CN106160694A - 压电振动构件、制造压电振动构件的方法和压电振动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压电振动构件、制造压电振动构件的方法和压电振动器，所述压电振动构件包括：振动基板，包括振动部和比所述振动部薄的环绕部；振动电极，设置在所述振动部的沿所述振动基板的厚度方向的一个表面和另一表面上，其中，所述振动部包括突出部，所述突出部中的每个比所述环绕部的沿厚度方向的一个表面和另一表面凸出，所述突出部的每个侧表面具有两个或更多个晶体平面。

Description

压电振动构件、制造压电振动构件的方法和压电振动器

本申请要求于2014年9月16日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0122946号和于2014年9月29日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0129987号韩国专利申请的优先权和权益，该申请公开的内容通过引用被包含于此。

技术领域

本公开涉及一种压电振动构件、制造该压电振动构件的方法和压电振动器。

背景技术

压电振动器是通过压电振动构件振动而产生具有特定频率的振动的设备，其中，压电振动构件由于在向压电振动构件施加电压时压电振动构件中出现的压电现象而振动。

由于压电振动器具有稳定的振动频率，因此在提供基准级信号的多个核心组件中以及在计算机或通信装置的振荡电路中已使用了这样的装置。

由晶体形成的压电振动构件包括：振动基板，使用晶体作为基底材料；电极，设置在振动基板上，其中，振动基板可根据需要的物理特性而具有各种形状。

当处于厚度剪切振动模式的压电振动构件形成为使得振动基板的厚度从振动基板的中央部朝向振动基板的端部逐渐减小时，端部中振动位移的阻尼量增大，从而可改善振动能被陷在压电振动构件的中央部的效应并可改善频率特性(例如，CI值、Q值等)。可实现振动能陷效应(vibration energy trappingeffect)的压电振动构件的形状的示例包括凸状的弯曲表面形成为主表面的凸面形、平坦且厚的中央部与端部的边缘之间的空间形成为倾斜表面的坡面形、中央部平坦且厚并且围绕中央部的部分薄的台形等。

在厚平的中央部的厚度和纤薄的环绕部的厚度在网状的压电振动构件中快速改变的情况下，可能会减小能陷效应并可能会降低电极连接性。因此，已需要能够解决这些问题的压电振动构件。

【现有技术文献】

(专利文献1)第2010-109526号日本专利特许公开

发明内容

本公开的一方面可提供一种压电振动构件、制造该压电振动构件的方法和压电振动器。

根据本公开的一方面，一种压电振动构件包括：振动基板，具有突出部，所述突出部中的每个形成在所述振动基板的沿所述振动基板的厚度方向的一个表面和另一表面上；振动电极，其中，所述突出部的每个侧表面具有两个或更多个晶体平面，从而能陷效应优良并且改善了电极连接性。

根据本公开的另一方面，提供一种制造压电振动构件的方法，所述方法包括：在晶片上形成抗蚀图案；形成突出部；对已去除所述抗蚀图案的晶片再次进行蚀刻，使得所述突出部的每个侧表面具有两个或更多个晶体平面，从而能陷效应优良并且改善了电极连接性。

根据本公开的另一方面，一种压电振动器包括：压电振动构件，其中，突出部的每个侧表面具有两个或更多个晶体平面；上壳和下壳，所述压电振动构件容纳在所述上壳和所述下壳中；连接电极，连接到所述压电振动构件的电极部；外部电极。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的上述和其他方面、特点和优点将会被更清楚地理解，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的压电振动构件的透视图；

图2是沿图1的A-A’线截取的压电振动构件的截面图；

图3是沿图1的B-B’线截取的压电振动构件的截面图；

图4是沿图1的C-C’线截取的压电振动构件的其中设置有连接电极的区域的截面图；

图5是示出根据本公开的示例性实施例的变型示例的压电振动构件的透视图；

图6是沿图5的P-P’线截取的截面图；

图7是沿图5的Q-Q’线截取的截面图；

图8是示出制造根据本公开的另一示例性实施例的压电振动构件的方法的流程图；

图9A至图12B是示出制造压电振动构件的操作中的一些操作中的压电振动构件的截面图；

图13是根据本公开的示例性实施例的压电振动器的分解透视图；

图14是沿图13的D-D’线截取的压电振动器的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。

然而，本公开可以以多种不同的形式例示并且不应该被解释为局限于阐述于此的特定实施例。更确切地说，提供这些实施例以使本公开将是彻底的和完整的，并将本公开的范围完全传达给本领域的技术人员。

