JP5258957B2 - 圧電振動子の製造方法及び基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、接合された２枚の基板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表面実装型（ＳＭＤ）の圧電振動子の製造方法、圧電振動子を有する発振器、電子機器および電波時計に関するものである。
近年、携帯電話や携帯情報端末には、時刻源や制御信号などのタイミング源、リファレンス信号源などとして水晶などを利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その一つとして、表面実装型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子としては、一般的に圧電振動片が形成された圧電基板をベース基板とリッド基板とで上下から挟み込むように接合した３層構造タイプのものが知られている。この場合、圧電振動子は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（密閉室）内に収納されている。また、近年では、上述した３層構造タイプのものではなく、２層構造タイプのものも開発されている。
このタイプの圧電振動子は、ベース基板とリッド基板とが直接接合されることで２層構造になっており、両基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が収納されている。
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など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一つとして、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（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
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など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一つとして、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（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
この圧電振動子２００は、図２４、図２５に示すように、接合膜２０７を介して互いに陽極接合されたベース基板２０１およびリッド基板２０２と、両基板２０１、２０２の間に形成されたキャビティＣ内に封止された圧電振動片２０３と、を備えている。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およびリッド基板２０２は、例えばセラミックやガラスなど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、該基板２０１を貫通するスルーホール２０４が形成されている。そして、このスルーホール２０４内には、該スルーホール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ともに、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。
特開２００１−２６７１９０号公報
特開２００７−３２８９４１号公報
ところで、上述した２層構造タイプの圧電振動子において、導電部材２０５は、スルーホール２０４を塞いでキャビティＣ内の気密を維持するとともに、圧電振動片２０３と外部電極２０６とを導通させるという２つの大きな役割を担っている。特に、スルーホール２０４との密着が不十分であると、キャビティＣ内の気密が損なわれてしまう虞があり、また、導電性接着剤Ｅあるいは外部電極２０６との接触が不十分であると、圧電振動片２０３の作動不良を招いてしまう。したがって、このような不具合を無くすためにも、スルーホール２０４の内面に強固に密着した状態で該スルーホール２０４を完全に塞ぎ、しかも、表面に凹みなどがない状態で導電部材２０５を形成する必要がある。
しかしながら、特許文献１および特許文献２には、導電部材２０５を導電ペースト（ＡｇペーストやＡｕ−Ｓｎペーストなど）にて形成する点は記載されているものの、実際にどのように形成するかなどの具体的な製造方法については何ら記載されていない。
一般的に導電ペーストを使用する場合には、焼成して硬化させる必要がある。つまり、スルーホール２０４内に導電ペーストを埋め込んだ後、焼成を行って硬化させる必要がある。ところが、焼成を行うと、導電ペーストに含まれる有機物が蒸発により消失してしまうため、通常、焼成後の体積が焼成前に比べて減少してしまう（例えば、導電ペーストとしてＡｇペーストを用いた場合には、体積が略２０％程度減少してしまう）。そのため、導電ペーストを利用して導電部材２０５を形成したとしても、表面に凹みが発生してしまったり、ひどい場合には貫通孔が中心に開いてしまったりする虞がある。
その結果、キャビティＣ内の気密が損なわれたり、圧電振動片２０３と外部電極２０６との導通性が損なわれたりする可能性があった。
一般的に導電ペーストを使用する場合には、焼成して硬化させる必要がある。つまり、スルーホール２０４内に導電ペーストを埋め込んだ後、焼成を行って硬化させる必要がある。ところが、焼成を行うと、導電ペーストに含まれる有機物が蒸発により消失してしまうため、通常、焼成後の体積が焼成前に比べて減少してしまう（例えば、導電ペーストとしてＡｇペーストを用いた場合には、体積が略２０％程度減少してしまう）。そのため、導電ペーストを利用して導電部材２０５を形成したとしても、表面に凹みが発生してしまったり、ひどい場合には貫通孔が中心に開いてしまったりする虞がある。
その結果、キャビティＣ内の気密が損なわれたり、圧電振動片２０３と外部電極２０６との導通性が損なわれたりする可能性があった。
上述の不具合を解消するために、以下のような貫通電極の形成方法が提案されている。即ち、図２６（ａ）に示すように、まずベース基板２０１に形成されたスルーホール２１１に金属製のピン２１２を配置する。次に、図２６（ｂ）に示すように、ベース基板２０１表面に対してアタック角度γ°（例えば１５°）で傾斜するフィルスキージ２１４を該ベース基板２０１表面に当接させて、その後一方向に移動させることでベース基板２０１上のペースト状のガラスフリッド２１５をスルーホール２１１内に充填する（セット工程）。次に、ベース基板２０１表面に対して上記アタック角度γ°よりも大きいアタック角度δ°（例えば８５°）で傾斜するスクライブスキージ２１６を、上記フィルスキージ２１４の移動方向の逆方向に移動させて、ベース基板２０１上の余分なガラスフリッド２１５を除去する（ガラスフリット除去工程）。このように、スルーホール２１１とピン２１２との隙間にガラスフリッド２１５を充填した後、焼成して貫通電極を形成することで、体積減少がガラスフリット２１５の部分のみになるため、その後の研磨工程の時間を削減することができ、効率的に貫通電極を形成することができる。
しかしながら、上述のように、フィルスキージ２１４及びスクライブスキージ２１６を用いてガラスフリット２１５の充填を行なった場合、フィルスキージ２１４の移動方向に対するピン２１２の背面側にガラスフリッド２１５が充填されず窪みＤが生じてしまう（図２６（Ｃ）参照）。この際、フィルスキージ２１４の移動方向の逆方向に向かって、スクライブスキージ２１６がベース基板２０１上に残存したガラスフリッド２１５を掻き取りながら移動するものの、アタック角度δが大きいためガラスフリッド２１５を窪みＤに導入するには至らず、結果として、図２６（ｄ）に示すように、スルーホール２１１内のガラスフリッド２１５に窪みＤが残存してしまう。このような窪みＤが形成されるとクラックが生じやすくなり、キャビティＣ内の気密が損なわれたり、圧電振動片２０３と外部電極２０６との導通性が損なわれたりする可能性があった。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との安定した導通性を確保することができる圧電振動子の製造方法、発振器、電子機器、電波時計を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、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圧電振動子の製造方法において、平板状の土台部と、該土台部の表面に直交する方向に沿って延在する芯材部と、を有する導電性の鋲体の前記芯材部を前記ベース基板の貫通孔内に挿入し、前記ベース基板の第１面に鋲体の土台部を当接させる工程と、前記ベース基板の第２面にペースト状のガラスフリットを塗布し、該第２面にアタック角度をもって当接する第１スキージを、前記貫通孔の一側から一方向に向かって前記第２面に沿って移動させて前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、前記第２面にアタック角度をもって当接する第２スキージを、前記一側の前記貫通孔を介した反対側から前記一方向の逆方向に向かって前記第２面に沿って移動させて、前記第２面上に余分に塗布された前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、前記ガラスフリットを焼成して硬化させる工程と、を有することを特徴としている。
