TWI411228B

TWI411228B - 壓電振動器及其製造方法、壓電振盪器、電子裝置及無線電波時計

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Publication number: TWI411228B
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Filing date: 2006-04-20
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Description

壓電振動器及其製造方法、壓電振盪器、電子裝置及無線電波時計

本發明係關於在引腳端子處與壓電振動件接合的壓電振動器及其製造方法、壓電振盪器、電子裝置、以及無線電波時計。

壓電振動器對於例如時計、振盪器及電子裝置等工業產品的製造是不可或缺的電子元件，並作為計時源、訊號之計時源或參考源。關於壓電振動器的封裝，通當使用圓柱型封裝。將參考附圖，說明圓柱型封裝的壓電振動器之構成。

圖13是分解立體視圖，顯示圓柱型封裝的壓電振動器的內部結構，圖14是製造流程圖，顯示壓電振動器的製造。

如圖13所示，圓柱型封裝的壓電振動器6是由壓電振動件4接合至構成氣密端子1的金屬環之柄8的內側上之內引腳2的結構所構成，氣密端子1包含二件金屬引腳端子。壓電振動件4包括石英等壓電材料且藉由微影技術而以音叉形狀形成。激勵電極4a形成於音叉型的壓電振動件的二件振動臂部份的表面。壓電振動件4的基部端側形成有與激勵電極4a相通訊的安裝電極7形成。

壓電振動件4與內部引腳2是由安裝電極7接合。內部引腳2穿透柄8的內部之密封玻璃，以及其安裝於板上的部份被稱為外引腳(以代號3表示)。內引腳2及外引腳3通常稱為引腳端子。柄8的外週圍是由未顯示之金屬製成的圓柱形的底部圓柱構件之密封管所遮蓋，以將音叉型的壓電振動件4遮蓋成受到真空氣密密封。

根據如上所述構成的圓柱型封裝之壓電振動器，當預定電壓施加至二件外引腳3以作為驅動電壓時，電流會經由安裝電極7從內引腳2流至激勵電極4a，且壓電振動件4會以預定頻率振盪。

如圖14所示，製造壓電振動器6的步驟包含接合內引腳2與壓電振動件4的步驟、從壓電振動件4取得預定頻率的頻率修整步驟、及將金屬的底部圓柱構件的密封管密封至氣密端子1的柄8，在這些步驟中，包含加熱步驟及在真空中的步驟。在個別製造步驟中，使用載運托板作為將壓電振動器6定位的機構，以及，製造壓電振動器6。

圖15是輪廓立體視圖，顯示用於先前技術的壓電振動器的載運托板以及定位於載運托板中的壓電振動器。在個別的製造步驟中，根據包含引腳端子的氣密端子，如同圖15的右上側上的放大視圖所示般，外引腳3的一端由接合至壓電振動器6的載運托板18的固定彈簧19所固定。固定外引腳3之壓電振動器6的載運托板18在加熱步驟、真空步驟等步驟中定位至製造設備，以執行接合操作、頻率修整操作、密封操作、等等。在接合內引腳2與壓電振動件4的步驟中，壓電振動件4會對齊至構成對齊機構之對齊夾具(未顯示)，以及，固定外引腳3的載運托板18會定位至對齊夾具。因此，載運托板18上的內引腳2及壓電振動件4會定位。

已知之接合內引腳2與壓電振動件4的方法是施加氮熱風或類似者以及從彼此定位的壓電振動件4的端部與內引腳2之上方適當地加熱。為了促進銲材的可濕度，也知道添加排放氣體的激發活性物種至例如氮氣等熱風。

根據這些方法，內引腳2的先前電鍍的銲材會由熱風熔化，且內引腳2及壓電振動件4會接合。此外，關於銲材電鍍，通常使用之方法係在製造氣密端子的步驟中以電解槽電鍍法來形成數十萬件氣密端子以及在接腳端子的表面及柄的外週圍部份形成約10至15的厚度之銲材。

在銲接時，通常使用助熔劑與藉由移除基部材料的表面上於空氣中自然形成的氧化物膜以促進銲材的可濕度之物體。但是，在壓電構件的表面上的電極會有被助熔劑的殘留或濺灑所腐蝕而使其性能變差之情形發生，因而採用未使用助熔劑的非助熔劑方法。

因此，無法從基部材料的表面完全移除氧化物膜或污染，銲材的可濕度因而會視表面狀態而顯著變化，且有造成銲接失敗的情形。接合內引腳2與壓電振動件4之性能可接收度會對壓電振動器6的不同的特性、頻率準確度及可靠度有顯著影響。

為了避免因銲材的低可濕度而造成銲接失敗，大體上可以分成二類方法：反制升高加熱溫度等之方法及混合激發活化物種於熱風中的方法。將說門關於這二類反制方法之個別問題。

(升高加熱溫度的情形中的問題)

根據氮熱風等的加熱方法，當壓電振動件包括石英時，熱風會吹向石英，且振動件本身之溫度會過度升高。在此情形中，會在石英晶體中產生扭轉應變等等、以及例如晶體阻抗值、溫度係數等特性會大幅變差。特別地，在壓電振動件及氣密端子的尺寸縮小快速進行時，需要小心要結合的構件之熱容量，才不會在步驟中途使構件劣化。

首先，詳細說明，被加熱的熱風從壓電振動件4與內引腳2的端部上方施加，內引腳2會被熔成與其接合，但是，會有無法滿足用於熔融銲材所需的熱容量以及無法藉由熔融銲材而取得優良的接合。

亦即，根據加熱熱風之方法，由經過加熱的部份所接收的熱容量與熱風的風量及被加熱的部份之面積成比例，因此，溫度會從具有大面積的加熱部份之位置上升。鍍有銲材的內引腳2的直徑小且被加熱的面積小，因此，其溫度上升小。

需要大量的熱風以提供熔融內引腳2的銲材所需的熱風之熱容量。需要使熱風容易通過被加熱部份的週遭。但是，當熱風被夾具的部份阻擋時，接合部份以外的部份也會被加熱成被熔融。結果，如上所述般會在振動件上造成不利影響。在例如抗熱銲材電鍍等以具有高熔點的銲材安裝時，因而會特別造成問題。取決於熱風通過的週遭之形狀，也會造成相反情形，其中，熱風的風量受限，無法取得用於熔融內引腳2的銲材所需的熱容量並因而出現未熔融接合。

