JP2011228961A - パッケージの製造方法、パッケージ、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
【課題】ガラスフリットの内部に形成される空隙部を縮小して、キャビティ内の気密性の維持を図ることができるパッケージの製造方法、パッケージ、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供する。
【解決手段】貫通孔21,22内に充填されたガラスフリット38を焼成して、硬化させる焼成工程を有し、焼成工程は、圧力が大気圧よりも高く設定された加圧雰囲気下で行うことを特徴とする。
【選択図】図10
【解決手段】貫通孔21,22内に充填されたガラスフリット38を焼成して、硬化させる焼成工程を有し、焼成工程は、圧力が大気圧よりも高く設定された加圧雰囲気下で行うことを特徴とする。
【選択図】図10
Description
本発明は、パッケージの製造方法、パッケージ、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計に関する。
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、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(パッケージ)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1つとして、表面実装(SMD)型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子は、例えば互いに接合されたガラス材料からなるベース基板及びリッド基板と、両基板の間に形成されたキャビティと、キャビティ内に気密封止された状態で収納された圧電振動片(電子部品)とを備えている。
このような圧電振動子では、ベース基板に形成された貫通孔に貫通電極を形成し、この貫通電極によってキャビティ内の圧電振動片と、キャビティ外の外部電極とを電気的に接続している(例えば、特許文献1参照)。具体的に、特許文献1では、まずベース基板に貫通孔を形成し、ベース基板を熱軟化させた状態で貫通孔内に金属ピンを打ち込む方法が記載されている。しかしながら、この方法では、金属ピンと貫通孔との間隙を完全に塞ぐのが困難であり、キャビティ内の気密性を確保できないという問題がある。また、ベース基板上の全ての貫通孔に位置決めして金属ピンを打ち込むのは煩雑である。
そこで、近時では、貫通孔と金属ピンとの間隙にガラスフリットを充填し、このガラスフリットを焼成することで、ベース基板と金属ピンとを一体化させる技術が開発されている。
この場合、図15(a)に示すように、まず平板状の土台部201と、土台部201の表面から法線方向に沿って立設される芯材部202と、を有する鋲体型の金属ピン203の芯材部202を、ベース基板204の貫通孔205内に挿入する。続いて、図15(b)に示すように、貫通孔205と芯材部202との間隙にペースト状のガラスフリット206を充填した後、充填したガラスフリット206を焼成する。これにより、図15(c)に示すように、ガラスフリット206が焼成されてなるガラス体207と、ベース基板204(貫通孔205)及び金属ピン203とが一体化する。その後、ベース基板204を破線部Hまで研磨して土台部201を除去することで、貫通電極210を形成できる。よって、貫通孔205を塞ぐとともに、圧電振動片と外部電極との安定した導電性を確保することができると考えられる。
この場合、図15(a)に示すように、まず平板状の土台部201と、土台部201の表面から法線方向に沿って立設される芯材部202と、を有する鋲体型の金属ピン203の芯材部202を、ベース基板204の貫通孔205内に挿入する。続いて、図15(b)に示すように、貫通孔205と芯材部202との間隙にペースト状のガラスフリット206を充填した後、充填したガラスフリット206を焼成する。これにより、図15(c)に示すように、ガラスフリット206が焼成されてなるガラス体207と、ベース基板204(貫通孔205)及び金属ピン203とが一体化する。その後、ベース基板204を破線部Hまで研磨して土台部201を除去することで、貫通電極210を形成できる。よって、貫通孔205を塞ぐとともに、圧電振動片と外部電極との安定した導電性を確保することができると考えられる。
ところで、ガラスフリット206の焼成時において、貫通孔205内部に充填されたガラスフリット206は、外側から温度が上昇するため、ガラスフリット206の外側(貫通孔205の開口部側)から内部に向かって焼成が進行する。
この場合、焼成完了後の外側のガラスフリット206が蓋として作用するため、ガラスフリット206に含まれるバインダ等が蒸発して発生するガス(例えば、CO2やH2O等)や、ガラスフリット206内のガラス粒子間に混入していた空気等が、ガラスフリット206の外部へ放出され難いという問題がある。
この場合、焼成完了後の外側のガラスフリット206が蓋として作用するため、ガラスフリット206に含まれるバインダ等が蒸発して発生するガス(例えば、CO2やH2O等)や、ガラスフリット206内のガラス粒子間に混入していた空気等が、ガラスフリット206の外部へ放出され難いという問題がある。
そして、焼成時に放出されなかったガスや空気は、ガラスフリット206内に比較的大きな気泡となって残存し、図16(a)に示すように、焼成完了後のガラス体207内に空隙部211を形成する。その結果、貫通孔205及び芯材部202とガラス体207との密着性が低下し、圧電振動子のキャビティ内の気密性が損なわれる虞がある。また、図16(b)に示すように、焼成後にベース基板204を研磨して貫通電極210を形成したときに、空隙部211がベース基板204の表面に露出して表面に凹み212が発生したり、ひどい場合には貫通孔205が開いてしまったりする虞がある。この場合、キャビティ内の気密が損なわれる可能性があるだけでなく、貫通電極210の形成後、凹み212を覆うように形成される電極膜等に段切れが発生し、圧電振動片と電極膜との導通性が損なわれる可能性がある。
そこで本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、ガラスフリットの内部に形成される空隙部を縮小して、キャビティ内の気密性の維持を図ることができるパッケージの製造方法、パッケージ、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することを目的とする。
上述した課題を解決して、このような目的を達成するために、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複数の基板の外側とを導通させる貫通電極を形成する貫通電極形成工程を有し、前記貫通電極形成工程は、前記第1基板の第1面に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部内に金属ピンを挿入する金属ピン配置工程と、前記凹部と前記金属ピンとの間にガラスフリットを充填する充填工程と、前記凹部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、少なくとも前記第1基板の第2面を研磨して前記金属ピンを前記第2面に露出させる研磨工程とを有し、前記焼成工程は、圧力が大気圧よりも高く設定された加圧雰囲気下で行うことを特徴としている。
この構成によれば、大気圧よりも高く設定された加圧雰囲気下で焼成工程を行うことで、ガラスフリットを圧縮しながら焼成できるので、焼成時にガラスフリット内に気泡が残存していた場合に、気泡の体積を縮小できる。これにより、ガラス内に形成される空隙部を縮小して、凹部と金属ピンとの間に緻密なガラスを形成できる。したがって、凹部及び金属ピンとガラスとの密着性を向上させ、キャビティ内の気密性を維持できる。また、研磨工程後のガラスに空隙部による凹み等が形成されるのを抑制できるので、貫通電極を覆うように形成される電極膜に段切れが発生するのを抑制し、キャビティの内部と外部との導通性を確保できる。
また、前記充填工程は、真空印刷法を用いて行うことを特徴としている。
この構成によれば、真空印刷法を用いてガラスフリットを充填することで、ガラスフリットが脱気され、ガラスフリット中に含まれる気泡(空気等)を除去できる。これにより、気泡の少ないガラスフリットを凹部内に充填できる。
また、凹部内から空気を抜いた状態でガラスフリットを充填できるので、大気圧雰囲気下にてガラスフリットを充填する場合に比べて、凹部内にガラスフリットをスムーズに充填することができる。その結果、凹部内にガラスフリットを隙間なく充填できる。
