專(zhuān)利名稱(chēng)：石英晶體元件和制造該元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及厚度剪切模式石英晶體元件，它可以具有非常精巧的形狀，及提供良好的振動(dòng)特性，以及涉及用于制造此元件的方法。
現(xiàn)在，壓電元件常常在各種類(lèi)型的電子器件中被用作為頻率和時(shí)間的基準(zhǔn)。在壓電元件中間，用人造石英制做的石英晶體元件因?yàn)槠湮锢砩虾碗姎馍系淖吭教匦约翱纱罅刻峁┒谠S多類(lèi)型的電子器件中獲得廣泛應(yīng)用。由于對(duì)更精巧和更輕的電子器件需求的增加，已需要石英晶體元件做得更精巧。用于石英晶體元件的精巧石英半成品傳統(tǒng)上是帶狀的或圓形的。
石英晶體元件可按照石英半成品從石英單晶的切割方向而被分類(lèi)為AT-切割型，BT-切割型等。而且，按照石英半成品的切割方向，石英晶體元件可被分類(lèi)為諸如厚度剪切、延伸和音叉模式那樣的振動(dòng)模式。特別地，AT-切割型石英晶體元件可被容易地制造，給出方便的諧振頻率，及具有接近于零的溫度系數(shù)，因此它被最廣泛地使用。AT-切割石英晶體元件工作在厚度剪切模式。眾所周知，X，Y和Z軸是對(duì)于石英按結(jié)晶定義的。AT-切割型石英半成品是從X-Z′平面切割的，X-Z′平面是通過(guò)把石英晶體的X-Z平面圍繞石英的X軸旋轉(zhuǎn)約+35°而得出的。在這樣的石英半成品中，已得知，從Z′軸向X軸旋轉(zhuǎn)約28°的方向是零應(yīng)力靈敏度的軸向，在此方向上，頻率對(duì)于從外面加上的應(yīng)力的變化成為最小。具體地，AT-切割型石英晶體元件包括使用長(zhǎng)方形石英半成品的石英晶體元件，其對(duì)角線(xiàn)之一是以上的零應(yīng)力靈敏度的軸并且在該對(duì)角線(xiàn)的兩端對(duì)其進(jìn)行支撐。
據(jù)信所希望的是，AT-切割型石英晶體元件的石英半成品的面積很大，以提供理想的振動(dòng)特性。在A(yíng)T-切割型石英晶體元件中，為小型化而減小石英半成品尺寸可導(dǎo)致振動(dòng)特性的惡化，例如，具有與主諧振頻率不同的頻率的一個(gè)不想要的響應(yīng)點(diǎn)、Q(品質(zhì)因數(shù))值的顯著減小、和由于某些溫度變化引起的諧振頻率突然跳變。因而，過(guò)度減小石英半成品尺寸常?？蓪?dǎo)致不實(shí)用的石英晶體元件。
諸如不想要的響應(yīng)和諧振頻率跳變那樣的問(wèn)題并不限于A(yíng)T-切割型石英晶體元件，而它可在一般石英晶體元件中觀(guān)察到。石英半成品越小，對(duì)不想要的響應(yīng)的控制越難，可由于溫度變化引起的諧振頻率的跳變?cè)饺菀?；以及電阻抗越高，則使得難于提供合適的振動(dòng)。對(duì)于用帶狀的石英半成品制成的石英晶體元件，其長(zhǎng)邊尺寸減小到約5mm會(huì)使得提供良好的振動(dòng)特性相當(dāng)困難，且易于引起很強(qiáng)的不想要的響應(yīng)。所以，在制造小尺寸的石英晶體元件時(shí)，必須尋找能提供良好振動(dòng)特性(例如通過(guò)逐漸改變石英半成品的寬度)的石英半成品，這可能需要大量時(shí)間和勞力。
而且，傳統(tǒng)的石英晶體元件在把石英半成品封裝在外殼中時(shí)具有安裝問(wèn)題。

圖1是傳統(tǒng)的石英晶體元件的結(jié)構(gòu)的透視圖，其中石英半成品被封裝在金屬外殼中。一對(duì)引線(xiàn)2被插入在基座上，且互相絕緣。在引線(xiàn)2的頂端處，由條狀的金屬片構(gòu)成且互相對(duì)置的支撐件3例如通過(guò)焊接被粘結(jié)住。在每個(gè)支撐件3上沿其縱向形成具有一定寬度的縫隙4。
石英半成品5被做成例如圓形，并按照想要的諧振頻率被磨成一個(gè)厚度。激勵(lì)電極6分別被做在石英半成品5的主面上。激勵(lì)電極6向互相相反方向上延伸，并被引到石英半成品5的石英片邊緣。引線(xiàn)端被插入到并用導(dǎo)電膠粘結(jié)在支撐件3的縫隙4中。這樣，石英半成品5被支撐件3所支持。然后，裝上外殼8，然后其中充以惰性氣體后封裝在基座1上，從而提供石英晶體元件。
對(duì)于帶形或方形的石英半成品，由縫隙支持的長(zhǎng)度比圓形的短。當(dāng)由縫隙支持的長(zhǎng)度短且縫隙寬度相對(duì)于石英半成品厚度較寬時(shí)，石英半成品變成為只由導(dǎo)電膠非直接支持。在這種情況下，可能呈現(xiàn)很差的抗振動(dòng)性、很差的抗沖擊性、和老化惡化。
這樣，最好使石英半成品被夾在縫隙中，且用導(dǎo)電膠粘結(jié)到縫隙上，以確保機(jī)械支撐和導(dǎo)電，從而得到良好的抗振動(dòng)性、良好的抗沖擊性、和小的老化惡化。所以，希望縫隙寬度相應(yīng)于石英半成品厚度。
然而，在厚度剪切模式石英晶體元件中，諧振頻率取決于石英半成品厚度。這樣，如果想要使用具有對(duì)應(yīng)于石英半成品厚度的縫隙寬度的支撐件，則應(yīng)當(dāng)預(yù)備許多其縫隙寬度取決于給定諧振頻率而不同的支撐件，這是不實(shí)際的。
