專利名稱：帶有安裝支座的石英諧振器的制作方法
技術領域：
本發明涉及壓電石英晶體，具體地說，涉及安裝用作晶體諧振器的壓電石英晶體。
壓電石英晶體諧振器是由從大石英石切割所得的單個石英晶體片制成的。由晶體片切割制取的晶體諧振器隨其切割角度而有不同的溫度頻率特征和不同的振動模式。根據不同的切割角度，有些晶體片基本上在單一的平面內振動，而有些則可能在多個方向上振動。
GT切割石英諧振器以擴張模式，即在單個平面內振動。當諧振器以基頻工作時，諧振器被加上信號就開始移動或振動，而其零位移波節則基本上在晶體片的中心處。此波節在數學上是一個點，而實際上包括一個圍繞該點的很小的波節區域。
安裝一個GT切割晶體而影響其振動的一種可能的方法是將該晶體安裝在波節區域。在過去，只有用尺寸相當大的GT切割晶體才能進行中心安裝，且其工作頻率相當低，一般在100KHE以下。這是由于，一個GT切割晶體的面積和波節區域隨著晶體諧振頻率的增大而減少，從而要將晶體安裝在波節區域就變得越來越困難。
安裝GT切割晶體片的先有技術有諸如公開授與Ochiai的美國專利NO.4，447，753中那樣的方法，該專利介紹了用來安裝微型GT切割石英諧振器的方法。按照該專利，GT切割石英諧振器被固定在兩個將振動片懸置起來的振動隔離結構之間。GT切割晶體利用這種振動隔離法安裝在其兩側面上，它通常必須用化學和光刻方法進行構圖和腐蝕，並要求增加諧振器器件的表面積。因此，如果有一種方法可以避免器件尺寸增加并避免與制造一個或多個振動隔離安裝臂有關的復雜的加工工藝，那么這種安裝GT切割晶體的方法將是對先有技術的一個改進。
本發明提供了一種利用粘接到諸振動晶體片的波節處或其附近的支座來安裝GT切割石英和其它晶體類型的裝置和方法，其中支座與GT切割晶體的兩側面相固連。在最佳實施例中，各金屬支座生長在沉積在晶體面上的電極上，這樣使它們可與各電極相接觸，而各電極則敷設在晶體的表面上，驅動信號于是可加到電極上。已經成功地用與中心波節相粘接的支座安裝了具有諧振頻率在1MHE以上的GT切割晶體，其諧振器的Q值(下面要定義)超過25000。
利用諸如電鍍、蒸發、或測射等金屬沉積工藝在波節區域形成金屬安裝支座。此外，還可以通過腐蝕掉多余的石英材料而剩下支撐支座原封不動來形成石英支座。一個上下支座使晶體序可安裝到一個基底上並與其它電路電連接。支座也可以用來支撐晶體。
可以對邊長在2英寸數量級或更大的大石英片進行光刻處理，以便可以批量地生產中心安裝支座位于GT切割晶體的諸波節附近的多重石英諧振器。
圖1示出了一個薄石英晶體片的立體圖和GT切割晶體的波節的大體位置。
圖2示出了一個具有安裝在晶體片和支座上的各重極的石英晶體片的縱剖視圖。
圖3示出了一個掩模，用于從一塊石英片上制取許多單獨的石英晶體諧振器。
圖4示出了一個支座掩模，用來在由圖3所示掩模定位的各電極上定出各個支座的位置。
圖5示出了生長到一個石英晶體的電極上的支座的側視圖。
現參閱圖1，圖中示出了一個用作GT切割晶體的有代表性的薄石英晶體片(10)。該薄石英晶體片(10)基本上具有由兩條相對較短的邊(4和4′)及兩條相對較長的邊(5和5′圍成的兩個相對的平面(6和8)。當使用不同的晶體切割時，也可以采用包括圓形、方形或其它幾何形狀的晶體片(10)。
在圖1中，示出了一個基本上位于矩形片(10)中央的中心波節區域(16)，在波節區域(16)處片的振動最小。該波節區域(16)的面積有限，在該區域內會發生振動但其振幅與片(10)的其它區域相比則顯著地減小了。對于不同的晶體切割和圖1所示形狀之外的不同幾何形狀，波節區域(或可能若干波節)的位置均可能發生改變。對以基本頻率工作的GT切割晶體，其波節區域(16)基本上是在矩形片(10)的中心。
