KR20100092915A - 압전 진동자, 압전 진동자의 제조 방법 및 발진기 - Google Patents

Abstract

수정판의 형상에 좌우되지 않고, 수정판을 베이스 기판에 대해 평행하게 유지할 수 있는 압전 진동자, 압전 진동자의 제조 방법 및 발진기를 제공한다. 베이스 기판(2)과, 리드 기판(3)과, 수정판(17)의 외표면에 여진 전극(5, 6)과 마운트 전극(7, 8)이 형성된 압전 진동편(4)과, 베이스 기판에 형성된 관통 구멍(24, 25)에 형성된 관통 전극(13, 14)과, 베이스 기판의 상면에 형성된 주회 전극(9, 10)과, 주회 전극의 소정의 위치에 형성된 금속 범프(11, 12)를 구비하고, 압전 진동편의 길이 방향의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성됨과 함께, 압전 진동편이 금속 범프에 의해 외팔보 상태로 실장된 압전 진동자(1)에서, 금속 범프가, 압전 진동편의 길이 방향을 따라서 복수 형성됨과 함께, 금속 범프의 높이가, 압전 진동편의 길이 방향의 단부에 대응하는 위치를 향하여 높아지도록 형성되어 있다.

Description

압전 진동자, 압전 진동자의 제조 방법 및 발진기{PIEZOELECTRIC VIBRATOR, METHOD FOR MANUFACTURING PIEZOELECTRIC VIBRATOR, AND OSCILLATOR}

본 발명은, 압전 진동자, 압전 진동자의 제조 방법 및 발진기에 관한 것이다.

종래부터, 휴대 전화나 휴대 정보 단말 기기에는, 시각원이나 제어 신호의 타이밍원, 레퍼런스 신호원 등으로서 수정 등을 이용한 압전 진동자가 이용되고 있다. 이러한 압전 진동자로서는, 다양한 것이 제공되어 있지만, 그 하나로서, ㎒대의 발진 주파수를 갖는 제어, 통신기용의 진동자로서 바람직하게 이용되고 있는 두께 슬라이딩 진동자(AT 진동자)가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

일반적으로, AT 진동자는, 압전 진동편과, 그 압전 진동편을 내부에 수납하는 베이스 기판 및 리드 기판을 구비하고 있다. 압전 진동편은, 특허 문헌 1에도 개시되어 있는 바와 같이, 일정한 두께로 판 형상으로 형성되고, 평면에서 보아 외형이 사각 형상으로 형성된 수정판과, 그 수정판의 양면에 형성된 여진 전극, 인출 전극 및 마운트 전극을 갖고 있다. 구체적으로는, 수정판의 양면의 대략 중앙 부분에, 여진 전극이 각각 대향하는 위치에 형성되어 있다. 또한, 수정판의 단부에는, 인출 전극을 통하여 여진 전극에 전기적으로 접속된 마운트 전극이 형성되어 있다. 또한, 마운트 전극은, 한쪽의 여진 전극에 접속된 것과, 다른 쪽의 여진 전극에 접속된 것이, 각각 수정판의 양면에 형성되어 있다. 이 때, 한쪽의 면에 형성된 마운트 전극은, 수정판의 측면을 돌아 들어가도록 하여 다른 쪽의 면에 형성된 마운트 전극과 전기적으로 접속되어 있다.

그리고, 압전 진동편의 마운트 전극을 베이스 기판 상에 형성된 범프에 재치하도록 배치한다. 또한, 범프는 주회 전극과 전기적으로 접속되어 있고, 주회 전극은 관통 전극을 통하여 외부 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 외부 전극으로부터 압전 진동편의 여진 전극에 전류를 인가할 수 있다.

[특허문헌1]일본특허제3911838호공보

전술한 바와 같이, 압전 진동편으로서 일정한 두께로 판 형상으로 형성된 수정판을 이용하는 경우는, 상기의 구성을 이용하면, 특별히 문제는 없었다.

그러나, 도 13, 도 14에 도시한 바와 같이, 최근에는, 압전 진동편에 이용하는 수정판(101, 102)으로서 두께가 일정하지 않는, 베벨 형상의 수정판(101)이나 콘벡스 형상의 수정판(102)을 이용하는 경우가 있다. 이와 같은 베벨 형상이나 콘벡스 형상의 수정판(101, 102)을 베이스 기판 상에 범프 접속하면, 도 15에 도시한 바와 같이, 수정판이 베이스 기판(103)과 평행하게 유지할 수 없어, 기울어지게 될 우려가 있다. 수정판의 기울기가 커져, 수정판(101)과 베이스 기판(103)이 접촉하면, 압전 진동자의 전기 특성에 영향을 주어, 본래의 전기 특성이 얻어지지 않을 우려가 있다.

따라서, 본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 수정판의 형상에 좌우되지 않고, 수정판을 베이스 기판에 대해 평행하게 유지할 수 있는 압전 진동자, 압전 진동자의 제조 방법 및 발진기를 제공하는 것이다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 제공한다.

