JPH06314947A - Crystal vibrator and its manufacture - Google Patents

Crystal vibrator and its manufacture

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JPH06314947A
JPH06314947A JP10384993A JP10384993A JPH06314947A JP H06314947 A JPH06314947 A JP H06314947A JP 10384993 A JP10384993 A JP 10384993A JP 10384993 A JP10384993 A JP 10384993A JP H06314947 A JPH06314947 A JP H06314947A
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JP
Japan
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crystal
plate
substrate
buffer
vibrating
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Application number
JP10384993A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuyoshi Ogura
哲義 小掠
Akihiro Kanahoshi
章大 金星
Yutaka Taguchi
豊 田口
Kazuo Eda
和生 江田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the small sized and highly stable crystal vibrator. CONSTITUTION:A vibration crystal plate 1 is formed to be a crystal vibrator fixed through direct bonding to a substrate 2 via a buffer plate 3 whose thermal expansion rate is an intermediate rate between that of a crystal and that of the substrate 2. In the manufacture method, the vibration crystal plate 1, the buffer plate 3 and the substrate 2 are made in contact with through hydrophilic processing and heat treatment is applied to the crystal within a temperature range at which the crystal indicates piezoelectricity to bond directly the vibration crystal plate 1, the buffer plate 3 and the substrate 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は小型高安定な水晶振動子
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small and highly stable crystal oscillator and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】水晶振動子は、その高い安定性により、
情報通信に欠かせない重要なデバイスとして用いられて
いる。近年衛星通信や携帯電話などの発達にともない、
各デバイスの小型化、高性能化が一つの大きな目標とさ
れているが、水晶振動子も例外ではない。
2. Description of the Related Art Crystal oscillators have high stability,
It is used as an important device indispensable for information communication. With the development of satellite communication and mobile phones in recent years,
One of the major goals is to reduce the size and increase the performance of each device, but crystal units are no exception.

【0003】水晶振動子には、厳しい周波数安定性が要
求される。水晶振動子の周波数は、振動用水晶板に応力
が加わることによって変化するので、前記振動用水晶板
に加わる応力を軽減する工夫が様々なされている。
Crystal oscillators are required to have strict frequency stability. Since the frequency of the crystal unit changes when stress is applied to the vibrating crystal plate, various measures have been taken to reduce the stress applied to the vibrating crystal plate.

【0004】従来の水晶振動子としては、ATカット水
晶板を金属性の支持架により支持したものがある。図6
にこれらの水晶振動子の一例を示す。図6において、1
5はATカットした水晶板であり、この水晶板1の両面
には電極4を蒸着して形成している。前記水晶板1は保
持部16でを保持されており、保持部16と水晶板15
は導電性接着剤17で接着されている。そして前記電極
4は導電性接着剤17を介してそれぞれ別の保持部に電
気的に接続されている。
As a conventional crystal oscillator, there is one in which an AT-cut crystal plate is supported by a metallic support frame. Figure 6
Shows an example of these crystal oscillators. In FIG. 6, 1
Reference numeral 5 is an AT-cut crystal plate, and electrodes 4 are formed on both surfaces of the crystal plate 1 by vapor deposition. The crystal plate 1 is held by a holding unit 16, and the holding unit 16 and the crystal plate 15 are held.
Are bonded with a conductive adhesive 17. The electrodes 4 are electrically connected to different holding portions via the conductive adhesive 17.

【0005】このように従来の水晶振動子においては、
水晶板15を保持するために、通常、金属の保持部16
と導電性接着剤17を用いる。図7にこの水晶振動子の
製造工程例を示す。この製造工程においては、水晶板の
切断を行ない、この後、個別に切り離された水晶板の研
磨を行なう。次に切断された水晶板に電極を蒸着し、保
持部と結合する。さらに導電性接着剤を添付し、周波数
調整を行ない、金属パッケージにて気密封止する。
As described above, in the conventional crystal unit,
In order to hold the crystal plate 15, a metal holder 16 is usually used.
And the conductive adhesive 17 is used. FIG. 7 shows an example of the manufacturing process of this crystal unit. In this manufacturing process, the crystal plate is cut, and then the crystal plates that have been individually cut are polished. Next, an electrode is vapor-deposited on the cut quartz plate and bonded to the holding portion. Further, a conductive adhesive is attached, the frequency is adjusted, and the package is hermetically sealed with a metal package.

【0006】図8には保持部の熱応力の問題を解決する
ものか示されている(特開平2−261210号公
報)。このものは振動用水晶片18の両面に励磁電極1
9を蒸着し、振動用水晶片18を熱膨張のほぼ同じ水晶
片20で保持している。前記水晶片20は基台21上に
配置され、振動用水晶片18と保持用水晶片20は導電
性接着剤22で固着され、保持用水晶片20と基台21
は接着剤23で接着されている。そして振動用水晶片1
8と保持用水晶片20の固着方向(X−X方向)と、保
持用水晶片20と基台21の固着方向(Z−Z)とを直
交する方向にしている。
FIG. 8 shows how to solve the problem of thermal stress of the holding portion (Japanese Patent Laid-Open No. 2-261210). This is an exciting electrode 1 on both sides of the vibrating crystal piece 18.
9 is vapor deposited, and the vibrating crystal piece 18 is held by the crystal piece 20 having substantially the same thermal expansion. The crystal piece 20 is arranged on a base 21, and the vibrating crystal piece 18 and the holding crystal piece 20 are fixed by a conductive adhesive 22. The holding crystal piece 20 and the base 21
Are bonded with an adhesive 23. And the crystal piece for vibration 1
8 and the fixing direction of the holding crystal piece 20 (XX direction) and the fixing direction of the holding crystal piece 20 and the base 21 (ZZ) are orthogonal to each other.

【0007】また、水晶振動子の応用製品として、水晶
発振器や温度補償水晶発振器(TCXO)、電圧制御水
晶発振器(VCXO)などがある。図9に一般的なTC
XOの外観図を示す。ここでは理解しやすいように、ケ
ースの一部を取り除いた様子を示している。図に示すよ
うに、ケース26内には水晶振動子24と、発振回路や
電圧制御回路、温度センサーなどを含む制御回路25が
組み合わされて収められた構成となっている。
Further, as a product to which the crystal unit is applied, there are a crystal oscillator, a temperature-compensated crystal oscillator (TCXO), a voltage controlled crystal oscillator (VCXO) and the like. General TC in Figure 9
The external view of XO is shown. Here, for the sake of easy understanding, a state in which a part of the case is removed is shown. As shown in the figure, the case 26 has a configuration in which a crystal oscillator 24 and a control circuit 25 including an oscillation circuit, a voltage control circuit, a temperature sensor, and the like are combined and housed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6で
示すもののように金属の保持部16を用いた場合、熱膨
張率が水晶板15の熱膨張率と異なるため、水晶振動子
の温度が変化すると、保持部16と水晶板15との間に
熱応力が発生する。水晶板15の発振周波数は水晶中の
応力に大きく依存するために、このような保持方法では
温度変化に対し不安定な水晶振動子となる。そのため、
水晶板15における振動部分に応力がかからないよう
に、電極4と保持部16との間を大きくあけなければな
らない。また、導電性接着剤17を用いるために、接着
時の導電性接着剤17の伸縮による応力が水晶板15に
かかる問題、導電性接着剤17と水晶板15との熱膨張
率の差により熱応力が発生する問題、また接着強度が十
分でなく大きな接着面積が必要であること、導電性接着
剤17の耐熱性に問題があるために半田付けにおいて低
温での処理しかできないこと、導電性接着剤17の硬化
に伴うガスの放出、機械的振動に対して十分安定でない
こと、さらには導電性接着剤17の劣化の問題などによ
り、水晶振動子の安定性は悪化することになる。また導
電性接着剤でなく他の種々の接着剤を用いる方法もある
が、接着剤を用いる限り基本的にこの問題は解決されな
い。
However, when the metal holding portion 16 is used as shown in FIG. 6, the coefficient of thermal expansion is different from that of the crystal plate 15, so that the temperature of the crystal resonator changes. Then, thermal stress is generated between the holding portion 16 and the crystal plate 15. Since the oscillation frequency of the crystal plate 15 largely depends on the stress in the crystal, such a holding method results in a crystal oscillator that is unstable with respect to temperature changes. for that reason,
A large gap must be provided between the electrode 4 and the holding portion 16 so that stress is not applied to the vibrating portion of the crystal plate 15. Moreover, since the conductive adhesive 17 is used, the stress due to the expansion and contraction of the conductive adhesive 17 at the time of bonding is applied to the crystal plate 15, and the thermal expansion is caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the conductive adhesive 17 and the crystal plate 15. There is a problem that stress is generated, that the adhesive strength is not sufficient and a large adhesive area is required, and that there is a problem in the heat resistance of the conductive adhesive 17, so that only a low temperature process can be performed in soldering. The stability of the crystal resonator is deteriorated due to the release of gas accompanying the curing of the agent 17, insufficient stability against mechanical vibration, and the problem of deterioration of the conductive adhesive 17. There is also a method of using various other adhesives instead of the conductive adhesive, but this problem is basically not solved as long as the adhesive is used.

