CN102195598B

CN102195598B - 压电振子和压电振子的制造方法

Info

Publication number: CN102195598B
Application number: CN201110058893.1A
Authority: CN
Inventors: 梅木三十四
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: US8604675B2; CN102195598A; TW201206064A; US20110221309A1; JP2011188308A; JP5129284B2

Abstract

本发明提供能够抑制导电性粘接剂的扩展并且价格便宜的压电振子和压电振子的制造方法。通过在基体(3)中的与石英振动片(10)的电极端子相对应的位置对基体(3)进行蚀刻来形成突起部(41)、(42)，在该突起部(41)、(42)的表面使金属膜成膜，通过导电性粘接剂(34)将该金属膜与上述石英振动片(10)的电极端子电连接，由于在上述突起部(41)、(42)的侧面中，导电性粘接剂(34)因表面张力而隆起，成为难以向外侧流出的状态，因此能够抑制导电性粘接剂(34)的扩展。另外，由于能够使在突起部(41)、(42)的表面成膜的金属膜的膜厚变薄，因此石英振动片(10)的价格变得便宜。

Description

压电振子和压电振子的制造方法

技术领域

本发明涉及压电振子和压电振子的制造方法，涉及价格便宜且设备特性的偏差较小的压电振子的技术。

背景技术

SMD(表面安装)构造的压电振子例如石英振子(以下称为“SMD型石英振子”)由于小型化且重量轻，因而内置于例如以便携式电话为代表的便携型电子设备中，作为频率或者时间的基准源。关于该SMD型石英振子的1个例子，使用图9进行说明，图中11是上表面开口的由陶瓷构成的基体，12是金属制的盖体，这些基体11和盖体12例如通过由熔接材料构成的密封部件13密封熔接，其内部成为真空状态。

图中10是石英振动片，作为该石英振动片10，能够使用音叉型石英振动片或矩形形状的石英振动片等。关于音叉型石英振动片10，使用图10进行说明，在基部2设置一对振动臂部(腕部)21a和21b，在各振动臂部21a、21b的两个主面分别设置有槽部23、24。在这些槽部23、24和各振动臂部21a、21b，形成有用于激励基于弯曲振动的音叉振动的未图示的激励电极。另外，在石英振动片10的基体11一侧，与上述激励电极分别电连接的第一和第二电极端子(未图示)，从激励电极被引出到基体11一侧，左右分开设置。

该石英振动片10在由基体11和盖体12形成的内部空间中，以振动臂部21a、21b伸出的横向的姿势，将基部2的电极端子通过导电性粘接剂15固定到基体11的台座部14，这样，将石英振动片10大致水平地安装在基体11。另一方面，在台座部14中的安装石英振动片10的一端侧的区域形成有导电路径16、17(17是纸面里侧的导电路径)。这样构成的石英振动片10的振动动作是通过如下方式产生的，即，经由在基体11的外部底面的长度方向上以相对的方式设置的电极18、19、导电路径16、17和导电性粘接剂15，对石英振动片10施加电压。

然而，在这样的SMD型石英振子中，台座部14中的安装石英振动片10的一端侧的区域与其他区域的高度大致相同。因此，导电性粘接剂15易于向外方流动，导电性粘接剂扩展到超出必要的面积。由此，导电性粘接剂15所扩展的区域在每个元件均发生变化，存在易于产生设备特性上的偏离的课题。

为了解决该课题，对使基体11中的安装石英振动片10的电极端子的区域的高度比其他区域高，由此使导电性粘接剂难以扩展的情况进行了研究。考虑例如在基体11一侧设置由导电性材料构成的突起状电极，用导电性粘接剂将该突起状电极与石英振子10的电极端子电连接的结构。

