石英震蕩器環壁結構制造方法及該石英震蕩器環壁結構的制作方法
【專利摘要】一種石英震蕩器環壁結構的制造方法,包含:提供一個陶瓷基板;提供一個銅圍壁,該銅圍壁具有相對的一個第一表面及一個第二表面;及將該銅圍壁的第一表面置于該陶瓷基板上,于真空、惰氣氣氛或還原氣氛下進行一個燒結反應,直至該陶瓷基板及該銅圍壁間形成一個氧化銅層及一個共晶層,使該氧化銅層的相對兩面分別結合于該銅圍壁及該共晶層,該共晶層的相對兩面分別結合于該氧化銅層及該陶瓷基板,其中,該共晶層的材質為氧化鋁銅,借此達到增加石英震蕩器的密著度的功效。
【專利說明】
石英震蕩器環壁結構制造方法及該石英震蕩器環壁結構
技術領域
[0001] 本發明是關于一種石英震蕩器的制造方法,特別是一種石英震蕩器環壁結構的制 造方法,及制備而得的石英震蕩器環壁結構。
【背景技術】
[0002] 震蕩器是一種利用壓電材料及電路產生震蕩的被動元件,壓電材料中,又以石英 最為穩定,且石英具有能夠提供廣泛頻率的特性,故,目前市面上的震蕩器多以石英震蕩器 為大宗,石英震蕩器被普遍應用于數位電視、數位相機、行動電話及數據機等消費性電子商 品,具有極大的消費市場。石英震蕩器包含一震蕩子及一環壁結構,由于震蕩子容易受到外 界的氣體、微粒及水氣干擾而產生震蕩頻率的變化,因此,對該震蕩子提供保護作用的環壁 結構的氣密性對于石英震蕩器的運作至關重要。
[0003] 請參照圖1所示,此為現有石英震蕩器環壁結構9,該現有石英震蕩器環壁結構9 系包含一陶瓷基座91、一銀銅層92、一可伐制環周壁93,可伐(kovar)的材質即為鐵鎳鈷合 金,該陶瓷基座91借助該銀銅層92與該可伐環周壁93相結合,該陶瓷基座91及該可伐制 環周壁93共同圍設形成一容置空間94。當將該震蕩子(圖未示)放置于該現有石英震蕩 器環壁結構9的容置空間94后,可另將一上蓋蓋設于該可伐環周壁93的上方,以封閉該容 置空間94。
[0004] 由于該現有石英震蕩器環壁結構9的該容置空間94必須具有一定的氣密性,故在 制造該現有石英震蕩器環壁結構9的過程中,系必要在真空、氮氣或還原氣氛的環境下進 行制備,詳言之,制造該現有石英震蕩器環壁結構9的方法為:備有一可伐薄片及一銀銅薄 片,將該可伐薄片及該銀銅薄片加熱貼合以形成一金屬箱,接著,借助模具沖壓該金屬箱, 使該金屬箱劃分成小尺寸的數個方形環狀金屬箱,并且于該方形環狀金屬箱形成該銀銅層 92及該可伐制環周壁93,續將該方形環狀金屬箱置于該陶瓷基座91上,且該方形環狀金屬 箱以該銀銅層92貼接于該陶瓷基座91,最后,將該方形環狀金屬箱及該陶瓷基座91于還原 氣氛下加熱至700~800°C,使該可伐制環周壁93借助該銀銅層92結合于該陶瓷基座91, 以獲得該現有石英震蕩器環壁結構9。
[0005] 然而,由于該可伐制環周壁93以鐵、鈷及鎳依照固定比例混合所制成,不僅各個 成分的比例必須經準掌控,且鐵、鈷及鎳須充分混合均勻,制造過程相當嚴謹精細,因此該 可伐制環周壁93的價格高昂,使得利用該可伐制環周壁93所獲得之該現有石英震蕩器環 壁結構9的成本居高不下;另外,即使通過該銀銅層92以增加該陶瓷基座91及該可伐制環 周壁93之間的接著力,期望能增進該容置空間94的氣密性,但是在實際使用時,仍會在該 陶瓷基座91及該可伐制環周壁93之間發現裂縫,氣體由此裂縫進入該容置空間94,破壞了 該現有石英震蕩器環壁結構9的氣密性,故該陶瓷基座91及該可伐制環周壁93的密著性 仍存在有改善的空間。
[0006] 有鑒于此,有必要提供一種石英震蕩器環壁結構的制造方法及制備而得的一種石 英震蕩器環壁結構,以解決該現有石英震蕩器環壁結構9的成本高,以及該陶瓷基座91與 該可伐制環周壁93的結合力不佳的問題。
