TWI396381B - 壓電共振器及包含封裝於盒內的此壓電共振器的組成件 - Google Patents

Description

壓電共振器及包含封裝於盒內的此壓電共振器的組成件

本發明與壓電共振器有關，更特定地與用來製造特別是用於可攜式電子設備之頻率產生器的小尺寸共振器有關，適用的領域很廣，諸如鐘錶、資訊技術、遠距通信及醫學領域。

這類小尺寸共振器已揭示於以受讓人為名提出申請的習用技術文件US 6,700,313，其倂入本文參考。圖12所示的共振器10意欲安裝在一盒內，包括一具有兩平行臂12、14經由一連接部16相互連接的音叉形部件，並載有使其振動的電極20、22，這些電極連接到連接墊28、30，以便與盒的外部電氣地連接。共振器10也包括附接於連接部16且位於臂12、14間的中央臂18，此中央臂18與臂12、14實質地等距，質量比音叉形部件的臂大，連接墊28、30由此中央臂承載。此共振器安裝在平行六面體形狀的盒內，其中央臂18以至少一個支撐緊固於該盒的底部。

以上描述的共振器在後文中稱為三臂共振器，可以避免習用音叉形共振器所遭遇的很多問題。

這些問題其中之一是習用音叉形的尺寸及功能特徵適合安裝在金屬盒內，但不適合陶瓷盒。例如，它的長度與寬度比幾乎不適合這類盒的製造，特別是當該盒是表面黏著型元件(SMD type)時，即意指是以自動方式安裝在無孔的印刷電路板上。基於此，習用音叉形共振器及其與盒的連接，不具有良好的抗衝擊性。

此外，當習用的音叉形共振器固定在盒的台階上時，它的尖端易朝向盒的底部。

此外，由於陶瓷材料與石英的熱脹係數不同到足以在共振器內產生機械應力，當溫度改變時，不僅音叉的臂會受影響，且會干擾到共振器的工作，還會使焊料崩開，或共振器的連接墊與它的盒脫離，並改變甚或切斷共振器電極與盒之外部接觸墊間的電氣連接。

基於相同理由，如果在音叉底側的連接墊位置上有初始的裂縫，重大的溫度改變甚至會使音叉斷裂。

最後，當共振器被真空包裝時，該真空絕不可能是完全真空，當共振器振動時音叉臂會攪動空氣，當共振器的臂相互靠近時，共振器的操作參數會改變，且情況會比金屬盒的嚴重。

因此，三臂共振器能滿意地解決習用音叉共振器的各種問題。儘管三臂共振器具有這些經證實的優點，但當將該共振器膠合於設置在盒之底部上的支撐時，該盒可能造成設置在中央臂上之電極間的短路，熟悉此方面技術之人士必然關心的事是能將共振器精確地固定在它的封裝內，以便防止任何洩漏損失。如圖9所示導電墊28及29間“膠合區”與封裝上對應之導電元件108及110的切面放大視圖。當將共振器安裝到封裝內部時，導電黏著劑136在壓力下漏出，且可能導致位於中央臂18之背面上之電極(未顯示)間的短路。

本發明的目的是經由提供3臂共振器連同其封裝以克服前述的缺點，兩者結合能將共振器穩固地安裝在它的封裝內，同時防止共振器之中央臂上之電極間由於導電黏著劑洩漏所導致之電極間的短路。

為此目的，根據本發明的第一態樣，其關於包含壓電共振器及一盒的組成件。

－該盒包括具有底及側邊的主部件，該共振器安裝於其內，以及固定於該主部件的蓋，－該共振器包括具有兩平行振動臂的音叉形部件，該兩臂經由一連接部相互連接，一中央臂位從該連接部突伸出，且位於兩振動臂之間，該兩振動臂都載有使其振動的至少兩個電極，該兩電極分別連接到位於該中央臂之背面上，朝向該盒之底的至少第一及第二連接墊，－該盒另包含緊固於該底的至少一個支撐件，共振器的中央臂經由位於該支撐件上的至少第一及第二連接元件固定在該底上，並以導電黏著劑分別地電氣地連接到該第一及第二連接墊，其中至少在位於連接部側上的第一連接墊或元件上設置導流機構，以使導電黏著劑順著該導流機構流動離開第二電極，不會與第一連接墊或元件電氣地連接。因此，此導流機構可防止共振器之中央臂上的電極間短路。

