CN101816125A

CN101816125A - 水晶装置及水晶装置的制造方法

Info

Publication number: CN101816125A
Application number: CN200880105296.6A
Authority: CN
Inventors: 猪濑直人; 竹内敏晃
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: JP5085240B2; WO2009031258A1; JP2009060479A; EP2187519A4; US20100162545A1; CN101816125B; US8261427B2; EP2187519A1

Abstract

提供一种水晶装置，该水晶装置的盖部及底部都由水晶形成且通过硅氧烷键(Si-O-Si)进行接合。水晶装置(100)具有：具有具备电极图案的水晶振动片和支撑该水晶振动片的外框(51)的由水晶构成的水晶框架(50)；以及具有形成在第1面上的连接电极和形成在第1面的相反侧的第2面上的与连接电极导通的外部电极且有水晶构成的水晶底部(40)，并且在重合接合水晶框架和水晶底部时，连接电极接(42)触在电极图案(33)上，外框(51)和水晶底部(40)不接触。

Description

水晶装置及水晶装置的制造方法

技术领域

本发明涉及包装件部件的盖部及底部的材质都使用了水晶的水晶装置，以及为了形成该水晶装置的制造方法。

背景技术

通常，随着移动体通信机器或OA机器等的小型轻量化及高频化，使用在这些的水晶装置也要求对应进一步的小型化及高频化。

通常，水晶装置是重合由玻璃或陶瓷构成的盖部和包装件部件，在真空或惰性气体中通过阳极接合技术进行封装。这种水晶振子，已知有例如记载在专利文献1(日本特开平6-343017号公报)中的装置。

在专利文献1中所公开的水晶振子中，由于在进行包装件部件的阳极接合时，在玻璃盖部或陶瓷盖部上形成铝(Al)等的金属膜，因此在接合时会产生铝膜的剥离及信赖性问题。另外，由于铝、玻璃、陶瓷及水晶的各自的热膨胀系数互不相同，因此还存在因温度变化而引起接合部位剥落的问题。另外，由于一个一个地重合玻璃盖部、包装件部件来制造水晶振子，因此存在难以提高生产性的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造水晶装置的制造方法，该水晶装置由水晶一体地形成包装件的一部分和水晶振动片的同时，盖部及底部也都由水晶形成，并且利用硅氧烷键(Si-O-Si)对这些部件进行接合。

根据第1观点的水晶装置，具有：具有具备电极图案的水晶振动片和支撑该水晶振动片的外框的由水晶构成的水晶框架；以及具有形成在第1面上的连接电极和形成在第1面的相反侧的第2面上的与连接电极导通的外部电极且有水晶构成的水晶底部，并且在重合接合水晶框架和水晶底部时，连接电极接触在电极图案上，外框和第1面不接触。

根据这种构成，电极图案和连接电极相互接合的同时，外框和水晶底部可以坚固地进行接合。

根据第2观点的水晶装置，在连接电极接触在电极图案时，在水晶框架和第1面之间形成将电极图案的厚度和连接电极的厚度相加的合计厚度的10％至30％的间隙为特征的权利要求1所记载的间隙形成在外框和第1面之间。

若在外框和第1面之间仅形成电极图案厚度和连接电极厚度相加的合计厚度的10％以下的间隙，则会发生虽然外框和水晶底部相接合，但电极图案和连接电极相互没有接合情况。另一方面，若在外框和第1面之间形成电极图案厚度和连接电极厚度相加的合计厚度的30％以上的间隙，则会发生虽然电极图案和连接电极相互接合，但外框和水晶底部没有接合的情况。

根据第3观点的水晶装置，具备由水晶构成且与外框重合而接合的水晶盖，通过硅氧烷键接合水晶盖、外框及水晶底部。

由于水晶装置的主要构成都是水晶，因此即使是温度变化比较大的环境，热膨胀也都相同。因此，水晶装置不会发生因热膨胀的不同而引起的分割。由于水晶框架和水晶底部的电极的连接部分面积比较小，因此不容易产生因与水晶热膨胀不同而引起的剥离。