在GT切割晶體中，波節區域(16)將隨著片(10)的尺寸而改變。片(10)增大，波節區域(16)亦隨之增大。晶體片(10)的面積減少，波節區域亦隨之減少。采用GT切割的晶體片(10)以擴張模式振動，即是說，片(10)基本上按箭頭12和14所示方向在片所在平面內振動。
參閱圖2，圖中示出了一個由晶體片(10)沉積在晶體片(10)兩側的平面電極(18和20)，和支撐支座(22和24)所組成的晶體諧振器(11)。這些支座(22和24)基本上是柱形結構，其制造方法將在下面介紹。采用其它幾何形狀作支座也是可行的。
在最佳實施例中，晶體片(10)有一層沉積在晶體片(10)的每一側面的電極層(18和20)。通過電極(18和20)可將一個電信號加到晶體片(10)，並耦合到導電支座(22和24)支座(22和24)則分別與導線(26)和導體(19)相連。如果支座(22和24)為非導電的，例如石英或其它金屬，則需用合適的導體覆蓋該非導電支座以向電極(18和20)提供一個信號通道。
構建圖2的結構需要一系列步驟。首先，將一個合適的石英片的兩側面予以金屬化，其次，在金屬化層上覆蓋一塊掩模以確定電極(18和20)。此后，用另一塊掩模在石英片的兩側面上定出支座(22和24)的位置，以確定波節(16)所在處的支座的位置。
參閱圖3，圖中示出了一個覆蓋在一個經過適當金屬化的石英片(29)上的掩模(30)。在最佳實施例中，上述金屬化實際由兩層組成1)一個金屬粘結層;和(2)一個沉積在該金屬粘結層上的電極層。粘結層通常是厚度為100-200埃的鉻;電極層通常是厚度為1000至5000埃的銅或金。其它粘結層和電極層組合也是可能的。注意，石英片的兩側表面(6和8)都覆蓋有粘結層和電極層。
用本技術領域的人們熟知的標準光該加工技術在電極層上確定諧振器電極。圖3中的掩模(30)被用來確定諧振器的電極(31)在圖3中，各個電極由多個小方塊(31)確定的，這些方塊按如圖所示轉過一個預定的角度以獲得GT切割。在晶體片的兩側面上確定了由掩模(30)所確定的諧振電極。
在確定了諸電極之后，在晶體的表面上加上一層干膜光刻膠。用一個如圖4所示的支座掩模(40)確定出支座(22和24)相對于電極的位置。用電鍍工藝，在暴露出的電極表面上形成銅支座。本發明的最佳實施例中采用銅支座，但金或其它合適的金屬也是可行的。
在最佳實施例中，干膜光刻膠確定出用于多個支座的垂直生長樣板，這些支座分別位于每個諧振器電極的波節區。在支座生長好之后，應除去所有殘留的光刻膠。然后腐蝕掉石英片上其余的區域，石英諧振器就這樣制得了。用導電粘合劑將圖2所示的諧振器粘貼到基底(28)上的基礎導體(19)上。通過一根與支座(22)相接的導線(26)可以實現對第二支座(22)的電氣連接。對支座(22)的電氣連結也可以從第二基底進行(未示出)。
現參閱圖5，圖中示出了諧振器(11)和用干膜光刻膠工藝生長的支座(22和24)的側視圖。支座基本上是柱形和同軸的，由于支座不斷生長超過了干膜光膠材料，使得支座上有一個蘑姑形的帽。
利用本發明的方法，已經制造出單個尺寸約為3.0mmx3.5mmx0.1mm，工作頻率約為1.066MHE的諧振器。器件的諧振器的Q值達26000。用諧振器的工作頻率除以3dB帶寬即可以測出Q值。
權利要求
