JP2011166617A - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動片とパッケージとのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片の実装強度を確保できる圧電振動子の製造方法、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】ワイヤボンダ７０を使用して、ベース基板用ウエハ４０に固着される台座部Ｂ２と、台座部Ｂ２から立設されるワイヤ部Ｂ１とを備えるスタッドバンプＢを形成するバンプ形成工程Ｓ３６と、圧電振動片をスタッドバンプＢにフリップチップ接合する実装工程Ｓ５０と、を有し、バンプ形成工程Ｓ３６では、台座部Ｂ２の高さを２０μｍ以上に形成することを特徴とする。
【選択図】図１２

Description

この発明は、圧電振動子の製造方法、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機器には、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水晶等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、ベース基板とリッド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の内部電極に圧電振動片が実装されている。

圧電振動片を内部電極に実装する方法として、エポキシ系樹脂等からなる溶剤に銀等の粒子を混合した導電性接着剤を用いて、圧電振動片を内部電極に直接接合するダイボンディングが知られている。具体的には、内部電極に導電性接着剤を塗布した後、圧電振動片を導電性接着剤に重ねて導電性接着剤を加熱することによって接続している。

ここで、一般に、圧電振動片の周波数特性やインピーダンス特性等の電気的特性は、圧電振動片を封入しているキャビティ内が真空状態のほうが良い。しかし、エポキシ系樹脂等からなる溶剤は、高温になると蒸発してガスを発生する。このガスがキャビティ内に滞留することで、圧電振動片の発振周波数特性やインピーダンス特性等の電気的特性が悪化し、結果として圧電振動子の性能が悪化する虞がある。

このような問題を解決するために、特許文献１には、導電性接着剤に代えて、台座部と、台座部から立設されるワイヤ部とを備える金属スタッドバンプを形成し、フリップチップ接合により圧電振動片を実装する方法が記載されている。具体的なフリップチップ接合の方法としては、フリップチップボンダの接合ヘッドで水晶振動子板（本発明の圧電振動片に相当）をピックし、端子電極（本発明の引き回し電極に相当）上に形成された金等の金属からなるスタッドバンプに押付け、水晶振動子板に超音波を与えて振動させることにより、水晶振動子板をスタッドバンプに接合する。このとき、圧電振動片の電極とスタッドバンプとの接合界面では、圧電振動片の電極材料の金属とスタッドバンプ材料の金属とが互いに溶融しあう、いわゆる金属拡散がなされている。

なお、従来の一例としては、台座部の高さを７μｍから９μｍに形成し、スタッドバンプ全体の高さを１００μｍ程度に形成している。また、フリップチップ接合時は、３００ｍＷ程度の超音波出力で水晶振動子板を振動させている。このとき、パッケージに対する圧電振動片の実装高さは２０μｍから２５μｍとなる。なお、一般に２０μｍ以上の実装高さがあれば、圧電振動片が振動した際に、圧電振動片とパッケージとが干渉することがない。

特開２００２−３６８５６４号公報

圧電振動片をスタッドバンプに強固に接合するには、前述した圧電振動片の電極とスタッドバンプとの金属拡散を十分に実現する必要がある。十分な金属拡散を実現するためには、フリップチップボンダの超音波出力を上げればよいことが一般的に知られている。
ここで、圧電振動片の電極とスタッドバンプとが十分に金属拡散すると、圧電振動片の電極およびスタッドバンプが互いに溶融しあって、圧電振動片がスタッドバンプに潜り込む。したがって、超音波出力を上げ過ぎると、パッケージに対する圧電振動片の実装高さが低くなる虞がある。上述した従来の一例でいうと、超音波出力を３００ｍＷから６００ｍＷに上げてフリップチップ接合した場合、２０μｍから２５μｍあった実装高さが１４μｍから１７μｍまで低下する。これにより、圧電振動片とパッケージとのクリアランスが不足してしまい、接合された圧電振動片が振動した際に、圧電振動片がパッケージと干渉し、圧電振動片を所定の周波数で振動させることができない等の不具合が発生する虞がある。