此外，在接合步驟中，為了連續地接合多個氣密端子，多個氣密端子與振動件會在載托板18上事先彼此相定位。在熱風噴嘴下，以固定速度，在托板的長側方向上移動。因此，載運托板上的多個內引腳2與壓電振動件4會一個接一個地接合。但是，將熱風吹至移動物件容易因噴嘴角度的稍微偏差、氛圍的變動而造成風量差異，而且，會有因為所提供的熱量之不穩定性而無法以熔融取得優良接合的情形。

依此方式，以供應的熱量控制及要被供予熱量的物體之觀點而言，藉由熱風之加熱方法會有問題。

(使用激發活性物的方法之問題)

在相關技藝中，已知有方法係藉由混合激發活性物至熱風以執行安裝步驟。舉例而言，為了產生激發活性物，選取CF₄ 作為排放氣體，且將排放管中產生的氟的激發活性物與受加熱的氮熱風相混合並注入至要安裝的對應部份。因此，同時會在內引腳的表面的銲材電鍍層及要被安裝於其上的電極面上形成薄的氟化物層，電鍍銲材會被熔融且可以實現可濕性良好的接合。

但是，被選為排放氣體的CF₄ 氣體是顯現溫室效應的氣體且較佳的是在製造步驟中避免使用的氣體。此外，安裝步驟是經常重覆供應與取出壓電振動件4及氣密端子1相對齊的托板之步驟，而且，較佳的是裝置本身是對大氣開放的。關於此點，使用CF₄ 氣體的激發活性物會造成週圍氣體的污染，這是不佳的。此外，由於如上所述般，據此使用熱風，在將所需的熱風量及激發活性物種僅供應給尺寸縮子之壓電振動件4及氣密端子1的所需部份時，控制性較差。此外，在長時間操作裝置時，激發活化物種也會被供給週圍的設備及夾具，因此，需要經常停止裝置以將夾具分解及清潔，因而在效率生產上具有問題。

接著，將說明安裝步驟的其它問題。內引腳2及壓電振動件4的機械定位準確度會對不同的特性造成顯著的影響且頻率的準確度及壓電振動器6的可靠度以及接合性能對於壓電振動器6的性能而言被分等為最重要的。

藉由將載運托板18定位至壓電振動件4的對齊夾具以執行內引腳2及壓電振動件4的定位。但是，外引腳3的一端由安裝至載運托板18的固定彈簧19所固定，因此，無法取得定位內引腳2及壓電振動件4所需的定位準確度。所以，正好發生壓電振動件4的振動臂的尖端碰觸密封管5的內壁。振盪因為碰觸而變成不穩定。而且，碰觸會產生例如石英或導電材料等從密封管5的內壁剝離之微細粒子。當這些粒子黏著至振動件4時，會發生輕微的頻率偏移且振盪變成不穩定。

本發明的目的是提供解決上述問題的電壓振動器及其製造方法、建立壓電構件的表面上的電極及內引腳所需的高準確度定位及可控制性均優良的接合方法、可觀地促進連接部份之機械及電可靠性以及確保壓電振動器的頻率準確度和不同特性及其可靠度。

為了取得上述目的，本發明採用下述解決之道。

根據本發明的第一態樣，提供製造壓電振動器的方法，該電壓振動器包含具有引腳端子及壓電振動件的氣密端子，壓電振動件包括壓電構件並於其表面形成有激勵電極和安裝電極，以及，其中，引腳端子的內引腳及安裝電極是被接合的，其中，當內引腳及安裝電極被接合時，電漿電弧會放電至在氬氣中接合內引腳與安裝電極的部份以藉由銲材而接合內引腳及安裝電極。

根據本發明的第一態樣之壓電振動器的製造方法，本發明是由局部供應短時間內釋放電漿電弧而提供將電鍍銲材熔融所需的熱量之方法所構成，基本上與相關技藝的方法不同，其中，藉由熱風或添加激發活性物而重塑表面以提升可濕性。由電漿電弧放電的熱量供應是由即使電鍍表面被氧化而形成氧化物膜時仍然能夠供應足以熔融銲材層的熱量以使連接面以良好的可控制性流動及濕化之方法所構成。此外，藉由將接合部份置於氬氣氛圍中，可以藉由與大氣中的氧隔離而防止連接表面氧化以實現良好的接合。

此外，雖然根據熱風系統，物體(要被施予熱量的物體)難以被限制成局部受熱風吹拂，但是，根據電漿電弧放電，由於僅在最接近其的電極前端產生之特性，所以，無須掩罩接合部份之外的壓電構件電極，銲材僅會被產生於引腳的接合部份的電漿電弧放電的熱所熔融，而不會對接合部份以外的其它壓電電極部份造成影響，且僅有接合部份可以優良地總是被連接。此外，僅有壓電構件及引腳部份需要配置在氬氣氛圍中，且無需特別的設備或大規模真空設備等等。未具有使用激發活性物種時具有的週圍污染問題，不需要經常分解及清潔夾具並遏制製造效率的降低。

特別地，即使對於具有超過400℃的液相線性溫度之材料以及難以藉由電鍍具有高熔點的耐熱銲材或使用根據無鉛形成而研發的無鉛電鍍等先前技術方法而難以接合之材料，根據本發明之電漿電弧放電的使用仍然是有用的方法。

根據本發明的第二態樣，提供製造壓電振動器的方法，其藉由連接引腳端子的外引腳部份至用於電壓電弧的電源的輸出端子以及在內引腳與配置在本發明的第一態樣中接合內引腳與安裝電極的接合部份的極近處之電漿電弧電極之間施加電壓，使用電漿電弧放電以執行連接步驟。

