JPWO2009104293A1 - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Abstract

この圧電振動子は、上面に接合膜が形成されたガラス材料からなるベース基板と；キャビティ用の凹部が形成され、凹部を前記ベース基板に対向させた状態でベース基板に前記接合膜を介して接合されたガラス材料からなるリッド基板と；前記凹部を利用して前記ベース基板と前記リッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納された状態で、ベース基板の上面に接合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一対の外部電極と；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、前記一対の外部電極に対してそれぞれ電気的に接続された一対の貫通電極と；前記ベース基板の上面に形成され、前記一対の貫通電極を接合された前記圧電振動片に対してそれぞれ電気的に接続する引き回し電極と；を備えている。

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）の圧電振動子と、この圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法と、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に関する。

近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等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１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は、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一般的に知られている（特許文献１及び２参照）。

ここで、３層構造タイプの圧電振動子について簡単に説明する。図３５に示すように、圧電振動子２００は、圧電振動片２０１ａが形成された圧電基板２０１と、この圧電基板２０１を上下から挟み込んだ状態で圧電基板２０１に接合されたベース基板２０２及びリッド基板２０３と、で３層に構成されている。
圧電基板２０１は、水晶等の圧電材料から形成されており、枠部２０１ｂと、この枠部２０１ｂに連結された上記圧電振動片２０１ａとで構成されている。なお、この枠部２０１ｂの部分が、両基板２０２、２０３と接合するようになっている。
一方、圧電振動片２０１ａは、両基板２０２、２０３に形成された凹部２０２ａ、２０３ａで構成されるキャビティＣ内に収納されている。この圧電振動片２０１ａには、電圧が印加されたときに圧電振動片２０１ａを振動させるための電極２０４ａ、２０４ｂがパターニングされている。

両基板２０２、２０３は、ガラス等の透明な絶縁体であり、接合膜２０５を介して圧電基板２０１の枠部２０１ｂに接合（例えば、陽極接合）されている。また、両基板２０２、２０３は、上述したようにそれぞれ内面にキャビティＣを構成するための凹部２０２ａ、２０３ａが形成されている。
両基板２０２、２０３のうち、ベース基板２０２の底面には、側面に亘って外部電極２０６ａ、２０６ｂが形成されている。このうち一方の外部電極２０６ａが、圧電振動片２０１ａの一方の電極２０４ａに電気的に接続されており、他方の外部電極２０６ｂが、圧電振動片２０１ａの他方の電極２０４ｂに電気的に接続されている。
特開２００６−１４８７５８号公報 特開２００７−１８４８１０号公報

しかしながら、従来の圧電振動子２００には、まだ以下の課題が残されていた。
はじめに、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２００に関してもさらなる小型化が求められている。ところが、従来の圧電振動子２００は、圧電基板２０１を、ベース基板２０２とリッド基板２０３とで上下から挟み込む３層構造タイプであるので、どうしても厚みが生じてしまい、これ以上のさらなる薄型化を図ることが困難なものであった。特に、キャビティＣを構成するための凹部２０２ａ、２０３ａをベース基板２０２及びリッド基板２０３の両方にそれぞれ形成する必要があるので、両基板２０２、２０３の厚みを一定値以上の厚みにする必要がある。この点においても、薄型化を図ることが難しいものであった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、従来よりも遥かに薄型化され、コンパクト化を図ることができる表面実装型の圧電振動子を提供することである。
また、この圧電振動子を、一度に効率良く製造する圧電振動子の製造方法と、圧電振動子を有する発振器、電子機器、電波時計とを提供することである。

本発明は、前記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を提供する。
（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、前記リッド基板用ウエハに、両ウエハが重ね合わされたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程と；前記ベース基板用ウエハを貫通する一対の貫通孔を複数形成する貫通孔形成工程と；複数形成された前記一対の貫通孔を導電体で埋めて、一対の貫通電極を複数形成する貫通電極形成工程と；前記ベース基板用ウエハの上面に、前記凹部の周囲を囲むように接合膜を形成する接合膜形成工程と；前記ベース基板用ウエハの上面に、前記一対の貫通電極に対してそれぞれ電気的に接続された引き回し電極を複数形成する引き回し電極形成工程と；前記引き回し電極を介して複数の前記圧電振動片を前記ベース基板用ウエハの上面に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、前記凹部と両ウエハとで囲まれる前記キャビティ内に圧電振動片を収納する重ね合わせ工程と；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前記接合膜を介して接合し、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、前記一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極を複数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。

上記製造方法によれば、まずリッド基板用ウエハに、キャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程を行う。これら凹部は、後に両ウエハを重ね合わせた際に、キャビティとなる凹部である。また、この工程と同時或いは前後のタイミングで、ベース基板用ウエハを貫通する一対の貫通孔を複数形成する貫通孔形成工程を行う。この際、後に両ウエハを重ね合わせたときに、リッド基板用ウエハに形成した凹部内に収まるように一対の貫通孔を複数形成する。続いて、複数の一対の貫通孔を導電体で埋めて、一対の貫通電極を複数形成する貫通電極形成工程を行う。

