具体实施方式
以下,参照附图说明压电器件的一个实施方式。
(第1实施方式)
图1~3是说明把作为压电器件的压电振子具体化成石英振子的实施方式的图,图1是示意表示石英振子的分解立体图。并且,图2是示意说明作为压电振动片的石英振动片一体地形成在框体上的振动片基板的图,(a)是俯视图,(b)是(a)的A-A线剖视图,(c)是振动片基板的仰视图。并且,图3是示意说明石英振子的断面结构和阳极氧化的状态的剖视图,表示沿图2中的A-A线将图1的分解立体图所示的石英振子切断时的断面。
在图1中,石英振子1固定形成为利用作为第1基板和第2基板的盖基板10和基座基板30堵塞振动片基板20的上下连通的开口部T1。
本实施方式的振动片基板20利用石英构成。并且,盖基板10和基座基板30利用玻璃或硅、或者与振动片基板20相同的石英构成。
盖基板10具有至少堵塞振动片基板20的开口部T1的大小,在本实施方式中,振动片基板20的外形是矩形,所以盖基板10的外形也是矩形形状。
同样,基座基板30具有至少堵塞振动片基板20的开口部T1的大小,在本实施方式中,振动片基板20的外形是矩形,所以基座基板30的外形也是矩形形状。
并且,在盖基板10的与振动片基板20接合的一侧设有凹部13。同样,在基座基板30的与振动片基板20接合的一侧设有凹部33。并且,盖基板10和基座基板30使各自的凹部13和凹部33彼此相对,并将振动片基板20夹在各个基板之间进行固定。由此,凹部13和凹部33与作为振动片基板20的内侧的空间的开口部T1成为一体,并形成收容作为振动片基板20的电子部件的石英振动片25的内部空间S1(参照图3)。
振动片基板20使框部21和石英振动片25形成为一体,框部21形成该振动片基板20的矩形外形,石英振动片25由形成于框部21的内侧的基部23、和从该基部23平行地突起设置的振动臂25A、25B构成。这种振动片基板20的形状在本实施方式中,能够通过使用光刻对石英薄板进行蚀刻来形成。
在此,具体说明振动片基板20。
在图2中,振动片基板20的石英振动片25突起设置有与框部21的一端部的内侧成为一体的基部23;把该基部23作为基端,朝向图中右方向分成两股并平行地延伸的一对振动臂25A、25B。即,石英振动片25是具有音叉那样的形状的所谓音叉型石英振动片。
如图2(a)所示,在振动片基板20的框部21的上端面21a设有第1电极28。
该第1电极28具有:环绕到框部21的上端面21a的第1接合用电极28a;与该第1接合用电极28a连接,通过石英振动片25的基部23,并设置在振动臂25A的两侧面以及振动臂25B的上表面和下表面的第1激励电极26B。
并且,如图2(c)所示,在振动片基板20的框部21的下端面21b设有第2电极29。
该第2电极29具有:环绕到框部21的下端面21b的第2接合用电极29a;与该第2接合用电极29a连接,通过石英振动片25的基部23,并设置在振动臂25B的两侧面以及振动臂25A的上表面和下表面的第2激励电极26A。
这些电极在本实施方式的石英振子1中具有以下所述的结构上的特征。
即,第1接合用电极28a用于将振动片基板20和盖基板10阳极接合。并且,第2接合用电极29a用于将振动片基板20和基座基板30阳极接合。
并且,第1激励电极26B和第2激励电极26A用于驱动石英振动片25。
这些第1接合用电极28a和第2接合用电极29a与第1激励电极26B和第2激励电极26A,以相同的结构形成在振动片基板20的原形的表面上,振动片基板20通过使用光刻对石英材料进行蚀刻而形成,所述相同的结构例如通过溅射形成作为基底的铬(Cr)层,在其上层叠设置金(Au)层。
另外,在第1接合用电极28a和第2接合用电极29a的部分中,在所述金层上层叠形成有阳极氧化用的金属被覆层,例如铝(Al)层及取代它的例如钨(W)、镍(Ni)、钛(Ti)或硅(Si)等。
并且,如图3所示,第1接合用电极28a通过环绕到图中左侧的侧面的侧面电极35a,与设于基座基板30的底面上的安装用电极35连接。
并且,作为石英振子1的特别重要的结构,如图3所示,在本实施方式中,在盖基板10的中央附近设有将石英振子1的内部空间S1与外部连通的密封孔40。另外,图3所示的石英振子1表示在密封孔40中填充密封材料45并密封的状态,关于密封材料45的具体情况将在后面叙述。