【0009】また図7に示す製造法においては小型の水
晶振動子を作成するために水晶板を小さく切断すると研
磨工程において非常に小さな水晶板を扱うことになる。
このような微小な水晶板を研磨するには高度な研磨装置
を使用しなければならない。そのため、さらに小さな水
晶振動子を精度良く作成するためにこの製法を用いるこ
とは困難である。また切断された水晶板を個別に取り扱
う必要性があり、さらに導電性接着剤を塗付するため
に、水晶板はある程度以上の大きさが必要とされる。上
記の切断、研磨に関する理由、導電性接着剤に関する理
由により、通常このような構造の水晶振動子では、水晶
板は幅2ミリ以上、長さ5ミリ以上の大きさがないと、
高安定な水晶振動子を作成することが困難であった。ま
た、水晶板そのものが大きいこと、気密封止のため別途
容器に実装しなければならないことから、水晶振動子全
体ではかなりの大きさが必要とされる。
Further, in the manufacturing method shown in FIG. 7, if a crystal plate is cut into small pieces in order to produce a small crystal resonator, a very small crystal plate is handled in the polishing process.
A sophisticated polishing apparatus must be used to polish such a minute quartz plate. Therefore, it is difficult to use this manufacturing method to accurately manufacture a smaller crystal unit. Further, it is necessary to individually handle the cut crystal plates, and the crystal plates are required to have a certain size or more in order to apply the conductive adhesive. Due to the above-mentioned reasons related to cutting and polishing, and reasons related to conductive adhesives, in a crystal unit having such a structure, the crystal plate is usually 2 mm or more in width and 5 mm or more in length.
It was difficult to create a highly stable crystal unit. Further, since the crystal plate itself is large and it must be mounted in a separate container for hermetic sealing, a considerable size is required for the crystal unit as a whole.

【0010】つぎに図8に示すものにおいては保持用水
晶片20の長手方向は自由端となり、熱に対して伸縮自
在でストレスは生じない。また振動用水晶片18は長手
方向を水晶片20の同方向に一致してその両端側を固着
する。したがって振動用水晶片18の長手方向の伸縮は
保持用水晶片20の影響を受けるが同一材料で熱膨張係
数が等しく熱によるストレスは発生しない。こうするこ
とにより、熱膨張による周波数変化を防止して良好な温
度特性が得られる。しかし、振動用水晶片18と保持用
水晶片20との固定を導電性接着剤を用いて行なってい
るので、この導電性接着剤に起因する各種の様々な問
題、接着時の接着剤の伸縮による応力が振動用水晶片1
8にかかる問題、接着剤と振動用水晶片18との熱膨張
率の差により熱応力が発生する問題、また接着強度が十
分でなく大きな接着面積が必要であること、導電性接着
剤の耐熱性に問題があるために半田付けにおいて低温で
の処理しかできないこと、導電性接着剤の硬化に伴うガ
スの放出、機械的振動に対して十分安定でないこと、さ
らには接着剤の劣化の問題は解決されない。そのため、
この水晶振動子においても温度特性および劣化の点で十
分な安定性を持つことができない。
Next, in the structure shown in FIG. 8, the holding crystal piece 20 has a free end in the longitudinal direction, and can be expanded and contracted with respect to heat so that stress is not generated. Further, the vibrating crystal piece 18 has its longitudinal direction aligned with the same direction as the crystal piece 20 and has its both ends fixed. Therefore, the expansion and contraction of the vibrating crystal piece 18 in the longitudinal direction is affected by the holding crystal piece 20, but the same material has the same coefficient of thermal expansion and does not generate stress due to heat. By so doing, it is possible to prevent frequency changes due to thermal expansion and obtain good temperature characteristics. However, since the vibrating crystal piece 18 and the holding crystal piece 20 are fixed using the conductive adhesive, various problems caused by the conductive adhesive and stress due to expansion and contraction of the adhesive at the time of bonding are caused. Is a crystal piece for vibration 1
8 problem, thermal stress occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the adhesive and the vibrating crystal blank 18, the adhesive strength is not sufficient and a large adhesive area is required, and the heat resistance of the conductive adhesive is high. The problem of soldering is that it can only be processed at low temperature during soldering, gas is released when the conductive adhesive is hardened, it is not sufficiently stable against mechanical vibration, and the problem of adhesive deterioration is solved. Not done. for that reason,
Even this crystal unit cannot have sufficient stability in terms of temperature characteristics and deterioration.

【0011】また、図9と示すTCXO等においては前
記水晶振動子24と、前記制御回路部25とは、各々別
々に作られたものが、組み合わされ、ケース26に納め
られるため、全体としての大きさを小型化するのは非常
に困難であった。
Further, in the TCXO shown in FIG. 9, the crystal unit 24 and the control circuit unit 25, which are separately manufactured, are combined and housed in the case 26. It was very difficult to reduce the size.

【0012】このように従来の水晶振動子においては、
水晶板と保持部を接着するための導電性接着剤に起因す
る、接着時の接着剤の伸縮による応力が水晶にかかる問
題、振動などに対する接着強度低下の問題、半田付けの
際の加熱に対する信頼性の問題、気体放出の問題さらに
は接着剤の劣化の問題等が存在し、経時変化および機械
的振動に対して特性が不安定であった。さらに水晶振動
子やそれを応用した製品の小型化には、その構造に起因
した基本的な問題が存在する。
As described above, in the conventional crystal unit,
Due to the conductive adhesive for bonding the crystal plate and the holding part, the stress due to the expansion and contraction of the adhesive during bonding causes the crystal, the problem of reduced adhesive strength due to vibration, etc., the reliability of heating during soldering There was a problem of the property, the problem of the gas release, the problem of the deterioration of the adhesive, etc., and the characteristics were unstable with respect to aging and mechanical vibration. In addition, there is a fundamental problem due to the structure of the crystal unit and the products to which it is applied, which are miniaturized.

