專利名稱：表面安裝型壓電部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面安裝型壓電部件，諸如陶瓷振蕩器和陶瓷濾波器。
照常規(guī)，在表面安裝型壓電部件中，為了在將壓電部件安裝在基片上時進行清潔處理，把壓電部件和基片合并起來的產(chǎn)品需要抗流動特性。
為了可靠地提供抗流動特性，在蓋子和其上安裝了壓電部件的基片之間設(shè)置粘合劑。更具體地說，在將諸如振蕩器元件之類的壓電部件安裝在例如鋁土制成的，并且其上設(shè)置有電極的絕緣基片上之后，裝上由鋁土制成的蓋子，并和絕緣基片通過粘合劑密封。
但是，由鋁土制的蓋子具有很高的模制和烘培成本。另外，因為用于形成蓋子的制造工藝，蓋子的厚度必需至少為0.5mm。因為壓電振蕩器通常和集成電路(IC)一起使用，故最好合并了振蕩器和IC的整個產(chǎn)品的高度或垂直尺寸等于或小于IC的高度。IC的高度和垂直的尺寸在近年來已經(jīng)非常小(例如大約1.2mm)。由于這個原因，當(dāng)使用鋁土制的蓋子時，有時無法實現(xiàn)產(chǎn)品所需的高度。
為了減小產(chǎn)品的高度或垂直尺寸，提議用金屬蓋子。未審查的第8-111626號日本專利公報揭示了一種壓電部件，其中將金屬蓋子固定到基片，并且通過粘合劑密封金屬蓋子和基片之間確定的空間。粘合劑具有減輕金屬蓋子和基片的熱膨脹系數(shù)差的影響的物理性質(zhì)。在這種情況下，得出的產(chǎn)品的高度或垂直尺寸可以做得較小，并且壓電部件不遭受諸如偶極子的消極影響，并可抑制由熱沖擊的消極影響或者或其他環(huán)境條件引起的密封條件的退化。
順便說一下，表面安裝型壓電部件通過再流焊工藝焊接到電路板。在再流焊接的情況下，最高溫度可達到例如250攝氏度。因此，如果粘合劑的耐熱性較低，則絕緣基片(電路板)和蓋子的密封部分不能承受伴隨了溫度升高的蓋子內(nèi)部壓力的增加，結(jié)果，蓋子與基片分離。
此外，當(dāng)蓋子和基片的熱膨脹系數(shù)之間的差太大時，即使使用具有減輕熱膨脹系數(shù)之間的差異的物理特性的粘合劑，在許多情況下也無法防止蓋子的分離。
為了克服上述問題，本發(fā)明的較佳實施例提供了表面安裝型壓電部件，它具有極好的抗流特性以及極好的耐熱沖擊性，這防止了蓋子脫離。
本發(fā)明的一個較佳實施例提供了表面安裝型壓電部件，包括絕緣基片；設(shè)置在絕緣基片上的外部電極；壓電部件，它包括電極，并固定到絕緣基片上，從而壓電部件的電極連接到外部電極；以及通過粘合劑固定到絕緣基片，并覆蓋壓電部件的金屬蓋子，其中固化狀態(tài)下粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度等于或大于大約120攝氏度，并且金屬蓋子和絕緣基片的熱膨脹系數(shù)之間的絕對值之差等于或小于大約8ppm/攝氏度。
通過對本發(fā)明的較佳實施例實際例子的測試發(fā)現(xiàn)并確定，在再流焊接時蓋子分離的發(fā)生率和粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。更具體地說，發(fā)現(xiàn)蓋子分離的發(fā)生率在璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度變高時變低。但是，如果蓋子和絕緣基片的熱膨脹系數(shù)之間的絕對值之差超過大約8ppm/攝氏度時，即使使用具有高的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的粘合劑，也會發(fā)生蓋子分離。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，用于粘合和密封絕緣基片和蓋子的粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度最好等于或大于大約120攝氏度。結(jié)果，即使在再流焊接時加熱期間，粘合劑強度也不降低，因而粘合劑可以承受內(nèi)部壓力的增加。
還有，蓋子和絕緣基片的熱膨脹系數(shù)絕對值之差最好為大約8ppm/攝氏度或更小。結(jié)果，減輕了粘合劑中的應(yīng)力，并可靠地防止了蓋子與基片的分離。
在上述表面安裝型壓電部件中，粘合劑最好是環(huán)氧系粘合劑，通過使用這樣的粘合劑，在金屬蓋子和基片之間可以得到很高的粘結(jié)強度，并且粘合劑可以在低溫下(大約180攝氏度或更低)硬化，從而壓電部件不引起偶極子。
從參照附圖對本發(fā)明的較佳實施例的描述，本發(fā)明的其他特性或優(yōu)點將顯而易見。


圖1是本發(fā)明的表面安裝型壓電部件的一個較佳實施例的部件分解透視圖。
圖2是圖1中所示的壓電部件的電路圖。
圖3是用于圖1所示的壓電部件中使用的振蕩器元件例子的前視圖和后視圖。
圖4是圖1中所示的壓電部件中使用的電容器元件例子的前視圖和后視圖。
