JP2008306352A - 水晶基板からなる圧電振動片の実装検査方法、および前記実装検査に係る圧電振動片 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶基板からなる圧電振動片の実装検査方法、および前記実装検査に係る圧電振動片を提供する。
【解決手段】
パッケージに片持ち状態で実装される水晶基板からなる圧電振動片１０の自由端に予め励振電極と離間してレーザ光反射用のダミーパターン２６を形成しておき、前記圧電振動片１０をパッケージに片持ち状態で実装した後、レーザ式変位センサを用いて前記圧電振動片１０のレーザ光反射用のダミーパターン２６に照射して高さ測定をなすようにしてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は水晶基板からなる圧電振動片の実装検査方法、および前記実装検査に係る圧電振動片に関する。

電気回路において一定の周波数を得るため、圧電振動子が広く利用されている。
この圧電振動子に係る圧電振動片をセラミックパッケージ等のパッケージに実装する場合、圧電振動片の支持については、圧電振動片とパッケージとの熱膨張変化に対応するため、圧電振動片の長手方向の片端部を保持する構造がとられ（片持ち構造）、これはＡＴカット水晶振動子（以下、ＡＴカット振動子）の圧電振動片によく利用されている。その際、製造工程中に圧電振動片に保持されていない自由端がパッケージの内壁面に当接すると、結果としてＡＴカット振動子の振動周波数などの特性が規定の特性から変化し、場合によっては発振が停止するおそれがあり、総合歩留まりを低下させてしまうという現実があった。そこで圧電振動片の保持部をマウント電極に導電性接着剤を用いて接着する際に、パッケージ底部表面からの高さを圧電振動片の保持部より自由端を高くする等の工夫をして自由端がパッケージの内壁面に当接しないようにしている。しかし、自由端の高さには製品ごとにばらつきがあり、特に当該高さがパッケージ側面の高さよりも高い場合は最終パッケージ段階において圧電振動片の自由端がリッドと当接し上述同様の問題が発生する（特許文献１参照）。そのため最終パッケージ段階の前段階においてパッケージ側面の高さと自由端の高さの段差をレーザ式変位センサで測定して、適正な値を持ったもののみを最終パッケージ段階に進めていた。

一方、従来の圧電振動片に係る水晶基板は水晶原石をブレードソーにより切断後、板状の水晶基板をラッピング加工して得られたラップ素板を用いており、表面はすりガラス状であり、照射された光を水晶基板表面で散乱するため、センサ方向に一部反射されるレーザ光を変位センサが検出することができる。しかし最近、寸法精度が高く、小型、高精度に製造できるフォトリソグラフィ加工による圧電振動子が提案され（特許文献２）、当該加工に用いられる水晶基板は表面が鏡面研磨されている。このため、表面で光がほとんど散乱されずレーザ式変位センサがセンサ方向に反射されるレーザ光を検出することは困難である。またＡＴカット振動子の場合は圧電振動片の中心付近に金属の励振電極があり、当該励振電極表面はある程度光を散乱するので、これを利用してレーザー光による段差測定も可能であるが、自由端とパッケージ側面との段差を直接計ることができないことが問題であった。
特開２００３−８３２１号 特開平５−８３０６５号

本発明は、上記従来の問題点に着目し、水晶基板からなる圧電振動片の実装検査において、圧電振動片の自由端とパッケージ側面との間でパッケージ底面から見た高さ方向の段差をレーザ光により正確に測定できる実装検査方法、および前記実装検査にかかる圧電振動片を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る水晶基板からなる圧電振動片の検査方法は、圧電振動片の自由端にレーザ光散乱用のダミーパターンを予め形成し、前記圧電振動片をパッケージに実装した後、前記圧電振動片の自由端とパッケージ側面とのパッケージ底部から見た高さ方向の段差についてレーザ式変位センサを用いて測定することを特徴としている。前記自由端にダミーパターンを形成することで、段差測定用のレーザ光を散乱させることができ、センサ方向に一部反射されるレーザ光をレーザ式変位センサが検出することにより、前記自由端とパッケージ側面とのパッケージ底部から見た高さ方向の段差を正確に測定することができる。

また、本発明に係るダミーパターンは励振電極と同一プロセスで形成することを特徴としている。これにより、ダミーパターンは励振電極膜と同一構造であり、ダミーパターン用の追加工程を必要とせず形成することができ、作業負担が新たに生じることはなく、コストアップすることもない。

また、本発明に係るダミーパターンは励振電極と離間して形成することを特徴としている。これにより、ダミーパターンは励振電極と電気的に絶縁することができ、仮に自由端すなわちダミーパターンがリッドに当接しても励振電極のショートを回避することができる。

以下に、本発明に係る水晶基板からなる圧電振動片の実装検査方法、および実装検査にかかる圧電振動片に係る最良の実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。

