JP2013187852A

JP2013187852A - 圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計

Info

Publication number: JP2013187852A
Application number: JP2012053548A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Aratake; 潔荒武
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-19
Also published as: US20130234565A1; CN103312290A

Abstract

【課題】振動腕部の先端に形成された重り金属膜にレーザ照射することで周波数調整が可能な圧電振動子において、周波数調整の際に引き回し電極の電気的特性が低下することを防止可能な圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供する。
【解決手段】圧電振動子１において、引き回し電極３７を、ベース基板２の短手幅方向の中心Ｃ２に対し一方の側にオフセットして配置し、圧電振動片４を、ベース基板２の短手幅方向の中心Ｃ２に対し、引き回し電極３７とは反対側にオフセットして配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は，圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計に関する。

例えば、携帯電話や携帯情報端末には、特許文献１に示されるような、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等を利用した圧電振動子を用いる場合が多い。

この種の圧電振動子として、キャビティが形成されたパッケージ内に音叉型の圧電振動片を気密封止したものがある。パッケージは、一対のガラス基板のうちの一方に凹部を形成した状態で互いに重ね合わせ、両者を直接接合することにより、凹部をキャビティとして機能させる構造になっている。また、圧電振動片は、互いに平行に配置された一対の振動腕部と、これらの両振動腕部の長さ方向における基端側を一体的に固定する基部と、を備えている。そして、圧電振動片は、基部が一方のガラス基板の表面に固定されて、両振動腕部が、基端側を起点として接近、離間する方向に、所定の共振周波数で振動する。
さらに前記ガラス基板には、その一面側と他面側を貫通する貫通電極が設けられている。そして、圧電振動片の基部と、貫通電極とが、ガラス基板の表面上において、振動腕部の長手方向に沿って延びる引き回し電極によって電気的に接続されている。なお、圧電振動子のパッケージとしては、ここで説明したガラスパッケージの他にもセラミックパッケージ等が知られている。

特開２０１０−１１９１２７号公報

従来より、圧電振動片の先端に周波数調整用の重り金属膜を形成することが知られている。通常、圧電振動子の製造工程では、圧電振動子の周波数がデバイスの公称周波数の範囲内に収まっているか否かを確認し、公称周波数の範囲内に収まっていない場合には周波数を調整する周波数調整工程が設けられている。この周波数調整工程において、レーザ照射によって上述の重り金属膜の一部を蒸発させることにより、圧電振動子の周波数を上昇させることができる。
しかしながら、近年、圧電振動子の小型化に伴い、振動腕部と平行に引き回し電極と振動腕部との間隔が狭くなりやすく、この場合は、レーザ照射の際に、飛散した重り金属が引き回し電極に付着することがわかった。飛散した重り金属が引き回し電極に付着すると、引き回し電極が短絡したり、電気的特性が低下する可能性がある。さらに圧電振動片の実装位置の位置精度が低いと、レーザ光が直接引き回し電極に照射される虞がある。

すなわち従来技術では、飛散した重り金属が引き回し電極に付着したり、引き回し電極に直接レーザ光が照射されたりするので、周波数調整工程を行う度に引き回し電極の電気的特性が低下する可能性がある。また、本願発明者らが新たに発見したこの課題に対して、これまでに何ら有効な手段も開示されていない。

そこで本発明は、振動腕部の先端に形成された重り金属膜にレーザ照射することで周波数調整が可能な圧電振動子において、周波数調整の際に引き回し電極の電気的特性が低下することを防止可能な圧電振動子、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。

