TWI473426B - 壓電式振盪器及其製造方法 - Google Patents
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Description
在此說明之實施例係有關於一壓電式振盪器及該壓電式振盪器之一製造方法。
為了在資訊設備中產生時脈信號,廣泛地使用一壓電式振盪器,其中使用例如一水晶或鈦酸鋇之一壓電材料。該壓電式振盪器包括一由具有一預定長度及厚度之該壓電材料製成之基板,形成在該基板之兩表面上的激發電極圖案,及由該等電極圖案延伸出來之引線。該基板具有作為一壓電振動器之功能,該基板之一部份被機械地固定在一封裝體內,且該基板之另一部份被機械地振盪。
用以機械地支持該壓電振動器之其中一習知方法是一懸臂法,其中該壓電振動器之一端未用機械固定以成為一自由端。
第4A圖顯示一沒有一蓋且以一懸臂方式包括一壓電振動器20之壓電式振盪器10的平面圖,第4B圖顯示具有一蓋40且沿第4A之一線A-A'截切之該壓電式振盪器10的側視圖。該壓電式振盪器10之壓電振動器20設置在一封裝體30內側,該壓電振動器20是一由一水晶等製成之基板。一電極圖案21及一由該電極圖案21延伸出來之引線圖案22藉一例如一金屬蒸氣沈積法等薄膜形成法形成在該壓電振動器20之上表面上。類似地,一下表面電極圖案(圖未示)及一由該下表面電極圖案延伸出來之引線圖案24形成在該壓電振動器20之下表面上。該封裝體30由一例如水晶之材料製成且具有一形成於其中之階部31,金屬墊32與34藉金屬噴敷形成在該階部31上。導電黏著劑33與35分別被塗布於該等金屬墊32與34,然後,在這狀態中,形成在該壓電振動器20上之引線圖案22與24之端部分別被放在該等導電黏著劑33與35上,且接著該等導電黏著劑33與35被硬化。該等導電黏著劑33與35容許該壓電振動器20實質水平地以一懸臂方式被支持在該階部31上。
形成在該階部31上之各金屬墊32與34透過一設置在該封裝體30內側之導體(圖未示)連接於一外電極(圖未示),該外電極藉金屬噴敷形成在該封裝體30之底部。該外電極施加一電壓至設置在一電路基板上之壓電式振盪器10,該壓電振動器20藉一電壓效應變形且因此以一共振頻率振盪,因此獲得一對應該頻率之電壓信號。
在這例子中,僅該壓電振動器被收納在該封裝體中,但是一振盪電路之一半導體裝置可與該壓電振動器一起被收納在該封裝體中。第5圖顯示一其中收納有一半導體裝置50之壓電式振盪器11的側視圖,這構形可改善在該電路基板上之封裝密度。因為除了該壓電振動器20以外,該半導體裝置50亦被收納在該封裝體30中,所以該封裝體30內之自由空間變小。因此,用以保持該壓電振動器20不接觸一蓋40及該半導體裝置50之控制變得更加困難。
一氧化鋁(Al2
O3
)製成之陶瓷封裝體通常被用來作為該壓電式振盪器之封裝體。
氧化鋁製成之陶瓷封裝體是不透明的,但是,一由一硬玻璃材料製成之透明封裝體亦是習知的。日本公開專利公報第2008-42512號揭露一相關技術。
一用以形成一懸臂壓電振動器之習知方法包括以下步驟:將該壓電振動器之一自由端放在一暫時支持構件(枕構件)上,該暫時支持構件定位在該封裝體內側之一底表面上且由一具有一熱收縮性質或一熱變形性質之樹脂製成;將該壓電振動器之一被支持端放在塗布於該封裝體之階部的導電黏著劑上;使該等導電黏著劑硬化;及藉加熱使該暫時支持構件變形,以在該壓電振動器與該暫時支持構件之間成一間隙。在固定該被支持端後,該暫時支持構件與該壓電振動器分開,因此容許該壓電振動器實質水平地以一懸臂方式被支持。因此,抑制該自由端與該封裝體之接觸。日本公開專利公報第2006-80599號及日本專利第4214753號揭露相關技術。