そして、この状態でガラスフリットを焼成することで、凹部を隙間なく封止できるので、凹部及び金属ピンとガラスとの密着性をより向上させ、キャビティ内の気密性の維持を確実に図ることができる。
この構成によれば、真空印刷法を用いてガラスフリットを充填することで、ガラスフリットが脱気され、ガラスフリット中に含まれる気泡(空気等)を除去できる。これにより、気泡の少ないガラスフリットを凹部内に充填できる。
また、凹部内から空気を抜いた状態でガラスフリットを充填できるので、大気圧雰囲気下にてガラスフリットを充填する場合に比べて、凹部内にガラスフリットをスムーズに充填することができる。その結果、凹部内にガラスフリットを隙間なく充填できる。
そして、この状態でガラスフリットを焼成することで、凹部を隙間なく封止できるので、凹部及び金属ピンとガラスとの密着性をより向上させ、キャビティ内の気密性の維持を確実に図ることができる。
また、前記充填工程と前記焼成工程との間に、前記ガラスフリット内に含まれる溶剤を除去する仮乾燥工程を有し、前記仮乾燥工程では、前記溶剤の沸点より高く、前記ガラスフリット内に含まれるガラス粒子の融点よりも低い温度で前記溶剤を蒸発させることを特徴としている。
この構成によれば、仮乾燥工程において、ガラスフリットのガラス粒子は溶融しないので、ガラス粒子間には間隙が存在している。そのため、溶剤が蒸発することにより発生したガスは、ガラス粒子間の間隙を流通してガラスフリット外へ放出されることになる。このように、焼成工程時前に溶剤を効果的に除去できるため、焼成工程時に溶剤が蒸発して発生するガスを抑制できる。
この構成によれば、仮乾燥工程において、ガラスフリットのガラス粒子は溶融しないので、ガラス粒子間には間隙が存在している。そのため、溶剤が蒸発することにより発生したガスは、ガラス粒子間の間隙を流通してガラスフリット外へ放出されることになる。このように、焼成工程時前に溶剤を効果的に除去できるため、焼成工程時に溶剤が蒸発して発生するガスを抑制できる。
また、前記充填工程と前記焼成工程との間に、前記ガラスフリット内に含まれるバインダを除去する脱バインダ工程を有し、前記脱バインダ工程では、前記バインダの沸点より高く、前記ガラスフリット内に含まれるガラス粒子の融点よりも低い温度で前記バインダを蒸発させることを特徴としている。
この構成によれば、ガラス粒子を溶融させずにバインダを蒸発させることができるため、バインダが蒸発して発生するガスは、ガラス粒子間の間隙を流通してガラスフリット外へ効率的に放出される。このように、焼成工程時前にバインダを効果的に除去できるので、焼成工程時にバインダが蒸発して発生するガスを抑制できる。
この構成によれば、ガラス粒子を溶融させずにバインダを蒸発させることができるため、バインダが蒸発して発生するガスは、ガラス粒子間の間隙を流通してガラスフリット外へ効率的に放出される。このように、焼成工程時前にバインダを効果的に除去できるので、焼成工程時にバインダが蒸発して発生するガスを抑制できる。
また、本発明のパッケージは、パッケージの製造方法を用いて製造されたことを特徴としている。
この構成によれば、上記本発明のパッケージの製造方法を用いて製造しているため、キャビティ内の気密性に優れ、かつキャビティの内部と外部との導通性に優れたパッケージを提供できる。
この構成によれば、上記本発明のパッケージの製造方法を用いて製造しているため、キャビティ内の気密性に優れ、かつキャビティの内部と外部との導通性に優れたパッケージを提供できる。
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の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している。
この構成によれば、上記本発明の気密性に優れたパッケージを備えているので、振動特性に優れた圧電振動子を提供できる。また、キャビティの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
この構成によれば、上記本発明の気密性に優れたパッケージを備えているので、振動特性に優れた圧電振動子を提供できる。また、キャビティの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
また、本発明の発振器は、上記本発明の圧電振動子が、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している。
また、本発明の電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴としている。
また、本発明の電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴としている。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、振動特性に優れ、かつキャビティの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子を備えているので、特性及び信頼性に優れた製品を提供できる。
本発明のパッケージの製造方法及びパッケージによれば、ガラスフリットの内部に形成される空隙部を縮小して、キャビティ内の気密性に優れ、かつキャビティの内部と外部との導通性に優れたパッケージを提供できる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、気密性に優れたパッケージを備えているので、振動特性に優れた圧電振動子を提供できる。また、キャビティの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、振動特性に優れ、かつキャビティの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子を備えているので、特性及び信頼性に優
また、本発明に係る圧電振動子によれば、気密性に優れたパッケージを備えているので、振動特性に優れた圧電振動子を提供できる。また、キャビティの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、振動特性に優れ、かつキャビティの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子を備えているので、特性及び信頼性に優
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
(圧電振動子)
図1は、本実施形態における圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。また図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で圧電振動片を上方から見た図ある。また、図3は図2に示すA−A線に沿った圧電振動子の断面図であり、図4は圧電振動子の分解斜視図である。
図1〜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(第1基板)2及びリッド基板3が接合材23を介して陽極接合された箱状のパッケージ10と、パッケージ10のキャビティC内に収納された圧電振動片(電子部品)5とを備えた表面実装型の圧電振動子1である。そして、圧電振動片5とベース基板2の裏面2a(図3中下面:第1面)に設置された外部電極6,7とが、ベース基板2を貫通する一対の貫通電極8,9によって電気的に接続されている。
(圧電振動子)
図1は、本実施形態における圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。また図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で圧電振動片を上方から見た図ある。また、図3は図2に示すA−A線に沿った圧電振動子の断面図であり、図4は圧電振動子の分解斜視図である。
図1〜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(第1基板)2及びリッド基板3が接合材23を介して陽極接合された箱状のパッケージ10と、パッケージ10のキャビティC内に収納された圧電振動片(電子部品)5とを備えた表面実装型の圧電振動子1である。そして、圧電振動片5とベース基板2の裏面2a(図3中下面:第1面)に設置された外部電極6,7とが、ベース基板2を貫通する一対の貫通電極8,9によって電気的に接続されている。
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透明な絶縁基板で板状に形成されている。ベース基板2には、一対の貫通電極8,9が形成される一対の貫通孔(凹部)21,22が形成されている。貫通孔21,22は、ベース基板2の裏面2aから表面2b(図3中上面)に向かって漸次径が縮径した断面テーパ形状をなしている。