図１はパッケージに実装されたＡＴカット水晶基板からなる圧電振動片のレーザ式変位センサによる実装検査測定の模式図であり、圧電振動片１０、電極マウント１２、パッケージ底部１４、パッケージ側面リング１６、レーザ式変位センサ１８により構成されている。圧電振動片１０は透明且つ平坦な矩形のＡＴカット水晶基板に電極パターンが形成されたものであり、導電性接着剤により電極マウント１２に接着され、電極マウント１２によりパッケージ底部１４表面と接着面にて片持ちで保持され、長手方向他端である自由端はパッケージ底部１４から見た高さ方向からみて接着面たる固定端よりやや高くなっている。また電極マウント１２はパッケージ底部１４表面に接着している。またパッケージ側面リング１６はパッケージ底部１４表面に圧電振動片１０を囲むように接着している。一方、レーザ式変位センサ１８はパッケージ底部１４から見た高さ方向上に配設されレーザ光２０をパッケージ底部１４表面方向に照射できるような構造をしている。これにより、レーザ式変位センサ１８は圧電振動片１０の自由端のやや手前の位置からレーザを照射し変位を測定しつつパッケージ側面リング１６の位置まで、パッケージ底部１４に対して距離を一定に保ちつつ平行移動し、レーザ光２０をスイープする。すると始めは圧電振動片１０にレーザ光２０が照射されるが、自由端を過ぎた直後にレーザ光２０はパッケージ底部１４表面に照射され、その後パッケージ側面リング１６の内側末端にレーザ光２０が照射される。この平行移動中の照射対象の変化による変位差を測定することにより、圧電振動片１０の自由端とパッケージ側面リング１６との段差を測定することができる。ただし、圧電振動片１０の自由端は鏡面研磨されており、レーザ式変位センサ１８がレーザ光を照射しても圧電振動片１０表面で散乱されず、センサ方向に反射されるレーザ光を検出できないため、圧電振動片１０の電極パターンを以下のようにする必要がある。

図２は実施例１乃至３の電極パターンの模式図であり、図２（１）は実施例１に係る電極パターンの模式図である。
電極パターンは、矩形励振電極２２、ガイド電極２４、ダミーパターン２６から構成される。矩形励振電極２２は圧電振動片１０と長手方向（ｘ方向）を同一にして中央に形成される。矩形励振電極２２は圧電振動片１０に厚み滑り振動を励振し、圧電振動片１０から発振電流を抽出するものである。なお、電極材料はＡｕ、Ａｇ等が用いられ、下地にはＣｒ、Ｎｉ等が用いられる。ガイド電極２４は圧電振動片１０固定端の角の部分に形成され、矩形励振電極２２と接続され、矩形励振電極２２から得られた発振電流を外部に伝達するものである。ダミーパターン２６は圧電振動片１０の自由端に形成され、圧電振動片１０の自由端の幅方向（ｚ方向）に帯状に形成されている。なお、圧電振動片１０の裏面にも同様の電極パターンを形成してもよい。このときレーザ光２０のスイープは圧電振動片１０のｘ方向に行なわれる。すなわち、圧電振動片１０の自由端近傍からパッケージ側面リングへスイープが行われる。そして自由端においてダミーパターン２６が形成されているため、レーザ式変位センサ１８から発せられたレーザ光２０はダミーパターン２６で散乱され、センサ方向に一部反射されたレーザ光はレーザ式変位センサ１８により検出することができ、圧電振動片１０の自由端とパッケージ側面リング１６との段差を正確に測定することができる。また図２（１）におけるダミーパターンはｚ方向に長辺を有するため、スイープ位置を厳密に特定することなく容易に段差測定を行うことができる。

ただしこの場合はｚ方向にレーザ光２０によるスイープを行っても、圧電振動片１０のｚ方向末端の段差測定を行うことはできないため、圧電振動片１０がパッケージ底部１４に対してｚ方向に傾いていても、図示しないリッド２８と当接することになる製品を検出できない問題が発生する。よって次の図２（２）の実施例により上記問題を解決することにする。

図２（２）は実施例２の電極パターンである。
図２（２）において、ダミーパターン２６以外の構成は上述の図２（１）と同様である。矩形形状を有した２つのダミーパターン２６は、前記自由端の幅方向に分離して形成され、一方を圧電振動片１０自由端の角に他方を圧電振動片１０自由端のもう一つの角に、ちょうど圧電振動片１０自由端の角をダミーパターン２６が埋めるように形成されている。これらのダミーパターン２６によりｘ方向のスイープ位置の特定は図２（１）の場合に比べてやや困難となるが、ｘ方向の段差測定のみならず、ｚ方向末端の段差測定をすることができ、圧電振動片１０がパッケージ底部１４に対していかなる角度方向にずれていても、図示しないリッド２８と当接することになる製品を検出することができる。一方、ＡＴカット振動子が駆動しているときは、厚み滑り振動に係る波動エネルギーがｘ軸方向に延びた楕円状に分布するため、図２（１）、図２（２）のダミーパターン２６においては厚み滑り運動の分布領域とダミーパターン２６の矩形励振電極２２と近い部分が干渉し、デバイス全体に悪影響を及ぼすおそれがある。よってこれを回避するため、次の図２（３）の実施例を用いることができる。

