JP2011160352A - パッケージの製造方法、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
【課題】焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することにより、キャビティ内の気密を維持しつつ導通不良のない貫通電極を形成することができるパッケージの製造方法、およびこの製造方法により製造された圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計を提供する。
【解決手段】平板状の土台部7aと、土台部7aの表面から法線方向に沿って立設される芯材部7bと、を有する導電性の鋲体7の芯材部7bを、貫通孔30に挿入する鋲体配置工程と、貫通孔30の内周面と芯材部7bの外周面との間隙にガラスフリット61を充填して、間隙を封止するガラスフリット充填工程と、貫通孔30内に充填されたガラスフリット61を焼成して硬化させる焼成工程と、を有し、焼成工程は、鋲体7の土台部7aを加熱することにより行うことを特徴とする。
【選択図】図14
【解決手段】平板状の土台部7aと、土台部7aの表面から法線方向に沿って立設される芯材部7bと、を有する導電性の鋲体7の芯材部7bを、貫通孔30に挿入する鋲体配置工程と、貫通孔30の内周面と芯材部7bの外周面との間隙にガラスフリット61を充填して、間隙を封止するガラスフリット充填工程と、貫通孔30内に充填されたガラスフリット61を焼成して硬化させる焼成工程と、を有し、焼成工程は、鋲体7の土台部7aを加熱することにより行うことを特徴とする。
【選択図】図14
Description
この発明は、パッケージの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計に関するものである。
近年、携帯電話や携帯情報端末には、時刻源や制御信号などのタイミング源、リファレンス信号源などとして水晶などを利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その一つとして、2層構造タイプの表面実装型の圧電振動子が知られている。
このタイプの圧電振動子は、第1基板と第2基板とが直接接合されることでパッケージ化された2層構造になっており、両基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が収納されている。このような2層構造タイプの圧電振動子の1つとして、ベース基板に形成された貫通電極により、キャビティの内側に封入された圧電振動片とベース基板の外側に形成された外部電極とを導通させた圧電振動子が知られている(特許文献1参照)。
上述した2層構造タイプの圧電振動子において、貫通電極は、圧電振動片と外部電極とを導通させるとともに、貫通孔を塞いでキャビティ内の気密を維持するという2つの大きな役割を担っている。特に、貫通電極と貫通孔との密着が不十分であると、キャビティ内の気密が損なわれてしまう虞がある。このような不具合をなくすためにも、貫通孔の内周面に強固に密着し貫通孔を完全に塞いだ状態で貫通電極を形成する必要がある。
ところで、特許文献1には、金属からなるピン部材(本発明の鋲体に相当)を導電材料として用いることにより、貫通電極を形成することが記載されている。貫通電極を形成する具体的な方法としては、後にベース基板となるベース基板用ウエハを加熱した後、熱軟化状態にあるうちに、貫通孔に前記ピン部材を打ち込むことが記載されている。
しかし、特許文献1に記載されている、貫通孔にピン部材を打ち込むことにより貫通電極を形成する方法は、ピン部材と貫通孔との間隙を完全に塞ぐのが困難である。したがって、キャビティ内の気密性を確保できない虞がある。
上記の問題を解決するために、導電性の鋲体とガラスフリットとを用いて貫通電極を形成する方法が提案されている。具体的な貫通電極の形成方法としては、まず、平板状の土台部と、土台部の表面から法線方向に沿って立設される芯材部とを有する鋲体を、貫通孔内に挿入した状態で、貫通孔と芯材部との間隙にガラスフリットを充填する。そして、充填したガラスフリットを焼成して貫通孔、芯材部およびガラスフリットを一体化させた後、鋲体の土台部を研磨して除去することにより貫通電極を形成する。
上述した焼成は、ガラスフリットが充填されたベース基板用ウエハを焼成炉に投入し、所定の雰囲気温度下で保持することにより行われる。ガラスフリットを焼成すると、ガラスフリットに含まれる有機成分が燃焼してガラスフリット内部にガスが発生する。このガスは、ガラスフリットの外側の露出部分から外部に放出される。
しかし、上記のように焼成炉に投入して所定の雰囲気温度下で保持して焼成を行う場合、貫通孔内部に充填されたガラスフリットは外側から温度が上昇するため、外側から内部に向かって焼成が進行していく。このとき、焼成完了後の外側のガラスフリットが蓋として作用してしまうため、ガラスフリット内部で発生したガスがガラスフリット外部へ放出されにくくなる。そして、そのままガラスフリットの焼成が完了すると、ガラスフリット内部にガスによる気泡が残留して、ガラスフリット焼成後のガラス内部に空隙が形成される虞がある。そして、この空隙により、貫通孔および芯材部と焼成後のガラスとが密着できず、キャビティ内の気密性が損なわれる虞がある。また、この空隙により、鋲体の土台部を除去して貫通電極を形成したときに、貫通電極表面に凹部が形成される。そして、凹部上に電極膜を成膜すると、凹部の周縁部の膜厚が薄くなって電極膜が断切れを起こし、貫通電極の確実な導通が確保できなくなる虞がある。
そこで本発明は、焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することにより、キャビティ内の気密を維持しつつ導通不良のない貫通電極を形成することができるパッケージの製造方法、およびこの製造方法により製造された圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計の提供を課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明のパッケージの製造方法は、互いに接合された複数の基板の間に形成されたキャビティ内に、電子部品を封入可能なパッケージの製造方法であって、前記複数の基板のうち、第1基板を厚さ方向に貫通し、前記キャビティの内側と前記パッケージの外側とを導通する貫通電極を形成する貫通電極形成工程を備え、前記貫通電極形成工程は、前記第1基板に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、平板状の土台部と、前記土台部の表面から法線方向に沿って立設される芯材部と、を有する導電性の鋲体について、前記芯材部を前記貫通孔に挿入しつつ、前記第1基板の第1面側における前記貫通孔の第1開口部を前記土台部で閉塞する鋲体配置工程と、前記貫通孔の内周面と前記芯材部の外周面との隙間に、前記第1基板の第2面側における前記貫通孔の第2開口部からガラスフリットを充填して、前記隙間を封止するガラスフリット充填工程と、前記貫通孔内に充填された前記ガラスフリットを焼成して硬化させる焼成工程と、を有し、前記焼成工程は、前記鋲体の前記土台部を加熱することにより行うことを特徴とする。
本発明によれば、貫通孔の第1開口部を閉塞しつつ、貫通孔の外側に土台部が配置される。したがって、鋲体の土台部を容易に加熱することができ、貫通孔内に充填されたガラスフリットの焼成を行うことができる。このときガラスフリットは、鋲体の土台部および芯材部周辺の内部から外側に向かって焼成が進行して硬化していく。そして、焼成中のガラスフリットは有機成分の燃焼によりガスを発生するが、焼成前のガラスフリットのガラス粒子は未だ溶融していないので、発生したガスはガラス粒子間の間隙を流通して、ガラスフリットの外側から外部に放出される。これにより、ガラスフリット内部にはガスによる気泡が残留しにくいので、ガラスフリット焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することができる。したがって、貫通孔および芯材部と焼成後のガラスとは空隙が発生することなく良好に密着するので、キャビティ内の気密を維持しつつ、導通不良のない貫通電極を形成することができる。
