專利名稱：壓電振動(dòng)元件、壓電振子及其制造方法、頻率穩(wěn)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電振動(dòng)元件、壓電振子、壓電振蕩器、頻率穩(wěn)定方法和壓電振子的制造方法，可有效解決壓電振動(dòng)元件的諧振頻率隨著時(shí)間推移而下降的缺陷而不會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)性能下降，其中該壓電振動(dòng)元件在絕緣容器內(nèi)在利用硅類導(dǎo)電性粘接劑進(jìn)行固定的狀態(tài)下被氣密地密封。
背景技術(shù)：
將石英振子等壓電振動(dòng)元件氣密性密封于絕緣容器內(nèi)的結(jié)構(gòu)的表面安裝型壓電器件在便攜電話機(jī)、尋呼機(jī)等通信設(shè)備或計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備等中，被用作基準(zhǔn)頻率發(fā)生源、濾波器等，但對(duì)應(yīng)于這些各種設(shè)備的小型化，要求壓電器件也小型化。
另外，作為表面安裝用壓電器件的壓電振蕩器具有如下結(jié)構(gòu)在形成于例如由陶瓷等構(gòu)成的絕緣容器主體上表面的凹部?jī)?nèi)，在收納著壓電振動(dòng)元件與構(gòu)成振蕩電路的電路部件的狀態(tài)下，利用金屬蓋來密封凹部開口。
壓電振動(dòng)元件具有在壓電基板面上形成有構(gòu)成激勵(lì)電極、引出電極的金屬膜的結(jié)構(gòu)，具有在使用硅類導(dǎo)電性粘接劑(下面稱為硅粘接劑)將壓電振動(dòng)元件保持在表面安裝用絕緣容器內(nèi)的內(nèi)部電極上的狀態(tài)下、將該容器氣密性密封的結(jié)構(gòu)。
圖4表示氣密性密封于絕緣容器內(nèi)的石英振動(dòng)元件的諧振頻率降低的現(xiàn)象，如圖所示，可知頻率降低不是急劇地產(chǎn)生的，而是隨著時(shí)間推移，頻率緩慢下降。
即，在壓電器件制造商制造石英振子的階段，基本上不出現(xiàn)該傾向，但在組裝制造商將壓電器件裝到印刷電路板上，在市場(chǎng)上出售產(chǎn)品時(shí)，出現(xiàn)頻率降低表現(xiàn)出來等的不良情況。
另外，已經(jīng)判明，在組裝制造商進(jìn)行回流處理以將壓電器件裝到印刷電路板上之后，頻率降低的趨勢(shì)變得強(qiáng)烈。另外，由于近年來的小型化要求，石英振子的容器也小型化，隨此，頻率降低的發(fā)生頻度增加也是事實(shí)。
但是，盡管對(duì)這些現(xiàn)象的原因進(jìn)行了各種推論，但實(shí)際情況是還沒有找出明確的原因，不能從根本上解決。
例如，日本特開平7-154187號(hào)公報(bào)中公開了以解決石英振子的頻率隨著時(shí)間推移下降的現(xiàn)象為目標(biāo)的技術(shù)。
在該公報(bào)中，認(rèn)為石英振子的經(jīng)年頻率降低現(xiàn)象的產(chǎn)生原因在于在構(gòu)成電極的金屬膜表層發(fā)生的氧化現(xiàn)象，公開了如下解決方法，即利用蒸鍍或?yàn)R射方法在金屬膜表層上附著絕緣性膜(SiO2膜)，覆蓋其整個(gè)表面，或預(yù)先對(duì)金屬膜的表層進(jìn)行氧化處理、氮化處理或碳化處理，來形成保護(hù)膜。
另外，當(dāng)在金膜下方設(shè)置鎳基底膜時(shí)，僅有析出至金膜表層的鎳部分產(chǎn)生氧化現(xiàn)象。由于鎳部分以外的金部分穩(wěn)定，所以不氧化。
但是，在該現(xiàn)有技術(shù)中，產(chǎn)生如下多個(gè)問題。即，當(dāng)通過蒸鍍等在金屬膜表面形成SiO2膜而進(jìn)行覆蓋時(shí)，需要嚴(yán)密的厚度管理控制。SiO2膜由于缺乏與金的密合性，所以容易剝離，另一方面，若增加膜厚以使SiO2膜不從金表面剝離，則由于膜應(yīng)力，而在振子中產(chǎn)生殘留應(yīng)力。即，由于溫度變化，產(chǎn)生變形，導(dǎo)致溫度特性惡化。另外，在金膜表面形成氧化膜、氮化膜或碳化膜等保護(hù)膜的情況下，如上所述，僅在鎳析出的部分形成膜，但鎳析出的區(qū)域的面積隨個(gè)體而存在偏差，所以在保護(hù)膜所帶來的質(zhì)量附加中產(chǎn)生偏差，必須進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。由于在鎳未析出的金膜部分未形成保護(hù)膜，所以根據(jù)實(shí)施方式的說明中敘述的理由，不能消除密封后的經(jīng)年頻率降低現(xiàn)象(硅分子會(huì)緩慢地化學(xué)吸附到金膜部分中)。
即，在金膜表面局部地、不規(guī)則地析出的鎳部分的氧化是頻率降低的一個(gè)因素，但已知不是根本的原因。因此，不能說上述公報(bào)所提出的解決方案是充分的。
另外，為了使氣密性密封后的諧振頻率降低的速度變慢，考慮在密封前從絕緣容器內(nèi)抽取硅蒸氣(所謂退火)，但即便一度實(shí)施了氣體抽取，只要硅粘接劑存在于容器內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生硅蒸氣，緩慢附著于激勵(lì)電極膜上，導(dǎo)致頻率變動(dòng)。另外，還考慮了改變粘接劑的種類，但為了滿足抗沖擊性等的標(biāo)準(zhǔn)，硅粘接劑是極有用的，現(xiàn)狀下不存在勝過硅粘接劑的粘接劑。
專利文獻(xiàn)1日本特開平7-154187號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出的，其課題在于掌握壓電振子的經(jīng)年頻率降低現(xiàn)象的原因，謀求用于防止該頻率降低的根本解決之道，提供一種隨著時(shí)間推移頻率穩(wěn)定的石英振子。
具體而言，本發(fā)明的目的在于提供壓電振動(dòng)元件、壓電振子、壓電振蕩器和頻率穩(wěn)定方法，在構(gòu)成為在利用導(dǎo)電性接合部件將壓電振動(dòng)元件保持在絕緣容器內(nèi)的狀態(tài)下進(jìn)行氣密性密封的壓電器件中，可以解決由于從導(dǎo)電性接合部件釋放的氣體成分附著堆積在壓電振動(dòng)元件的金屬膜上而使諧振頻率隨著時(shí)間推移最終變得低于目標(biāo)頻率的缺陷。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的壓電振動(dòng)元件具有由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于所述金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的膜覆蓋。
本發(fā)明的第二方面是一種壓電振動(dòng)元件，具有壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于所述金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的膜覆蓋，由所述膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該膜覆蓋的金屬膜表面上再形成膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
