專利名稱：提供原地金屬化的封閉的電子裝置盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子元件封裝。具體地說，本發(fā)明涉及諸如壓電裝置之類的在制造之后被密封的裝置的封裝，這些裝置要求在封閉后可以通過調(diào)諧、調(diào)節(jié)或者改變構(gòu)形來改變參數(shù)，而這些裝置在密封時是沒法夠及的。
壓電裝置是人們所熟知的，包括晶體振蕩器和表面聲波諧振器。壓電裝置可以被看作產(chǎn)生壓電現(xiàn)象的物質(zhì)。
大多數(shù)壓電裝置是由其上附有很薄的金屬電極的石英薄片組成。這些裝置的電特性依賴很多因素，它包括石英的溫度、石英片被切的取向、石英片的尺寸以及附在石英片表面的電極的數(shù)量和尺寸。
實際上，所有的壓電裝置，一旦石英片的尺寸和幾何條件被選定，剩下唯一能影響壓電裝置性能的變量只有電極的數(shù)量和尺寸。例如，大家都知道，一個石英諧振器由一個特定的石英片和石英上正反面的至少兩個電極組成，它的諧振頻率部分地由石英片上的電極的大小和厚度決定。而且，對于任何結(jié)定區(qū)域的電極，可以通過增加電極的厚度(即所載質(zhì)量)來降低石英諧振器的諧振頻率，同樣，可以通過減少電極的厚度或質(zhì)量來增加它的諧振頻率。一個單片石英濾波器通常由在單片石英上的兩個或兩個以上的單獨的諧振器級組成，它的特性包括通常頻率、帶寬以及輸入輸出耦合，不僅主要由被切晶體的幾何條件決定，而且也由電極的厚度和表面區(qū)域決定。
在制造壓電裝置時，石英的幾何條件被選定之后，利用如陰極真空噴鍍、蒸鍍等公知技術(shù)把電極附在石英的表面。石英或壓電裝置的最終調(diào)諧一般涉及有選擇地去掉電極物質(zhì)(它是多余的)，或者包括在可控環(huán)境中增加導(dǎo)電金屬電極物質(zhì)以便裝置滿足所需的技術(shù)條件。
在被安裝在一個封閉的或氣密封閉的容器中的封裝的壓電裝置(即鍍上金屬的石英片)的制造過程中所造成偏差的主要原因，是另外一個被調(diào)諧的壓電元件被安裝在氣密封閉的裝置中時會產(chǎn)生頻率移動。即使在利用所謂的表面安裝壓電裝置盒來制造電子線路板的過程中，鍍上金屬的石英晶體也要被放置在一個封閉盒或容器內(nèi)，這個封閉盒或容器被抽空了空氣，用適當(dāng)?shù)牟牧厦芊?，在密封過程中和在組裝電路板的過程中被加熱到一定程度，然后冷卻下來。在其中裝有鍍上金屬的石英的晶體盒本身的最終制造過程中，以及在電子線路板的最后組裝過程中，所需的壓電裝置工作頻率特性總是會有變化的，壓電元件在它插入封閉盒之前所進(jìn)行最終調(diào)諧過程中得到的頻率，即使只有一點點改變，在很多情況下，它都會變成一個無用的廢品。
現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于在封裝的壓電裝置的制造過程中所出現(xiàn)的頻率移動的解決辦法，是在封裝裝置時對預(yù)期會出現(xiàn)的頻率移動進(jìn)行外償。例如，如果一個石英諧振器被要求有45.00MHZ的諧振頻率，而且我們知道，在石英片封裝的過程中，它的諧振頻率要降低2000HZ，那么就在石英的最終調(diào)諧過程中，在對極板進(jìn)行修整操作時可以將諧振頻率調(diào)到45MHZ再加上在封裝過程中損失的2000HZ。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)要依賴別的不完善的制造工藝，對一片片被修整的石英片都插入同樣的偏差即同樣的頻率移動。
一種改進(jìn)了的，對象壓電裝置那樣需要對其表面物質(zhì)精確增加或減少以完成或影響它們的最終操作特性的電子器件的封裝可以避免不得不依賴于附加的偏差的一致性，這種改進(jìn)封裝，將是對現(xiàn)有技術(shù)的一個改進(jìn)。這種封裝甚至即使裝置被安裝在一個電子線路板上也允許對頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明提供了一個密封電子裝置的封殼，封殼內(nèi)有一個電子裝置置，封殼使得在裝置被封閉后還能對它進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個裝置由基座和頂蓋組成，它圍成一個空腔，而電子裝置就放在里面。在圍成的空腔里提供了一個預(yù)定的環(huán)境，當(dāng)適當(dāng)?shù)碾妷杭釉诳蓢婂冸姌O物質(zhì)和電極物質(zhì)要噴鍍到的電子裝置的表面上時，它允許可噴鍍的電極物質(zhì)噴鍍到被封閉的裝置的表面。