【發明內容】
[0007] 本發明是提供一種石英震蕩器環壁結構的制造方法,可以降低制備該石英震蕩器 環壁結構的制造成本。
[0008] 本發明提供一種石英震蕩器環壁結構的制造方法,可以增加制得的該石英震蕩器 環壁結構的氣密性。
[0009] 本發明提供一種石英震蕩器環壁結構,可以提高該石英震蕩器中的基板與圍壁之 間的密著度,進而增進該石英震蕩器環壁結構的氣密性。
[0010] 本發明的一種石英震蕩器環壁結構的制造方法,包含:提供一陶瓷基板;提供一 銅圍壁,該銅圍壁系具有相對的一第一表面及一第二表面;及將該銅圍壁的第一表面置于 該陶瓷基板上,于真空、惰氣氣氛或還原氣氛下進行一燒結反應,直至該陶瓷基板及該銅圍 壁間形成一氧化銅層及一共晶層,使該氧化銅層的相對兩面分別結合于該銅圍壁及該共晶 層,該共晶層的相對兩面分別結合于該氧化銅層及該陶瓷基板,其中,該共晶層的材質為氧 化錯銅。
[0011] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其中,將一銅膏印刷或點膠于該陶瓷 基板的表面后,加熱使該銅膏固化以于該陶瓷基板上形成該銅圍壁。
[0012] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其中,該銅圍壁為一銅環,對一銅箱進 行沖壓成形、激光成形或蝕刻成形,使該銅箱形成數個環狀銅箱,以獲得該銅環。
[0013] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其中,該燒結反應的溫度為900~ 1300。。。
[0014] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其中,該燒結反應的時間為0. 5~4小 時。
[0015] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其中,于將該銅圍壁置于該陶瓷基板 的表面前,先對該銅圍壁的表面進行氧化反應。
[0016] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其中,另包含將一上蓋結合于該銅圍 壁的第二表面,該上蓋的表面借助電鍍形成一第一鎳層,且該銅圍壁借助電鍍于該第二表 面上依序結合有一第二鎳層、一鈀層及一金層,將一高溫滾輪滾壓位于該金層上方的該上 蓋處,以結合該上蓋及該銅圍壁。
[0017] 本發明的石英震蕩器環壁結構,包含:一陶瓷基板;一銅圍壁,該銅圍壁具有一第 一表面及一第二表面;一氧化銅層,該氧化銅層結合于該銅圍壁的第一表面;及一共晶層, 該共晶層的相對兩面分別結合于該氧化銅層及該陶瓷基板,該陶瓷基板、該銅圍壁、該氧化 銅層及該共晶層共同圍設形成一容置空間。
[0018] 本發明的石英震蕩器環壁結構,其中,另包含一上蓋,該上蓋結合于該銅圍壁的第 二表面,以封閉該容置空間。
[0019] 本發明的石英震蕩器環壁結構,該上蓋的表面具有一第一鎳層,該銅圍壁的第二 表面上依序設有一第二鎳層、一鈀層及一金層,該上蓋以該第一鎳層與該銅圍壁的金層相 結合。
[0020] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,使用價格便宜且易于取得的銅材質作 為該銅圍壁并結合于該陶瓷基板上,可以大幅減少原料開銷,達到降低該石英震蕩器環壁 結構的制造成本的功效。
[0021] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,將該銅圍壁及該陶瓷基板借助該燒 結反應,使該陶瓷基板及該銅圍壁之間形成該氧化銅層及該共晶層,該氧化銅層相當致密 地附著于該銅圍壁的第一表面,且該共晶層與該陶瓷基板及該氧化銅層皆具有良好的鍵結 力,以達到增加石英震蕩器的密著度的功效。