上記目的を達成するため、本発明は、
複数の基板を厚さ方向に接合することで形成されるパッケージと、前記パッケージ内に形成されるキャビティに収容され、所定の周波数で振動する振動腕部を有する圧電振動片と、前記振動腕部の先端側に形成されている周波数調整用の重り金属膜と、前記パッケージの外面に形成されている外部電極と前記キャビティ内とを電気的に接続する貫通電極と、前記キャビティの内面に形成され、前記貫通電極と前記圧電振動片とを電気的に接続する引き回し電極と、を備え、少なくとも一つの引き回し電極が、前記キャビティの内壁近傍において前記振動腕部の長手方向と略平行に延設されている圧電振動子において、前記キャビティの前記長手方向に延びる中心線に対して、前記圧電振動片の中心線が、前記振動腕部の長手方向と略平行に延設されている前記引き回し電極とは反対側に位置するように、前記圧電振動片が前記キャビティ内に実装されていることを特徴とする。

このように、キャビティの振動腕部長手方向に延びる中心線に対して、圧電振動片の中心線が、振動腕部の長手方向と略平行に延設されている引き出し電極とは反対側に位置するように圧電振動片をキャビティ内に実装することで、振動腕部と引き回し電極との間隔を広げることが可能になる。よって、レーザ照射の際に飛散した重り金属が引き回し電極に付着したり、また、引き回し電極に直接レーザが照射される可能性を大幅に低減することができる。よって、周波数調整の際に引き回し電極の電気的特性が低下することを防止可能な圧電振動子を提供することが可能になる。なお、少なくとも一つの引き回し電極は、キャビティの内壁近傍において振動腕部の長手方向と略平行に延設されている場合が多い。この点について説明すると、まず、圧電振動子を回路基板に実装する際の諸条件（回路との接続位置、スペース等）を考慮すると、外部電極はパッケージ外表面の端部近傍に設けざるを得ず、異なる極性対応する一組の外部電極は、互いに最大に離間した位置でパッケージの外表面の端部近傍に形成される。すると、それぞれの外部電極に対応する貫通電極も、キャビティ内において離間した位置に設けられることになる。その結果、貫通電極と圧電振動片とを電気的に接続しようとすると、少なくとも一方の引き回し電極は、貫通電極から圧電振動片まで長く引き回す必要がある。かつ、レーザ照射を受けないように、出来る限り振動腕部から離れた領域で引き回される必要がある。従って、通常の引き回し電極は、キャビティの内壁近傍に形成せざるを得ないといった事情がある。

また、上述の圧電振動子は、キャビティの長手方向に延びる中心線と、圧電振動片の中心線との間隔をＳとし、振動腕部の長手方向と略平行に延設されている引き回し電極の幅をＷとすると、Ｓ＞Ｗ／２が成り立っていることを特徴とする。これにより、引き回し電極に対する重り金属の付着、引き回し電極へのレーザ照射の可能性をさらに低くすることができる。つまり、引き回し電極の幅が広ければ広いほど、重り金属が付着したり、レーザ照射を受けたりする可能性は高くなると考えられるが、本発明者らの鋭意検討によれば、圧電振動片と引き回し電極との位置関係を上記のように設定することにより、引き回し電極の幅を広げてもそれに応じて圧電振動片の位置が変わることになり、引き回し電極に対する重り金属の付着、引き回し電極へのレーザ照射の可能性をさらに低くすることができる。なお、Ｗ／２という数値は、発明者らの実証実験に基づいた数値である。また、Ｗを「引き回し電極の形成可能領域の幅として」２Ｓ＞Ｗを満たすようにＷを設定してもよい。

また、本発明に係る発信機は、上記の圧電振動子が、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。

また、本発明に係る電子機器は、上記の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とすることもできる。

また、本発明に係る電波時計は、上記の圧電振動子が、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こともできる。

上記の発振器、電子機器および電波時計によれば、動作信頼性に優れた圧電振動子を備えているので、高性能な発振器、電子機器および電波時計を提供することができる。

以上、本発明によれば、振動腕部の先端に形成された重り金属膜にレーザ照射することで周波数調整が可能な圧電振動子において、周波数調整の際に引き回し電極の電気的特性が低下することを防止可能な圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することが可能になる。

