CN101510764B - 压电振动片及其制造方法、包括其的装置、晶圆及其夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压电振动片及其制造方法、包括其的装置、晶圆及其夹具，具体而言，为了有效地制造高质量的压电振动片，而与晶圆的外部形状的精度无关，提供一种利用晶圆(S)一次制造多个压电振动片的方法，该方法包括：形成两个或更多个通孔(40)并同时利用通孔形成多个压电板(10)的外部形状的步骤，其利用光刻技术刻蚀晶圆并且利用通孔的中心构造参考点；准备用于晶圆的夹具的步骤，该夹具具有数量与通孔的数量相等且从平板部上方突出的插入销，其后在将插入销插入通孔的状态下将晶圆安装在平板部上；在多个压电板的外表面上形成电极的步骤；和进行切割以使多个压电板从晶圆分离成片段的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及制造由石英、锂、钽酸盐等压电材料构成的压电振动片的制造方法，由该制造方法制造的压电振动片，具有该压电振动片的压电振动器，具有该压电振动器的振荡器、电子装置和无线电波时计。
另外，本发明涉及用于制造压电振动片的晶圆和用于保持该晶圆的用于晶圆的夹具。
背景技术
近年来，移动电话或移动信息终端装置使用利用石英等材料的压电振动器作为时间源、控制信号等的定时源或者基准信号源等。已知多种此类压电振动器，例如，具有音叉型压电振动片的压电振动器，已知具有执行厚度滑移振动(thickness slipping vibration)的压电振动片的压电振动器。
同时，压电振动片由晶圆(半导体晶圆)形成，该晶圆由石英、钽酸锂、铌酸锂等各种压电材料制成。具体而言，晶圆被抛光至预定厚度，其后通过光刻技术进行刻蚀而形成多个压电振动片的外部形状，并且通过分别将预定的金属膜图案化(pattern)至已形成外部形状的多个压电振动片上而形成电极。从而，可以一次在单个的晶圆上制造多个压电振动片。
同时，在制造压电振动片的过程中，通常首先形成外部形状，其后如上所述地执行金属膜的图案化等(参考专利参考1)。在这种情况下，为了制造高质量的压电振动片，必须将金属膜等分别准确地图案化至已形成外部形状的多个压电振动片的外表面上。因此，需要将晶圆准确地定位至掩模等上。在这方面，在背景技术中，在对晶圆进行加工时，现有状态是由晶圆的外部形状构成基准。
专利基准1：JP-A-2006-148758
然而，仍然存在以下问题。
首先，为了通过对晶圆进行加工而制造压电振动片，需要根据步骤来恰当地使用形成有各种图案的掩模，并且每次将掩模准确地定位至晶圆上。例如，存在如下的情况，对用于使压电振动片振动的电极进行图案化，对重力(weight)金属膜28进行图案化以便调节压电振动片的频率，以及从晶圆中最后切割出各个压电振动片等。
同时，在背景技术中，当掩模被定位至晶圆上时，如上所述，通过利用晶圆的外部形状构成基准而设置掩模。因此，通过晶圆的外部形状的精度控制压电振动片的质量。
也就是说，虽然在晶圆上形成压电振动片的多个外部形状之后必须准确地对相应的电极、重力金属膜28等进行图案化，但是并非所有的晶圆的外部形状是均匀的，而是一定会由晶圆造成或多或少的差异。因此，当掩模定位至已经形成压电振动片的外部形状的晶圆上时，掩模的图案不与相应的压电振动片一致，并且经常造成或多或少的偏差。
因此，必须在考虑该偏差的情况下对掩模进行定位，从而花费时间和劳动来进行定位并且不能实现有效的操作。另外，即使考虑该偏差，高准确度的定位也仍然困难并且难以制造高质量的压电振动片。
发明内容
本发明考虑了这种情况而实施，并且本发明的主要目的是提供制造压电振动片的方法和由该制造方法制造的压电振动片，该方法能够有效地制造高质量的压电振动片而与晶圆的外部形状的精度无关。
另外，本发明的另一目的是提供具有该压电振动片的压电振动器、以及具有该压电振动器的振荡器、电子装置和无线电波时计。
另外，本发明的又一目的是提供用于制造压电振动片的晶圆和用于保持该晶圆的用于晶圆的夹具。
本发明提供以下装置，以便解决上述问题。
根据本发明的制造压电振动片的方法是制造多个压电振动片的方法，各压电振动片包括由压电材料制成的压电板和形成在压电板的外表面上的电极，该电极用于当向其施加预定电压时使压电板振动，该方法包括：外部形状形成步骤，其利用光刻技术刻蚀晶圆，形成穿过晶圆的两个或更多个通孔，并且利用通孔的中心构成参考点，在晶圆上形成多个压电板的外部形状；晶圆安置步骤，其准备用于晶圆的夹具，该夹具具有平板部和数量与通孔的数量相等且从平板部上方突出的插入销，其后在将插入销插入通孔的状态下将晶圆安装在平板部上；电极形成步骤，其通过在多个压电板的外表面上图案化电极膜而形成电极；和切割步骤，其进行切割以将晶圆上的多个压电板分离成片段(fragment)；其中在电极形成步骤和切割步骤中，通过利用通孔的中心构成参考点而执行对晶圆的定位。
在根据本发明的制造压电振动片的方法中，首先执行外部形状形成步骤，其通过利用光刻技术刻蚀由石英等压电材料制成的晶圆，形成至少两个或更多个穿过晶圆的通孔并且在形成通孔的同时形成多个压电板的外部形状。此时，压电板的外部形状通过利用通孔的中心构成参考点而形成。因此，可由参考点准确地确定已形成外部形状的所有压电板的位置。
随后，将晶圆安装在用于晶圆的夹具的平板部上，同时将插入销插入通孔内。因此，晶圆由用于晶圆的夹具稳定地保持而不存在拍击振动(rattling)。此外，获得将插入销插入通孔内的状态，因此插入销的中心可由参考点替代，并且使参考点容易地被捕获。
