全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器及其制造方法
【专利摘要】本发明是一种全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器及其制造方法，所述的振荡器包括有集成电路、基座，所述基座为PCB基座，所述谐振器为其基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器,同时该谐振器也起到振荡器的外盖作用。本发明通过用全陶瓷封装谐振器作为振荡器的外盖，能够有效地利用现有的振荡器的生产，避免了高成本设备及控制工艺的应用，提供了构造简单、低成本、有效耐用的表面贴装石英晶体振荡器。
【专利说明】全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石英晶体振荡器及其制造方法。具体来讲，本发明是关于全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]石英晶体振荡器由于其频率的准确性及稳定性的特点，在现代电子行业如通讯、电脑、娱乐设备及其它我们所涉及的领域是不可缺少的一部分。到目前为止，石英晶体振荡器通常是由压电石英晶体谐振器再加上相应的振荡电路，和一个可被用某种方法密封的封装物所组成，直流电压可通过密封封装的引线作用在石英晶体振荡器上产生振荡。
[0003]通常情况下，表面贴装石英晶体振荡器由一个压电石英晶体谐振器、相应的振荡电路、陶瓷基座和金属外盖组成。为了达成全密封的工作环境，这类陶瓷基座和金属外盖的压焊封装过程需要用到特别的设备，而这类特别的封装设备主要由日本的设备厂商控制，而且特殊的设备要求也增加了此类振荡器的生产成本。
[0004]层叠式结构的陶瓷基座是在综合应用了金属过火沉积技术、金属混合技术以及陶瓷金属封合技术制造而成。此类陶瓷基座需要高技术以及特制的高温高强度设备进行生产，相对生产成本比较高，并且一直以来在供应方面都比较缺货。严格来讲，目前这类基座在全球范围内被三家日本公司垄断控制，增加了物料供应的风险。通常振荡器的输出频率的精度由所用的谐振器的精度来决定，而这类谐振器的精度在封盖前需要进行一次或者多次精确的频率调整。这类频率的精确调整无疑会增加此类谐振器的生产成本。综合而言，使用日本垄断的层叠式结构的陶瓷基座生产的振荡器，其中多于百分之五十的成本来自于层叠式结构的陶瓷基座本身以及附加的设备成本和工艺成本。
[0005]在此情况下，能够提供构造简单、低成本生产，有效耐用的表面贴装石英晶体振荡器具有其明显的优点及优势。
【发明内容】
[0006]针对上述的问题，本发明提出了全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器及其制造方法，该振荡器及制造方法摆脱了使用日本控制的昂贵基座和特殊设备，使得本发明的产品及工艺流程简单明了，适用于低成本制造。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器的制造方法，该振荡器制造方法所生产的振动器结构简单、高度低体积小，具有耐久性、有效性。
[0008]本发明的再一个目地是提供一种全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器，该振动器易于实施、制作方便，且制作成本低廉，能够替代现有的层叠式结构的陶瓷基座石英晶体振荡器。
[0009]基于此，本发明是这样实现的。
[0010]一种全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器，所述的振荡器包括有谐振器、振荡器用集成电路(以下简称IC硅片)、基座，其特征在于所述基座为PCB基座，所述谐振器为其基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器，且所述谐振器覆盖并固定于PCB基座上，作为振荡器的外盖。
[0011]通常来说，PCB基座为平板形结构，正面有至少两个金属粘合物盘和电子线路，反面至少有两个金属焊盘。金属粘合物盘和电子线路有电连接，金属焊盘和电子线路也有电连接。通常此种PCB基座上的金属粘合物盘、电子线路和金属焊盘可通过制造一般的PCB板的工艺来形成，金属粘合物盘和电子线路的电连接以及金属焊盘和电子线路的电连接在做PCB基座时就一起完成。IC硅片设置于PCB基座正面的中部，IC硅片通过金属绑定线和PCB基座正面的电子线路或金属粘合物盘有电连接。基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器安装在PCB基座的正面，谐振器的焊盘通过导电粘合物和PCB基座正面的金属粘合物盘有电连接和机械连接，谐振器基座的凹部基本包容了 IC硅片、金属绑定线以及IC硅片和金属绑定线外面的保护粘合物，谐振器基座的边缘通过非导电粘合物和PCB基座正面的边缘有机械连接。基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器通过PCB基座正面的金属粘合物盘上的导电粘合物以及PCB基座正面边缘上的非导电粘合物和PCB基座连接在一起，封装了 IC硅片、金属绑定线和IC以及金属绑定线上的保护粘合物。所述保护粘合物保护IC硅片和金属绑定线不受到外部的损害。