根據本發明的第二態樣之壓電振動器的製造方法，在小尺寸氣密端子中，可以自由地選取平行配置成彼此近似的一組內引腳中的引腳構成產生電漿電弧放電的物件。因此，即使當氣密端子的小尺寸形成被進一步處理且引腳之間的距離被進一步縮短時，構成電漿電弧放電的物件之引腳仍可以被可靠地識別。此外，無需掩罩接合部份以外的安裝電極。因此，僅有外引腳被連接至用於電漿電弧的電源之引腳可以被選取且藉由僅在內引腳的接合部份產生的電漿電弧放電熱總是良好地執行連接。此外，安裝電極與內引腳會配置在氬氣氛圍中，藉由與大氣中的氧隔離而防止熔融的銲材表面被氧化，可以製造良好地接合被銲材連接所需的二種構件的表面之壓電振動器，而不會劣化銲材與連接面的可濕性。此外，藉由良好的接合，可以製造能確保壓電振動器的不同特性的穩定性及可靠度以及頻率的準確性之壓電振動器。

根據本發明的第三態樣，提供壓電振動器的製造方法，其中，在接合內引腳與安裝電極時，引腳端子的外引腳會被形成有切口部份的定位機構擠壓，內引腳會被定位至本發明的第一及第二態樣中由對齊機構所對齊的壓電振動件的安裝電極。

根據本發明的第三態樣的壓電振動件的製造方法，以形成有切口部份定位機構擠壓外引腳，以限制及固持氣密端子以致於不能從載運托板移動。藉由使長方形薄板的至少二倍份成對而將切口部份的間隔對齊成大於壓電振動器的寬度，可以將外引腳的旋轉角度差限制成小以及滿足用於定位被固持的內引腳所需之定位準確度。

亦即，雖然外引腳的位置的半徑小，但是，外引腳會因小負載而塑膠變形，而且位置會難以被直接外力限制，在大於壓電振動器的寬度之切口部份中執行限制，相對於壓電振動器的外形之外引腳的旋轉角度可以由具有寬的寬度之位置所限制，以及，滿足內引腳所需的位置準確度。藉由例如切塊機等可取得數微米的加工準確度之一般用途精密加工機，可以容易地形成插入有外引腳之長方形薄板的切口部份之位置準確度，可以滿足促進旋轉角度及位置準確度的壓電振動器。

此外，長方形薄板可以在一動作中容易地將內引腳總結地定位並適於處理穩定的自動化。此外，藉由提供被準確地定位及改進的接合面，可以製造確保壓電振動器的不同特性之穩定度和可靠度以及頻率準確性之壓電振動器。

根據本發明的第四態樣，提供製造壓電振動器的方法，其中，在接合內引腳與安裝電極時，內引腳及安裝電極會被接合並藉由使用本發明的第一至第三態樣中任一態樣中引腳端子的外引腳的彈力以將內引腳壓至安裝電極。

根據本發明的第四態樣之壓電振動器的製造方法，藉由彎曲外引腳而以外引腳的彈力將內引腳壓至壓電振動件，內引腳不會被彎曲，內部應力會減輕，以及，壓電振動件的前端部份會被配置在金屬製成的圓柱底部圓柱構件的密封管的中心之方向上。藉由將壓電振動件的前端部配置在密封管的中心方向上，可以製造壓電振動器，其能防止壓電振動件的前端部份被導致接觸密封管的內壁。

根據本發明的第五態樣，提供根據本發明的第一態樣至第四態樣中任一態樣中所製造的壓電振動器的方法所製造的壓電振動器。

根據本發明的第五態樣，提供壓電振動器，壓電振動器包含具有引腳端子的氣密端子及壓電振動件，壓電振動件包括壓電構件及在引腳端子的內引腳與安裝電極被接合的表面處形成有激勵電極和安裝電極，接合是以高機械定位準確度及電漿電弧放電來執行，因此，可以實現足夠的堅固接合。因此，壓電振動器在抵抗摔落撞擊等外力振動上是良好的，因此，振盪頻率改變及不穩定度是顯著地受限，因而能夠長時間地維持高準確度。

根據本發明的第六態樣，提供壓電振盪器，其中，壓電振動器連接至積體電路作為振盪件。

根據本發明的第七態樣，提供電子裝置，其中，使用壓電振動器以連接至計數部份。

根據本發明的第八態樣，提供無線電波時計，其中，使用壓電振動器以連接至濾波部份。

根據本發明的第六態樣至第八態樣，所包含的壓電振動器的安裝部份的位置準確度如上所述般高，壓電振動件與內引腳會被堅固地連接，因此，壓電振動器良好地對抗震盪或摔落撞擊等外力。因此，可以長時間地以高準確度顯著地維持裝置等等。

如上所述，根據本發明，提供接合的方法，以壓電構件表面處的電極與內引腳所需的高準確度良好地定位、良好地供應接合所需的熱量及良好地控制供應的物件。因此，可以提供壓電振動器及其製造方法，所提供之壓電振動器促進連接部份的機械及電可靠性以及確保壓電振動器的頻率準確性及不同特性。

將於下參考附圖，說明根據本發明的實施例。

〔實施例1〕

圖1是輪廓分解透視圖，顯示根據第一實施例之壓電振動器的構造。

如圖1所示，壓電振動器6是由氣密端子1及壓電振動件4所構成，壓電振動件4包括石英等壓電材料、及具有金屬製成的圓柱底部圓柱構件之密封管5。此外，氣密端子1包含類似環狀的包括金屬材料之柄8以及穿透柄8的二件引腳端子。接合至壓電振動件4及包含於密封管5中的二件引腳端子的較短側構成內引腳2，且其突出至外部的較長側構造成外引腳3。引腳端子的表面及柄8的外週圍接受電鍍。

本實施例的壓電振動件是音叉型振動件，其具有基部及從基部突出的成對振動臂。壓電振動件4的基部的表面形成有成對的安裝電極7。此外，壓電振動件4的成對振動臂的個別表面形成有連接至安裝電極7的激勵電極4a。以此方式形成電極，當預定的驅動電壓施加至氣密端子1的外引腳3時，電流會經由內引腳2及安裝電極7而在激勵電極4a流動，壓電振動件4的振動臂會被彎曲成以預定頻率振動。