圖5是示出粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度和蓋子固定強度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖6是示出示出粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度和蓋子分離的發(fā)生率之間的關(guān)系的表。
圖7是示出基片和蓋子的熱膨脹系數(shù)之間的差的表。
圖8是示出粘合劑物理特性和耐熱沖擊之間的關(guān)系，以及熱膨脹系數(shù)差和耐熱沖擊之間關(guān)系的表。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實施例的表面安裝型壓電部件。該壓電部件最好包括一個振蕩器元件R和一個負載電容安裝型振蕩器包括的兩個電容器C1、C2(它們用于Colpitts型振蕩電路)。其電路圖示于圖2中。
絕緣基片1最好是大致上為矩形的薄板，厚度為大約0.4mm，并由例如鋁土、低溫?zé)Y(jié)陶瓷制成。三個外部電極2-4分別設(shè)置在基片的前表面和后表面的大致中心部分以及兩個端部上。
電極2-4的端部分別延伸到設(shè)置在基片1的兩條長邊邊緣部分的凸出的通孔部分2a-4a。設(shè)置在基片1的前表面和后表面上的外部電極2-4通過設(shè)置在凸出的通孔部分2a-4a的內(nèi)部上的電極相互連接。
具有相應(yīng)于基片1的固定蓋子部分的形狀的框狀絕緣層5設(shè)置在基片1的前表面的外部電極2-4上，并具有大致上均勻的厚度。絕緣層5可以包括樹脂基、玻璃基或其他適當(dāng)?shù)牟牧?。為了形成絕緣層5，可以使用諸如印刷、轉(zhuǎn)印、撒布之類的已知的方法。
通過層疊振蕩器元件10和電容器元件20形成的多層體通過材料6-8固定在基片1上。材料6-8具有導(dǎo)電性和粘合功能性，諸如導(dǎo)電膠。
用于這個較佳實施例中的振蕩器元件10最好是適合以厚度剪切振動模式振動的振蕩器元件。如圖3中所示，將電極12安排得沿壓電基片11的前表面的縱向從其第一端部延伸大約2/3。電極13安排得沿壓電基片11的后表面的縱向從其第二端部延伸大約2/3。電極12的一個端部和電極13的一個端部通過壓電基片11在其大致的中心部分相對，因此提供了振蕩部分。電極12和13的另一端部12a和13a通過基片1的各自的端部，分別延伸到基片1的相對表面。
此外，示于圖4中的電容器元件20最好包括具有大致上和振蕩器元件10相同長度和寬度的介質(zhì)基片21(例如陶瓷基片)，并包括單獨的電極22和23以及相對的電極24。單獨的電極22和23分別從相對的端部延伸到在介質(zhì)基片21的前表面的大致中心的部分，并且相對的電極24設(shè)置在介質(zhì)基片21的后表面上，并和電極22和23相對，因此，兩個電容器部分設(shè)置在單獨的電極22和23與相對的電極24通過介質(zhì)基片21相對的位置處。單獨的電極22和23的各自的端部22a和23a通過它們的各自的端部延伸到介質(zhì)基片21的后表面。
振蕩器元件10的后表面與電容器元件20的前表面的粘合和固定是在它們的兩端通過材料30和31(諸如具有導(dǎo)電性和粘合功能的導(dǎo)電膠)完成的。這時，振蕩空間由設(shè)置在振蕩器元件10的振蕩部分和電容器元件20之間的材料30和31的厚度確定。按照這種方法，連接振蕩器元件10的一個電極13和電容元件20的一個單獨的電極22，并連接另一個電極12和另一個單獨的電極23。另外，最好在振蕩器元件10的表面的兩端上提供用于頻率調(diào)節(jié)，并最好由樹脂或其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥傻淖枘?damping)材料32和33。但是，不一定需要阻尼材料32和33。
在通過粘結(jié)將振蕩器元件10和電容器元件20合并為整體后，當(dāng)電容器元件20的后表面由材料6-8粘合到基片1時，一個單獨的電極22邊緣部分22a(設(shè)置在電容器元件20上)和電極2連接。另一個單獨的電極23的邊緣部分23a連接到電極4。相對的電極24連接到電極3。
蓋子40通過粘合劑41粘合到基片1，從而覆蓋振蕩器元件10和電容元件20。蓋子40最好由鎳合金形成，諸如42Ni合金，并且最好厚度為大約0.1mm。非電解鍍鎳被施加在鎳合金材料的表面上。作為粘合劑41，最好使用璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度為大約120攝氏度或更高的粘合劑。將粘合劑41通過轉(zhuǎn)印工藝涂敷到蓋子40的開口的底面上后，把蓋子40粘合在絕緣層5上。然后，使粘合劑41固化。在這個較佳實施例中，使用璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度大約為174攝氏度，并且在室溫下的彈性系數(shù)大約為7500Mpa的粘合劑，本發(fā)明的上述較佳實施例的特征和特點在參照圖5-8描述的各種例子中被確認。
