TWI527371B - 壓電振動裝置之製造方法 - Google Patents

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Description

壓電振動裝置之製造方法
本發明係關於一種例如壓電振盪裝置般之壓電振動裝置之製造方法，更詳細而言，係關於具有篩選出因雜質或異物之附著造成之不良品之步驟之壓電振動裝置之製造方法。
以往，使用水晶振動器等之壓電振動元件之振盪裝置已廣泛地被使用。在壓電振盪裝置，被強烈要求振盪頻率之偏差較小。因此，在壓電振盪裝置之製造後，測定諧振頻率或振盪頻率等，當求出之諧振頻率或振盪頻率在容許誤差範圍外時，將此壓電振盪裝置篩選為不良品。又，當測定之諧振頻率或振盪頻率在容許誤差範圍外時，亦嘗試進行頻率調整。
例如在下述專利文獻1揭示有在製造水晶振動器時，在絕緣性基板上裝載水晶振動器後，藉由蒸鍍法對電極表面賦予微量之銀以進行頻率調整。又，亦揭示有在頻率調整後進行真空加熱烘烤，進行真空密封後，在歷時硬化(aging)後測定電氣特性以進行篩選。
又，在專利文獻1揭示有在此方法之製程中，雜質或微粒附著時，容易產生特性劣化或特性偏差變大。因此，在專利文獻1揭示有利用電漿削除水晶振動器晶片之電極表面以進行頻率調整之方法。
專利文獻1：日本特開平10-284968號公報
如專利文獻1所揭示，以往，在製造壓電振盪裝置等之壓電振動裝置時，測定諧振頻率或振盪頻率等，進行特性篩選。此時，如專利文獻1所揭示之方法，一般而言，在進行頻率調整後進行真空密封，在完成壓電振盪裝置後進行歷時硬化，測定電氣特性。然而，在常溫進行歷時硬化、測定電氣特性之方法中，不易在短時間以高效率篩選出不良品。
另一方面，在壓電振動裝置等之電子零件之特性篩選時，廣泛地使用在高溫、高濕度下維持電子零件，之後測定電氣特性，進行特性篩選之方法。藉由維持在高溫、高濕度下可加速電子零件之特性劣化，藉此能以高效率進行特性篩選。
然而，上述在將電子零件維持在高溫、高濕度下之後測定特性之方法，只不過是加速劣化以高效率進行特性篩選之方法。
相對於此，如專利文獻1所示般，在水晶振動器般之壓電振盪裝置，雜質或異物等之微粒附著於壓電振動元件時，會有即使在製程中特性在容許誤差範圍內，在使用時特性亦大幅變化之情形。因此，謀求以高精度檢測上述微粒之附著、在使用時以更高精度篩選出成為不良品之產品。
本發明之目的在於提供一種壓電振動元件之製造方法，該方法有鑑於上述習知技術之現狀，與僅加速特性劣化之加速測試不同，具備能在製造階段確實篩選出因上述雜質或異物等之附著而在使用時引起特性劣化之不良品之步驟。
本發明之壓電振動裝置之製造方法，具備：將壓電振動元件構裝於基板之步驟；以及將構裝於該基板之壓電振動元件維持在高於周圍溫度之溫度及高於周圍濕度之濕度環境，檢測雜質或異物之吸濕導致之電氣性能之變化之步驟。
此時，在將壓電振動元件構裝於基板之步驟，不僅壓電振動元件，進一步將IC及壓電振動元件以外之電子零件構裝於基板亦可。
本發明之另一形態之壓電振動裝置之製造方法，具備：將壓電振動元件、IC、及該壓電振動元件以外之電子零件裝載於基板之步驟；使用封裝材將在該基板裝載有該壓電振動元件、該IC、及該電子零件之構造液密密封以獲得壓電振動裝置之步驟；將該壓電振動裝置維持在高於周圍溫度之溫度及高於周圍濕度之濕度之步驟；以及於維持在高於該周圍溫度之溫度及高於周圍環境氣氛之濕度之環境之期間或之後，檢測雜質及/或異物之吸濕導致之電氣特性之變化之步驟。
本發明之壓電振動裝置之製造方法中，該壓電振動元件，作為壓電振動體較佳為使用具有水晶者。然而，壓電振動元件之壓電體，除了水晶以外之壓電體外，例如為壓電單晶體或壓電陶瓷亦可。