【0013】本発明は、水晶振動子の上記欠点を克服す
るものであり、小型、高安定の水晶振動子およびその製
造法を提供する。
The present invention overcomes the above-mentioned drawbacks of a crystal unit, and provides a small-sized and highly stable crystal unit and a method for manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は振動用水晶板を水晶と基板材料の中間の熱
膨張率を有する緩衝板を介して基板と直接接合によりて
固定した水晶振動子の構成とする。またその製造方法
は、振動用水晶板と、緩衝板と、基板の表面を、親水処
理を施して接触させ、そのまま熱処理後においても水晶
が圧電性を示す温度範囲内において熱処理することによ
り、前記振動用水晶板と緩衝板と基板を直接接合させる
方法とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a crystal in which a vibrating crystal plate is fixed by direct bonding to a substrate through a buffer plate having a coefficient of thermal expansion intermediate between that of the crystal and the substrate material. Use the oscillator configuration. Further, the manufacturing method thereof, the vibrating crystal plate, the buffer plate, and the surface of the substrate are subjected to hydrophilic treatment and brought into contact with each other, and heat treatment is performed within the temperature range in which the crystal exhibits piezoelectricity even after the heat treatment, The method is to directly bond the vibrating crystal plate, the buffer plate, and the substrate.

【0015】[0015]

【作用】上記のような構成ならびに製造方法としたこと
により、すなわち振動用水晶板は接着剤を用いず直接接
合によって固定されるので、その接着強度は強固で、振
動などに対する安定性が向上し、半田付けなどによる熱
に対しても安定で劣化が生じず、気体の発生もないので
振動特性の劣化もない。しかも、前記振動用水晶板は、
前記緩衝板と共に前記基板に正確な位置に固定されるの
で、封止の際の空間を小さくでき、水晶振動子全体とし
ての小型化が容易である。なお緩衝板としてガラスを用
いると、安価で、なおかつエッチングなどによる加工が
容易である。さらに前記振動用水晶板と前記緩衝板とは
前記基板に固定されており、前記基板としてシリコンを
用いることにより制御回路などを組み込み、一体化する
ことができるので、ワンチップ化された水晶発振器、T
CXOやVCXOの作製が可能になるため、これらの製
品を容易に小型化できる。
By virtue of the above-described structure and manufacturing method, that is, the vibrating crystal plate is fixed by direct bonding without using an adhesive, the adhesive strength is strong and the stability against vibration is improved. Also, it is stable and does not deteriorate with respect to heat caused by soldering, and does not generate gas so that vibration characteristics do not deteriorate. Moreover, the crystal plate for vibration is
Since it is fixed to the substrate at the correct position together with the buffer plate, the space at the time of sealing can be reduced and the crystal oscillator as a whole can be easily miniaturized. When glass is used as the buffer plate, it is inexpensive and easy to process by etching or the like. Further, the vibrating crystal plate and the buffer plate are fixed to the substrate, and by using silicon as the substrate, a control circuit and the like can be incorporated and integrated, so that a crystal oscillator integrated into one chip, T
Since CXO and VCXO can be manufactured, these products can be easily miniaturized.

【0016】[0016]

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。 (実施例1)図1は本実施例における水晶振動子の斜視
図である。この図において、1は振動用水晶板、2はシ
リコン基板であり、両者間には前記振動用水晶板1ほど
大きくなく前記シリコン基板2より大きな熱膨張率を有
する緩衝用ガラス板3を介在している。前記振動用水晶
板1には励起電極4が設けられこの励起電極4よりシリ
コン電極2上の端子6まで電極引出し部5が設けられて
いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of a crystal unit according to the present embodiment. In this figure, 1 is a vibrating crystal plate, 2 is a silicon substrate, and a buffer glass plate 3 having a coefficient of thermal expansion not larger than that of the vibrating crystal plate 1 but larger than that of the silicon substrate 2 is interposed between them. ing. An excitation electrode 4 is provided on the vibrating crystal plate 1, and an electrode lead-out portion 5 is provided from the excitation electrode 4 to a terminal 6 on the silicon electrode 2.

【0017】本実施例において、前記振動用水晶板1の
周辺近傍の一部は、前記緩衝用ガラス板3に直接接合に
よって固定され、前記緩衝用ガラス板3の前記振動用水
晶板1の一部は、前記シリコン基板2に直接接合によっ
て固着されている。
In this embodiment, a part of the vibrating crystal plate 1 in the vicinity of the periphery thereof is fixed to the buffer glass plate 3 by direct bonding, and one part of the vibrating crystal plate 1 of the buffer glass plate 3 is fixed. The portion is fixed to the silicon substrate 2 by direct bonding.

【0018】ここで、直接接合について説明する。直接
接合とは、シリコン基板どうし、シリコン基板とガラス
板、ガラス板と水晶板などを接着剤を介在させずに基板
の非固着面上の結晶表面構成原子と他方の基板の結晶表
面構成原子との間の共有結合を用いて直接的に固着させ
るという技術で、研磨、洗浄、親水基形成処理を行なっ
たシリコン基板やガラス板、水晶板などを清浄雰囲気中
で接触させ、加熱処理を行い、強固な固着を得るという
ものである。この固着強度は親水基形成処理後接触させ
られただけの初期段階においても数十kgw/cm2
度の値を示すが、加熱処理を施すことによってその値は
数百kgw/cm2 以上に上昇する。
Here, the direct joining will be described. Direct bonding refers to the crystal surface constituent atoms on the non-fixed surface of the substrate and the crystal surface constituent atoms of the other substrate without the interposition of an adhesive between the silicon substrates, the silicon substrate and the glass plate, the glass plate and the crystal plate, etc. With the technique of directly fixing using a covalent bond between, the silicon substrate, glass plate, crystal plate, etc. that have been subjected to polishing, washing, and hydrophilic group formation treatment are brought into contact in a clean atmosphere, and heat treatment is performed. It is to obtain a strong fixation. This fixing strength shows a value of about several tens of kgw / cm 2 even in the initial stage just after being contacted after the hydrophilic group forming treatment, but the value increases to several hundred kgw / cm 2 or more by the heat treatment. To do.

【0019】具体的にこのような結合は以下のようにし
て形成される。親水基形成処理後、接触させられただけ
の初期段階において、非接着基板どうしは、その表面に
形成される親水基と、非接着面間に存在する水分子との
水素結合を介して結合されている。この状態から加熱処
理を行なうことによって、界面に存在する水分子は界面
から除去され、水分子を介しての結合は、次第に結晶構
成原子間の強固な共有結合に変化する。このため、直接
接合を用いた固定においては、固着強度が高く、接着剤
を一切用いていないので、熱処理、振動などに強く、不
要な気体が放出されることもない。しかしながら、直接
接合は熱処理を行なう必要性があるために、熱膨張率の
大きくことなるものを直接接合することはできない。A
Tカット水晶板の熱膨張率は最も大きい方向でおよそ9
×10−6であるのに対し、シリコン基板の熱膨張率は
およそ6×10−6である。このため熱処理時にシリコ
ン基板に対して大きな張力が加わり、シリコン基板が張
力に絶えられず破壊される現象が起こる。
Specifically, such a bond is formed as follows. After the hydrophilic group formation treatment, in the initial stage where they are only brought into contact with each other, the non-adhesive substrates are bonded to each other through the hydrogen bond between the hydrophilic group formed on the surface and the water molecule existing between the non-adhesive surfaces. ing. By performing heat treatment from this state, the water molecules existing at the interface are removed from the interface, and the bond via the water molecule gradually changes to a strong covalent bond between the crystal constituent atoms. For this reason, in fixing using direct bonding, the fixing strength is high and no adhesive is used, so that it is resistant to heat treatment, vibration, etc., and unnecessary gas is not emitted. However, since direct bonding requires heat treatment, it is not possible to directly bond those having a large coefficient of thermal expansion. A
The thermal expansion coefficient of T-cut quartz plate is approximately 9 in the largest direction.
The thermal expansion coefficient of the silicon substrate is approximately 6 × 10 −6, while the thermal expansion coefficient is approximately 10 × 6. For this reason, a large tension is applied to the silicon substrate during the heat treatment, and the silicon substrate is broken without being affected by the tension.

