JP2004328442A - 圧電振動子の構造と製造方法 - Google Patents

圧電振動子の構造と製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】現在水晶振動子は振動板を金属容器或いはセラミック容器に封止している。小型化、低価格化が要望されているが、現状の2mmより小さく、0.3mmより薄くするのは困難である。また、パッケージと振動子の材料が異なるため熱膨張率の差で応力がかかり温度特性に影響を与えている。また、従来の製造方法では振動板を一枚づつ容器に組み立てるので小型化が進むにしたがって生産性が悪くなる。
【解決手段】上下2枚の水晶薄板の間に水晶振動板を挟み、ガス放出の少ない接着シール材でシールする。複数個の振動子に相当する大きな3枚の水晶ウエハー薄板を用いて同時に多数個の振動子を形成した後で個々の振動子に分割する。
【選択図】なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用される表面実装型の圧電振動子に関し、特にその構造と製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より携帯電話、PHS等の情報通信機器やコンピューター等のOA機器、電子時計、AV機器等の民生機器を含む様々な電子機器には、電子回路のクロック源として圧電振動子が広く採用されている。電子機器の小型化、軽量化、薄型化が進み、携帯機器やカード機器など社会生活の多様化と利便性が大きく進化しているが、このトレンドは今後ますます強くなると予想される。これらの機器に使われる部品はそれぞれ小型化、軽量化、薄型化が進んでいる。しかしながら従来の圧電振動子はセラミックパッケージやガラスハーメチックシールの金属容器に封入されているためパッケージの小型化が大きな障害になっている。また極めて小さな振動板を一枚ずつ小型パッケージに封入しているために生産性が悪く低価格化の障害になっている。また振動子の発振周波数の精度は更に高いものが要求されるが、従来パッケージ材と振動板材料の物質が異なるため熱膨張率が異なり、温度変化に対し、振動板に応力がかかり発振周波数の高い安定性が得られないなどの課題がある。
【0003】
特開55−46632号には、ガラス、金属板、水晶など5枚の薄板部材を積層し圧電振動子を提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の圧電振動子では、その小型化・軽量化、薄型化には限界ある。
また現在の多くの圧電振動子は振動板を金属容器或いはセラミック容器に封止されているが、この構造では1個づつ組み立てるため、生産効率があがらず、要求される低価格化が困難である。またパッケージつ材料例えばアルミナセラミックスと振動版の水晶の熱膨張係数に差が、あるため、温度変化に対して振動子特性が影響を受けてしまう。本発明は圧電振動子の小型化、軽量化、薄型化、温度高安定化を実現する構造を持ち、大きさは2mm以下、厚さは0.3mm以下を実現し、生産性を飛躍的に向上させる製造方法を実現している。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電振動子の構造は、上記課題を解決すべく、3枚の水晶板で圧電振動子を構成する。ウエハーに圧電振動子の構造に必要な凹凸及び電極取り出し用貫通穴を加工し、3枚のそれぞれパターンの違う水晶ウエハーをガス放出の少ない接着シール材で気密封止する。この接着気密封止された3枚の積層ウエハーの電極取り出し用穴に導電材を充填した後、スクライブレーンに沿って切断し、個別の圧電振動子を取り出す。
【0006】
【発明の実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。材料についても水晶に限らず、圧電材料一般に適用できる。
(実施例1)
図1は3枚の板の断面を示している。
中央の基板2は圧電振動板で中央部に逆メサ形に凹状に上下加工されている。この部分の厚さは圧電体の結晶方位、電極構造などとともに振動子の発振周波数を決めるものである。この様に凹部を上下に作ることにより基板1,3によって挟まれた時、振動板が振動する空隙が確保される。振動駆動用電極金属はこの凹部になった振動部分から厚い板部分に引き出されている。凹部の下面電極は上方に電極を取り出すため図1のような傾角をもって形成された穴の壁面にも電極金属が形成される。上方基板3には電極取り出し用の穴が図1に示すような傾角」をもって2箇所加工される。一方の穴は中央の振動板2の穴の位置と合致するように設計される。この様に構成された3枚の板は図1に示されるようにシール材6で上下が接着密封される。接着密封は振動子の用途によって真空中下で加熱接着することも。大気中で加熱接着することもある。高信頼性の点では真空中が好ましい。またこのシール材6は加熱接着時および接着後の放置によってガス放出が0.01Torr以下に抑えられるものを用いる。接着密封された3枚の板からなるユニットに対し、図2のように上方の2つの穴から導電材を充填し、板3の上面より若干高く盛り上げ形成する。これが電子回路基板との回路接続に用いられる電極である。以上は複数個の圧電振動子が配置されたウエファー上で製造される。これを図2の切断線9に沿ってスクライブすると個々の圧電振動子を得ることができる。このときの外形を図3に示す。発振周波数の調整は個々の振動子に分割される前または後で水晶を透過する波長のレーザ光をあて電極金属を昇華させ金属の重量を減少させることで調整を行う。
(実施例2)
実施例1では中央基板2が上下両面で凹状に加工されているが実施例2は中央基板の上面だけ凹状に加工され仮面は平坦のままである。このときは基板1の上面に凹状部分をつくり振動空隙を確保する。その他は実施例1と同じである。同様に中央基板2の下面に凹状加工をし、基板3の下面に凹状部分を形成し振動空隙を確保することも出来る。
【0007】
【発明の効果】
本発明の構造、製造方法によれば従来より大幅に小型化、軽量化、薄型化された圧電振動子が構成され、厚さは0.3mm以下が実現できる。また温度変化に対して高安定な発振周波数が得られる。また一括で多数個の圧電振動子が製造できることで生産性は大きく改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】3枚板圧電振動子のウェハーシール前断面分解図
【図2】3枚板圧電振動子のウェハーシール後断面図
【図3】切断分割後の3枚板圧電振動子

Claims (9)

  1. 圧電振動子においてパッケージと振動板が3枚の板から構成することを特徴とする圧電振動子
  2. 圧電振動板として水晶を用いた請求項1に記載の圧電振動子
  3. 3枚の板のうち振動板を除いた2枚の板が水晶であることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動子
  4. 請求項3の振動子を除いた2枚の水晶の板が振動板の水晶と同一の結晶方位から切り出した水晶の板であることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動子
  5. 3枚の板のいずれか1枚または複数枚の板に凹凸の加工を施し、振動板が振動する空隙を形成することを特徴とする請求項1に記載の圧電振動子
  6. 上記3枚の板を機密に接着するために用いる接着剤が接着時及び接着後に0.01Torr以上のガスを放出しない接着剤を用いて構成する請求項1に 記載の圧電振動子
  7. 3枚の板が複数個の圧電振動子を構成できるように構成し、3枚の板の接着、及び電極の取り出しを行った後、個々の圧電振動子に切断分離することを特徴とする請求項1に記載の圧電振動子の製造方法
  8. 上記請求項7において切断分離される前、または後に振動子の周波数を調整する工程を施すことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動子の製造方法
  9. 上記請求項8において水晶を透過するレーザ光を用いて電極金属を昇華させ、重量を減少させることで周波数調整を行うことを特徴とする製造方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006211411A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Kyocera Kinseki Corp 圧電振動子の製造方法
US7745979B2 (en) 2005-08-22 2010-06-29 Seiko Epson Corporation Piezoelectric device
JP2010258930A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Kyocera Kinseki Corp 水晶振動子の製造方法
JP2012039227A (ja) * 2010-08-04 2012-02-23 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Atカット水晶デバイス及びatカット水晶デバイスの製造方法

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