JP4114149B2 - 圧電デバイスとその製造方法ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスおよびその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、例えば、図２１の概略断面図に示すように構成されている（特許文献１参照）。

図において、圧電デバイス１は、セラミック製の浅い箱状のパッケージ２内に電極部４を形成し、この電極部４に導電性接着剤４ａを用いて、圧電振動片３を固定している。このパッケージ２は、ガラス製の透明な蓋体５により気密に封止されている。
そして、蓋体５の封止後に外部からレーザ光を蓋体５を介してパッケージ２内に照射し、圧電振動片３に形成されている電極の一部を蒸散させることにより、周波数調整することができるようになっている。

ところが、このような構造の圧電デバイス１においては、蓋体５がガラスで形成されており、この比較的脆い材質の蓋体５が外部に大きく露出する状態である。このため、ガラス製の蓋体５に何かが衝突するなどした場合には、蓋体５に割れや欠けが生じて、封止状態に影響し、振動性能を損なう場合がある。

このような弊害に対しては、例えば、図２２に示すような蓋体６を使用することも考えられる（特許文献２参照）。
図２２（ａ）は蓋体６の概略断面図、図２２（ｂ）は蓋体６の概略平面図である。
図において、蓋体６は金属などの丈夫な損傷にくい材料により形成されており、窓と成る開口８が形成されている。この開口８には、ガラス７が充填されており、このガラス７を利用して、外部からレーザ光を照射することができるようになっている。これにより、蓋体６を上述したパッケージ２等に接合することで、上述した弊害を防止しようとするものである。

特開２００２−１７１１５０ 実開昭５７−４３６２８

ところが、圧電デバイスは、近年大幅に小型化が進められており、蓋体の厚みも０．１ｍｍ程度ときわめて薄くする必要がある。
これに対して、図２２の蓋体６は、開口８の内部に段部９を形成して、この段部９を利用してガラス７の抜け止めと、固定とを行っているが、蓋体の厚みが０．１ｍｍというレベルの厚さとなると、開口内にこのような段部を形成する構造を実現することは難しい。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、パッケージを封止するための丈夫な材料で形成したきわめて厚みの薄い蓋体に、加熱用光ビームを透過させることができる構造を実現し、圧電デバイスおよびその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明にあっては、気密に封止するための金属またはセラミックで形成した蓋体を備えたパッケージに圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記蓋体を貫通する開口と、この開口に取付けられた光透過物とを備えることにより、周波数調整に用いる調整用窓部が形成されており、前記開口の内周面は、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とし、前記光透過物は、前記開口に挿入される挿入部と、前記開口径より大きな外形を備えるフランジ部とを有しており、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は前記開口の前記外周部に接合されている圧電デバイスにより、達成される。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記蓋体が、前記パッケージと熱膨張係数が近似した材料で形成されていることを特徴とする。

上記目的は、第３の発明にあっては、パッケージ内に圧電振動片を収容し、蓋体により気密に封止した圧電デバイスの製造方法であって、前記パッケージと、前記圧電振動片と、前記蓋体とを別々に形成するための個別の形成工程と、前記パッケージを構成する絶縁性基体に対して、前記圧電振動片を接合する工程と、前記パッケージを前記蓋体により気密に封止する蓋封止工程と、前記パッケージの外部から前記圧電振動片に形成されている金属膜に加熱用光ビームを照射する周波数調整工程とを備えており、前記蓋体の形成工程においては、金属またはセラミックでなる前記蓋体に周波数調整に用いる調整用窓部としての貫通孔でなる開口を形成し、前記開口の内周面を、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とする工程と、この開口に挿入部とフランジ部とを有する光透過物を固定する工程を含み、前記挿入部は前記開口に挿入され、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は開口径より大きな外形を備え、前記開口の前記外周部に接合され、かつ前記周波数調整工程においては、前記蓋体の前記開口に固定した前記光透過物を介して、前記パッケージ内の前記圧電振動片の前記金属膜に対して、前記パッケージの外部から加熱用光ビームを照射し、前記金属膜の一部を蒸散させることにより、周波数調整する圧電デバイスの製造方法により、達成される。

