一種具有圓形晶片結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石英晶體諧振器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有圓形晶片結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石英晶體諧振器通常由壓電石英晶片及封裝外殼構(gòu)成，封裝外殼材料為陶瓷、玻璃等。壓電石英晶片上下兩面需蒸鍍電極，電極通過密封封裝的引線，與封裝外殼中的基座引腳相連。交流電壓可通過引腳連通石英晶片的上下電極，使石英晶片產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，從而產(chǎn)生振蕩。石英晶體諧振器因其頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性等特性廣泛應(yīng)用于移動電子設(shè)備、手機(jī)、移動通信裝置等電子行業(yè)中。
[0003]石英晶體諧振器封裝結(jié)構(gòu)有直插式和平面貼裝兩種，隨著移動通信電子的迅速發(fā)展，器件小型化需求越來越高，石英晶體諧振器的小型化也勢在必行，其中直插式因體積大，近幾年逐漸被平面貼裝式取代。平面貼裝式石英晶體諧振器因規(guī)格和工藝的限制，目前，只能采用矩形石英晶片。而面對諧振器小型化的需求，矩形石英晶片在設(shè)計和制造封裝的過程面臨諸多難題。首先，矩形石英晶片的體積越小，設(shè)計越困難，設(shè)計周期越長，且現(xiàn)有工藝也越難滿足設(shè)計的公差要求。其次，傳統(tǒng)的切條、腐蝕等工藝方式也難以加工出超小型石英晶片，已經(jīng)不能滿足小型化諧振器的需求。此外，傳統(tǒng)諧振器封裝工藝，采用點(diǎn)膠方式將石英晶片固定在基座中，點(diǎn)膠方式限制了石英晶片的尺寸，如果石英晶片過小，點(diǎn)膠大小不變，會對石英晶體諧振器性能產(chǎn)生巨大的影響。且石英晶體諧振器的小型化，提升了傳統(tǒng)封裝外殼等的制作難度，傳統(tǒng)封裝工藝越來越難以滿足小型化的需求。
[0004]對比矩形石英晶片，若采用圓形石英晶片，設(shè)計難度將會降低，成品石英晶體諧振器的各項性能也會有顯著提高。目前，平面貼裝工藝都采用矩形石英晶片封裝，若利用現(xiàn)有生產(chǎn)工藝制造圓形石英晶片，成本高、難以實現(xiàn)，且后道封裝難度大。所以，為了實現(xiàn)石英晶體諧振器的小型化同時降低設(shè)計和生產(chǎn)成本，降低制造難度，急需對石英晶片結(jié)構(gòu)及前道、后道工藝進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可用于小型化諧振器低成本批量生產(chǎn)，并能夠增強(qiáng)石英晶片中心能陷效應(yīng)、大幅度提升產(chǎn)品一致性的具有圓形晶片結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器及其制作方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種具有圓形晶片結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器，它包括石英晶片、封裝蓋和封裝基座;所述的石英晶片包括圓形構(gòu)件、連接部和保護(hù)框，圓形構(gòu)件通過連接部設(shè)置在保護(hù)框內(nèi)，連接部的形狀為矩形或梯形等適當(dāng)?shù)男螤?，所述的圓形構(gòu)件的上下表面上鍍覆電極，形成電極區(qū)，優(yōu)選地，電極區(qū)形狀為圓形;連接部和保護(hù)框上設(shè)置有金屬層A，保護(hù)框上還設(shè)置有定位孔，定位孔內(nèi)設(shè)置有金屬層B，封裝基座的底面上設(shè)置有引腳，電極區(qū)通過金屬層A、金屬層B與引腳電連接;所述的封裝蓋、石英晶片和封裝基座從上到下依次封裝壓合后形成供圓形構(gòu)件自由振蕩的腔體結(jié)構(gòu)。石英晶片材料為石英晶體，封裝蓋和封裝基座材料為石英晶體、玻璃、陶瓷等。最終形成的壓電石英晶體諧振器的長度為0.8~3.2mm，寬度為0.6?2.5mm。
