KR100742056B1 - 압전 진동 소자, 압전 진동자, 압전 발진기, 주파수 안정화 방법 및 압전 진동자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

압전 진동 소자를 절연 용기 내에 실리콘 접착제에 의해 유지한 상태로 기밀 봉지한 구조의 압전 디바이스에 있어서, 실리콘 접착제로부터 방출되는 실리콘 증기 성분이 압전 진동 소자의 금속 막 위에 부착 퇴적됨으로써 공진 주파수가 시간의 경과에 따라 최종 목표 주파수보다 저하하는 문제를 해결할 수 있는 압전 진동 소자, 압전 진동자, 압전 발진기 및 주파수 안정화 방법을 제공한다.

두께 미끄럼계(thickness shear mode)의 압전 재료로 이루어진 압전 기판(20)과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막(21)을 구비한 압전 진동 소자를 도전성 접합 부재에 의해 용기 내에 유지한 압전 진동자에 있어서, 분위기 중에 노출되어 있는 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 막(30)에 의해 덮여 있다.

Description

압전 진동 소자, 압전 진동자, 압전 발진기, 주파수 안정화 방법 및 압전 진동자의 제조 방법{Piezoelectric Vibration Device, Piezoelectric Vibrator, Piezoelectric Oscillator, Frequency Stablization Method, and Method of Manufacturing the Piezoelectric Vibrator}

도 1(a)는 본 발명의 일 실시형태에 관한 표면 실장형 압전 발진기의 일례로서의 수정 발진기의 구성을 나타내는 단면도이며, 도 1(b)는 그 요부 확대 설명도이다.

도 2(a) ~ 2(d)는 본 발명에 있어서 수정 진동 소자의 여진 전극막 위에 실리콘 단분자막을 형성하는 공정을 포함하는 제조 공정을 나타내는 설명도이다.

도 3(a) ~ 3(c)는 주변 온도와 압전 진동 소자의 주파수가 안정 영역에 도달하기까지의 기간과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 4는 절연 용기 내에 기밀 봉지한 수정 진동 소자의 공진 주파수가 주파수 저하하는 현상을 나타내는 설명도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 절연 용기 2, 3 : 오목부

4 : 바닥면 5 : 실장 단자

11 : 내부 패드 12 : 수정 진동 소자(압전 진동 소자)

13 : 실리콘계 도전성 접착제(도전성 접합 부재)

15 : 금속 리드 20 : 수정 기판(압전 기판)

21 : 여진 전극(금속 막) 22 : 리드 전극

25 : IC 부품 30 : 실리콘 단분자막

40 : 챔버 41 : 실리콘 원액

본 발명은 절연 용기 내에 실리콘계 도전성 접착제에 의해 고정된 상태로 기밀 봉지된 압전 진동 소자의 공진 주파수가 시간의 경과에 따라 저하하는 문제를 생산성의 저하를 초래하지 않고 효율적으로 해결할 수 있는 압전 진동 소자, 압전 진동자, 압전 발진기, 주파수 안정화 방법 및 압전 진동자의 제조 방법에 관한 것이다.

수정 진동자와 같이, 압전 진동 소자를 절연 용기 내에 기밀 봉지한 구조의 표면 실장형 압전 디바이스는 휴대 전화기, 호출기 등의 통신기기나 컴퓨터 등의 전자기기 등에 있어서 기준 주파수 발생원, 필터 등으로서 이용되고 있지만, 이러한 각종 기기의 소형화에 대응하여 압전 디바이스에 대해서도 소형화가 요구되고 있다.

또, 표면 실장형 압전 디바이스로서의 압전 발진기는, 예를 들어 세라믹 등으로 이루어진 절연 용기 본체의 상면에 형성된 오목부 내에 압전 진동 소자와, 발 진 회로를 구성하는 회로 부품을 수납한 상태로 오목부 개구를 금속 뚜껑에 의해 봉지한 구성을 구비하고 있다.

압전 진동 소자는, 압전 기판 면에 여진 전극, 리드 전극을 구성하는 금속 막을 형성한 구성을 구비하고 있고, 압전 진동 소자를 표면 실장용 절연 용기 내의 내부 전극 위에 실리콘계 도전성 접착제(이하, 실리콘 접착제라 함)를 사용하여 유지한 상태로 그 용기를 기밀 봉지한 구성을 구비하고 있다.

도 4는 절연 용기 내에 기밀 봉지한 수정 진동 소자의 공진 주파수가 주파수 저하하는 현상을 나타내는 것이며, 이 도면에서 명확한 바와 같이, 주파수 저하는 급격하게 일어나는 것이 아니라, 시간의 경과와 함께 서서히 주파수가 저하하는 것을 알 수 있다.

즉, 압전 디바이스 제조자가 수정 진동자를 제조한 단계에서는 그 경향은 거의 나타나지 않지만, 어셈블리 제조자가 압전 디바이스를 프린트 기판 위에 탑재하고 나서, 제품이 시장에 출시되고 나면 주파수 저하가 표면화되는 번거로운 사태가 출현한다.

또한, 압전 디바이스를 어셈블리 제조자가 프린트 기판 위에 탑재하기 위해 리플로우 공정을 거친 후에 주파수 저하의 경향이 강하게 나타나는 것이 판명되었다. 또, 최근의 소형화의 요구에 의해 수정 진동자의 용기가 소형화됨에 따라, 주파수 저하의 발생 빈도가 증가하고 있다는 사실도 있다.

그러나, 이러한 현상의 원인에 대해서는 여러 가지로 추론되고 있지만, 명확한 요인을 파악하지 못하여, 근본적인 해결이 이루어지지 않고 있는 것이 실정이 다.

예컨대, 일본국 공개특허 평7－154187호 공보에는, 수정 진동자의 시간의 경과에 따른 주파수 저하 현상의 해결을 목적으로 한 기술이 개시되어 있다.

이 공보에서는, 수정 진동자의 시간의 경과에 따른 주파수 저하 현상의 발생 원인이 전극을 구성하는 금속 막의 표층에서 발생하는 산화 현상에 있다고 파악하여, 금속 막의 표층에 증착이나 스퍼터의 수법으로 절연성 막(SiO₂막)을 부착하고 그 전면(全面)을 덮는 방법 혹은 금속 막의 표층을 미리 산화 처리, 질화 처리 혹은 탄화 처리하여 보호막을 형성하는 등의 해결방법을 개시하고 있다.

또한, 이 산화 현상은 금막 하에 니켈 기초막을 형성했을 때, 금막의 표층까지 석출된 니켈 부분에 대해서만 발생한다. 니켈 부분 이외의 금 부분은 안정되어 있으므로 산화되지 않는다.