続いて、ベース基板用ウエハの上面に導電性材料をパターニングして、一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極を複数形成する引き回し電極形成工程を行う。この際、後に両ウエハを重ね合わせたときに、リッド基板用ウエハに形成した凹部内に収まるように引き回し電極を形成する。また、この引き回し電極形成工程と同時或いは前後のタイミングで、ベース基板用ウエハの上面に、凹部の周囲を囲むように接合膜を形成する接合膜形成工程を行う。
そして、引き回し電極を介して複数の圧電振動片をベース基板用ウエハの上面に接合するマウント工程を行う。これにより、接合された各圧電振動片は、引き回し電極を介して一対の貫通電極に対して導通した状態となる。
マウント終了後、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを重ね合わせる重ね合わせ工程を行う。これにより、接合された複数の圧電振動片は、凹部と両ウエハとで囲まれるキャビティ内に収納された状態となる。

次に、重ね合わせた両ウエハを、接合膜を介して接合する接合工程を行う。これにより、圧電振動片をキャビティ内に封止することができる。この際、ベース基板用ウエハに形成された貫通孔は、貫通電極によって塞がれているので、キャビティ内の気密が貫通孔によって損なわれることがない。そして、接合後、ベース基板用ウエハの下面に導電性材料をパターニングして、複数の一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極を複数形成する外部電極形成工程を行う。この工程により、外部電極を利用して、キャビティ内に封止された圧電振動片を作動させることができる。
最後に、接合されたベース基板用ウエハ及びリッド基板用ウエハを切断して、複数の圧電振動子に小片化する切断工程を行う。

その結果、互いに陽極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。特に、従来の３層構造とは異なり、ベース基板とリッド基板とが接合された２層構造であるので、従来の圧電基板分だけ全体の厚みを薄くすることができる。従って、従来に比べて厚みを遥かに薄くすることができ、コンパクト化を図ることができる。

（２）前記マウント工程の際、前記引き回し電極上にバンプを形成した後、バンプを介して前記圧電振動片を前記ベース基板用ウエハの上面にバンプ接合しても良い。

この場合、圧電振動片がベース基板の上面にバンプ接合されているので、ベース基板から浮いた状態で支持されている。そのため、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、リッド基板とは異なり、ベース基板側にキャビティ用の凹部を形成する必要がなく、平板状の基板として構わない。従って、凹部を考慮しない分、ベース基板の厚みをできるだけ薄くすることができる。この点においても、圧電振動子の薄型化を図ることができる。

（３）前記マウント工程の際、前記引き回し電極に対して少なくとも１０秒以上プラズマクリーニング処理を施した後に、前記パンプを形成しても良い。

この場合、バンプを形成する前に、引き回し電極に対してプラズマ（例えば、酸素プラズマ）を照射してプラズマクリーニング処理を施す。これにより、塵埃等の汚染源を除去することができ、バンプが形成される面が清浄な面になるうえ、表面が改質される。特に、少なくとも１０秒プラズマを照射するので、汚染源を残すことなく確実に除去することができる。よって、バンプとの密着性、接着性を向上することができ、バンプの剪断剥離強度を高めることができる。
そのため、圧電振動片のマウント性能を高めることができ、結果的に圧電振動子の高品質化を図ることができる。

（４）前記貫通孔形成工程後、前記ベース基板用ウエハの上面を表面加工して、算術平均粗さＲａを１０ｎｍ以下とする表面加工工程をしても良い。

この場合、バンプを形成する前に、ベース基板用ウエハの上面の算術平均粗さＲａを１０ｎｍ以下にする。これにより、バンプが形成される土台となるベース基板用ウエハの上面をできるだけ平滑した面に近づけることができる。そのため、バンプとの密着性、接着性を向上することができ、バンプの剪断剥離強度を高めることができる。従って、圧電振動片のマウント性能を高めることができ、圧電振動子の高品質化を図ることができる。

（５）前記接合工程の際、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陽極接合しても良い。

この場合、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを陽極接合するので、両ウエハをより強固に密着させた状態で接合することができる。従って、圧電振動片をキャビティ内により確実に封止することができ、振動特性を向上させることができる。

（６）前記凹部形成工程は、前記リッド基板用ウエハの表面に所定のパターンでペーストをスクリーン印刷する印刷工程と；印刷した前記ペーストを乾燥させる乾燥工程と；前記ペーストの塗り重ねによって前記凹部を形成するまで前記印刷工程と前記乾燥工程とを複数回繰り返し行った後、塗り重なって乾燥しているペーストを焼成する焼成工程と；をさらに備えても良い。

この場合、リッド基板用ウエハにキャビティ用の凹部を形成する際に、エッチング等の切削加工を施すことなく凹部を形成することができる。まず、リッド基板用ウエハの表面に所定のパターン、即ち、凹部となる部分の周囲を囲むようにペーストをスクリーン印刷する印刷工程を行う。続いて、印刷したペーストを乾燥させる乾燥工程を行う。そして、再度印刷工程を行って、乾燥したペーストの上に新たなペーストをスクリーン印刷して塗り重ねる。このように、ペーストの塗り重ねによって凹部が形成されるまで、印刷工程と乾燥工程とを複数回繰り返し行う。そして、ペーストの塗り重ねによって凹部を形成した後、塗り重なって乾燥しているペーストを焼成して硬化させる焼成工程を行う。