본 발명의 압전 진동자는, 베이스 기판과, 그 베이스 기판에 대향시킨 상태에서 상기 베이스 기판에 접합되는 리드 기판과, 상기 베이스 기판과 상기 리드 기판 사이에 형성된 캐비티 내에 수납됨과 함께, 상기 베이스 기판의 상면에 접합되고, 수정판의 외표면에 여진 전극과 그 여진 전극에 전기적으로 접속된 마운트 전극이 형성된 압전 진동편과, 상기 베이스 기판에 형성된 관통 구멍에 형성된 관통 전극과, 상기 압전 진동편과 상기 관통 전극을 전기적으로 접속하기 위해 상기 베이스 기판의 상면에 형성된 주회 전극과, 그 주회 전극의 소정의 위치에, 그 주회 전극과 상기 마운트 전극을 전기적으로 접속하기 위해 형성된 금속 범프를 구비하고, 상기 압전 진동편의 길이 방향의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성됨과 함께, 상기 압전 진동편이 상기 금속 범프에 의해 외팔보 상태로 실장된 압전 진동자로서, 상기 금속 범프가, 상기 압전 진동편의 길이 방향을 따라서 복수 형성됨과 함께, 상기 금속 범프의 높이가, 상기 압전 진동편의 길이 방향의 단부에 대응하는 위치를 향하여 높아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따른 압전 진동자에서는, 금속 범프에 압전 진동편의 마운트 전극을 전기적으로 접속할 때에, 수정판과 베이스 기판을 평행한 상태로 유지하였을 때의 베이스 기판의 표면(주회 전극의 표면)과 수정판의 표면(마운트 전극의 표면)의 거리에 대응한 높이를 갖는 금속 범프가 형성되어 있다. 따라서, 수정판의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성되어 있는 경우에도, 압전 진동편의 축 방향과 베이스 기판이 평행 상태를 유지한 상태로 범프 접합할 수 있다. 즉, 수정판의 형상에 좌우되지 않고, 수정판을 베이스 기판에 대해 평행하게 유지할 수 있다. 또한, 복수의 금속 범프로 압전 진동편을 지지하기 때문에, 보다 확실하게 압전 진동편과 베이스 기판을 평행 상태로 유지할 수 있다.

본 발명의 압전 진동자는, 상기 압전 진동편이, AT 컷트 진동편인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압전 진동자에서는, 발진 주파수대를 조정하기 쉽고, 광범위한 온도에 대해 주파수의 안정도가 우수한 AT 컷트 진동편을 갖는 압전 진동자를 제공할 수 있다.

본 발명의 압전 진동자는, 상기 금속 범프가, 금 범프인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압전 진동자에서는, 금 범프에 압전 진동편을 범프 접합할 때에, 범프의 선단 근방만을 초음파를 이용하여 용융하여 압전 진동편과 접합시킬 수 있기 때문에, 압전 진동편의 길이 방향의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성되어 있는 경우에도, 압전 진동편과 베이스 기판을 평행 상태로 유지한 상태에서, 압전 진동편의 단부 형상에 맞춰서 확실하게 범프 접합할 수 있다.

본 발명의 압전 진동자는, 상기 수정판의 형상이, 베벨 형상 또는 콘벡스 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압전 진동자에서는, 압전 진동자의 주파수 특성 및 임피던스 특성 등의 전기 특성을 안정화시킬 수 있다.

본 발명의 압전 진동자의 제조 방법은, 베이스 기판과, 그 베이스 기판에 대향시킨 상태에서 상기 베이스 기판에 접합되는 리드 기판과, 상기 베이스 기판과 상기 리드 기판 사이에 형성된 캐비티 내에 수납됨과 함께, 상기 베이스 기판의 상면에 접합되고, 수정판의 외표면에 여진 전극과 그 여진 전극에 전기적으로 접속된 마운트 전극이 형성된 압전 진동편과, 상기 베이스 기판에 형성된 관통 구멍에 형성된 관통 전극과, 상기 압전 진동편과 상기 관통 전극을 전기적으로 접속하기 위해 상기 베이스 기판의 상면에 형성된 주회 전극과, 그 주회 전극의 소정의 위치에, 그 주회 전극과 상기 마운트 전극을 전기적으로 접속하기 위해 형성된 금속 범프를 구비하고, 상기 압전 진동편의 길이 방향의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성됨과 함께, 상기 압전 진동편이 상기 금속 범프에 의해 외팔보 상태로 실장된 압전 진동자의 제조 방법으로서, 상기 베이스 기판의 상면에 주회 전극을 형성하는 공정과, 상기 주회 전극의 소정 위치에, 상기 금속 범프를 상기 압전 진동편의 길이 방향을 따르도록 복수 형성하는 공정과, 상기 금속 범프에 상기 압전 진동편의 마운트 전극을 접합하는 공정을 구비하고, 상기 금속 범프의 높이가 상기 압전 진동편의 길이 방향의 단부에 대응하는 위치를 향하여 높아지도록, 상기 금속 범프를 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따른 압전 진동자의 제조 방법에서는, 금속 범프에 압전 진동편의 마운트 전극을 전기적으로 접속할 때에, 수정판과 베이스 기판을 평행한 상태로 유지하였을 때의 베이스 기판의 표면(주회 전극의 표면)과 수정판의 표면(마운트 전극의 표면)의 거리에 대응한 높이를 갖는 금속 범프를 형성한다. 따라서, 수정판의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성되어 있는 경우에도, 압전 진동편의 축 방향과 베이스 기판이 평행 상태를 유지한 상태로 범프 접합할 수 있다. 즉, 수정판의 형상에 좌우되지 않고, 수정판을 베이스 기판에 대해 평행하게 유지할 수 있다. 또한, 복수의 금속 범프로 압전 진동편을 지지하기 위해, 보다 확실하게 압전 진동편과 베이스 기판을 평행 상태로 유지할 수 있다.