最近，表面封裝類(lèi)型的電子元件由于電子設(shè)備的小型化和它們組裝過(guò)程自動(dòng)化的增長(zhǎng)而被大量使用。因而，更精巧的表面封裝類(lèi)型的石英晶體元件變成很希望要的。然而，為得到精巧的表面封裝類(lèi)型的石英晶體元件，需要解決某些問(wèn)題。
由于石英晶體元件利用石英的壓電振動(dòng)，所以，石英半成品應(yīng)當(dāng)被支持在一個(gè)空間內(nèi)，且被放置在化學(xué)上和物理上穩(wěn)定的環(huán)境中。因此，石英半成品應(yīng)當(dāng)被包容在具有適當(dāng)容積的外殼中，且該外殼應(yīng)當(dāng)被緊密地密封。然而，現(xiàn)在很難把小的石英半成品精確地放置和支持在精巧的表面封裝類(lèi)型的外殼中，并確保外殼密封。而且，為了得到表面封裝類(lèi)型的石英晶體元件，石英半成品尺寸應(yīng)當(dāng)比現(xiàn)有技術(shù)的任何的石英半成品尺寸小得多。然而，在這樣的石英半成品尺寸上，如以上所述，很難提供良好的振動(dòng)特性。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供精巧的石英晶體元件，它具有良好的振動(dòng)特性和適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種石英晶體元件，其中的多角形厚度剪切模式石英半成品可被牢固地支撐；它可提供良好的抗振動(dòng)性、良好的抗沖擊性、和減小的老化惡化；并且部件的制造被合理地控制，從而造成成本降低。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供具有良好的振動(dòng)特性的、精巧的表面封裝類(lèi)型石英晶體元件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種厚度剪切型石英晶體元件，它在利用從石英晶體部材上取用的石英片的面積方面具有改進(jìn)的效率。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供用于制造厚度剪切型石英晶體元件的方法，該方法在利用從石英晶體上取用的石英片的面積方面具有改進(jìn)的效率。
本發(fā)明的發(fā)明者廣泛地研究了把具有良好的振動(dòng)特性的小型石英晶體元件付之實(shí)際使用。這樣，我們發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有振動(dòng)特性惡化的精巧的石英晶體元件可通過(guò)把石英半成品做成六角形而不是現(xiàn)有技術(shù)的平行四邊形，將零應(yīng)力靈敏度的軸向用來(lái)作為厚度剪切模式石英半成品的基準(zhǔn)線(xiàn)。如在后面所描述的，垂直于零應(yīng)力靈敏度的軸向的方向可被選擇為基準(zhǔn)線(xiàn)。
特別是，石英半成品可被事先做成六角形。或者，在平行四邊形石英半成品的四個(gè)角中，可將不在以上基準(zhǔn)線(xiàn)上的兩個(gè)角沿著離開(kāi)基準(zhǔn)線(xiàn)一給定距離并平行于基準(zhǔn)線(xiàn)的線(xiàn)一起被去除，從而提供六角形。而且，如在后面所描述的，四個(gè)六角形石英半成品可從一個(gè)圓形石英平面取得。當(dāng)這樣的六角形石英半成品被用作為石英晶體元件時(shí)，優(yōu)選地在基準(zhǔn)線(xiàn)的末端對(duì)它進(jìn)行支撐。
當(dāng)然，不一定需要使零應(yīng)力靈敏度的軸向和基準(zhǔn)線(xiàn)完全相同或正交。實(shí)際上，可允許基準(zhǔn)線(xiàn)是在零應(yīng)力靈敏度的軸向或在垂直于軸向的方向的±15°內(nèi)；優(yōu)選地在±10°內(nèi)和更優(yōu)選地在±5°內(nèi)。
在本發(fā)明中，不一定需要石英半成品的形狀幾何上是正六角形。換句話(huà)說(shuō)，六角形的六條邊的有些邊可以是諸如圓弧那樣的曲線(xiàn)而不是直線(xiàn)。在本發(fā)明中，平行于已知物體的曲邊是指在該邊的兩端點(diǎn)之間的線(xiàn)段平行于物體。此處，曲邊的端點(diǎn)是六角形的頂點(diǎn)。
現(xiàn)在將詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖2顯示了當(dāng)小石英半成品被使用在A(yíng)T-切割型石英晶體元件中時(shí)的位移分布。在石英半成品10的中心部分出現(xiàn)主位移11。主位移11是石英半成品的想要的響應(yīng)，且是在石英半成品10的表面上產(chǎn)生的最大位移。符號(hào)12表示對(duì)石英晶體元件具有最有害影響的輪廓振動(dòng)模式的不想要的響應(yīng)。相對(duì)較強(qiáng)的不想要的響應(yīng)12存在在離石英半成品10的中心的幾乎相同距離的四個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)上?？紤]一條通過(guò)石英半成品10的中心和向零應(yīng)力靈敏度的軸向延伸的直線(xiàn)L，不想要的響應(yīng)12的位置對(duì)于該線(xiàn)L是對(duì)稱(chēng)地布置的。所以，一個(gè)幾乎不受不想要的響應(yīng)12影響的石英晶體元件，可通過(guò)如上所述地獲取六角形石英半成品13以及選擇線(xiàn)L或垂直于直線(xiàn)L的直線(xiàn)為基準(zhǔn)線(xiàn)，從而得以提供。
