JP3937627B2

JP3937627B2 - 水晶振動子及びその製造方法

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Publication number: JP3937627B2
Application number: JP02455899A
Authority: JP
Inventors: 英雄棚谷; 修岩本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP2000223996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子及びその製造方法に関し、特に振動子の小型化及び耐衝撃性向上可能な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の水晶振動子の断面構造を示すものである。水晶振動子１はそのパッケージ２がセラミックスからなり、その内部に水晶振動子片３が接着剤４により固定されている。そして、このパッケージ２はリッド５により覆われている。リッド５はコバール製の蓋であり、パッケージ２とリッド５とがコバールリング６を介してシーム溶接により固着されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような水晶振動子１は、水晶振動子片３と上部のリッド５とのギャップｇ１、下部のパッケージ２のベースとのギャップｇ２が大きく、このギャップｇ１，ｇ２が大きいということで衝撃に弱く、また、薄形化ができないという問題点があった。また、そのギャップｇ１，ｇ２を精度良く調整することが難しかった。
【０００４】
ここで衝撃の問題について検討すると、落下試験で実際の水晶振動子片３の挙動を見ると、落下高さを高くすればするほど、落下時に水晶振動子片３は、パッケージ２にしなるように接触する。その時の衝撃に耐えられなければ水晶振動子片３が折れたり、マウンド部分の接着剤４がはがれたりするという現象が起きる。従って、落下の時にいかに衝撃を吸収できるかということが課題となる。衝撃を吸収するには、落下時に水晶振動子片３がしなってパッケージ２に接触して水晶振動子片３全体で衝撃を吸収するようにできれば、衝撃に対する水晶振動子片３及びマウント部分のダメージを小さくできる。そこで、上記のギャップｇ１，ｇ２が小さくすれば落下衝撃時に水晶振動子片３がしなってパッケージ２に接触して、水晶振動子片３のより広い面積で衝撃を吸収できることになるが、次に述べるように従来はこのギャップを小さくすることができないという問題点がある。
【０００５】
次にギャップの大きさ及びその調整精度について検討する。水晶振動子片３を接着剤４を用いてパッケージ２にマウントすると、パッケージ２の精度や、装置の精度などの問題があり必ず傾き（上向になったり、下向きになったり、ねじれたり）が生じる。このため、或る程度のギャップがないと、封止後に、水晶振動子片３がパッケージ２の上面、下面又は側面に接触してしまうことになる。従って、水晶振動子片３と上部のリッド５とのギャップｇ１、下部のパッケージ２のベースとのギャップｇ２を或る程度（最低５０μｍくらいは必要）設けることになり、ギャップを大きくすることは避けられない。また、そのギャップの精度を良くするには、パッケージ２の高精度の作り込みと、マウント部分の精度を両方よくする必要があるが、実際には難しい、という問題点がある。
【０００６】
ところで、特開平５−１９９０５６号公報においては薄形の水晶振動子が提案されているが（同公報図５参照）、水晶振動子基板の枠部分の機械的強度の観点から水晶振動子基板自体が厚くなり、水晶振動子としての特性がよくない、という問題点があった。また、電極の引き回しパターンが開示されていないので、水晶振動子を実現できない、という問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小型化及び優れた耐衝撃性を実現した水晶振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様に係る水晶振動子は、１対の振動電極が形成された振動子基板と、振動子基板を支持するベース基板と、振動子基板を覆うリッド基板とを備え、振動子基板、ベース基板及びリッド基板は平坦な基板から構成され、陽極接合されて相互に固着されて気密封止され、そして、振動子基板は、第１及び第２の振動電極が形成された振動子片と、水晶振動子片を支持し、且つ、第１の振動電極に接続された第１の配線電極が一方の面にほぼ全面に形成され、第２の振動電極に接続された第２の配線電極が他方の面にほぼ全面に形成され、振動子片よりも厚い枠部とを備え、枠部の角部側壁に第１の配線電極及び第２の配線電極とそれぞれ接続された第１及び第２の外部電極を形成したものである。