壓電振子和壓電振子的製造方法
2023-12-04 20:22:36 1
專利名稱：壓電振子和壓電振子的製造方法
技術領域：
本發明涉及壓電振子和壓電振子的製造方法，涉及價格便宜且設備特性的偏差較小的壓電振子的技術。
背景技術：
SMD (表面安裝)構造的壓電振子例如石英振子(以下稱為「SMD型石英振子」)由於小型化且重量輕，因而內置於例如以可攜式電話為代表的便攜型電子設備中，作為頻率或者時間的基準源。關於該SMD型石英振子的1個例子，使用圖9進行說明，圖中11是上表面開口的由陶瓷構成的基體，12是金屬制的蓋體，這些基體11和蓋體12例如通過由熔接材料構成的密封部件13密封熔接，其內部成為真空狀態。圖中10是石英振動片，作為該石英振動片10，能夠使用音叉型石英振動片或矩形形狀的石英振動片等。關於音叉型石英振動片10，使用圖10進行說明，在基部2設置一對振動臂部(腕部)21a和21b，在各振動臂部21a、21b的兩個主面分別設置有槽部23、24。在這些槽部23J4和各振動臂部21a、21b，形成有用於激勵基於彎曲振動的音叉振動的未圖示的激勵電極。另外，在石英振動片10的基體11 一側，與上述激勵電極分別電連接的第一和第二電極端子(未圖示)，從激勵電極被引出到基體11 一側，左右分開設置。該石英振動片10在由基體11和蓋體12形成的內部空間中，以振動臂部21a、21b 伸出的橫向的姿勢，將基部2的電極端子通過導電性粘接劑15固定到基體11的臺座部14， 這樣，將石英振動片10大致水平地安裝在基體11。另一方面，在臺座部14中的安裝石英振動片10的一端側的區域形成有導電路徑16、17(17是紙面裡側的導電路徑)。這樣構成的石英振動片10的振動動作是通過如下方式產生的，即，經由在基體11的外部底面的長度方向上以相對的方式設置的電極18、19、導電路徑16、17和導電性粘接劑15，對石英振動片 10施加電壓。然而，在這樣的SMD型石英振子中，臺座部14中的安裝石英振動片10的一端側的區域與其他區域的高度大致相同。因此，導電性粘接劑15易於向外方流動，導電性粘接劑擴展到超出必要的面積。由此，導電性粘接劑15所擴展的區域在每個元件均發生變化，存在易於產生設備特性上的偏離的課題。為了解決該課題，對使基體11中的安裝石英振動片10的電極端子的區域的高度比其他區域高，由此使導電性粘接劑難以擴展的情況進行了研究。考慮例如在基體11 一側設置由導電性材料構成的突起狀電極，用導電性粘接劑將該突起狀電極與石英振子10的電極端子電連接的結構。這樣的突起電極一般通過如下方式形成，S卩，例如在基體11以ΙΟμπι 15μπι左右的膜厚形成由鎢(W)等構成的基底金屬以後，在其上通過進行鍍鎳(Ni)/金(Au)而形成。這裡，基底金屬的厚度是ΙΟμπι 15μπι左右，因此為了確保突起狀電極的高度，必須使Au的厚度為10 μ m 30 μ m左右，由於Au的價格很高，因此在成本上存在問題。這時，還考慮使用比Au便宜的金屬，確保突起狀電極的高度，接著，對其表面進行鍍Ni/Au。但是在該方法中，必須進行用於使突起狀電極變高的金屬的成膜和Au的成膜，由於工序數目增加，因此結果導致成本上升。而在專利文獻1中記載了在絕緣性基體的上表面的電極形成位置設置獨立的凸部的結構。該例子雖然減少用於形成絕緣性基體的材料，謀求成本下降，但是實際上並沒有記載用什麼方法作成突部，根據該文獻1，也不能解決本發明的課題。現有技術文獻專利文獻1 日本特開2000-164747號公報(段落0017，圖5)
發明內容