即ち、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圧電振動子の製造方法において、平板状の土台部と、該土台部の表面に直交する方向に沿って延在する芯材部と、を有する導電性の鋲体の前記芯材部を前記ベース基板の貫通孔内に挿入し、前記ベース基板の第１面に鋲体の土台部を当接させる工程と、前記ベース基板の第２面にペースト状のガラスフリットを塗布し、該第２面にアタック角度をもって当接する第１スキージを、前記貫通孔の一側から一方向に向かって前記第２面に沿って移動させて前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、前記第２面にアタック角度をもって当接する第２スキージを、前記一側の前記貫通孔を介した反対側から前記一方向の逆方向に向かって前記第２面に沿って移動させて、前記第２面上に余分に塗布された前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、前記ガラスフリットを焼成して硬化させる工程と、を有することを特徴としている。
このような特徴の圧電振動子の製造方法によれば、第１スキージでもって一側から貫通孔にガラスフリットを充填し、さらに第２スキージを反対側から第１スキージの移動方向の逆方向に移動させてガラスフリットを貫通孔に充填するといった二段階での充填作業を行うことによって、貫通孔内がガラスフリットで満たされるように確実に充填することができる。
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、前記第１スキージ及び前記第２スキージの前記アタック角度が５°〜４５°の範囲内に設定されていることを特徴としている。
このようなアタック角度でベース基板の第２面に当接する第１スキージ及び第２スキージを移動させることにより、貫通孔内にガラスフリットをより確実に充填することができる。
このようなアタック角度でベース基板の第２面に当接する第１スキージ及び第２スキージを移動させることにより、貫通孔内にガラスフリットをより確実に充填することができる。
さらに、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、前記第１スキージ及び前記第２スキージが、前記第２面に対して前記アタック角度で傾斜して当接するアタック面と、前記第２面と前記アタック面との当接箇所から前記第１スキージ及び前記第２スキージの各移動方向の後方に向かうに従って上方に向かって漸次傾斜する逃げ面と、を有することを特徴としている。
このような形状の第１スキージ及び第２スキージによってガラスフリットの充填作業を行えば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填することができるとともに、逃げ面が形成されていることから第１スキージ及び第２スキージの移動の際の抵抗を低減させて、充填作業を円滑に行うことができる。
このような形状の第１スキージ及び第２スキージによってガラスフリットの充填作業を行えば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填することができるとともに、逃げ面が形成されていることから第１スキージ及び第２スキージの移動の際の抵抗を低減させて、充填作業を円滑に行うことができる。
本発明に係る発振器は、上述したいずれかの方法で製造された圧電振動子が、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している。
このような特徴の発振器によれば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填して電極を形成しているため、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との導通性を確保することが可能となる。
このような特徴の発振器によれば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填して電極を形成しているため、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との導通性を確保することが可能となる。
本発明に係る電子機器は、上述したいずれかの方法で製造された圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴としている。
このような特徴の電子機器によれば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填して電極を形成しているため、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との導通性を確保することが可能となる。
このような特徴の電子機器によれば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填して電極を形成しているため、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との導通性を確保することが可能となる。
本発明に係る電波時計は、上述したいずれかの方法で製造された圧電素子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴としている。
このような特徴の電波時計によれば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填して電極を形成しているため、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との導通性を確保することが可能となる。
このような特徴の電波時計によれば、貫通孔内にガラスフリットを確実に充填して電極を形成しているため、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との導通性を確保することが可能となる。
本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、第１スキージ及び第２スキージを用いて二段階で貫通孔にガラスフリットを充填することで、キャビティ内の気密性や圧電振動片と外部電極との導通性を安定的に確保することができる。
１ 圧電振動子
２ ベース基板
３ リッド基板
３ａ キャビティ用の凹部
４ 圧電振動片
７ 芯材
６ 筒体
６ａ ガラスフリット
６ｃ 筒体の中心孔
３０，３１ スルーホール（貫通孔）
３２，３３ 貫通電極
３６，３７ 引き回し電極
３８，３９ 外部電極
４０ ベース基板用ウエハ
５０ リッド基板用ウエハ
７０ 第１スキージ
７０ａ アタック面
７０ｂ 逃げ面
７１ 第２スキージ
７１ａ アタック面
７１ｂ 逃げ面
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
Ｂ バンプ
Ｃ キャビティ
Ｄ 窪み
α１，α２ アタック角
β１，β２ 逃げ角
２ ベース基板
３ リッド基板
３ａ キャビティ用の凹部
４ 圧電振動片
７ 芯材
６ 筒体
６ａ ガラスフリット
６ｃ 筒体の中心孔
３０，３１ スルーホール（貫通孔）
３２，３３ 貫通電極
３６，３７ 引き回し電極
３８，３９ 外部電極
４０ ベース基板用ウエハ
５０ リッド基板用ウエハ
７０ 第１スキージ
７０ａ アタック面
７０ｂ 逃げ面
７１ 第２スキージ
７１ａ アタック面
７１ｂ 逃げ面
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
Ｂ バンプ
