CN102484462B - 压电振动装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压电振动装置的制造方法，该方法包括能够将有可能因垃圾、异物的附着而导致成为不合格品的压电振动装置作为不合格品拣选出的工序。压电振动装置(1)的制造方法为：准备基板(10)，在该基板(10)上安装压电谐振元件(20)，并在将封装件(15)与基板(10)接合前或者接合后，暴露于比周围温度高的温度且比周围氛围高湿度的环境中，在该环境中完成暴露后，测量电气特性，利用该电气特性的变化来检测垃圾以及/或者异物的附着。

Description

压电振动装置的制造方法
技术领域
本发明涉及例如压电振荡装置那样的压电振动装置的制造方法，更具体而言，涉及具有拣选附着了垃圾、异物的不合格品的工序的压电振动装置的制造方法。 
背景技术
以往，广泛应用一种使用了晶体振子等压电振动元件的振荡装置。压电振荡装置被强烈要求振荡频率的偏差小。因此，在制造压电振荡装置后，测量谐振频率、振荡频率等，当求得的谐振频率、振荡频率在误差允许范围外时，将那样的压电振荡装置作为不合格品拣选出来。另外，当测出的谐振频率、振荡频率在误差允许范围外时，也尝试过进行频率调整。 
例如在下述的专利文献1中记载了在制造晶体振子时，在将晶体振子安装到绝缘性基板上后，利用蒸镀法在电极表面附着微量的银来进行频率调整的技术。另外，还记载了在频率调整后进行真空加热烤焙，在进行了真空密封后，并在进行了老化后测量电气特性来进行拣选的技术。 
另外，在专利文献1中记载了在这样的方法中，若附着了制造工序中的垃圾、微粒，则特性劣化、特性的偏差易变大的情况。因此，在专利文献1中记载了通过利用等离子体切削晶体振子芯片的电极表面来进行频率调整的方法。 
专利文献1：日本特开平10-284968号公报。 
如专利文献1所述那样，以往，在制造压电振荡装置等压电振动装置时，通过测量谐振频率、振荡频率等来进行特性拣选。该情况下，如专利文献1中记载的方法那样，通常，在进行了频率调整后进行真空密封，在使压电振荡装置完成后进行老化，并测量电气特性。然而，在常温下进行老化，确定电气特性的方法在，难以在短期间内高效地拣选不 合格品。 
另一方面，还广泛应用一种在进行压电振动装置等电子部件的特性拣选时，将电子部件维持在高温及高湿度下，然后测量电气特性来进行特性拣选的方法。通过维持在高温及高湿度下，反而加速了电子部件的特性的劣化，从而能够高效地进行特性拣选。 
但是，将电子部件维持在上述高温及高湿度下后，测量特性的方法只不过是通过加速劣化来使特性拣选高效地进行的方法。 
对此，如专利文献1中启示的那样，在如晶体振子那样的压电振荡装置中，若垃圾、异物等颗粒附着于压电振动元件，则存在即使在制造工序中特性在误差允许范围内，也会在使用过程中特性较大变化的情况。因此，正寻求一种对这样的颗粒附着进行高精度检测，以便将在使用过程中会成为不合格品的产品更高精度地拣选出。 
发明内容
鉴于上述的以往技术的现状，本发明的目的在于提供一种不同于仅加速特性劣化的加速试验，而具有下述工序的压电振动元件的制造方法，即：能够在制造阶段，将因上述垃圾、异物等的附着而导致将可能在使用过程中引起特性劣化的不合格品可靠地拣选出的工序。 
根据本发明的大的方面，提供一种压电振动装置的制造方法，该方法包括：在基板上安装压电振动元件的工序；和将安装在所述基板上的压电振动元件维持在比周围温度高的温度以及比周围湿度高的湿度的环境中，并检测因垃圾或者异物的吸湿引起的电气性能变化的工序。 
该情况下，在基板上安装压电振动元件的工序中，不仅在基板上安装压电振动元件，还可以在基板上安装IC以及压电振动元件以外的电子部件。 
根据本发明的压电振动装置的制造方法的另一大方面，提供一种压电振动装置的制造方法，该方法包括：在基板上安装压电振动元件、IC和所述压电振动元件以外的电子部件的工序；使用封装件对在所述基板上安装有所述压电振动元件、所述IC以及所述电子部件的构造进行液体密封来得到压电振动装置的工序；将所述压电振动装置在比周围温度 高的温度以及比周围湿度高的湿度下维持的工序；和在比所述周围温度高的温度以及比周围氛围高的湿度的环境下维持的期间中或者在该环境中完成维持后，检测因垃圾以及/或者异物的吸湿引起的电气特性变化的工序。 
在本发明的压电振动装置的制造方法中，优选使用上述压电振动元件具有晶体作为压电振动体的元件。但是，压电振动元件的压电体除了晶体以外的压电体，还可以是例如压电单晶体、压电陶瓷。 
根据本发明的压电振动装置的又一其他特定的方面，比所述周围温度高的温度在40℃～121℃的范围，比所述周围湿度高的湿度在70％RH～100％RH的范围内。该情况下，能够更可靠且更快速地检测出因垃圾、异物的吸湿引起的电气性能变化。 