根据第4观点的水晶装置，水晶盖具有第1凹部，水晶底部具有第2凹部，水晶振动片配置在第1凹部和第2凹部之间。

由此，可以不调整水晶振动片的厚度而确保水晶振动片的合适的振动。

根据第5观点的水晶装置，电极图案及连接电极由作为质地的第1金属层和形成在其第1金属层上的第2金属层构成，电极图案的第2金属层和连接电极的第2金属层进行接合。

在电极图案及连接电极由2层金属层形成的情况，通过硅氧烷键时所施加的热和加动，水晶框架和水晶底部的金属彼此扩散，相同的第2金属层彼此进行接合。

根据第6观点的水晶装置，具有：具有具备电极图案的水晶振动片和支撑该水晶振动片的外框的由水晶构成的水晶框架；以及具有形成在第1面上的连接电极和形成在第1面的相反侧的第2面上的与连接电极导通的外部电极且有水晶构成的水晶底部，并且外框和第1面的任何一方上形成栉齿状或波形的区域。

通过在进行硅氧烷键的部位上形成栉齿状或波形的区域，电极图案和连接电极相互接合的同时，外框和水晶底部也坚固地进行接合。

根据第7观点的水晶装置的制造方法，具有：在第1水晶晶片上形成多个水晶盖的工序；在第2水晶晶片上形成具有具备电极图案的水晶振动片和支撑该水晶振动片的外框的多个水晶框架的工序；在第3水晶晶片上形成具有形成在第1面上的连接电极和形成在第1面的相反侧的第2面上与连接电极导通的外部电极的多个水晶底部的工序；重合第1水晶晶片、第2水晶晶片及第3水晶晶片而接合的接合工序；在该接合工序之后，将接合的水晶盖、水晶框架及水晶底部作为水晶装置进行切割的工序。

根据这种构成的制造方法，由于可以以水晶晶片单位进行重合而制造水晶装置，因此生产性高。另外第1水晶晶片、第2水晶晶片及第3水晶晶片的热膨胀都相同，因此容易使3张对齐而进行接合。

根据第8观点的水晶装置的制造方法，在重合第2水晶晶片和第3水晶晶片而进行接合时，连接电极接触在电极图案上，外框和第1面不接触。

在接合第1水晶晶片、第2水晶晶片及第3水晶晶片时，还可以接合电极图案和连接电极。

由于本发明的水晶装置的盖部都由水晶构成且可以通过简易的方法进行制造，并且可以同时接合电极等，因此可以大量制造的同时实现成本的降低。

附图说明

图1A是本实施方式所涉及的水晶振子100的概略剖视图，是图1B的X-X剖视图。

图1B是水晶框架50的俯视图。

图1C是底部40的俯视图。

图2A是第1实施例的水晶框架50及底部40的局部放大剖视图。

图2B是重合了第1实施例的水晶框架50及底部40的剖视图。

图2C是第2实施例的水晶框架50及底部40的部分放大剖视图。

图2D是第3实施例的水晶框架50及底部40的部分放大剖视图。

图2E是第4实施例的水晶框架50及底部40的侧视图。

图2F是第4实施例的水晶框架50及底部40的部分放大剖视图。

图3A是表示形成了音叉型水晶振动片30的水晶晶片10的概略立体图。

图3B是放大了水晶晶片10的水晶框架50的一部分的俯视图。

图4是重合盖部20的水晶晶片10、音叉型水晶振动片30及水晶框架50的水晶晶片10、底部40的水晶晶片10的图。

图中：

10-水晶晶片，11-连结部，12-开口部，20-盖部，27-盖部用凹部，30-音叉型水晶振动片，31-振动臂，32-基部，33、34-基部电极，35、36-励振电极，37、38-锤部，40-底部，41、43-通孔，42、44-连接电极，45、46-外部电极，47-底部用凹部，49、59、59’-段差部，50-水晶框架，52-空间部。