[0012]本发明首先使用一种PCB基座，所述PCB基座是平板形结构，上述的PCB基座通常为长方形结构，但是并不局限于长方形，也可以是其它的形状，如椭圆形、三角形、圆形、梯形、多边形等几何形状。PCB基座正面有至少两个金属粘合物盘和电子线路，反面至少有两个金属焊盘。电子线路的布线、线宽、线厚、PCB基座的形状、尺寸和厚度由设计要求而定。金属粘合物盘和金属焊盘的尺寸、厚度、形状以及数量由设计要求而定。
[0013]在具体应用中，PCB板的材料可为通常的电子线路板材料，无需任何特殊材料。这种PCB基座的引出端的数量和尺寸可根据产品的规格来确定，通常为但不限于为六个。其中四个引出端可用于和外部线路板上的电路进行功能连接，其余两个可用于其它功能，t匕如在IC选用可编程IC硅片的情况时进行IC硅片的编程工作。
[0014]本发明用粘合物在IC硅片的底部将IC硅片粘接在PCB基座中央部分或中央部分的电子线路上。这种将IC硅片粘接在PCB基座中央的粘合物通常是导电粘合物，需要时，以便固化后IC硅片的底部通过PCB基座上的电子线路的特定端和外部线路板上电路的地端连接。
[0015]然后使用金属压焊(绑定)技术用金属线将IC硅片上的引出端和PCB基座上的电子线路的相应端或金属粘合物盘在功能方面连接在一起，IC硅片引出端和PCB基座上的电子线路各端或金属粘合物盘的对应连接可根据IC硅片的规格和全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器的规格来确定。此时IC硅片通过PCB基座上的电子线路或金属粘合物盘和外部线路板电路在功能上连接在一起。金属压焊(绑定)技术用的金属线通常是铝线或金线，但也可为其它适用的金属线。
[0016]本发明用一种导电粘合物在PCB基座的金属粘合物盘上将谐振器有功能的焊盘粘接在一起，同时，用一种非导电粘合物在PCB基座正面边缘上，以便谐振器通过非导电粘合物和PCB基座正面边缘有机械连接。固化后，导电粘合物将谐振器底部有功能的焊盘和PCB基座上的金属粘合物盘牢固地连接在一起并且有电方面的连接，非导电粘合物也将谐振器基座的边缘部分牢固和PCB基座正面的边缘连接在一起，封装了全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器。此时，谐振器通过金属线路、金属粘合物盘以及金属绑定线和IC硅片有了功能方面的连接，也获得了全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器。
[0017]本发明用PCB基座、非导电粘合物和基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器将整个IC硅片、绑定金属线封装为一体，成为全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器。
[0018]具体来讲，本发明的主要制造流程如下:
[0019]A、选材，选取合适的PCB基座；
[0020]B、安装集成电路，将IC硅片固定在PCB基座的中部，并与PCB基座进行电连接；
[0021]C、安装谐振器，将基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器固定在PCB基座正面上，形成全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器。
[0022]具体地说，上述的方法更进一步包括如下实现步骤。
[0023]A、选PCB基座:根据设计要求选好PCB基座。PCB基座有电子线路，电子线路的布线、线宽、线厚、PCB基座的形状、尺寸和厚度由设计要求而定。
[0024]B1、分配IC定位粘合物:将一定量的导电粘合物分配到PCB基座的中央部位，以便粘接IC硅片。
[0025]B2、放置IC硅片:将振荡器用的IC硅片放置在PCB基座的导电粘合物上，并保证集成电路和导电粘合物有较好的接触。
[0026]B3、固化导电粘合物:将已经放置了 IC硅片的半成品放入烘箱内固化导电粘合物。固化的时间和温度由粘合物的规格而定。
[0027]B4、绑定金属线:使用金属压焊(绑定)技术用金属线将IC硅片上的引出端和PCB基座上的电子线路的相应端点或金属粘合物盘连接起来。金属线可以是金线、铝线或者其它金属线。
[0028]B5、分配保护粘合物:将一定量的保护粘合物分配到和全部覆盖IC硅片和金属绑定线，以便保护IC娃片和金属绑定线。
[0029]Cl、分配导电粘合物:将一定量的导电粘合物分配到PCB基座正面的金属粘合物盘上，以便粘接基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器。