本発明によれば、貫通孔の第1開口部を閉塞しつつ、貫通孔の外側に土台部が配置される。したがって、鋲体の土台部を容易に加熱することができ、貫通孔内に充填されたガラスフリットの焼成を行うことができる。このときガラスフリットは、鋲体の土台部および芯材部周辺の内部から外側に向かって焼成が進行して硬化していく。そして、焼成中のガラスフリットは有機成分の燃焼によりガスを発生するが、焼成前のガラスフリットのガラス粒子は未だ溶融していないので、発生したガスはガラス粒子間の間隙を流通して、ガラスフリットの外側から外部に放出される。これにより、ガラスフリット内部にはガスによる気泡が残留しにくいので、ガラスフリット焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することができる。したがって、貫通孔および芯材部と焼成後のガラスとは空隙が発生することなく良好に密着するので、キャビティ内の気密を維持しつつ、導通不良のない貫通電極を形成することができる。
また、前記焼成工程は、ホットプレートを前記鋲体の前記土台部に当接させることにより行うことが望ましい。
本発明によれば、鋲体の土台部のみを加熱することができる。また、複数の土台部の表面は同一平面状に配置されるので、複数の土台部の表面にホットプレートを当接させることで、複数の土台部を同時に加熱することができる。また、焼成工程の時間を短縮することができる。
本発明によれば、鋲体の土台部のみを加熱することができる。また、複数の土台部の表面は同一平面状に配置されるので、複数の土台部の表面にホットプレートを当接させることで、複数の土台部を同時に加熱することができる。また、焼成工程の時間を短縮することができる。
また、前記鋲体は、前記ガラスフリットよりも熱伝導率が高い材料により形成されていることが望ましい。
本発明によれば、焼成工程で鋲体の土台部を加熱したときに、鋲体からガラスフリットの順に熱を確実に伝達することができる。これにより、鋲体の土台部および芯材部周辺のガラスフリットの内部から外側に向かって、ガラスフリットを確実に焼成して硬化させることができる。
本発明によれば、焼成工程で鋲体の土台部を加熱したときに、鋲体からガラスフリットの順に熱を確実に伝達することができる。これにより、鋲体の土台部および芯材部周辺のガラスフリットの内部から外側に向かって、ガラスフリットを確実に焼成して硬化させることができる。
また、前記貫通孔は、前記第1面側から前記第2面側にかけて、内形が次第に大きくなるように形成されていることが望ましい。
本発明によれば、第1開口部から第2開口部にかけて貫通孔の内形が次第に大きくなっているので、第1開口部周辺のガラスフリットの内部で発生したガスは、貫通孔の内面において流通を阻害されることなく、ガラスフリットの外部に放出され易くなる。さらに本発明によれば、内形の小さい第1開口部周辺のガラスフリットの内部から、内形の大きい第2開口部周辺の外側に向かって、ガラスフリットの焼成が進行していく。したがって、ガラスフリットの外側が蓋として作用することなく、内部で発生したガスが外部に放出される。また、内形が大きい第2面側の第2開口部からガラスフリットを充填することにより、貫通孔と芯材部との間隙に容易にガラスフリットを充填することができる。
本発明によれば、第1開口部から第2開口部にかけて貫通孔の内形が次第に大きくなっているので、第1開口部周辺のガラスフリットの内部で発生したガスは、貫通孔の内面において流通を阻害されることなく、ガラスフリットの外部に放出され易くなる。さらに本発明によれば、内形の小さい第1開口部周辺のガラスフリットの内部から、内形の大きい第2開口部周辺の外側に向かって、ガラスフリットの焼成が進行していく。したがって、ガラスフリットの外側が蓋として作用することなく、内部で発生したガスが外部に放出される。また、内形が大きい第2面側の第2開口部からガラスフリットを充填することにより、貫通孔と芯材部との間隙に容易にガラスフリットを充填することができる。
また、前記鋲体の前記芯材部は、前記土台部に接続された基端側から先端側にかけて、外形が次第に小さくなるように形成されていることが望ましい。
本発明によれば、土台部周辺のガラスフリットの内部から、第2開口部周辺の外側に向かって、ガラスフリットの焼成が進行していく。したがって、ガラスフリットの外側が蓋として作用することなく、内部で発生したガスが外部に放出される。さらに本発明によれば、芯材部の基端側から先端側にかけて縮径しているので、第1開口部周辺のガラスフリットの内部で発生したガスは、芯材部の外面において流通を阻害されることなく、ガラスフリットの外部に放出され易くなる。また、鋲体配置工程において鋲体を貫通孔内に挿入する際に、鋲体の芯材部は貫通孔の中心に向かって誘導される。これにより、芯材部が貫通孔の周縁部に引っ掛かることがないので、鋲体配置工程を簡単かつ確実に行うことができる。
本発明によれば、土台部周辺のガラスフリットの内部から、第2開口部周辺の外側に向かって、ガラスフリットの焼成が進行していく。したがって、ガラスフリットの外側が蓋として作用することなく、内部で発生したガスが外部に放出される。さらに本発明によれば、芯材部の基端側から先端側にかけて縮径しているので、第1開口部周辺のガラスフリットの内部で発生したガスは、芯材部の外面において流通を阻害されることなく、ガラスフリットの外部に放出され易くなる。また、鋲体配置工程において鋲体を貫通孔内に挿入する際に、鋲体の芯材部は貫通孔の中心に向かって誘導される。これにより、芯材部が貫通孔の周縁部に引っ掛かることがないので、鋲体配置工程を簡単かつ確実に行うことができる。
また、本発明の圧電振動子は、上述したパッケージの製造方法により製造した前記パッケージにおける前記キャビティの内部に、前記電子部品として圧電振動片が封入されていることを特徴とする。
本発明によれば、キャビティ内の気密を維持しつつ貫通電極の確実な導通を確保することができる製造方法で製造されたパッケージの内部に圧電振動子を封入しているので、性能が良好で信頼性に優れた圧電振動子を提供することができる。
本発明によれば、キャビティ内の気密を維持しつつ貫通電極の確実な導通を確保することができる製造方法で製造されたパッケージの内部に圧電振動子を封入しているので、性能が良好で信頼性に優れた圧電振動子を提供することができる。
本発明の発振器は、上述した圧電振動子が、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。
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。
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。
本発明にかかる発振器、電子機器および電波時計によれば、キャビティ内の気密を維持しつつ、貫通電極の確実な導通を確保することができる製造方法で製造された圧電振動子を備えているので、性能が良好で信頼性に優れた発振器、電子機器および電波時計を提供することができる。
本発明によれば、貫通孔の第1開口部を閉塞しつつ、貫通孔の外側に土台部が配置される。したがって、鋲体の土台部を容易に加熱することができ、貫通孔内に充填されたガラスフリットの焼成を行うことができる。このときガラスフリットは、鋲体の土台部および芯材部周辺の内部から外側に向かって焼成が進行して硬化していく。そして、焼成中のガラスフリットは有機成分の燃焼によりガスを発生するが、焼成前のガラスフリットのガラス粒子は未だ溶融していないので、発生したガスはガラス粒子間の間隙を流通して、ガラスフリットの外側から外部に放出される。これにより、ガラスフリット内部にはガスによる気泡が残留しにくいので、ガラスフリット焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することができる。したがって、貫通孔および芯材部と焼成後のガラスとは空隙が発生することなく良好に密着するので、キャビティ内の気密を維持しつつ、導通不良のない貫通電極を形成することができる。
(圧電振動子)
以下、本発明の実施形態に係る圧電振動子を、図面を参照して説明する。
なお、以下において、第1基板をベース基板とし、ベース基板に接合される基板をリッド基板として説明する。さらに、パッケージ(圧電振動子)におけるベース基板のリッド基板との接合面を第1面Uとし、ベース基板の外側の面を第2面Lとして説明する。
図1は本実施形態における圧電振動子の外観斜視図である。
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、マウント電極16,17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。
