技術(shù)領(lǐng)域
下面的描述涉及一種壓電振蕩器及其制造方法。
背景技術(shù):
壓電振蕩器是一種當(dāng)電壓被施加到壓電振蕩器時通過由于發(fā)生壓電現(xiàn)象使壓電材料振蕩而產(chǎn)生具有特定頻率的振蕩的裝置。由于壓電振蕩器具有穩(wěn)定的振蕩頻率,所以在提供基準(zhǔn)信號值的多個核心組件中以及在計算機或通信裝置的振蕩電路中已經(jīng)使用這樣的裝置。
壓電振蕩器包括:晶體;振蕩基板,使用所述晶體作為基底材料;以及電極,被設(shè)置在所述振蕩基板上,其中,所述振蕩基板可根據(jù)需要的物理性質(zhì)而具有各種形狀。
當(dāng)壓電振蕩器形成為使得振蕩基板的厚度從振蕩基板的中央部朝向振蕩基板的端部逐漸減小并且壓電振蕩器呈厚度剪切振蕩模式時,在端部中振蕩位移的阻尼量增大。因此,可改善振蕩能被集中在壓電振蕩器的中央部中的效應(yīng),并且也可改善頻率特性(諸如CI值和Q值)。可實現(xiàn)振蕩能陷效應(yīng)的壓電振蕩器的形狀的示例可包括凸?fàn)畹膹澢砻嫘纬蔀橹鞅砻娴耐姑嫘?、在平坦且厚的中央部與端部的邊緣之間的空間形成為傾斜表面的斜面形、以及中央部平坦并且中央部的環(huán)繞部分變薄的臺面形或臺階形。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
提供本發(fā)明內(nèi)容以通過簡化形式介紹將在下面的具體實施方式中進一步描述的發(fā)明構(gòu)思的選擇。本發(fā)明內(nèi)容既不意在確定所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征,也不意在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。
在一個總的方面,一種壓電振蕩器包括:振蕩基板,包括振蕩部和環(huán)繞部,其中,所述環(huán)繞部比所述振蕩部??;以及振蕩電極,被配置在所述振蕩部的上表面和下表面上。根據(jù)H=400.59×S+1.75±1.5構(gòu)造所述振蕩基板,其中,H=100×(T2/T1),并且S=T2/(L1-L2),其中,L1表示所述振蕩基板的整個長度,L2表示所述振蕩部的長度,T1表示所述振蕩部的厚度,T2表示在所述振蕩部與所述環(huán)繞部之間的臺階高度。
所述振蕩基板可為AT切晶體。
所述AT切晶體的x軸方向可為所述振蕩基板的長度方向。
所述振蕩基板可包括:第一臺階,與在所述振蕩部的上表面與所述環(huán)繞部的第一表面之間的臺階相對應(yīng);以及第二臺階,與在所述振蕩部的下表面與所述環(huán)繞部的第二表面之間的臺階相對應(yīng)。所述第一臺階和所述第二臺階可具有相同的高度。
端電極可被配置在所述環(huán)繞部的第一表面和第二表面上,并且連接電極可將所述端電極連接到所述振蕩電極。
在另一總的方面,一種壓電振蕩器包括:下殼體;上殼體,被配置在所述下殼體上,其中,在所述上殼體和所述下殼體中配置具有振蕩部、環(huán)繞部的振蕩基板。所述環(huán)繞部比所述振蕩部薄,并且振蕩電極被配置在所述振蕩部的上表面和下表面上。連接電極被配置在所述下殼體的上表面上并且電連接到所述振蕩電極,并且外電極被配置在所述下殼體的下表面上并且電連接到所述連接電極。根據(jù)H=400.59×S+1.75±1.5構(gòu)造所述振蕩基板,其中,H=100×(T2/T1),并且S=T2/(L1-L2),其中,L1表示所述振蕩基板的整個長度,L2表示所述振蕩部的長度,T1表示所述振蕩部的厚度,T2表示在所述振蕩部與所述環(huán)繞部之間的臺階高度。
電極部可包括:端電極,被配置在所述環(huán)繞部的第一表面上,并且連接到所述振蕩電極。連接部可被配置在所述端電極與所述連接電極之間,并且將所述端電極電連接到所述連接電極。
所述振蕩基板可為AT切晶體。
所述AT切晶體的x軸方向可為所述振蕩基板的長度方向。
