压电振子及其制造方法

专利名称：压电振子及其制造方法
技术领域：
本发明涉及将音叉型或厚度切变(thickness-shear)振动模式的压电 振动片气密密封并封装化的压电振子及其制造方法。
背景技术：
伴随电子设备的小型化、薄型化要求石英振子等压电器件进一步的 小型化/薄型化，以往压电器件多采用适合于安装到电路基板等上的表面 安装型器件。 一般表面安装型的压电器件广泛采用在由陶瓷等绝缘材料 形成的封装体内密封压电振动片的结构。在以往的封装体结构中，通过 低熔点玻璃或流缝熔接(seam welding)等来接合基底和罩(lid)，所以 由于低熔点玻璃产生的气体和流缝熔接的高热影响，有可能使石英振动 片的频率特性降低或恶化。另外，低熔点玻璃大多含有铅，有可能污染 环境，所以不是优选的。
因此，为了解决所述问题，在日本特开2000—68780号公报和日本 特开2002 — 76826号公报中，提出了如下的石英振子在与石英振子一 体形成的外壳(outer frame)的上下表面上设置金属层，且由玻璃构成的 盖及盒体(case)与该金属层阳极接合。在上述日本特开2000 — 68780号 公报所记载的石英振子中，从石英振动片的励振电极引出到其基端部或 外壳的电极、与盒体下表面的外部电极，经由形成在该盒体上的通孔连 接。在上述日本特开2002 — 76826号公报记载的石英振子中，在一体形 成了压电振动片的压电振动板的壳(frame)的上下表面设有接合膜，且 壳下表面的接合膜在不具有接合膜的部分进行分割，并且所分割的接合 膜经由连通孔即通孔而与壳上表面的接合膜电连接，进而经由形成在基 底上的通孔而与基底下表面的外部电极连接。
另夕卜，在日本特开平7_154177号公报中记载有如下的压电器件的
制造方法将镜面研磨后的压电板以及基板的相互接合面在含氧气氛下 进行紫外线照射或氧等离子体曝光，由此在原子级去除污垢等而进行清 洁化，通过由于吸附水分而形成的一OH基的氢键合来进行接合。在基于 该亲水化处理的接合方法中，在水的沸点以上即IO(TC以上对接合体进行 热处理，从而得到较强的接合力。
另外，在石英振子中接合像石英材料和玻璃材料那样热膨胀率不同 的材料的情况下，在接合后有可能产生翘曲。为了防止所述翘曲，在日
本特开平7 — 86106号公报中记载有如下的方法利用由第2基板和第3 基板夹持第1基板的夹层结构来抵消翘曲，其中，第2基板和第3基板 彼此具有相同程度的热膨胀率，而与第l基板的热膨胀率不同。
另一方面，根据日本特开平10 — 297931号公报，将作为压电基板的 第1基板和由压电材料或另外的材料构成的第2基板夹隔着有机硅化合 物被膜进行面对面的接合，对它们照射紫外线来使其变化为硅氧化物层， 从而可紧固地接合而制造出复合压电基板。而且，在同一公报中还记载 有如下的压电振子利用所述方法，将设置了具有励振电极的振动部的 石英振子用的石英基板和作为第2基板的2张玻璃基板进行了接合。在 该压电振子中，在对石英基板的两表面缘部照射紫外线来实施表面活性 化之后，涂覆有机硅化合物被膜，接下来对玻璃基板进行面对面接合并 照射紫外线，将该有机硅化合物被膜改变为无定形(amorphous)状的硅 氧化物层来将3层基板直接接合。
另外，在国际公开号WO00/76066号文本中公开了在形成有电极膜 的圆形石英板即压电基板的两个表面上，利用具有金和银的接合部来接 合由相同材料即石英制成的保护基板的石英振子等压电振动体。在对压 电基板的形成Au膜的接合表面以及保护基板的形成Ag膜的接合表面进 行等离子(plasma)处理之后，使两基板重叠并均等地进行加压，利用真 空炉在31(TC温度下加热1个小时，从而通过扩散接合方式来气密密封。 在日本特开2004—304622号公报中记载有如下的表面声波器件在 形成IDT以及电极焊盘的压电基板的主表面上形成包围IDT的金属膜， 在基底基板的主表面上形成与该金属膜对位的金属膜，将这些金属膜直
接接合，从而使两基板贴合。根据同一公报，两基板的金属膜通过在接 合前常温下照射离子束或等离子等而实施表面活性化处理，并且在ioo'c 以下左右加热处理的条件下对两基板进行加压，从而可使接合强度提高。
另外，在日本特开2004—343359号公报中记载有如下的表面声波元件的
制造方法在将压电基板和支承基板洗净而去除接合面的杂质并进行干
燥处理之后，将离子束或等离子等照射到至少一方的接合面上，去除残 留的杂质，并且使接合面的表层活性化，使己活性化的接合面相对地来 贴合压电基板和支承基板。
另外，在日本特开2005_311298号公报中公开有在常温下接合具有 金属接合部的多个被接合物的方法。根据该接合方法，在室温 18(TC以 下的低温加热下、优选室温即常温下，使利用原子束、离子束或等离子 即能量波处理后的被接合物的金属接合部相互重合而加压。此时，金属 接合部为维氏(Vickers)硬度200Hv以下，特别在铜、金、Al等金属的 情况下，可以得到良好的接合强度。另外，在同一公报中还记载有利用 该接合方法，将在接合面上形成厚度l(im以上的镀金的器件、和在接合 面上形成金薄膜的盖进行接合的半导体或MEMS器件。
但是，在上述以往的基于阳极接合的石英振子的封装体结构中，电 压的施加以及加热有可能对石英基板以及与其接合的基板带来不利影 响。因此，在特别要求高精度性能的情况下，并非一定是所期望的。另 外，与低熔点玻璃和金属接合等相同，会产生排出气体，从而有可能对 石英振动片的特性带来影响或使其恶化。
另外，在将热膨胀率不同的基板相互接合而实现多层的夹层结构的 情况下，需要同时层叠这些基板。因此，多层结构的各基板的对位作业 非常烦杂需要很多时间和劳力，有可能使实际作业效果降低。另外，即 使想通过夹层结构来吸收消除基板间的热膨胀率的差，但由于接合时产 生的热和热处理工序的影响，有可能在中间层的基板上产生起因于热膨 胀率的裂缝，或在结构整体上产生翘曲。其结果，制约了基板的接合条 件例如接合温度，有可能难以确保充分的接合强度和气密性。
另外，特别在音叉型或厚度切变振动模式的压电振子中，为了确保维持低CI值并得到高品质以及高稳定性，需要将封装体内密封为高真空 状态或惰性气体气氛。因此，必须维持高气密性地接合各基板来密封封 装体。另外，如果在各基板的接合时过度加热，则有可能对压电振动片 的振动特性带来影响，而无法得到所期望的性能。
但是，在如上所述那样将接合面的金属膜彼此直接接合的以往的方
法中，因为在从室温到18(TC以下或IO(TC以下的低温状态下进行常温接 合，因此为了确保音叉型或厚度切变振动模式的压电振子得到必要且充 分的气密性程度的接合强度，产生需要较长时间的问题。因此，生产性 降低，不适于工业实用化。相反，如上述以往技术那样，当在30(TC的加 热下接合基板的情况下，需要较长时间使封装体内成为充分的真空状态， 同样产生不适于工业的问题。