随后，执行电极形成步骤，其通过在多个压电板的外表面上图案化电极膜而形成电极。此外，执行切割步骤，其在形成电极之后进行切割以使多个压电板从晶圆上分离成片段。因此，一次可从单片晶圆制造多个压电振动片，该压电振动片在压电板的外表面上形成有用于使压电板振动的电极。
特别地，虽然在电极形成步骤和切割步骤中，需要通过利用先前形成有图案的掩模来相关地执行曝光和显影，但是可通过利用通孔的中心构成参考点而执行掩模的定位。因此，不同于利用晶圆的外部形状构成基准的背景技术的情况，掩模可以高度准确地对多个压电板进行定位，而不受晶圆的外部形状的精度所影响。此外，形成两个或更多个通孔，因此可确保两个或更多个参考点，并且可在不受晶圆的方向影响的情况下进行定位。因此，无需担忧由晶圆的外部形状的精度所引起的位置变化。因此，可制造高质量的压电振动片。
此外，晶圆可由用于晶圆的夹具稳定地保持，参考点可由插入销牢固地捕获，因此可容易地执行定位操作。因此，可以使制造效率远高于背景技术的制造效率，这可获得压电振动片的低成本形成。
此外，提供根据本发明的制造压电振动片的方法，其中在上述制造本发明的压电振动片的方法中，在外部形状形成步骤中，形成通孔以使得当平面地观察晶圆时，通孔的角部由R形状构成。
在根据本发明的制造压电振动片的方法中，通孔形成为使得当平面地观察晶圆时，直线与直线相交的角部由R形状(平滑曲线)构成。因此，即使在制造中当外力通过通孔施加至晶圆时，也可防止外力集中在角部处。因此，难以通过由角部构成开始而在晶圆上产生裂缝。因此，可防止在晶圆上产生切落(chip off)或裂缝。因此，可通过改善产量而进一步提高制造效率。
此外，提供根据本发明的制造压电振动片的方法，其中在上述制造本发明的压电振动片的方法中，在外部形状形成步骤中，通孔形成为当平面地观察晶圆时构成圆形形状。
在根据本发明的制造压电振动片的方法中，通孔形成为当平面地观察晶圆时构成圆形形状。因此，即使在制造中当外力施加至通孔时，也可防止外力集中于一点。因此，难以在晶圆上产生裂缝。因此，可防止在晶圆中产生切落或裂缝。因此，可通过改善产量而进一步提高制造效率。
此外，提供根据本发明的压电振动片，其中该压电振动片由本发明的制造压电振动片的方法制成。
根据本发明的压电振动片由上述制造方法制成，并因此可实现高质量形成和低成本形成。
此外，提供根据本发明的压电振动器，其中压电振动器包括本发明的压电振动片。
根据本发明的压电振动器包括上述压电振动片，因此可实现压电振动器本身的高质量形成和低成本形成。
此外，提供根据本发明的振荡器，其中本发明的压电振动器电连接至集成电路作为振荡件。
此外，提供根据本发明的电子装置，其中本发明的压电振动器电连接至计时部分。
此外，提供根据本发明的无线电波时计，其中本发明的压电振动器电连接至过滤部分。
根据本发明的振荡器、电子装置和无线电波时计包括上述压电振动器，因此可相似地实现高质量形成和低成本形成。
此外，提供根据本发明的晶圆，该晶圆用于制造压电振动片，该压电振动片具有由压电材料制成的压电板和形成在压电板的外表面上的电极，该电极当向其施加预定电压时使压电板振动，晶圆具有：通过光刻技术刻蚀的并穿过晶圆的两个或更多个通孔；和多个压电板，该多个压电板的外部形状通过利用通孔的中心构成参考点而同时与通孔通过刻蚀形成；其中，在直到制成压电振动片的时间点期间，通孔的中心用作参考点。
当通过利用根据本发明的晶圆制造压电振动片时，在通过在已形成外部形状的多个压电板的外表面上图案化电极膜而形成电极之后，切割多个压电板以从晶圆上分离成片段。因此，每次可制造多个压电振动片，该压电振动片在压电板的外表面上形成有用于使压电板振动的电极。
同时，晶圆包括穿过晶圆的两个或更多个通孔和外部形状与通孔同时形成的多个压电板。此外，多个压电板通过利用通孔的中心构成参考点而形成。因此，使形成有外部形状的所有压电板达到由参考点准确地确定位置的状态。
此外，虽然在形成电极或切割压电板时，需要通过利用先前形成有图案的掩模来相关地执行曝光和显影，但是可通过利用通孔的中心构成参考点而执行掩模的定位。因此，不同于利用晶圆的外部形状构成基准的背景技术的情况，可以非常准确地对多个压电板定位掩模，而不受晶圆的外部形状的精度所影响。此外，形成两个或更多个通孔，并因此可确保两个或更多个参考点，并且可在不受晶圆方向影响的情况下进行定位。因此，无须担心由晶圆的外部形状的精度所引起的位置变化。因此，可制造高质量的压电振动片。
此外，可通过利用通孔而容易地执行定位操作，并因此可使制造效率远高于背景技术的制造效率，这可获得压电振动片的低成本形成。
此外，提供根据本发明的晶圆，其中在本发明的晶圆中，当平面地观察晶圆时通孔的角部由R形状形成。
在根据本发明的晶圆中，通孔形成为使得当平面地观察晶圆时直线与直线相交的角部由R形状(平滑曲线)构成。因此，即使当外力在制造中通过通孔施加至晶圆时，也可防止外力集中于角部。因此，难以通过由角部构成开始而在晶圆上产生裂缝。因此，可防止在晶圆上产生切落或裂缝。因此，可通过改善产量而进一步提高制造效率。
此外，提供根据本发明的晶圆，其中在本发明的晶圆中，通孔形成为当平面地观察晶圆时成圆形形状。
在根据本发明的制造压电振动片的方法中，通孔形成为当平面地观察晶圆时构成圆形形状。因此，即使当外力在制造中通过通孔施加至晶圆时，也可防止外力集中于一点。因此，难以在晶圆上产生裂缝。因此，可防止在晶圆上产生切落或裂缝。因此，可通过改善产量而进一步提高制造效率。
此外，根据本发明的用于晶圆的夹具是保持本发明的晶圆的用于晶圆的夹具，该夹具包括：平板部，其用于将晶圆安装在平板部的顶面上；和插入销，其构成为具有能够插入通孔中的尺寸，并且数量与通孔的数量相等，且从平板部上方突出。
