压电振荡器及其制造方法与流程

技术领域

下面的描述涉及一种压电振荡器及其制造方法。

背景技术：

压电振荡器是一种当电压被施加到压电振荡器时通过由于发生压电现象使压电材料振荡而产生具有特定频率的振荡的装置。由于压电振荡器具有稳定的振荡频率，所以在提供基准信号值的多个核心组件中以及在计算机或通信装置的振荡电路中已经使用这样的装置。

压电振荡器包括：晶体；振荡基板，使用所述晶体作为基底材料；以及电极，被设置在所述振荡基板上，其中，所述振荡基板可根据需要的物理性质而具有各种形状。

当压电振荡器形成为使得振荡基板的厚度从振荡基板的中央部朝向振荡基板的端部逐渐减小并且压电振荡器呈厚度剪切振荡模式时，在端部中振荡位移的阻尼量增大。因此，可改善振荡能被集中在压电振荡器的中央部中的效应，并且也可改善频率特性(诸如CI值和Q值)。可实现振荡能陷效应的压电振荡器的形状的示例可包括凸状的弯曲表面形成为主表面的凸面形、在平坦且厚的中央部与端部的边缘之间的空间形成为倾斜表面的斜面形、以及中央部平坦并且中央部的环绕部分变薄的台面形或台阶形。

技术实现要素：

提供本发明内容以通过简化形式介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的发明构思的选择。本发明内容既不意在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一个总的方面，一种压电振荡器包括：振荡基板，包括振荡部和环绕部，其中，所述环绕部比所述振荡部薄；以及振荡电极，被配置在所述振荡部的上表面和下表面上。根据H＝400.59×S+1.75±1.5构造所述振荡基板，其中，H＝100×(T2/T1)，并且S＝T2/(L1-L2)，其中，L1表示所述振荡基板的整个长度，L2表示所述振荡部的长度，T1表示所述振荡部的厚度，T2表示在所述振荡部与所述环绕部之间的台阶高度。

所述振荡基板可为AT切晶体。

所述AT切晶体的x轴方向可为所述振荡基板的长度方向。

所述振荡基板可包括：第一台阶，与在所述振荡部的上表面与所述环绕部的第一表面之间的台阶相对应；以及第二台阶，与在所述振荡部的下表面与所述环绕部的第二表面之间的台阶相对应。所述第一台阶和所述第二台阶可具有相同的高度。

端电极可被配置在所述环绕部的第一表面和第二表面上，并且连接电极可将所述端电极连接到所述振荡电极。

在另一总的方面，一种压电振荡器包括：下壳体；上壳体，被配置在所述下壳体上，其中，在所述上壳体和所述下壳体中配置具有振荡部、环绕部的振荡基板。所述环绕部比所述振荡部薄，并且振荡电极被配置在所述振荡部的上表面和下表面上。连接电极被配置在所述下壳体的上表面上并且电连接到所述振荡电极，并且外电极被配置在所述下壳体的下表面上并且电连接到所述连接电极。根据H＝400.59×S+1.75±1.5构造所述振荡基板，其中，H＝100×(T2/T1)，并且S＝T2/(L1-L2)，其中，L1表示所述振荡基板的整个长度，L2表示所述振荡部的长度，T1表示所述振荡部的厚度，T2表示在所述振荡部与所述环绕部之间的台阶高度。

电极部可包括：端电极，被配置在所述环绕部的第一表面上，并且连接到所述振荡电极。连接部可被配置在所述端电极与所述连接电极之间，并且将所述端电极电连接到所述连接电极。

所述振荡基板可为AT切晶体。

所述AT切晶体的x轴方向可为所述振荡基板的长度方向。

所述振荡基板可包括：第一台阶，与在所述振荡部的上表面与所述环绕部的第一表面之间的台阶相对应；以及第二台阶，与在所述振荡部的下表面与所述环绕部的第二表面之间的台阶相对应。