另外，如上所述那样，在利用紫外线照射的夹隔着硅氧化物层而将 3层基板直接接合的以往的压电振子中，该连接部不具有导电性，所以为 了将石英基板的励振电极引出到封装外侧，需要设置另外的布线结构。 因此，振子整体的结构变复杂，且有可能损害气密性。

发明内容
本发明是鉴于上述以往问题而产生的，其目的在于，在由一体形成 石英等压电振动片以及外壳的压电基板、和在其上下两表面接合的上下 基板构成的、可实现小型化以及薄型化的压电振子中，可消除由以往的 排出气体(outer gas)的产生、水分引起的腐蚀、气密性、或由热膨胀率 的差异引起的翘曲的问题等，例如即使在存在热膨胀率差异的情况下， 也可以以良好的状态气密接合。
另外，本发明的目的还在于，提供特别使压电基板和上下基板的定 位变得容易而且可以简单且低成本地制造出所述压电振子的方法。
另外，本发明的目的还在于，提供可对压电振子确保维持必要且充 分的气密性，并且适合于工业上的大量制造的生产性高的压电振子及其 制造方法。
根据本发明，为了达成上述目的，本发明提供的压电振子具有中
间压电基板，其一体形成压电振动片和外壳，且在该外壳的上表面和/或 下表面上形成导电膜；以及上侧基板和下侧基板，其分别接合在该中间 压电基板的外壳的上表面和下表面上，在腔体内以悬空状态保持压电振 动片，其中，所述腔体是通过由所接合的中间压电基板与上侧基板和下 侧基板划定且气密地进行密封而得到的，在上侧基板和下侧基板与中间 压电基板之间的各接合面分别通过镜面研磨加工和等离子处理而实现表 面活性化之后，相互直接接合而被接合成气密的状态。
根据这样的基板的层叠结构，与以往的压电振子相比可进一步大幅 实现小型化以及薄型化，.并且通过基于等离子处理的表面活性化，可在 常温下以不产生翘曲的良好状态在中间压电基板上气密地接合上侧基板 及下侧基板。另外，由于不像以往的基于阳极接合、金属接合、低触点 玻璃等的接合那样使用粘接剂或焊料等，所以不产生使压电振动片的特 性恶化的排出气体，并且不出现由于水分引起的腐蚀和气密性的问题， 是有利的。
在一个实施例中，利用压电材料来形成上侧基板及下侧基板，在另 一实施例中，利用石英来形成中间压电基板且利用与其相同的石英来形 成上侧基板及下侧基板，并使它们相互直接接合，从而不出现由热膨胀 率的差异而引起的残余应力的问题，可使接合强度提高。另外，在另一 实施例中，利用不同材料的玻璃材料或硅来形成上侧基板及下侧基板， 并使其可相互直接接合，通过常温下的接合来消除由热膨胀率的差异而 引起的翘曲，可接合为良好的状态。
另外，在一个实施例中，在中间压电基板的外壳的上表面及下表面 上形成导电膜，并且在上侧基板及下侧基板的接合面上形成金属薄膜， 这些外壳的导电膜以及上侧基板及下侧基板的金属薄膜分别在最上层具 有AU膜，中间压电基板外壳和上侧基板及下侧基板通过所述导电膜和金 属膜的扩散接合而气密地接合。通过该扩散接合，可以得到更强的接合 强度以及更高的气密性。
根据本发明的另一个侧面，本发明提供一种压电振子的制造方法， 该压电振子的制造方法具有执行如下处理的步骤形成中间压电基板，
该中间压电基板一体形成压电振动片和外壳，且在该外壳的上表面和/或 下表面上形成导电膜；形成上侧基板，该上侧基板接合在中间压电基板 的上表面上；形成下侧基板，该下侧基板接合在中间压电基板的下表面 上；对上侧基板和下侧基板与中间压电基板之间的各接合面进行镜面研 磨加工；通过等离子处理，使镜面研磨加工后的上侧基板和下侧基板与 中间压电基板之间的各接合面实现表面活性化；以及在中间压电基板的 上下表面上重叠上侧基板和下侧基板，以在由它们划定的腔体内以悬空 状态保持压电振动片，通过对它们加压而进行直接接合，从而将它们接 合成气密的状态。
由此，可将上侧基板及下侧基板和中间压电基板直接接合，以较简 单且低成本地制造出可进一步实现小型化/薄型化且不产生翘曲的压电振 子。另外，与以往的阳极接合相比，无需施加电压，所以不会对上侧/下 侧基板以及中间压电基板的组成和特性带来影响，并且还可以使用硅来 形成上侧基板及下侧基板。另外，由于不施加电压，所以还可以应用于 搭载有对压电振子进行驱动的IC的情况。
在一个实施例中，可在常温下或加热状态下在重合的中间压电基板 的上下表面上对上侧基板及下侧基板进行加压而接合。对于常温下的接 合，即使在中间压电基板和上侧基板及下侧基板为不同材料的情况下， 也不会产生由热膨胀率的差异引起的翘曲，而始终可接合为良好的状态。 在一个实施例中，利用压电材料来形成上侧基板及下侧基板。在另 一实施例中，利用石英来形成中间压电基板且利用与其相同的石英来形 成上侧基板及下侧基板。由此，即使在加热接合的情况下，也不会产生 由热膨胀率的差异而引起的残余应力问题，可提高接合强度。
在另一实施例中，中间压电基板具有在其外壳的上表面以及下表面 上形成的导电膜，上侧基板及下侧基板分别具有在与中间压电基板的接 合面上形成的金属薄膜，这些外壳的导电膜以及上恻基板及下侧基板的 金属薄膜分别在最上层具有膜厚5000A以上的Au膜，通过金属接合来 直接接合中间压电基板外壳和上侧基板及下侧基板。由此，可以以更强 的接合强度和更高的气密性来接合各基板。在该情况下，通过在对上侧基板及下侧基板进行了加热的状态下，对重合了该上下侧基板的中间石 英板的上下表面进行加压，从而可以以更短的时间进行接合且可实现接 合强度的提高。
另外，中间压电基板和上侧基板及下侧基板不论相同材料或不同材 料，不论在同时接合3张的情况下或在逐张接合的情况下，都可以接合 成良好的状态。在一个实施例中，在中间压电基板的上下表面上重合上 侧基板及下侧基板而进行临时接合，由此定位之后，对一体化的层叠体 的上下表面进行加压而气密地接合。通过等离子处理实施了表面活性化 的基板表面仅通过贴合即可容易地粘接，所以可容易且准确地定位，可 实现组装精度的提高。
在另一实施例中，在中间压电基板的下表面或上表面上重合下侧基 板或上侧基板的一方进行接合之后，在由此一体化的层叠体的上表面或 下表面上重合下侧基板或上侧基板中的另一方，进行加压而气密地接合。 通过这样逐张地接合基板，可容易地实现基板之间的定位且可使其精度 提咼。
在该情况下，在下侧基板或上侧基板的一方重叠在中间压电基板的 下表面或上表面上进行接合之后，在该层叠体的上表面或下表面上接合 下侧基板或上侧基板中的另一方之前，可对压电振动片进行频率调节， 可高效地制造出高品质且高性能的压电振动片。特别是，当对在将接合 下侧基板或上侧基板中的另一方之前的层叠体的上表面或下表面进行等 离子处理时，可在基于该等离子处理的层叠体上表面或下表面的表面活 性化的同时，进行该压电振动片的频率调节，可减少工序数来进一步提 高生产性。