这样的突起电极一般通过如下方式形成，即，例如在基体11以10μm～15μm左右的膜厚形成由钨(W)等构成的基底金属以后，在其上通过进行镀镍(Ni)/金(Au)而形成。这里，基底金属的厚度是10μm～15μm左右，因此为了确保突起状电极的高度，必须使Au的厚度为10μm～30μm左右，由于Au的价格很高，因此在成本上存在问题。

这时，还考虑使用比Au便宜的金属，确保突起状电极的高度，接着，对其表面进行镀Ni/Au。但是在该方法中，必须进行用于使突起状电极变高的金属的成膜和Au的成膜，由于工序数目增加，因此结果导致成本上升。

而在专利文献1中记载了在绝缘性基体的上表面的电极形成位置设置独立的凸部的结构。该例子虽然减少用于形成绝缘性基体的材料，谋求成本下降，但是实际上并没有记载用什么方法作成突部，根据该文献1，也不能解决本发明的课题。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2000-164747号公报(段落0017，图5)

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够抑制导电性粘接剂的扩展并且价格便宜的压电振子和压电振子的制造方法。

用于解决课题的方法

因此，本发明的特征在于，包括：

由玻璃或石英构成的基体；

盖体，其由与上述基体相同的材料构成，将基体的一面侧密封，形成气密的空间；

在上述气密的空间中被载置在基体上的压电振动片，该压电振动片在表面形成有激励电极，并且与上述激励电极电连接的第一和第二电极端子设置在基体一侧；

第一和第二突起部，其上表面平坦，通过在分别与上述压电振动片的第一和第二电极端子相对应的位置对基体进行蚀刻而形成；

形成在这些突起部的表面的、并且与外部端子电连接的金属膜；和

用于将上述金属膜与上述压电振动片的电极端子分别电连接的导电性粘接剂。

上述突起部优选为随着从上表面向下方而扩展的形状。另外，上述突起部的上表面与底部的距离为10μm以上50μm以下。进而，上述金属膜的厚度为0.2μm以上0.5μm以下。

本发明的压电振子的制造方法的特征在于，包括：

通过使用掩模对玻璃基板或石英基板的表面进行蚀刻，形成包括收纳压电振动片的凹部和上述突起部的基体的工序；

在该基体的表面使金属膜成膜的工序；和

通过对上述金属膜进行蚀刻，在上述突起部的表面形成金属膜的工序。

发明效果

在本发明中，通过在基体中的与压电振动片的电极端子相对应的位置对基体进行蚀刻来设置突起部，在该突起部的表面使金属膜成膜，通过导电性粘接剂将该金属膜与上述压电振动片的电极端子电连接。从而，在突起部的侧面，导电性粘接剂因表面张力而隆起，成为难以向外侧流出的状态，因此能够抑制导电性粘接剂的扩展。另外，由于能够使在突起部的表面成膜的金属膜的膜厚较薄，因此压电振子的价格便宜。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的石英振子的概略纵截面图和平面图。

图2是本发明的实施方式的石英振子一部分的概略截面图。

图3是本发明的实施方式的石英振子的表面侧和背面侧的平面图。

图4是表示本发明的实施方式的石英振子的制造方法的概略截面图。

图5是表示本发明的实施方式的石英振子的制造方法的概略截面图。

图6是表示本发明的实施方式的石英振子的制造方法的概略截面图。

图7是表示在石英晶片的表面搭载有多个石英振动片的状况和在石英晶片的表面形成有多个盖体的状况的平面图。

图8是表示石英晶片与石英振动片的粘接部的截面图。

图9是表示石英振子的1个例子的概略纵截面图和背面图。

图10是表示音叉型石英振动片的1个例子的概略截面图。

附图标记说明

3：基体

31：枕部

32：突部

33：凹部

41、42：突起部

43：上表面

44：底部

46：侧面

47：电极膜

48：导电路径

5：盖体

51：凹部

53、54：外部端子

6、7：玻璃基板

具体实施方式

参照图1，说明本发明的实施方式的压电振子即石英振子的结构。在图1中，3是由玻璃构成的矩形形状的基体，在该基体3的表面形成有第一和第二突起部41、42、枕部31、与后述的外部端子连接用的突部32和周缘部30，并且这些突起部41、42、枕部31、突起32、周缘部30以外的区域构成为凹部33。图1(a)是上述石英振子的A-A截面图，图1(b)是从表面侧(一面侧)观看上述基体3时的平面图，图1(c)是上述石英振子的B-B截面图。