在A(yíng)T-切割型石英半成品10中，直線(xiàn)L與Z′軸有28°的夾角。這樣，可以明白，石英半成品13以這樣的方式被構(gòu)成，以使支撐端之間的直線(xiàn)與石英片表面的Z′軸有28°±15°或118°±15°的夾角。
圖1是傳統(tǒng)的石英晶體元件的透視圖，其中石英半成品被裝在金屬外殼中；圖2是顯示在A(yíng)T-切割型石英平面中的振動(dòng)位移分布的視圖；圖3是顯示作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的石英晶體元件的前視圖；圖4是顯示作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的石英晶體元件的前視圖；圖5是顯示從人造石英取AT-切割型石英平面的過(guò)程的透視圖；圖6是顯示從石英平面取石英半成品的過(guò)程的前視圖7是顯示按照改進(jìn)的方法從石英片取石英半成品的過(guò)程的視圖；圖8是顯示按照該進(jìn)的方法從石英片取石英半成品的過(guò)程的視圖；圖9是顯示按照改進(jìn)的方法從石英片取石英半成品的過(guò)程的視圖；圖10是顯示使用按照改進(jìn)的方法從石英片取到的石英半成品的石英晶體元件的前視圖；圖11是顯示石英半成品的支撐區(qū)的放大視圖；圖12是顯示作為按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的石英晶體元件的前視圖；圖13是顯示用于按照本發(fā)明的表面封裝石英晶體元件的外殼的透視圖；圖14是顯示圖13的石英晶體元件在安裝石英半成品的外殼中的結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖15是顯示圖13所示的石英晶體元件的截面圖。
圖3所示的石英晶體元件使用AT-切割型石英半成品21。石英半成品21是具有三對(duì)互相平行邊的六角形。平行于零應(yīng)力靈敏度的軸向的對(duì)角線(xiàn)是上述的基準(zhǔn)線(xiàn)，對(duì)角線(xiàn)的端點(diǎn)是支撐端。實(shí)際上，不一定需要使基準(zhǔn)線(xiàn)完全等同于零應(yīng)力靈敏度的軸向。具體地，可以有約+15°的容差?；鶞?zhǔn)線(xiàn)可以是垂直于零應(yīng)力靈敏度的軸向的方向。在本實(shí)施例中，由于石英21是AT-切割型，基準(zhǔn)線(xiàn)的方向與Z′軸的夾角為28°。
通過(guò)使用其一條對(duì)角線(xiàn)等同于以上的基準(zhǔn)線(xiàn)的方形石英片，在垂直于基準(zhǔn)線(xiàn)的兩個(gè)角上、在平行于并且離基準(zhǔn)線(xiàn)等距離的直線(xiàn)上切割方形石英片，從而將石英半成品21構(gòu)成為六角形。在此圖上，方形石英片中的切割區(qū)域以虛線(xiàn)表示。
在石英半成品21的主面的接近中心部分，互相面對(duì)的圓形激勵(lì)電極23例如通過(guò)蒸發(fā)而被形成。在一個(gè)主面上的激勵(lì)電極23以引線(xiàn)另件22a延伸到一個(gè)支撐端，而在另一個(gè)主面上的激勵(lì)電極被延伸到另一個(gè)支撐端。
當(dāng)這樣形狀的石英半成品21被用于石英晶體元件的石英半成品時(shí)，它應(yīng)當(dāng)通過(guò)支撐其一個(gè)或多個(gè)部分而被安裝在支撐件上。在所示的石英晶體元件中，石英半成品21在其支撐端上被支撐件22支撐。支撐石英半成品21的兩個(gè)支撐件的每一個(gè)由導(dǎo)電材料制成，并被固定在插入到引向基座24的金屬引線(xiàn)25的一端?；?4由絕緣材料制成，它確保支撐件22之間的電絕緣。支撐件22可以是例如互相面對(duì)的薄金屬條，沿著縱向具有支撐槽。石英半成品21被這樣地安裝，以使支撐部分的末端插入支撐槽，且通過(guò)使用導(dǎo)電膠被粘結(jié)到槽上。這樣，石英半成品21在電氣上和物理上被支持。如上所述，每個(gè)激勵(lì)電極23通過(guò)支撐件22和金屬引線(xiàn)25在電氣上被引到外面。
在這個(gè)石英晶體元件中，金屬罩被安放在基座24上，緊密地密封石英半成品21，如對(duì)于圖1所示傳統(tǒng)的石英晶體元件所描述的。