在另一实施例中，提供一种压电振子的制造方法，该压电振子的制 造方法具有执行如下处理的步骤形成中间压电晶片，该中间压电晶片
具有多个中间压电基板；形成上侧晶片，该上侧晶片是将多个上侧基板
与中间压电晶片的中间压电基板对应地进行配置而成的 ，形成下侧晶片， 该下侧晶片是将多个下侧基板与中间压电晶片的中间压电基板对应地进
行配置而成的；对中间压电晶片和上侧晶片和下侧晶片之间的各接合面
进行镜面研磨加工；通过等离子处理，使镜面研磨加工后的中间压电晶 片以及上侧晶片和下侧晶片之间的各接合面实现表面活性化 ，在中间压 电晶片的上下表面上重叠上侧晶片和下侧晶片，且对它们进行加压而接 合成一体；以及切断所接合的晶片的层叠体来将压电振子分离为个体。 由此，可同时制造出多个压电振子，可实现生产性的提高以及成本的降 低。
另外，在另一实施例中，在形成中间压电晶片的工序中，对中间压 电晶片的上表面和/或下表面的各中间压电基板的外壳相对应的部分上所
形成的导电膜进行构图(patterning),以使该导电膜沿将晶片的层叠体分 离为压电振子个体用的切断线且具有与该切断宽度相同的间隙而分离。 由此，在晶片层叠体的状态下，各压电振子的励振电极在电方面分离独 立，所以可在分离为个体之前独立地测定或调节压电振子的频率，或可 进行所期望的特性试验。


图1 (A)是本发明的石英振子的第1实施例的侧视图，图1 (B) 是其纵剖面图，图l (C)是其仰视图。
图2 (A)是图l所示中间石英板的俯视图，图2 (B)是其仰视图。
图3是图1所示上侧基板的仰视图。
图4是图1所示下侧基板的俯视图。
图5是第1实施例的变形例的石英振子的剖面图。
图6 (A)是图5所示中间石英板的俯视图，(B)是其仰视图。
图7 (A)是本发明的石英振子的第2实施例的侧视图，图7 (B) 是其纵剖面图，图7 (C)是其仰视图。
图8 (A)是图7所示中间石英板的俯视图，图8 (B)是其仰视图。
图9是图7所示上侧基板的仰视图。
图10是图7所示下侧基板的俯视图。
图11是示出在基于本发明的方法的石英振子的制造工序中所贴合的 3张石英晶片的概要立体图。
图12 (A)是示出接合3张石英晶片的要领的说明图，图12 (B)
是示出石英晶片的接合体的概要立体图。
图13 (A)、 (B)是示出接合3张石英晶片的另一要领的说明图。
具体实施例方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。 图1示出本发明的石英振子的第1实施例。如图1 (A)、 (B)所示， 石英振子1具有在中间石英板2的上表面以及下表面上分别一体层叠上 侧基板3及下侧基板4的结构。本实施例的上侧基板3及下侧基板4由 与中间石英板2相同的石英来形成。中间石英板2和上侧基板3及下侧 基板4如后述那样相互气密地直接接合。
如图2 (A)、 (B)所示，中间石英板2—体形成音叉型石英振动片 5和外壳6。石英振动片5具有从与外壳6结合的基端部7延伸出来的一 对振动臂，形成在其表面上的一方的励振电极8从基端部7引出，并与 形成在外壳6上表面上的上侧导电膜9电连接。形成在所述振动臂的表 面上的另一方的励振电极10同样从基端部7引出，并与形成在外壳6下 表面上的下侧导电膜11电连接。在结合了石英振动片基端部7的外壳6 的长度方向的端部，设有2个通孔12。在该外壳6的长度方向端部的下 表面，形成有从下侧导电膜11分离的引出导电膜13，经由通孔12内部 的导电膜而与上侧导电膜9电连接。在本实施例中，所述励振电极和导 电膜由铝形成，但也可以使用以往所知的铬、钛等各种导电材料。
在上侧基板3及下侧基板4上，如图3和图4所示，在与中间石英 板2的相向面上分别形成有凹部14、 15。在由这些凹部所划定的腔体16 内，石英振动片5通过其基端部7被保持收容为单端固定的悬臂状态。 中间石英板2的接合面即外壳6的上下表面如上述那样形成有导电膜9、 11，与此相对，上侧基板3及下侧基板4的接合面即包围所述各凹部的 周边部分是石英裸面。
上侧基板3及下侧基板4的接合面以及外壳6的上下接合面分别在 接合之前通过实施等离子处理而进行了表面活性化。将接合面已进行了
表面活性化的中间石英板2和上侧基板3及下侧基板4相互定位而重合， 通过施加规定压力而在比较短的时间内气密地接合。此时，所述中间石
英板和上侧基板及下侧基板优选使它们的面取向(plane direction)相同 地进行定位。这样，上侧基板3及下侧基板4的接合面和外壳6的上下 表面彼此以良好的状态、例如接合为保持漏泄量1 X l(T"std ，cc/sec以上 的高气密性，以将所述腔体密封为音叉型石英振子中必要且充分的高真 空度。
如图l (C)所示，在下侧基板4的下表面上，在各角部分别设有外 部电极18、 19。另外，在下侧基板4上，在各角部形成有1/4圆形的缺 口 20、 21。该缺口是例如在切成方块过程中从大型石英板分割出各石英 板时形成在纵横切断线的交叉点上的年卞7夕l/一V3 y (孔)(圆形贯 通孔)在切断之后所留下的部分。在缺口20、 21的内表面上分别形成有 导电膜，与其相邻的外部电极18、 19与从所述各缺口露出的中间石英板 2的下侧导电膜11和引出导电膜13电连接。
另外，在下侧基板4的大致中央，贯穿设有将所述腔体和外部连通 的密封孔22。密封孔22被密封材料23气密地闭塞住，而气密地密封收 容有石英振动片5的所述腔体内部，维持为期望的真空状态或气氛。密 封材料23例如可使用Au—Sn等低熔点金属材料，从外部利用激光等来 熔敷到密封孔22内。在该情况下，优选密封孔22的内表面预先利用金 属膜来覆盖。另外，在本发明中，在所述基板的接合过程中产生的排出 气体比较少，所以不必一定设置密封孔22，因此还可以省略。
图5示出上述第1实施例的变形例。与图1的情况相同，该变形例 的石英振子31的上侧基板33及下侧基板34夹持中间石英板32层叠为 一体。如图6 (A)、 (B)所示，中间石英板32—体形成音叉型石英振动 片35和外壳36，但在如下的方面与图1的实施例不同。首先，外壳36 将其下表面配置在与石英振动片35的下表面相同平面上，将其板厚仅在 厚度方向上方形成得较厚。与石英振动片基端部37结合的外壳36的长 度方向端部在与基端部37相邻的内侧部分和外周缘部分之间形成有阶 梯。B卩，所述内侧部分具有与相邻的石英振动片35相同的高度，与此相
对，所述外周缘部分具有与其他外壳部分大致相同的宽度以及相同厚度。