第４の発明は、第３の発明の構成において、前記蓋体の開口を形成する工程において、蓋体を構成する板体に対して、ドリルにより前記貫通孔を穿設することを特徴とする。

第５の発明は、第３の発明の構成において、前記蓋体の開口を形成する工程において、蓋体を構成する板体をエッチングすることにより前記貫通孔を穿設することを特徴とする。

また、上記目的は、第６の発明にあっては、金属またはセラミック製の蓋体により気密に封止されるパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記蓋体を貫通する開口と、この開口に取付けられた光透過物とを備えることにより、周波数調整に用いる調整用窓部が形成されており、前記開口の内周面は、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とし、前記光透過物は、前記開口に挿入される挿入物と、前記開口径より大きな外形を備えるフランジ部とを有しており、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は前記開口の外周部に接合された圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした携帯電話装置により、達成される。

また、上記目的は、第７の発明にあっては、金属またはセラミック製の蓋体により気密に封止されるパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記蓋体を貫通する開口と、この開口に取付けられた光透過物とを備えることにより、周波数調整に用いる調整用窓部が形成されており、前記開口の内周面は、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とし、前記光透過物は、前記開口に挿入される挿入物と、前記開口径より大きな外形を備えるフランジ部とを有しており、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は前記開口の外周部に接合された圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした電子機器により、達成される。

図１及び図２は、本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図、図３は図１の圧電デバイスのパッケージに収容される圧電振動片の概略斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ線切断端面図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３７は、例えば、後述するように、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。

すなわち、この実施形態では、パッケージ３７は、第１の基板５５と第２の基板５６とを積層して形成されており図２に示す全長Ｌ１が例えば約２．０ｍｍときわめて小さいものである。パッケージ３７は、図２に示すように、第２の基板５６の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓのスペースを形成している。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するための収容空間である。そして、第１の基板５５が絶縁性基体に相当し、この第１の基板５５に圧電振動片３２を接合している。
ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ３７を形成して、圧電振動片３２を収容するようにしているが、例えば、後述するように、絶縁性基体として、１枚の基板を用意し、この１枚の基板に、第１の基板５５の電極部と同様の電極部を形成して圧電振動片３２を接合し、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止し、全体として圧電振動片３２を収容するためのパッケージを構成するようにしてもよい。

パッケージ３７の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して内側底部を構成する絶縁性基体としての第１の基板５５には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、それぞれ図２に示す実装端子４８，４８と接続されており、外部から印加される駆動電圧を、圧電振動片３２に供給するものである。具体的には、この実装端子４８，４８と電極部３１，３１は、パッケージ３７外部をメタライズにより引き回したり、あるいは第１の基板５５および第２の基板５６の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール等で接続することで形成できる。
各電極部３１，３１の上には、導電性接着剤４７が塗布されて、圧電振動片３２の基部５１が接合されている。この導電性接着剤４７としては、例えば、合成樹脂などを利用したバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を混入したもので、機械的接合と電気的接続とを同時に行うことができるものである。

圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図３に詳しく示す形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３７側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において斜め右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。

ここで、各振動腕３５，３６の主面には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝３３，３４を形成し、この長溝内に励振電極３８，３９を形成している。この長溝は、それぞれ振動腕３５と、振動腕３６の主面である表裏面に形成され、図４に示すように、長溝３３，３４内には励振電極３８，３９がそれぞれ形成されており、各振動腕の長溝内に形成される励振電極は互いに分離された一対の電極とされている。これにより、励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の内部の電界効率を高めることができるようになっている。

また、圧電振動片３２の基部５１の端部（図１では左端部）の幅方向両端付近には、上述したように、パッケージ３７の電極部３１，３１と接続するための電極部として、引出し電極３８ａ，３９ａが形成されている。各引出し電極３８ａ，３９ａは、基部５１の外縁を回り込んで、圧電振動片３２の基部５１の表裏に設けられている。これらの各引出し電極３８ａ，３９ａは上述した各励振電極と接続されており、例えば、水晶表面に、クロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を順次メッキして形成することができる。また、振動腕３５，３６の少なくとも表面の先端領域には、この電極金属と同じ金属を利用して、電極形成の際に同時に周波数調整用の金属膜５３，５４が形成されている。