图中，10是现有技术一项中使用图10说明的石英振动片，上述突起部41、42配置在与该石英振动片10的基部2的第一和第二电极端子(未图示)相对应的位置。这些突起部41、42如在图2中以突起部41为例所示的那样，其上表面43构成为水平面，从上表面43向突起部41、42的底部44扩展。这些突起部41、42通过对基体3进行蚀刻而形成。另外，在这些突起部41、42的表面覆盖有金属膜47，由此构成凸点电极(bump electrode)。

在本例中，在突起部41形成有通孔(电极贯通孔)41a，在其内部熔融有例如由AuSi、AuSn、AuGe等构成的Au共晶金属45。另外，上述突起部41、42中的上述上表面43、侧面46和突起部41的通孔41a的内表面由金属膜47覆盖。作为该金属膜47，使用将例如由铬(Cr)构成的下层膜、由NiW(镍钨)构成的中层膜和由金(Au)构成的上层膜叠层而成的材料。这样以Cr为基底金属进行成膜是为了提高Au膜的密合性(粘合性)。另外，在图1(b)中，为方便图示，省略了金属膜47。

在本例中，如图1(c)所示，突起部42中没有形成通孔。另外，在上述基体3的表面侧，如图3(a)所示，形成有与突起部42的金属膜47连接的规定形状的电极图案48，这些电极图案48和金属膜47实际上形成为一体。

上述突起部41、42的上表面43的高度例如与基体3的周缘部30的高度一致，突起部41、42的高度L1(上表面43与底部44之间的距离)优选是10μm～50μm左右。这是因为，如果高度L1过高，则或者石英振动片10与盖体5的间隔减小，振动特性恶化，或者不能与封装(package)的高度降低相对应，如果高度L1过低，则如后述那样，导电性粘接剂的扩展(蔓延)增大。另外，在上述金属膜47中，Cr的厚度例如是0.05μm～0.15μm，更优选是0.08μm～0.15μm左右，NiW的厚度优选是0.05μm～0.1μm左右，Au的厚度优选是例如0.2μm～0.5μm左右。这是因为，如果Au的厚度例如小于0.2μm，则存在不能获得导电性的可能，如果Au的厚度大于0.5μm，则制造成本升高。

另外，上述上表面43的形状在本例中是椭圆形，其长度(图1(b)中X方向的长度)L2例如优选是150μm～300μm左右，其面积优选是0.01mm²～0.2mm²左右。这是因为，如果上述长度L2(面积)过小，则石英振动片10不能充分地固定在基体3，存在动作变得不稳定的可能，另外，如果上述长度L2(面积)过大，则其结果如后述那样，导电性粘接剂的扩展增大。另外，上表面43的形状不一定限于椭圆形，也可以是圆形，还可以是多边形。

在这些突起部41、42的上表面43，通过导电性粘接剂34连接有对应的石英振动片10的电极端子，由此，石英振动片10以水平的状态，被固定到突起部41、42的上表面43。

上述枕部31也由与基体3相同的材质构成，当在突起部41、42安装有石英振动片10时，设置在石英振动片10的长度方向(图1(b)中的X方向)的比中央更靠近前端(顶端)侧的位置。该枕部31的上表面构成为水平面，其高度例如与基体3的周缘部30的高度一致。由于石英振动片10被固定在突起部41、42时的石英振动片10的背面从突起部41、42的上表面稍稍上浮，因此也从该枕部31的上表面稍稍上浮。