具体实施方式

<水晶振子100的构成>

以下，参照附图对本发明的各实施方式所涉及的水晶振子100进行说明。图1A、图1B及图1C是表示本发明的实施方式所涉及的水晶振子100的概略图。

图1A是表示水晶振子100的构成的图1B的X-X整体剖视图，为了有助于理解该整体剖视图表示接合前的各部件的剖视图。图1B是水晶框架50的俯视图，图1C是底部40的俯视图。

在图1A中，水晶振子100由最上部的盖部20、最下部的底部40及中央的水晶框架50构成。盖部20、底部40及中央的水晶框架50由水晶晶片形成。盖部20在水晶框架50侧的一面具有由蚀刻形成的盖部用凹部27。底部40在水晶框架50侧的一面具有由蚀刻形成的底部用凹部47。水晶框架50具有由蚀刻形成的音叉型水晶振动片30。

水晶振子100以具有水晶振动片30的水晶框架50为中心，在其水晶框架50的下侧接合底部40，在水晶框架的50的上侧接合盖部20。即，利用硅氧烷键(Si-O-Si)技术，盖部20接合在水晶框架50上，底部40接合在水晶框架50上而进行接合。

如图1B所示，水晶框架50在其中央部具有所谓的音叉型水晶振动片30，以及在外侧具有外框部51，且在音叉型水晶振动片30和外框部51之间形成有空间部52。规定水晶振动片30的外形的空间部52由水晶蚀刻形成。音叉型水晶振动片30具有基部32和从基部延伸的一对振动臂31。基部32与外框部51形成为一体。在基部32及外框部51的第1主面上形成有第1基部电极33和第2基部电极34，且在第2主面也同样地形成有第1基部电极33和第2基部电极34。

水晶振动片30在第1主面及第2主面上形成有第1励振电极35及第2励振电极36，第1励振电极35连接在形成于基部32及外框部51上的第1基部电极33上，第2励振电极36连接在形成于基部32及外框部51上的第2基部电极34上。另外，在水晶振动片30的振动臂31的前端上形成有锤部37及锤部38。由光刻工程同时形成第1基部电极33及第2基部电极34、第1励振电极35及第2励振电极36、锤部37及锤部38。若在这些施加电压，则水晶振动片30会以规定的频率进行振动。锤部37及锤部38是为了使水晶振动片30的振动臂31更容易振动而设置的锤，且为了频率调整而设置。

如图1C所示，底部40在由蚀刻形成底部用凹部47的同时形成第1通孔41及第2通孔43，还形成段差部49。底部40具有第1连接电极42及第2连接电极44。该第1连接电极42及第2连接电极44形成在段差部49上。

第1通孔41及第2通孔43在其里面形成金属膜，其里面的金属膜通过光刻工程与第1连接电极42及第2连接电极44同时形成。底部40在底面具有进行了金属喷镀的第1外部电极45及第2外部电极46。第1连接电极42通过第1通孔41连接在设置于底部40的底面的第1外部电极45上。第2连接电极44通过第2通孔43连接在设置于底部40的底面的第2外部电极46上。

如上所述的盖部20、底部40及水晶框架50由硅氧烷键进行接合。硅氧烷键以具有水晶振动片30的水晶框架50为中心，使设置有底部用凹部47的底部40及设置了盖部用凹部27的盖部20的接触面在洁净的状态下进行重合，并通过在保持400℃至450℃的高温槽中进行加热而接合，至此结束水晶振子包装。

虽然在盖部20及底部40上分别形成有盖部用凹部27及底部用凹部47，但未必需要设置在盖部20及底部40上。还可以以不妨碍水晶振动片30的振动的方式，形成水晶振动片30和盖部20的间隙及水晶振动片30和底部40的间隙。因此，在水晶框架50的中央形成水晶振动片30时，若使水晶振动片30的厚度比较薄，也可以是没有在盖部20及底部40上设置凹部的平板。但是，为了同时进行盖部20、底部40及水晶框架50的硅氧烷键和第1基部电极33及第2基部电极34与第1连接电极42及第2连接电极44的接合，本实施方式具有如下说明的段差部49。