본 발명의 발진기는, 전술한 어느 하나에 기재된 압전 진동자가, 발진자로서 집적 회로에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 발진기에서는, 주파수 특성 및 임피던스 특성 등의 전기 특성이 안정화된 압전 진동자가 이용되고 있기 때문에, 전기 특성이 안정화된 고품질의 발진기를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 압전 진동자에 따르면, 금속 범프에 압전 진동편의 마운트 전극을 전기적으로 접속할 때에, 수정판과 베이스 기판을 평행한 상태로 유지하였을 때의 베이스 기판의 표면(주회 전극의 표면)과 수정판의 표면(마운트 전극의 표면)과의 거리에 대응한 높이를 갖는 금속 범프가 형성되어 있다. 따라서, 수정판의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성되어 있는 경우에도, 압전 진동편의 축 방향과 베이스 기판이 평행 상태를 유지한 상태로 범프 접합할 수 있다. 즉, 수정판의 형상에 좌우되지 않고, 수정판을 베이스 기판에 대해 평행하게 유지할 수 있다. 또한, 복수의 금속 범프로 압전 진동편을 지지하기 위해, 보다 확실하게 압전 진동편과 베이스 기판을 평행 상태로 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 압전 진동자의 개략 구성도.
도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서의 압전 진동자의 수평 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서의 압전 진동자의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의 범프의 형성 방법을 도시하는 설명도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에서의 압전 진동자의 제조 방법을 설명하는 플로우차트.
도 7은 도 6에 설명하는 플로우차트를 따라서 압전 진동자를 제조할 때의 일 공정을 도시하는 도면으로서, 리드 기판의 기초로 되는 리드 기판용 웨이퍼에 복수의 오목부를 형성한 상태를 도시하는 도면.
도 8은 도 6에 설명하는 플로우차트를 따라서 압전 진동자를 제조할 때의 일 공정을 도시하는 도면으로서, 베이스 기판용 웨이퍼의 상면에 접합막 및 주회 전극을 패터닝한 상태를 도시하는 도면.
도 9는 도 8의 부분 확대 사시도.
도 10은 도 6에 설명하는 플로우차트를 따라서 압전 진동자를 제조할 때의 일 공정을 도시하는 도면으로서, 압전 진동편을 캐비티 내에 수납한 상태에서 베이스 기판용 웨이퍼와 리드 기판용 웨이퍼가 양극 접합된 웨이퍼체의 분해 사시도.
도 11은 본 발명의 실시 형태에서의 압전 진동자를 탑재한 발진기를 도시하는 개략 구성도.
도 12는 본 발명의 실시 형태에서의 범프의 형성 방법의 다른 양태를 도시하는 설명도.
도 13은 베벨 형상의 수정판을 도시하는 사시도.
도 14는 콘벡스 형상의 수정판을 도시하는 사시도.
도 15는 종래의 방법으로 베벨 형상의 수정체를 범프 접합한 상태를 도시하는 설명도.

다음으로, 본 발명에 따른 압전 진동자의 실시 형태를 도 1 내지 도 10에 기초하여 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 압전 진동자(1)는, 베이스 기판(2)과 리드 기판(3)이 2층으로 적층된 상자형으로 형성되어 있고, 내부에 형성된 캐비티부(16) 내에 압전 진동편(4)이 수용된 표면 실장형의 압전 진동자이다.

또한, 도 4에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해 후술하는 관통 전극(13, 14) 및 쓰루홀(24, 25)의 도시를 생략하고 있다.

압전 진동편(4)은, 수정의 압전 재료로 형성된 AT 컷트형의 진동편으로서, 소정의 전압이 인가되었을 때에 진동하는 것이다.

이 압전 진동편(4)은, 평면에서 보아 대략 사각형이며, 단면이 베벨 형상으로 가공된 수정판(17)과, 수정판(17)의 양면에 대향하는 위치에서 배치된 한 쌍의 여진 전극(5, 6)과, 여진 전극(5, 6)에 전기적으로 접속된 인출 전극(19, 20)과, 인출 전극(19, 20)에 전기적으로 접속된 마운트 전극(7, 8)을 갖고 있다. 마운트 전극(7)은, 수정판(17)의 측면 전극(15)에 전기적으로 접속되고, 여진 전극(6)이 형성된 측의 면에 형성된 마운트 전극(7)에 전기적으로 접속되어 있다.

여진 전극(5, 6), 인출 전극(19, 20), 마운트 전극(7, 8) 및 측면 전극(15)은, 예를 들면, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al)이나 티탄(Ti) 등의 도전성막의 피막 혹은 이들 도전성 막 중 몇 개를 조합한 적층막에 의해 형성된 것이다.

이와 같이 구성된 압전 진동편(4)은, 금 등의 범프(11, 12)를 이용하여, 베이스 기판(2)의 상면에 범프 접합되어 있다. 구체적으로는, 베이스 기판(2)의 상면에 패터닝된 후술하는 주회 전극(9, 10) 상에 형성된 범프(11, 12) 상에, 한 쌍의 마운트 전극(7, 8)이 각각 접촉한 상태로 범프 접합되어 있다. 이에 의해, 압전 진동편(4)은, 베이스 기판(2)의 상면으로부터 범프(11, 12)의 두께만큼, 뜬 상태로 지지됨과 함께, 마운트 전극(7, 8)과 주회 전극(9, 10)이 각각 전기적으로 접속된 상태로 되어 있다.