該懸臂壓電振動器之一端是自由的,且這容許該壓電振動器不被機械地束縛。因此,該懸臂壓電振動器被廣泛地使用,因為該被支持部份比較不會因振動而被應力影響。但是,最近,電子裝置之尺寸已不斷增加,且電子元件已需要一具有一低高度。因此,在該封裝體中之可用於放置該壓電振動器之空間減少。在該壓電振動器被固定但傾斜之情形中,該壓電振動器會接觸該封裝體。因此,該壓電振動器必須水平地以一懸臂方式更精確地被支持。此外,在該振盪電路之半導體裝置與該壓電振動器一起被收納在該封裝體中之情形中,產生與在該等電子元件必須具有一低高度之情形相同的要求。
因此,較佳的是提供一種用以製造一懸臂壓電式振盪器之方法,其容許該壓電振動器更精確地被水平地定位在該封裝體中但是不需要嚴格控制該導電黏著劑。
依據本發明之一方面,提供一種壓電式振盪器及其製造方法。該壓電式振盪器包括:一封裝體,包括一底表面及一在其內側之階部;一導電黏著劑,其塗布在該階部上;及一壓電振動器,包括透過該導電黏著劑放在該階部上之一端。該底表面具有一填充有一樹脂材料之凹部,該樹脂材料具有一熱變形性質。該封裝體包括一具有透明性之側壁。
該製造方法包括:塗布一導電黏著劑至一形成在由一透明材料製成之一封裝體內側的階部;將一暫時支持構件定位在該封裝體內側之一底表面上,使得該暫時支持構件之一頂部之高度高於塗布於該階部之導電黏著劑之一頂部之高度,該暫時支持構件係由一具有一熱變形性質之樹脂製成;將一壓電振動器之一端放在塗布於該階部之導電黏著劑上,該一端成為該壓電振動器之一被支持端;將該壓電振動器之另一端放在該暫時支持構件上,該另一端成為該壓電振動器之一自由端;藉照射一雷射通過該封裝體之一側壁至該暫時支持構件以熱軟化該暫時支持構件,調整該壓電振動器之自由端之高度以便比該壓電振動器之被支持端之高度低一預定差距;藉在一第一溫度加熱使該導電黏著劑硬化;及藉在一第二溫度加熱使該暫時支持構件變形,以在該壓電振動器與該暫時支持構件之間形成一間隙。
第1圖是顯示本發明之一實施例之一壓電式振盪器之分解立體圖的圖;第2A至2H圖是顯示一用以製造本發明之一實施例之一壓電式振盪器之製程的圖,各圖包括該壓電式振盪器之平面圖及側視圖;第3圖是顯示在本發明一實施例之一壓電式振盪器附接一蓋之前之立體圖的圖;第4A與4B圖是分別顯示一沒有一蓋且包括呈一懸臂方式之一壓電振動器之壓電式振盪器之平面圖及側視圖的圖;及第5圖是顯示一收納有一半導體裝置之壓電式振盪器之側視圖的圖。
在一用以支持該懸臂壓電振動器之習知方法中,該壓電振動器之一端被放在塗布於該封裝體之階部的導電黏著劑上,且其另一端被放在該暫時支持構件上。接著,該壓電振動器被加熱以使該導電黏著劑在這狀態中硬化。該導電黏著劑藉該加熱收縮且接著硬化,同時在該暫時支持構件上之該壓電振動器之端被升高。因此,為了防止該壓電振動器接觸該封裝體之蓋等,必須嚴格控制該塗布導電黏著劑之高度及該暫時支持構件之高度。例如,考慮的是需要控制所塗布導電黏著劑之黏度與量及需要在加熱時控制溫度,且這需要產生這控制花費許多時間的一問題。
在該導電黏著劑藉加熱硬化後,該暫時支持構件藉在一更高溫度加熱而熱變形,以在該壓電振動器與該暫時支持構件之間形成該間隙。變形以形成該間隙之該暫時支持構件被留在該封裝體中,且接著密封該蓋。當該暫時支持構件被固定於在該封裝體內側之底表面時,不會發生問題。如果在運送或在一安裝程序中處理時,該暫時支持構件由該底表面分離,則該暫時支持構件會在該封裝體內四處移動,且會黏著於該壓電振動器。在這情形中,該壓電式振盪器會不穩定地振盪,因此造成一問題。