借助于準(zhǔn)備如上所述的石英半成品21，圖2中實(shí)線(xiàn)所表示的石英半成品13能從一個(gè)可提供主要的和不想要的響應(yīng)的石英片中被取得。所以，振動(dòng)特性是穩(wěn)定的，因?yàn)樵诒緦?shí)施例的石英晶體元件中，石英半成品21沒(méi)有其中可能產(chǎn)生強(qiáng)的不想要的響應(yīng)的部分。而且，在本實(shí)施例中，被支撐的是對(duì)角線(xiàn)的端點(diǎn)，該對(duì)角線(xiàn)的方向與AT-切割型石英半成品的Z′軸的夾角在28°±15°以?xún)?nèi)，也就是，零應(yīng)力靈敏度的軸向的兩個(gè)端點(diǎn)被支撐住。這使得來(lái)自支撐件22的應(yīng)力對(duì)振動(dòng)特性的影響最小?；蛘?，可以在垂直于與AT-切割型石英半成品的Z′軸的夾角為28°±15°以?xún)?nèi)的方向的對(duì)角線(xiàn)的端點(diǎn)上進(jìn)行支撐。所希望的是，支撐位置是在與Z′軸的夾角為28°的方向。然而，實(shí)際滿(mǎn)意的特性可通過(guò)選擇一個(gè)其夾角在28°±15°以?xún)?nèi)的方向而達(dá)到。
現(xiàn)在將描述石英半成品21的尺寸。
從消除產(chǎn)生不想要的響應(yīng)區(qū)域來(lái)看，最好是石英半成品21在支撐端點(diǎn)處的頂角是直角或銳角(小于90°)，然而當(dāng)頂角過(guò)小時(shí)，在支撐端點(diǎn)處的機(jī)械強(qiáng)度可能降低。在支撐端點(diǎn)之間的距離典型地可大到5mm，以使整個(gè)的石英晶體元件小型化。
在石英半成品21中，垂直于基準(zhǔn)線(xiàn)的方向的寬度W最好是在支撐端點(diǎn)之間的距離的至少10％到大到60％。如果W小于10％，則晶體阻抗可能太高而不能提供一個(gè)實(shí)際的石英晶體元件。如果W大于60％，則可能容易產(chǎn)生二次振動(dòng)。
本實(shí)施例的石英晶體元件并不限于以上的特定的石英晶體元件。例如，支撐件可以不是薄片形的，而是通過(guò)彎曲具有彈性的金屬線(xiàn)而構(gòu)成的夾子形的。石英半成品形狀并不限于通過(guò)從方形石英片(即，其四邊具有相等長(zhǎng)度及其四個(gè)頂角中的每個(gè)頂角是直角的平行四邊形)切割兩個(gè)角而形成的形狀。圖4顯示了使用相鄰邊的長(zhǎng)度不同的平行四邊形構(gòu)成的六角形的石英半成品26的石英晶體元件。通過(guò)使用具有三對(duì)平行邊的變形的六角形石英半成品26，甚至在不想要的響應(yīng)的位置對(duì)于零應(yīng)力靈敏度的軸向的直線(xiàn)不對(duì)稱(chēng)的情況下，也可提供具有良好振動(dòng)特性的石英晶體元件。
如上所述，本實(shí)施例的石英晶體元件甚至當(dāng)使用縱向尺寸最多是5mm的顯著很小的石英半成品時(shí)，也可控制不想要的響應(yīng)的產(chǎn)生，從而提供了相對(duì)高的Q值而在溫度改變時(shí)不發(fā)生頻率跳變。由于石英半成品在零應(yīng)力靈敏度的軸向上被支撐，來(lái)自支撐件的應(yīng)力對(duì)振動(dòng)特性的影響可被大大減小，導(dǎo)致更加改善的振動(dòng)特性。
在這種類(lèi)型的石英晶體元件中，石英半成品是垂直支撐的，并被封閉在金屬外殼中。由于按照本實(shí)施例的石英晶體元件通過(guò)垂直于縱向切割棱角而被構(gòu)成為六角形，所以，當(dāng)石英半成品是被垂直支撐時(shí)，石英半成品的高度可被降低。因此，這樣地來(lái)降低石英半成品的高度可導(dǎo)致石英晶體元件小型化和減低石英晶體元件。
現(xiàn)在將描述以上石英晶體元件的制造過(guò)程。眾所周知，AT-切割石英片(即所謂的旋轉(zhuǎn)的Y片)例如可被取為從X-Z′平面圍繞人造石英晶體的X軸旋轉(zhuǎn)約35°得出的平面。
如圖5所示，準(zhǔn)備了沿Y軸向延伸的人造石英晶體棒31。在人造石英晶體棒31的中心部分，還有沿Y軸向延伸的種子石英33。人造石英31在平行于X軸和與Z軸形成夾角θ(約36°)的方向被對(duì)角地切割，以便取得如圖6所示的石英片32。由于在石英片32的中心還有種子石英33，所以，石英片應(yīng)當(dāng)沿中心線(xiàn)被縱向地分割成兩部分，避開(kāi)種子。多個(gè)分割開(kāi)的片被順序地堆積以形成為一根棒，然后它通過(guò)研磨被成形為園棒。從這根棒取下每個(gè)片，以提供出圓形石英片34。圓形石英片34在厚度方向用研磨機(jī)磨成相應(yīng)于想要的諧振頻率的厚度，然后，通過(guò)切割石英片的外圍部分而被形成為如上所述的六角形以提供出石英半成品35。這樣，可以提供出六角形石英半成品。
然而，在這種過(guò)程中，石英片面積的利用效率很低；石英片的相當(dāng)大的部分變成為切割和磨削的碎片。
因此，本發(fā)明者想出下面所描述的處理方法作為改進(jìn)的制造方法。
在圖7中，參考數(shù)字41是圓形石英片。石英片41是從圖5所示的沿Y軸向延伸的人造石英晶體棒取得的。人造石英在平行于軸和與軸形成夾角θ(約36°)的方向被對(duì)角地切割，以便取得如圖8所示的石英片42。由于在石英片42的中心還有種子石英43，所以石英片應(yīng)當(dāng)沿中心線(xiàn)被縱向地分割成兩部分，避開(kāi)種子。多個(gè)分割開(kāi)的片被順序地堆積以形成為一根棒，然后它通過(guò)研磨被成形為園棒。從這根棒取下每個(gè)片，以提供出圓形石英片44。