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。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、以下の説明において、第１の基板をベース基板用ウエハとし、第２の基板をリッド基板用ウエハとして説明する。また、ベース基板におけるリッド基板との接合面を上面（内面）Ｕとし、その反対側の面を下面Ｌとする。
図１は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１３，１４、引き出し電極１９，２０、マウント電極１６，１７および重り金属膜（調整膜）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、平面視矩形状のベース基板（第１の基板）２およびリッド基板（第２の基板）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３ａ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）
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、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の長さ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。

励振電極１３，１４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（Ｃｒ）により形成されている。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１３，１４および引き出し電極１９，２０を成膜することができる。

励振電極１３，１４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。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。

マウント電極１６，１７は、Ｃｒと金（Ａｕ）との積層膜であり、水晶と密着性の良いＣｒ膜を下地層として成膜した後に、表面にＡｕ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。

一対の振動腕部１０，１１の先端部の表面には、周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めるための重り金属膜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から図４に示すように、ベース基板２およびリッド基板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３ａの内面全体に加えて、キャビティ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はアルミニウム（Ａｌ）により形成されているが、シリコン（Ｓｉ）やＣｒ等で接合膜３５を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、キャビティ３ａが真空封止されている。

図３に示すように、圧電振動子１では、ベース基板２において、キャビティ３ａを形成する上面Ｕに圧電振動片４が実装されている。このため、圧電振動子１は、ベース基板２を厚さ方向に貫通し、キャビティ３ａの内側と圧電振動子１の外側とを導通する一対の貫通電極３２，３３を備えている。
これら貫通電極３２，３３は、ベース基板２の上面Ｕにおいて、平面視矩形状とされたベース基板２の長手幅方向の一方の端部と他方の端部に形成されている。そして、一方の貫通電極３２は、圧電振動片４の基部１２に対向する位置に配置されている。他方の貫通電極３３は、圧電振動片４の振動腕部１０，１１のうちの一方、例えば振動腕部１０の先端部１０ａの近傍に配置され、先端部１０ａに対し、ベース基板２の長手幅方向に直交する短手幅方向にオフセットした位置に配置されている。
これらの貫通電極３２，３３は、ベース基板２を貫通する貫通孔３０，３１内に配置され、圧電振動片４と外部とを電気的に接続する金属ピン７と、貫通孔３０，３１と金属ピン７との間に充填される筒体６と、により形成されている。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。また、貫通電極３３、引き回し電極３７および外部電極３９の電気的接続についても、貫通電極３２、引き回し電極３６および外部電極３９と同様となっている。

図３に示すように、貫通孔３０は、上面Ｕ側から下面Ｌ側にかけて、内径が次第に大きくなるように形成されており、貫通孔３０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。
金属ピン７は、銀（Ａｇ）やＮｉ合金、Ａｌ等の金属材料により形成された導電性の棒状部材であり、鍛造やプレス加工により成型される。金属ピン７は、線膨張係数がベース基板２のガラス材料と近い金属、例えば、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。
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の中心には、金属ピン７が筒体６を貫通するように配されており、筒体６は、金属ピン７および貫通孔３０に対して強固に固着している。

ベース基板２の上面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。一方の引き回し電極３６は、貫通電極３２を覆い、かつ圧電振動片４の基部１２に対向する位置に形成されている。
他方の引き回し電極３７は、その一端部３７ａが、ベース基板２の長手幅方向の一方の端部において、引き回し電極３６に隣接し、圧電振動片４の基部１２に対向する位置に形成されている。引き回し電極３７の他端部３７ｂは、ベース基板２の長手幅方向の他方の端部において、貫通電極３３を覆う位置に形成されている。ここで、圧電振動片４の振動腕部１０，１１は、引き回し電極３７の一端部３７ａ、他端部３７ｂよりもベース基板２の長手幅方向において内側に位置するよう設けられている。つまり、圧電振動片４の振動腕部１０，１１は、ベース基板２の長手幅方向に沿って、引き回し電極３７の内側に設けられている。

