薄膜加热器、薄膜加热器的制造方法及恒温槽型压电振荡器与流程

1.本发明涉及薄膜加热器、薄膜加热器的制造方法以及使用了薄膜加热器的恒温槽型压电振荡器。


背景技术：

2.现有技术中，在恒温槽型压电振荡器(例如，恒温晶振(oven-controlled xtal(crystal)oscillator，以下称ocxo))等需要进行温度调节的小型装置中，小型电阻器或高电阻金属板发挥着加热器的作用(专利文献1)。然而，小型电阻器或高电阻金属板存在发热状态不稳定，不能进行高精度的温度调节的问题。此外，由于这些加热器在形状上的自由度较低，所以有时难以将加热器配置在装置内需要调节温度处的附近，这也是不能进行高精度的温度调节的主要原因。
3.对此，本技术的发明人在探讨将薄膜加热器用作ocxo的温度调节用发热器。薄膜加热器被构成为，具有在绝缘基板上进行图案形成而构成的金属膜(金属布线)，但在用于作为小型装置的ocxo的情况下，需要使之成为超小型(且超低输出)的薄膜加热器。
4.作为制造超小型的薄膜加热器的方法，可在绝缘基板上通过溅镀或电阻加热蒸镀等进行金属膜的成膜，并通过光刻法等对成膜后的金属膜进行精密的图案形成。然而，超小型且超低输出的薄膜加热器中，存在会因金属膜中的微观上的结构缺陷而导致局部电阻值不稳定、发热不均匀的问题。
5.【专利文献1】：日本特开2012－205093号公报


技术实现要素：

6.鉴于上述技术问题，本发明的第一目的在于，提供一种能获得更均匀的发热的薄膜加热器及薄膜加热器的制造方法；本发明的第二目的在于，提供一种使用这样的薄膜加热器进行高精度的温度调节的恒温槽型压电振荡器。
7.为了解决上述技术问题，作为本发明的第一形态的薄膜加热器是具有在绝缘基板上的两个端子之间进行图案形成而构成的金属布线的薄膜加热器，其特征在于：所述两个端子之间的所述金属布线的电阻值为10ω以下，所述金属布线具有由在200℃以下的温度发生再结晶的材料形成的发热层(或者，被形成为已发生过再结晶的膜的发热层)。
8.基于上述结构，通过使发热层发生再结晶，发热层的组分/组织在微观上变得均匀，从而薄膜加热器能够整体均匀地发热。
9.此外，上述薄膜加热器中，较佳为，所述发热层的材料从由au(金)、al(铝)、ag(银)及cu(铜)组成的群组中选择。
10.此外，上述薄膜加热器中，较佳为，所述绝缘基板为水晶或玻璃，所述金属布线具有形成在所述绝缘基板与所述发热层之间的衬底层。
11.基于上述结构，通过使衬底层夹在绝缘基板与发热层之间，能够提高发热层对绝缘基板的附着性。
12.此外，上述薄膜加热器中，较佳为，所述发热层的膜厚为30nm以上，所述衬底层的膜厚为10nm以下。
13.此外，为了解决上述技术问题，作为本发明的第二形态的薄膜加热器的制造方法是具有在绝缘基板上的两个端子之间进行图案形成而构成的金属布线的薄膜加热器的制造方法，其特征在于：所述金属布线具有发热层，该发热层是通过成膜工序和图案形成工序形成的，所述成膜工序中，使用在200℃以下的温度发生再结晶的材料，并在将所述绝缘基板预热至200℃以上的状态下，利用真空蒸镀法在所述绝缘基板上进行金属膜的成膜；所述图案形成工序中，通过对在所述成膜工序中成膜的所述金属膜进行蚀刻而进行图案形成。
14.此外，为了解决上述技术问题，作为本发明的第三形态的恒温槽型压电振荡器是包括加热器、谐振器、与所述谐振器组合而构成振荡器的振荡器ic、及对所述加热器进行控制的加热器ic的恒温槽型压电振荡器，其特征在于：作为所述加热器，至少包含上述记载的薄膜加热器。