그러나, 이 종래 기술에 있어서는, 다음과 같은 많은 문제가 발생한다. 즉, 금속 막의 표면에 증착 등에 의해 SiO₂ 막을 형성하여 덮을 때 엄밀한 두께 관리 제어가 필요하다. SiO₂ 막은 금과의 밀착성이 부족하기 때문에 박리되기 쉬운 한편, SiO₂ 막이 금 표면으로부터 박리되지 않도록 막 두께를 두껍게 하면 막 응력에 의해 진동자에 잔류 응력이 발생한다. 즉 온도 변화에 의해 변형이 생겨 온도 특성의 열화로 이어진다. 또한, 산화막, 질화막 또는 탄화막 등의 보호막을 금막 표면에 형성하는 경우, 니켈이 석출된 부분에만 막이 형성되는 것은 상술한 바와 같지만, 니켈이 석출된 영역의 면적은 개체에 따라 편차가 있으므로, 보호막에 의한 질량 부가에 편차가 생겨 주파수 조정이 필요하다. 니켈이 석출되지 않은 금막 부분에는 보호막이 형성되지 않으므로, 실시형태의 설명중에 있어서 후술하는 이유 때문에, 봉지 후의 시간의 경과에 따른 주파수 저하 현상이 해소되지 않는다(금막 부분에 실리콘 분자가 서서히 화학 흡착되어 버린다).

즉, 금막 표면에 부분적, 불규칙적으로 석출된 니켈 부분의 산화는 주파수 저하의 하나의 요인이지만, 근본적인 원인은 아니라는 것이 판명되었다. 따라서, 상기 공보에 의해 제안되고 있는 해결책은 충분하다고는 할 수 없다.

또한, 기밀 봉지 후의 공진 주파수가 저하하는 속도를 지연시키기 위해, 봉지 전에 절연 용기 내에서 실리콘 증기를 빼는 것(소위, 어닐링)도 고려할 수 있지만, 일단 가스를 뺐다 하더라도 실리콘 접착제가 용기 내에 존재하고 있는 한 실리콘 증기는 발생하고, 서서히 여진 전극막에 부착되어 주파수 변동을 초래하게 된다. 또, 접착제의 종류를 바꾸는 것도 고려할 수 있지만, 내충격성이라는 사양을 만족시키기 위해서는 실리콘 접착제는 매우 유용하여, 현재로서는 실리콘 접착제를 능가하는 접착제는 존재하지 않는다.

특허 문헌1 : 일본국 공개특허 평7－154187호 공보

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 압전 진동자의 시간의 경과에 따른 주파수 저하 현상의 원인을 파악하는 것과, 그 주파수 저하를 방지하기 위한 근본적인 해결을 도모하여, 시간의 경과에 따라 주파수가 안정된 수정 진동자를 제공하는 것을 과제로 한다.

구체적으로는, 본 발명은, 압전 진동 소자를 절연 용기 내에 도전성 접합 부재에 의해 유지한 상태로 기밀 봉지한 구조의 압전 디바이스에 있어서, 도전성 접합 부재로부터 방출되는 가스 성분이 압전 진동 소자의 금속 막 위에 부착 퇴적됨으로써 공진 주파수가 시간의 경과에 따라 최종 목표 주파수보다 저하하는 문제를 해결할 수 있는 압전 진동 소자, 압전 진동자, 압전 발진기 및 주파수 안정화 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1의 발명에 관한 압전 진동 소자는, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자에 있어서, 상기 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 발명은, 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자에 있어서, 상기 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 막에 의해 덮여 있고, 해당 막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면이 상기 막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 발명에 관한 압전 진동자는, 청구항 1 또는 2에 기재된 압전 진동 소자와, 이 압전 진동 소자를 기밀 봉지한 용기를 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 압전 진동 소자와, 이 압전 진동 소자를 실리콘계 도전성 접착제를 사용하여 유지한 상태로 수용하여 불활성 가스 중에 기밀 봉지한 용기를 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 발명은, 청구항 3 또는 4에 기재된 용기의 내부 또는 외부에 발진 회로 부품을 배치한 것을 특징으로 한다.

청구항 6의 발명에 관한 압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법은, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 환상 디메틸폴리실록산 증기의 분위기 중에 배치함으로써, 상기 금속 막 표면에 상기 환상 디메틸폴리실록산 분자를 화학 흡착시켜 해당 환상 디메틸폴리실록산 분자의 막을 형성한 것을 특징으로 한다.

청구항 7의 발명에 관한 압전 진동자는, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 도전성 접합 부재에 의해 용기 내에 유지한 압전 진동자에 있어서, 분위기 중에 노출되어 있는 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 8의 발명에 관한 압전 진동자는, 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 도전성 접합 부재에 의해 용기 내에 유지한 압전 진동자에 있어서, 분위기 중에 노출되어 있는 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 단분자막에 의해 덮여 있고, 해당 막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 단분자막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면이 상기 단분자막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 9의 발명은, 청구항 8에 있어서, 상기 단분자막이 상기 금속 막 표면 전체에서 차지하는 면적이 그 금속 막 표면 전체의 100%에 상당하는 경우의 공진 주파수가 대기 중에서의 목표 주파수에 합치하고 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 10의 발명은, 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 압전 진동 소자를 용기 내에 기밀 봉지한 것을 특징으로 한다.

청구항 11의 발명은, 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 압전 진동 소자를 실리콘계 도전성 접착제를 사용하여 유지한 상태로 수용하여 불활성 가스 분위기에서 기밀 봉지한 것을 특징으로 한다.

청구항 12의 발명은, 청구항 7, 8, 9, 10 또는 11에 기재된 용기의 내부 또는 외부에 발진 회로 부품을 배치한 것을 특징으로 한다.

청구항 13의 발명에 관한 압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법은, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 용기 내에 유지한 상태로 환상 디메틸폴리실록산 증기의 분위기 중에 배치함으로써, 분위기 중에 노출되는 금속 막 표면에 상기 환상 디메틸폴리실록산 분자를 화학 흡착시켜 해당 환상 디메틸폴리실록산 분자의 단분자막을 형성한 것을 특징으로 한다.

청구항 14의 발명은, 청구항 13에 있어서, 상기 단분자막은, 해당 단분자막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면을 덮고 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 15의 발명에 관한 압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법은, 두께 미 끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를, 실리콘계 접착제에 의해 유지한 용기 내에 환상 디메틸폴리실록산액을 적하하여 그 표면 실장 용기를 봉지함으로써, 노출된 금속 막 표면에 상기 환상 디메틸폴리실록산 분자를 화학 흡착시켜 해당 환상 디메틸폴리실록산 분자의 막을 형성한 것을 특징으로 한다.