その結果、エッチング等の切削加工を施すことなく、リッド基板用ウエハに凹部を形成することができる。特に、リッド基板用ウエハを切削する必要がないので、ウエハに与える負荷を軽減することができ、圧電振動子の品質向上に繋げることができる。

（７）前記貫通孔形成工程は、下型と下型に向けて突出したピンを有する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；所定温度に加熱した状態で前記下型と前記上型とで前記ベース基板用ウエハをプレスし、前記ピンを利用して前記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る冷却工程と；をさらに備えても良い。

この場合、ベース基板用ウエハに貫通孔を形成する際に、金型を利用した簡便な方法で貫通孔を確実に形成することができる。
まず、ベース基板を下型と上型との間にセットするセット工程を行う。そして、ベース基板用ウエハを所定温度に加熱した状態で下型と上型とでプレスし、上型の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を行う。そして、最後にベース基板用ウエハを冷却固化させる冷却工程を行う。これにより、貫通孔を一度に確実に形成することができる。特に、下型及び上型からなる金型を利用するので、貫通孔の位置精度を高めることができる。

（８）前記ベース基板用ウエハとして、平面視円形状のウエハを用いても良い。

この場合、ベース基板用ウエハが円形状であるので、プレス工程による加熱、冷却工程による冷却によって膨張、収縮が生じたとしても、途中で形状が変形し難く、寸法精度、厚み精度を高いレベルに維持することができる。仮に、平面視矩形状のウエハである場合には、加熱、冷却によって膨張、収縮が生じたときに、途中で形状が変形する恐れがあり、寸法精度、厚み精度が低くなってしまう。これは、ウエハに角部が存在するので、膨張時に角部付近に内部応力が集中し易い。そのため、膨張具合と収縮具合とが不均一になってしまい、元の状態に戻り難いことが考えられる。また、平面視矩形状のウエハを利用した場合には、寸法精度、厚み精度が低くなるだけでなく、膨張具合と収縮具合との不均一の影響によって上型のピンに無理な負荷が作用してしまい、ピンが変形或いは折れてしまう可能性もあった。
しかしながら、角部がない円形状のウエハを利用するので、加熱、冷却を伴ったプレス加工で貫通孔を形成したとしても、上述した問題が生じる恐れが少ない。

（９）また、本発明に係る圧電振動子は、上面に接合膜が形成されたガラス材料からなるベース基板と；キャビティ用の凹部が形成され、この凹部を前記ベース基板に対向させた状態でベース基板に前記接合膜を介して接合されたガラス材料からなるリッド基板と；前記凹部を利用して前記ベース基板と前記リッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納された状態で、ベース基板の上面に接合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一対の外部電極と；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、前記一対の外部電極に対してそれぞれ電気的に接続された一対の貫通電極と；前記ベース基板の上面に形成され、前記一対の貫通電極を接合された前記圧電振動片に対してそれぞれ電気的に接続する引き回し電極と；を備えている。

この場合、上記（１）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（１０）前記圧電振動片は、バンプを介して前記ベース基板の上面にバンプ接合されていても良い。

この場合、上記（２）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（１１）前記バンプは、少なくとも１０秒以上プラズマクリーニング処理が施された領域に形成されていても良い。

この場合、上記（３）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（１２）前記ベース基板の上面は、算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下とされていても良い。

この場合、上記（４）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（１３）前記ベース基板と前記リッド基板とは、陽極接合されていても良い。

この場合、上記（５）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（１４）また、本発明に係る発振器は、上記（９）から（１３）のいずれか１項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。

（１５）また、本発明に係る電子機器は、上記（９）から（１３）のいずれか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。

（１６）また、本発明に係る電波時計は、上記（９）から（１３）のいずれか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。

上記発振器、電子機器及び電波時計によれば、従来のものに比べて遥かに薄くコンパクト化された圧電振動子を備えているので、同様にコンパクト化を図ることができ、今後のさらなる小型化のニーズに対応することができる。

本発明に係る圧電振動子によれば、従来よりも遥かに薄型にすることができ、コンパクト化を図ることができる。

また、本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、コンパクト化された表面実装型の上記圧電振動子を一度に効率良く製造することができ、低コスト化を図ることができる。

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、上記圧電振動子を備えているので、同様にコンパクト化を図ることができ、今後のさらなる小型化のニーズに対応することができる。