所述振蕩基板可包括:第一臺階,與在所述振蕩部的上表面與所述環(huán)繞部的第一表面之間的臺階相對應(yīng);以及第二臺階,與在所述振蕩部的下表面與所述環(huán)繞部的第二表面之間的臺階相對應(yīng)。
所述第一臺階與所述第二臺階可具有相同的高度。
連接電極可將所述端電極連接到所述振蕩電極。
在另一總的方面,一種制造壓電振蕩器的方法包括:在晶體晶圓的上表面和下表面上形成抗蝕圖案;從所述晶體晶圓蝕刻突出部和環(huán)繞部以形成振蕩基板;在所述振蕩基板上蝕刻電極部;以及根據(jù)H=400.59×S+1.75±1.5構(gòu)造所述振蕩基板,其中,H=100×(T2/T1),并且S=T2/(L1-L2)。L1表示所述振蕩基板的整個長度,L2表示所述振蕩部的長度,T1表示所述振蕩部的厚度,T2表示在所述振蕩部與所述環(huán)繞部之間的臺階高度。
電極部可包括:振蕩電極,被配置在所述振蕩部的上表面和下表面上;端電極,被配置在所述環(huán)繞部的第一表面上,并且可連接到所述振蕩電極。連接可被配置在所述端電極與所述振蕩電極之間,并且可將所述端電極電連接到所述振蕩電極。
所述振蕩基板可包括:第一臺階,與在所述振蕩部的上表面與所述環(huán)繞部的第一表面之間的臺階相對應(yīng);以及第二臺階,與在所述振蕩部的下表面與所述環(huán)繞部的第二表面之間的臺階相對應(yīng)。
所述方法還可包括:在下殼體的下部外表面上形成外電極,在所述下殼體中形成電連接到所述外電極的通路,在所述下殼體上形成電連接到所述通路和所述外電極的連接電極,以及將所述振蕩基板設(shè)置在所述下殼體中,其中,在所述振蕩基板上的所述電極部被電連接到所述連接電極。
通過下面的具體實施方式、附圖和權(quán)利要求,其他特征和方面將是顯而易見的。
附圖說明
圖1是根據(jù)實施例的壓電振蕩器的透視圖;
圖2是沿圖1的A-A’線截取的壓電振蕩器的剖視圖;
圖3是示出根據(jù)實施例的制造壓電振蕩器的方法的流程圖;
圖4是根據(jù)另一實施例的壓電振蕩器的分解透視圖;
圖5是沿圖4的B-B’線截取的壓電振蕩器的剖視圖;
圖6至圖8是示出根據(jù)實驗示例的表示針對壓電振蕩器的特定S的根據(jù)H值的變化的晶體阻抗(CI)的變化的模擬結(jié)果的曲線圖;以及
圖9是示出根據(jù)S值的表示穩(wěn)定的晶體阻抗(CI)的H值的關(guān)系的曲線圖。
具體實施方式
提供以下具體實施方式以幫助讀者獲得對這里所描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面理解。然而,這里所描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種變換、修改及等同物對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的。這里所描述的操作的順序僅僅是示例,其并不限于這里所闡述的順序,而是除了必須以特定順序發(fā)生的操作之外,可做出對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的變換。此外,為了提高清楚性和簡潔性,可省略對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說公知的功能和結(jié)構(gòu)的描述。
這里所描述的特征可以以不同的形式實施,并且不應(yīng)被解釋為局限于這里所描述的示例。更確切的說,提供這里所描述的示例是為了使本公開將是徹底的和完整的,并將把本公開的全部適用范圍傳達給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