所述第一台阶与所述第二台阶可具有相同的高度。

连接电极可将所述端电极连接到所述振荡电极。

在另一总的方面，一种制造压电振荡器的方法包括：在晶体晶圆的上表面和下表面上形成抗蚀图案；从所述晶体晶圆蚀刻突出部和环绕部以形成振荡基板；在所述振荡基板上蚀刻电极部；以及根据H＝400.59×S+1.75±1.5构造所述振荡基板，其中，H＝100×(T2/T1)，并且S＝T2/(L1-L2)。L1表示所述振荡基板的整个长度，L2表示所述振荡部的长度，T1表示所述振荡部的厚度，T2表示在所述振荡部与所述环绕部之间的台阶高度。

电极部可包括：振荡电极，被配置在所述振荡部的上表面和下表面上；端电极，被配置在所述环绕部的第一表面上，并且可连接到所述振荡电极。连接可被配置在所述端电极与所述振荡电极之间，并且可将所述端电极电连接到所述振荡电极。

所述振荡基板可包括：第一台阶，与在所述振荡部的上表面与所述环绕部的第一表面之间的台阶相对应；以及第二台阶，与在所述振荡部的下表面与所述环绕部的第二表面之间的台阶相对应。

所述方法还可包括：在下壳体的下部外表面上形成外电极，在所述下壳体中形成电连接到所述外电极的通路，在所述下壳体上形成电连接到所述通路和所述外电极的连接电极，以及将所述振荡基板设置在所述下壳体中，其中，在所述振荡基板上的所述电极部被电连接到所述连接电极。

通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。

附图说明

图1是根据实施例的压电振荡器的透视图；

图2是沿图1的A-A’线截取的压电振荡器的剖视图；

图3是示出根据实施例的制造压电振荡器的方法的流程图；

图4是根据另一实施例的压电振荡器的分解透视图；

图5是沿图4的B-B’线截取的压电振荡器的剖视图；

图6至图8是示出根据实验示例的表示针对压电振荡器的特定S的根据H值的变化的晶体阻抗(CI)的变化的模拟结果的曲线图；以及

图9是示出根据S值的表示稳定的晶体阻抗(CI)的H值的关系的曲线图。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变换、修改及等同物对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出对本领域的普通技术人员将是显而易见的变换。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域的普通技术人员来说公知的功能和结构的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切的说，提供这里所描述的示例是为了使本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的全部适用范围传达给本领域的普通技术人员。

将显而易见的是，虽然可在此使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语所限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面论述的第一构件、组件、区域、层或部分可称作第二构件、组件、区域、层或部分。

除非另外指明，否则第一层“在”第二层或基板“上”的陈述被理解为包括第一层直接接触第二层或基板的情况以及在第一层与第二层或基板之间配置一层或更多层其他层的情况。

诸如“在……下面”、“在……之下”、“下面”、“下部”、“底部”、“在……上面”、“在……之上”、“上部”、“顶部”、“左”和“右”的描述相对空间关系的词语可被用于方便地描述一个装置或元件与其他装置或元件的空间关系。这些词语被解释为包含处于如附图所示方位和在使用或操作中处于其他方位的装置。例如，基于如附图所示的装置的方位而包括设置在第一层之上的第二层的装置的示例也包含在使用或操作中当装置被倒置翻转时的装置。

在此使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是意图限制本发明构思。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。还将理解的是，在该说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，列举存在的所陈述的特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组。

在下文中，将描述根据实施例的压电振荡器。

图1是根据本公开的实施例的压电振荡器100的透视图。图2是沿图1的A-A’线截取的压电振荡器100的剖视图。

参照图1和图2，根据实施例的压电振荡器100包括振荡基板110以及配置在振荡基板110上的电极部120。

在图1和图2中示出的x轴方向、y轴方向以及z轴方向分别指的是振荡基板的长度方向、厚度方向以及宽度方向。

根据实施例，振荡基板110由AT切晶体形成，并且振荡基板的长度方向(x轴方向)是长边方向，指的是所述晶体的x轴方向。所述晶体用作机械振荡发生器。根据一个或更多个实施例，所述晶体可为石英。