リッド基板3は、ベース基板2と同様に、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、ベース基板2に重ね合わせ可能な大きさの板状に形成されている。そして、リッド基板3の内面3b(図3中下面)側には、圧電振動片5が収容される矩形状の凹部3aが形成されている。この凹部3aは、ベース基板2及びリッド基板3が重ね合わされたときに、圧電振動片5を収容するキャビティCを形成する。そして、リッド基板3は、凹部3aをベース基板2側に対向させた状態でベース基板2に対して接合材23を介して陽極接合されている。すなわち、リッド基板3の内面3b側は、中央部に形成された凹部3aと、凹部3aの周囲に形成され、ベース基板2との接合面となる額縁領域3cとを構成している。
圧電振動片5は、水晶、タンタル酸リチウムや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5は、平行に配置された一対の振動腕部24,25と、一対の振動腕部24,25の基端側を一体的に固定する基部26とからなる音叉型で、一対の振動腕部24,25の外表面上には、振動腕部24,25を振動させる図示しない一対の第1の励振電極と第2の励振電極とからなる励振電極と、第1の励振電極及び第2の励振電極と後述する引き回し電極27,28とを電気的に接続する一対のマウント電極とを有している(何れも不図示)。
この圧電振動片5は、平行に配置された一対の振動腕部24,25と、一対の振動腕部24,25の基端側を一体的に固定する基部26とからなる音叉型で、一対の振動腕部24,25の外表面上には、振動腕部24,25を振動させる図示しない一対の第1の励振電極と第2の励振電極とからなる励振電極と、第1の励振電極及び第2の励振電極と後述する引き回し電極27,28とを電気的に接続する一対のマウント電極とを有している(何れも不図示)。
このように構成された圧電振動片5は、図2,図3に示すように、金等のバンプBを利用して、ベース基板2の表面2bに形成された引き回し電極27,28上にバンプ接合されている。より具体的には、圧電振動片5の第1の励振電極が、一方のマウント電極及びバンプBを介して一方の引き回し電極27上にバンプ接合され、第2の励振電極が他方のマウント電極及びバンプBを介して他方の引き回し電極28上にバンプ接合されている。これにより、圧電振動片5は、ベース基板2の表面2bから浮いた状態で支持されるとともに、各マウント電極と引き回し電極27,28とがそれぞれ電気的に接続された状態となる。
外部電極6,7は、ベース基板2の裏面2aにおける長手方向の両側に設置されており、各貫通電極8,9及び各引き回し電極27,28を介して圧電振動片5に電気的に接続されている。より具体的には、一方の外部電極6は、一方の貫通電極8及び一方の引き回し電極27を介して圧電振動片5の一方のマウント電極に電気的に接続されている。また、他方の外部電極7は、他方の貫通電極9及び他方の引き回し電極28を介して、圧電振動片5の他方のマウント電極に電気的に接続されている。
貫通電極8,9は、焼成によって貫通孔21,22に対して一体的に固定された筒体32及び芯材部31によって形成されたものであり、貫通孔21,22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、外部電極6,7と引き回し電極27,28とを導通させる役割を担っている。具体的に、一方の貫通電極8は、外部電極6と基部26との間で引き回し電極27の下方に位置しており、他方の貫通電極9は、外部電極7と振動腕部25との間で引き回し電極28の下方に位置している。
筒体32は、ペースト状のガラスフリット38(図7参照)が焼成されたものである。筒体32は、両端が平坦で且つベース基板2と略同じ厚みの円筒状に形成されている。そして、筒体32の中心には、芯材部31が筒体32の中心孔を貫通するように配されている。また、本実施形態では貫通孔21,22の形状に合わせて、筒体32の外形が円錐台状(断面テーパ状)となるように形成されている。そして、この筒体32は、貫通孔21,22内に埋め込まれた状態で焼成されており、これら貫通孔21,22に対して強固に固着されている。
上述した芯材部31は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体32と同様に両端が平坦で、かつベース基板2の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。なお、貫通電極8,9が完成品として形成された場合には、上述したように芯材部31は、円柱状でベース基板2の厚さと同じ厚さとなるように形成されているが、製造過程では、後述する図8に示すように、芯材部31の一方の端部に連結された平板状の土台部36とともに鋲体型の金属ピン37を形成している。
上述した芯材部31は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体32と同様に両端が平坦で、かつベース基板2の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。なお、貫通電極8,9が完成品として形成された場合には、上述したように芯材部31は、円柱状でベース基板2の厚さと同じ厚さとなるように形成されているが、製造過程では、後述する図8に示すように、芯材部31の一方の端部に連結された平板状の土台部36とともに鋲体型の金属ピン37を形成している。
リッド基板3の内面3b全体には、陽極接合用の接合材23が形成されている。具体的に、接合材23は、額縁領域3c及び凹部3aの内面全体に亘って形成されている。本実施形態の接合材23はSi膜で形成されているが、接合材23をAlで形成することも可能である。なお接合材として、ドーピング等により低抵抗化したSiバルク材を可能することも可能である。そして後述するように、この接合材23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。
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6,7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5の各励振電極に電流を流すことができ、一対の振動腕部24,25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24,25の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源や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について説明する。図5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6は、ウエハ接合体の分解斜視図である。以下には、複数のベース基板2が連なるベース基板用ウエハ40と、複数のリッド基板3が連なるリッド基板用ウエハ50との間に複数の圧電振動片5を封入してウエハ接合体60を形成し、ウエハ接合体60を切断することにより複数の圧電振動子1を同時に製造する方法について説明する。なお、図6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。
図5に示すように、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(S40以下)とを有している。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)及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について説明する。図5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6は、ウエハ接合体の分解斜視図である。以下には、複数のベース基板2が連なるベース基板用ウエハ40と、複数のリッド基板3が連なるリッド基板用ウエハ50との間に複数の圧電振動片5を封入してウエハ接合体60を形成し、ウエハ接合体60を切断することにより複数の圧電振動子1を同時に製造する方法について説明する。なお、図6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。
図5に示すように、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(S40以下)とを有している。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)及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。
