由于外壳常置于例如印刷线路板上，并用融熔焊料固定，故该树脂组合物应当具有足够的耐热性，至少在一短时间内承受融熔焊料的温度(约250℃至280℃)。
满足这些要求的树脂粘合剂包括聚砜，聚醚砜和苯氧树脂，作为耐热性的热塑性树脂。
这些树脂粘合剂在使用时可溶解于有机溶剂中。在进行树脂粘合剂粘合时，将树脂粘合剂的溶液涂布在要密封的区域上，当溶剂挥发至一定程度后(此时其粘合性还未损失)，将本体和盖体互相粘合在一起，进而再完全挥发去溶剂。也可以是，当溶液涂布后，一旦溶剂挥发完全，即将本体的密封面与盖体接触在一起，再加热至树脂粘合剂的软化点。
在溶剂蒸气可能损坏外壳的重要部分的可能性存在的情况下，应按照后一方法进行。
可适合用于本发明的热固性树脂粘合剂包括环氧树脂粘合剂。该环氧树脂粘合剂具有对不同的材料(包括金属)的高粘合性，并显示出令人满意的耐湿性。它们因为其热固性而具有高耐热性。另外，市场上提供的各种环氧树脂粘合剂提供了很宽的选择范围。
因此，环氧树脂粘合剂是最适于本发明用途的粘合剂之一。
如果需要，该树脂粘合剂可合有添加剂和填料。特别是，添加对湿气惰性的无机物，如玻璃、二氧化钛、矾土或硅石的细颗粒，对于提高粘合面的不透湿性是有利的。
密封可按常规的方式进行。即，将树脂粘合剂涂布在本体和盖体中的某一个或两者都涂。通过网板印刷方式的涂布是优选的；因为树脂粘合剂可以相对均匀的厚度涂布于必需的部位。其他方法，如辊涂和刷涂也可以使用。
此后，当粘合层处于能够粘合的状态时，将本体和盖体的密封面互相接触在一起，并将盖体压向本体。“压”这个动作在本发明中是重要的。通过这个压的动作，大多数树脂粘合剂从密封面中压了出来而变成较薄一些，而且，在将树脂粘合剂压出密封面而形成薄粘合层的同时，金属箔改变了其形状而与本体密封面的凹凸、翘曲或波纹相一致。
因此，压可以按此方式进行，即金属箔可能变形而与密封面表面的平面度相一致。它可以用稍微柔软一些的材料通过在金属箔的密封面上方均匀施压得以实现。
这种材料的典型实例是具有橡胶弹性的那些，例如，橡校板、橡胶辊、海棉板或海棉辊。特别是，优选使用切除了中间部分的橡胶板或海绵板，而使得该板只作用于密封面，从而避免盖体的不必要变形。
通过固化树脂粘合剂、同时又保证金属箔和本体之间尽可能小的厚度而使得外壳的不透湿性得以显著提高。
尽管并不总是必要的，为确保对元件的保护，上述粘合步骤在惰性气氛(例如在干燥空气或干燥氮气)中进行是有利的。
如上所述，本发明使得树脂粘合剂的应用成为可能(而迄今树脂粘合剂对外壳所具有的不透湿性不够)，并具有很高的实用价值。可以密封在该外壳中的电子元件包括半导体元件，例如，IC，LSI，晶体管，以及二极管；压电元件，例如，振荡器，包括石英和陶瓷的滤波器；电容器；以及电阻器。压电元件，特别是石英振荡器，是优选密封于该外壳中的，因为压电元件对所吸附的分子(特别是水分子)的影响敏感，并需要足够的气密性和不透湿性，因而，本发明应于用这些元件是有利的。本发明特别适用于石英振荡器，因为它们会由于吸附分子(例如吸附气体和吸附水)而易于发生频率变化，而需要足够的气密性和不透湿性。进而，由于本发明采用树脂粘合剂密封，它包含的热应力较小，故而导致电子元件的初始特征改变较小，降低了包封的成本，故而本发明十分有利于实际应用。
以下参考实施例对本发明进行说明，但不应以此限制本发明，本发明包括在本发明范围内的任何改动和变化。实施例1用如图1所示的外壳作为石英振荡器的外壳。在图1中，参考数1代表陶瓷外壳本体；8代表0.05mm厚的不锈钢箔；3代表本体1和不锈钢箔8之间的密封面。引线4设置在本体上。石英振荡器5用导电粘合剂7与金属管座6固定。
外壳本体1和不锈钢箔8用树脂粘合剂粘合在一起。在粘合不锈钢箔8时，通过如图2所示的压力垫片向密封面3施加足够的压力，其中，压力垫片是由具有高孔隙率的高弹性海绵状橡胶制成的。
