JP2011199065A - 真空パッケージ、真空パッケージの製造方法、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】互いに接合されたベース基板2及びリッド基板3と、ベース基板2とリッド基板3との間に形成された圧電振動片4を封入可能なキャビティCと、ベース基板2を厚さ方向に貫通し、キャビティCの内部と外部とを導通させる貫通電極32,33とを備えたパッケージ9であって、ベース基板2及びリッド基板3におけるキャビティCの周囲は、基板2,3同士が接合される接合領域を構成し、ベース基板2における角部には、ベース基板2の厚さ方向から見てリッド基板3の接合面を露出させる切欠き部26が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図4
Description
基板201,202は、ガラス等からなる絶縁基板であり、ベース基板201には、ベース基板201を貫通する貫通孔204が形成されている。貫通孔204内には、貫通孔204を塞ぐように貫通電極205が形成されている。貫通電極205は、ベース基板201の外面に形成された外部電極206に電気的に接続される一方、内面(キャビティC内)に形成された引き回し電極209を介して圧電振動片203に電気的に接続されている。圧電振動片203は、例えば音叉型の振動片であって、その基端側で引き回し電極209上に導電性接着剤E等を介してマウントされている。圧電振動子200は、図19に示すように、外部電極206とシリコンデバイス210上に設けられたランド211とがハンダ212等によって接続されることで、実装される。
図20に示すように、キャビティC用の凹部220aが複数形成されたリッド基板用ウエハ220と、複数の圧電振動片203(図18参照)がマウントされたベース基板用ウエハ230とを、接合膜207を介して真空雰囲気下で陽極接合する。これにより、複数の圧電振動子200がウエハ220,230の行列方向に形成されたウエハ体240とする。その後、ウエハ体240を各キャビティC毎に行列方向に切断することで、ウエハ体240を複数の圧電振動子200に個片化するようになっている。
本発明に係る真空パッケージは、互いに接合された第1基板及び第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に形成された電子部品を封入可能なキャビティと、前記複数の基板のうち、前記第1基板を厚さ方向に貫通し、前記キャビティの内部と外部とを導通させる貫通電極とを備えた真空パッケージであって、前記第1基板及び前記第2基板における前記キャビティの周囲は、前記基板同士が接合される接合領域を構成し、前記第1基板における前記接合領域の外周側には、前記第1基板の厚さ方向から見て前記第2基板の前記接合領域を露出させる切欠き部が形成されていることを特徴としている。
また、本発明に係る真空パッケージを電子デバイス等に実装する場合に、真空パッケージと電子デバイス上のランドとをハンダ等により接続すると、ハンダ等が切欠き部内に濡れ上がり、真空パッケージを側面側から覆うようなフィレットが形成される。そのため、真空パッケージと電子デバイスとの接合面積を向上させ、真空パッケージの実装強度を向上できる。
この構成によれば、切欠き部の内面に金属膜が形成されているため、真空パッケージを電子デバイスに実装する場合に、ハンダ等が金属膜上を伝って切欠き部内に濡れ上がり易くなる。そのため、フィレットが形成され易くなり、真空パッケージの実装強度を確実に向上できる。
この構成によれば、第1基板の各角部に切欠き部を形成することで、ウエハの接合時に接合領域から発生するアウトガスを効率的に排出することができ、真空パッケージの真空度をさらに向上できる。
また、真空パッケージの各角部周辺にフィレットが形成されることになるので、真空パッケージの実装強度をさらに向上できるとともに、真空パッケージをバランス良く実装することができる。
この構成によれば、切欠き部形成工程において第1基板に切欠き部を形成しておくことで、接合工程においてウエハの接合時に発生するアウトガスが切欠き部を通って排出されることになる。すなわち、切欠き部が接合領域からのアウトガスの排出口として機能するため、キャビティ毎に排出口が形成されることになる。そのため、従来のようにアウトガスが基板の外周端部のみからしか排出されない場合に比べて、アウトガスを効果的に排出できる。その結果、キャビティ内でのアウトガスの残存を抑制した上で各基板を接合できるので、気密性に優れた真空パッケージを提供できる。
また、本発明に係る真空パッケージを電子デバイス等に実装する場合に、真空パッケージの貫通電極と電子デバイス上のランドとをハンダ等により接続すると、ハンダ等が切欠き部内に濡れ上がり、真空パッケージを側面側から覆うようなフィレットが形成される。そのため、真空パッケージと電子デバイスとの接合面積を向上させ、真空パッケージの実装強度を向上できる。
この構成によれば、第1基板に切欠き部が形成されているため、外部電極の成膜時において外部電極となる導電性材料が切欠き部内にも付着する。これにより、切欠き部内に金属膜を形成できる。すなわち、外部電極形成工程において外部電極と金属膜とをまとめて形成できるので、金属膜の形成工程を別途行う必要がなく、金属膜を追加することに伴う製造効率の低下を抑制できる。
この構成によれば、上記本発明の気密性に優れた真空パッケージを備えているので、圧電振動子の真空封止の信頼性を向上させることができる。これにより、圧電振動子の直列共振抵抗値(R1)が低い状態に維持されるので、低電力で圧電振動片を振動させることが可能になり、エネルギー効率に優れた圧電振動子を製造することができる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、エネルギー効率に優れた圧電振動子を製造することができる。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様にエネルギー効率に優れた製品を提供することができる。
(圧電振動子)
