JP4588479B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子、発振器、および電子機器に関し、特に気密端子を有する圧電振動子の製造方法等に関する。

圧電振動子は発振器、情報通信装置や携帯機器などの電子機器、家電などに、時計機能や周波数制御機構として広く用いられている。圧電振動子のパッケージとして、箱型の形状をしたセラミックパッケージや気密端子を用いたシリンダー型パッケージが慣用されている。

図１２は、気密端子とシリンダー型のケースを示す模式図である。気密端子１は、ステム７と呼ばれる金属製の外環内にハーメチック封着用の充填材５が充填され、該充填材には金属製細棒よりなる２本のリード２が平行に貫通固定されている。リード２とステム７表面には、メッキが施されている。図示しない圧電振動子片はインナーリード３の表面のメッキ層（リード上のメッキ層は表示していない）を溶融させて接続したものである。

また、ケース１０は、ステム７の外形に沿って挿入される。ステム７とケース１０間の気密接合は、ステム７外環の軟質金属であるメッキ層６（図１２（ｂ）では、その厚さが誇張されて示されている）を介しての冷間圧接により実現されている。このようなパッケージを用いた圧電振動子の自動化された製造工程が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。尚、充填材５を境にして、圧電振動子片と接合する側のリードをインナーリードと称し符号３で示し、また基板に実装される側のリードをアウターリードと称し、符号４で示した。

近年、携帯電話に代表される携帯機器の小型化及び高密度実装化の進展により、圧電振動子も小型化が強く要請されている。また、部品の実装段階で、従来鉛を含有していたハンダを鉛を含まないハンダに切替えるいわゆる鉛フリー化の潮流がある。部品のリフロー実装等の温度プロファイルも従来の温度プロファイルに比較して、設定温度が高くかつ温度保持時間が長くなり、より厳しい条件になっている。部品は小型化し熱容量がより小さくなる中で、高温に曝される時間が延長されていることは、圧電振動子のように温度に敏感な素子では、共振周波数や共振抵抗値等の電気特性に与える影響が大きい。

気密封止後の振動子の共振周波数及び共振抵抗値の変動は、振動子組立工程で用いる治具類から出る放出ガスによって工程の封止条件が制約されることに起因している。特に、樹脂製パレットの使用によるところが大きい。ここで、パレットとは、気密端子を複数個並べて、振動子の組立工程の最初のステップから最終のステップまでを流動させるための保持用治具（保持体）のことである。以後、該保持治具をパレットと称す。パレットは、気密端子を確実に精度良く保持するという機械的用件と、隣接した気密端子間で電気的な干渉が起こらないよう絶縁体でなければならないという電気的要件を満足する必要がある。また、量産工程では極めて多量の数が必要とされるために、パレットのコストを含めた調達の容易さ、廃棄の容易さなどの要件を勘案して、樹脂成型品が用いられてきた。

図１３は、従来のパレットを用いた圧電振動子の組立を説明する図である。ここで、圧電振動子の組立を簡潔に述べる（詳細は後述する）。

樹脂成形品からなるパレット５０には、気密端子のアウターリード４を押さえるバネ性を有する金属製の端子５２が取り付けられている（図１３（ａ）の左側の4対）。この金属端子５２に、気密端子１のアウターリード４を挿入して機械的に保持させる（図１３（ａ）の右側の６個の気密端子）。組立の工程は、このパレットを加工の単位として流動させる。

次に、気密端子１のインナーリード３のメッキを溶融させて、圧電振動子片８の接続領域であるマウントパッド９と接続する（図１３（ｂ）の左側の4個の気密端子）。この後、所定の熱を加えて、接続の際に生じた歪を緩和させた後に、振動子の発振周波数を調整する。次に、例えば真空等の所定の雰囲気中で、圧電振動子片を覆うようにケース１０をステム７に沿って圧入して気密封止する。図１３（ｂ）の右側６個は圧入が終了した状態を示している。この後、電気特性を検査する。パレットが絶縁性を有する樹脂製であるため、各振動子は隣接する他の振動子の電気的干渉を受けずに測定が可能になっている。最後に、パレットからはずして組立工程が終了する。

しかしながら、パレットが樹脂であるため次のような問題点を有している。音叉型水晶振動子のような真空雰囲気で封止する振動子の場合は、振動子の組立工程で吸着した水分の除去と、各部材に含有するガス成分を出来るだけ放出させる目的で、圧入工程において、封止雰囲気を高温に上昇させる。この時、振動子のリードを保持しているパレットも高温になり、樹脂からガスが発生し、気密封止の真空度の低下を引き起こし、共振周波数及び共振抵抗値の経時的な変動の原因になっている。