在附图中，为了清楚起见，可夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终用于指示相同或相似的元件。

压电振动构件

在下文中，将描述根据本公开的示例性实施例的压电振动构件。

图1是根据本公开的示例性实施例的压电振动构件100的透视图。

图2是沿图1的A-A’线截取的压电振动构件100的截面图；图3是沿图1的B-B’线截取的压电振动构件100的截面图。

参照图1至图3，根据本公开的示例性实施例的压电振动构件100可包括振动基板110和设置在振动基板上的电极部120。

振动基板110可包括：振动部112，具有相对厚的厚度；环绕部111，具有比振动部的厚度小的厚度，其中，振动部112可包括与比环绕部111的沿厚度方向的一个表面(即，上表面)和另一表面(即，下表面)凸出的区域相对应的突出部112a和112b。

例如，突出部可包括：第一突出部112a，比环绕部111的沿厚度方向的一个表面凸出；第二突出部112b，比环绕部111的沿厚度方向的另一表面凸出。

包括在压电振动构件100中的振动基板110可包含晶体，作为其材料，其中，晶体用作机械式振动发生器。

根据本公开的示例性实施例，晶体可以是石英。

电极部120可包括：振动电极121a和121b，设置在振动部112的沿厚度方向的一个表面(即，上表面)和另一表面(即，下表面)上；端电极123a和123b，设置在环绕部111的沿厚度方向的一个表面和另一表面中的至少一个上；连接电极122a和122b，将振动电极和端电极彼此连接。

第一振动电极121a可设置在振动部112的沿厚度方向的一个表面上并通过第一连接电极122a连接到第一端电极123a，第二振动电极121b可设置在振动部112的与振动部112的一个表面相对的另一表面上并通过第二连接电极122b连接到第二端电极123b。

第一端电极123a可从环绕部111的沿厚度方向的一个表面延伸到环绕部的一个侧表面并延伸到环绕部的沿厚度方向的另一表面，第二端电极123b可从环绕部111的沿厚度方向的另一表面延伸到环绕部的一个侧表面并延伸到环绕部的沿厚度方向的一个表面。然而，本公开不限于此。

根据本公开的示例性实施例，当在平面上观看时，比环绕部111的沿厚度方向的一个表面和另一表面凸出的突出部112a和112b的沿厚度方向的一个表面STa和STb可大体上具有矩形形状，虽然由于表面STa和STb的角部的蚀刻导致表面STa和STb不具有完整的矩形形状，但是下面描述的突出部的表面STa和STb指比环绕部111沿厚度方向的一个表面和另一表面突出的突出部的沿厚度方向的一个表面。

在本公开的示例性实施例中，突出部的侧表面1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a和4b指将突出部的表面STa和STb的每侧和环绕部111的沿厚度方向的一个表面和另一表面彼此连接的表面，突出部的每个侧表面可包括两个或更多个晶体平面。

突出部112a和112b的每个侧表面可具有倾斜的形状，突出部112a和112b的上部可具有比突出部112a和112b的下部的宽度窄的宽度。

根据本公开的示例性实施例，第一突出部112a可包括四个侧表面1a、2a、3a和4a，第二突出部112b可包括四个侧表面1b、2b、3b和4b，第一突出部和第二突出部的每个侧表面可具有两个或更多个晶体平面。

包括在突出部112a和112b的每个侧表面中的所述两个或更多个晶体平面可相对于突出部的沿厚度方向的一个表面STa和STb具有不同的倾斜角度。

例如，如图2所示，图2是沿图1的A-A’线截取的压电振动构件的截面图，第一突出部112a的第一侧表面1a可包括两个晶体平面f1和f2，第一突出部112a的第三侧表面3a可包括两个晶体平面f3和f4。

