JP2009194629A - 圧電振動片の製造方法、圧電振動片、ウエハ、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧電板11と、一対の励振電極12、13と、一対のマウント電極15、16と、を有する圧電振動片を、ウエハSを利用して製造する方法であって、ウエハにフレーム部S1を形成すると共に、該フレーム部に複数の圧電板が連結部11aを介して連結されるように形成する外形形成工程と、複数の圧電板に一対の励振電極及び一対のマウント電極をそれぞれ形成すると共に、連結部を通じて複数の一方のマウント電極15にそれぞれ電気的に接続された共通電極S2をフレーム部上に形成する電極形成工程と、共通電極と他方のマウント電極16との間に駆動電圧を印加して、圧電板の周波数を調整する周波数調整工程と、複数の圧電板を小片化する切断工程と、を備える圧電振動片の製造方法を提供すること。
【選択図】 図11
Description
具体的には、図22に示すように、圧電材料の原石を切断してウエハSにした後、該ウエハSを所定の厚みまで研磨加工する。そして、研磨加工されたウエハSを洗浄、乾燥させた後、フォトリソ技術によりエッチング加工して圧電板212の外形を形成すると共に、所定の金属膜をパターニングして各電極及び重り金属膜215を形成する。その後、それぞれの圧電板212をウエハSから切断して小片化することで、1枚のウエハSから一度に複数の圧電振動片201を作製することができる。
始めに、圧電板の周波数調整を行うためには、一対のマウント電極の両方に周波数調整機の端子をコンタクトさせる必要がある。つまり、圧電板1つに対して2つ端子をコンタクトさせる必要がある。ところが、一対のマウント電極は、幅が数百μm程度の大きさの圧電板の外表面上に並列に並んだ状態で形成されている。そのため、コンタクトを正確に行うためには、2つの端子をできるだけ近接させたうえ、一対のマウント電極に対して位置合わせする必要がある。よって、端子の制御が難しく、慎重にやらざるを得ない。そのため、周波数調整に時間がかかってしまい、効率の良い作業を行えなかった。
しかも、近年では圧電振動片のサイズが小型化されており、一対のマウント電極の間隔も狭くなっている。そのため、上述した問題が顕著になってきた。
加えて、上述したように圧電振動片のサイズの小型化を狙った場合には、隣接する圧電板間の間隔がより狭くなってしまう。そのため、複数の圧電板に対してそれぞれ2つの端子をコンタクトさせること自体が厳しい状況になってきている。
更に、周波数調整機の端子が増加するにつれて、端子のメンテナンスに費やす工数が必要となってしまう。そのため、周波数測定を複数の圧電板に対して同時に行うことで、周波数調整作業を効率良く行えるが、その反面、メンテナンス性の悪化を招いてしまうものであった。
更に上記圧電振動片を有する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供することである。
本発明に係る圧電振動片の製造方法は、圧電板と、該圧電板の外表面上に形成され、所定の駆動電圧が印加されたときに圧電板を振動させる一対の励振電極と、圧電板の基端側に形成され、一対の励振電極にそれぞれ電気的に接続された一対のマウント電極と、を有する圧電振動片を、圧電材料からなるウエハを利用して一度に複数製造する方法であって、前記ウエハをフォトリソ技術によってエッチングしてフレーム部を形成すると共に、該フレーム部に複数の前記圧電板が基端側をフレーム部に向けた状態で連結部を介して片持ち状に連結されるように形成する外形形成工程と、前記ウエハに電極膜をパターニングして、前記複数の圧電板に対して前記一対の励振電極及び前記一対のマウント電極をそれぞれ形成すると共に、前記連結部を通じて複数の一方のマウント電極にそれぞれ電気的に接続された共通電極を前記フレーム部上に形成する電極形成工程と、前記共通電極と他方のマウント電極との間に前記駆動電圧を印加して、前記圧電板を振動させながら圧電板の周波数を調整する周波数調整工程と、前記連結部を切断して、複数の圧電板を小片化する切断工程と、を備えることを特徴とするものである。
また、仮に更なる小型化を図ることによって、一対のマウント電極の間隔が狭くなった場合であっても、端子を2つ近接させる必要がないので、上述した効果を引き続き奏することができる。よって、圧電振動片のサイズに影響されずに周波数調整を確実に行うことができる。
これに対して、共通電極を利用するので、共通電極と、各圧電板の他方のマウント電極とに端子をコンタクトさせれば良い。そのため、端子の数は、振動させる圧電板の数の2倍の数ではなく、振動させる圧電板の数と共通電極用の1つを合わせた数だけでよい。従って、従来に比べて端子の数を大幅に減らすことができ、コストダウンを図ることができる。更に、端子の数を大幅に減らすことができるうえ、1つの圧電板に1つの端子をコンタクトさせれば良いので、やはり端子の制御が容易になる。従って、複数同時に周波数調整を行う場合であっても、周波数調整を容易に且つ正確に行うことができる。
加えて、端子の数を大幅に減らすことができるので、端子のメンテナンスに費やす工数を削減することができる。これにより、メンテナンス性の向上化を図ることができる。
そして、上述した方法によって圧電板の周波数が調整されたウエハの連結部を切断して、複数の圧電板を小片化することで、圧電振動片を一度に複数製造することができる。この圧電振動片においては、高品質化及び低コスト化が図ることができる。
また、本発明に係る圧電振動片によれば、上述した圧電振動片の製造方法によって製造され、周波数調整が容易且つ正確に、しかも効率良く行われるので高品質化及び低コスト化を図ることができる。
また、本発明に係るウエハによれば、上述した圧電振動片を一度に効率良く製造することができ、低コスト化を図ることができる。
また、本発明に係る圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動片を備えているので、高品質化及び低コスト化を図ることができる。
本実施形態の圧電振動子1は、図1から図3に示すように、圧電振動片2と、該圧電振動片2を内部に収納するケース3と、圧電振動片2をケース3内に密閉させる気密端子であるプラグ4と、を備えている。