在最佳實施例中，這個封閉的封殼允許壓電裝置在它最后組裝后能夠最終調(diào)諧到諧振頻率。少量的電極物質(zhì)能被鍍到壓電片表面的電極上，以增加所載質(zhì)量，降低諧振頻率。同時，從電極的表面剝脫物質(zhì)而減少所載質(zhì)量也是可能的。


圖1所示為封入了一個半導(dǎo)體裝置的密封電子裝置盒的側(cè)視圖。
圖2所示為封入了一個壓電裝置的氣密封閉盒的側(cè)視圖。
圖3所示為圖4里面部分的分解組裝透視圖。
圖4所示為最佳實施例的側(cè)視圖。
圖5所示為另一實施例的側(cè)視圖。
圖1為一個封閉的電子裝置盒(10)的側(cè)視圖，這個盒能使在盒(10)內(nèi)的電子裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)和改變構(gòu)成。被封入的電子裝置(20)，可以是EEPROM或其它集成電路。盒(10)由基座(12)和至少與其機(jī)械地接合的一個頂蓋(14)組成，當(dāng)基座和蓋合在一起時密封成一個空腔(16)。
在基座和蓋(12和14)聯(lián)接形成封閉腔(16)之前，被圍成的空腔(16)被抽空空氣以去掉不必要的雜質(zhì)。抽空空氣之后，空腔(16)被充入很少量的氣體，這種氣體在空腔中幫助產(chǎn)生等離子體，通過它原子就能從物質(zhì)(22)的表面噴發(fā)出來。預(yù)先加在空腔里的氣體環(huán)境是這樣的，當(dāng)蓋和基座聯(lián)接在一起時，這個預(yù)定的氣體環(huán)境就被封閉在空腔(16)內(nèi)。
一個適當(dāng)?shù)碾娮友b置(20)，(它能夠通過有選擇地在其表面噴鍍物質(zhì)來改變其構(gòu)形，如集成電路或EEPROM。)盡管在被永久性地封閉在盒(10)內(nèi)以后，還是可以通過把導(dǎo)電物質(zhì)鍍在它的至少一個表面上(例如圖1中的所示它的向上的面)的辦法，而達(dá)到用電的方法改變其構(gòu)形的目的。通過在要被金屬化的表面有選擇性的施加恰當(dāng)?shù)碾妷?，和利用一些封閉在空腔(16)中的可噴鍍的電極物質(zhì)(22)，電極物質(zhì)可以被鍍到裝置(20)上。通過在可噴鍍的電極材料(22)和電子裝置(20)上的導(dǎo)電表面之間施加適當(dāng)電壓，由于加在空腔(16)中的氣體的存在，在空腔(16)中便產(chǎn)生了等離子體，它可被用來使電子裝置(20)的表面金屬化或有選擇地金屬化。
對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來講，本發(fā)明的益處是明顯的，由于可以有選擇地把金屬原子鍍到電子裝置的表面，因而這類電子裝置將是受益者。一些采用熔絲連接的集成電路將受益于這種能力，利用在編程操作中熔斷了的表面噴鍍導(dǎo)電物質(zhì)來重新把它們連接起來。
圖2所示為氣密密封的壓電裝置盒(100)的橫切面或側(cè)視。圖2中有一個基座(12)，它最好是陶瓷的，它與蓋(14)相接合，蓋最好也是陶瓷的，在圖2所示實施例中，利用蓋(14)和基座(12)之間的密封層(25)氣密聯(lián)接形成密封空腔(16)。
在最終裝配或聯(lián)接基座(12)與頂蓋(14)之前，而最好是在空腔(16)被抽空空氣之后，把預(yù)定數(shù)量的氬氣(18)充入封間空腔(16)中。氬氣可以在空腔(16)中形成等離子體，讓附在蓋(14)上的可噴鍍電極材料(22)從可噴鍍材料的表面被釋放出來。(除氬氣外還有一些氣體也可使用。)本專業(yè)熟練技術(shù)人員可以用帕邢定律(paschen′sLaw)來選擇被封閉氣體(18)的壓力的最佳值，和在壓電裝置(40)表面上的電極(48，50和52)與可噴鍍電極材料(22)的源之間的距離的最佳值。因為大家知道，建立等離子體所需的擊穿電壓取決于電極之間的距離和封閉腔(16)中的氣壓，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)和裝置，選擇不同的噴鍍電壓/氬氣氣壓/電極之間的距離的組合。