以下、本発明の実施形態に係る圧電振動子を、図面を参照して説明する。
なお、以下において、第1基板をベース基板とし、ベース基板に接合される基板をリッド基板として説明する。さらに、パッケージ(圧電振動子)におけるベース基板のリッド基板との接合面を第1面Uとし、ベース基板の外側の面を第2面Lとして説明する。
図1は本実施形態における圧電振動子の外観斜視図である。
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、マウント電極16,17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。
(圧電振動片)
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。
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。この圧電振動片4は、平行に配置された一対の振動腕部10,11と、前記一対の振動腕部10,11の基端側を一体的に固定する基部12と、一対の振動腕部10,11の両主面上に形成された溝部18とを備えている。この溝部18は、該振動腕部10,11の長手方向に沿って振動腕部10,11の基端側から略中間付近まで形成されている。
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。
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。この圧電振動片4は、平行に配置された一対の振動腕部10,11と、前記一対の振動腕部10,11の基端側を一体的に固定する基部12と、一対の振動腕部10,11の両主面上に形成された溝部18とを備えている。この溝部18は、該振動腕部10,11の長手方向に沿って振動腕部10,11の基端側から略中間付近まで形成されている。
この圧電振動片4は、一対の振動腕部10,11の外表面上に形成されて一対の振動腕部10,11を振動させる第1の励振電極13および第2の励振電極14からなる励振電極15と、第1の励振電極13および第2の励振電極14に電気的に接続されたマウント電極16,17とを有している。励振電極15、マウント電極16,17および引き出し電極19,20は、例えば、クロム(Cr)やニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)などの導電性材料の被膜により形成されている。
励振電極15は、一対の振動腕部10,11を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極である。励振電極15を構成する第1の励振電極13および第2の励振電極14は、一対の振動腕部10,11の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、第1の励振電極13が、一方の振動腕部10の溝部18上と他方の振動腕部11の両側面上とに主に形成され、第2の励振電極14が、一方の振動腕部10の両側面上と他方の振動腕部11の溝部18上とに主に形成されている。また、第1の励振電極13および第2の励振電極14は、基部12の両主面上において、それぞれ引き出し電極19,20を介してマウント電極16,17に電気的に接続されている。
また、一対の振動腕部10,11の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整(周波数調整)を行うための重り金属膜21が被膜されている。この重り金属膜21は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜21aと、微小に調整する際に使用される微調膜21bとに分かれている。これら粗調膜21aおよび微調膜21bを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部10,11の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。
(パッケージ)
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。
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。
リッド基板3におけるベース基板2との接合面側の全体に、陽極接合用の接合膜35が形成されている。すなわち接合膜35は、キャビティ用凹部3aの内面全体に加えて、キャビティ用凹部3aの周囲の額縁領域に形成されている。本実施形態の接合膜35はSi膜で形成されているが、接合膜35をAlで形成することも可能である。そして後述するように、この接合膜35とベース基板2とが陽極接合され、キャビティCが真空封止されている。
ベース基板2は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる基板であり、図1から図4に示すように、リッド基板3と同等の外形で略板状に形成されている。また、このベース基板2には、ベース基板2を厚さ方向に貫通する一対の貫通孔30,31と、一対の貫通電極32,33とが形成されている。
図2および図3に示すように、貫通孔30,31は、圧電振動子1を形成したときにキャビティC内に収まるように形成される。より詳しく説明すると、本実施形態の貫通孔30,31は、後述するマウント工程で実装される圧電振動片4の基部12側に対応した位置に一方の貫通孔30が形成され、振動腕部10,11の先端側に対応した位置に他方の貫通孔31が形成される。図3に示すように、本実施形態の貫通孔30,31は、第1面U側から第2面L側にかけて、内形が次第に大きくなるように形成されており、貫通孔30,31の中心軸Oを含む断面形状がテーパ状となるように形成されている。なお、テーパ角度は中心軸Oに対して10度から20度程度となるように形成される。また、本実施形態では、貫通孔30,31の中心軸Oに垂直な方向の断面形状は、円形状となるように形成されている。
貫通電極32は、図3に示すように、貫通孔30の内部に配置されたガラスの筒体6および鋲体の芯材部7bによって形成されたものである。
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。そして、筒体6の中心には、芯材部7bが筒体6を貫通するように配されている。
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。そして、筒体6の中心には、芯材部7bが筒体6を貫通するように配されている。
芯材部7bは、後述する研磨工程で鋲体の土台部を研磨することにより形成される。図3に示すように、本実施形態では、芯材部7bは第1面U側から第2面L側にかけて、外形が次第に小さくなるように形成されており、芯材部7bの中心軸を含む断面形状は略テーパ状となっている。芯材部7bのテーパ角度は、芯材部7bの中心軸に対して10度から20度程度となるように形成される。
そして、筒体6は、芯材部7bおよび貫通孔30に対して強固に固着している。
そして、筒体6は、芯材部7bおよび貫通孔30に対して強固に固着している。
筒体6および芯材部7bは、貫通孔30を完全に塞いでキャビティC内の気密を維持しているとともに、後述する引き回し電極36と外部電極38とを導通させる役割を担っている。なお、貫通電極33は貫通電極32と同様に形成される。また、貫通電極33、引き回し電極37および外部電極39の関係についても、前述の貫通電極32、引き回し電極36および外部電極39と同様の関係となっている。
図2から図4に示すように、ベース基板2の第1面U側には、一対の引き回し電極36,37がパターニングされている。一対の引き回し電極36,37のうち、一方の引き回し電極36は、一方の貫通電極32の真上に位置するように形成されている。また、他方の引き回し電極37は、一方の引き回し電極36に隣接した位置から、振動腕部10,11に沿って前記振動腕部10,11の先端側に引き回しされた後、他方の貫通電極33の真上に位置するように形成されている。
そして、これら一対の引き回し電極36,37上にそれぞれバンプBが形成されており、前記バンプBを利用して圧電振動片4の一対のマウント電極が実装されている。これにより、圧電振動片4の一方のマウント電極16が、一方の引き回し電極36を介して一方の貫通電極32に導通し、他方のマウント電極17が、他方の引き回し電極37を介して他方の貫通電極33に導通するようになっている。
