专利名称：带有安装支座的石英谐振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电石英晶体，具体地说，涉及安装用作晶体谐振器的压电石英晶体。
压电石英晶体谐振器是由从大石英石切割所得的单个石英晶体片制成的。由晶体片切割制取的晶体谐振器随其切割角度而有不同的温度频率特征和不同的振动模式。根据不同的切割角度，有些晶体片基本上在单一的平面内振动，而有些则可能在多个方向上振动。
GT切割石英谐振器以扩张模式，即在单个平面内振动。当谐振器以基频工作时，谐振器被加上信号就开始移动或振动，而其零位移波节则基本上在晶体片的中心处。此波节在数学上是一个点，而实际上包括一个围绕该点的很小的波节区域。
安装一个GT切割晶体而影响其振动的一种可能的方法是将该晶体安装在波节区域。在过去，只有用尺寸相当大的GT切割晶体才能进行中心安装，且其工作频率相当低，一般在100KHE以下。这是由于，一个GT切割晶体的面积和波节区域随着晶体谐振频率的增大而减少，从而要将晶体安装在波节区域就变得越来越困难。
安装GT切割晶体片的先有技术有诸如公开授与Ochiai的美国专利NO.4，447，753中那样的方法，该专利介绍了用来安装微型GT切割石英谐振器的方法。按照该专利，GT切割石英谐振器被固定在两个将振动片悬置起来的振动隔离结构之间。GT切割晶体利用这种振动隔离法安装在其两侧面上，它通常必须用化学和光刻方法进行构图和腐蚀，並要求增加谐振器器件的表面积。因此，如果有一种方法可以避免器件尺寸增加并避免与制造一个或多个振动隔离安装臂有关的复杂的加工工艺，那么这种安装GT切割晶体的方法将是对先有技术的一个改进。
本发明提供了一种利用粘接到诸振动晶体片的波节处或其附近的支座来安装GT切割石英和其它晶体类型的装置和方法，其中支座与GT切割晶体的两侧面相固连。在最佳实施例中，各金属支座生长在沉积在晶体面上的电极上，这样使它们可与各电极相接触，而各电极则敷设在晶体的表面上，驱动信号于是可加到电极上。已经成功地用与中心波节相粘接的支座安装了具有谐振频率在1MHE以上的GT切割晶体，其谐振器的Q值(下面要定义)超过25000。
利用诸如电镀、蒸发、或测射等金属沉积工艺在波节区域形成金属安装支座。此外，还可以通过腐蚀掉多余的石英材料而剩下支撑支座原封不动来形成石英支座。一个上下支座使晶体序可安装到一个基底上並与其它电路电连接。支座也可以用来支撑晶体。
可以对边长在2英寸数量级或更大的大石英片进行光刻处理，以便可以批量地生产中心安装支座位于GT切割晶体的诸波节附近的多重石英谐振器。
图1示出了一个薄石英晶体片的立体图和GT切割晶体的波节的大体位置。
图2示出了一个具有安装在晶体片和支座上的各重极的石英晶体片的纵剖视图。
图3示出了一个掩模，用于从一块石英片上制取许多单独的石英晶体谐振器。
图4示出了一个支座掩模，用来在由图3所示掩模定位的各电极上定出各个支座的位置。
图5示出了生长到一个石英晶体的电极上的支座的侧视图。
现参阅图1，图中示出了一个用作GT切割晶体的有代表性的薄石英晶体片(10)。该薄石英晶体片(10)基本上具有由两条相对较短的边(4和4′)及两条相对较长的边(5和5′围成的两个相对的平面(6和8)。当使用不同的晶体切割时，也可以采用包括圆形、方形或其它几何形状的晶体片(10)。
在图1中，示出了一个基本上位于矩形片(10)中央的中心波节区域(16)，在波节区域(16)处片的振动最小。该波节区域(16)的面积有限，在该区域内会发生振动但其振幅与片(10)的其它区域相比则显著地减小了。对于不同的晶体切割和图1所示形状之外的不同几何形状，波节区域(或可能若干波节)的位置均可能发生改变。对以基本频率工作的GT切割晶体，其波节区域(16)基本上是在矩形片(10)的中心。