청구항 16의 발명은, 청구항 15에 있어서, 상기 단분자막은, 해당 단분자막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면을 덮고 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 17의 발명에 관한 압전 진동자의 제조 방법은, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 도전성 접합 부재로 유지하는 유지 공정과, 상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 혹은 삭감하는 주파수 조정 공정과, 상기 압전 진동 소자를 유지한 상기 용기를 비결합 전자쌍을 가진 물질의 증기가 채워진 분위기내에 방치함으로써 노출되는 금속 막에 비결합 전자쌍을 가진 물질을 화학 흡착하는 흡착 공정과, 불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 18의 발명에 관한 압전 진동자의 제조 방법은, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 실리콘계 도전성 접착제로 유지하는 유지 공정과, 상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 혹은 삭감하는 주파 수 조정 공정과, 불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 상기 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정과, 기밀 봉지한 상기 용기에 소정 시간 가열 처리를 실시하여 실리콘계 접착제로부터 증산(蒸散)되는 비결합 전자쌍을 가진 물질을 금속 막에 화학 흡착시키는 흡착 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 19의 발명에 관한 압전 진동자의 제조 방법은, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 실리콘계 도전성 접착제로 유지하는 유지 공정과, 상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 혹은 삭감하는 주파수 조정 공정과, 불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 상기 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정과, 기밀 봉지한 상기 용기를 온도 K의 분위기 중에 시간 T 이상 방치함으로써 실리콘계 접착제로부터 증산되는 비결합 전자쌍을 가진 물질을 금속 막에 화학 흡착하는 흡착 공정을 구비하고, 상기 온도 K와 시간 T의 관계가 T=24294e^-0.0251K 를 만족하는 것을 특징으로 한다.

청구항 20의 발명에 관한 압전 진동자의 제조 방법은, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 실리콘계 도전성 접착제로 유지하는 유지 공정과, 상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 혹은 삭감하는 주파수 조정 공정과, 상기 용기 내에 비결합 전자쌍을 가진 물질을 적재하는 적재 공정과, 불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 상기 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정과, 비결합 전자쌍을 가진 물질이 증산되는데 필요한 온도로 소정 시간 가열하여 비결합 전자쌍을 가진 물질을 금속 막에 화학 흡착시키는 흡착 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

실시형태에 관한 설명에 앞서, 본 발명이 성립하기에 이른 경위를 설명한다.

즉, 상술한 바와 같이, 종래에는 용기 내에 기밀 봉지된 수정 진동 소자의 주파수가 시간의 경과에 따라 계속 저하하는 현상이 알려져 있지만, 그 원인이 구명되지 않았다. 따라서, 이러한 문제를 해결하는 수법으로서, 지금까지는 오로지 어떻게 하면 주파수가 저하하는 속도를 지연시키는지에 대한 대책에 관해 연구되어 왔다.

이러한 현상에 대해, 본 발명자들은 주파수가 저하하는 원인을 계속하여 구명해 왔지만, 그 연구 과정에서 실시한 에이징을 가속시키는 시험(가속 에이징 시험)에 있어서, 주파수가 소정 값까지 저하한 후에 안정 영역이 존재한다는 것을 최초로 발견하고, 주파수 안정 영역에 도달하면 그 이후의 주파수 변동이 일어나지 않는다는 것을 발견했다. 이 발견에 근거하여, 본 발명자들은 출하 전의 수정 진동 소자의 주파수를 조기에 저하시켜 안정 영역에 도달시킨 다음 출하하는 가공 방법을 창안하기에 이르렀다.

즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 안정 영역에 도달하기까지의 기간은 주위 온도를 고온으로 함에 따라 짧아진다. 이 사실로부터, 종래의 압전 디바이스가 리플로우를 위한 가열 후에 주파수 저하 현상이 현저해지는 이유가 판명되었다.

단, 가열 온도가 230℃를 초과한 경우에는 실리콘 접착제의 변질이 염려되므 로, 230℃ 이하로 가열하는 것이 바람직하고, 실제로 230℃를 초과한 온도로 한 경우, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 주파수 안정 영역에 도달한 후에도, 그 주파수 이하로 주파수가 계속 더 저하하는 현상이 일어나는 것도 확인되었다.

이 사실로부터, 230℃ 이하의 온도로 주파수 안정 영역에 도달하기까지 가열 처리함으로써, 시간의 경과에 따른 주파수 변동이 적은 수정 진동자가 얻어지는 것이 판명되었다.

가열 처리에 의한 수법에서는 230℃에서 70시간 방치함으로써 수정 진동자의 공진 주파수가 주파수 안정 영역에 도달하는 것을 확인하였다. 한편, 이러한 가열 처리하는 수법에서는 생산 효율이 낮다.

이상의 연구 결과에 근거한 거듭된 연구의 결과, 본 발명자들은 시간의 경과에 따른 주파수 저하 현상의 원인이, 수정 진동 소자를 용기 내의 전극 위에 접착하기 위한 실리콘 수지 도전성 접착제를 구성하는 실리콘 수지로부터 증산되는 실리콘 분자(환상 디메틸폴리실록산 분자：디메틸폴리실록산을 4~7 중합한 것)가 수정 진동 소자의 금속 막 위에 화학 흡착하는 것에 의한 질량 증가가 주요 원인이라는 것을 발견하였다. 그리고, 좁은 밀폐공간일수록 실리콘 분자의 농도를 높게 설정하는 것이 용이해지므로, 수정 진동자의 용기의 소형화에 따라 주파수 저하 현상이 현저해지는 현상의 발생 원인이 판명되었다.

또, 본 발명자에 의해 발견된, 가열 처리에 의해 주파수 안정 영역에 도달하는 기간이 단축되는 현상은, 가열에 의해 실리콘 수지로부터의 실리콘 분자의 증산이 가속되는 것에 원인이 있다는 것도 밝혀졌다.

그러나, 가열 처리에 의한 수법에서는 최단이라 하더라도 230℃에서 70시간을 필요로 하기 때문에 생산 효율이 나쁘다.

따라서, 본 발명자들은, 개방 상태에 있는 용기 내에 수용된 수정 진동 소자를, 실리콘 증기로 채워진 분위기 중에 노출시킴으로써 금속 막에 실리콘 분자를 일거에 부착하는 수법을 창안하기에 이르렀다.

이 수법에 의하면, 몇초로 수정 진동 소자의 주파수가 주파수 안정 영역에 도달하는 것이 판명되어, 양산 가능한 수법이라고 할 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시의 형태에 의해 상세하게 설명한다.

도 1(a)는 본 발명의 일 실시형태에 관한 표면 실장형 압전 발진기의 일례로서의 수정 발진기의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 1(b)는 여진 전극막의 표면 상태를 분자 레벨로 나타낸 구성도이다.

이 수정 발진기(압전 발진기)는, 상부와 하부에 각각 오목부(2, 3)를 구비하는 동시에 환상의 바닥면(4)에 4개의 실장 단자(5)를 구비한 종단면 형상이 대략 H형인 절연 용기(1;예를 들어 세라믹 용기)와, 상부 오목부(2)내에 형성한 2개의 내부 패드(11)에 두께 미끄럼계의 압전 재료로서, 예를 들어 AT컷 수정판으로 이루어진 수정 진동 소자(압전 진동 소자; 12) 위의 2개의 여진 전극막(21)을 각각 실리콘계 도전성 접착제(이하, 실리콘 접착제라 함; 13)를 사용하여 전기적, 기계적으로 접속한 상태로 상부 오목부(2)를 기밀 봉지하는 금속 리드(15)와, 하부 오목부(3)의 천정면(3a)에 배치되어 각 내부 패드(11) 및 각 실장 단자(5)와 도통한 하부 패드(6)와, 하부 패드(6)에 실장되는 발진 회로를 구성하는 IC 부품(25)을 구비한 다.