圓形石英片44在其厚度方向被磨成相應(yīng)于想要的諧振頻率的厚度。再次地，多個(gè)片被堆積成為一根園棒，它的四個(gè)外圍部分按這樣的方式被研磨成或切割成平面，以使得研磨面平行于縱方向及每個(gè)研磨部分的中心線(xiàn)被安排成從截面園的中心的每90°處。在圖7中，研磨面被表示為直線(xiàn)P1到P4。這樣，園棒被形成為具有在每個(gè)棱角處為弧形部分的方形截面。
然后，通過(guò)沿平行于上面的方形的各個(gè)邊并穿過(guò)石英片44的中心的的平面切割園棒，把園棒分成四個(gè)部分。切割面被表示為圖7中的直線(xiàn)Q1和Q2。如上述的處理可提供方形的截面形狀，它具有一個(gè)弧形棱角44a，代替了方形的一個(gè)尖頂部分。
換句話(huà)說(shuō)，截面形狀是方形ABCD，其中相應(yīng)于尖頂A的棱角是圓弧44a，如圖9所示。在該圖所示的實(shí)施例中，圓弧44a從線(xiàn)段AB的接近的中點(diǎn)延伸到線(xiàn)段AD的接近的中點(diǎn)。線(xiàn)段BD的方向是在零應(yīng)力靈敏度的軸向或在垂直于零應(yīng)力靈敏度的軸向的方向。在本實(shí)施例中，由于石英片44是AT-切割型石英片，所以，BD線(xiàn)的方向被設(shè)置為與Z′軸向的夾角為28°±15°或118°±15°。另外，在方形ABCD中的四個(gè)頂角部分之間，面向著弧形44a的頂角部分44c的一個(gè)已知量通過(guò)研磨或切割被去除。該去除的部分在圖9中以陰影區(qū)表示。然后，每個(gè)石英片被從棒上取下，以提供出基本上為六角形的石英半成品48。
石英半成品48具有其一條邊是被弧線(xiàn)44a代替的六角形的形狀。即使六條邊的有些條邊以某些類(lèi)型的曲線(xiàn)來(lái)代替，本發(fā)明的效果也不可能受影響，且可通過(guò)控制不想要的響應(yīng)而達(dá)到良好的振動(dòng)特性。
如圖10所示，互相面對(duì)的激勵(lì)電極45被形成在石英半成品48的兩個(gè)主面上。在前表面的激勵(lì)電極45被引到頂點(diǎn)B，而在后表面的激勵(lì)電極被引到頂點(diǎn)D。頂點(diǎn)B和D由被安放入到基座46上的一對(duì)支撐件47支撐。
在通過(guò)圖5和6描述的處理中，一個(gè)六角形石英半成品從一個(gè)圓形石英片得到，而按照剛描述的處理過(guò)程，一個(gè)圓形石英片被分割成四個(gè)石英半成品，生產(chǎn)率提高到四倍。而且，在以上的處理中，堆疊為一根棒的石英片被分成四個(gè)部分，它們可提供良好的可加工性，并使石英片能通過(guò)例如切割和研磨而被有效地處理。
現(xiàn)在將描述石英半成品的優(yōu)選的支撐方法。在本發(fā)明中，石英半成品在棱角處優(yōu)選地以銳角進(jìn)行支撐。當(dāng)石英半成品在棱角處以銳角被支撐時(shí)，由支撐件的裂縫所支撐的長(zhǎng)度短于在支撐圓形石英半成品時(shí)的被支撐長(zhǎng)度，在后者情況下會(huì)導(dǎo)致作為石英晶體時(shí)的抗沖擊性下降。這樣，支撐件的槽可被形成為這樣的形狀在其較低部位處比較窄。
在圖11中，支撐件51由上部向內(nèi)彎曲的薄金屬條組成。支撐件51具有一個(gè)縱槽52，它穿過(guò)彎曲部位，并具有變尖的形狀，在本圖中，它在較低部位比較窄。當(dāng)t1和t2分別表示槽52在底部的寬度和插入到槽52中的石英半成品53厚度時(shí)，存在著關(guān)系式t1＜t2，然而，在支撐件51的彎曲部位附近，槽52的寬度大于厚度t2。
如圖12所示，在基座54上安裝有插入其中的一對(duì)引線(xiàn)55。每個(gè)支撐件51的底端例如通過(guò)焊接被固定在引線(xiàn)55的頂部。這樣，一對(duì)支撐件51互相面對(duì)地放置。
石英半成品53被插入在如上述放置的一對(duì)支撐件51互相面對(duì)的側(cè)面之間，其中石英半成品53的每一端被插入在槽52中。石英半成品53可以是如上所述的六角形。當(dāng)使用其端點(diǎn)之間的距離約為5mm的超小型石英半成品時(shí)，相應(yīng)于槽52的端點(diǎn)之間的方向最好等同于零應(yīng)力靈敏度的軸向。使用具有這樣的軸向的石英半成品53可消除包含著靠近支撐端所產(chǎn)生的不想要的響應(yīng)的可能的中心的區(qū)域，這導(dǎo)致抑制不想要的響應(yīng)，因而導(dǎo)致良好的振動(dòng)特性。
互相面對(duì)的激勵(lì)電極56被形成在石英半成品53的兩個(gè)主面上。激勵(lì)電極56具有被拉伸的圓形。在前面上的激勵(lì)電極56被引到相應(yīng)于一個(gè)支撐件51的石英片端，而在背面上的激勵(lì)電極56被引到相應(yīng)于另一個(gè)支撐件的石英片端。從激勵(lì)電極56延伸的兩端被插入槽52中。