根據本發明的另一態樣，該導流機構包括在該支撐中穿過第一連接元件的孔，當將共振器膠合至該支撐時，允許超量的導電黏著劑流入孔中。

根據本發明的另一態樣，該導流機構包括切入該支撐、第一連接元件之膠合區及第二電極對面側上的凹部，當將共振器膠合至該支撐時，允許超量的導電黏著劑流向該凹部。

根據本發明的另一態樣，該導流機構包括沿著第一連接元件或連接墊配置在其與第二電極間的至少一個第一凸塊，當將共振器膠合至該支撐時，該凸塊防止超量的導電黏著劑流向第二電極。

根據本發明的另一態樣，該導流機構除了沿著第一連接元件或連接墊配置的第一凸塊之外，另包括垂直於第一凸塊並沿著第一連接元件或連接墊側邊配置的2個凸塊。當將共振器膠合至該支撐時，此U形障礙物有效地防止超量的導電黏著劑流向第二電極。

根據本發明的另一態樣，也為第一連接墊或元件以及第二連接墊或元件設置該導流機構。當將共振器膠合至該支撐時，此對稱的配置防止第一及第二連接元件各別之膠合區中之導電黏著劑不同的蔓延。

根據本發明的另一態樣，將該共振器定位於該盒內當將共振器膠合至該支撐時，這類開口進一步允許注射導電黏著劑，按此方法，超量的黏著劑流動離開第二電極。

本發明也與根據前述本發明各態樣其中任一態樣將一壓電共振器緊固在組成件之盒內的方法有關。

圖1a及1b分別顯示根據本發明第一實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視及切面視圖。須瞭解，封裝的尺寸及形狀適合共振器結構(未顯示)。平行六面體形狀的盒100包括由平底102及4個側邊104所形成的主部件，以及含有邊緣之蓋(未顯示)，在共振器安裝到盒100內後，以加熱及加壓，用一焊接框(亦未顯示)，經由蓋的邊緣，蓋可被真空焊接在主部件的側邊104上。此外，在盒100的底102上配置有一支撐，該支撐的形式以沿著縱軸X延伸的肋106為佳，以便支撐共振器的固定部。肋的寬度經過選擇，以使共振器的振動臂可在盒100內自由地振動，從圖10c中可更明顯看出。在肋106上配置有兩個導電元件，諸如薄導電層108及110，用於接觸共振器之對應的導電墊。可看出，肋106不是從一側邊104延伸到相對的側邊。

此外，為防止將共振器膠合至封裝內時導電黏著劑的洩漏，至少在一個導電元件上設置導流機構，以兩個元件108及110均設置較佳。根據本發明的第一實施例，這些導流機構是切割貫穿導電層108及110的孔112、114，且至少部分穿過肋106。肋106進一步至少在導電層108及110的兩側設置較寬部116、118較佳，以便確保對共振器較良好的支撐。

根據以圖2a及2b所顯示的第二實施例，導流機構是以凹部120及122的形式實施，這些凹部分別在共振器之中央臂上配置電極的位置處，從相對側切割到導電層108、110及支撐106內，如後文中參考圖10c的描述。

根據圖3a及2b所顯示的第三實施例，導流機構包括分別沿著導電元件108及110設置的凸塊124、126，以便凸塊124、126位於導電元件108、110與位於中央背面上的電極之間，如圖10b所示。或者，這些凸塊可設置在共振器的背面以取代支撐件106。這些凸塊124、126延伸於導電元件(或是共振器上的接墊)的整個長度為有利。此外，在實質垂直於已分別設置在導電元件108、110(或是共振器上的連接墊)上之凸塊124、126的方向，另再分別設置額外的凸塊128a及128b、130a及130b，以形成一U形屏障，其可有效地防止超量的導電黏著劑流向位於共振器中央臂上電極。

根據圖4a及4b所顯示的第四實施例，導流機構包括如同第一實施例中的孔112及114，以及如第三實施例中的凸塊124及126，且有凸塊128a、128b、130a、及130b更佳。