[0007]進(jìn)一步地，所述的保護(hù)框為矩形形狀，起到支撐和封裝連接作用;所述的圓形構(gòu)件位于保護(hù)框的中心處，圓形構(gòu)件通過連接部與保護(hù)框的一條邊框連接，圓形構(gòu)件可以在封裝后的腔體內(nèi)自由振動，且當(dāng)保護(hù)框受到外界力的作用時，力不會傳遞到圓形構(gòu)件上，從而很好地保護(hù)了圓形構(gòu)件。更進(jìn)一步地，圓形構(gòu)件通過連接部與保護(hù)框的任意一條短邊框連接。圓形構(gòu)件與保護(hù)框中間的區(qū)域材料通過化學(xué)腐蝕或物理切割石英基板去除，圓形構(gòu)件、連接部和保護(hù)框的形狀通過去除材料一體形成。
[0008]進(jìn)一步地，所述的保護(hù)框為矩形形狀，定位孔設(shè)置在矩形的四角處。
[0009]進(jìn)一步地，所述的封裝蓋的外框上設(shè)置有防止封裝液體泄漏的封裝溝槽A，所述的封裝基座的外框上設(shè)置有防止封裝液體泄漏的封裝溝槽B。
[0010]進(jìn)一步地，所述的電極區(qū)包括上電極區(qū)和下電極區(qū)，上電極區(qū)和下電極區(qū)分別設(shè)置在圓形構(gòu)件的上表面和下表面，金屬層A包括上表面金屬層和下表面金屬層，上表面金屬層和下表面金屬層分別設(shè)置在連接部和保護(hù)框的上表面和下表面，上電極區(qū)與上表面金屬層電連接，下電極區(qū)與下表面金屬層電連接，上表面金屬層和下表面金屬層分別與不同定位孔內(nèi)的金屬層B連接，金屬層B還與不同的引腳連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述的圓形構(gòu)件的表面上設(shè)置有凸臺，凸臺設(shè)置在圓形構(gòu)件的一面或雙面上；當(dāng)圓形構(gòu)件的一個表面上設(shè)置有凸臺時，電極區(qū)分別設(shè)置在凸臺的表面和圓形構(gòu)件的另一表面上；當(dāng)圓形構(gòu)件的兩個表面均設(shè)置有凸臺時，電極區(qū)均設(shè)置在凸臺的表面上。凸臺結(jié)構(gòu)能夠有效減弱邊緣產(chǎn)生的寄生振動，并能夠增強(qiáng)石英晶片中心的能陷效應(yīng)。
[0012]—種具有圓形晶片結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器的制造方法，它包括以下步驟:
51、以石英基板為基材，在石英基板上制備出凸臺、圓形構(gòu)件和定位孔，并制備出電極區(qū)和金屬層A，制得的電極區(qū)與金屬層A連通；凸臺、圓形構(gòu)件可通過濕法刻蝕、干法刻蝕、激光刻蝕、物理噴砂等方式制造而成；
52、將封裝蓋、石英晶片和封裝基座依次堆疊并封裝焊接；
53、在定位孔的側(cè)面上制備金屬層B，金屬層B連通金屬層A與封裝基座上的引腳；
54、將石英晶片從石英基板上切除，從而制備出具有圓形晶片結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器。
[0013]進(jìn)一步地，所述的步驟SI包括以下子步驟:
511、以石英基板為基材，在石英基板上制備出凸臺、圓形構(gòu)件和定位孔，凸臺在圓形構(gòu)件表面上，凸臺設(shè)置在圓形構(gòu)件的一面或雙面上；
512、在凸臺或圓形構(gòu)件的上表面上制備上電極區(qū)，在凸臺或圓形構(gòu)件的下表面上制備下電極區(qū)，在石英基板的上下表面上分別制備上表面金屬層和下表面金屬層，并使上電極區(qū)與上表面金屬層連接，下電極區(qū)與下表面金屬層連接。
[0014]進(jìn)一步地，所述的步驟S2中封裝蓋的外框上設(shè)置有封裝溝槽A，封裝基座的外框上設(shè)置有封裝溝槽B，將封裝蓋、石英晶片和封裝基座堆疊封裝焊接的過程中，在封裝溝槽A和封裝溝槽B中添加玻璃焊料或樹脂焊料，且整體在真空環(huán)境下進(jìn)行封裝焊接。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟S3的詳細(xì)過程為:對封裝焊接后的石英基板上的定位孔的側(cè)面進(jìn)行蒸鍍導(dǎo)電金屬層B，使得上表面金屬層和下表面金屬層分別與不同定位孔中的金屬層B相連，并使金屬層B與封裝基板上的引腳形成電連通。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、對比矩形石英晶片，本發(fā)明中圓形石英晶片中的圓片邊緣產(chǎn)生寄生振動的幾率下降，不易產(chǎn)生耦合，諧振器整體性能提高；且設(shè)計公差較大，對工藝要求降低，設(shè)計成本降低。