図１は、本発明の一実施形態を示す図であって、圧電振動子の外観斜視図である。 図２は、図１に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図である。 図４は、図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。 図５は、図１に示す圧電振動子を構成する圧電振動片の上面図である。 図６は、図５に示す圧電振動片の下面図である。 図７は、図５に示す断面矢視Ｂ−Ｂ図である。 図８は、図１に示す圧電振動子を製造する際の流れを示すフローチャートである。 図９は、図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、リッド基板の元となるリッド基板用ウエハに複数の凹部を形成した状態を示す図である。 図１０は、図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、ベース基板の元となるベース基板用ウエハに一対のスルーホールを形成した状態を示す図である。 図１１は、図１０に示す状態の後、一対のスルーホール内に貫通電極を形成すると共に、ベース基板用ウエハの上面に接合膜及び引き回し電極をパターニングした状態を示す図である。 図１２は、図１１に示す状態のベース基板用ウエハの全体図である。 図１３は、図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、圧電振動片をキャビティ内に収容した状態でベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとが陽極接合されたウエハ体の分解斜視図である。 図１４は、圧電振動子の等価回路を示す図である。 図１５は、図１４に示す直列容量を算出する式を示す図である。 図１６は、半田接合によって圧電振動片をマウントした場合と、バンプ接合によって圧電振動片をマウントした場合とで、Ｃ１とＣ０とを比較した結果を示す。 図１７は、ＣＬ曲線を示す図である。 図１８は、本発明に係る一実施形態を示す図であって、発振器の構成図である。 図１９は、本発明に係る一実施形態を示す図であって、電子機器の構成図である。 図２０は、本発明に係る一実施形態を示す図であって、電波時計の構成図である。 図２１は、本発明に係る圧電振動子を製造する場合の変形例を示す図であって、ペーストをスクリーン印刷することでキャビティ用の凹部を形成する場合のフローチャートである。 図２２は、図２１に示すフローチャートに沿って凹部を形成する場合の一工程図を示す図であって、ウエハ固定板上にリッド基板用ウエハを固定した後、印刷マスクをセットした状態を示す図である。 図２３は、図２２に示す状態からペーストをスクリーン印刷している状態を示す図である。 図２４は、図２３に示す状態からスクリーン印刷と乾燥とを繰り返し行って、凹部を形成した状態を示す図である。 図２５は、図２４に示す断面矢視Ｃ−Ｃ図である。 図２６は、本発明に係る圧電振動子を製造する場合の変形例を示す図であって、金型をプレスすることでベース基板用ウエハに貫通孔を形成する場合のフローチャートである。 図２７は、図２６に示すフローチャートに沿って貫通孔を形成する場合の一工程図を示す図であって、下型と上型との間にベース基板用ウエハをセットした状態を示す図である。 図２８は、図２７に示す状態の後、下型と上型とでベース基板用ウエハをプレスした状態を示す図である。 図２９は、本発明に係る圧電振動子を製造する際に、プラズマクリーニング処理を施さないでバンプを形成した場合と、施した後にバンプを形成した場合とで、バンプの引っ掻き試験を行った結果を比較した図である。 図３０は、金属微粒子を含んだペーストの拡大図である。 図３１は、本発明に係る圧電振動子の変形例を示す図であって、図３０に示すペーストを利用して貫通電極を形成した場合の圧電振動子を示す図である。 図３２は、本発明に係る圧電振動子の別の変形例を示す図であって、図３０に示すペーストにガラスビーズを含ませて貫通電極を形成した場合の圧電振動子を示す図である。 図３３は、本発明に係る圧電振動子のさらに別の変形例を示す図であって、ガラスの筒体と導電性の芯材とを焼成することで貫通電極を形成した場合の圧電振動子を示す図である。 図３４は、図３３に示す筒体の斜視図である。 図３５は、従来の３層構造タイプの圧電振動子の一例を示す断面図である。

符号の説明

Ｂ バンプ
Ｃ キャビティ
Ｐ１ ペースト
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
３０、３１ スルーホール（貫通孔）
３２、３３、８５、８６、９８、８８、８９、９０ 貫通電極
３５ 接合膜
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
８０ 下型
８１ 上型
８１ａ ピン
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

以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図１７を参照して説明する。
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。

圧電振動片４は、図５から図７に示すように、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、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、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、図７に示すように、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。

第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、図５及び図６に示すように、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。

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及び図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３ａ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から図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、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、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３０が位置し、振動腕部１０、１１の先端側に他方のスルーホール３１が位置するように形成されている。また、本実施形態では、ベース基板２を真っ直ぐに貫通したスルーホール３０、３１を例に挙げて説明するが、この場合に限られず、例えばベース基板２の下面に向かって漸次径が縮径するテーパー状に形成しても構わない。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、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。この貫通電極３２、３３は、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とを導通させる役割を担っている。
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、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。

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、図２及び図４に示すように、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上にバンプＢが形成されており、このバンプ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。

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８に示すフローチャートを参照しながら、平面視円形状の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。

はじめに、圧電振動片作製工程を行って図５から図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、この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。

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９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Ｃ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、図１０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１０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。
この際、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に形成した凹部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が後にマウントする圧電振動片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、複数の一対のスルーホール３０、３１を図示しない導電体で埋めて、一対の貫通電極３２、３３を形成する貫通電極形成工程を行う（Ｓ３３）。
続いて、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１１及び図１２に示すように、接合膜３５を形成する接合膜形成工程（Ｓ３４）を行うと共に、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（Ｓ３５）。なお、図１１及び図１２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。また、図１２では、接合膜３５の図示を省略している。
この工程を行うことにより、一方の貫通電極３２と一方の引き回し電極３６とが導通すると共に、他方の貫通電極３３と他方の引き回し電極３７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。

ところで、図８では、接合膜形成工程（Ｓ３４）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３５）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（Ｓ３５）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３４）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の上面にバンプ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。

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１３に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図１３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１３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ので、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。

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。

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、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ので、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した後、接合されたウエハ体６０を図１３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。