其兩端被插入一對(duì)槽52中的石英半成品53靠它自身的重量向下滑動(dòng)直到兩端進(jìn)入槽52為止，然后被固定。然后把導(dǎo)電膠57加到在槽52和石英半成品53之間的接觸部位，以確保把石英半成品53固定在槽52中，以及確保在激勵(lì)電極56和穿過(guò)支撐件51的引線(xiàn)55之間的電連接。
當(dāng)然，在如上所描述地支撐石英半成品53后，外罩(圖上未示出)被安放在基座54之上，緊密地密封石英半成品53。
當(dāng)支撐六角形石英半成品53時(shí)，特別是當(dāng)在銳角頂角上支撐石英半成品時(shí)，由支撐件的槽支撐的寬度比當(dāng)支撐圓形石英半成品時(shí)的寬度窄。然而，按照以上支撐方法的、具有帶適當(dāng)變尖的角度的槽的支撐件使得容易牢固地支撐具有寬范圍的厚度的石英半成品、也就是具有寬范圍的頻率的石英半成品。嚴(yán)格地說(shuō)，在基座54和石英半成品53的底邊之間的距離可根據(jù)石英半成品53的厚度而改變。然而，石英半成品53可通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇在槽52中形成的變尖的角度而在適當(dāng)?shù)奈恢帽恢味徽撈浜穸热绾巍?br> 這樣，使用帶有變尖的形狀的其較低部較窄的支撐件的槽可提供具有良好的抗振動(dòng)性、良好的抗沖擊性、和減小的老化惡化的石英晶體元件。這可使支撐件的標(biāo)準(zhǔn)化成為可能，從而導(dǎo)致容易控制部件的制造和降低成本。
六角形石英半成品的支撐方法并不限于石英半成品被一對(duì)支撐件垂直支撐的情況。當(dāng)石英晶體元件是在印刷線(xiàn)路板上進(jìn)行表面封裝時(shí)，就必須減小石英晶體元件的高度。在這樣的情況下，最好是把石英半成品水平地固定在外殼中。圖13到15顯示了這樣的表面封裝類(lèi)型的石英晶體元件。
一個(gè)接近長(zhǎng)方體的外殼61由諸如陶瓷那樣的絕緣材料制成。長(zhǎng)方形凹槽62被做成在外殼的頂面。凹槽62的深度適當(dāng)?shù)卮笥谝环庋b在外殼中的石英半成品63的厚度。凹槽62的較長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度多少地短于在六角形石英半成品63的支撐端之間的距離。兩上淺于凹槽62而深于石英半成品63的厚度的接近三角形凹口65被分別形成在凹槽62的每個(gè)較短邊的接近中心位置。當(dāng)凹槽62的每個(gè)較短邊被定義為凹槽的側(cè)壁時(shí)，凹口65被做成為側(cè)壁的臺(tái)階。凹口65的形狀適配于石英半成品63的支撐件的形狀。在凹口65的頂尖之間的距離等于或稍大于石英半成品63的支撐端之間的長(zhǎng)度。
對(duì)于這樣的外殼61，其每個(gè)支撐端和凹口65相嚙合的石英半成品63被固定在凹槽62的空間內(nèi)，并被封閉在外殼61中。
在外殼61的外底面上，形成一對(duì)外部電極64。當(dāng)石英晶體元件被表面封裝在印刷線(xiàn)路板上時(shí)，外部電極64被用來(lái)電連接印刷線(xiàn)路板的導(dǎo)電圖形和石英晶體元件。支撐電極66被做在每個(gè)凹口65的底部，也就是說(shuō)，與石英半成品63的支撐端相接觸的表面。每個(gè)支撐電極66例如通過(guò)過(guò)孔連線(xiàn)層與外部電極64進(jìn)行電連接。
石英半成品63可以是例如從人造石英得到的AT-切割型，且其中通過(guò)兩個(gè)支撐端的直線(xiàn)方向是在與Z′軸的夾角為28°±15°的范圍內(nèi)或118°±15°的范圍內(nèi)。在石英半成品63的兩個(gè)主面上，互相面對(duì)的激勵(lì)電極67例如通過(guò)真空蒸發(fā)淀積被構(gòu)成。在頂面上的激勵(lì)電極67被引到相應(yīng)于一個(gè)支撐端的石英片端，而在背面上的激勵(lì)電極56被引到相應(yīng)于另一個(gè)支撐端的石英片端。此處，激勵(lì)電極67是六角形，它基本上和石英半成品63的形狀相同。此處，“基本上相同”是指除了它的到支撐端的引線(xiàn)以外，它的形狀和石英半成品63的形狀相同。
在石英晶體元件中，石英半成品63的支撐端被凹口65支持，且應(yīng)用導(dǎo)電膠68以確保石英半成品63的激勵(lì)電極67的引線(xiàn)端和支撐電極66之間的電連接。
最后，外罩69被安放在外殼61的凹槽62上，并使用例如熔化的玻璃進(jìn)行密封，以便緊密地密封在凹槽62中的石英半成品63，從而提供表面封裝型石英晶體元件。
由于石英半成品63被相應(yīng)于支撐端形狀的凹口65支撐及將導(dǎo)電膠施加到這個(gè)石英晶體元件上，所以，很容易精確地定位石英半成品63。而且，由于外罩69被安放在外殼61的頂面上形成的凹槽的開(kāi)孔上并例如用膠固定，所以，石英晶體元件可被設(shè)計(jì)成使得在外殼61的頂面上存在有相對(duì)較寬的粘結(jié)區(qū)。這使得更容易以可靠的緊密度來(lái)密封外殼。
上述的表面封裝型石英晶體元件可容易地和廉價(jià)地被制造成具有良好振動(dòng)特性的超小型元件。在表面封裝型石英晶體元件中，外殼可以用低成本的材料制成，例如用玻璃，而不用陶瓷。另外，外罩可采用縫焊接法來(lái)密封，而不用膠粘。