【0020】しかしながら、ガラスは、それを構成する
成分や割合によって熱膨張率を様々に変化させることが
できる。たとえば硼珪酸ガラスと呼ばれるある種のガラ
ス板の熱膨張率は、6〜8×10−6であり、水晶の熱
膨張率とシリコンの熱膨張率のほぼ中間の値を示す。こ
のガラスとシリコン、ガラスと水晶とを直接接合する場
合は、ガラスの熱膨張率がシリコンと水晶の中間である
ために、シリコンと水晶を直接接合した場合より小さな
応力しかかからない。
However, the coefficient of thermal expansion of glass can be variously changed depending on the components and proportions constituting the glass. For example, a certain type of glass plate called borosilicate glass has a coefficient of thermal expansion of 6 to 8 × 10 −6, which is an intermediate value between the coefficient of thermal expansion of quartz and the coefficient of thermal expansion of silicon. When this glass and silicon or glass and crystal are directly bonded, since the coefficient of thermal expansion of glass is between silicon and crystal, a smaller stress is applied than when silicon and crystal are directly bonded.

【0021】このように熱膨張率を選ぶことにより、前
記振動用水晶板1と前記緩衝用ガラス板3の直接接合、
前記緩衝用ガラス板3と前記シリコン基板2の直接接合
が、それぞれの基板を破壊することなく可能となる。ま
た、前記緩衝用ガラス板3はその材料がガラスであるた
めに安価であり、しかもエッチングなどの加工が容易で
ある。
By thus selecting the coefficient of thermal expansion, the vibration crystal plate 1 and the buffer glass plate 3 are directly joined,
The direct bonding of the buffer glass plate 3 and the silicon substrate 2 is possible without breaking each substrate. Further, since the buffer glass plate 3 is made of glass, the cost is low and the processing such as etching is easy.

【0022】水晶振動子を作成した後、基板上に半田付
けするために二百数十℃でリフローする必要性がある。
しかしながら、導電性接着剤を用いた場合には、半田リ
フローに対する信頼性が乏しく、半田リフローの前後で
一般的に共振周波数が2〜3ppm変動する。これに対
し、本実施例の構造の水晶振動子では導電性接着剤を用
いないために水晶振動子の特性は大きく向上する。たと
えば、具体的な例として、前記振動用水晶板として1m
m×3mmの大きさのATカット水晶板、前記保持用ガ
ラス板として1mm×1mmの大きさの硼珪酸ガラス
板、前記シリコン基板として3mm×4.5mmの大き
さのP型単結晶板とした本実施例記載の構造の水晶振動
子を作製した。比較のために1mm×3mmの大きさの
前記振動用水晶板を従来の金属保持部に導電性接着剤に
よって接着した構造の比較用水晶振動子も作製して、前
記水晶振動子と前記比較用水晶振動子の周波数の半田リ
フロー特性を測定した。この結果、半田リフローにより
2ppm以上変動したものは、前記比較用水晶振動子の
ものと比べて半分以下になった。
After forming the crystal unit, it is necessary to reflow at 200 ° C. or more for soldering on the substrate.
However, when a conductive adhesive is used, the reliability against solder reflow is poor, and the resonance frequency generally fluctuates by 2 to 3 ppm before and after solder reflow. On the other hand, in the crystal unit having the structure of this embodiment, since the conductive adhesive is not used, the characteristics of the crystal unit are greatly improved. For example, as a concrete example, the vibration crystal plate is 1 m.
An AT-cut crystal plate having a size of m × 3 mm, a borosilicate glass plate having a size of 1 mm × 1 mm as the holding glass plate, and a P-type single crystal plate having a size of 3 mm × 4.5 mm as the silicon substrate. A crystal unit having the structure described in this example was manufactured. For comparison, a comparative crystal unit having a structure in which the vibrating crystal plate having a size of 1 mm × 3 mm is adhered to a conventional metal holding portion with a conductive adhesive is also prepared. The solder reflow characteristics of the frequency of the crystal unit were measured. As a result, the amount of fluctuation of 2 ppm or more due to the solder reflow was less than half that of the comparative crystal oscillator.

【0023】さらに前記シリコン基板には前記振動用水
晶板を駆動、制御するための回路を組み込むことができ
るので、ワンチップ化された水晶発振器、TCXOやV
CXOの作製が可能になる。図2に、ワンチップ化され
たTCXOの斜視図を示す。この図において、1は振動
用水晶板、2はシリコン基板、3は緩衝用ガラス板、4
は励起電極、5は電極引出し部、7は制御回路である。 (実施例2)図3は本実施例における水晶振動子の斜視
図である。この図において、1は振動用水晶板、8はZ
カットLiTaO3基板、3は前記振動用水晶板1ほど
大きくなく前記LiTaO3基板より大きな熱膨張率を
有する緩衝用ガラス板、4は励起電極、5は電極引出し
部、6は端子である。
Furthermore, since a circuit for driving and controlling the vibrating crystal plate can be incorporated in the silicon substrate, a crystal oscillator, TCXO or V, which is made into one chip, can be incorporated.
It enables the production of CXO. FIG. 2 shows a perspective view of the TCXO which is made into one chip. In this figure, 1 is a vibrating crystal plate, 2 is a silicon substrate, 3 is a buffer glass plate, 4
Is an excitation electrode, 5 is an electrode extraction portion, and 7 is a control circuit. (Embodiment 2) FIG. 3 is a perspective view of a crystal unit according to this embodiment. In this figure, 1 is a crystal plate for vibration, 8 is Z
The cut LiTaO3 substrate, 3 are not as large as the vibrating crystal plate 1, but have a larger coefficient of thermal expansion than the LiTaO3 substrate, a buffer glass plate, 4 is an excitation electrode, 5 is an electrode lead portion, and 6 is a terminal.

【0024】本実施例において、前記振動用水晶板1の
周辺近傍の一部は、前記緩衝用ガラス板3に直接接合に
よって固定され、前記緩衝用ガラス板3の前記振動用水
晶板1の一部は、前記LiTaO3基板8に直接接合に
よって固着されている。ATカット水晶板とZカットL
iTaO3基板を直接接合することは、ATカット水晶
板の熱膨張率は最も大きい方向でおよそ9×10−6で
あるのに対し、ZカットLiTaO3基板の熱膨張率は
最も小さい方向で4×10−6であるために熱処理時に
LiTaO3基板に対して大きな張力が加わり、LiT
aO3基板が張力に絶えられず破壊される現象が起こ
る。
In this embodiment, a part of the vibrating crystal plate 1 in the vicinity of the periphery is fixed to the buffer glass plate 3 by direct bonding, and one part of the vibrating crystal plate 1 of the buffer glass plate 3 is fixed. The portion is fixed to the LiTaO3 substrate 8 by direct bonding. AT cut crystal plate and Z cut L
When the iTaO3 substrate is directly bonded, the thermal expansion coefficient of the AT-cut quartz plate is about 9 × 10 −6 in the largest direction, while the thermal expansion coefficient of the Z-cut LiTaO3 substrate is 4 × 10 in the smallest direction. Since it is -6, a large tension is applied to the LiTaO3 substrate during the heat treatment,
A phenomenon occurs in which the aO3 substrate is constantly destroyed by tension and is destroyed.