在GT切割晶体中，波节区域(16)将随着片(10)的尺寸而改变。片(10)增大，波节区域(16)亦随之增大。晶体片(10)的面积减少，波节区域亦随之减少。采用GT切割的晶体片(10)以扩张模式振动，即是说，片(10)基本上按箭头12和14所示方向在片所在平面内振动。
参阅图2，图中示出了一个由晶体片(10)沉积在晶体片(10)两侧的平面电极(18和20)，和支撑支座(22和24)所组成的晶体谐振器(11)。这些支座(22和24)基本上是柱形结构，其制造方法将在下面介绍。采用其它几何形状作支座也是可行的。
在最佳实施例中，晶体片(10)有一层沉积在晶体片(10)的每一侧面的电极层(18和20)。通过电极(18和20)可将一个电信号加到晶体片(10)，並耦合到导电支座(22和24)支座(22和24)则分别与导线(26)和导体(19)相连。如果支座(22和24)为非导电的，例如石英或其它金属，则需用合适的导体覆盖该非导电支座以向电极(18和20)提供一个信号通道。
构建图2的结构需要一系列步骤。首先，将一个合适的石英片的两侧面予以金属化，其次，在金属化层上覆盖一块掩模以确定电极(18和20)。此后，用另一块掩模在石英片的两侧面上定出支座(22和24)的位置，以确定波节(16)所在处的支座的位置。
参阅图3，图中示出了一个覆盖在一个经过适当金属化的石英片(29)上的掩模(30)。在最佳实施例中，上述金属化实际由两层组成1)一个金属粘结层;和(2)一个沉积在该金属粘结层上的电极层。粘结层通常是厚度为100-200埃的铬;电极层通常是厚度为1000至5000埃的铜或金。其它粘结层和电极层组合也是可能的。注意，石英片的两侧表面(6和8)都覆盖有粘结层和电极层。
用本技术领域的人们熟知的标准光该加工技术在电极层上确定谐振器电极。图3中的掩模(30)被用来确定谐振器的电极(31)在图3中，各个电极由多个小方块(31)确定的，这些方块按如图所示转过一个预定的角度以获得GT切割。在晶体片的两侧面上确定了由掩模(30)所确定的谐振电极。
在确定了诸电极之后，在晶体的表面上加上一层干膜光刻胶。用一个如图4所示的支座掩模(40)确定出支座(22和24)相对于电极的位置。用电镀工艺，在暴露出的电极表面上形成铜支座。本发明的最佳实施例中采用铜支座，但金或其它合适的金属也是可行的。
在最佳实施例中，干膜光刻胶确定出用于多个支座的垂直生长样板，这些支座分别位于每个谐振器电极的波节区。在支座生长好之后，应除去所有残留的光刻胶。然后腐蚀掉石英片上其余的区域，石英谐振器就这样制得了。用导电粘合剂将图2所示的谐振器粘贴到基底(28)上的基础导体(19)上。通过一根与支座(22)相接的导线(26)可以实现对第二支座(22)的电气连接。对支座(22)的电气连结也可以从第二基底进行(未示出)。
现参阅图5，图中示出了谐振器(11)和用干膜光刻胶工艺生长的支座(22和24)的侧视图。支座基本上是柱形和同轴的，由于支座不断生长超过了干膜光胶材料，使得支座上有一个蘑姑形的帽。
利用本发明的方法，已经制造出单个尺寸约为3.0mmx3.5mmx0.1mm，工作频率约为1.066MHE的谐振器。器件的谐振器的Q值达26000。用谐振器的工作频率除以3dB带宽即可以测出Q值。
权利要求