并且,图3图示了在振动片基板20的上下阳极接合盖基板10和基座基板30的状态。即,在对玻璃制的盖基板10和基座基板30施加了低于它们的软化点的温度的状态下,从直流电源49向盖基板10和基座基板30与作为将它们接合在振动片基板20上的接合膜的接合用电极28a和29a之间施加直流电压,使这些接合用电极28a和29a成为阳极。
这样,在玻璃制的盖基板10和基座基板30上,离子借助所施加的直流电压的作用而移动,盖基板10和基座基板30与接合用电极28a、29a的间隙以及形成于其附近的空间电荷层,受到持续施加的电压。由此,认为在盖基板10和基座基板30与振动片基板20的各个接合用电极28a、29a之间产生静电引力,并互相紧密相贴,离子借助强磁场从玻璃侧向各个电极侧移动,并在界面处与电极侧的原子产生共价键而进行结合。另外,该过程也能够利用逆电压可逆地进行。
根据以上的阳极接合的作用,在将振动片基板20夹在盖基板10和基座基板30之间而接合的石英振子1中,收容有石英振动片25的内部空间S1被盖基板10和基座基板30密封成为气密状态。
(密封孔)
在此,按照附图具体说明在本实施方式的石英振子1中特别重要的密封孔40的结构。图4是放大说明图3中的石英振子的D部即密封孔附近的图,(a)是部分放大俯视图,(b)是(a)的C-C线剖视图。另外,图4(b)图示了在密封孔中配置固态的密封材料45a的状态。并且,在图4(a)中利用虚拟线(双点划线)表示密封孔中的密封材料45a的配置位置。
在本实施方式的石英振子1中,在作为第1基板和第2基板的盖基板10和基座基板30中的、作为第1基板的盖基板10上设有密封孔。在图4中,密封孔40是将盖基板10的外部侧的表面11与作为内部空间侧的表面的凹部13的凹底面连通的贯通路径,在本实施方式中,半球状的外部侧凹部41和在内部空间侧具有开口部42b的内部空间侧凹部42,通过形成于外部侧凹部41的凹底部分的开口部42a连通,该外部侧凹部41在外部侧的表面11上具有开口部,并具有沿密封孔40的贯通方向和内圆周方向扩展的曲面。
并且,如图4(a)所示,密封孔40构成为在从外部侧朝向内部空间侧俯视观察密封孔40时,密封孔40的位于外部侧的外部侧凹部41的开口部的开口形状的面积,大于位于内部空间侧的开口部42a和开口部42b的开口形状的面积,在本实施方式中,外部侧的开口部的开口形状的中心与内部空间侧的开口部42a和开口部42b的开口形状的中心位于相同位置。并且,在本实施方式的密封孔40中,内部空间侧的开口部42b大于内部空间侧凹部42的与外部侧凹部41连通的一侧的开口部42a。
在包括当俯视观察密封孔40时目视确认到的外部侧凹部41的内壁在内的区域形成有金属膜43。金属膜43是为了在对密封孔40进行孔密封时,在使配置在密封孔40中的由金属构成的固态密封材料45a(参照图4(b))熔融时,使密封材料45a的熔融金属浸润扩散并可靠地密封密封孔40而设置的。
另外,本实施方式的金属膜43如后面所述,利用通过溅射或蒸镀等依次层叠的铬、金、以及在金上通过非电解电镀依次层叠的镍、钯、金形成(未图示)。
并且,如后面所述,为了确保盖基板10的材料即玻璃基板与金属膜43的紧密粘接性,加工成为使包括密封孔40的内壁在内的金属膜43形成区域的表面粗糙度具有预定的粗糙度的无光泽面。在本实施方式中,密封孔40中的外部侧凹部41的内壁被加工成为无光泽面,该外部侧凹部41在通过使密封材料45熔融而进行的孔密封中使用。
根据上述实施方式的石英振子1,外部侧凹部41形成设于盖基板10上的密封孔40的外部侧的开口部,并且形成为呈现具有沿密封孔40的贯通方向和内圆周方向扩展的曲面的半球状,所以在密封孔40的孔密封工序中,在把熔融前的固态密封材料45配置在密封孔40中时,球状密封材料45a的外表面与密封孔40的内壁面接触或接近的面积增多。由此,在使密封材料45a熔融并对密封孔40进行孔密封时,能够良好地进行通过密封孔40的内壁面向密封材料45a的热传导,使熔融后的密封材料45a容易浸润扩散到密封孔40的外部侧凹部41的内壁面(金属膜43)上。因此,能够提供一种密封不良得到抑制、具有稳定的振动特性及高可靠性的石英振子1。
并且,在上述实施方式的石英振子1中,作为设置在包括密封孔40的外部侧凹部41的内壁在内的区域的金属膜43,使用把铬、金作为基底层,在该基底层的金上顺序地层叠镍、钯、金而形成的层叠膜。