在本发明中，优选维持比周围温度高的温度以及比周围湿度高的湿度的时间在4小时以上，168小时以内。若在4小时以上，则能够高精度地检测因垃圾、异物的吸湿引起的电气性能变化，若超过168小时，则不能缩短制造工序所需要的时间。 
根据本发明的压电振动装置的又一其他特定的方面，上述电气特性的变化是谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。因此，将压电振动装置在上述高温及高湿度的环境下完成维持后，通过测量压电振动元件的谐振频率以及/或者谐振电阻，能够容易地检测电气特性变化。 
在本发明的压电振动装置的制造方法中，以压电振动元件被安装在基板上的状态、或者以压电振动元件、IC以及电子部件被安装在基板上并且被使用封装件液体密封的压电振动装置的状态，在比周围温度高的温度以及比周围湿度高的湿度中维持。因此，若垃圾以及/或者异物附着于压电振动元件，则垃圾以及/或者异物吸湿，从而对压电振动元件的电气特性、例如谐振特性带来影响。因此，通过检测上述谐振特性等电气特性变化，能够检测因垃圾以及/或者异物的附着而引起的特性劣化，因此能够可靠地在制造阶段将那样的压电振动装置作为不合格品拣选出。 
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施方式的压电振动装置的制造方法的流程图。 
图2是示出在本发明的一实施方式的制造方法中，120℃及24小时、180℃及24小时、以及85℃及相对湿度85％RH的各环境下的压电振动装置的谐振电阻变化率的图。 
图3是采用本发明的一实施方式的制造方法得到的压电振动装置的分解立体图。 
图4是采用本发明的一实施方式的压电振动装置的制造方法得到的压电振动装置的主视剖视图。 
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的具体的实施方式，从而明确本发明。 
本实施方式中，制造用作压电振荡器的压电振动装置。首先，将表示该压电振动装置的构造在图3中以分解立体图、在图4中以主视剖视图表示。压电振动装置1具有基板10。基板10由绝缘性材料、例如氧化铝等绝缘性陶瓷或者合成树脂等形成。在基板10的上表面形成有布线电极10a、10b。布线电极10a、10b到达至设置于基板10的角部的切口。利用到达至该切口的布线电极部分来进行与外部的电连接。电极10a、10b由Ag、Cu等适当的金属或者合金形成。 
在上述基板10上借助导电性粘接剂12，12将压电谐振元件20作为压电振动元件安装。 
压电谐振元件20具有矩形板状的压电体22。压电体22在本实施方式中由晶体构成。但是，压电体22也可以由其他的压电单晶体或者PZT等压电陶瓷形成。 
在压电体22的上表面形成有第1谐振电极21。在压电体22的下表面形成有第2谐振电极23，该第2谐振电极23隔着压电体22与第1谐振电极21对置。 
第1、第2谐振电极21、23形成在压电体22的一方的端面侧。上表面侧的第1谐振电极21具有到达至压电体22的下表面的电极延长部。第2谐振电极23的到达至压电体22的端面侧的部分如图4所示那样借助导电性粘接剂12与布线电极10a接合。在图4中虽未图示，但第1谐振电极的到达压电体22的下表面的部分也同样借助导电性粘接剂12与布线电极10b接合。 
参照图1说明压电振动装置1的制造方法。 
如图1的流程图所示那样，在步骤S1中形成上述压电谐振元件20。更具体而言，进行从压电体晶片切断压电体22的加工，或者进行以压电体晶片的状态，通过抛光研磨等对两表面进行研磨的加工和从压电体晶片切断压电体22的加工等。另外，在压电体22上形成第1、第2两表面的谐振电极21、23。这样，在步骤S1中得到压电谐振元件20。 
接下来，在步骤S2中，借助导电性粘接剂12在基板10上安装压电谐振元件20。 
接下来，在步骤S3中进行频率调整。该频率调整可以通过在压电谐振元件20的第1、第2谐振电极21、23上、尤其在上方的谐振电极21上，通过蒸镀等附加金属材料、或者通过使用离子枪等来进行。频率调整的方法本身可以恰当使用自以往就公知的频率调整方法。 
接下来，在步骤S4中，在基板10上接合封装件15。具体而言，在基板10的上表面，将粘接剂层13形成矩形框状，接着，将绝缘性材料层14形成矩形框状，借助该粘接剂层13以及绝缘性材料层14将由金属构成的封装件15接合。上述绝缘性材料层14是为了实现由金属构成的封装件15与基板10上的布线电极10a、10b等的电绝缘而设置的。因此，在粘接剂层13为绝缘性的情况下，也可以省略绝缘性材料层14。 
另外，如上所述那样，绝缘性材料层14将封装件15接合，因此其与粘接剂层13同样具有粘接作用。粘接剂层13例如可以由环氧树脂系粘接剂等适当的热固化型粘接剂、或者适当的光固化型粘接剂形成。另外，关于绝缘性材料层14，也可以使用绝缘性的适当的粘接剂。 