一方、前述した圧電振動片とパッケージとのクリアランス不足を回避するために、超音波出力を抑制して実装すると、圧電振動片の電極とスタッドバンプとの金属拡散が不十分となる虞がある。これにより、圧電振動片の実装強度を確保することができず、圧電振動子に衝撃荷重がかかった場合には、圧電振動片がパッケージの実装面から脱落し、発振が停止する等の不具合が発生する虞がある。

そこで本発明は、圧電振動片とパッケージとのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片の実装強度を確保できる圧電振動子の製造方法、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、本発明の圧電振動子の製造方法は、振動部と、前記振動部に隣接する基部と、を有する圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するキャビティを備えたパッケージと、を備えた圧電振動子の製造方法であって、ワイヤボンダを使用して、前記パッケージに固着される台座部と、前記台座部から立設されるワイヤ部とを備えるスタッドバンプを形成するバンプ形成工程と、前記圧電振動片を前記スタッドバンプにフリップチップ接合する実装工程と、を有し、前記バンプ形成工程では、前記台座部の高さを２０μｍ以上に形成することを特徴とする。
一般に、スタッドバンプはワイヤ部よりも台座部の方が太径に形成されており、フリップチップ接合をすると、細径のワイヤ部は潰れやすく、太径の台座部は変形しにくい。本発明では、その台座部の高さを２０μｍ以上に形成している。したがって、超音波出力を上げて圧電振動片をパッケージに実装しても、台座部の高さと略等しい２０μｍ以上の実装高さを確保することができる。なお、前述の通り、一般に２０μｍ以上の実装高さがあれば圧電振動片とパッケージとのクリアランスが十分であり、圧電振動片振動時の干渉はない。また、超音波出力を上げることにより、圧電振動片の電極とスタッドバンプとの金属拡散を十分に実現することができるので、圧電振動片の実装強度を確保できる。したがって、圧電振動片とパッケージとのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片の実装強度を確保できる。

また、前記実装工程では、前記ワイヤ部の全体が潰れるように前記圧電振動片を接合することが望ましい。
本発明によれば、実装工程でフリップチップ接合すると、ワイヤ部全体が潰れるとともに、圧電振動片の電極材料と台座部とが金属拡散する。これにより、圧電振動片の電極と台座部との金属拡散を十分に実現することができるので、圧電振動片の実装強度をさらに確保できる。

また、本発明の圧電振動子は、上述した圧電振動子の製造方法により製造されたことを特徴とする。
本発明によれば、圧電振動片とパッケージとのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片の実装強度を確保できるので、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。

本発明にかかる発振器、電子機器および電波時計によれば、圧電振動片とパッケージとのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片の実装強度を確保できる、信頼性に優れた圧電振動子を備えているので、信頼性の高い発振器、電子機器および電波時計を製造することができる。

一般に、スタッドバンプはワイヤ部よりも台座部の方が太径に形成されており、フリップチップ接合をすると、細径のワイヤ部は潰れやすく、太径の台座部は変形しにくい。本発明では、その台座部の高さを２０μｍ以上に形成している。したがって、超音波出力を上げて圧電振動片をパッケージに実装しても、台座部の高さと略等しい２０μｍ以上の実装高さを確保することができる。なお、前述の通り、一般に２０μｍ以上の実装高さがあれば圧電振動片とパッケージとのクリアランスが十分であり、圧電振動片振動時の干渉はない。また、超音波出力を上げることにより、圧電振動片の電極とスタッドバンプとの金属拡散を十分に実現することができるので、圧電振動片の実装強度を確保できる。したがって、圧電振動片とパッケージとのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片の実装強度を確保できる。

