一种改进电极连接结构的全石英晶体谐振器及其制备方法与流程

本发明涉及石英晶体谐振器领域，尤其涉及一种改进电极连接结构的全石英晶体谐振器及其制备方法。

背景技术：

石英晶体振荡器又名石英谐振器，简称晶振，是利用具有压电效应的石英晶体制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代lc(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件。

专利号为201521073610.0的发明专利公开了一种具有圆形晶片结构的石英晶体谐振器，它由石英晶片、封装盖和封装基座封装而成，石英晶片包括圆形构件、连接部和保护框，圆形构件可在封装后的腔体内自由振荡，圆形构件上设置有电极区，连接部和保护框上设置有金属层a，保护框上的定位孔内设置有金属层b，封装基座上设置有引脚，电极区通过金属层a、金属层b与引脚电连接。这种全石英谐振器可用于小型化谐振器的低成本批量化生产，并能够增强石英片中心能陷效应、大幅度提升产品一致性。但是，这一全石英晶体谐振器具有以下缺点：在石英晶片上，石英晶片一对角线的两个端点处设置有半圆环结构，此半圆环结构上镀覆有金属材料，此金属材料作为外引线连通电极区的金属层和封装基座上的引脚，引脚再连接有外电路，但是，金属材料作为引线设置在封装基座的外部，容易导致金属层脱落，脱落后的金属层在导电时导致稳定性变差；另外，石英晶片上的石英晶片中心区域为圆形，相应的电极的形状为圆形，圆形电极在设置时，由于圆的大小只和半径大小，在设计晶片时，只有晶片半径和电极半径两个参数，设计有局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为解决现有的全石英晶体谐振器石英晶片一对角线的两个端点处设置的半圆环结构镀覆的金属材料容易脱落，脱落后的金属层在导电时导致稳定性变差的问题，本发明提供一种改进电极连接结构的全石英晶体谐振器及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种改进电极连接结构的全石英晶体谐振器，包括封装盖、石英晶片、封装基座，封装盖的下表面设有封装盖凹面平台，石英晶片包括的上表面和下表面均包括石英晶片中央区域和通槽,石英晶片中央区域的表面覆盖有中心双面镀覆电极，中心双面镀覆电极包括上表面镀覆电极和下表面镀覆电极，中心双面镀覆电极与金属引线层连接，金属引线包括上金属引线和下金属引线。所述封装基座的上表面设有封装基座凹面平台，封装基座的下表面的角落处设有引脚。

所述石英晶片的一对角线上的两个角落设置金属层，金属层包括设置在石英晶片上表面的上金属层和设置在石英晶片下表面的下金属层，上金属层与上金属引线连接，下金属层与下金属引线连接；上金属层和石英晶片上设有贯穿的通孔一，封装基座的一对角线上的两个角落分别设有通孔二和通孔三，当石英晶片安装在封装基座上后，通孔一和通孔二的位置相对应，通孔三和下金属层接触。

通孔一、通孔二和通孔三的内壁均镀覆有金属层，且通孔一、通孔二和通孔三均填充有密封介质。

优选地，所述通孔一、所述通孔二和所述通孔三的内壁镀覆的金属层材料为银、铬、铜、金等金属材料，原则上，只要是能够导电的金属材料，都可以用于本发明中。

优选地，所述密封介质为低温玻璃。密封介质为低温玻璃，低温玻璃具有低的软化温度或低的熔化温度，在具体封装时不会对器件造成损坏，且成本低下。在另外的实施方式中，密封介质也可为普通的金属或者其他的非金属材料。

进一步地，所述上表面镀覆电极和下表面镀覆电极的形状为矩形或正方形。矩形或者正方形对于圆形来说，具有两个可调控的参数，能够在保证调控方式简单的前提下实现更加精准的调控。

分别制备封装盖、石英晶片和封装基座，在制备石英晶片的过程中，制作与上表面镀覆电极连接的上金属层、与下表面镀覆电极连接的下金属层，在石英晶片的上金属层处制作通孔一；在制备封装基座的过程中，在通孔一的位置制备对应的通孔二，在通孔二的对角线上制备通孔三。

在制备好封装盖、石英晶片和封装基座后，采用如下步骤：

步骤一：通过金属镀膜或金属渗透烧结工艺制作封装基座下部的金属引脚。

步骤二：分别在封装盖下表面和封装基座上表面涂覆玻璃浆料，涂覆区域不

包括封装盖凹面平台和封装基座凹面平台。

步骤三：将封装盖、石英晶片、封装基座封接形成整体后，从通孔二处填充注入导电金属材料，将上表面镀覆电极通过通孔一连接至封装基座下部金属引脚，下表面镀覆电极通过通孔二导电连接金属引脚；从封装基座通过通孔三处填充注入导电金属材料，将下表面镀覆电极通过通孔三导电连接至封装基座下部金属引脚。