在本例中，枕部31的上表面构成为在石英振动片10的宽度方向上(图1(b)中的Y方向)延伸的四边形，其面积优选是0.025mm²～0.05mm²左右。这样设置枕部31的理由在于，使得当在上下方向上对石英振子施加有力时，石英振动片10不会破裂。通过设置该枕部31，石英振动片10的振动变小，因此即使石英振子冲突也能够防止石英振动片的破裂。

上述连接用突部32是为了将石英振动片10的电极端子与后述的外部端子电连接而设置的。在其内部形成有通孔32a，突部32的表面和通孔32a的内表面被金属膜35覆盖，并且在通孔32a内，熔融有例如由AuSi、AuSn、AuGe等构成的Au共晶金属35a。另外，上述金属膜35如图3(a)所示，通过电极图案48与突起部42的金属膜47电连接，这些金属膜35、47、电极图案48形成为一体。

另外，在基体3的上方一侧，在石英振动片10的上方一侧形成有凹部51的矩形形状的盖体5，在收纳有石英振动片10的状态下，与基体3气密地连接。该盖体5由与基体3相同的材质构成。这样，如果用相同的材质构成基体3和盖体5，则由于热膨胀系数相同，因此抑制热处理时的变形，能够抑制对器件特性的恶劣影响。该盖体5在基体3的上表面，以使盖体5的周缘部52与基体3的周缘部30相对应的方式，通过AuSi、AuSn、AuGe等共晶金属进行接合。另外，基体3与盖体5也可以通过低熔点玻璃接合进行接合。

进而，在基体3的背面，以与通孔41a的共晶金属45连接的方式设置有外部端子53，并且以与通孔32a的共晶金属35a连接的方式设置有外部端子54。这样构成的石英振子1的振动动作是通过如下方式而产生的，即，经由外部端子53、突起部41的共晶金属45、突起部41的金属膜47和导电性粘接剂34，对石英振动片10的基部2的一个电极端子施加电压，经由外部端子54、突部32的共晶金属35a、电极图案48、突起部42的金属膜47和导电性粘接剂34，对石英振动片10的基部2的另一个电极端子施加电压。

其次，参照图4～图6，说明图1所示的石英振子的制造方法。另外，图4～图6对在一片玻璃基板的某一部分作成的1个石英振子进行说明。首先，对切割出的一片玻璃基板6进行研磨加工并清洗之后(图4(a))，如图4(b)所示，在玻璃基板6通过湿蚀刻形成通孔41a(32a)。具体地讲，在两个面形成在Cr之上叠层有Au而成的金属膜，进而在该金属膜之上形成与通孔41a(32a)的位置和形状相对应的抗蚀剂图案。接着，将玻璃基板6浸渍在KI(碘化钾)溶液中，蚀刻金属膜露出的部分，得到金属膜图案。然后，将玻璃基板6浸渍在氟酸溶液中，通过以金属膜图案作为掩模进行蚀刻，形成通孔41a(32a)。在该图的例子中，在玻璃基板6的背面侧(另一面侧)形成金属膜图案，从该背面侧进行蚀刻。另外，通孔41a(32a)的形成也可以通过喷沙(sandblast)加工来进行。

接着，在去除了上述金属图案以后，对玻璃基板6进行湿蚀刻，形成已述的记载在图1中的突起部41、42、枕部31、突部32。另外，在该蚀刻中，在后面的工序中，当将玻璃基板6分割(分断)为单片时，在与划线(scribe line)相对应的位置预先形成有槽部61，以使得顺畅地进行该分割作业。在该蚀刻工序中，也如上述那样，通过抗蚀剂图案，形成金属膜的图案，使用氟酸溶液进行蚀刻。然后，去除金属膜图案(图4(c))。