圧電振動子を示す外観斜視図である。 図１に示す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２のＡ−Ａ線における断面図である。 図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。 圧電振動片の平面図である。 圧電振動片の底面図である。 図５のＢ−Ｂ線における断面図である。 スタッドバンプの説明図である。 圧電振動子の製造方法のフローチャートである。 ウエハ体の分解斜視図である。 バンプ形成工程の説明図であり、図１１（ａ）は台座部形成時の説明図であり、図１１（ｂ）はボンディングの説明図であり、図１１（ｃ）はワイヤ部形成時の説明図である。 実装工程の説明図であり、図１２（ａ）は実装前の説明図であり、図１２（ｂ）は実装後の説明図である。 発振器の一実施形態を示す構成図である。 電子機器の一実施形態を示す構成図である。 電波時計の一実施形態を示す構成図である。

（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、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。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。

本実施形態の圧電振動片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、圧電振動片４をパッケージに実装するために基部１２に形成されたマウント電極１６，１７と、第１の励振電極１３および第２の励振電極１４とマウント電極１６，１７とを電気的接続する引き出し電極１９，２０と、を有している。

本実施形態において、励振電極１５および引き出し電極１９，２０は、後述するマウント電極１６，１７の下地層と同じ材料のクロムにより単層膜が形成されている。これにより、マウント電極１６，１７の下地層を成膜するのと同時に、励振電極１５および引き出し電極１９，２０を成膜することができる。ただし、この場合に限られず、例えば、ニッケルやアルミニウム、チタン等により励振電極１５および引き出し電極１９，２０を成膜しても構わない。

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、後述するマウント電極１６，１７に電気的に接続されている。

本実施形態のマウント電極１６，１７は、クロムと金との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地層として成膜した後に、表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜することにより形成される。ただし、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロムを下地層として成膜した後に、表面にさらに金の薄膜を仕上げ層として成膜しても構わない。このようにマウント電極１６，１７の仕上げ層を金としているのは、後述するスタッドバンプと同じ材料にして、マウント電極１６，１７とスタッドバンプとの金属拡散を十分に実現するためである。

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。

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はシリコン膜で形成されているが、接合膜３５をアルミニウムで形成することも可能である。後述するように、この接合膜３５とベース基板２とが陽極接合されることにより、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、後述する実装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。

以下に貫通電極の説明をする。なお、以下には貫通電極３２を例にして説明するが、貫通電極３３についても同様である。
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および導電部材７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。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。さらに、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。そして、筒体６および導電部材７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。

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。引き回し電極３６，３７は、クロムと金との積層膜であり、クロム膜を下地層として成膜した後に、表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜している。後述するスタッドバンプと同じ材料の金により引き回し電極３６，３７の仕上げ層を形成しているので、引き回し電極３６，３７上にスタッドバンプを接合する際に接合強度を確保できる。

図４に示すように、一対の引き回し電極３６，３７上にスタッドバンプＢが形成されている。
図８はスタッドバンプの説明図である。
図８に示すように、本実施形態のスタッドバンプＢは、引き回し電極３６，３７に固着される台座部Ｂ２を有している。スタッドバンプＢは、前述したマウント電極の仕上げ層と同じ金材料により形成される。これにより、フリップチップ接合によりマウント電極１６，１７をスタッドバンプＢに接合する際に、マウント電極１６，１７とスタッドバンプＢとの金属拡散を十分に実現することができる。図８に示すように、引き回し電極３６，３７と台座部Ｂ２との固着部分およびマウント電極１６，１７と台座部Ｂ２との固着部分は偏平している。本実施形態では、台座部Ｂ２の高さは２０μｍから２５μｍで形成されている。ここで、後述する実装工程でフリップチップ接合すると、マウント電極１６，１７と台座部Ｂ２とが金属拡散する。また、台座部Ｂ２は太径のため変形しにくい。したがって、後述のように超音波出力を６００ｍＷとして、圧電振動片をパッケージに実装しても、台座部Ｂ２の高さと略等しい２０μｍから２５μｍの実装高さを確保できる。