[0030]C2、分配连接粘合物:将一定量的连接粘合物分配到PCB基座正面的边缘上，连接粘合物是非导电粘合物，以便使PCB基座和基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器粘接在一起。非导电粘合物可以是分离的点状，也可以是连续的条状，但不要被分配到PCB基座正面的金属粘合物盘上。
[0031]C3、放置谐振器:将基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器放置在PCB基座正面的导电粘合物和非导电粘合物上，并保证谐振器和导电粘合物以及非导电粘合物有较好的接触；此时，谐振器底部的基座上的焊盘压在PCB基座正面金属粘合物盘上的导电粘合物上，以便谐振器通过导电粘合物以及金属粘合物盘和PCB基座上的电子线路有电方面的连接，同时谐振器基座的下面边缘压在PCB基座正面边缘的非导电粘合物上，以便谐振器通过非导电粘合物和PCB基座正面边缘有机械连接。
[0032]C4、固化保护粘合物、导电粘合物和连接粘合物:将放置有谐振器的产品放入烘箱内固化保护粘合物、导电粘合物和连接粘合物。固化的时间和温度由保护粘合物、导电粘合物和连接粘合物的规格而定。
[0033]固化后就形成全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器，在IC硅片是可编程的情况下，还可以通过对IC的硅片编程来更精确地调整振荡器的频率。
[0034]本发明的振荡器结构简单、生产方便，能够有效地降低生产成本，提高生产效率。制作时，PCB基座的中央用于安装IC硅片和绑定IC硅片，PCB基座上的金属粘合物盘用于安装和连接基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器并且使谐振器和IC硅片通过该金属粘合物盘、PCB基座上的电子线路以及PCB基座上绑定的金属线有功能方面的连接。采用PCB板作为制作基座的材料，PCB板上便于电子线路的布线，振荡电路制作方便，同时，PCB板又可以可靠地配合基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器对振荡器进行封装，使振荡器的成本得以大幅度降低。
[0035]本发明还有个特点，就是在IC硅片是可编程的情况下，所用的谐振器可以通过成本优化后的工艺来进行生产，这样从设备方面、物料方面、加工时间方面以及合格率方面都可大量节省成本。由于所用的IC硅片为可编程，可以通过对IC硅片的编程，将振荡器的最终频率调整到所需的要求频率范围内，所以用的谐振器频率无需被精确的调整到需要的频率。这样就避免了使用昂贵的频率微调设备，也避免了由于谐振器精确频率的要求而在各工序由于频率的少量漂移而产生的不合格率。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明实施的结构分解示意图。
[0037]图2为本发明实施的PCB基座的反面的结构示意图。
[0038]图3为本发明实施的全陶瓷封装谐振器反面的结构示意图。
[0039]图4为本发明实施的半成品结构示意图。
[0040]图5为本发明实施的成品结构示意图。
[0041]实施方式
[0042]下面再结合附图1-5所示，对本发明的实施作进一步的说明，应当指出的是，对于本发明的具体说明，并不作为对发明的具体限定，凡以近似方式实现的技术方案，均与发明的具体实施等同。
[0043]首先，图1所示，从结构特征上来说，本发明的实施包括三个主要的部分:振动器用集成电路(也就是IC硅片)30、全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70和PCB基座10。IC硅片30为现有的，可以从市场上根据需要采购得到，全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70也可以直接采购市场上的产品，但是需要根据图3的结构，将该全陶瓷封装谐振器的底部制作出凹部；PCB基座10则是通过现有的PCB板生产工艺来进行加工。其中，PCB基座10为平板形结构，正面有至少两个金属粘合物盘12和电子线路11，结合图2所示，PCB基座10的反面至少有两个金属焊盘13。金属粘合物盘12和电子线路11有电连接，金属焊盘13和电子线路11也有电连接，而且金属粘合物盘12、电子线路11和金属焊盘13可在生产PCB板时一起完成。
[0044]图3所示，全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70虽然可以从市场上购得，但是其底部必须具备图3所示的凹部，且该凹部应该足够大，以容纳IC硅片30，该凹部可以通过喷砂的方式进行制作。全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70的底部还具有两个焊盘71，焊盘71是全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70原有的结构，以能够与控制电路进行电连接。