さらにまた、小型振動子は熱容量が小さいために、顧客において実施されるリフロー工程で、振動子の温度が上昇し易い。とりわけ、鉛成分を含まないようなハンダによる基板実装の場合は、リフローでの最高温度が２６０℃を超える値になっており、共振周波数及び共振抵抗値の変化が大きい。このため、製造工程では、このようなリフローでの共振周波数や共振抵抗値の変動対策として、圧入の工程を高温で行う必要がある。

しかしながら、従来のパレットは、前述のように、温度を上げることより放出カスが大きくなる問題があり、かつ、耐熱性の限界に近い２００℃以上の温度に繰り返し曝されることによる樹脂の劣化という問題を有しており、パレットの材質に検討を要していた。
特開平８−３１６７６１号公報

上記問題点に鑑み、本発明の目的とするところは、小型の圧電振動子の品質を向上させるための圧電振動子の製造方法を提供することである。

圧電振動子の組立工程で気密端子を保持するための保持体として用いる従来のパレットを見直し、低放出ガス特性を有しかつ耐熱性に優れた材料の選択と気密端子の保持方法を検討した。次の提案をする。
１）気密端子を構成するリードに圧電振動子片を接合して、有底円筒状のケースを前記圧電振動子片を覆うように前記気密端子のステムに圧入する圧電振動子の製造方法であって、気密端子を構成するステムを保持体に挟み込んで圧電振動子組立工程を流動させて製造する製造方法とした。
２）上述の圧電振動子の製造方法であって、前記保持体は、前記気密端子のステムを挟み込むためのスリットと、前記気密端子のアウターリードの変形を妨げない空間と、を有する保持体を用いて圧電振動子組立工程を流動させて製造する製造方法とした。
３）上述の圧電振動子の製造方法であって、前記保持体は、更に、前記スリットにステムを挟み込む時の押さえ部の変形を逃がすための溝と、を有する保持体を用いて圧電振動子組立工程を流動させて製造する製造方法とした。
４）上述の圧電振動子の製造方法であって、複数のステムを挟み込んで保持させる保持体の材料が、導電性材料である製造方法とした。
５）上述の圧電振動子の製造方法であって、前記導電性材料が金属である製造方法とした。
６）上述の圧電振動子の製造方法であって、前記導電性材料が気密端子のプラグまたはリード材料と同一である製造方法とした。
７）上述の圧電振動子の製造方法であって、前記導電性材料が磁性材料である製造方法とした。
８）上述の圧電振動子の製造方法であって、複数のステムを挟み込んで保持させる保持体の材料が、絶縁性を有する材料である製造方法とした。
９）気密端子を構成するリードに圧電振動子片を接合して、有底円筒状のケースを前記圧電振動子片を覆うように前記気密端子に圧入してなる圧電振動子の製造方法であって、気密端子のステムを、保持体に形成したスリットに挟み込んで整列・保持させる気密端子整列工程と、前記気密端子を構成するリードに、前記圧電振動子片を接合させるマウント工程と、前記圧電振動子片が接続された気密端子のステムに、前記圧電振動子片を覆うように前記ケースを圧入する圧入工程と、を有する製造方法とした。
１０）気密端子を構成するリードに圧電振動子片が接合され、有底円筒状のケースが前記圧電振動子片を覆うように前記気密端子に圧入されてなる圧電振動子であって、圧電振動子組立工程において、前記気密端子のステムを挟み込むためのスリットと、前記気密端子のアウターリードの変形を妨げない空間と、を有する保持体が用いられて製造された圧電振動子とした。
１１）気密端子を構成するリードに圧電振動子片が接合され、有底円筒状のケースが前記圧電振動子片を覆うように前記気密端子に圧入されてなる圧電振動子であって、圧電振動子組立工程において、前記気密端子のステムを挟み込むためのスリットと、前記気密端子のアウターリードの変形を妨げない空間と、前記スリットにステムを挟み込む時の押さえ部の変形を逃がすための溝と、を有する保持体が用いられて製造された圧電振動子とした。
１２）気密端子を構成するリードに圧電振動子片が接合され、有底円筒状のケースが前記圧電振動子片を覆うように前記気密端子に圧入されてなる圧電振動子であって、気密端子のステムが、導電性材料からなる保持体に挟み込まれて整列・保持される気密端子整列工程と、前記気密端子を構成するリードに、前記圧電振動子片が接合されるマウント工程と、前記圧電振動子片が接続された気密端子のステムに、前記圧電振動子片を覆うように前記ケースが圧入される圧入工程と、を有する圧電振動子組立工程により製造された圧電振動子とした。
１３）上述の圧電振動子を発振子として集積回路に接続して用いることを特徴とする発振器とした。
１４）上述の圧電振動子を計時部に接続して用いることを特徴とする電子機器とした。

