JP2011160351A - 圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電振動片4を収容するパッケージと、圧電振動片4の基部12をパッケージに実装するバンプと、を備えた圧電振動子1であって、前記バンプは、基部12の幅方向Wに並んで基部12に接合される複数の主バンプB1と、基部12の幅方向Wにおいて両端に配置された主バンプB1との間で、なおかつ基部12の長手方向Xにおいて主バンプB1と振動腕部10,11の基端部との間の領域で、基部12に接合される補助バンプB2と、を有していることを特徴とする
【選択図】図4
Description
本発明によれば、複数の主バンプおよび補助バンプにより圧電振動片の基部をパッケージに接合しているので、圧電振動片の実装強度を向上することができる。また、補助バンプは、基部の幅方向において両端に配置された主バンプの間の領域で、なおかつ基部の長手方向において主バンプと振動腕部の基端部との間の領域で基部に接合されている。この領域は、非特許文献1に記載されている振動の節点の近傍であり、圧電振動片の振動が小さい。このように、振動が小さい振動の節点近傍の領域で補助バンプを基部に接合しているので、補助バンプを介して圧電振動片の振動が外部に漏洩しにくくなる。これにより、圧電振動子の振動漏れを抑制することができる。したがって、圧電振動片の実装強度を確保しつつ、圧電振動子の振動漏れを抑制することができる。
本発明によれば、補助バンプが基部の幅方向の略中央に配置されているので、より振動の節点に近い位置に補助バンプが配置されている。したがって、圧電振動片の実装強度を確保しつつ、圧電振動子の振動漏れをさらに抑制することができる。
非特許文献1に記載されているとおり、基部の先端から基端側に向かって振動腕部の腕幅の半分に相当する距離だけ離れた位置は、圧電振動片の振動の節点に該当する。本発明によれば、振動の節点に補助バンプが配置されているので、補助バンプを介して圧電振動片の振動が外部に漏洩しにくくなる。したがって、圧電振動片の実装強度を確保しつつ、圧電振動子の振動漏れをさらに抑制することができる。
本発明によれば、基部の幅方向の側面に凹部を形成することにより、振動腕部の振動が凹部よりも基端側に伝わりにくくなる。また、凹部は、長手方向において主バンプと補助バンプとの間に配置されているので、圧電振動片の振動が主バンプに伝わりにくくなる。その結果、主バンプを介して圧電振動片の振動が外部に漏洩しにくくなる。したがって、圧電振動片の実装強度を確保しつつ、圧電振動子の振動漏れをさらに抑制することができる。
本発明の電子機器は、上述した圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電波時計は、上述した圧電振動子が、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。
なお、以下の説明では、ベース基板におけるリッド基板との接合面を上面Uとし、その反対面を下面Lとして説明する。
また、圧電振動子の長手方向を長手方向Xとし、振動腕部の基端側を+X方向とし、振動腕部の先端側を−X方向として説明する。また、圧電振動片の幅方向を幅方向Wとして説明する。
図2は圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。
図3は図2のA−A線における断面図である。
図4は図1に示す圧電振動子の分解斜視図である。なお、図4においては、図面を見易くするために後述する励振電極15、引き出し電極19,20、主マウント電極16,17、補助マウント電極25および重り金属膜21の図示を省略している。
図1から図4に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、ベース基板2およびリッド基板3が接合膜35を介して陽極接合されたパッケージ9と、パッケージ9のキャビティCに収納された圧電振動片4と、を備えた表面実装型の圧電振動子1である。
図5は圧電振動片の平面図である。
図6は圧電振動片の底面図である。
図7は図5のB−B線における断面図である。
なお、図5から図7において、圧電振動片4の実装面を下面Qとし、その反対面を上面Pとする。
以下に、圧電振動片4について図面を参照して説明する。
図5から図7に示すように、圧電振動片4は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
基部12は、図5および図6に示すように、振動腕部10,11に隣接し、振動腕部10,11の基端部を支持している。基部12の幅方向Wの両側面43,44には、一対の凹部41,42が形成されている。本実施形態では、凹部41,42を挟んで+X方向の基部12の幅は、凹部41,42を挟んで−X方向の基部12の幅よりも広く形成されている。
基部12の上面Pおよび下面Qの両方には、一対の主マウント電極16,17、および一対の引き出し電極19,20が形成されている。主マウント電極16,17は、引き出し電極19,20を介して励振電極13,14にそれぞれ電気的に接続されている。したがって、一対の主マウント電極16,17および一対の引き出し電極19,20を介して、一対の励振電極13,14に電圧が印加されるようになっている。さらに、基部12の上面Pおよび下面Qの両方には、主マウント電極16,17および引き出し電極19,20の他に、補助マウント電極25が形成されている。上面Pおよび下面Qの両方に主マウント電極16,17および補助マウント電極25を形成することにより、実装時に圧電振動片4の表裏を区別する必要がなくなるので、圧電振動片4の誤組を防止することができる。なお、本実施形態の補助マウント電極25は、平面視で略矩形状に形成されているが、例えば、円形状でもよい。
図1、図3および図4に示すように、リッド基板3は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる陽極接合可能な基板であり、略板状に形成されている。リッド基板3におけるベース基板2との接合面側には、圧電振動片4を収容するキャビティ用凹部3aが形成されている。このキャビティ用凹部3aは、両基板2、3が重ね合わされたときに、圧電振動片4を収容するキャビティCとなる。
本実施形態では、筒体6は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体6は、両端が平坦で且つベース基板2と略同じ厚みに形成されている。筒体6の中心には、導電部材7が筒体6を貫通するように配されている。そして、筒体6は、導電部材7および貫通孔30に対して強固に固着している。