1.一種由具有基本上相對和基本上是平面的第一和第二表面的石英晶體薄片組成的石英晶體諧振器，所述石英晶體片在上述平面內至少有一個基本上無振動的波節，其改進在于一個電鍍到上述石英晶體片的第一表面上的第一安裝支座，其中心基本對準所述波節；一個電鍍到上述石英晶體片的第二表面上的第二安裝支座，其中心基本對準所述波節；用于用上述第一安裝支座安裝上述石英晶體薄片以使上述石英晶體薄片能夠振動的基底裝置。
2.根據權利要求1所述的石英晶體譜振器，其中所述波節大體上位于上述第一和第二表面的中心。
3.根據權利要求所述的石英晶體諧振器，其中所述石英晶體片是GT切割石英晶體片。
4.根據權利要求1所述的石英晶體諧振器，其中所述第一和第二安裝支座大體上是柱形結構，並大體與上述石英晶體片的上述第一和第二表面相垂直。
5.根據權利要求1所述的石英晶體諧振器，其中所述第一和第二安裝支座是金屬的。
6.根據權利要求1所述的石英晶體諧振器，其中所述第一和第二安裝支座是石英晶體。
7.根據權利要求5所述的石英晶體諧振器，其中上述安裝支座是金屬化的。
8.根據權利要求1所述的石英晶體諧振器，還包括第一和第二電極，它們沉積在上述安裝支座之間，而安裝支座分別沉積在上述第一和第二表面上，上述電極工作時可將電信號耦合到上述晶體片上。
9.根據權利要求8所述的石英晶體諧振器，其中所述電極是金屬的。
10.根據權利要求8所述的石英晶體諧振器，其中所述第一和第二安裝支座是金屬的。
11.根據權利要求9所述的石英晶體諧振器，其中所述第一和第二支座電鍍到上述第一和第二電極上。
12.根據權利要求10所述的石英晶體諧振器，其中所述石英晶體片是GT切割晶體片。
13.一種把一個石英晶體安裝到一個基底的方法，所述石英晶體具有至少一個中心波節，所述方法其特征在于下列步驟把第一安裝支座電鍍到第一側面上，大體位于上述中心波節附近的;把第二安裝支座電鍍到第二側面上，大體位于上述中心波節附近的;用所述第一和第二安裝支座之一把上述石英晶體片安裝到一個基底上。
14.根據權利要求13的方法，包括把基本上呈平面形的電極連接到上述石英晶體片上的步驟，上述電極位于上述安裝支座和上述石英晶體片之間。
15.根據權利要求14的方法，其中所述電極是金屬的。
16.根據權利要求14的方法，其中所述支座是金屬的。
17.一種石英晶體諧振器，具有一個大體上呈平面的石英晶體片，晶體片有至少具有一個中心波節的第一和第二側面，其制造工藝的特征在于把一個第一電極沉積到所述第一側面;把一個第二電極沉積到所述第二側面;把一個第一安裝支座電鍍到上述第一側面，上述支座基本上位于上述波節的中心。
18.根據權利要求17的石英晶體諧振器，其中，沉積上述第一和第二安裝支座的工藝包括把一種金屬電鍍到上述第一和第二電極上。
19.根據權利要求17的石英晶體諧振器，其中，沉積上述第一和第二電極的工藝包括在上述石英晶體上真空沉積層金屬化層。
20.根據權利要求17的石英晶體諧振器，其中，所述工藝還包括用一導電粘合劑將所述第一安裝支座安裝到一個基底上。
21.根據權利要求17的石英晶體諧振器，其中的工藝還包括用一導電粘合劑把上述第一和第二安裝支座安裝到一個基底上。
全文摘要
用安裝支座將一個GT切割諧振器在其波節處進行安裝。支座大致位于振動位移最小處的振動石英片的幾何中心。支撐振動片的支座可以粘合到一個或多個基底上。
文檔編號H01L41/053GK1045495SQ90100669
公開日1990年9月19日 申請日期1990年2月20日 優先權日1989年3月8日
發明者馬克·肯尼思·蔡森, 邁克爾·約翰·翁斯特克, 唐納德·喬恩·賴巴塞克, 保羅·F·芬倫, 福斯特·J·厄爾, 肯尼思·詹姆斯·莫里西 申請人:莫托羅拉公司