振子以及振荡器的制作方法

1.本发明涉及振子以及振荡器。


背景技术：

2.在专利文献1中记载了在封装内具有作为at切石英基板的振动片的振动器件。在该振动片中，在上下面分别形成激励电极和电极焊盘，在各个面上，激励电极和电极焊盘通过引线电极电连接。在封装中设置有两个电极端子，其中一个电极端子与形成在振动片的下表面的电极焊盘电连接，并且在被一处支承的状态下固定振动片。另外，另一方的电极端子通过接合线与形成在振动片的上表面的电极焊盘电连接。
3.专利文献1：日本特开2015
‑
53355号公报
4.在专利文献1所记载的结构中，振动片在宽度方向的中央部的一点处被支承于封装，振动片的角部等振动片的外周缘的附近没有被固定。因此，存在外周缘附近所产生的轮廓振动引起的寄生增大，频率特性恶化的问题。这里，轮廓振动是指振动片的面内方向的剪切振动，是振动频率由振动片的尺寸决定的寄生振动，在外周缘产生较大的振幅。
5.另外，即使是在振动片的下表面配置两个电极焊盘并在两点处进行支承的结构，在两个电极焊盘的双方排列在振动片的宽度方向的中央部的情况下，也可能产生同样的问题。


技术实现要素：

6.振子具有：振动元件，其具有激励部和固定部，该激励部在两主面配置有激励电极，激励出厚度剪切振动，该固定部经由布线部与至少一方的所述激励电极电连接；振动衰减体，其配置在所述振动元件的至少一方的所述主面上；以及支承基板，其具有连接电极，该连接电极经由接合材料与所述固定部电连接，并支承所述振动元件，所述振动衰减体配置在比所述激励电极靠所述固定部侧处，并且在与所述激励电极和所述固定部排列的方向垂直的方向上，配置在比所述固定部靠所述振动元件的外周缘侧处。
7.振荡器具有：上述的振子；振荡电路，其与所述激励电极电连接，输出振荡信号；以及封装，其收纳所述振子和所述振荡电路，具有与所述振荡电路电连接的外部连接端子。
附图说明
8.图1a是表示第1实施方式的振子的内部的俯视图。
9.图1b是图1a的a
‑
a线处的剖视图。
10.图2是表示第2实施方式的振子的内部的俯视图。
11.图3是表示第3实施方式的振子的内部的俯视图。
12.图4a是表示第4实施方式的振子的内部的俯视图。
13.图4b是图4a的b
‑
b线处的剖视图。
14.图5a是表示第5实施方式的振荡器的内部的俯视图。
15.图5b是图5a的c
‑
c线处的剖视图。
16.标号说明
17.1、1a、1b、1c：振子；10、10c：振动片；12、12c：元件基板；14、15、14c、15c：激励电极；16、17、16c、17c：引线电极；18、19、18c、19c：电极焊盘；40：安装端子；42、43、42c、43c：电极端子；50：封装；52：第1基板；54：第2基板；58：盖体；60：腔室；70：接合部件；72：接合线；74、75、76：接合材料；81、82：台面结构；85：振动区域；91、92、93：振动衰减部件；101：振荡器；143、144、146：连接端子；145：安装端子；150：封装；151：第3基板；152：第4基板；153：密封环；155：接合材料；156：接合线；157：盖体；158：腔室；160：ic芯片。
具体实施方式
18.1.第1实施方式
19.以下，参照附图说明第1实施方式的振子。
20.图1a和图1b是第1实施方式的振子1的概略结构图，图1a是表示振子1的内部的俯视图，图1b是图1a的a
‑
a线处的剖视图。另外，在图1a中，为了便于说明振子1的内部结构，示出了取下盖体58后的状态。另外，在以下所示的各图中，为了便于说明，作为相互垂直的3个轴，图示了构成振子1的元件基板12的晶轴即x轴、y'轴以及z'轴。进而，为了便于说明，将沿着y'轴的正方向的面作为上表面、沿着y'轴的负方向的面作为下表面来进行说明。
21.如图1a和图1b所示，第1实施方式的振子1包含作为振动元件的振动片10、封装50、盖体58和接合部件70。封装50是上方开口的箱状的部件，振动片10被收容并固定在封装50的内部。在封装50的上部，通过接合部件70接合盖体58来封闭开口。