そして、引き回し電極３７の一端部３７ａと他端部３７ｂとの間には、圧電振動片４の振動腕部１０と平行に延設される帯状部３７ｃが形成されている。帯状部３７ｃは図示するように、キャビティ３ａ内壁の近傍に位置している。

また、ベース基板２の長手幅方向の一方の端部において、これら一対の引き回し電極３６および引き回し電極３７の一端部３７ａ上にそれぞれＡｕ等からなる先細り形状のバンプ（マウント部）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の基部１２に形成された一対のマウント電極１６，１７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。

これにより、圧電振動片４は、ベース基板２の長手幅方向の一方の端部のバンプＢに基部１２が実装され、振動腕部１０，１１が基部１２からベース基板２の長手幅方向の他方の端部に向けて延設され、これら振動腕部１０，１１がベース基板２の短手幅方向に間隔をあけて形成された構成をなしている。

ベース基板２の下面Ｌには、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の長手幅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。

上記のような圧電振動子１において、圧電振動片４は、その幅方向（振動腕部１０、１１が並ぶ方向）の中心線Ｃ１が、キャビティ３ａの短手幅方向の中心線Ｃ２に対し、引き回し電極３７の帯状部３７ｃとは反対側にオフセットして配置されている。つまり、キャビティ３ａの長手方向に延びる中心線Ｃ２に対して、圧電振動片４の中心線Ｃ１が、引き回し電極３７の帯状部３７ｃとは反対側に位置するように、圧電振動片４がキャビティ３ａ内に実装されていることを特徴とする。これによれば、引き回し電極３７と振動腕部１０、１１との間隔を広げることができるので、周波数調整工程の際に、引き回し電極３７の特に帯状部３７ｃに重り金属が付着したり、帯状部３７ｃにレーザ照射される虞がない。よって、引き回し電極の電気特性が低下する虞がない。なお、圧電振動片４の幅方向の中心線Ｃ１の、キャビティ３ａの短手幅方向の中心線Ｃ２に対するオフセット量Ｓは、引き回し電極３７の帯状部３７ｃの幅Ｗに対し、Ｓ＞Ｗ／２に設定するのが好ましい。即ち、帯状部３７ｃの幅Ｗが大きくなればなるほど、重り金属の付着、レーザ照射の可能性が高くなるが、このように帯状部３７ｃの幅Ｗに応じてオフセット量Ｓを設定することで、より確実に重り金属の付着等を防ぐことができる。本発明者らの鋭意検討によれば、Ｓ＝Ｗ／３の場合では、オフセットを全くしない場合と比較すると効果を得ることはできたが、充分な効果とはいえないことが確認できた。一方で、Ｓ＞Ｗ／２とすれば、充分な効果を得られることが確認できた。また、Ｓ＞Ｗ／２を変形すると、２Ｓ＞Ｗとなり、帯状部３７ｃの幅Ｗの上限を決定できることになる。すなわち、パッケージの幅寸法は実装環境、ビジネスモデルを考慮すると、簡単に変更することは難しい。同様に、圧電振動片４のオフセット量Ｓも、適宜選択できるとはいえ、圧電振動片４がキャビティ３ａの内壁に接触しないこと、マウント電極１６、１７と金属バンプＢとの接合状態を保つ必要があること等を考慮すると、選択できる範囲は限られてくる。よって、上式を用いることにより帯状部３７ｃの幅Ｗの最大値を設定することができ、従来のように重り金属の飛散等を考慮して帯状部３７ｃの位置、大きさを試行錯誤する必要がなく、上記効果を奏する圧電振動子４をより簡易に提供することができる。なお、Ｗを帯状部３７ｃの幅と捉えるのではなく、「帯状部３７ｃの形成可能領域（キャビティ３ａの内壁から測った幅）」として捉えてもよい。つまり上式を満たすＷの領域内に帯状部３７ｃがあれば、帯状部３７ｃの幅は関係なく、上記効果を得ることが可能になる。