根据本发明的用于晶圆的夹具包括形成为数量与通孔数量相等且从平板部上方突出的插入销，因此，晶圆可在将插入销插入通孔内的同时安装在平板部上。因此，晶圆可被稳定地保持并且同时限制拍击振动。此外，形成将插入销插入通孔内的状态，因此插入销的中心可由参考点替代，并且使参考点容易被捕获。因此，可进一步容易地执行定位操作，并且可进一步提高制造效率。
此外，提供根据本发明的用于晶圆的夹具，其中在本发明的用于晶圆的夹具中，插入销形成为使其前端会聚。
在根据本发明的用于晶圆的夹具中，插入销的前端是会聚的，因此当插入销插入通孔内时，插入销难以被卡住等。因此，缺陷等难以在晶圆上形成。另外，可执行更加顺利的操作，这可进一步提高制造效率。
此外，提供根据本发明的用于晶圆的夹具，其中在本发明的用于晶圆的夹具中，插入销形成为圆形柱的形状。
在根据本发明的用于晶圆的夹具中，插入销形成为圆形柱的形状，因此插入销的外周面由平滑曲线构成。因此，在将插入销插入通孔内时，即使当通孔的内面接触到插入销的外周面时，缺陷等也难以形成于晶圆上。此外在这方面，可防止在晶圆处产生切落或裂缝。
根据本发明的制造压电振动片的方法，可有效地制造高质量的压电振动片，而与晶圆的外部形状的精度无关。此外，根据本发明的压电振动片由该制造方法制造，因此可实现高质量形成并且可实现低成本形成。
此外，本发明的压电振动器、振荡器、电子装置和无线电波时计包括压电振动片，因此可相似地实现高质量形成和低成本形成。
此外，通过利用根据本发明的晶圆可有效地制造压电振动片。此外，根据本发明的用于晶圆的夹具，在制造压电振动片中，晶圆可被稳定地保持并且同时限制拍击振动，参考点可被容易地捕获，因此，可进一步提高压电振动片的制造效率。
附图说明
图1是显示根据本发明的压电振动器的一个实施例的视图，并且是从顶面侧观察的全视图；
图2是从上面观察构成图1所示压电振动器的压电振动片的视图；
图3是从下面观察构成图1所示压电振动器的压电振动片的视图；
图4是显示制造图1所示压电振动器的流程的流程图；
图5是图4所示流程图的继续；
图6是显示在制造图1所示压电振动器中的一个步骤的视图，并且是晶圆的顶视图；
图7是显示在制造图1所示压电振动器中的一个步骤的视图，并且是显示通过刻蚀图6所示晶圆而形成4个通孔并形成多个压电板的外部形状的状态的视图；
图8是用于在制造图1所示压电振动器中使用的晶圆的夹具；
图9是显示在制造图1所示压电振动器中的一个步骤的视图，并且是显示将图7所示的晶圆安置至图8所示用于晶圆的夹具的视图；
图10是显示根据本发明的压电振动器的其它示例的视图，并且是实现厚度滑移振动的压电振动片的透视图；
图11是显示具有根据本发明的压电振动器的表面安装型振荡件的截面图；
图12是显示附连图11所示的压电振动器和外部连接终端的关系的透视图；
图13是显示根据本发明的振荡器的一个实施例的结构视图；
图14是显示根据本发明的电子装置的一个实施例的结构视图；
图15是显示根据本发明的无线电波时计的一个实施例的结构视图；
图16A和图16B是显示根据本发明的用于晶圆的夹具的插入销的改进示例的视图，图16A是顶视图，而图16B是沿图16A的线A-A截取的截面图；
图17A和图17B是显示根据本发明的用于晶圆的夹具的插入销的改进示例的视图，图17A是顶视图，而图17B是沿图17A的线B-B截取的截面图；和
图18A和图18B是显示根据本发明的用于晶圆的夹具的插入销的改进示例的视图，图18A是顶视图，而图18B是沿图18A的线C-C截取的截面图。
具体实施方式
将参考如下的图1至图9说明根据本发明的一个实施例。另外，根据该实施例，将采用如压电振动器1的圆柱状封装型压电振动器的一个示例来给出解释。
如图1所示，该实施例的压电振动器1包括压电振动片2、在其内部容纳该压电振动片2的壳体3和构成气密终端的塞子4，该气密终端将压电振动片2密封地封闭在壳体3的内部。
如图2和图3所示，压电振动片2是由石英、钽酸锂、铌酸锂等压电材料形成的音叉型振动片，并且当施加有预定电压产生振动。另外，压电振动片2由随后提及的晶圆S制成。
压电振动片2由压电板10和电极20构成，该压电板10包括一对并行布置的振动臂部11，12和整体地固定这对振动臂部11，12的基部末端侧的基部13，该电极20形成在压电板10的外表面上用于当施加有预定电压时使压电板10振动。
电极20由激励电极23和安装电极26，27构成，该激励电极23包括形成在这对振动臂部11，12的外表面上的第一激励电极21和第二激励电极22，用于使这对振动臂部11，12振动；该安装电极26，27分别通过引出电极24，25电连接至第一激励电极21和第二激励电极22。
这对激励电极24，25是使这对振动臂部11，12在彼此接近或远离的方向上以预定共振频率振动的电极，并且形成在处于各自电气隔离的状态下的这对振动臂部11，12的外表面上。具体而言，第一激励电极21主要形成在一个振动臂部11的顶面和下面以及另一振动臂部12的两个侧面上，而第二激励电极22主要形成在一个振动臂部11的两个侧面以及另一振动臂部12的顶面和下面上。
另外，激励电极23、安装电极26，27和引出电极24，25例如通过涂覆铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)等的导电膜(电极膜)而形成。
另外，这对振动臂部11，12的前端涂覆有重力金属膜28，用于将这对振动臂部自身的振动状态调节至在预定的频率范围内振动。另外，重力金属膜28被分成用于粗调频率的粗调膜28a和用于微调的微调膜28b。通过利用粗调膜28a和微调膜28b调节频率，这对振动臂部11，12的频率可限制至装置的标称频率的范围内。
