TW201340598A - 振動裝置及振盪器 - Google Patents

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Abstract

〔問題〕提供相對於周圍溫度之變化，頻率特性劣化少的小型振動裝置。〔解決方法〕本發明之振動裝置(1)具備基體(3)、與基體(3)接合且構成空腔(5)之蓋體(4)，和被收納於空腔(5)之振動片(6)。振動片(6)具備厚度厚之中央部(7)和厚度薄之外周部(8)，中央部(7)具備用以激起振動之激振電極(9)，外周部(8)具備與激振電極(9a)、(9b)電性連接，厚度較激振電極(9)厚的第一及第二端子端子(10a)、(10b)。在基體(3)之表面具備第一及第二連接部(12a)、(12b)，第一及第二連接部(12a)、(12b)與第一及第二端子電極(10a)、(10b)連接而懸臂狀地支撐振動片(6)。依此，可以實現以非常小的接合面積支撐振動片(6)，且相對於溫度變化，頻率特性之劣化少的小型振動裝置。

Description

振動裝置及振盪器
本發明係關於在兩基板間構成之空腔安裝振動片之振動裝置及振盪器。
使用水晶振動子之振動裝置普及。使用水晶振動子之振動裝置為小型且相對於溫度變化之頻率特性安定，廣泛地當作行動電話等之行動資訊終端機、其他多數的電子裝置之時序源而被利用。近年來，要求更進一步的小型化、振動週期之安定性。因此，進行使水晶振動子更小型化，藉由表面安裝法安裝於基板， 第3圖為記載於專利文獻1之水晶振動子(振動裝置)之說明圖(專利文獻1之第1圖)，第3圖(a)為水晶振動子之剖面圖，(b)為除去金屬蓋53之水晶振動子之俯視圖。水晶振動子係由形成凹部之容器本體51，和被安裝於凹部之底面的水晶片52，和被設置在凹部之上端，密閉凹部之金屬蓋53所構成。水晶片52係藉由導電性接著材58而懸臂狀地被支撐於容器本體51。
水晶片52具有扁平之長方形，在其表面具備用以使水晶片52激振之激振電極56，和與激振電極56電性連接之第1引出部57a，和與第1引出部57a電性連接，被設置在水晶片52之角部的第2引出部57b。激振電極56係以夾持水晶片52之方式被形成在水晶片52之兩面。第2 引出部57b係被形成在水晶片52之短邊的兩角部，一方之角部之第2引出部57b與被形成在一方之表面的激振電極56電性連接，另一方之角部之第2引出部57b係與被形成在另一方表面之激振電極56電性連接。第2引出部57b係經導電性接著材58而與水晶端子54電性連接，並且又被電性連接於外部端子55。因此，水晶片52係短邊之兩角部藉由導電性接著劑58而被固定在容器本體51，被懸臂狀支撐。
〔先行技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2008-109538號公報
在專利文獻1之安裝方法中，水晶片52之短邊之兩處係藉由導電性接著劑58而被固定在容器本體51。於在水晶片52和容器本體51之間具有熱膨脹係數之差時，當周圍溫度變化，在兩處之固定部之間則被施加應力。因此，相對於溫度變化，頻率特性劣化。尤其，水晶片52為厚度切變振動的AT切割水晶片之時，當藉由導電性接著劑58固定水晶片52之短邊之兩處時，頻率特性對周圍溫度變化的劣化更為顯著。
再者，該種之振動裝置為了減少空氣阻抗，將容器內保持真空。但是，當如專利文獻1般，當使用導電性接著 材58時，從該導電性接著劑58產生氣體，由於所產生之氣體，使得水晶片52之頻率特性變動。雖然對導電性接著劑58進行加熱溶解而將水晶片52安裝於容器本體51，但是於溶解時，導電性接著劑58擴散，難以將水晶片52和容器本體51之間的接合面積控制成較小。並且，由於接合面積變寬，使得水晶片52之振動特性劣化。因此，要將水晶片52小型化則受到限制。除此之外，因導電性接著劑58到固化需要時間，故有在將水晶片52接著於容器本體51之期間，水晶片52因自重而傾斜，且接觸於封裝體而阻礙振動之情形。由於如此之理由，無法採用為了取得高精度之頻率特性，使用導電性接著劑58而將水晶片52安裝在容器本體51之方法。
