CN1909367B - 一种晶体振荡器的陶瓷封装件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶体振荡器的陶瓷封装件及其制备方法。相对于传统封装结构，该陶瓷封装的结构得到了改进以便优化制造工艺，用贴片式“倒装”的方法取代常见的“正装”陶瓷封装，而又区别于传统的带引脚的陶瓷封装件。在底层板上进行金属化布线，底层板具有内部端子和外部端子及内外端子之间的电连接，用导电胶把晶片粘合在底层板的内部端子上，把底层板作为一个承载晶片的基体实现信号的输入输出。同时，封装盖为一空腔设计，可以是陶瓷盖也可以是金属盖(如kovar合金)，提供晶体有效振荡的空间，封装时将盖倒扣在底层板上，通过焊封形成晶体有效振荡所必需的密封腔。

Description

一种晶体振荡器的陶瓷封装件及其制备方法
技术领域
本发明涉及装有作为频率发生器和频率调节器的一种晶体振荡器的陶瓷封装件及其制备方法。 
背景技术
由于手机、静态数码相机、PC主板、笔记本电脑和视频游戏的不断发展，晶体振荡器的需求量预计会出现两位数的增长。但由于传统陶瓷基座的叠层共烧技术及复杂的设计方案，如图1，使得陶瓷基座的生产成本一直居高不下，而且产量也受到技术、设备各方面的限制，远远不能满足于日益增长的市场需求，因此寻找一种简单易行的方法代替目前的设计、制造方法已迫在眉睫，本发明就是在这种市场需求下应运而生的。 
发明内容
本发明的目的是提供一种晶体振荡器的陶瓷封装件及其制备方法，其意义在于提高生产效率、降低生产成本，更大地满足日益增长的市场需求。 
本发明的上述目的是采用如下技术方案予以实现的： 
晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：包括： 
底层板，具有内部端子及外部端子，且内部端子电连接到外部端子， 
盖，以“倒装”形式直接位于底层板上，所述的盖为陶瓷或金属或kovar合金，内部为一起到密封及容纳晶片双重作用的空腔。 
根据本发明，底层板的内、外部端子及其电连接材料，为共烧的W，或者是采用厚膜技术形成的Ag或Ag/Pd。 
根据本发明，内部端子以40μm-50μm印刷厚度的Ag或Ag/Pd的形式形成在底层板上，其顶部有镀金层。 
根据本发明，在底层板上有金属化布线，底层板具有内部端子和外部端子及内外端子之间的电连接，由导电胶将晶片粘合在底层板的内部端子上，底层 板作为一个承载晶片并实现信号的输入及输出的基体。 
根据本发明，底层板上的内部端子具有使晶片与底层板保持一定的空间距离的高度，这一空间高度可以直接印刷较厚的导电层，或者由其它金属或非金属的垫片支撑而形成。 
根据本发明，底层板上的电连接为旁导通孔联接或为内部导通孔联接。 
根据本发明，陶瓷盖由两层构成，在四周涂布一圈低熔玻璃。 
根据本发明，陶瓷盖由两层构成，为在空气气氛里烧结叠层，在四周涂布低熔玻璃。 
根据本发明，金属盖为由一次冲压成型的盖体，与四周已预先金属化的底层板封装为一体。 
在底层板的上表面的四周印刷有金属环层，且金属环层表面有镀金层，金属环焊接在底层板上。 
晶体振荡器的陶瓷封装件的制备方法，其特征在于具有内、外端子及其电连接的底层板是单层的，为采用厚膜等非共烧金属的方法实现陶瓷的金属化，包括采用底层板，具有内部端子及外部端子，且内部端子电连接到外部端子，盖，以“倒装”形式直接位于底层板上，所述的盖为陶瓷或金属合金，内部为一起到密封及容纳晶片双重作用的空腔，所述底层板的内、外部端子及其电连接材料，为共烧的W，或者是采用厚膜技术形成的Ag或Ag/Pd，内部端子以40μm-50μm印刷厚度的Ag或Ag/Pd的形式形成在底层板上，其顶部有镀金层，在底层板上有金属化布线，底层板具有内部端子和外部端子及内外端子之间的电连接，由导电胶将晶片粘合在底层板的内部端子上，底层板作为一个承载晶片并实现信号的输入及输出的基体。 
本发明上述方法解决了共烧金属容易氧化的问题，解决的共烧陶瓷烧结的还原性与排胶的氧化性这一大矛盾，生产设备方面的投资也大大减少了，排胶和烧结可以同时进行，没有了还原气氛炉的高成本问题。 