図２（３）は実施例３の電極パターンである。
図２（３）において、ダミーパターン２６以外の構成は上述の図２（１）と同様である。逆Ｌ字型ダミーパターン２６ａを＋ｚ側に、Ｌ字型ダミーパターン２６ｂを−ｚ側に形成し、両者は前記自由端の幅方向に分離して形成され、ちょうど圧電振動片１０の自由端の角をダミーパターン２６が埋めるように形成されている。

これらのダミーパターン２６によりｘ方向の段差測定およびｚ方向末端の段差測定をすることができるのみならず、ＡＴカット振動子が駆動しているときでも、厚み滑り振動の分布領域とダミーパターン２６とが干渉することを回避することができる。

図２（１）、図２（２）、図２（３）いずれのダミーパターン２６の構成においても、ダミーパターン２６を矩形励振電極２２と同一プロセスにより形成することができる。これによりダミーパターン２６は矩形励振電極２２膜と同一構造であり、追加工程を必要とせず形成することができ、作業負担が新たに生じることはなく、コストアップすることもない。なお、ダミーパターン２６の生成を矩形励振電極２２の下地金属薄膜生成の段階で止めた場合であっても、下地金属薄膜のＣｒ、Ｎｉ等は充分にレーザ光２０を散乱するので、これを利用してレーザ式変位センサ１８による段差測定が行うことができる。

また、いずれのダミーパターン２６の構成においても、矩形励振電極２２と離間して形成することができる。これによりダミーパターン２６は矩形励振電極２２と電気的に絶縁することができ、仮に自由端すなわちダミーパターン２６が図示しないリッド２８に当接しても矩形励振電極２２のショートを回避することができる。

本実施例は、実装検査に係る圧電振動片がＡＴカットされた水晶基板からなるものについて述べているが、カット角については本発明の本質的な部分ではない。したがって本発明はＡＴカット水晶基板からなる圧電振動片に限定されることはなく、これ以外のカット、例えばＢＴ、ＣＴ、ＤＴ、ＧＴ、ＮＴ、ＳＴ、ＳＣ、＋２°Ｘ、＋５°Ｘ、Ｚ等のカットによる水晶基板からなる圧電振動片の実装検査にも適用できる。

ＡＴカット水晶基板からなる圧電振動片の実装検査測定の模式図である。 実施例１乃至３の電極パターンの模式図である。

符号の説明

１０………圧電振動片、１２………電極マウント、１４………パッケージ底部、１６………パッケージ側面リング、１８………レーザ式変位センサ、２０………レーザ光、２２………矩形励振電極、２４………ガイド電極、２６………ダミーパターン、２６ａ………逆Ｌ字型ダミーパターン、２６ｂ………Ｌ字型ダミーパターン、２８………リッド。

Claims (8)

1. 水晶基板からなる圧電振動片の自由端に予めレーザ光反射用のダミーパターンを形成しておき、前記圧電振動片をパッケージに片持ち状態で実装した後、レーザ式変位センサを用いて前記圧電振動片のレーザ光反射用のダミーパターンにレーザ光を照射して高さ測定をなすようにしたことを特徴とする圧電振動片の実装検査方法。
2. 前記ダミーパターンは励振電極を圧電振動片に形成する際に同一プロセスで形成されることを特徴とする請求項１記載の圧電振動片の実装検査方法。
3. 前記ダミーパターンは励振電極と離間して形成されることを特徴とする請求項１または２記載の圧電振動子の実装検査方法。
4. パッケージに片持ち状態で実装される圧電振動子の自由端に、励振電極と離間して形成されたレーザ光反射用のダミーパターンを有してなることを特徴とする圧電振動片。
5. 前記ダミーパターンは、前記自由端の幅方向に帯状に形成してなることを特徴とする請求項４記載の圧電振動片。
6. 前記ダミーパターンは、前記自由端の幅方向に分離して形成されてなることを特徴とする請求項４記載の圧電振動片。
7. 前記ダミーパターンは、金属薄膜により形成されていることを特徴とする請求項４記載の圧電振動片。
8. 前記ダミーパターンは、励振電極膜と同一構造とされていることを特徴とする請求項４記載の圧電振動片。

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