本發明係鑒於上述課題而創作出，其目的為抑制頻率特性對周圍溫度變化的劣化，提供小型且高精度之振動裝置。
本發明之振動裝置具備基體，和與上述基體接合，構成空腔之蓋體，和被收納於上述空腔之振動片，上述振動片具備厚度厚的中央部，和厚度較上述中央部薄的外周部，上述中央部具備用以激起振動的激振電極，上述外周部具備與上述激振電極電性連接，且厚度較上述激振電極厚的厚端子電極，上述基體在上述空腔側之表面具備連接部和與上述連接部電性連接之配線，上述連接部係與上述 端子電極連接而懸臂狀地支撐上述振動片。
再者，上述端子電極被設為2000 Å以上4000 Å以下。
再者，上述振動邊為AT切割水晶振動片。
再者，上述連接部被設為由金屬凸塊所構成。
本發明之振盪器係具備上述中之任一所記載之振動裝置，和對上述電子裝置供給驅動訊號之驅動電路。
本發明之振動裝置具備基體，和與基體接合且構成空腔之蓋體，和被收納在空腔之振動片，振動片具備厚度厚的中央部和厚度較中央部薄的外周部，中央部具備用以激起振動之激振電極，外周部具有與激振電極電性連接，且厚度較激振電極厚之端子電極，基體在空腔側之表面具備連接部和與該連接部電性連接之配線，連接部係與端子電極連接於懸臂狀地支撐振動片。依此，可以提供即使周圍溫度變化，頻率特性之劣化少，小型且高精度的振動裝置。
(第一實施型態)
第1圖為與本發明之第一實施型態有關之振動裝置1之說明圖，第1圖(a)為從箭頭方向觀看第1圖(b)之部分AA之縱剖面的剖面模式圖，第1圖(b)為除去蓋 體4之振動裝置1之上面模式圖。
如第1圖(a)、(b)所示般，振動裝置1具備基體3、與基體3接合且構成空腔5之蓋體4，和被收納於空腔5之振動片6。振動片6具備厚度厚的中央部7和厚度薄之外周部8。中央部7在其兩面具備有用以激起振動之激振電極9a、9b。外周部8具備有各經配線11a及配線11b而與激振電極9a、9b電性連接，厚度較激振電極9a、9b厚的第一及第二端子電極10a、10b。基體3在空腔5側之表面具備有第一及第二連接部12a、12b，和各與該第一及第二連接部12a、12b電性連接之第一及第二配線14a、14b。第一及第二連接部12a、12b各與第一及第二端子電極10a、10b連接而懸臂狀地支撐振動片6。
振動片6係中央部7之厚度較周圍之外周部8之厚度厚的台面型之振動片6。台面型之振動片6在中央部7和外周部8之間諧振頻率不同。因此，若支撐外周部8，可以抑制支撐部對中央部7之振動所造成的影響，可以實現小型且高精度之振動裝置。
台面型之振動片6係藉由蝕刻使外周部8薄型化。但是，藉由蝕刻而薄型化之外周部8之表面成為粗糙表面。當將形成在該外周部8之第一及第二端子電極10a、10b之厚度設為與激振電極9a、9b相同程度時，第一及第二端子電極10a、10b之表面也成為粗糙表面。在該狀態下，即使藉由覆晶接合第一及第二端子電極10a、10b而連接於第一及第二連接部12a、12b，連接強度弱也無法安 裝振動片6。在此，將第一及第二端子電極10a、10b之厚度形成較激振電極9a、9b之厚度厚，使第一及第二端子電極10a、10b之表面更平坦化。例如，將第一及第二端子電極10a、10b之厚度設為2000 Å以上4000 Å以下。依此，可藉由覆晶接合將第一及第二端子電極10a、10b連接於第一及第二連接部12a、12b。
由於成為能夠進行使用例如金屬凸塊之覆晶接合，不會有如使用導電性接著劑時般所產生之氣體而導致空腔5內之真空度下降且振動特性劣化之情形。再者，就以第一及第二連接部12a、12b而言，若使用金屬凸塊時，不會如導電接著劑般接合面積擴大之情形。並且，在覆晶接合中，因第一及第二連接部12a、12b快速固化，故不會有振動片6傾斜而與基體3或蓋體4接觸，而阻礙振動之情形。
具體予以說明。如第1圖(a)及(b)所示般，振動片6具有扁平之長方形，厚度較外周部8厚的中央部7也具有長方形之形狀。中央部7在蓋體4側之表面具備激振電極9b，在基體3側具備激振電極9a。外周部8係在振動片6之左邊和上邊之角部之基體3側之表面具備第一端子電極10a，在左邊和下邊之角部之基體3側之表面具備第二端子電極10b。第一及第二端子電極10a、10b係各經配線11a、11b而與被形成在中央部7之兩面的激振電極9a、9b電性連接。並且，第一及第二端子電極10a、10b包覆外周部8之左邊端面而也形成在蓋體4側之表面，也 形成在外周部8之基體3側之表面的第一及第二端子電極10a、10b之厚度被形成較激振電極9a、9b之厚度厚。