気密端子をパレットに整列・保持するために、従来のような、圧電振動子の励振電極に接続する２本のリードを押さえて保持するのではなく、リードとは充填材を介して電気的に絶縁をされた金属製ステムの外環を挟み込んで押さえる方式とした。これにより、パレットの材質は、導電性か絶縁性であるかの区別は不要となった。それ故、材料として金属やセラミックスのような低放出ガス特性を有し、耐熱性に優れた材料が選択できる。金属材料やセラミックス材料を選択することで、適切な機械的強度を有し、パレットとして必要な低発塵特性も満たすことが可能である。

この結果、ベーキング工程や圧入工程など工程の設定温度が高く、従来、パレットの放出ガス量が問題とされる工程においても、放出ガスを格段に抑制させることができ、圧電振動子の品質を向上させることが可能となる。また、優れた耐熱性を有することから、繰り返し印加される温度変化にも堅牢であり、耐久性に優れたパレットを提供できる。

そしてまた、リードを押さえるための複雑な機構を有する金属端子は不必要になり、気密端子を直接にパレットに装着できるので、パレットの形状が簡易な板状のもので構成できる。また、金属端子が不要なので、金属端子を装着させるために必要としたパレットの厚みも薄く出来るので、パレットの熱容量を十分小さくできる。このように、複雑な形状を有せず、薄い板状のものでパレットを構成できることから、ベーキング工程や圧入工程など高温の温度設定した工程においてもパレット自体の温度分布が一様に成りやすく、従って、挟み込んだ複数の気密端子の温度も略一様にできるため、品質の揃った振動子を実現できる。

更に、ステムを押さえる方式であるため、気密端子のパレットへの装着・脱離作業は容易である。この他、大量生産に必要とされる多数の枚数を調達することも容易となり、調達費用の削減効果も大である。

以下に本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係るパレットを図１に示す。パレットは、適当な厚みを有する板状の材料に、ステムを挟み込むためのスリットを形成する。スリットの加工は、機械加工やレーザー加工の他、エッチング等の化学的な処理も可能である。

図１（ａ）は、最も簡易な形状をしたものであり、ステム７を挟み込むスリット（以後、ワークスリットと称し、符号２２で示す）のみが形成されたものである。図では、１０個のワークスリット２２が形成されており、１０個の気密端子１を挟み込むことができる。ステムの外周面に接触してステムを挟み込む部分を押さえ部と称し、符号２１で示した。

ここで、気密端子１のステム７を簡潔に説明する。気密端子１のステム７とリード２の材料は、低炭素鋼（Ｆｅ）、鉄ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ）や鉄ニッケルコバルト合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）等の低熱膨張率材料が慣用されている。また、内部の充填材５には、ソーダライムガラス、ソーダバリウムガラス、ほう珪酸ガラス等が選択され、広い温度範囲で充填材５とステム７及びリード２の熱膨張率を略一致させ気密封止を実現している。

ステム外周面には通常下地にＣｕメッキが２から５μｍの厚みで付けられており、その上に仕上メッキが施されている。仕上メッキとしては、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、錫鉛合金（Ｓｎ−Ｐｂ）、錫銅合金（Ｓｎ−Ｃｕ）等が慣用されている。ステム部のメッキ層の役割は、ケースとの勘合による気密封止の実現であり、メッキ層の弾性的な変形によってしまり嵌めに設計されたケース内面と密着し、気密を実現している。現行のステムの直径は、約０．９ｍｍから約２．７ｍｍであり、また肉厚は０．１ｍｍから０．２０ｍｍであり、ステム７の高さは、約０．８ｍｍから１．３０ｍｍの寸法を有する。圧電振動子の小型化に伴い、上記諸寸法は更に縮小される。

図１（ａ）のワークスリット２２の幅は、メッキ厚みを含めたステム７の外径寸法よりも若干狭く設計し、ステム７をしまり嵌めの状態で保持し、外力によるステム７の上下方向のズレ、回転によるズレ（図１（ｃ））、押さえ部２１を中心とした旋回（図１（ｄ））を防ぐ。図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示されたパレット２０を記号Ａで示した矢印方向から見た時の気密端子１の回転を説明した模式図である。図中の太い矢印が回転方向を示す。特に、圧電振動子片をマウント（接合）するときに、２本のリード（この場合はインナーリード３）を結ぶ中心線がパレット面と平行をなすようにセットする必要がある。２本のリード２とパレット面の平行度が出ていると、インナーリード３が圧電振動子片のマウントパッドに略等しく接触して、マウント強度の優れた接合となる。一方、図１（ｄ）は、押さえ部２１を中心としたステム７の旋回（図中の太い矢印が旋回方向を示す。）を説明する模式図であり、ステム７と押さえ部２１の接触面積を適切に設定して、点接触にならないようにすることが必要である。