22.振动片10具有矩形的元件基板12，该元件基板12在俯视时具有与x轴平行的两条长边和与z'轴平行的两条短边。振动片10具有：激励电极14、15，它们形成为与元件基板12的中央上下面分别相对；电极焊盘18、19，它们形成为与元件基板12的端部上下面分别相对；以及作为布线部的引线电极16、17，它们为了将激励电极14、15与电极焊盘18、19分别电连接而形成。激励电极14、15占据元件基板12的宽范围，电极焊盘18、19配置在基板12的沿z'轴的方向的大致中央，并且在激励电极14、15的沿x轴的负侧。即，在沿着x轴的方向上排列配置激励电极14、15和电极焊盘18、19。
23.封装50是将安装端子40、作为支承基板的第1基板52和第2基板54层叠而形成的。安装端子40配备在第1基板52的下表面。另外，在第1基板52的上表面的规定位置，设置有经由未图示的贯通电极或层间布线与安装端子40电连接的作为连接电极的多个电极端子42、43。配置在第1基板52上的第2基板54是除去了中央部的环状体，形成作为用于收容振动片10的空间的腔室60。
24.收容在封装50中的振动片10固定在第1基板52上。具体地说，在振动片10的元件基板12的下表面形成的电极焊盘18经由聚酰亚胺类的导电性粘接剂等的接合材料74，与在第1基板52的上表面形成的电极端子42电连接。通过该连接，振动片10以被一处支承的状态，固定在第1基板52的电极端子42上。这里，电极焊盘18相当于固定电极，作为用于将振动片10固定在第1基板52上的固定部发挥功能。另外，在元件基板12的上表面形成的电极焊盘19和在第1基板52的上表面形成的电极端子43通过由金线或铝线等金属构成的接合线72电连接。这样，利用接合材料74在1处支承的状态下固定振动片10，由此具有如下效果：能够降低
由于施加在振动片10上的接合材料74的硬化时的变形、或与封装50的线膨胀系数差引起的变形等而产生的应力。
25.通过接合部件70将盖体58接合在封装50的第2基板54上，来封闭收容振动片10的腔室60。盖体58例如是由玻璃、陶瓷或金属等构成的板状的部件，接合部件70例如是硅酮类的粘接剂。
26.在腔室60内，与氮或氩等惰性气体一起气密密封有由碳、氢、氟和氧的组合构成的分子气体(例如二氟二甲基醚(c2h4f2o)、甲基九氟丁醚(c5h3f9o)或乙基九氟丁基醚(c6h5f9o)等气体)。腔室60内成为压力比外部环境高的正压环境。
27.在收容有振动片10的腔室60内封入由碳、氢、氟和氧的组合构成的分子的气体，且使腔室60内为正压环境，由此在接合部件70、第1基板52与第2基板54的层叠部产生的细微的间隙能够通过被分子量大的气体施加压力而封闭。因此，能够防止水蒸气从外部浸入，确保高气密性。
28.另外，关于从固定了振动片10的接合材料74产生的逸气，由于腔室60内为正压环境，所以具有能够防止逸气产生的效果。
29.并且，二氟二甲基醚、甲基九氟丁醚或乙基九氟丁基醚等气体是没有热分解的化学稳定的气体，因此具有能够稳定地维持腔室60内的正压环境的效果。
30.另外，对封装50和盖体58进行接合的接合部件70不限于硅酮类的粘接剂，也可以是环氧类、丙烯酸类、双马来酰亚胺类或聚酰亚胺类的粘接剂。
31.另外，作为封入腔室60的由碳、氢、氟和氧的组合构成的分子的气体，示出了二氟二甲基醚、甲基九氟丁醚或乙基九氟丁基醚等，但不限于此。但是，优选为分子量大且没有由热分解的化学稳定的由c
n
h
m
f
(2n
‑
m 2)
o的分子式表示的气体。
32.设置于振动片10的激励电极14、15、引线电极16、17以及电极焊盘18、19是在元件基板12上首先将铬等成膜、接着在铬上层叠金等而形成的。该铬或金的电极膜通过利用真空蒸镀法或溅射法等使用金属掩模的方法、或者在元件基板12的整个面上成膜后利用光刻法进行金属蚀刻的方法等形成为期望的形状。另外，用于提高元件基板12与金的电极膜的紧贴性的电极膜的形成材料不限于铬，也可以是镍铬合金或镍。另外，为了得到稳定的振动特性或长期稳定性所需要的电极膜的形成材料不限于金，也可以是铂或银。
33.构成振动片10的元件基板12为压电材料、例如石英，具有相互垂直的晶轴x、y、z，是沿着使xz面绕x轴旋转了规定的角度θ的平面切出的旋转y切石英基板，该xz面包含x轴和z轴。本实施方式中的元件基板12是角度θ为大致35