振荡基板110包括：振荡部112，具有相对地增加的厚度；以及环绕部111，具有比振荡部的厚度小的厚度，其中，振荡部112包括：突出部112a和112b，分别与从环绕部111的在厚度方向或y轴方向上的第一表面和第二表面延伸的区域相对应。例如，突出部包括：第一突出部112a，沿y轴方向或厚度方向比环绕部111的第一表面更进一步延伸；以及第二突出部112b，在y轴方向或厚度方向上沿着与第一突出部112a延伸方向的相反的方向比环绕部111的第二表面更进一步延伸。

电极部120包括：振荡电极121a和121b，配置在振荡部112的第一表面和第二表面上；端电极123a和123b，配置在环绕部111的第一表面或第二表面或两个表面上；以及连接电极122a和122b，使振荡电极121a和121b分别与端电极123a和123b彼此连接。

第一振荡电极121a配置在振荡部112的上表面上，并且通过第一连接电极122a连接到第一端电极123a，第二振荡电极121b配置在振荡部112的与上表面相对的下表面上，并且通过第二连接电极122b连接到第二端电极123b。

第一端电极123a沿环绕部111的第一表面延伸到环绕部111的侧表面、包绕所述侧表面并且沿环绕部111的第二表面延伸。第二端电极123b从环绕部111的第二表面延伸到环绕部111的侧表面、包绕所述侧表面并且沿环绕部111的第一表面延伸。然而，第一端电极123a和第二端电极123b不局限于此，并且可进行改变。

根据实施例，尽管第一突出部112a的上表面STa和第二突出部112b的下表面STb由于其拐角部分的蚀刻而不具有完整的四边形形状，但是它们可分别具有大体的四边形形状。

参照图2，L1指的是振荡基板110的沿晶体的x轴方向的整个长度，L2指的是振荡部112的沿晶体的x轴方向测量的长度。T1指的是振荡部112的总厚度，T2指的是在突出部112a、112b与环绕部111之间的台阶高度。在振荡部112与环绕部111之间的台阶包括在振荡基板110的在厚度方向上的一侧的第一台阶以及在振荡基板110的在厚度方向上的另一侧的第二台阶。

第一台阶的高度指的是在第一突出部112a的上表面STa与环绕部111的上表面之间的高度差，第二台阶的高度指的是在第二突出部112b的下表面STb与环绕部111的下表面之间的高度差。

根据实施例，H＝100×(T2/T1)，S＝T2/(L1-L2)，并且振荡基板可被设置为使得H和S满足等式1。

[等式1]

H＝400.59×S+1.75±1.5

这里，H被定义为台阶高度与振荡部的厚度的百分比(％)。因此，在等式1中，当确定H时，±1.5被认为是±1.5％。

根据一个或更多个实施例，考虑到振荡部112的长度L2和在振荡部112和环绕部111之间的台阶高度T2以及振荡部112的厚度T1和振荡基板110的整个长度L1，可导出振荡基板110的整个长度L1、振荡部112的长度L2、振荡部112的厚度T1以及在振荡部112与环绕部111之间的台阶高度T2之间的相关性，从而设置具有高振荡性能的压电振荡器100。

例如，在振荡基板中，当H＝100×(T2/T1)且S＝T2/(L1-L2)且H＝400.59×S+1.75±1.5时，可实现具有低且稳定的晶体阻抗(CI)的压电振荡器。

根据实施例，第一台阶和第二台阶可形成为相同的高度。在这种情况下，台阶的高度T2可为在振荡部112的总厚度(例如T1)与环绕部111的厚度之间的厚度差的一半。当第一台阶和第二台阶在振荡基板上具有相同尺寸时，可改善对于通过压电效应产生频率的能陷效应，从而减少能量损耗。

尽管在图2中突出部112a和112b的侧表面与振荡部112的上表面以及环绕部111的上表面垂直，但是突出部的侧表面不局限于此，并且可进行改变。换言之，突出部的侧表面可相对于振荡部的上表面以及环绕部的上表面倾斜。此外，突出部的侧表面可具有单一的晶面或两个或更多个晶面。