여기서, 압전 진동편(4)(마운트 전극(7))과 범프(11)의 접합 방법에 대해서 설명한다. 또한, 마운트 전극(8)과 범프(12)의 접합 방법은, 마운트 전극(7)과 범프(11)의 접합 방법과 대략 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.

본 실시 형태의 수정판(17)은 단면 형상이 베벨 형상으로 가공되어 있다. 즉, 수정판(17)은 길이 방향의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 가공되어 있기 때문에, 수정판(17)의 축 방향(여진 전극(5, 6)이 형성된 면과 평행한 방향)이 베이스 기판(2)의 표면과 평행하게 되도록 배치하여도, 베이스 기판(2)의 표면과 수정판(17)의 끝이 가늘어진 부분의 표면과의 거리는 일정하게는 되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 주회 전극(9)에 대해 범프(11)를 수정판(17)의 길이 방향을 따라서 2개 형성하고, 각각 범프의 높이를 서로 다른 높이로 하여 형성하였다. 구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 높이가 서로 다른 2개의 범프(11A, 11B)를 수정판(17)의 길이 방향을 따라서 형성하고, 범프(11A)의 높이 H1은, 주회 전극(9)(베이스 기판(2))의 표면과 범프 접합하는 위치에서의 수정판(17)(마운트 전극(7))의 표면과의 간극과 대략 동일한 높이로 형성하고, 범프(11B)의 높이 H2는, 주회 전극(9)(베이스 기판(2))의 표면과 범프 접합하는 위치의 수정판(17)(마운트 전극(7))의 표면의 간극과 대략 동일한 높이로 형성하였다.

이와 같이 구성함으로써, 범프(11A, 11B) 상에 수정판(17)의 마운트 전극(7)을 범프 접합하면, 수정판(17)의 축 방향이 베이스 기판(2)의 표면과 평행하게 유지된 상태로 확실하게 지지되게 된다.

리드 기판(3)은, 글래스 재료, 예를 들면 소다 석회 글래스로 형성된 투명한 절연 기판이며, 베이스 기판(2)이 접합되는 접합면측에는, 압전 진동편(4)이 들어가는 사각 형상의 오목부(캐비티)(16)가 형성되어 있다. 이 오목부(16)는, 베이스 기판(2)과 리드 기판(3)이 겹쳐졌을 때에, 압전 진동편(4)을 수용하는 캐비티(16)로 되는 캐비티용의 오목부(16)이다. 그리고, 리드 기판(3)은 이 오목부(16)를 베이스 기판(2)측에 대향시킨 상태로 베이스 기판(2)에 대해 양극 접합되어 있다.

베이스 기판(2)은, 리드 기판(3)과 마찬가지로 글래스 재료, 예를 들면 소다 석회 글래스로 이루어지는 투명한 절연 기판이며, 리드 기판(3)에 대해 겹침 가능한 크기로 대략 판 형상으로 형성되어 있다.

또한, 베이스 기판(2)에는, 그 베이스 기판(2)을 관통하는 한 쌍의 쓰루홀(관통 구멍)(24, 25)이 형성되어 있다. 쓰루홀(24, 25)의 일단은, 캐비티(16) 내를 향하도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 마운트된 압전 진동편(4)의 마운트 전극(7, 8)측에 한쪽의 쓰루홀(24)이 위치하고, 압전 진동편(4)의 마운트 전극(7, 8)측과 반대측에 다른 쪽의 쓰루홀(25)이 위치하도록 형성되어 있다. 또한, 쓰루홀(24, 25)은, 베이스 기판(2)의 두께 방향으로 평행하게 되도록 대략 원주 형상으로 관통되어 있다. 또한, 쓰루홀(24, 25)은, 예를 들면 베이스 기판(2)의 하면을 향하여 점차로 직경 축소 또는 직경 확대되는 테이퍼 형상으로 형성하여도 된다.

그리고, 한 쌍의 쓰루홀(24, 25)에는, 그 쓰루홀(24, 25)을 메우도록 형성된 한 쌍의 관통 전극(13, 14)이 형성되어 있다. 이 관통 전극(13, 14)은, 쓰루홀(24, 25)을 폐색하여 캐비티(16) 내의 기밀을 유지하고 있음과 함께, 후술하는 외부 전극(21, 22)과 주회 전극(9, 10)을 도통시키는 역할을 담당하고 있다. 또한, 쓰루홀(24, 25)과 관통 전극(13, 14)의 간극은, 베이스 기판(2)의 글래스 재료와 대략 동일한 열팽창 계수를 갖는 글래스 프릿재(도시 생략)를 이용하여 완전하게 구멍을 폐색하고 있다.

베이스 기판(2)의 상면측(리드 기판(3)이 접합되는 접합면측)에는, 도전성 재료(예를 들면, 알루미늄, 실리콘 등)에 의해, 양극 접합용의 접합막(23)과, 한 쌍의 주회 전극(9, 10)이 패터닝되어 있다. 이 중 접합막(23)은, 리드 기판(3)에 형성된 오목부(16)의 주위를 둘러싸도록 베이스 기판(2)의 주연을 따라서 형성되어 있다.