[0022] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,將該上蓋以金屬滾焊的方式結合于該 銅圍壁的第二表面,使該上蓋及該銅圍壁得以緊密結合,以達到避免外界氣體、灰塵或水氣 影響石英震蕩器的運作的功效。
[0023] 本發明的石英震蕩器環壁結構,借助該氧化銅層及該共晶層緊密結合該陶瓷基板 及該銅圍壁,以達到提高石英震蕩器的密著度的效果。
[0024] 本發明的石英震蕩器環壁結構,其中,本發明的銅圍壁具有較高的導熱率,進而可 以達到提升散熱效果的功效,并且降低溫度效應對于石英震蕩器電性的影響。
[0025] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,將該銅環壁于900~1300°C的燒結溫 度下,與該陶瓷基板相結合,故所獲得的該石英震蕩器環壁結構可置于更高溫的環境下仍 維持良好的氣密性,以達到提升該石英震蕩器環壁結構的耐熱性的功效。
【附圖說明】
[0026] 圖1為現有石英震蕩器環壁結構的立體分解圖。
[0027] 圖2為本發明石英震蕩器環壁結構的制造方法結合該銅圍壁及該陶瓷基板的示 意圖。
[0028] 圖3為本發明石英震蕩器環壁結構的組合剖視圖。
[0029] 圖4為本發明石英震蕩器環壁結構的制造方法之結合該上蓋與該銅圍壁之示意 圖。
[0030] 圖5為本發明包含上蓋的石英震蕩器環壁結構的組合剖視圖。
[0031] 圖6為本發明石英震蕩器環壁結構的掃描式電子顯微影像。
[0032] 〔本發明〕
[0033] 1陶瓷基板
[0034] 2銅圍壁
[0035] 21第一表面 22第二表面
[0036] 221第二鎳層 222金層
[0037] 223 鈀層
[0038] 3氧化銅層
[0039] 4共晶層
[0040] 5容置空間
[0041] 6上蓋 61第一鎳層
[0042] 〔現有〕
[0043] 9現有石英震蕩器環壁結構
[0044] 91陶瓷基座 92銀銅層
[0045] 93可伐制環周壁 94容置空間
【具體實施方式】
[0046] 為讓本發明的上述及其他目的、特征及優點能更明顯易懂,下文特舉本發明的較 佳實施例,并配合所附圖式,作詳細說明如下:
[0047] 本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法包含:提供一陶瓷基板;提供一銅圍 壁;及將該銅圍壁置于該陶瓷基板表面并進行燒結反應,直至該陶瓷基板及該銅圍壁間形 成一共晶層及一氧化層。
[0048] 請參照圖2所示,詳言之,該陶瓷基板1用以制造石英震蕩器的基板,該陶瓷基板 1的材料可以為氧化鋁(A1 203)或氮化鋁(A1N)或氧化鋯(Zr02)等,在此并不設限。并且, 該陶瓷基板1尺寸約為30~200mm 2。
[0049] 該銅圍壁2設有相對之一第一表面21及一第二表面22,該銅圍壁2的形成方式 可以透通過一銅膏加熱固化或事先備有一銅環。詳而言之,可以利用印刷或點膠的方式將 該銅膏印刷或涂布于該陶瓷基板1的其一表面,使該陶瓷基板1的表面形成環形的銅膏,并 于后續的該燒結反應中加熱直至該銅膏中的有機溶劑揮發,使該銅膏固化并直接于該陶瓷 基板1上形成該銅圍壁2 ;另外,該銅圍壁2的形成方式也可以事先制備該銅環,然而,由于 石英震蕩器的體積小,所配合的該銅環的尺寸的寬度約為〇. 01~〇. 5mm,厚度僅約為50~ 300 μ m,欲制備尺寸小的銅環需借助特定方法。
