JP2013031909A - ガラス基板の研磨方法、パッケージの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器並びに電波時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】研磨剤を供給しつつリッド基板用ウエハ50の接合面53を研磨する、研磨工程を有するガラス基板の研磨方法であって、研磨工程は、研磨剤に酸化セリウムを主成分とする第1研磨剤を用いてリッド基板用ウエハ50の接合面53を研磨する前段ポリッシュ工程と、研磨剤にコロイダルシリカを主成分とする第2研磨剤を用いてリッド基板用ウエハ50の接合面53を研磨する後段ポリッシュ工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図7
Description
そこで、例えば、特許文献1には、両基板を陽極接合するために、その前段で両基板の接合面を研磨して表面精度を向上させる研磨工程を有する構成が記載されている。研磨工程の一例としては、研磨パッドを設けた上下一対の定盤間に、基板を保持するキャリアを挟み、研磨剤を供給しながら定盤とキャリアとを相対的に回転、移動させて基板両面を同時に研磨する方法が知られている。なお、研磨剤には、一般的にガラス面の研磨に使用される酸化セリウム等が好適に用いられている。
この構成によれば、ガラス基板の隔壁の先端面を平坦化することで、隔壁の先端面を接合した場合に、隔壁の内側の気密性を確保した上で、ガラス基板を確実に接合することができる。
この構成によれば、発砲ウレタンからなる研磨パッドを使用することで、研磨パッドがガラス基板の角部の周縁に回り込まず、ガラス基板の表面上のみを摺動するので、ガラス基板の表面を積極的に研磨できる。そのため、ガラス基板の表面の周縁部に面ダレ部分が発生するのを抑制でき、ガラス基板の接合代を大きく確保できる。
この構成によれば、ガラス基板の表面と研磨パッドとの間に第2研磨剤を確実に介在させて、ガラス基板の表面を効率的に研磨することができる。
この構成によれば、上記本発明のガラス基板の研磨方法を用いて研磨を行うことで、第1基板の接合面の表面精度の向上を図るとともに、平坦面を大きく確保することができるため、第1基板の接合面を接合する場合の接合代を確保することができる。その結果、第1基板と第2基板とを確実に陽極接合し、キャビティ内の気密を確保することができる。
この構成によれば、上記本発明のパッケージの製造方法によって製造された圧電振動子であるため、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子を提供することができる。
また、本発明に係るパッケージの製造方法によれば、上記本発明のガラス基板の研磨方法を用いて研磨を行うことで、第1基板の接合面の表面精度の向上を図るとともに、平坦面を大きく確保することができるため、第1基板の接合面を接合する場合の接合代を確保することができる。その結果、第1基板と第2基板とを確実に陽極接合し、キャビティ内の気密を確保することができる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、上記本発明のパッケージの製造方法によって製造された圧電振動子であるので、振動特性に優れた信頼性の高い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おいては、上記本発明の圧電振動子を備えているので、振動特性に優れた信頼性の高い製品を提供することができる。
(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1〜4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の第1面2a(図3中下面)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。
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)。
そして、芯材部31を通して貫通電極8,9の電気導通性が確保されている。
次に、上述した圧電振動子の製造方法について、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。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は、ウエハ接合体の分解斜視図であり、図6に示す破線Mは、後述する個片化工程(S90)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、ベース基板用ウエハ作製工程(S20)と、リッド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)、ベース基板用ウエハ作製工程(S20)及びリッド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1〜4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。