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、従来の３層構造とは異なり、ベース基板２とリッド基板３とが接合された２層構造であるので、従来の圧電基板の分だけ全体の厚みを薄くすることができる。従って、従来に比べて厚みを遥かに薄くすることができ、コンパクト化を図ることができる。しかも、上述したように圧電振動片４はバンプ接合によってベース基板２から浮いた状態で支持されているので、振動に必要に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、リッド基板３とは異なり、ベース基板２側にキャビティＣ用の凹部３ａを形成する必要がなく、平板状の基板として構わない。従って、凹部３ａを考慮しない分、ベース基板２の厚みをできるだけ薄くすることができる。この点においても、圧電振動子１の薄型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、薄型化された上記圧電振動子１を一度に複数製造することができるので、低コスト化を図ることができる。

また、圧電振動片４をバンプ接合することで、一般的な半田接合に比べて以下の利点を得ることができる。
即ち、バンプ接合した場合には、半田接合した場合に比べて、Ｃ０特性はほぼ同一であるが、Ｃ１特性を小さくすることができる。ここで、Ｃ０、Ｃ１について、簡単に説明する。Ｃ０は、図１４に示す振動子の等価回路における並列容量であり、実際に計測可能な数値である。一方、Ｃ１は、図１４に示す等価回路における直列容量であり、図１５に示す計算式より算出して得られる数値である。なお、この際、計算式中のΔｆ、Ｃ０、ＣＬ、Ｆｒは、それぞれ計測可能な数値である。

ここで、圧電振動片４を半田接合によってマウントした圧電振動子と、圧電振動片４をバンプ接合した上記実施形態の圧電振動子１とにおいて、実際にＣ０を実測した数値と、Ｃ１を算出した数値とを、図１６に示す。なお、両圧電振動子は、半田接合されたか、バンプ接合されたかが異なるだけで、それ以外の条件は同じである。
その結果、図１６に示すように、バンプ接合した場合の方が半田接合した場合に比べて、Ｃ１特性が低いことが確認された。これは、圧電振動片４のマウント状況によるものと考えられる。つまり、半田接合の場合には、圧電振動片４が半田に対して面接触した状態でマウントされてしまう。一方、バンプ接合の場合には、圧電振動片４がバンプＢに対して点接触に近い状態でマウントされる。そのため、圧電振動片は、より接触が少ない状態で浮き、Ｃ１特性が低くなったと考えられる。

そして、バンプ接合の方がＣ１特性を低いので容量比γ（Ｃ０／Ｃ１）を半田接合の場合よりも大きくなったことが確認された。一般的に容量比γが大きくなると、低ＣＬ（キャパシタンスロード）化を図ることができ、低消費電力化に繋げることができる。従って、バンプ接合した場合には、半田接合した場合に比べて省電力の圧電振動子を製造することができるという効果を奏することができる。
また、容量費γは、図１７に示すＣＬ曲線（横軸：ＣＬ、縦軸Δｆ／ｆ）のカーブ特性に影響を与えるものであり、大きくなるほど、より速やかに曲線が水平に近づいた状態になる。つまり、実線で示すＣＬ曲線（Ｌ１）から点線で示すＣＬ曲線（Ｌ２）にすることができる。従って、予め決められたΔｆ／ｆの範囲（例えば、±２０ｐｐｍ）内に、ＣＬ曲線を追い込み易くなり、製造が容易になるという効果も奏することができる。

次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１８を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１８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。

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、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。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、従来のものに比べて遥かに薄くコンパクトかされた圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様にコンパクト化を図ることができ、今後のさらなる小型化のニーズに対応することができる。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。

次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１９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１９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、この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、この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、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。

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。

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。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、従来のものに比べて遥かに薄くコンパクト化された圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器自体も同様にコンパクト化を図ることができ、今後のさらなる小型化のニーズに対応することができる。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。

次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図２０を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図２０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。

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。

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、従来のものに比べて遥かに薄くコンパクトかされた圧電振動子１を備えているので、電波時計自体も同様にコンパクト化を図ることができ、今後のさらなる小型化のニーズに対応することができる。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、本発明の技術範囲は上記実施の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、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ので、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、上記各実施形態では、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。
また、ベース基板２とリッド基板３とを陽極接合した場合を例に挙げて説明したが、接合方法は陽極接合に限定されるものではない。例えば、金錫半田を利用して、ベース基板２とリッド基板３とを接合しても構わない。この場合には、接合工程の際に、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とを金錫半田により接合すれば良い。

また、上記実施形態では、リッド基板用ウエハ５０にキャビティ用の凹部３ａを形成する凹部形成工程を行う際に、エッチング等で形成した場合を説明したが、このような切削加工を施すことなく凹部３ａを形成しても構わない。例えば、ガラスのペーストＰ１をスクリーン印刷することで凹部３ａを形成しても構わない。この場合には、図２１に示すように、凹部形成工程Ｓ２２の際に印刷工程Ｓ２２ａと、乾燥工程Ｓ２２ｂと、焼成工程Ｓ２２ｃとを行えば良い。これら各工程について、詳細に説明する。