此外，如图2所示，图2是沿图1的A-A’线截取的压电振动构件的截面图，第二突出部112b的第一侧表面1b可包括两个晶体平面f7和f8，第二突出部112b的第三侧表面3b可包括两个晶体平面f5和f6。

第一突出部的表面STa的连接到第一突出部112a的第一侧表面1a的第一侧可与第一突出部的表面STa的连接到第一突出部112a的第三侧表面3a的第三侧相对。此外，第二突出部的表面STb的连接到第二突出部112b的第一侧表面1b的第一侧可与第二突出部的表面STb的连接到第二突出部112b的第三侧表面3b的第三侧相对。

例如，如图3所示，图3是沿图1的B-B’线截取的压电振动构件的截面图，第一突出部112a的第二侧表面2a可包括两个晶体平面g1和g2，第一突出部112a的第四侧表面4a可包括两个晶体平面g3和g4。

此外，如图3所示，图3是沿图1的B-B’线截取的压电振动构件的截面图，第二突出部112b的第二侧表面2b可包括两个晶体平面g7和g8，第二突出部112b的第四侧表面4b可包括两个晶体平面g5和g6。

第一突出部的表面STa的连接到第一突出部112a的第二侧表面2a的第二侧可与第一突出部的表面STa的连接到第一突出部112a的第四侧表面4a的第四侧相对。此外，第二突出部的表面STb的连接到第二突出部112b的第二侧表面2b的第二侧可与第二突出部的表面STb的连接到第二突出部112b的第四侧表面4b的第四侧相对。

根据本公开的示例性实施例，如图2所示，突出部112a的一个或更多个侧表面可包括相对于环绕部111的沿厚度方向的一个表面的延伸平面形成锐角(θ1)的晶体平面和相对于突出部112a的表面STa形成钝角(θ2)的晶体平面。

根据本公开的示例性实施例，第一突出部112a的第一侧表面1a、第三侧表面3a和第四侧表面4a以及第二突出部112b的第一侧表面1b、第三侧表面3b和第四侧表面4b可呈凸形，第一突出部112a的第二侧表面2a和第二突出部112b的第二侧表面2b可呈凹形。

第一突出部112a和第二突出部112b的一个或更多个侧表面可包括石英晶体的天然晶体平面和具有与天然晶体平面的倾斜角度不同的倾斜角度的晶体平面。

例如，第一突出部112a的第一侧表面1a和第三侧表面3a以及第二突出部112b的第一侧表面1b和第三侧表面3b可包括石英晶体的天然晶体平面和具有与石英晶体的天然晶体平面的倾斜角度不同的倾斜角度的晶体平面。

如图2和图3所示，第一突出部112a和第二突出部112b的每个侧表面可具有带有不同的倾斜角度的两个或更多个晶体平面，以缓和由于振动部112与环绕部111之间的厚度差形成的台阶，从而改善了针对通过压电效应的频率产生的能陷效应，进而减小了能量损耗。

图4是沿图1的C-C’线截取的压电振动构件的其中设置有连接电极的区域的截面图。

将振动电极121a和121b与端电极123a和123b彼此连接的连接电极122a和122b可设置在突出部112a和112b的一个或更多个侧表面上。

例如，第一连接电极122a可设置在第一突出部112a的第一侧表面1a上，如图4所示，虽然未示出，但是第二连接电极122b可设置在第二突出部112b的第三侧表面3b上。

根据本公开的示例性实施例，由于突出部112a和112b的侧表面具有用于缓和振动部112与环绕部111之间的台阶的所述两个或更多个晶体平面，因此可降低由于包括在突出部的侧表面中的晶体平面的倾斜角度的快速改变而导致的连接电极断开的电极开路故障的发生。

图5是示出根据本公开的示例性实施例的变型示例的压电振动构件的透视图；图6是沿图5的P-P’线截取的截面图；图7是沿图5的Q-Q’线截取的截面图。

如图5所示，根据本变型示例的压电振动构件100与图1中示出的根据本公开的示例性实施例的压电振动构件的不同之处可在于：连接电极可沿厚度方向设置在呈凹形的侧表面或与上述侧表面相对的侧表面上。