將顯而易見的是,雖然可在此使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等來描述各種構(gòu)件、組件、區(qū)域、層和/或部分,但是這些構(gòu)件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅用于將一個構(gòu)件、組件、區(qū)域、層或部分與另一構(gòu)件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開。因此,在不脫離實施例的教導(dǎo)的情況下,下面論述的第一構(gòu)件、組件、區(qū)域、層或部分可稱作第二構(gòu)件、組件、區(qū)域、層或部分。
除非另外指明,否則第一層“在”第二層或基板“上”的陳述被理解為包括第一層直接接觸第二層或基板的情況以及在第一層與第二層或基板之間配置一層或更多層其他層的情況。
諸如“在……下面”、“在……之下”、“下面”、“下部”、“底部”、“在……上面”、“在……之上”、“上部”、“頂部”、“左”和“右”的描述相對空間關(guān)系的詞語可被用于方便地描述一個裝置或元件與其他裝置或元件的空間關(guān)系。這些詞語被解釋為包含處于如附圖所示方位和在使用或操作中處于其他方位的裝置。例如,基于如附圖所示的裝置的方位而包括設(shè)置在第一層之上的第二層的裝置的示例也包含在使用或操作中當(dāng)裝置被倒置翻轉(zhuǎn)時的裝置。
在此使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例,而不是意圖限制本發(fā)明構(gòu)思。如在此所使用的,除非上下文另外清楚地指明,否則單數(shù)的形式也意圖包括復(fù)數(shù)的形式。還將理解的是,在該說明書中使用術(shù)語“包括”和/或“包含”時,列舉存在的所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、構(gòu)件、元件和/或它們組成的組,但不排除存在或添加一個或更多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、構(gòu)件、元件和/或它們組成的組。
在下文中,將描述根據(jù)實施例的壓電振蕩器。
圖1是根據(jù)本公開的實施例的壓電振蕩器100的透視圖。圖2是沿圖1的A-A’線截取的壓電振蕩器100的剖視圖。
參照圖1和圖2,根據(jù)實施例的壓電振蕩器100包括振蕩基板110以及配置在振蕩基板110上的電極部120。
在圖1和圖2中示出的x軸方向、y軸方向以及z軸方向分別指的是振蕩基板的長度方向、厚度方向以及寬度方向。
根據(jù)實施例,振蕩基板110由AT切晶體形成,并且振蕩基板的長度方向(x軸方向)是長邊方向,指的是所述晶體的x軸方向。所述晶體用作機械振蕩發(fā)生器。根據(jù)一個或更多個實施例,所述晶體可為石英。
振蕩基板110包括:振蕩部112,具有相對地增加的厚度;以及環(huán)繞部111,具有比振蕩部的厚度小的厚度,其中,振蕩部112包括:突出部112a和112b,分別與從環(huán)繞部111的在厚度方向或y軸方向上的第一表面和第二表面延伸的區(qū)域相對應(yīng)。例如,突出部包括:第一突出部112a,沿y軸方向或厚度方向比環(huán)繞部111的第一表面更進一步延伸;以及第二突出部112b,在y軸方向或厚度方向上沿著與第一突出部112a延伸方向的相反的方向比環(huán)繞部111的第二表面更進一步延伸。
電極部120包括:振蕩電極121a和121b,配置在振蕩部112的第一表面和第二表面上;端電極123a和123b,配置在環(huán)繞部111的第一表面或第二表面或兩個表面上;以及連接電極122a和122b,使振蕩電極121a和121b分別與端電極123a和123b彼此連接。
第一振蕩電極121a配置在振蕩部112的上表面上,并且通過第一連接電極122a連接到第一端電極123a,第二振蕩電極121b配置在振蕩部112的與上表面相對的下表面上,并且通過第二連接電極122b連接到第二端電極123b。