步骤五：使用激光切割或刀片切割分离封装焊接后石英晶体谐振器，实现表面贴装式压电石英晶体谐振器的加工。

具体地，所述石英晶片的加工过程如下：

步骤一：对石英晶片表面进行预处理后，在其表面沉积蚀刻金属层。

步骤二：在金属层上覆盖光刻胶膜，通过光刻掩膜版曝光形成曝光图形，显影去除未曝光区域图形。

步骤三：用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层。

步骤四：腐蚀石英基片，制作通槽、通孔、定位孔二。

步骤五：使用去光刻胶液去除光刻胶膜后，对石英基片进行金属电极镀膜加工，沉积金属材料。

步骤六：在金属层上二次覆盖光刻胶膜，通过光刻掩膜版曝光形成曝光图形，显影去除未曝光区域图形。

步骤七：用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层，制作中心双面电极，通孔连接金属层。

步骤八：使用去光刻胶液去除光刻胶膜。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：

(1)与现有的技术相比，将电极电流的传导路径移到了晶体内部而不是晶体边缘，通孔一、通孔二和通孔三内壁的金属层不易脱落，增加了电流的稳定性，并且，能够保证上表面镀覆电极和下表面镀覆电极通电的一致性，使得全石英晶体谐振器的效果更加优异。通孔一、通孔二和通孔三均填充有密封介质，保证了全石英晶体谐振器的内部的严密封装，气密性更好。

(2)密封介质为低温玻璃，低温玻璃具有低的软化温度或低的熔化温度，在具体封装时不会对器件造成损坏，且成本低下。在另外的实施方式中，密封介质也可为普通的金属或者其他的非金属材料。

(3)上表面镀覆电极和下表面镀覆电极的形状为矩形或正方形，矩形或者正方形对于圆形来说，具有两个可调控的参数，能够在保证调控方式简单的前提下实现更加精准的调控。

附图说明

图1为本发明未封装组合时的结构示意图；

图2为本发明的石英晶片的俯视图；

图3为本发明的石英晶片在制备过程中连同石英基片二的俯视图；

图4为本发明的封装盖在制备过程中连同石英基片一的俯视图；

图5为本发明的封装基座在制备过程中连同石英基片三的俯视图；

图中标记：1-封装盖，101-封装盖凹面平台，102-定位孔，2-石英晶片，201-石英晶片中央区域，202-通槽，203a-上表面镀覆电极，203b-下表面镀覆电极，204-通孔一，205a-上金属层，205b-下金属层，206a-上金属引线，206b下-金属引线，207-定位孔二，3-封装基座，301-封装基座凹面平台，302a-通孔二，302b-通孔三，303-引脚，304-定位孔三，41-石英基片一，42-石英基片二，43-石英基片三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的改进电极连接结构的全石英晶体谐振器，包括封装盖1、石英晶片2、封装基座3，封装盖1的下表面设有封装盖凹面平台101，石英晶片2包括的上表面和下表面均包括石英晶片中央区域201和通槽202,石英晶片中央区域201的表面覆盖有中心双面镀覆电极，中心双面镀覆电极包括上表面镀覆电极203a和下表面镀覆电极203b，中心双面镀覆电极与金属引线层连接，金属引线包括上金属引线206a和下金属引线206b所述封装基座3的上表面设有封装基座凹面平台301，封装基座3的下表面的角落处设有引脚303。

石英晶片2的一对角线上的两个角落设置金属层，金属层包括设置在石英晶片2上表面的上金属层205a和设置在石英晶片2下表面的下金属层205b，上金属层205a与上金属引线206a连接，下金属层205b与下金属引线206b连接；上金属层205a和石英晶片2上设有贯穿的通孔一204，封装基座3的一对角线上的两个角落分别设有通孔二302a和通孔三302b，当石英晶片2安装在封装基座3上后，通孔一204和通孔二302a的贯通，通孔三302b和下金属层205b接触。