本發(fā)明的第三方面的壓電振子的特征在于，具有本發(fā)明的第一或第二方面的壓電振動(dòng)元件；和對(duì)該壓電振動(dòng)元件進(jìn)行氣密性密封的容器。
本發(fā)明的第四方面的特征在于，具有本發(fā)明的第一或第二方面的壓電振動(dòng)元件；和容器，該容器在使用硅類導(dǎo)電性粘接劑保持該壓電振動(dòng)元件的狀態(tài)下收納該壓電振動(dòng)元件并在惰性氣體中進(jìn)行氣密性密封。
本發(fā)明的第五方面的特征在于，在本發(fā)明的第三或第四方面的容器的內(nèi)部或外部配置有振蕩電路部件。
本發(fā)明的第六方面是一種壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法，其特征在于通過將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上具有金屬膜的壓電振動(dòng)元件配置在環(huán)狀二甲基聚硅氧烷蒸氣的氣氛中，使所述環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子化學(xué)吸附在所述金屬膜表面上，形成該環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子的膜。
本發(fā)明的第七方面的壓電振子利用導(dǎo)電性接合部件將壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)，該壓電振動(dòng)元件具有由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于在氣氛氣體中露出的金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的膜覆蓋。
本發(fā)明的第八方面的壓電振子利用導(dǎo)電性接合部件將壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)，該壓電振動(dòng)元件具有壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于在氣氛氣體中露出的金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的單分子膜覆蓋，并由所述單分子膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該膜覆蓋的金屬膜表面上再形成單分子膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
本發(fā)明的第九方面的特征在于在本發(fā)明的第八方面中，所述單分子膜占據(jù)所述金屬膜表面全體的面積相當(dāng)于該金屬膜表面全體的100％時(shí)的諧振頻率與大氣中的目標(biāo)頻率一致。
本發(fā)明的第十方面的特征在于將本發(fā)明的第一或第二方面的壓電振動(dòng)元件氣密地密封在容器內(nèi)。
本發(fā)明的第十一方面的特征在于在使用硅類導(dǎo)電性粘接劑保持本發(fā)明第一或第二方面的壓電振動(dòng)元件的狀態(tài)下，收納該壓電振動(dòng)元件并在惰性氣體氛圍中進(jìn)行氣密性密封。
本發(fā)明的第十二方面的特征在于在本發(fā)明的第七、第八、第九、第十或第十一的任一方面的容器的內(nèi)部或外部配置振蕩電路部件。
本發(fā)明的第十三方面的壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法的特征在于在將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上具有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)的狀態(tài)下，配置在環(huán)狀二甲基聚硅氧烷蒸氣的氣氛中，從而使所述環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子化學(xué)吸附在露出于氣氛氣體中的金屬膜表面上，形成該環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子的單分子膜。
本發(fā)明的第十四方面的特征在于在本發(fā)明的第十三方面中，所述單分子膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該單分子膜覆蓋的金屬膜表面上再形成膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
本發(fā)明的第十五方面的壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法的特征在于向利用硅類粘接劑保持了在由厚度滑動(dòng)類壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件的容器內(nèi)，滴下環(huán)狀二甲基聚硅氧烷液而后密封該表面安裝容器，從而使所述環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子化學(xué)吸附在露出的金屬膜表面上，形成該環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子的膜。
本發(fā)明的第十六方面的特征在于在本發(fā)明的第十五方面中，所述單分子膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該單分子膜覆蓋的金屬膜表面上再形成膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
本發(fā)明的第十七方面是一種壓電振子的制造方法，其特征在于，具有保持工序，利用導(dǎo)電性接合部件，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；吸附工序，通過將保持了所述壓電振動(dòng)元件的所述容器放置在充滿了具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)的蒸氣的氣氛內(nèi)，使具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在露出的金屬膜上；和密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)容器進(jìn)行氣密性密封。