根據圖5a及5b所顯示的第五實施例，導流機構包括如第二實施例中的凹部120及122，以及如第三實施例中的凸塊124及126，且有凸塊128a、128b、130a、及130b更佳。

根據圖6a及6b所顯示的第六實施例，導流機構包括分別設置在導電元件108及110上或共振器之連接墊上的兩組凸塊132及134。每一組凸塊以包含按以下方式分佈的五個凸塊較佳：在位於對應之連接元件或對應之連接墊的每一個角落各設置一凸塊，第五個凸塊位在其它四個凸塊的中央。此凸塊組的結構確保導電黏著劑均勻的再分配，並因此減少了吾人所不欲見之朝向中央臂之電極的洩漏，其相關細節見圖10a。

圖7顯示根據本發明第七實施例的封裝100，與前述實施例不同之處在於支撐件，本實施例的支撐件設置在盒的底102上，且分成兩部分106a及106b，在被支撐的導電元件108及110間留下一中空的空間。此中空的空間106c進一步防止於膠合期間因超量導電黏著劑之洩漏所發生兩導電元件間的短路。

圖8顯示根據本發明第八實施例的封裝100，其可使用前文所描述的所有選項，其中，凸塊是設置在共振器之中央臂上。根據此實施例，僅導電層108及110是配置在肋106上。

圖10a顯示第一種型式的組成件，其包括有按照第六實施例安裝到封裝內的共振器。共振器10包含載有兩組電極20及22的振動臂12及14，該兩電極分別經由由音叉形部件之連接部16所載的導電路徑24及26(以透明顯示)相互連接。配置這些電極及導電路徑以使臂12及14以彎曲的模式振動，但其也可以是其它不同的結構，以使該兩臂以相同模式或其它模式(扭轉、剪向等)振動。現回到中央臂18的背面，兩導電連接墊28、30(以透明顯示)位在共振器之重心G長度方向的兩側，並以與G等距為佳。這些連接墊28、30被導電路徑32及34(亦以透明顯示)分別連接到將每一組電極20及22相互連接的導電路徑26及24。這些連接墊28、30也被用來經由用導電黏著劑與導電元件108及110膠合，而將共振器固定到它的封裝100內。

為經由產生更均質及局部更強的激勵電場以便降低能量消耗，以及即使當振動件的尺寸被小型化時仍有低的振動臂振動損失，在每一振動臂的正面及背面至少其中之一上形成一溝槽。

仍如根據第六實施例之封裝100的圖10a，如以透明顯示的中央臂18。在連接元件108及110上設置凸塊組，並因此確保當將共振器膠合到肋106上時，該導電黏著劑是以均勻的方式散布，以便減少吾人所不欲見之朝向將電極22連接至連接墊30之電極路徑32的洩漏。

圖10b顯示包括按照第三實施例之共振器安裝到封裝內的第二型組成件。設置在中央臂18上的固定及定位機構與圖10a中所示的共振器不同。按照此第二型式，其利用固定及定位凹部58及60保證共振器10在封裝100內部能精確的定位及牢固地固定，凹部58及60是切割在中央臂18面對共振器之兩振動臂12、14的兩側邊上。這些凹部58及60被切割穿過中央臂18的整個深度，並因此允許經由該凹部看到封裝內關於製造在肋106上的導電元件108及110以精確地定位。很明顯，凹部58、60可具有多種形狀，諸如正方形、圓形或多邊形等。

仍如根據第三實施例之封裝100的圖10b，如以透明顯示的中央臂18。凸塊124及126分別沿著連接元件108及110配置。此外，設置分別實質地垂直於凸塊124及128的額外凸塊128a及128b、130a及130b較佳。因此，3個凸塊124、128a及128b形成一U形屏障，當膠合時，能有效地防止超量的導電黏著劑流向將電極22連接到連接元件30的電極路徑32。

圖10c顯示第三型組成件，其包括有安裝在封裝內按照第一實施例的共振器。設置在中央臂18上的固定及定及定位機構與圖10b中所示的共振器不同，其是切割貫穿中央臂18的固定及定位孔54及56。由於這些孔54及56切割貫穿中央臂18，經由檢視位於肋106上的這些連接元件，即可將共振器10精確地定位在封裝內。在將共振器組裝到封裝內期間，孔54、56被填以導電膠，一方面允許將電極20、22電氣地連接到導電元件，且另一方面將共振器10穩固地固定在它的封裝內部。很明顯，該孔54、56可有多種形狀，諸如正方形、圓形或多邊形。