これにより、引出し電極３８ａ，３９ａから、励振電極３８，３９に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕３５，３６内で電界が適切に形成され、振動腕３５，３６の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動する。
尚、圧電振動片としては、図示のような音叉型の圧電振動片に限らず、圧電材料を矩形にカットしたＡＴカット振動片やコンベックスタイプの振動片等の種々の圧電振動片を使用することができる。

パッケージ３７の開放された上端には、蓋体４０が接合されることにより、封止されている。
蓋体４０は、その厚みが極めて薄く形成されており、例えば、厚み０．１ｍｍ以下とされている。また蓋体４０の材料は、ガラス材料よりも割れにくい丈夫な材料で形成されており、例えば、金属やセラミックにより形成されている。そして、好ましくは、蓋体４０を形成するための材料として、パッケージ３７の材料と熱膨張係数が近似したものが選択される。このような条件を満たすものとして、金属であれば、例えば、鉄，ニッケル，コバルトの合金であるコバール合金が適しており、セラミックであれば、パッケージ３７の材質と同じセラミックが適している。

この蓋体４０には、図１および図２に示すように、周波数調整用窓部（以下、「窓部」という）４１が形成されている。窓部４１は、図示されているように蓋体４０を表裏に貫通する開口４２であり、開口４２は内径が変化しない貫通孔として示されているが、内側に向かって徐々に縮径するテーパ状としてもよい。開口４２をこのようなテーパ状とすると、後述する光透過物がパッケージ３７内に落下しにくくすることができる。また開口の形状は円形に限らず、長円形や楕円、多角形などでもよい。そして、窓部４１の形成される個所は、蓋体４０がパッケージ３７を封止した状態で、内部に収容されている圧電振動片３２の周波数調整用の金属膜と対向する位置に設けられる。この場合、圧電振動片３２の振動腕３４および／または３５の先端領域と対向する個所である。図１に示されているように、好ましくは、開口４２は、各振動腕３５，３６の先端領域の金属膜（後述）が開口内に入る位置に形成され、開口径もこれら金属膜を露出させる大きさとされる。
開口４２の内周面は粗面４２ａとされている。粗面４２ａは開口４２の内周面の表面粗さを意図的に粗くしたものであって、平坦な面よりも摩擦が大きくなるようにしたものである。

そして、このような開口４２には、光透過物４３が取付けられている。光透過物４３は、後述する周波数調整に使用される加熱用光ビームとして、レーザ光や、ハロゲンビームなどの加熱用の光ビームを透過させる性質を備えるものであれば、ガラスに限らず、種々のものが使用できるが、加工の容易さや、コストなどを考慮するとともに、特に蓋体４０を構成する材料と、熱膨張係数が近似したものを選択することが好ましい。このような点で、光透過物（以下、「ガラス」という）として、硼珪酸ガラスや、コバールガラス等が用いられる。この実施形態では、好ましくは、ガラス４３の開口４２に挿入される挿入部４６の下端には、開口４２に挿入されない部分として、開口４２の内径よりも大きな外径を有するフランジ部４４が設けられている。そして、ガラス４３はその外周とフランジ部４４の上向き段部４４ａとで直接蓋体４０に直接接合もしくは低融点ガラス等の接合材４５を介して蓋体４０に接合されている。

蓋体４０が、セラミックにより形成される場合には、例えば、低融点ガラス等を利用した封止材３７ａを利用して、パッケージ３７に固定される。蓋体４０が、コバール等の金属材料で形成される場合には、蓋体４０はシーム溶接等の手法により、パッケージ３７に対して固定される。

本実施形態は以上のように構成されており、圧電デバイス３０のパッケージ３７を封止するための蓋体４０は金属またはセラミックというガラスよりも構造的に強い材料で形成されているので、外部から何かが衝突した場合に、容易に損傷することがなく、パッケージ３７の封止性能を損なうことが有効に防止される。
また蓋体４０には、開口４２に光透過物を取付けることにより形成した調整用窓部４１を備えているから、この窓部４１を透過させてパッケージ内部の圧電振動片３２に形成した金属膜５３，５４に対して、図２に符号ＬＢで示すようにレーザ光やハロゲンビームなどの加熱用光ビームを照射することができる。この場合、蓋体４０がその厚みを極めて薄くするように形成されていて、開口４２の内側に段部を設けることができない場合であっても、開口４２とガラス４３との接触面が粗面４２ａとされているので、この粗面を利用して、ガラス４３を直接その摩擦力で保持し、あるいは接合材４５のアンカー効果を効果的に高めて保持することができる。

