JP5065494B2 - 圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計並びに圧電振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
この2層構造タイプの圧電振動子は、3層構造のものに比べて薄型化を図ることができる等の点において優れており、好適に使用されている。このような2層構造タイプの圧電振動子の1つとして、ベース基板を貫通するように形成された導電部材を利用して、圧電振動片とベース基板に形成された外部電極とを導通させた圧電振動子が知られている(特許文献1及び特許文献2参照)。
圧電振動片203は、例えば音叉型の振動片であって、キャビティC内においてベース基板201の上面に導電性接着剤Eを介してマウントされている。ベース基板201及びリッド基板202は、例えばセラミックやガラス等からなる絶縁基板である。両基板201、202のうちベース基板201には、基板201を貫通する貫通孔204が形成されている。そして、この貫通孔204内には、貫通孔204を塞ぐように導電部材205が埋め込まれている。この導電部材205は、ベース基板201の下面に形成された外部電極206に電気的に接続されていると共に、キャビティC内にマウントされている圧電振動片203に電気的に接続されている。
そのためには、貫通孔の形成が非常に重要な作業とされている。
しかしながら、ドリルを利用して貫通孔を形成する場合には、ドリルの状態(切れ味等)によって貫通孔の形成具合が左右されてしまうので、品質にばらつきが生じ易かった。また、内周面が粗れ易く、平坦な面に仕上げることが困難であった。そのため、導電ペーストを安定して充填することが難しいうえ、気密の信頼性に劣るものであった。しかも、貫通孔は、通常ウエハの段階で複数形成されるものであるので、ドリルを利用する場合には非常に時間がかかってしまい効率的ではなかった。
また、サンドブラスト法を利用して貫通孔を形成する場合には、製法上どうしても内周面が粗れ易く、平坦な面に仕上げることが困難であった。そのため、導電ペーストを安定して充填することが難しいうえ、気密の信頼性に劣るものであった。
よって、この方法は、上述した他の方法に比べて貫通孔の形成に優れている。
まず、プレス成形後、成形型とベース基板とを分離させる際に、貫通孔を形成するための成形型のピンが抜け難く、ピンが変形或いは折れてしまう可能性があった。また、ピンが抜け難いため、貫通孔側に負荷がかかってしまい貫通孔の内周面に傷が付く等の品質低下を引き起こす可能性もあった。
ところが、近年の電子機器の小型化に伴って、これら各種の電子機器に搭載される圧電振動子に関しても今後に向けてさらなる小型化が求められている。しかしながら、貫通電極自体の小型化が難しくなってしまうと、圧電振動子のサイズをより小型化にすることが難しくなってしまうので、上述したニーズに応えることができなかった。
また、この圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計と、圧電振動子を製造する製造方法とを提供することである。
(1)本発明に係る圧電振動子の製造方法は、互いに接合されたベース基板とリッド基板と間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された圧電振動子を、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを利用して一度に複数製造する方法であって、下型と、下型に向けて突出すると共にテーパー角度が15°以上20°以下の範囲内に収まった断面テーパー状のピンを有する上型とからなる成形型を用意した後、下型と上型との間に前記ベース基板用ウエハをセットするセット工程と前記ベース基板用ウエハを所定温度に加熱して軟化させた状態で前記下型と前記上型とでプレス成形し、前記ピンを利用してベース基板用ウエハに貫通孔を形成するプレス工程と前記ベース基板用ウエハを冷却固化させた後、前記貫通孔内に導電ペーストを埋め込んで貫通孔を塞いだ後、導電ペーストを所定の温度で焼成して硬化させることで断面テーパー状の貫通電極を形成する焼成工程と前記貫通電極に対して導通するように、前記ベース基板用ウエハの上面に前記圧電振動片を接合するマウント工程と前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを重ね合わせて接合し、前記圧電振動片を前記キャビティ内に封止する接合工程と前記ベース基板用ウエハの下面に、前記貫通電極に対して導通するように外部電極を形成する外部電極形成工程と接合された前記両ウエハを切断して、複数の前記圧電振動子に小片化する切断工程とを備えている。
その結果、互いに接合されたベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された2層構造タイプの表面実装型の圧電振動子を一度に複数製造することができる。
しかも、上型のピンは、テーパー角度が15°以上あるので、貫通孔も同様にテーパー角度が15°以上となる。よって、ベース基板用ウエハを冷却固化させた後、下型及び上型を取り外す際に、ピンを引っ掛けることなく容易に抜くことができる。そのため、ピンに無理な力が加わって、変形したり折れたりしてしまうことを未然に防止することができる。また、ピンを引っ掛けることなく抜くことができるので、貫通孔の内周面に傷等が付き難い。よって、貫通孔の品質を高めることができると共に、気密性を従来よりも高めることができる。そのため、圧電振動片の作動の信頼性を高めることができる。
P 導電ペースト
θ テーパー角度
1 圧電振動子
2 ベース基板
3 リッド基板
4 圧電振動片
20 スルーホール(貫通孔)
21 貫通電極
24 外部電極
31 下型
32 上型
33 上型のピン
30 成形型
40 ベース基板用ウエハ