封装件15下方具有开放的开口。将封装件15从下方开口侧结合到 基板10，以使得压电谐振元件20被收纳在该开口内。因此，压电谐振元件20被封锁在由基板10与封装件15闭合的空间A中。优选上述粘接剂层13以及绝缘性材料层14将该空间A液体密封。由此，能够在密封空间形成后防止湿度向空间内的侵入。 
此外，对于上述空间A的密封，除了使用粘接剂的方法以外，还可以使用缝焊、玻璃焊接、基于焊料的密封等适当的方法进行。这样，在步骤S4中进行封装的组装以及密封。 
然后，在步骤S5中，进行上述空间A的密封状态的拣选、和外观拣选等第1拣选工序。密封状态的拣选例如可以通过总漏(gross leak)试验、微弱漏(fine leak)试验等方法进行。外观拣选可以通过目视压电振动装置1、或者在显微镜下观察压电振动装置1来进行。 
在第1拣选工序中，将被判断为不要的，作为不合格品被除外。然后，在步骤S6的第2拣选工序中进一步拣选在第1拣选工序中被判断为合格品的压电振动装置1。在第2拣选工序中，在常温下测量压电振动装置1的电气特性，本实施方式中测量谐振特性。在该常温下测量谐振特性，在所得到的谐振电阻在作为目标的谐振电阻范围外的情况下，作为不合格品被排除。 
本实施方式的特征在于，在第2拣选工序中，在高温及高湿度下维持规定时间，因垃圾或者异物的吸湿而引起的电气性能的变化也被测量。更具体而言，当垃圾、异物附着于压电谐振元件20时，在闭合的空间A内存在的湿气会被垃圾或者异物吸附。其结果，压电谐振元件20的谐振特性发生变化。在将压电振动装置1在高温及高湿度下维持规定时间的情况下，由于上述吸湿的发展，所以谐振特性由于吸湿会较大地变化。测量该谐振特性的变化，更具体而言，测量谐振频率以及谐振电阻的变化，可根据谐振频率变化率Δfr(％)＝{(在高温及高湿度下维持后的谐振频率-在高温及高湿度下维持前的谐振频率)/在高温及高湿度环境下维持前的谐振频率}×100(％)；以及谐振电阻变化率ΔCI＝{(在高温及高湿度下维持后的电阻-在高温及高湿度下维持前的电阻)/在高温及高湿度下维持前的电阻}×100(％)求得。 
其结果，当谐振电阻变化率ΔCI以及谐振频率变化率Δfr在规定大小以上的情况下，作为不合格品被拣选后排除。 
第2拣选工序的结果为，将作为合格品拣选出的压电振动装置1向步骤S7的最终的发货前的检查提供后，发货。 
根据本实施方式的制造方法，不仅与以往的压电振动装置的制造方法同样地、在第1拣选工序中进行密封状态、外观拣选等，还在步骤S6的第2拣选工序中，根据上述高温及高湿度下的谐振电阻变化率以及/或者谐振频率变化率进行合格品与不合格品的拣选。在将压电振动装置1在该高温及高湿度下维持了规定时间的情况下，如前述那样，在上述空间A中存在的湿气被附着于压电谐振元件20的垃圾、异物吸附，谐振电阻以及/或者谐振频率发生较大变化。因此，能够高精度地检测因垃圾、异物的附着而引起的特性劣化。 
如前所述那样，在压电振动装置中，若垃圾、异物附着于压电谐振元件，则存在不显现初始性能的情况，而垃圾在使用过程中因垃圾、异物的吸湿，从而导致谐振特性较大地劣化。对此，根据本实施方式的制造方法，在上述第2拣选工序中，能够检测出因垃圾、异物的吸湿而导致的性能劣化，因此能够可靠地将因垃圾、异物附着而导致在使用过程中变为不良的压电振动装置1作为不合格品拣选出。因此，能够供应信赖性卓越的压电振动装置1。 
接下来，基于具体的实验例，对在上述高温及高湿度下的环境中维持规定时间的工序进行说明。 
图2示出在上述实施方式中，作为高温及高湿度环境，(1)在125℃、相对湿度40％RH的环境中维持24小时后的情况，(2)在180℃以及相对湿度20％RH的环境中维持24小时后的情况，以及(3)在85℃以及相对湿度85％RH的环境中维持24小时后的情况的谐振电阻变化率。 
在测量时，在高温及高湿度下的环境中维持前，测量谐振电阻，并在上述各环境中完成维持后，测量谐振电阻，并求出谐振电阻变化率ΔCI。另外，将求出了上述谐振电阻变化率的各压电振动装置1分割，来调查附着于压电谐振元件20的垃圾或者灰尘的具体情况。在图2中，用◆标记表示皮肤等出自人体的垃圾，用■标记表示粘接剂的固化物的微细碎片等，用×标记表示在加工工序中附着的不锈钢等金属粉末。 
即，对多个压电振动装置1求出谐振电阻变化率，然后确认其附着了什么样的垃圾或者异物。 