かくして、パッケージ３７を封止するための丈夫な材料で形成したきわめて厚みの薄い蓋体４０で封止したパッケージ３７を備える圧電デバイス３０であって、蓋体４０の外部からパッケージ３７内にレーザ光ＬＢなどを透過させて、質量削減方式による周波数調整をすることができる構造を実現することができる。
さらに、図２で説明したように、好ましくは、ガラス４３がフランジ部４４を備えている。
このため、上述の作用効果に加えて、ガラス４３は、開口４２に挿入される挿入部４６の外周とフランジ部４４の開口４２周縁部への当接面である上向き段部４４ａの箇所で、蓋体４０に対して接合されるので、接合面積が増大することで、より確実で接合強度の高い固定構造とすることができる。
しかもフランジ部４４はガラス４３の下部に設けられているので、蓋体４０の内側におさまり、圧電デバイス３０の外形を拡大させることがないので、表面実装される圧電デバイス３０の高さ方向の大きさをコンパクトに納めることができる。

図５は上述の第１の実施形態の圧電デバイスの変形例を示す概略断面図である。
図５の圧電デバイス３０−１は、ガラス４３の形状を除き、第１の実施形態の圧電デバイス３０と同じ構造であるから、共通する構成には同一の符号を付して重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
この圧電デバイス３０−１においては、蓋体４０の開口４２に取付けられるガラス４３の上端にフランジ部４４−１が形成され、このフランジ部４４−１は、蓋体４０の外部に突出している。したがって、この突出分だけ圧電デバイス３０−１の高さ方向の寸法を拡大させることとなるが、その分パッケージ３７の内部空間Ｓは大きくなり、圧電振動片３２の振動腕３５の先端部が上方に振れた際に、フランジ部と当接する事態を有効に避けることができる。それ以外の作用効果は、第１の実施形態の圧電デバイス３０と同じである。

（圧電デバイスの製造方法）
次に、圧電デバイス３０（３０−１）の製造方法の実施形態を図６のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、図１ないし図４で説明した圧電振動片３２と蓋体４０、パッケージ３７は、それぞれ別々に形成しておく。
（圧電振動片の形成工程）
圧電振動片３２については、例えば、水晶ウエハをエッチングして、既に説明した形状を形成するとともに、必要な励振電極を形成する（ＳＴ１１）ことで、従来と同様に製造することができるので、詳しい説明は省略する。電極形成後に、駆動電圧を印加して周波数を粗調整する（ＳＴ１２）。
（パッケージの形成工程）
図１および図２で説明したパッケージ３７は、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得た、所謂グリーンシートを用意する。
グリーンシートは、上述した第１の基板５５と、第２の基板５６とを形成するために共通して使用することができる。

これら第１の基板５５と、第２の基板５６は、上述した各構造に適合するように成形され、各電極部や導電パターンを形成する。すなわち、第１の基板５５となるグリーンシートには、裏側に実装端子４８，４８に対応して、導電ペースト、例えばタングステンメタライズを塗布する。表側には電極部３１，３１に対応して、タングステンメタライズを塗布する。さらに必要に応じてスルーホールを穿設し、導電ペーストを塗布することで、導電スルーホールを形成する。第２の基板５６なるグリーンシートには、内部空間Ｓに対応するように、材料を除去する。
成形後に第１および第２の基板を積層し、焼成後、タングステンメタライズ上に、ニッケルおよび金メッキを施す。なお、パッケージ３７の上端には、封止材３７ａを塗布しておく。あるいは、蓋体４０に金属材料を用いる場合には、金属製のシームリング３７ａを設けておくことになる。