前記ベース基板は、その角部側壁に第３及び第４の外部電極が形成され、且つ、第３及び第４の外部電極はこのベース基板の裏面に形成された第１及び第２の接続電極にそれぞれ導かれ、そして、第１の外部電極と前記第３の外部電極とが接続され、第２の外部電極と第４の外部電極とが接続されてなるものである。また、振動子基板及びベース基板の角部は切欠部が形成され、その上に第１の外部電極〜第４の外部電極がそれぞれ形成されてなるものである。
本発明においては、上記のような構成を採用したことにより次のような効果が得られている。
ａ．振動子基板、ベース基板及びリッド基板は平坦な基板から構成されており、しかも、水晶振動子片への加工はフォトリソグラフィを用いたエッチング加工により極めて高精度に行うことができるので、水晶振動子片と前記ベース基板とのギャップ及び水晶振動子片とリッド基板とのギャップを小さくすることができ、このため耐衝撃性に優れたものとなり、水晶振動子の小型化が図られており、更に、ギャップの調整が容易である。
ｂ．また、リッド基板及びベース基板は平らな形状のものが採用されていることから、煩雑な加工が不要であり、生産性が高く、また、接合部の密着性が良いので気密封止においても優れている。
ｃ．水晶振動子片は薄形化が可能になっており、特に、音叉型振動子の特性の向上が可能である。
ｄ．また、接合の方法によっては、穴加工及び穴封止という処理をしなければならないが、本発明において振動子基板、ベース基板及びリッド基板を陽極接合により接合するようにしたことから、そのよう処理は必要がなく、その分信頼性が高いものとなっている。
ｅ．また、振動子基板の配線に関しても、枠部の角部側壁に第１及び第２の外部電極を形成して外部と電気的に接続するようにしたので、接続が容易である。
また、本発明においては、ベース基板の角部側壁に第３及び第４の外部電極が形成されており、この第３の外部電極と前記の第１の外部電極とが接続され、第４の外部電極と第２の外部電極とが接続されるので、振動子基板とベース基板との間の電気的な接続が容易になされる。また、ベース基板の裏面側に第１及び第２の接続電極が形成されていることから、プリント基板等に容易に水晶振動子を固定するとともに電気的に接続することができる。
また、本発明においては、第１の外部電極〜第４の外部電極が円弧状の切欠部の上に形成されており、したがって、外部電極相互の接続が容易なものとなっている。
【００１１】
本発明の他の態様に係る水晶振動子の製造方法は、上記の水晶振動子の製造方法において、水晶ウェハに振動子片に相当する形状をそれぞれ形成するとともに、振動子基板の角部に相当する位置に孔を形成し、振動子片に相当する位置に第１及び第２の振動電極に対応した電極パターン、振動子基板の枠部に相当する位置に第１及び第２の配線電極に対応した電極パターン、孔内壁に第１及び第２の外部電極に対応した電極パターンをそれぞれ形成し、そして、リッド用ウエハと水晶ウエハとベース用ウエハとを陽極接合により接合し、その後にダイシングする。
本発明においては、リッド用ウエハと前記の水晶ウエハとベース用ウエハとを陽極接合により接合して１度に多数の水晶振動子を製造するようにしていることから、極めて生産性が高いものとなっている。
【００１２】
本発明の他の態様に係る水晶振動子の製造方法は、上記の水晶振動子の製造方法において、ベース用ウエハについて、その接合前に、ベース基板の角部に相当する位置に孔を形成し、孔内壁に第３及び第４の外部電極に対応した電極パターンをそれぞれ形成しており、このため、ベース用ウエハの接合後の処理が容易なものとなっている。
【００１３】
本発明の他の態様に係る水晶振動子の製造方法は、上記の水晶振動子の製造方法において、接合後又はダイシング後に、第１の外部電極と第３の外部電極とを接続し、第２の外部電極と第４の外部電極とを接続しており、このため、各外部電極間の位置関係が固定された状態で上記の電極接続を行うので、その接続処理は容易なものとなっている。
【００１４】