此處，將簡單說明氣密端子1的尺寸及材料的實施例。根據用於例如可攜式設備等小尺寸設備中的小尺寸壓電振動器，外週圍經過電鍍的氣密端子1的柄8之直徑約為0.95 mm。此外，引腳端子的基部材料直徑約為0.15 mm，而電鍍後，其直徑約為0.18mm。一般而言，會在其上形成約10 μ m至15 μ m厚的電鍍層。關於引腳端子的基部材料之材料，通常使用柯華合金(FeNiCo合金)，至於電鍍材料，使用耐熱電鍍銲材(重量比為1：9的錫及鉛的合金)、錫銅合金(SnCu)、錫金合金(AuSn)、等等。此外，提供給柄8的外週圍之電鍍銲材是具有與提供給引腳端子的電鍍銲材相同。在構成之結構中，藉由使電鍍層介於其間，在真空中使柄8的外週圍與密封管5的內週圍接受冷壓銲接，以使密封管5的內部部份在真空狀態中接受氣密密封。

關於接合至氣密端子1的小尺寸壓電振動件4的尺寸實施例，其寬度約為0.5 mm至0.6 mm，其總長度約為2.0 mm至3.2 mm。壓電振動件4的安裝電極7係由鉻(Cr)及黃金(Au)之雙層結構膜所構成，其係在形成具有優良性能且黏著至作為基部的石英之鉻層之後，於其表面上設置黃金薄層。此外，關於安裝電極7的其它結構，鉻及鎳鉻(NiCr)的三層結構膜的表面又沈積黃金薄層。而且，在本情形中，基部是由鉻構成。

接著，將參考附圖，說明壓電振動器的製造方法之實施例。圖2及3是輪廓透視圖，用於說明根據實施例之載運壓電振動器的托板，圖4是輪廓放大透視圖，顯示根據實施例之載運托板的長方形薄板所固持的氣密端子，圖5是根據實施例之載運托板所固持的氣密端子之輪廓總透視圖，圖6是用於說明壓電振動件對齊夾具及載運托板的定位，圖7A及7B是實施例之以電漿電弧接合氣密端子的引腳端子與壓電振動件之步驟，圖7A是總輪廓構成視圖，圖7B是部份放大透視圖，顯示接合部份。

首先，將詳細說明根據實施例之載運壓電振動器的托板，其構成用於定位內引腳2與壓電振動件4之定位機構。

如圖2所示，根據實施例之用於載運壓電振動器的托板10包含複數個切口部份11，位於具有長方形薄板形狀的載運托板10的長側之一側。如圖3所示，藉由使其至少二部份成對而使切口部份11對齊。此外，切口部份11的寬度A實質上等於外引腳3的直徑B，成對的切口部份11的間隔C製成大於氣密端子1的外徑D。

藉由使用例如切塊機等可取得數μ m的加工準確度之一般用途精密加工機，在載運托板10的一側形成有複數個切口部份11，外引腳3被擠壓於切口部份11之間，以高準確度製成實施例的步驟所需之托板的形狀及複數個切口部份11與外引腳3的位置。

如圖4所示，藉由將複數個切口部份11的寬度製成稍微較小並將外引腳3適合壓接於其中，或是使寬度稍微較大及對外引腳3填隙、黏著、等等，將外引腳3齊壓及固持。

根據實施例的實例，載運托板10的形狀的準確度、切口部份11的寬度準確度、切口部份11的累積間距的準確度在5 μ m之內。圖3中所示的切口部份11的寬度A的尺寸由0.16mm構成，實質上等於外引腳3的直徑B的0.18mm。藉由以1.5mm構成成對切口部份11的間距C尺寸、以1.1mm構成氣密端子1的外徑D尺寸、以0.3mm構成內引腳2的間距E、使成對切口部份11的間距C尺寸大於氣密端子1的外徑D尺寸及成為0.3mm的內引腳2的間距E的5倍，則可將內引腳2的旋轉角度的準確度限制在外引腳3的旋轉角度的位置的1/5。

藉此，在載運托板10的內部可以將氣密端子1的外引腳3及氣密端子1的內側上的內引腳2的位置準確度以高準確度確保在精密加工機的加工準確度所取得的高準確度。

載運托板10的材料包括陶瓷材料，以及，藉由維持多個切口部份11的位置準確度，可以維持多個切口部份11之間的的電絕緣。因此，對於使根據本實施例之構成接合物件的內引腳2彼此電獨立是較佳的。此外，對於藉由在量測步驟中施加驅動電壓至壓電振動件4以取得預定頻率而言，載運托板10是較佳的。

此外，如圖5所示，載運托板10可以載運而容易地以一動作總合地移動20件被固持的個別氣密端子1。載運托板10由長方形薄板的簡單形狀構成，因此，可以容易地及穩定地將其裝至載運器的載運設備及自該設備拆卸，其與稍後說明之壓電振動件4的定位可以容易地及穩定地執行，適於處理根據本實施例之接合柄的自動化。

接著，如圖6所示，20件壓電振動件4會與對齊夾具12相對齊，對齊夾具構成用於對齊壓電振動件4的機構。藉由將經過確保具有氣密端子1的內引腳2的位置準確度之載運托板定位至壓電振動件的4的對齊夾具12，執行壓電振動件4與內引腳2的定位。雖然根據本實施例，內引腳2會被定位至壓電振動件4，但是，相反地，壓電振動件4可以被定位至內引腳2。

如圖7A所示，由載運托板10所固持的氣密端子1的內引腳2會如上所述般被定位，以及，使內引腳2與壓電振動件4接觸。用於電漿電弧之電源供應器16的成對輸出端子之一(由圖式中從電漿電弧的電源供應器16的上側出來的粗黑線所標示的端子)會連接至電漿電弧電極13。輸出端子中的另一端子會連接至用於產生電漿電弧的引腳端子的外引腳3的一側。將於下詳述連接。電漿電弧電極13的週圍維持在氬氣14的氛圍中，且電漿電弧電極13製成近接內引腳2與壓電振動件4的安裝電極7接合之部份。

為了產生電漿電弧15，以用於電漿電弧的電源供應器16，將電壓施加於電漿電弧電極13與外引腳3之間，且在連接至外引腳3的內引腳2與電漿電弧電極13之間產生電漿電弧。