權(quán)利要求
1一種石英晶體元件，包括從厚度剪切振動(dòng)模式石英片獲取的基本上呈六角形的石英半成品。
2.按照權(quán)利要求1的石英晶體元件，其特征在于，還包括一對(duì)支撐件，用于在石英半成品的支撐端處支撐石英半成品，其中石英半成品的三對(duì)對(duì)邊的每一對(duì)邊互相平行，且支撐端是石英半成品的最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的兩端。
3.按照權(quán)利要求2的石英晶體元件，其特征在于，其中連接石英半成品支撐端的直線(xiàn)方向是在以零應(yīng)力靈敏度的軸向?yàn)橹行牡摹?5°的范圍內(nèi)，或在以垂直于軸向的方向?yàn)橹行牡摹?5°的范圍內(nèi)。
4.石英晶體元件包括從AT-切割型石英片獲取的基本上呈六角形的石英半成品；一對(duì)支撐件，用于支撐石英半成品；第一激勵(lì)電極，被形成在石英半成品的第一主面的中心部分；以及第二激勵(lì)電極，被形成在石英半成品的第二主面的中心部分；其中石英半成品的三對(duì)對(duì)邊的每一對(duì)邊互相平行，石英半成品的三對(duì)對(duì)邊中的一對(duì)對(duì)邊平行于石英半成品的最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)，最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的方向是在與石英半成品的Z′軸向的夾角為28°±15°的范圍內(nèi)，支撐件在是最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的兩端的支撐端處支撐石英半成品，第一激勵(lì)電極被引到最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的一端，和第二激勵(lì)電極被引到最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的另一端。
5.按照權(quán)利要求4的石英晶體元件，其特征在于，還包括用于保持支撐件互相面對(duì)面的基座，其中每個(gè)支撐件由導(dǎo)電金屬組成并具有透孔，且石英半成品通過(guò)把支撐端插入透孔和在透孔區(qū)域周?chē)┘訉?dǎo)電膠而被固定。
6.按照權(quán)利要求4的石英晶體元件，其特征在于，其中至少一條平行于最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的邊具有園弧形。
7.按照權(quán)利要求6的石英晶體元件，其特征在于，還包括用于保持支撐件互相面對(duì)面的基座，其中每個(gè)支撐件由導(dǎo)電金屬組成并具有透孔，且石英半成品通過(guò)把支撐端插入透孔和在透孔區(qū)域周?chē)┘訉?dǎo)電膠而被固定。
8.按照權(quán)利要求4的石英晶體元件，其特征在于，其中石英半成品的最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)5mm。
9.按照權(quán)利要求4的石英晶體元件，其特征在于，其中還包括，平行于最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的一對(duì)對(duì)邊之間的長(zhǎng)度是最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度的至少10％直到60％。
10.按照權(quán)利要求4的石英晶體元件，其特征在于，其中每個(gè)激勵(lì)電極具有和石英半成品基本同樣的形狀。
11.一種石英晶體元件，包括基座；一對(duì)插入基座的引線(xiàn)；支撐件，每個(gè)支撐件被固定在每條引線(xiàn)的一端，支撐件由條形金屬片組成，并具有縱向槽；基本上呈多角形的石英半成品；第一激勵(lì)電極，被形成在石英半成品的第一主面的中心部分；以及第二激勵(lì)電極，被形成在石英半成品的第二主面的中心部分；其中第一激勵(lì)電極被引到石英半成品的第一頂點(diǎn)，而第二激勵(lì)電極被引到石英半成品的第二頂點(diǎn)；在槽的較低端處的槽寬比石英半成品的厚度窄，且該槽在其較低部分處較窄，和在其較高部分處較寬，從而具有一個(gè)其寬度比石英半成品的厚度寬的部分；以及石英半成品通過(guò)把第一和第二頂點(diǎn)插入槽中然后向槽周?chē)┘訉?dǎo)電膠而被固定。
12.按照權(quán)利要求11的石英晶體元件，其特征在于，其中石英半成品基本上呈六角形，其中石英半成品的最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的端點(diǎn)是第一和第二頂點(diǎn)。
13.按照權(quán)利要求12的石英晶體元件，其特征在于，其中最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的方向在與Z′軸向的夾角為28°±15°的范圍內(nèi)。