15.基于上述结构，通过使用能够整体均匀地发热的薄膜加热器，能够提供进行高精度的温度调节的恒温槽型压电振荡器。
16.此外，上述恒温槽型压电振荡器中，较佳为，所述加热器是两枚所述薄膜加热器，具有通过在夹在所述两枚薄膜加热器之间的温控空间内配置所述谐振器、所述振荡器ic、及所述加热器ic而构成的核心部，所述核心部以密闭状态被密封在隔热用封装体的内部。
17.此外，上述恒温槽型压电振荡器中，较佳为，具有在平板状的核心基板上从该核心基板侧开始按所述加热器ic、所述谐振器、所述振荡器ic及所述薄膜加热器的顺序层叠而构成的核心部，所述核心部以密闭状态被密封在隔热用封装体的内部。
18.发明效果：
19.本发明的薄膜加热器及薄膜加热器的制造方法中，由于在薄膜加热器的金属布线中具备由发生了再结晶的金属膜构成的发热层，所以能够获得整体均匀地发热的效果。此外，本发明的恒温槽型压电振荡器中，由于使用能整体均匀地发热的薄膜加热器，所以能够获得可进行高精度的温度调节的效果。
附图说明
20.图1是表示本发明的一种实施方式的图，即，是示出薄膜加热器的结构例的俯视图。
21.图2是表示本发明的一种实施方式的图，即，是示出薄膜加热器的结构例的局部截面图。
22.图3(a)～图3(c)是示出薄膜加热器中的金属布线的图案形成形状的变形例的俯视图。
23.图4是示出使用薄膜加热器的ocxo的核心部的结构例的截面图。
24.图5是示出使用薄膜加热器的ocxo的核心部的结构例的俯视图。
25.图6是安装有图4、图5所示的核心部的ocxo的截面图。
26.图7是示出使用薄膜加热器的ocxo的核心部的变形例的截面图。
27.图8是安装有图7所示的核心部的ocxo的截面图。
28.图9是示出安装有图7所示的核心部的ocxo的其它例的截面图。
29.＜附图标记说明＞
30.10
ꢀꢀꢀ
薄膜加热器
31.11
ꢀꢀꢀ
绝缘基板
32.12
ꢀꢀꢀ
金属布线
33.12a
ꢀꢀ
发热层
34.12b
ꢀꢀ
衬底层
35.121
ꢀꢀ
电极端子
36.20、20
’ꢀꢀꢀꢀ
核心部(core part)
37.21
ꢀꢀꢀ
晶体谐振器(谐振器)
38.22
ꢀꢀꢀ
振荡器ic
39.23
ꢀꢀꢀ
加热器ic
40.241～243
ꢀꢀꢀ
片式电容器
41.251、252
ꢀꢀꢀ
晶体基板
42.27
ꢀꢀꢀ
核心基板
43.30、30
’ꢀꢀꢀꢀ
ocxo
44.31
ꢀꢀꢀ
壳体
45.32
ꢀꢀꢀ
盖
具体实施方式
46.＜第一实施方式＞
47.以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行详细说明。首先，对本实施方式所涉及的薄膜加热器的结构及制造方法进行说明。图1及图2是示出薄膜加热器10的结构例的图，图1是俯视图，图2是局部截面图。
48.如图1及图2所示，薄膜加热器10被构成为，具有在绝缘基板11上进行图案形成而构成的金属布线12。金属布线12的两端具有电极端子121，通过使电流从两个端子之间流过而产生焦耳热。并且，金属布线12至少具有发热层12a，但也可以在绝缘基板11与发热层12a之间形成衬底层12b。
49.薄膜加热器10是以用于作为小型装置的ocxo为前提的加热器，用于使ocxo的内部保持恒温(例如90℃)。在此情况下，薄膜加热器10不仅尺寸要是超小型，而且其输出也要是超低输出。例如，薄膜加热器10中，绝缘基板11的尺寸为5mm
×
5mm以下，并且，为使薄膜加热器10为低输出的加热器，要使金属布线12的两个端子之间的电阻值为10ω以下(优选为9