第1圖顯示此實施例之一壓電式振盪器100之組件。一由例如透明陶瓷之透明材料製成之封裝體200中具有一階部210,金屬墊230與240藉金屬噴敷形成在該階部210上。此外,該封裝體200具有一底表面215且具有一形成在該底表面215上之開口220。該開口220具有一預定形狀與尺寸,例如,0.5mm平方,該開口220通至一具有大於該預定尺寸之一尺寸的中空部份(圖未示)中。
例如,用於該封裝體200之陶瓷可由氧化釔(Y2
O3
)藉添加一添加劑及燒結產生,且所產生之陶瓷是透明的。這透明陶瓷揭露於例如以下網站:http//www.covalent.co.jp/eng/rd/developments/transparent.html一用於該壓電式振盪器100之外電極(圖未示)設置在該封裝體200之底面上,且該外電極透過內配線電性連接於該等金屬墊230與240。
一暫時支持構件300暫時地支持一壓電振動器400,例如,該暫時支持構件300藉將一熱塑性氟樹脂形成為一具有0.8mm之尺寸的球形來製備且在由200℃至400℃之範圍中的一溫度熱變形。
在該實施例中,一具有4.5mm長度及2mm寬度之石英板被用於該壓電振動器400。一被蒸發之金屬膜沈積在該石英板之上表面上成為一電極圖案410,且一引線圖案420形成以更由該電極圖案410延伸至該石英板之左端。一下表面電極圖案(圖未示)如同該電極圖案410之情形一般地形成在該石英板之一下表面上,且一引線圖案430形成以便由該下表面電極圖案延伸至該石英板之左端。當該壓電振動器400附接於該封裝體200時,該壓電振動器400之左端變成被一導電黏著劑支持之該被支持端,且其右端變成該自由端。該等導電黏著劑被塗布至該等金屬墊230與240且將該壓電振動器400之引線圖案420與430分別連接於該等金屬墊230與240。此外,該等導電黏著劑將該壓電振動器400機械地固定至該階部210。
一蓋500由氧化鋁陶瓷製成且與該封裝體200之上表面玻璃密封。
依據黏合劑之種類,該導電黏著劑之例子包括一環氧黏著劑、一胺基甲酸酯黏著劑、及一矽黏著劑。在此實施例中所使用的是一具有高硬度之環氧黏著劑。
第2A至2H圖顯示一用以製造此實施例之壓電式振盪器100的程序。一製造已參照第1圖說明之壓電式振盪器100的方法將依該程序之順序參照第2A至2H圖說明,第2A至2H圖各包括一平面圖及其沿該平面圖中線B-B'所截切之一側視圖。
第2A圖顯示由透明陶瓷製成之封裝體200的一平面圖及一側視圖。在該封裝體200中,上述金屬墊230與240形成在該階部210上,且通至該中空部份221中之開口220形成在該底表面215上。
第2B圖顯示一程序,其中一分配器250被用來注射及塗布該等導電黏著劑至該等金屬墊230與240。該等導電黏著劑251與252被注射在該等金屬墊230與240上以便分別在該等金屬墊230與240上突起。
第2C圖顯示一程序,其中該暫時支持構件300被定位在該透明封裝體200之底表面215上之開口220上。該暫時支持構件被一處理器310之一真空夾頭吸引,且一真空狀態在該開口220上方被取消。因此,該球形暫時支持構件300之底部與該開口220接合以決定該暫時支持構件300之位置。放在該開口220上之暫時支持構件300之頂部的高度等於或稍高於各導電黏著劑251與252之高度,為了提供這種狀態,該球形暫時支持構件300之尺寸被預先地決定。