またベース基板2の第2面Lには、図1、図3および図4に示すように、一対の外部電極38,39が形成されている。一対の外部電極38,39は、ベース基板2の長手方向の両端部に形成され、一対の貫通電極32,33に対してそれぞれ電気的に接続されている。
このように構成された圧電振動子1を作動させる場合には、ベース基板2に形成された外部電極38,39に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片4の第1の励振電極13および第2の励振電極14からなる励振電極15に電圧を印加することができるので、一対の振動腕部10,11を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部10,11の振動を利用して、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として利用することができる。
(圧電振動子の製造方法)
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。
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)
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、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。
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、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)
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。
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。
次に、接合膜形成工程S24では、ベース基板用ウエハ40との接合面に、図1、図2および図4に示す接合膜35を形成する。接合膜35は、ベース基板用ウエハ40との接合面に加えて、キャビティCの内面全体に形成してもよい。これにより、接合膜35のパターニングが不要になり、製造コストを低減することができる。接合膜35の形成は、スパッタやCVD等の成膜方法によって行うことができる。なお、接合膜形成工程S24の前に接合面研磨工程S23を行っているので、接合膜35の表面の平面度が確保され、ベース基板用ウエハ40との安定した接合を実現することができる。
(ベース基板用ウエハ作製工程)
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)。
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)。
(貫通電極形成工程)
次いで、ベース基板用ウエハ40に、一対の貫通電極32,33を形成する貫通電極形成工程S30Aを行う。以下に、この貫通電極形成工程S30Aについて説明する。なお、以下には貫通電極32の形成工程を例にして説明するが、貫通電極33の形成工程についても同様である。
次いで、ベース基板用ウエハ40に、一対の貫通電極32,33を形成する貫通電極形成工程S30Aを行う。以下に、この貫通電極形成工程S30Aについて説明する。なお、以下には貫通電極32の形成工程を例にして説明するが、貫通電極33の形成工程についても同様である。
図8に示すように、本実施形態の貫通電極形成工程S30Aは、ベース基板用ウエハ40に貫通孔を形成する貫通孔形成工程S32と、後述する鋲体の芯材部を貫通孔に挿入する鋲体配置工程S33とを有している。また、貫通孔の内周面と芯材部の外周面との間隙にガラスフリットを充填して間隙を封止するガラスフリット充填工程S35と、貫通孔内に充填されたガラスフリットを焼成して硬化させる焼成工程S37と、を有している。さらに、ベース基板用ウエハの第1面Uを研磨して土台部を除去するとともに、第2面Lを研磨して芯材部を露出させる研磨工程S39を有している。
(貫通孔形成工程)
図10は貫通孔の説明図である。
貫通電極形成工程S30Aにおいて、ベース基板用ウエハ40に、貫通電極を配するための貫通孔30を形成する貫通孔形成工程S32を行う。貫通孔30は、プレス加工やサンドブラスト法等により形成される。本実施形態では、図10に示すように、ベース基板用ウエハ40の第1面U側から第2面L側にかけて内形が次第に大きくなるように、貫通孔30をプレス加工により成型している。
図10は貫通孔の説明図である。
貫通電極形成工程S30Aにおいて、ベース基板用ウエハ40に、貫通電極を配するための貫通孔30を形成する貫通孔形成工程S32を行う。貫通孔30は、プレス加工やサンドブラスト法等により形成される。本実施形態では、図10に示すように、ベース基板用ウエハ40の第1面U側から第2面L側にかけて内形が次第に大きくなるように、貫通孔30をプレス加工により成型している。
具体的な貫通孔形成工程S32としては、まず、プレス型を加熱しながらベース基板用ウエハ40の第2面Lに押圧する。ここで、プレス型に形成された円錐台状の凸部により、ベース基板用ウエハ40にすり鉢状の凹部が形成される。その後、ベース基板用ウエハ40の第1面Uを研磨して凹部の底面を除去することで、テーパ状の内面を有する貫通孔30が形成される。以上で、貫通孔形成工程S32が終了する。
なお、本実施形態では、中心軸Oに垂直な方向の断面において、貫通孔30の形状が円形状となるように形成しているが、プレス型の凸部の形状を変更することにより、例えば断面形状が矩形状となるように形成することもできる。
なお、本実施形態では、中心軸Oに垂直な方向の断面において、貫通孔30の形状が円形状となるように形成しているが、プレス型の凸部の形状を変更することにより、例えば断面形状が矩形状となるように形成することもできる。
(鋲体および鋲体配置工程)
続いて、貫通孔内に鋲体を挿入する鋲体配置工程S33を行う。
図11は鋲体の説明図であり、図11(a)は斜視図であり、図11(b)は図11(a)のC−C線における断面図である。
図12は鋲体配置工程の説明図であり、図12(a)は配置中の説明図であり、図12(b)は配置後の説明図である。
続いて、貫通孔内に鋲体を挿入する鋲体配置工程S33を行う。
図11は鋲体の説明図であり、図11(a)は斜視図であり、図11(b)は図11(a)のC−C線における断面図である。
図12は鋲体配置工程の説明図であり、図12(a)は配置中の説明図であり、図12(b)は配置後の説明図である。
図11に示す鋲体7は、ステンレスや銀(Ag)、Ni合金、Al等の金属材料により形成された導電性の部材である。特に、鉄(Fe)を58重量パーセント、Niを42重量パーセント含有する合金(42アロイ)で形成することが望ましい。鋲体7は金属材料により形成されるので、ガラスフリットよりも熱伝導率が高い。したがって、後述する焼成工程S37において、鋲体の土台部を加熱したときに、鋲体からガラスフリットの順に熱を確実に伝達することができる。
鋲体7を形成するには、まず、棒状部材を切断する。その後、棒状部材の一端側をプレス加工や鍛造等により成型して土台部7aを形成する。続いて、他端側を切断した後、必要に応じてプレス加工や鍛造等により成型することにより芯材部7bを形成する。このようにして、土台部7aおよび芯材部7bを有する鋲体7を形成する。本実施形態では、図11に示すように、土台部7aは略円盤状に形成されている。また、芯材部7bは土台部7aに接続された基端側から先端側にかけて外形が次第に小さくなるように形成されており、鋲体の中心軸を含む断面は略テーパ状となっている。芯材部7bのテーパ角度は、鋲体7の中心軸に対して10度から20度程度となるように形成される。また、本実施形態では、鋲体7の中心軸に垂直な方向の断面形状は、円形状となるように形成されている。