第一端電極123a沿環(huán)繞部111的第一表面延伸到環(huán)繞部111的側(cè)表面、包繞所述側(cè)表面并且沿環(huán)繞部111的第二表面延伸。第二端電極123b從環(huán)繞部111的第二表面延伸到環(huán)繞部111的側(cè)表面、包繞所述側(cè)表面并且沿環(huán)繞部111的第一表面延伸。然而,第一端電極123a和第二端電極123b不局限于此,并且可進行改變。
根據(jù)實施例,盡管第一突出部112a的上表面STa和第二突出部112b的下表面STb由于其拐角部分的蝕刻而不具有完整的四邊形形狀,但是它們可分別具有大體的四邊形形狀。
參照圖2,L1指的是振蕩基板110的沿晶體的x軸方向的整個長度,L2指的是振蕩部112的沿晶體的x軸方向測量的長度。T1指的是振蕩部112的總厚度,T2指的是在突出部112a、112b與環(huán)繞部111之間的臺階高度。在振蕩部112與環(huán)繞部111之間的臺階包括在振蕩基板110的在厚度方向上的一側(cè)的第一臺階以及在振蕩基板110的在厚度方向上的另一側(cè)的第二臺階。
第一臺階的高度指的是在第一突出部112a的上表面STa與環(huán)繞部111的上表面之間的高度差,第二臺階的高度指的是在第二突出部112b的下表面STb與環(huán)繞部111的下表面之間的高度差。
根據(jù)實施例,H=100×(T2/T1),S=T2/(L1-L2),并且振蕩基板可被設(shè)置為使得H和S滿足等式1。
[等式1]
H=400.59×S+1.75±1.5
這里,H被定義為臺階高度與振蕩部的厚度的百分比(%)。因此,在等式1中,當(dāng)確定H時,±1.5被認(rèn)為是±1.5%。
根據(jù)一個或更多個實施例,考慮到振蕩部112的長度L2和在振蕩部112和環(huán)繞部111之間的臺階高度T2以及振蕩部112的厚度T1和振蕩基板110的整個長度L1,可導(dǎo)出振蕩基板110的整個長度L1、振蕩部112的長度L2、振蕩部112的厚度T1以及在振蕩部112與環(huán)繞部111之間的臺階高度T2之間的相關(guān)性,從而設(shè)置具有高振蕩性能的壓電振蕩器100。
例如,在振蕩基板中,當(dāng)H=100×(T2/T1)且S=T2/(L1-L2)且H=400.59×S+1.75±1.5時,可實現(xiàn)具有低且穩(wěn)定的晶體阻抗(CI)的壓電振蕩器。
根據(jù)實施例,第一臺階和第二臺階可形成為相同的高度。在這種情況下,臺階的高度T2可為在振蕩部112的總厚度(例如T1)與環(huán)繞部111的厚度之間的厚度差的一半。當(dāng)?shù)谝慌_階和第二臺階在振蕩基板上具有相同尺寸時,可改善對于通過壓電效應(yīng)產(chǎn)生頻率的能陷效應(yīng),從而減少能量損耗。
盡管在圖2中突出部112a和112b的側(cè)表面與振蕩部112的上表面以及環(huán)繞部111的上表面垂直,但是突出部的側(cè)表面不局限于此,并且可進行改變。換言之,突出部的側(cè)表面可相對于振蕩部的上表面以及環(huán)繞部的上表面傾斜。此外,突出部的側(cè)表面可具有單一的晶面或兩個或更多個晶面。
在下文中,將描述根據(jù)實施例的制造壓電振蕩器的方法。然而,壓電振蕩器不局限于通過下面描述的方法來制造,并且可通過各種方法制造。
圖3是示出根據(jù)實施例的制造壓電振蕩器的方法的流程圖。
參照圖3,根據(jù)實施例的制造壓電振蕩器的方法包括:制備晶體晶圓(S1);在晶體晶圓的上表面和下表面上形成抗蝕圖案(S2);在晶體晶圓上形成突出部(S3);除去抗蝕圖案(S4);以及在通過蝕刻晶體晶圓形成的振蕩基板上形成電極部(S5)。
在晶體晶圓的制備中(S1),可使用與一個振蕩基板的尺寸相對應(yīng)的單個晶體晶圓,或可在單個晶體晶圓組件上形成與一個振蕩基板的尺寸相對應(yīng)的多個晶體晶圓。