如圖2所示，來自直流電源(例如2或3)的恰當(dāng)?shù)碾妷罕患釉谟虚_關(guān)(例如4或5)的電路上使圖2所示的電壓源能夠有選擇地對任一電極(48或50)單獨進(jìn)行金屬化，增加電極上所載質(zhì)量，因而對壓電裝置的調(diào)諧進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(圖2想要表示有第一諧振器的壓電裝置的橫截面圖，第一諧振器由任一電極(40或50)與壓電石英元件(40)的底邊的底層組成，為了明晰起見底層沒有在圖中示出。)關(guān)于電極(48)，借助于金屬化構(gòu)成一個連接到壓電裝置盒外部的導(dǎo)電通路，被金屬化部分圍繞石英片在左邊到達(dá)導(dǎo)電的一團(tuán)粘結(jié)物(54)，導(dǎo)電的粘結(jié)物通過金屬彈簧(88)來左邊懸浮或支撐壓電元件。金屬支撐物(88)的下端與連通線(20)相連接，當(dāng)裝置盒在一個組裝的產(chǎn)品中，連通線可以與一個信號源連接，而在對組裝裝置進(jìn)行最終調(diào)諧的過程中，連通線與用來調(diào)諧的電壓源連接。
組成濾波器的第二個諧振器的上面的電極(50)與另外一個電壓源(3)相連，它們是通過經(jīng)粘結(jié)物(56)，支撐物(86)，連通線(30)和開關(guān)(5)構(gòu)成的信號通道相連接的。通過適當(dāng)選擇電壓的極性，在電極(48)或(50)相對于可噴鍍電極物質(zhì)(22)的源之間能夠建立適當(dāng)?shù)碾妷骸?br> 除了一個晶體濾波器外，圖2所示的壓電裝置也可以是一個單晶體諧振器，它僅僅由一個單個上層電極下層地或參數(shù)電極組成。壓電裝置也可是一個所謂的表面聲波設(shè)備。圖5中所示的另一實施例可以包括一個晶體諧振器，由一片在其上裝有其它的有源或無源電子元件的石英片組成。
在最佳實施例中，封閉的空腔(16)里面的氣體是壓力在1到100微米汞柱的氬氣?？蓢婂兊碾姌O材料可以包括金或銀及任何導(dǎo)電物質(zhì)。蓋與基座用結(jié)合物把它們封住，結(jié)合物在盒外及可噴鍍電極材料(22)之間提供一個導(dǎo)電通路。
圖3為基座(12)、壓電元件(40)及其所包括的金屬化電極、多孔障板(70)的部件分解透視圖。在金屬化噴鍍中，利用圖3所示的被稱為原地或多孔障板(70)的方法可以得到很大的改進(jìn)進(jìn)。由萊特(Knecht)申請的流水號為No.689，397，名稱為“有就地修整電極障板的可表面安裝的壓電設(shè)備”的美國專利申請公開了這種障板的使用，該申請被轉(zhuǎn)讓給了本專利申請的受讓人。
多孔障板(70)，它有三個孔(72、74和76)，當(dāng)障板(70)安放到基座(12)上而壓電元件(40)被懸掛在下時，這三個孔與壓電元件(40)的上層表面(42)上的三個金屬化區(qū)域(分別為50、52和48)充分對準(zhǔn)。壓電元件(40)通過導(dǎo)電粘結(jié)物(54、56、57和58)被粘附到且懸掛在障板(70)下面，粘附物與障板(70)下邊的配合面及連接片(86、88)接觸，連接片(86和88)被從障板切開，這在上面所說的美國專利申請有過描述。在基片(12)中導(dǎo)通線或通路(26、28和30)允許與金屬化區(qū)域亦即電極(48、52和50)作電接觸。
圖4為本發(fā)明最佳實施例的截面圖。在封閉的空腔(16)中有可噴鍍材料(22)，在空腔中注入了預(yù)定的支持氬氣的等離子體，這樣使這結(jié)構(gòu)能用就地噴鍍金屬的工藝，對被封閉的壓電裝置(40)進(jìn)行最后調(diào)諧。
在這個圖中，基座是一個浴缸形的結(jié)構(gòu)(12)，里面有一個類似圖3的結(jié)構(gòu)。在蓋(14)和基座(12)之間，用一個焊封(25)把它們氣密密封。
封閉的空腔(16)中被充入預(yù)定數(shù)量的氬氣。到電極(48)的電連接是通過在基座(12)的底部的導(dǎo)電通路(26)，圖3所示的金屬薄片(88)，以及導(dǎo)電的粘結(jié)物(54)連接起來的，到第二個諧振器元件的電極(50)的電連接是通過導(dǎo)電通路(30)和圖3所示多孔障板(70)的第二個信號接觸片(86)連接的。