基體3在其蓋體4側之表面具備有第一及第二連接部12a、12b，和各與該第一及第二連接部12a、12b電性連接之第一及第二配線14a、14b。第一連接部12a在具有俯視觀看呈長方形之空腔5之左邊和上邊之角部附近，第二連接部12b各被設置在空腔5之左邊和下邊之角部附近，第一配線14a從空腔5之左邊和上邊之角部附近被延伸設置至上邊和右邊之角部附近，第二配線14b被設置在空腔5之左邊和下邊之角部附近。基體3在基體3之右邊和上邊之角部附近具備與第一配線14a電性連接之第一貫通電極15a，和在左邊和下邊之角部附近具備與第二配線14b電性連接之第二貫通電極15b。基體3在與蓋體4相反側之背面的右邊附近具備與第一貫通電極15a電性連接之外部端子16a，在左邊附近具備與第二貫通電極15b電性連接之外部端子16b。作為第一及第二貫通電極15a、15b，可以使用FeNi合金。若使用FeNi合金時，可以取得高氣密性。作為外部端子16a、16b，可以藉由電鍍處理而形成Au/Ni。
其結果，外部端子16a係經第一貫通電極15a、第一配線14a、第一連接部12a、第一端子電極10a及配線11a而與激振電極9a電性連接，外部端子16b係經第二貫通電極15b、第二配線14b、第二連接部12b、第二端子電極10b及配線11b而與激振電極9b電性連接。蓋體4係經接 合材13例如鋁而藉由陽極接合被接合於基體3。被蓋體4和基體3包圍之空腔5被維持真空。
在此，振動片6可以使用AT切割水晶片。藉由使用AT切割水晶片，可以使振動裝置小型化。AT切割水晶片可以藉由光微影及蝕刻法從AT切割水晶板切出各片。作為基體3或蓋體4，可以使用陶瓷材料例如氧化鋁陶瓷。再者，可以使用玻璃材料取代陶瓷材。若使用玻璃材料，可以將熱膨脹係數設為與振動片6相同程度，可以更降低由於溫度變化產生之頻率特性劣化。
第一及第二連接部12a、12b可以使用金屬凸塊，例如金(Au)凸塊。在中央部7和外周部8形成Au和Cr之疊層構造之電極，將此予以圖案製造而形成激振電極9a、9b、配線11a、11b及第一及第二端子電極10a、10b。電極堆積之時，在形成中央部7之激振電極9a、9b之區域及形成外周部8之配線11a、11b之區域堆積電極之後，將中央部7(及形成有配線11a、11b之區域)予以遮罩，並在外周部8追加堆積金屬膜。作為激振電極9a、9b及配線11a、11b，例如將Au/Cr之兩層膜形成略1500 Å，作為第一及第端子電極10a、10b，將Au/Cr之兩層膜形成2000 Å以上4200 Å以下。然後，藉由覆晶接合將振動片6安裝在基體3之第一及第二連接部12a、12b。
並且，金屬膜在膜厚和表面粗度之關係中，表面粗度增加至2000 Å。該係膜形成面之粗面，即是本案中之振動片6之外周部8表面之粗度被轉印，隨著膜厚增加，表面 粗度增加之故。外周部8因以蝕刻被形成，故表面粗度大。在該狀態下，即使藉由覆晶接合第一及第二端子電極10a、10b而連接於第一及第二連接部12a、12b，連接強度弱也無法安裝振動片6。此時，金屬膜本身之表面粗度，例如因金屬膜之晶粒尺寸所引起之表面粗度增加，外周部8表面之粗度的轉印變小。當將金屬膜之膜厚形成2000 Å以上時，表面粗度變小。該係因為由於使金屬膜之膜厚增加，金屬膜形成面不依存外周部8表面之粗度，藉由金屬膜形成朝平坦化進展之故。如此一來，在2000 Å以上，表面粗度緩緩地變小。並且，當膜厚較4000 Å增加時，表面粗度變大。該係由於使金屬膜之厚度增加，平坦度則無法保持之故。因此，更佳為外周部8之金屬膜之膜厚形成2000 Å以上4200 Å以下。但是，激振電極9a、9b係形成較第一及第二端子電極10a、10b之厚度薄。依此，第一及第二端子電極10a、10b之表面平坦化而容易進行覆晶接合，因激振電極9a、9b薄，故對中央部7之振動造成的影響被抑制，可以提供即使周圍溫度變化，頻率特性之劣化也較少，小型且高精度之振動裝置。