通孔一204、通孔二302a和通孔三302b的内壁均镀覆有金属层，且通孔一204、通孔二302a和通孔三302b均填充有密封介质。

在本发明的改进电极连接结构的全石英晶体谐振器中，对于面镀覆电极203a与上金属引线206a连接，上金属引线206a再和上金属层205a连接，通孔一204、通孔二302a镀覆有金属层，该金属层与上金属层205a连接后将电流导通至引脚303，引脚303与外部电路板连接，从而实现了上表面镀覆电极203a的通电，；对于镀覆电极203b，电流的传输路径为：下金属引线206b-下金属层205b-通孔三302b的金属层-引脚3030-外部电路板。与现有的技术相比，将电极电流的传导路径移到了晶体内部而不是晶体边缘，通孔一204、通孔二302a和通孔三302b内壁的金属层不易脱落，增加了电流的稳定性，并且，能够保证上表面镀覆电极203a和下表面镀覆电极203b通电的一致性，使得全石英晶体谐振器的效果更加优异。通孔一204、通孔二302a和通孔三302b均填充有密封介质，保证了全石英晶体谐振器的内部的严密封装，气密性更好。

在本实施例中，通孔一204、所述通孔二302a和所述通孔三302b的内壁镀覆的金属层材料为镍。密封介质为低温玻璃，低温玻璃具有低的软化温度或低的熔化温度，在具体封装时不会对器件造成损坏，且成本低下。在另外的实施方式中，密封介质也可为普通的金属或者其他的非金属材料。

另外，现有技术中，石英晶片2上的石英晶片中心区域为圆形，相应的电极的形状为圆形，圆形电极在设置时，由于圆的大小只和半径大小，在设计晶片时，只有晶片半径和电极半径两个参数，设计有局限性。本实施例中，上表面镀覆电极203a和下表面镀覆电极203b的形状为矩形或正方形，矩形或者正方形对于圆形来说，具有两个可调控的参数，能够在保证调控方式简单的前提下实现更加精准的调控。

制备石英晶片2的过程如下：

步骤一：设计厚度＝1664/f频率的石英晶片，基片规格2-4inch，并对石英基片二42表面依次进行研磨、腐蚀、抛光处理。在石英晶片表面通过磁控溅射方式，沉积耐蚀刻金属层材料，材料成分为cr/au。

步骤二：在金属层上覆盖光刻胶膜，通过光刻掩膜版曝光形成曝光图形，显影去除未曝光区域图形；通过旋涂或喷涂方式在石英基片二42表面形成厚度为0.1-2um光刻胶膜，在110℃条件下前烘10-30min，通过光刻掩膜版曝光0.5-10s形成曝光图形，显影5-10min去除未曝光区域图形。对石英基片二42背面执行同样工艺，制作背面对称图形，正反面图形对准精度误差要求＜1um。

步骤三：使用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层。

步骤四：将石英晶片2放入hf/nh4f/h20混合液中，在50℃腐蚀液条件下进行石英腐蚀，腐蚀石英基片二42，制作通槽202、定位孔二207、通孔一204，图中的定位孔二207之所以只有四分之一个定位孔二207，那是因为石英晶片后续还要经过切割工序，图中显示的石英晶片2只是经过切割后的其中一块，在切割后，通孔207被平均分成四块，所以就显示成了图1中的四分之一个定位孔二207。

步骤五：使用去光刻胶液去除光刻胶膜，然后对石英晶片2进行金属电极镀膜加工，使用磁控溅射方式，在石英晶片2表面沉积cr/ag或ni/au材料，沉积厚度0.5-200nm。

步骤六：石英晶片2通过旋涂或喷涂方式在石英基片二42表面形成厚度为0.1-2um光刻胶膜，在110℃条件下前烘10-30min，通过光刻掩膜版曝光0.5-10s形成曝光图形，显影5-10min去除未曝光区域图形。对石英基片二42背面执行同样工艺，制作背面对称图形，正反面图形对准精度误差要求＜1um。

步骤七：用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层，制作中心双面电极203a、203b，通孔连接金属层205a。

步骤八：使用去光刻胶液去除光刻胶膜。制备好的石英晶片2连同石英基片二42的俯视图如图3所示。

封装盖1的制备过程如下：

步骤一：取用厚度为50-100um石英基片一41，基片规格尺寸同石英基片二42规格尺寸，对石英基片一41表面依次进行研磨、腐蚀抛光处理；在石英基片4表面通过磁控溅射方式，沉积耐蚀刻金属层材料，材料成分为cr/au。

步骤二：通过旋涂或喷涂方式在石英基片一41表面形成厚度为0.1-2um光刻胶膜，在110℃条件下前烘10-30min，通过光刻掩膜版曝光0.5-10s形成曝光图形，显影5-10min去除未曝光区域图形，对石英基片一41背面涂覆光刻胶后执行整体曝光。