한 쌍의 주회 전극(9, 10)은, 한 쌍의 관통 전극(13, 14) 중, 한쪽의 관통 전극(13)과 압전 진동편(4)의 한쪽의 마운트 전극(7)을 전기적으로 접속함과 함께, 다른 쪽의 관통 전극(14)과 압전 진동편(4)의 다른 쪽의 마운트 전극(8)을 전기적으로 접속하도록 패터닝되어 있다. 구체적으로는, 한쪽의 주회 전극(9)은, 압전 진동편(4)의 마운트 전극(7, 8)측에 위치하도록 한쪽의 관통 전극(13)의 바로 위에 형성되어 있다. 또한, 다른 쪽의 주회 전극(10)은, 한쪽의 주회 전극(9)에 인접한 위치로부터 압전 진동편(4)을 따라서, 베이스 기판(2) 상의 관통 전극(13)과 대향하는 측에 주회된 후, 다른 쪽의 관통 전극(14)의 바로 위에 위치하도록 형성되어 있다.

그리고, 이들 한 쌍의 주회 전극(9, 10) 상에 범프(11, 12)가 형성되어 있고, 그 범프(11, 12)를 이용하여 압전 진동편(4)이 마운트되어 있다. 이에 의해, 압전 진동편(4)의 한쪽의 마운트 전극(7)이, 한쪽의 주회 전극(9)을 통하여 한쪽의 관통 전극(13)에 도통하고, 다른 쪽의 마운트 전극(8)이, 다른 쪽의 주회 전극(10)을 통하여 다른 쪽의 관통 전극(14)에 도통하도록 되어 있다.

또한, 베이스 기판(2)의 하면에는, 한 쌍의 관통 전극(13, 14)에 대해 각각 전기적으로 접속되는 외부 전극(21, 22)이 형성되어 있다. 즉, 한쪽의 외부 전극(21)은, 한쪽의 관통 전극(13) 및 한쪽의 주회 전극(9)을 통하여 압전 진동편(4)의 제1 여진 전극(5)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 다른 쪽의 외부 전극(22)은, 다른 쪽의 관통 전극(14) 및 다른 쪽의 주회 전극(10)을 통하여 압전 진동편(4)의 제2 여진 전극(6)에 전기적으로 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 압전 진동자(1)를 작동시키는 경우에는, 베이스 기판(2)에 형성된 외부 전극(21, 22)에 대해, 소정의 구동 전압을 인가한다. 이에 의해, 압전 진동편(4)의 제1 여진 전극(5) 및 제2 여진 전극(6)으로 이루어지는 여진 전극에 전류를 흘릴 수 있어, 소정의 주파수에서 진동시킬 수 있다. 그리고, 진동을 이용하여, 제어 신호의 타이밍원이나 레퍼런스 신호원 등으로서 이용할 수 있다.

다음으로, 압전 진동자(1)를, 도 6에 설명하는 플로우차트를 참조하면서, 베이스 기판용 웨이퍼(40)와 리드 기판용 웨이퍼(50)를 이용하여 한 번에 복수 제조하는 제조 방법에 대해서 이하에 설명한다.

처음에, 압전 진동편 제작 공정을 행하여 도 2 내지 도 4에 도시한 압전 진동편(4)을 제작한다(S10). 구체적으로는, 우선 수정의 람베르트 원석을 소정의 각도로 슬라이스하여 일정한 두께의 웨이퍼로 한다. 계속해서, 이 웨이퍼를 랩핑하여 개략 가공한 후, 배럴 장치 등으로 단면이 베벨 형상으로 되도록 가공하고, 계속해서, 웨이퍼에 세정 등의 적절한 처리를 실시한 후, 그 웨이퍼를 포토리소그래피 기술에 의해, 금속막의 성막 및 패터닝을 행하여, 여진 전극(5, 6), 인출 전극(19, 20), 마운트 전극(7, 8) 및 측면 전극(15)을 형성한다. 이에 의해, 복수의 압전 진동편(4)을 제작한다.

다음으로, 후에 리드 기판(3)으로 되는 리드 기판용 웨이퍼(50)를, 양극 접합을 행하기 직전의 상태까지 제작하는 제1 웨이퍼 제작 공정을 행한다(S20). 우선, 소다 석회 글래스를 소정의 두께까지 연마 가공하여 세정한 후에, 도 7에 도시한 바와 같이, 에칭 등에 의해 최표면의 가공 변질층을 제거한 원판 형상의 리드 기판용 웨이퍼(50)를 형성한다(S21). 다음으로, 리드 기판용 웨이퍼(50)의 접합면에, 에칭 등에 의해 행렬 방향으로 캐비티용의 오목부(16)를 복수 형성하는 오목부 형성 공정을 행한다(S22). 이 시점에서, 제1 웨이퍼 제작 공정이 종료된다.

다음으로, 상기 공정과 동시 혹은 전후의 타이밍에서, 후에 베이스 기판(2)으로 되는 베이스 기판용 웨이퍼(40)를, 양극 접합을 행하기 직전의 상태까지 제작하는 제2 웨이퍼 제작 공정을 행한다(S30). 우선, 소다 석회 글래스를 소정의 두께까지 연마 가공하여 세정한 후에, 에칭 등에 의해 최표면의 가공 변질층을 제거한 원판 형상의 베이스 기판용 웨이퍼(40)를 형성한다(S31). 다음으로, 베이스 기판용 웨이퍼(40)에 한 쌍의 관통 전극(13, 14)을 복수 형성하는 관통 전극 형성 공정을 행한다(S32).