Ｃ キャビティ
Ｄ 窪み
α１，α２ アタック角
β１，β２ 逃げ角
以下、本発明に係る実施形態を、図１から図２０を参照して説明する。
図１〜図４に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、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。
図１〜図４に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、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。
図５〜図７に示すように、圧電振動片４は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
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、該一対の振動腕部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、該振動腕部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。
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、該振動腕部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。
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は、一対の振動腕部１０、１１を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部１０、１１の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、第１の励振電極１３が、一方の振動腕部１０の溝部１８上と他方の振動腕部１１の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１４が、一方の振動腕部１０の両側面上と他方の振動腕部１１の溝部１８上とに主に形成されている。
また、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、基部１２の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９，２０を介してマウント電極１６，１７に電気的に接続されている。そして圧電振動片４は、このマウント電極１６，１７を介して電圧が印加されるようになっている。
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。
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。
また、一対の振動腕部１０、１１の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０、１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。
このように構成された圧電振動片４は、図３、図４に示すように、金等のバンプＢを利用して、ベース基板２の上面にバンプ接合されている。より具体的には、ベース基板２の上面にパターニングされた後述する引き回し電極３６，３７上に形成された２つのバンプＢ上に、一対のマウント電極１６，１７がそれぞれ接触した状態でバンプ接合されている。これにより、圧電振動片４は、ベース基板２の上面から浮いた状態で支持されると共に、マウント電極１６，１７と引き回し電極３６，３７とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。
上記リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、図１、図３及び図４に示すように、板状に形成されている。そして、ベース基板２が接合される接合面側には、圧電振動片４が収まる矩形状の凹部３ａが形成されている。
この凹部３ａは、両基板２、３が重ね合わされたときに、圧電振動片４を収容するキャビティＣとなるキャビティ用の凹部である。そして、リッド基板３は、この凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態で該ベース基板２に対して陽極接合されている。
この凹部３ａは、両基板２、３が重ね合わされたときに、圧電振動片４を収容するキャビティＣとなるキャビティ用の凹部である。そして、リッド基板３は、この凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態で該ベース基板２に対して陽極接合されている。
上記ベース基板２は、リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板であり、図１〜図４に示すように、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで板状に形成されている。
このベース基板２には、該ベース基板２を貫通する一対のスルーホール（貫通孔）３０，３１が形成されている。この際、一対のスルーホール３０，３１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、本実施形態のスルーホール３０，３１は、マウントされた圧電振動片４の基部１２側に対応した位置に一方のスルーホール３０が形成され、振動腕部１０、１１の先端側に対応した位置に他方のスルーホール３１が形成されている。また、本実施形態では、ベース基板２の下面から上面に向かって漸次径が縮径した断面テーパ状のスルーホールを例に挙げて説明するが、この場合に限られず、ベース基板２を真っ直ぐに貫通するスルーホールでも構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していれば良い。
このベース基板２には、該ベース基板２を貫通する一対のスルーホール（貫通孔）３０，３１が形成されている。この際、一対のスルーホール３０，３１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、本実施形態のスルーホール３０，３１は、マウントされた圧電振動片４の基部１２側に対応した位置に一方のスルーホール３０が形成され、振動腕部１０、１１の先端側に対応した位置に他方のスルーホール３１が形成されている。また、本実施形態では、ベース基板２の下面から上面に向かって漸次径が縮径した断面テーパ状のスルーホールを例に挙げて説明するが、この場合に限られず、ベース基板２を真っ直ぐに貫通するスルーホールでも構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していれば良い。
そして、これら一対のスルーホール３０，３１には、該スルーホール３０，３１を埋めるように形成された一対の貫通電極３２，３３が形成されている。これら貫通電極３２，３３は、図３に示すように、焼成によってスルーホール３０，３１に対して一体的に固定された筒体６及び芯材部７によって形成されたものであり、スルーホール３０，３１を完全に塞いでキャビティＣ内の気密を維持しているとともに、後述する外部電極３８，３９と引き回し電極３６，３７とを導通させる役割を担っている。
図８に示すように、上記筒体６は、ペースト状のガラスフリット６ａが焼成されたものである。筒体６は、両端が平坦で且つベース基板２と略同じ厚みの円筒状に形成されている。そして、筒体６の中心には、芯材部７が筒体６を貫通するように配されている。また、本実施形態ではスルーホール３０，３１の形状に合わせて、筒体６の外形が円錐状（断面テーパ状）となるように形成されている。そして、この筒体６は、図３に示すように、スルーホール３０，３１内に埋め込まれた状態で焼成されており、該スルーホール３０，３１に対して強固に固着されている。
上記芯材部７は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体６と同様に両端が平坦で且つベース基板２の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。なお、図３に示すように、貫通電極３２，３３が完成品として形成された場合には、上述したように芯材部７は、ベース基板２の厚みと略同じ厚さとなるように形成されているが、製造過程では、芯材部７の長さは、製造過程の当初のベース基板２の厚さよりも０．０２ｍｍだけ短い長さのものを採用している（後に製造方法の説明で詳述する。）。そして、この芯材部７は、筒体６の中心孔６ｃに位置しており、筒体６の焼成によって該筒体６に対して強固に固着されている。
