JP2007251239A - 圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッケージ36内に圧電振動片32を収容して、光透過性の蓋体39により該パッケージを気密に封止した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料で形成した基部と、該基部から延びる少なくとも一対の振動腕34,35を有し、該振動腕の先端側であって、前記蓋体を透過させて外部からレーザー光LB1を照射し得る位置に形成された金属膜と、前記蓋体の内側であって、周波数調整のために外部から照射される前記レーザー光LB1の光路上とならない箇所で、しかも、該パッケージの外部からレーザー光LB2を照射し得る箇所に形成したゲッター材71とを備える。
【選択図】図2
Description
このような圧電デバイスにあっては、圧電振動片の一方の面、すなわち音叉型圧電振動片の一方の面に金属で重りを形成しておく。そして、該圧電振動片をパッケージに接合して、ガラスキャップでパッケージ内が真空となるように気密に封止した後で、外部からガラスキャップを透過させてレーザー光を照射し、音叉型振動片の前記重りに当てて、その一部を蒸散させることにより質量削減方式による周波数調整を行う手法が知られている。
このような圧電デバイスを、ユーザが購入し、基板への実装などの際に、リフロー工程などの温度加熱を伴う工程を実行すると、パッケージ内面に付着している前記金属飛沫に閉じこめられた水分が水蒸気となって、パッケージ内部に出ていくことにより気密封止した真空状態が悪くなると、周波数にズレが生じ、振動特性が悪化するという問題があった。
また、上記質量削減方式の周波数調整では、周波数を高くする方へ合わせ込むことしかできず、周波数を低くする必要がある場合に対応できなかった。
また、ゲッター材は蓋体の内側であって、前記質量削減方式による周波数調整のためのレーザー光の光路上とならない箇所に設けられることで、パッケージ封止後の周波数調整の際におけるレーザー光の照射を妨げることがなく、振動腕の質量を適切に削減して周波数を高い方へ調整することができる。
そして、この周波数調整において、飛散した金属飛沫が水分を含んで、パッケージの内面に付着する。
ここで、再度レーザー光を用いて、該レーザー光を前記ゲッター材に照射する。これにより、ゲッター材が活性化し、ゲッタリングが行われて、パッケージ内の水分がゲッター材に吸着され、真空度が向上する。
しかも、このゲッター材は蓋体の内側に形成されているから、レーザー光の照射により飛散したゲッター材は、蓋体の内側と対向して延びている圧電振動片の振動腕に付着する。これにより、振動腕の質量はその分増加するので、質量増加方式による周波数調整を行うことができ、周波数の低い方への調整が可能となる。
かくして、蓋体による封止後に周波数調整して周波数を高くしたり低くしたりして精密に合わせ込むことができるとともに、その後の加熱工程を経ることによっても振動特性が悪化しないようにした圧電デバイスを提供することができる。
第2の発明の構成によれば、振動腕の先端部に周波数調整用の金属膜を形成するようにしたので、周波数の高い方へ行う調整において、より精密な周波数調整を行うことができる。
第3の発明の構成によれば、振動腕の先端部に対応する前記蓋体の内面に前記ゲッター材を配置したので、周波数の低い方へ行う調整において、より精密な周波数調整を行うことができる。
また、従来の工程における微調である周波数工程において、周波数を高くする方へ調整する第1の周波数調整工程だけでなく、周波数を低くする方へ調整する第2の周波数調整工程も行うようにしたので、より精密な周波数の合わせ込みを実現できる。
かくして、蓋体による封止後に周波数調整して周波数を高くしたり低くしたりして精密に合わせ込むことができるとともに、その後の加熱工程を経ることによっても振動特性が悪化しないようにした圧電デバイスの製造方法を提供することができる。
第5の発明の構成によれば、第1と第2の周波数工程を連続して行うことで、同一のレーザー光照射手段を用いることができ、従来の設備を変更することなく、実質的に工程増加をしないで精密な周波数調整とゲッタリングを実現できる。
図において、圧電デバイス30は、水晶振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス30は、収容容器としてのパッケージ36内に圧電振動片32を収容している。パッケージ36は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板61,64,68を順次積層した後、焼結して形成されている。第2および第3の各基板64,68は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間S2を形成するようにされている。この内部空間S2が圧電振動片32を収容するための収容空間である。