（蓋体の形成工程）
蓋体４０をコバールの板材を用いて形成する場合について説明する。
第１の方法は、図７に示すように、厚みｔ１が約０．１ｍｍ程度のきわめて薄い板体にガラス体４３（図２参照）を保持できるような貫通孔でなる開口４２を形成するために、ドリルＤを用いて穿孔する。これにより、図２で説明したように、開口４２の内周には粗面４２ａが形成される（ＳＴ２１）。

これに対して、他の方法では、図７で説明したようなコバールの板で、図８(ａ)に示すように、蓋体４０を形成するに当り、その表面および裏面に先ず、レジスト６１，６２をそれぞれ形成する。
次いで、窓部となる開口を形成すべき個所について、表面側のレジスト６１を、一般的なフォトリソプロセスを用いて除去し、金属材料を露出させる。
続いて、図８(ｂ)に示すように、コバールを所定のエッチング液、例えば、塩化第二鉄溶液に浸漬して片側からウエットエッチングし、開口４２としての貫通孔を穿設する。この場合、表面側から裏面側に向かって、徐々に縮径したテーパ状の貫通孔であって、内周面に粗面４２ａを備える開口４２を比較的容易に形成することができる。
最後に、レジスト６１，６２を除去することで、コバールの板体で形成した蓋体４０に貫通孔でなる開口４２を形成することができる。

続いて、図９に示すように、ガラス４３−１を用意する。ガラス４３−１は、フランジ部４４と、フランジ部４４と一体の挿入部４６を備えており、フランジ部４４の段部４４ａには、リング状の低融点ガラス等でなる接合材４５が装着されている。このような構造のガラス４３を蓋体４０の開口４２に挿入し、蓋体４０を裏返して、リフロー炉などの加熱手段で、接合材４５を溶融させた後で、硬化することにより、図２で説明したように、開口４２にガラス４３を取り付けることができる（ＳＴ２２）。

（圧電振動片の接合工程）
次に、圧電振動片３２をパッケージ３７の電極部３１の上に接合する（ＳＴ３１）。すなわち、図１および図２で説明したように、パッケージ３７の電極部３１上に導電性接着剤４７を塗布して、その上に圧電振動片３２の基部５１の引き出し電極３８ａ，３９ａの個所を載置し、導電性接着剤４７，４７を硬化させることにより、電極部３１と圧電振動片３２とが電気的、機械的に接合される。このようにして、圧電振動片３２は絶縁基体である第１の基板５５に対して、片持ち式に接合される。

さらに、パッケージ３７と蓋体４０とを真空雰囲気中で、接合することで蓋封止を行う（ＳＴ３２）。
図１０は治具Ｊにより蓋体４０を抑えて、封止材３７ａを硬化させる様子を示しており、封止材３７ａとして低融点ガラスを用いる場合を示している。また、封止材３７ａとしてコバールリングを用いる場合には、図１０とは異なり、シーム溶接により行う。
続いて、図２で説明したように、蓋体４０の外部からレーザ光ＬＢなどを光透過物であるガラス４３を透過させて、圧電振動片３２の図３で説明した金属膜５３および／または５４に照射し、その一部を蒸散させて、質量削減方式により周波数調整を行う（ＳＴ３３）。ここで、開口４２が、図１に示すように、両振動腕３５，３６の金属膜を露出させるものであると、各振動腕の金属膜について、その一部を蒸散させることができ、両振動腕３５，３６についての屈曲バランスまでも調整できて好ましい。
その後必要な検査を経て（ＳＴ３４）、圧電デバイス３０が完成する。

このように、この実施形態に係る圧電デバイスの製造方法では、蓋体４０の形成工程において、内周を粗面とするようにして金属またはセラミックでなる蓋体４０に周波数調整に用いる調整用窓部４１としての開口４２を設けているので、極めて薄い蓋体でも外部からの衝撃に強く、かつ光透過物を取り付けた開口４２を設けておくことができる。このため、蓋封止後の周波数調整工程では、外部からのレーザ光などの加熱用の光ビームをガラス４３を介して、パッケージ３７内の圧電振動片３２の金属膜に照射することができる。このようにして、蓋封止後に周波数調整されて、精密な周波数合わせを行った圧電デバイス３０は、蓋体４０が丈夫な材料で形成されているので、外部からの衝撃に強く、容易に破損することがない。