なお、貫通電極３２，３３は、導電性の芯材部７を通して電気導通性が確保されている。
なお、貫通電極３２，３３は、導電性の芯材部７を通して電気導通性が確保されている。
ベース基板２の上面側（リッド基板３が接合される接合面側）には、図１〜図４に示すように、導電性材料（例えば、アルミニウム）により、陽極接合用の接合膜３５と、一対の引き回し電極３６，３７とがパターニングされている。このうち接合膜３５は、リッド基板３に形成された凹部３ａの周囲を囲むようにベース基板２の周縁に沿って形成されている。
また、一対の引き回し電極３６，３７は、一対の貫通電極３２，３３のうち、一方の貫通電極３２と圧電振動片４の一方のマウント電極１６とを電気的に接続すると共に、他方の貫通電極３３と圧電振動片４の他方のマウント電極１７とを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、一方の引き回し電極３６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３２の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極３７は、一方の引き回し電極３６に隣接した位置から、振動腕部１０、１１に沿って該振動腕部１０、１１の先端側に引き回しされた後、他方の貫通電極３３の真上に位置するように形成されている。
そして、これら一対の引き回し電極３６，３７上にそれぞれバンプＢが形成されており、該バンプＢを利用して圧電振動片４がマウントされている。これにより、圧電振動片４の一方のマウント電極１６が、一方の引き回し電極３６を介して一方の貫通電極３２に導通し、他方のマウント電極１７が、他方の引き回し電極３７を介して他方の貫通電極３３に導通するようになっている。
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、一対の貫通電極３２，３３に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極３８，３９が形成されている。つまり、一方の外部電極３８は、一方の貫通電極３２及び一方の引き回し電極３６を介して圧電振動片４の第１の励振電極１３に電気的に接続されている。また、他方の外部電極３９は、他方の貫通電極３３及び他方の引き回し電極３７を介して、圧電振動片４の第２の励振電極１４に電気的に接続されている。
このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、ベース基板２に形成された外部電極３８，３９に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片４の第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４からなる励振電極１５に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０、１１を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０、１１の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。
次に、上述した圧電振動子１を、図９に示すフローチャートを参照しながら、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とを利用して一度に複数製造する製造方法について以下に説明する。
初めに、圧電振動片作製工程を行って図５〜図７に示す圧電振動片４を作製する（Ｓ１０）。具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハとする。続いて、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハとする。続いて、ウエハに洗浄等の適切な処理を施した後、該ウエハをフォトリソグラフィ技術によって圧電振動片４の外形形状でパターニングすると共に、金属膜の成膜及びパターニングを行って、励振電極１５、引き出し電極１９，２０、マウント電極１６，１７、重り金属膜２１を形成する。これにより、複数の圧電振動片４を作製することができる。
また、圧電振動片４を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、マウント後に行う。これについては、後に説明する。
次に、後にリッド基板３となるリッド基板用ウエハ５０を、陽極接合を行う直前の状態まで作製する第１のウエハ作製工程を行う（Ｓ２０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、図１０に示すように、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のリッド基板用ウエハ５０を形成する（Ｓ２１）。次いで、リッド基板用ウエハ５０の接合面に、エッチング等により行列方向にキャビティ用の凹部３ａを複数形成する凹部形成工程を行う（Ｓ２２）。この時点で、第１のウエハ作製工程が終了する。
次に、上記工程と同時或いは前後のタイミングで、後にベース基板２となるベース基板用ウエハ４０を、陽極接合を行う直前の状態まで作製する第２のウエハ作製工程を行う（Ｓ３０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のベース基板用ウエハ４０を形成する（Ｓ３１）。次いで、ベース基板用ウエハ４０に一対の貫通電極３２，３３を複数形成する貫通電極形成工程を行う（Ｓ３０Ａ）。ここで、この貫通電極形成工程について、詳細に説明する。
まず、図１１に示すように、ベース基板用ウエハ４０を貫通する一対のスルーホール３０，３１を複数形成する貫通孔形成工程（Ｓ３２）を行う。なお、図１１に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。この工程を行う際、ベース基板用ウエハ４０の下面側から、例えばサンドブラスト法で行う。これにより、図１２に示すように、ベース基板用ウエハ４０の下面から上面に向かって漸次径が縮径する断面テーパ状のスルーホール３０，３１を形成することができる。また、後に両ウエハ４０、５０を重ね合わせたときに、リッド基板用ウエハ５０に形成された凹部３ａ内に収まるように一対のスルーホール３０，３１を複数形成する。しかも、一方のスルーホール３０が圧電振動片４の基部１２側に位置し、他方のスルーホール３１が振動腕部１０、１１の先端側に位置するように形成する。
続いて、これら複数のスルーホール３０，３１内に、鋲体９の芯材部７を配置するセット工程を行なう。この際、鋲体９として、図１３に示すように、平板状の土台部８と、該土台部８上から該土台部８の表面に略直交する方向に沿ってベース基板用ウエハ４０の厚さよりも例えば０．０２ｍｍだけ短い長さで形成されるとともに、先端が平坦に形成された芯材部７と、を有する導電性の鋲体９を用いる。
このセット工程においては、図１４（ａ）に示すように、鋲体９の土台部８がベース基板用ウエハ４０に接触するまで、芯材部７を挿入する。ここで、芯材部７の軸方向とスルーホール３０，３１の軸方向とを略一致するように鋲体９を配置する必要がある。しかしながら、土台部８上に芯材部７が形成された鋲体９を利用するため、土台部８をベース基板用ウエハ４０に接触させるまで押し込むだけの簡単な作業で、芯材部７の軸方向とスルーホール３０，３１の軸方向とを略一致させることができる。これにより、セット工程時における作業性を向上することができる。
さらに、土台部８をベース基板用ウエハ４０の表面に接触させることで、スルーホール３０，３１の片側開口を閉塞することができるため、ペースト状のガラスフリット６ａを容易にスルーホール３０，３１内に充填させることができる。また、土台部８は、平板状に形成されているため、セット工程後、後に行う焼成工程までの間に、ベース基板用ウエハ４０を机上等の平面上に載置したとしても、がたつき等がなく、安定する。この点においても、作業性の向上を図ることができる。
そして、ガラス材料からなるペースト状のガラスフリット６ａをスルーホール３０，３１内に充填する第１充填工程を行う（Ｓ３４Ａ）。この第１充填工程においては、図１４（ｂ）に示すように、ベース基板用ウエハ４０の表面（第２面）にガラスフリット６ａを塗布し、第１スキージ７０をベース基板用ウエハ４０の表面に当接させた状態で移動させて、ガラスフリット６ａをスルーホール３０，３１内に充填する