실장 단자(5) 중의 수정 진동자 측 실장 단자는, 각각 내부 패드(11)의 일방과 전기적으로 접속되어 있다.

상부 오목부(2)를 구비한 절연 용기(1)의 상부와, 내부 패드(11)와, 수정 진동 소자(12)와, 금속 리드(15)는, 수정 진동자(압전 진동자)를 구성하고 있다. 즉, 수정 진동자는 세라믹 등의 절연 재료로 이루어진 절연 용기(1)의 상부 오목부(2)내의 내부 전극(11) 위에 수정 진동 소자(12)를 실리콘 접착제(13)를 사용하여 전기적ㆍ기계적으로 접속하고, 절연 용기(1)의 외벽 상면의 도체 링에 금속 리드(15)를 용접 등에 의해 전기적ㆍ기계적으로 접속하여 오목부(2)내를 기밀 봉지한 것이다. 수정 진동 소자(12)는, 두께 미끄럼계 압전 재료인 수정 기판(압전 기판; 20)의 표리 양면에 금 등의 금속 재료로 이루어진 여진 전극막(금속 막; 21)과, 여진 전극막(21)으로부터 기판 끝 가장자리로 연장되는 리드 전극(22)을 형성한 구성을 구비하고 있다.

상술한 바와 같이, 수정 진동 소자를 용기 내에 기밀 봉지한 후에 시간의 경과에 따라 주파수가 저하하는 현상의 요인은 지금까지 명확하지 않았지만, 본 발명자에 의한 연구의 결과, 실리콘 접착제(13)로부터 발생하여 용기 내에 충만한 환상 디메틸폴리실록산 증기(이하, 실리콘 증기라 함) 중의 실리콘 분자가 여진 전극막 표면에 서서히 화학 흡착하는 것에 원인이 있다고 생각된다.

즉, 실리콘 접착제(13)는, 실리콘 수지에 은 필러를 혼재시킨 도전성 접착제이며, 상온에 있어서도, 또한 수정 발진기를 메인 보드 위에 리플로우에 의해 실장 할 때의 가열이나, IC 부품(25)을 플립 칩 실장할 때의 가열에 의해서도, 각각 실리콘 수지로부터 실리콘 증기를 방출시킨다. 방출한 실리콘 증기는 상술한 바와 같이 리드(15)에 의해 봉지된 절연 용기(1) 내에 확산된다. 비결합 전자쌍을 가지는 실리콘 분자(30)는, 여진 전극막(금속 막; 21)을 구성하는 금속 표면에 대해 화학 흡착하기 쉬운 성질을 가지며, 실리콘 분자막이 소정 이상 여진 전극막 표면에 흡착하면, 완성품으로서의 수정 발진기의 발진 주파수가 시간의 경과에 따라 저하하는 문제를 초래한다. 이러한 문제는, 절연 용기가 초소형화되어 내부 용적이 극소화되어 있는 현상황에서는 더욱 현저하게 발생한다.

이러한 문제를 해소하기 위한 본 발명의 제 1 실시형태로서, 출하 전의 가열에 의한 주파수의 조기 안정화 방법을 제공한다. 즉, 이 조기 안정화 방법에서는, 압전 디바이스를 봉지 상태로 상온보다 높은 온도, 바람직하게는 실리콘 분자의 비점(예를 들어 D3에서는 188℃)을 초과하는 온도이며 실리콘의 열분해 온도보다 낮은 온도, 예를 들어 230℃에서 70시간 이상 가열 처리함으로써, 기밀 봉지된 절연 용기 내에서 실리콘 접착제로부터 실리콘 증기를 적극적으로 분출시킬 수 있기 때문에, 자연 에이징의 경우와 비교하여 실리콘 증기의 농도를 단시간에 높여 단위시간에서의 여진 전극막 표면으로의 실리콘 분자의 흡착량을 증가시키는 것이 가능하다. 그 결과, 주파수 안정 영역(상태)에 도달하기까지 요하는 시간을 대폭 단축시켜 출하까지의 시간을 단축하여 토탈 생산성을 높일 수 있다.

즉, 제1 실시형태에서는, 수정 기판(20) 등의 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막(니켈 또는 크롬을 기초막으로 하여 표층에 금을 성막한 구성)으로서의 여진 전극막(21)을 형성한 수정 진동 소자(압전 진동 소자; 12)를 용기(1) 내에 실리콘 접착제(도전성 접합 부재; 13)로 유지하는 유지 공정과, 수정 진동 소자(12)의 공진 주파수를 소정 값(완성시의 수정 진동 소자의 공진 주파수보다 높은 값)으로 조정하기 위해 여진 전극막(21)의 두께를 추가 혹은 삭감하는 주파수 조정 공정과, 불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 용기(1)를 기밀 봉지하는 봉지 공정과, 기밀 봉지한 용기(1)에 소정 시간 가열 처리를 실시하여 실리콘 접착제로부터 증산되는 비결합 전자쌍을 가진 물질(실리콘 분자)을 여진 전극막에 화학 흡착시키는 흡착 공정을 순서대로 실시한다.

도 3(a)는, 공진 주파수가 26MHz인 수정 진동 소자에서의, 가열 온도의 차이와 공진 주파수의 변동 특성과의 관계를 나타내는 것이다. 도 3(b)는, 가열 중에 수정 진동 소자의 공진 주파수가 거의 일정치(가열 개시로부터 약 -4ppm 주파수가 저하한 공진 주파수)에 도달하기까지의 시간을 계측한 결과를 나타내는 것이다. 도 3(c)는, 도 3(b)에 나타내는 계측 결과를 플롯하여 가열 온도와 가열 시간과의 관계를 나타내는 근사선을 그린 것이다.

도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 가열 온도가 230℃ 이하인 경우에는, 가열 개시 직후에는 공진 주파수가 저하하는 경향이 보이지만, 특정 시간이 경과하면, 공진 주파수의 저하량이 감소하고, 곧 공진 주파수가 안정화하는 경향이 보였다.

또한, 가열 온도가 230℃ 이하인 경우에는, 안정화하기까지의 주파수의 저하량은 가열 온도에 관계없이 동일하고, 예를 들어 26MHz의 공진 주파수의 경우에는 안정화하기까지의 주파수 저하량은 약 -4ppm이었다.

이에 비해, 가열 온도가 230℃보다 고온인 경우, 예를 들어 250℃, 270℃, 300℃일 때에는 모두 가열 개시후부터 급격한 주파수 저하가 일어나, 동일 주파수 저하량후 주파수가 안정화되는 경향이 보이지 않았다.