初めに、圧電振動片作製工程を行って図1〜図4に示す圧電振動片5を作製する(S10)。また、圧電振動片5を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、マウント後に行う。
(リッド基板用ウエハ作成工程)
次に、図5,図6に示すように、後にリッド基板3となるリッド基板用ウエハ50を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するリッド基板用ウエハ作製工程を行う(S20)。具体的には、ソーダ石灰ガラス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した円板状のリッド基板用ウエハ50を形成する(S21)。次いで、リッド基板用ウエハ50の第1面50a(図6における下面)に、エッチング等により行列方向にキャビティC用の凹部3aを複数形成する凹部形成工程を行う(S22)。
次に、後述するベース基板用ウエハ40との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ40との接合面となるリッド基板用ウエハ50の第1面50a側を少なくとも研磨する研磨工程(S23)を行い、第1面50aを鏡面加工する。
次に、図5,図6に示すように、後にリッド基板3となるリッド基板用ウエハ50を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するリッド基板用ウエハ作製工程を行う(S20)。具体的には、ソーダ石灰ガラス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した円板状のリッド基板用ウエハ50を形成する(S21)。次いで、リッド基板用ウエハ50の第1面50a(図6における下面)に、エッチング等により行列方向にキャビティC用の凹部3aを複数形成する凹部形成工程を行う(S22)。
次に、後述するベース基板用ウエハ40との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ40との接合面となるリッド基板用ウエハ50の第1面50a側を少なくとも研磨する研磨工程(S23)を行い、第1面50aを鏡面加工する。
次に、リッド基板用ウエハ50の第1面50a全体(ベース基板用ウエハ40との接合面及び凹部3aの内面)に接合材23を形成する接合材形成工程(S24)を行う。このように、接合材23をリッド基板用ウエハ50の第1面50a全体に形成することで、接合材23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。なお、接合材23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。また、接合材形成工程(S24)の前に接合面を研磨しているので、接合材23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。
以上により、リッド基板用ウエハ作成工程(S20)が終了する。
以上により、リッド基板用ウエハ作成工程(S20)が終了する。
(ベース基板用ウエハ作成工程)
次に、上述した工程と同時或いは前後のタイミングで、後にベース基板2となるベース基板用ウエハ40を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するベース基板用ウエハ作製工程を行う(S30)。まず、ソーダ石灰ガラス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した円板状のベース基板用ウエハ40を形成する(S31)。
次に、上述した工程と同時或いは前後のタイミングで、後にベース基板2となるベース基板用ウエハ40を、陽極接合を行う直前の状態まで作製するベース基板用ウエハ作製工程を行う(S30)。まず、ソーダ石灰ガラス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した円板状のベース基板用ウエハ40を形成する(S31)。
(貫通電極形成工程)
次いで、ベース基板用ウエハ40を厚さ方向に貫通し、キャビティCの内側と圧電振動子1の外側とを導通する貫通電極8,9(図3参照)を形成する貫通電極形成工程(S32)を行う。以下に、貫通電極形成工程(S32)について詳細を説明する。図7はベース基板用ウエハの断面図であって、貫通孔形成工程及び金属ピン配置工程を説明するための工程図である。
貫通電極形成工程(S32)では、まず図7に示すように、ベース基板用ウエハ40を貫通する一対の貫通孔21,22を複数形成する貫通孔形成工程(S33:凹部形成工程)を行う。具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ40の第1面40aから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ40の第2面40b側から破線部T1まで研磨することで、凹部を貫通させ、貫通孔21,22を形成することができる。これにより、ベース基板用ウエハ40(ベース基板2)の第2面40b側から第1面40a側に向かって漸次内径が大きくなるように貫通孔21,22を形成することができる。
次いで、ベース基板用ウエハ40を厚さ方向に貫通し、キャビティCの内側と圧電振動子1の外側とを導通する貫通電極8,9(図3参照)を形成する貫通電極形成工程(S32)を行う。以下に、貫通電極形成工程(S32)について詳細を説明する。図7はベース基板用ウエハの断面図であって、貫通孔形成工程及び金属ピン配置工程を説明するための工程図である。
貫通電極形成工程(S32)では、まず図7に示すように、ベース基板用ウエハ40を貫通する一対の貫通孔21,22を複数形成する貫通孔形成工程(S33:凹部形成工程)を行う。具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ40の第1面40aから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ40の第2面40b側から破線部T1まで研磨することで、凹部を貫通させ、貫通孔21,22を形成することができる。これにより、ベース基板用ウエハ40(ベース基板2)の第2面40b側から第1面40a側に向かって漸次内径が大きくなるように貫通孔21,22を形成することができる。
続いて、貫通孔形成工程(S32)で形成された複数の貫通孔21,22内に、金属ピンの芯材部31を配置する金属ピン配置工程を行う(S34)。図8は金属ピンの斜視図である。
図8に示すように、金属ピン37は、平板状の土台部36と、土台部36上から土台部36の表面に略直交する方向に沿ってベース基板用ウエハ40の厚さよりも僅かに短い長さで形成されるとともに、先端が平坦に形成された芯材部31と、を有している。
図8に示すように、金属ピン37は、平板状の土台部36と、土台部36上から土台部36の表面に略直交する方向に沿ってベース基板用ウエハ40の厚さよりも僅かに短い長さで形成されるとともに、先端が平坦に形成された芯材部31と、を有している。
そして、図7(b)に示すように、貫通孔21,22の小径側(ベース基板用ウエハ40の第2面40b側)から金属ピン37の芯材部31を挿入する。この時、上述した金属ピン37の土台部36の表面がベース基板用ウエハ40の第2面40bに接触するまで、芯材部31を挿入する。ここで、芯材部31の軸方向と貫通孔21,22の軸方向とを略一致するように金属ピン37を配置する必要がある。しかしながら、土台部36上に芯材部31が形成された金属ピン37を利用するため、土台部36をベース基板用ウエハ40に接触させるまで押し込むだけの簡単な作業で、芯材部31の軸方向と貫通孔21,22の軸方向とを略一致させることができる。したがって、金属ピン配置工程(S34)時における作業性を向上することができる。
(充填工程)
図9はベース基板用ウエハの断面図であって、充填工程を説明するための工程図である。
図9(a)に示すように、金属ピン37がセットされたベース基板用ウエハ40を真空印刷装置内に搬送し、貫通孔21,22内にペースト状のガラスフリット38を充填する充填工程(S35)を行う。本実施形態の充填工程(S35)では、真空印刷装置の図示しないチャンバー内において、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに沿ってスキージ(第1スキージ45及び第2スキージ46)を走査することにより、貫通孔21,22の大径側(ベース基板用ウエハ40の第1面40a側)からガラスフリット38を充填する。本実施形態の真空印刷装置は、ベース基板用ウエハ40を保持する図示しない治具と、図示しない移動機構により、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに沿って互いに逆方向に走査可能に保持された第1スキージ45(図9(a)参照)及び第2スキージ46(図9(c)参照)とを備えている。なお、本実施形態で用いるガラスフリット38は、粉末状のガラス粒子と、有機溶剤とエチルセルロース等からなるバインダとが主に配合されてなるペースト材である。