[0050] 在本實施例中,該銅環可以借助對一銅箱沖壓成形、激光成形或蝕刻成形的方式, 使該銅箱形成數個環狀銅箱,以制備該銅環。舉例而言,于本實施例中,備有一模具,借助該 模具以沖壓成型的方式形成一銅箱組,該銅箱組包含數個環狀銅箱,并且該環狀銅箱兩兩 之間以一連接部互相結合,接著,將該銅箱組置放于未切割的陶瓷基板上,續以激光光或鉆 石刀等切割工具切斷該連接部,使該環狀銅箱彼此獨立,接著分割該未切割的陶瓷基板,以 獲得準確對位于該陶瓷基板1的該銅環,然而,此僅為一種制備該銅環的方式,并不上述的 方式為限制。
[0051] 請續參照圖2至圖3所示,將該銅圍壁2以該第一表面21放置于該陶瓷基板1上, 接著,于真空、惰氣氣氛或還原氣氛下進行一燒結反應,直至該陶瓷基板1及該銅圍壁2間 形成一氧化銅層3及一共晶層4,并借助該氧化銅層3及該共晶層4結合該陶瓷基板1及該 銅圍壁2。詳言之,于該燒結反應時,該銅圍壁2中的銅與該陶瓷基板1中所含的氧結合, 以形成該氧化銅層3,并且,該氧化銅層3的氧化銅進一步與該陶瓷基板1反應產生該共晶 層4,該共晶層4的材質為氧化鋁銅,如:CuA10 2、CuA1204或CuAlO 2及CuAl 204的組合。簡言 之,當該銅圍壁2及該陶瓷基板1借助該氧化銅層3及該共晶層4相結合時,該氧化銅層3 的相對兩面分別結合于該銅圍壁2的第一表面21及該共晶層4,并且,該共晶層4的相對兩 面結合于該氧化銅層3及該陶瓷基板1。另外,于將該銅圍壁2置于該陶瓷基板1之前,可 以選擇先對該銅圍壁2的表面進行氧化反應,使該銅圍壁2的第一表面21事先形成該氧化 銅層3,以確保該石英震蕩器環壁結構具有足夠厚度的該氧化銅層3,使該氧化銅層3與該 陶瓷基板在該燒結反應下確實可以形成該共晶層4。
[0052] 該燒結反應的溫度為500~1500°C,較佳為900~1300°C,該燒結反應的時間以 形成該氧化銅層3及該共晶層4為考量,在此不限制,于本實施例中,該燒結反應的時間為 0. 5~4小時。當該陶瓷基板1與該銅圍壁2以該氧化銅層3及共晶層4互相結合后,該陶 瓷基板1、該銅圍壁2、該氧化銅層3及該共晶層4共同圍設形成一容置空間5,該容置空間 5用以置放一石英震蕩子(圖未示)。該氧化銅層3通過該銅圍壁2經表面氧化所產生,故 該氧化銅層3系緊密地結合于該銅圍壁2的第一表面21,并且,雖借助該燒結反應所形成 的該共晶層4的厚度相當薄,大約數個至數百個A,然而該共晶層4具有強烈鍵結該陶瓷基 板1及該氧化銅層3的能力,使該陶瓷基板1及該銅圍壁2通過該氧化銅層3及該共晶層 4達到良好的密著性。
[0053] 請參照圖4所示,本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法另包含備有一上蓋6, 及將該上蓋6結合于該銅圍壁2的第二表面22。在此值得一提的是,實際制造石英震蕩器 時,在結合該銅圍壁2及該上蓋6前,先將該石英震蕩子置入該容置空間5中,然而,本發明 為石英震蕩器環壁結構的制造方法,故在此不對該石英震蕩子置入該容置空間5的方法及 相關細節多加贅述。該上蓋6與該銅圍壁2的結合可以是利用玻璃膠封裝、金屬滾焊封裝、 金錫封裝或高分子封裝等方式,在此不多做限制。由于金屬滾焊封裝可達到較高的密著度, 因此,于本實施例中,該上蓋6借助金屬滾焊結合于該銅圍壁2。