そして、このゲッター材71は、蓋体39の内側であって、周波数調整のために外部から照射されるレーザー光LB1の光路上とならない箇所で、しかも、パッケージ36の外部からレーザー光を照射し得る箇所に形成する。この点については、後でさらに詳しく説明する。
すなわち、圧電振動片32は、パッケージ36側と固定される基部51と、この基部51を基端として、図3において斜め左方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕34,35を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
さらに、図3において、圧電振動片32の基部51の端部(図3では下端部)の幅方向両端付近には、引き出し電極52,53が形成されている。各引き出し電極52,53は、圧電振動片32の基部51の図示しない裏面にも同様に形成されている。
貫通孔37は、外部とパッケージ36の内部とを連通する孔であって、第1の孔37aと、これより縮径された第2の孔37bを重ねて設けることで、外向きの段部62を備えている。孔封止用の貫通孔は必ずしもこのような2重孔の構造を備える必要はなく、例えば外に向かって徐々に拡径するテーパ状の貫通孔でもよいが、段部62を有する孔とすることで、後述するような利点がある。
そして、封止孔61の貫通孔62は、例えば、Au−Ge等の金属封止材39を充填して、気密に封止されている。
図5の第1の実施形態では、振動腕34の先端部に金属膜38が形成されている。蓋体39の内面において、直下の金属膜38と重なる位置をよけて、圧電振動片32のより基部51(図2参照)よりの位置に対応する箇所に、ゲッター材71−1を設けている。
具体的には、図5で符合A1で示す領域に関しては、蓋体39にゲッター材71−1を形成しないようにして、レーザー光LB1が金属膜38に照射されることを妨げないようにしている。これにより、符合A1で示す領域である振動腕34の先端部分に関しては、質量削減方式による周波数調整のためのレーザー光LB1を優先して照射でき、ゲッター材の飛沫72は、それよりも基部側に付着するようにされている。
次に、圧電デバイス30の製造方法の実施形態を説明する。
図7は、本実施形態の圧電デバイス30の製造方法の実施形態を説明するための簡単なフローチャートである。
(前工程)
圧電デバイス30の圧電振動片32と、パッケージ36と、蓋体39は、前工程としてそれぞれ別々に製造される(ST11)。
蓋体39は、例えば、所定の大きさのガラス板を切断し、パッケージ36を封止するのに適合する大きさの蓋体として用意される。好ましくは、個々の蓋体の大きさに切断される前に、図2で説明したゲッター材71を蒸着もしくはスパッタリングにより形成する。
パッケージ36は、上述したように、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。成形の際には、複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間S2を形成する。
また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のX軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系において、Z軸を中心に時計回りに数度の範囲で回転して切り出した水晶Z板を所定の厚みに切断研磨して得られる。
そして、この水晶ウエハに必要な耐蝕膜(図示せず)を設けて、マスクとし、フッ酸溶液等を用いて、振動腕の長溝56,57の部分をハーフエッチングで形成する。
次に、駆動電極としての励振電極を形成する。
すなわち、水晶ウエハの表裏両面に電極となる金属膜を成膜する。この金属膜は、例えば、クロムを下地として金を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
その後フォトリソグラフィの手法により、図3で説明したような各電極を形成する。なお、この時に周波数調整用の金属膜38,38(質量削減方式の周波数調整用)も同時に形成される。
以上の前工程を実行した後で、完成した圧電振動片32の接合を行う(ST12)。
具体的には、図1および図2に示すように、導電性接着剤43,43を電極部31,31の上にそれぞれ塗布し、塗布した導電性接着剤43,43の上に圧電振動片32の基部51を載置し、かるく荷重をかける。
この状態で、ベルト炉などで過熱して導電性接着剤を硬化することにより、圧電振動片32が片持ち形式で接合される。
続いて、孔封止工程に移る。
具体的には、上記加熱状態のまま、例えばパッケージ36を逆さにして(図示せず)、段部62の上に充填金属用の金属球等を配置する。金属球を用いると、球形であるから、ころがして孔37aに入れやすく作業が容易になる。金属球でなく、バルク状の金属板などを用いるようにしてもよい。
金属球としては、例えば、金−ゲルマニウム(Au−Ge)、金錫(Au−Sn)などが優れている。すなわち、鉛を含まない合金であるから、廃棄しても有害な鉛が生成されないし、リフロー工程でも溶融することがない。