°
15'的被称为at切石英基板的基板，具有相互垂直的晶轴x、y'、z'。at切石英基板的厚度方向的轴为y'轴，与y'轴垂直的xz'面为主面，被激励出具有沿着x轴的位移的厚度剪切振动作为主振动。即，在本实施方式中，元件基板12的上下面为主面，在主面上配置有激励电极14、15的区域，即激励出厚度剪切振动的区域相当于激励部。
34.另外，元件基板12在上下两主面的中央部分别形成有凸状的台面结构81、82。通过采用该结构，能够更高效地将能量封闭在激励部中，能够实现高的q值。另外，不限于台面结构81、82，也可以是平板结构或凹状的反向台面结构。
35.本实施方式中的元件基板12不限于角度θ为大致35
°
15'的at切石英基板，也可以是角度θ大致为
‑
49
°
且以厚度剪切振动模式进行激励的bt切石英基板、或绕x轴和z轴旋转
而切出的2次旋转石英基板(即、sc切石英基板)等。
36.另外，本实施方式中的封装50的第1基板52以及第2基板54由具有绝缘性的陶瓷材料构成。作为这样的形成材料，没有特别限定，例如能够使用氧化铝、二氧化硅、氧化锆等氧化物类陶瓷、氮化硅、氮化铝、氮化钛等氮化物类陶瓷、碳化硅等碳化物类陶瓷等。另外，设置在第1基板52上的各端子、或者将它们电连接的电极布线或贯通电极等如下形成：将钨、钼等金属布线材料丝网印刷到基板上并烧制，再在其上实施镍、金等的镀覆。
37.并且，为了缓和由于振动片10和封装50的线膨胀系数的不同而产生的变形，对振动片10和封装50进行接合的接合材料74使用了杨氏模量小、且具有导电性的聚酰亚胺类的粘接剂，但并不限定于此，也可以是硅酮类、双马来酰亚胺类以及环氧类的导电性粘接剂。
38.另外，考虑到接合性，也可以是杨氏模量比上述粘接剂大的金或焊料凸块等。
39.如图1a所示，在振动片10的上表面、即元件基板12的上侧主面，在比激励电极14、15靠电极焊盘18、19侧的区域，即比激励电极14、15靠沿着x轴的负侧的区域，配置有作为振动衰减体的振动衰减部件91、92。具体地说，在沿着z'轴的方向上，振动衰减部件91、92配置在比电极焊盘18、19靠振动片10的外周缘侧处，该z'轴与沿着激励电极14、15和电极焊盘18、19所排列的x轴的方向垂直。振动衰减部件91、92是为了抑制寄生而涂敷的部件，使用弹性模量比元件基板12小的部件、例如硅酮类的粘接剂。这里，在比电极焊盘18、19靠沿z'轴的正方向的外周缘侧处配置的振动衰减部件91相当于第1振动衰减部件，在隔着电极焊盘18、19与沿着z'轴的正方向的外周缘相对的沿着z'轴的负方向的外周缘侧处配置的振动衰减部件92相当于第2振动衰减部件。
40.振动衰减部件91、92配置成覆盖振动片10的外周缘。具体地说，振动衰减部件91配置在振动片10的沿着x轴的负侧端部，并且配置成覆盖沿z'轴的正侧端部的外周角部，振动衰减部件92配置在振动片10的沿x轴的负侧端部，并且配置成覆盖沿z'轴的负侧端部的外周角部。另外，在从沿着y'轴的方向观察的俯视时，振动衰减部件91与引线电极17的至少一部分重叠，振动衰减部件92与引线电极16的至少一部分重叠。
41.另外，振动衰减部件91、92的位置并不限定于覆盖振动片10的外周缘的位置，在沿着z'轴的方向上，也可以在比外周缘靠内侧、即靠电极焊盘18侧，也不是一定与引线电极16、17重叠。另外，振动衰减部件91、92可以相对于x轴不对称地配置，还可以仅配置任意一方。另外，配置振动衰减部件91、92的面不限于上表面，也可以是下表面，还可以配置在上下两面。例如，也可以是，以振动衰减部件91、92覆盖引线电极16、17的方式，将沿z'轴的正侧的振动衰减部件91配置在上表面，将沿z'轴的负侧的振动衰减部件92配置在下表面。
42.另外，振动衰减部件91、92不限于硅酮类的粘接剂，也可以是环氧类、丙烯酸类、双马来酰亚胺类或聚酰亚胺类的粘接剂。
43.振动衰减部件91、92的大小能够比较自由地设定。例如，如果元件基板12的长边约为1800μm，则振动衰减部件91、92的大小可以为50μm以上300μm以下。