50 リッド基板用ウエハ
101 発振器の集積回路
100 発振器
113 電子機器の計時部
110 携帯情報機器(電子機器)
131 電波時計のフィルタ部
130 電波時計
本実施形態の圧電振動子1は、図1から図4に示すように、ベース基板2とリッド基板3とで2層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティC内に圧電振動片4が収納された表面実装型の圧電振動子1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、引き出し電極16、マウント電極14及び重り金属膜17の図示を省略している。
この圧電振動片4は、平行に配置された一対の振動腕部10、11と、この一対の振動腕部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の外表面上に形成されて一対の振動腕部10、11を振動させる励振電極13と、この励振電極13に電気的に接続されたマウント電極14とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片4は、一対の振動腕部10、11の両主面上に、振動腕部10、11の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部15を備えている。この溝部15は、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。
なお、上述した励振電極13、マウント電極14及び引き出し電極16は、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
このベース基板2には、ベース基板2を貫通する一対のスルーホール(貫通孔)20が形成されている。この際、一対のスルーホール20は、キャビティC内に収まるように形成されている。より詳しく説明すると、マウントされた圧電振動片4の基部12側に一方のスルーホール20が位置し、振動腕部11の先端側に他方のスルーホール20が位置するように形成されている。
なお、導電ペーストPは、複数の金属微粒子P1が互いに接触し合っていることで、電気導通性が確保されている。
一対の引き回し電極23は、一対の貫通電極21と圧電振動片4の一対のマウント電極14とをそれぞれ電気的に接続するようにパターニングされている。より詳しく説明すると、図2及び図4に示すように、一方の引き回し電極23は、圧電振動片4の基部12の真下に位置するように一方の貫通電極21の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極23は、一方の引き回し電極23に隣接した位置から、振動腕部11に沿って振動腕部11の先端側に引き回しされた後、他方の貫通電極21の真上に位置するように形成されている。
また、ベース基板2の下面には、図1、図3及び図4に示すように、貫通電極21に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極24が形成されている。その結果、圧電振動片4は、貫通電極21を介して外部電極24に導通している。
はじめに、図11に示すように、下型31と、下型31に向けて突出するピン33を有する上型32とからなる成形型30を用意する。この際、上型32のピン33は、先端に向かうに連れて漸次径が縮径する断面テーパー状であると共に、テーパー角度θが15°以上20°以下の範囲に収まったものを用意する。なお、上型32には、ピン33とは別に、下型31に設けられた位置決め孔31a内に入り込む位置決めピン32aが取り付けられている。
成形型30を用意した後、下型31と上型32との間にベース基板用ウエハ40をセットする。この際、ベース基板用ウエハ40に位置決めピン32aが挿通する挿通孔40aを開けておき、挿通孔40aが位置決め孔31aに対向するようにセットする。
そこで、本実施形態では焼成後に、図17に示すように、ベース基板用ウエハ40の両面をそれぞれ所定の厚みだけ研磨する研磨工程(S33)を行う。この工程を行うことで、焼成によって硬化した導電ペーストPの両面も同時に研磨できるので、凹んでしまった部分の周囲を削り取ることができる。つまり、導電ペーストPの表面を平坦にすることができる。
よって、図18に示すように、ベース基板用ウエハ40の表面と、貫通電極21の表面とをほぼ面一の状態にすることができる。
この工程を行うことにより、一方の貫通電極21と一方の引き回し電極23とが導通すると共に、他方の貫通電極21と他方の引き回し電極23とが導通した状態となる。この時点で第2のウエハ作製工程が終了する。
特に、圧電振動片4は、バンプ接合されるので、ベース基板用ウエハ40の上面から浮いた状態で支持される。
ところで、陽極接合を行う際、ベース基板用ウエハ40に形成されたスルーホール20は、貫通電極21によって完全に塞がれているので、キャビティC内の気密がスルーホール20を通じて損なわれることがない。
なお、切断工程(S90)を行って個々の圧電振動子1に小片化した後に、微調工程(S80)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(S80)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ので、複数の圧電振動子1をより効率よ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ので、より好ましい。
また、圧電振動子1の製造方法によれば、成形型30のピン33に何ら影響を与えることなく、プレス成形で一度に均一な品質でスルーホール20を形成できるので、従来よりも効率良く製造することができる。