多孔障板的開口(72、74和76)與電極(50、52和48)充分對齊，使得來自可噴鍍電極材料源的分子被限制噴鍍在石英元件(40)的電極的表面，而不噴鍍到石英元件(40)的其它非金屬化區(qū)域上。通過施加一個適當(dāng)?shù)碾妷海谌鐖D4所示的實施例中，兩個電極(50、48)被施加同樣的電壓，來自可噴鍍材料(22)的分子觸被噴鍍到石英元件(40)的表面以增加所載質(zhì)量，這樣就降低了裝置的諧振頻率。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以認(rèn)識到到，通過適當(dāng)選擇電壓源(2)的電壓，離子或分子可以從電極表面移去，并可能回到可噴鍍材料(22)的源，這樣就增加了圖4所示裝置的諧振頻率。
在如圖4所示的實施例中，中央電極(52)實際上是一個耦合電極，它在正常情況下通過連接線(28)與地相連。為了清楚起見見，接至連接線(28)的金屬薄片部分在圖3中標(biāo)了出來，但未在圖4中標(biāo)出。
圖5為一個可供選擇的電子裝置實施例，它使用一個多孔障板來調(diào)節(jié)石英晶體振蕩器。在圖5中，各種有源和無源的元件(90、92和94)可以放置在壓電元件的適當(dāng)?shù)谋砻婊蚯‘?dāng)?shù)幕稀Ｔ趫D5中，重要的是蓋(14)本身就是可噴鍍物質(zhì)，蓋可以選擇象鋁金、銀等材料?？梢赃m當(dāng)?shù)嘏c基座(12)聯(lián)接及為噴鍍而作直接電連接。
用來連接裝置盒(300)外部電壓的連接器件有導(dǎo)電通路(26和30)，另外，還有圖中所示在壓電元件(40)上的適當(dāng)?shù)男盘栆€。
在最佳實施例中，基座和蓋是陶瓷的。密封層(25)是一種適當(dāng)?shù)暮噶?，它的熔點很適于在表面安裝裝置制造工藝中使用，在腔(16)被抽空后，氬氣被充入封閉空腔(16)，此時，空腔中是壓力為1至100微米汞柱之間的氬氣，其中壓力可根據(jù)電壓和電極之間的距離來選擇。當(dāng)然，壓電裝置必徑有至少一個可在上面沉積噴鍍物質(zhì)的電極。
壓電裝置調(diào)諧的方法主要分為在封閉的空腔內(nèi)提供氣體環(huán)境和在空腔內(nèi)提供可噴鍍物質(zhì)。在圖示的任何一個實施例中，蓋本身就是一種可噴鍍物質(zhì)，例如在圖5中，利用這種蓋避免不得不多次在空腔中加入這種物質(zhì)。圖中所示本發(fā)明的任何其它實施例都可以考慮采用本身就是噴鍍電極物質(zhì)的基座(適當(dāng)?shù)嘏渲秒娐钒宓母綄俨考?，也可以考慮采用蓋和基座都是噴鍍物質(zhì)的基座和蓋。(如果采用了這些可噴鍍的蓋和/或基座，裝置盒內(nèi)的各信號通路當(dāng)然需要進(jìn)行電隔離。當(dāng)然，通過對每一個電極有選擇地施加適當(dāng)?shù)碾妷?，裝置所載質(zhì)量就能增加。有經(jīng)驗的人將認(rèn)識到，通過施加與增加所載質(zhì)量相反的電壓，減少裝置所載質(zhì)量至少在理論上是可能的。這種方法被用來從壓電元件的表面電極去掉物質(zhì)。
利用前面所述的結(jié)構(gòu)，對封閉在盒內(nèi)的電子裝置進(jìn)行原地改變構(gòu)形是可能的。如果被封閉的裝置是壓電裝置，在它永久地封入一個盒中之后，它的工作頻率特性是可以調(diào)節(jié)的，而在以前，在密封之后是不能對裝置的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)的?？蓺w用于頻率偏離或頻率移動的制造偏差可以通過適當(dāng)?shù)卦趬弘姳砻嬖黾游镔|(zhì)來減少到最小。另外，在一個振蕩器裝在一個電子裝置如收音機(jī)內(nèi)以后，通過適當(dāng)?shù)貙﹄姌O加以電壓，利用本發(fā)明來調(diào)節(jié)振蕩器的諧振頻率這也是可能的。前面所述該發(fā)明的這種應(yīng)用可以允許所謂實時改變用在無線電通訊裝置中的振蕩器的諧振頻率，例如在收音機(jī)或蜂窩式電話中。
權(quán)利要求