【0025】しかしながら、ガラスは、それを構成する
成分や割合によって熱膨張率を様々に変化させることが
できる。たとえば硼珪酸ガラスと呼ばれるある種のガラ
ス板の熱膨張率は、6〜8×10−6であり水晶の熱膨
張率とLiTaO3の熱膨張率のほぼ中間の値を示す。
このガラスとLiTaO3、ガラスと水晶とを直接接合
する場合は、ガラスの熱膨張率がLiTaO3と水晶の
中間であるために、LiTaO3と水晶を直接接合した
場合より小さな応力しかかからない。
However, the coefficient of thermal expansion of glass can be variously changed depending on the components and proportions constituting the glass. For example, the thermal expansion coefficient of a certain type of glass plate called borosilicate glass is 6 to 8 × 10 −6, which is an intermediate value between the thermal expansion coefficient of quartz and the thermal expansion coefficient of LiTaO 3.
When this glass and LiTaO3 or glass and quartz are directly bonded, since the coefficient of thermal expansion of glass is between that of LiTaO3 and quartz, a smaller stress is applied than when LiTaO3 and quartz are directly bonded.

【0026】このように熱膨張率を選ぶことにより、前
記振動用水晶板1と前記緩衝用ガラス板3の直接接合、
前記緩衝用ガラス板3と前記LiTaO3基板8の直接
接合が、それぞれの基板を破壊することなく可能とな
る。また、前記緩衝用ガラス板はその材料がガラスであ
るために安価であり、しかもエッチングなどの加工が容
易である。
By selecting the coefficient of thermal expansion in this manner, the vibration crystal plate 1 and the buffer glass plate 3 are directly joined,
The direct bonding of the buffer glass plate 3 and the LiTaO3 substrate 8 is possible without breaking each substrate. Further, since the buffer glass plate is made of glass, the cost is low, and processing such as etching is easy.

【0027】水晶振動子を作成した後、基板上に半田付
けするために二百数十℃でリフローする必要性がある。
しかしながら、導電性接着剤を用いた場合には、半田リ
フローに対する信頼性が乏しく、半田リフローの前後で
一般的に共振周波数が2〜3ppm変動する。これに対
し、本実施例の構造の水晶振動子では導電性接着剤を用
いないために水晶振動子の特性は大きく向上する。たと
えば、具体的な例として、前記振動用水晶板として1m
m×3mmの大きさのATカット水晶板、前記保持用ガ
ラス板として1mm×1mmの大きさの硼珪酸ガラス
板、前記LiTaO3基板として3mm×4.5mmの
大きさのZカット板とした本実施例記載の構造の水晶振
動子を作製した。比較のために1mm×3mmの大きさ
の前記振動用水晶板を従来の金属保持部に導電性接着剤
によって接着した構造の比較用水晶振動子も作製して、
前記水晶振動子と前記比較用水晶振動子の周波数の半田
リフロー特性を測定した。この結果、半田リフローによ
り2ppm以上変動したものは、前記比較用水晶振動子
のものと比べて半分以下になった。
After forming the crystal unit, it is necessary to reflow at a temperature of 200 ° C. or more for soldering on the substrate.
However, when a conductive adhesive is used, the reliability against solder reflow is poor, and the resonance frequency generally fluctuates by 2 to 3 ppm before and after solder reflow. On the other hand, in the crystal unit having the structure of this embodiment, since the conductive adhesive is not used, the characteristics of the crystal unit are greatly improved. For example, as a concrete example, the vibration crystal plate is 1 m.
This embodiment uses an AT-cut crystal plate having a size of m × 3 mm, a borosilicate glass plate having a size of 1 mm × 1 mm as the holding glass plate, and a Z-cut plate having a size of 3 mm × 4.5 mm as the LiTaO3 substrate. A crystal unit having the structure described in the example was manufactured. For comparison, a comparative crystal unit having a structure in which the vibrating crystal plate having a size of 1 mm × 3 mm is adhered to a conventional metal holding portion with a conductive adhesive is also prepared,
Frequency solder reflow characteristics of the crystal unit and the comparative crystal unit were measured. As a result, the amount of fluctuation of 2 ppm or more due to the solder reflow was less than half that of the comparative crystal oscillator.

【0028】さらに、本実施例では基板としてシリコン
基板、緩衝板としてガラス板を用いたが、これらの材料
としてはGaAs基板やLiTaO3基板を用いても熱
膨張率が振動用水晶板と基板材料の中間の値を持つ緩衝
板を1層以上使用することにより同様に接着することが
可能であり、同様の効果が得られることは明らかであ
る。 (実施例3)以下、本発明の第3の実施例について、図
面を用いて詳しく説明する。図4−(a)、図4−
(b)、図4−(c)、図4−(d)、図4−(e)、
および図4−(f)は、本発明の水晶振動子の製造方法
を示す図である。これらの図において、1は振動用水晶
板、2はシリコン基板、3は前記振動用水晶板程大きく
なくシリコンより大きい熱膨張率を有する緩衝用ガラス
板、4は励起電極、5は電極引出し部、9は水晶素板、
10はガラス基板、11はシリコン素板である。
Further, in this embodiment, a silicon substrate was used as the substrate and a glass plate was used as the buffer plate. However, even if a GaAs substrate or LiTaO3 substrate is used as these materials, the vibrating quartz plate and the substrate material have the same coefficient of thermal expansion. It is obvious that the same effect can be obtained by using one or more layers of buffer plates having an intermediate value for the same adhesion. (Embodiment 3) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Fig. 4- (a), Fig. 4-
(B), FIG. 4- (c), FIG. 4- (d), FIG. 4- (e),
And FIG. 4- (f) is a figure which shows the manufacturing method of the crystal oscillator of this invention. In these drawings, 1 is a vibrating crystal plate, 2 is a silicon substrate, 3 is a buffer glass plate having a coefficient of thermal expansion not larger than that of the vibrating crystal plate and larger than silicon, 4 is an excitation electrode, and 5 is an electrode lead portion. , 9 is a crystal blank,
10 is a glass substrate, and 11 is a silicon base plate.

【0029】本実施例では、前記水晶素板9には厚さ3
50μm、大きさ3インチのATカット水晶素板、前記
ガラス基板10には厚さ350μm、大きさ3インチの
硼珪酸ガラス基板、前記シリコン素板11には面方位
(100)、厚さ450μm、大きさ3インチのP型単
結晶シリコン基板を用いた。
In this embodiment, the crystal blank 9 has a thickness of 3
AT-cut quartz crystal plate having a size of 50 μm and a size of 3 inches, the glass substrate 10 has a thickness of 350 μm, and a borosilicate glass substrate having a size of 3 inches has a plane orientation (100) and a thickness of 450 μm for the silicon base plate 11. A P-type single crystal silicon substrate having a size of 3 inches was used.