1.一种由具有基本上相对和基本上是平面的第一和第二表面的石英晶体薄片组成的石英晶体谐振器，所述石英晶体片在上述平面内至少有一个基本上无振动的波节，其改进在于一个电镀到上述石英晶体片的第一表面上的第一安装支座，其中心基本对准所述波节；一个电镀到上述石英晶体片的第二表面上的第二安装支座，其中心基本对准所述波节；用于用上述第一安装支座安装上述石英晶体薄片以使上述石英晶体薄片能够振动的基底装置。
2.根据权利要求1所述的石英晶体谱振器，其中所述波节大体上位于上述第一和第二表面的中心。
3.根据权利要求所述的石英晶体谐振器，其中所述石英晶体片是GT切割石英晶体片。
4.根据权利要求1所述的石英晶体谐振器，其中所述第一和第二安装支座大体上是柱形结构，並大体与上述石英晶体片的上述第一和第二表面相垂直。
5.根据权利要求1所述的石英晶体谐振器，其中所述第一和第二安装支座是金属的。
6.根据权利要求1所述的石英晶体谐振器，其中所述第一和第二安装支座是石英晶体。
7.根据权利要求5所述的石英晶体谐振器，其中上述安装支座是金属化的。
8.根据权利要求1所述的石英晶体谐振器，还包括第一和第二电极，它们沉积在上述安装支座之间，而安装支座分别沉积在上述第一和第二表面上，上述电极工作时可将电信号耦合到上述晶体片上。
9.根据权利要求8所述的石英晶体谐振器，其中所述电极是金属的。
10.根据权利要求8所述的石英晶体谐振器，其中所述第一和第二安装支座是金属的。
11.根据权利要求9所述的石英晶体谐振器，其中所述第一和第二支座电镀到上述第一和第二电极上。
12.根据权利要求10所述的石英晶体谐振器，其中所述石英晶体片是GT切割晶体片。
13.一种把一个石英晶体安装到一个基底的方法，所述石英晶体具有至少一个中心波节，所述方法其特征在于下列步骤把第一安装支座电镀到第一侧面上，大体位于上述中心波节附近的;把第二安装支座电镀到第二侧面上，大体位于上述中心波节附近的;用所述第一和第二安装支座之一把上述石英晶体片安装到一个基底上。
14.根据权利要求13的方法，包括把基本上呈平面形的电极连接到上述石英晶体片上的步骤，上述电极位于上述安装支座和上述石英晶体片之间。
15.根据权利要求14的方法，其中所述电极是金属的。
16.根据权利要求14的方法，其中所述支座是金属的。
17.一种石英晶体谐振器，具有一个大体上呈平面的石英晶体片，晶体片有至少具有一个中心波节的第一和第二侧面，其制造工艺的特征在于把一个第一电极沉积到所述第一侧面;把一个第二电极沉积到所述第二侧面;把一个第一安装支座电镀到上述第一侧面，上述支座基本上位于上述波节的中心。
18.根据权利要求17的石英晶体谐振器，其中，沉积上述第一和第二安装支座的工艺包括把一种金属电镀到上述第一和第二电极上。
19.根据权利要求17的石英晶体谐振器，其中，沉积上述第一和第二电极的工艺包括在上述石英晶体上真空沉积层金属化层。
20.根据权利要求17的石英晶体谐振器，其中，所述工艺还包括用一导电粘合剂将所述第一安装支座安装到一个基底上。
21.根据权利要求17的石英晶体谐振器，其中的工艺还包括用一导电粘合剂把上述第一和第二安装支座安装到一个基底上。
全文摘要
用安装支座将一个GT切割谐振器在其波节处进行安装。支座大致位于振动位移最小处的振动石英片的几何中心。支撑振动片的支座可以粘合到一个或多个基底上。
文档编号H01L41/053GK1045495SQ90100669
公开日1990年9月19日 申请日期1990年2月20日 优先权日1989年3月8日
发明者马克·肯尼思·蔡森, 迈克尔·约翰·翁斯特克, 唐纳德·乔恩·赖巴塞克, 保罗·F·芬伦, 福斯特·J·厄尔, 肯尼思·詹姆斯·莫里西 申请人:莫托罗拉公司