發明要解決的課題本發明是鑑於上述情況而完成的，其目的在於提供能夠抑制導電性粘接劑的擴展並且價格便宜的壓電振子和壓電振子的製造方法。用於解決課題的方法因此，本發明的特徵在於，包括由玻璃或石英構成的基體；蓋體，其由與上述基體相同的材料構成，將基體的一面側密封，形成氣密的空間；在上述氣密的空間中被載置在基體上的壓電振動片，該壓電振動片在表面形成有激勵電極，並且與上述激勵電極電連接的第一和第二電極端子設置在基體一側；第一和第二突起部，其上表面平坦，通過在分別與上述壓電振動片的第一和第二電極端子相對應的位置對基體進行蝕刻而形成；形成在這些突起部的表面的、並且與外部端子電連接的金屬膜；和用於將上述金屬膜與上述壓電振動片的電極端子分別電連接的導電性粘接劑。上述突起部優選為隨著從上表面向下方而擴展的形狀。另外，上述突起部的上表面與底部的距離為10 μ m以上50 μ m以下。進而，上述金屬膜的厚度為0. 2 μ m以上0. 5 μ m 以下。本發明的壓電振子的製造方法的特徵在於，包括通過使用掩模對玻璃基板或石英基板的表面進行蝕刻，形成包括收納壓電振動片的凹部和上述突起部的基體的工序；在該基體的表面使金屬膜成膜的工序；和通過對上述金屬膜進行蝕刻，在上述突起部的表面形成金屬膜的工序。發明效果在本發明中，通過在基體中的與壓電振動片的電極端子相對應的位置對基體進行蝕刻來設置突起部，在該突起部的表面使金屬膜成膜，通過導電性粘接劑將該金屬膜與上述壓電振動片的電極端子電連接。從而，在突起部的側面，導電性粘接劑因表面張力而隆起，成為難以向外側流出的狀態，因此能夠抑制導電性粘接劑的擴展。另外，由於能夠使在突起部的表面成膜的金屬膜的膜厚較薄，因此壓電振子的價格便宜。
圖1是表示本發明的實施方式的石英振子的概略縱截面圖和平面圖。
圖2是本發明的實施方式的石英振子一部分的概略截面圖。圖3是本發明的實施方式的石英振子的表面側和背面側的平面圖。圖4是表示本發明的實施方式的石英振子的製造方法的概略截面圖。圖5是表示本發明的實施方式的石英振子的製造方法的概略截面圖。圖6是表示本發明的實施方式的石英振子的製造方法的概略截面圖。圖7是表示在石英晶片的表面搭載有多個石英振動片的狀況和在石英晶片的表面形成有多個蓋體的狀況的平面圖。圖8是表示石英晶片與石英振動片的粘接部的截面圖。圖9是表示石英振子的1個例子的概略縱截面圖和背面圖。圖10是表示音叉型石英振動片的1個例子的概略截面圖。附圖標記說明3 基體31 枕部32 突部33:凹部41、42:突起部43 上表面44 底部46 側面47 電極膜48:導電路徑5 蓋體51 凹部53,54 外部端子6、7 玻璃基板
具體實施例方式參照圖1，說明本發明的實施方式的壓電振子即石英振子的結構。在圖1中，3是由玻璃構成的矩形形狀的基體，在該基體3的表面形成有第一和第二突起部41、42、枕部31、 與後述的外部端子連接用的突部32和周緣部30，並且這些突起部41、42、枕部31、突起32、 周緣部30以外的區域構成為凹部33。圖1 (a)是上述石英振子的A-A截面圖，圖1 (b)是從表面側(一面側)觀看上述基體3時的平面圖，圖1 (c)是上述石英振子的B-B截面圖。圖中，10是現有技術一項中使用圖10說明的石英振動片，上述突起部41、42配置在與該石英振動片10的基部2的第一和第二電極端子(未圖示)相對應的位置。這些突起部41、42如在圖2中以突起部41為例所示的那樣，其上表面43構成為水平面，從上表面 43向突起部41、42的底部44擴展。這些突起部41、42通過對基體3進行蝕刻而形成。另外，在這些突起部41、42的表面覆蓋有金屬膜47，由此構成凸點電極(bump electrode)。