仍如根據第一實施例之封裝100的圖10c，如貫穿孔54及56所示。孔112、114切割穿過導電層108及110，且至少部分穿入肋106，以便當將共振器膠合至封裝內時，防止洩漏的導電黏著劑流向電極路徑32。事實上，超量的導電黏著劑流入孔112、114中。第二實施例也是應用相同的方法，以凹部取代孔。

如圖10b及10c之型式的另一選擇，可以在中央臂的背面上設置盲孔，即，支撐導電元件28及30的盲孔。共振器的定位可經由將這些盲孔與沿著盒中對應的凸塊膠合達成，更多的細節如考圖11f所示。

很明顯，這3種型式只是根據前述任何實施例之共振器與封裝間所有可能之組合的非限制例。

圖11a至11f顯示根據本發明某些前述實施例，連接元件108及110與對應之連接墊28及30間之膠合區的放大切面視圖。用於將壓電共振器緊固於其盒內部的方法包含以下步驟：－以導電黏著劑膠合連接墊28及30與對應的連接元件108及110；以導流機構將超量的導電黏著劑導離電極路徑32(圖中未顯示)。

開始的步驟包括經由從貫穿一連接墊的開口察看該導流機構，以將共振器定位到盒內，可用關於如圖11a、11b、11d及11e所示的例子實施。

圖11a顯示在中央臂18上具有孔54及56的共振器與根據第一實施例之封裝之組成件的放大圖。當膠合時，以導電黏著劑填入孔54及56內，超量的導電黏著劑流入孔112及114中，且因此防止與其它電極間的短路。

圖11b顯示中央臂18上具有凹部58及60的共振器與根據第二實施例之封裝之組成件的放大圖。當膠合時，以導電黏著劑填入凹部58(圖中未顯示)及60內，超量的導電黏著劑流入孔120(圖中未顯見)及122中。

圖11c顯示共振器與根據第三實施例之封裝之組成件的放大圖。凸塊124、128a及128b與126、130a及130b所形成的U形屏障，防止超量的導電黏著劑流向位於共振器之中央臂18上的電極。

圖11d顯示具有孔之共振器與根據第六實施例之封裝之組成件的放大圖。一組凸塊被組構用來確保導電黏著劑的均勻再分配，且因此減少了吾人所不欲見之朝向中央臂之電極的洩漏。

圖11e顯示具有凹部之共振器與根據第四實施例型式之封裝之組成件的放大圖。根據此實施例，導流機構不僅包含第三實施例中之凸塊的U形屏障，也包含第二實施例中的凹部，兩種導流機構更進一步防止了由於導電黏著劑洩漏所致使的短路。

圖11f顯示具有盲孔之共振器與根據第八實施例之封裝之組成件的膠合區放大圖。在此情況，導流機構是由盲孔140及142構成，當將共振器安裝到其封裝內時，超量的導電黏著劑流入這些孔所形成的凹室中。可設置凸塊以便關於導電墊108及110定位該些盲孔。

已關於某些特定實施例描述了本發明，但須瞭解，這些實施例並非用來限制本發明。事實上，熟悉此方面技術之人士可以明瞭各種的修改、各實施例間的調整及/或結合，都不會偏離所附專利申請範圍的範圍。

