具体实施方式
以下,参照图1至图15,对本发明的一实施方式进行说明。
在本实施方式中,作为具备彼此以层叠状态阳极接合并且在两者之间形成有空腔的基底基板及盖基板和在基底基板中位于空腔内的部分装配的致动片的封装件制品,举例说明压电振动器。
如图1至图5所示,该压电振动器1形成为用基底基板2和盖基板3层叠为2层的箱状,成为在内部的空腔C内收纳了压电振动片(致动片)4的表面安装型。此外,图5中为了便于观看附图而省略了后述的激振电极13、引出电极16、装配电种14及重锤金属膜17的图示。
如图6至图8所示,压电振动片4是用水晶(石英)、钽酸锂或铌酸锂等的压电材料形成的音叉型振动片,在被施加既定的电压时振动。
该压电振动片4具有:平行配置的一对振动腕部10、11;在将该一对振动腕部10、11的基端侧固定成一体的基部12;形成在一对振动腕部10、11的外表面上并使一对振动腕部10、11振动的激振电极13;以及与该激振电极13电连接的装配电极14。此外,本实施方式的压电振动片4在一对振动腕部10、11的两主表面上,具备沿着该振动腕部10、11的长边方向分别形成的沟部15。该沟部15从振动腕部10、11的基端侧形成至大致中间附近。
上述激振电极13是使一对振动腕部10、11在互相接近或分离的方向上以既定的谐振频率振动的电极,在一对振动腕部10、11的外表面,以分别电性切断的状态构图而形成。具体而言,如图8所示,一个激振电极13主要形成在一个振动腕部10的沟部15上和另一振动腕部11的两侧面上,另一激振电极13主要形成在一个振动腕部10的两侧面上和另一振动腕部11的沟部15上。
此外,如图6及图7所示,激振电极13在基部12的两主表面上,分别经由引出电极16而与装配电极14电连接。而且压电振动片4成为经由该装配电极14而被施加电压。此外,上述激振电极13、装配电极14及引出电极16用例如铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)或钛(Ti)等的导电膜的覆膜来形成。
此外,在一对振动腕部10、11的前端,覆膜了用于调整(频率调整)的重锤金属膜17,以使自身的振动状态在既定的频率范围内振动。此外,该重锤金属膜17被分为在粗调频率时使用的粗调膜17a和在微调时使用的微调膜17b。通过利用这些粗调膜17a及微调膜17b进行频率调整,能够使一对振动腕部10、11的频率落在器件的标称频率的范围内。
如图2、图3及图5所示,这样构成的压电振动片4利用金等的凸点(bump)B,在基底基板2的上表面凸点接合。更具体地说,在后述的迂回电极28上所形成的2个凸点B上,以使一对装配电极14分别接触的状态被凸点接合。由此,压电振动片4成为从基底基板2的上表面浮起的状态被支撑,并且分别电连接装配电极14和迂回电极28的状态。
上述盖基板3是用玻璃材料例如碱石灰玻璃构成的透明绝缘基板,如图1、图3、图4及图5所示,形成为板状。而且,在盖基板3中接合基底基板2的接合面,形成有收纳压电振动片4的俯视时矩形状的凹部3a。该凹部3a在叠合两基板2、3时,成为收容压电振动片4的空腔C。而且,由于盖基板3和基底基板2被阳极接合,所以该凹部3a被基底基板2闭塞。
上述基底基板2是与盖基板3同样用玻璃材料例如碱石灰玻璃构成的透明绝缘基板,如图1至图5所示,以能与盖基板3叠合的大小形成为板状。在该基底基板2形成有贯通该基底基板2的一对贯通孔25。一对贯通孔25形成为被收纳于空腔C内。更详细地说,形成为使一个贯通孔25位于所装配的压电振动片4的基部12一侧,并使另一贯通孔25位于振动腕部10、11的前端侧。
此外,图示的例中,举例说明在基底基板2的板厚方向的整个区域中具有相等的内径的贯通孔25,但并不限于该情况,例如形成为具有沿着所述板厚方向直径逐渐缩小或扩大的内径的锥状也可。不管怎样,只要贯通基底基板2即可。