【0030】前記水晶素板9は、前記振動用水晶板1の
形状を多数残して深さ80μmまでエッチングによって
削り、前記ガラス基板10は、前記緩衝用ガラス板3の
形状を多数残して深さ50μmまでエッチングによって
削った。このとき、前記水晶素板9上に残っている全て
の前記振動用水晶板1と前記ガラス基板10上に残って
いる全ての緩衝用ガラス板3とが、互いに希望の位置で
接触できるように各々の位置を決定した。前記水晶素板
9と前記ガラス基板10との表面を鏡面に研磨し、アン
モニア水と過酸化水素水と水の混合液を60℃に加熱し
た溶液を用いて表面を親水化処理し、水洗いした。その
後注意深く洗浄して前記振動用水晶板1と前記緩衝用ガ
ラス板3とが接触する部分にはゴミが存在しないように
した。次に、前記水晶素板9と前記ガラス基板10と
を、表面を清浄に保ったまま接触させた。このままでも
かなりの接着強度があるが、後に行なう研磨ができるま
での強度以上にするために、加熱処理を施した。この状
態を図4−(a)に示す。なお、870℃に水晶の結晶
転移温度があるので、水晶をこの温度以上に加熱処理す
ると室温に戻したとき圧電性を示さなくなる。このため
前記加熱処理温度は870℃以上にすることはできな
い。このため本実施例では、前記加熱処理温度をたとえ
ば500℃とした。
The quartz crystal plate 9 is etched to a depth of 80 μm by leaving a large number of shapes of the vibrating crystal plate 1, and the glass substrate 10 has a depth of leaving a large number of shapes of the buffer glass plate 3. It was removed by etching up to 50 μm. At this time, all the vibrating crystal plates 1 remaining on the quartz crystal plate 9 and all the buffer glass plates 3 remaining on the glass substrate 10 may be brought into contact with each other at desired positions. The position of each was determined. The surfaces of the quartz crystal plate 9 and the glass substrate 10 were mirror-polished, and the surfaces were made hydrophilic by using a solution obtained by heating a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide solution and water to 60 ° C., and washed with water. . Then, it was washed carefully so that dust was not present at the portion where the vibrating crystal plate 1 and the buffer glass plate 3 were in contact with each other. Next, the crystal blank 9 and the glass substrate 10 were brought into contact with each other while keeping their surfaces clean. Although it has a considerable adhesive strength as it is, it was subjected to a heat treatment so as to have a strength not lower than the strength at which polishing can be performed later. This state is shown in FIG. Since the crystal transition temperature of the crystal is 870 ° C., if the crystal is heated above this temperature, it will not exhibit piezoelectricity when returned to room temperature. Therefore, the heat treatment temperature cannot be set to 870 ° C. or higher. Therefore, in this embodiment, the heat treatment temperature is set to 500 ° C., for example.

【0031】前記緩衝用ガラス板3を一つ一つ分離する
ために、前記水晶素板9に直接接合された前記ガラス基
板10を、前記水晶素板9を保持して研磨した。この状
態を図4−(b)に示す。
In order to separate the buffer glass plates 3 one by one, the glass substrate 10 directly bonded to the crystal plate 9 was polished while holding the crystal plate 9. This state is shown in FIG.

【0032】前記シリコン素板11と前記水晶素板9上
に形成された前記緩衝用ガラス板3とを直接接合させる
ために、これらの表面を鏡面に研磨し、さらにアンモニ
ア水と過酸化水素水と水の混合液を60℃に加熱した溶
液を用いて表面を親水化処理し、水洗いした。その後、
注意深く洗浄して前記水晶素板9上に形成された前記緩
衝用ガラス板3と前記シリコン素板11の表面にはゴミ
が存在しないようにした。次に前記シリコン素板11と
前記水晶素板9上に形成された前記緩衝用ガラス板3と
を、表面を清浄に保ったまま接触させた。このままでも
かなりの接着強度があるが、後に行なう研磨ができるま
での強度以上にするために、加熱処理を施した。この状
態を図4−(c)に示す。なお、上記と同様の理由か
ら、前記加熱処理温度は870℃以上に加熱することは
できないが、ガラスの熱膨張率がシリコンと水晶の中間
にあるために比較的高温まで加熱可能である。このため
本実施例では、前記加熱処理温度をたとえば500℃と
した。
In order to directly bond the silicon base plate 11 and the buffer glass plate 3 formed on the crystal base plate 9, their surfaces are mirror-polished, and further, ammonia water and hydrogen peroxide solution are used. The surface was hydrophilized using a solution obtained by heating a mixed solution of water and water at 60 ° C., and washed with water. afterwards,
The surface of the buffer glass plate 3 and the silicon base plate 11 formed on the crystal base plate 9 was carefully washed so that no dust was present. Next, the silicon base plate 11 and the buffer glass plate 3 formed on the crystal base plate 9 were brought into contact with each other while keeping their surfaces clean. Although it has a considerable adhesive strength as it is, it was subjected to a heat treatment so as to have a strength not lower than the strength at which polishing can be performed later. This state is shown in FIG. For the same reason as above, the heat treatment temperature cannot be heated to 870 ° C. or higher, but the glass can be heated to a relatively high temperature because the coefficient of thermal expansion of glass is between silicon and quartz. Therefore, in this embodiment, the heat treatment temperature is set to 500 ° C., for example.

【0033】前記水晶素板9に直接接合された前記緩衝
用ガラス板3によって固定された前記シリコン素板11
を前記水晶素板9を保持することによって研磨し、さら
に前記シリコン素板11の前記緩衝用ガラス板3が直接
接合されていない側からエッチングをおこなって開口部
を設けてシリコン基板2を形成した。その様子を図4−
(d)に示す。
The silicon base plate 11 fixed by the buffer glass plate 3 directly bonded to the crystal base plate 9.
Is polished by holding the crystal blank 9, and further etching is performed from the side of the silicon blank 11 where the buffer glass plate 3 is not directly bonded to form an opening to form a silicon substrate 2. . Figure 4-
It shows in (d).

【0034】その後、前記シリコン基板2に直接接合さ
れた前記緩衝用ガラス板3によって固定された前記水晶
素板9を、前記シリコン基板2を保持することによって
研磨し、前記振動用水晶板1を個々に分離した。その様
子を図4−(e)に示す。
After that, the quartz crystal plate 9 fixed by the buffer glass plate 3 directly bonded to the silicon substrate 2 is polished by holding the silicon substrate 2, and the vibrating quartz plate 1 is obtained. Separated individually. The state is shown in FIG.

【0035】前記水晶素板9の前記振動用水晶板1のほ
ぼ中央付近に対向するように一対の前記励起電極4を形
成した。このとき、同時に前記電極引出し部5も形成し
た。本実施例の場合、これらはクロムを厚さ200オン
グストローム、金を厚さ500オングストロームに真空
蒸着して形成した。その様子を図4−(f)に示す。
A pair of the excitation electrodes 4 are formed so as to face the quartz crystal plate 9 substantially in the vicinity of the center of the vibrating quartz plate 1. At this time, the electrode lead-out portion 5 was also formed at the same time. In the case of the present embodiment, these were formed by vacuum-depositing chromium to a thickness of 200 Å and gold to a thickness of 500 Å. The state is shown in FIG.

【0036】最後に、前記シリコン基板2を一つ一つ切
り離して水晶振動子を得た。前記振動用水晶板1、前記
緩衝用ガラス板3および前記シリコン基板2は、フォト
リソグラフィーやエッチングなどの半導体加工技術を応
用することによってその寸法を非常に精密に加工してい
るために、非常に小型で精度がよく、高性能な水晶振動
子が得られる。また、前記緩衝用ガラス板3はその材料
がガラスであるために安価であり、しかもエッチングな
どの加工が容易である。
Finally, the silicon substrates 2 were separated one by one to obtain crystal oscillators. Since the vibration crystal plate 1, the buffer glass plate 3 and the silicon substrate 2 are processed with very precise dimensions by applying semiconductor processing techniques such as photolithography and etching, they are very precise. A compact, high-precision, high-performance crystal unit can be obtained. Further, since the buffer glass plate 3 is made of glass, the cost is low and the processing such as etching is easy.