なお、土台部7aに接続された基端側および先端側を同じ径として、芯材部7bの形状が略円柱状となるように形成することもできる。このとき、前述の棒状部材の他端側を切断するだけで芯材部7bを形成することができる。ただし、本実施形態のように断面略テーパ状の芯材部7bを有することにより、後述する焼成工程S37では、土台部7a周辺の内部のガラスフリットから、第2開口部の外部のガラスフリットに向かって焼成が進行していく。これにより、焼成中に発生したガスは、貫通孔の内面において流通を阻害されることなく、確実にガラスフリットの外部に放出することができる。また、芯材部7bの基端側から先端側にかけて縮径しているので、図12に示すように、第2開口部30Lの開口面積はより大きくなる。したがって、発生したガスはガラスフリットの外部に放出され易くなる。また、後述する鋲体配置工程S33において、貫通孔の周縁部に芯材部7bが引っ掛かることなく、鋲体配置工程S33を簡単かつ確実に行うことができる。
土台部7aの平面視における外形は、芯材部7bの平面視における外形よりも大きく、なおかつ第1開口部の平面視における外形よりも大きく形成されている。そして、図12に示すように、鋲体配置工程S33において、鋲体7は、第1開口部30Uを土台部7aで閉塞しつつ、土台部7aがベース基板用ウエハ40の第1面Uに当接した状態で配置される。
鋲体配置工程S33では、図12に示すように、貫通孔30内に鋲体7の芯材部7bを配置する。具体的には、芯材部7bの中心軸と貫通孔30の中心軸Oとが略一致するように、鋲体7をベース基板用ウエハ40の第1開口部30Uから挿入して、貫通孔30の内部に芯材部7bを配置する。本実施形態の鋲体配置工程S33では、小径の第1開口部30Uから芯材部7bを挿入し、第1開口部30Uを土台部7aで塞いでいる。これにより、後述する焼成工程S37において、大径の第2開口部30Lからガラスフリットの外部にガスが放出されるので、ガスはガラスフリットの外部に放出されやすくなる。したがって、ガラスフリット焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することができる。
鋲体を配置した後、図12(b)に示すように紙テープのラミネート材70を第1面U側に貼付する。これにより、次に述べるガラスフリット充填工程S35以降での鋲体7の脱落やガラスフリットの漏洩を防止することができる。以上で、鋲体配置工程S33が終了する。ラミネート材70を貼付した後、ベース基板用ウエハ40を表裏反転して第2面L側を上面にし、第2面L側からガラスフリットを充填するガラスフリット充填工程を行う。
(ガラスフリット充填工程)
図13は、ガラスフリット充填工程の説明図であり、図13(a)はガラスフリット充填時の説明図であり、図13(b)は仮乾燥後の説明図である。
続いて、貫通孔30と鋲体7の芯材部7bとの間隙にガラスフリット61を充填するガラスフリット充填工程S35を行う。本実施形態のガラスフリット61は、主に粉末状のガラス、有機溶剤およびバインダとなるエチルセルロースで構成されている。なお、ガラスフリット61の粘度は、ガラスと有機溶剤との配合比率により決定される。具体的には、ガラスの配合比率を高くして有機溶剤の配合比率を低くすることにより粘度を高くすることができ、ガラスの配合比率を低くして有機溶剤の配合比率を高くすることにより粘度を低くすることができる。
図13は、ガラスフリット充填工程の説明図であり、図13(a)はガラスフリット充填時の説明図であり、図13(b)は仮乾燥後の説明図である。
続いて、貫通孔30と鋲体7の芯材部7bとの間隙にガラスフリット61を充填するガラスフリット充填工程S35を行う。本実施形態のガラスフリット61は、主に粉末状のガラス、有機溶剤およびバインダとなるエチルセルロースで構成されている。なお、ガラスフリット61の粘度は、ガラスと有機溶剤との配合比率により決定される。具体的には、ガラスの配合比率を高くして有機溶剤の配合比率を低くすることにより粘度を高くすることができ、ガラスの配合比率を低くして有機溶剤の配合比率を高くすることにより粘度を低くすることができる。
ガラスフリット充填工程S35では、まず、貫通孔30内に、前述のガラスフリット61を充填する。本実施形態では、減圧雰囲気下において、貫通孔30と芯材部7bとの間隙にガラスフリット61を充填する。具体的には、まず、ガラスフリットを塗布するための開口部が形成されたメタルマスク(不図示)を第2面Lに配置する。次に、減圧雰囲気下に維持された真空スクリーン印刷機のチャンバー(不図示)内に、メタルマスクを載置した状態で、ベース基板用ウエハ40を搬送しセットする。次に、図13(a)に示すように、ガラスフリット61をベース基板用ウエハ40の第2面L側から塗布する。第2面L側からガラスフリット61を塗布するのは、第2面L側の第2開口部30Lの外形が、第1面U側の第1開口部30Uの外形よりも大きく形成されており、貫通孔30内に容易にガラスフリット61を充填することができるからである。このとき、チャンバー内を1torr程度まで減圧するので、ガラスフリット61が脱気され、ガラスフリット61に含まれる気泡が除去される。
次に、メタルマスク上でスキージ65を第2面Lに沿って走査しつつ、図13(a)に示すように、スキージ65の先端をベース基板用ウエハ40の第2面Lに当接させる。これにより、スキージ65の先端によってガラスフリット61が貫通孔30内に押し流されるように流動し、ガラスフリット61が貫通孔30と芯材部7bとの間隙に充填される。なお、前述の鋲体配置工程S33において、第1開口部30Uを土台部7aで閉塞しつつ、土台部7aをベース基板用ウエハ40の第1面Uに当接させた状態で、ラミネート材70を第1面Uに貼付している。これにより、ベース基板用ウエハ40の第1面U側からガラスフリット61が漏れることなく、ガラスフリット61を第2面L側から充填することができる。
その後、ガラスフリット61を仮乾燥する。例えば、ベース基板用ウエハ40を恒温槽内に搬送した後、85℃程度の雰囲気下に30分程度保持することでガラスフリット61を仮乾燥する。ガラスの溶融温度は約400℃から500℃と、仮乾燥時の温度である85℃よりもはるかに高い。したがって、仮乾燥時にガラスフリット61は溶融しない。一方、ガラスフリット61に配合されている有機溶剤の沸点は85℃よりも低い。したがって、仮乾燥時に有機溶剤は蒸発してガスとなる。
ここで、ガラスフリット61のガラス粒子は溶融していないので、ガラスフリット61のガラス粒子間で間隙を有している。したがって、有機溶剤が蒸発することにより発生したガスは、ガラス粒子の間隙を流通してガラスフリット61の外に放出される。なお、ガラスフリット61にはエチルセルロースも配合されているが、エチルセルロースの沸点は約350℃と仮乾燥時の温度である85℃よりもはるかに高い。したがって、仮乾燥時にエチルセルロースが燃焼して蒸発することはない。
続いて、ガラスフリット61を仮乾燥した後、ラミネート材70を第1面Uから剥離する。ガラスフリット61を仮乾燥することによりガラスフリット61が固化し、鋲体7の芯材部7bおよびガラスフリット61が固着するので、ラミネート材70を第1面Uから剥離しても鋲体7が落下しない。
最後に、ベース基板用ウエハ40の第2面Lに付着している、余分なガラスフリット61の残渣を除去する。以上で、ガラスフリット充填工程S35が終了する。
最後に、ベース基板用ウエハ40の第2面Lに付着している、余分なガラスフリット61の残渣を除去する。以上で、ガラスフリット充填工程S35が終了する。
(焼成工程)
図14は焼成工程S37の説明図であり、図14(a)は焼成前の説明図であり、図14(b)は焼成時の説明図である。
続いて、貫通孔30に充填したガラスフリット61を焼成する焼成工程S37を行う。
図14に示すように、本実施形態の焼成工程S37は、ホットプレート5を鋲体7の土台部7aに当接させることにより行う。ホットプレート5は市販品を用いることができる。本実施形態では、後述のように鋲体7の土台部7aとホットプレートの加熱面とを当接させて焼成を行う。したがって、加熱面の平面度の精度が高く、表面が滑らかなホットプレートを使用するのが望ましい。
図14は焼成工程S37の説明図であり、図14(a)は焼成前の説明図であり、図14(b)は焼成時の説明図である。
続いて、貫通孔30に充填したガラスフリット61を焼成する焼成工程S37を行う。
図14に示すように、本実施形態の焼成工程S37は、ホットプレート5を鋲体7の土台部7aに当接させることにより行う。ホットプレート5は市販品を用いることができる。本実施形態では、後述のように鋲体7の土台部7aとホットプレートの加熱面とを当接させて焼成を行う。したがって、加熱面の平面度の精度が高く、表面が滑らかなホットプレートを使用するのが望ましい。