第2D圖顯示一狀態,其中該壓電振動器400被放在分別被塗布至該等金屬墊230與240之導電黏著劑251與252以及該暫時支持構件300上方。該放置之壓電振動器400具有在一高於該被支持端位置的位置處之自由端(向左傾斜),即使當該等導電黏著劑251與252之各頂部之高度定位成等於該暫時支持構件300之高度,因為各導電黏著劑251與252未在這狀態中被硬化,所以該壓電振動器400之被支持端因該壓電振動器400之重量而被定位在一稍低位置,因此提供該向左傾斜之狀態。該壓電振動器400被一類似於該處理器310之處理器(圖未示)放置,使得形成在該壓電振動器400上之引線圖案420與430與設置在該等金屬墊230與240上之導電黏著劑251與252分別對齊。例如,該壓電振動器400被定位成使得該壓電振動器400之該端或端角落與該等金屬墊230與240之各區域之一半至四分之一重疊。
第2E圖顯示一用以調整向左傾斜之壓電振動器400之自由端之高度的程序。該暫時支持構件300被一雷射由該封裝體200之一側面之外側通過其一側壁照射以便被熱軟化,接著,該暫時支持構件300由於該壓電振動器400之重量變形,因此減少該暫時支持構件300之高度。該雷射照射在該自由端定位在一低於該被支持端之高度一預定差距的高度時停止(即,提供該壓電振動器400向右傾斜之一狀態)。一釔鋁石榴石(YAG)雷射裝置600被用來將該雷射照射至該暫時支持構件300之一上部(接觸該壓電振動器400之一部份),該壓電振動器400之兩端的位置以一使用一氖-氦(Ne-He)雷射之雷射長度測量機610測量。利用該測量結果,控制藉該YAG雷射裝置600照射之時間等,因此實行調整以提供該壓電振動器400之一預定高度。因為該封裝體200是透明的,所以該雷射可通過該封裝體200之側面照射。
使用該壓電振動器400向右傾斜之預定狀態的理由是該壓電振動器400在使該等導電黏著劑251與252硬化之下一程序中步驟中將是水平的,即,利用在該等導電黏著劑251與252硬化時施加熱,該等導電黏著劑251與252之黏度暫時地減少,且該等導電黏著劑251與252由於該壓電振動器400之重量被稍微壓扁。接著,包含在該等導電黏著劑251與252中之溶劑被揮發以使該等導電黏著劑251與252收縮。因為這些現象使該自由端升高,所以該壓電振動器400之自由端構形成降低該上升之推測量。
第2F圖顯示一狀態,其中該壓電振動器400被加熱以在該高度調整之後使該導電黏著劑251與252硬化。該加熱是在一電爐中由150℃至180℃之範圍中之溫度實施一段預定時間,如第2F圖中所示,向右傾斜之壓電振動器400由於該等導電黏著劑251與252之硬化與收縮而與該暫時支持構件300分離,因此變成水平。該等導電黏著劑251與252之黏度在該加熱開始期間減少,結果該等導電黏著劑251與252延伸至該壓電振動器400之上表面。因此,該導電黏著劑251接觸形成在該壓電振動器400之上表面上的引線圖案420,該暫時支持構件300在該等導電黏著劑251與252硬化之溫度(一在由150℃至180℃之範圍中之溫度)未變形。
第2G圖顯示一狀態,其中在該等導電黏著劑251與252硬化後,該暫時支持構件300在該電爐中以300℃之溫度被加熱以便變形。該暫時支持構件300進入該中空部份221以便被硬化。
第2H圖顯示一狀態,其中該蓋500被放在該封裝體200上且該壓電式振盪器100被玻璃密封。該暫時支持構件300部份地進入該中空部份221以便被固定,且因此該暫時支持構件300不會在該封裝體200內四處移動。
