JP4292575B2 - 圧電デバイスおよび蓋体の製造方法 - 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と蓋体の製造方法に関する。

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やジャイロセンサ等において、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１２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１３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１３（ａ）は蓋体６の概略断面図、図１３（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。

このように、蓋体やパッケージの一部を透明にした構造を得るためには、例えば、半導体レーザの発生装置などにおいて、次のような構造が紹介されている（特許文献３参照）。すなわち、レーザーダイオードチップを封止するパッケージをキャップ状の金属により形成し、このキャップ状のパッケージに光透過窓を形成したものである。
この場合、その製造方法は、キャップ状のパッケージに開口を形成し、ガラスタブレットをこの開口に嵌めて、加熱することにより溶融させて接合するというものである。

特開２００２−１７１１５０ 実開昭５７−４３６２８ 特開昭６３−８１９９５

ところが、このような手法によると、製造工程でガラスタブレットをはめ込める開口の孔径には限度があり、０．５ｍｍよりも小さくすることは困難で、圧電デバイスについて大幅に小型化を進める上では、使用できない手法である。また、小径にされた開口に、ガラスタブレットを位置決めしてはめ込むことも困難であり、さらに、ガラスタブレットを溶融した後で硬化した表面を研磨することも、小さすぎて難しい。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、金属製の丈夫な蓋体に形成される小さな開口に適切にガラスを充填して、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て、破損しにくい蓋体を複数個同時に形成することができるようにした蓋体および圧電デバイスの製造方法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、少なくとも複数個の蓋体を分離できる大きさの金属基板に、少なくとも前記蓋体の数に対応した数の貫通孔を形成する工程と、前記金属基板に対応して、これとほぼ同じ大きさの１枚のガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程と、前記ガラス板を溶融することにより、前記各貫通孔内に溶融したガラス材料を充填する工程と、個々の前記蓋体の大きさとなるように前記金属基板を切断する工程とを含んでおり、さらに、前記ガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程において、使用されるガラス板が、溶融ガラスの充填に必要とされる厚みよりも厚い板厚のガラス板が使用され、前記貫通孔に前記溶融したガラス材料を充填する工程の後で、前記ガラス板の表面を鏡面研磨して、厚みを薄くし、続いて、前記金属基板の前記貫通孔の周縁部と、該金属基板の下面全体を覆う大きさで、耐蝕膜を形成し、該耐蝕膜から露出したガラス材料をウエットエッチングにより除去することにより、前記貫通孔の周囲に露出するガラスにフランジ部を形成する蓋体の製造方法により、達成される。
第１の発明の構成によれば、少なくとも複数の蓋体を分離できる金属基板を加工するので、複数枚もしくは多数枚の蓋体を一度に加工することができ、加工効率に優れている。しかも貫通孔に充填する光透過物としてのガラスは、大きなガラス板を前記金属基板に重ねた状態で溶融させることにより、充填するので、従来のように個々の開口にガラスタブレットを位置決めして、嵌め込む必要がなく、蓋体の小型化が進み、前記貫通孔が極めて小さな貫通孔でなる開口とされても、ガラス材料を困難なく充填することができる。このようにして形成される蓋体は金属製であり、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、封止性能を損なうことが有効に防止される。また蓋体には、貫通孔にガラス材料を充填した調整用窓部が形成されるので、この窓部を透過させて加熱用光ビームを照射することができる。
しかも、使用されるガラス板が、溶融ガラスの充填に必要とされる厚みよりも厚い板厚のガラス板が使用され、前記貫通孔に前記溶融したガラス材料を充填する工程の後で、前記ガラス板の表面を鏡面研磨して、厚みを薄くしている。このため、貫通孔へ重点されるガラスの充填量を確実に得ることができる。また、金属基板の前記貫通孔の周縁部と、該金属基板の下面全体を覆う大きさで、耐蝕膜を形成し、該耐蝕膜から露出したガラス材料をウエットエッチングにより除去することにより、前記貫通孔の周囲に露出するガラスにフランジ部を形成するようにしている。このため、ガラスを蓋体に固定するうえでアンカー効果を高めて確実な固定をすることができる。
かくして、金属製の丈夫な蓋体に形成される小さな開口に適切にガラスを充填して、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て、破損しにくい蓋体を複数個同時に形成することができるようにした蓋体の製造方法を提供することができる。