上記第１スキージは７０は、略上下方向に延びる棒状あるいは板状をなしており、その下部先端には、ベース基板用ウエハ４０の表面に対して所定のアタック角度α１°で傾斜して当接するアタック面７０ａと、該アタック面７０ａとベース基板用ウェーハ４０の表面との当接箇所からベース基板用ウエハ４０の表面に対して所定の逃げ角β１°で傾斜して延びる逃げ面７０ｂとを有している。
そして、この第１充填工程Ｓ３４Ａにおいては、図１４（ｂ）に示すように第１スキージ７０のアタック面７０ａを移動方向前方に向けるとともにベース基板用ウエハ４０の表面に当接させて、該表面に沿って移動させる。これにより、図１４（ｃ）に示すように、ベース基板用ウエハ４０の表面に塗布されたガラスフリット６ａの大部分がスルーホール３０，３１内に充填される。なお、この際、スルーホール３０，３１内における第１スキージ７０の移動方向に対する芯部材７の背面側の部分はガラスフリット６ａがスルーホール３０，３１の開口上部まで満たされず、図１４（ｃ）及び図１５に示すように、窪みＤが生じることがある。このように、ガラスフリット６ａに窪みＤが形成された状態で焼成を行なうと、スルーホール３０，３１内に段差が形成され、キャビティＣ内の気密性や電極間の導通性が損なわれるといった不都合が生じる。この点、本実施形態においては、次に説明する第２充填工程（Ｓ３４Ｂ）を行なうことにより上記不都合を解消している。
この第２充填工程（Ｓ３４Ｂ）は、第２スキージ７１をベース基板用ウエハ４０の表面に当接させた状態で上記第１スキージ７０の移動方向の逆方向に移動させることにより行われる。
第２スキージは７１は、第１スキージ７０と同様に、略上下方向に延びる棒状あるいは板状をなしており、その下部先端には、ベース基板用ウエハ４０の表面に対して所定のアタック角度α２°で傾斜して当接するアタック面７１ａと、該アタック面７１ａとベース基板用ウェーハ４０の表面との当接箇所からベース基板用ウエハ４０の表面に対して所定の逃げ角β２°で傾斜して延びる逃げ面７１ｂとを有している。
第２スキージは７１は、第１スキージ７０と同様に、略上下方向に延びる棒状あるいは板状をなしており、その下部先端には、ベース基板用ウエハ４０の表面に対して所定のアタック角度α２°で傾斜して当接するアタック面７１ａと、該アタック面７１ａとベース基板用ウェーハ４０の表面との当接箇所からベース基板用ウエハ４０の表面に対して所定の逃げ角β２°で傾斜して延びる逃げ面７１ｂとを有している。
そして、この第２充填工程（Ｓ３４Ｂ）においては、図１４（ｃ）に示すように第２スキージ７１のアタック面７１ａを移動方向前方に向けるとともにベース基板用ウエハ４０の表面に当接させて、該表面に沿って移動させる。なお、この第２スキージＳ３４Ｂの移動方向は第１スキージ７０の移動方向に対して逆方向とされている。
このような第２スキージ７１の移動により、図１４（ｃ）に示すように、第１スキージ７０の移動によってはスルーホール３０，３１内に充填されずにベース基板用ウエハ４０の表面に残存したガラスフリット６ａが、該表面上から除去されてスルーホール３０，３１内、具体的には、該スルーホール３０，３１内の上記窪みＤに充填される。
このような第２スキージ７１の移動により、図１４（ｃ）に示すように、第１スキージ７０の移動によってはスルーホール３０，３１内に充填されずにベース基板用ウエハ４０の表面に残存したガラスフリット６ａが、該表面上から除去されてスルーホール３０，３１内、具体的には、該スルーホール３０，３１内の上記窪みＤに充填される。
なお、本実施形態においては、鋲体９の芯材部７の長さをベース基板用ウエハ４０の厚さよりも０．０２ｍｍ短くしたため、第１充填工程（Ｓ３４Ａ）及び第２充填工程（Ｓ３４Ｂ）で第１スキージが７０又は第２スキージ７１がスルーホール３０，３１の上部を通過する際に、これら第１スキージ７０及び第２スキージ７１と芯材部７の先端とが接触することがなくなり、芯材部７が傾いてしまうことを抑制することができる。
このようにして、第１スキージ７０及び第２スキージ７１による二段階での充填作業が行われることによって、スルーホール３０，３１内の窪みＤが埋められて、該スルーホール３０，３１がガラスフリット６ａで満たされる。これにより、後述する焼成後にスルーホール３０，３１内に段差が形成されることはなく、キャビティＣ内の気密性や圧電振動片４と外部電極３８，３９との安定した導通性を確保することができる。
ここで、第１スキージ７０及び第２スキージ７１のアタック角α１，α２は、５°〜４５°の範囲に設定されていることが好ましい。アタック角α１，α２が４５°を超える場合、ベース基板用ウエハ４０の表面からガラスフリット６ａを除去する性能は向上するもののスルーホール３０，３１内にガラスフリット６ａを充填する性能が低下し好ましくない。また、アタック角α１，α２が５°未満の場合、第１スキージ７０及び第２スキージ７１を移動させる際の抵抗が大きくなり、第１充填工程Ｓ３４Ａ及び第２充填工程Ｓ３４Ｂを円滑に行うことができなくなってしまう。この点、アタック角α１，α２が５°〜４５°の範囲に設定されていることにより、スルーホール３０，３１内にガラス負ロット６ａを効率よく充填しつつも第１スキージ７０及び第２スキージ７１の移動の際の抵抗を低く抑えることができ、円滑かつ容易に充填作用を行なうことができる。
また、第１スキージ７０及び第２スキージ７１には所定の逃げ角β１，β２を有する逃げ面７０ｂ、７１ｂが形成されているため、第１スキージ７０及び第２スキージ７１の移動の際の抵抗をより低減させて、充填作業を一層円滑に行うことができる。
なお、アタック角α１，α２が１５°に、、逃げ角β１，β２が６５°に設定されていることが好ましく、この場合には、第１スキージ７０及び第２スキージ７１の移動抵抗を最も低減しながら、効率よくスルーホール３０，３１内にガラスフリット６ａを充填することができる。
また、第１スキージ７０及び第２スキージ７１はそれぞれアタック角α１，α２及び逃げ角β１，β２が同一の値に設定されていてもよいし、異なる値に設定されていてもよい。なお、これら同一の値をした場合には、第１スキージ７０及び第２スキージ７１を同一のスキージでもって構成することができ、コスト上の観点から好ましい。
また、第１スキージ７０及び第２スキージ７１はそれぞれアタック角α１，α２及び逃げ角β１，β２が同一の値に設定されていてもよいし、異なる値に設定されていてもよい。なお、これら同一の値をした場合には、第１スキージ７０及び第２スキージ７１を同一のスキージでもって構成することができ、コスト上の観点から好ましい。
このように、第１充填工程（Ｓ３４Ａ）及び第２充填工程（Ｓ３４Ｂ）での二段階での充填作業を終えた状態では、スルーホール３０，３１内がガラスフリット６ａにより完全に満たされるものの、図１４（ｄ）に示すように、ベース基板用ウエハ４０の表面上のガラスフリット６ａは完全に除去されず僅かに残存することになる。この点、表面上のガラスフリット６ａは焼成後の研磨工程によって除去されるため、第１充填工程（Ｓ３４Ａ）及び第２充填工程（Ｓ３４Ｂ）後に別途ガラスフリット６ａを除去する工程を行なう必要はない。
続いて、埋め込んだ充填材を所定の温度で焼成する焼成工程を行う（Ｓ３５）。これにより、スルーホール３０，３１と、該スルーホール３０，３１内に埋め込まれたガラスフリット６ａと、ガラスフリット６ａ内に配置された鋲体９と、が互いに固着し合う。この焼成を行う際に、土台部８ごと焼成するため、芯材部７の軸方向とスルーホール３０，３１の軸方向とを略一致させた状態にしたまま、両者を一体的に固定することができる。ガラスフリット６ａが焼成されると筒体６として固化する。
次に、図１６に示すように、焼成後に鋲体９の土台部８を研磨して除去する研磨工程を行う（Ｓ３５）。これにより、筒体６及び芯材部７を位置決めさせる役割を果たしていた土台部８を除去することができ、芯材部７のみを筒体６の内部に取り残すことができる。
また、同時にベース基板用ウエハ４０の裏面（鋲体９の土台部８が配されていない側の面）を研磨して平坦面になるようにする。そして、芯材部７の先端が露出するまで研磨する。その結果、図１７に示すように、筒体６と芯材部７とが一体的に固定された一対の貫通電極３２，３３を複数得ることができる。
また、同時にベース基板用ウエハ４０の裏面（鋲体９の土台部８が配されていない側の面）を研磨して平坦面になるようにする。そして、芯材部７の先端が露出するまで研磨する。その結果、図１７に示すように、筒体６と芯材部７とが一体的に固定された一対の貫通電極３２，３３を複数得ることができる。