另外，中间石英板32在外壳36的上表面没有形成导电膜。形成在 石英振动片35的振动臂表面上的一方的励振电极38从基端部37连续到 在与其相同高度的外壳36的所述长度方向端部的内侧部分上所形成的上 侧导电膜39。与图2的中间石英板2相同，另一方的励磁电极40从所述 基端部直接连续到外壳36的所述长度方向的端部下表面的下侧导电膜 41。在外壳36的所述长度方向的端部，与图1的第1实施例相同地形成 有通孔32，借助该通孔内部的导电膜，在其下表面从下侧导电膜41分离 而形成的引出导电膜43和上表面侧的上侧导电膜39电连接。
因此，在该变形例中，上侧基板33是使其与中间石英板32的相向 面平坦的平板，与此相对，下侧基板34与第1实施例的下侧基板4相同， 在与中间石英板32相向的面上形成有凹部44。在将中间石英板32与上 侧基板33及下侧基板34层叠时，在其内部划定腔体45，在该腔体内石 英振动片35通过基端部37被保持收容为单端固定的悬臂状态。
与图1的实施例相同，上侧基板33及下侧基板34的接合面以及中 间石英板32的接合面即外壳36的上下表面在接合前通过等离子处理而 实施表面活性化。而且，使中间石英板32和上侧基板33及下侧基板34 相互定位，优选重合成面取向相同，施加规定压力而在比较短时间内直 接接合。此时，上侧基板33和中间石英板32由于彼此均以相同的石英 来接合，所以可以得到更稳定的接合状态。
另外，在另一实施例中，可将中间石英板的外壳的板厚在其厚度方 向的上下方向双方形成得较厚。在该情况下，上侧基板及下侧基板双方 都由使其与中间石英板的相向面平坦的平板来构成。在该情况下，上侧 基板及下侧基板可从与中间石英板的相向面省略所述凹部。但是，在上 侧基板和/或下侧基板上同样地形成所述凹部时，可以划定用于收容石英 振动片的更大的腔体。在该情况下，中间石英板和上侧基板及下侧基板 也在将这些接合面接合之前通过等离子处理而实施表面活性化，之后通 过相互重合加压而被气密地接合。
另外，在上述实施例中，利用与中间石英板相同的石英来形成石英
振子的上侧基板及下侧基板，所以不会残留将热膨胀率不同的不同材料 彼此接合时那样的接合应力，所以是有利的。但是，本发明也可以将通 过本发明的等离子处理而可与石英直接接合的石英以外的材料用于上侧 基板及下侧基板。作为这样的不同材料，特别优选硼硅酸耐热玻璃、钠 玻璃等玻璃材料或硅，因为它们除了与石英的接合性良好之外，还具有 与石英比较相近的热膨胀率。由此，即使在这样使用不同材料的上侧基 板及下侧基板的情况下，在本发明中也可以在常温下进行接合，所以不 会产生由热膨胀率的差异引起的翘曲。另外，即使在热膨胀率存在差异 的情况下，通过同时接合3张基板，即使在接合时加热也可以防止由热 膨胀率的差异而引起的翘曲。
图7示出本发明的石英振子的第2实施例。与第1实施例相同，如
图7 (A)、 (B)所示，本实施例的石英振子51具有在中间石英板52的 上表面以及下表面上分别一体层叠上侧基板53及下侧基板54的结构。 在本实施例中，上侧基板53及下侧基板54由与中间石英板52相同的石 英来形成，但如后述那样，通过中间石英板52与金属膜的扩散接合来相 互气密地直接接合。
与图2的中间石英板相同，如图8 (A)、 (B)所示，中间石英板52 一体地形成音叉型石英振动片55和外壳56。石英振动片55具有从与外 壳56结合的基端部57延伸出来的一对振动臂，形成在其表面上的一方 的励振电极58从基端部57引出，并与形成在外壳56的上表面上的上侧 导电膜59电连接。形成在所述振动臂的表面上的另一方的励振电极60 同样从基端部57引出并与形成在外壳56下表面上的下侧导电膜61电连 接。在结合了石英振动片基端部57的外壳56的长度方向的端部，设有2 个通孔62。在该外壳56的长度方向的端部的下表面，形成有从下侧导电 膜61分离的引出导电膜63，借助通孔62内部的导电膜而与上侧导电膜 59电连接。
在上侧基板53及下侧基板54上，如图9和图10所示，与图3和图 4的上侧基板及下侧基板相同地，在与中间石英板52的相向面上分别形 成有凹部64、 65。在由这些凹部所划定的腔体66内，石英振动片55通 过其基端部57被保持收容为单端固定的悬臂状态。
如图9所示，在上侧基板53的下表面即与中间石英板52相向的面 上，在包围凹部64的周边部分的整个接合面上形成有金属薄膜67。同样， 在下侧基板54的上表面即与中间石英板52相向的面上，在包围凹部65 的周边部分的接合面上形成有与中间石英板下表面的下侧导电膜61和引 出导电膜63对应的金属薄膜68、 69。
这些金属薄膜67 69优选为将例如Cr膜、Ni/Cr膜、Ti膜、或Ni 一Cr膜作为基底膜并利用Au膜来形成最上层。形成在中间石英板52的 外壳56的上下表面上的导电膜59、 61以及引出导电膜63也同样优选为 将&膜、Ni/Cr膜、Ti膜、Ni — Cr膜等作为基底膜并利用Au膜来形成 最上层。可通过溅射、蒸镀、电镀、直接电镀等公知方法或这些方法的 组合来容易地使这些金属膜成膜。
上侧基板53及下侧基板54的金属薄膜67 69以及中间石英板外壳 56的导电膜59、 61、 63分别在接合之前通过实施等离子处理而进行了表 面活性化。将中间石英板52和上侧基板53及下侧基板54相互定位重合， 通过施加规定压力，而在比较短时间内利用所对应的金属薄膜67 69和 导电膜59、 61、 63之间的扩散接合而在金属接合部70、 71气密地进行 接合。此时，所述中间石英板和上侧基板及下侧基板优选使它们的面取 向一致。
特别，在将形成所述金属薄膜以及导电膜的最上层的Au膜的膜厚设 为5000A以上的情况下，上侧基板53、下侧基板54的接合面和中间石 英板52的接合面即外壳56的上下表面以良好的状态、例如保持漏泄量1 X 10—14std cc/sec以上的高气密性地进行相互接合，以将所述腔体密封 为音叉型石英振子必要且充分的高真空度。另外，在将金属薄膜67 69 以及导电膜59、 61、 63设为相同膜厚时，在接合后可以得到充分厚度的 金属接合部70、 71，所以是优选的。
另外，如图7 (C)所示，与第1实施例相同，在下侧基板54的下 表面上，在各角部分别设有外部电极72、 73。另外，在下侧基板54上， 在各角部形成有1/4圆形的缺口 74、 75，该缺口是例如在切成方块过程
中从大型石英板分割出各石英板时形成在纵橫切断线的交叉点上的圆形
贯通孔被切断之后所留下的部分。在缺口74、 75的内表面分别形成有导 电膜，与其相邻的外部电极72、 73与从所述各缺口露出的中间石英板52 的下侧导电膜61和引出导电膜63电连接。