步骤三：使用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层，形成石英定位孔102图形。

步骤四：将石英基片一41放入hf/nh4f/h20混合液中，在50℃腐蚀液条件下进行石英腐蚀，腐蚀时间3-20h，制作石英定位孔102。同样，图中的定位孔一102之所以只有四分之一个定位孔一102，那是因为石英基片一41片后续还要经过切割工序，图中显示的石英基片一41只是经过切割后的其中一块，在切割后，定位孔一102被平均分成四块，所以就显示成了图1中的四分之一个定位孔一102。定位孔一102与定位孔二207对齐。

步骤五：使用去光刻胶液去除光刻胶膜。

步骤六：再次通过旋涂或喷涂方式在石英基片一41表面形成厚度为0.1-2um光刻胶膜，在110℃条件下前烘10-30min，通过光刻掩膜版曝光0.5-10s形成曝光图形，显影5-10min去除未曝光区域图形。对石英基片一41背面涂覆光刻胶后执行整体曝光。

步骤七：再次使用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层，形成封装盖凹面平台图形101；再次将石英基片一41放入hf/nh4f/h20混合液中，在50℃腐蚀液条件下进行石英腐蚀，腐蚀时间0.5-3h，制作封装盖凹面平台101，平台深度10-50um。

步骤八：再次使用去光刻胶液去除光刻胶膜。制备好的封装盖1连同石英基片一41的俯视图如图4所示。

封装基座3的制备过程如下：

步骤一：取用厚度为50-100um石英基片三43，基片规格尺寸同石英基片二42规格尺寸，对石英基片三43表面依次进行研磨、腐蚀抛光处理；在石英基片三43表面通过磁控溅射方式，沉积耐蚀刻金属层材料，材料成分为cr/au；

步骤二：通过旋涂或喷涂方式在石英基片三43表面形成厚度为0.1-2um光刻胶膜，在110℃条件下前烘10-30min，通过光刻掩膜版曝光0.5-10s形成曝光图形，显影5-10min去除未曝光区域图形。对石英基片三43背面涂覆光刻胶后执行整体曝光；

步骤三：用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层，形成定位孔三304图形、孔302a图形、基座通孔302b图形。定位孔三304图形与定位孔一102和定位孔二207图形对齐。

步骤四：将基片放入hf/nh4f/h20混合液中，在50℃腐蚀液条件下进行石英腐蚀，腐蚀时间3-20h，制作定位孔三304、基座通孔302a、基座通孔302b。

步骤五：使用去光刻胶液去除光刻胶膜。

步骤六：通过旋涂或喷涂方式在石英基片三43表面形成厚度为0.1-2um光刻胶膜，在110℃条件下前烘10-30min，通过光刻掩膜版曝光0.5-10s形成曝光图形，显影5-10min去除未曝光区域图形。对石英基片三43背面涂覆光刻胶后执行整体曝光。

步骤七：再次使用金属刻蚀液，去除未被光刻胶覆盖保护区域金属层，形成封装基座凹面平台图形301；再将石英基片三43放入hf/nh4f/h20混合液中，在50℃腐蚀液条件下进行石英腐蚀，腐蚀时间0.5-3h，制作封装基座凹面平台301，平台深度10-50um.

步骤八：使用去光刻胶液去除光刻胶膜。制备好的封装基座3连同石英基片三43的俯视图如图5所示。

在制备好封装盖1、石英晶片2和封装基座3后，采用如下步骤：

步骤一：使用金属掩膜版，通过磁控溅射方式制作封装基座下部金属引脚，金属引脚为混合金属材料起电路连接作用。

步骤二：使用精确刮涂或印刷方式在封装盖1下表面涂覆玻璃浆料，涂覆区域不包括封装盖凹面平台101；同样，使用精确刮涂或印刷方式在封装基座3上表面涂覆玻璃浆料，涂覆区域不包括封装基座凹面平台301；

步骤三：使用定位孔一102、定位孔二207和定位孔三304，将封装盖1、石英晶片2、封装基座3依次层叠在一起，在真空腔体内做抽真空、加热融化石英玻璃浆料，将封装盖1、石英晶片2、封装基座3封接形成整体。

步骤四：对封接形成整体的产品，从石英基座通孔302a处填充注入导电金属材料，将上表面电极203a通过通孔一204连接至封装基座下部金属引脚303，下表面电极205b通过通孔二302b导电连接至封装基座下部金属引脚303；从石英基座通过302b处填充注入导电金属材料，将下表面电极203b通过302b通孔导电连接至封装基座下部金属引脚303。

使用激光切割或刀片切割沿着定位孔一102、定位孔二207和定位孔304对封装焊接后石英晶体谐振器的进行切割分离，从而实现表面贴装式压电石英晶体谐振器的加工。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。