まず、図２２に示すように、洗浄等が終了したリッド基板用ウエハ５０をウエハ固定板７０上に載置すると共に、周囲を固定治具５１で固定する。そして、固定されたリッド基板用ウエハ５０の表面にスクリーンとなる印刷マスク５２をセットする。この印刷マスク５２は、後に凹部３ａとなる領域を覆うように配置されたマスクであり、厚みが５０μｍから２００μｍ程度のものである。
続いて、図２３に示すように、リッド基板用ウエハ５０の表面に印刷インクとなるガラスのペーストＰ１を供給した後、スキージ５３を移動させてペーストＰ１を加圧しながら全体に延ばす。これにより、ペーストＰ１は、マスクされていない領域に押し出されるので、マスクされていないリッド基板用ウエハ５０上にスクリーン印刷される。つまり、ガラスのペーストＰ１を、凹部３ａとなる部分の周囲を囲むようにパターニングした状態でスクリーン印刷することができる。これにより、印刷工程Ｓ２２ａが終了する。なお、一度に印刷されるペーストＰ１の厚みは、印刷マスク５２の厚みと同じとなる。

続いて、印刷したガラスのペーストＰ１を乾燥させる乾燥工程Ｓ２２ｂを行う。例えば、ウエハ固定板７０ごと炉の中に入れて、１００℃前後の温度で３０分ほど乾燥させる。これにより、先ほど印刷したガラスのペーストＰ１が乾燥した状態となる。
そして、再度上述した印刷工程Ｓ２２ａを行って、乾燥したペーストＰ１の上に新たなガラスのペーストＰ１をスクリーン印刷して塗り重ねる。その後、再度乾燥工程Ｓ２２ｂによって新たなペーストＰ１を乾燥させる。

そして、図２４及び図２５に示すように、ペーストＰ１の塗り重ねによって凹部３ａが形成されるまで印刷工程Ｓ２２ａと乾燥工程Ｓ２２ｂとを複数回繰り返し行う。なお、図２４及び図２５では、印刷工程Ｓ２２ａ及び乾燥工程Ｓ２２ｂを３回行って、凹部３ａを形成した場合を図示している。つまり、塗り重ねたペーストＰ１全体の高さは、印刷マスク５２の厚みが５０μｍである場合には、１５０μｍとなる。そして、この１５０μｍが凹部３ａの深さとなる。
そして、ペーストＰ１の塗り重ねによって凹部３ａを形成した後、塗り重なって乾燥しているペーストＰ１を焼成して完全に硬化させる焼成工程Ｓ２２ｃを行う。これにより、塗り重ねたペーストＰ１とリッド基板用ウエハ５０とが一体となる。

その結果、エッチング等の切削加工を施すことなく、リッド基板用ウエハ５０に凹部３ａを形成することができる。特に、リッド基板用ウエハ５０を切削する必要がないので、ウエハ５０に与える負荷を軽減することができ、圧電振動子１の品質向上化に繋げることができる。なお、印刷マスク５２の厚みや印刷回数等は、自由に設定して構わない。

また、上記実施形態において、ベース基板用ウエハ４０にスルーホールを形成する際、機械的にドリル加工することで形成したり、レーザ加工で形成したり、サンドブラスト加工で形成したりしても構わない。この際、ストレートのスルーホールを形成する場合には、ドリル加工及びレーザ加工を採用し、テーパー状のスルーホールを形成する場合には、サンドブラスト加工を採用すれば良い。
特に、スルーホールを簡便にしかも確実に形成する方法として、金型によるプレスで形成する方法が好ましい。この場合には、図２６に示すように、貫通孔形成工程Ｓ３２の際にセット工程３２ａと、プレス工程３２ｂと、冷却工程３２ｃとを行えば良い。これら各工程について、詳細に説明する。

まず、図２７に示すように、洗浄等が終了したベース基板用ウエハ４０を、下型８０と、下型８０に向けて突出したピン８１ａを有する上型８１との間にセットするセット工程３２ａを行う。なお、このピン８１ａは、先端に向かって径が漸次縮径するテーパー状に形成されている。また、上型８１には、ピン８１ａとは別に、下型８０に設けられた位置決め孔８０ａ内に入り込む位置決めピン８１ｂが取り付けられている。また、セット工程３２ａを行う前、ベース基板用ウエハ４０に位置決めピン８１ｂが挿通する挿通孔４０ａを開けておき、この挿通孔４０ａが位置決め孔８０ａに対向するようにセットする。

続いて、全体を炉の中に入れてベース基板用ウエハ４０を所定温度（ガラス軟化点以上の温度）に加熱すると共に、図２８に示すように下型８０と上型８１とでプレスし、上型８１のピン８１ａを利用してベース基板用ウエハ４０にスルーホールを形成するプレス工程３２ｂを行う。この際、上型８１の位置決め用ピン８１ａが、ベース基板用ウエハ４０の挿通孔４０ａを挿通すると共に、下型８０の位置決め孔８０ａに入り込む。従って、下型８０と上型８１とベース基板用ウエハ４０とがそれぞれ確実に位置決めされるので、スルーホールを所望する位置に高精度に形成することができる。そして、最後にベース基板用ウエハ４０を冷却固化させる冷却工程３２ｃを行う。これにより、貫通孔形成工程Ｓ３２が終了する。
特に、金型でプレスするだけの簡便な方法でスルーホールを一度に形成できるので、製造効率を高めることができる。しかも、テーパー状のスルーホールを形成することができる。