如图1所示，壳体3形成为底部圆柱体的形状，并且在其内部包含压电振动片2的情况下压配合以适于固定至塞子4的随后提及的芯柱30的外周。另外，壳体3的压配合在真空气氛下执行，并且将使在壳体3的内部中的围绕压电振动片2的空间达到维持在真空下的状态。
塞子4包括用于密封地密封壳体3的芯柱30、两个引线终端31和隔离膜部件32，在这两个引线终端31中，一个末端侧并行地布置为通过插入芯柱30而穿过芯柱30并且由内引线31a构成，用于安装(机械结合和电连接)压电振动片2，而另一末端侧由电连接至外部的外引线31b构成，该隔离膜部件32填充在芯柱30的内侧上，用于固定芯柱30和引线终端31。
芯柱30由金属材料形成环状形状。另外，填充部件32的材料例如为硼硅玻璃。另外，引线终端31的表面和芯柱30的外周分别涂覆有相同材料的未示出的底层(planting)。
两个引线终端31突出至壳体3内部的部分构成内引线31a，而使其突出至壳体3外部的部分构成外引线31b。另外，内引线31a和安装电极26，27通过导电隆起(bump)E安装。也就是说，内引线31a和安装电极26，27通过隆起E机械结合并且同时电连接。因此，压电振动片2进入被安装至两个引线终端31上的状态。
在此，将描述构成塞子4的主要部件的尺寸和材料的示例。
引线终端31的直径例如为大约0.12mm，并且通常使用科瓦铁镍钴合金(FeNiCo合金)作为引线终端31的基础部件的材料。另外，作为镀覆在引线终端31的外表面和芯柱30的外周上的材料，Cu用作基质金属膜，并且使用耐热镀焊料(solder plating)(锡和铅的合金，其重量比为1∶9)、银(Ag)、锡铜合金(SnCu)、金锡合金(AuSn)等作为罩面金属膜。
另外，通过在壳体3的内周上在真空中执行冷压焊并且同时插入涂覆在芯柱30的外周上的金属膜(镀层)，使壳体3的内部能够在真空状态下气密地密封。
当运行以这种方式构成的压电振动器1时，将预定驱动电压施加至两个引线终端31的外引线31b。因此，可使电流通过内引线31a、隆起E、安装电极26，27和引出电极24，25流向包括第一激励电极21和第二激励电极22的激励电极23，并且可以使这对振动臂部11，12在彼此接近和远离的方向上以预定频率振动。另外，通过利用这对振动臂部11，12的振动，压电振动器1可用作定时源、时间源的基准信号源等、控制信号。
接下来，将在下文中参考图4和图5所示的流程图说明制造上述的压电振动片2和压电振动器1的方法。
首先，执行通过利用由压电材料制成的晶圆S一次制造多个压电振动片2的步骤。在执行该步骤中，首先准备图6所示的晶圆S，该晶圆S通过完成预定抛光而非常准确地精整至预定厚度。另外，根据该实施例，将通过以利用圆板状的晶圆S的情况作为示例来进行说明。接下来，执行外部形状形成步骤，其通过利用光刻技术来刻蚀晶圆S，形成两个或更多个通孔40，并且在形成通孔40的同时通过利用通孔40的中心构成参考点G而形成多个压电板10的外部形状(S20)。
因此，如图7所示，可提供包括通孔40和多个压电板10的晶圆S，该多个压电板10的外部形状通过利用通孔40的中心构成参考点G而形成。另外，根据该实施例，将以形成4个通孔40的情况作为示例来进行说明。另外，在直到随后执行的切割步骤的时段期间，该多个压电板10达到通过连接部分41连接至晶圆S的状态。
具体而言，在形成压电板10的外部形状的同时形成通孔40，并且因此，可通过参考点G准确地确定所有压电板10的位置。
接下来，执行将晶圆S安装在用于晶圆的夹具45的平板部46上的晶圆安置步骤(S30)。在此，将简单地说明用于晶圆的夹具45。
如图8所示，用于晶圆的夹具45包括平板部46和4个插入销47(数目与通孔40相同)，该平板部46将晶圆S安装在顶面上，该4个插入销47由能够插入通孔40中的尺寸构成并且在大致垂直于平板部46的顶面的方向上从平板部46上方突出。因此，通过将插入销47插入通孔40而能够使晶圆S安装在平板部46上。
插入销47形成为圆形柱的形状并且由使前端会聚的渐缩状构成。另外，插入销47形成为长于晶圆S的厚度。另外，使平板部46能够与间隔件48附连，以当安装晶圆S时围绕晶圆S的周围。间隔件48的厚度与晶圆S的厚度大致相等，以防止在间隔件48与晶圆S之间造成阶梯状差异。
另外，通过将夹具45用于以此构成的晶圆而执行晶圆安置步骤。也就是说，如图9所示，通过将4个插入销47分别插入4个通孔40而将晶圆S安装在平板部46上。因此，晶圆S由用于晶圆的夹具45稳定地保持而没有拍击振动。另外，达到将插入销47插入在通孔40内部的状态，并且因此插入销47的中心可由参考点G替代，并且使参考点G容易被捕获。
随后，执行形成电极步骤，其通过在多个压电板10的外表面上形成未示出的电极膜并且进行图案化，形成包括激励电极23、引出电极24，25和安装电极26，27的电极20。此时，如图9所示，通过在晶圆S上重叠先前形成有预定图案的掩模M并且通过利用掩模M适当地执行曝光、显影和刻蚀，可进行上述的图案化。
此时，通过利用通孔40的中心构成参考点G，执行掩模M的定位。因此，不同于背景技术利用晶圆S的外部形状构成基准的情况，掩模M可非常准确地定位至多个压电板10上，而不受晶圆S的外部形状的精度影响。另外，形成4个通孔40，因此可确保4个参考点G，并且可执行定位而不受晶圆S的方向影响。因此，无需担心产生由晶圆S的外部形状的精度所引起的位置变化。
因此，电极20可对多个压电板10非常准确地图案化。另外，在晶圆S与间隔件48之间不存在阶梯状差异，因此掩模M可稳定地重叠在晶圆S上方。