另外，在下侧基板54的大致中央，贯穿设有将所述腔体和外部连通 的密封孔76。密封孔76被密封材料77气密闭塞，而气密密封收容有石 英振动片55的所述腔体内部，将其维持为所期望的真空状态或气氛。密 封材料75例如可使用Au—Sn等低熔点金属材料，从外部利用激光等来 焊接在密封孔76内。在该情况下，密封孔76的内表面优选为预先利用 金属膜来覆盖。另外，在本实施例中，在所述基板的接合过程中产生的 排出气体比较少，所以不必一定设置密封孔76，因此还可以省略。
在第2实施例的石英振子中，也如与图5相关联的上述第1实施例 的变形例那样，将中间石英板52的外壳56的下表面配置在与石英振动 片55的下表面相同的平面上，仅在厚度方向的上方将其板厚形成得较厚， 并且石英振动片基端部57和与其结合的外壳56部分之间形成有阶梯， 可将上侧基板设为平板。另外，可将中间石英板52的外壳56的板厚在 其厚度方向的上方和下方双方形成得较厚，并且上侧基板53和下侧基板 54均可由平板构成。
接下来，对利用本发明的方法来制造图1所示的第1实施例的石英 振子的工序进行说明。如图11所示，准备在纵横方向连续配置了图1的 多个石英振动片5和外壳6的大型的中间石英晶片80。对中间石英晶片 80的上下表面分别进行镜面研磨加工，优选使其表面粗糙度为几nm 几 十nm左右。石英振动片5以及外壳6的外形是利用光刻蚀技术对石英晶 片进行蚀刻而形成的。在各石英振动片5以及外壳6的表面，例如对铝 等导电材料通过溅射、蒸镀、电镀、直接电镀等来进行成膜，将所述励 振电极以及导电膜形成为所期望的图案。
与此同时，准备在纵横方向上连续配置了多个上侧基板3的大型上 侧石英晶片81。至少对上侧石英晶片81与中间石英晶片80接合的下表 面进行镜面研磨加工，优选使其表面粗糙度为几nm 几十nm左右。在上侧石英晶片81上，在与中间石英晶片80的相向面上与该中间石英晶
片的各石英振动片5以及外壳6对应地形成有多个凹部14。例如，通过 对石英晶片表面进行蚀刻或喷沙加工，可以容易地形成这些凹部。
同样，准备在纵横方向上连续配置了多个下侧基板4的大型上侧石 英晶片82。至少对下侧石英晶片82与中间石英晶片80接合的上表面进 行镜面研磨加工，优选使其表面粗糙度同样为几nm 几十nm左右。在 下侧石英晶片82上，在与中间石英晶片80的相向面上通过蚀刻或喷砂 加工等与中间石英晶片的各石英振动片5以及外壳6对应地形成有多个 凹部15。另外，在下侧石英晶片82上，在各凹部15的大致中央处贯穿 设有密封孔22，并且在纵向和横向正交的下侧基板4的外轮廓线的交点 处分别形成有圆形贯通孔83。在下侧基板4的下表面上，利用溅射等而 使导电材料成膜，从而在规定位置上预先形成多个外部电极18、 19。另 外，在将上述低熔点金属材料用作密封材料23的情况下，在密封孔22 的内表面预先形成所述导电材料等金属膜。
接下来，通过等离子处理来对上侧、中间以及下侧石英晶片80 82 的所述各接合面进行表面活性化。在等离子处理之后，如图12 (A)所 示，使上侧石英晶片81与中间石英晶片SO的上表面重合并使下侧石英 晶片82与中间石英晶片80的下表面相互重合。首先，通过使各石英晶 片80 82定位且调节它们的平行度来使各接合面贴合而进行临时接合。 接下来，针对该石英晶片层叠体84优选再次调节它们的平行度，在常温 下从上下加压，从而实际接合。
所述等离子处理是使用例如适用于对晶片等的大面积进行处理的公 知的SWP型RIE方式的等离子处理装置来进行的。该等离子处理装置的 工作台配置在高真空气氛的处理室内，在其上面搭载要进行处理的所述 上侧、中间以及下侧石英晶片。在所述处理室的上方，从外部的气体供 给源导入所期望的反应气体。另外，在处理室的上部设有导波管，该导 波管在下表面具有由细间隙或切口构成的隙缝天线(slot antenna)。
如以往公知那样，从微波振荡器放射出的微波(2.45GHz)在所述导 波管内形成驻波。然后，从所述缝隙天线漏出的微波传输到配置在其下
侧的石英板等电介质，产生沿其表面传输的表面波。通过该表面波，在 所述电介质的整个面上生成均匀且高密度的等离子，由此，对导入处理室内的反应气体进行激励，生成该反应气体的活性种(activated species)。 当使用时，从所述气体供给源向所述处理室连续提供反应气体，并 从高频电源对所述工作台施加规定的电压(例如，13.56MHz)。在所述处 理室内生成的所述反应气体的活性种从其上部向下方流向所述工作台， 对所述晶片进行处理。通过该等离子处理，所述晶片的表面暴露于所述 反应气体活性种中从而均匀地被活性化。即，对石英晶片80 82的各接 合面进行改质，以利用包含在等离子中的离子进行蚀刻而从其表面去除 有机物、污染物、灰尘等，进而利用等离子中的自由基(radical)使形成 该接合面的物质的具有成键电子的原子露出。上述SWP型RIE方式的等 离子处理装置可在1台装置的同一室内连续进行这样的2个阶段的等离 子处理。
在本实施例中，作为反应气体例如使用CF4气体，生成氟离子、受 激态物质(excited species)等活性种。进行等离子处理后的晶片表面的 活性状态至少维持一个小时左右，所以可充分执行在此后的临时接合以 及实际接合的工序。在另一实施例中，作为反应气体使用Ar单体的气体、 N2单体的气体、CF4和02混合气体、02和N2的混合气体、02单体的气 体，同样可对所述晶片表面进行活性化。
上侧、中间以及下侧石英晶片80 82使具有成键电子的原子露出在 等离子处理的各接合面上，所以在上述临时接合工序中，仅通过相互定 位贴合，即可容易地进行粘接。临时接合的石英晶片层叠体84在其上下 表面上同样施加最大2MPa左右的按压力而紧固地将接合面间气密接合 为一体。根据本发明，可在常温下进行该实际接合工序。在另一实施例 中，通过在加热到大约200 25(TC左右的较低温度的状态下进行实际接 合工序，可更加良好地接合而不对石英振动片的特性带来影响。所述层 叠体的加压可使用公知的液压装置或气压装置，也可以一边施加超声波 振动一边加压。另外，对于所述石英晶片的临时接合、实际接合，在大 气压或所期望的惰性气体气氛内、真空内，都可同样进行。特别是在要将石英振动片5高真空地密封在腔体16内的情况下，通过加热到大约
200 25(TC左右，并进行约20 30分钟的短时间的真空抽吸，从而可以 达到1(^Torr左右的真空度。
最后，如图12 (B)所示，针对如此接合的石英晶片层叠体84，沿 纵横正交的石英振子的外轮廓线85，通过切成方块等来进行切断分割从 而实现分离为个体。优选下侧基板4底面的外部电极18、 19在切成方块 之前在晶片层叠体的状态下通过溅射等来形成，这样可简化工序。分离 为个体的各石英振子由于上侧基板3及下侧基板4透明，所以可易于从 外部照射激光等，由此可进行频率调节。频率调节后的各石英振子配置 在真空气氛中，将密封孔22气密地闭塞。由此，完成图l所示的石英振 子l。