[0045]具体的制备方法如下。
[0046]1.选PCB基座:根据设计要求选好PCB基座10。PCB基座10有电子线路11，电子线路11的布线、线宽、线厚、PCB基座10的形状、尺寸和厚度由设计要求而定。PCB基座10为平板型，正面有至少两个金属粘合物盘12和电子线路11,反面至少有两个金属焊盘13。金属粘合物盘12和电子线路11有电连接，金属焊盘13和电子线路11也有电连接。金属粘合物盘12和金属焊盘13的位置、形状、尺寸、厚度和数量由设计要求而定。
[0047]2.分配IC定位粘合物:将一定量的导电粘合物20分配到PCB基座10的中央部位，以便粘接IC硅片30。导电粘合物20的位置和量可由设计要求而定。
[0048]3.放置IC硅片:将振荡器用的IC硅片30放置在PCB基座10的导电粘合物20上。放置时要轻微的压一下，以便IC硅片30和导电粘合物20有较好的接触。
[0049]4.固化IC定位粘合物:将已经放置了 IC硅片30的半成品放入烘箱内固化导电粘合物20。固化的时间和温度由粘合物20的规格而定。
[0050]5.绑定金属线:使用金属压焊(绑定)技术用金属线40将IC硅片30上的引出端和PCB基座10上的电子线路11的相应端点或金属粘合物盘12连接起来。金属线40可以是金线、铝线或者其它金属线。连接线路由设计要求而定，此时获得半成品80，如图4所示。
[0051]6.分配保护粘合物:将一定量的保护粘合物50分配到和全部覆盖IC硅片30和金属绑定线40，以便保护IC硅片30和金属绑定线40。保护粘合物50的位置和量可由设计要求而定。
[0052]7.分配谐振器粘合物:将一定量的导电粘合物60分配到PCB基座10正面的金属粘合物盘12上，以便粘接基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70。导电粘合物60的位置和量可由设计要求而定。
[0053]8.分配连接粘合物:将一定量的非导电粘合物90分配到PCB基座10正面的边缘上，以便使PCB基座10和基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70粘接在一起。非导电粘合物90可以是分离的点状，也可以是连续的条状，但不要被分配到PCB基座10正面的金属粘合物盘12上。非导电粘合物90在边缘上的位置和量可由设计要求而定。
[0054]9.放置谐振器:将基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70放置在PCB基座10正面的导电粘合物60和非导电粘合物90上。放置时要轻微的压一下，以便谐振器70和导电粘合物60以及非导电粘合物90有较好的接触。此时，谐振器70基座上的焊盘71压在PCB基座10正面金属粘合物盘12上的导电粘合物60上，以便谐振器70通过导电粘合物60以及金属粘合物盘12和PCB基座10上的电子线路11有电方面的连接。同时谐振器70基座的下面边缘压在PCB基座10正面边缘的非导电粘合物90上，以便谐振器70通过非导电粘合物90和PCB基座10正面边缘有机械连接。
[0055]10.固化保护粘合物、谐振器粘合物和连接粘合物:将放置有谐振器70的产品放入烘箱内固化保护粘合物50、谐振器粘合物60和连接粘合物90。固化的时间和温度由保护粘合物50、谐振器粘合物60和连接粘合物90的规格而定。固化后则获得全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器100，如图5所示。[0056]基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器70通过连接粘合物90以及导电粘合物60和PCB基座10连接在一起，封装了 IC硅片30、金属绑定线40，形成一个全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器成品。
[0057]在IC硅片30是可编程的情况下，可以通过对IC硅片30的编程来更精确地调整振荡器的频率。
[0058]通过这种方法，能够大批量制造出一种全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器。该振荡器结构简单、高度低体积小，具有耐久性、有效性、易于实施、成本低廉、便于制造及和通常振荡器有同样或超越指标等特点。
[0059]总之，本发明通过用全陶瓷封装谐振器作为外盖，能够有效地利用现有的振荡器的生产，避免了高成本设备及控制工艺的应用，提供了构造简单、低成本、有效耐用的表面贴装石英晶体振荡器。