따라서, 이 결과로부터, 적어도 230℃ 이하에서 수정 진동 소자를 가열하면 특정 주파수만 저하한 후, 주파수가 안정화되기까지 필요한 가열 시간이 존재한다는 것을 알 수 있다.

따라서, 각 가열 온도 조건에 있어서, 공진 주파수가 안정화(가열 개시후 -4ppm 저하한 상태)되기까지의 소요 시간을 계측한 결과, 도 3(b)에 나타내는 값이 얻어졌다.

또한, 도 3(b)에 나타내는 수치 데이터를 기초로, 가열 온도와 주파수 안정화까지의 소요 시간과의 관계를 도 3(c)에 나타내는 근사선으로 나타냈다.

그리고, 해당 근사선으로부터, 가열 온도 K와 주파수 안정화까지의 소요 시간과의 관계가 T=24294e^-0.0251K　인 것을 확인할 수 있었다.

즉, 이 흡착 공정에서의 가열 처리 방법으로서, 구체적으로는 예컨대 기밀 봉지한 용기(1)를 온도 K의 분위기 중에 시간 T 이상 방치함으로써 실리콘계 도전성 접착제(도전성 접합 부재; 13)로부터 증산되는 비결합 전자쌍을 가진 물질을 여진 전극막(20; 금속 막)에 화학 흡착시켜, 상기 온도 K와 시간 T의 관계가

T=24294e^-0.0251K(25℃＜K≤230℃)

을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서는, 가열에 관계없이 수정 진동 소자의 주파수를 주파수 안정 영역에 단시간에 도달시키는 실리콘 분자 흡착 가속 수법을 제공한다.

즉, 본 실시형태에서는, 절연 용기(1)를 봉지하기 전에 미리 준비한 실리콘 증기의 분위기에 여진 전극막(21)을 노출시킴으로써, 여진 전극막(21)의 표면 전체를 덮도록 실리콘 분자의 단분자막(30)을 미리 형성해 둔다. 이에 의하면, 제1 실시형태에서 필요하였던 절연 용기(1)의 오목부(2)내를 실리콘 증기의 분위기로 하기 위한 장기의 가열 처리 공정이 없기 때문에, 수정 진동 소자의 공진 주파수를 주파수 조정 행정시의 설정치로부터 일거에 소정의 목표치(목표 주파수)까지 저하시켜 안정시킨 상태로 할 수 있다. 또한, 이 소정의 목표 주파수는, 금속 리드(15)에 의한 봉지전의 완성 직전(질량 부가에 의한 주파수 조정이 완료된 상태)에서의 수정 진동 소자(12)의 공진 주파수이며, 해당 공진 주파수를 대기 중에서 측정한 경우, 절연 용기 내의 불활성 가스 분위기 중에 기밀 봉지된 상태에서의 공진 주파수는 이것과 거의 일치하지만, 진공으로 봉지하는 경우는 주지하는 바와 같이, 대기 중에서의 목표 주파수보다 수 ppm 높은 값이다.

또, 목표 주파수는, 여진 전극막(21) 표면에 실리콘 단분자막(30) 이외에는 질량 부가 효과를 주는 물질이 부착되어 있지 않은 상태, 환언하면 실리콘 단분자막(30) 위에 다른 물질이 퇴적되지 않은 상태에서의 공진 주파수이다.

즉, 금을 비롯한 금속 재료의 원자는 댕글링 본드를 구비하고 있고, 비결합 전자쌍을 구비한 물질과 화학적으로 흡착하기 쉬운 상태에 있기 때문에, 실리콘 증 기 농도를 소정 이상으로 높인 분위기 중에 여진 전극막 표면을 단시간 노출 배치하는 것만으로, 여진 전극 표면에 위치하는 모든 금속 원자(21)의 댕글링 본드는 실리콘 분자(30)의 비결합 전자쌍과 매우 단시간(몇초)에 흡착하기(도 1(b)에 나타내는 상태) 때문에, 그 결과로서 단시간에 여진 전극막 표면 전체에 단분자막(30)을 형성한다. 여진 전극 표면 및 리드 전극 표면의 댕글링 본드의 수는 유한하고, 또한 화학 흡착에 의해 여진 전극막 표면 전체에 일단 성막된 실리콘의 단분자막(30)을 형성하는 실리콘 분자는 흡착수단(전자쌍)을 갖지 않기 때문에, 단층막(30) 위에 실리콘 분자가 중복하여 화학 흡착할 수는 없고, 새로운 실리콘막이 형성되지 않는다는 점에서, 부착 가능한 실리콘 분자의 개수(단분자막의 막 두께, 질량)는 정해져 있고, 실리콘 분자가 여진 전극 전면을 덮은 후에 화학 흡착에 의해 공진 주파수가 저하하는 경우는 없다. 또, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 단분자막(30)은 실리콘 분자 1개분의 두께를 갖는 것이기 때문에 막 두께 제어가 불필요하다. 이와 같이 단층막(30)의 두께를 미리 정할 수 있기 때문에, 단층막(30)의 영향에 의한 수정 진동 소자의 공진 주파수의 저하량을 정확하게 예측 또는 산출하는 것이 가능하고, 단분자막(30)이 형성된 시점에서의 공진 주파수가 목표 주파수가 되도록 주파수 조정 행정에 있어서, 해당 목표 주파수보다 주파수를 미리 높게 설정할 수 있다. 따라서, 수율이 좋고 주파수가 안정된 수정 진동자, 수정 발진기를 제조하는 것이 가능해진다. 한편, 수정 기판을 구성하는 수정 재료는 댕글링 본드를 갖지 않는 SiO₂의 결정 구조체이므로, 실리콘 분자는 수정 기판 면에 화학 흡착 할 수 없다.

도 2는 본 발명에 있어서 수정 진동 소자의 여진 전극막 위에 실리콘 단분자막을 형성하는 공정을 포함하는 제조 공정을 나타내는 약도이다.

수정 기판 웨이퍼에 대한 가공 공정(a)에서는, 대면적의 수정 웨이퍼(35) 위의 각 개편(個片) 영역(36)에 대해 포토리소그래피 기술에 의한 수정 재료의 에칭, 증착 등에 의한 전극 형성을 실시하여 각 수정 진동 소자 개편을 형성하는 동시에, 주파수 조정 공정(여진 전극막의 두께를 추가 혹은 삭감하는 공정)을 실시하여 각 개편의 공진 주파수가 목표 주파수보다 소정 주파수만큼 높아지도록 설정해 둔다. 목표 주파수보다 높은 소정 주파수란 최종 목표 주파수를 말하며, 후술하는 바와 같이 챔버내에서 여진 전극막 전면에 실리콘 단분자막을 성막하고 나서 대기중에 개봉함으로써 실리콘 단분자막 위에 부착된(화학 흡착하지 않은) 잉여의 실리콘 성분을 제거한 후에, 불활성 가스를 충전한 절연 용기를 리드에 의해 기밀 봉지한 상태에서의 주파수이다.