例如，如图6和图7所示，第一连接电极122a可设置在第一突出部112a的第四侧表面4a上，第二连接电极122b可设置在第二突出部112b的第二侧表面2b上。

如图7所示，即使连接电极设置在突出部的凹的侧表面上，根据本公开的示例性实施例也可缓和突出部的侧表面的凹陷程度，从而可降低电极中开路故障的发生。

图8是示出制造根据本公开的另一示例性实施例的压电振动构件的方法的流程图；图9A至图12B是示出制造压电振动构件的操作中的一些操作的压电振动构件的截面图。

图9A、图10A、图11A和图12A是示出与沿图1的A-A’线截取的压电振动构件的截面相对应的区域的截面图，图9B、图10B、图11B和图12B是示出与沿图1的B-B’线截取的压电振动构件的截面相对应的区域的截面图。

图9A和图9B、图10A和图10B、图11A和图11B以及图12A和图12B分别对应于相同的操作并示出不同的区域。

参照图8，制造根据本示例性实施例的压电振动构件的方法可包括：制备晶片(S1)；在晶片的上表面和下表面上形成抗蚀图案(S2)；在晶片上形成突出部(S3)；去除抗蚀图案(S4)；对晶片再次进行蚀刻(S5)。

在制备晶片(S1)的步骤中，可使用与一个振动基板的尺寸相对应的单个晶片，虽然未示出，但是可使用其中形成有与一个振动基板的尺寸相对应的多个晶片的晶片组件。

可通过对矩形或圆形形状的粗糙的石英进行加工然后将所述粗糙的石英切割成预定厚度而形成晶片。然而，晶片不限于具有矩形或圆形形状，而可具有各种形状(例如，多边形形状)。此外，可对矩形或圆形形状的加工过的晶片进行表面抛光工艺，以减小晶片的厚度。

虽然可使用晶片形成多个压电振动构件，但是下面将以示例的方式描述形成单个压电振动构件的情况，以有助于本公开的理解。

如图9A和图9B所示，用于形成突出部的抗蚀图案320可形成在晶片310的沿厚度方向的一个表面和另一表面上(S2)。抗蚀图案320可基于突出部的形状和尺寸而设置在晶片上。

接下来，如图10A和图10B所示，可对其上设置有抗蚀图案320的晶片310进行蚀刻以在晶片的沿厚度方向的一个表面和另一表面上形成突出部，突出部的沿厚度方向的一个表面具有矩形形状。

可通过将其上形成有抗蚀图案320的晶片310浸没在蚀刻剂中的化学蚀刻方法而对晶片310进行蚀刻。

突出部的一个或更多个侧表面可通过目前的蚀刻工艺而具有一个天然晶体平面。

与图1的A-A’线相对应的图10A的截面图中示出的突出部的侧表面中的每个可包括一个天然晶体平面f1、f3、f5或f7。

由于晶体平面的角度使得与图1的B-B’线相对应的图10B的截面图中示出的上突出部和下突出部的每个侧表面可包括包括一个天然晶体平面g3或g5的侧表面以及包括两个晶体表面g1和g1’或g7和g7’的侧表面。

通常，在通过化学蚀刻形成晶片的情况下，仅在设置有抗蚀图案的状态下才可进行蚀刻，以形成突出部。在这种情况下，振动部与环绕部之间的台阶不平缓，而可能是陡的。

在振动部与环绕部之间的台阶不平缓的情况下，能陷效率可能低，并且可能会增大在电极中将出现开路故障的可能性。

然而，根据本公开的示例性实施例，如图11A和图11B所示，可去除蚀刻过的晶片310上的抗蚀图案(S4)，并且可对其上不形成有单独的抗蚀图案的晶片310再次进行蚀刻，以形成振动基板(S5)。因此，突出部112a和112b的每个侧表面可具有两个或更多个晶体平面，以缓和振动部112与环绕部111之间的台阶。