本発明の他の態様に係る水晶振動子の製造方法は、上記の水晶振動子の製造方法において、水晶振動子を音叉型水晶振動子とし、リッド基板又はベース基板にガラス部材を用い、レーザ光をガラス部材を介して水晶振動子片の第１の振動電極及び／又は第２の振動電極をトリミングして振動周波数を調整する。このため、水晶振動子の組立後に振動周波数を容易に調整することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は本発明の一実施形態に係る水晶振動子（音叉型）の構造を示す断面図（後述の図２のＡ−Ａ断面図）であり、図２はその斜視図である。この水晶振動子１０は、振動子基板２０と、この振動子基板２０を挟んで配置されるベース基板３０及びリッド基板４０とから構成されている。そして、振動子基板２０の振動電極は後述のようにベース基板３０の外部電極にそのコーナー部において接続される。
【００１６】
図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は図１の振動子基板２０の表面図、裏面図及びＡ矢視図である。振動子基板２０は、枠部２１と、この枠部２１と一体で且つそれよりも薄く形成された振動子片２２とから構成されている。枠部２１のコーナー部Ｃ１〜Ｃ４には切欠部（本実施形態においては好ましい例として円弧状の切欠部）が形成されており、振動子片２２には、１対の振動電極２３，２４が形成されている。振動子片２２の１対の振動電極２３，２４のパターンについては従来のものと基本的には異なるものではなく、そして、振動子片２２の振動電極２３は図の側壁２３ａ，２３ｂにおいて表面と裏面とのパターンを連続させている。そして、振動子片２２の振動電極２３は、枠部２１の表面側に全面（但し、コーナー部Ｃ１，Ｃ４の周囲を除く）に亘って形成された配線電極２５に連続しており、更に、この配線電極２５は、コーナー部Ｃ２，Ｃ３の側壁に形成された外部電極２６に連続している。振動子片２２の電極２４も同様であり、図の側壁２４ａ，２４ｂにおいて表面と裏面とのパターンを連続させている。そして、振動子片２２の振動電極２４は、枠部２１の裏面側に全面（但し、コーナー部Ｃ２，Ｃ３の周囲を除く）に亘って形成された配線電極２７に連続しており、更に、この配線電極２７は、コーナー部Ｃ１，Ｃ４の側壁に形成された外部電極２８に連続している。したがって、電極２３，２５，２６及び電極２４，２７，２８はそれぞれ連続したパターンを形成している。そして、図１のように積層された場合には、外部電極２６がコーナー部Ｃ２，Ｃ３の側壁に、外部電極２８がコーナー部Ｃ１，Ｃ４の側壁に現れることになる。
【００１７】
上記の振動子基板２０は水晶基体から構成されている。この水晶基体の上には、「クロム膜（例えば５０ｎｍ）及び金膜（例えば９０ｎｍ）の積層膜からなる振動電極２３，２４」、「クロム膜（例えば５０ｎｍ）、金膜（例えば９０ｎｍ）及びアルミニウム膜（１０ｎｍ）の積層膜からなる配線電極２５，２７」並びに「クロム膜（例えば５０ｎｍ）及び金膜（例えば９０ｎｍ）の積層膜からなる外部電極２６，２８」を形成する。ここで、配線電極の最上層をアルミニウムとしたのは陽極接合のためであり、アルミニウムに代えてチタン、ニッケル、シリコン、タングステン等を用いることもできる。
【００１８】
図４（ａ）（ｂ）はベース基板３０の裏面図及びそのＢ−Ｂ断面図である。ベース基板３０は平らなガラス板から構成されており、そのコーナー部Ｃ１１〜Ｃ１４には振動子基板２０と同様な円弧状の切欠部が形成されており、例えば、そのコーナー部Ｃ１２，Ｃ１３の側壁には外部電極３６、その裏面には接続電極３７がそれぞれ形成されており、外部電極３６及び接続電極３７は連続したパターンから形成されている。また、コーナー部Ｃ１１，Ｃ１４の側壁には外部電極３８、その裏面には接続電極３９がそれぞれ形成されており、外部電極３８及び接続電極３９は連続したパターンから形成されている。
【００１９】
なお、ベース基板３０はアルカリ金属を含むフラットなガラス部材から構成されており、その上に形成された電極３６〜３９は、基本的には上記の電極２３〜２８と同様な導線性の薄膜から構成される。
【００２０】
リッド基板４０はフラットなガラス部材から構成されており、そのコーナー部Ｃ２１〜Ｃ２４には、上記の振動子基板２０及びベース基板３０の場合と同様に円弧状の切欠部が形成されている。但し、リッド基板４０には切欠部を形成しなくともよい。
【００２１】
振動子基板２０、ベース基板３０及びリッド基板４０は、以上のように構成されており、図１に示されるように積層された状態で陽極接合されて気密封止され、導電ペースト又はろう材４２を用いて、振動子基板２０の外部電極２６とベース基板３０の外部電極３６とを電気的に接続し、また、振動子基板２０の外部電極２８とベース基板３０の外部電極３８とを電気的に接続する。そして、ベース基板３０の接続電極３７，３９はプリント基板等に接続される。