本發(fā)明的第十八方面的壓電振子的制造方法的特征在于，具有保持工序，利用硅類導(dǎo)電性粘接材料，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)所述容器進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，對(duì)已氣密性密封的所述容器實(shí)施預(yù)定時(shí)間的加熱處理，使從硅類粘接劑蒸發(fā)散出的、具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在金屬膜上。
本發(fā)明的第十九方面的壓電振子的制造方法的特征在于，具有保持工序，利用硅類導(dǎo)電性粘接劑，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)所述容器進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，通過將已氣密性密封的所述容器在溫度為K的氣氛中放置時(shí)間T以上，使從硅類粘接劑蒸發(fā)散出的、具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在金屬膜上，所述溫度K與時(shí)間T的關(guān)系滿足T＝24294e-0.0251K。
本發(fā)明的第二十方面的壓電振子的制造方法的特征在于，具有保持工序，利用硅類導(dǎo)電性粘接劑，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；載置工序，將具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)載置在所述容器內(nèi)；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)所述容器進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，在具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)蒸發(fā)散出所需的溫度下加熱預(yù)定時(shí)間，使具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在金屬膜上。
作為將壓電振動(dòng)元件固定在絕緣容器內(nèi)的手段，抗沖擊性優(yōu)良的硅類導(dǎo)電性粘接劑非常有用，另一方面，若在氣密性密封了絕緣容器時(shí)從硅粘接劑釋放的硅蒸氣成分附著堆積在壓電振動(dòng)元件的金屬膜上，則諧振頻率隨著時(shí)間推移、最終變得低于目標(biāo)頻率，成為搭載了壓電器件的設(shè)備的工作不良等的原因。根據(jù)本發(fā)明，提供了壓電振動(dòng)元件、壓電振子、壓電振蕩器、頻率穩(wěn)定方法和壓電振子的制造方法，能夠利用基于簡(jiǎn)單的設(shè)備、步驟的低成本的裝置、方法，在幾秒至幾分的極短時(shí)間內(nèi)，在金屬膜上形成由硅分子構(gòu)成的膜，使硅分子吸附量飽和，從而使諧振頻率的下降停止并穩(wěn)定化，可解決以往的缺陷而不會(huì)造成生產(chǎn)性下降。


圖1(a)是表示作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的表面安裝型壓電振蕩器的一例的石英振蕩器的結(jié)構(gòu)的剖面圖，(b)是其主要部分放大說明圖。
圖2(a)-(d)是表示本發(fā)明中包括在石英振動(dòng)元件的激勵(lì)電極膜上形成硅單分子膜的工序在內(nèi)的制造過程的說明圖。
圖3(a)-(c)是表示周圍溫度、與壓電振動(dòng)元件的頻率達(dá)到穩(wěn)定區(qū)域?yàn)橹沟钠陂g的關(guān)系的圖。
圖4是表示氣密性密封于絕緣容器內(nèi)的石英振動(dòng)元件的諧振頻率降低的現(xiàn)象的說明圖。
標(biāo)號(hào)說明1絕緣容器；2、3凹部；4底面；5安裝端子；11內(nèi)部焊盤；12石英振動(dòng)元件(壓電振動(dòng)元件)；3硅類導(dǎo)電性粘接劑(導(dǎo)電性接合部件)；15金屬蓋；20石英基板(壓電基板)；21激勵(lì)電極(金屬膜)；22引出電極；25 IC部件；30硅單分子膜；40處理室；41硅原液。
具體實(shí)施例方式
在說明實(shí)施方式之前，先說明本發(fā)明成立的經(jīng)過。
即，如上所述，以往已經(jīng)知道氣密性密封于容器內(nèi)的石英振動(dòng)元件的頻率隨著時(shí)間推移持續(xù)降低的現(xiàn)象，但未探明其原因。因此，作為解決這種缺陷的方法，此前專門研究了如何使頻率降低的速度變慢的對(duì)策。
對(duì)于這種現(xiàn)狀，本發(fā)明人繼續(xù)探究頻率降低的原因，在該研究過程中進(jìn)行的使老化加速的試驗(yàn)(加速老化試驗(yàn))中，首次發(fā)現(xiàn)在頻率降低到預(yù)定值后存在穩(wěn)定區(qū)域的情況，發(fā)現(xiàn)若達(dá)到頻率穩(wěn)定區(qū)域，則此后不產(chǎn)生頻率變動(dòng)。根據(jù)該發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人提出了在早期使出廠前的石英振動(dòng)元件的頻率降低而達(dá)到穩(wěn)定區(qū)域、然后再出廠的加工方法。
即，如圖3所示，若將周圍溫度變?yōu)楦邷兀瑒t達(dá)到穩(wěn)定區(qū)域?yàn)橹沟钠陂g變短。由此，判定了現(xiàn)有的壓電器件在為了進(jìn)行回流而加熱后、頻率降低現(xiàn)象變得顯著的理由。
但是，在加熱溫度超過230℃的情況下，由于擔(dān)心硅粘接劑變質(zhì)，所以優(yōu)選在230℃以下加熱，實(shí)際上在變?yōu)槌^230℃的溫度的情況下，如圖3(a)所示，已確認(rèn)在到達(dá)頻率穩(wěn)定區(qū)域之后，還產(chǎn)生在該頻率以下、頻率繼續(xù)下降的現(xiàn)象。
由此，可判定通過在230℃以下的溫度下進(jìn)行加熱處理直至達(dá)到頻率穩(wěn)定區(qū)域，可得到經(jīng)年頻率變動(dòng)少的石英振子。
已確認(rèn)了在加熱處理的方法中，通過在230℃下放置70小時(shí)，石英振子的諧振頻率達(dá)到頻率穩(wěn)定區(qū)域。另一方面，在這種加熱處理的方法中，生產(chǎn)效率低。
基于以上研究結(jié)果的進(jìn)一步探究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，經(jīng)年頻率降低現(xiàn)象的原因主要在于，從構(gòu)成用于將石英振動(dòng)元件粘接在容器內(nèi)的電極上的硅樹脂導(dǎo)電性粘接劑的硅樹脂蒸發(fā)散出的硅分子(環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子4～7個(gè)二甲基聚硅氧烷聚合而成)化學(xué)吸附在石英振動(dòng)元件的金屬膜上，導(dǎo)致質(zhì)量增加。另外，由于越是狹窄的密閉空間，硅分子的濃度越容易變高，所以判明了隨著石英振子的容器的小型化，頻率降低現(xiàn)象變顯著的現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。