另外，在本实施例中，在将石英振子1分离为个体之前，可在石英 晶片层叠体84的状态下测定或调节频率，或者执行所期望的试验。在该 情况下，在中间石英晶片80中，针对设置在相邻的石英振子的外壳6的 上下表面上的上侧导电膜9、下侧导电膜11以及引出导电膜13进行构图， 以仅分别去除沿各石英振子的外轮廓线85切方块的线的宽度部分的导电 材料。由此，石英晶片层叠体84和与以往技术相关联的上述的阳极接合 的情况不同，各石英振子1的励振电极与相邻的石英振子的励振电极在 电方面分离独立，所以在该状态下，可针对每个石英振子进行其特性试 验以及频率的测定/调节。
另外，这样构图的上侧导电膜9、下侧导电膜ll以及引出导电膜13 在通过切成方块而分离为个体的各石英振子1的侧面露出。因此，在切 成方块时，可将水分侵入并残留在所述各基板的接合面的间隙内而腐蚀 电极的情况防患于未然。
在另一实施例中，如图13所示，可将3张石英晶片80 81逐张接 合。首先，如图13 (A)所示，使中间石英晶片80和下侧石英晶片82 贴合而临时接合。在该临时接合中，可仅使所述两个晶片接合，或者可 以以比将上侧石英晶片81接合的后一工序小的力来进行加压。接下来， 如图13 (B)所示，在中间石英晶片80的上表面，使上侧石英晶片81定位、重合，并加压来进行接合。该加压力设为与图12的情况的实际接 合相同程度的大小。
在该实施例中，在接合了 2张石英晶片的图13 (A)的状态下，可 照射激光等，来调节各石英振动片的频率。在该情况下，在中间石英晶
片80中，针对各石英振子的上侧导电膜9、下侧导电膜ll以及引出导电 膜13进行构图，以仅去除沿各石英振子的外轮廓线85切方块的线的宽 度部分的导电材料，以使各石英振子1的励振电极与相邻的石英振子在 电方面分离独立。
在图5所示变形例的石英振子31的情况、以及将中间石英板的外壳 在其厚度方向的上下方向均形成得比石英振动片厚的情况下，也可以与 图1的实施例相同地按照上述图12或图13所示的工序，利用本发明的 方法来制造。在这些情况下，与图1的实施例相同，例如可使用上述SWP 型RIE方式的等离子处理装置，在相同处理条件下执行各接合面的表面 活性化。特别，对于上侧石英晶片和/或下侧石英晶片，两表面都可以使 用平坦的晶片来形成，可省略在其接合面侧加工凹部的工序，所以是有 利的。
另外，使用相同的图11来对利用本发明的方法制造图7所示的第2 实施例的石英振子的工序进行说明。同样，准备在纵横方向连续配置了 多个图7所示的石英振动片55和外壳56的大型中间石英晶片80。对中 间石英晶片80的上下表面进行镜面研磨加工，优选使其表面粗糙度分别 为几nm 几十nm左右。石英振动片55以及外壳56的外形是利用光刻 蚀技术对石英晶片进行蚀刻而形成的。在所述各石英振动片以及外壳的 表面，例如通过公知的溅射、蒸镀、电镀、直接电镀等使导电材料成膜， 将所述励振电极以及导电膜形成为所期望的图案。如上述那样，所述导 电膜将例如Cr膜、Ni/Cr膜、Ti膜、或Ni — Cr膜作为基底膜并利用Au 膜来形成最上层。
与此同时，准备在纵横方向上连续配置了多个上侧基板53的大型上 侧石英晶片81。至少对与中间石英晶片80接合的上侧石英晶片81的下 表面进行镜面研磨加工，优选使其表面粗糙度为几nm 几十nm左右。
在上恻石英晶片81上，在与中间石英晶片80的相向的面上，例如通过
蚀刻或喷砂加工而与该中间石英晶片的各石英振动片55以及外壳56对 应地形成有多个凹部64。
另外，在上侧石英晶片81上，在与中间石英晶片80的接合面即包 围凹部64的整个下表面上形成金属薄膜。该金属薄膜由例如Cr膜、Ni/Cr 膜、Ti膜、Ni—Cr膜等基底膜和最上层的Au膜构成，可通过溅射、蒸 镀、电镀、直接电镀等公知方法或这些方法的组合来形成。所述Au膜的 膜厚优选为上述的5000 A以上。
同样，准备在纵横方向上连续配置了多个下侧基板54的大型下侧石 英晶片82。至少对与中间石英晶片80接合的、下侧石英晶片82的上表 面进行镜面研磨加工，优选使其表面粗糙度为几nm 几十nm左右。在 下侧石英晶片82上，在与中间石英晶片80的相向面上，通过蚀刻或喷 砂加工等，与中间石英晶片的各石英振动片55以及外壳56对应地形成 有多个凹部65。另外，在下侧石英晶片82上，在各凹部65的大致中央 处贯通设有密封孔75，并且在纵横方向上正交的下侧基板54的外轮廓线 的每一交叉点处分别形成有圆形贯通孔83。
另外，在下侧石英晶片82上，在与中间石英晶片80的接合面即包 围凹部65的整个上表面上形成金属薄膜。该金属薄膜由例如Cr膜、Ni/Cr 膜、Ti膜、Ni—Cr膜等基底膜和最上层的Aii膜构成，可通过溅射、蒸 镀、电镀、直接电镀等公知方法或这些方法的组合来形成。所述Au膜的 膜厚优选为上述的5000 A以上。
另外，在下侧基板4的下表面上，利用溅射等而使导电材料成膜， 从而预先在规定位置上形成多个外部电极72、 73。另外，在将上述低熔 点金属材料用作密封材料77的情况下，在密封孔75的内表面预先形成 所述导电材料等金属膜。
接下来，通过等离子处理来对上侧、中间以及下侧石英晶片80 82 的所述各接合面进行表面活性化处理。在等离子处理之后，如图12 (A) 所示，上侧石英晶片81及下侧石英晶片82重合在中间石英晶片80的上 下表面上。首先，通过使各石英晶片80 82定位且调节它们的平行度来 使各接合面贴合，通过比之后的实际接合弱的加压力来进行临时接合。 接下来，针对该石英晶片层叠体84优选再次调节它们的平行度，在常温 下从上下加压，从而进行实际接合。这些临时接合和实际接合是通过形
成所述金属薄膜的最上层的Au膜彼此的扩散接合来进行的。
在所述等离子处理中，同样使用上述公知的SWP型RIE方式的等离 子处理装置。利用该等离子处理装置，例如使用13.56MHz 2.45GHz的 微波来生成等离子，激励导入处理室内的反应气体，生成该反应气体的 离子、受激态物质等活性种。在本实施例中，作为反应气体使用Ar单体、 CF4、 N2单体、02单体、02和N2的混合气体等。在其他处理条件下，例 如将对处理工作台施加电压的高频电源的输出设定为2.5kW，将反应气 体的排气压力设定为10 1Pa，将工作台的温度设定为大致室温即25'C， 并且将照射时间设定为30 60秒。