図9はベース基板用ウエハの断面図であって、充填工程を説明するための工程図である。
図9(a)に示すように、金属ピン37がセットされたベース基板用ウエハ40を真空印刷装置内に搬送し、貫通孔21,22内にペースト状のガラスフリット38を充填する充填工程(S35)を行う。本実施形態の充填工程(S35)では、真空印刷装置の図示しないチャンバー内において、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに沿ってスキージ(第1スキージ45及び第2スキージ46)を走査することにより、貫通孔21,22の大径側(ベース基板用ウエハ40の第1面40a側)からガラスフリット38を充填する。本実施形態の真空印刷装置は、ベース基板用ウエハ40を保持する図示しない治具と、図示しない移動機構により、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに沿って互いに逆方向に走査可能に保持された第1スキージ45(図9(a)参照)及び第2スキージ46(図9(c)参照)とを備えている。なお、本実施形態で用いるガラスフリット38は、粉末状のガラス粒子と、有機溶剤とエチルセルロース等からなるバインダとが主に配合されてなるペースト材である。
充填工程(S35)を開始するにあたって、まずベース基板用ウエハ40を、第1面40a(貫通孔21,22の大径側)を上方に向けた状態で真空印刷装置の図示しない治具にセットするとともに、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに図示しないメタルマスクを配置する。メタルマスクは、ベース基板用ウエハ40の第2面40bへのガラスフリット38の回り込みを防止するためのものであり、ベース基板用ウエハ40の周縁部を覆うとともに、中央部には開口部が形成されている。次に、真空印刷装置のチャンバー内の真空引きを行ってチャンバー内を減圧雰囲気(例えば、0.5〜1torr程度)とする。
そして、第1スキージ45の走査方向手前側のメタルマスク上にガラスフリット38を供給する。続いて、第1スキージ45の先端をメタルマスク(ベース基板用ウエハ40の第1面40a)に当接させた状態で、第1スキージ45をベース基板用ウエハ40の第1面40aに沿って走査する(第1走査工程(S35A))。この際、ベース基板用ウエハ40の第1面40aと第1スキージ45の走査面とが平行となるように、例えばベース基板用ウエハ40の径方向一端側から他端側に向けて第1スキージ45を走査する(図9(a)矢印参照)。
第1スキージ45を走査すると、第1スキージ45の先端により第1スキージ45の走査方向に沿って押し流されるようにガラスフリット38が流動する。これにより、ベース基板用ウエハ40上に沿ってガラスフリット38が均される。そして、貫通孔21,22の開口縁に沿って第1スキージ45を走査する際に、第1スキージ45の先端によって開口縁近傍のガラスフリット38が、貫通孔21,22内に押し流されるように流動する。その結果、貫通孔21,22内にガラスフリット38が充填される(図9(b)参照)。
この際、本実施形態では充填工程(S35)を減圧雰囲気下で行うことで、ガラスフリット38が脱気され、ガラスフリット38中に含まれる気泡(空気等)を除去できる。これにより、気泡の少ないガラスフリット38を貫通孔21,22内に充填できる。
また、貫通孔21,22内から空気を抜いた状態でガラスフリット38を充填できるので、大気圧雰囲気下にてガラスフリット38を充填する場合に比べて、貫通孔21,22内にガラスフリット38をスムーズに充填できる。その結果、貫通孔21,22内にガラスフリット38を隙間なく充填できる。さらに、本実施形態では、貫通孔21,22の大径側からガラスフリット38を充填することで、貫通孔21,22と金属ピン37との間隙に容易にガラスフリット38を充填できる。
また、貫通孔21,22内から空気を抜いた状態でガラスフリット38を充填できるので、大気圧雰囲気下にてガラスフリット38を充填する場合に比べて、貫通孔21,22内にガラスフリット38をスムーズに充填できる。その結果、貫通孔21,22内にガラスフリット38を隙間なく充填できる。さらに、本実施形態では、貫通孔21,22の大径側からガラスフリット38を充填することで、貫通孔21,22と金属ピン37との間隙に容易にガラスフリット38を充填できる。
第1走査工程(S35A)の終了後、ベース基板用ウエハ40の第1面40a上に残存している余分なガラスフリット38を除去する第2走査工程(S35B)を行う。具体的には、図9(c)に示すように、第2スキージ46の先端をベース基板用ウエハ40の第1面40aに接触させた状態で、上述した第1スキージ45の走査条件と同様の条件によって第1スキージ45の走査方向とは逆方向(例えば、ベース基板用ウエハ40の径方向他端側から一端側)に沿って走査する(図9(c)中矢印参照)。これにより、図9(d)に示すように、貫通孔21,22の外部(ベース基板用ウエハ40の第1面40a上)に存在するにガラスフリット38を除去できる。なお、本実施形態では金属ピン37の芯材部31の長さをベース基板用ウエハ40の厚さよりも短くしたため、第2スキージ46が貫通孔21,22の上部を通過する際に、第2スキージ46の先端と芯材部31の先端とが接触することがなく、芯材部31が傾いてしまうことを抑制することができる。
図10は、ベース基板用ウエハの断面図であって、仮乾燥工程以降を説明するための工程図である。
次に、図10(a)に示すように、充填工程(S35)で埋め込んだガラスフリット38を仮乾燥させる(S36:仮乾燥工程)。具体的には、ガラスフリット38が充填されたベース基板用ウエハ40を、乾燥炉内に搬送する。そして、乾燥炉内を例えば大気圧雰囲気下で80℃程度に保持し、ベース基板用ウエハ40を30分程度乾燥させる。
ここで、ガラスフリット38に配合されている有機溶剤の沸点は85℃より低い。したがって、仮乾燥工程(S36)において、ガラスフリット38に配合される有機溶剤が蒸発して除去される。一方、ガラスフリット38に含まれるガラス粒子の融点は、一般的に約500℃〜600℃程度であり、仮乾燥工程(S36)の温度である85℃よりもはるかに高い。そのため、仮乾燥工程(S36)ではガラスフリット38は溶融しない。また、ガラスフリット38に配合されたバインダ(エチルセルロース)の沸点は約350℃程度と仮乾燥工程(S36)での温度よりもはるかに高い。そのため、仮乾燥工程(S36)においてバインダが蒸発することもない。
上述したように、この時点では、ガラスフリット38のガラス粒子は溶融していないので、ガラス粒子間には間隙が存在している。そのため、有機溶剤が蒸発することにより発生したガスは、ガラス粒子間の間隙を流通してガラスフリット38外へ放出されることになる(図10(a)中矢印参照)。よって、焼成工程時(S38)前に有機溶剤を効果的に除去できるため、焼成工程(S38)時に有機溶剤が蒸発して発生するガスを抑制できる。
次に、図10(a)に示すように、充填工程(S35)で埋め込んだガラスフリット38を仮乾燥させる(S36:仮乾燥工程)。具体的には、ガラスフリット38が充填されたベース基板用ウエハ40を、乾燥炉内に搬送する。そして、乾燥炉内を例えば大気圧雰囲気下で80℃程度に保持し、ベース基板用ウエハ40を30分程度乾燥させる。
ここで、ガラスフリット38に配合されている有機溶剤の沸点は85℃より低い。したがって、仮乾燥工程(S36)において、ガラスフリット38に配合される有機溶剤が蒸発して除去される。一方、ガラスフリット38に含まれるガラス粒子の融点は、一般的に約500℃〜600℃程度であり、仮乾燥工程(S36)の温度である85℃よりもはるかに高い。そのため、仮乾燥工程(S36)ではガラスフリット38は溶融しない。また、ガラスフリット38に配合されたバインダ(エチルセルロース)の沸点は約350℃程度と仮乾燥工程(S36)での温度よりもはるかに高い。そのため、仮乾燥工程(S36)においてバインダが蒸発することもない。
上述したように、この時点では、ガラスフリット38のガラス粒子は溶融していないので、ガラス粒子間には間隙が存在している。そのため、有機溶剤が蒸発することにより発生したガスは、ガラス粒子間の間隙を流通してガラスフリット38外へ放出されることになる(図10(a)中矢印参照)。よって、焼成工程時(S38)前に有機溶剤を効果的に除去できるため、焼成工程(S38)時に有機溶剤が蒸発して発生するガスを抑制できる。