まず、図5,6に示すように、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(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ベース基板用ウエハ40を形成する(S21)。次いで、例えばプレス加工等により、ベース基板用ウエハ40に一対の貫通電極8,9を配置するための貫通孔21,22を複数形成する貫通孔形成工程を行う(S22)。具体的には、プレス加工によりベース基板用ウエハ40の第1面40aに凹部を形成した後、ベース基板用ウエハ40の第2面40b側から研磨することで、凹部を貫通させ、貫通孔21,22を形成することができる。
図7は、リッド基板用ウエハの断面図である。
上述したベース基板用ウエハ作製工程(S20)と同時或いは前後のタイミングで、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(S30)。具体的には、図5〜7(a)に示すように、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(S31)。
次いで、図7(b)に示すように、リッド基板用ウエハ50の第1面51に、プレス加工やエッチング等により、キャビティC用の凹部3aを行列方向に複数形成する凹部形成工程を行う(S32)。これにより、リッド基板用ウエハ50の第1面51側は、複数の凹部3aと、凹部3aの周囲に形成され、先端面がベース基板用ウエハ40との接合面53(上述した額縁領域3cに相当)になる隔壁54と、を構成している。
次に、リッド基板用ウエハ50を研磨する研磨工程(S33)を行う。研磨工程(S33)は、リッド基板用ウエハ50に対して粗削りを行うラッピング工程(S34)と、鏡面仕上げを行うポリッシュ工程(S35)と、を有している。
まず、ラッピング工程(S33)では、図示しない両面ラッピング装置を用い、リッド基板用ウエハ50の両面(第1面51及び第1面51と反対側の第2面52)をラッピング(粗削り)する。具体的には、リッド基板用ウエハ50を鋳鉄等からなるラップによってラップ剤を介して挟持し、これらラップ剤とリッド基板用ウエハ50とを相対移動させる。これにより、リッド基板用ウエハ50の両面51,52を粗削りすることができる。
ポリッシュ工程(S35)は、図示しない両面研磨装置を用いてリッド基板用ウエハ50の両面51,52を研磨する1次ポリッシュ工程(S35A:前段ポリッシュ工程)、及び2次ポリッシュ工程(S35B:前段ポリッシュ工程)と、後述する片面研磨装置61を用いてリッド基板用ウエハ50の第1面51(接合面53)を研磨する3次ポリッシュ工程(S35C:後段ポリッシュ工程)と、を有している。
なお、その他の1次ポリッシュ工程(S35A)における研磨条件は、例えば以下の通りである。
・研磨圧力 80g/cm2程度
・研磨剤の流量 数百cc/min
そして、その他の研磨条件については、上述した1次ポリッシュ工程(S35A)の研磨条件と同様の条件でリッド基板用ウエハ50を研磨することで、第1面51のうち主に接合面53が研磨され、接合面53が接合代D3の平坦面となる(図7(d)参照)。なお、本実施形態では接合代D3を、ラッピング工程後の接合代D1に比べて90%〜95%程度に形成することができる。
続いて、図5,8に示すように、片面研磨装置61を用いてリッド基板用ウエハ50の接合面53を研磨する3次ポリッシュ工程(S35C)を行う。片面研磨装置61は、平面視円形状の上定盤62と、上定盤62と同じ平面視円形状に形成され研磨パッド(不図示)が設けられた下定盤63と、上定盤62の下側に複数配置されて、リッド基板用ウエハ50を吸着固定する平面視円形状のキャリア64と、リッド基板用ウエハ50と下定盤63の研磨パッドとの間に研磨剤(第2研磨剤)Wを流入させる研磨剤流入手段65と、下定盤63及び各キャリア64をそれぞれ独立して回転させる図示しない回転手段と、から概略構成されている。なお、本実施形態の片面研磨装置61は、例えばリッド基板用ウエハ50が各キャリア64にそれぞれ3枚ずつ固定できるようになっている。
キャリア64は、上定盤62に水平方向に回転自在に保持されて図8中の矢印A2の方向に自転する構造である。このように下定盤63が回転するとともに、キャリア64が回転する構造により、研磨面の片減りを無くし表面を平坦に研磨することができる。なお、本実施形態では、下定盤63の回転数に対してキャリア64の回転数が1回転少なくなるように設定している。
また、研磨パッドとしては、上述した2次ポリッシュ工程(S35B)で用いた研磨パッドと同様の材料(発泡ウレタン)を採用している。さらに、3次ポリッシュ工程(S35C)は、上述した1次、2次ポリッシュ工程(S35A,B)に比べて、研磨圧力(210g/cm2程度)が大きく、また回転数も多く設定されている。一方で、3次ポリッシュ工程(S35C)における研磨剤の流量は、1次、2次ポリッシュ工程(S35A,B)に比べて少なく(例えば、半分程度)設定されている。
このように、接合面53よりも先にダミー基板67が研磨され、その後に接合面53がダミー基板67とともに研磨されることにより、下定盤63からリッド基板用ウエハ50に対して徐々に圧力を負荷することが可能になり、リッド基板用ウエハ50の損傷を防止することができる。