なお、この間に貫通孔37と金属球などの隙間からパッケージ36内のガス、すなわち、蓋体の封止時における加熱で導電性接着剤43から生成されるガスや、パッケージ36のセラミックから出る水蒸気などが、外部へ排出される。
この状態で、金属球に対して、孔封止用のレーザー光(図示せず)を照射する。これにより、金属球は瞬時に溶融して貫通孔37に充填され、該貫通孔37を気密に封止することができる(ST14)。
次に、図2に示すように、外部から第1の周波数調整用のレーザー光LB1をパッケージ36内に照射し、圧電振動片32の金属被膜38に当てる。これにより、金属膜38の一部を蒸散させて、質量削減方式による第1の周波数調整(微調)を行うことができる(ST15)。これにより周波数を僅かに高い方へ調整することができる。
続いて、図2に示すように、外部から第2の周波数調整用のレーザー光LB2を蓋体39のゲッター材71に照射し、該ゲッター材71の一部を飛散させる。その飛沫は図5および図6にそれぞれ符合72で示すように、振動腕34の表面に付着する。
第1には、ゲッター材71がレーザー光LB2により加熱されて活性化し、周囲の水分を吸着しやすくなる。これにより、パッケージ36内の真空度が向上する。特に、第1の周波数調整により、金属膜38の一部が飛散して水蒸気を含んだその飛沫がパッケージ36の内側に付着した場合(図示せず)。加熱下において、該付着した飛沫から水蒸気成分がパッケージ36内に出る場合には、そのような水蒸気をゲッター材の飛沫72が吸着してパッケージ36内の真空度が低下しないようにすることができる。
第2には、ゲッター材の飛沫72が振動腕34の表面に付着して振動腕34の重量を増加させるので、周波数が低くなる。すなわち、周波数を低い方へシフトさせる第2の周波数調整が行われる(ST16)。
ステップ15の場合は、第1の周波数調整がより利きやすく、図6の場合は第2の周波数調整がより利きやすい。
続いて、必要な検査を行い(ST17)、圧電デバイス30が完成する(ST18)。
また、この発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器、水晶フィルタ、SAWデバイス、ジャイロ、角度センサ等の名称にかかわらず、全ての圧電振動片とこれを利用した圧電デバイスに適用することができる。
また、上述の実施形態では、パッケージにセラミックを使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、異なる形状のパッケージすなわち収容容器に圧電振動片を収容するものについても本発明を適用することができる。
Claims (5)
- パッケージ内に圧電振動片を収容して、光透過性の蓋体により該パッケージを気密に封止した圧電デバイスであって、
前記圧電振動片が、圧電材料で形成した基部と、該基部から延びる少なくとも一対の振動腕を有し、該振動腕の先端側であって、前記蓋体を透過させて外部からレーザー光を照射し得る位置に形成された金属膜と、
前記蓋体の内側であって、周波数調整のために外部から照射される前記レーザー光の光路上とならない箇所で、しかも、該パッケージの外部からレーザー光を照射し得る箇所に形成したゲッター材と
を備えることを特徴とする圧電デバイス。 - 前記振動腕の先端部に前記金属膜を形成し、前記蓋体の内面の前記金属膜と重なる位置をよけて、より前記基部よりの位置に対応する箇所に前記ゲッター材を設けることを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。
- 前記振動腕の先端部に対応する前記蓋体の内面に前記ゲッター材を配置し、前記振動腕の前記先端部よりも前記基部よりの位置に前記金属膜を設けることを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。
- パッケージ内に圧電振動片を接合して、光透過性の蓋体により気密に封止するようにした圧電デバイスの製造方法であって、
前記パッケージ、前記圧電振動片、前記蓋体を個々に形成する前工程と、
前記パッケージ内部に前記圧電振動片を接合するマウント工程と、
前記パッケージを前記蓋体で気密に封止する封止工程と、
前記蓋体の外部からレーザー光を照射して、前記圧電振動片の振動腕の先端側に形成した金属膜を蒸散させる第1の周波数調整工程と
を含んでおり、
かつ、前記第1の周波数調整工程より後段で、前記蓋体の外部からレーザー光を透過させ、前記蓋体の内側であって、周波数調整のために外部から照射される前記レーザー光の光路上とならない箇所で、しかも、該パッケージの外部からレーザー光を照射し得る箇所に形成したゲッター材に該レーザー光を照射して、該ゲッター材の一部を飛散させる第2の周波数調整工程を備える
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 前記第1の周波数調整工程の後で、前記第2の周波数調整工程を連続して行うことを特徴とする請求項4に記載の圧電デバイスの製造方法。
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