在下文中，将描述根据实施例的制造压电振荡器的方法。然而，压电振荡器不局限于通过下面描述的方法来制造，并且可通过各种方法制造。

图3是示出根据实施例的制造压电振荡器的方法的流程图。

参照图3，根据实施例的制造压电振荡器的方法包括：制备晶体晶圆(S1)；在晶体晶圆的上表面和下表面上形成抗蚀图案(S2)；在晶体晶圆上形成突出部(S3)；除去抗蚀图案(S4)；以及在通过蚀刻晶体晶圆形成的振荡基板上形成电极部(S5)。

在晶体晶圆的制备中(S1)，可使用与一个振荡基板的尺寸相对应的单个晶体晶圆，或可在单个晶体晶圆组件上形成与一个振荡基板的尺寸相对应的多个晶体晶圆。

通过将石英原石加工为四边形形状或圆形形状而然后将所述石英原石切割为预定的厚度来形成晶体晶圆。然而，晶体晶圆不局限于为四边形形状或圆形形状，并且可具有各种形状(诸如多边形形状)。为了减小晶体晶圆的厚度，可在晶体晶圆上另外执行表面抛光工艺。

尽管可使用晶体晶圆形成多个压电振荡器，但是下面将以示例的方式描述使用晶体晶圆形成单个压电振荡器的情况。

为了形成突出部，在晶体晶圆的一个表面和另一表面上形成抗蚀图案(S2)。根据所需要的突出部的形状和尺寸，在晶体晶圆上设置抗蚀图案。

接下来，对其上配置有抗蚀图案的晶体晶圆进行蚀刻以在晶体晶圆的一个表面和另一表面上形成突出部(S3)。可通过将其上形成有抗蚀图案的晶体晶圆浸没在蚀刻剂中的化学蚀刻方法来蚀刻晶体晶圆。

这里，当振荡基板的沿晶体的x轴方向测量的整个长度为L1、振荡部的沿晶体的x轴方向测量的长度为L2、振荡部的厚度为T1、在振荡部与环绕部之间的台阶高度为T2、H＝100×(T2/T1)以及S＝T2/(L1-L2)时，所述晶体晶圆被蚀刻以形成其中H＝400.59×S+1.75±1.5的振荡基板。

接下来，在通过蚀刻形成的振荡基板110上形成电极部120(S5)。电极部120包括振荡电极121a和121b、端电极123a和123b以及连接电极122a和122b。电极部120可通过在其上形成有突出部112a和112b的振荡基板上印刷导电浆料而被形成。电极部120可具有被形成在突出部112a的上表面和突出部112b的下表面上的振荡电极121a和121b，突出部112a和突出部112b组成振荡部112。

接下来，将描述根据另一实施例的压电振荡器。

图4是根据另一实施例的压电振荡器200的分解透视图，图5是沿图4的B-B’线截取的压电振荡器200的剖视图。

参照图4和图5，根据另一实施例的压电振荡器200包括如在前面的实施例中描述的具有电极部120的振荡基板110，而且还包括下壳体210、上壳体220、连接电极211a和211b以及外电极212a和212b。

下壳体210和上壳体220彼此结合以形成具有内部空间的一个壳体，振荡基板110被配置在通过将上壳体结合到下壳体而形成的内部空间中。振荡基板110被配置在下壳体210和上壳体220中以保护其免受外部环境的影响。

连接电极包括被设置为彼此分开的第一连接电极211a和第二连接电极211b。外电极包括彼此分开的第一外电极212a和第二外电极212b。第一连接电极211a和第二连接电极211b被配置在下壳体210的内部的上表面上，并且分别连接到电极部120的第二端电极123b和第一端电极123a(123a’)。

第一外电极212a和第二外电极212b被配置在下壳体210的外部的下表面上，并且分别连接到第一连接电极211a和第二连接电极211b。第一外电极212a与第一连接电极211a、第二外电极212b与第二连接电极211b分别通过穿透下壳体210的通路电极213b和213a而彼此连接，但不局限于此，并且可进行改变。