从图2可知，仅在(1)的环境、即125℃、相对湿度40％RH的环境下维持24小时，无论对于附着了任意的垃圾或者灰尘的装置，谐振电阻变化率都小到50％以下。尤其，在附着了出自粘接剂固化物的碎片、金属粉末的例子中，谐振电阻变化率几乎没有变化。与此相对，在180℃、相对湿度20％RH中维持24小时后的情况下，与(1)的条件的情况相比，谐振电阻变化率变大。尤其，在附着了粘接剂固化物的碎片情况下，与(1)的环境的情况相比，(2)的环境的情况下，谐振电阻变化率变大，在附着了来自人体的垃圾的情况下，谐振电阻变化率也变大。但是，在附着了金属粉等的装置中，谐振电阻变化率并不那么大。与此相对，在(3)的环境、即85℃以及相对湿度85％RH的环境中维持的情况下，在附着了来人体的垃圾、粘接剂固化物的碎片、金属粉末任意一种的压电振动装置中，谐振电阻变化率均显著地变大。 
因此，可知，与(1)以及(2)的环境相比，通过维持在相对湿度高到85％RH的环境下维持，附着了垃圾、灰尘时的谐振电阻变化率变得非常大。 
由此，在本发明中，在第2拣选工序中将压电振动装置1不仅维持在高温下而且还维持在高湿度下的环境下，通过求出谐振电阻变化率，能够可靠地检测各种垃圾、异物的附着。 
此外，在上述实验例(3)中，虽然在85℃以及相对湿度85％RH的环境中维持了24小时，但关于高温及高湿度下，只要是比周围温度高的温度并且是比周围湿度高的湿度，垃圾或者异物就会吸湿，因此与和上述实验例的情况同样地维持周围温度以及与周围的温度相同湿度的情况相比，能够更可靠地检测垃圾、异物的附着。尤其，从上述实验例可知，重要的是不仅要维持在高温下，还要维持在比周围的湿度高的湿度下。 
优选40℃～121℃的范围作为比周围温度高的温度。当未满40℃时，与常温、即25℃左右的温度没有大的温度差，当超过121℃时，构成压电振动装置1的材料存在劣化的可能性。 
另外，高湿度优选相对湿度70％RH以上100％以下RH的范围。当未满70％RH时，从上述实验例可知，不能增大因各种垃圾或者异物的附着而引起的吸湿所导致的特性变化，尤其不能增大附着有金属粉末时的谐振电阻变化率。另外，当相对湿度超过100％RH时，在压电谐振元件20中产生结露，因而不优选。 
另外，关于在上述高温度以及高湿度的环境下维持的时间，并不局限于上述实验例的24小时。只要在上述环境下维持某程度的时间，就如从上述实验例也可推测出的那样，能够增大谐振电阻变化率。优选4小时以上168小时以内。在未满4小时的情况下，存在谐振电阻变化率变化不太大的情况，而在超过168小时的情况下，存在特性拣选工序会被长时间化，不能实现制造工序的短缩化的情况。 
在上述实施方式中，测量谐振特性，求出了谐振电阻以及谐振频率的变化率，但也可以不求谐振电阻而求反谐振电阻的变化率，另外还可以求谐振频率、反谐振频率的频率值本身的变化。并且，还可以求谐振特性以外的电气特性的变化。不管选择哪种，只要求出在附着有垃圾、异物的情况下，由于吸湿而变化的适当的电气特性的变化即可。 
另外，在上述实施方式的制造方法中，利用封装件15将压电谐振元件20密封后，将其维持在上述高温及高湿度下，来求出因垃圾或者异物的附着而引起的特性变化，也可以在将封装件15与基板10接合前，将其维持在上述高温及高湿度下，来测量特性的变化。该情况下，垃圾、异物有可能在将封装件15与基板10接合的工序间、或者以后的工序中，附着在空间A内，能够可靠地拣选在此以前的工序中的、因垃圾、异物的附着而导致的不合格品。 
但是，优选如上述实施方式那样，在将封装件15与基板10结合后进行上述特性拣选。并且，在本发明中制造出的压电振动装置也可以不具有封装件15。该情况下，在将压电谐振元件20安装到基板10上的状态下，并在上述高温及高湿度下完成维持后，测量电气特性的变化率来进行特性拣选即可。 
附图标记的说明 
1...压电振动装置；10...基板；10a、10b...布线电极；12...导电性粘接剂；13...粘接剂层；14...绝缘性材料层；15、16...封装件；20...压电谐振元件；21...第1谐振电极；22...压电体；23...第2谐振电极 

Claims (26)

1.一种压电振动装置的制造方法，包括： 
在基板上安装压电振动元件的工序；和 
将安装在所述基板上的压电振动元件维持在比周围温度高的温度以及比周围湿度高的湿度的环境中，并检测因垃圾或者异物的吸湿引起的谐振特性的变化的工序。 
2.根据权利要求1所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
在基板上安装所述压电振动元件的工序中，还在基板上安装IC以及所述压电振动元件以外的电子部件。 
3.根据权利要求1或2所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述压电振动元件具有作为压电振动体的晶体。 
4.根据权利要求1或2所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
比所述周围温度高的温度在40℃～121℃的范围，比所述周围湿度高的湿度在70％RH～100％RH的范围内。 