このように、接合材23をリッド基板用ウエハ50の第1面51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(S36)の前に接合面53を研磨しているので、接合材23の表面精度が確保され、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製工程(S30)が終了する。
次に、ベース基板用ウエハ作製工程(S20)で作製されたベース基板用ウエハ40の引き回し電極27,28上に、圧電振動片作製工程(S10)で作製された圧電振動片5を、金等のバンプBを介してマウントする(S40)。
そして、上述した各ウエハ作製工程(S20,S30)で作製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)。
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。
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、接合されたウエハ接合体60を切断線Mに沿って切断し、個片化する個片化工程(S90)を行う。
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。
この構成によれば、前段ポリッシュ工程の後、コロイダルシリカによる最終研磨を行うことで、リッド基板用ウエハ50の接合面53の表面精度の向上を図ることができるとともに、接合面53の平坦面を大きく確保することができるため、接合面53の接合代を大きく確保することができる。その結果、接合面53と接合材23との密着性を向上させ、両ウエハ40,50を強固に接合することができる。
したがって、キャビティC内の気密性を確保できるため、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子1を提供することができる。なお、本実施形態の3次ポリッシュ工程(S35C)を行うことで、接合面53の表面粗さはRa=0.3nm程度となり、従来に比べて1/10程度に低減することができた。本実施形態において、表面粗さとは例えばJIS B 0601に規格化されている算術平均粗さRaの数値である。
また、3次ポリッシュ工程(S35C)における研磨圧力を1,2次ポリッシュ工程(S35A,S35B)に比べて大きく設定することで、リッド基板用ウエハ50の接合面53と研磨パッドとの間に研磨剤Wを確実に介在させて、接合面53を効率的に研磨することができる。
本実施形態の発振器100は、図9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。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図10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11を参照して説明する。
本実施形態の電波時計130は、図11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。
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。
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3次ポリッシュ工程(S35C)に片面研磨装置61を用いる構成について説明したが、両面研磨装置を用いても構わない。
Claims (9)
- 研磨剤を供給しつつガラス基板の表面を研磨する、研磨工程を有するガラス基板の研磨方法であって、
前記研磨工程は、
前記研磨剤に酸化セリウムを主成分とする第1研磨剤を用いて前記ガラス基板の前記表面を研磨する前段ポリッシュ工程と、
前記研磨剤にコロイダルシリカを主成分とする第2研磨剤を用いて前記ガラス基板の前記表面を研磨する後段ポリッシュ工程と、を有することを特徴とするガラス基板の研磨方法。 - 請求項1記載のガラス基板の研磨方法であって、
前記ガラス基板の前記表面には、凹部が形成され、
前記研磨工程では、前記凹部の周囲を取り囲む隔壁の先端面を研磨することを特徴とするガラス基板の研磨方法。 - 請求項1または請求項2記載のガラス基板の研磨方法であって、
前記後段ポリッシュ工程は、発泡ウレタンからなる研磨パッドを用いて行うことを特徴とするガラス基板の研磨方法。 - 請求項1から請求項3の何れか1項に記載のガラス基板の研磨方法であって、
前記後段ポリッシュ工程では、前記前段ポリッシュ工程に比べて研磨圧力を大きく設定することを特徴とするガラス基板の研磨方法。 - 互いに接合された複数の基板と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基板の表面に前記キャビティ用の凹部を形成する凹部形成工程と、
請求項1記載のガラス基板の研磨方法を用い、前記凹部の周囲を取り囲む隔壁の先端面を研磨する研磨工程と、
前記隔壁の先端面に、前記複数の基板のうち第2基板を陽極接合する工程と、を有することを特徴とするパッケージの製造方法。 - 請求項5記載のパッケージの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電振動子。
- 請求項6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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