次に、図10(b)に示すように、ガラスフリット38内に含まれるバインダを除去する脱バインダ工程を行う(S37)。具体的には、仮乾燥工程(S36)を終えたベース基板用ウエハ40を加熱炉のチャンバー内に移し、加熱炉内を例えば大気雰囲気下で420℃程度に保持し、ベース基板用ウエハ40を1時間程度加熱する。このように、脱バインダ工程(S37)において、加熱炉内の温度をバインダの沸点よりも高く、ガラス粒子の融点よりも低く設定することで、ガラス粒子を溶融させずにバインダを蒸発させることができる。これにより、バインダが蒸発して発生するガスが、ガラス粒子間の間隙を流通してガラスフリット38外へ効率的に放出される(図10(b)中矢印参照)。焼成工程時(S38)前にバインダを効果的に除去できるため、焼成工程(S38)時にバインダが蒸発して発生するガスを抑制できる。
そして、最後に脱バインダ工程(S37)を終えたベース基板用ウエハ40を焼成炉のチャンバー内に移し、ガラスフリット38中に含まれるガラス粒子を焼成して筒体32(図3参照)を形成する焼成工程(S38)を行う。
ところで、焼成工程(S38)時のガラスフリット38内には、脱バインダ工程(S37)で抜けきらなかったバインダや、ガラス粒子間に混入した空気が残留している場合がある。この場合、焼成工程(S38)を行うことで、上述した図16(a)に示すように、焼成完了後の外側のガラスフリット206が蓋として作用するため、ガラスフリット206内のバインダが蒸発して発生するガスや、ガラスフリット206内のガラス粒子間に混入していた空気等が、ガラスフリット206の外部へ放出されず、ガラスフリット206内に空隙部211となって残存するという問題がある。
そこで、図10(c)に示すように、本実施形態の焼成工程(S38)では、焼成炉内を加圧した状態でガラスフリット38を焼成する加圧焼成を行う。具体的に、焼成炉内を加圧した状態で、例えば610℃程度の温度雰囲気に保持する。この時、焼成炉内の圧力は、大気圧より高く設定することが好ましく、本実施形態では例えば10気圧程度に保持する。すると、ガラスフリット38内に残存している気泡が圧縮された状態で、ガラスフリット38の焼成が行われる。そして、この状態でガラスフリット38を30分程度焼成した後、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38が固化して筒体32となり、この筒体32と芯材部31及び貫通孔21,22とが互いに固着して上述した貫通電極8,9を形成できる。この際、本実施形態のようにガラスフリット38を加圧焼成することで、焼成後における筒体32の空隙部Kを縮小できる。
図11は、ベース基板用ウエハの断面図であって、研磨工程を説明するための工程図である。
次に、続いて、図11(a)に示すように、焼成後にベース基板用ウエハ40の第2面40b側を破線部T2まで研磨して金属ピン37の土台部36を除去する研磨工程を行う(S38)。これにより、筒体32及び芯材部31を位置決めさせる役割を果たしていた土台部36を除去することができ、芯材部31のみを筒体32の内部に取り残すことができる。
また、同時にベース基板用ウエハ40の第1面40a側を破線部T3まで研磨して芯材部31の先端を露出させる。その結果、筒体32と芯材部31とが一体的に固定された一対の貫通電極8,9を複数得ることができる。
次に、続いて、図11(a)に示すように、焼成後にベース基板用ウエハ40の第2面40b側を破線部T2まで研磨して金属ピン37の土台部36を除去する研磨工程を行う(S38)。これにより、筒体32及び芯材部31を位置決めさせる役割を果たしていた土台部36を除去することができ、芯材部31のみを筒体32の内部に取り残すことができる。
また、同時にベース基板用ウエハ40の第1面40a側を破線部T3まで研磨して芯材部31の先端を露出させる。その結果、筒体32と芯材部31とが一体的に固定された一対の貫通電極8,9を複数得ることができる。
次に、ベース基板用ウエハ40の第2面40bに導電性材料をパターニングして、引き回し電極形成工程を行う(S39)。このようにして、ベース基板用ウエハ製作工程(S30)が終了する。
(組立工程)
次に、ベース基板用ウエハ作成工程(S30)で作成されたベース基板用ウエハ40の各引き回し電極27,28上に、圧電振動片作成工程(S10)で作成された圧電振動片5を、それぞれ金等のバンプBを介してマウントする(S40)。そして、上述した各ウエハ40,50の作成工程で作成されたベース基板用ウエハ40及びリッド基板用ウエハ50を重ね合わせる、重ね合わせ工程を行う(S50)。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら、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、マウントされた圧電振動片5が、リッド基板用ウエハ50に形成された凹部3aとベース基板用ウエハ40とで囲まれるキャビティC内に収納された状態となる。
次に、ベース基板用ウエハ作成工程(S30)で作成されたベース基板用ウエハ40の各引き回し電極27,28上に、圧電振動片作成工程(S10)で作成された圧電振動片5を、それぞれ金等のバンプBを介してマウントする(S40)。そして、上述した各ウエハ40,50の作成工程で作成されたベース基板用ウエハ40及びリッド基板用ウエハ50を重ね合わせる、重ね合わせ工程を行う(S50)。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら、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、マウントされた圧電振動片5が、リッド基板用ウエハ50に形成された凹部3aとベース基板用ウエハ40とで囲まれるキャビティC内に収納された状態となる。
重ね合わせ工程(S50)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接合工程を行う(S60)。具体的には、接合材23とリッド基板用ウエハ50との間に所定の電圧を印加する。すると、接合材23とリッド基板用ウエハ50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5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とが接合されたウエハ接合体60を得ることができる。そして、本実施形態のように両ウエハ40,50同士を陽極接合することで、接着剤等で両ウエハ40,50を接合した場合に比べて、経時劣化や衝撃等によるずれ、ウエハ接合体60の反り等を防ぎ、両ウエハ40,50をより強固に接合することができる。
その後、一対の貫通電極8,9にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極6,7を形成し(S70)、圧電振動子1の周波数を微調整する(S80)。そして、接合されたウエハ接合体60を切断線Mに沿って切断する個片化工程(S90)を行う。
そして、電気特性検査工程(S100)では、圧電振動子1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、絶縁抵抗特性等も併せてチェックする。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。
以上により、圧電振動子1が完成する。
以上により、圧電振動子1が完成する。
このように、本実施形態では、焼成工程(S38)において、大気圧よりも高く設定された加圧雰囲気下でガラスフリット38を焼成する構成とした。
この構成によれば、ガラスフリット38を圧縮しながら焼成できるので、焼成時にガラスフリット38内に気泡が残存していた場合に、気泡の体積を縮小できる。これにより、焼成後における筒体32の空隙部Kを縮小して、貫通孔21,22と金属ピン37との間に緻密な筒体32を形成できる。したがって、貫通孔21,22及び金属ピン37と筒体32との密着性を向上させ、キャビティC内の気密性を維持できる。また、筒体32に凹み等が形成されるのを抑制し、貫通電極8,9を覆うように形成される電極膜(例えば、外部電極7,8や引き回し電極27,28)に段切れが発生するのを抑制し、キャビティCの内部と外部との導通性を確保できる。
また、貫通孔21,22及び金属ピン37と筒体32との密着性を向上できるので、貫通電極8,9の機械的強度を向上できる。その結果、圧電振動子1の機械的強度を確保できる。