发明者根据这种结构的金属膜43确认得知,在孔密封工序中,能够抑制基底金属的扩散,同时使熔融后的密封材料45a的浸润性良好,实现可靠密封。
并且,在上述实施方式的石英振子1中,形成将开口于外部侧的外部侧凹部41和开口于内部空间侧的内部空间侧凹部42连通的密封孔40。根据这种结构,与只从盖基板10的任意一个表面挖削而形成密封孔时相比,抑制了成为挖削开始面的外部侧的开口部的开口形状变大,能够对应密封材料45a的尺寸形成密封孔40。由此,在孔密封工序中能够利用密封材料45a进行稳定的孔密封。
并且,在上述实施方式的石英振子1中,在密封孔40中,内部空间侧的开口部42b大于内部空间侧凹部42的与外部侧凹部41连通的一侧的开口部42a。
由此,能够防止密封材料45a从密封孔40落下,容易进行孔密封工序中的抽真空,所以能够缩短抽真空时间,提高制造效率。
(石英振子的制造方法)
下面,按照附图说明石英振子1的制造方法。
图5是说明本实施方式的石英振子1的制造方法的流程图。在图5中,关于盖基板10的制造工序示出了步骤S1-1~步骤S1-4,关于振动片基板20的制造工序示出了步骤S2-1~步骤S2-4,关于基座基板30的制造工序示出了步骤S3-1~步骤S3-3。首先,说明这些前期工序。
在制造上述的基于阳极接合等直接接合形成的石英振子1时采取以下方法,在大尺寸的晶片上分别排列形成多个振动片基板20、盖基板10、基座基板30,将这些各个基板晶片层叠并进行直接接合而形成晶片层叠体,然后通过切割或折取等切断成为单体的石英振子1,得到多个石英振子1。
首先,盖基板10通过使用预定大小的玻璃基板(晶片),利用光刻在该玻璃基板上蚀刻单个或多个盖基板10的外形而形成。
另外,作为盖基板10和后面叙述的基座基板30的形成材料而使用的玻璃材料,为了能够进行阳极接合或者容易进行阳极接合,选择容易实现离子扩散的玻璃材料。例如含有碱金属的材料,可以选择适合于蚀刻加工的材料,例如钠玻璃等比较适合。
在形成盖基板10的外形时,首先,在玻璃基板的两个主面全面上,通过溅射等形成作为蚀刻掩膜的例如利用铬(Cr)和金(Au)构成的耐蚀膜,在该耐蚀膜上涂敷光致抗蚀剂。并且,在该光致抗蚀剂上配置盖基板10的外形图形化用的掩膜并曝光,然后将光致抗蚀剂的已感光的部分显影并去除,浸渍于蚀刻液中,蚀刻去除了感光后的光致抗蚀剂的部分的耐蚀膜,在玻璃基板上形成由耐蚀膜构成的盖基板10的外形形成用的蚀刻掩膜(步骤S1-1)。
然后,把形成了由耐蚀膜构成的盖基板10的外形形成用的蚀刻掩膜的玻璃基板,浸渍于例如由氟化氢溶液构成的蚀刻液中进行蚀刻,直到玻璃基板的对应于盖基板10的外形的部分贯通为止,由此形成盖基板10的外形(步骤S1-2)。
另外,盖基板10的外形例如通过未完全从晶片切离的缝合线状的折取部与玻璃基板连接。由此,在以后的工序中能够以玻璃基板的晶片状态有效流通。
然后,按照步骤S1-3所示,进行密封孔的形成。在本实施方式中形成密封孔时,采用喷砂加工法形成密封孔40(参照图4),该密封孔40使半球状的外部侧凹部41和在内部空间侧具有开口部42b的内部空间侧凹部42,通过形成于外部侧凹部41的凹底部分的开口部42a连通,该外部侧凹部41在外部侧的表面11上具有开口部,并具有沿密封孔40的贯通方向和内圆周方向扩散的曲面。喷砂加工法通过向被加工材料的加工部分定量地喷射细微砂粒,进行期望的形状的开孔和凹部形成等,与湿式蚀刻或干式蚀刻等的蚀刻方法相比,蚀刻形状的控制性良好,尤其适合于形成半球状(断面呈半圆弧状)的孔或凹部。
使用这种喷砂加工法,经过从盖基板10的外部侧的表面,在该基板的厚度方向上挖削该基板来形成外部侧凹部41的步骤,以及从盖基板10的内部空间侧的表面,在该基板的厚度方向上挖削该基板来形成内部空间侧凹部42的步骤,使外部侧凹部41与内部空间侧凹部42连通,由此形成使盖基板10的外部侧与内部空间侧连通的密封孔40。
具体地讲,首先,在形成了盖基板10的外形的玻璃基板上贴合感光性的掩盖薄膜,然后在该掩盖薄膜上定位外部侧凹部41或内部空间侧凹部42的开口形状的图形化用的掩膜,使开口形状图形曝光,然后进行去除掩盖薄膜的已感光的部分的显影,形成喷砂加工用的掩膜,把其作为掩膜,从喷砂加工装置的喷射喷嘴喷射砂粒,物理地蚀刻未被掩盖的部分的玻璃基板。此时,使来自喷射喷嘴的砂粒的喷射位置移动,同时调整砂粒的喷出压力、喷出时间等,由此形成半球状的外部侧凹部41和内部空间侧凹部42,形成使这两个凹部在凹底部分连通的密封孔40。