而且,在这些一对贯通孔25中分别埋设有贯通电极26。这些贯通电极26完全堵塞贯通孔25而维持空腔C内的气密,并且使后述的外部电极29与迂回电极28导通。在基底基板2中接合盖基板3的接合面,利用例如铝等的导电材料,构图阳极接合用的接合膜27和一对迂回电极28。其中接合膜27以包围该凹部3a周围的方式配置在盖基板3的接合面中的凹部3a的非形成部分的大致整个区域。
此外,一对迂回电极28被构图成为使一对贯通电极26之中,一个贯通电极26与压电振动片4的一个装配电极14电连接,并且使另一贯通电极26与压电振动片4的另一装配电极14电连接。更详细地说,如图2及图5所示,一个迂回电极28形成在一个贯通电极26的正上方,以位于压电振动片4的基部12的正下方。此外,另一迂回电极28形成为从与一个迂回电极28邻接的位置沿着振动腕部11迂回到前端侧后,位于另一贯通电极26的正上方。
而且,在这些一对迂回电极28上形成有凸点B,利用该凸点B装配压电振动片4。由此,压电振动片4的一个装配电极14经由一个迂回电极28而与一个贯通电极26导通,并且另一装配电极14经由另一迂回电极28而与另一贯通电极26导通。
此外,在基底基板2中与所述接合面相反一侧的表面,如图1、图3及图5所示,形成有与一对贯通电极26分别电连接的外部电极29。也就是说,一个外部电极29经由一个贯通电极26及一个迂回电极28而与压电振动片4的一个激振电极13电连接。此外,另一外部电极29经由另一贯通电极26及另一迂回电极28而与压电振动片4的另一激振电极13电连接。
在使这样构成的压电振动器1动作时,对形成在基底基板2的外部电极29施加既定的驱动电压。由此,能够使电流在压电振动片4的激振电极13中流过,并能使一对振动腕部10、11在接近或分离的方向上以既定的频率振动。再者,利用该一对振动腕部10、11的振动,能够作为时刻源、控制信号的定时源或参考信号源等加以利用。
接着,参照图9所示的流程图,对利用基底基板用圆片40和盖基板用圆片50一次性制造多个上述压电振动器1的方法进行说明。
首先,进行压电振动片制作工序制作图6到图8所示的压电振动片4(S10)。
具体而言,首先将未加工的朗伯(Lambert)水晶以既定角度切片而做成一定厚度的圆片。接着,研磨该圆片而进行粗加工后,通过蚀刻来除去加工变质层,其后进行抛光(polish)等的镜面研磨加工,做成既定厚度的圆片。接着,对圆片进行清洗等的适当的处理后,利用光刻技术,以压电振动片4的外形形状对该圆片进行构图,并且进行金属膜的成膜及构图,形成激振电极13、引出电极16、装配电极14及重锤金属膜17。由此,能够制作出多个压电振动片4。
此外,在制作压电振动片4之后,先进行谐振频率的粗调。这是通过对重锤金属膜17的粗调膜17a照射激光使一部分蒸发,从而使重量发生变化来进行的。由此,能够使频率落在比目标的标称频率稍宽的范围。此外,关于更高精度地调整谐振频率,使频率最终落在标称频率的范围内的微调,是在装配后进行的。对此将在后面进行说明。
其次,进行将在后面成为盖基板3的盖基板用圆片50制作到刚要进行阳极接合之前的状态的第一圆片制作工序(S20)。
首先,形成将碱石灰玻璃研磨加工到既定的厚度并加以清洗后,如图10所示,利用蚀刻等来除去最外表面的加工变质层的圆板状的盖基板用圆片50(S21)。在图示的例中,盖基板用圆片50形成为俯视时圆形状,并且在该圆片50的外周部,形成有沿着连接其外周缘上的二点的直线(弦)被切断的基准标记部A1。
其次,进行在盖基板用圆片50的接合面形成多个空腔C用的凹部3a的凹部形成工序(S22),并且进行形成沟22的沟形成工序(S23)。