可通过将晶片浸没在蚀刻剂中的方法而对晶片再次进行蚀刻。

根据本公开的示例性实施例，制造压电振动构件的方法还可包括在通过对晶片再次进行蚀刻形成的振动基板110上形成电极部，如图12A和图12B所示。

电极部可包括振动电极、端电极和连接电极并可通过在其上形成有突出部的振动基板上印制导电浆料而形成。

电极部可具有形成在突出部的沿厚度方向的一个表面上的振动电极121a和121b。

由于电极部和突出部的每侧的形状的详细的描述与压电振动构件100的上面的描述重复，因此下面将省略对其的描述。

压电振动器

接下来，将描述根据本公开的另一示例性实施例的压电振动器。

图13是根据本公开的示例性实施例的压电振动器200的分解透视图；图14是沿图13的D-D’线截取的压电振动器200的截面图。

参照图13和图14，根据本公开的示例性实施例的压电振动器200可包括具有振动基板110和电极部120的压电振动构件100、下壳210、上壳220、连接电极211a和211b以及外部电极212a和212b。

包括在根据本公开的示例性实施例的压电振动器200中的压电振动构件100可以是上述压电振动构件100中的一个。因此，对于压电振动构件100的描述将由参照图1至图3提供的描述取代，将省略对压电振动构件100的详细描述，以避免重复描述。

下壳210和上壳220可彼此结合，以形成其中形成有内部空间的一个壳，压电振动构件100可设置在通过上壳和下壳彼此结合形成的内部空间中。

压电振动构件100可设置在下壳210和上壳220中，从而防止外部激励。

连接电极可包括被设置为彼此分开的第一连接电极211a和第二连接电极211b，外部电极可包括被设置为彼此分开的第一外部电极212a和第二外部电极212b。

第一连接电极211a和第二连接电极211b可设置在下壳210的内部的上表面上并分别连接到压电振动构件100的第一端电极123a和第二端电极123b。

第一外部电极212a和第二外部电极212b可设置在下壳210的外部的下表面上并分别连接到第一连接电极211a和第二连接电极211b。第一外部电极212a和第二外部电极212b与第一连接电极211a和第二连接电极211b可通过经由穿透下壳210的电极213a而彼此连接，但是不限于此。

第一外部电极212a和第二外部电极212b可用作压电振动器200的输入电极和输出电极。如上所述，当向第一外部电极212a和第二外部电极212b施加电压时，电压可被施加到压电振动构件100的第一振动电极121a和第二振动电极121b，从而压电振动构件100可以振动。

压电振动构件100的第一端电极123a和第二端电极123b与第一连接电极211a和第二连接电极211b可通过焊剂或导电的粘合剂彼此连接。焊剂或导电的粘合剂可成为设置在压电振动构件100的第一端电极123a和第二端电极123b与第一连接电极211a和第二连接电极211b之间的连接部230，以将第一端电极123a和第二端电极123b与第一连接电极211a和第二连接电极211b彼此电连接。

连接部230还可包括金属焊剂。压电振动构件100的第一连接电极211a和第二连接电极211b与第一端电极123a和第二端电极123b可通过如下步骤彼此连接：在第一连接电极211a和第二连接电极211b上设置金属焊剂；将第一端电极123a和第二端电极123b设置在金属焊剂上；然后执行回流工艺。

此外，连接部230可通过如下方式形成：在第一连接电极211a和第二连接电极211b与第一端电极123a和第二端电极123b之间设置镍(Ni)、金(Au)、可伐合金(kovar)等并在结合部(例如，镍(Ni)、金(Au)、可伐合金(kovar)等)上执行电弧焊或电子束焊；或以高温熔融金(Au)-汞(Hg)合金，但不限于此。

可选地，连接部230可包括可包含树脂或有机材料中的任何一种的导电的粘合剂。在使用包含树脂或有机材料的导电的粘合剂的情况下，可增大压电振动构件100与连接电极211a和211b之间的气密性，并且可防止裂纹的产生。

上壳220和下壳210可包含相同的材料，例如，绝缘树脂等，但不限于此。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，可提供具有优良的能陷效应和电极连接性得到改善的压电振动构件、制造该压电振动构件的方法和压电振动器。