44.如以上说明的那样，本实施方式中，在振动片10的主面上，在比电极焊盘18靠沿z'轴的方向的外周缘侧处配置了振动衰减部件91、92，该电极焊盘18将振动片10固定在第1基板52上。作为振动衰减部件91、92，配置弹性模量小于元件基板12的部件，由此具有以下效果：抑制寄生的热弹性损失由于其自身的变形而增大，从而抑制寄生。因此，能够抑制在未被固定于第1基板52的振动片10的外周缘部产生的轮廓振动，能够实现寄生的影响小的高
精度的频率特性。
45.另外，根据本实施方式，由于在振动片10的外周角部配置了振动衰减部件91、92，所以在上述效果的基础上，具有还能够抑制振动片10的沿着x轴的负侧的端面中的寄生的反射波的效果。
46.另外，根据本实施方式，从沿着y'轴的方向观察时，使振动衰减部件91、92以与引线电极16、17重叠的方式配置。这样抑制了从激励电极14、15向引线电极16、17泄漏的振动，由此防止振动沿着电极焊盘18向外部漏出，具有提高q值的效果。
47.另外，根据本实施方式，在元件基板12的沿z'轴的正侧端部和沿z'轴的负侧端部的双方配置有振动衰减部件91、92，与只配置在一方端部的情况相比，能够得到更大的寄生抑制效果。
48.另外，根据本实施方式，因为元件基板12是at切石英基板，所以能够得到频率
‑
温度特性优异的振子1。
49.2.第2实施方式
50.接着，说明第2实施方式的振子。另外，对于与第1实施方式相同的结构，使用同一标号，省略重复的说明。
51.图2是表示第2实施方式的振子1a的内部的俯视图，示出了取下盖体58后的状态。
52.在本实施方式中，振动衰减部件91、92与第1实施方式不同，不是配置在振动片10的外周角部，而是配置在从沿着x轴的负侧端部向沿着x轴的正侧移位后的位置处。另外，与第1实施方式同样，振动衰减部件91、92配置在覆盖振动片10的沿z'轴的方向两侧的外周缘，且在俯视时与引线电极16、17的至少一部分重叠的位置处。
53.另外，与第1实施方式同样，振动衰减部件91、92的位置并不限定于覆盖振动片10的外周缘的位置，在沿着z'轴的方向上，也可以在比外周缘靠内侧、即靠电极焊盘18侧，也不是一定与引线电极16、17重叠。另外，振动衰减部件91、92可以相对于x轴不对称地配置，还可以仅配置任意一方。另外，配置振动衰减部件91、92的面不限于上表面，也可以是下表面，还可以配置在上下两面。
54.通过设为这样的结构，与第1实施方式同样，具有如下效果：能够抑制在未被固定于第1基板52的振动片10的外周缘部产生的轮廓振动，能够得到寄生的影响小的高精度的频率特性。
55.3.第3实施方式
56.接着，说明第3实施方式的振子。另外，对于与第1实施方式相同的结构，使用同一标号，省略重复的说明。
57.图3是表示第3实施方式的振子1b的内部的俯视图，示出了取下盖体58后的状态。
58.在本实施方式中，作为振动衰减体，在振动片10的上表面配置有一个振动衰减部件93。具体地说，振动衰减部件93在振动片10的上表面，配置在激励电极15和电极焊盘19之间，且以沿着z'轴延伸的方式配置。换言之，振动衰减部件93是将第2实施方式中的两个振动衰减部件91、92一体化后的结构。但是，本实施方式的振动衰减部件93未到达振动片10的沿着z'轴的方向两侧的外周缘，而收敛于外周缘的内侧。另外，振动衰减部件93配置在俯视时与双方的引线电极16、17的至少一部分重叠的位置处。
59.另外，振动衰减部件93也可以配置成覆盖振动片10的沿着z'轴的方向两侧的外周
缘，也不是一定与引线电极16、17重叠。另外，配置振动衰减部件93的面不限于上表面，也可以是下表面，还可以配置在上下两面。
60.根据该结构，能够得到与第1实施方式以及第2实施方式相同的效果。并且，由于振动衰减体被一体化，所以能够简化形成振动衰减体的工序。
61.4.第4实施方式
62.接着，说明第4实施方式的振子。另外，对于与第1实施方式相同的结构，使用同一标号，省略重复的说明。
63.图4a和图4b是第4实施方式的振子1c的概略结构图，图4a是表示振子1c的内部的俯视图，图4b是图4a的b
‑
b线处的剖视图。在图4a中，示出了取下盖体58后的状态。