凹部3a形成在盖基板用圆片50的接合面中、位于外周缘部50b的径向内侧的部分(以下,称为制品区域)50c。此外,凹部3a在制品区域50c中沿一个方向隔开间隔地形成多个,并且在与该一个方向正交的另一方向上隔开间隔而形成多个。此外,在图示的例中,凹部3a形成为在盖基板用圆片50的接合面中遍及除外周缘部50b以外的大致整个区域。
沟22从盖基板用圆片50的接合面中的径向中央部向径向外侧延伸,并到达制品区域50c的外侧即所述外周缘部50b。在本实施方式中,沟22在该圆片50的中心周围以等间隔隔开地形成多个,以在盖基板用圆片50的接合面上呈辐射状。此外,沟22的径向外端22a位于盖基板用圆片50的外周缘的径向内侧。而且,沟22的宽度,成为俯视时形成为矩形状的凹部3a的长边方向上的长度以下。
在此,在盖基板用圆片50的外周缘部50b中,在径向上夹着该圆片50的中心而互相相反的各位置,形成有插入后述的阳极接合装置30的定位用销的定位孔50d。
这时,通过蚀刻加工盖基板用圆片50来同时形成凹部3a和沟22也可。此外,利用夹具,一边加热盖基板用圆片50,一边从上下挤压,从而同时形成凹部3a和沟22也可。而且,通过在盖基板用圆片50上的必要部位网版印刷玻璃膏,从而同时形成凹部3a和沟22也可。无论是何种方法都可以。
在该时刻,结束第一圆片制作工序。
接着,在与上述工序同时或者在前后的定时,进行将在后面成为基底基板2的基底基板用圆片40制作到刚要阳极接合之前的状态的第二圆片制作工序(S30)。
首先,形成将碱石灰玻璃研磨加工到既定的厚度并加以清洗后,利用蚀刻等来除去最外表面的加工变质层的圆板状的基底基板用圆片40(S31)。基底基板用圆片40如图13所示,俯视时形成为圆形状,并且在该圆片40的外周部形成有沿着连接其外周缘上的二点的直线(弦)被切断的基准标记部A2。此外,在基底基板用圆片40的外周缘部40b中,在径向夹持该圆片40的中心并且彼此相反的各位置,形成有被插入后述的阳极接合装置30的定位用销的定位孔40d。
接着,如图11所示,进行形成多个贯通基底基板用圆片40的一对贯通孔25的贯通孔形成工序(S32)。
此外,图11所示的虚线M示出在后面进行的切断工序中切断的切断线。此外,贯通孔25例如用喷射法或利用夹具的压力加工等来形成。
在此,一对贯通孔25形成在这样的位置,即,在后面叠合两圆片40、50时,形成在盖基板用圆片50的凹部3a内各自被收纳的位置,且一个贯通孔25配置在后面装配的压电振动片4的基部12侧,并且另一贯通孔25配置在振动腕部11的前端侧的位置。在图示的例中,一对贯通孔25形成在基底基板用圆片40的接合面中、位于外周缘部40b的径向内侧的部分(以下,称为制品区域)40c。此外,一对贯通孔25在制品区域40c中沿一个方向隔开间隔而形成多个,并且在与该一个方向正交的另一方向上隔开间隔而形成多个。此外,在图示的例中,一对贯通孔25在基底基板用圆片40的接合面中,形成在遍及除了外周缘部40b以外的大致整个区域。
接着,进行用未图示的导电体填埋一对贯通孔25,形成一对贯通电极26的贯通电极形成工序(S33)。接着,进行在基底基板用圆片40的接合面对导电材料进行构图,如图12及图13所示,形成接合膜27的接合膜形成工序(S34),并且进行形成多个与一对贯通电极26分别电连接的迂回电极28的迂回电极形成工序(S35)。经以上工序,成为一个贯通电极26与一个迂回电极28导通,并且另一贯通电极26与另一迂回电极28导通的状态。
在此,接合膜27在基底基板用圆片40的接合面中,不形成在与位于盖基板用圆片50的所述外周缘部50b之中沟22的径向外端22a与该圆片50的外周缘之间的部分50a叠合的位置。
在该时刻结束第二圆片制作工序。
此外,图12及图13所示的虚线M示出在后面进行的切断工序中切断的切断线。此外,图13中省略了接合膜27的图示。