【００２２】
ところで、上記の音叉型水晶振動子は、ベース基板３０及びリッド基板４０がガラス部材を用いて構成されているので、レーザ光をそのガラス部材を介して水晶振動子片２２の第１の振動電極２３及び／又は第２の振動電極２４をトリミングして振動周波数を調整することができる。
【００２３】
実施形態２．
図５は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子（ＡＴカット型）の振動子基板の斜視図であり、図１のベース基板３０及びリッド基板４０については上記の実施形態とその内容が同一であるからその説明は省略する。この振動子基板５０は、枠部５１と、この枠部５１と一体で且つそれよりも薄く形成された振動子片５２とから構成されている。枠部５１のコーナー部Ｃ１〜Ｃ４には円弧状の切欠部が形成されており、振動子片５２には、１対の振動電極が形成されている（図５において表面側の振動電極５３のみが図示されている。）。振動子片５２の１対の振動電極のパターンについては従来のものと基本的には異なるものではなく、そして、図においては表面に一方の振動電極５３のみが示されているが、裏面にも同様なパターンの電極が形成されている。そして、振動子片５２の振動電極５３は、枠部５１の表面側に全面（但し、コーナー部Ｃ１，Ｃ４の周囲を除く）に亘って形成された配線電極５４に連続しており、更に、この配線電極５４は、コーナー部Ｃ２，Ｃ３の側壁に形成された外部電極５６に連続している。振動子片５２の他方の電極も同様であり、枠部５１の裏面側に全面（但し、コーナー部Ｃ２，Ｃ３の周囲を除く）に亘って形成された配線電極（図示せず）に連続しており、更に、その配線電極は、コーナー部Ｃ１，Ｃ４の側壁に形成された外部電極（図示せず）に連続している。したがって、図１のように積層された場合には、一方の外部電極５６がコーナー部Ｃ２，Ｃ３の側壁に、他方の外部電極がコーナー部Ｃ１，Ｃ４の側壁に現れることになる。
【００２４】
実施形態３．
図６は上述の実施形態１に係る水晶振動子の製造方法を示したフローチャートであり、このフローチャートに従ってその製造方法を説明する。
（Ｓ１）加工・薄膜の形成（Ｓ１）
（ａ）リッド基板（リッドガラス）：図７に示されるように、リッドガラス１００に所定の間隔で穴加工を施す。こ穴加工によって形成される穴１０１はコーナー部Ｃ２１〜Ｃ２４（図２参照）の円弧状の切欠きを形成するためのものである。この穴加工は、レーザー、ウェットエッチング及びサンドプラスによる加工を適宜組み合わせて行う。
【００２５】
（ｂ）振動子基板（水晶基体）：図７に示されるように、水晶基体１１０に所定の間隔で穴加工を施す。こ穴加工によって形成される穴１１１はコーナー部Ｃ１〜Ｃ４の円弧状の切欠きを形成するためのものである。また、振動子片２２を形成することとなる箇所の周囲（枠と振動子片との間に形成される空隙部分）１１２をくり抜く。この穴加工及びくり抜き加工は例えばウェットエッチングにより同時になされる。また、このとき、水晶振動子片２２に相当する位置についてはハーフエッチングによりその厚さを薄くする加工処理を行うものとする。これらの処理の処理が終了すると、電極２３〜２８に相当する金属薄膜パターンを形成する。この金属薄膜パターンは上記の実施形態１に記載された導電性の薄膜からなり、蒸着又はスパッタにより形成される。
【００２６】
（ｃ）ベース基板（ベースガラス）：図７に示されるように、ベースガラス１２０に所定の間隔で穴加工を施す。こ穴加工によって形成される穴１２１はコーナー部Ｃ１１〜Ｃ１４（図２参照）の円弧状の切欠きを形成するためのものである。この穴加工は、レーザー、ウェットエッチング及びサンドプラスによる加工を適宜組み合わせて行う。また、外部電極３６，３８及び接続電極３７，３９に相当する金属薄膜パターンを形成する。この金属薄膜パターンは、上記の実施形態１に記載された導電性の薄膜からなり、蒸着又はスパッタにより形成される。
【００２７】
（Ｓ２）張り合わせ（Ｓ２）
上記のように加工されたリッドガラス１００、水晶基体１１０及びベースガラス１２０を張り合わせて陽極接合を行う。
【００２８】
（Ｓ３）ダイシング（Ｓ３）
陽極接合がなされたリッドガラス１００、水晶基体１１０及びベースガラス１２０を個々の水晶振動子の形状に合わせて切断する。
【００２９】
（Ｓ４）外部電極との結線（Ｓ４）