本發明之壓電振動裝置之另一特定形態中，高於該周圍溫度之溫度為40℃～121℃之範圍，高於該周圍濕度之濕度為70%RH～100%RH之範圍內。此情形，能更確實且迅速地檢測出雜質或異物之吸濕導致之電氣性能之變化。
本發明中，維持高於周圍溫度之溫度及高於周圍濕度之濕度之時間，較佳為4小時以上、168小時以內。若為4小時以上，能高精度地檢測出雜質或異物之吸濕導致之電氣性能之變化，若超過168小時，則無法縮短製程所需之時間。
本發明之壓電振動裝置之另一特定形態中，該電氣特性之變化為諧振頻率及/或諧振電阻之變化。是以，在將壓電振動裝置維持在上述高溫、高濕之環境下之後，藉由測定壓電振動元件之諧振頻率及/或諧振電阻，可易於檢測電氣特性之變化。
本發明之壓電振動裝置之製造方法中，在壓電振動元件構裝於基板之狀態下、或在基板上裝載壓電振動元件、IC、及電子零件且使用封裝材進行液密密封之壓電振動裝置之狀態下，維持在高於周圍溫度之溫度及高於周圍濕度之濕度。因此，在雜質及/或異物附著於壓電振動元件時，雜質及/或異物會吸濕，對壓電振動元件之電氣特性、例如諧振特性造成影響。是以，藉由檢測上述諧振特性等之電氣特性之變化，可檢測出雜質及/或異物之附著導致之特性劣化，因此能在製造階段確實將上述壓電振動裝置篩選為不良品。
以下，參照圖式說明本發明之具體實施形態，以了解本發明。
本實施形態中，製造使用為壓電振盪器之壓電振動裝置。首先，以圖3之分解立體圖及圖4之前視剖面圖顯示此壓電振動裝置之構造。壓電振動裝置1具有基板10。基板10係由絕緣性材料、例如氧化鋁等之絕緣性陶瓷或合成樹脂等構成。在基板10之上面形成有配線電極10a,10b。配線電極10a,10b到達設於基板10之角落部之缺口。藉由到達該缺口之配線電極部分，進行與外部之電氣連接。電極10a,10b係由Ag、Cu等之適當金屬或合金構成。
在該基板10上透過導電性接著劑12,12構裝壓電諧振元件20以作為壓電振動元件。
壓電諧振元件20具有矩形板狀之壓電體22。壓電體22在本實施形態中係由水晶構成。尤其，壓電體22亦可藉由其他壓電單晶體或PZT(鋯鈦酸鉛)等之壓電陶瓷形成。
在壓電體22之上面形成有第1諧振電極21。在壓電體22之下面以與第1諧振電極21隔著壓電體22對向之方式形成有第2諧振電極23。
第1、第2諧振電極21,23係形成於壓電體22之一側端面側。上面側之第1諧振電極21具有到達壓電體22下面之電極延伸部。第2諧振電極23之到達壓電體22之端面側之部分，如圖4所示係透過導電性接著劑12接合於配線電極10a。圖4中雖未圖示，但第1諧振電極21之到達壓電體22下面之部分，同樣地透過導電性接著劑12接合於配線電極10b。
參照圖1說明壓電振動裝置1之製造方法。
如圖1之流程圖所示，在步驟S1形成上述壓電諧振元件20。更具體而言，從壓電體晶圓切斷壓電體22，或進行在壓電體晶圓之狀態下藉由研光研磨等將兩面研磨之加工或從壓電體晶圓切斷壓電體22之加工等。又，在壓電體22形成第1、第2之兩面之諧振電極21,23。以此方式，在步驟S1製得壓電諧振元件20。
接著，在步驟S2，在基板10上透過導電性接著劑12構裝壓電諧振元件20。
接著，在步驟S3，進行頻率調整。此頻率調整可藉由下述方式進行，即在壓電諧振元件20之第1、第2諧振電極21,23、尤其是上方之諧振電極21上藉由蒸鍍等附加金屬材料或使用離子槍等。頻率調整之方法本身可適當使用以往周知之頻率調整方法。