다음으로, 베이스 기판용 웨이퍼(40)의 상면에 도전성 재료를 패터닝하여, 도 8, 도 9에 도시한 바와 같이, 접합막(23)을 형성하는 접합막 형성 공정을 행함(S33)과 함께, 각 한 쌍의 관통 전극(13, 14)에 각각 전기적으로 접속된 주회 전극(9, 10)을 복수 형성하는 주회 전극 형성 공정을 행한다(S34). 또한, 도 8, 도 9에 나타낸 점선 M은, 후에 행하는 절단 공정에서 절단하는 절단선을 나타내고 있다.

특히, 관통 전극(13, 14)은, 전술한 바와 같이 베이스 기판용 웨이퍼(40)의 상면에 대해 대략 같은 높이의 면의 상태로 되어 있다. 그 때문에, 베이스 기판용 웨이퍼(40)의 상면에 패터닝된 주회 전극(9, 10)은, 사이에 간극 등을 발생시키지 않고 관통 전극(13, 14)에 대해 밀착된 상태로 접한다. 이에 의해, 한쪽의 주회 전극(9)과 한쪽의 관통 전극(13)과의 도통성, 및, 다른 쪽의 주회 전극(10)과 다른 쪽의 관통 전극(14)과의 도통성을 확실한 것으로 할 수 있다. 이 시점에서 제2 웨이퍼 제작 공정이 종료된다.

그런데, 도 6에서는, 접합막 형성 공정(S33) 후에, 주회 전극 형성 공정(S34)을 행하는 공정 순서로 하고 있지만, 이것과는 반대로, 주회 전극 형성 공정(S34) 후에, 접합막 형성 공정(S33)을 행하여도 상관없고, 양 공정을 동시에 행하여도 상관없다. 어느 쪽의 공정 순서이어도, 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 필요에 따라서 적절하게, 공정 순서를 변경하여도 상관없다.

다음으로, 제작한 복수의 압전 진동편(4)을, 각각 주회 전극(9, 10)을 통하여 베이스 기판용 웨이퍼(40)의 상면에 접합하는 마운트 공정을 행한다(S40). 우선, 한 쌍의 주회 전극(9, 10) 상에 각각 금 와이어를 이용하여 범프(11, 12)를 형성한다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 각각의 범프(11, 12)에 높이가 서로 다른 범프를 각각 2개 형성한다. 구체적으로는, 범프(11)는, 높이가 서로 다른 2개의 범프(11A, 11B)를 수정판(17)의 길이 방향을 따라서 형성하고, 범프(11A)의 높이 H1은, 베이스 기판(2)의 표면과 범프 접합하는 위치의 수정판(17)의 표면의 간극과 대략 동일한 높이로 형성하고, 범프(11B)의 높이 H2는, 베이스 기판(2)의 표면과 범프 접합하는 위치의 수정판(17)의 표면과의 간극과 대략 동일한 높이로 형성하였다. 마찬가지로, 범프(12)는, 높이 H1을 갖는 범프(12A)와, 높이 H2를 갖는 범프(12B)를 형성한다. 또한, 높이가 서로 다른 범프를 형성하기 위해서는, 예를 들면 금 와이어를 이용하는 경우에는 선 직경이 서로 다른 와이어를 이용하여 각각의 범프를 형성하는 방법이나, 범프 형성 시의 압착력, 압착 시간 등을 조정하여 범프를 형성하는 방법을 채용하면 된다. 금 와이어를 이용하여 범프를 형성하기 위해서는, 초음파와 방전에 의해 주회 전극(9, 10) 상에 금 와이어를 접합하고, 적절한 타이밍에서 더욱 방전함으로써 금 와이어를 절단하여, 원하는 크기를 갖는 범프를 형성한다. 예를 들면, 범프(11A(12A))와 범프(11B(12B))가, 그 저부에서 접하도록 2개의 범프를 형성하는 경우에는, 범프(11A(12A))의 높이 H1을 80∼100㎛로 형성하고, 범프(11B(12B))의 높이 H2를 40∼70㎛로 형성한다.

그리고, 압전 진동편(4)의 끝이 가늘어지게 한 기초부를 범프(11, 12) 상에 재치한 후, 범프(11, 12)를 소정 온도로 가열하면서 압전 진동편(4)을 범프(11, 12)에 꽉 누른다. 이에 의해, 압전 진동편(4)은, 범프(11, 12)에 기계적으로 지지됨과 함께, 마운트 전극(7, 8)과 주회 전극(9, 10)이 전기적으로 접속된 상태로 된다. 또한, 범프(11A, 11B) 상에 수정판(17)의 마운트 전극(7)을 범프 접합함과 함께, 범프(12A, 12B) 상에 수정판(17)의 마운트 전극(8)을 범프 접합하면, 수정판(17)이 베이스 기판(2)과 평행하게 유지된 상태로 확실하게 지지되게 된다. 결과적으로, 압전 진동편(4)은, 범프 접합됨과 함께, 베이스 기판용 웨이퍼(40)의 상면으로부터 뜬 상태로 지지된다. 또한, 이 시점에서 압전 진동편(4)의 한 쌍의 여진 전극(5, 6)은, 한 쌍의 관통 전극(13, 14)에 대해 각각 도통한 상태로 된다.