通过该等离子处理，所述晶片的表面暴露于所述反应气体活性种中 从而均匀地被活性化。即，针对构成石英晶片80 82的各接合面的金属 薄膜和导电膜，利用在等离子中含有的离子进行蚀刻而从其表面去除有 机物、污染物、灰尘等，并且利用等离子中的自由基改质为易于直接接 合的表面状态。上述SWP型RIE方式的等离子处理装置可在1台装置的 同一室内连续进行这样的2阶段的等离子处理。
临时接合的石英晶片层叠体84被均匀施加例如每cm2约39.2N的按 压力而紧固地将接合面间气密地接合为一体。此时，在加热到不会对石 英振动片的特性带来影响的大约200 25(TC左右的较低温度的状态下进 行接合时，可得到更强的接合强度。在本实施例中，通过将所述各接合 面最上层的Au膜形成为5000A以上的膜厚，大约在10分钟左右的短时 间内可良好地、例如保持对音叉型石英振子进行真空密封时所需的漏泄 量1 X 10—14std ，cc/sec以上的高气密性地进行接合。所述层叠体的加压可 使用公知的液压装置或气压装置，也可以一边施加超声波振动而一边加 压。另外，对于所述石英晶片的临时接合和实际接合，在大气压或所期 望的惰性气体的气氛内、真空内，都可同样进行。特别是在要将石英振 动片55高真空地密封在腔体66内的情况下，通过加热到大约200 250°C
左右，并进行约20 30分钟的短时间的真空抽吸，从而可以达到l(T5T0rr 左右的真空度。
最后，如图12 (B)所示，针对如此接合的石英晶片层叠体84，沿 纵横正交的石英振子的外轮廓线85，通过切成方块等进行切断分割来将 石英晶片层叠体84分离为个体。下侧基板54底面的外部电极72、 73在 切成方块之前在晶片层叠体的状态下通过溅射等来形成时，可简化工序。 由于分离为个体的各石英振子由于上侧基板53及下侧基板54透明，所 以可易于从外部照射激光等，由此可进行频率调节。经频率调节后的各 石英振子配置在真空气氛中，将密封孔74气密地闭塞。由此，完成图7 所示的石英振子51。
在本实施例中，在将石英振子51分离为个体之前，可以在石英晶片 层叠体84的状态下，执行频率的测定、调节、或所期望的试验。此时， 在中间石英晶片80中，针对设在相邻的石英振子的外壳6的上下表面上 的上侧导电膜59、下侧导电膜61以及引出导电膜63进行构图，以仅分 别去除沿各石英振子的外轮廓线85切方块的线的宽度部分的导电材料。 由此，在石英晶片层叠体84中，各石英振子51的励振电极与相邻的石 英振子的励振电极在电方面分离独立，所以在该状态下，可针对每个石 英振子进行特性试验以及频率的测定/调节。另外，在将各石英振子51 分离为个体时，如上所述构图的上侧导电膜59、下侧导电膜61以及引出 导电膜63从各石英振子51的侧面露出，因此，在切成方块时，可将水 分侵入并残留在所述各基板的接合面的间隙中而腐蚀电极的情况防患于 未然。
在另一实施例中，如图13所示，可将3张石英晶片80 81逐张接 合。首先，如图13 (A)所示，使中间石英晶片80和下侧石英晶片82 贴合而进行临时接合。此时，在中间石英晶片80上设置保护基板，且使 其非金属面的表面与该晶片上表面的接合面抵接，来维持其表面粗糙度。 另外，在该临时接合中，可仅使所述两个晶片接合，或者可以用比之后 的接合上侧石英晶片81的工序小的力来进行加压。接下来，如图13 (B) 所示，在中间石英晶片80的上表面，使上侧石英晶片81定位重合，以与图12的情况的实际接合相同程度的力进行加压而接合。
在该实施例中，在接合了 2张石英晶片的图13 (A)的状态下，可 调节各石英振动片的频率。在该情况下，在中间石英晶片80中，针对各 石英振子的上侧导电膜9、下侧导电膜ll以及引出导电膜13进行构图， 以仅分别去除沿各石英振子的外轮廓线85切方块的线的宽度部分的导电 材料，以使各石英振子1的励振电极与相邻的石英振子在电方面分离独
..、厂
该频率调节可通过使用上述等离子处理装置的等离子处理，与中间 石英晶片80的上表面的接合面的等离子处理同时进行。由于可通过事先 的试验等得知等离子照射引起的频率变动量，所以将石英振动片55的表 面的电极膜预先形成为与等离子照射量对应的膜厚即可。与临时接合下 侧石英晶片82之前对中间石英晶片80进行的等离子照射相比，以更高 的能量来进行此时的等离子照射。另外，该频率调节也可以通过激光等 的照射来进行。
另外，根据本发明，在上述各实施例中，可利用Si02薄膜来覆盖中 间石英板、上侧基板及下侧基板的各接合面。在第1实施例中，将Si02 薄膜形成在中间石英板2的外壳6的上下两表面上，进而也可以任意地 形成在上侧基板3及下侧基板4的各接合面上。由此，取代所述导电膜 和石英裸面的直接接合，中间石英板2和上侧基板3及下侧基板4通过 SiCV薄膜和石英裸面的直接接合、或SiCV薄膜彼此的直接接合来气密接 合。当然，在形成这些SK)2薄膜之后，对其表面进行所述各接合面的等 离子处理。
同样，在第2实施例中，将Si02薄膜形成在中间石英板52的外壳 56上下两表面上，并且也可以任意地形成在上侧基板53及下侧基板54 的各接合面上。由此，取代所述导电膜和所述金属膜的扩散接合，中间 石英板52和上侧基板53及下侧基板54通过Si02薄膜和所述金属薄膜之 间的直接接合、或Si02薄膜彼此的直接接合来气密接合。另外，在形成 这些Si02薄膜之后，对其表面进行所述各接合面的等离子处理。
另外，根据本发明，可以使用由石英以外的压电材料来一体形成音叉型压电振动片和外壳的中间压电基板，而代替上述各实施例中的中间 石英板。在该情况下，上侧基板及下侧基板可由相同压电材料形成，或 者可由具有比较接近的热膨胀率的其他压电材料来形成。
另外，除了音叉型石英振子之外，本发明还可以应用于厚度切变振 动模式的石英振子。此时，在利用ATcut石英板来形成所述中间石英板、 上侧基板及下侧基板的情况下，从热膨胀率的观点来看，优选使其面取 向一致地来进行接合。另外，无需对腔体内进行真空密封，所以设在下 侧基板上的密封孔可省略。
以上，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本领域技术人员 可知本发明可在其技术范围内对上述各实施例施加各种变更/变形。例如，
用于表面活性化的等离子处理除了使用上述缝隙天线的SWAP型RIE方 式以外，还可以通过大气压等离子法等其他公知方法来进行。
权利要求
1.一种压电振子，其特征在于，该压电振子具有中间压电基板，其一体形成压电振动片和外壳，且在所述外壳的上表面和/或下表面上形成导电膜；以及上侧基板和下侧基板，其分别接合在所述中间压电基板的所述外壳的上表面和下表面上，在腔体内以悬空状态保持所述压电振动片，其中，所述腔体是通过由所述中间压电基板与所述上侧基板和下侧基板划定且气密地进行密封而得到的，在所述上侧基板和下侧基板与所述中间压电基板之间的各接合面分别通过镜面研磨加工和等离子处理而实现表面活性化之后，相互直接接合而被接合成气密的状态。