另一方面，基于其电学性能的考虑。一般说来，在高频、高性能的电子封装组件，位于多层基板的多导通孔的平行路径将放大漏电流。理想地，通孔数越少，就越能减少不期望的寄生电容和总漏电流。本发明直接在底层板上设计具有一定高度的内部端子，去掉了陶瓷基座传统设计上的缓冲薄片，也就减少 了缓冲薄片上的导通孔，从而避免了平行导电路径漏电的问题，增强了高频信号网的工作可靠性。 
第三方面，盖的“帽式”设计使其于底层板密封形成晶片振荡的有效空间。由于不需要金属化，可采用普通陶瓷的叠层烧结方法，在空气气氛里烧结，可有效地提高封装的气密性和陶瓷的外观光洁度。此外，盖的***采用低熔点的封接玻璃，保证在熔化时的高度均匀一致，为封装的气密性提高了保证。 
附图说明
图1为传统贴片式多层陶瓷封装件基座结构示意图 
图2为本发明采用的金属盖、内部导通孔贴片式陶瓷基座结构示意图 
图3为本发明采用的陶瓷盖、内部导通孔贴片式陶瓷基座结构示意图 
图4为本发明采用的金属盖、内部导通孔且带支撑薄片的贴片式陶瓷基座结构示意图 
图5为本发明采用的陶瓷盖、内部导通孔且带支撑薄片的贴片式陶瓷基座结构示意图 
图6为本发明采用的陶瓷盖、旁导通孔贴片式陶瓷基座结构示意图 
图7为贴片式陶瓷基座陶瓷盖板结构示意图 
图8、图9为内部导通孔贴片式陶瓷基座底层板正面金属布线示意图 
图10为旁导通孔贴片式陶瓷基座底层板正面金属布线示意图 
图11为贴片式陶瓷基座底层板反面金属布线示意图 
具体实施方式：
下面将结合附图详细说明本发明的优选实施例。图1示出了传统的贴片式陶瓷封装结构，11为底层，12和12’为缓冲薄片，13和13’为盖支撑薄片，14和14’为金属环，15为顶盖，16为晶片。 
图2、图3、图4、图5及图6示出了本发明具体用于晶体振荡器的陶瓷封 装件基座的四种形式。图2中21为底层板，22为金属盖，23为晶片，24和24`为内部端子，25和25`为外部端子，26和26`为导通孔，27和27`为导电胶，28和28`为金属盖与底层板的焊接金属层。图3中31为底层板，32和32`为陶瓷盖，33为晶片，34和34`为内部端子，35和35`为外部端子，36和36`为导通孔，37和37`为导电胶，38和38`为封接玻璃。图4中41为底层板，42为金属盖，43为晶片，44和44`为内部端子，45和45`为外部端子，46和46`为导通孔，47和47`为导电胶，48和48`为金属盖与底层板的焊接层，49和49`为金属或非金属支撑薄片。图5中51为底层板，52和52`为陶瓷盖，53为晶片，54和54`为内部端子，55和55`为外部端子，56和56`为导通孔，57和57`为导电胶，58和58`为封接玻璃，59和59`为金属或非金属支撑薄片。图6中61为底层板，62和62`为陶瓷盖，63为晶片，64和64`为内部端子，65和65`为外部端子，66和66`为导通孔，67和67`为导电胶，68和68`为封接玻璃。 
本发明的晶体振荡器陶瓷封装提供了一种结构，相对于现有技术，它不但能够简化共烧生产工艺，而且能够减少堆叠的陶瓷薄片的数量，从而减少了整个封装的厚度。为了该目的，本发明提供了五种不同的结构，它简化了现有技术中的陶瓷金属共烧技术，除去了缓冲薄片和盖支撑薄片。下面将进一步详细说明本发明的这种结构。 
参照图2，本发明的陶瓷封装包括底层板21，位于最下面的部分，该底层板21是陶瓷基板的形式，在其上侧及下侧具有内部端子24，24`及外部端子25，25`，内部端子24，24`以电连接26，26`到外部端子25，25`，并且内部端子24，24`以大约40μm-50μm印刷厚度的Ag或Ag/Pd的形式形成在底层板21上，其顶部再镀金。内部端子24，24`的厚度必须有保证，才能使晶片23起有效振荡。 
内部端子的高度也可以通过支撑薄片来实现，如图4和图5，这样印刷膜厚50μm左右的要求就可以相应地降低，该支撑薄片可以由金属或非金属做成。 
内、外部端子是采用非共烧的技术印刷在底层板21上，由于非共烧可以不 考虑陶瓷与金属浆料的烧成收缩率不一致而造成底层板翘曲变形的问题，所以只要印刷厚度得到保证，在烧结时可以忽略陶瓷与金属热膨胀系数(CET)不一致而造成的晶体振荡器陶瓷封装的总体上的弯曲变形。 