図14(a)に示すように、ホットプレート5上にベース基板用ウエハ40を載置して焼成工程S37を行う。焼成工程S37では、まず、鋲体7の土台部7aがベース基板用ウエハ40の第1面Uに当接している状態で、ホットプレート5の加熱面5aに鋲体7の土台部7aが当接するように載置する。このとき、鋲体7の土台部7aは、第1開口部30Uを閉塞しつつ、ベース基板用ウエハ40の第1面Uおよびホットプレート5の加熱面5aにより挟まれた状態となる。
続いて、大気圧雰囲気下で、ホットプレート5の加熱面5aの温度を上げ、鋲体7の土台部7aを約610℃で30分程度保持する。鋲体7は金属により形成されているので、ガラスフリット61よりも熱伝導率が高い。そのため、ホットプレート5の熱は、鋲体7の土台部7aから芯材部7bに伝達した後、土台部7aおよび芯材部7b周辺のガラスフリット61aに伝達し、その後さらに外側のガラスフリット61bに伝達していく。このように熱が伝達するので、図14(b)に示すように、鋲体7の土台部7aおよび芯材部7b周辺のガラスフリット61aから外側のガラスフリット61bに向かってガラスフリット61の焼成が進行する。
ここで、ガラスフリット61に含有されるエチルセルロースの沸点は前述の通り約350℃であるので、焼成中のガラスフリット61aからは、エチルセルロースの燃焼により、一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO2)、水蒸気(H2O)等のガスが発生する。しかし、外側の焼成前のガラスフリット61bのガラス粒子は未だ溶融していないので、焼成前のガラスフリット61bのガラス粒子間で間隙を有している。したがって、エチルセルロースが蒸発することにより発生したガスは、ガラス粒子の間隙を流通して、ガラスフリット61の外側の露出部分から外部に放出される。これにより、ガラスフリット61にはガスによる気泡が発生しにくいので、ガラスフリット61焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することができる。このように、貫通孔30および芯材部7bと焼成後のガラスは空隙が発生することなく良好に密着するので、キャビティ内の気密を維持しつつ、導通不良のない貫通電極を形成することができる。
最後に、ベース基板用ウエハ40を常温雰囲気下で放置して冷却する。これにより、ガラスフリット61が硬化してガラスとなり、貫通孔30、ガラスおよび鋲体7が互いに固着して貫通電極を形成することができる。以上で、焼成工程S37が終了する。
(研磨工程)
続いて、ベース基板用ウエハ40の第1面Uと第2面Lとを研磨する研磨工程S39を行う。第1面Uを研磨することにより、土台部7aを除去することができ、芯材部7bを貫通孔30の内部に取り残すことができる。また、第2面Lを研磨することにより、第2面Lを平坦面にすることができ、芯材部7bの先端を露出させることができる。その結果、ベース基板用ウエハ40の表面と鋲体7の両端とを略面一な状態とすることができ、図3に示す一対の貫通電極32を複数得ることができる。なお、研磨工程S39を行った時点で、貫通電極形成工程S30Aが終了する。
続いて、ベース基板用ウエハ40の第1面Uと第2面Lとを研磨する研磨工程S39を行う。第1面Uを研磨することにより、土台部7aを除去することができ、芯材部7bを貫通孔30の内部に取り残すことができる。また、第2面Lを研磨することにより、第2面Lを平坦面にすることができ、芯材部7bの先端を露出させることができる。その結果、ベース基板用ウエハ40の表面と鋲体7の両端とを略面一な状態とすることができ、図3に示す一対の貫通電極32を複数得ることができる。なお、研磨工程S39を行った時点で、貫通電極形成工程S30Aが終了する。
次に、図9に戻り、貫通電極にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極36,37を第1面U上に複数形成する引き回し電極形成工程S40を行う。そして、引き回し電極36,37上に、それぞれ金等からなる先細り形状のバンプを形成する。なお、図9では、図面の見易さのため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製工程S30が終了する。
(マウント工程S50以降の圧電振動子組立工程)
次に、ベース基板用ウエハ40の引き回し電極36,37上に、バンプB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。具体的には、圧電振動片4の基部12をバンプB上に載置し、バンプBを所定温度に加熱しながら圧電振動片4をバンプBに押し付ける。これにより、図3に示すように、圧電振動片4の振動腕部10,11がベース基板用ウエハ40の第1面Uから浮いた状態で、基部12がバンプBに機械的に固着される。また、マウント電極16,17と引き回し電極36,37とが電気的に接続された状態となる。
次に、ベース基板用ウエハ40の引き回し電極36,37上に、バンプB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。具体的には、圧電振動片4の基部12をバンプB上に載置し、バンプBを所定温度に加熱しながら圧電振動片4をバンプBに押し付ける。これにより、図3に示すように、圧電振動片4の振動腕部10,11がベース基板用ウエハ40の第1面Uから浮いた状態で、基部12がバンプBに機械的に固着される。また、マウント電極16,17と引き回し電極36,37とが電気的に接続された状態となる。
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。
重ね合わせ工程S60の後、重ね合わせた両ウエハ40,50を図示しない陽極接合装置に入れ、所定の温度雰囲気で所定の電圧を印加して陽極接合する接合工程S70を行う。具体的には、接合膜35とベース基板用ウエハ40との間に所定の電圧を印加する。すると、接合膜35とベース基板用ウエハ40との界面に電気化学的な反応が生じ、両者がそれぞれ強固に密着して陽極接合される。これにより、圧電振動片4をキャビティC内に封止することができ、ベース基板用ウエハ40とリッド基板用ウエハ50とが接合した、図9に示すウエハ体60を得ることができる。なお、図9においては、図面を見易くするために、ウエハ体60を分解した状態を図示しており、リッド基板用ウエハ50から接合膜35の図示を省略している。
次に、ベース基板用ウエハ40の第2面Lに導電性材料をパターニングして、一対の貫通電極32,33にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極38,39(図3参照)を複数形成する外部電極形成工程S80を行う。この工程により、圧電振動片4は、貫通電極32,33を介して外部電極38,39と導通する。
次に、ウエハ体60の状態で、キャビティC内に封止された個々の圧電振動子の周波数を微調整して所定の範囲内に収める微調工程S90を行う。具体的には、図4に示す外部電極38,39から所定電圧を継続的に印加して、圧電振動片4を振動させつつ周波数を計測する。この状態で、ベース基板用ウエハ40の外部からレーザ光を照射し、図5および図6に示す重り金属膜21の微調膜21bを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部10,11の先端側の重量が低下するため、圧電振動片4の周波数が上昇する。これにより、圧電振動子の周波数を微調整して、公称周波数の範囲内に収めることができる。
周波数の微調が終了後、接合されたウエハ体60を図9に示す切断線Mに沿って切断する切断工程S100を行う。具体的には、まずウエハ体60のベース基板用ウエハ40の表面にUVテープを貼り付ける。次に、リッド基板用ウエハ50側から切断線Mに沿ってレーザを照射する(スクライブ)。次に、UVテープの表面から切断線Mに沿って切断刃を押し当て、ウエハ体60を割断する(ブレーキング)。その後、UVを照射してUVテープを剥離する。これにより、ウエハ体60を複数の圧電振動子に分離することができる。なお、これ以外のダイシング等の方法によりウエハ体60を切断してもよい。
なお、切断工程S100を行って個々の圧電振動子にした後に、微調工程S90を行う工程順序でも構わない。但し、上述したように、微調工程S90を先に行うことで、ウエハ体60の状態で微調を行うことができるため、複数の圧電振動子をより効率良く微調することができる。よって、スループットの向上化を図ることができるため好ましい。