図２（ａ）は、パレットの変形例である。図２（ａ）では、気密端子１のアウターリード４の加工を考慮した空間をワークスリット２２に連続して配置したものである。後述するように、圧電振動子の組立工程では、周波数の調整工程や電気特性検査工程において、２本のアウターリード４にそれぞれプローブを押し当てて電気的導通を取る。従って、２本のアウターリード４の間隔を広げておくのが好ましい。図２（ａ）は、アウターリード４を広げる加工を考慮して、ワークスリット２２に連続して傾斜部２４を設け、連続して広い空間を配置したものである。以後、該空間をリードスペースと称し、符号２６で示す。

図２（ｂ）は、パレットの別の変形例である。前述のリードスペース２６を配置したほか、ワークスリット２２とは異なる別の溝を導入したものであり、以下の役割を持つ。

押さえ部２１は、ステム７を押してステム７を保持する。例えば、図２（ｃ）で示した押さえ部２１に着目すると、該押さえ部２１は、その両端に装着したステム７により力を受けて、押さえ部２１に捩れが発生する。従って、この捩れを発生させない機構が必要であり、新たに配置した溝はこの捩れを防ぐための緩衝用の領域であり、ここではこれをエスケープスリットと称し、符号２８で示す。エスケープスリット２８を導入することで、気密端子１を保持する精度が向上し、特に小型化した気密端子１の組立用のパレットとして好適である。

次に、本発明のパレットを用いた圧電振動子の製造方法について述べる。まず、圧電振動子片の製造工程を説明し、次に本発明のパレットを用いた組立工程を図３に示す製造フローチャートに従って説明する。ここでは、圧電振動子として圧電材料に水晶を用い振動子片の形状を音叉型とした音叉型水晶振動子を例にとって説明するが、水晶の他の振動モードであるＡＴ振動子やＢＴ振動子の場合も適用できる。また、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３のような他の圧電材料を用いた振動子の場合も適用可能である。
〔圧電振動子片製造工程〕
圧電振動子片の製造工程においては、まず、水晶のランバード原石を所定の切断角度になるように、Ｘ線回折法を援用してワークテーブルに設定した後、例えばワイヤソー等の切断装置により、水晶原石をスライスして、略２００μｍの厚みに切断する。切断には、通常遊離砥粒が慣用され、また、切断用のワイヤーは線径が例えば１６０μｍ程度の高炭素鋼線が用いられる（ステップ１００）。

次に、一定の厚みになるまでウエハを研磨する。研磨は通常、粒径の粗い遊離砥粒で粗ラッピングを行い、次に粒径の細かい遊離砥粒で仕上げのラッピングを実施する。この後、表面をエッチングして、加工変質層を除去した後に、ポリッシュ加工及び洗浄を実施して、所定の厚さと所定の平面度を持つ鏡面に仕上げる（ステップ１１０）。

続いて、スパッタリング等の成膜手段を用いて、マスク用の金属薄膜（クロムと金の積層被膜が慣用される）を所定の膜厚に堆積させる。該薄膜は、ウエハの両面に堆積させる（ステップ１２０）。

次に、リソグラフィ技術で、音叉型振動子の外形を形成する。具体的には、レジストを塗布後に、外形用マスクで両面を露光し、現像を行い、外形のレジストパターンを得る。この後、エッチング液で不要な金属パターンを除去して金属のマスクパターンを得る。レジストを除去後、フッ酸系の水溶液で水晶をエッチングして、ウエハ上に複数の外形を形成する。通常、振動子の小型化に伴い、振動腕の幅と振動腕の厚みの比（振動腕幅／振動腕厚み）は、小さな数値になってくる。特に、この比が、１．０より小さくなると、音叉型振動子の振動腕に対する電界効率が低下し、振動子の共振抵抗値が増加し、例えば１００ｋΩを越す値になり振動子として望ましくない。この対策として、電解効率を高めて共振抵抗値を下げる目的で、振動腕に溝を形成する（ステップ１３０）。

このように、外形と溝を形成した後、マスクとして用いた金属膜を一旦すべて剥離する。剥離後に、もう一度、ウエハの両面に、所定の膜厚で電極膜となる金属薄膜をスパッタリング等の成膜手段で所定の膜厚に堆積させる（ステップ１４０）。前述した、溝を形成した場合は、溝の内面にも成膜される。膜を堆積後、前述の外形形成工程と同様にリソグラフィ技術を用いて、電極膜のパターンを形成する（ステップ１５０）。