第一外电极212a和第二外电极212b可用作压电振荡器200的输入电极和输出电极。如上面所述，当向第一外电极212a和第二外电极212b施加电压时，电压可被施加到振荡基板110的第一振荡电极121a和第二振荡电极121b，因此振荡基板110可振动。

电极部120的第一端电极123a以及第二端电极123b分别与第一连接电极211a以及第二连接电极211b通过连接部230而彼此连接。连接部230可包括设置在第一端电极123a与第二连接电极211b之间以及在第二端电极123b与第一连接电极211a之间的焊料或导电粘合剂。连接部230(230’)将第一端电极123a以及第二端电极123b电连接到第二连接电极211b以及第一连接电极211a。

连接部230还可包括金属焊料。第一连接电极211a以及第二连接电极211b与第一端电极123a以及第二端电极123b可通过如下方法来彼此连接：在第一连接电极211a以及第二连接电极211b上配置金属焊料；在所述金属焊料上配置第一端电极123a以及第二端电极123b；然后执行回流焊工艺。此外，连接部230可通过如下方法形成：在第一连接电极211a与第二端电极123b之间以及在第二连接电极211b与第一端电极123a之间配置镍(Ni)、金(Au)或可伐合金(Kovar)；然后在诸如镍(Ni)、金(Au)或可伐合金(Kovar)的结合部上执行电弧焊接或电子束焊接，或以高温熔融金(Au)-汞(Hg)。然而，形成连接部230的方法不局限于此，并且可进行改变。

或者，连接部230可包括导电粘合剂，所述导电粘合剂可包含树脂或另外的有机材料，或包含二者。在使用包含树脂或有机材料的导电粘合剂的情况下，可增大在振荡基板110与连接电极211a及211b之间的气压，并且可防止破裂的产生。

上壳体220和下壳体210可包含相同的材料，例如，绝缘树脂等，但不局限于此，并且可进行改变。

实验示例

图6至图8是示出当振荡基板的沿晶体的x轴方向测量的整个长度为L1、振荡部的沿晶体的x轴方向测量的长度为L2、振荡部的厚度为T1、在振荡部与环绕部之间的台阶高度为T2、H＝100×(T2/T1)以及S＝T2/(L1-L2)时表示对于特定S的根据H值的变化的晶体阻抗(CI)的变化的模拟结果的曲线图。

参照图6，当S为5.68×10^-3时，H表现出在4.08附近的低且稳定的晶体阻抗(CI)。

参照图7，当S为7.76×10^-3时，H表现出在4.79附近的低且稳定的晶体阻抗(CI)。

此外，参照图8，当S为23.08×10^-3时，H表现出在11.06附近的低且稳定的晶体阻抗(CI)。

图9是从图6至图8得出的示出根据S值的表示稳定的晶体阻抗(CI)值的H值的关系的曲线图。参照图9，当横轴是S且纵轴是H时，根据H＝400.59×S+1.75±1.5的曲线图设置具有低且稳定的晶体阻抗的振荡基板。

由于在H＝400.59×S+1.75±1.5的曲线图中晶体阻抗在±1.5％的范围中趋于低并且稳定，所以当振荡基板的沿晶体的x轴方向测量的整个长度为L1、振荡部的沿晶体的x轴方向测量的长度为L2、振荡部的厚度为T1、在振荡部与环绕部之间的台阶高度为T2、H＝100×(T2/T1)以及S＝T2/(L1-L2)时，可实现具有低且稳定的晶体阻抗的压电振荡器。

如上面所阐述的，根据一个或更多个实施例，可实现具有低且稳定的晶体阻抗的压电振荡器。

虽然本公开包括具体示例，但对本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可在这些示例中做出形式和细节上的各种改变。这里所描述的示例将被理解为仅是描述性的含义，而非限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果按照不同的方式组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或增补所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式而由权利要求及其等同物来限定，并且在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被理解为包含于本公开。