本実施形態の発振器100は、図23に示すように、圧電振動子1を、集積回路101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100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上記集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片4が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子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。
また、集積回路101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。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121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121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。
なお、呼制御メモリ部124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122は、例えば、0から9の番号キー及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。
なお、通信部114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126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
本実施形態の電波時計130は、図24に示すように、フィルタ部131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、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
アンテナ132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133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131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、上記搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部138、139をそれぞれ備えている。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部138、139は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
Claims (5)
- 互いに接合されたベース基板とリッド基板と間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された圧電振動子を、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを利用して一度に複数製造する方法であって、
下型と、下型に向けて突出すると共にテーパー角度が15°以上20°以下の範囲内に収まった断面テーパー状のピンを有する上型とからなる成形型を用意した後、下型と上型との間に前記ベース基板用ウエハをセットするセット工程と
前記ベース基板用ウエハを所定温度に加熱して軟化させた状態で前記下型と前記上型とでプレス成形し、前記ピンを利用してベース基板用ウエハに貫通孔を形成するプレス工程と
前記ベース基板用ウエハを冷却固化させた後、前記貫通孔内に導電ペーストを埋め込んで貫通孔を塞いだ後、導電ペーストを所定の温度で焼成して硬化させることで断面テーパー状の貫通電極を形成する焼成工程と
前記貫通電極に対して導通するように、前記ベース基板用ウエハの上面に前記圧電振動片を接合するマウント工程と
前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを重ね合わせて接合し、前記圧電振動片を前記キャビティ内に封止する接合工程と
前記ベース基板用ウエハの下面に、前記貫通電極に対して導通するように外部電極を形成する外部電極形成工程と
接合された前記両ウエハを切断して、複数の前記圧電振動子に小片化する切断工程とを備えている
ことを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 互いに接合され、間にキャビティが形成されたベース基板及びリッド基板と
前記キャビティ内で前記ベース基板上にマウントされた圧電振動片と
前記ベース基板の下面に形成された外部電極と
前記ベース基板を貫通するように形成され、前記キャビティ内の気密を維持すると共に、前記圧電振動片と前記外部電極とを導通させる貫通電極と
を備え、
前記貫通電極は、ピンを有する成形型によるプレス成形によって形成され、テーパー角度が15°以上20°以下の範囲内に収まった断面テーパー状の貫通孔と前記貫通孔内に充填された後に硬化された導電ペーストとを備えている
ことを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されている
ことを特徴とする発振器。 - 請求項1に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されている
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項1に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されている
ことを特徴とする電波時計。
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