而且,在图9中工序顺序为在接合膜形成工序(S34)之后,进行迂回电极形成工序(S35),但与之相反地,在迂回电极形成工序(S35)之后进行接合膜形成工序(S34)也可,而且也可以同时进行两工序。不管是何种工序顺序,都能发挥相同的作用效果。因而,可根据需要适宜变更工序顺序。
接着,进行将所制作的多个压电振动片4分别经由迂回电极28凸点接合至基底基板用圆片40的表面的装配工序(S40)。首先,在一对迂回电极28上分别形成金等的凸点B。然后,将压电振动片4的基部12承载于凸点B上后,一边将凸点B加热到既定温度,一边将压电振动片4按压到凸点B上。由此,压电振动片4被机械支撑于凸点B上,并且电连接装配电极14和迂回电极28。因而,在该时刻压电振动片4的一对激振电极13成为与一对贯通电极26分别导通的状态。特别是,压电振动片4被凸点接合,因此以从基底基板用圆片40的接合面浮起的状态被支撑。
接着,将基底基板用圆片40及盖基板用圆片50设置在阳极接合装置30中。
在此,如图14所示,阳极接合装置30具备用导电材料形成的下夹具31、利用加压单元32能相对下夹具31进退地支撑的上夹具33、和电连接设置在上夹具33的基底基板用圆片40的接合膜27与下夹具31的通电单元34,配置在未图示的真空腔内。
然后,以使凹部3a朝着上夹具33开口的状态将盖基板用圆片50设置在下夹具31,且以使压电振动片4与盖基板用圆片50的凹部3a对置的状态将基底基板用圆片40设置在上夹具33。这时,以在基底基板用圆片40及盖基板用圆片50分别形成的基准标记部A1、A2为指标,向形成在各圆片40、50的定位用孔40d、50d插入设于阳极接合装置30的未图示的定位用销,从而将各圆片40、50分别沿着沿面方向对位。
其后,进行叠合工序(S50),即,驱动加压单元32,使上夹具33朝着下夹具31前进移动,使基底基板用圆片40的压电振动片4进入盖基板用圆片50的凹部3a内,将这些两圆片40、50叠合。由此,装配在基底基板用圆片40的压电振动片4成为被收容于两圆片40、50彼此之间所形成的空腔C内的状态。
接着,进行在既定的温度下施加既定的电压而阳极接合的接合工序(S60)。具体而言,利用通电单元34来对基底基板用圆片40的接合膜27与下夹具31之间施加既定的电压。这样,在接合膜27与盖基板用圆片50的接合面的界面上产生电化学反应,使两者分别牢固地密合而被阳极接合。由此,能够将压电振动片4密封于空腔C内,并能得到基底基板用圆片40和盖基板用圆片50接合的图15所示的圆片接合体60。
这时,位于盖基板用圆片50的所述外周缘部50b之中沟22的径向外端22a与该圆片50的外周缘之间的部分50a,与基底基板用圆片40的所述外周缘部40b维持非接合的状态。
此外,在图15中为了便于观看附图而示出分解圆片接合体60的状态,并从基底基板用圆片40省略了接合膜27的图示。此外,图15所示的虚线M示出在后面进行的切断工序中切断的切断线。
可是,在进行阳极接合之际,形成在基底基板用圆片40的贯通孔25因贯通电极26而被完全堵塞,因此空腔C内的气密不会通过贯通孔25而受到损失。
而且,在结束上述阳极接合之后,进行外部电极形成工序(S70),即,在基底基板用圆片40中与接合盖基板用圆片50的接合面相反侧的表面上对导电材料进行构图,形成多个与一对贯通电极26分别电连接的一对外部电极29。通过该工序,能够利用外部电极29来使密封于空腔C内的压电振动片4动作。
接着,进行微调工序(S90),即,在圆片接合体60的状态下,微调密封于空腔C内的各个压电振动片4的频率,使该频率落在既定的范围内。具体地说,向外部电极29施加电压而使压电振动片4振动。然后,一边测量频率,一边通过盖基板用圆片50从外部照射激光,使重锤金属膜17的微调膜17b蒸发。由此,一对振动腕部10、11的前端侧的重量发生变化,因此能够微调压电振动片4的频率,使之落在标称频率的既定范围内。