圖5示出粘合劑41的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度和蓋子40的固定強度之間的關(guān)系。在圖5中，蓋子的固定強度由當(dāng)通過沿和基片垂直的方向拉蓋子時蓋子40與基片1剝離的負荷值表示。在這種情況下，所使用的蓋子開口的面積為大約11mm2，并且蓋子40粘合在基片上的面積為大約5mm2。如從圖5中清楚地看到的，當(dāng)粘合劑41的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度變高時，固定強度變大。
圖6示出在再流焊時璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度和蓋子分離的發(fā)生率之間的關(guān)系。這里使用的測試樣品由和圖1的較佳實施例的相同的方法生產(chǎn)，其中使用璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度不同的粘合劑。在將這些樣品在具有一定的濕度(85攝氏度/85RH)的環(huán)境下放置24小時后，把100個樣品放入再流爐內(nèi)(峰值溫度為大約250攝氏度)。計數(shù)蓋子在此時被分開的樣品的數(shù)量。計數(shù)的方法是通過觀察，再使用漏泄粗測。漏泄粗由下面的方法實現(xiàn)。把樣品浸在溫度為125攝氏度的碳化合物氟液體中60秒。用肉眼檢查氣泡的存在，結(jié)果，如圖6中所示，當(dāng)璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度為120攝氏度或更高時，不發(fā)生蓋子與基片分離的情況。
圖7示出當(dāng)組合幾種基片1和蓋子40時，熱膨脹系數(shù)的不同。生產(chǎn)這些組合成品樣品，并對它們進行熱沖擊測試。這時，通過確定三值(there-level)粘合劑物理性質(zhì)來測試樣品。
圖8示出粘合劑41的物理性質(zhì)與熱膨脹系數(shù)的差和耐熱沖擊之間的關(guān)系。在-55攝氏度(30秒)到+125攝氏度(30秒)進行1000個循環(huán)的熱沖擊測試。每個情況下樣品的數(shù)量為30個。用光學(xué)顯微鏡進行評估。當(dāng)對任何樣品的結(jié)合密封部分發(fā)現(xiàn)反常(諸如剝離和爆裂)，則產(chǎn)品被確定為劣質(zhì)的或不合格的。
如圖8中清楚的，當(dāng)基片1和蓋子40的熱膨脹系數(shù)的差為大約8ppm/攝氏度或更小時，即使使用任何種類的粘合劑，由熱沖擊測試確定不產(chǎn)生劣質(zhì)品或不合格品。此外，大約226攝氏度的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度接近于環(huán)氧粘合劑的最高值。
有關(guān)本發(fā)明的較佳實施例的發(fā)現(xiàn)和在上述例子中確定的結(jié)果解釋如下。為了得到顯著和足夠的耐再流焊性質(zhì)，粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度需要等于或大于120攝氏度。此外，為了得到足夠的耐熱沖擊，蓋子和絕緣基片的熱膨脹系數(shù)的絕對值差需要小于或等于大約8ppm/攝氏度。如果滿足這些條件，則可以可靠地防止蓋子與基片分離。
本發(fā)明不限于上述較佳實施例。當(dāng)然，可以有各種修改。例如，本發(fā)明的壓電部件可應(yīng)用于各種表面安裝型壓電部件，諸如不內(nèi)裝負載電容的振蕩器，和內(nèi)裝負載電容的濾波器。此外，壓電部件的形狀或電容器元件的形狀都不限于上述較佳實施例。另外，除了厚度剪切振動模式外，任何振動模式(諸如厚度延伸振動模式和方形振動模式)可應(yīng)用于本發(fā)明的壓電部件。關(guān)于蓋子的形狀，帽形(其中開口部分沿向外的方向延伸)也適用于本發(fā)明。在這種情況下，可以得到較大的粘合面積。此外，除了鋁土基片外，絕緣基片可以由其他材料(諸如玻璃環(huán)氧樹脂)制成。另外，蓋子的材料不限于42Ni，德銀、鋁或其他合適的材料也可用于蓋子。但是，在鋁的情況下，熱膨脹系數(shù)較大。因此，當(dāng)鋁用于蓋子時，難以使鋁和基片(陶瓷)之間的熱膨脹系數(shù)差為大約8ppm/攝氏度或更小。由于這個原因，最好使用42Ni或德銀。作為粘合劑，可以使用諸如環(huán)氧丙烯酸鹽或其他適合的材料的粘合劑。但是，粘合劑需要滿足本發(fā)明的條件，包括具有大約為120攝氏度或更高的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。