[0060]总之，以上所述，仅仅是对本发明实施的具体描述，并不代表本发明所实施的所有方式。在本发明目的及技术方案的基础上所做的等同变化及修饰，均在发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器，所述的振荡器包括有集成电路、基座及谐振器，其特征在于所述基座为PCB基座，所述谐振器为全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器，且该谐振器的底部基座具有凹部，该凹部对应于PCB基座，所述谐振器覆盖并固定于PCB基座上，作为振荡器的外盖。
2.如权利要求1所述的全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器，其特征在于所述PCB基座为平板形结构，正面有至少两个金属粘合物盘和电子线路，反面至少有两个金属焊盘；金属粘合物盘和电子线路有电连接，金属焊盘和电子线路也进行电连接。
3.如权利要求2所述的全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器，其特征在于所述集成电路设置于PCB基座的中部，基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器安装在PCB基座的正面，谐振器底部的焊盘通过导电粘合物和PCB基座正面的金属粘合物盘有电连接和机械连接。
4.如权利要求1 所述的全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器，其特征在于所述振荡器具有金属绑定线和保护粘合物，保护粘合物完全覆盖了所述集成电路和金属绑定线；所述谐振器基座的凹部包容了所述集成电路、金属绑定线以及保护粘合物；所述基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器通过连接粘合物和PCB基座一起封装了振荡器集成电路、金属绑定线和保护粘合物。
5.如权利要求4所述的全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器，其特征在于所述连接粘合物为非导电粘合物，所述谐振器的基座的边缘通过非导电粘合物和PCB基座正面的边缘有机械连接；非导电粘合物是分离的点状，或是连续的条状。
6.一种全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器的制造方法，其特征在于该方法包括如下步骤: A、选材，选取合适的PCB基座； B、安装集成电路，将集成电路固定在PCB基座的中部，并与PCB基座进行电连接； C、安装谐振器，将基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器固定在PCB基座正面上，形成全陶瓷封装谐振器作为外盖的表面贴装石英晶体振荡器。
7.如权利要求6所述的全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器的制造方法，其特征在于B步骤中，进一步包括: B1、分配定位粘合物:将一定量的导电粘合物分配到PCB基座的中央部位，以便粘接集成电路； B2、放置集成电路:将振荡器用的集成电路放置在PCB基座的导电粘合物上，并保证集成电路和导电粘合物有较好的接触； B3、固化导电粘合物:将已经放置了集成电路的半成品放入烘箱内固化导电粘合物； B4、绑定金属线:使用金属压焊技术用金属线将集成电路上的引出端和PCB基座上的电子线路的相应端点或金属粘合物盘连接起来； B5、分配保护粘合物:将一定量的保护粘合物分配到并且全部覆盖集成电路和金属绑定线。
8.如权利要求6所述的全陶瓷封装谐振器作为外盖的振荡器的制造方法，其特征在于在步骤C中，进一步包括: Cl、分配导电粘合物:将一定量的导电粘合物分配到PCB基座正面的金属粘合物盘上，以便粘接基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器； C2、分配连接粘合物:将一定量的连接粘合物分配到PCB基座正面的边缘上，连接粘合物是非导电粘合物，以便使PCB基座和基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器粘接在一起；非导电粘合物的分布可以是分离的点状，也可以是连续的条状，但不能被分配到PCB基座正面的金属粘合物盘上； C3、放置谐振器:将基座有凹部的全陶瓷封装表面贴装石英晶体谐振器放置在PCB基座正面的导电粘合物和非导电粘合物上，并保证谐振器和导电粘合物以及非导电粘合物有较好的接触； C4、固化保护粘合物、导电粘合物和连接粘合物:将放置有谐振器的产品放入烘箱内固化保护粘合物、导 电粘合物和连接粘合物。
【文档编号】H03H9/10GK103457568SQ201310344024
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】刘青健, 孙晓明, 赵敏, 张永乐, 雷发振 申请人:应达利电子(深圳)有限公司