另外，可知本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的、通過加熱處理而使達(dá)到頻率穩(wěn)定區(qū)域的期間縮短的現(xiàn)象的原因在于，由于加熱而加速了來自硅樹脂的硅分子的蒸發(fā)散出。
但是，在加熱處理的方法中，由于最短在230℃下也需要70小時(shí)，所以生產(chǎn)效率差。
因此，本發(fā)明人提出了如下方法，即通過將收納于處于開放狀態(tài)的容器內(nèi)的石英振動(dòng)元件曝露在充滿硅蒸氣的氣氛中，使硅分子一次性地吸附在金屬膜上。
判明了根據(jù)該方法，石英振動(dòng)元件的頻率在幾秒鐘內(nèi)達(dá)到頻率穩(wěn)定區(qū)域，可稱得上是能批量生產(chǎn)的方法。
下面，利用圖示的實(shí)施方式來詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1(a)是表示作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的表面安裝型壓電振蕩器的一例的石英振蕩器的結(jié)構(gòu)的剖面圖，(b)是在分子級(jí)別下表示激勵(lì)電極膜的表面狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
該石英振蕩器(壓電振蕩器)具有絕緣容器1(例如陶瓷容器)，其在上部與下部分別具有凹部2、3，同時(shí)，在環(huán)狀的底面4上配備有4個(gè)安裝端子5，縱向剖面形狀大致為H型；金屬蓋15，在使用硅類導(dǎo)電性粘接劑(下面稱為硅粘接劑)13、將由作為厚度滑動(dòng)類壓電材料的例如AT切石英板構(gòu)成的石英振動(dòng)元件(壓電振動(dòng)元件)12上的兩個(gè)激勵(lì)電極膜21分別電氣地、機(jī)械地連接到設(shè)置在上部凹部2內(nèi)的兩個(gè)內(nèi)部焊盤11上的狀態(tài)下，將上部凹部2氣密性地密封；配置在下部凹部3的天井面3a上的、與各內(nèi)部焊盤11和各安裝端子5導(dǎo)通的下部焊盤6；和安裝在下部焊盤6上的構(gòu)成振蕩電路的IC部件25。
安裝端子5中的石英振子側(cè)安裝端子分別與內(nèi)部焊盤11的一方電連接。
具有上部凹部2的絕緣容器1的上部、內(nèi)部焊盤11、石英振動(dòng)元件12和金屬蓋15構(gòu)成了石英振子(壓電振子)。即，石英振子是使用硅粘接劑13，將石英振動(dòng)元件12電氣地、機(jī)械地連接到由陶瓷等絕緣材料構(gòu)成的絕緣容器1的上部凹部2內(nèi)的內(nèi)部電極11上，通過焊接等將金屬蓋15電氣地、機(jī)械地連接到絕緣容器1的外壁上面的導(dǎo)體環(huán)上，對(duì)凹部2內(nèi)進(jìn)行氣密性密封而得到的。石英振動(dòng)元件12具有如下結(jié)構(gòu)在作為厚度滑動(dòng)類壓電材料的石英基板(壓電基板)20的正反兩面上形成由金等金屬材料構(gòu)成的激勵(lì)電極膜(金屬膜)21、和從激勵(lì)電極膜21延伸到基板端緣的引出電極22。
如上所述，在將石英振動(dòng)元件氣密性密封于容器內(nèi)之后，頻率隨著時(shí)間推移而下降的現(xiàn)象的原因此前尚未明了，但本發(fā)明人的研究結(jié)果認(rèn)為原因在于從硅粘接劑13產(chǎn)生而充滿容器內(nèi)的環(huán)狀二甲基聚硅氧烷蒸氣(下面稱為硅蒸氣)中的硅分子緩慢地化學(xué)吸附在激勵(lì)電極膜表面上。
即，硅粘接劑13是在硅樹脂中混合了銀填料的導(dǎo)電性粘接劑，即使在常溫下，并且由于通過回流焊將石英振蕩器安裝到母板上時(shí)的加熱、或?qū)C部件25進(jìn)行倒裝安裝時(shí)的加熱，也分別從硅樹脂中釋放出硅蒸氣。釋放的硅蒸氣如上所述，在被蓋15密封的絕緣容器1內(nèi)擴(kuò)散。具有非鍵電子對(duì)的硅分子30具有很容易化學(xué)吸附到構(gòu)成激勵(lì)電極膜(金屬膜)21的金屬表面上的性質(zhì)，若激勵(lì)電極膜表面上吸附了預(yù)定以上的硅分子膜，則造成作為完成品的石英振蕩器的振蕩頻率隨著時(shí)間推移而降低的缺陷。這種缺陷在絕緣容器超小型化、內(nèi)部容積極小化的現(xiàn)狀下更顯著地產(chǎn)生。
作為解決這種缺陷的本發(fā)明的第1實(shí)施方式，提供了一種基于出廠前加熱的頻率早期穩(wěn)定方法。即，在該早期穩(wěn)定方法中，通過在密封狀態(tài)下、以比常溫高的溫度、優(yōu)選是超過硅分子的沸點(diǎn)(例如D3中是188℃)的溫度、且比硅的熱分解溫度低的溫度、例如230℃，對(duì)壓電器件進(jìn)行加熱處理70小時(shí)以上，從而可以在氣密性密封的絕緣容器內(nèi)，使硅蒸氣從硅粘接劑中積極地噴出，所以與自然老化的情況相比，可在短時(shí)間內(nèi)提高硅蒸氣的濃度，使單位時(shí)間內(nèi)的硅分子在激勵(lì)電極膜表面上的吸附量增加。結(jié)果，可大幅度縮短到達(dá)頻率穩(wěn)定區(qū)域(狀態(tài))為止所需的時(shí)間，縮短出廠前的時(shí)間，提高總的生產(chǎn)性。
即，在第1實(shí)施方式中，依次實(shí)施如下工序保持工序，利用硅粘接劑(導(dǎo)電性接合部件)13，將在石英基板20等的由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有作為金屬膜(將鎳或鉻作為基底膜，在表層形成金膜的結(jié)構(gòu))的激勵(lì)電極膜21的石英振動(dòng)元件(壓電振動(dòng)元件)12保持在容器1內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減激勵(lì)電極膜21的厚度，以將石英振動(dòng)元件12的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值(比完成時(shí)的石英振動(dòng)元件的諧振頻率高的值)；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)容器1進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，通過對(duì)氣密性密封的容器1實(shí)施預(yù)定時(shí)間的加熱處理，使從硅粘接劑蒸發(fā)散出的、具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)(硅分子)化學(xué)吸附在激勵(lì)電極膜上。
圖3(a)表示諧振頻率為26MHz的石英振動(dòng)元件中、加熱溫度的不同與諧振頻率的變動(dòng)特性之間的關(guān)系。圖3(b)表示在加熱中、石英振動(dòng)元件的諧振頻率基本達(dá)到固定值(從加熱開始頻率降低約-4ppm后的諧振頻率)為止的時(shí)間的計(jì)測(cè)結(jié)果。圖3(c)是標(biāo)出圖3(b)所示的計(jì)測(cè)結(jié)果而描繪表示加熱溫度與加熱時(shí)間之間的關(guān)系的近似線的圖。