圧電振動片４のマウント電極１６，１７は、前述したスタッドバンプＢを介してベース基板２に実装されている。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。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９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１０は、ウエハ体の分解斜視図である。なお、図１０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。

（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１０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１０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Ｓ３２を行う。以下に、この貫通電極形成工程Ｓ３２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。

まず、ベース基板用ウエハ４０の第２面Ｌから第１面Ｕにかけて、プレス加工等により図３に示す貫通孔３０を成型する。次に、貫通孔３０内に導電部材７を挿入してガラスフリットからなるペースト材を充填する。続いて、ペースト材を焼成して、図３に示すガラスの筒体６、貫通孔３０および導電部材７を一体化させる。最後に、ベース基板用ウエハ４０の第１面Ｕおよび第２面Ｌの両方を研磨して、第１面Ｕおよび第２面Ｌの両方に導電部材７を露出させつつ平坦面とすることにより、図３に示す貫通電極３２を貫通孔３０内に形成する。貫通電極３２により、ベース基板用ウエハ４０の第１面Ｕ側と第２面Ｌ側との導電性が確保されると同時に、キャビティＣ内の気密性を確保することができる。

（電極パターン形成工程）
次に、図４および図１０に示すように、ベース基板用ウエハ４０の第１面Ｕに引き回し電極３６，３７を形成する、電極パターン形成工程Ｓ３４を行う。引き回し電極３６，３７を同一の材料で形成するので、引き回し電極３６，３７を同時に形成することができる。引き回し電極３６，３７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。

（バンプ形成工程）
次に、電極パターン形成工程Ｓ３４で形成された引き回し電極上にスタッドバンプを形成するバンプ形成工程Ｓ３６を行う。
図１１はバンプ形成工程の説明図であり、図１１（ａ）は台座部形成時の説明図であり、図１１（ｂ）はボンディングの説明図であり、図１１（ｃ）はワイヤ部形成時の説明図である。
バンプ形成工程Ｓ３６では、ワイヤボンダ７０を使用して、ベース基板用ウエハ４０に形成された引き回し電極３６，３７に固着される太径の台座部Ｂ２と、台座部Ｂ２から立設される細径のワイヤ部Ｂ１とを備えるスタッドバンプＢを形成する。なお、図１１では引き回し電極３６上にスタッドバンプＢを形成する場合を例にして説明するが、引き回し電極３７上にスタッドバンプＢを形成する場合についても同様である。

スタッドバンプＢは、ワイヤボンダ７０を使用して形成される。ワイヤボンダ７０は、図９に示すように、金ワイヤＷを導出するノズル孔７２が形成されたキャピラリ７１を有している。具体的なスタッドバンプＢの形成の流れは以下の通りである。

まず、図１１（ａ）に示すように、不図示の電極を用いてアーク放電を行い、金ワイヤの先端に電流を流して溶解する。これにより、金ワイヤＷの先端に、のちの台座部となる金ボールＢ３を形成する。
従来、台座部が７μｍから９μｍのスタッドバンプを形成するときには、直径が７５μｍ程度の金ボールを形成していた。これに対して本実施形態では、直径が８５μｍから９０μｍの金ボールＢ３を形成する。具体的なアーク放電の条件としては、スパーク電流が７１ｍＡ程度、スパーク時間が１ｍｓ程度に設定されている。このような条件でアーク放電を行って、金ワイヤの先端を溶解することにより、金ワイヤＷの先端に金ボールＢ３を形成する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、金ボールＢ３を引き回し電極３６上に固着する。不図示のヒートステージ等により、予めベース基板用ウエハ４０を加熱しておく。その後、キャピラリ７１を移動させ、金ボールＢ３を引き回し電極３６上に加圧して押付けつつ、超音波振動を印加して金ボールＢ３を引き回し電極３６上に固着する。本実施形態では、９０ｇｆ程度の荷重で加圧して３０ｍｓ程度の間超音波振動を印加しつつ、引き回し電極３６上に金ボールＢ３を押付けている。引き回し電極３６上に金ボールＢ３を加圧して押付けるので、図９（ｂ）に示すように、金ボールＢ３は、引き回し電極３６上の固着部分およびワイヤとの接続部周辺が偏平した形状となる。