この圧電振動片2は、平行に配置された一対の振動腕部8、9と、該一対の振動腕部8、9の基端側を一体的に固定する基部10と、を有する圧電板11と、一対の振動腕部8、9の外表面上に形成されて一対の振動腕部8、9を振動させる第1の励振電極12と第2の励振電極13とからなる一対の励振電極14と、第1の励振電極12及び第2の励振電極13に電気的に接続されたマウント電極15、16とを有している。
そして圧電振動片2は、このマウント電極15、16を介して電圧が印加されるようになっている。
ステム30は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填材32の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、リード端子31の表面及びステム30の外周には、それぞれ同材料の図示しないメッキが施されている。
リード端子31の直径は例えば約0.12mmであり、リード端子31の母材の材質としては、コバール(FeNiCo合金)が慣用されている。また、リード端子31の外表面及びステム30の外周に被膜させるメッキの材質としては、下地膜としてはCuが用いられ、仕上膜としては、耐熱ハンダメッキ(錫と鉛の合金で、その重量比が1:9)や、銀(Ag)や錫銅合金(SnCu)や金錫合金(AuSn)等が用いられる。
また、ステム30の外周に被膜された金属膜(メッキ層)を介在させながらケース3の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース3の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。
具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハSとする。続いて、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハSとする(S10)。
次いで、ステム30内に、リード端子31及び充填材32をそれぞれセットするセット工程を行う(S72)。まず、作製したステム30を、図示しない専用の治具にセットした後、予めリング状に焼結された充填材32をステム30の内部にセットすると共に、充填材32を貫通するようにリード端子31をセットする。
このように、下地膜及び仕上膜からなる金属膜を被膜させることで、インナーリード31aと圧電振動片2との接続を可能にすることができる。また、圧電振動片2の接続だけでなく、ステム30の外周に被膜された金属膜が柔らかく弾性変形する特性を有しているので、ステム30とケース3との冷間圧接を可能にすることができ、気密接合を行うことができる。
なお、バンプ接続する際に、加熱・加圧を行ってマウントしたが、超音波を利用してバンプ接続を行っても構わない。
なお、この工程を行う前に、圧電振動片2、ケース3及びプラグ4を十分に加熱して、表面吸着水分等を脱離させておくことが好ましい。
スクリーニング終了後、内部の電気特性検査を行う(S160)。即ち、圧電振動片2の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性(共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性)等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子1の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。この結果、図1に示す圧電振動子1を製造することができる。
これに対して、共通電極S2を利用するので、共通電極S2と、各圧電板11の他方のマウント電極16とに端子をコンタクトさせれば良い。そのため、端子の数は、振動させる圧電板11の数の2倍の数ではなく、振動させる圧電板11の数と共通電極S2用の1つを合わせた数だけでよい。従って、従来に比べて端子の数を大幅に減らすことができ、コストダウンを図ることができる。更に、端子の数を大幅に減らすことができるうえ、1つの圧電板11に1つの端子をコンタクトさせれば良いので、やはり端子の制御が容易になる。従って、複数同時に周波数調整を行う場合であっても、周波数調整を容易に且つ正確に行うことができる。
加えて、端子の数を大幅に減らすことができるので、端子のメンテナンスに費やす工数を削減することができる。これにより、メンテナンス性の向上化を図ることができる。
例えば、図12に示すように、厚み滑り振動片(圧電振動片)71を有する厚み滑り振動子(圧電振動子)70であっても構わない。厚み滑り振動片71は、ウエハSから一定の厚みで板状に形成された圧電板72と、励振電極73、引き出し電極74、マウント電極75とを備えている。圧電板72は、例えば、外形が矩形状に形成されており、両面の略中央部分に励振電極73が対向するように形成されている。圧電板72の端部には、引き出し電極74を介して励振電極73に電気的に接続されたマウント電極75が形成されている。なお、マウント電極75は、一方の励振電極73に接続されたものと、他方の励振電極73に接続されたものとが、圧電板72の両面にそれぞれ形成されている。この際、圧電板72の一方の面に形成されたマウント電極75は、他方の面に形成されたマウント電極75に対して、圧電板72の側面上に形成された側面電極76を介して電気的に接続されている。
この圧電振動子80は、内部に凹部81aが形成されたベース81と、該ベース81の凹部81a内に収容される圧電振動片2と、圧電振動片2を収容した状態でベース81に固定されるリッド82と、を備えている。
また、ベース81は、蓋となるリッド82により、真空中で電子ビーム溶接や真空シーム溶接、或いは、低融点ガラスや共晶金属による接合等の各種手段を用いて真空気密封止されている。これにより、圧電振動片2は、内部に気密封止されている。即ち、ベース81及びリッド82は、圧電振動片2を気密封止する封止部材84として機能する。