次に、振動腕の先端領域に重り用の膜を数ミクロンの厚さに形成した後、大気中で重り部にレーザーなど照射して、発振周波数を計測しながら、堆積させた重り膜の一部を蒸発させ、所定の範囲に周波数を合せこむ。重り用の材料としては、クロムや銀あるいは金の積層膜が慣用される。周波数調整後、ウエハの超音波洗浄を実施し、周波数調整などで発生した膜の残滓や付着異物を除去する（ステップ１６０）。

上述の工程により、圧電振動子片を複数有するウエハが完成する。
〔圧電振動子組立工程〕
続いて、図３の圧電振動子組立工程の製造フローチャートに従い、図４乃至図８の説明図を参酌しながら説明する。

気密端子１及びケース１０は、それぞれ所定の温度でベーキングを実施し、保管中に表面に吸着した水分や放出ガス成分などを十分に脱離させる（ステップ２００）。

続いて、本発明のパレットに気密端子１を複数個整列させる気密端子装着工程を行う（ステップ２１０）。気密端子１の装着では、専用の装着治具３０を用いる。本実施例では、図２（ｂ）に示したパレットを用いた。これを図４に示す。また、ここでは、パレット２０を導電性材料として低放出ガス特性を持ち、かつ耐熱性に優れたＳＵＳ系の金属材料を用いた場合を示すが、パレット２０の材料は、耐衝撃性等の機械的強度に優れ、低放出ガス特性と耐熱性にすぐれたジルコニアセラミックス等の絶縁性を有する材料でも良い。

次は、マウント工程である（ステップ２２０）。図５にマウント後の状態を示す。前述に従って製造した圧電振動子片８と気密端子のインナーリード３を接合する。マウント工程では、まず、個々の圧電振動子片８とウエハを連結している連結部（図示せず）から圧電振動子片８をレーザーや機械的手段で切り取った後に、インナーリード３と位置合わせする。次に、インナーリード３の図示しないメッキ層を外部から熱を加えて溶融させ、圧電振動子片８上に形成されたマウントパッド９と接合する。メッキ層を溶融させる手段は、レーザーや光源による加熱やアーク放電熱の利用も可能である。あるいは、インナーリード３のメッキ層を利用せず、導電性接着剤等で圧電振動子片８を接続することも可能である。

尚、マウント工程終了後に、アウターリード４を治具で広げておく。周波数調整工程（ステップ２４０）で、アウターリードをプロービングする際に、平行して配置される２本のプローブの接触を避けるために行う。図５には、アウターリード４が広げられた状態を示した。

マウント工程後、真空装置の中で、所定の温度に加熱してベーキングを実施し、マウント工程で発生する歪を除去する（ステップ２３０）。通常、略１５０℃から２２０℃に温度設定を行うが、パレット２０が金属製であることから、放出ガスは少なく、高真空度を維持できる。また、放出ガスが少ないことから、真空ベーキング炉を構成する真空処理室内面に吸着して堆積する有機物などが少なく、長期間に渡って処理室内面の清浄度を保つことが出来る。更に、パレット２０は、小型で厚みが十分に薄い金属を用いたので熱伝導率が高くかつ熱容量が少ない。従って、パレットに整列・保持されても、気密端子も圧電振動子片も温度上昇が早く、かつ温度分布のバラツキが少ない。従って、マウントにより発生する圧電振動子片の歪みの除去に好適である。また、導電性接着剤を用いた場合は、接着剤のキュア工程後、高温に保持して接着剤のガス成分を放出させるが、この場合でも、パレット２０が金属製であるので、十分に高温の保持が可能である。

次は、周波数調整工程（微調）である。これを図６に示す。パレット毎、真空装置内に送り、アウターリード４をプロービングし（符号３２がプローブ位置を示す）、発振周波数を計測しながら、圧電振動子片８の腕にレーザーを照射し（符号１２が周波数調整領域であり、ここにレーザーを照射する）、調整用の金属膜を蒸発させ、周波数を調整する（ステップ２４０）。個々の圧電振動子は、完全に電気的に分離されているから、パレットに整列した状態で同時に発振させた場合においても、相隣なる圧電振動子の干渉を受けない。従って、パレット内の圧電振動子を同時に発振させておくことで、圧電振動子を切替えて加工する場合でも発振の立上がり時間が発生しないので高速に加工することができる。尚、周波数調整は、不活性ガスのイオンを調整用の金属薄膜に照射して薄膜の表面をスパッタリングさせて調整する方式も可能である。