その後、内部の電気特性検査S110を行う。即ち、圧電振動片4の共振周波数や共振抵抗値、ドライブレベル特性(共振周波数およ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。これをもって圧電振動子の製造が終了する。
本実施形態によれば、図14に示すように、貫通孔30の第1開口部30Uを土台部7aで閉塞しつつ、土台部7aは第1面Uに当接した状態で、貫通孔30の外側に土台部7aが配置される。したがって、鋲体7の土台部7aを容易に加熱することができ、貫通孔30内に充填されたガラスフリット61の焼成を行うことができる。このとき、ガラスフリット61は鋲体7の土台部7aおよび芯材部7b周辺の内部から外側に向かって焼成が進行して硬化していく。そして、焼成中のガラスフリット61aは有機成分の燃焼によりガスを発生するが、焼成前のガラスフリット61bのガラス粒子は未だ溶融していないので、発生したガスはガラス粒子間の間隙を流通して、ガラスフリット61の外部に放出される。これにより、ガラスフリット61にはガスによる気泡が残留しにくいので、ガラスフリット61焼成後のガラスに空隙が発生するのを抑制することができる。したがって、貫通孔30および芯材部7bと焼成後のガラスとは空隙が発生することなく良好に密着するので、キャビティ内の気密を維持しつつ、導通不良のない貫通電極を形成することができる。
(発振器)
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図15を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器110は、図15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。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図15を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器110は、図15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。
このように構成された発振器110において、圧電振動子1に電圧を印加すると、圧電振動子1内の圧電振動片が振動する。この振動は、圧電振動片が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路111に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路111によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子1が発振子として機能する。
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。
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。
本実施形態の発振器110によれば、キャビティ内の気密を維持しつつ、貫通電極の確実な導通を確保することができる製造方法で製造された圧電振動子1を備えているので、性能が良好で信頼性に優れた発振器110を提供することができる。
(電子機器)
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図16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。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図16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。
次に、本実施形態の携帯情報機器120の構成について説明する。この携帯情報機器120は、図16に示すように、圧電振動子1と、電力を供給するための電源部121とを備えている。電源部121は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部121には、各種制御を行う制御部122と、時刻等のカウントを行う計時部123と、外部との通信を行う通信部124と、各種情報を表示する表示部125と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部126とが並列に接続されている。そして、電源部121によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
制御部122は、各機能部を制御して音声データの送信や受信、現在時刻の計測、表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部122は、予めプログラムが書き込まれたROMと、該ROMに書き込まれたプログラムを読み出して実行するCPUと、該CPUのワークエリアとして使用されるRAM等とを備えている。
計時部123は、発振回路やレジスタ回路、カウンタ回路、インターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子1とを備えている。圧電振動子1に電圧を印加すると圧電振動片が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部122と信号の送受信が行われ、表示部125に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
通信部124は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部127、音声処理部128、切替部129、増幅部130、音声入出力部131、電話番号入力部132、着信音発生部133および呼制御メモリ部134を備えている。
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。
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。
また、着信音発生部133は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部129は、着信時に限って、音声処理部128に接続されている増幅部130を着信音発生部133に切り替えることによって、着信音発生部133において生成された着信音が増幅部130を介して音声入出力部131に出力される。
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、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。
電圧検出部126は、電源部121によって制御部122等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部122に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部124を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、3V程度となる。電圧検出部126から電圧降下の通知を受けた制御部122は、無線部127、音声処理部128、切替部129および着信音発生部133の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部127の動作停止は、必須となる。更に、表示部125に、通信部124が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
すなわち、電圧検出部126と制御部122とによって、通信部124の動作を禁止し、その旨を表示部125に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部125の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×(バツ)印を付けるようにしても良い。
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。
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。