接著，在步驟S4，將封裝材15接合於基板10。具體而言，在基板10之上面，在矩形框上形成接著劑層13，接著在矩形框上形成絕緣性材料層14，透過該接著劑層13及絕緣性材料層14接合由金屬構成之封裝材15。該絕緣性材料層14，係為了謀求由金屬構成之封裝材15與基板10上之配線電極10a,10b等之電氣絕緣而設置。是以，在接著劑層13為絕緣性之情形，省略絕緣性材料層14亦可。
又，絕緣性材料層14，如上述，由於為接合封裝材15者，因此與接著劑層13同樣地具有接著作用。接著劑層13可藉由環氧系接著劑等之適當之熱硬化型接著劑、或適當之光硬化型接著劑形成。又，關於絕緣性材料層14，使用絕緣性之適當之接著劑亦可。
封裝材15具有在下方敞開之開口。在此開口內收納壓電諧振元件20，從下方之開口側將封裝材15接合於基板10。是以，在以基板10與封裝材15封閉之空間A封裝壓電諧振元件20。上述接著劑層13及絕緣性材料層14，較佳為，將此空間A液密密封。藉此，能使濕度在密封空間形成後滲入空間內。
此外，上述空間A之密封，除了使用接著劑之方法以外，能使用接縫熔接、玻璃熔接、焊料密封等之適當方法來進行。以此方式，在步驟S4進行封裝體之組裝及密封。
之後，在步驟S5，進行上述空間A之密封狀態之篩選或外觀篩選等之第1篩選步驟。密封狀態之篩選可藉由例如總和洩漏測試、細微洩漏測試等之方法進行。外觀篩選可藉由目視或在顯微鏡下觀察壓電振動裝置1來進行。
在第1篩選步驟判斷為不要者，作為不要品而排除。之後，在第1篩選步驟判斷為良品之壓電振動裝置1，在步驟S6之第2篩選步驟進一步篩選。在第2篩選步驟，在常溫下測定壓電振動裝置1之電氣特性，本實施形態中測定諧振特性。在常溫下測定諧振特性，在測得之諧振電阻為目標之諧振電阻範圍外之情形作為不良品而排除。
本實施形態之特徵為在第2篩選步驟，在高溫、高濕度下維持既定時間，測定雜質或異物之吸濕導致之電氣性能之變化。更具體而言，雜質或異物附著於壓電諧振元件20時，存在於封閉之空間A內之濕氣會被雜質或異物所吸收。其結果，壓電諧振元件20之諧振特性會變化。在高溫、高濕度下將壓電振動裝置1維持既定時間之情形會持續上述吸濕，因此吸濕導致諧振特性大幅變化。測定此諧振特性之變化，更具體而言，測定諧振頻率及諧振電阻之變化，以諧振頻率變化率Δfr(%)={(維持在高溫、高濕度下後之諧振頻率-維持在高溫、高濕度下前之諧振頻率)/維持在高溫、高濕度下前之諧振頻率}×100(%)及諧振電阻變化率ΔCI={(維持在高溫、高濕度下後之電阻-維持在高溫、高濕度下前之電阻)/維持在高溫、高濕度下前之電阻}×100(%)來求出。
其結果，諧振電阻變化率ΔCI及諧振頻率變化率Δfr為既定大小以上之情形，篩選為不良品並排除。
第2篩選步驟之結果，對篩選為良品之壓電振動裝置1進行步驟S7之出貨前之最後檢查並出貨。
根據本實施形態之製造方法，不僅與習知壓電振動裝置之製造方法同樣地，在第1篩選步驟進行密封狀態或外觀篩選等，亦在步驟S6之第2篩選步驟，藉由在上述高溫、高濕度下之諧振電阻變化率及/或諧振頻率變化率進行良品與不良品之篩選。將壓電振動裝置1維持在此高溫、高濕度下既定時間之情形，如上述，存在於上述空間A之濕氣會被附著於壓電諧振元件20之雜質或異物所吸收，導致諧振電阻及/或諧振頻率大幅變化。因此，能以高精度檢測出因雜質或異物之附著導致之特性劣化。
如上述，在壓電振動裝置，雜質或異物附著於壓電諧振元件時，會有由於使用時雜質或異物之吸濕導致諧振特性大幅劣化而無法發現初始性能之情形。相對於此，根據本實施形態之製造方法，在上述第2篩選步驟，能檢測出因雜質或異物之吸濕導致之性能劣化，因此能確實將因雜質或異物之附著在使用時成為不良之壓電振動裝置1篩選為不良品。因此，能將可靠性優異之壓電振動裝置1出貨。