在本例中，在突起部41形成有通孔(電極貫通孔)41a,在其內部熔融有例如由 AuSi, AuSn, AuGe等構成的Au共晶金屬45。另外，上述突起部41、42中的上述上表面43、側面46和突起部41的通孔41a的內表面由金屬膜47覆蓋。作為該金屬膜47，使用將例如由鉻(Cr)構成的下層膜、由NiW(鎳鎢)構成的中層膜和由金(Au)構成的上層膜疊層而成的材料。這樣以Cr為基底金屬進行成膜是為了提高Au膜的密合性(粘合性)。另外，在圖 1(b)中，為方便圖示，省略了金屬膜47。在本例中，如圖1(c)所示，突起部42中沒有形成通孔。另外，在上述基體3的表面側，如圖3 (a)所示，形成有與突起部42的金屬膜47連接的規定形狀的電極圖案48，這些電極圖案48和金屬膜47實際上形成為一體。上述突起部41、42的上表面43的高度例如與基體3的周緣部30的高度一致，突起部41、42的高度Ll (上表面43與底部44之間的距離)優選是IOym 50 ym左右。這是因為，如果高度Ll過高，則或者石英振動片10與蓋體5的間隔減小，振動特性惡化，或者不能與封裝(package)的高度降低相對應，如果高度Ll過低，則如後述那樣，導電性粘接劑的擴展(蔓延)增大。另外，在上述金屬膜47中，Cr的厚度例如是0.05μπι 0. 15μπι，更優選是0. 08 μ m 0. 15 μ m左右，NiW的厚度優選是0. 05 μ m 0. 1 μ m左右，Au的厚度優選是例如0. 2 μ m 0. 5 μ m左右。這是因為，如果Au的厚度例如小於0. 2 μ m，則存在不能獲得導電性的可能，如果Au的厚度大於0. 5 μ m，則製造成本升高。另外，上述上表面43的形狀在本例中是橢圓形，其長度(圖1(b)中X方向的長度)L2例如優選是150 μ m 300 μ m左右，其面積優選是0. Olmm2 0. 2mm2左右。這是因為，如果上述長度L2(面積)過小，則石英振動片10不能充分地固定在基體3，存在動作變得不穩定的可能，另外，如果上述長度L2 (面積)過大，則其結果如後述那樣，導電性粘接劑的擴展增大。另外，上表面43的形狀不一定限於橢圓形，也可以是圓形，還可以是多邊形。在這些突起部41、42的上表面43，通過導電性粘接劑34連接有對應的石英振動片 10的電極端子，由此，石英振動片10以水平的狀態，被固定到突起部41、42的上表面43。上述枕部31也由與基體3相同的材質構成，當在突起部41、42安裝有石英振動片 10時，設置在石英振動片10的長度方向(圖1(b)中的X方向)的比中央更靠近前端(頂端)側的位置。該枕部31的上表面構成為水平面，其高度例如與基體3的周緣部30的高度一致。由於石英振動片10被固定在突起部41、42時的石英振動片10的背面從突起部41、 42的上表面稍稍上浮，因此也從該枕部31的上表面稍稍上浮。在本例中，枕部31的上表面構成為在石英振動片10的寬度方向上(圖1(b)中
的Y方向)延伸的四邊形，其面積優選是0.025mm2 0.05mm2左右。這樣設置枕部31的理
由在於，使得當在上下方向上對石英振子施加有力時，石英振動片10不會破裂。通過設置