另外,外部侧凹部41和内部空间侧凹部42中需要是半球状(半圆弧状的断面形状)的,是在后面叙述的孔密封工序中配置熔融前的固态密封材料45a(参照图4)的外部侧凹部41,内部空间侧凹部42的凹部形状也可以不是半球状。
在此,与把外部侧凹部41加工成半球状的凹部同等重要的是,在形成密封孔40后进行的后面叙述的形成金属膜43时,为了确保玻璃基板与金属膜43的紧密粘接性,采用使包括密封孔40的内壁在内的金属膜43形成区域的表面粗糙度具有预定的粗糙度的无光泽面。在本实施方式中,把密封孔40中的至少外部侧凹部41的内壁加工成为预定的表面粗糙度即可,该外部侧凹部41在通过使密封材料熔融来进行孔密封时使用。
这样,为了使外部侧凹部41的内壁成为预定的表面粗糙度,选择或调整利用上述喷砂加工法形成密封孔时的砂粒的类型和粗糙度等。
然后,按照步骤S1-4所示,在盖基板10上形成金属膜43(参照图4)。在本实施方式中,并用溅射和蒸镀等气相堆积法和非电解电镀来形成金属膜43。
首先,通过溅射和蒸镀等顺序地层叠铬、金。然后,通过光刻使该层叠了铬和金的金属膜图形化,由此形成金属膜43图形。并且,在该金属膜43图形上通过非电解电镀顺序地层叠镍、钯、金,由此形成金属膜43。
通过以上步骤完成盖基板10。
下面,说明振动片基板20的制造方法。
在制造振动片基板20时,首先准备按照相对于结晶轴预定的切角切取并研磨加工成为预期的厚度和表面状态的大尺寸的石英基板(石英晶片)。并且,按照步骤S2-1所示,通过利用光刻的湿式蚀刻,在石英基板上形成多个振动片基板20的外形。
具体地讲,首先,按照步骤S2-1所示,在石英基板的晶片的两个主面全面上,通过溅射等形成作为蚀刻掩膜的例如利用铬和金构成的耐蚀膜,并涂敷光致抗蚀剂,在该光致抗蚀剂上配置振动片基板20的外形图形化用的掩膜,将外形图形曝光。
并且,进行显影以去除通过光致抗蚀剂的曝光而被感光的部分,然后浸渍于蚀刻液中,蚀刻去除了感光后的光致抗蚀剂的部分的耐蚀膜,在石英基板上形成由耐蚀膜构成的振动片基板20的外形形成用的蚀刻掩膜。
然后,按照步骤S2-2所示,把形成了振动片基板20的外形形成用的蚀刻掩膜的石英基板,浸渍于例如由氟化氢溶液和氟化氨溶液构成的蚀刻液中进行蚀刻,直到石英基板的对应于振动片基板20的外形的部分贯通为止。
另外,振动片基板20的外形通过未完全从石英基板切离的缝合线状的折取部等与石英基板连接,在以后的工序中能够以石英基板(晶片)状态有效流通。
然后,按照步骤S2-3所示,剥离由耐蚀膜构成的振动片基板20形成用的蚀刻掩膜。
然后,按照步骤S2-4所示,通过溅射和蒸镀等,进行由第1接合用电极28a和第1激励电极26B等构成的第1电极28、由第2接合用电极29a和第2激励电极26A等构成的第2电极29等的电极形成。电极形成是在形成有振动片基板20的外形的石英基板的表面,通过溅射和蒸镀,把铬层形成为基底,在其上层叠形成金层。另外,在第1接合用电极28a和第2接合用电极29a的部分的所述金层上,通过溅射和蒸镀,层叠形成作为阳极氧化用的金属被覆层的例如铝层、或取代其的例如钨、镍、钛或硅等。
下面说明基座基板30的制造方法。
基座基板30能够利用与所述盖基板10相同的玻璃材料,利用大致相同的方法形成。
首先,在例如由钠玻璃等构成的玻璃基板的两个主面全面上,通过溅射等形成作为蚀刻掩膜的例如利用铬和金构成的耐蚀膜,并使用光致抗蚀剂蚀刻,由此在玻璃基板上形成由耐蚀膜构成的基座基板30的外形形成用的蚀刻掩膜(步骤S3-1)。
然后,按照步骤S3-2所示,把形成了由耐蚀膜构成的基座基板30的外形形成用的蚀刻掩膜的玻璃基板,浸渍于例如由氟化氢溶液构成的蚀刻液中进行蚀刻,直到对应于基座基板30的外形的部分贯通为止,由此形成基座基板30的外形。
然后,按照步骤S3-3所示,通过溅射和蒸镀等,在基座基板30上顺序地层叠铬、金,通过光刻将其图形化,由此进行安装用电极35、36和作为环绕布线的侧面电极35a等的电极形成。
通过以上步骤完成基座基板30。
下面说明后期工序。