また、上記目的は、第２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、少なくとも複数個の蓋体を分離できる大きさであって、前記パッケージと熱膨張係数が実用上同じ金属材料でなる金属基板に、前記蓋体の数に対応した数の貫通孔を形成する工程と、前記金属基板に対応して、これとほぼ同じ大きさの１枚のガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程と、前記ガラス板を溶融することにより、前記各貫通孔内に溶融したガラス材料を充填する工程と、個々の前記蓋体の大きさとなるように前記金属基板を切断する工程とを含んでおり、さらに、前記ガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程において、使用されるガラス板が、溶融ガラスの充填に必要とされる厚みよりも厚い板厚のガラス板が使用され、前記貫通孔に前記溶融したガラス材料を充填する工程の後で、前記ガラス板の表面を鏡面研磨して、厚みを薄くし、続いて、前記金属基板の前記貫通孔の周縁部と、該金属基板の下面全体を覆う大きさで、耐蝕膜を形成し、該耐蝕膜から露出したガラス材料をウエットエッチングにより除去することにより、前記貫通孔の周囲に露出するガラスにフランジ部を形成するとともに、かつ前記周波数調整工程においては、前記蓋体の開口に充填した前記ガラス材料を介して、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２の発明の構成によれば、蓋体の形成工程において、金属製の蓋体に周波数調整に用いる開口を設けているので、極めて薄い蓋体でも外部からの衝撃に強く、かつガラスを充填した開口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、外部からの加熱用光ビームを光を透過するガラスを介して、パッケージ内の圧電振動片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は、蓋体がガラスではないので外部からの衝撃に強く、容易に破損されることがない。
この場合、その蓋体の形成工程では、少なくとも複数の蓋体を分離できる金属基板を加工するので、複数枚もしくは多数枚の蓋体を一度に加工することができ、加工効率に優れている。しかも貫通孔に充填する光透過物としてのガラスは、大きなガラス板を前記金属基板に重ねた状態で溶融させることにより、充填するので、従来のように個々の開口にガラスタブレットを位置決めして、嵌め込む必要がなく、蓋体の小型化が進み、前記貫通孔が極めて小さな貫通孔でなる開口とされても、ガラス材料を困難なく充填することができる。
しかも、使用されるガラス板が、溶融ガラスの充填に必要とされる厚みよりも厚い板厚のガラス板が使用され、前記貫通孔に前記溶融したガラス材料を充填する工程の後で、前記ガラス板の表面を鏡面研磨して、厚みを薄くしている。このため、貫通孔へ重点されるガラスの充填量を確実に得ることができる。また、金属基板の前記貫通孔の周縁部と、該金属基板の下面全体を覆う大きさで、耐蝕膜を形成し、該耐蝕膜から露出したガラス材料をウエットエッチングにより除去することにより、前記貫通孔の周囲に露出するガラスにフランジ部を形成するようにしている。このため、ガラスを蓋体に固定する上で、アンカー効果を高めて確実な固定をすることができる。