接著，針對在上述高溫、高濕度下之環境維持既定時間之步驟，根據具體實驗例進行說明。
圖2係顯示上述實施形態中，作為高溫、高濕度環境，(1)在125℃、相對濕度40%RH之環境維持24小時之情形、(2)在180℃、相對濕度20%RH之環境維持24小時之情形、以及(3)在85℃、相對濕度85%RH之環境維持24小時之情形之諧振電阻變化率。
在測定時，在維持在高溫、高濕度下之環境前測定諧振電阻，在維持在上述各環境後測定諧振電阻，求出諧振電阻變化率ΔCI。又，將求出上述諧振電阻變化率之各壓電振動裝置1加以分割，調查附著於壓電諧振元件20之雜質或塵埃之詳細情況。圖2中，以◆標記顯示皮膚等來自人體之雜質、以■標記顯示接著劑之硬化物之微細破片等、以╳標記顯示在加工步驟附著之不鏽鋼等之金屬粉末。
亦即，針對多數個壓電振動裝置1求出諧振電阻變化率，之後確認附著有何種雜質或異物。
從圖2可明確得知，僅在(1)之環境、亦即125℃、相對濕度40%RH之環境下維持24小時，不論何種雜質或塵埃附著，諧振電阻變化率皆為小至50%以下。尤其是，在附著有來自接著劑硬化物之破片或金屬粉末之例，諧振電阻變化率幾乎未變化。相對於此，在180℃、相對濕度20%RH維持24小時之情形，相較於(1)之條件之情形，諧振電阻變化率變大。尤其是，附著有接著劑硬化物之破片之情形，相較於(1)之環境之情形，(2)之環境之情形，即使附著有來自人體之雜質之情形，諧振電阻變化率亦變大。尤其，附著有金屬粉等之情形，諧振電阻變化率並不會很大。相對於此，(3)之環境、亦即維持在85℃、相對濕度85%RH之環境之情形，附著有來自人體之雜質、接著劑硬化物之破片、金屬粉末之任一者之壓電振動裝置，諧振電阻變化率皆顯著變大。
是以，相較於(1)及(2)之環境，可知藉由維持在相對濕度85%RH之高之環境，附著有雜質或塵埃之情形之諧振電阻變化率非常大。
因此，本發明中，在第2篩選步驟，將壓電振動裝置1維持在不僅高溫下且高濕度下之環境下，求出諧振電阻變化率，藉此可確實地檢測出各種雜質或異物之附著。
此外，上述實驗例(3)中，雖在85℃、相對濕度85%RH之環境維持24小時，但關於高溫、高濕度下，只要高於周圍溫度之溫度且高於周圍濕度之濕度，雜質或異物即會吸濕，因此相較於與上述實驗例之情形同樣地維持在周圍溫度及與周圍濕度相同之濕度之情形，可更確實地檢測出雜質或異物之附著。尤其是，從上述實驗例明確可知，不僅維持在高溫下，維持在高於周圍濕度之濕度下是重要的。
較佳為，作為高於周圍溫度之溫度以40℃～121℃之範圍為佳。40℃未滿時，與常溫、亦即25℃程度之溫度並無太大溫度差，超過121℃時，構成壓電振動裝置1之材料會有劣化之虞。
又，高濕度較佳為相對濕度70%RH以上100%RH以下之範圍。70%RH未滿時，從上述實驗例明確可知，無法使各種雜質或異物之附著導致之吸濕造成之特性變化變大，尤其是無法使附著有金屬粉末之情形之諧振電阻變化率變大。又，相對濕度超過100%RH時，在壓電諧振元件20產生結露，較不佳。
又，關於維持在上述高溫度及高濕度環境之時間，並不限於上述實驗例之24小時。只要維持在上述環境某個程度之時間，則從上述實驗例亦可推測能使諧振電阻變化率變大。較佳為，4小時以上、168小時以內。4小時未滿時，諧振電阻變化率會有不會變那麼大之情形，超過168小時時，特性篩選步驟之時間變長，會有無法謀求縮短製程之情形。
上述實施形態中，測定諧振特性，求出諧振電阻及諧振頻率之變化率，但不求出諧振電阻而求出反諧振電阻之變化率亦可，又，求出諧振頻率或反諧振頻率之頻率值本身之變化亦可。再者，求出諧振特性以外之電氣特性之變化亦可。不論如何，只要求出雜質或異物附著時因吸濕而變化之適當之電氣特性之變化即可。