5.根据权利要求3所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
比所述周围温度高的温度在40℃～121℃的范围，比所述周围湿度高的湿度在70％RH～100％RH的范围内。 
6.根据权利要求1或2所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
维持比所述周围温度高的温度以及比所述周围湿度高的湿度的时间在4小时以上，168小时以内。 
7.根据权利要求3所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
维持比所述周围温度高的温度以及比所述周围湿度高的湿度的时间在4小时以上，168小时以内。 
8.根据权利要求4所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
维持比所述周围温度高的温度以及比所述周围湿度高的湿度的时间在4小时以上，168小时以内。 
9.根据权利要求5所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
维持比所述周围温度高的温度以及比所述周围湿度高的湿度的时间在4小时以上，168小时以内。 
10.根据权利要求1或2所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
11.根据权利要求3所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
12.根据权利要求4所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
13.根据权利要求5所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
14.根据权利要求6所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
15.根据权利要求7所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
16.根据权利要求8所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
17.根据权利要求9所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
18.一种压电振动装置的制造方法，包括： 
在基板上安装压电振动元件、IC和所述压电振动元件以外的电子部件的工序； 
使用封装件对在所述基板上安装有所述压电振动元件、所述IC以及所述电子部件的构造进行液体密封来得到压电振动装置的工序； 
将所述压电振动装置维持在比周围温度高的温度以及比周围湿度高的湿度中的工序；和 
维持在比所述周围温度高的温度以及比周围氛围高的湿度的环境下的期间中或者在该环境下完成维持后，检测因垃圾以及/或者异物的吸湿引起的谐振特性的变化的工序。 
19.根据权利要求18所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述压电振动元件具有作为压电振动体的晶体。 
20.根据权利要求18或19所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
比所述周围温度高的温度在40℃～121℃的范围，比所述周围湿度高的湿度在70％RH～100％RH的范围内。 
21.根据权利要求18或19所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
维持比所述周围温度高的温度以及比所述周围湿度高的湿度的时间在4小时以上，168小时以内。 
22.根据权利要求20所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
维持比所述周围温度高的温度以及比所述周围湿度高的湿度的时间在4小时以上，168小时以内。 
23.根据权利要求18或19所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
24.根据权利要求20所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
25.根据权利要求21所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
26.根据权利要求22所述的压电振动装置的制造方法，其中， 
所述谐振特性的变化为谐振频率以及/或者谐振电阻的变化。 
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