以鵭或鵭合金的金屬接線用於電漿電弧電極13。舉例而言，鵭合金包含鑭氧化物、或包含釔氧化物、鈰氧化物、等等。此外，電漿電弧電極13可以無需由金屬接線構成，而是可由具有尖銳前端的金屬電極取代金屬接線而構成。

此外，將詳細解釋圖7B中的接合步驟。雖然在圖7B中，內引腳2及安裝電極7係繪製成彼此分開，但是，這是為了方便顯示結合複數個接合部份的構成。在真實的接合情形中，如上所述，使成對的內引腳2之一的內引腳2a與成對的安裝電極7的一安裝電極7a相接觸，以及，使另一內引腳2b與另一安裝電極7b相接觸，以彼此分別對應，藉以定位。

對二件內引腳2的個別一側，產生電漿電弧放電。舉例而言，首先，當物件由一內引腳2a構成時，對應於內引腳2a的外引腳3的部份(未顯示)會連接至用於電漿電弧之電源供應器16的輸出端。接著，使電漿電弧電極13(未顯示)近接內引腳2a，以及從用於電漿電弧的電源供應器16施加稍後說明的預定電壓於電漿電弧電極與內引腳2a之間。同時，使氬氣14流至電漿電弧電極13與內引腳2a的近處週圍。在相當短的時間內，在用於電漿電弧的電極13與內引腳2a之間，產生放電並伴隨著放熱。藉由放熱，被吸附至內引腳2a的電鍍表面及壓電振動件4的安裝電極7a的表面之水或類似者會立即蒸發。接著，藉由施加足夠的放熱，則形成在內引腳2a的表面之電鍍銲材17會被提供足夠的熱量，即使氧化物出現在其表面上時，仍能斷裂氧化物層或類似者。因此，在短時間內，完全地熔化電鍍銲材17。亦即，在相關技術的熱風法中因構成內引腳2a的陰影而溫度上升不足的部份也會被充份熔化。此外，內引腳2a的電鍍銲材17會流至表面由薄金層所形成的安裝電極7a或類似者，以實現固態銲材接合。接合部份的週圍會處於氬氣14的氛圍中，因此，藉由阻隔來自大氣中的氧而防止接合表面被氧化，以構成週圍。

在此情形中，由於相對應的外引腳3的部份未連接至用於電漿電弧的電源供應器，所以，與其連續及平行的內引腳2b會被帶至浮動電位。因此，在內引腳2b與電漿電弧電極13之間不會產生放電。此外，在壓電振動件4以數十μ m配置成與其相間隔的其它安裝電極7b也會被帶至浮動狀態，因此，在內引腳2b與電漿電弧電極13之間不會產生放電。此外，氣密端子1的柄8與成對的內引腳2會彼此絕緣。以此方式，接近內引腳2a的所有導電材料會維持在浮動電位。因此，即使產生電漿電弧放電時，僅由連接至用於電漿電弧的電源供應器16的內引腳2a構成的物件，產生放電。以此方式，即使在配置與其近接間隔的導電材料之構成中，仍可以指定放電物件，因此，供應熱量的物件可以牢靠地被控制。

在完成接合內引腳2a與安裝電極7a之後，與內引腳2a對應之連接至外引腳3的部份之接線會被分離而被切換至對應於其它內引腳2b的外引腳3的部份。之後，當上述操作重覆至內引腳2a及安裝電極7a時，內引腳2b與安裝電極7b可以連接。在此情形中，稍後的放電不會在先前接合的內引腳2a與安裝電極7a之間產生作用。亦即，即使在接觸位置產生伴隨有放熱之放電時，放熱的影響在空間上相當受限。

此外，根據連接至外引腳3的部份之接線，藉由使用繼電器或類似者等電開關機構，接線的改變可以容易地自動化。

接著，將說明熱量的控制。在本實施例中所使用的氣密端子1(其電鍍係由抗熱電鍍銲材所執行)與用於電漿電弧的電源16相組合的情形中，較佳的是，在內引腳2與電漿電弧電極13之間流動的電弧電流之值是在等於或大於0.2A(安培)且等於或低於1.0A的範圍中。亦即，熔化電鍍銲材17而不會危害壓電振動件4以及防止電鍍銲材17的熔化表面被氧化之所需熱量，可以由等於或大於0.2A且等於或小於1.0A的電弧電流值所供應。

當電弧電流值小於0.2A時，熱量變成不足，電鍍銲材17不會被充份地熔化且無法取得優良的接合。此外，當超過1.0A時，觀察到壓電振動件4的晶體結構改變，或者，壓電振動件4開始裂開而被破壞。此外，在電弧電流值等於或高於0.2A且等於或低於1.0A的中間範圍中，內引腳的電鍍銲材17會以優良的再現性被充份地熔化並取得固態連接。此外，由於較佳的電流值的控制範圍足夠寬廣，所以，在真正的量產製程中，可以以優良的再現性來穩定地執行步驟條件。

進一步詳細地說明，施加電弧電流的型式較佳地為重覆電導通及未導通的脈沖狀之波形型式。重覆電導通及未導通的脈沖狀之波形型式的施加系統可以促進銲材可濕性，但不會損害要被接合的經過處理之表面。當使用脈沖狀的波形電流時，在電導通時會因電漿電弧而有溫度上升時段，以及，在未導通時會有降溫時段，因此，提供導熱時段並限制要被接合的經過處理之表面快速升溫，因此，接合部份的溫度可以逐漸地升高。舉例而言，藉由將電流值上限設定為1A，以0.5 ms的電導通時段及0.5ms的非導通時間，重覆電導通及未導通。以2次重覆，無法取得熔化接合，超過10次的情形，會在壓電振動件4處產生斷裂。因此，在設定1A的電弧電流值上限、0.5 ms的電導通時間、0.5ms的非導通時間的條件下，從3次至10次的電導通次數範圍是較佳的。

雖然以施加至引腳端子及氣密端子1的柄8之電鍍銲材17為抗熱電鍍銲材為例，說明實驗導通，但是，根據電鍍銲材17的材料及氣密端子1的內引腳2的熱容量而適切地調整，可以應用電弧電流值範圍及電導通系統的個別設定條件。將說明無電鍍情形，其中，以SnCu作為電鍍銲材17的材料之實施例。