기판 재료로서 사용하는 압전 재료는, 두께의 차이에 따라 주파수가 결정되는 두께 미끄럼계의 압전 재료라면 수정에 한정되지 않는다. 여진 전극에 사용하는 전극 재료는, 예를 들어 금, 알루미늄 등을 사용하지만, 실리콘 증기와의 사이에서 화학 흡착이 일어나는 금속이라면 무엇이든 된다.

개편으로의 분할 공정(b)에서는, 수정 웨이퍼를 개편 영역의 경계를 따라서 다이싱, 에칭 등에 의해 분할한다.

다음의 공정(c)에서는, 분할된 수정 진동 소자(12)를 절연 용기(1)의 상부 오목부(2)내의 내부 전극(11) 위에 실리콘 접착제(도전성 접합 부재; 13)를 사용하여 접속한다(유지 공정).

다음의 실리콘 단분자막 형성 공정(흡착 공정) (d)에서는, 예를 들어 (d)에 나타낸 바와 같이 실리콘 증기(비결합 전자쌍을 가진 물질의 증기)를 충만시킨 챔버(40) 내에, 수정 진동 소자(12)를 내부에 유지한 절연 용기(1)를 배치하여 여진 전극막(21) 표면에 대해 실리콘 분자를 화학적으로 흡착시켜, 균일한 두께의 단분자막을 형성한다. 이에 의해 실리콘 단분자막(30)이 여진 전극막의 전면에 균일한 두께로 성막된다.

실리콘에는 휘발성이 높은 저분자량(［(CH₃)₂SiO]_n：D_n의 중합도 n값이 4~7)의 성분을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또 실리콘은, 상온에서도 휘발되기 쉽지만, 예를 들어 중합도가 D5인 경우에는 비점이 211℃이므로, 챔버(40) 내에서 실리콘 원액(41)을 비점, 혹은 그 이하의 임의의 온도로 가열함으로써, 단시간에 실리콘 증기 [(CH₃)₂SiO]₅를 챔버 내에 원하는 농도로 충만시키는 것이 가능해지고, 농도(ppm)를 높이면 단분자막이 형성되는 시간(포화에 요하는 시간)을 단축할 수 있다. 챔버 내의 온도는, 상온이어도 되고, 안정적으로 실리콘 증기 상태를 지속시키기 위해 소정 이상으로 가열해도 된다.

여진 전극막(21)의 표층 및 리드 전극(22)의 표층을 구성하는 개개의 금속 원자는 댕글링 본드를 구비하고 있다. 이 댕글링 본드에 대해 실리콘 분자측의 비결합 전자쌍이 부착되어 화학 흡착함으로써, 여진 전극막(21) 및 리드 전극(22)과 잘 분리되지 않는 안정된 단분자막(30)을 얻을 수 있다. 모든 댕글링 본드가 실리콘 분자와 흡착한 단계에서는, 더 이상 실리콘 분자는 화학 흡착하지 않지만, 챔버 내의 실리콘 분자 농도가 높은 상태에서는, 챔버 내에 떠도는 실리콘 분자가 실리콘 단분자막(30)위에 부착, 퇴적(물리적으로 부착)되기 때문에, 여진 전극 위에 실리콘 단분자막(30)만이 화학 흡착하고 있는 경우의 주파수보다, 실리콘 단분자막 위에 다른 실리콘 성분이 퇴적되어 있는 경우의 주파수가, 물리적인 부착물에 의한 질량 부가의 영향을 받아 낮아진다. 따라서, 실리콘 단분자막을 성막한 후에 챔버 밖에 있어서 대기(또는 건조 기체내)에 개방함으로써 물리적인 부착에 의해 퇴적된 실리콘 성분만을 비산(증발), 제거하면, 단층막(30)을 형성할 때 정밀하게 막 두께를 관리할 필요없이, 원하는 두께의 단층막(30)을 용이하게 구성할 수 있는 동시에, 소정의 목표 주파수를 용이하게 얻을 수 있다. 단, 이 목표 주파수는, 대기 중에서의 공진 주파수이기 때문에, 절연 용기 내에 불활성 가스와 함께 봉입한 경우는 그대로 최종 목표 주파수가 되지만, 진공으로 봉지하는 경우는 대기 중에서의 공진 주파수를, 진공 봉지에 의한 저하분을 오프셋한 목표 주파수로 설정함으로써, 진공 봉지했을 때의 주파수를 최종 목표 주파수와 합치시키는 것이 가능해진다.

단순히 여진 전극의 질량을 증가시키기 위해 증착이나 스퍼터 등의 물리 흡착 공법에 의해 막을 형성하는 경우에는, 단분자막(단층막)으로 하는 것이 어려워 복수층 막이 되기 쉽기 때문에, 그 두께를 엄밀하게 관리하는 것은 용이하지 않지만, 실리콘 단분자막은 거의 단분자의 크기의 두께와 똑같이 일정 두께이므로 막 두께의 모니터링이나 성막 시간의 엄밀한 계측과 같은 막 두께 관리가 필요없다. 미리 수정 기판의 진동부의 막 두께를 소정으로 설정해 둠으로써, 환언하면, 진동부에 형성되는 여진 전극의 면적(질량)과, 거기에 전면 흡착하는 실리콘 단분자막의 질량에 의한 주파수 저하분을 가미한 다음, 목표 공진 주파수를 얻을 수 있도록 수정 기판 진동부의 막 두께를 설정해 두면 용이하게 주파수 정밀도를 확보할 수 있다.

즉, 실리콘 단분자막(30)의 두께(단분자의 크기)는, 실리콘의 중합도가 D4인 경우 1.3nm 정도가 된다. 이와 같이 단분자막의 경우에는, 그 두께와 주파수의 저하량을 정확하게 예측할 수 있으므로, 실리콘 단분자막을 형성하기 전의 공진 주파수를 어느 정도 높게 설정해 둠으로써, 실리콘 단분자막 형성 후의 주파수를 목표 주파수로 용이하게 설정할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 단분자막(30)이 여진 전극막 전면에 형성된 시점에서의 공진 주파수(예를 들어 26 메가헤르츠)가, 실리콘 단분자막 형성 이전의 공진 주파수에 대해 5ppm 낮은 결과가 얻어지고, 또한 동일한 공진 주파수를 가진 동일한 치수 구조로 이루어진 수정 진동 소자에 대해서는 개체간에 동등한 주파수 저하가 일어나므로, 주파수의 미조정이 매우 용이해진다.

실리콘 단분자막이 형성되어 주파수가 안정된 후에는, 예를 들어 50년에 1ppm 변동하고, 다음 1ppm 변동하는데 약 500년 걸리는 것은 장기 가속 에이징 시험에 의해 확인되고 있다. 이와 같이 포화 후의 상태가 안정되어 있기 때문에, 신뢰성 평가, 온도 사이클에 있어서 문제가 일어나지 않는다.