この後、金型の中に周波数調整済の圧電振動子を備えたパレットを複数個並べ、かつ封止用のケース１０を対向して整列させる。封止前までの工程で吸着した水分やガス成分を脱離させるために、封止装置内で、十分な真空加熱を実施する。加熱後、ケース１０を圧入し、真空気密封止ができる（ステップ２５０）。これを図７に示す。嵌合部１４では、ステム外環の軟質金属であるメッキ層としばり嵌めに設計されたケース１０により気密が保たれている。図７では、ステップ２１０でステム７を挟み込んで押さえる際に、圧入されるケース１０の開放側先端と接触することがないように余裕をみてステム７の下端部で押さえているので、圧入工程に支障はない。ステム７を押さえる位置は、製品寸法や圧入工程の諸条件を勘案して決めることができる。

従来、圧入工程では、パレットが樹脂であるため、前述のように、加熱時に真空度が低下する問題があったが、本発明のように金属製パレットの使用により真空度の低下の問題が解決される。更に、加熱温度は、金属製のパレットであるため、従来よりも高い温度を設定することが可能であり、効率的に水分等の脱離やガスを放出させることが可能になり、圧入工程の時間を短縮できる。

この後、発振周波数の安定化を目的に、所定の温度でスクリーニングを行う（ステップ２６０）。

スクリーニング後、圧電振動子は、電気特性検査装置において、発振周波数、共振抵抗値その他の電気特性が検査される。電気特性検査では、圧電振動子のアウターリード４がプロービングされ（符号３２がプローブ位置を示す）、各特性が測定される（ステップ２７０）。これを図８に示した。周波数調整工程の項でも述べたように、個々の振動子は、完全に電気的に分離されている。それ故、パレット２０に整列した状態で同時に発振させても干渉を受けず、パレット２０に整列した複数個の圧電振動子の電気特性を精度良く同時測定することが可能となる。近年、圧電振動子の品質を保証するために各種の電気特性の測定が要求され、そのために個々の圧電振動子に割り当てる測定時間は延長される傾向にあるが、本パレット２０では、パレット１枚の圧電振動子全体を同時測定できるために、電気特性検査工程の時間を延長する必要ない。

測定終了後、治具を用いてパレット２０から圧電振動子を外す（ステップ２８０）。以上の工程で、音叉型水晶振動子が完成する。

パレット２０は再利用する。このため、再利用する場合は、使用前に以前の使用で付着したメッキ残滓等を超音波洗浄等で除去した後に、乾燥炉等で水分を蒸発させておく。材質が金属であり、かつ薄く、単純な形状であるため、洗浄や乾燥は容易である。このような洗浄処理を設定することで、再利用の場合も異物等による組立工程の不良を防ぐことが可能である。図３の圧電振動子組立工程のフローチャートにおいて、一点鎖線で示した枠がパレット洗浄を示し、洗浄後乾燥させてステップ２１０に戻す。

パレット２０を構成する材料としては、上述の様に、ＳＵＳ３０４のようなステンレス材料が耐食性と低放出ガス特性にすぐれ好適である。また、同じステンレス材料においても、ＳＵＳ４００系のような磁性体を利用することで、パレット２０を複数並べて検査する作業や移動させる用途に好適である。具体的には、組立工程中の外観や電気特性のモニタや検査あるいはマニュアルによる修正作業等の際に、磁石を配置したトレー等にパレット２０を簡易固定できる。トレーを別の作業テーブルに移動させる際にもパレット２０の落下を防止することが出来る。

更に、パレット２０を構成する材料として、気密端子１のリード２やステム７と同じ材料を用いることができる。具体的には、鉄ニッケル合金や鉄ニッケルコバルト合金であり、例えば４２アロイやコバーを用いることが出来る。これらの材料を用いた場合は、パレット２０がステム７やリード２と略同じ熱膨張率になることから、広い温度範囲でワークの位置精度が高くなる。

上述した製造工程により製造された圧電振動子の実施形態の１例として、音叉型の水晶振動子片を有底円筒状のケースで密閉したシリンダータイプの圧電振動子の構成について、図面を参照して説明する。

図９は、本実施形態に係る圧電振動子の１例を示す概略構成図である。図９において、この圧電振動子は、音叉型の圧電振動子片８を有している。この圧電振動子片８の表面には、図示しない励振電極が形成され、振動腕の先端には重りが備えられ、所定の周波数に調整されている。

圧電振動子片８の基部に配置されたマウントパッド９は、略円筒状のステム７とステム７内に充填された充填材５内を貫通する２本のリード２のインナーリード３の先端に、インナーリードの３の表層に形成された図示しないメッキを溶融させて固定されている。圧電振動子片８を覆うように想像線（一点鎖線）で示すケース１０が被せられており、このケース１０はステム７の外周に嵌合されている。ケース１０とステム７の外周との嵌合は、真空雰囲気下で行われているため、ケース１０内の圧電振動子片１を囲む空間は、真空状態に保たれて密閉されている。そして、圧電振動子片１の表面に形成された図示しない励振電極は、基部に形成されたマウントパッド９を通して２本のリード２に接続されている。該リードは密閉容器の外へ延長されて外部電極（アウターリード４）を形成している。アウターリード４の表面には、図示しないメッキ層が形成されており、基板実装用のハンダに対して十分な濡れ性を有する。

