JP5128671B2 - 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
等価抵抗値を抑えるための一般的な方法の一つとしては、キャビティ内を真空に近づける方法が知られている。そして、キャビティ内を真空に近づける方法として、キャビティ内に金属膜であるゲッター材を収容し、外部よりレーザ等を照射してこのゲッター材を加熱し、活性化させる方法(ゲッタリング)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
(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、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、前記ベース基板の下面に形成された外部電極と、前記キャビティ内に収容されるように前記ベース基板の上面に形成された内部電極と、前記ベース基板を貫通するように形成され、前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続する貫通電極と、前記内部電極に電気的に接続された状態で前記キャビティ内に収容された圧電振動片と、前記キャビティ内に形成されたゲッター材と、を備える圧電振動子を製造する方法であって、前記ゲッター材を、クロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で形成する。
しかも、クロムは耐食性が優れている上に、酸素と結合し易いので、ゲッタリングの際、ゲッター材が加熱されて蒸発したときに主に酸素からなるキャビティ内のガスを吸収し易く、ゲッタリング効果が高い。つまり、アルミニウムで形成していた従来のゲッター材と同等或いはそれ以上のゲッタリング効果を期待することができる。このため、キャビティ内の真空度を依然として短時間で向上させることができるので、圧電振動子を効率良く製造することができる。
(8)また、本発明に係る電子機器は、上記(4)〜(6)の何れか1項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。
(9)また、本発明に係る電波時計は、上記(4)〜(6)の何れか1項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。
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、前述した圧電振動子を確実に製造することができる。
また、本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に動作の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。
1 圧電振動子
2 ベース基板
3 リッド基板
4 圧電振動片
34 ゲッター材
32、33 貫通電極
36、37 引き回し電極(内部電極)
38、39 外部電極
40 ベース基板用ウエハ(ベース基板)
50 リッド基板用ウエハ(リッド基板)
100 発振器
101 発振器の集積回路
110 携帯情報機器(電子機器)
113 電子機器の計時部
130 電波時計
131 電波時計のフィルタ部
本実施形態の圧電振動子1は、図1から図5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が収容された表面実装型の圧電振動子である。
なお、図5においては、図面を見易くするために後述する励振電極15、引き出し電極19、20、マウント電極16、17及び重り金属膜21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を振動させる第1の励振電極13と第2の励振電極14とからなる励振電極15と、第1の励振電極13及び第2の励振電極14に電気的に接続されたマウント電極16、17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、この振動腕部10、11の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部18を備えている。この溝部18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15、マウント電極16、17及び引き出し電極19、20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。
ベース基板2には、このベース基板2を上下方向に貫通するように形成された一対の貫通電極32、33が、それぞれの一端がキャビティC内に収まるように形成されている。
この貫通電極32、33は、ベース基板2との間に隙間なく形成されて、キャビティC内の気密を維持していると共に、後述する外部電極38、39と引き回し電極36、37とを導通させる。
特に、引き回し電極36、37をゲッター材34と同時に形成するので、圧電振動子1をより効率良く製造することができる。しかも、引き回し電極36、37の仕上層37bとして金を用いているので、引き回し電極36、37の導電性を安定に確保することができ、圧電振動子1の高品質化を図ることができる。
この時点で第2のウエハ作製工程が終了する。
なお、ゲッタリングの適正回数の判断方法としては、例えば、圧電振動子の種類ごとに直列振動抵抗値の閾値を予め設定しておき、この閾値を下回った際に適正と判断する方法としてもよい。また、ゲッタリング直前の直列振動抵抗値を記憶してからゲッタリングを行い、ゲッタリング直後の直列振動抵抗値との変化の割合を算出し、この変化の割合を予め設定した値と比較することで判断してもよい。
なお、切断工程(S100)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(S90)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(S90)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をより効率良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好ましい。
しかも、クロムは耐食性が優れている上に、酸素と結合し易いので、ゲッタリング工程の際、ゲッター材34が加熱されて蒸発したときに主に酸素からなるキャビティC内のガスを吸収し易く、ゲッタリング効果が高い。つまり、アルミニウムで形成していた従来のゲッター材と同等或いはそれ以上のゲッタリング効果を期待することができる。このため、キャビティC内の真空度を依然として短時間で向上させることができるので、圧電振動子1を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14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16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。
また、上記実施形態では、ゲッター材34が、平面視において圧電振動片4を挟んで両側に対向配置されるように2つ形成されているとしたが、例えば平面視において圧電振動片4の外側一方にのみ隣接して形成されていても構わない。
また、上記実施形態では、ゲッター材形成工程と引き回し電極形成工程とを同時に行うものとしたが、別々のタイミングに行っても構わない。
また、上記実施形態では、音叉型の圧電振動片4を例に挙げて説明したが、音叉型に限られるものではない。例えば、厚み滑り振動片としても構わない。
また、上記実施形態では、圧電振動片4をバンプ接合したが、バンプ接合に限定されるものではない。例えば、導電性接着剤により圧電振動片4を接合しても構わない。但し、バンプ接合することで、圧電振動片4をベース基板2の上面から浮かすことができ、振動に必要な最低限の振動ギャップを自然と確保することができる。よって、バンプ接合することが好ましい。
ここで、計測を行うにあたって、本発明に係る圧電振動子としては、ゲッター材がクロムのみで形成され、このゲッター材の厚みが600Åのものを用いた。また、従来の圧電振動子としては、ゲッター材がアルミニウムのみで形成され、このゲッター材の厚みが1100Åのものを用いた。つまり、本発明に係る圧電振動子のゲッター材には、従来の圧電振動子のゲッター材より厚みが薄いものを用いた。
そして、本発明に係る圧電振動子及び従来の圧電振動子について、このゲッター材の構成以外の点において条件を合わせて、それぞれの圧電振動子を同じ回数だけゲッタリングし、ゲッタリング前後のR1値を比較した。
この結果によれば、本発明に係る圧電振動子では、ゲッター材の厚みが従来の圧電振動子のゲッター材の厚みより薄いにも関わらず、従来のものよりゲッタリング前後のR1値の減少量が大きいことが確認できた。つまり、ゲッター材をクロムで形成することで、アルミニウムで形成する従来の場合以上のゲッタリング効果を得ることができるのを確認できた。
Claims (5)
- 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、前記ベース基板の下面に形成された外部電極と、前記キャビティ内に収容されるように前記ベース基板の上面に形成された内部電極と、前記ベース基板を貫通するように形成され、前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続する貫通電極と、前記内部電極に電気的に接続された状態で前記キャビティ内に収容された圧電振動片と、前記キャビティ内の前記ベース基板の上面に形成されたゲッター材と、を備える圧電振動子を製造する方法であって、
前記ゲッター材を、クロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で形成すると共に、前記内部電極を、前記ゲッター材と同じ材料で、前記ゲッター材と同時に形成す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
前記ベース基板の下面に形成された外部電極と
前記キャビティ内に収容されるように前記ベース基板の上面に形成された内部電極と
前記ベース基板を貫通するように形成され、前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続する貫通電極と
前記内部電極に電気的に接続された状態で前記キャビティ内に収容された圧電振動片と
クロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で前記キャビティ内の前記ベース基板の上面に形成されたゲッター材と
を備え、
前記内部電極は、前記ゲッター材と同じ材料で、前記ゲッター材と同時に形成されたものであることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項2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2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2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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