在结束频率的微调之后,进行沿着图15所示的切断线M切断已接合的圆片接合体60而小片化的切断工序(S100)。其结果,能够一次性制造多个在互相阳极接合的基底基板2与盖基板3之间所形成的空腔C内密封有压电振动片4的、图1所示的表面安装型的压电振动器1。
此外,进行切断工序(S100)而小片化为各个压电振动器1后,进行微调工序(S90)的工序顺序也可。但是,如上所述,通过先进行微调工序(S90),能够在圆片接合体60的状态下进行微调,因此能够更加有效率地微调多个压电振动器1。因而,能够提高生产率,所以更加优选。
其后,进行内部的电特性检查(S110)。即,测定压电振动片4的谐振频率、谐振电阻值、驱动电平特性(谐振频率及谐振电阻值的激振电力依赖性)等并加以核对。此外,一并核对绝缘电阻特性等。而且,最后进行压电振动器1的外观检查,对尺寸和质量等进行最终核对。由此结束压电振动器1的制造。
如以上说明的那样,依据本实施方式的压电振动器1的制造方法,由于在盖基板用圆片50形成有沟22,所以在接合两圆片40、50时通过沟22而容易将在这些圆片40、50之间产生的氧气从两圆片40、50间向外部释放,并能抑制形成空腔C内的真空度低的压电振动器1。
此外,沟22形成在具有凹部3a的盖基板用圆片50,因此在利用例如压力加工或蚀刻加工等来形成凹部3a之际能同时形成沟22,从而能够有效率地形成该圆片50。
而且,由于沟22的径向外端22a位于盖基板用圆片50的外周缘的径向内侧,因此能够抑制该圆片50的强度比在该圆片50形成沟22时更加下降,能够防止该圆片50的操作性降低。
此外在本实施方式中,由于不接合盖基板用圆片50的所述外周缘部50b之中位于沟22的径向外端22a与该圆片50的外周缘之间的部分50a和基底基板用圆片40的所述外周缘部40b,所以能够通过它们之间的微小间隙切实地从两圆片40、50之间向外部释放沟22内的所述氧气。
而且在本实施方式中,在盖基板用圆片50的接合面以辐射状配置有沟22,因此能够将在接合时两圆片40、50之间产生的氧气切实地从这些圆片40、50之间向外部释放。
此外在本实施方式中,沟22的宽度成为俯视时形成为矩形状的凹部3a的长边方向的长度以下,因此能够容易宽松地确保盖基板用圆片50中能形成凹部3a的制品区域50c,并能增多一次性能形成的压电振动器1的个数,即能提高成品率。
此外,本发明的技术范围并不限于上述实施方式,在不超出本发明的宗旨的范围内可做各种变更。
在上述实施方式中,在盖基板用圆片50形成沟22,但也可以在基底基板用圆片40形成。
此外,在上述实施方式中,使盖基板用圆片50的所述外周缘部50b之中位于沟22的径向外端22a与该圆片50的外周缘之间的部分50a和基底基板用圆片40的所述外周缘部40b处于非接合状态,但使它们接合也可。
而且,在上述实施方式中,使沟22的径向外端22a位于盖基板用圆片50的外周缘的径向内侧,但使沟22的径向外端22a到达盖基板用圆片50的外周缘也可。
进而,取代上述实施方式所示的沟22而形成例如贯通的狭缝也可。
此外,在上述实施方式中,凸点接合了压电振动片4,但并不限于凸点接合。例如,用导电粘接剂来接合压电振动片4也可。但是,通过进行凸点接合,能够使压电振动片4从基底基板2上浮起,能够自然地确保振动所需要的最低限的振动间隙。因而,在这一点上,优选进行凸点接合。
而且,在上述实施方式中,作为封装件制品示出压电振动器1,但并不限于此,例如可以适宜变更。
此外,在不超出本发明的宗旨的范围内,可以用众所周知的构成要素适当地替换上述实施方式中的构成要素,此外,也可以适当组合上述的变形例。
产业上的利用可能性
能够易于向外部释放在接合二个圆片时两圆片间产生的氧气。