另外，在形成电极20之后，通过切换掩模M而适当地执行曝光、显影和刻蚀，形成重力金属膜28(S50)。在这种情况下，还可相似地非常准确地执行掩模M和晶圆S的定位，且因此可准确地对多个压电板10使重力金属膜28图案化。
接下来，执行进行切割的切割步骤，以通过切割连接晶圆S和压电板10的连接部分41而将多个压电板10和晶圆S分离成片段。此外在这种情况下，相似地，通过切换掩模M而适当地执行曝光、显影和刻蚀，执行切割。同样在这种情况下，可一贯非常准确地执行掩模M和晶圆S的定位，因此可准确地切割连接部分41。
通过执行切割步骤，可一次从单个晶圆S制造在压电板10的外表面上形成有电极20和重力金属膜28的多个压电振动片2。此时，完成制造压电振动片2的步骤。
具体而言，在制造压电振动片2中，不同于背景技术，可如上所述地非常准确地执行掩模M的定位，而不受晶圆S的外部形状的精度影响。因此，可制造高质量的压电振动片2。另外，晶圆S由用于晶圆的夹具45稳定地保持，参考点G可由插入销47牢固地捕获，因此可容易地执行定位操作。因此，可比背景技术更进一步地提高制造效率，这可低成本地形成压电振动片2。
另外，在形成晶圆S上的通孔40中，当平面地观察晶圆S时，通孔40形成为构成圆形。因此，即使当在形成通孔40时或在形成通孔40后施加外力至通孔40时，可防止外力集中于一点并且可以分散外力。因此，难以在晶圆S上产生裂缝。因此，可防止在晶圆S上产生切落、裂缝等。结果，可通过改善产量而进一步提高制造效率。
另外，该实施例的插入销47形成为圆形柱的形状，因此插入销47的外周面变为平滑曲面。因此，在将插入销47插入至通孔40内时，即使当使通孔40的内表面与销47的外周面相接触时，也难以在晶圆S上产生缺陷等。此外在这方面，可防止在晶圆S处产生切落、裂缝等。
此外，根据该实施例的插入销47，前端以渐缩形状形成并且由会聚形状构成。因此，当插入销47插入至通孔40内部时，难以卡住插入销47。此外在这方面，可使缺陷等难以在晶圆S上产生。此外，可进一步平稳地执行晶圆安置步骤，因此可进一步提高制造效率。
接下来，执行制造压电振动器1的步骤。此外，在将压电振动片2安装至引线终端31之前，粗略地调节共振频率(S70)。通过将激光照射至重力金属膜28的粗调膜28a以部分地蒸发粗调膜28a的部分而改变重量，从而实施所述步骤。此外，随后将执行进一步非常准确地调节共振频率的微调。稍后将给出微调的说明。
在制造压电振动器1的过程中，首先执行制造塞子4的气密终端制造步骤(S80)。具体而言，首先通过芯柱制造步骤制造芯柱30(S81)。也就是说，通过将具有铁镍钴合金、铁镍合金等的传导性的板部件加工成喷管(lance)并且随后多次进行深冲压，形成底部圆柱形部件。此外，通过在圆柱形部件的底面上形成开口并切割以将该圆柱体部件通过执行外部形状冲压而从盘部件分离，从而形成芯柱30。
随后，执行分别安置引线终端31和填充部件32的安置步骤(S82)。首先，将所制造的芯柱30安置至未示出的专用夹具上，其后将先前成环状形状烧结的填充部件32安置至芯柱30的内部，并将引线终端31安置成穿过填充部件32。
在通过该安置步骤组合芯柱30、引线终端31和填充部件32之后，将夹具放入加热炉，在大约1000℃的温度气氛中烧结填充部件32(S83)。因此，填充部件32和引线终端31之间的间隙以及填充部件32和芯柱30之间的间隙被完全密封而附连，以构成承受气密性的结构。此外，可通过从该夹具中取出而提供塞子4。此时，完成气密终端的制造步骤。
接下来，执行通过湿镀方法将相同材料的金属膜涂覆至引线终端31的外表面和芯柱30的外周的镀覆步骤(S90)。作为对此的预处理，对引线终端31和芯柱30的外部周边的外表面进行清洁，用碱性溶液去脂，之后，用盐酸和硫酸溶液通过酸来清洁。在完成该预处理后，在引线终端31和芯柱的外周边面的外表面上形成基质金属膜。例如，涂覆大致2μm至5μm膜厚的Cu镀层或Ni镀层。随后，在基质金属膜上形成罩面金属膜。例如，除单一的锡、银等之以外，还可涂覆大致8μm至15μm膜厚的耐热镀层、锡铜合金、锡铋合金、锡锑合金等。
采用这种方式，通过涂覆由基质金属膜和罩面金属膜制成的金属膜，可连接内引线31a和压电振动片2。此外，由于涂覆在芯柱30的外周上的金属膜具有柔软且弹性变形的特性，故不仅可执行压电振动片2的连接，而且可执行芯柱30的冷压焊接，并可执行气密结合。
其后，为了稳定金属膜，在真空气氛的炉中执行退火(S100)。例如，在170℃的温度下进行加热1小时。因此，通过调节形成在基质金属膜的材料与罩面金属膜的材料的界面处的金属间化合物的组分，可抑制形成金属须。可在完成退火的时间点执行安装步骤。此外，虽然举出了通过湿镀方法涂覆金属膜的情况的实例，但是本发明不局限于这种情况，例如可通过气相沉积方法、化学气相方法等进行涂覆。
此外，根据该实施例，在完成退火之后，在内引线31a的前端处形成金等的传导性隆起E，以随后执行安装步骤(S110)。此外，执行将压电振动片2的安装电极26，27结合至内引线31a的安装步骤。具体而言，在将隆起E插入在内引线31a与压电振动片2之间并且同时加热隆起E的状态下，以预定压力使内引线31a和压电振动片2重叠。因此，可通过隆起E连接内引线31a和安装电极26，27。结果，可安装压电振动片2。也就是说，使压电振动片2达到由引线终端31机械地支承并且电连接至该引线终端31上的状态。
此外，虽然在执行隆起连接中，通过执行加热和加压来进行安装，但也可通过利用超声波来执行隆起连接。