（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５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。
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。各工程のうち、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できる。

（圧電振動片作製工程Ｓ１０）
圧電振動片作製工程Ｓ１０では、圧電振動片４を作製している。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、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、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１３，１４、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。
その後、圧電振動片４の共振周波数の粗調を行う。具体的には、レーザビームを照射し、重り金属膜２１の粗調膜２１ａ（図２参照）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。
以上で、圧電振動片作製工程Ｓ１０が終了する。

（リッド基板用ウエハ作製工程Ｓ２０）
リッド基板用ウエハ作製工程Ｓ２０では、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３ａを複数形成する。キャビティ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、後述のベース基板用ウエハ４０との接合面に、Ａｌからなる接合膜３５（図３参照）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３ａ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Ｓ３０）
ベース基板用ウエハ作製工程Ｓ３０では、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Ｓ３２）
次いで、ベース基板用ウエハ４０に、一対の貫通電極３２を形成する貫通電極形成工程Ｓ３２を行う。なお、以下には貫通電極３２の形成工程を説明するが、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の下面Ｌから上面Ｕにかけてプレス加工等で貫通孔３０を成型する。次に、貫通孔３０内に金属ピン７を挿入してガラスフリットを充填する。ガラスフリットは、主に粉末状のガラス粒子と、有機溶剤と、バインダ（固着剤）とにより構成されている。

続いて、ガラスフリットを焼成して、ガラスの筒体６、貫通孔３０および金属ピン７を一体化させる。例えば、ベース基板用ウエハ４０を焼成炉に搬送した後、ガラスフリットを焼成している。このとき、ガラスフリット内部の有機溶剤やバインダ等が蒸発して、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）等のアウトガスが発生し、ガラスフリットの外部に放出される。

最後に、ベース基板用ウエハ４０の上面Ｕおよび下面Ｌを研磨して、金属ピン７を上面Ｕおよび下面Ｌに露出させつつ平坦面とすることにより、貫通孔３０内に貫通電極３２を形成する。貫通電極３２により、ベース基板用ウエハ４０の上面Ｕ側と下面Ｌ側との導電性が確保されると同時に、ベース基板用ウエハ４０の貫通孔３０を封止することができる。

（引き回し電極形成工程Ｓ３３）
次に、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を上面Ｕ上に複数形成する引き回し電極形成工程Ｓ３３を行う。さらに、引き回し電極３６，３７上に、それぞれＡｕ等からなる先細り形状のバンプを形成する。なお、図６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）
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に押し付けつつ超音波振動を印加する。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の上面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。

（予備加熱工程Ｓ６０）
続いて、陽極接合工程Ｓ７０に先立ち、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を予備加熱する予備加熱工程Ｓ６０を行う。予備加熱工程Ｓ６０は、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を真空チャンバ内にセットするセット工程Ｓ６１と、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を予備加熱する各ウエハ加熱工程Ｓ６３と、を有している。
セット工程Ｓ６１では、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を予備加熱するため、図示しない真空チャンバ内に、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０をセットする。
各ウエハ加熱工程Ｓ６３では、真空チャンバ内に設けたヒータによってリッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を加熱する。
予備加熱工程Ｓ６０では、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を加熱することによって、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０の内部に残存している有機溶剤やバインダ、水分等を予備加熱により蒸発させ、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）等のアウトガスを放出している。そして、後述の陽極接合工程Ｓ７０の際、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０が接合温度まで上昇しても、アウトガスが放出されるのを抑制している。

（陽極接合工程Ｓ７０）
次に、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を陽極接合する陽極接合工程Ｓ７０を行う。具体的には、以下の手順で陽極接合を行う。
まず、真空状態のまま、リッド基板用ウエハ５０の接合膜３５と、ベース基板用ウエハ４０の上面Ｕとを当接させる。そして、不図示の加圧装置で、ベース基板用ウエハ４０にリッド基板用ウエハ５０を押し付ける。なお、加圧装置の押圧力は、例えば５００Ｎ程度である。