结束硅氧烷键之后，在底部40的第1通孔41及第2通孔43内填充由金锡(Au-Sn)合金或金硅(Au-Si)合金、或金浆银浆烧成而成的金及银，并保持在真空中或惰性气体中的反射炉中进行封装。利用了金锡合金的情况，由于金锡合金的熔点为280℃，因此使反射炉的温度为300℃。由于金硅合金的熔点为363℃，因此使反射炉的温度为380℃。由此，完成包装件内为真空或充满惰性气体的水晶振子100。

由于盖部20、水晶振动片30及底部40都由水晶构成，因此即使水晶振子100放置在温度变化比较大的环境中，由热膨胀引起的伸缩都会相同。由于材质的不同而引起的因热膨胀的伸缩程度是不同的，因此存在接合部位剥离的问题，到此解决了上述由伸缩程度不同而引起的接合部位剥离的问题。

<水晶之间及电极之间的彼此接合>

《第1实施例》

图2A及图2B是第1实施例的水晶框架50和底部40的放大剖视图。

图2A表示分离了水晶框架50和底部40的状态。图2B表示重合了水晶框架50和底部40的状态，但并不是表示进行了硅氧烷键的状态的图。

在图2A及图2B中，形成在底部40上的第1连接电极42及第2连接电极44(参照图1A及图1C)的位置上设置有段差部49。由湿刻等形成的设置在该底部40上的段差部49的深度A为形成在水晶框架50上的第1基部电极33及未图示的第2基部电极34的厚度B为

另外，形成在底部40上的第1连接电极42及未图示的第2连接电极44的厚度B也是

即，形成在水晶框架50上的基部电极的厚度和形成在底部40上的连接电极的厚度的合计为

至

(2*B)。

若想使底部40和水晶框架50接触，则第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44首先接触。此时，水晶框架50的底面和底部40的上面之间的间隙C约为若在这种状态下进行硅氧烷键，则第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44的金属相互接合。另外，通过在水晶框架50和底部40上施加压力而使间隙C消失，由此水晶框架50的底面和底部40的上面相接触且可以由硅氧烷键坚固地进行接合。

在没有设置段差部49的状态下，若想接合水晶框架50的底面和底部40的上面，则由于形成在水晶框架50上的基部电极和形成在底部40上的连接电极的合计厚度达到

至

因此水晶框架50的底面和底部40的上面没有接合的情况比较多。另一方面，若设置与基部电极和连接电极的合计厚度(

至)相同深度的段差部49，则虽然水晶框架50和水晶底部40可以进行硅氧烷键，但是第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44没有接合，两者没有导通的情况比较多。

因此，形成水晶厚度比第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44的合计厚度大约薄10％至30％的段差部49的深度A。即，若基部电极和连接电极的合计厚度与段差部49的深度之差为0至10％，则基部电极和连接电极没有接合的情况比较多，若段差部49的深度比基部电极和连接电极的合计厚度薄30％以上，则水晶框架50和水晶底部40不能进行硅氧烷键的情况比较多。

《第2实施例》

图2C是第2实施例的水晶框架50和底部40的放大剖视图。水晶框架50的第1基部电极33及第2基部电极34(参照图1A及图1B)的位置上设置有凹下的段差部59。设置在水晶框架50上的段差部59的深度为

第1基部电极33及第2基部电极34的厚度B和第1连接电极42及第2连接电极44的厚度B分别为

合计的电极厚度为

合计的电极厚度(2*B)和段差部59的深度A的差为

(间隙C)。通过保持该间隙C使第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44进行连接。另外，通过在水晶框架50和底部40上施加压力而使间隙C消失，由此水晶框架50的底面和底部40的上面相接处且可以通过硅氧烷键坚固地进行接合。

《第3实施例》

图2D是第3实施例的水晶框架50和底部40的放大剖视图。水晶框架50的第1基部电极33及第2基部电极34(参照图1A及图1B)的位置上设置有凹下的段差部59’。设置在水晶框架50上的段差部59’的深度A为

如上所述，基部电极及连接电极的合计的电极厚度为

因此，合计的电极厚度(2*B)和段差部59’的深度A的差为

(间隙C)。通过保持该间隙C使第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44进行连接。另外，通过在水晶框架50和底部40上施加压力而使间隙C消失，由此水晶框架50的底面和底部40的上面相接触且可以通过硅氧烷键坚固地进行接合。