然后，在玻璃基板6的整个面，形成从下面起依次叠层了Cr、NiW、Au而成的金属膜。这里，Cr膜或Au膜的成膜通过溅射法或真空蒸镀法进行，例如，Cr膜以0.05μm～0.1μm的厚度成膜，NiW以0.05μm～0.1μm的厚度成膜，Au膜以0.2μm的厚度成膜。由此，在玻璃基板6的表面侧和通孔41a(32a)的内表面形成金属膜。接着，在该金属膜之上形成了抗蚀剂图案以后，浸渍在KI溶液中，形成如图3(a)、(b)所示的与金属膜47、35、电极图案48相对应的金属膜图案(图4(d))。

接着，如图5(e)、(f)所示，在突起部41、42的上表面涂敷导电性粘接剂34例如藤仓化成制商品名“XA-5463”。然后，从其上面起，将上述石英振动片10的基部2的电极端子搭载到对应的突起部41、42之上，通过进行加热，使上述导电性粘接剂34硬化(固化)。这时的硬化条件是加热温度例如为280度，加热时间例如为90分钟。这样，通过导电性粘接剂34将石英振动片10的电极端子与突起部41、42的上表面43电接合。通过该工序，如图7(a)所示，石英振动片10分别搭载于在一片玻璃基板6的表面形成的多个凹部33内。

另一方面，对于盖体5，也如图7(b)所示，在对一片玻璃基板7进行研磨加工并清洗之后，利用与基体3同样的方法进行蚀刻，由此在玻璃基板7的表面形成凹部51、分割线(dicing line)用槽部71，在与盖体5的周缘部52相当的区域中形成金属膜。该金属膜例如由Cr、NiW和Au的叠层膜构成。另外，在与基体3的周缘部30相当的区域中也通过上述工序形成金属膜。这样，在与基体3的周缘部30相当的区域和与盖体5的周缘部52相当的区域中形成金属膜是为了使后述的共晶金属球72的密合性提高。

而且，如图5(f)所示，在玻璃基板6的槽部61部分，设置AuSn共晶金属球72。然后，在真空气氛中，将盖体5一侧的玻璃基板7粘贴在基体3一侧的玻璃基板6的表面，使得石英振动片10水平地收纳在基体3一侧的凹部33与盖体5一侧的凹部51之间。接着，通过将共晶金属球72部分在真空中进行加热熔融，在基体3一侧的玻璃基板6的表面将盖体5一侧的玻璃基板7固着(图5(g))。另外，作为共晶金属球72的材料也能够使用AuSi、AuGe等。另外，也可以通过低熔点玻璃进行基体3一侧的玻璃基板6与盖体5一侧的玻璃基板7的接合，这种情况下，无需在接合面形成金属膜。

接着，如图6(h)所示，在通孔41a(32a)部分，设置AuSn共晶金属球73，通过将该共晶金属球73部分在真空中加热使其熔融，将通孔41a(32a)部分由共晶金属45和35a充填，进行真空密闭密封(图6(i))。另外，作为共晶金属球73的材料，也能够使用AuSi、AuGe等。

然后，如图6(j)所示，将外部端子53、54以规定的图案形成。外部端子53、54例如叠层作为下层膜的Cr、作为中层膜的NiW和作为上层膜的Au构成，例如，Cr的膜厚是0.05μm～0.1μm左右，NiW的膜厚是0.05μm～0.1μm左右，Au的膜厚是0.4μm左右。然后，通过使用切割机(dicing saw)沿着分割线(切割线)切割，将石英振子从玻璃基板6、7逐个分割，完成图1所示的石英振子。

依据上述的实施方式，在与基体3中的石英振动片10的电极端子相对应的位置，通过对基体3进行蚀刻，设置突起部41、42，在该突起部41、42的表面形成金属膜47，用导电性粘接剂34将该金属膜47与上述石英振动片10的电极端子电连接。从而，如图8(a)所示，导电性粘接剂34在突起部41、42的侧面46的倾斜部分因表面张力而隆起，抑制其流向外侧。结果，石英振动片10的电极端子和基体3一侧，能够以依赖于突起部41、42的上表面43的形状进行粘接。由此，通过预先使突起部41、42的上表面的形状与电极端子一致，能够抑制导电性粘接剂34超出必要地扩展。这样，由于导电性粘接剂34的扩展区域在每个石英振子为一致，因此能够抑制设备特性上的偏差。