続いて、加圧装置で押圧しながら、不図示のヒータにより、リッド基板用ウエハ５０およびベース基板用ウエハ４０を加熱し、リッド基板用ウエハ５０の接合膜３５を不図示の電源の陽極電極に、ベース基板用ウエハ４０が載置された不図示の電極板を電源の陰極電極に接続し、各電極間に例えば５００Ｖ程度の電圧を印加する。これにより、リッド基板用ウエハ５０とベース基板用ウエハ４０とを陽極接合することができる。

次に、ベース基板用ウエハ４０の下面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３ａ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３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の外部からレーザビームを照射し、重り金属膜２１の微調膜２１ｂ（図２参照）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。このようにして、圧電振動子１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６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。

以上、本実施形態によれば、振動腕部の先端に形成された重り金属膜にレーザ照射することで周波数調整が可能な圧電振動子において、周波数調整の際に引き回し電極の電気的特性が低下することを防止可能な圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することが可能になる。

（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７を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図７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、動作信頼性の高い圧電振動子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８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８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。

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、動作信頼性の高い圧電振動子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９を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図９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、動作信頼性の高い圧電振動子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、ベース基板２およびリッド基板３がガラス材料からなる、表面実装型のガラスパッケージを用いる構成を例示したが、ベース基板２をセラミックからなるものとし、リッド基板３を金属またはガラス材料等からなる、セラミックパッケージとすることも可能である。
さらに、引き回し電極３６，３７上にＡｕ等からなるバンプＢが形成され、このバンプＢを利用して圧電振動片４が実装された構成を例示したが、Ａｕ等からなるバンプＢに代えて、導電性接着剤により、引き回し電極３６，３７に圧電振動片４を実装する構成としても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１・・・圧電振動子
２・・・ベース基板（第１の基板）
３・・・リッド基板（第２の基板）
４・・・圧電振動片
９・・・パッケージ
１０，１１・・・振動腕部
１２・・・基部
２１・・・重り金属膜（調整膜）
３２，３３・・・貫通電極
３７・・・引き回し電極
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・・・バンプ（マウント部）
Ｕ・・・上面（内面）

Claims

複数の基板を厚さ方向に接合することで形成されるパッケージと、
前記パッケージ内に形成されるキャビティに収容され、所定の周波数で振動する振動腕部を有する圧電振動片と、
前記振動腕部の先端側に形成されている周波数調整用の重り金属膜と、
前記パッケージの外面に形成されている外部電極と前記キャビティ内とを電気的に接続する貫通電極と、
前記キャビティの内面に形成され、前記貫通電極と前記圧電振動片とを電気的に接続する引き回し電極と、を備え、
少なくとも一つの引き回し電極が、前記キャビティの内壁近傍において前記振動腕部の長手方向と略平行に延設されている圧電振動子において、
前記キャビティの前記長手方向に延びる中心線に対して、
前記圧電振動片の中心線が、前記振動腕部の長手方向と略平行に延設されている前記引き回し電極とは反対側に位置するように、前記圧電振動片が前記キャビティ内に実装されていることを特徴とする圧電振動子。
前記キャビティの前記長手方向に延びる中心線と、前記圧電振動片の中心線との間隔をＳとし、前記振動腕部の長手方向と略平行に延設されている前記引き回し電極の幅をＷとすると、Ｓ＞Ｗ／２が成り立っていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
前記キャビティの前記長手方向に延びる中心線と、前記圧電振動片の中心線との間隔をＳとし、前記振動腕部の長手方向と略平行に延設されている前記引き回し電極の形成可能領域の、前記振動腕部の長手方向と略平行に延設されている前記キャビティの内壁から該キャビティの内側に向かった寸法をＷとすると、Ｓ＞Ｗ／２が成り立っていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
請求項１乃至３のいずれか１項に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１乃至３のいずれか１項に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１乃至３のいずれか１項に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。