雖然參照本發(fā)明的附圖，詳細地示出和描述了本發(fā)明，但熟悉本領(lǐng)域的人知道，可以有上述和其他形式和細節(jié)上的變化，而不背離本發(fā)明的主旨。
權(quán)利要求
1．一種壓電部件，其特征在于包括絕緣基片；設(shè)置在所述絕緣基片上的外部電極；包括電極的壓電部件，所述壓電部件固定到所述絕緣基片，所述壓電部件的所述電極連接到所述外部電極；粘合劑；和蓋子，通過所述粘合劑固定到所述絕緣基片，并覆蓋所述壓電部件；其中固化狀態(tài)下的所述粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度等于或大于大約120攝氏度；及所述蓋子和所述絕緣基片的熱膨脹系數(shù)的絕對值的差小于或等于大約8ppm/攝氏度。
2．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述粘合劑是環(huán)氧系的粘合劑。
3．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述壓電部件包括至少一個振蕩器元件和負載電容內(nèi)裝型振蕩器包括的兩個電容器，它們被安排成確定Colpitts型振蕩電路。
4．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述絕緣基片包括大致上為矩形的薄板。
5．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述絕緣基片由鋁土、低溫?zé)Y(jié)陶瓷制成。
6．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述壓電部件是表面安裝型部件。
7．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于還包括設(shè)置在所述絕緣基片和所述壓電部件之間的絕緣件。
8．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述絕緣基片在其邊緣包含凸出的通孔部分。
9．如權(quán)利要求8所述的壓電部件，其特征在于多個外部電極設(shè)置在所述絕緣基片上，并且所述多個外部電極的端部分別延伸到所述凸出的通孔部分。
10．如權(quán)利要求8所述的壓電部件，其特征在于所述多個外部電極設(shè)置在所述絕緣基片的前表面和后表面上，并通過設(shè)置在所述凸出的通孔部分內(nèi)部的電極相互連接。
11．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述壓電部件包括振蕩器元件和電容器元件。
12．如權(quán)利要求11所述的壓電部件，其特征在于振蕩器元件和電容器元件相互層疊以形成整體的部件。
13．如權(quán)利要求11所述的壓電部件，其特征在于所述振蕩器元件適用于以厚度剪切振動模式振動。
14．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述蓋子由鎳合金制成。
15．如權(quán)利要求14所述的壓電部件，其特征在于在鎳合金的表面上提供非電解鍍鎳。
16．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述蓋子由42Ni合金制成。
17．如權(quán)利要求16所述的壓電部件，其特征在于在42Ni合金的表面上提供非電解鍍鎳。
18．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度為大約174攝氏度，并且室溫下的彈性系數(shù)為大約7500Mpa。
19．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述蓋子由德銀和鋁中的至少一種制成。
20．如權(quán)利要求1所述的壓電部件，其特征在于所述粘合劑包括環(huán)氧丙烯酸鹽和環(huán)氧粘合劑中的至少一種。
全文摘要
一種表面安裝型壓電部件,包括絕緣基片:設(shè)置在絕緣基片上的外部電極,和包括電極的壓電部件。壓電部件固定到絕緣基片上,并且壓電部件的電極連接到外部電極。金屬蓋子通過粘合劑固定到絕緣基片,并且覆蓋了壓電部件。固化狀態(tài)下的粘合劑的璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度為大約120攝氏度或更高。金屬蓋子和絕緣基片的熱膨脹系數(shù)的絕對值之差大約8ppm/攝氏度或更小。
文檔編號H03H9/00GK1236220SQ9910224
公開日1999年11月24日 申請日期1999年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月16日
發(fā)明者大代宗幸, 杉村俊明 申請人:株式會社村田制作所