この構成によれば、ガラスフリット38を圧縮しながら焼成できるので、焼成時にガラスフリット38内に気泡が残存していた場合に、気泡の体積を縮小できる。これにより、焼成後における筒体32の空隙部Kを縮小して、貫通孔21,22と金属ピン37との間に緻密な筒体32を形成できる。したがって、貫通孔21,22及び金属ピン37と筒体32との密着性を向上させ、キャビティC内の気密性を維持できる。また、筒体32に凹み等が形成されるのを抑制し、貫通電極8,9を覆うように形成される電極膜(例えば、外部電極7,8や引き回し電極27,28)に段切れが発生するのを抑制し、キャビティCの内部と外部との導通性を確保できる。
また、貫通孔21,22及び金属ピン37と筒体32との密着性を向上できるので、貫通電極8,9の機械的強度を向上できる。その結果、圧電振動子1の機械的強度を確保できる。
また、本実施形態では充填工程(S35)を減圧雰囲気下で行うことで、上述したように気泡の少ないガラスフリット38を貫通孔21,22内に隙間なく充填できる。そして、この状態でガラスフリット38を焼成することで、貫通孔21,22内を筒体32で隙間なく封止できるので、貫通孔21,22及び金属ピン37と筒体32との密着性をより向上させ、キャビティC内の気密性の維持及び貫通電極8,9の機械的強度の向上を図ることができる。
このように、気密性に優れたパッケージ10を備えているので、振動特性に優れた圧電振動子1を提供できる。また、キャビティCの内部と外部との導通性に優れた圧電振動子1を提供することができる。また、機械的強度が確保された圧電振動子1を提供することができる。
(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12を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器100は、図12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、発振器用の上述した集積回路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の圧電振動片5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。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図12を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器100は、図12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、発振器用の上述した集積回路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の圧電振動片5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。
このように構成された発振器100において、圧電振動子1に電圧を印加すると、この圧電振動子1内の圧電振動片5が振動する。この振動は、圧電振動片5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101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101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。
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。
上述したように、本実施形態の発振器100によれば、上述した圧電振動子1を備えているので、特性及び信頼性に優れた発振器100を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
(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13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。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図13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。
(携帯情報機器)
次に、本実施形態の携帯情報機器110の構成について説明する。この携帯情報機器110は、図13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111とを備えている。電源部111は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部111には、各種制御を行う制御部112と、時刻等のカウントを行う計時部113と、外部との通信を行う通信部114と、各種情報を表示する表示部115と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部116とが並列に接続されている。そして、電源部111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。
次に、本実施形態の携帯情報機器110の構成について説明する。この携帯情報機器110は、図13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111とを備えている。電源部111は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部111には、各種制御を行う制御部112と、時刻等のカウントを行う計時部113と、外部との通信を行う通信部114と、各種情報を表示する表示部115と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部116とが並列に接続されている。そして、電源部111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112は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部112は、予めプログラムが書き込まれたROMと、この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、この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113は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及び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5が振動し、この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112と信号の送受信が行われ、表示部115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114は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部117、音声処理部118、切替部119、増幅部120、音声入出力部121、電話番号入力部122、着信音発生部123及び呼制御メモリ部124を備えている。
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。
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。
また、着信音発生部123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119は、着信時に限って、音声処理部118に接続されている増幅部120を着信音発生部123に切り替えることによって、着信音発生部123において生成された着信音が増幅部120を介して音声入出力部121に出力される。
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、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。
電圧検出部116は、電源部111によって制御部112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112に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部114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116から電圧降下の通知を受けた制御部112は、無線部117、音声処理部118、切替部119及び着信音発生部123の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部117の動作停止は、必須となる。さらに、表示部115に、通信部114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116と制御部112とによって、通信部114の動作を禁止し、その旨を表示部115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115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。