第3圖顯示在附接該蓋500之前的壓電式振盪器100。該壓電振動器400之一端被分別塗布於設置在該階部210上之金屬墊230與240的導電黏著劑251與252支持,已被熱變形之暫時支持構件300存在該封裝體200之底表面215上在該壓電振動器400之自由端下方。如上所述,該暫時支持構件300部份地進入形成在該底表面215下方之中空部份221以便被固定,且因此該暫時支持構件300不會在該封裝體200內四處移動。
雖然在此實施例中透明陶瓷被用於該封裝體200,但是該封裝體200之透明材料可以是透明硬玻璃或透明之任何其他材料。
在此實施例中,該壓電振動器400之高度在該等導電黏著劑251與252硬化之前被調整,且因此該壓電振動器400之一端可在該硬化後水平地被精確地固持,因此提供一用以使用一具有一低高度之封裝體製造一壓電式振盪器的方法。
在此所述之所有例子與條件語言是欲達成教學之目的以協助讀者了解本發明及由發明人貢獻之觀念以便促進該技術,且欲被視為不被限制於這些特別說明之例子及條件,且在說明書中之這些例子的編排方式也與顯示本發明之優劣性無關。雖然本發明之實施例已詳細說明過了,但是應了解的是在不偏離本發明之精神與範疇的情形下,可對此進行各種變化、取代及更改。
10,11...壓電式振盪器
20...壓電振動器
21...電極圖案
22,24...引線圖案
30...封裝體
31...階部
32,34...金屬墊
33,35...導電黏著劑
40...蓋
50...半導體裝置
100...壓電式振盪器
200...封裝體
210...階部
215...底表面
220...開口
221...中空部份
230,240...金屬墊
250...分配器
251,252...導電黏著劑
300...暫時支持構件
310...處理器
400...壓電振動器
410...電極圖案
420,430...引線圖案
500...蓋
600...釔鋁石榴石(YAG)雷射裝置
610...雷射長度測量機
第1圖是顯示本發明之一實施例之一壓電式振盪器之分解立體圖的圖;
第2A至2H圖是顯示一用以製造本發明之一實施例之一壓電式振盪器之製程的圖,各圖包括該壓電式振盪器之平面圖及側視圖;
第3圖是顯示在本發明一實施例之一壓電式振盪器附接一蓋之前之立體圖的圖;
第4A與4B圖是分別顯示一沒有一蓋且包括呈一懸臂方式之一壓電振動器之壓電式振盪器之平面圖及側視圖的圖;及
第5圖是顯示一收納有一半導體裝置之壓電式振盪器之側視圖的圖。
100...壓電式振盪器
200...封裝體
210...階部
215...底表面
220...開口
230,240...金屬墊
300...暫時支持構件
400...壓電振動器
410...電極圖案
420,430...引線圖案
500...蓋
Claims (3)
- 一種壓電式振盪器,包含:一封裝體,包括一底表面及一在該封裝體內側之階部;一導電黏著劑,其塗布在該階部上;及一壓電振動器,包括透過該導電黏著劑放置在該階部上之一端,其中該底表面具有一頂部,該頂部係設有一被填充一樹脂材料之凹部,該樹脂材料具有一熱變形性質,該凹部具有一開口,該開口具有一預定固定尺寸,該開口通至具有大於該預定尺寸之一固定尺寸的一中空部份,且該封裝體包括一具有透明性之側壁。
- 如申請專利範圍第1項之壓電式振盪器,其中該封裝體是由一透明陶瓷材料形成。
- 如申請專利範圍第1項之壓電式振盪器,其中該封裝體之側壁包括一由一透明硬玻璃形成之窗。
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