在電鍍銲材料17的材料為SnCu的情形中，由於合金內容物中未包含鉛，所以，合金被研究作為可能的無鉛電鍍候選材料。當銅的含量設定在約10%以促進抗熱性時，在一般的SnCu合金的相位圖中，液態相位線上升且相當難以熔化及電鍍。舉例而言，當Cu的濃度為5%時，液態相位線溫度約為360℃，當Cu的濃度為10%時，液態相位線溫度變成約433℃高。相反地，在抗熱電鍍銲材的情形中，當Pb為90%時液態相位線的溫度約為313℃，當Pb為95%時液態相位線的溫度約為322℃。因此，比抗熱銲材電鍍更加難以熔化SnCu的電鍍。此外，在SnCu的電鍍銲材中的Cu濃度會視電鍍的生產批次而最多變化約±2%，因此，對於個別的生產批次而言，熔化溫度會有從約50℃至60℃的差異。

為了在此情形下，充份地熔化電鍍銲材17以實現穩定接合，需要適切地選取電弧電流值及採用電導通系統。

現在，相較於相關技術，說明根據本發明的接合製程之實施例。圖8A及8B是顯微鏡的放大照片，藉由比較接合方法中有差異的部份以顯示接合部份的狀態。圖8A是照片，顯示藉由氬氣中電漿電弧放電的方法之接合狀態的實施例，圖8B是照片，顯示使用氮氣的熱風系統之接合狀態的實施例。在圖8A及圖8B中，具有9%的Cu濃度之電鍍SnCu用於內引腳2的電鍍銲材17以及氣密端子的柄8。此外，在二情形中，電鍍後的內引腳2的尺寸為180 μ m，壓電振動件4為音叉型石英振盪器，基部寬度約為0.55 mm，包含音叉臂的總長度約為3.2 mm。安裝電極7係以Cr層構成基部而被施予Au層之雙層結構的膜。

雖然，如圖8A所示，當Cu的濃度為9%時的液態相位線的溫度約為421℃時，但是，當藉由在氬氣中電漿電弧放電方法以執行接合時，內引腳2的部份之電鍍會被充份地熔化並對安裝電極7良好地濕化，以及，電鍍銲材17會在安裝電極7的全部表面上加寬。在內引腳2上的電鍍銲材17會被供予光澤且其表面會被固化，但在熔融狀態下不會被氧化。此外，被加熱的部份僅由內引腳2所構成且柄8的其它部份或類似者完全不受電弧的影響。

相反地，如圖8B所示，當以相關技術的熱風系統執行接合時，在內引腳2的部份之電鍍銲材僅會稍微熔化，且其對安裝電極7濕化的區域小，安裝電極7幾乎所有的表面被視為如原狀般。

當照相之後壓電振動件分別被蓋在密封管5中且執行摔撞測試時，根據圖8A所示的具有良好接合狀態之壓電振動器，振動特性完全不會不正常，但是，圖8B中所示之接合狀態不優良的的壓電振動器完全不振盪。當未振盪的壓電振動器被拆解時，內引腳2與安裝電極7的接合部份會片狀剝落。

以此方式，雖然根據使用具有9%的Cu濃度之電鍍SnCu作為電鍍銲材17的材料之氣密端子，上述熱風系統接合方法無法實現高品質接合，但是，根據本發明的氬氣中電漿電弧放電之接合方法，可以取得充份的接合強度。

電鍍銲材17的材料不限於電鍍SnCu，也可以應用電鍍鋅鉍合金(SnBi)或電鍍錫銀(SnAg)。特別地，在電鍍SnAg的情形中，液態相位線會因Ag的濃度的增加而上升，因此，類似於電鍍SnCu，在相關技術中，難以熔化。而且，在此情形中，類似於SnCu電鍍，藉由適當地選取電弧放電條件，可以實現高品質接合。

圖9是輪廓說明視圖，用於解釋根據實施例之壓電振動件4與內引腳2的彈力傾斜接合。較佳的是，在彎曲以使外引腳3傾斜的狀態中，使內引腳2接觸壓電振動件4。藉由彎曲外引腳3所產生的外引腳3的的彈力，將內引腳2壓至壓電振動件4，則內引腳2不會彎曲且內部應力會減輕。此外，壓電振動件4的前端部會配置在金屬製成的圓柱底部圓柱構件的密封管5的中央。藉由使壓電振動件4的前端部配置在密封管5的中央，可以防止壓電振動件4的前端部與密封管5的內壁相接觸，而具有寬容度。

藉由使外引腳3以圖式中由θ表示之角度傾斜1度或更多且4度或更少，將內引腳2配置在金屬製成的圓柱底部圓柱的密封管5的中央部份中，以及，製造壓電振動器6而不會使壓電振動件4的前端部份與密封管5的內壁相接觸。可以防止振盪變成不穩定且在因為碰觸而在密封管5的內部產生上述的微粒。

如上所述，根據實施例之接合內引腳與安裝電極的方法，為了確保不同特性及壓電振動器的頻率準確性及可靠度，提供壓電振動器及其製造方法，能夠取得壓電振動件所需的銲材可濕性優良的接合位置準確度，並配置對應於小尺寸的壓電振動器之壓電振動件。

此外，雖然在上述說明中，用於電弧放電的氣體係由單一元素的氬所構成，但是，也可以將去氧化氣體加至氬氣。

此外，雖然上述說明顯示熔化形成於內引腳2的表面上之電鍍銲材17以連接至壓電振動件4的情形，但是，本發明不限於其，而是電鍍銲材17可以形成在壓電振動件4的安裝電極7處。亦即，藉由熔化先前電鍍於安裝電極7與內引腳2的至少一連接表面上的銲材，可以藉由銲材取得安裝電極7與內引腳2良好接合之壓電振動器。此外，取代電鍍銲材，配置在安裝電極7上的銲材也可以應用至電漿電弧方法。