在本实施方式中,利用以上说明的方法制造的盖基板10、基座基板30和振动片基板20按照以上使用图3说明的方式,通过直接接合法之一的阳极接合来进行接合。
首先,按照步骤S5所示,在盖基板10和基座基板30这两个基板之间配置振动片基板20,振动片基板20形成有与其为一体的石英振动片25。此时,定位用于进行阳极接合的接合膜即第1接合用电极28a和第2接合用电极29a。
然后,按照步骤S6所示,从直流电源49向第1接合用电极28a和第2接合用电极29a之间施加直流电压,使第1接合用电极28a和第2接合用电极29a成为阳极,由此把振动片基板20阳极接合在盖基板10和基座基板30之间。
该阳极接合的工序不需要像以往的接合工序那样从内部空间S1排出气体,能够在大气压下进行。
通过这种阳极接合形成接合状态的基板(晶片)层叠体,转入后面的密封工序进行密封。
即,首先按照步骤S7所示,在基板层叠体的盖基板10的密封孔40中配置固态的球状密封材料45a。此时,球状密封材料45a如图4(b)所示,其较多的表面与开口于盖基板10的外部侧的半球状的外部侧凹部41接触或接近并被收容。
另外,优选密封材料45a具有比在外部安装基板上安装已完成的石英振子1时的回流焊温度更高温的熔点。例如,使用金与锡(Sn)的合金或者金与锗(Ge)的合金等。
然后,把基板层叠体放入真空容器内减压到预定的真空度,将从石英振动片25、盖基板10和基座基板30的内侧输出的气体从密封孔40排出,然后向固态的密封材料45a照射电子束或激光等,由此使密封材料45a熔融(步骤S8)。熔融后的密封材料45(参照图3)浸润扩散到形成于密封孔40的内壁的金属膜43的表面上,并填充堵塞密封孔。
并且,在真空容器内使温度下降到密封材料45完全固化的程度,使密封材料固化(步骤S9),然后从真空容器取出孔被密封的基板(晶片)层叠体。
然后,按照步骤S10所示,通过对孔被密封的基板(晶片)层叠体进行切割等,进行得到单体的石英振子1的单体化,并进行必要的检查等,由此完成石英振子1。
在上述的制造方法中,利用喷砂加工法形成由外部侧凹部41和内部空间侧凹部42构成的密封孔40。
喷砂加工法不像湿式蚀刻和干式蚀刻等蚀刻方法那样依赖于被加工材料的各向异性,能够控制成期望的形状来挖削加工基板,所以适合于形成上述实施方式那样的半球状的外部侧凹部41,能够形成利用球状密封材料45a实现稳定的孔密封的密封孔40。
并且,在上述的制造方法中,执行从盖基板10的外部侧的表面,在该基板的厚度方向上挖削该基板来形成外部侧凹部41的步骤,以及从与盖基板10的外部侧面相对的内部空间侧的表面,在基板的厚度方向上挖削基板来形成内部空间侧凹部42的步骤,形成密封孔40,该密封孔40使这些外部侧凹部41和内部空间侧凹部42通过形成于外部侧凹部41的凹底部分的开口部42a连通。
根据该结构,与只从盖基板10的任意一个表面挖削或蚀刻而形成的密封孔相比,抑制了挖削开始面侧的开口变大,能够对应于密封材料45a的尺寸形成密封孔。因此,能够利用密封材料45可靠地进行孔密封,能够制造具有稳定的振动特性的石英振子1。
并且,根据上述的制造方法,包括在包括密封孔40的外部侧凹部41的内壁面在内的区域形成金属膜43的步骤,由此在密封工序中,由熔融后的金属构成的密封材料45a能够浸润扩散到金属膜43上,并可靠地进行孔密封。
本发明不限于上述实施方式,能够实施以下所述的变形例。
(变形例1)
在上述实施方式中,密封孔40构成为使在盖基板10的外部侧的表面11上具有开口部的半球状的外部侧凹部41、和在内部空间侧具有开口部42b的内部空间侧凹部42,通过形成于外部侧凹部41的凹底部分的开口部42a连通,并且外部侧的开口部的开口形状的中心与内部空间侧的开口部42a和开口部42b的开口形状的中心位于相同位置。不限于此,通过构成将外部侧凹部的开口形状的中心与内部空间侧凹部的开口形状的中心错开配置的密封孔,能够实现密封工序的抽真空的高效率。
图6是示意说明盖基板的密封孔的变形例的图,(a)是从外部侧观察盖基板时的部分俯视图,(b)是表示(a)的E-E线断面的部分剖视图。另外,在图6中,为了便于说明本变形例的效果,图示把熔融前的球状密封材料45a放置在密封孔80中的状态。
在图6中,在由玻璃等构成的盖基板70的大致中央形成有密封孔80,该密封孔80使在外部侧面71开口较大的半球状的外部侧凹部81、和在内部空间侧面73具有开口较大的内部空间侧开口部82b的内部空间侧凹部82,通过盖基板70的厚度方向的中间部的中间开口部82a连通。