【0037】さらに、本実施例では基板としてシリコン
基板、緩衝板としてガラス板を用いたが、これらの材料
としてはGaAs基板やLiNbO3基板を用いても熱
膨張率が振動用水晶板と基板材料の中間の値を持つ緩衝
板を1層以上使用することにより同様に接着することが
可能であり、同様の効果が得られることは明らかであ
る。 (実施例4)以下、本発明の第4の実施例について、図
面を用いて詳しく説明する。図5は、本発明の製造方法
によって得られた水晶振動子の断面図である。この図に
おいて、1は振動用水晶板、2はシリコン基板、3は前
記振動用水晶板1ほど大きくなくシリコンより大きい熱
膨張率を有する緩衝用ガラス板、4は励起電極、5は電
極引出し部、6は端子、12は蓋用シリコン基板、13
は基台用シリコン基板、14は低融点ガラスである。
Further, in this embodiment, a silicon substrate is used as a substrate and a glass plate is used as a buffer plate. However, even if a GaAs substrate or a LiNbO3 substrate is used as these materials, the vibrating quartz plate and the substrate material have the same coefficient of thermal expansion. It is obvious that the same effect can be obtained by using one or more layers of buffer plates having an intermediate value for the same adhesion. (Embodiment 4) Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is a cross-sectional view of a crystal unit obtained by the manufacturing method of the present invention. In this figure, 1 is a vibrating crystal plate, 2 is a silicon substrate, 3 is a buffer glass plate which is not as large as the vibrating crystal plate 1 and has a coefficient of thermal expansion larger than that of silicon, 4 is an excitation electrode, and 5 is an electrode lead portion. , 6 are terminals, 12 is a silicon substrate for the lid, 13
Is a silicon substrate for a base, and 14 is a low melting point glass.

【0038】本実施例において、前記振動用水晶板1、
前記シリコン基板2、前記緩衝用ガラス板3および前記
励起電極4は、前記実施例1の水晶振動子と同じ構成で
ある。また、前記振動用水晶板1は、前記蓋用シリコン
基板12と前記基台用シリコン基板13とによって前記
シリコン基板2を挟み込むようにして真空、あるいは不
活性気体による封止がなされている。封止の方法として
は、本実施例では、たとえば前記電極引出し部5の周辺
部分のみを前記低融点ガラス14で、それ以外は直接接
合によって封止した前記蓋用シリコン基板12と前記基
台用シリコン基板13とによって窒素ガスによる封止が
なされている。
In this embodiment, the vibrating crystal plate 1,
The silicon substrate 2, the buffer glass plate 3, and the excitation electrode 4 have the same configuration as the crystal oscillator of the first embodiment. The vibrating crystal plate 1 is vacuumed or sealed with an inert gas so that the silicon substrate 2 is sandwiched between the lid silicon substrate 12 and the base silicon substrate 13. As a sealing method, in the present embodiment, for example, only the peripheral portion of the electrode lead-out portion 5 is sealed with the low-melting glass 14, and the other portions are sealed by direct bonding to the lid silicon substrate 12 and the base. The silicon substrate 13 seals with nitrogen gas.

【0039】このように、蓋部および基台部もシリコン
基板に直接接合する構成にすることにより、前記振動用
水晶板1と前記蓋用シリコン基板12および前記基台用
シリコン基板13との位置関係を絶対的に決定すること
ができ、前記振動用水晶板1の振動を妨げることなく、
なおかつ封止に必要な空間を非常に小さくできるので、
水晶振動子全体の大きさを非常に小さくすることができ
るという効果が得られる。たとえば、具体的な例とし
て、前記振動用水晶板の大きさとして1mm×3mmと
したとき、従来の方法で作製した水晶振動子の大きさ
は、空間として3mm×6mm、更にケースの厚みが1
mm必要であるので全体として4mm×7mmの大きさ
になってしまう。これに対して、本実施例の構造の水晶
振動子の場合、前記振動用水晶板の大きさとして同じく
1mm×3mm、前記緩衝用ガラス板の大きさとして1
mm×1mm、前記シリコン基板の大きさとして2mm
×5mmとした場合、空間の大きさはほとんど前記振動
用水晶板の大きさでよく、前記蓋用シリコン基板12お
よび前記基台用シリコン基板13の大きさは2mm×
4.5mmでよいので、小型化に非常に有効である。
In this way, the lid portion and the base portion are also directly joined to the silicon substrate, whereby the positions of the vibrating crystal plate 1, the lid silicon substrate 12, and the base silicon substrate 13 are set. The relationship can be absolutely determined, without disturbing the vibration of the vibrating crystal plate 1,
Moreover, since the space required for sealing can be made very small,
The effect that the size of the entire crystal unit can be made extremely small is obtained. For example, as a specific example, when the size of the vibrating crystal plate is 1 mm × 3 mm, the size of the crystal resonator manufactured by the conventional method is 3 mm × 6 mm as a space, and the case has a thickness of 1 mm.
Since it is necessary to have a size of mm, the size will be 4 mm × 7 mm as a whole. On the other hand, in the case of the crystal unit having the structure of the present embodiment, the size of the vibrating crystal plate is also 1 mm × 3 mm, and the size of the buffer glass plate is 1 mm.
mm x 1 mm, the size of the silicon substrate is 2 mm
When it is set to 5 mm, the size of the space may be almost the same as that of the vibrating crystal plate, and the size of the lid silicon substrate 12 and the base silicon substrate 13 is 2 mm.
Since 4.5 mm is sufficient, it is very effective for miniaturization.

【0040】また、半導体であるシリコンを基板とし、
またそれを用いて封止するため、集積回路との整合性が
良く、発振器との一体化などに応用することが容易であ
ることは、前記実施例1に記載した通りである。
Also, using silicon, which is a semiconductor, as a substrate,
Moreover, as described above in the first embodiment, since the sealing is performed by using it, it has good compatibility with an integrated circuit and can be easily applied to integration with an oscillator or the like.

【0041】さらに、本実施例では基板としてシリコン
基板、緩衝板としてガラス板を用いたが、これらの材料
としてはGaAs基板やLiTaO3基板を用いても熱
膨張率が振動用水晶板と基板材料の中間の値を持つ緩衝
板を1層以上使用することにより同様に接着することが
可能であり、同様の効果が得られることは明らかであ
る。
Further, although a silicon substrate is used as a substrate and a glass plate is used as a buffer plate in the present embodiment, even if a GaAs substrate or a LiTaO3 substrate is used as these materials, the vibrating quartz plate and the substrate material have the same coefficient of thermal expansion. It is obvious that the same effect can be obtained by using one or more layers of buffer plates having an intermediate value for the same adhesion.

【0042】なお実施例においては、直接接合における
加熱処理温度として500℃とした例に付いて述べてい
るが、これに限るものではない。100℃〜350℃、
350℃〜500℃、500℃〜570℃、570℃〜
860℃においても水晶やシリコンの接着強度を調べた
が、高温になればなるほど接着強度は大きくなるので、
熱処理後においても水晶が圧電性を示し、緩衝用ガラス
板の性質が著しく変化しないような温度範囲内において
実施しやすい加熱処理温度を選べばよい。
In the examples, the heat treatment temperature in direct bonding is set to 500 ° C., but the present invention is not limited to this. 100 ° C to 350 ° C,
350 ° C-500 ° C, 500 ° C-570 ° C, 570 ° C-
The adhesive strength of quartz and silicon was also examined at 860 ° C, but the higher the temperature, the greater the adhesive strength.
The heat treatment temperature may be selected within a temperature range in which the quartz exhibits piezoelectricity even after the heat treatment and the properties of the buffer glass plate do not significantly change.

【0043】また実施例においては、緩衝用水晶板を1
層とした例について述べているが、これに限るものでは
ない。緩衝用水晶板を2層、3層さらにはより多層にし
た場合においても、ガラスの熱膨張率をシリコンと水晶
の間に選ぶことにより、熱応力を減少することが可能で
あり、直接接合を行なうことが可能になる。
Further, in the embodiment, the buffer crystal plate is set to 1
Although examples of layers are described, the present invention is not limited to this. Even when the buffer crystal plate is made of two layers, three layers, or more layers, it is possible to reduce the thermal stress by selecting the coefficient of thermal expansion of the glass between the silicon and the crystal. It becomes possible to do.