실리콘 단분자막 형성 공정에 있어서 수정 진동 소자의 여진 전극 위에 실리콘 단분자막을 성막하는 경우, 실리콘 증기의 농도를 소정치 이상으로 설정함으로 써 몇초 후에는 여진 전극 전면에 실리콘 단분자막이 형성되고, 단분자막이 여진 전극 표면 전체에서 차지하는 면적은 여진 전극 표면 전체의 100%에 상당하는 최대 면적이 된다.

단, 가령 상기 최대 면적(100%)에 이르지 않는 범위의 점유율을 가진 실리콘 단분자막을 형성함으로써 얻어진 공진 주파수(여진 전극이 부분적으로 실리콘 단분자막으로 덮이지 않은 상태의 수정 진동 소자의 공진 주파수)가, 최대 면적(여진 전극을 실리콘 단분자막으로 완전하게 덮은 경우)에서의 압전 진동 소자의 공진 주파수보다 ＋1ppm~0ppm 높은 범위 내인 경우에는, 실리콘 단분자막의 면적이 여진 전극 표면 전체에서 차지하는 면적이 100% 미만이라 하더라도, 그 후 50년간(가속 에이징 시험에서)은 공진 주파수의 저하가 발생하여도 공진 주파수가 목표 주파수 ±1ppm의 범위내(일반적인 동작 보상 가능한 편차의 범위)에 들어가므로 수정 진동자를 장착한 장치가 수명을 다할 때까지 동작상의 문제는 생기지 않는다. 즉, 실리콘 단분자막(30)에 의해 덮이지 않은 여진 전극막 표면에 막을 추가로 형성하여도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 여진 전극막의 거의 전면이 단분자막에 의해 덮여 있으면 된다.

또한, 실리콘 단분자막형성 공정(d)에서는, 챔버(40) 내에서 실리콘 단분자막을 형성한 후에, 대기에 개방하여 건조시켜, 단분자막 위에 부착된 실리콘 성분을 비산시켜 제거한다.

그리고, 마지막 봉지 공정에 있어서, 절연 용기 내에 질소 등의 불활성 가스를 봉입한 상태로 개구부를 리드로 봉지하여 도 1(a)의 상태로 한다.

도 2에 나타낸 각 공정을, 일련의 제조 라인에 따라서 실시할 수 있도록 구성함으로써, 생산성이 높은 제조 장치, 제조 방법을 실현할 수 있다.

도 2(d)에 나타낸 제조 장치, 혹은 제조 방법에 있어서는, 두께 미끄럼계의 압전 재료로서의 수정 기판(20) 면에 여진 전극막(금속 막; 21)을 구비한 압전 진동 소자(12)를, 챔버(40) 내의 실리콘 증기(환상 디메틸폴리실록산 증기)의 고농도 분위기 중에 배치함으로써, 여진 전극막 표면에 실리콘 분자를 화학 흡착시켜 그 실리콘 분자의 단분자막(30)을 형성하는 예를 나타냈지만, 이것은 일례에 지나지 않고, 다른 장치 구성, 방법에 의해서도 단분자막을 형성하는 것은 가능하다. 예컨대, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판(20) 면에 여진 전극막(21)을 형성한 압전 진동 소자(12)를, 실리콘계 접착제에 의해 유지한 절연 용기(1)내에, 실리콘 원액을 미량 적하하여 그 절연 용기를 봉지하고, 필요에 따라 실리콘 원액이 증산되는데 적합한 온도로 가열함으로써, 여진 전극막 표면에 실리콘 분자를 화학 흡착시켜 그 실리콘 분자의 단분자막을 형성하도록 해도 된다.

즉, 이 실시형태에 관한 제조 방법은, 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판으로서의 수정 기판(20) 면에 금속 막으로서의 여진 전극막(21)을 형성한 수정 진동 소자(압전 진동 소자; 12)를 용기(1) 내에 실리콘계 도전성 접착제(도전성 접합 부재; 13)로 유지하는 유지 공정과, 압전 진동 소자(12)의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 여진 전극막(21)의 두께를 추가 혹은 삭감하는 주파수 조정 공정과, 용기(1) 내에 비결합 전자쌍을 가진 물질을 적재하는 적재 공정과, 불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 용기(1)를 기밀 봉지하는 봉지 공정과, 비결합 전자쌍을 가진 물질이 증산되는데 필요한 온도로 소정 시간 가열하여 비결합 전자쌍을 가진 물질을 여진 전극막(21)에 화학 흡착시키는 흡착 공정을 구비하여 구성된다.

이때, 단분자막이 상기 금속 막 표면 전체에서 차지하는 면적은, 최대 면적(100%)일 필요는 없고, 최대 면적에서의 압전 진동 소자의 공진 주파수보다 1ppm(사양에서의 허용 범위) 저하한 허용 범위 내인 경우에는, 실리콘 단분자막의 면적이 여진 전극 표면 전체에서 차지하는 면적이 100% 미만이라 하더라도, 상기 허용 범위 내이면 사양 상의 문제는 발생하지 않는다. 즉, 실리콘 단분자막(30)에 의해 덮이지 않은 여진 전극막 표면에 막을 추가로 형성하여도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 여진 전극막의 거의 전면이 단분자막에 의해 덮여 있으면 된다.

또, 여진 전극과 화학 흡착하여 단분자막을 형성하기 위한 물질로는, 실리콘에 한정되지 않고, 비결합 전자쌍을 가진 물질이라면 어떠한 물질이어도 된다. 따라서, 상기의 각 실시형태에 있어서 압전 진동 소자를 용기 내에 유지하는 도전성 접합 부재로서도 실리콘 접착제에 한정되지 않고, 비결합 전자쌍을 가진 물질을 생성하는 접착제이면 된다.

압전 진동 소자를 절연 용기 내에 고정하는 수단으로서 내충격성이 뛰어난 실리콘계 도전성 접착제는 매우 유용한 한편, 절연 용기를 기밀 봉지했을 때 실리콘 접착제로부터 방출되는 실리콘 증기 성분이 압전 진동 소자의 금속 막 위에 부 착 퇴적되면, 공진 주파수가 시간의 경과에 따라 최종 목표 주파수보다 저하하여, 압전 디바이스를 탑재한 기기의 작동 불량 등의 원인이 된다. 본 발명에 의하면, 간단한 설비, 순서에 의한 저비용인 장치, 방법에 의해, 몇 초 내지 몇 분이라는 매우 단시간 내에 금속 막 위에 실리콘 분자로 이루어진 막을 형성하여 실리콘 분자 흡착량을 포화시킴으로써, 공진 주파수의 저하를 정지시키고 안정화시켜, 생산성의 저하를 초래하지 않고 종래의 문제를 해결할 수 있는 압전 진동 소자, 압전 진동자, 압전 발진기, 주파수 안정화 방법 및 압전 진동자의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (23)