在本变形例的密封孔80中,外部侧凹部81在俯视观察时,在外部侧面71开口较大的外部侧的开口形状呈圆形状。并且,内部空间侧凹部82在俯视观察时,内部空间侧面73的内部空间侧开口部82b的开口形状也呈圆形状。在此,图中利用E-E线和与其正交的中心线P1示出的外部侧凹部81在俯视观察时的圆形形状的中心、与利用E-E线和与其正交的中心点P2的交点示出的内部空间侧凹部82在俯视观察时圆形形状的圆的中心,被配置在不同的位置。
并且,在包括密封孔80的外部侧凹部81的区域形成有金属膜83。
根据上述变形例1的盖基板70的结构,当在密封孔80中配置熔融前的球状密封材料45a时,外部侧凹部81与内部空间侧凹部82的连通部即中间开口部82a被配置在球状密封材料45a的侧面,在外部侧凹部81的内壁与密封材料45a之间确保较大的间隙,由此发挥能够进一步缩短孔密封工序中的抽真空时间的效果。
(变形例2)
上述实施方式及变形例1的盖基板10、70的密封孔40、80构成为,在俯视观察时,使圆形状的外部侧凹部41、81与内部空间侧凹部42、82连通。不限于此,通过使内部空间侧凹部的上侧和下侧开口部的形状形成为在俯视观察时呈椭圆形状,能够实现孔密封工序中的抽真空的高效率。图7是示意说明盖基板的密封孔的变形例2的图,(a)是从外部侧观察盖基板时的部分俯视图,(b)是表示(a)的F-F线断面的部分剖视图。另外,在图7中,为了便于说明本变形例的效果,图示把熔融前的球状密封材料45a放置在密封孔60中的状态。
在图7中,在由玻璃等构成的盖基板50的大致中央形成有密封孔60,该密封孔60使在外部侧面51开口较大的半球状的外部侧凹部61、和在内部空间侧面53具有开口较大的内部空间侧开口部62b的内部空间侧凹部62,通过盖基板50的厚度方向的中间部的中间开口部62a连通。
在本变形例的密封孔60中,半球状的凹部即外部侧凹部61在俯视观察时大致呈椭圆形状。另一个面,内部空间侧凹部62在俯视观察时呈椭圆形状。并且,在包括密封孔60的外部侧凹部61的区域形成有金属膜63。
根据上述变形例2的盖基板50的结构,在密封孔60中,内部空间侧凹部62的上侧和下侧的开口部即中间开口部62a以及内部空间侧开口部62b,在俯视观察时大致呈椭圆形状。
因此,在密封孔60的密封工序中,当在密封孔60的外部侧凹部61上放置球状密封材料45a时,根据设于外部侧凹部61的凹底面的、在俯视观察时大致呈椭圆形状的中间开口部62a,与该中间开口部在俯视观察时呈圆形状时相比,在密封材料45a和密封孔60的内壁之间确保较大的间隙。并且,内部空间侧凹部62形成为使内部空间侧开口部62b大于中间开口部62a。因此,能够更容易地进行密封工序中的抽真空,发挥进一步缩短抽真空时间并提高制造效率的效果。
(变形例3)
上述实施方式、变形例1及变形例2的盖基板10、50、70的密封孔40、60、80构成为,密封孔40、60、80使通过从盖基板10、50、70的外部侧的表面挖削加工而形成的外部侧凹部41、61、81、和通过从盖基板10、50、70的内部空间侧的表面挖削加工而形成的内部空间侧凹部42、62、82这两个凹部连通。不限于此,也可以构成只从基板的外部侧的表面挖削加工并贯通到内部空间侧的表面而形成的密封孔。图8是示意说明盖基板的密封孔的变形例3的图,(a)是从外部侧观察盖基板时的部分俯视图,(b)是表示(a)的G-G线断面的部分剖视图。另外,在图8中,为了便于说明本变形例的效果,图示把熔融前的球状密封材料45a放置在密封孔100中的状态。
如图8所示,在由玻璃等构成的盖基板90的大致中央设有密封孔100,该密封孔100形成为在外部侧面91开口较大的半球状的凹部,其凹底面的一部分到达内部空间侧面93而形成内部空间侧开口部100b。
并且,在包括密封孔100的内壁的区域形成有金属膜103。
上述的设于盖基板90的密封孔100构成为呈半球状,并且在密封孔100的外部侧面91侧具有开口较大的开口部,所以在密封工序中,当在密封孔100中配置熔融前的固态密封材料45a时,密封材料45a的外表面与密封孔100的内壁面接触或接近的面积增多。由此,在使密封材料45a熔融时,能够良好地进行通过密封孔100的内壁面向密封材料45a的热传导,并抑制密封不良,发挥提供具有稳定的振动特性及高可靠性的石英振子的效果。