接下来，在执行密封步骤之前，为了消除安装应变，在预定温度下执行烘烤(S130)。随后，执行压电振动片2的频率调整(微调)(S140)。具体地说明该频率调整，在整体地放入真空室内的状态下，通过在外引线31b之间施加电压而使压电振动片2振动。此外，通过利用激光器蒸发重力金属膜28的微调膜28b来调节该频率，同时测量该频率。此外，为了执行频率测量，通过将未示出的探测器的前端压在外引线31b上而可准确地进行测量。通过进行频率调整，可将压电振动片2的频率调节至先前确定的频率范围内。
此外，虽然在先前执行的微调和粗调中，通过照射激光而蒸发重力金属膜28来执行频率调整，但是可利用氩离子而不是激光。在这种情况下，执行喷射氩离子，而频率调整通过去除重力金属膜28而执行。
最后，通过将外壳3压配合到在其内容纳了安装的压电振动片2的芯柱3上，执行气密地密封压电振动片2的密封步骤。具体地解释，在真空中将外壳3压配合到塞子4的芯柱30的外部周边上，同时施加预定的负荷。然后，使形成在芯柱30的外部周边上的金属膜弹性地变型，并且因此，可以通过冷压焊接执行气密密封。因此，在真空中可以密封地将压电振动片2封闭在要密封的外壳3内。
此外，在执行该步骤前，优选通过充分地加热外壳3和塞子4来去除吸收到表面上的湿气等。
此外，在完成安装到外壳3上后，执行屏蔽(screening)(S67)。执行屏蔽以稳定频率或共振频率值，并且防止在与外壳3压配合的安装部分上形成由压力导致的金属须。在完成屏蔽之后，执行内部的电气特性检查(S170)。也就是说，测量并检查共振频率、共振电阻值、激励电平特性(共振频率和共振电阻值的激励功率相依性)等。此外，与之一起还检查绝缘电阻特性等。此外，最后，通过执行压电振动片1的外观检查来最终检查尺寸、质量等。结果，可以制造图1中所示的压电振动片1。
具体而言，该实施例的压电振动器1具有拥有高质量并达成低成本形成的压电振动片2，因此可实现优于背景技术的高质量形成和低成本形成。
此外，该实施例的压电振动器1具有将压电振动片2密封地封闭在壳体3内的圆柱形封装类型，因此可在不受灰尘和污垢等影响的情况下使压电振动片2振动。因此，可使压电振动片2非常准确地振动，并且可实现高性能形成。
此外，虽然根据该实施例，已经通过利用具有音叉型压电振动片2的压电振动器1作为示例进行了说明，但是该实施例不局限于压电振动器1。
如图10所示，将采用具有厚度滑移振动片(压电振动片)61的厚度滑移振动器(压电振动器)60。厚度滑移振动片61包括压电板62和电极66，该压电板62从晶圆S以恒定厚度和板状形状形成，该电极66包括激励电极63、引出电极64和安装电极65。例如，压电板62的外部形状形成为例如长方形形状，并且形成为使得激励电极63大致在压电板62的两面的中心部分处彼此相对。压电板62的端部形成有通过引出电极64电连接至激励电极63上的安装电极65。此外，连接至其中一个激励电极63的安装电极65和连接至另一个激励电极63的安装电极65分别形成在压电板62的两面上。此时，形成在压电板62的一面上的安装电极65通过形成在压电板62的侧面上的侧面电极67而电连接至形成在另一面上的安装电极65上。
即使是根据此方式构成的厚度滑移振动器60，厚度滑移振动片61也可以以优于背景技术的高质量和低成本而制成，因此厚度滑移振动器60本身可实现高质量形成和低成本形成。
此外，可通过将圆柱形封装型的压电振动器1用模制树脂部件71固定来构成表面安装型振动器70。
如图11和图12所示，表面安装型振动器70包括模制树脂部分71和外部连接终端72，该模制树脂部分71利用预定形状固定压电振动器1，该外部连接终端72的一个末端侧电连接至外引线31b，而另一末端侧通过在模制树脂部分71的底表面处暴露而电连接至外部。
外部连接终端72由铜等金属材料在其截面上形成为通道状形状。通过利用模制部分71以这种方式固定压电振动器1，可将压电振动器1稳定地附连至电路板等，因此压电振动器1更便于使用并且提高了易用性。
接下来，将参考图13说明根据本发明的振荡器的实施例。
根据该实施例的振荡器100，如图13所示，压电振动器1构成为电连接至集成电路101的振荡件。振荡器100包括安装有电容器等的电子部件102的电路板103。电路板103安装有用于振荡器的集成电路101，压电振动器1安装至集成电路101附近。电子部件102、集成电路101和压电振动器1分别通过未示出的布线图电连接。此外，相应的构成部分由未示出的树脂模制而成。
在以这种方式构成的振荡器100中，当电压施加至压电振动器1时，在压电振动器1内部的压电振动片2产生振动。该振动通过提供给该压电振动片2的压电特性转换成电信号，并且作为电信号输入至集成电路101。输入的电信号由集成电路101进行各种处理，并且作为频率信号输出。因此，使压电振动器1起到振荡件的作用。
此外，通过根据RTC(实时时钟)模块等的要求选择集成电路101的结构，除用于时计的单一功能振荡器以外，可增加控制操作该装置或外部装置的日期或时间的功能，或者提供时间、日历等的功能。
根据该实施例的振荡器100，提供了达到高质量形成和低成本形成的压电振动器1，并且因此振荡器100本身还可通过提高操作的可靠性而相似地实现高质量形成，并且可实现低成本形成。此外，另外可提供在很长时间段上稳定的非常精确的频率信号。
接下来，将参考图14说明根据本发明的电子装置的一个实施例。此外，对于电子装置，将通过以具有上述压电振动器1的移动式信息装置110作为示例而进行说明。首先，该实施例的移动式信息装置110由例如根据背景技术开发并改进的移动电话和手表代表。其外观类似手表，在其一部分上对应于表盘布置有液晶显示屏，当前时间等显示在该屏幕上。此外，当用作通信机械时，该电子装置从手腕上取下，并且可以通过包括在皮带内的扬声器和麦克风执行类似于背景技术的移动电话的通信。然而，该电子装置与背景技术的移动电话相比尺寸非常小且重量非常轻。