虽然以上已经示出并描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可对其进行修改和变型。

Claims (15)

1.一种压电振动构件，所述压电振动构件包括：

振动基板，包括振动部和比所述振动部薄的环绕部；

振动电极，设置在所述振动部的沿所述振动基板的厚度方向的一个表面和另一表面上，

其中，所述振动部包括突出部，所述突出部中的每个比所述环绕部的沿厚度方向的一个表面和另一表面凸出，

所述突出部的每个侧表面具有两个或更多个晶体平面。

2.如权利要求1所述的压电振动构件，其中，所述突出部的沿厚度方向的一个表面具有矩形形状。

3.如权利要求1所述的压电振动构件，其中，所述两个或更多个晶体平面相对于所述突出部的沿厚度方向的一个表面具有不同的倾斜角度。

4.如权利要求1所述的压电振动构件，其中，所述振动基板由石英形成。

5.如权利要求1所述的压电振动构件，其中，所述突出部的侧表面包括相对于所述环绕部的沿厚度方向的一个表面的延伸平面形成锐角的晶体平面和相对于所述突出部的沿厚度方向的一个表面形成钝角的晶体平面。

6.如权利要求1所述的压电振动构件，所述压电振动构件还包括：

端电极，设置在所述环绕部的沿厚度方向的一个表面和另一表面上；

连接电极，将所述端电极和所述振动电极彼此连接。

7.如权利要求6所述的压电振动构件，其中，所述连接电极设置在所述突出部的一个或更多个侧表面上。

8.如权利要求1所述的压电振动构件，其中，所述突出部的至少一个侧表面可包括石英晶体的天然晶体平面和具有与所述天然晶体平面的倾斜角度不同的倾斜角度的晶体平面。

9.一种压电振动构件，所述压电振动构件包括：

振动基板，具有突出部，所述突出部中的每个设置在所述振动基板的沿所述振动基板的厚度方向的一个表面和另一表面上，所述突出部的沿厚度方向的一个表面具有矩形形状；

振动电极，设置在所述突出部上，

其中，所述突出部的每个侧表面包括具有不同的倾斜角度的两个或更多个晶体平面。

10.一种制造压电振动构件的方法，所述方法包括：

制备晶片；

在所述晶片的沿厚度方向的一个表面和另一表面上形成抗蚀图案；

通过对晶片进行蚀刻在所述晶片的沿厚度方向的一个表面和另一表面上形成突出部，所述突出部的沿厚度方向的一个表面具有矩形形状；

从所述晶片去除所述抗蚀图案；

通过对已去除所述抗蚀图案的晶片再次进行蚀刻来制备振动基板，以允许所述突出部的每个侧表面具有两个或更多个晶体平面。

11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括在制备振动基板之后在所述突出部的沿厚度方向的一个表面上形成振动电极。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述两个或更多个晶体平面相对于所述突出部的沿厚度方向的一个表面具有不同的倾斜角度。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述突出部的侧表面包括与石英晶体的天然晶体平面相对应的第一晶体平面和除了所述第一晶体平面之外的晶体平面。

14.一种压电振动器，所述压电振动器包括：

压电振动构件，包括：振动基板，包括振动部和比所述振动部薄的环绕部；振动电极，设置在所述振动部的沿厚度方向的一个表面和另一表面上，所述振动部包括突出部，所述突出部中的每个比所述环绕部的沿厚度方向的一个表面和另一表面凸出，所述突出部的每个侧表面包括两个或更多个晶体平面；

上壳和下壳，所述压电振动构件容纳在所述上壳和所述下壳中；

连接电极，设置在所述下壳的上表面上并电连接到包括所述振动电极的电极部；

外部电极，设置在所述下壳的下表面上并电连接到所述连接电极。

15.如权利要求14所述的压电振动器，其中，所述电极部包括设置在所述环绕部的沿厚度方向的一个表面上并连接到所述振动电极的端电极，

连接部设置在所述端电极与所述连接电极之间，以在所述端电极与所述连接电极之间形成电连接。