ところで、金型をプレスすることでスルーホールを形成する場合には、上述したように平面視円形状のウエハ４０を用いることが好ましい。つまり、ベース基板用ウエハ４０が円形状である場合には、プレス工程３２ｂによる加熱、冷却工程３２ｃによる冷却によってウエハに熱膨張、熱収縮が生じたとしても、途中で変形し難く、寸法精度、厚み精度を高いレベルに維持することができる。
仮に、平面視矩形状（例えば、平面視長方形状）のウエハである場合には、加熱、冷却によって膨張、収縮が生じたときに、途中で変形する恐れがあり、寸法精度、厚み精度が低くなってしまう。これは、ウエハに角部が存在するので、膨張時に角度付近に応力集中し易い。そのため、膨張具合と収縮具合とが不均一になってしまい、元の状態に戻り難いことが考えられる。また、平面視矩形状のウエハを利用した場合には、寸法精度、厚み精度が低くなるだけでなく、膨張具合と収縮具合との不均一の影響を受けてピン８１ａに無理な負荷が作用してしまい、ピン８１ａが変形或いは折れてしまう可能性もあった。
しかしながら、角部がない円形状のウエハを利用するので、加熱、冷却を伴ったプレス加工でスルーホールを形成したとしても、上述した問題が生じる恐れが少ない。なお、冷却工程３２ｃ後、ベース基板用ウエハ４０の両面を研磨しても構わない。こうすることで、より確実な貫通を実現することができる。

また、上記実施形態において、引き回し電極３６、３７上にバンプＢを形成する前に、引き回し電極３６、３７に対して少なくとも１０秒以上、プラズマ（例えば、酸素プラズマ）を照射してプラズマクリーニング処理を施すことが好ましい。これにより、塵埃等の汚染源を除去することができ、バンプＢが形成される面を清浄にすることができると共に、表面を改質することができる。特に、少なくとも１０秒はプラズマを照射するので、汚染源を残すことなく確実に除去することができる。よって、バンプＢとの密着性、接着性を向上することができ、バンプＢの剪断剥離強度を高めることができる。そのため、圧電振動片４のマウント性能を高めることができ、結果的に圧電振動子１の高品質化を図ることができる。

ここで、プラズマクリーニング処理をしないでバンプＢを形成した場合と、プラズマクリーニング処理を施した後にバンプＢを形成した場合とで、バンプＢを実際に引っ掻き試験した結果を図２９に示す。
なお、プラズマクリーニング処理を施した場合の試験は、プラズマを１０秒照射した場合と、３０秒照射した場合との２通りで試験した。また、引っ掻き試験は、いずれの場合も１００回行った。また、バンプＢを引っ掻く強度、即ち、剪断強度としては、プラズマクリーニング処理をしない場合には平均５５（ｇｆ）、プラズマを１０秒照射した場合には平均７８（ｇｆ）、プラズマを３０秒照射した場合には平均８３（ｇｆ）で試験した。
また、破断モードＡとは、引っ掻き試験した結果、バンプＢが除去されずほぼ完全な状態で残ったことを示すものである。破断モードＢとは、引っ掻き試験した結果、バンプＢが若干除去されたが大部分が残ったことを示すものである。破断モードＣとは、引っ掻き試験した結果、バンプＢの大部分が除去されてしまい、一部が若干残ったことを示すものである。破断モードＤとは、引っ掻き試験した結果、バンプＢの全てが除去されてしまったことを示すものである。

図２９に示すように、まず、プラズマクリーニング処理をしないで形成したバンプＢに対して引っ掻き試験をした結果、８５％が破断モードＣであり、破断モードＡに関しては０％であった。これに対して、プラズマクリーニング処理を施した後に形成したバンプＢに対して引っ掻き試験をした結果、プラズマの照射時間が１０秒、３０秒いずれの場合であっても、１００％が破断モードＡであった。しかも、引っ掻き強度（剪断強度）が大きいにも関わらず、全てが破断モードＡの状態であった。
このように、プラズマクリーニング処理を施した後にバンプＢを形成することで、バンプＢの剪断剥離強度が高くなったことが実際に確認できた。また、少なくとも１０秒プラズマを照射することで、十分な効果を発揮できることを確認できた。

また、上記実施形態において、バンプＢを形成する前に、ベース基板用ウエハ４０の上面を表面加工して、算術平均粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ以下とする表面加工工程を行うことが好ましい。表面加工の方法としては、例えば、ポリッシング等の鏡面研磨や、グライディングによる表面研削等がある。いずれの方法であっても、表面加工することでバンプＢが形成される土台となるベース基板用ウエハ４０の上面をできるだけ平滑した面に近づけることができる。そのため、やはりバンプＢとの密着性、接着性を向上することができ、バンプＢの剪断剥離強度を高めることができる。よって、この方法であっても圧電振動片４のマウント性能を高めることができ、結果的に圧電振動子１の高品質化を図ることができる。
特に、この方法と上述したプラズマクリーニング処理とを組み合わせることで、より効果を高めることができ、好ましい。