(变形例4)
在上述实施方式及变形例1~变形例3中,作为能够使用设于盖基板的具有半球状内壁的密封孔进行可靠密封的压电器件的一例,说明了使用作为电子部件的音叉型石英振动片的石英振子1。不限于此,上述说明的结构的密封孔例如在作为压电器件的压力传感器中也能够发挥效果,该压力传感器气密地密封并收容作为电子部件的双音叉型石英振动片。图9是说明作为压电器件的变形例的压力传感器的图,图9(a)是示意剖视图,(b)是压力传感器的主要部分即作为电子部件的传感器元件片的示意俯视图。
如图9(b)所示,压力传感器250是所谓膜片方式的压力传感器,其具有作为第1基板和第2基板的第1膜片230和第1基板210,在形成于这些第1膜片230和第1基板210内的内部空间中气密地密封有传感器元件片220的振动部225。
如图9(a)所示,在压力传感器250中,在第1膜片230和第1基板210的相对的表面上设有凹部。这些凹部的凹底面成为受压部,形成凹部的侧壁的部分成为支撑部。即,形成第1膜片230的侧壁的部分成为支撑部232,形成第1基板210的侧壁的部分成为支撑部212,第1膜片230和第1基板210各自的支撑部232、212包围受压部的周围设置。
这些支撑部232和支撑部212成为把传感器元件片220夹在中间来接合第1膜片230和第1基板210时的接合部位。并且,利用第1膜片230和第1基板210的凹部,在第1膜片230和第1基板210之间形成内部空间。
并且,第1膜片230和第1基板210各自的受压部根据施加给外部侧的表面和内部空间侧的表面的压力差而弯曲,并成为承受外部侧的表面为测定对象时的压力。
并且,在第1膜片230的内部空间侧的表面上,在与后面叙述的传感器元件片220的基部224对应的位置设有作为凸部的固定粘接部242。固定粘接部242被设置成一对,以便能够支撑传感器元件片220的两端(基部224),而且被设置成为使中央部处于受压部的中心。
如图9(b)所示,本变形例的传感器元件片220是框型的双音叉振动片。即,传感器元件片220由石英晶体材料构成,具有振动部225和框部221。振动部225具有平行延伸的两个振动臂225A、225B、和位于这些振动臂225A、225B的两端的基部224。并且,框部221配置在振动部225的周围,沿着振动臂225A和振动臂225B的长边方向的框、与振动部225的长边方向两端的基部224通过连接部226连接。
并且,在各个振动臂225A、225B上设有未图示的激励电极,通过未图示的连接图形与激励电极连接的安装电极设置在基部224上。这些激励电极及与其对应的安装电极被设置成一对,并且具有正和负的极性。并且,在向传感器元件片220提供电信号(驱动信号)时,该驱动信号通过安装电极和连接图形提供给激励电极,根据石英晶体材料具有的压电作用,两个振动臂225A、225B进行相互接近或离开的弯曲振动。
在图9(a)所示的压力传感器250中,将传感器元件片220夹在第1膜片230和第1基板210之间进行接合。即,第1膜片230的支撑部232和第1基板210的支撑部212通过粘接介质280与传感器元件片220的框部221接合。
并且,传感器元件片220的基部224通过粘接介质280接合在第1膜片230的固定粘接部242上。由此,传感器元件片220的具有振动臂225A和振动臂225B的振动部225,其两侧由第1膜片230的两个固定粘接部242固定,从而实现双臂支撑。
并且,在上述的层叠体中,在形成于第1膜片230和第1基板210内部的内部空间中气密地密封传感器元件片220的振动部225,在该密封工序中使用的密封孔140,在本变形例中,例如设置在与第1膜片230不同的、不期望伴随受压而弯曲变形的第1基板210上。并且,本变形例的密封孔140利用与在上述实施方式的盖基板10上设置的密封孔40(参照图4)相同的结构形成。
即,密封孔140是将第1基板210的外部与内部空间侧连通的贯通路径,半球状的外部侧凹部141和在内部空间侧具有开口部的内部空间侧凹部142,通过形成于外部侧凹部141的凹底部分的开口部连通,该外部侧凹部141在外部侧的表面上具有开口部,并具有沿密封孔140的贯通方向和内圆周方向扩展的曲面。并且,虽然没有图示,在包括当俯视观察密封孔140时目视确认到的外部侧凹部141的内壁在内的区域形成有金属膜。