±
1ω)。
50.要制造超小型且超低输出的薄膜加热器10中的金属布线12，需要用溅镀或电阻加热蒸镀等真空蒸镀法来进行金属膜的成膜，并通过蚀刻(光刻法等)，对成膜后的金属膜进行精密的图案形成。然而，在此情况下，用真空蒸镀法进行金属膜的成膜时，会产生微观上的组分变化和微小的结构缺陷，从而导致薄膜加热器10的发热不均匀。若薄膜加热器10的发热不均匀，则理所当然，ocxo中难以进行高精度的温度调节。
51.本实施方式所涉及的薄膜加热器10的特征在于，为了实现均匀发热，采用再结晶温度低的材料作为金属布线12中的发热层12a的材料。具体而言，对发热层12a采用在200℃
以下的温度发生再结晶的材料，作为这样的材料，可列举au(金)、al(铝)、ag(银)或cu(铜)等。尤其是从耐腐食性等方面考虑，最优选对发热层12a采用au(金)。
52.并且，再结晶温度低的材料通常熔点也较低。一般而言，以发热为前提的薄膜加热器中，优选用高熔点材料作为金属布线的材料，但是，由高熔点材料构成的金属布线在成膜时容易发生微观上的组分变化和微小的结构缺陷。对此，本实施方式所涉及的薄膜加热器10以用于ocxo为前提，无需较大的发热量，甚至需要抑制发热量，因此采用低熔点材料也没有问题。
53.此外，以用于ocxo为前提的薄膜加热器10中，优选对绝缘基板11采用水晶或玻璃。对绝缘基板11采用水晶或玻璃的情况下，为了提高发热层12a对绝缘基板11的附着性，优选对金属布线12使用衬底层12b。作为衬底层12b的材料，可列举ti(钛)、cr(铬)、mo(钼)或w(钨)等。并且，衬底层12b的理想材料是，相对于对发热层12a采用的金属扩散性低、且能保持与绝缘基板11的附着性的材料。对发热层12a采用au的情况下，优选对衬底层12b采用ti(钛)或w(钨)。
54.此外，在金属布线12具有发热层12a及衬底层12b的情况下，严格地说，薄膜加热器10中不仅发热层12a发热，而且衬底层12b也发热。因此，为了使薄膜加热器10中的发热更均匀，理想的是减少衬底层12b的发热，使发热层12a尽可能多地发热。换言之，理想的是，衬底层12b的膜厚与发热层12a的膜厚相比要足够小。具体而言，优选衬底层12b的膜厚为10nm以下。另一方面，发热层12a的膜厚取决于薄膜加热器10中所要求的电阻值和图案尺寸的限制，大致为300nm左右，但是，为了使发热层12a为完整的连续膜，膜厚需要在30nm左右。因此，优选发热层12a的膜厚为30nm以上。
55.本实施方式所涉及的薄膜加热器10的制造方法中，在绝缘基板11上进行金属布线12的图案形成时，利用真空蒸镀法进行金属膜的成膜(成膜工序)，并通过对成膜后的金属膜进行蚀刻而进行精密的图案形成(图案形成工序)。并且，在金属布线12具有发热层12a及衬底层12b的情况下，分别通过成膜工序及图案形成工序形成发热层12a及衬底层12b。
56.如上所述，对承担薄膜加热器10的一半以上的发热的发热层12a，采用在200℃以下的温度发生再结晶的材料(优选为au)。这是为了在薄膜加热器10中将发热层12a形成为已发生过再结晶的膜。发生过再结晶的发热层12a中，金属膜的组分/组织在微观上变得均匀，从而能够整体均匀地发热。若发热层12a能够均匀地发热，则薄膜加热器10中的发热也会变得均匀，从而采用薄膜加热器10的ocxo中能够进行高精度的温度调节。另外，例如可以通过x-rd(x射线衍射)等来确认发热层12a中是否发生了再结晶。