此外，雖然根據接合方法，安裝電極一般電連接至壓電振動件4的激勵電極4a，但是，本發明不限於該用途，而是可使用機械方式簡單地連接引腳端子與壓電振動件4。

此外，雖然根據實施例，說明有二件安裝電極及氣密端子包含二件引腳，但是，本發明不限於此，而是可類似地應用至3或更多件的安裝電極被配置於壓電振動件處且與其對應、3或更多件引腳端子存在氣密端子處的情形中之接合。

(實施例2)

圖10是輪廓視圖，顯示根據本發明之音叉型石英振盪器，且為表面安裝型壓電振盪器的平面視圖，其使用具有內引腳及安裝電極由實施例1中所述的接合方法所接合之音叉型石英振動器。

在圖10中，音叉型石英晶體振動器51設置於板52的預定位置，以及，用於代號53所代表的振盪器之積體電路會安裝成接鄰石英晶體振動器。此外，例如電容器等電子元件54也會被安裝。個別元件會藉由未顯示之接線圖案而電連接。音叉型石英晶體振動器51的壓電振動件的機械振動會被石英中提供的壓電特徵轉換成電訊號而被輸入至積體電路53。在積體電路53的內部，執行訊號處理以作為輸出頻率訊號的振盪器。個別的構成構件會由未顯示之樹脂模製。藉由適切地選取積體電路53，可以提供用於時計的單一功能振盪器的功能以外的控制操作裝置或外部裝置的日期或時間之功能，這些裝置是用於提供時間或日曆資訊給使用者。

藉由使用本發明的製造方法所製造的壓電振動器，即使當壓電振動件變成小尺寸時，振動件會被牢固地連接至氣密端子，頻率改變會受抑制以對抗摔撞的振動或外力，以及，使振動件從接合面剝離而停止振盪等故障最小。因此，即使當振盪器小尺寸化時，可以維持長時間的穩定振盪。此外，可以穩定地以優良產能來縮小具有最大體積以用於構成振振盪器的構件之振動器，可以進一步縮小包含振動器的振盪器之外形尺寸。

(實施例3)

接著，將說明使用根據本發明的製造方法製造的壓電振動器之電子裝置的實施例。於此，將說明可攜式電話所代表的可攜式資訊裝置的較佳實施例。

首先，基本上，根據實施例之可攜式資訊裝置是藉由發展相關技術中的手錶而構成的。外觀類似於手錶，液晶顯示器配置於對應於刻度及目前時間可以顯示於螢幕上的部份處。當作為通訊裝置時，裝置會從手腕分開，以及藉由包含在腕帶部份的內側上之揚音器及麥克風，執行類似於相關技術的可攜式電話之通訊。但是，相較於相關技術的電話，裝置顯著地是小尺寸且重量輕的。

接著，將參考附圖以說明根據本發明的實施例之可攜式資訊裝置的功能構成。圖11是方塊圖，以功能方式顯示根據實施例之可攜式資訊裝置的構成。

在圖11中，代號101代表用於供應電力給稍後說明的個別功能區的電源區，其係由鋰離子電池具體地實施。電源區101會與稍後說明的控制區102、計時區103、通訊區104、電壓偵測區105及顯示區107相並聯，電力會從電源供應區101供應至個別的功能區。

控制區102藉由控制稍述說明的個別功能區以控制全部系統的操作，例如音頻資料的發送及接收、目前時間的量測及顯示等等。藉由先前寫入至ROM的程式、CUP讀取及執行程式、以及RAM等作為CPU的工作區，具體地實施控制區102。

計時區103是由包含振盪電路、暫存器電路、計數器電路、介面電路或類似者的積體電路以及圖1中所示的音叉型石英晶體振動器所構成。音叉型石英晶體振動器的機械振動會被石英中提供的壓電特徵轉換成電訊號並被輸入至電晶體及電容器所形成的振盪電路。振盪電路的輸出會被二元化及由暫存器電路及計數器電路計數。藉由介面電路，由控制區執行訊號的傳送及接收，且在顯示區107上顯示目前時間或目期日期或日曆資訊。

通訊區104具有類似於相關技術的可攜式電話的功能且由無線傳輸區104a、音頻處理區104b、放大區104c、音頻輸入/輸出區104d、振鈴音產生區104e、切換區104f、呼叫控制記憶體區104g及電話號碼輸入區104h所構成。

無線傳輸區104a會藉由天線而與基地台相互傳送及接收不同的音頻資料或類似者。音頻處理區104b會將從稍後說明的無線傳輸區104a或放大區104c輸入的音頻訊號編碼或解碼。放大區104c會將從稍後提到的音頻處理區104b或音頻輸入/輸出區104d輸入的訊號放大至預定位準。音頻輸入/輸出區104d具體而言為揚音器及麥克風，用於使振鈴音或收到的聲立放大、或收集揚音器聲音。

此外，振鈴產生區104e會根據來自基地台的呼叫而產生振鈴。僅在訊號被接收時，切換區104f藉由切換連接至音頻處理區104b的放大區104c至振鈴音產生區104e，以經由放大區104c而輸出產生的振鈴音給音頻輸入/輸出區104d。

再者，呼叫控制記憶體區104g會儲存與傳送及接收通訊呼叫有關的程式。此外，電話號碼輸入部份104h具體地由0至9的號碼鍵及用於輸入對方電話號碼等其它鍵所構成。

當由電源部份101施加至始於控制區102之個別功能區的電壓變成低於預定值時，電壓偵測區105會偵測壓降以通知控制區102。預定的電壓值是先前被設定為用於穩定操作通訊區104所需的最小電壓，舉例而言，約3V的電壓。由電壓偵測區105告知壓降的控制區102會禁止無線傳輸區104a、音頻處理區104b、切換區104f、及振鈴音產生區104e的操作。特別地，無可避免地停止操作具有大耗電的無線傳輸區104a。與此同時，顯示部份107會顯示通訊區104因電池餘留量不足而無法使用。