1. 두께 미끄럼계(thickness shear mode)의 압전 재료로 이루어진 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자에 있어서,

   상기 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는,

   압전 진동 소자.
2. 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자에 있어서,

   상기 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 막에 의해 덮여 있고, 해당 막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면이 상기 막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는,

   압전 진동 소자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 압전 진동 소자와, 이 압전 진동 소자를 기밀 봉지한 용기를 구비한 것을 특징으로 하는,

   압전 진동자.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 압전 진동 소자와, 이 압전 진동 소자를 실리콘계 도전성 접착제를 사용하여 유지한 상태로 수용하여 불활성 가스 분위기내에 기밀 봉지한 용기를 구비한 것을 특징으로 하는,

   압전 진동자.
5. 제 3 항에 기재된 용기의 내부 또는 외부에 발진 회로 부품을 배치한 것을 특징으로 하는,

   압전 발진기.
6. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 환상 디메틸폴리실록산 증기의 분위기 중에 배치함으로써, 상기 금속 막 표면에 상기 환상 디메틸폴리실록산 분자를 화학 흡착시켜 해당 환상 디메틸폴리실록산 분자 막을 형성한 것을 특징으로 하는,

   압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법.
7. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 도전성 접합 부재에 의해 용기 내에 유지한 압전 진동자에 있어서,

   상기 용기 내부의 분위기 중에 노출되어 있는 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는,

   압전 진동자.
8. 압전 기판과, 해당 압전 기판 면에 형성한 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 도전성 접합 부재에 의해 용기 내에 유지한 압전 진동자에 있어서,

   상기 용기 내부의 분위기 중에 노출되어 있는 금속 막 표면이 비결합 전자쌍을 가진 물질과의 화학 흡착에 의해 형성된 단분자막에 의해 덮여 있고, 해당 막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 단분자막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면이 상기 단분자막에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는,

   압전 진동자.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 단분자막이 상기 금속 막 표면 전체에서 차지하는 면적이 그 금속 막 표면 전체의 100%에 상당하는 경우의 공진 주파수가 대기 중에서의 목표 주파수에 일치하고 있는 것을 특징으로 하는,

   압전 진동자.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 압전 진동 소자를 용기 내에 기밀 봉지한 것을 특징으로 하는,

    압전 진동자.
11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 압전 진동 소자를 실리콘계 도전성 접착제를 사용하여 유지한 상태로 수용하여 불활성 가스 분위기에서 기밀 봉지한 것을 특징으로 하는,

    압전 진동자.
12. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 용기의 내부 또는 외부에 발진 회로 부품을 배치한 것을 특징으로 하는,

    압전 발진기.
13. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 구비한 압전 진동 소자를 용기 내에 유지한 상태로 환상 디메틸폴리실록산 증기의 분위기 중에 배치함으로써, 상기 용기 내부의 분위기 중에 노출되는 금속 막 표면에 상기 환상 디메틸폴리실록산 분자를 화학 흡착시켜 해당 환상 디메틸폴리실록산 분자의 단분자막을 형성한 것을 특징으로 하는,

    압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 단분자막은 해당 단분자막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면을 덮고 있는 것을 특징으로 하는,

    압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법.
15. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 실리콘계 접착제에 의해 유지한 용기 내에 환상 디메틸폴리실록산 액을 적하하여 해당 표면 실장 용기를 봉지함으로써, 상기 용기 내부의 분위기 중에 노출된 금속 막 표면에 상기 환상 디메틸폴리실록산 분자를 화학 흡착시켜 해당 환상 디메틸폴리실록산 분자의 막을 형성한 것을 특징으로 하는,

    압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 단분자막은 해당 단분자막에 의해 덮이지 않은 금속 막 표면에 막을 더 형성해도 공진 주파수의 저하량이 1ppm 미만이 되도록 금속 막의 거의 전면을 덮고 있는 것을 특징으로 하는,

    압전 진동 소자의 주파수 안정화 방법.
17. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 도전성 접합 부재로 유지하는 유지 공정과,

    상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 또는 삭감하는 주파수 조정 공정과,

    상기 압전 진동 소자를 유지한 상기 용기를 비결합 전자쌍을 가진 물질의 증 기가 채워진 분위기 내에 방치함으로써 노출되는 금속 막에 비결합 전자쌍을 가진 물질을 화학 흡착하는 흡착 공정과,

    불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정을 구비한 것을 특징으로 하는,

    압전 진동자의 제조 방법.
18. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 실리콘계 도전성 접착제로 유지하는 유지 공정과,

    상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 또는 삭감하는 주파수 조정 공정과,

    불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 상기 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정과,

    기밀 봉지한 상기 용기에 소정 시간 가열 처리를 실시하여 실리콘계 접착제로부터 증산되는 비결합 전자쌍을 가진 물질을 금속 막에 화학 흡착시키는 흡착 공정을 구비한 것을 특징으로 하는,

    압전 진동자의 제조 방법.
19. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 실리콘계 도전성 접착제로 유지하는 유지 공정과,

    상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 또는 삭감하는 주파수 조정 공정과,

    불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 상기 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정과,

    기밀 봉지한 상기 용기를 온도 K의 분위기 중에 시간 T 이상 방치함으로써 실리콘계 접착제로부터 증산되는 비결합 전자쌍을 가진 물질을 금속 막에 화학 흡착하는 흡착 공정을 구비하되 ,

    상기 온도 K와 시간 T의 관계가

    

    - 상기 T의 단위는 시(hour) -

    을 만족하는 것을 특징으로 하는,

    압전 진동자의 제조 방법.
20. 두께 미끄럼계의 압전 재료로 이루어진 압전 기판 면에 금속 막을 형성한 압전 진동 소자를 용기 내에 실리콘계 도전성 접착제로 유지하는 유지 공정과,

    상기 압전 진동 소자의 공진 주파수를 소정 값으로 조정하기 위해 상기 금속 막의 두께를 추가 또는 삭감하는 주파수 조정 공정과,

    상기 용기 내에 비결합 전자쌍을 가진 물질을 적재하는 적재 공정과,

    불활성 가스 분위기로 치환한 상태로 상기 용기를 기밀 봉지하는 봉지 공정과,

    비결합 전자쌍을 가진 물질이 증산되는데 필요한 온도로 소정 시간 가열하여 비결합 전자쌍을 가진 물질을 금속 막에 화학 흡착시키는 흡착 공정을 구비한 것을 특징으로 하는,

    압전 진동자의 제조 방법.
21. 제 4 항에 기재된 용기의 내부 또는 외부에 발진 회로 부품을 배치한 것을 특징으로 하는,

    압전 발진기.
22. 제 10 항에 기재된 용기의 내부 또는 외부에 발진 회로 부품을 배치한 것을 특징으로 하는,

    압전 발진기.
23. 제 11 항에 기재된 용기의 내부 또는 외부에 발진 회로 부품을 배치한 것을 특징으로 하는,

    압전 발진기.

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