該枕部31，石英振動片10的振動變小，因此即使石英振子衝突也能夠防止石英振動片的破 裂。上述連接用突部32是為了將石英振動片10的電極端子與後述的外部端子電連接而設置的。在其內部形成有通孔32a，突部32的表面和通孔32a的內表面被金屬膜35覆蓋，並且在通孔32a內，熔融有例如由AuSi、AuSn, AuGe等構成的Au共晶金屬35a。另外， 上述金屬膜35如圖3(a)所示，通過電極圖案48與突起部42的金屬膜47電連接，這些金屬膜35、47、電極圖案48形成為一體。另外，在基體3的上方一側，在石英振動片10的上方一側形成有凹部51的矩形形狀的蓋體5，在收納有石英振動片10的狀態下，與基體3氣密地連接。該蓋體5由與基體3相同的材質構成。這樣，如果用相同的材質構成基體3和蓋體5，則由於熱膨脹係數相同，因此抑制熱處理時的變形，能夠抑制對器件特性的惡劣影響。該蓋體5在基體3的上表面，以使蓋體5的周緣部52與基體3的周緣部30相對應的方式，通過AuSi、AuSn、AuGe等共晶金屬進行接合。另外，基體3與蓋體5也可以通過低熔點玻璃接合進行接合。進而，在基體3的背面，以與通孔41a的共晶金屬45連接的方式設置有外部端子 53，並且以與通孔32a的共晶金屬3 連接的方式設置有外部端子M。這樣構成的石英振子1的振動動作是通過如下方式而產生的，即，經由外部端子53、突起部41的共晶金屬45、 突起部41的金屬膜47和導電性粘接劑34，對石英振動片10的基部2的一個電極端子施加電壓，經由外部端子M、突部32的共晶金屬35a、電極圖案48、突起部42的金屬膜47和導電性粘接劑34，對石英振動片10的基部2的另一個電極端子施加電壓。其次，參照圖4 圖6，說明圖1所示的石英振子的製造方法。另外，圖4 圖6對在一片玻璃基板的某一部分作成的1個石英振子進行說明。首先，對切割出的一片玻璃基板6進行研磨加工並清洗之後(圖4(a))，如圖4(b)所示，在玻璃基板6通過溼蝕刻形成通孔41a (32a)。具體地講，在兩個面形成在Cr之上疊層有Au而成的金屬膜，進而在該金屬膜之上形成與通孔41a(32a)的位置和形狀相對應的抗蝕劑圖案。接著，將玻璃基板6浸漬在KI (碘化鉀)溶液中，蝕刻金屬膜露出的部分，得到金屬膜圖案。然後，將玻璃基板6浸漬在氟酸溶液中，通過以金屬膜圖案作為掩模進行蝕刻，形成通孔41a(32a)。在該圖的例子中，在玻璃基板6的背面側(另一面側)形成金屬膜圖案，從該背面側進行蝕刻。另外，通孔41a(32a)的形成也可以通過噴沙(sandblast)加工來進行。接著，在去除了上述金屬圖案以後，對玻璃基板6進行溼蝕刻，形成已述的記載在圖1中的突起部41、42、枕部31、突部32。另外，在該蝕刻中，在後面的工序中，當將玻璃基板6分割(分斷)為單片時，在與劃線(scribe line)相對應的位置預先形成有槽部61，以使得順暢地進行該分割作業。在該蝕刻工序中，也如上述那樣，通過抗蝕劑圖案，形成金屬膜的圖案，使用氟酸溶液進行蝕刻。然後，去除金屬膜圖案(圖4(c))。然後，在玻璃基板6的整個面，形成從下面起依次疊層了 Cr、Niff, Au而成的金屬膜。這裡，Cr膜或Au膜的成膜通過濺射法或真空蒸鍍法進行，例如，Cr膜以0.05μπι 0. Iym的厚度成膜，NiW以0.05 μπι 0. Iym的厚度成膜，Au膜以0.2 μπι的厚度成膜。由此，在玻璃基板6的表面側和通孔41a(32a)的內表面形成金屬膜。接著，在該金屬膜之上形成了抗蝕劑圖案以後，浸漬在KI溶液中，形成如圖3(a)、(b)所示的與金屬膜47、35、電極圖案48相對應的金屬膜圖案(圖4(d))。接著，如圖5 (e)、(f)所示，在突起部41、42的上表面塗敷導電性粘接劑34例如藤倉化成制商品名「XA-5463」。然後，從其上面起，將上述石英振動片10的基部2的電極端子搭載到對應的突起部41、42之上，通過進行加熱，使上述導電性粘接劑34硬化(固化)。 這時的硬化條件是加熱溫度例如為280度，加熱時間例如為90分鐘。