如圖3(a)所示，在加熱溫度為230℃以下的情況下，盡管在加熱開始之后馬上就看到諧振頻率降低的傾向，但經(jīng)過特定時(shí)間后，諧振頻率的降低量減少，看到諧振頻率穩(wěn)定化的傾向。
另外，在加熱溫度為230℃以下的情況下，達(dá)到穩(wěn)定化為止的頻率降低量均相同而與加熱溫度無關(guān)，例如，在26MHz的諧振頻率的情況下，達(dá)到穩(wěn)定化為止的頻率降低量約為-4ppm。
相反，在加熱溫度比230℃高的情況下，例如在250℃、270℃、300℃時(shí)，在任一種溫度下加熱開始后均引起急劇的頻率降低，看不到在相同的頻率降低量后頻率穩(wěn)定化的傾向。
因此，根據(jù)該結(jié)果可知，若在至少230℃以下加熱石英振動(dòng)元件，則存在在下降特定頻率之后、達(dá)到頻率穩(wěn)定所需的加熱時(shí)間。
因此，就各加熱溫度條件下計(jì)測(cè)諧振頻率達(dá)到穩(wěn)定化(加熱開始后下降-4ppm的狀態(tài))為止所需時(shí)間的結(jié)果，得到圖3(b)所示的值。
另外，根據(jù)圖3(b)所示的數(shù)值數(shù)據(jù)，用圖3(c)所示的近似線來示出加熱溫度與達(dá)到頻率穩(wěn)定化為止所需時(shí)間的關(guān)系。
另外，根據(jù)該近似線可確認(rèn)，加熱溫度K與達(dá)到頻率穩(wěn)定化為止所需時(shí)間的關(guān)系為T＝24294e-0.0251K。
即，作為該吸附工序中的加熱處理方法，具體而言，例如將氣密性密封的容器1放置在溫度為K的氣氛中達(dá)時(shí)間T以上，從而使從硅類導(dǎo)電性粘接劑(導(dǎo)電性接合部件)13蒸發(fā)散出的、具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在激勵(lì)電極膜20(金屬膜)上，優(yōu)選所述溫度K與時(shí)間T的關(guān)系滿足T＝24294e-0.0251K(25℃＜K≤230℃)。
下面，在本發(fā)明的第2實(shí)施方式中，提供一種不通過加熱就可使石英振動(dòng)元件的頻率在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)頻率穩(wěn)定區(qū)域的硅分子吸附加速方法。
即，在本實(shí)施方式中，通過在密封絕緣容器1之前，將激勵(lì)電極膜21曝露于預(yù)先準(zhǔn)備的硅蒸氣氣氛中，預(yù)先形成硅分子的單分子膜30，以覆蓋激勵(lì)電極膜21的整個(gè)表面。由此，不需要第一實(shí)施方式中必需的為了將絕緣容器1的凹部2內(nèi)設(shè)為硅蒸氣氣氛而進(jìn)行的長(zhǎng)期的加熱處理工序，所以可以使石英振動(dòng)元件的諧振頻率從頻率調(diào)節(jié)行程時(shí)的設(shè)定值一舉下降到預(yù)定的目標(biāo)值(目標(biāo)頻率)而成為穩(wěn)定的狀態(tài)。另外，所謂預(yù)定的目標(biāo)頻率是通過金屬蓋15進(jìn)行的密封前的即將完成前(基于質(zhì)量附加的頻率調(diào)節(jié)完成的狀態(tài))的石英振動(dòng)元件12的諧振頻率，在大氣中測(cè)定該諧振頻率的情況下，氣密性密封于絕緣容器內(nèi)的惰性氣體氣氛中的狀態(tài)下的諧振頻率與其大致一致，但在真空下密封的情況下，眾所周知，為比大氣中的目標(biāo)頻率高幾ppm的值。
另外，所謂目標(biāo)頻率是在激勵(lì)電極膜21表面上除硅單分子膜30以外，未附著有具有質(zhì)量附加效果的物質(zhì)的狀態(tài)，換言之在硅單分子膜30上未堆積其它物質(zhì)的狀態(tài)下的諧振頻率。
即，以金為主的金屬材料的原子具有懸掛鍵，處于容易與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附的狀態(tài)，所以僅通過在將硅蒸氣濃度提高到預(yù)定以上的氣氛中短時(shí)間地露出配置激勵(lì)電極膜表面，位于激勵(lì)電極表面的全部金屬原子21的懸掛鍵在極短時(shí)間(幾秒)內(nèi)與硅分子30的非鍵電子對(duì)吸附(圖1(b)所示的狀態(tài))，所以其結(jié)果是，在短時(shí)間內(nèi)在激勵(lì)電極膜整個(gè)表面上形成單分子膜30。因?yàn)榧?lì)電極表面和引出電極表面的懸掛鍵的數(shù)量有限，并且形成由于化學(xué)吸附而一旦成膜于激勵(lì)電極膜整個(gè)表面上的硅單分子膜30的硅分子不具有吸附單元(電子對(duì))，所以不能再在單層膜30之上重疊地化學(xué)吸附硅分子，不會(huì)形成新的硅膜，從而可吸附的硅分子的個(gè)數(shù)(單分子膜的膜厚、質(zhì)量)是確定的，在硅分子覆蓋激勵(lì)電極整個(gè)表面之后，不會(huì)因化學(xué)吸附而使諧振頻率降低。另外，如圖1(b)所示，由于單分子膜30具有一個(gè)硅分子的厚度，所以不需要膜厚控制。這樣，由于單層膜30的厚度已定，所以可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)或算出因單層膜30的影響引起的石英振動(dòng)元件的諧振頻率的降低量，在頻率調(diào)節(jié)過程中可預(yù)先將頻率設(shè)定得比相應(yīng)的目標(biāo)頻率高，以使形成單分子膜30時(shí)的諧振頻率變?yōu)槟繕?biāo)頻率。因此，可以高成品率地制造頻率穩(wěn)定的石英振子、石英振蕩器。另一方面，由于構(gòu)成石英基板的石英材料是不具有懸掛鍵的SiO2的結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，所以硅分子不能化學(xué)吸附于石英基板面上。
圖2是表示本發(fā)明中包含在石英振動(dòng)元件的激勵(lì)電極膜上形成硅單分子膜的工序在內(nèi)的制造過程的概略圖。
在對(duì)石英基板晶片的加工工序(a)中，針對(duì)大面積的石英晶片35上的各單片區(qū)域36，對(duì)通過光刻技術(shù)得到的石英材料，進(jìn)行通過蝕刻、蒸鍍等實(shí)現(xiàn)的電極形成，形成各石英振動(dòng)元件單片，同時(shí)，實(shí)施頻率調(diào)節(jié)工序(追加或削減激勵(lì)電極膜厚度的工序)，設(shè)定成使各單片的諧振頻率比目標(biāo)頻率高預(yù)定頻率。所謂比目標(biāo)頻率高的預(yù)定頻率是最終目標(biāo)頻率，即如后所述，在處理室內(nèi)在激勵(lì)電極膜的整個(gè)表面上形成硅單分子膜、之后在大氣中開放、從而去除附著在硅單分子膜上的(未化學(xué)吸附的)剩余硅成分、之后利用蓋體對(duì)填充了惰性氣體的絕緣容器進(jìn)行氣密密封的狀態(tài)下的頻率。
用作為基板材料的壓電材料只要是根據(jù)厚度的差異來確定頻率的厚度滑動(dòng)類的壓電材料即可，不限于石英。用于激勵(lì)電極的電極材料例如使用金、鋁等，但只要是與硅蒸氣之間產(chǎn)生化學(xué)吸附的金屬即可。