図2から図4に示すように、ベース基板2の上面U側には、一対の引き回し電極36,37が形成されている。さらに、ベース基板2の上面U側には、引き回し電極36,37と離間した補助電極34が形成されている。また、引き回し電極36,37および補助電極34は、導電性が高くかつ耐腐食性が高い材質で形成される。本実施形態では、下地層としてCrを成膜し、その上に仕上層としてAuを成膜することにより引き回し電極36,37および補助電極34を形成している。ガラス系基板との接着性が高いCrを下地層とすることにより、引き回し電極36,37および補助電極34は、ガラス系材料からなるベース基板用ウエハ40の上面Uに強固に接着している。引き回し電極36,37および補助電極34を同じ構造とすることにより、引き回し電極36,37および補助電極34を同時に形成することができる。さらに、後述する電極パターン形成工程でワイヤボンダによりバンプを形成する際に、引き回し電極36,37に主バンプを形成するのと同じ条件で、補助電極34に補助バンプを形成することができる。
上述した一対の引き回し電極36,37上に、一対の主バンプB1が形成されている。
また、補助電極34上に補助バンプB2が形成されている。主バンプB1および補助バンプB2は、金材料により先細り状に形成されている。
次に、上述した圧電振動子の製造方法を、フローチャートを参照しながら説明する。
図8は本実施形態の圧電振動子の製造方法のフローチャートである。
図9は、ウエハ体の分解斜視図である。なお、図9に示す点線は、後に行う切断工程で切断する切断線Mを図示している。
本実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、主に、圧電振動片作製工程S10と、リッド基板用ウエハ作製工程S20と、ベース基板用ウエハ作製工程S30と、組立工程(S50以降)を有している。そのうち、圧電振動片作製工程S10、リッド基板用ウエハ作製工程S20およびベース基板用ウエハ作製工程S30は、並行して実施することが可能である。
圧電振動片作製工程S10では、図5から図7に示す圧電振動片4を作製する。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、その後ポリッシュなどの鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハとする。続いて、ウエハに洗浄などの適切な処理を施した後、該ウエハをフォトリソグラフィ技術によって圧電振動片4の外形形状にパターニングするとともに、金属膜の成膜およびパターニングを行って、励振電極15、引き出し電極19,20、主マウント電極16,17および重り金属膜21を形成する。これにより、複数の圧電振動片4を作製することができる。次に、圧電振動片4の共振周波数の粗調を行う。これは、重り金属膜21の粗調膜21aにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、振動腕部10,11の重量を変化させることで行う。
リッド基板用ウエハ作製工程S20では、図9に示すように、後にリッド基板となるリッド基板用ウエハ50を作製する。まず、ソーダ石灰ガラスからなる円板状のリッド基板用ウエハ50を、所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチングなどにより最表面の加工変質層を除去する(S21)。次いで、キャビティ形成工程S22では、リッド基板用ウエハ50におけるベース基板用ウエハ40との接合面に、キャビティ用凹部3aを複数形成する。キャビティ用凹部3aの形成は、加熱プレス成型やエッチング加工などによって行う。次に、接合面研磨工程S23では、ベース基板用ウエハ40との接合面を研磨する。
ベース基板用ウエハ作製工程S30では、図9に示すように、後にベース基板となるベース基板用ウエハ40を作製する。まず、ソーダ石灰ガラスからなる円板状のベース基板用ウエハ40を、所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチングなどにより最表面の加工変質層を除去する(S31)。
次いで、ベース基板用ウエハ40に、一対の貫通電極32を形成する貫通電極形成工程S32を行う。なお、以下には貫通電極32の形成工程を説明するが、貫通電極33の形成工程についても同様である。
次に、図4および図9に示すように、ベース基板用ウエハ40の上面Uに引き回し電極36,37および補助電極34を形成する、電極パターン形成工程S34を行う。本実施形態では、引き回し電極36,37および補助電極34を同一の材料で形成するので、引き回し電極36,37および補助電極34を同時に形成することができる。引き回し電極36,37および補助電極34は、スパッタ法や真空蒸着法等により形成された被膜を、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして形成される。
まず、ワイヤボンダを用いて極細の金ワイヤの先端を溶解し、金ワイヤの先端に金ボールを形成する。続いて、引き回し電極36,37および補助電極34上のバンプ形成位置に金ワイヤの先端の金ボールを接合した後、金ワイヤを引っ張って切断することにより主バンプB1および補助バンプB2を形成する。なお、図9では図面の見易さのため主バンプおよび補助バンプの図示を省略している。この時点で、ベース基板用ウエハ作成工程S30が終了する。
次に、ベース基板用ウエハ40の引き回し電極36,37および補助電極34上に、主バンプB1および補助バンプB2を介して圧電振動片4を接合するマウント工程S50を行う。本実施形態では、フリップチップボンディングにより、圧電振動片4をベース基板用ウエハ40に実装している。
圧電振動片4の実装が終了した後、図9に示すように、ベース基板用ウエハ40に対してリッド基板用ウエハ50を重ね合わせる重ね合わせ工程S60を行う。具体的には、図示しない基準マークなどを指標としながら、両ウエハ40、50を正しい位置にアライメントする。これにより、ベース基板用ウエハ40に実装された圧電振動片4が、リッド基板用ウエハ50のキャビティ用凹部3aとベース基板用ウエハ40とで囲まれるキャビティC内に収容された状態となる。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図10を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器110は、図10に示すように、圧電振動子1を、集積回路111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110は、コンデンサ等の電子素子部品112が実装された基板113を備えている。基板113には、発振器用の前記集積回路111が実装されており、この集積回路111の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片が実装されている。