振動子基板２０の外部電極２６，２８とベース基板３０の外部電極３６，３８とを導電ベースト、ろう材又はスパッタにより電気的に接続する。なお、この接続処理は上記の陽極接合が終了した段階にて行っても良い。これらの処理により図１及び図２の水晶振動子が得られる。
【００３０】
なお、上記の説明は音叉型の水晶振動子を対象としているが、ＡＴカット型の水晶振動子においても同様にして適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る水晶振動子（音叉型）の構造を示す断面図である。
【図２】図１の水晶振動子の斜視図である。
【図３】図１の振動子基板の表面図、裏面図及びＡ矢視図である。
【図４】図１のベース基板の裏面図及びそのＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る水晶振動子（ＡＴカット型）の振動子基板の斜視図である。
【図６】図１の水晶振動子の製造方法を示したフローチャートである。
【図７】図６の製造過程におけるリッドガラス、水晶基体及びベースガラスの説明図である。
【図８】従来の水晶振動子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０水晶振動子、２０振動子基板、２１枠、２２水晶振動子片、
２３，２４振動電極、２５，２７配線電極、２６，２８外部電極、
３０ベース基板、３６，３８外部電極、４０リッド基板。

Claims

１対の振動電極が形成された振動子基板と、該振動子基板を支持するベース基板と、前記振動子基板を覆うリッド基板とを備え、前記振動子基板、前記ベース基板及びリッド基板は平坦な基板から構成され、陽極接合されて気密封止され、
前記振動子基板は、
第１及び第２の振動電極が形成された振動子片と、
該振動子片を支持し、且つ、前記第１の振動電極に接続された第１の配線電極が一方の面の第１の所定の角部の周囲を除いた全面に形成され、前記第２の振動電極に接続された第２の配線電極が他方の面の、前記第１の所定の角部とは異なる第２の所定の角部の周囲を除いた全面に形成され、前記振動子片より厚い枠部とを備え、
前記枠部の前記第１の所定の角部及び前記第２の所定の角部の側壁に前記第１の配線電極及び前記第２の配線電極とそれぞれ接続された第１及び第２の外部電極を形成し、
前記ベース基板は、
その角部側壁の内、前記第１の所定の角部及び前記第２の所定の角部に対応する角部の側壁に、第３及び第４の外部電極がそれぞれ形成され、且つ、前記第３及び第４の外部電極はこのベース基板の裏面に形成された第１及び第２の接続電極にそれぞれ導かれ、そして、前記１の外部電極と前記第３の外部電極とが接続され、前記２の外部電極と前記第４の外部電極とが接続され、
前記振動子基板及び前記ベース基板の角部側壁には切欠部が形成され、その上に前記第１の外部電極〜前記第４の外部電極がそれぞれ形成されてなり、
前記ベース基板及び前記リッド基板の前記振動子基板への対向面には電極を設けないようにしたことを特徴とする水晶振動子。
請求項１記載の水晶振動子の製造方法において、
水晶ウェハに振動子片に相当する形状をそれぞれ形成するとともに、振動子基板の角部に相当する位置に孔を形成し、振動子片に相当する位置に第１及び第２の振動電極に対応した電極パターン、振動子基板の枠部に相当する位置に第１及び第２の配線電極に対応した電極パターン、前記孔内壁に第１及び第２の外部電極に対応した電極パターンをそれぞれ形成し、そして、リッド用ウエハと前記水晶ウエハとベース用ウエハとを陽極接合により接合し、その後にダイシングすることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
前記ベース用ウエハについて、その接合前に、ベース基板の角部に相当する位置に孔を形成し、前記孔内壁に第３及び第４の外部電極に対応した電極パターンをそれぞれ形成することを特徴とする請求項２記載の水晶振動子の製造方法。
前記接合後又はダイシング後に、前記第１の外部電極と第３の外部電極とを接続し、前記第２の外部電極と第４の外部電極とを接続することを特徴とする請求項３記載の水晶振動子の製造方法。
水晶振動子を音叉型水晶振動子とし、リッド基板又はベース基板にガラス部材を用い、レーザ光をガラス部材を介して前記水晶振動子片の第１の振動電極及び／又は第２の振動電極をトリミングして振動周波数を調整することを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の水晶振動子の製造方法。