[0054] 詳而言之,本實施例中,在結合兩者之前,該上蓋6的表面設有一第一鎳層61,該 第一鎳層61系借助電鍍而結合于該上蓋6的表面;另外,該銅圍壁2亦借助電鍍于該第二 表面22上依序結合有一第二鎳層221及一金層222,較佳地,為了減少該金層222的厚度, 以節省制備該石英震蕩器環壁結構的成本,另可在該第二鎳層221及該金層222之間設有 一鈀層223,以該鈀層223的設置減少該金層222的厚度。接著,將結合有該銅圍壁2之該 陶瓷基板1及該上蓋6置于真空度為10 3~10 的環境中,以該金層222及該第一鎳 層61相對位,并備有一高溫滾輪,該高溫滾輪的溫度約1000°C,以該高溫滾輪滾壓位于該 金層222上方的該上蓋6處,使該上蓋6與該銅圍壁2相結合。通過于結合該上蓋6及該 銅圍壁2之前,預先設置有該第一鎳層61、該第二鎳層221及該金層222,藉此增加該銅圍 壁2及該上蓋6的結合密著性。
[0055] 請再參照圖3所示,利用該石英震蕩器環壁結構的制造方法所制備而得的該石英 震蕩器環壁結構系包含:該陶瓷基板1、該銅圍壁2、該氧化銅層3及該共晶層4,于該陶瓷 基板1上依序結合有該共晶層4、該氧化銅層3及該銅圍壁2,該陶瓷基板1、該銅圍壁2、該 氧化銅層3及該共晶層4共同圍設形成該容置空間5。詳言之,該銅圍壁2具有該第一表面 21及該第二表面22,該氧化銅層3結合于該銅圍壁2的第一表面21,該共晶層4的相對兩 面分別結合于該氧化銅層3及該陶瓷基板1,且該共晶層4的材質為氧化鋁銅。
[0056] 另請參照圖5所示,該石英震蕩器環壁結構另包含該上蓋6,該上蓋6結合于該銅 圍壁2的第二表面22,以封閉該容置空間5。詳言之,該上蓋6的表面具有一第一鎳層61, 該銅圍壁2的第二表面22上依序設有該第二鎳層221及該金層222,并且較佳于該第二鎳 層221及該金層222之間設有該鈀層223,該上蓋6以該第一鎳層61與該銅圍壁2的金層 222相結合,通過該第二鎳層221、該金層222、該鈀層223及該第一鎳層61使該銅圍壁2與 該上蓋6可以緊密結合。
[0057] 為了證實利用本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法確實能夠提高該陶瓷基 板1及該銅圍壁2的結合緊密度,將利用本發明的方法所制得的石英震蕩器環壁結構進行 掃描式電子顯微鏡分析,分析結果如圖6所示。由圖6可以明顯觀察到該銅圍壁2緊密地 結合于該陶瓷基板1,兩者之間幾乎觀察不到空隙,由此可證,借助本發明的方法所制得的 該石英震蕩器環壁結構的氣密度可以提高。
[0058] 綜上所述,本發明的石英震蕩器環壁結構的制造方法,使用該銅圍壁2間接結合 于該陶瓷基板1上,由于銅的價格便宜穩定且取得容易,可以大幅降低制被該石英震蕩器 環壁結構的制造成本;另外,制備該石英震蕩器之環壁結構時,將該銅圍壁2及該陶瓷基板 1借助該燒結反應,使該陶瓷基板1及該銅圍壁2之間形成該氧化銅層3及該共晶層4,該 氧化銅層3相當緊密地附著于該銅圍壁2的第一表面21,且該共晶層4與該陶瓷基板1及 該氧化銅層3皆具有良好的鍵結力,借此使該陶瓷基板1與該銅圍壁2相當緊密地結合,以 達到增加石英震蕩器的密著度的功效;并且,本發明包含將該上蓋6以金屬滾焊的方式結 合于該銅圍壁2的第二表面22,使該上蓋6及該銅圍壁2得以緊密結合,以達到避免外界氣 體、灰塵或水氣影響石英震蕩器的運作的功效。
[0059] 又,利用石英震蕩器環壁結構的制造方法制備獲得的該石英震蕩器環壁結構,借 助該氧化銅層3及該共晶層4緊密結合該陶瓷基板1及該銅圍壁2,以達到提高石英震蕩器 的密著度的效果。
[0060] 另外,相較于現有石英震蕩器環壁結構使用可伐制環周壁,本發明的銅圍壁2具 有較高的導熱率,使本發明的石英震蕩器環壁結構進而可以達到提升散熱效果的功效,并 且避免該石英震蕩器因受熱而改變震蕩頻率,減少熱效應對石英震蕩器的電性影響。
[0061] 再者,由于該銅環壁2于900~1300°C的燒結溫度下,與該陶瓷基板1相結合,相 對于現有石英震蕩器環壁結構的該方形環狀金屬箱與該陶瓷基座于700~800°C下結合, 本發明所獲得的該石英震蕩器環壁結構可以置于更高溫的環境下仍維持良好的氣密性,以 達到提升該石英震蕩器環壁結構的耐熱性的功效。