最後に、図１１（ｃ）に示すように、キャピラリ７１を移動させて金ワイヤＷを引っ張り、金ボールＢ３と金ワイヤＷとを分断する。これにより、引き回し電極３６との固着部分およびワイヤ部Ｂ１周辺が偏平した台座部Ｂ２と、ワイヤ部Ｂ１とを有するスタッドバンプＢが形成される。

本実施形態では、ワイヤ部Ｂ１は台座部Ｂ２に立設され、台座部Ｂ２よりも細径かつ先細り形状に形成される。ワイヤ部Ｂ１の高さは７５μｍから８０μｍで形成されるのが望ましい。このような長さでワイヤ部Ｂ１を形成することにより、後述する実装工程で、ワイヤ部Ｂ１を潰すことができる。なお、前述のとおり、台座部Ｂ２の高さは２０μｍから２５μｍに形成されている。したがって、スタッドバンプＢ全体の高さは１００μｍ程度で形成される。なお、図１０では図面の見易さのためスタッド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。

（実装工程Ｓ５０）
図１２は、実装工程Ｓ５０の説明図であり、図１２（ａ）は実装前の説明図であり、図１２（ｂ）は実装後の説明図である。
実装工程Ｓ５０では、引き回し電極３６，３７上に形成されたスタッドバンプＢに圧電振動片４をフリップチップ接合する。図１２に示すように、実装工程Ｓ５０で用いる実装装置は、不図示のフリップチップボンダに設けられた接合ヘッド８０と、ベース基板用ウエハ４０を載置するヒートステージ８２と、を備えている。具体的な実装工程Ｓ５０は以下の通りである。

まず、図１２（ａ）に示すように、ヒートステージ８２により予めスタッドバンプＢを加熱しておく。次に、フリップチップボンダの接合ヘッド８０で圧電振動片４を真空吸着してピックし、圧電振動片４をベース基板用ウエハ４０上に移動する。
次に、接合ヘッド８０を下降させ、圧電振動片４のマウント電極１６，１７をスタッドバンプＢのワイヤ部Ｂ１の先端に所定の力で加圧して押付け、ワイヤ部Ｂ１を潰す。本実施形態では、スタッドバンプＢの高さが３０μｍ程度になるまでワイヤ部Ｂ１を潰している。
次に、図１２（ｂ）に示すように、所定の超音波出力および振動周波数で所定時間だけ接合ヘッド８０を超音波振動させて、圧電振動片４に超音波振動を印加する。本実施形態では、６００ｍＷ程度の超音波出力および１５ｋＨｚから２０ｋＨｚ程度の周波数で、水平方向および垂直方向に接合ヘッド８０を振動させて、圧電振動片４に超音波振動を印加する。これにより、マウント電極１６，１７とワイヤ部Ｂ１とが金属拡散する。本実施形態では、フリップチップボンダの超音波出力を上述した６００ｍＷ程度としているので、ワイヤ部Ｂ１全体が潰れて確実に金属拡散をすることができる。
続いて、さらに加圧しつつ超音波振動を印加すると、マウント電極１６，１７と台座部Ｂ２とが金属拡散する。これにより、圧電振動片４がスタッドバンプＢの台座部Ｂ２に潜り込む。ただし、ワイヤ部Ｂ１に比べて台座部Ｂ２は太径に形成されているので、台座部Ｂ２はほとんど潰れない。ここで、本実施形態では、台座部Ｂ２の高さを２０μｍから２５μｍに形成している。したがって、圧電振動片４とベース基板用ウエハ４０との間に、台座部Ｂ２の高さと略等しい実装高さの２０μｍから２５μｍを確保した状態で、基部１２およびスタッドバンプＢが機械的に固着される。また、本実施形態では、超音波出力を６００ｍＷとしたので、マウント電極１６，１７とスタッドバンプＢとの金属拡散を十分に実現できる。このように本実施形態の実装工程Ｓ５０では、圧電振動片４とベース基板用ウエハ４０とのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片４の実装強度を確保できる。この時点で、実装工程Ｓ５０が終了する。