在使用聚砜作为树脂粘合剂的情况下，密封时外壳被加热至310℃。10个试验件由于这样的加热所引起的石英振荡器的振荡频率的初始差最大为20ppm，最小为8ppm，平均为13ppm。
对该10个试验件进行高压锅试验。48小时试验之后，最大和最小频率差值分别为12ppm和7ppm，平均值为10ppm。
在使用环氧树脂作为树脂粘合剂的情况下，密封时外壳被加热至190℃。10个试验件由于这样的加热引起的石英振荡器的振荡频率的初始差最大为5ppm，最小为3ppm，平均为4ppm。
对该10个试验件进行高压锅试验。48小时试验之后，最大和最小频率差分别为13ppm和4ppm，平均为7ppm。实施例2如图1的横截面所示，金属线座6与陶瓷外壳的本体1固定，石英振荡器5用导电粘合剂7与金属线座固定。0.2mm厚、经阳极氧化处理的铝箔被用作金属箔8。将环氧树脂涂布于密封面3上，并通过加热至190℃将铝箔8和陶瓷外壳本体1密封在一起，借助由海绵状橡胶制成的压力垫片施压来制备密封了石英振荡器的试验件。
作为对10个试验件的48小时压力锅试验的结果，试验前后频率差的平均值为11ppm。实施例3按实施例2相同的方式制备试验件，不同之处在于用0.1mm厚的柯伐箔作为盖体。
作为对10个试验件的48小时压力锅试验的结果，试验前后频率差的平均值为9ppm。实施例4按实施例2相同的方式制备试验件，不同之处在于用0.05mm厚不锈钢箔作为盖体，该不锈钢箔欲粘合的一侧用铝粉(#150)进行表面粗糙化处理。
作为对10个试验件的48小时压力锅试验的结果，试验前后频率差的平均值为3ppm。对比例1按实施例1的相同方式制备试验件，不同之处在于用图3和4显示的由陶瓷制成的盖体2代替图1外壳的不锈钢箔8。用与实施例1相同的树脂粘合剂。就图3和4而言，与图1中的相同点的细节不再特别描述，有关图1的解释也可近似地应用于此。在图3和4中，与图1相同的部件给予相同的参考数。
具有上述结构的树脂密封外壳在上述的高压锅试验中没有显示出令人满意的不透湿性。也就是，24小时压力锅试验后的频率差，当使用聚砜作为树脂粘合剂时超过50ppm，既使在使用环氧树脂时，其差值仍超过30ppm。该外壳不能满足48小时试验中15ppm(实际生产或使用可接受的上限)的要求。
实施例1至4的试验件48小时高压锅试验前后的频率差为15ppm或更小，故而被认为在长时间内的使用是可靠的。因此，在根据本发明的外壳中，其中容纳的元件得到了充分的保护。
由于密封温度低，密封时元件的损坏可被降低至最小程度，这是本发明外壳的另一个优点。
虽然本发明是参考优选实施方案加以描述的，但这些实施方案只是被用来更好地理解本发明，不偏离本发明范围的改变或改进是可以作出的。工业应用性根据本发明，由于金属箔与外壳本体用树脂粘合剂密封起来，所以其生产方法不包括可能损坏电子元件的高温步骤。该外壳提供一种被密封于其中并能保护其抵御环境并具有高可靠性的电子元件。该外壳由于其金属箔与本体的树脂密封可用简单的方法完成故而也是有利于环境的。本发明的外壳因而具有非常高的实用价值。
权利要求
1.一种用于电子元件的气密密封外壳，包括其中容纳电子元件的本体，和一个盖住本体的盖体，其特征在于该外壳的盖体包括一金属箔，且该盖体与本体用树脂粘合剂密封在一起。
2.如权利要求1的外壳，其中所述的金属箔具有从0.005mm至0.3mm的厚度。
3.如权利要求1的外壳，其中所述的金属箔包括不锈钢。
4.如权利要求1的外壳，其中至少金属箔欲与本体粘合的表面被粗糙化了。
5.如权利要求1的外壳，其中所述的树脂粘合剂是环氧树脂粘合剂。
6.如权利要求1的外壳，其中所述的电子元件是一压电元件。
全文摘要
用于气密容置电子元件的外壳具有一金属箔制的盖子，盖子与本体之间的间隙用树脂粘合剂密封。
文档编号H01G4/224GK1122167SQ9519004
公开日1996年5月8日 申请日期1995年1月19日 优先权日1994年1月21日
发明者河浦茂裕 申请人:日本电石工业株式会社