次に、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。図1は実施形態に係る圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図であり、図2はベース基板側から見た外観斜視図である。また、図3は圧電振動子のリッド基板を取り外した状態の平面図である。図4は図3のA−A線に沿う側面断面図である。図5は、圧電振動子の分解斜視図である。なお図5では、図面を見易くするために、後述する圧電振動片4の励振電極15、引き出し電極19,20、マウント電極16,17及び重り金属膜21の図示を省略している。
図1〜図5に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、ベース基板(第1基板)2及びリッド基板(第2基板)3が接合材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6〜図8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、該一対の振動腕部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。
ベース基板2の内面2a側(リッド基板3との接合面側)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。各引き回し電極36,37は、例えば下層のCr膜及び上層のAu膜の積層体によって形成されている。
そして図4,図5に示すように、引き回し電極36,37の表面に、金等のバンプBを介して、上述した圧電振動片4のマウント電極16,17がバンプ接合されている。圧電振動片4は、ベース基板2の内面2aから振動腕部10,11を浮かせた状態で接合されている。
またベース基板2の外面2bには、図1,図2,図4及び図5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。外部電極38,39は、圧電振動子1が後述するシリコンデバイス70に実装される際にシリコンデバイス70のランド部72に接続され、外部電極38,39を介して圧電振動片4に電圧が印加されるようになっている。
図9は、圧電デバイスを示す断面図である。なお、図9において、圧電振動子1は図4に相当する断面を示しており、図面を見易くするためにキャビティC内に収容された圧電振動片4等は省略する。
図9に示すように、圧電デバイス69は、RCTモジュール等のシリコンデバイス70と、シリコンデバイス70上に実装された上述した圧電振動子1とを備えている。シリコンデバイス70上には、圧電振動子1との電気的接続を行うためのランド部72が形成されており、圧電振動子1の外部電極38,39と、ランド部72とがハンダ73により実装されている。
次に、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法について説明する。図10は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートである。図11は、ウエハ体の分解斜視図である。以下には、ベース基板用ウエハ40とリッド基板用ウエハ50との間に複数の圧電振動片4を封入してウエハ体60を形成し、ウエハ体60を切断することにより複数の圧電振動子を同時に製造する方法について説明する。なお、図11以下の各図に示す破線Mは、切断工程で切断する切断線を図示したものである。
次に、図11,図12に示すように、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(以下、内面50aという)側に接合材35を形成する(S24)。具体的に、まずリッド基板用ウエハ50の内面50a(凹部3aの内面全体及び凹部3aの周囲の額縁領域3c)全体に接合材35を成膜する。そして、後にリッド基板3の角部に相当する領域の接合材35をパターニングして除去することで、切断線Mの交点を中心とした円形状の非形成領域50bを形成する。この非形成領域50bは、後の切断工程でリッド基板用ウエハ50が分割(4分割)されることで、リッド基板3の角部となる領域で接合材35が除去された非形成領域3bとなる。このように、各リッド基板3の非形成領域3bをまとめて非形成領域50bとして形成することで、切断後のリッド基板3の各角部に均等に非形成領域3bを形成できる。これにより、各リッド基板3毎に非形成領域50bを形成する場合に比べて、パターニングのためのマスク等が簡素化され、簡単、かつ高精度なパターニングを行うことができる。
図13に示すように、ベース基板用ウエハ作製工程(S30)では、後にベース基板2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、エッチング等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32,33を形成する貫通電極形成工程を行う(S32)。貫通電極32,33は、例えば、ベース基板用ウエハ40に貫通孔30,31を形成し、貫通孔30,31内に銀ペースト等の導電材を充填した後、焼成することで形成する。この際、貫通孔30,31の形成と同時に、切断線Mの交点を中心とした円形状の貫通孔43を形成する。すなわち、リッド基板用ウエハ50における各キャビティCの各対角線上に貫通孔43を形成する。この貫通孔43は、後の切断工程で分割(4分割)されることで、ベース基板2の角部となる領域が切り欠かれた切欠き部26となる。このように、各ベース基板2の切り欠き部26をまとめて貫通孔43として形成することで、切断後のベース基板2の各角部に均等に切欠き部26を形成できる。これにより、各ベース基板2毎に切欠き部26を形成する場合に比べて、簡単、かつ高精度に切欠き部26を形成することができる。なお、貫通孔43の内径は、リッド基板用ウエハ50に形成された非形成領域50bの内径よりも小さく形成されている。
次に、一対の貫通電極32,33に電気的接続された引き回し電極36,37を形成する引き回し電極形成工程を行う(S33)。
両ウエハ40,50の重ね合わせ後、重ね合わせた2枚のウエハ40,50を図示しない陽極接合装置に入れ、図示しない保持機構によりウエハの外周部分をクランプした状態で、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(S60:接合工程)。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とが接合したウエハ体60を得ることができる。