通過將石英原石加工為四邊形形狀或圓形形狀而然后將所述石英原石切割為預(yù)定的厚度來形成晶體晶圓。然而,晶體晶圓不局限于為四邊形形狀或圓形形狀,并且可具有各種形狀(諸如多邊形形狀)。為了減小晶體晶圓的厚度,可在晶體晶圓上另外執(zhí)行表面拋光工藝。
盡管可使用晶體晶圓形成多個壓電振蕩器,但是下面將以示例的方式描述使用晶體晶圓形成單個壓電振蕩器的情況。
為了形成突出部,在晶體晶圓的一個表面和另一表面上形成抗蝕圖案(S2)。根據(jù)所需要的突出部的形狀和尺寸,在晶體晶圓上設(shè)置抗蝕圖案。
接下來,對其上配置有抗蝕圖案的晶體晶圓進行蝕刻以在晶體晶圓的一個表面和另一表面上形成突出部(S3)。可通過將其上形成有抗蝕圖案的晶體晶圓浸沒在蝕刻劑中的化學(xué)蝕刻方法來蝕刻晶體晶圓。
這里,當(dāng)振蕩基板的沿晶體的x軸方向測量的整個長度為L1、振蕩部的沿晶體的x軸方向測量的長度為L2、振蕩部的厚度為T1、在振蕩部與環(huán)繞部之間的臺階高度為T2、H=100×(T2/T1)以及S=T2/(L1-L2)時,所述晶體晶圓被蝕刻以形成其中H=400.59×S+1.75±1.5的振蕩基板。
接下來,在通過蝕刻形成的振蕩基板110上形成電極部120(S5)。電極部120包括振蕩電極121a和121b、端電極123a和123b以及連接電極122a和122b。電極部120可通過在其上形成有突出部112a和112b的振蕩基板上印刷導(dǎo)電漿料而被形成。電極部120可具有被形成在突出部112a的上表面和突出部112b的下表面上的振蕩電極121a和121b,突出部112a和突出部112b組成振蕩部112。
接下來,將描述根據(jù)另一實施例的壓電振蕩器。
圖4是根據(jù)另一實施例的壓電振蕩器200的分解透視圖,圖5是沿圖4的B-B’線截取的壓電振蕩器200的剖視圖。
參照圖4和圖5,根據(jù)另一實施例的壓電振蕩器200包括如在前面的實施例中描述的具有電極部120的振蕩基板110,而且還包括下殼體210、上殼體220、連接電極211a和211b以及外電極212a和212b。
下殼體210和上殼體220彼此結(jié)合以形成具有內(nèi)部空間的一個殼體,振蕩基板110被配置在通過將上殼體結(jié)合到下殼體而形成的內(nèi)部空間中。振蕩基板110被配置在下殼體210和上殼體220中以保護其免受外部環(huán)境的影響。
連接電極包括被設(shè)置為彼此分開的第一連接電極211a和第二連接電極211b。外電極包括彼此分開的第一外電極212a和第二外電極212b。第一連接電極211a和第二連接電極211b被配置在下殼體210的內(nèi)部的上表面上,并且分別連接到電極部120的第二端電極123b和第一端電極123a(123a’)。
第一外電極212a和第二外電極212b被配置在下殼體210的外部的下表面上,并且分別連接到第一連接電極211a和第二連接電極211b。第一外電極212a與第一連接電極211a、第二外電極212b與第二連接電極211b分別通過穿透下殼體210的通路電極213b和213a而彼此連接,但不局限于此,并且可進行改變。
第一外電極212a和第二外電極212b可用作壓電振蕩器200的輸入電極和輸出電極。如上面所述,當(dāng)向第一外電極212a和第二外電極212b施加電壓時,電壓可被施加到振蕩基板110的第一振蕩電極121a和第二振蕩電極121b,因此振蕩基板110可振動。
電極部120的第一端電極123a以及第二端電極123b分別與第一連接電極211a以及第二連接電極211b通過連接部230而彼此連接。連接部230可包括設(shè)置在第一端電極123a與第二連接電極211b之間以及在第二端電極123b與第一連接電極211a之間的焊料或?qū)щ娬澈蟿?。連接部230(230’)將第一端電極123a以及第二端電極123b電連接到第二連接電極211b以及第一連接電極211a。