本実施形態の携帯情報機器120によれば、キャビティ内の気密を維持しつつ、貫通電極の確実な導通を確保することができる製造方法で製造された圧電振動子1を備えているので、性能が良好で信頼性に優れた携帯情報機器120を提供することができる。
(電波時計)
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図17を参照して説明する。
本実施形態の電波時計140は、図17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。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図17を参照して説明する。
本実施形態の電波時計140は、図17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。
以下、電波時計140の機能的構成について詳細に説明する。
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。
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。
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路144により検波復調される。
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。
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。
なお、前述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは77.5KHzの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計140を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子1を必要とする。
本実施形態の電波時計140によれば、キャビティ内の気密を維持しつつ、貫通電極の確実な導通を確保することができる製造方法で製造された圧電振動子1を備えているので、性能が良好で信頼性に優れた電波時計140を提供することができる。
なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。
本実施形態では、音叉型の圧電振動片を用いた圧電振動子を例に挙げて、本発明のパッケージの製造方法を説明した。しかし、例えばATカット型の圧電振動片(厚み滑り振動片)を用いた圧電振動子に、上述した本発明のパッケージの製造方法を採用しても構わない。
本実施形態では、音叉型の圧電振動片を用いた圧電振動子を例に挙げて、本発明のパッケージの製造方法を説明した。しかし、例えばATカット型の圧電振動片(厚み滑り振動片)を用いた圧電振動子に、上述した本発明のパッケージの製造方法を採用しても構わない。
本実施形態では、本発明に係るパッケージの製造方法を使用しつつ、パッケージの内部に圧電振動片を封入して圧電振動子を製造した。しかし、パッケージの内部に圧電振動片以外の電子部品を封入して、圧電振動子以外のデバイスを製造することもできる。
本実施形態において、貫通孔の形状は第1面側から第2面側にかけて内形が次第に大きくなっており、貫通孔の中心軸を含む断面においてテーパ状となっている。しかし、テーパ状ではなくストレート形状としてもよい。ただし、本実施形態のほうが、開口部を大きく形成することによりガスがより放出されやすくなる点、および貫通孔と芯材部との間隙にガラスフリットを充填するときに充填しやすい点で優位性がある。
本実施形態において、鋲体の芯材部の形状は、土台部に接続された基端側から先端側にかけて外形が次第に小さくなるように形成されており、貫通孔の中心軸を含む断面においてテーパ状となっている。しかし、テーパ状ではなくストレート形状としてもよい。ただし、本実施形態のほうが、鋲体の土台部および芯材部周辺から外側に向かって確実にガラスフリットを焼成できる点、および鋲体配置工程を簡単かつ確実に行うことができる点で優位性がある
本実施形態では、ガラスフリット充填工程において、ガラスフリットの充填および仮乾燥を1回だけ行っている。しかし、粘度が低いガラスフリットを充填する場合には、有機溶剤の配合比率が高い。したがって、仮乾燥によって有機溶剤が蒸発すると、ガラスフリットの体積が減少して貫通電極表面に凹みが発生する。この場合は、仮乾燥の後にガラスフリットを凹みに重ねて充填し、仮乾燥することで凹みの発生を抑制できる。このように、ガラスフリット充填工程において、ガラスフリットの充填および仮乾燥を複数回行って凹みの発生を抑制してもよい。
1・・・圧電振動子 2・・・ベース基板(第1基板) 4・・・圧電振動片(電子部品) 5・・・ホットプレート 7・・・鋲体 7a・・・土台部 7b・・・芯材部 9・・・パッケージ 30,31・・・貫通孔 30U,31U・・・第1開口部 32,33・・・貫通電極 61・・・ガラスフリット 110・・・発振器 120・・・携帯情報機器(電子機器) 123・・・計時部 140・・・電波時計 141・・・フィルタ部 C・・・キャビティ L・・・第2面 S30A・・・貫通電極形成工程 S32・・・貫通孔形成工程 S33・・・鋲体配置工程 S35・・・ガラスフリット充填工程 S37・・・焼成工程 U・・・第1面
Claims (9)
- 互いに接合された複数の基板の間に形成されたキャビティ内に、電子部品を封入可能なパッケージの製造方法であって、
前記複数の基板のうち、第1基板を厚さ方向に貫通し、前記キャビティの内側と前記パッケージの外側とを導通する貫通電極を形成する貫通電極形成工程を備え、
前記貫通電極形成工程は、
前記第1基板に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
平板状の土台部と、前記土台部の表面から法線方向に沿って立設される芯材部と、を 有する導電性の鋲体について、前記芯材部を前記貫通孔に挿入しつつ、前記第1基板の 第1面側における前記貫通孔の第1開口部を前記土台部で閉塞する鋲体配置工程と、
前記貫通孔の内周面と前記芯材部の外周面との隙間に、前記第1基板の第2面側にお ける前記貫通孔の第2開口部からガラスフリットを充填して、前記隙間を封止するガラ スフリット充填工程と、
前記貫通孔内に充填された前記ガラスフリットを焼成して硬化させる焼成工程と、
を有し、
前記焼成工程は、前記鋲体の前記土台部を加熱することにより行うことを特徴とするパッケージの製造方法。 - 請求項1に記載のパッケージの製造方法において、
前記焼成工程は、ホットプレートを前記鋲体の前記土台部に当接させることにより行うことを特徴とするパッケージの製造方法。 - 請求項1または2に記載のパッケージの製造方法において、
前記鋲体は、前記ガラスフリットよりも熱伝導率が高い材料により形成されていることを特徴とするパッケージの製造方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のパッケージの製造方法において、
前記貫通孔は、前記第1面側から前記第2面側にかけて、内形が次第に大きくなるように形成されていることを特徴とするパッケージの製造方法。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のパッケージの製造方法において、
前記鋲体の前記芯材部は、前記土台部に接続された基端側から先端側にかけて、外形が次第に小さくなるように形成されていることを特徴とするパッケージの製造方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のパッケージの製造方法により製造した前記パッケージにおける前記キャビティの内部に、前記電子部品として圧電振動片が封入されていることを特徴とする圧電振動子。
- 請求項6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6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6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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