以上により、圧電振動子1が完成する。
この構成によれば、ベース基板用ウエハ40に貫通孔43を形成することで、ウエハ40,50の接合時に接合材35から発生するアウトガスが貫通孔43を通って排出されることになる。すなわち、貫通孔43がウエハ40,50の接合領域からのアウトガスの排出口として機能するため、キャビティC毎に排出口が形成されることになる。そのため、従来のようにアウトガスがウエハ220,230(図20参照)の外周端部のみからしか排出されない場合に比べて、アウトガスを効果的に排出することができる。その結果、キャビティC内にアウトガスの残存が少ない状態で各ウエハ220,230を接合できるので、気密性に優れたパッケージ9を提供することができる。そのため、圧電振動子1の真空封止の信頼性を向上させることができる。したがって、圧電振動子1の直列共振抵抗値(R1)が低い状態に維持されるので、低電力で圧電振動片4を振動させることが可能になり、エネルギー効率に優れた圧電振動子1を製造することができる。
また、貫通電極形成工程において、貫通孔30,31と同時に貫通孔43を形成することで、製造工程を増加させることなく、貫通孔43を形成できる。そのため、製造効率を維持した上で、気密性に優れた圧電振動子1を提供することができる。
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100は、図15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。
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、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器110を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器110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及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、格段に小型化及び軽量化されている。
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。
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130は、図17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。
また、上述した実施形態では、各角部に切欠き部26を形成する場合について説明したが、切欠き部26の形状や大きさ、個数等は、適宜設計変更が可能である。例えば、上述した実施形態ではベース基板2の角部に扇状の切欠き部26を形成する場合について説明したが、リッド基板3の額縁領域3cに到達するような貫通孔(切欠き部)を形成することも可能である。
さらに、上述した実施形態では、非形成領域3b上に直接金属膜25を形成する場合について説明したが、絶縁膜を介して金属膜25を形成しても構わない。
さらに、上述した実施形態ではベース基板2とリッド基板3との間にキャビティCを形成した2層構造タイプの圧電振動子1に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、圧電基板をベース基板とリッド基板とで上下から挟み込むように接合した3層構造タイプの圧電振動子に適用しても構わない。
Claims (9)
- 互いに接合された第1基板及び第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に形成された電子部品を封入可能なキャビティと、
前記複数の基板のうち、前記第1基板を厚さ方向に貫通し、前記キャビティの内部と外部とを導通させる貫通電極とを備えた真空パッケージであって、
前記第1基板及び前記第2基板における前記キャビティの周囲は、前記基板同士が接合される接合領域を構成し、
前記第1基板における前記接合領域の外周側には、前記第1基板の厚さ方向から見て前記第2基板の前記接合領域を露出させる切欠き部が形成されていることを特徴とする真空パッケージ。 - 前記切欠き部の内面には導電性を有する金属膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載の真空パッケージ。
- 前記第1基板は厚さ方向から見て矩形状に形成され、前記切欠き部が、前記第1基板の角部に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の真空パッケージ。
- 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の真空パッケージの製造方法であって、
前記第1基板の前記接合領域の外周側に、前記第1基板の厚さ方向から見て前記第2基板の接合領域を露出させる切欠き部を形成する切欠き部形成工程と、
前記第1基板と前記第2基板との間に形成された導電性を有する接合膜により、前記基板同士を陽極接合する接合工程とを有していることを特徴とする真空パッケージの製造方法。 - 前記切欠き部形成工程の後段に、前記第1基板の外面に前記貫通電極を覆う外部電極を形成する外部電極形成工程を有し、
前記外部電極形成工程と同時に、前記切欠き部の内面に前記外部電極と同材料の前記金属膜を形成することを特徴とする請求項4記載の真空パッケージの製造方法。 - 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の真空パッケージの前記キャビティ内に、圧電振動片が気密封止されてなることを特徴とする圧電振動子。
- 請求項6記載の前記圧電振動子が、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記載の前記圧電振動子が、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記載の前記圧電振動子が、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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