10．．．共振器

12、14．．．平行臂

16．．．連接部

18．．．中央臂

20、22．．．電極

24、26．．．導電路徑

28、30．．．連接墊

32、34．．．導電路徑

100．．．盒

102．．．底

104．．．側邊

106．．．肋

108、110．．．導電元件

112、114．．．導流孔

116、118．．．較寬部

120、122．．．導流凹部

124、126．．．導流凸塊

128a、128b．．．額外的導流凸塊

130a、130b．．．額外的導流凸塊

132、134．．．導流凸塊

106c．．．中空的空間

58、60．．．固定及定位凹部

124、126．．．凸塊

140、142．．．盲孔

圖1a及1b分別是根據本發明第一實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視及切面視圖；圖2a及2b分別是根據本發明第二實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視及切面視圖；圖3a及3b分別是根據本發明第三實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視及切面視圖；圖4a及4b分別是根據本發明第四實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視及切面視圖；圖5a及5b分別是根據本發明第五實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視及切面視圖；圖6是根據本發明第六實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視圖；圖7是根據本發明第七實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視圖；圖8是根據本發明第八實施例用於容納一壓電共振器之未封口封裝的頂視圖；圖9是根據習知技術之共振器與封裝間之膠合區的放大切面視圖；圖10a、10b及10c分別是包括根據前述3種共振器安裝在封裝內之實施例的3型組成件；圖11a至11f是共振器與根據本發明5種不同實施例之封裝間之膠合區的放大切面視圖；圖12是根據習知實施例之壓電共振器的頂視圖。

12、14．．．平行臂

18．．．中央臂

20、22．．．電極

32、34．．．導電路徑

58、60．．．固定及定位凹部

106．．．肋

108、110．．．導電元件

124、126．．．導流凸塊

128a、128b．．．額外的導流凸塊

130a、130b．．．額外的導流凸塊

Claims (15)

1. 一種包含壓電共振器及盒的組成件：- 該盒包括具有底及側邊的主部件，該共該振器安裝於其內，以及固定於該主部件的蓋，- 該共振器包括具有兩平行振動臂的音叉形部件，該兩臂經由一連接部相互連接，以及一中央臂位從該連接部突伸出，且位於兩振動臂之間，該兩振動臂都載有使其振動的至少兩個電極，該兩電極分別連接到位於該中央臂之背面上，朝向該盒之底的至少第一及第二連接墊，- 該盒另包含緊固於該底的至少一個支撐件，共振器的中央臂經由位於該支撐件上的至少第一及第二連接元件固定在該底上，並以導電黏著劑分別地電氣連接到該第一及第二連接墊，其中，至少在位於該連接部側上的該第一連接墊或元件上設置導流機構，以使超量的該導電黏著劑順著該導流機構流動離開該第二電極，不會與該第一連接墊或元件電氣連接。
2. 如申請專利範圍第1項的組成件，其中該導流機構包括在該支撐件中貫穿該第一連接元件的孔。
3. 如申請專利範圍第1項的組成件，其中該導流機構包括切割入該支撐件在該第一連接元件與面對該第二電極側上之膠合區中的凹部。
4. 如申請專利範圍第1項的組成件，其中該導流機構包括至少一個在該第一連接元件或接墊與該第二電極之間 ，沿著該第一連接元件或接墊配置的第一凸塊。
5. 如申請專利範圍第4項的組成件，其中該導流機構另包括在該支撐件中穿過該第一連接元件的孔。
6. 如申請專利範圍第4項的組成件，其中該導流機構另包括切割入該支撐件在該第一連接元件與面對該第二電極側上之膠合區中的凹部。
7. 如申請專利範圍第4項的組成件，其中該導流機構另包括與該第一凸塊垂直且沿著該第一連接元件或接墊側邊配置的另外兩個凸塊。
8. 如申請專利範圍第1項的組成件，其中該第一及第二連接墊或元件都設置有導流機構。
9. 如申請專利範圍第1項的組成件，其中設置一穿過該第一連接墊的開口，用以將該共振器定位於該盒內。
10. 如申請專利範圍第9項的組成件，其中該開口是一切割穿過該中央臂的孔。
11. 如申請專利範圍第9項的組成件，其中該開口是一凹部，其切割在該中央臂面對該振動臂其中之一的一側。
12. 如申請專利範圍第1項的組成件，其中該開口是盲孔的形式，其切割在該中央臂的該第一連接墊中。
13. 如申請專利範圍第8項的組成件，其中設置兩個分別貫穿該第一及第二連接墊的開口，將該共振器定位於該盒內。
14. 一種將壓電共振器緊固於如申請專利第1項之組 成件之盒內的方法，其中該緊固的方法包含以下步驟：- 以該導電黏著劑將該連接墊分別與該對應的連接元件膠合；- 以該導流機構將超量的該導電黏著劑導離該第二電極。
15. 如申請專利範圍第14項的方法，其中設置貫穿該第一連接墊的開口，該方法包含經由該開口看該導流機構以將該共振器定位到該盒內的初始步驟。