図１１は、圧電デバイスの第２の実施形態を示す概略斜視図である。
この第２の実施形態の圧電デバイス７０は、蓋体に形成される（調整用）窓部の構造以外は第１の実施形態の圧電デバイス３０と同一の構造であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図において、蓋体４０の材料は第１の実施形態の圧電デバイス３０の蓋体４０と同一であるが、開口７２は、蓋体４０の表面側に突出している点が相違している。

図１２は図１１のＣ−Ｃ線概略断面図である。
図示されているように、開口７２は上方に突出しており、その周囲に下向きの段部７４を備えている。光透過物であるガラス７３は、開口７２の内径よりも大きな外径を有した円盤状であり、段部７４に受容される大きさである。
ガラス７３は段部７４と、この段部７４の外縁から縦方向に延びる内壁部７２ａとに対して、接合材７５を介して接触しており、その結果蓋体４０の厚みｔ１よりも大きな面積により接合している。

第２の実施形態の圧電デバイス３０は以上のように構成されており、この圧電デバイス７０のパッケージ３７を封止するための蓋体４０は金属またはセラミックというガラスよりも構造的に強い材料で形成されているので、外部から何かが衝突した場合に、容易に損傷することがなく、パッケージ３７の封止性能を損なうことが有効に防止される。また蓋体４０には、開口７２にガラス７３を取付けることにより形成した調整用窓部７１を備えているから、このガラス７３を透過させてパッケージ３７内部の圧電振動片３２に形成した金属膜５３に対して、レーザ光ＬＢなどの加熱用の光ビームを照射することができる。この場合、蓋体４０がその厚みを極めて薄くするように形成されていて、開口７２の内側に段部を設けることができない場合であっても、この開口７２が蓋体４０を貫通してその表面に突出するように形成され、内側に下向きの段部７４を有している。このため、この段部７４を利用して、ガラス７３を確実に保持することができる。
また、開口７２は蓋体４０の表面側に突出しているので、パッケージ３７内の内部空間Ｓの有効空間を減少させることなく、また、圧電振動片の振動腕３５が上向きに振れた際に突出部と当接しやすくなって損傷することが有効に回避される。また、ガラス７３の周縁が窓部７１内に収容されるので、損傷しにくい。

図１３は、第２の実施形態の変形例を示している。
すなわち、図１１および図１２で説明した蓋体４０の表裏を反対にして使用した状態を示している。つまり、図１３の蓋体４０においては、窓部７１−１の開口７２−１は、蓋体４０の裏面に突出しており、上向きの段部７４−１を備えた構造となっている。
それ以外の点では、第２の実施形態と全く同様の構造であり、第１および第２の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
この場合、開口７２−１は蓋体４０の裏面側に突出しているので、圧電デバイスの高さ方向の寸法が拡大されることがなく、表面実装に有利である。また、蓋体４０を金属で形成する場合に、蓋封止工程において、シーム溶接を行う際に、蓋体４０の表面を摺動させるローラの動きを阻害することがなく、工程上有利となる。

図１４ないし図１６は、第２の実施形態とその変形例で用いる蓋体に窓部を形成する方法をそれぞれ示す工程図である。
図１４は第１の方法を示している。すなわち、図１４(ａ)に示すように、厚さｔ１の薄い金属製の板体４０−１を用意する。そして、図１４(ｂ)に示すように、プレスにより突出部７６を形成し、図１４(ｃ)に示すように開口７２となる貫通孔を穿孔することにより、窓部７１を形成することができる。

図１５は第２の方法を示している。先ず、図１５(ａ)に示すように、完成される蓋体の厚みｔ１よりも大きな厚みを有する金属製の板体４０−２を用意する。図１５(ｂ)に示すように、切削加工により突出部７６を形成する。最後に、図１５(ｃ)に示すように開口７２となる貫通孔を穿孔することにより、窓部７１を形成することができる。
図１６は第３の方法を示している。先ず、図１６(ａ)に示すように、完成される蓋体の厚みｔ１よりも大きな厚みを有する金属製の板体４０−３を用意する。
次に、図１６(ｂ)に示すように、窓部が形成される個所を囲むように、一般的なフォトリソプロセスを用いて板体４０−３の一面に、所定のパターンで第１のレジスト７７を形成する。さらに板体４０−３の他の面には、第１のレジスト７７の外縁と僅かに重なる位置から外側の全面に、第２のレジスト７８を形成する。この状態で、板体４０−３を例えばウエットエッチングすると、図１６(ｃ)に示すように、突出部７６と窓部となる開口７２が同時に形成される。最後に図１６(ｄ)に示すように、第１および第２のレジスト７７，７８を剥離することで、窓部７１を形成することができる。