接下来，将说明该实施例的移动信息装置110的结构。如图14所示，移动信息装置110包括压电振动器1和用于供应电力的电源部分111。该电源部分111例如包括锂蓄电池。该电源部分111与以下部分并联，即用于执行各种控制的控制部分112、计算时间等的计时部分113、用于与外部进行通信的通信部分114、用于显示各种信息的显示部分115和检测各种功能部分的电压的电压检测部分116。此外，电力通过电源部分111供给至各个功能部分。
通过控制各个功能部分，控制部分112执行操作整个系统的传输和接受声音数据，测量或显示当前时间等的控制。此外，控制部分112包括预先写入程序的ROM，读取并执行写入ROM的程序的CPU，以及用作CPU的工作区域的RAM等。
计时部分113包括集成电路，该集成电路包括振荡电路，寄存器电路，计数电路和接口电路等，以及压电振动器1。当向压电振动器1施加电压时，压电振动片2振动，该振动通过提供给石英的压电电气特性被转换成电信号，并且作为电信号输入至振荡电路。振荡电路的输出被寄存器电路和计数电路二值化并计数。此外，通过接口电路从控制电路112传输并接收信号，而当前时间或当前日期或日历信息等显示在显示部分115上。
通信部分114提供有类似于背景技术的移动电话的功能，并且包括无线部分117，声音处理部分118，切换部分119，放大部分120，声音输入和输出部分121，电话号码输入部分122，以及来电声音生成部分123，以及呼叫控制存储部分124。
无线部分117通过天线125从/向基站交换以传输并接收各种声音数据等的各种数据。声音处理部分118将从无线部分117或放大部分120输入的声音信号编码和解码。放大部分120将从声音处理部分118或声音输入和输出部分121输入的信号放大至预定水平。声音输入和输出部分121包括扬声器，麦克风等，用于产生来电声音或接收声音或者收集声音。
此外，来电声音生成部分123根据来自基站的呼叫产生来电声音。切换部分119只有在信号到达时才将连接到声音处理部分118的放大部分120切换到来电声音生成部分123，因此，由来电声音生成部分133产生的来电声音被通过放大部分130输出到声音输入和输出部分121。
此外，呼叫控制存储部分124存储涉及通信的呼出和来电的呼叫控制的程序。此外，电话号码输入部分122包括例如0到9的数字键以及其它键，且通过按下数字键等输入语音目的地的电话号码等。
当由电源部分111向控制部分112等的各个功能部分施加的电压变得低于预定值时，电压检测部分116检测该压降以通知控制部分112。在这种情况下预定的电压值是预先设定为稳定的操作通信部分114必须的最小电压值，并且例如为大约3V。从电压检测部分116通知该压降的控制部分112禁止无线部分117，声音处理部分118，切换部分119和来电声音生成部分123的操作。特别地，不可缺少的是停止操作具有大功率消耗的无线部分117。此外，显示部分115显示一条记录，即通信部分114由于电池剩余电量不足不能使用。
就是说，通信部分114的操作可以禁止，并且该记录可以通过电压检测部分116和控制部分112显示在显示部分115上。尽管该显示可由字符信息构成，但作为更直观的显示，可在显示部分115的显示面上部显示的电话图标旁边显示x(选定)标记。
此外，通过提供电源切断部分126，该部分能够选择性地切断涉及通信部分114的功能的部分的电源，可以进一步确定地停止通信部分124的功能。
根据该实施例的移动信息装置110，压电振动器带来了高质量形成和低成本形成，并且因此通过提高操作的可靠性，移动式信息装置110本身还相似地可实现高质量形成并且可实现低成本形成。另外，除此之外，可显示在很长时间段上稳定的非常精确的时计信息。
接下来，将参考图15对根据本发明的无线电波时计的一个实施例进行说明。
如图15所示，该实施例的无线电波时计130包括电连接到过滤部分131上的压电振动器1，并且是设有通过接收包括时间信息的标准无线电波来自动校准时间以显示精确时间的功能的时计。
在日本，用于传输标准无线电波的发射处(发射站)位于福岛县(40kHz)和佐贺县(60kHz)，其分别发射标准无线电波。40kHz或60kHz的长波既具有在地面上传播的特性，又具有被电离层和地面反射而传播的特性，因此，传播范围广，整个日本都被上述两个发射处覆盖。
以下将详细说明无线电波时计130的功能性构造。
天线132接收长波40kHz或60kHz的标准无线电波。该长波标准无线电波使称为时间码的时间信息被AM调制到40kHz或60kHz的载波上。接收到的长波标准无线电波被放大器133放大，并被具有多个压电振动器1的过滤部分131过滤和调谐。根据本实施例的压电振动器1分别包括石英振动器部分138，139，它们具有和载波频率相同的共振频率40kHz和60kHz。
此外，具有预定频率的过滤后的信号被检测和整流电路134检测并解码。
随后，由波形成形电路135取出时间码，并由CPU136计数。CPU136读出当前年份，累积日期，星期几，时间等信息。读取信息反映至RTC137且显示出精确的时间信息。
载波具有40kHz或60kHz，并且因此，具有上述音叉型结构的振动器优选地用于石英振动器部分138，139。
此外，尽管上述说明显示了在日本的实例，但长波的标准无线电波的频率在国外是不同的。例如，在德国，使用77.5kHz的标准无线电波。因此，当将能够在国外使用的无线电波时计130集成到移动装置中时，需要频率不同于日本的情况的压电振动器1。