なお、貫通電極３２，３３を形成するにあたって、従来のものとは異なり、導電部にペーストを使用せずに、ガラス材料からなる筒体６と、導電性の芯材部７とで貫通電極３２，３３を形成している。仮に導電部にペーストを利用した場合には、焼成時にペースト内に含まれる有機物が蒸発してしまうため、ペーストの体積が焼成前に比べて顕著に減少してしまう。そのため、仮にペーストだけをスルーホール３０，３１内に埋め込んだ場合には、焼成後にペーストの表面に大きな凹みが生じてしまう。しかしながら、本実施形態では導電部に金属製の芯材部７を用いたため、導電部の体積減少を無くすことができる。
上述したように、ベース基板用ウエハ４０の表面と、筒体６および芯材部７の両端とは、略面一な状態となる。つまり、ベース基板用ウエハ４０の表面と貫通電極３２，３３の表面とを、略面一な状態とすることができる。なお、研磨工程を行った時点で、貫通電極形成工程が終了する。
次に、ベース基板用ウエハ４０の上面に導電性材料をパターニングして、図１８、図１９に示すように、接合膜３５を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３７）と共に、各一対の貫通電極３２，３３にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極３６，３７を複数形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３８）。なお、図１８、図２８に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。
特に、貫通電極３２，３３は、上述したようにベース基板用ウエハ４０の上面に対して略面一な状態となっている。そのため、ベース基板用ウエハ４０の上面にパターニングされた引き回し電極３６，３７は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極３２，３３に対して密着した状態で接する。これにより、一方の引き回し電極３６と一方の貫通電極３２との導通性、並びに、他方の引き回し電極３７と他方の貫通電極３３との導通性を確実なものにすることができる。この時点で第２のウエハ作製工程が終了する。
ところで、図９では、接合膜形成工程（Ｓ３７）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３８）を行う工程順序としているが、これとは逆に、引き回し電極形成工程（Ｓ３８）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３７）を行っても構わないし、両工程を同時に行っても構わない。いずれの工程順序であっても、同一の作用効果を奏することができる。よって、必要に応じて適宜、工程順序を変更して構わない。
次に、作製した複数の圧電振動片４を、それぞれ引き回し電極３６，３７を介してベース基板用ウエハ４０の上面に接合するマウント工程を行う（Ｓ４０）。まず、一対の引き回し電極３６，３７上にそれぞれ金等のバンプＢを形成する。そして、圧電振動片４の基部１２をバンプＢ上に載置した後、バンプＢを所定温度に加熱しながら圧電振動片４をバンプＢに押し付ける。これにより、圧電振動片４は、バンプＢに機械的に支持されると共に、マウント電極１６，１７と引き回し電極３６，３７とが電気的に接続された状態となる。よって、この時点で圧電振動片４の一対の励振電極１５は、一対の貫通電極３２，３３に対してそれぞれ導通した状態となる。
特に、圧電振動片４は、バンプ接合されるため、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。
特に、圧電振動片４は、バンプ接合されるため、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。
圧電振動片４のマウントが終了した後、ベース基板用ウエハ４０に対してリッド基板用ウエハ５０を重ね合わせる重ね合わせ工程を行う（Ｓ５０）。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら、両ウエハ４０、５０を正しい位置にアライメントする。これにより、マウントされた圧電振動片４が、ベース基板用ウエハ４０に形成された凹部３ａと両ウエハ４０、５０とで囲まれるキャビティＣ内に収容された状態となる。
重ね合わせ工程後、重ね合わせた２枚のウエハ４０、５０を図示しない陽極接合装置に入れ、所定の温度雰囲気で所定の電圧を印加して陽極接合する接合工程を行う（Ｓ６０）。具体的には、接合膜３５とリッド基板用ウエハ５０との間に所定の電圧を印加する。すると、接合膜３５とリッド基板用ウエハ５０との界面に電気化学的な反応が生じ、両者がそれぞれ強固に密着して陽極接合される。これにより、圧電振動片４をキャビティＣ内に封止することができ、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とが接合した図２０に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図２０においては、図面を見易くするために、ウエハ体６０を分解した状態を図示しており、ベース基板用ウエハ４０から接合膜３５の図示を省略している。なお、図２０に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。
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３０，３１は、貫通電極３２，３３によって完全に塞がれているため、キャビティＣ内の気密がスルーホール３０，３１を通じて損なわれることがない。特に、焼成によって筒体６と芯材部７とが一定的に固定されていると共に、これらがスルーホール３０，３１に対して強固に固着されているため、キャビティＣ内の気密を確実に維持することができる。
そして、上述した陽極接合が終了した後、ベース基板用ウエハ４０の下面に導電性材料をパターニングして、一対の貫通電極３２，３３にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極３８，３９を複数形成する外部電極形成工程を行う（Ｓ７０）。この工程により、外部電極３８，３９を利用してキャビティＣ内に封止された圧電振動片４を作動させることができる。
特に、この工程を行う場合も引き回し電極３６，３７の形成時と同様に、ベース基板用ウエハ４０の下面に対して貫通電極３２，３３が略面一な状態となっているため、パターニングされた外部電極３８，３９は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極３２，３３に対して密着した状態で接する。これにより、外部電極３８，３９と貫通電極３２，３３との導通性を確実なものにすることができる。
特に、この工程を行う場合も引き回し電極３６，３７の形成時と同様に、ベース基板用ウエハ４０の下面に対して貫通電極３２，３３が略面一な状態となっているため、パターニングされた外部電極３８，３９は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極３２，３３に対して密着した状態で接する。これにより、外部電極３８，３９と貫通電極３２，３３との導通性を確実なものにすることができる。
次に、ウエハ体６０の状態で、キャビティＣ内に封止された個々の圧電振動子１の周波数を微調整して所定の範囲内に収める微調工程を行う（Ｓ８０）。具体的に説明すると、ベース基板用ウエハ４０の下面に形成された一対の外部電極３８，３９に電圧を印加して圧電振動片４を振動させる。そして、周波数を計測しながらリッド基板用ウエハ５０を通して外部からレーザ光を照射し、重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部１０、１１の先端側の重量が変化するため、圧電振動片４の周波数を、公称周波数の所定範囲内に収まるように微調整することができる。
周波数の微調が終了後、接合されたウエハ体６０を図２２に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する切断工程を行う（Ｓ９０）。その結果、互いに陽極接合されたベース基板２とリッド基板３との間に形成されたキャビティＣ内に圧電振動片４が封止された、図１に示す２層構造式表面実装型の圧電振動子１を一度に複数製造することができる。
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ため、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ため好ましい。