図１７は、圧電デバイスの第３の実施形態を示す分解斜視図である。
図において、圧電デバイス８０は、第１の実施形態の圧電デバイス３０と比較すると、パッケージの形態が異なり、蓋体の形状が異なっている。
すなわち、図示されているように、この実施形態では、絶縁基体５５−１とカバー状の蓋体８１とにより、パッケージが形成されている。
絶縁基体５５−１は、図２で説明した第１の実施形態の第１の基板５５と同じ構造であり、このため、細部の構造は図示を省略している。また、この絶縁基体５５−１に接合される圧電振動片は、第１の実施形態の圧電振動片３２と同一のものであるが、圧電振動片はこれに限らず、圧電材料を矩形にカットした、所謂、ＡＴカット振動片を好適に利用することができる。

図１８は蓋体８１の概略切断端面図であり、図示されているように、蓋体８１は下方が開口された箱状の構造であり、この開口をしたにして、図１７に示すように、絶縁基体５５−１に接合されることにより、内部の空間を気密に封止することができるようになっている。蓋体８１の材料は、圧電デバイス３０の蓋体４０と同じである。
また、蓋体８１に形成される窓部４１も圧電デバイス３０と同じ構造で、同じ機能を発揮する。
かくして、圧電デバイス８０も、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。

図１９は、圧電デバイスの第４の実施形態を示す概略断面図である。
図１９の圧電デバイス９０は以下に説明する点を除き、第１の実施形態の圧電デバイス３０と全く同じ構造で、これと同一の符号を付した個所は同一の構成であるから、重複する説明は省略する。
すなわち、圧電デバイス３０が圧電振動子であるのに対して、この圧電デバイス９０は圧電発振器として構成されている。

このため、パッケージ３７−１では、第１の基板５５の下に第３の基板９１を付加して、パッケージの底部を形成している。これにともない、第３の基板９１の裏面に実装端子４８，４８を形成し、第１の基板５５はほぼ中央部の材料を除去して、凹部９３を形成している。そして、パッケージ３７−１の内部空間Ｓに開口した凹部９３には、ＩＣ（集積回路素子）９２を収容している。
すなわち、ＩＣ９２は、第３の基板９１に形成したランドに実装され、圧電振動片３２とパッケージ内の電極を介して、ワイヤボンディングなどにより接続されている（図示せず）。そして、蓋体４０に形成した窓部４１は、圧電デバイス３０と同一の構成であるから、かくして、この圧電デバイス９０も第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができるものである。

図２０は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段（メモリ）３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０等の本発明の実施形態や変形例の圧電デバイスが取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイスは、圧電振動子でも圧電発振器でもよい。

ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。

このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス３０等を利用することができる。この場合、外部から衝撃を受けても、蓋体が損傷を受けることがないので、製品の信頼性が向上する。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージや箱状の蓋体に被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。

本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 図１の圧電デバイスに使用される圧電振動片の概略斜視図。 図３のＢ−Ｂ線切断端面図。 図１の圧電デバイスの変形例を示す概略断面図。 図１の圧電デバイスの製造方法の実施形態を示すフローチャート。 図１の圧電デバイスに使用する蓋体の製造工程における穿孔方法の一例を示す説明図。 図１の圧電デバイスに使用する蓋体の製造工程における穿孔方法の他の例を示す説明図。 図１の圧電デバイスに使用する蓋体の貫通孔を塞ぐ方法の一例を示す説明図。 図１の圧電デバイスの蓋封止の一例を示す説明図。 本発明の圧電デバイスの第２の実施形態を示す概略斜視図。 図１１の圧電デバイスの蓋体の調整用窓部の詳しい構成を示す部分拡大断面図。 図１１の圧電デバイスの蓋体の調整用窓部の詳しい構成を示す部分拡大断面図。 図１１の圧電デバイスの蓋体の調整用窓部の形成方法の一例を示す工程図。 図１１の圧電デバイスの蓋体の調整用窓部の形成方法の一例を示す工程図。 図１１の圧電デバイスの蓋体の調整用窓部の形成方法の一例を示す工程図。 本発明の圧電デバイスの第３の実施形態を示す概略斜視図。 図１７の圧電デバイスの蓋体の概略断面図。 本発明の圧電デバイスの第４の実施形態を示す概略断面図。 本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。 従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。 従来の圧電デバイスの蓋体の構成を示す図。