図１及び図２は、本発明の圧電デバイス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。

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、後述する金属基板を加工して形成されている。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、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を表裏に貫通する貫通孔４２であり、好ましくは、図示されているように、外側に向かって徐々に縮径するテーパ状とされている。
貫通孔４２をこのようなテーパ状とすると、そうでない場合と比べて、後述するガラスと貫通孔４２との接合面積が増大し、接合強度を向上させることができる。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。とくに、貫通孔４２の開口部が小さな曲面の連続となるような形状であると、貫通孔４２の内面の面積を増大することができて好ましい。
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３６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、貫通孔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。
貫通孔４２の内周面は粗面４２ａとされている。粗面４２ａは貫通孔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、このような貫通孔４２には、ガラス４３が取付けられている。ガラス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、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、使用されるガラスとしては、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の貫通孔４２に挿入される挿入部４６の下端には、貫通孔４２に挿入されない部分として、貫通孔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に直接接合されている。

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。あるいは、例えば、蓋体４０の表面にニッケル及び金メッキを施し、ロウ材３７ａとして、金スズ合金（Ａｕ−Ｓｎ）を用いて接合するようにしてもよい。

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、貫通孔４２にガラス４３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、貫通孔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、貫通孔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、そ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、貫通孔４２に挿入される挿入部４６の外周とフランジ部４４の貫通孔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の貫通孔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。また、貫通孔４２は、蓋体４０の外方に徐々に拡径するテーパ状に形成されている。したがって、この外方へ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６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となるグリーンシートは、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、蓋体側に封止材を設けない場合には、パッケージ３７の上端に、封止材として、例えば、金スズ合金（Ａｕ−Ｓｎ）３７ａを設けておく。あるいは、蓋体４０をシームリングで封止する場合には、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。
図７（ａ）に示すように、コバール製の金属基板を用意する。この金属基板６０は、点線で示す縦横の複数の切断線で、後述するように切断されることで、切り離されるＢ１の部分が、上述した個々の蓋体４０と対応する大きさであり、複数もしくは多数個取りの金属基板である。この金属基板６０は、製品の高さ方向の大きさを抑制しつつ必要な強度を得るために、その板厚が、例えば、０．０８ないし０．１ｍｍ程度とすることが好ましい。

以下の工程では、理解の便宜のため、図７（ａ）のＣ−Ｃ線切断端面図の箇所だけを拡大して図示することにより説明するが、これらの構成は、金属基板６０の全体において、同時に進行し、金属基板６０に含まれる全てのＢ１に関して処理が同時に行われるものである。
図７（ｂ）に示すように、金属基板６０の表面および裏面にフォトレジスト６１を塗布する。この場合、いずれかの面（図示では表面）に、開口部６１ａを形成したパターンとする（ＳＴ２１）。
次に、コバールをエッチングできるエッチング液に浸漬し、開口部６１ａが形成された側に相当する片面から、ウエットエッチングする（ＳＴ２２）。エッチング液としては、例えば、鉄合金やニッケル合金のエッチング液が使用でき、塩化第二鉄溶液等を使用することができる。あるいは、この場合、片面からプラズマイオンエッチングなどによるドライエッチングを行ってもよい。
これにより、図７（ｃ）に示すように、厚み方向のエッチングとともに、開口部６１ａの周縁部に沿ってサイドエッチングが進行するので、深さ方向に沿って徐々に縮径するテーパ状の貫通孔４２が形成される。これと同時に、貫通孔４２の内面は粗面４２ａとなって貫通孔４２が穿設される。

次いで、図７（ｄ）に示すように、レジストを剥離したら（ＳＴ２３）、図７（ｅ）に示すように、上述したエッチング液にふたたび浸漬し、貫通孔４２を形成した金属基板６０の露出面全体をエッチング（ＳＴ２４）する。このエッチングの目的は、金属基板６０の露出表面全体の粗面化であるから、貫通孔４２の穿設の際のエッチング時間よりも短い時間でよい。
これにより、金属基板６０の表裏面が粗面６０ａとされる。