압전 진동편(4)의 마운트가 종료된 후, 베이스 기판용 웨이퍼(40)에 대해 리드 기판용 웨이퍼(50)를 서로 겹치는 겹침 공정을 행한다(S50). 구체적으로는, 도시하지 않은 기준 마크 등을 지표로 하면서, 양 웨이퍼(40, 50)를 올바른 위치에 얼라인먼트한다. 이에 의해, 마운트된 압전 진동편(4)이, 양 웨이퍼(40, 50)로 둘러싸여지는 캐비티(16) 내에 수용된 상태로 된다.

겹침 공정 후, 서로 겹친 2매의 웨이퍼(40, 50)를 도시하지 않은 양극 접합 장치에 넣고, 소정의 온도 분위기에서 소정의 전압을 인가하여 양극 접합하는 접합 공정을 행한다(S60). 구체적으로는, 접합막(23)과 리드 기판용 웨이퍼(50) 사이에 소정의 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 접합막(23)과 리드 기판용 웨이퍼(50)의 계면에 전기 화학적인 반응이 생겨, 양자가 각각 강고하게 밀착하여 양극 접합된다. 이에 의해, 압전 진동편(4)을 캐비티(16) 내에 밀봉할 수 있어, 베이스 기판용 웨이퍼(40)와 리드 기판용 웨이퍼(50)가 접합한 도 10에 도시한 웨이퍼체(60)를 얻을 수 있다. 또한, 도 10에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 웨이퍼체(60)를 분해한 상태를 도시하고 있고, 베이스 기판용 웨이퍼(40)로부터 접합막(23)의 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 10에 나타낸 점선 M은, 후에 행하는 절단 공정에서 절단하는 절단선을 나타내고 있다.

그런데, 양극 접합을 행할 때, 베이스 기판용 웨이퍼(40)에 형성된 쓰루홀(24, 25)은, 관통 전극(13, 14)에 의해 완전히 막아져 있기 때문에, 캐비티(16) 내의 기밀이 쓰루홀(24, 25)을 통하여 손상되는 일이 없다.

그리고, 전술한 양극 접합이 종료된 후, 베이스 기판용 웨이퍼(40)의 하면에 도전성 재료를 패터닝하여, 한 쌍의 관통 전극(13, 14)에 각각 전기적으로 접속된 한 쌍의 외부 전극(21, 22)을 복수 형성하는 외부 전극 형성 공정을 행한다(S70). 이 공정에 의해, 외부 전극(21, 22)을 이용하여 캐비티(16) 내에 밀봉된 압전 진동편(4)을 작동시킬 수 있다.

특히, 이 공정을 행하는 경우도 주회 전극(9, 10)의 형성 시와 마찬가지로, 베이스 기판용 웨이퍼(40)의 하면에 대해 관통 전극(13, 14)이 대략 같은 높이의 면의 상태로 되어 있기 때문에, 패터닝된 외부 전극(21, 22)은, 사이에 간극 등을 발생시키지 않고 관통 전극(13, 14)에 대해 밀착된 상태로 접한다. 이에 의해, 외부 전극(21, 22)과 관통 전극(13, 14)의 도통성을 확실한 것으로 할 수 있다.

다음으로, 접합된 웨이퍼체(60)를 도 10에 나타낸 절단선 M을 따라서 절단하여 소편화하는 절단 공정을 행한다(S80). 그 결과, 서로 양극 접합된 베이스 기판(2)과 리드 기판(3) 사이에 형성된 캐비티(16) 내에 압전 진동편(4)이 밀봉된, 도 1에 도시한 2층 구조식 표면 실장형의 압전 진동자(1)를 한 번에 복수 제조할 수 있다.

그 후, 내부의 전기 특성 검사를 행한다(S90). 즉, 압전 진동편(4)의 공진 주파수, 공진 저항값, 드라이브 레벨 특성(공진 주파수 및 공진 저항값의 여진 전력 의존성) 등을 측정하여 체크한다. 또한, 절연 저항 특성 등을 더불어 체크한다. 그리고, 마지막으로 압전 진동자(1)의 외관 검사를 행하여, 치수나 품질 등을 최종적으로 체크한다. 이로써 압전 진동자(1)의 제조가 종료된다.

다음으로, 본 발명에 따른 압전 진동자를 탑재한 발진기의 실시 형태에 대해서, 도 11을 참조하면서 설명한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 발진기(155)는, 압전 진동자(1)를 집적 회로(156)에 전기적으로 접속된 발진자로서 구성한 것이다. 이 발진기(155)는, 컨덴서 등의 전자 부품(157)이 실장된 기판(158)을 구비하고 있다. 기판(158)에는, 발진기용의 집적 회로(156)가 실장되어 있고, 이 집적 회로(156)의 근방에 압전 진동자(1)의 압전 진동편(4)이 실장되어 있다. 이들 전자 부품(157), 집적 회로(156) 및 압전 진동자(1)는, 도시하지 않은 배선 패턴에 의해 각각 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 구성 부품은, 도시하지 않은 수지에 의해 몰드되어 있다.