[0062] 以上僅為本發明的較佳實施例,不得以此限定本發明實施的保護范圍,因此凡參 考本發明的說明書內容所作的簡單等效變化與修飾,仍屬本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種石英震蕩器環壁結構的制造方法,其特征在于包含: 提供一個陶瓷基板; 提供一個銅圍壁,該銅圍壁具有相對的一個第一表面及一個第二表面;及 將該銅圍壁的第一表面置于該陶瓷基板上,于真空、惰氣氣氛或還原氣氛下進行一個 燒結反應,直至該陶瓷基板及該銅圍壁間形成一個氧化銅層及一個共晶層,使該氧化銅層 的相對兩面分別結合于該銅圍壁及該共晶層,該共晶層的相對兩面分別結合于該氧化銅層 及該陶瓷基板,其中,該共晶層的材質為氧化鋁銅。2. 如權利要求1所述的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其特征在于,其中,將一個 銅膏印刷或點膠于該陶瓷基板的表面后,加熱使該銅膏固化以于該陶瓷基板上形成該銅圍 壁。3. 如權利要求1所述的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其特征在于,其中,該銅圍 壁為一個銅環,對一個銅箱進行沖壓成形、激光成形或蝕刻成形,使該銅箱形成數個環狀銅 箱,以獲得該銅環。4. 如權利要求1至權利要求3任一項所述的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其特征 在于,其中,該燒結反應的溫度為900~1300°C。5. 如權利要求1至權利要求3任一項所述的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其特征 在于,其中,該燒結反應的時間為〇. 5~4小時。6. 如權利要求1至權利要求3任一項所述的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其特征 在于,其中,于將該銅圍壁置于該陶瓷基板的表面前,先對該銅圍壁的表面進行氧化反應。7. 如權利要求1至3任一項所述的石英震蕩器環壁結構的制造方法,其特征在于,其 中,另包含將一個上蓋結合于該銅圍壁的第二表面,該上蓋的表面借助電鍍形成一個第一 鎳層,且該銅圍壁借助電鍍于該第二表面上依序結合有一個第二鎳層、一個鈀層及一個金 層,將一個高溫滾輪滾壓位于該金層上方的該上蓋處,以結合該上蓋及該銅圍壁。8. -種石英震蕩器環壁結構,其特征在于包含: 一個陶瓷基板; 一個銅圍壁,該銅圍壁具有一個第一表面及一個第二表面; 一個氧化銅層,該氧化銅層結合于該銅圍壁的第一表面;及 一個共晶層,該共晶層的相對兩面分別結合于該氧化銅層及該陶瓷基板,該陶瓷基板、 該銅圍壁、該氧化銅層及該共晶層共同圍設形成一個容置空間。9. 如權利要求8所述的石英震蕩器環壁結構,其特征在于,其中,另包含一個上蓋,該 上蓋結合于該銅圍壁的第二表面,以封閉該容置空間。10. 如權利要求9所述的石英震蕩器環壁結構,其特征在于,其中,該上蓋的表面具有 一個第一鎳層,該銅圍壁的第二表面上依序設有一個第二鎳層、一個鈀層及一個金層,該上 蓋以該第一鎳層與該銅圍壁的金層相結合。
【文檔編號】H03H9/19GK105991104SQ201510087129
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月25日
【發明人】楊瑞陽, 蔡峰樹, 呂順清
【申請人】加高電子股份有限公司