57.此外，优选使发热层12a的再结晶发生在金属膜的成膜工序中。换言之，在成膜工序中使金属膜的温度上升至200℃以上(即，上升至作为发热层12a的材料的金属的再结晶温度以上)，便能使金属膜发生再结晶。具体而言，通过在将绝缘基板11预热至200℃以上的状态下，进行成膜工序中的利用真空蒸镀法的金属膜的成膜，便能使金属膜发生再结晶。
58.另外，对薄膜加热器10中的金属布线12的图案形成形状没有特别限定，可以是任意的图案形成形状(例如参照图3(a)～图3(c))。例如，在金属布线12中的电极端子121的位置根据ocxo的设计条件等来决定的情况下，以尽量使薄膜加热器10的发热区域内的发热均匀的方式来进行金属布线12的图案形成即可。此外，薄膜加热器10中的绝缘基板11可以不是加热器专用的基板，可以与其它的电路基板等兼用。换言之，绝缘基板11上也可以形成金
属布线12以外的金属布线或电极端子(参照图3(c))。
59.＜第二实施方式＞
60.如上所述，在第一实施方式中说明过的薄膜加热器10是以用于ocxo为前提的。在第二实施方式中，参照图4～图6对适合使用薄膜加热器10的ocxo的结构进行说明。图4是示出使用薄膜加热器10的ocxo30的核心部20的结构例的截面图。图5是示出核心部20的结构例的俯视图。图6是安装有核心部20的ocxo30的截面图。
61.核心部20是将晶体谐振器(谐振器)21、振荡器ic22、加热器ic23及片式电容器241～243等ocxo30中使用的各种电子部件集合在一起而得到的，这些部件由密封树脂26封装在晶体基板251上。核心部20通过特别对温度特性强的晶体谐振器21、振荡器ic22、加热器ic23等进行温度调节，而使振荡频率稳定。
62.对晶体谐振器21的种类没有特别限定，可优选使用易于使装置薄型化的三明治结构的装置。三明治结构的装置是具备由玻璃或水晶构成的第一封闭部件和第二封闭部件、以及例如由水晶构成且两个主面上形成有激励电极的压电振动板，且第一封闭部件与第二封闭部件隔着压电振动板层叠并接合的装置。
63.振荡器ic22与晶体谐振器21组合而构成晶体振荡器(振荡器)。加热器ic23是进行核心部20的温度调节的ic，对流往核心部20中使用的薄膜加热器10的电流进行控制。并且，本发明也包括加热器ic23本身具有作为发热体的功能的情况。换言之，加热器ic23也可以采用将发热体(薄膜加热器10以外的热源)、发热体(包含薄膜加热器10)的温控用控制电路(电流控制用的电路)、用于检测核心部20内的温度的温度传感器构成为一体的结构。通过用加热器ic23进行核心部20的温度控制，能够将核心部20的温度保持为大致恒温，从而实现ocxo30的振荡频率的稳定化。
64.此外，核心部20具有两个晶体基板，即晶体基板251及晶体基板252，在晶体基板251及晶体基板252上分别形成有金属布线12，以将它们用作薄膜加热器10。其中，图5中省略了晶体基板252及金属布线12的图示，并用虚线框示出薄膜加热器10的发热区域。此外，图4中，晶体基板251是使用了两枚水晶板的层叠基板，但本发明并不局限于此，晶体基板251也可以是使用一枚水晶板的单层基板。
65.核心部20中，在晶体基板251与晶体基板252之间，换言之，在形成在晶体基板251上的薄膜加热器10与形成在晶体基板252上的薄膜加热器10之间配置有晶体谐振器21、振荡器ic22及加热器ic23。由此，核心部20中，能够在夹在两枚薄膜加热器10之间的空间(温控空间)中，对晶体谐振器21、振荡器ic22及加热器ic23进行高精度的(以均一的温度)温度调节。