根据该实施例的无线电波时计130，压电振动器1带来了高质量形成和低成本形成，并且因此通过提高操作的可靠性，无线电波时计本身还相似地可实现高质量形成并且可实现低成本形成。另外，除此之外，可在很长时间段上稳定地且非常精确地计算时间。
此外，本发明的技术范围不局限于上述实施例，而是可在不脱离本发明要点的范围内进行各种改变。
例如，虽然根据上述实施例，以在晶圆S处形成4个通孔40的情况为示例，但是该实施例不局限于4个通孔而是可为2个或更多。
此外，虽然当平面地观察晶圆S时通孔40形成为圆形形状，但是本发明不局限于这种情况，而是可采用四边形等的多边形形状。然而，优选的是，将通孔形成为构成通过R形(平滑曲线)相交的直线和直线的角部。因此，在角部处开始形成的裂缝难以在晶圆S处产生。因此，可防止在晶圆S处产生切落或裂缝等。此外，优选的是，如上述实施例所述，通孔40以圆形形状形成。
此外，虽然插入销47的前端由以渐缩形状形成的会聚形状构成，如图16A和图16B所示，但是通过执行C面倒角可构成会聚形状。此外，虽然根据上述实施例，插入销47以圆形柱的形状构成，但是本发明不局限于这种情况，而是如图17A、图17B、图18A和图18B所示，插入销47可以以四边形或六边形等的多边形形状而形成。然而，优选的是，构造外周面平滑的圆形柱的形状。
Claims (14)
1.一种利用晶圆一次制造多个压电振动片的方法，所述多个压电振动片各包括由压电材料制成的压电板和形成在所述压电板的外表面上的电极，所述电极用于当向其施加预定电压时使所述压电板振动，所述方法包括：
外部形状形成步骤，利用光刻技术刻蚀所述晶圆，形成穿过所述晶圆的两个或更多个通孔，并且利用所述通孔的中心构成参考点，在所述晶圆上形成多个压电板的外部形状；
晶圆安置步骤，准备用于所述晶圆的夹具，所述夹具具有平板部和插入销，所述插入销形成为其数量与所述通孔的数量相等，且从所述平板部的上方突出，其后，在将所述插入销插入所述通孔的状态下将所述晶圆安装在所述平板部上；
电极形成步骤，通过在所述多个压电板的外表面上图案化电极膜而形成电极；和
切割步骤，进行切割以将所述晶圆上的所述多个压电板分离成片段；
其中，在所述电极形成步骤和所述切割步骤中，通过利用所述通孔的中心构成参考点，执行对所述晶圆的定位。
2.根据权利要求1所述的利用晶圆一次制造多个压电振动片的方法，其特征在于，在所述外部形状形成步骤中，所述通孔形成为使得当平面地观察所述晶圆时，所述通孔的角部由R形状构成。
3.根据权利要求1所述的利用晶圆一次制造多个压电振动片的方法，其特征在于，在所述外部形状形成步骤中，所述通孔形成为当平面地观察所述晶圆时构成圆形形状。
4.一种压电振动片，其由根据权利要求1至3中的任一项所述的利用晶圆一次制造多个压电振动片的方法所制成。
5.一种压电振动器，其包括根据权利要求4所述的压电振动片。
6.一种振荡器，其包括作为振荡件而电连接至集成电路上的根据权利要求5所述的压电振动器。
7.一种电子装置，其包括电连接至计时部分上的根据权利要求5所述的压电振动器。
8.一种无线电波时计，其包括电连接至过滤部分的根据权利要求5所述的压电振动器。
9.一种用于制造压电振动片的晶圆，所述压电振动片具有由压电材料制成且具有恒定厚度的压电板和形成在所述压电板的外表面上的电极，所述电极当向其施加预定电压时使所述压电板振动，所述晶圆包括：
通过光刻技术刻蚀并穿过所述晶圆的两个或更多个通孔；和
多个压电板，通过利用所述通孔的中心构成参考点，所述多个压电板的外部形状同时与所述通孔通过所述刻蚀形成；
其中，在直到制成所述压电振动片的时间点期间，所述通孔的中心被用作参考点。
10.根据权利要求9所述的晶圆，其特征在于，所述通孔形成为使得当平面地观察所述晶圆时角部由R形状构成。
11.根据权利要求9所述的晶圆，其特征在于，所述通孔形成为当平面地观察所述晶圆时构成圆形形状。
12.一种用于保持根据权利要求9至11中的任一项所述的晶圆的夹具，所述夹具包括：
平板部，其将所述晶圆安装在所述平板部的顶面上；和
插入销，其由能够被插入所述通孔中的尺寸构成，并且形成有与所述通孔的数量相等的数量，从所述平板部的上方突出。
13.根据权利要求12所述的夹具，其特征在于，所述插入销形成为使得其前端会聚。
14.根据权利要求12所述的夹具，其特征在于，所述插入销形成为圆形柱的形状。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: JINGGONG ELECTRONIC CRYSTAL TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SEIKO INSTRUMENTS, INC. Effective date: 20131225 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20131225 Address after: Chiba, Chiba, Japan Applicant after: SII CRYSTAL TECHNOLOGY Inc. Address before: Chiba, Chiba, Japan Applicant before: Seiko Instruments Inc. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140326 Termination date: 20220213 |