這樣，通過導電性粘接劑34將石英振動片10的電極端子與突起部41、42的上表面43電接合。通過該工序，如圖7(a)所示，石英振動片10分別搭載於在一片玻璃基板6的表面形成的多個凹部33內。另一方面，對於蓋體5，也如圖7(b)所示，在對一片玻璃基板7進行研磨加工並清洗之後，利用與基體3同樣的方法進行蝕刻，由此在玻璃基板7的表面形成凹部51、分割線 (dicing line)用槽部71，在與蓋體5的周緣部52相當的區域中形成金屬膜。該金屬膜例如由Cr、NiW和Au的疊層膜構成。另外，在與基體3的周緣部30相當的區域中也通過上述工序形成金屬膜。這樣，在與基體3的周緣部30相當的區域和與蓋體5的周緣部52相當的區域中形成金屬膜是為了使後述的共晶金屬球72的密合性提高。而且，如圖5(f)所示，在玻璃基板6的槽部61部分，設置AuSn共晶金屬球72。然後，在真空氣氛中，將蓋體5 —側的玻璃基板7粘貼在基體3 —側的玻璃基板6的表面，使得石英振動片10水平地收納在基體3 —側的凹部33與蓋體5 —側的凹部51之間。接著， 通過將共晶金屬球72部分在真空中進行加熱熔融，在基體3 —側的玻璃基板6的表面將蓋體5 —側的玻璃基板7固著(圖5 (g))。另外，作為共晶金屬球72的材料也能夠使用AuSi、 AuGe等。另外，也可以通過低熔點玻璃進行基體3 —側的玻璃基板6與蓋體5 —側的玻璃基板7的接合，這種情況下，無需在接合面形成金屬膜。接著，如圖6(h)所示，在通孔41a(32a)部分，設置AuSn共晶金屬球73，通過將該共晶金屬球73部分在真空中加熱使其熔融，將通孔41a(32a)部分由共晶金屬45和3 充填，進行真空密閉密封(圖6⑴)。另外，作為共晶金屬球73的材料，也能夠使用AuSi,AuGe寸。然後，如圖6(j)所示，將外部端子53、54以規定的圖案形成。外部端子53、討例如疊層作為下層膜的Cr、作為中層膜的NiW和作為上層膜的Au構成，例如，Cr的膜厚是 0. 05 μ m 0. 1 μ m左右，Niff的膜厚是0. 05 μ m 0. 1 μ m左右，Au的膜厚是0. 4 μ m左右。 然後，通過使用切割機(dicing saw)沿著分割線(切割線)切割，將石英振子從玻璃基板 6、7逐個分割，完成圖1所示的石英振子。依據上述的實施方式，在與基體3中的石英振動片10的電極端子相對應的位置， 通過對基體3進行蝕刻，設置突起部41、42，在該突起部41、42的表面形成金屬膜47，用導電性粘接劑；34將該金屬膜47與上述石英振動片10的電極端子電連接。從而，如圖8(a)所示，導電性粘接劑34在突起部41、42的側面46的傾斜部分因表面張力而隆起，抑制其流向外側。結果，石英振動片10的電極端子和基體3 —側，能夠以依賴於突起部41、42的上表面43的形狀進行粘接。由此，通過預先使突起部41、42的上表面的形狀與電極端子一致， 能夠抑制導電性粘接劑34超出必要地擴展。這樣，由於導電性粘接劑34的擴展區域在每個石英振子為一致，因此能夠抑制設備特性上的偏差。另一方面，如圖8(b)所示，基體3中的通過導電性粘接劑34與石英振動片10的電極端子連接的區域的高度與其他區域相同的情況下，導電性粘接劑34在基體3的表面流向外方。由此，在石英振動片10中，在電極端子一側或導電路徑47、48—側，粘接劑超出必要地擴展，由於該導電性粘接劑34的擴展在每個石英振子中不同，因此在設備特性上產生偏差。另外，突起部41、42通過對玻璃基板6進行蝕刻而形成，在其上使Au膜成膜，因此能夠減薄Au膜的膜厚，能夠低價格地製造。