并且,密封材料145被填充到密封孔140中,振动部225被气密地密封在压力传感器250的内部空间中。如果使该内部空间成为绝对真空,则能够进行绝对压力的测定。即,在第1膜片230受到外部的压力而挠曲时,挠曲力传递给双音叉型的石英振动片的振动臂225A、225B,所传递的挠曲力对于振动臂225A、225B而言成为压缩力或收缩力,所以石英振动片的频率变化。根据该变化的频率,能够测定压力值。
根据上述结构的压力传感器250,设于第1膜片230的密封孔140的外部侧凹部141形成为呈半球状,所以当在密封工序中把熔融前为固态的球状密封材料145配置在密封孔140中并使该密封材料145熔融时,能够良好地进行通过密封孔140的内壁面向密封材料145的热传导,同时使熔融后的密封材料145容易浸润扩散到外部侧凹部141的内壁面(金属膜)上。因此,能够在由第1膜片230和第1基板210形成的内部空间中可靠地气密密封传感器元件片220的振动部225,所以能够使内部空间成为绝对真空,同时能够使振动部225的振动特性稳定,所以能够提供高精度的压力传感器250。
并且,与第1膜片230不同、不期望伴随受压而弯曲变形的第1基板210,是与第1膜片230相比相对于压力很难弯曲变形的结构。因此,在第1基板210上形成密封孔140的压力传感器等的力量传感器,在受压时,在密封孔140与密封材料145的接合界面很难产生较大的变形,所以能够期望保持相对气密密封功能的高可靠性。
以上,具体说明了由发明者完成的本发明的实施方式及其变形例,但本发明不限于上述的实施方式及其变形例,可以在不脱离其宗旨的范围内进行各种变更。
例如,在上述实施方式及变形例4中,说明了电子部件使用压电振动片的示例,具体地讲,说明了由石英晶体材料构成的石英振动片,尤其说明了音叉型的石英振动片25、和具有双音叉型的石英振动片的传感器元件片220。不限于此,也可以是平板状的、例如AT切石英振动片、其他切角的石英振动片。
并且,不限于由石英构成的石英振动片,也可以使用由石英之外的其他压电材料构成的压电振动片,例如钽酸锂基板、铌酸锂基板等。并且,在上述实施方式中,盖基板10和基座基板30的材料采用了蓝色玻璃等的玻璃基板,但也可以采用硅或者与振动片基板20相同的石英等能够直接接合的其他材料。
另外,在上述实施方式及变形例中,说明了作为压电器件的石英振子1和压力传感器250、以及作为构成它们的电子部件的石英振动片25和传感器元件片220等压电振动片。不限于此,关于把除压电振动片之外的电子部件气密地密封在由第1基板和第2基板形成的内部空间中的器件,也可以提供发挥与在上述实施方式及变形例中说明的密封孔40、60、80、100、140的效果相同的效果的电子器件。
并且,在上述实施方式中,通过阳极接合把基座基板30和盖基板10接合在振动片基板20上,不限于此,也可以利用其他直接接合方法接合。例如,也可以使用下述的接合方法(也称为表面活性接合),对以硅(Si)为主成分的石英和玻璃等的接合对应面即接合区域进行镜面研磨,然后进行抵接并加压,由此通过抵接面的硅键(原子间键)实现直接接合。并且,也可以使用隔着低熔点玻璃加热并加压的直接接合方法。并且,还可以使用下述的接合方法,在对被接合材料进行清洗处理后,在真空氛围中吹入水分子,使水分子和羟基(OH基)吸附在被接合材料的表面上而使其活化,然后通过照射等离子来去除表面的水分子,使被接合材料的表面相互紧密粘接,在一个被接合材料的表面的羟基和另一个被接合材料的表面的氧原子之间实现直接氢键。根据基于这种氢键的直接接合,仅通过使被接合材料相互抵接即可实现直接接合。
并且,在上述实施方式中,在真空容器内进行孔密封工序,使石英振子1的内部空间S1成为真空来进行密封。不限于此,也可以向内部空间中封入氮气、氦气、氩气等惰性气体来进行密封。
并且,在上述实施方式中,关于形成于密封孔40的金属膜43,作为在使密封材料45熔融并进行填充时密封材料的浸润性特别良好的合适的金属膜,说明了把铬、金作为基底层,在该基底层的金上顺序地层叠镍、钯、金的结构。不限于此,只要能够确保良好的浸润性等,则也可以是只采用上述其中一部分金属的合金层或单一的金属层,还可以是使用其他金属构成的金属膜。