《第4实施例》

图2E是第4实施例的水晶框架50和底部40的侧视图，图2F为其放大剖视图。另外，基部电极和连接电极的合计的电极厚度为

虽然第4实施例的段差部59”的深度A与第3实施例相同为

但是成栉齿状且一部分的段差的深度为零。即使是这种段差部59”，第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44也进行连接。另外，通过在水晶框架50和底部40上施加压力而使间隙C消失，由此水晶框架50的底面和底部40的上面相接触且可以通过硅氧烷键坚固地进行接合。

在图2E及图2F的第4实施例中，虽然栉齿状的段差部59”形成在水晶框架50的外框部51上，但也可以将栉齿状的段差部设置在底部40上。另外，也可以不是栉齿状的段差部而是波形段差部，且此时波形的一部分的段差的深度为零，一部分比基部电极及连接电极的合计的电极厚度(2*B)薄

<水晶框架50及音叉型水晶振动片30的制造工序>

图3A是表示形成了音叉型水晶振动片30的水晶晶片10的概略立体图。图3A所示的状态是表示由圆形的水晶晶片10通过蚀刻同时形成了音叉型水晶振动片30及水晶框架50的状态的图。由圆形的水晶晶片10通过对斜线部分所示的开口区域12及空间部52进行蚀刻，以规定的大小形成音叉型水晶振动片30及水晶框架50。表示将音叉型水晶振动片30及水晶框架50以3个为1块，配置了11块的状态。圆形的水晶晶片10为了能够特定轴方向，在水晶晶片10的周边部10e的一部分上形成有特定水晶的结晶方向的定向平面10c。在此，为了便于说明在水晶晶片10上绘制有33个音叉型水晶振动片30，但是实际上在水晶晶片10上形成有数百、数千个音叉型水晶振动片30。

在图3A中，音叉型水晶振动片30及水晶框架50没有完全从水晶晶片10中切割分离，水晶框架50的一部分仍连接在圆形的水晶晶片10上。因此，不用一个一个地对水晶框架50进行处理，可以在1张水晶晶片10单位进行操作。

图3B是放大了1块音叉型水晶振动片30及水晶框架50的俯视图。由圆形的水晶晶片10通过蚀刻斜线部分的开口区域12，以规定大小形成水晶框架50。在水晶框架50的外周的一部分上形成有连结部11。连结部11连结圆形的水晶晶片10和水晶框架50，使得多个水晶框架50可以在圆形的水晶晶片10单位同时进行操作。规定水晶振动片30的外形的空间部52(斜线部分)与开口区域12同时通过蚀刻形成。

另外，在水晶晶片10单位中，在水晶振动片30上形成有第1基部电极33及第2基部电极34、第1励振电极35及第2励振电极36、锤部37及锤部38。在从基部32突出的一对振动臂31上形成有槽部39。该槽部39上也形成有第1励振电极35及第2励振电极36，使得降低了CI(结晶阻抗)值。

形成在水晶振动片30上的第1基部电极33及第2基部电极34、第1励振电极35及第2励振电极36、锤部37及锤部38由溅射或真空蒸镀而形成金属膜，经过光刻工程而进行制作。具体地，基部电极使用如下金属膜，通过溅射形成作为质地的铬(Cr)、镍(Ni)或钛(Ti)等，并在其之上重合了金层(Au)或银层(Ag)。在本实施方式中，第1基部电极33及第2基部电极34、第1励振电极35及第2励振电极36的镍层的厚度为

金层的厚度为

使得整体的厚度为

<音叉型水晶振子100的制造工序>

图4是重合形成有盖部20的水晶晶片10、形成有音叉型水晶振动片30及水晶框架50的水晶晶片10、形成有底部40的水晶晶片10之前的图。盖部20和底部40都是通过连结部11连接在水晶晶片10上。