この表面実装型振動子90は、図15及び図16に示すように、圧電振動子1と、該圧電振動子1を所定の形状で固定するモールド樹脂部91と、一端側がアウターリード31bに電気的に接続されると共に、他端側がモールド樹脂部91の底面に露出して外部に電気的に接続される外部接続端子92と、を備えている。この外部接続端子92は、銅等の金属材料で断面コ形に形成されている。このように圧電振動子1をモールド樹脂部91で固めることで、回路基板等に安定して取り付けることができるので、より使用し易く、使い易さが向上する。特に、圧電振動子1は高品質化及び低コスト化されているので、表面実装型振動子90自体に関しても高品質化及び低コスト化を図ることができる。
本実施形態の発振器100は、図17に示すように、圧電振動子1を、集積回路101に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上記集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
本実施形態の電波時計130は、図19に示すように、フィルタ部131に電気的に接続された圧電振動子1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
アンテナ132は、40kHz若しくは60kHzの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHz若しくは60kHzの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ133によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部131によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子1は、上記搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部138、139をそれぞれ備えている。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部138、139は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
2 圧電振動片
11、72 圧電板
11a 連結部
12、13、73 励振電極
14 一対の励振電極
15 一方のマウント電極
16 他方のマウント電極
70 厚み滑り振動子(圧電振動子)
71 厚み滑り振動片(圧電振動片)
75 マウント電極
90 表面実装型振動子(圧電振動子)
100 発振器
101 発振器の集積回路
110 携帯情報機器(電子機器)
113 電子機器の計時部
130 電波時計
131 電波時計のフィルタ部
S ウエハ
S1 フレーム部
S2 共通電極
Claims (8)
- 圧電板と、該圧電板の外表面上に形成され、所定の駆動電圧が印加されたときに圧電板を振動させる一対の励振電極と、圧電板の基端側に形成され、一対の励振電極にそれぞれ電気的に接続された一対のマウント電極と、を有する圧電振動片を、圧電材料からなるウエハを利用して一度に複数製造する方法であって、
前記ウエハをフォトリソ技術によってエッチングしてフレーム部を形成すると共に、該フレーム部に複数の前記圧電板が基端側をフレーム部に向けた状態で連結部を介して片持ち状に連結されるように形成する外形形成工程と、
前記ウエハに電極膜をパターニングして、前記複数の圧電板に対して前記一対の励振電極及び前記一対のマウント電極をそれぞれ形成すると共に、前記連結部を通じて複数の一方のマウント電極にそれぞれ電気的に接続された共通電極を前記フレーム部上に形成する電極形成工程と、
前記共通電極と他方のマウント電極との間に前記駆動電圧を印加して、前記圧電板を振動させながら圧電板の周波数を調整する周波数調整工程と、
前記連結部を切断して、複数の圧電板を小片化する切断工程と、
を備えることを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 請求項1に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記周波数調整工程の際、前記共通電極と複数の前記他方のマウント電極との間に前記駆動電圧を印加して、前記圧電板を複数同時に振動させながら圧電板の周波数を調整すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 連結部を介してウエハに片持ち状に連結された状態から、連結部が切断されることで製造された圧電振動片であって、
基端側が前記連結部に連結されていた圧電板と、
該圧電板の外表面上に形成され、所定の駆動電圧が印加されたときに圧電板を振動させる一対の励振電極と、
前記圧電板の基端側に形成され、前記一対の励振電極にそれぞれ電気的に接続された一対のマウント電極と、を備え、
前記一対のマウント電極のうち一方のマウント電極は、前記圧電板の基端側の縁端に接するように形成され、前記切断前の時点で前記連結部まで延出していたこと、
を特徴とする圧電振動片。 - 圧電板と、該圧電板の外表面上に形成され、所定の駆動電圧が印加されたときに圧電板を振動させる一対の励振電極と、圧電板の基端側に形成され、一対の励振電極にそれぞれ電気的に接続された一対のマウント電極と、を有する圧電振動片が、複数連結されたウエハであって、
前記圧電振動片の前記圧電板が、基端側を向けた状態で、連結部を介して片持ち状に連結されたフレーム部と、
該フレーム部上に、前記連結部を通じて複数の前記圧電振動片の一方のマウント電極にそれぞれ電気的に接続されるように形成された共通電極と、
を備えることを特徴とするウエハ。 - 請求項3に記載の圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
- 請求項5に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
- 請求項5に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
- 請求項5に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。
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