66.在此，有关接受温度调节的部件的配置，不局限于俯视时其整体位于温控空间的区域内的结构。图5的例子中，加热器ic23的一部分超出温控空间的区域，但加热器ic23的大半部分仍位于温控空间的区域内，因此加热器ic23能够受到充分的温度调节。
67.此外，图4、图5的例子中，温度特性弱的部件，即，片式电容器241～243配置于温控空间的区域外。但本发明不局限于此，将温度特性弱的部件配置在温控空间的区域内也没有问题。
68.如图6所示，ocxo30采用核心部20配置于由陶瓷等制成的壳体31的内部、并由盖32密封的结构。图6的例子中，在壳体31的内部，沿着连接端子(图示省略)的行列形成有台阶
311，核心部20经由中介部件33与形成在台阶311上的连接端子连接。该结构有利于实现ocxo30的薄型化，但是，本发明中对核心部20在壳体31内的配置、连接方式没有特别限定。
69.并且，使用薄膜加热器10的ocxo中，核心部的结构不局限于图4～图6所示的结构，也可以有其它的各种变形例。例如，图4所示的核心部20中，加热器ic23不是与晶体谐振器21或振荡器ic22层叠，而是配置在晶体基板251上的其它区域。然而，也可以将加热器ic23、晶体谐振器21及振荡器ic22全部层叠配置在晶体基板251上。此外，图4所示的核心部20使用了两枚薄膜加热器10，但对薄膜加热器10的使用枚数没有特别限定，只要使用至少一枚薄膜加热器10即可。
70.例如，图7是作为变形例的、使用薄膜加热器10的ocxo的核心部20’的截面图。图8是安装有核心部20’的ocxo30’的截面图。另外，图7中，晶体基板252及金属布线12相当于薄膜加热器10。
71.图7所示的核心部20’被构成为，在平板状的核心基板27上从下侧(核心基板27侧)开始按薄膜加热器ic23、晶体谐振器21、振荡器ic22及薄膜加热器10的顺序层叠的四层结构(层叠结构)。作为核心基板27，例如可以采用晶体基板或聚酰亚胺树脂等树脂基板。俯视时，加热器ic23、晶体谐振器21及振荡器ic22各自的面积由下至上逐渐变小。
72.从热传导的角度而言，优选俯视时薄膜加热器10的大小为在纵横两个方向上至少能够覆盖振荡器ic22整体的大小。并且，核心部20’的各种电子部件没有被密封树脂密封，但也可以根据封装氛围用密封树脂进行密封。
73.核心部20’中，加热器ic23及晶体谐振器21通过引线键合(wire bonding)与形成在核心基板27的顶面上的连接端子连接。此外，振荡器ic22通过倒装键合与晶体谐振器21连接。优选薄膜加热器10粘接在振荡器ic22的顶面上、并通过引线键合与加热器ic23连接。
74.与图6所示的ocxo30一样，图8所示的ocxo30’也采用在陶瓷等制的壳体31的内部配置核心部20’、并用盖32进行密封的结构。此外，ocxo30’中，形成在核心部20’的底面(即，核心基板27的底面)上的连接端子通过导电性粘合剂与形成在壳体31内部的连接端子连接。
75.此外，如图9所示，作为ocxo30’的其它连接结构，也可以是核心基板27的底面通过粘合剂粘接于壳体31的凹部的内底面，加热器ic23及晶体谐振器21通过引线键合与形成在壳体31内的台阶部的顶面上的连接端子连接。在此情况下，薄膜加热器10通过导线可以与核心基板27的顶面上的端子连接，也可以与形成在壳体31内的台阶部的顶面上的连接端子连接。
76.本次公开的实施方式仅仅是对各方面的示例，不作为限定性解释的依据。因此，本发明的技术范围不能只根据上述实施方式来解释，而要由权利要求书的记载来界定。另外，本发明包括与权利要求书等同的意义及范围内的所有变形。