（重ね合わせ工程Ｓ６０以降）
次に、図１０に戻り、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１０に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図１０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１０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。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。

一般に、スタッドバンプＢはワイヤ部Ｂ１よりも台座部Ｂ２の方が太径に形成されており、フリップチップ接合をすると、細径のワイヤ部Ｂ１は潰れやすく、太径の台座部Ｂ２は変形しにくい。本発明では、その台座部Ｂ２の高さを２０μｍ以上に形成している。したがって、超音波出力を６００ｍＷに上げて圧電振動片４をベース基板用ウエハ４０に実装しても、台座部Ｂ２の高さと略等しい２０μｍ以上の実装高さを確保することができる。なお、前述の通り、一般に２０μｍ以上の実装高さがあれば圧電振動片４とパッケージ（ベース基板）とのクリアランスが十分であり、圧電振動片４が振動した時に干渉はしない。また、超音波出力を上げることにより、圧電振動片４のマウント電極１６，１７とスタッドバンプＢとの金属拡散を十分に実現することができるので、圧電振動片４の実装強度を確保できる。したがって、圧電振動片４とベース基板とのクリアランスを確保しつつ、圧電振動片４の実装強度を確保できる。
また、上述のように、圧電振動片４とベース基板とのクリアランスを確保できるので、圧電振動片４とベース基板との干渉を防止することができる。さらに、圧電振動片４の実装強度を確保できるので、圧電振動子の耐衝撃性を向上させることができる。

（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１３を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図１３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。

本実施形態の発振器１１０によれば、圧電振動片の実装強度を確保でき、信頼性に優れた圧電振動子１を備えているので、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１４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１４に示すように、電力を供給するための電源部１２１と、圧電振動子１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。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。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。

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。

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。

本実施形態の携帯情報機器１２０によれば、圧電振動片の実装強度を確保でき、信頼性に優れた圧電振動子１を備えているので、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１５を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図１５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。

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。

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、圧電振動片の実装強度を確保でき、信頼性に優れた圧電振動子１を備えているので、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、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。

本実施形態において、表面実装型の圧電振動子を例にしてパッケージの製造方法を説明した。しかし、これに限らず、例えばシリンダーパッケージタイプの圧電振動子に本発明のパッケージの製造方法を採用しても構わない。

１・・・圧電振動子 ４・・・圧電振動片 ９・・・パッケージ １０，１１・・・振動腕部（振動部） １２・・・基部 ７０・・・ワイヤボンダ 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 Ｂ・・・スタッドバンプ Ｂ１・・・ワイヤ部 Ｂ２・・・台座部 Ｃ・・・キャビティ Ｓ３６・・・バンプ形成工程 Ｓ５０・・・実装工程

Claims (6)

1. 振動部と、前記振動部に隣接する基部と、を有する圧電振動片と、
   前記圧電振動片を収容するキャビティを備えたパッケージと、
   を備えた圧電振動子の製造方法であって、
   ワイヤボンダを使用して、前記パッケージに固着される台座部と、前記台座部から立設されるワイヤ部とを備えるスタッドバンプを形成するバンプ形成工程と、
   前記圧電振動片を前記スタッドバンプにフリップチップ接合する実装工程と、
   を有し、
   前記バンプ形成工程では、前記台座部の高さを２０μｍ以上に形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記実装工程では、前記ワイヤ部の全体が潰れるように前記圧電振動片を接合することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の圧電振動子の製造方法により製造されたことを特徴とする圧電振動子。
4. 請求項３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。
5. 請求項３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。
6. 請求項３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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