這時，由於使用玻璃基板6，因此能夠通過濺射或真空蒸鍍，以更薄的厚度使作為基底膜的Cr膜或Au膜成膜，製造變得容易。進而，由於對石英晶片進行溼蝕刻而形成有突起部41、42，因此通過選擇蝕刻條件，能夠利用晶體的結晶面方位，形成從上表面43直到底部44向下側擴展的具有傾斜的形狀的突起部41、42。通過在該突起部41、42的側面46的傾斜，能夠如已述那樣防止導電性粘接劑；34向外側的流動，因此對玻璃基板6進行蝕刻來形成突起部41、42方面是有效的。另外，通過用玻璃基板6和7分別僅製作基體3和蓋體5，石英振子10使用低價格的現有產品，能夠製作更低價格的設備。在本發明中，基體3和蓋體5隻要是相同的材質即可，除了玻璃基板以外，也可以用石英基板製作。另外，在本發明中，在突起部41、42的表面形成的金屬膜，只要至少在與突起部41、42中的與導電性粘接劑34接觸的區域形成即可。進而，在本發明中，不僅是使用通孔進行電力供給的類型的石英振子，也能夠在具有如圖9所示的電力供給結構的石英振子中使用。進而，本發明中也能夠應用石英振動片10的一個電極端子設置在基體一側，並且另一個電極端子設置在蓋體一側的結構，而將石英振子10的兩個電極端子設置在基體一側的結構，在抑制導電性粘接劑向外方擴展的方面效果更大，優點更突出。
權利要求
1.一種壓電振子，其特徵在於，包括 由玻璃或石英構成的基體；蓋體，其由與所述基體相同的材料構成，將基體的一面側密封，形成氣密的空間； 在所述氣密的空間中被載置在基體上的壓電振動片，該壓電振動片在表面形成有激勵電極，並且與所述激勵電極電連接的第一和第二電極端子設置在基體一側；第一和第二突起部，其上表面平坦，通過在分別與所述壓電振動片的第一和第二電極端子相對應的位置對基體進行蝕刻而形成；形成在這些突起部的表面的、並且與外部端子電連接的金屬膜；和用於將所述金屬膜與所述壓電振動片的電極端子分別電連接的導電性粘接劑。
2.根據權利要求1所述的壓電振子，其特徵在於 所述突起部為隨著從上表面向下方而擴展的形狀。
3.根據權利要求1所述的壓電振子，其特徵在於所述突起部的上表面與底部的距離為10 μ m以上50 μ m以下。
4.根據權利要求1所述的壓電振子，其特徵在於 所述金屬膜的厚度為0. 2 μ m以上0. 5 μ m以下。
5.一種壓電振子的製造方法，其用於製造權利要求1所述的壓電振子，該壓電振子的製造方法的特徵在於，包括通過使用掩模對玻璃基板或石英基板的表面進行蝕刻，形成包括收納壓電振動片的凹部和所述突起部的基體的工序；在該基體的表面使金屬膜成膜的工序；和通過對所述金屬膜進行蝕刻，在所述突起部的表面形成金屬膜的工序。
全文摘要
本發明提供能夠抑制導電性粘接劑的擴展並且價格便宜的壓電振子和壓電振子的製造方法。通過在基體(3)中的與石英振動片(10)的電極端子相對應的位置對基體(3)進行蝕刻來形成突起部(41)、(42)，在該突起部(41)、(42)的表面使金屬膜成膜，通過導電性粘接劑(34)將該金屬膜與上述石英振動片(10)的電極端子電連接，由於在上述突起部(41)、(42)的側面中，導電性粘接劑(34)因表面張力而隆起，成為難以向外側流出的狀態，因此能夠抑制導電性粘接劑(34)的擴展。另外，由於能夠使在突起部(41)、(42)的表面成膜的金屬膜的膜厚變薄，因此石英振動片(10)的價格變得便宜。
文檔編號H03H9/02GK102195598SQ20111005889
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月9日 優先權日2010年3月9日
發明者梅木三十四 申請人:日本電波工業株式會社