又，上述實施形態之製造方法中，藉由封裝材16將壓電諧振元件20加以密封後維持在上述高溫、高濕度下，求出雜質或異物之附著導致之特性變化，但在將封裝材15接合於基板10之前，維持在上述高溫、高濕度下，測定特性之變化亦可。此情形，在將封裝材15接合於基板10之步驟之期間或之後之步驟，會有在空間A內雜質或異物附著之虞，但在其之前之步驟可確實篩選雜質或異物之附著導致之不良品。
尤其，較佳為，如上述實施形態，以將封裝材15接合於基板10時進行上述特性篩選為佳。再者，本發明中製造之壓電振動裝置不具有封裝材15亦可。此情形，只要在將壓電諧振元件20裝載於基板10之狀態下維持在上述高溫、高濕度下之後測定電氣特性之變化率，進行特性篩選即可。
1．．．壓電振動裝置
10．．．基板
10a,10b．．．配線電極
12．．．導電性接著劑
13．．．接著劑層
14．．．絕緣性材料層
15,16．．．封裝材
20．．．壓電諧振元件
21．．．第1諧振電極
22．．．壓電體
23．．．第2諧振電極
圖1係用以說明本發明一實施形態之壓電振動裝置之製造方法的流程圖。
圖2係顯示本發明一實施形態之製造方法中，處在120℃及24小時、180℃及24小時、85℃及相對濕度85%RH之各環境下之壓電振動裝置之諧振電阻變化率的圖。
圖3係以本發明一實施形態之製造方法製得之壓電振動裝置的分解立體圖。
圖4係以本發明一實施形態之壓電振動裝置之製造方法製得之壓電振動裝置的前視剖面圖。

Claims (7)

  1. 一種壓電振動裝置之製造方法，具備：將壓電振動元件構裝於基板之步驟；以及將構裝於該基板之壓電振動元件維持在高於周圍溫度之溫度及高於周圍濕度之濕度環境，檢測雜質或異物之吸濕導致之電氣性能之變化之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之壓電振動裝置之製造方法，其中，在將該壓電振動元件構裝於基板之步驟，進一步將IC及該壓電振動元件以外之電子零件構裝於基板。
  3. 一種壓電振動裝置之製造方法，具備：將壓電振動元件、IC、及該壓電振動元件以外之電子零件裝載於基板之步驟；使用封裝材將在該基板裝載有該壓電振動元件、該IC、及該電子零件之構造液密密封以獲得壓電振動裝置之步驟；將該壓電振動裝置維持在高於周圍溫度之溫度及高於周圍濕度之濕度之步驟；以及於維持在高於該周圍溫度之溫度及高於周圍環境氣氛之濕度之環境之期間或之後，檢測雜質及/或異物之吸濕導致之電氣特性之變化之步驟。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之壓電振動裝置之製造方法，其中，該壓電振動元件，作為壓電振動體具有水晶。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之壓電振動裝置之製造方法，其中，高於該周圍溫度之溫度為40℃～121℃之範圍，高於該周圍濕度之濕度為70%RH～100%RH之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之壓電振動裝置之製造方法，其中，維持高於該周圍溫度之溫度及高於該周圍濕度之濕度之時間為4小時以上、168小時以內。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之壓電振動裝置之製造方法，其中，該電氣特性之變化為諧振頻率及/或諧振電阻之變化。
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