本振動子は、組立工程において、ステム７をパレットに挟み込んで工程を流動して製造されたものであり、特に圧入工程において高温で十分な時間加熱して、吸着水分や放出ガス成分を放出した後にケースを圧入して封止された振動子である。従って、高真空度が維持されて、発振周波数と共振抵抗値が長期に渡って安定した高精度の振動子になっている。

図１０は、本発明に係る音叉型水晶発振器の構成を示す概略模式図であり、上述した音叉型水晶振動子を利用した表面実装型圧電発振器の平面図を示している。

図１０において、音叉型水晶振動子９１は、基板９２の所定の位置に設定され、符号９３で示される発振器用の集積回路が該水晶振動子に隣接されて設置されている。またコンデンサなどの電子部品９４も実装される。これらの各部品は、図示しない配線パターンで電気的に接続されている。音叉型水晶振動子９１の振動片の機械的振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換されて集積回路９３に入力される。集積回路９３内では、信号処理が行われ、周波数信号が出力され発振器として機能する。これらの各構成部品は図示しない樹脂でモールドされている。集積回路９３を適切に選択することにより、時計用単機能発振器の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、使用者に時刻やカレンダー情報を提供したりする機能を有する。

本発明の製造方法で製造した圧電振動子を用いたことで、発振器を構成する部品の中で最大の容積を持つ圧電振動子を小型化することが可能である。従って、その発振器の外形寸法をより小型化することが可能になった。また、圧電振動子の共振周波数や共振抵抗値の変動が抑制されており特性が変化しにくいために、発振器を高精度に維持することができる。

次に、本発明の製造方法により製造された圧電振動子を用いた電子機器の例について説明する。ここでは、電子機器の例として、携帯電話に代表される携帯情報機器での好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず前提として、本実施の形態にかかる携帯情報機器は、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、この画面上に現在時刻等を表示させることができる。通信機として使用する時は、手首から外し、バンド部内側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おこなうことができる。しかし、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化・軽量化されている。

次に、本発明の実施の形態にかかる携帯情報機器の機能的構成について図面を参照して説明する。図１１は、本実施の形態にかかる携帯情報機器の構成を機能的に示すブロック図である。

図１１において、１０１は後述する各機能部に対して電力を供給する電源部であり、具体的にはリチウムイオン二次電池によって実現される。電源部１０１には後述する制御部１０２、計時部１０３、通信部１０４、電圧検出部１０５および表示部１０８が並列に接続され、各々の機能部に対して電源部１０１から電力が供給される。

制御部１０２は、後述する各機能部を制御して、音声データの送信や受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御をおこなう。制御部１０２は、具体的にはＲＯＭにあらかじめ書き込まれたプログラムと、当該プログラムを読み出して実行するＣＰＵ、および当該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等によって実現される。

計時部１０３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路、インターフェイス回路等を内蔵する集積回路及び図９に示したような音叉型水晶振動子より構成される。音叉型水晶振動子の機械的な振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換され、トランジスタとコンデンサで形成される発振回路に入力される。発振回路の出力は２値化され、レジスタ回路とカウンタ回路により計数される。インターフェイス回路を介して制御部と信号の送受信が行われ、表示部１０７に、現在時刻や現在日付あるいはカレンダー情報が表示される。

通信部１０４は、従来技術の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、増幅部１０４ｃ、音声入出力部１０４ｄ、着信音発生部１０４ｅ、切替部１０４ｆ、呼制御メモリ部１０４ｇおよび電話番号入力部１０４ｈから構成される。

無線部１０４ａは、アンテナを介して基地局と音声データ等の各種データを送受信する。音声処理部１０４ｂは無線部１０４ａまたは後述する増幅部１０４ｃから入力した音声信号を符号化／復号化する。増幅部１０４ｃは音声処理部１０４ｂまたは後述する音声入出力部１０４ｄから入力した信号を所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１０４ｄは具体的にはスピーカおよびマイクロフォンであり、着信音や受話音声を拡声したり、話者音声を集音したりする。

また、着信音発生部１０４ｅ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１０４ｆは着信時に限って、音声処理部１０４ｂに接続されている増幅部１０４ｃを着信音発生部１０４ｅにつなぎかえることで、生成された着信音が増幅部１０４ｃを介して音声入出力部１０４ｄに出力されるようにする。