藉由電壓偵測區105及控制區102的操作，能夠禁止通訊區104的操作，以及，在顯示部份107上顯示禁止。

根據實施例，藉由提供能夠選擇性地關閉與通訊區功能有關的部份之電源的斷電區106，可以以更完整的型式，停止通訊區的功能。

此外，雖然通訊部份104無法被使用之顯示可以由文字訊息來執行，但是，也可以在顯示部份107上的電話圖像上加上x符號(故障)的方法以更直覺地執行顯示。

藉由在可攜式資訊裝置中使用本發明的製造方法所製造的小尺寸壓電振動器，可以進一步縮小可攜式電子裝置。根據振動器，即使當振動件尺寸縮小時，由於可靠地執行與氣密端子的接合，所以，可以促進對摔撞等振動或外力的抵抗，且可以長時間地持續穩定振動。因此，包含振動器的可攜式電子裝置可以長時間地維持穩定。

(實施例4)

接著，將參考圖12，說明發明的第四實施例之無線電波時計200，其將上述實施例中所述的石英晶體振動器連接至濾波區。

圖12是方塊圖，顯示無線電波時計200的功能構成。

無線電波時計200具有接收標準無線電波的功能，標準無線電波包含時間資訊及自動地校正時計時間至準確時間。在日本，有傳輸區(傳輸站)以傳輸標準脈波：一個是在福島(Fukushima Prefecture(40 KHz))，另一個是在佐賀Saga Prefecture(60 kHz))，分別傳送標準無線電波。例如40或60 KHz的長波具有延著地球表面傳播的特性及由地面及離子層反射的傳播特性，因此，傳播範圍寬廣且由二個傳輸站涵蓋全日本。

將參考圖12以說明無線電波時計的功能構造。

天線201接收40或60 KHz長波的標準無線電波。長波標準無線電波是使帶有所謂時間碼的時間資訊之40或60 Hz載波接受AM調變而構成。

接收到的長波的標準無線電波會由放大器202放大，並由具有石英晶體振動器的濾波電路(濾波部份)203濾波及調諧。根據實施例之石英晶體振動器包含與載波頻率相同的40KHz及60KHz的振盪頻率之石英晶體振動器部份204、205。

此外，具有預定頻率之經過濾波的訊號由偵測及整流電路206偵測及解碼。接著，由波形形成電路207輸出時間碼並由CPU 208計數。CPU 208接著讀取目前年、計算日期、星期日數、時間、等等。讀取的資訊會反應給RTC(即時時計)209並顯示準確的時間資訊。

由於載波是由40 KHz或60 KHZ，所以，具有上述音叉型的結構的振動器對於石英晶體振動器部份204、205是較佳的。以60 KHz為例，關於音叉型振動件的尺寸之實施例，能夠以約2.8 mm全長及約0.5 mm的基部寬度構成音叉型振動件。

雖然上述說明以日本的實施例作為說明，但是，長波的標準無線電波的頻率各國不同。舉例而言，在德國，使用77.5 Hz的標準無線電波。因此，當能夠處理各國的無線電波時計內建在可攜式裝置中時，需要頻率不同於日本的情形之石英晶體振動器。

藉由使用本發明的製造方法所製造之小尺寸的壓電振動器用於無線電波時計時，無線電波時計可以良好地抵抗摔撞等振動或外力，且可以長時間穩定地維持準確度。

1．．．氣密端子

2．．．內引腳

2a．．．內引腳

2b．．．內引腳

3．．．外引腳

4．．．壓電振動件

4a．．．激勵電極

5．．．圓柱底部金屬密封管

6．．．壓電振動器

7．．．安裝電極

7a．．．安裝電極

7b．．．安裝電極

8．．．柄

10．．．載運托板

11．．．切口部份

12．．．夾具

13．．．電漿電弧電極

14．．．氬氣

15．．．電漿電弧

16．．．電源供應器

17．．．電鍍銲材

18．．．載運托板

19．．．固定彈簧

51．．．音叉型石英晶體振動器

52．．．板

53．．．積體電路

54．．．電子元件

101．．．電源區

102．．．控制區

103．．．計時區

104．．．通訊區

104a．．．無線傳輸區

104b．．．音頻處理區

104c．．．放大區

104d．．．頻輸入/輸出區

104e．．．振鈴音產生區

104f．．．切換區

104g．．．呼叫控制記憶體區

104h．．．電話號碼輸入區

105．．．電壓偵測區

106．．．斷電區

107．．．顯示區

200．．．無線電波時計

201．．．壓線

202．．．放大器

203．．．濾波電路

204．．．石英晶體振動器部份

205．．．石英晶體振動器部份

206．．．偵測及整流電路

207．．．波形形成電路

208．．．CPU

209．．．即時時計

圖1是輪廓透視圖，顯示實施例之壓電振動器；圖2是輪廓透視圖，用於說明用於載運實施例之壓電振動器的托板；圖3是輪廓透視圖，用於詳細說明圖2之用於載運壓電振動器的托板；圖4是實施例之載運托板的長方形薄板所固持之氣密端子的輪廓放大透視圖；圖5是是實施例之載運托板的長方形薄板所固持之氣密端子的輪廓總透視圖；圖6是輪廓透視圖，用於說明實施例之載運托板與壓電振動件對齊夾具的定位；圖7A及7B是藉由電漿電弧之接合氣密端子與壓電振動件的說明視圖，圖7A是總輪廓構造視圖，圖7B是顯示接合部份的輪廓透視圖；圖8A及8B是顯微鏡放大照片，藉由比較接合方法差異的部份以顯示接合部份的狀態，圖8A是照片，顯示氬氣中電漿電弧放電的方法之接合狀態的實施例，圖8B是照片，顯示使用氮氣的熱風系統之接合狀態的實施例；圖9是輪廓說明視圖，用於說明根據實施例之壓電振動件與內引腳的彈力傾斜接合；圖10是輪廓視圖，說明根據本發明的第二實施例之音叉型石英振動器；圖11是輪廓視圖，顯示根據本發明的第三實施例之可攜式資訊終端設備的方塊圖；圖12是根據本發明的第四實施例之無線電波時計的方塊圖；圖13是輪廓視圖，用於說明壓電振動器；圖14是流程圖，簡單地顯示用於製造圖13的壓電振動器的步驟；及圖15是用於載運先前技術的壓電振動器之托板的輪廓透視圖。