連接部230還可包括金屬焊料。第一連接電極211a以及第二連接電極211b與第一端電極123a以及第二端電極123b可通過如下方法來彼此連接:在第一連接電極211a以及第二連接電極211b上配置金屬焊料;在所述金屬焊料上配置第一端電極123a以及第二端電極123b;然后執(zhí)行回流焊工藝。此外,連接部230可通過如下方法形成:在第一連接電極211a與第二端電極123b之間以及在第二連接電極211b與第一端電極123a之間配置鎳(Ni)、金(Au)或可伐合金(Kovar);然后在諸如鎳(Ni)、金(Au)或可伐合金(Kovar)的結(jié)合部上執(zhí)行電弧焊接或電子束焊接,或以高溫熔融金(Au)-汞(Hg)。然而,形成連接部230的方法不局限于此,并且可進行改變。
或者,連接部230可包括導(dǎo)電粘合劑,所述導(dǎo)電粘合劑可包含樹脂或另外的有機材料,或包含二者。在使用包含樹脂或有機材料的導(dǎo)電粘合劑的情況下,可增大在振蕩基板110與連接電極211a及211b之間的氣壓,并且可防止破裂的產(chǎn)生。
上殼體220和下殼體210可包含相同的材料,例如,絕緣樹脂等,但不局限于此,并且可進行改變。
實驗示例
圖6至圖8是示出當(dāng)振蕩基板的沿晶體的x軸方向測量的整個長度為L1、振蕩部的沿晶體的x軸方向測量的長度為L2、振蕩部的厚度為T1、在振蕩部與環(huán)繞部之間的臺階高度為T2、H=100×(T2/T1)以及S=T2/(L1-L2)時表示對于特定S的根據(jù)H值的變化的晶體阻抗(CI)的變化的模擬結(jié)果的曲線圖。
參照圖6,當(dāng)S為5.68×10-3時,H表現(xiàn)出在4.08附近的低且穩(wěn)定的晶體阻抗(CI)。
參照圖7,當(dāng)S為7.76×10-3時,H表現(xiàn)出在4.79附近的低且穩(wěn)定的晶體阻抗(CI)。
此外,參照圖8,當(dāng)S為23.08×10-3時,H表現(xiàn)出在11.06附近的低且穩(wěn)定的晶體阻抗(CI)。
圖9是從圖6至圖8得出的示出根據(jù)S值的表示穩(wěn)定的晶體阻抗(CI)值的H值的關(guān)系的曲線圖。參照圖9,當(dāng)橫軸是S且縱軸是H時,根據(jù)H=400.59×S+1.75±1.5的曲線圖設(shè)置具有低且穩(wěn)定的晶體阻抗的振蕩基板。
由于在H=400.59×S+1.75±1.5的曲線圖中晶體阻抗在±1.5%的范圍中趨于低并且穩(wěn)定,所以當(dāng)振蕩基板的沿晶體的x軸方向測量的整個長度為L1、振蕩部的沿晶體的x軸方向測量的長度為L2、振蕩部的厚度為T1、在振蕩部與環(huán)繞部之間的臺階高度為T2、H=100×(T2/T1)以及S=T2/(L1-L2)時,可實現(xiàn)具有低且穩(wěn)定的晶體阻抗的壓電振蕩器。
如上面所闡述的,根據(jù)一個或更多個實施例,可實現(xiàn)具有低且穩(wěn)定的晶體阻抗的壓電振蕩器。
雖然本公開包括具體示例,但對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將顯而易見的是,在不脫離權(quán)利要求及其等同物的精神及范圍的情況下,可在這些示例中做出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。這里所描述的示例將被理解為僅是描述性的含義,而非限制的目的。每個示例中的特征或方面的描述將被理解為可適用于其他示例中的類似的特征或方面。如果以不同的順序執(zhí)行所描述的技術(shù),和/或如果按照不同的方式組合和/或通過其他組件或它們的等同物替換或增補所描述的系統(tǒng)、架構(gòu)、裝置或電路中的組件,則可獲得合適的結(jié)果。因此,本公開的范圍不由具體實施方式而由權(quán)利要求及其等同物來限定,并且在權(quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi)的全部變型將被理解為包含于本公開。