なお呼制御メモリ１０４ｇは、通信の発着呼制御にかかわるプログラムを格納する。また、電話番号入力部１０４ｈは、具体的には０から９の番号キーおよびその他の若干のキーからなり、通話先の電話番号等を入力する。

電圧検出部１０５は、電源部１０１により制御部１０２をはじめとする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当該電圧降下を検出して制御部１０２に通知する。この所定の電圧値は、通信部１０４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あらかじめ設定されている値であり、例えば３Ｖ程度の電圧である。電圧検出部１０５から電圧降下の通知を受けた制御部１０２は、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、切替部１０４ｆ、着信音発生部１０４ｅの動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１０４ａの動作停止は必須である。と同時に表示部１０７には、通信部１０４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。

電圧検出部１０５と制御部１０２の働きにより通信部１０４の動作を禁止し、更にその旨を表示部１０７へ表示する事が可能である。

本実施の形態として、通信部の機能に係る部分の電源を選択的に遮断可能な電源遮断部１０６を設ける事で、より完全な形で通信部の機能を停止させる事が出来る。

なお、通信部１０４が使用不能になった旨の表示は、文字メッセージによりおこなってもよいが、より直感的に、表示部１０７上の電話アイコンに×（バツ）印を付ける等の方法によってもよい
本発明の製造方法にて製造した小型の圧電振動子を携帯情報機器に使用することにより、携帯電子機器の一層の小型化が可能になり、共振周波数や共振抵抗値の変動が抑制されて特性が変化しにくいため、携帯電子機器を高精度に維持することができる。

本実施の形態に係るパレットを示す模式図である。 本実施の形態に係るパレットの変形例を示す模式図である。 本実施の形態に係る水晶振動子の製造工程を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態に係る水晶振動子の組立工程における気密端子装着工程の説明図である。 本実施の形態に係る水晶振動子の組立工程におけるマウント工程の説明図である。 本実施の形態に係る水晶振動子の組立工程における周波数調整工程の説明図である。 本実施の形態に係る水晶振動子の組立工程における圧入工程の説明図である。 本実施の形態に係る水晶振動子の組立工程における電気特性検査工程の説明図である。 本実施形態に係る圧電振動子の１例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る圧電振動子を用いた発振器の構成の1例を示す平面図である。 本実施形態に係る圧電振動子を用いた電子機器の構成の１例を機能的に示すブロック図である。 気密端子とケースを示す模式図である。 従来のパレットを用いた圧電振動子の組立を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 気密端子
２ リード
３ インナーリード
４ アウターリード
５ 充填材
６ メッキ層
７ ステム
８ 圧電振動子片
９ マウントパッド
１０ ケース
１２ 周波数調整領域
１４ 勘合部
２０ パレット（保持体：本発明品）
２１ 押さえ部
２２ ワークスリット
２４ 傾斜部
２６ リードスペース
２８ エスケープスリット
３０ 装着治具
３２ プローブ位置
５０ パレット（従来品）
５２ 金属端子
９１ 音叉型水晶振動子
９２ 基板
９３ 集積回路
９４ 電子部品
１０１ 電源部
１０２ 制御部
１０３ 計時部
１０４ 通信部
１０４ａ 無線部
１０４ｂ 音声処理部
１０４ｃ 増幅部
１０４ｄ 音声入出力部
１０４ｅ 着信音発生部
１０４ｆ 切替部
１０４ｇ 呼制御メモリ部
１０４ｈ 電話番号入力部
１０５ 電圧検出部
１０６ 電源遮断部
１０７ 表示部

Claims (6)

1. 気密端子を構成するリードに圧電振動子片を接合して、有底円筒状のケースを前記圧電振動子片を覆うように前記気密端子のステムに圧入する圧電振動子の製造方法であって、
   前記気密端子を構成する前記ステムを保持体に挟み込んで圧電振動子組立工程を流動させて製造し、
   前記保持体は、
   前記気密端子のステムを挟み込むためのスリットと、
   前記気密端子のアウターリードの変形を妨げない空間と、
   を有し、
   前記保持体は、更に、前記スリットに前記ステムを挟み込む時の押さえ部の変形を逃がすための溝を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、前記保持体の材料が、導電性材料であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
3. 請求項２記載の圧電振動子の製造方法であって、前記導電性材料が金属であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
4. 請求項２または請求項３に記載の圧電振動子の製造方法であって、前記導電性材料が前記ステムまたは前記リードの材料と同一であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法であって、前記導電性材料が磁性材料であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
6. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   複数の前記ステムを挟み込んで保持させる保持体の材料が、絶縁性を有する材料であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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