이와 같이 구성된 발진기(155)에서, 압전 진동자(1)에 전압을 인가하면, 압전 진동자(1) 내의 압전 진동편(4)이 진동한다. 이 진동은, 압전 진동편(4)이 갖는 압전 특성에 의해 전기 신호로 변환되어, 집적 회로(156)에 전기 신호로서 입력된다. 입력된 전기 신호는, 집적 회로(156)에 의해 각종 처리가 이루어져, 주파수 신호로서 출력된다. 이에 의해, 압전 진동자(1)가 발진자로서 기능한다.

본 실시 형태의 발진기(155)에 따르면, 주파수 특성 및 임피던스 특성 등의 전기 특성이 안정화된 압전 진동자(1)가 이용되고 있기 때문에, 전기 특성이 안정화된 고품질의 발진기(155)를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 전술한 실시 형태에 여러 가지의 변경을 가한 것을 포함한다. 즉, 실시 형태에서 예로 든 구체적인 구조나 구성 등은 단지 일례에 지나지 않고, 적절하게 변경이 가능하다.

예를 들면, 본 실시 형태에서, 압전 진동편(수정판)의 평면시 형상을 사각 형상으로서 설명하였지만, 이 경우에 한정되지 않고, 원 형상이어도 된다. 압전 진동편(수정판)의 두께 방향의 형상에 맞춰서 범프 형상(범프 높이)을 조정하면 된다.

또한, 본 실시 형태에서, 베벨 형상의 수정판을 이용한 경우의 설명을 하였지만, 콘벡스 형상의 수정판을 이용하여도 된다.

또한, 본 실시 형태에서, 범프를 압전 진동편의 길이 방향을 따라서 2개 형성한 경우의 설명을 하였지만, 3개 이상 형성하여도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 2개의 범프는 간격을 두고 형성되어 있지만, 도 12에 도시한 바와 같이, 간격을 두지 않고 연속적으로 형성하여도 된다. 범프의 꼭대기부가 압전 진동편의 형상에 맞도록 복수 형성되어 있으면 된다.

1 : 압전 진동자
2 : 베이스 기판
3 : 리드 기판
4 : 압전 진동편
5 : 여진 전극
6 : 여진 전극
7 : 마운트 전극
8 : 마운트 전극
9 : 주회 전극
10 : 주회 전극
11(11A, 11B) : 범프(금속 범프)
12(12A, 12B) : 범프(금속 범프)
13 : 관통 전극
14 : 관통 전극
16 : 캐비티
17 : 수정판
24 : 쓰루홀(관통 구멍)
25 : 쓰루홀(관통 구멍)
H1, H2 : 범프의 높이

Claims (6)

1. 베이스 기판과,
   상기 베이스 기판에 접합되고, 상기 베이스 기판과의 사이에 캐비티를 형성하는 리드 기판과,
   상기 캐비티 내에 수납되고, 수정판의 외표면에 여진 전극과 그 여진 전극에 전기적으로 접속된 마운트 전극이 형성됨과 함께, 그 길이 방향의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성된 압전 진동편과,
   상기 베이스 기판에 형성된 관통 구멍에 형성된 관통 전극과,
   상기 압전 진동편과 상기 관통 전극을 전기적으로 접속하기 위해 상기 베이스 기판 상에 형성된 주회 전극과,
   상기 주회 전극과 상기 마운트 전극을 전기적으로 접속함과 함께 상기 압전 진동편을 외팔보 상태로 실장하기 위해 상기 주회 전극 상에 형성된 금속 범프로서, 상기 압전 진동편의 길이 방향을 따라서 복수 형성됨과 함께, 그들의 높이가 상기 압전 진동편의 길이 방향의 단부에 대응하는 위치를 향하여 높아지는 금속 범프
   를 구비한 압전 진동자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압전 진동편이 AT 컷트 진동편인 압전 진동자.
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속 범프가 금 범프인 압전 진동자.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수정판의 형상이 베벨 형상 또는 콘벡스 형상인 압전 진동자.
5. 베이스 기판과, 상기 베이스 기판에 접합되고, 상기 베이스 기판과의 사이에 캐비티를 형성하는 리드 기판과, 상기 캐비티 내에 수납되고, 수정판의 외표면에 여진 전극과 그 여진 전극에 전기적으로 접속된 마운트 전극이 형성됨과 함께, 그 길이 방향의 단부가 끝이 가늘어진 형상으로 형성된 압전 진동편과, 상기 베이스 기판에 형성된 관통 구멍에 형성된 관통 전극과, 상기 압전 진동편과 상기 관통 전극을 전기적으로 접속하기 위해 상기 베이스 기판 상에 형성된 주회 전극과, 상기 주회 전극과 상기 마운트 전극을 전기적으로 접속함과 함께 상기 압전 진동편을 외팔보 상태로 실장하기 위해 상기 주회 전극 상에 형성된 금속 범프를 구비한 압전 진동자의 제조 방법으로서,
   상기 베이스 기판 상에 주회 전극을 형성하고,
   상기 주회 전극 상에 상기 금속 범프를 상기 압전 진동편의 길이 방향을 따라서 복수 형성하고, 그들의 높이가 상기 압전 진동편의 길이 방향의 단부에 대응하는 위치를 향하여 높아지고,
   상기 금속 범프에 상기 압전 진동편의 마운트 전극을 접합하고, 상기 압전 진동편을 외팔보 상태로 실장하는
   압전 진동자의 제조 방법.
6. 제1항의 압전 진동자와,
   상기 압전 진동자가 발진자로서 전기적으로 접속되는 집적 회로
   를 구비한 발진기.

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