由于没有另外设计陶瓷缓冲薄片，底层板21必须具有大约0.6mm的厚度，这一高度足够晶片23进行稳定的振荡并且使得底层板21在一定程度上吸收施加到晶片23上的外部冲击来保护晶片23。 
相应地，底层板可以进行两种电路设计，如图8、图9和图10所示，即内、外端子的导通孔可以设计为内部导通孔，封装件结构如图2、图3、图4和图5，也可以设计为旁导通孔，如图6。当设计为内部导通孔时，要求更好地控制灌孔金属的烧成收缩率，以免在烧成时金属与基板的收缩率相差太大而开裂或脱落，保证封装件的气密性。 
本发明的盖为“帽式”设计，“帽沿”设计大约0.3mm的高度，使得盖顶与底层板有一定的间隙，保证晶片能有效振荡。 
盖可以是一次冲压成型出来的金属、合金(如kovar合金)，如图2及图4，也可以是陶瓷，如图3、图5及图6。 
陶瓷盖为两层设计，如图7，无金属化布线，叠层后可在空气气氛中进行烧结，避免了共烧金属容易氧化的问题。 
陶瓷盖的“帽沿”涂敷一圈约0.2mm厚度的封接玻璃，封接只需加热到玻璃的软化温度就可以完成，而且利用熔融玻璃的表面张力，玻璃的高度可以自动保持一致，这样既保证了陶瓷封装的平整度，又保证了封装的气密性。 
如果盖的材料选用金属合金，则底层板在设计时要进行相应的改动，即在底层板的上表面的四周要印刷一层金属环，如图8，且要求金属环表面镀金形成镀金层，这样才能保证金属环能很好地焊接在底层板上，实现良好的气密性封接。 
如上所述，本发明简化了陶瓷封装的生产工艺，降低了生产设备的要求，更适合于大批量生产要求。 
本发明还最小化了陶瓷封装，减少了靠近底层板的缓冲薄片，以及实现了四种实用型设计，丰富了贴片式陶瓷封装的设计形式，更好地满足不同功用不同频率的需要，且降低了生产成本。 

Claims (8)

1.一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：包括：
底层板，具有内部端子及外部端子，且内部端子电连接到外部端子，内部端子以40-50um印刷厚度的Ag或Ag/Pd的形式形成在底层板上，其顶部有镀金层，所述底层板为陶瓷基板；
盖，以“倒装”形式直接位于底层板上，所述的盖为陶瓷或金属或kovar合金，内部为一起到密封及容纳晶片双重作用的空腔。
2.根据权利要求1所述的一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：底层板的内外部端子及其电连接材料，为共烧的W，或是是采用厚膜技术形成的Ag或Ag/Pd。
3.根据权利要求1所述的一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：在底层板上有金属化布线，底层板具有内部端子和外部端子及内外端子之间的电连接，由导电胶将晶片粘合在底层板的内部端子上，底层板作为一个承载晶片并实现信号的输入及输出的基体。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：底层板上的内部端子具有使晶片与底层板保持一定的空间距离的高度，这一高度可以直接由印刷金属浆料形成，或者由其它金属或非金属的支撑薄片形成。
5.根据权利要求4所述的一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：底层板上的电连接为旁导通孔或为内部导通孔联结。
6.根据权利要求5所述的一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：陶瓷盖由两层构成，为两层叠加后在空气气氛里烧结而成，在两层封接处四周涂布有低熔玻璃。
7.根据权利要求6所述的一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：金属盖为由一次冲压成型的盖体，与四周已预先金属化的底层板封装为一体。
8.根据权利要求7所述的一种晶体振荡器的陶瓷封装件，其特征在于：在底层板的上表面的四周印刷有金属环层，且金属环层表面有镀金层，金属环焊接在底层板上。
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