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。
上述したように、本実施形態の携帯情報機器110によれば、上述した圧電振動子1を備えているので、特性及び信頼性に優れた携帯情報機器110を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
(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14を参照して説明する。
本実施形態の電波時計130は、図14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。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図14を参照して説明する。
本実施形態の電波時計130は、図14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。
以下、電波時計130の機能的構成について詳細に説明する。
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、上述した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。
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、上述した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。
さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路134により検波復調される。続いて、波形整形回路135を介してタイムコードが取り出され、CPU136でカウントされる。CPU136では、現在の年、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、RTC137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。
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。
なお、上述の説明は、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130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。
上述したように、本実施形態の電波時計130によれば、上述した圧電振動子1を備えているので、特性及び信頼性に優れた電波時計130を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
なお、本発明の技術範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、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が、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可能である。
また、上述した実施形態では、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が、これに限らず、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等に、本発明を適用しても構わない。
例えば、上述した実施形態では、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が、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可能である。
また、上述した実施形態では、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が、これに限らず、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等に、本発明を適用しても構わない。
また、上述した実施形態では、貫通孔21,22内に土台部36から立設された金属ピン37を配置し、その後、土台部36を研磨して除去することにより貫通電極7,8を形成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、貫通孔21,22を有底の凹部とし、円柱状の金属ピンを凹部内に配置して貫通電極を形成しても構わない。但し、金属ピンが傾倒することなく、貫通孔内に配置できる点で、本実施形態に優位性がある。
さらに、上述した実施形態では、焼成工程(S38)において、焼成炉内の圧力を10気圧に設定する場合について説明したが、大気圧よりも高い圧力であれば、適宜調整可能である。
2…ベース基板(第1基板) 5…圧電振動片(電子部品) 8,9…貫通電極 21,22…貫通孔(凹部) 31…芯材部(金属ピン) 36…土台部 37…金属ピン 38…ガラスフリット 40a…第1面 40a…第2面 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 C…キャビティ
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複数の基板の外側とを導通させる貫通電極を形成する貫通電極形成工程を有し、
前記貫通電極形成工程は、
前記第1基板の第1面に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部内に金属ピンを挿入する金属ピン配置工程と、
前記凹部と前記金属ピンとの間にガラスフリットを充填する充填工程と、
前記凹部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、
前記第1基板の少なくとも第2面を研磨して前記金属ピンを前記第2面に露出させる研磨工程とを有し、
前記焼成工程は、圧力が大気圧よりも高く設定された加圧雰囲気下で行うことを特徴とするパッケージの製造方法。 - 前記充填工程は、真空印刷法を用いて行うことを特徴とする請求項1記載のパッケージの製造方法。
- 前記充填工程と前記焼成工程との間に、前記ガラスフリット内に含まれる溶剤を除去する仮乾燥工程を有し、
前記仮乾燥工程では、前記溶剤の沸点より高く、前記ガラスフリット内に含まれるガラス粒子の融点よりも低い温度で前記溶剤を蒸発させることを特徴とする請求項1または請求項2記載のパッケージの製造方法。 - 前記充填工程と前記焼成工程との間に、前記ガラスフリット内に含まれるバインダを除去する脱バインダ工程を有し、
前記脱バインダ工程では、前記バインダの沸点より高く、前記ガラスフリット内に含まれるガラス粒子の融点よりも低い温度で前記バインダを蒸発させることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載のパッケージの製造方法。 - 請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載のパッケージの製造方法を用いて製造されたことを特徴とするパッケージ。
- 請求項5記載の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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JP2010097345A JP2011228961A (ja) | 2010-04-20 | 2010-04-20 | パッケージの製造方法、パッケージ、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計 |
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- 2010-04-20 JP JP2010097345A patent/JP2011228961A/ja active Pending
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