続いて、図８（ｆ）に示すように、金属基板６０の上にガラス板６２を載せる（ＳＴ２５）。ここで、ガラス板６２は、図７（ａ）で示した金属基板６０とほぼ同じ大きさのものが使用される。以下の工程では、このガラス板６２を加熱溶融して、各貫通孔４２に同時に溶融ガラスを充填することがねらいであるから、ガラス板６２の大きさは、この目的に必要な大きさである。そして、金属基板６０とガラス板６２の外形寸法を一致させると、作業が容易となる。このガラス板６２は、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く、このような点で、使用されるガラスとしては、硼珪酸ガラスや、コバールガラス等が適している。
ここで、ガラス板６２の厚み寸法ｔ１は、比較的厚いものが使用されており、後述するように、貫通孔４２に溶融ガラスとして充填するための材料の必要量を確実にするとともに、後述する研磨工程の研磨しろを得るようにしている。このような点から、厚みｔ１は、蓋体４０となる金属基板６０の厚みとの関係で、０．１ないし０．２ｍｍ程度が好ましい。

次に、図８（ｆ）の状態のものを、適切な加熱手段、例えば、高周波・電気炉などの加熱炉内に収容し、加熱する（ＳＴ２６）。この加熱は還元炎によるものは使用できず、加熱直前に脱ガス工程を行い、その後、１０００ないし１２００度（摂氏、以下、温度表記は全て「摂氏」）で、所定時間加熱し、図８（ｇ）に示すように、溶融することで、溶融されたガラス材料がガラス充填部６４として、貫通孔４２内に充填される。
この状態では、図示のように、ガラス充填部６４の下端部６５が貫通孔４２から露出する場合がある。

そこで、図８（ｈ）に示すように、溶融ガラスの硬化後において、上記露出した下端６５と、図８（ｇ）で示されているガラス板の表面部６３の部分を研磨する（ＳＴ２７）。この研磨工程により、ガラス板６２は表面および裏面が鏡面研磨される。
かくして、貫通孔６２に充填されたガラス板６２は、貫通孔６２の内面が粗面６２ａとされているので、アンカー効果により強固に接合している。しかも、貫通孔４２は、テーパ状であり、孔の長さ方向に関して孔径が変わらない孔の場合と比べると、接合面積が増大されていることから、この点においてもガラス板６２と貫通孔４２との接合強度は高くなっている。

次いで、図８（ｉ）に示すように、金属基板６０の貫通孔４２の周縁部と、図において、下面全体を覆う大きさで、耐蝕膜７０を形成する（ＳＴ２８）。ウエットエッチングによる場合は、耐蝕膜として、例えば、有機レジストを用いることができる。そして、この耐蝕膜７０から露出したガラスをウエットエッチングにより除去する（ＳＴ２９）。
あるいは、このエッチングはドライエッチングによりするようにしてもよい。この場合、金属基板６０の貫通孔４２の周縁部に耐蝕膜を形成する（図示せず）。この耐蝕膜は、例えば、下地層をクロム（Ｃｒ）とし、その上に金（Ａｕ）をスパッタリングにより成膜することにより形成することができる。その後、図の上方より片面のドライエッチングで、金属基板６０の片面を覆うガラス材料を除去する。このドライエッチングは、例えば、ワークを気密のチャンバー内に収容して、真空排気し、ＣＦ_４等を充填ガスとして、プラズマ放電によりイオンエッチングすることにより、耐蝕膜から露出したガラス板６２を除去することができる。

これにより、図８（ｊ）に示すように、貫通孔４２への挿入部４６とフランジ部４４を備えた図２で説明したガラス４３が形成され、このフランジ部４４は、金属基板６０の表面の粗面６０ａと接合し、そのアンカー効果が高められて、この点においても、強い接合強度が実現される。
次いで、図９（ｋ）に示すように、耐蝕膜を除去し（ＳＴ３０）、図９（ｌ）に示すように、金属基板６０の表面および裏面に、電解メッキによりニッケルで覆う（ＳＴ３１）。最後に、図７（ａ）で説明した縦横の点線に沿って、金属基板６０を切断することによりそのＢ１を単位とする蓋体４０が完成する。