在分割成單片的工序(b)中，沿單片區(qū)域的邊界，通過切割、蝕刻等分割石英晶片。
在下一工序(c)中，使用硅粘接劑(導(dǎo)電性接合部件)13，在絕緣容器1的上部凹部2內(nèi)的內(nèi)部電極11上連接分割后的石英振動(dòng)元件12(保持工序)。
在接下來的硅單分子膜形成工序(吸附工序)(d)中，例如(d)所示，在充滿硅蒸氣(具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)的蒸氣)的處理室40內(nèi)，配置內(nèi)部保持有石英振動(dòng)元件12的絕緣容器1，使硅分子化學(xué)吸附在激勵(lì)電極膜21的表面上，形成厚度均勻的單分子膜。由此，在激勵(lì)電極膜的整個(gè)表面上以均勻的厚度形成了硅單分子膜30。
對(duì)于硅，優(yōu)選使用具有高揮發(fā)性、低分子量([(CH3)2SiO]nDn的聚合度n值為4～7)的成分的物質(zhì)。另外，雖然硅即便在常溫下也易揮發(fā)，但由于例如在聚合度為D5的情況下，沸點(diǎn)為211℃，所以通過在處理室40內(nèi)在沸點(diǎn)或其以下的任意溫度下加熱硅原液41，可在短時(shí)間內(nèi)使硅蒸氣[(CH3)2SiO]5以期望的濃度充滿處理室內(nèi)，若提高濃度(ppm)，則可縮短形成單分子膜的時(shí)間(飽和所需的時(shí)間)。處理室內(nèi)的溫度可以是常溫，為了穩(wěn)定保持硅蒸氣的狀態(tài)，也可加熱到預(yù)定溫度以上。
構(gòu)成激勵(lì)電極膜21的表層和引出電極22的表層的各個(gè)金屬原子具有懸掛鍵。通過對(duì)該懸掛鍵配備硅分子側(cè)的非鍵電子對(duì)、進(jìn)行化學(xué)吸附，可得到難以與激勵(lì)電極膜21和引出電極22分離的穩(wěn)定的單分子膜30。在所有的懸掛鍵均與硅分子吸附的階段，不會(huì)化學(xué)吸附更多的硅分子，但在處理室內(nèi)的硅分子濃度高的狀態(tài)下，由于漂在處理室內(nèi)的硅分子附著、堆積(物理地附著)在硅單分子膜30上，所以與僅有硅單分子膜30化學(xué)吸附在激勵(lì)電極上時(shí)的頻率相比，在硅單分子膜上堆積了其它硅成分時(shí)的頻率因受到物理附著物引起的質(zhì)量附加的影響而變低。因此，若在形成硅單分子膜之后，通過在處理室外向大氣(或干燥氣體內(nèi))開放，使因物理附著而堆積的硅成分飛散(蒸發(fā))并去除，則在形成單層膜30時(shí)不必精密地進(jìn)行膜厚管理，即可容易地構(gòu)成期望厚度的單層膜30，同時(shí)，可容易地得到預(yù)定的目標(biāo)頻率。但是，由于該目標(biāo)頻率是大氣中的諧振頻率，所以在與惰性氣體一起被封入到絕緣容器內(nèi)的情況下，直接變?yōu)樽罱K目標(biāo)頻率，但在真空下密封的情況下，通過將大氣中的諧振頻率設(shè)定成偏移了由真空密封引起的降低量的目標(biāo)頻率，可使真空密封時(shí)的頻率與最終目標(biāo)頻率一致。
在單純?yōu)榱耸辜?lì)電極的質(zhì)量增加而利用蒸鍍或?yàn)R射等的物理吸附方法形成膜的情況下，由于難以成為單分子膜(單層膜)而容易成為多層膜，所以不容易嚴(yán)密管理其厚度，但由于硅單分子膜是基本上等于單分子大小的厚度的固定厚度，所以不必進(jìn)行膜厚的監(jiān)視或成膜時(shí)間的嚴(yán)密計(jì)測(cè)等的膜厚管理。通過預(yù)先將石英基板的振動(dòng)部膜厚設(shè)定成預(yù)定厚度，換言之，如果在考慮到形成于振動(dòng)部中的激勵(lì)電極的面積(質(zhì)量)與其整個(gè)表面上吸附的硅單分子膜的質(zhì)量引起的頻率降低量的基礎(chǔ)上，設(shè)定石英基板振動(dòng)部的膜厚以得到目標(biāo)諧振頻率，則可容易地確保頻率精度。
即，在硅的聚合度為D4的情況下，硅單分子膜30的厚度(單分子的大小)為1.3nm左右。這樣，在單分子膜的情況下，由于可正確地預(yù)測(cè)其厚度與頻率降低量，所以通過把形成硅單分子膜前的諧振頻率設(shè)定成高至某程度，可容易地將硅單分子膜形成后的頻率設(shè)定成目標(biāo)頻率。例如，得到如下的結(jié)果，即在激勵(lì)電極膜整個(gè)表面上形成硅單分子膜30時(shí)的諧振頻率(例如26兆赫)比硅單分子膜形成以前的諧振頻率低5ppm，另外，對(duì)于由具有相同諧振頻率的相同尺寸結(jié)構(gòu)構(gòu)成的石英振動(dòng)元件，由于個(gè)體間發(fā)生同等的頻率降低，所以極容易對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)。
在形成硅單分子膜、頻率穩(wěn)定之后，通過長(zhǎng)期的加速老化試驗(yàn)已確認(rèn)例如50年變動(dòng)1ppm，下一個(gè)1ppm變動(dòng)約需要500年。這樣，由于飽和后的狀態(tài)穩(wěn)定，所以在可靠性評(píng)價(jià)、溫度循環(huán)中不產(chǎn)生問題。
在硅單分子膜形成工序中，在石英振動(dòng)元件的激勵(lì)電極上形成硅單分子膜的情況下，通過將硅蒸氣的濃度設(shè)定成預(yù)定值以上，在幾秒后于激勵(lì)電極整個(gè)表面上形成硅單分子膜，單分子膜占激勵(lì)電極整個(gè)表面的面積為相當(dāng)于激勵(lì)電極整個(gè)表面的100％的最大面積。
但是，假設(shè)通過形成具有未達(dá)到上述最大面積(100％)范圍的占有率的硅單分子膜而得到的諧振頻率(激勵(lì)電極局部未被硅單分子膜覆蓋的狀態(tài)下的石英振動(dòng)元件的諧振頻率)處于比最大面積(激勵(lì)電極被硅單分子膜完全覆蓋的情況)下的壓電振動(dòng)元件的諧振頻率高+1ppm～0ppm的范圍內(nèi)的情況下，即便硅單分子膜的面積占激勵(lì)電極整個(gè)表面的面積不足100％，以后即便在50年間(根據(jù)加速老化試驗(yàn))產(chǎn)生諧振頻率降低，由于諧振頻率集中在目標(biāo)頻率±1ppm的范圍內(nèi)(一般可進(jìn)行動(dòng)作補(bǔ)償?shù)钠罘秶?，所以組裝了石英振子的裝置在到達(dá)壽命前的期間也不會(huì)產(chǎn)生工作上的問題。即，即便在未被硅單分子膜30覆蓋的激勵(lì)電極膜表面上進(jìn)一步追加形成膜，只要單分子膜覆蓋了激勵(lì)電極膜的大致整個(gè)表面、使諧振頻率的降低量不足1ppm即可。
另外，在硅單分子膜形成工序(d)中，在處理室40內(nèi)形成硅單分子膜后，使硅單分子膜向大氣開放使其干燥，使附著于單分子膜上的硅成分飛散而去除。
另外，在最后的密封工序中，在絕緣容器內(nèi)封入氮?dú)獾榷栊詺怏w的狀態(tài)下，用蓋體密封開口部，變?yōu)閳D1(a)的狀態(tài)。
通過構(gòu)成為可沿著一系列的制造線實(shí)施圖2所示的各工序，可實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)性的制造裝置、制造方法。