在进行重合时，预先通过水晶蚀刻形成盖部20的盖部用凹部27。另外，预先通过水晶蚀刻形成底部40的底部用凹部47，另外还形成第1连接电极42及第2连接电极44。另外，如图3A及图3B所示，在音叉型水晶振动片30上形成有第1基部电极33及第2基部电极34、第1励振电极35及第2励振电极36。

由于各个水晶晶片10的直径例如为4英寸且形成有定向平面10c，因此可以正确地定位3张水晶晶片10而进行重合。对重合的3张水晶晶体10进行硅氧烷键。如图2A至图2F所示，在水晶晶片10彼此进行硅氧烷键时，可以牢固地接合第1基部电极33及第2基部电极34和第1连接电极42及第2连接电极44。

在重合了3张水晶晶体10的状态下，通过折断共通的连结部11而完成水晶振子100。在这种方法中，由于所谓包装和电极的接合可以同时进行，且在水晶晶片单位进行制造，因此可以提高生产性。

在产业利用上，虽然以上详细说明了本发明的最适合的实施方式，但如本领域的技术人员所知，本发明可以在其技术内容范围内对上述各个实施方式进行各种各样的变更、变形而实施。在本发明中，作为填充通孔的实施方式记载有AuSn，AuSi，金浆，银浆，但可以期待Au12Ge或熔点为300℃～450℃的金属(合金)也具有同样的效果。

另外，在上述说明中对音叉型水晶振动片30进行了说明，但用AT振动片及使用了水晶基板的SAW元件来代替音叉型水晶振动片也可以适用于本发明。

Claims

1.一种水晶装置，其特征在于，具有：

具有具备电极图案的水晶振动片和支撑该水晶振动片的外框的由水晶构成的水晶框架；以及

具有形成在第1面上的连接电极和形成在所述第1面的相反侧的第2面上且与所述连接电极导通的外部电极，并由水晶构成的水晶底部，

在重合结合所述水晶框架和所述水晶底部时，所述连接电极接触在所述电极图案上，所述外框和所述第1面不接触。

2.根据权利要求1所述的水晶装置，其特征在于，

在所述连接电极接触在所述电极图案时，在所述外框和所述第1面之间形成将所述电极图案的厚度和连接电极的厚度相加的合计厚度的10％至30％的间隙。

3.根据权利要求1或2所述的水晶装置，其特征在于，

具备由水晶构成且与所述外框重合而结合的水晶盖，

所述水晶盖、所述外框及所述水晶底部通过硅氧烷键进行结合。

4.根据权利要求3所述的水晶装置，其特征在于，

所述水晶盖具有第1凹部，所述水晶底部具有第2凹部，所述水晶振动片配置在所述第1凹部和第2凹部之间。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的水晶装置，其特征在于，

所述电极图案及所述连接电极由作为质地的第1金属层和形成在其第1金属层上的第2金属层构成，所述电极图案的第2金属层和所述连接电极的第2金属层进行结合。

6.一种水晶装置，其特征在于，具有：

具有形成在第1面上的连接电极和形成在所述第1面的相反侧的第2面上的与所述连接电极导通的外部电极且有水晶构成的水晶底部，

所述外框和所述第1面的任何一方上形成有栉齿状或波形的区域。

7.一种水晶装置的制造方法，其特征在于，具有：

在第1水晶晶片上形成多个水晶盖的工序；

在第2水晶晶片上形成具有具备电极图案的水晶振动片和支撑该水晶振动片的外框的多个水晶框架的工序；

形成多个水晶底部的工序，该水晶底部具有形成在第3水晶晶片的第1面上的连接电极和形成在所述第1面的相反侧的第2面上与所述连接电极导通的外部电极；

重合所述第1水晶晶片、第2水晶晶片及第3水晶晶片而结合的结合工序；

在该结合工序之后，将结合的水晶、盖水晶框架及水晶底部作为水晶装置进行切割的工序。

8.根据权利要求7所述的水晶装置的制造方法，其特征在于，

在重合所述第2水晶晶片和第3水晶晶片而进行结合时，所述连接电极接触在所述电极图案上，所述外框和所述第1面不接触。