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ため、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ため好ましい。
その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ１００）。即ち、圧電振動片４の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子１の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。これをもって圧電振動子１の製造が終了する。
特に、本実施形態の圧電振動子１は、表面に凹みがなく、ベース基板２に対して略面一な状態で貫通電極３２，３３を形成できるため、該貫通電極３２，３３を、引き回し電極３６，３７及び外部電極３８，３９に対して確実に密着させることができる。その結果、圧電振動片４と外部電極３８，３９との安定した導通性を確保することができ、作動性能の信頼性を向上して高性能化を図ることができる。しかも、導通性の芯材部７を利用して貫通電極３２，３３を構成しているため、非常に安定した導通性を得ることができる。
また、キャビティＣ内の気密に関しても確実に維持することができるため、この点においても高品質化を図ることができる。特に、本実施形態の筒体６は、ガラスフリットにガラスビーズを混合したもので形成したため、その後の焼成時の段階で変形や体積減少等が生じ難い。そのため、高品質な貫通電極３２，３３を形成することができ、キャビティＣ内の気密をより確実にすることができる。よって、圧電振動子１の高品質化を図ることができる。
また、本実施形態の製造方法によれば、上記圧電振動子１を一度に複数製造することができるため、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態の製造方法によれば、上記圧電振動子１を一度に複数製造することができるため、低コスト化を図ることができる。
さらに、本実施形態では、ベース基板用ウエハ４０に貫通電極３２，３３を形成する際に、第１スキージ７０でもって貫通孔３０，３１にガラスフリット６ａを充填した後、第２スキージ７１を第１スキージ７０の移動方向の逆方向に移動させてガラスフリット６ａを貫通孔に充填するといった二段階での充填作業を行うため、スルーホール３０，３１内にガラスフリット６ａを確実に充填し、窪みＤの発生を防止することができる。よって、焼成後にスルーホール３０，３１内にクラックの原因となる段差が形成されるのを回避することができるため、キャビティＣ内の気密性や圧電振動片４と外部電極３８，３９との安定した導通性を確保することが可能となる。
（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図２１を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図２１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。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図２１を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図２１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。
このように構成された発振器１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、該圧電振動子１内の圧電振動片４が振動する。この振動は、圧電振動片４が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
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。
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。
上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、圧電振動片４と外部電極３８，３９との導通性が安定して確保され、作動の信頼性が向上した高品質な圧電振動子１を備えているため、発振器１００自体も同様に導通性が安定して確保され、作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図２２を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、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、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及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行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図２２を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、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、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及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行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図２２に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。
計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片４が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
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。
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。
また、着信音発生部１２３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１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
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、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。
電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の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、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４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予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４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。
即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
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。
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。