2. 根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述上侧基板和 下侧基板由压电材料构成。
3. 根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述中间压电基 板由石英构成。
4. 根据权利要求3所述的压电振子，其特征在于，所述上侧基板和下顶u基板由石英构成。
5. 根据权利要求3所述的压电振子，其特征在于，所述上侧基板和 下侧基板由玻璃材料或硅构成。
6. 根据权利要求1 5中的任一项所述的压电振子，其特征在于，在 所述中间压电基板的所述外壳的上表面和下表面上形成导电膜，在所述 上侧基板和下侧基板的接合面上形成金属薄膜，所述外壳的所述导电膜 以及所述上侧基板和下侧基板的所述金属薄膜在其最上层具有Au膜，所 述中间压电基板外壳与所述上侧基板和下侧基板通过扩散接合方式而被 接合成气密的状态。
7. —种压电振子的制造方法，其特征在于，该压电振子的制造方法 具有执行如下处理的步骤形成中间压电基板，该中间压电基板一体形成压电振动片和外壳， 且在所述外壳的上表面和/或下表面上形成导电膜；形成上侧基板，该上侧基板接合在所述中间压电基板的上表面上； 形成下侧基板，该下侧基板接合在所述中间压电基板的下表面上； 对所述上侧基板和下侧基板与所述中间压电基板之间的各接合面进行镜面研磨加工；通过等离子处理，使镜面研磨加工后的所述上侧基板和下侧基板与 所述中间压电基板之间的各接合面实现表面活性化；以及在所述中间压电基板的上下表面上重叠所述上侧基板和下侧基板， 以在由它们划定的腔体内以悬空状态保持所述压电振动片，通过对它们 加压而进行直接接合，从而将它们接合成气密的状态。
8. 根据权利要求7所述的压电振子的制造方法，其特征在于，所述 中间压电基板具有在所述外壳的上表面和下表面上形成的导电膜，所述 上侧基板和下侧基板分别具有在它们与所述中间压电基板之间的接合面 上形成的金属薄膜，所述外壳的所述导电膜以及所述上侧基板和下侧基 板的所述金属薄膜分别在最上层具有膜厚为5000A以上的Au膜，通过 扩散接合方式将所述中间压电基板外壳与所述上侧基板和下侧基板接合 成气密的状态。
9. 根据权利要求7或8所述的压电振子的制造方法，其特征在于， 所述上侧基板和下侧基板由压电材料构成。
10. 根据权利要求7或8所述的压电振子的制造方法，其特征在于， 所述中间压电基板由石英构成。
11. 根据权利要求7 10中的任一项所述的压电振子的制造方法，其 特征在于，该压电振子的制造方法具有执行如下处理的步骤形成中间压电晶片，该中间压电晶片具有多个所述中间压电基板；形成上侧晶片，该上侧晶片是将多个所述上侧基板与所述中间压电 晶片的中间压电基板对应地进行配置而成的；形成下侧晶片，该下侧晶片是将多个所述下侧基板与所述中间压电 晶片的中间压电基板对应地进行配置而成的；对所述中间压电晶片和所述上侧晶片和下侧晶片之间的各接合面进 行镜面研磨加工；通过等离子处理，使镜面研磨加工后的所述中间压电晶片以及所述上侧晶片和下侧晶片之间的各接合面实现表面活性化；在所述中间压电晶片的上下表面上重叠所述上侧晶片和下侧晶片，且对它们进行加压而接合成一体；以及切断所接合的所述晶片的层叠体来将压电振子分离为个体。
12. 根据权利要求11所述的压电振子的制造方法，其特征在于，在形 成所述中间压电晶片的步骤中，对在所述中间压电晶片的上表面和/或下 表面的、与所述各中间压电基板的所述外壳相对应的部分上形成的导电 膜进行构图，以使该导电膜沿将所述晶片的层叠体分离为压电振子个体 用的切断线且按照与其切断宽度相同的间隙分离。
13. 根据权利要求7 12中的任一项所述的压电振子的制造方法，其 特征在于，在对所述中间压电基板的上下表面重叠所述上侧基板和下侧 基板而对它们进行临时接合之后，对由此一体化而得到的层叠体的上下 表面加压而将它们接合成气密的状态。
14. 根据权利要求7 12中的任一项所述的压电振子的制造方法，其 特征在于，在对所述中间压电基板的下表面或上表面重叠所述下侧基板 或上侧基板的一方而进行接合之后，在由此一体化而得到的层叠体的上 表面或下表面上重叠所述下侧基板或上侧基板的另一方，对它们进行加 压而接合成气密的状态。
15. 根据权利要求14所述的压电振子的制造方法，其特征在于，在 对所述中间压电基板的下表面或上表面重叠所述下侧基板或上侧基板的 一方而进行接合之后，且在对所述层叠体的上表面或下表面接合所述下 侧基板或上侧基板的另一方之前，具有对所述压电振动片进行频率调节 的过程。
16. 根据权利要求15所述的压电振子的制造方法，其特征在于，通 过在将所述下侧基板或上侧基板的另一方接合之前对所述层叠体的上表 面或下表面进行等离子处理，可同时进行所述压电振动片的频率调节和 所述层叠体上表面或下表面的表面活性化。
17. 根据权利要求7所述的压电振子的制造方法，其特征在于，在常 温下接合所述中间压电基板与所述上侧基板和下侧基板。
18. 根据权利要求7或8所述的压电振子的制造方法，其特征在于， 在加热的状态下接合所述中间压电基板与所述上侧基板和下侧基板。
19. 根据权利要求18所述的压电振子的制造方法，其特征在于，在 20(TC 25(TC下进行所述加热。
20. —种根据权利要求7 19中的任一项所述的方法来制造的压电振子。
全文摘要
石英振子(1、51)具有在一体形成石英振动片(5、55)和外壳(6、56)的中间石英板(2、52)的上下表面上层叠上下侧基板(3、4、53、54)而一体气密接合的结构。上侧基板及下侧基板分别在与中间石英板相向的面上具有凹部，由此划定以悬空状态气密地密封石英振动片用的腔体(16、66)。中间石英板的上下接合面在镜面研磨加工之后，形成导电膜(9、11)。上侧基板和下侧基板的各接合面由镜面研磨加工的石英裸面构成。在另一实施例中，在镜面研磨加工的上侧基板及下侧基板的各接合面上形成金属薄膜(67～69)。对于上侧/下侧基板以及中间石英板，在通过等离子处理来对各接合面进行表面活性化之后，3张同时或逐张使其重合并在常温下(任意地加热)加压，从而气密地接合，将腔体密封为真空或惰性气体气氛。
文档编号H03H9/215GK101199113SQ20068001933
公开日2008年6月11日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者棚谷英雄, 黑田贵大 申请人:精工爱普生株式会社