若第一及第二連接部12a、12b使用金屬凸塊時，可以將保持振動片6之保持部之面積形成比使用導電性接著劑之時小。金屬凸塊不會如導電性接著材般隨時間產生氣體。因此，不會有藉由產生氣體而使頻率特性變動之情形。再者，與使用導電性接著材之時作比較，第一及第二連接部12a、12b在短時間固化，不會有振動片6由於自 重傾斜接觸於基體3而阻礙振動之情形。蓋體4和基體3經接合材13例如鋁膜而藉由陽極接合而接合。在真空中進行陽極接合，可以將空腔5內維持真空。
在本實施型態中，因藉由覆晶接合將振動片6安裝於基體3，故可以將振動裝置1之外形構成較小。例如，可以將振動片6之中央部7之厚度設為略40μm，將外周部8之厚度設為略30μm，將空腔5之厚度設為略0.1mm，將基體3之厚度設為0.2mm~0.3mm，將蓋體4之厚度設為0.1mm~0.2mm，將振動裝置1之全體之厚度設為0.4mm~0.5mm。再者，將振動裝置1之短邊方向(y方向)之寬度形成為1.2mm~2.5mm，將長邊方向(x方向)之寬度形成為1.6mm~3.2mm之大小。
(第二實施型態)
第2圖為與本發明之第二實施型態有關之振盪器2之上面模式圖。本第二實施型態係組裝上述第一實施型態之振動裝置1而構成振盪器2。如第2圖所示般，振盪器2具備基板43、設置在該基板上之振動裝置1、積體電路41及電子零件42。振動裝置1係根據被供給至外部端子之驅動訊號而生成一定頻率之訊號，積體電路41及電子零件42係處理自電子裝置1供給之一定頻率之訊號，而生成時脈訊號等之基準訊號。與本發明有關之振動裝置1因可以形成高信賴性且小型，故可以將振盪器2之全體構成更小型。
1‧‧‧振動裝置
2‧‧‧振盪器
3‧‧‧基體
4‧‧‧蓋體
5‧‧‧空腔
6‧‧‧振動片
7‧‧‧中央部
8‧‧‧外周部
9a、9b‧‧‧激振電極
10a‧‧‧第一端子電極
10b‧‧‧第二端子電極
11a、11b‧‧‧配線
12a‧‧‧第一連接部
12b‧‧‧第二連接部
13‧‧‧接合材
14a‧‧‧第一配線
14b‧‧‧第二配線
15a‧‧‧第一貫通電極
15b‧‧‧第二貫通電極
16a、16b‧‧‧外部端子
第1圖為與本發明之第一實施形態有關之振動裝置之說明圖。
第2圖為與本發明之第二實施形態有關之振盪器之上面模式圖。
第3圖為以往眾知之水晶振動子之說明圖。
1‧‧‧振動裝置
3‧‧‧基體
4‧‧‧蓋體
5‧‧‧空腔
6‧‧‧振動片
7‧‧‧中央部
8‧‧‧外周部
9a、9b‧‧‧激振電極
10a‧‧‧第一端子電極
10b‧‧‧第二端子電極
11a、11b‧‧‧配線
12a‧‧‧第一連接部
12b‧‧‧第二連接部
13‧‧‧接合材
14a‧‧‧第一配線
14b‧‧‧第二配線
15a‧‧‧第一貫通電極
15b‧‧‧第二貫通電極
16a、16b‧‧‧外部端子

Claims (5)

  1. 一種振動裝置，其特徵為：具備基體，和與上述基體接合，構成空腔之蓋體，和被收納於上述空腔之振動片，上述振動片具備厚度厚的中央部，和厚度較上述中央部薄的外周部，上述中央部具備用以激起振動的激振電極，上述外周部具備與上述激振電極電性連接，且厚度較上述激振電極厚的厚端子電極，上述基體在上述空腔側之表面具備連接部和與上述連接部電性連接之配線，上述連接部係與上述端子電極連接而懸臂狀地支撐上述振動片。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之振動裝置，其中上述端子電極之厚度為2000 Å以上，4000 Å以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之振動裝置，其中上述振動片為AT切割水晶動片。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之振動裝置，其中上述連接部係由金屬凸塊所構成。
  5. 一種振盪器，其特徵為具備：如申請專利範圍第1項所記載之振動裝置；和對上述振動裝置供給驅動訊號的驅動電路。
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