1.一種封閉的電子裝置盒，它能對盒內(nèi)的電子裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，它的組成為一個基座；與該基座相合的蓋，蓋與基座圍成一個空腔；在該圍住的空腔內(nèi)所預(yù)定的氣體環(huán)境；封閉在該空腔內(nèi)的電子裝置，在其表面至少有一個電極；放于該封閉空腔中的可噴鍍的電極材料；把該電子裝置盒外部的電壓與封閉空腔內(nèi)每一個電極、該可噴鍍電極材料連接起來的連接器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在該電子裝置和該可噴鍍材料之間還有一個多孔障板。
3.一個氣密密封的壓電裝置盒，它的組成為一個基座;一個蓋子，它與該基座相結(jié)合，圍成一個氣密密封的空腔;在該空腔中預(yù)先確定的氣體環(huán)境;在表面至少有一個電極的壓電裝置;可噴鍍電極材料，封閉在該空腔內(nèi);把該壓電裝置盒外部的電壓與該封閉空腔內(nèi)的每一個電極、可噴鍍電極材料連接起來的連接器件。
4.一個氣密密封的壓電裝置盒，它的組成為一個陶瓷基座;一個陶瓷蓋子，它與基座相結(jié)合，圍成一個氣密密封的空腔;在封閉空腔內(nèi)，一種氣壓為1至100微米汞柱的氬氣環(huán)境;一個多孔障板;與障板相耦合的一個壓電裝置，在它表面至少有一個電極;可噴鍍電極材料，它被封閉在空腔內(nèi);把壓電裝置盒外部的電壓與空腔內(nèi)的每個電極、與噴鍍材料連接起來的連接器件。
5.對在一個有一個基座和蓋的封閉盒內(nèi)的壓電裝置進(jìn)行調(diào)諧的一種方法，基座和蓋圍成一個空腔，在里面放置了一個在其表面至少有一個電極的壓電裝置，上面所結(jié)的方法由下列各步組成在封閉空腔內(nèi)提供一種預(yù)定的氣體環(huán)境;在封閉的空腔內(nèi)提供一些可噴鍍電極材料;在各可噴鍍電極材料和壓電裝置的至少一個電極上有選擇地施加電壓，以增加壓電裝置上至少一個電極的所載質(zhì)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法進(jìn)一步包括提供與壓電裝置相配合的一個多孔障板這個步驟。
7.一個封閉的壓電裝置盒，它能夠?qū)Ρ环忾]的壓電裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，它的組成為一個基座;一個蓋子，它由可噴鍍電極材料組成，它與基座相結(jié)合圍成一個空腔;在封閉的空腔內(nèi)的一個預(yù)定的氣體環(huán)境;封閉在空腔內(nèi)的一個壓電裝置，在其表面至少有一個電極;把壓電裝置盒外的電壓與每一個電極、可噴鍍電極材料連接起來的連接器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置進(jìn)一步包括放置在壓電裝置和可噴鍍電極材料之間的一個多孔障板。
9.一個封閉的壓電裝置盒，它能夠?qū)Ρ环忾]的壓電裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，它的組成為一個由可噴鍍電極材料組成的基座;一個蓋子，它與基座相結(jié)合，圍成一個空腔;在封閉的空腔內(nèi)的一個壓電裝置，在其表面至少有一個電極;把壓電裝置盒外的電壓與每個電極、可噴鍍電極材料連接起來的連接器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置進(jìn)一步包括在壓電裝置和可噴鍍電極材料之間的一個多孔障板。
全文摘要
在一個由一個基座(12)、一個蓋(14)組成的盒里面，給定一個預(yù)定的氣體環(huán)境(18)和一些可噴鍍電極材料，可以完成對電子裝置，例如壓電元件(40)的頻率特性的原地調(diào)節(jié)。通過施加適當(dāng)?shù)碾妷?2)，電極分子可以被噴鍍到電極表面，調(diào)節(jié)晶體濾波器的諧振頻率特性。
文檔編號H01L41/053GK1075340SQ9310085
公開日1993年8月18日 申請日期1993年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月14日
發(fā)明者托馬斯·A·奈什特, 布萊恩·M·曼西尼, 約瑟夫·P·克勞斯 申請人:莫托羅拉公司