64.第4实施方式的振子1c对应于高频化，具有在元件基板12c的下表面的中央部形成有凹状的振动区域85的振动片10c。在形成于上下面的激励电极14c、15c中，下表面侧的激励电极14c配置在振动区域85的顶面。
65.在本实施方式中，振动片10c所具有的两个电极焊盘18c、19c在元件基板12c的下表面的沿着z'轴的方向的大致中央，在沿着x轴的方向上排列配置。具体地说，在下表面的激励电极14c的沿着x轴的负侧形成电极焊盘18c，在沿着该x轴的更负侧形成电极焊盘19c。从振动片10c的两主面的激励电极14c、15c朝向沿着x轴的负方向延伸出一对引线电极16c、17c。下表面侧的引线电极16c向沿着x轴的负方向延伸而与电极焊盘18c电连接。另外，上表面侧的引线电极17c向沿着x轴的负方向延伸，经过端面折返到下表面侧，与电极焊盘19c电连接。
66.在第1基板52的上表面，设置有沿着x轴排列的电极端子42c、43c，在电极端子42c、43c上分别通过接合材料75、76固定有一对电极焊盘18c、19c。这样，本实施方式的振动片10c被沿着x轴配置的两个电极焊盘18c、19c在两点处支承。在本实施方式中，两个电极焊盘18c、19c相当于固定电极，它们作为用于将振动片10c固定在第1基板52上的固定部发挥功能。
67.作为振动衰减体的振动衰减部件91、92与第1实施方式同样，配置成覆盖振动片10c的外周角部。但是，振动衰减体的配置不限于此，例如也可以如第2实施方式或第3实施方式那样配置。
68.根据该结构，在以两点支承振动片10c的结构中，也能够抑制在振动片10c的外周缘部产生的轮廓振动，能够得到寄生的影响小的高精度的频率特性。
69.5.第5实施方式
70.接着，参照附图说明具有第1实施方式～第4实施方式的振子1、1a、1b、1c中的任意一个的振荡器101。
71.图5a和图5b是第5实施方式的振荡器101的概略结构图，图5a是表示振荡器101的内部的俯视图，图5b是图5a的c
‑
c线处的剖视图。另外，在以下的说明中，例示应用了第1实施方式的振子1的结构来进行说明。此外，在图5a中，为了便于说明振荡器101的内部结构，图示了取下盖体157后的状态。
72.如图5a和图5b所示，振荡器101具有振子1、ic芯片160、封装150、密封环153和盖体157。封装150是上方开口的箱状的部件，振子1以及ic芯片160被收容并固定在封装150的内部。在封装150的上部，通过密封环153接合由玻璃、陶瓷或金属等构成的盖体157来封闭开
口。ic芯片160具有驱动振子1并输出振荡信号的振荡电路。
73.封装150是将作为外部连接端子的安装端子145、第3基板151、第4基板152层叠而形成的。配置在第3基板151上的第4基板152是除去了中央部的环状体，形成作为用于收容振子1以及ic芯片160的空间的腔室158。第3基板151和第4基板152例如由陶瓷等形成。在盖体157通过密封环153与封装150接合的状态下，腔室158内被气密密封为减压环境或者氮等惰性气体环境。
74.在封装150的腔室158内，收容有振子1和ic芯片160。振子1通过焊料或导电性粘接剂被固定和电连接于在第3基板151的上表面设置的连接端子143上。ic芯片160经由粘接剂等接合材料155固定于第3基板151的上表面。另外，在第3基板151的上表面，设置有经由未图示的布线与连接端子143电连接的多个连接端子144。连接端子144通过接合线156与设置于ic芯片160的上表面的连接端子146电连接。通过这些连接，ic芯片160具有的振荡电路与振子1的激励电极14、15电连接，从而驱动振子1以输出振荡信号。
75.安装端子145在第3基板151的外部底面设置有多个。安装端子145经由未图示的贯通电极或层间布线与设置于第3基板151的上表面的连接端子144电连接。
76.这样构成的振荡器101搭载在各种电子设备、以汽车为代表的移动体等各种装置上，经由安装端子145与外部的电路连接。
77.根据该结构，由于在内置于振荡器101的振子1的主面上配置的振动衰减体抑制轮廓振动等寄生，所以能够得到寄生的影响小的高精度的频率特性。