上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、圧電振動片４と外部電極３８，３９との導通性が安定して確保され、作動の信頼性が向上した高品質な圧電振動子１を備えているため、携帯情報機器自体も同様に導通性が安定して確保され、作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図２３を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図２３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。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図２３を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図２３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。
以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
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。
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。
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。
続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
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。
続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
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。
なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。
上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、圧電振動片４と外部電極３８，３９との導通性が安定して確保され、作動の信頼性が向上した高品質な圧電振動子１を備えているため、電波時計自体も同様に導通性が安定して確保され、作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、スルーホール３０，３１の形状を断面テーパ状の円錐形状に形成したが、断面テーパ状ではなくストレート形状の円柱形状にしてもよい。
また、芯材部７の形状を円柱状で形成した場合の説明をしたが、角柱にしてもよい。この場合であっても、やはり同様の作用効果を奏することができる。
例えば、上記実施形態では、スルーホール３０，３１の形状を断面テーパ状の円錐形状に形成したが、断面テーパ状ではなくストレート形状の円柱形状にしてもよい。
また、芯材部７の形状を円柱状で形成した場合の説明をしたが、角柱にしてもよい。この場合であっても、やはり同様の作用効果を奏することができる。
また、上記実施形態において、芯材部７として、熱膨張係数がベース基板２（ベース基板用ウエハ４０）及び筒体６と略等しいものを用いることが好ましい。
この場合には、焼成を行う際に、ベース基板用ウエハ４０、筒体６及び芯材部７の３つが、それぞれ同じように熱膨張する。従って、熱膨張係数の違いによって、ベース基板用ウエハ４０や筒体６に過度に圧力を作用させてクラック等を発生させたり、筒体６とスルーホール３０，３１との間、或いは、筒体６と芯材部７との間に隙間が開いてしまったりすることがない。そのため、より高品質な貫通電極を形成することができ、その結果、圧電振動子１のさらなる高品質化を図ることができる。
この場合には、焼成を行う際に、ベース基板用ウエハ４０、筒体６及び芯材部７の３つが、それぞれ同じように熱膨張する。従って、熱膨張係数の違いによって、ベース基板用ウエハ４０や筒体６に過度に圧力を作用させてクラック等を発生させたり、筒体６とスルーホール３０，３１との間、或いは、筒体６と芯材部７との間に隙間が開いてしまったりすることがない。そのため、より高品質な貫通電極を形成することができ、その結果、圧電振動子１のさらなる高品質化を図ることができる。
また、上記実施形態では、圧電振動片４の一例として振動腕部１０、１１の両面に溝部１８が形成された溝付きの圧電振動片４を例に挙げて説明したが、溝部１８がないタイプの圧電振動片でも構わない。但し、溝部１８を形成することで、一対の励振電極１５に所定の電圧を印加させたときに、一対の励振電極１５間における電界効率を上げることができるため、振動損失をより抑えて振動特性をさらに向上することができる。つまり、ＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）をさらに低くすることができ、圧電振動片４のさらなる高性能化を図ることができる。この点において、溝部１８を形成する方が好ましい。
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、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、ベース基板２とリッド基板３とを接合膜３５を介して陽極接合したが、陽極接合に限定されるものではない。但し、陽極接合することで、両基板２、３を強固に接合できるため好ましい。
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。
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。
本発明に係る圧電振動子の製造方法は、接合された２枚の基板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表面実装型（ＳＭＤ）の圧電振動子に適用できる。
Claims (4)
- 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圧電振動子の製造方法において、
平板状の土台部と、該土台部の表面に直交する方向に沿って延在する芯材部と、を有する導電性の鋲体の前記芯材部を前記ベース基板の貫通孔内に挿入し、前記ベース基板の第１面に鋲体の土台部を当接させる工程と、
前記ベース基板の第２面にペースト状のガラスフリットを塗布し、該第２面にアタック角度をもって当接する第１スキージを、前記貫通孔の一側から一方向に向かって前記第２面に沿って移動させて前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、
前記第２面にアタック角度をもって当接する第２スキージを、前記一側の前記貫通孔を介した反対側から前記一方向の逆方向に向かって前記第２面に沿って移動させて、前記第２面上に余分に塗布された前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、
前記ガラスフリットを焼成して硬化させる工程と、を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
前記第１スキージのアタック角度及び前記第２スキージのアタック角度が、５°〜４５°の範囲内に設定されていることを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項１又は２のいずれか一項に記載の圧電振動子の製造方法であって、
前記第１スキージ及び前記第２スキージが、
前記第２面に対して所定のアタック角度で傾斜して当接するアタック面と、
前記第２面と前記アタック面との当接箇所から前記第１スキージ及び前記第２スキージの各移動方向の後方に向かうに従って上方に向かって漸次傾斜する逃げ面と、を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 貫通電極を有する基板の製造方法において、
平板状の土台部と、該土台部の表面に直交する方向に沿って延在する芯材部と、を有する導電性の鋲体の前記芯材部を前記基板の貫通孔内に挿入し、前記基板の第１面に鋲体の台部を当接させる工程と、
前記基板の第２面にペースト状のガラスフリットを塗布し、該第２面にアタック角度をもって当接する第１スキージを、前記貫通孔の一側から一方向に向かって前記第２面に沿って移動させて前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、
前記第２面にアタック角度をもって当接する第２スキージを、前記一側の前記貫通孔を介した反対側から前記一方向の逆方向に向かって前記第２面に沿って移動させて、前記第２面上に余分に塗布された前記ガラスフリットを前記貫通孔内に充填する工程と、
前記ガラスフリットを焼成して硬化させる工程と、を有することを特徴とする基板の製造方法。
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