これら電子素子部品112、集積回路111および圧電振動子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111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。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図11を参照して説明する。なお電子機器として、前述した圧電振動子1を有する携帯情報機器120を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器120は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカおよびマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化および軽量化されている。
無線部127は、音声データ等の各種データを、アンテナ135を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部128は、無線部127又は増幅部130から入力された音声信号を符号化および複号化する。増幅部130は、音声処理部128又は音声入出力部131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131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134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132は、例えば、0から9の番号キーおよ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124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136を備えることで、通信部124の機能をより確実に停止することができる。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図12を参照して説明する。
本実施形態の電波時計140は、図12に示すように、フィルタ部141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、前述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
アンテナ142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143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141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、前記搬送周波数と同一の40kHzおよび60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部148、149をそれぞれ備えている。
続いて、波形整形回路145を介してタイムコードが取り出され、CPU146でカウントされる。CPU146では、現在の年や積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、RTC148に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部148、149は、前述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
図13は、基部に3個の主マウント電極を有する圧電振動片の底面図である。
本実施形態では、基部の幅方向に一対の主マウント電極を設け、一対の主マウント電極を一対の主バンプに接合して圧電振動片を基板に実装している。しかし、図13のように、本実施形態の一対の主マウント電極16,17に加えて、さらに主マウント電極26を設け、基部の幅方向Wに複3個の主マウント電極16,17,26を形成してもよい。これにより、3個の主マウント電極を3個の主バンプに接合して圧電振動片を基板に実装することができるので、強固に圧電振動片を実装することができる。ただし、本実施形態と比較して、主バンプの個数が増加するので圧電振動片の振動が外部に漏洩しやすくなる虞がある。したがって、振動もれの抑制という点で本実施形態に優位性がある。
Claims (7)
- 幅方向に並んで配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の長手方向の基端側を一体的に固定する基部と、を備えた圧電振動片と、
前記圧電振動片を収容するパッケージと、
前記圧電振動片の前記基部を前記パッケージに実装するバンプと、
を備えた圧電振動子であって、
前記バンプは、
前記基部の前記幅方向に並んで前記基部に接合される複数の主バンプと、
前記基部の前記幅方向において両端に配置された前記主バンプの間の領域で、なおか つ前記基部の前記長手方向において前記主バンプと前記振動腕部の基端部との間の領域 で、前記基部に接合される補助バンプと、
を有していることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1に記載の圧電振動子であって、
前記補助バンプは、前記基部の前記幅方向の略中央に配置されていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1または2に記載の圧電振動子であって、
前記補助バンプは、前記基部の先端から前記基端側に向かって、前記振動腕部の腕幅の略半分に相当する距離だけ離れた位置に配置されていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電振動子であって、
前記基部の前記幅方向の側面に凹部が形成され、
前記凹部は、前記長手方向において前記主バンプと前記補助バンプとの間に配置されていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1から4のいずれか1項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1から4のいずれか1項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1から4のいずれか1項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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