（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（ＳＴ４１）。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は絶縁性基体である第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（ＳＴ４２）。
図１０は電極ローラなどの治具Ｊを蓋体４０に接触させて抑え、シームリング３７ａをジュール熱で溶融硬化させて、シーム溶接により蓋封止を行う様子を示している。
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（ＳＴ４３）。ここで、貫通孔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（ＳＴ４４）、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、金属製の蓋体４０に周波数調整に用いる開口を設けているので、極めて薄い蓋体４０でも外部からの衝撃に強く、かつガラス４３を充填した開口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、外部からの加熱用光ビームＬＢを光を透過するガラスを介して、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がガラスではないので外部からの衝撃に強く、容易に破損されることがない。
この場合、その蓋体４０の形成工程では、少なくとも複数の蓋体を分離できる金属基板６０を加工するので、複数枚もしくは多数枚の蓋体を一度に加工することができ、加工効率に優れている。しかも貫通孔４２に充填するガラス４３は、大きなガラス板６２を前記金属基板６０に重ねた状態で溶融させることにより、充填するので、従来のように個々の開口にガラスタブレットを位置決めして、嵌め込む必要がなく、蓋体の小型化が進み、前記貫通孔が極めて小さな貫通孔でなる開口とされても、ガラス材料を困難なく充填することができる。

図１１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を順次示す図。 図１の圧電デバイスに使用する蓋体の製造工程を順次示す図。 図１の圧電デバイスに使用する蓋体の製造工程を順次示す図。 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

３０，３０−１・・・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、４３・・・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 (2)

1. 少なくとも複数個の蓋体を分離できる大きさの金属基板に、少なくとも前記蓋体の数に対応した数の貫通孔を形成する工程と、
   前記金属基板に対応して、これとほぼ同じ大きさの１枚のガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程と、
   前記ガラス板を溶融することにより、前記各貫通孔内に溶融したガラス材料を充填する工程と、
   個々の前記蓋体の大きさとなるように前記金属基板を切断する工程と
   を含んでおり、
   さらに、前記ガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程において、使用されるガラス板が、溶融ガラスの充填に必要とされる厚みよりも厚い板厚のガラス板が使用され、
   前記貫通孔に前記溶融したガラス材料を充填する工程の後で、前記ガラス板の表面を鏡面研磨して、厚みを薄くし、
   続いて、前記金属基板の前記貫通孔の周縁部と、該金属基板の下面全体を覆う大きさで、耐蝕膜を形成し、該耐蝕膜から露出したガラス材料をウエットエッチングにより除去することにより、前記貫通孔の周囲に露出するガラスにフランジ部を形成する
   ことを特徴とする、蓋体の製造方法。
2. 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、
   少なくとも複数個の蓋体を分離できる大きさであって、前記パッケージと熱膨張係数が実用上同じ金属材料でなる金属基板に、少なくとも前記蓋体の数に対応した数の貫通孔を形成する工程と、
   前記金属基板に対応して、これとほぼ同じ大きさの１枚のガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程と、
   前記ガラス板を溶融することにより、前記各貫通孔内に溶融したガラス材料を充填する工程と、
   個々の前記蓋体の大きさとなるように前記金属基板を切断する工程と
   を含んでおり、
   さらに、前記ガラス板を前記金属基板に重ねて配置する工程において、使用されるガラス板が、溶融ガラスの充填に必要とされる厚みよりも厚い板厚のガラス板が使用され、
   前記貫通孔に前記溶融したガラス材料を充填する工程の後で、前記ガラス板の表面を鏡面研磨して、厚みを薄くし、
   続いて、前記金属基板の前記貫通孔の周縁部と、該金属基板の下面全体を覆う大きさで、耐蝕膜を形成し、該耐蝕膜から露出したガラス材料をウエットエッチングにより除去することにより、前記貫通孔の周囲に露出するガラスにフランジ部を形成するとともに、
   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充填した前記ガラス材料を介して、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。

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