另一方面，如图8(b)所示，基体3中的通过导电性粘接剂34与石英振动片10的电极端子连接的区域的高度与其他区域相同的情况下，导电性粘接剂34在基体3的表面流向外方。由此，在石英振动片10中，在电极端子一侧或导电路径47、48一侧，粘接剂超出必要地扩展，由于该导电性粘接剂34的扩展在每个石英振子中不同，因此在设备特性上产生偏差。

另外，突起部41、42通过对玻璃基板6进行蚀刻而形成，在其上使Au膜成膜，因此能够减薄Au膜的膜厚，能够低价格地制造。这时，由于使用玻璃基板6，因此能够通过溅射或真空蒸镀，以更薄的厚度使作为基底膜的Cr膜或Au膜成膜，制造变得容易。

进而，由于对石英晶片进行湿蚀刻而形成有突起部41、42，因此通过选择蚀刻条件，能够利用晶体的结晶面方位，形成从上表面43直到底部44向下侧扩展的具有倾斜的形状的突起部41、42。通过在该突起部41、42的侧面46的倾斜，能够如已述那样防止导电性粘接剂34向外侧的流动，因此对玻璃基板6进行蚀刻来形成突起部41、42方面是有效的。另外，通过用玻璃基板6和7分别仅制作基体3和盖体5，石英振子10使用低价格的现有产品，能够制作更低价格的设备。

在本发明中，基体3和盖体5只要是相同的材质即可，除了玻璃基板以外，也可以用石英基板制作。另外，在本发明中，在突起部41、42的表面形成的金属膜，只要至少在与突起部41、42中的与导电性粘接剂34接触的区域形成即可。进而，在本发明中，不仅是使用通孔进行电力供给的类型的石英振子，也能够在具有如图9所示的电力供给结构的石英振子中使用。

进而，本发明中也能够应用石英振动片10的一个电极端子设置在基体一侧，并且另一个电极端子设置在盖体一侧的结构，而将石英振子10的两个电极端子设置在基体一侧的结构，在抑制导电性粘接剂向外方扩展的方面效果更大，优点更突出。

Claims

1.一种压电振子，其特征在于，包括：

由玻璃或石英构成的基体；

盖体，其由与所述基体相同的材料构成，将基体的一面侧密封，形成气密的空间；

在所述气密的空间中被载置在基体上的压电振动片，该压电振动片在表面形成有激励电极，并且与所述激励电极电连接的第一和第二电极端子设置在基体一侧；

第一和第二突起部，其上表面平坦，通过在分别与所述压电振动片的第一和第二电极端子相对应的位置对基体进行蚀刻而形成；

用于将所述金属膜与所述压电振动片的电极端子分别电连接的导电性粘接剂，

所述第一和第二突起部为在四周随着从上表面向下方而扩展的形状，

所述导电性粘接剂涂敷在所述第一和第二突起部的上表面，所述导电性粘接剂在所述第一和第二突起部的侧面的倾斜部分因表面张力而隆起，抑制所述导电性粘接剂流向外侧。

2.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于：

所述突起部的上表面与底部的距离为10μm以上50μm以下。

3.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于：

所述金属膜的厚度为0.2μm以上0.5μm以下。

4.一种压电振子的制造方法，其用于制造权利要求1所述的压电振子，该压电振子的制造方法的特征在于，包括：

通过使用掩模对玻璃基板或石英基板的表面进行蚀刻，形成包括收纳压电振动片的凹部和所述突起部的基体的工序；

在该基体的表面使金属膜成膜的工序；和

通过对所述金属膜进行蚀刻，在所述突起部的表面形成金属膜的工序。