【0044】さらに、実施例では緩衝板としてガラス板
を、基板としてシリコン基板及びLiTaO3を用いた
が、基板としては、GaAs基板でもLiNiO3など
の各種基板が使用でき、緩衝板としてそれらの基板と水
晶の間に熱膨張率の持つ材料を選ぶことにより同様の効
果が得られることは明らかである。
Further, in the embodiment, the glass plate is used as the buffer plate, and the silicon substrate and LiTaO3 are used as the substrate. However, as the substrate, various substrates such as GaAs substrate and LiNiO3 can be used. It is obvious that the same effect can be obtained by selecting a material having a coefficient of thermal expansion during the period.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明は振動用水晶板と緩衝板、緩衝板と基板とは
その熱膨張率がさほど異ならないために、直接接合が可
能であり、固定は接着剤などを用いないために、接着時
の接着剤の伸縮による応力が水晶にかかる問題、また十
分な接着強度が十分でなく大きな接着面積が必要である
こと、導電性接着剤の耐熱性に問題があるために半田付
けにおいて低温での処理しかできないこと、導電性接着
剤の硬化に伴うガスの放出、機械的振動に対して十分安
定でないこと、さらには接着剤の劣化の問題、温度およ
び機械的振動に対して特性が不安定になるなどの問題が
存在しなく、その上、小型化に適した高安定な水晶振動
子の製造が可能となるものである。
As is apparent from the above description of the embodiments, since the vibrating crystal plate and the buffer plate and the buffer plate and the substrate do not differ greatly in the coefficient of thermal expansion in the present invention, direct bonding is possible. Yes, because fixing does not use an adhesive or the like, the stress due to expansion and contraction of the adhesive at the time of adhesion will be applied to the crystal, and sufficient adhesive strength is not sufficient and a large adhesive area is required. Since it has a problem with heat resistance of solder, it can only be processed at low temperature during soldering, gas is released due to hardening of the conductive adhesive, it is not sufficiently stable against mechanical vibration, and further deterioration of the adhesive There are no problems, such as instability in characteristics with respect to temperature and mechanical vibration, and it is possible to manufacture a highly stable crystal oscillator suitable for miniaturization.

【0046】さらに前記基板としてシリコン基板を用い
ることにより前記シリコン基板上に前記振動用水晶板を
駆動、制御するための回路を組み込むことができるの
で、ワンチップ化された水晶発振器、TCXOやVCX
Oの作製が可能になる。また振動用水晶板、緩衝用ガラ
ス板およびシリコン基板は、半導体加工技術を応用する
ことによってその寸法を精密に加工できるために、非常
に小型で精度がよく、高性能な水晶振動子が得られる。
Furthermore, by using a silicon substrate as the substrate, a circuit for driving and controlling the vibrating crystal plate can be incorporated on the silicon substrate, so that a crystal oscillator, TCXO or VCX integrated into one chip.
O can be produced. In addition, since the crystal plate for vibration, the glass plate for buffer, and the silicon substrate can be precisely processed by applying semiconductor processing technology, a very small and highly accurate, high-performance crystal resonator can be obtained. .

【0047】また前記緩衝板としてガラスを用いること
により、安価でエッチングなどの加工も容易となる。
Further, by using glass as the buffer plate, processing such as etching is inexpensive and easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における水晶振動子の斜
視図
FIG. 1 is a perspective view of a crystal unit according to a first embodiment of the invention.

【図2】ワンチップ化されたTCXOの斜視図FIG. 2 is a perspective view of a one-chip TCXO.

【図3】本発明の第2の実施例における水晶振動子の斜
視図
FIG. 3 is a perspective view of a crystal unit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例における水晶振動子の製
造方法を示す工程図
FIG. 4 is a process diagram showing a method of manufacturing a crystal unit according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例における水晶振動子の断
面図
FIG. 5 is a sectional view of a crystal unit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】従来の水晶振動子を示す斜視図FIG. 6 is a perspective view showing a conventional crystal unit.

【図7】従来の水晶振動子の製造工程図FIG. 7 is a manufacturing process diagram of a conventional crystal unit.

【図8】従来の水晶振動子を示す斜視図FIG. 8 is a perspective view showing a conventional crystal unit.

【図9】TCXOの外観図FIG. 9: External view of TCXO

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動用水晶板 2 シリコン基板 3 緩衝用ガラス板 4 励起電極 5 電極引出し部 6 端子 1 Crystal plate for vibration 2 Silicon substrate 3 Glass plate for buffer 4 Excitation electrode 5 Electrode extraction part 6 Terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江田 和生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Eda 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動用水晶板と基板と1層以上の緩衝板
とからなり、前記緩衝板の熱膨張率が前記振動用水晶板
と前記基板の間の値を持ち、前記振動用水晶板と前記緩
衝板が直接接合により固定され、前記緩衝板と前記基板
が直接接合により固定されていることを特徴とする水晶
振動子。
1. A vibrating crystal plate, a substrate, and a buffer plate having one or more layers, wherein the coefficient of thermal expansion of the buffer plate has a value between that of the vibrating crystal plate and the substrate, and the vibrating crystal plate. And the buffer plate are fixed by direct bonding, and the buffer plate and the substrate are fixed by direct bonding.
【請求項2】 基板としてシリコン基板を用いた請求項
1記載の水晶振動子。
2. The crystal unit according to claim 1, wherein a silicon substrate is used as the substrate.
【請求項3】 振動用水晶板と基板と1層以上の緩衝板
とからなり、前記緩衝板の熱膨張率が前記振動用水晶板
と前記基板の間の値を持ち、前記振動用水晶板と前記緩
衝板と前記基板の表面を、親水処理を施して接触させ、
そのまま熱処理後においても水晶が圧電性を示す温度範
囲内において熱処理することにより、前記振動用水晶板
と前記緩衝板と前記基板を直接接合させたことを特徴と
する水晶振動子の製造方法。
3. A vibrating crystal plate, a substrate, and a buffer plate having one or more layers, wherein the coefficient of thermal expansion of the buffer plate has a value between that of the vibrating crystal plate and the substrate, and the vibrating crystal plate. And, the surface of the buffer plate and the substrate is subjected to hydrophilic treatment and brought into contact with each other,
A method of manufacturing a crystal resonator, wherein the vibrating crystal plate, the buffer plate and the substrate are directly bonded by performing heat treatment within a temperature range where the crystal exhibits piezoelectricity even after the heat treatment.
【請求項4】 基板としてシリコン基板を用いた請求項
3記載の水晶振動子の製造方法。
4. The method of manufacturing a crystal resonator according to claim 3, wherein a silicon substrate is used as the substrate.
【請求項5】 振動用水晶板と基板と1層以上の緩衝板
とからなり、前記緩衝板の熱膨張率が前記振動用水晶板
と前記基板の間の値を持ち、前記振動用水晶板が前記緩
衝板により保持され、前記緩衝板が前記基板に直接接合
によって固定され、前記基板によって前記振動用水晶板
と前記緩衝板とが密閉されたことを特徴とする水晶振動
子。
5. A vibrating crystal plate, a substrate, and a buffer plate having one or more layers, wherein the coefficient of thermal expansion of the buffer plate has a value between that of the vibrating crystal plate and the substrate. Is held by the buffer plate, the buffer plate is fixed to the substrate by direct bonding, and the crystal plate for vibration and the buffer plate are sealed by the substrate.
【請求項6】 基板としてシリコン基板を用いた請求項
5記載の水晶振動子。
6. The crystal unit according to claim 5, wherein a silicon substrate is used as the substrate.
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