符号の説明

３０，７０，８０，９０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３５，３６・・・振動腕、３１・・・電極部、４０・・・蓋体、４１・・・調整用窓部、４２・・・開口、４３・・・光透過物（ガラス）、４７・・・導電性接着剤、５５・・・第１の基板（絶縁性基体）、５６・・・第２の基板。

Claims (7)

1. 気密に封止するための金属またはセラミックで形成した蓋体を備えたパッケージに圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、
   前記蓋体を貫通する開口と、この開口に取付けられた光透過物とを備えることにより、周波数調整に用いる調整用窓部が形成されており、
   前記開口の内周面は、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とし、
   前記光透過物は、前記開口に挿入される挿入部と、前記開口径より大きな外形を備えるフランジ部とを有しており、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は前記開口の前記外周部に接合されている
   ことを特徴とする、圧電デバイス。
2. 前記蓋体が、前記パッケージと熱膨張係数が近似した材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. パッケージ内に圧電振動片を収容し、蓋体により気密に封止した圧電デバイスの製造方法であって、
   前記パッケージと、前記圧電振動片と、前記蓋体とを別々に形成するための個別の形成工程と、
   前記パッケージを構成する絶縁性基体に対して、前記圧電振動片を接合する工程と、
   前記パッケージを前記蓋体により気密に封止する蓋封止工程と、
   前記パッケージの外部から前記圧電振動片に形成されている金属膜に加熱用光ビームを照射する周波数調整工程と
   を備えており、
   前記蓋体の形成工程においては、金属またはセラミックでなる前記蓋体に周波数調整に用いる調整用窓部としての貫通孔でなる開口を形成し、前記開口の内周面を、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とする工程と、この開口に挿入部とフランジ部とを有する光透過物を固定する工程を含み、前記挿入部は前記開口に挿入され、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は開口径より大きな外形を備え、前記開口の前記外周部に接合され、
   かつ前記周波数調整工程においては、前記蓋体の前記開口に固定した前記光透過物を介して、前記パッケージ内の前記圧電振動片の前記金属膜に対して、前記パッケージの外部から加熱用光ビームを照射し、前記金属膜の一部を蒸散させることにより、周波数調整する
   ことを特徴とする、圧電デバイスの製造方法。
4. 前記蓋体の開口を形成する工程において、蓋体を構成する板体に対して、ドリルにより前記貫通孔を穿設することを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
5. 前記蓋体の開口を形成する工程において、蓋体を構成する板体をエッチングすることにより前記貫通孔を穿設することを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 金属またはセラミック製の蓋体により気密に封止されるパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
   前記蓋体を貫通する開口と、この開口に取付けられた光透過物とを備えることにより、周波数調整に用いる調整用窓部が形成されており、
   前記開口の内周面は、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とし、
   前記光透過物は、前記開口に挿入される挿入物と、前記開口径より大きな外形を備えるフランジ部とを有しており、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は前記開口の外周部に接合された圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。
7. 金属またはセラミック製の蓋体により気密に封止されるパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、
   前記蓋体を貫通する開口と、この開口に取付けられた光透過物とを備えることにより、周波数調整に用いる調整用窓部が形成されており、
   前記開口の内周面は、前記蓋体の前記開口の外周部よりも粗い粗面とし、
   前記光透過物は、前記開口に挿入される挿入物と、前記開口径より大きな外形を備えるフランジ部とを有しており、前記挿入部の外周は前記開口の前記内周面に接合され、前記フランジ部は前記開口の外周部に接合された圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。

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