在圖2(d)所示的制造裝置、或制造方法中，示出如下示例通過將在作為厚度滑動(dòng)類的壓電材料的石英基板20表面上具有激勵(lì)電極膜(金屬膜)21的壓電振動(dòng)元件12配置在處理室40內(nèi)的硅蒸氣(環(huán)狀二甲基聚硅氧烷蒸氣)的高濃度氣氛中，使硅分子化學(xué)吸附于激勵(lì)電極膜表面上，形成該硅分子的單分子膜30，但這不過是一個(gè)示例，也可利用其它裝置結(jié)構(gòu)、方法來形成單分子膜。例如，也可通過在利用硅類粘接劑保持有在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板20表面上形成了激勵(lì)電極膜21的壓電振動(dòng)元件12的絕緣容器1內(nèi)，滴下微量硅原液，密封該絕緣容器，并在必要時(shí)以適合于硅原液蒸發(fā)散出的溫度來加熱，使硅分子化學(xué)吸附于激勵(lì)電極膜表面上，形成該硅分子的單分子膜。
即，該實(shí)施方式的制造方法構(gòu)成為具有保持工序，利用硅類導(dǎo)電性粘接劑(導(dǎo)電性接合部件)13，將在作為由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板的石英基板20表面上形成有作為金屬膜的激勵(lì)電極膜21的石英振動(dòng)元件(壓電振動(dòng)元件)12保持在容器1內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，為了將壓電振動(dòng)元件12的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值，追加或削減激勵(lì)電極膜21的厚度；載置工序，在容器1內(nèi)載置具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)容器1進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，在具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)蒸發(fā)散出所需的溫度下加熱預(yù)定時(shí)間，使具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附于激勵(lì)電極膜21上。
此時(shí)，單分子膜占所述金屬膜整個(gè)表面的面積不必是最大面積(100％)，在比最大面積下的壓電振動(dòng)元件的諧振頻率低1ppm(規(guī)格中的允許范圍)的允許范圍內(nèi)的情況下，即便硅單分子膜的面積占激勵(lì)電極整個(gè)表面的面積不足100％，只要在上述允許范圍內(nèi)，也不會(huì)產(chǎn)生規(guī)格上的問題。即，即便在未被硅單分子膜30覆蓋的激勵(lì)電極膜表面上進(jìn)一步追加形成膜，只要激勵(lì)電極膜的大致整個(gè)表面被單分子膜覆蓋、使諧振頻率的降低量不足1ppm即可。
另外，作為與激勵(lì)電極化學(xué)吸附來形成單分子膜的物質(zhì)，不限于硅，只要是具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)，則可以是任何物質(zhì)。因此，在上述各實(shí)施方式中，作為在容器內(nèi)保持壓電振動(dòng)元件的導(dǎo)電性接合部件，也不限于硅粘接劑，只要是生成具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)的粘接劑即可。
權(quán)利要求
1.一種壓電振動(dòng)元件，具有由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于所述金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的膜覆蓋。
2.一種壓電振動(dòng)元件，具有壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于所述金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的膜覆蓋，由所述膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該膜覆蓋的金屬膜表面上再形成膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
3.一種壓電振子，其特征在于，具有權(quán)利要求1或2所述的壓電振動(dòng)元件；和氣密性密封該壓電振動(dòng)元件的容器。
4.一種壓電振子，其特征在于，具有權(quán)利要求1或2所述的壓電振動(dòng)元件；和容器，該容器在使用硅類導(dǎo)電性粘接劑保持該壓電振動(dòng)元件的狀態(tài)下收納該壓電振動(dòng)元件并在惰性氣體中進(jìn)行氣密性密封。
5.一種壓電振蕩器，其特征在于在權(quán)利要求3或4所述的容器的內(nèi)部或外部配置振蕩電路部件。
6.一種壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法，其特征在于通過將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上具有金屬膜的壓電振動(dòng)元件配置在環(huán)狀二甲基聚硅氧烷蒸氣的氣氛中，使所述環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子化學(xué)吸附在所述金屬膜表面上，形成該環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子的膜。
7.一種壓電振子，利用導(dǎo)電性接合部件將壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)，該壓電振動(dòng)元件具有由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于在氣氛氣體中露出的金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的膜覆蓋。
8.一種壓電振子，利用導(dǎo)電性接合部件將壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)，該壓電振動(dòng)元件具有壓電基板、和形成于該壓電基板面上的金屬膜，其特征在于在氣氛氣體中露出的金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的單分子膜覆蓋，并由所述單分子膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該膜覆蓋的金屬膜表面上再形成單分子膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電振子，其特征在于所述單分子膜占所述金屬膜整個(gè)表面的面積相當(dāng)于該金屬膜整個(gè)表面的100％時(shí)的諧振頻率與大氣中的目標(biāo)頻率一致。
10.一種壓電振子，其特征在于將權(quán)利要求1或2所述的壓電振動(dòng)元件氣密性密封在容器內(nèi)。