[0017]2、本發(fā)明將圓形石英晶片用于小型化貼片式石英晶體諧振器，對傳統(tǒng)貼片式石英晶體諧振器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)造性的改進(jìn);此外，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)圓片工藝復(fù)雜，且封裝時圓片不易固定，本發(fā)明采用新型工藝加工圓片，工藝簡單，且圓片與保護(hù)框直接相連，封裝簡單。
[0018]3、本發(fā)明可用于小型化石英晶體諧振器批量型生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本的同時，大幅度提升諧振器的制造效率，同時諧振器的一致性及綜合質(zhì)量也得到了提升。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】中未封裝組合時的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明【具體實施方式】中封裝蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明【具體實施方式】中石英晶片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明【具體實施方式】中石英晶片的俯視圖；
圖5為本發(fā)明【具體實施方式】中封裝基座的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明【具體實施方式】中封裝組合后的主剖結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明【具體實施方式】中石英基板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:10-石英晶片，11-圓形構(gòu)件，12-連接部，13-保護(hù)框，14-電極區(qū)，141-上電極區(qū)，142-下電極區(qū)，15-金屬層A，151-上表面金屬層，152-下表面金屬層，16-定位孔，17-金屬層B，18-凸臺，20-封裝蓋，21-封裝溝槽A，30-封裝基座，31-引腳，32-封裝溝槽B，40-石英基板。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0021]如圖1?圖7所示，一種具有圓形晶片結(jié)構(gòu)的石英晶體諧振器，它包括石英晶片10、封裝蓋20和封裝基座30。所述的石英晶片10包括圓形構(gòu)件11、連接部12和保護(hù)框13，保護(hù)框13呈矩形狀，起到支撐和封裝連接作用。圓形構(gòu)件11設(shè)置在保護(hù)框13的中心處，且可以自由振動，圓形構(gòu)件11通過連接部12與保護(hù)框13的一條短邊框連接，當(dāng)保護(hù)框13受到外界力的作用時，力不會傳遞到圓形構(gòu)件11上，從而很好地保護(hù)了圓形構(gòu)件11。
[0022]所述的封裝蓋20、石英晶片10和封裝基座30從上到下依次封裝壓合連接，封裝蓋20、石英晶片10和封裝基座30封裝壓合后形成供圓形構(gòu)件11自由振蕩的腔體結(jié)構(gòu)。封裝蓋20的外框上設(shè)置有封裝溝槽A21，封裝基座30的外框上設(shè)置有封裝溝槽B32，采用玻璃封裝時，封裝溝槽可以防止封裝液體外泄，使諧振器內(nèi)部形成真空腔體。相比傳統(tǒng)工藝，此封裝結(jié)構(gòu)簡單易加工，且石英晶體諧振器的厚度有所下降。
[0023]石英晶體諧振器的工作原理是基于壓電效應(yīng)，本實施例中的電連接關(guān)系如下:圓形構(gòu)件11的上表面上設(shè)置有凸臺18，凸臺18的上表面上鍍覆電極形成上電極區(qū)141，圓形構(gòu)件11的下表面上鍍覆電極形成下電極區(qū)142，上電極區(qū)141和下電極區(qū)142的合理設(shè)置，以及凸臺18的設(shè)計能夠有效減弱邊緣產(chǎn)生的寄生振動，并能夠增強(qiáng)石英晶片中心的能陷效應(yīng)，降低耦合;連接部12和保護(hù)框13的上表面和下表面上分別設(shè)置有上表面金屬層151和下表面金屬層152，保護(hù)框13的四角處設(shè)置有定位孔16，定位孔16內(nèi)設(shè)置有金屬層B17;封裝基座30的底面上設(shè)置有引腳31。所述的上電極區(qū)141與上表面金屬層151電連接，下電極區(qū)142與下表面金屬層152電連接，上表面金屬層151和下表面金屬層152還分別與不同定位孔16內(nèi)的金屬層B17連接，金屬層B17又與不同的引腳31連接。所述的電極區(qū)141和下電極區(qū)142的形狀均