14.一種石英晶體元件，包括基本上呈六角形的石英半成品，具有第一頂角和第二頂角；由絕緣材料制成的、在其頂面有一開(kāi)孔的外殼，它包括具有用來(lái)容納第一頂角的第一臺(tái)階的第一內(nèi)側(cè)壁、以及面對(duì)第一內(nèi)側(cè)壁并具有用來(lái)容納第二頂角的第二臺(tái)階的第二內(nèi)側(cè)壁；第一激勵(lì)電極，被形成在石英半成品的第一主面上和被引到石英半成品的第一頂角；第二激勵(lì)電極，被形成在石英半成品的第二主面上和被引到石英半成品的第二頂角；第一安裝電極，被形成在外殼的外底面上；第二安裝電極，被形成在外殼的外底面上；傳導(dǎo)第一安裝電極的第一支撐電極，它被形成在第一臺(tái)階的表面上；傳導(dǎo)第二安裝電極的第二支撐電極，它被形成在第二臺(tái)階的表面上；以及緊密密封外殼頂面的罩子；其中通過(guò)采用導(dǎo)電膠分別把第一頂角和第二頂角粘結(jié)到第一臺(tái)階和第二臺(tái)階上，以使第一臺(tái)階和第二臺(tái)階共同支撐處在外殼中的空間內(nèi)的石英半成品，藉此，第一支撐電極和第二支撐電極分別導(dǎo)通到第一激勵(lì)電極和第二激勵(lì)電極。
15.按照權(quán)利要求14的石英晶體元件，其特征在于，其中外殼由陶瓷制成。
16.按照權(quán)利要求14的石英晶體元件，其特征在于，其中連接第一頂角和第二頂角的直線(xiàn)是在與Z′軸向的夾角為28°±15°的范圍內(nèi)。
17.按照權(quán)利要求16的石英晶體元件，其特征在于，其中石英半成品具有三對(duì)互相平行的對(duì)邊，其中的一對(duì)對(duì)邊平行于連接第一頂角和第二頂角的對(duì)角線(xiàn)。
18.一種用于制造厚度剪切模式石英晶體元件的方法，包括以下步驟制備一塊接近方形的石英片，其中第一、第二、第三和第四頂角被順序地安排在其四周；通過(guò)把靠近第一頂角的區(qū)域形成為弧形來(lái)去除包含第一頂角的區(qū)域；沿平行于連接第二頂角與第四頂角的對(duì)角線(xiàn)、并且相對(duì)于該對(duì)角線(xiàn)處在第三頂邊一側(cè)的直線(xiàn)，去除包含第三頂角的區(qū)域，以形成石英半成品；在石英半成品的第一主面的中心部分形成第一激勵(lì)電極，然后將它引到第二頂角；在石英半成品的第二主面的中心部分形成第二激勵(lì)電極，然后將它引到第四頂角；在第二頂角和第四頂角處支撐其中包含有第一和第三頂角的區(qū)域已被去除的石英半成品。
19.按照權(quán)利要求18的用于制造石英晶體元件的方法，其特征在于，其中石英半成品取自AT-切割型石英片，及連接第二頂角和第四頂角的直線(xiàn)方向是在與石英半成品的Z′軸向的夾角為28°±15°或118°±15°的范圍內(nèi)。
20.按照權(quán)利要求的用于制造厚度剪切模式石英晶體元件的方法，其特征在于包括以下步驟從人造石英獲取具有圓形的第一石英片；在互相以直角相交的四個(gè)部分去除第一石英片的外圍，以形成具有方形的第二石英片，它們的每個(gè)頂角用弧形來(lái)代替；把第二石英片沿通過(guò)第二石英片的中心、并且平行于其任一對(duì)邊的兩條直線(xiàn)分成四個(gè)石英半成品；沿平行于其余兩個(gè)頂角的直線(xiàn)去除三個(gè)直角頂角中的一個(gè)頂角；以及在石英半成品的其余頂角處支撐石英半成品。
21.按照權(quán)利要求20的用于制造厚度剪切模式石英晶體元件的方法，其特征在于，其中第一石英半成品取自AT-切割型石英片，及連接石英半成品的其余的兩個(gè)頂角的直線(xiàn)方向是在與Z′軸向的夾角為28°±15°或118°±15°的范圍內(nèi)。
全文摘要
石英晶體元件包括厚度剪切模式石英半成品,例如AT－切割型。其中不想要的響應(yīng)幅度很強(qiáng)的區(qū)域可通過(guò)把石英半成品做成接近六角形而消除。三對(duì)對(duì)邊的第一對(duì)邊互相平行,且一對(duì)對(duì)邊平行于石英半成品的最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)。對(duì)于A(yíng)T－切割型,石英半成品的最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)方向是在與其Z′軸向的夾角為28°±15°或118°±15°的范圍內(nèi),且在其最長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)的兩端被支撐。
文檔編號(hào)H03H9/19GK1195229SQ9810593
公開(kāi)日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1998年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月31日
發(fā)明者小山光明, 宮下圭介, 渡邊重德, 加藤千秋, 民谷雅, 大沢秀二 申請(qǐng)人:日本電波工業(yè)株式會(huì)社