11.一種壓電振子，其特征在于在使用硅類導(dǎo)電性粘接劑來保持權(quán)利要求1或2所述的壓電振動(dòng)元件的狀態(tài)下收納該壓電振動(dòng)元件并在惰性氣體氣氛中進(jìn)行氣密性密封。
12.一種壓電振蕩器，其特征在于在權(quán)利要求7、8、9、10或11中任意一項(xiàng)所述的容器的內(nèi)部或外部配置振蕩電路部件。
13.一種壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法，其特征在于在將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上具有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)的狀態(tài)下，配置在環(huán)狀二甲基聚硅氧烷蒸氣的氣氛中，由此使所述環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子化學(xué)吸附在露出于氣氛氣體中的金屬膜表面上，形成該環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子的單分子膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法，其特征在于所述單分子膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該單分子膜覆蓋的金屬膜表面上再形成膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
15.一種壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法，其特征在于通過向利用硅類粘接劑保持了在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件的容器內(nèi)，滴下環(huán)狀二甲基聚硅氧烷液并密封該表面安裝容器，使所述環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子化學(xué)吸附在露出的金屬膜表面上，形成該環(huán)狀二甲基聚硅氧烷分子的膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓電振動(dòng)元件的頻率穩(wěn)定方法，其特征在于所述單分子膜覆蓋金屬膜的大致整個(gè)表面，使得即便在未被該單分子膜覆蓋的金屬膜表面上再形成膜，諧振頻率的降低量也不足1ppm。
17.一種壓電振子的制造方法，其特征在于，具有保持工序，利用導(dǎo)電性接合部件，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；吸附工序，通過將保持所述壓電振動(dòng)元件的所述容器放置在充滿了具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)的蒸氣的氣氛內(nèi)，使具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在露出的金屬膜上；和密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)容器進(jìn)行氣密性密封。
18.一種壓電振子的制造方法，其特征在于，具有保持工序，利用硅類導(dǎo)電性粘接材料，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)所述容器進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，對(duì)已氣密性密封的所述容器實(shí)施預(yù)定時(shí)間的加熱處理，使從硅類粘接劑蒸發(fā)散出的、具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在金屬膜上。
19.一種壓電振子的制造方法，其特征在于，具有保持工序，利用硅類導(dǎo)電性粘接劑，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)所述容器進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，通過將已氣密性密封的所述容器在溫度為K的氣氛中放置時(shí)間T以上，使從硅類粘接劑蒸發(fā)散出的、具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在金屬膜上，所述溫度K與時(shí)間T的關(guān)系滿足T＝24294e-0.0251K。
20.一種壓電振子的制造方法，其特征在于，具有保持工序，利用硅類導(dǎo)電性粘接劑，將在由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板面上形成有金屬膜的壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)；頻率調(diào)節(jié)工序，追加或削減所述金屬膜的厚度，以將所述壓電振動(dòng)元件的諧振頻率調(diào)節(jié)為預(yù)定值；載置工序，將具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)載置在所述容器內(nèi)；密封工序，在置換成惰性氣體氣氛的狀態(tài)下，對(duì)所述容器進(jìn)行氣密性密封；和吸附工序，在具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)蒸發(fā)散出所需的溫度下加熱預(yù)定時(shí)間，使具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)化學(xué)吸附在金屬膜上。
全文摘要
本發(fā)明提供壓電振動(dòng)元件、壓電振子、壓電振蕩器和頻率穩(wěn)定方法，在構(gòu)成為利用硅粘接劑將壓電振動(dòng)元件保持在絕緣容器內(nèi)的狀態(tài)下進(jìn)行氣密性密封的壓電器件中，可以解決從硅粘接劑釋放的硅蒸氣成分附著堆積在壓電振動(dòng)元件的金屬膜上，使得諧振頻率隨著時(shí)間推移而最終變得低于目標(biāo)頻率的缺陷。一種壓電振子，利用導(dǎo)電性接合部件將壓電振動(dòng)元件保持在容器內(nèi)，該壓電振動(dòng)元件具有由厚度滑動(dòng)類的壓電材料構(gòu)成的壓電基板(20)、和形成于該壓電基板面上的金屬膜(21)，其中，露出于氣氛氣體中的金屬膜表面被通過與具有非鍵電子對(duì)的物質(zhì)之間的化學(xué)吸附而形成的膜(30)覆蓋。
文檔編號(hào)H03H3/02GK1848678SQ20061000371
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者大島剛, 長(zhǎng)谷川伸, 渡邊紀(jì)之 申請(qǐng)人:愛普生拓優(yōu)科夢(mèng)株式會(huì)社