また、上記実施形態では、スルーホール３０、３１を図示しない導電体で埋めることで貫通電極３２、３３を形成したが、図３０に示す複数の金属微粒子Ｐ２を含んだペーストＰ３をスルーホール３０、３１に埋め、ペーストＰ３を硬化させることで図３１に示すように貫通電極８５、８６としても構わない。この場合、貫通電極８５、８６は、ペーストＰ３に含まれる複数の金属微粒子Ｐ２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。そのため、電極として確実に機能させることができる。

ここで、ペーストＰ３を利用して貫通電極８５、８６を形成する場合には、貫通電極形成工程Ｓ３３を以下のように行えば良い。
まず、スルーホール３０、３１内に金属微粒子Ｐ２を含んだペーストＰ３を隙間なく埋め込んでスルーホール３０、３１を塞ぐ充填工程を行う。続いて、充填したペーストＰ３を所定の温度で焼成して硬化させる焼成工程を行う。これにより、スルーホール３０、３１の内面にペーストＰ３が強固に固着した状態となる。ところで、硬化したペーストＰ３は、焼成時に図示しないペーストＰ３内の有機物が蒸発してしまうので、充填工程時に比べて体積が減少してしまう。そのため、ペーストＰ３の表面には、どうしても凹みが生じてしまう。

そこで、焼成後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を行う。この工程を行うことで、焼成によって硬化したペーストＰ３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、ペーストＰ３の表面を平坦にすることができる。これにより、ベース基板用ウエハ４０の表面と、貫通電極８５、８６の表面とをほぼ面一の状態にすることができる。この研磨工程を行うことで、貫通電極形成工程が終了する。
その結果、ペーストＰ３を利用して貫通電極８５、８６を形成することができる。なお、図３１では、テーパー状に形成されたスルーホール３０、３１の場合を例に挙げている。この場合には、スルーホール３０、３１を形成する際、サンドブラスト法や上述した金型によるプレスによって形成すれば良い。

また、ペーストＰ３を利用して貫通電極を形成する場合において、図３２に示すように、複数のガラスビーズＧＢを含ませたペーストＰ３を硬化させることで貫通電極８７、８８を形成しても構わない。この場合には、ガラスビーズＧＢの分だけペーストＰ３の量を少なくすることができるので、焼成によって減少する有機物の量を少なくすることができる。よって、ペーストＰ３の硬化後に現れる表面の凹みを無視できるほど小さくすることができる。従って、研磨工程をなくすことができる利点がある。

また、貫通電極の別の一例として、図３３に示すように、スルーホール３０、３１内に埋め込まれた筒体９１と、筒体９１の中心孔９１ａに挿入され、焼成によって一体的に固定された導電性の芯体９２とで貫通電極８９、９０を構成しても構わない。なお、この図３３においても、テーパー状に形成されたスルーホール３０、３１の場合を例に挙げている。

この場合の貫通電極形成工程は、以下のように行えばよい。
まず、スルーホール３０、３１内に筒体９１を埋め込むと共に、筒体９１の中心孔９１ａに芯材９２を挿入するセット工程を行う。なお、筒体９１は、図３４に示すように、ベース基板２と同じガラス材料によって予め仮焼成され、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ものを使用する。しかも、中心には筒体９１を貫通する中心孔９１ａが形成されており、外形がスルーホール３０、３１に合わせて円錐状（断面テーパ状）になるように形成されているものを使用する。一方、芯材９２は、図３３に示すように、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９１と同様にベース基板２と略同じ厚みに形成されているものを使用する。

そして、セット工程が終了した後、埋め込んだ筒体９１を所定の温度で焼成する焼成工程を行う。これにより、スルーホール３０、３１と筒体９１と芯材９２とを一体的に固定することができる。これにより、貫通電極８９、９０を形成することができ、貫通電極形成工程が終了する。
特に、ペーストＰ３ではなくガラスの筒体９１を利用しているので、焼成後に筒体９１の体積が減少し難く、表面に凹みが生じ難い。従って、やはり研磨工程を行うことなく、貫通電極８９、９０を形成することができる。

Claims (16)

1. 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、
   前記リッド基板用ウエハに、両ウエハが重ね合わされたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程と；
   前記ベース基板用ウエハを貫通する一対の貫通孔を複数形成する貫通孔形成工程と；
   複数形成された前記一対の貫通孔を導電体で埋めて、一対の貫通電極を複数形成する貫通電極形成工程と；
   前記ベース基板用ウエハの上面に、前記凹部の周囲を囲むように接合膜を形成する接合膜形成工程と；
   前記ベース基板用ウエハの上面に、前記一対の貫通電極に対してそれぞれ電気的に接続された引き回し電極を複数形成する引き回し電極形成工程と；
   前記引き回し電極を介して複数の前記圧電振動片を前記ベース基板用ウエハの上面に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、前記凹部と両ウエハとで囲まれる前記キャビティ内に圧電振動片を収納する重ね合わせ工程と；
   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前記接合膜を介して接合し、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、前記一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極を複数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。
2. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記マウント工程の際、前記引き回し電極上にバンプを形成した後、バンプを介して前記圧電振動片を前記ベース基板用ウエハの上面にバンプ接合する。
3. 請求項２に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記マウント工程の際、前記引き回し電極に対して少なくとも１０秒以上プラズマクリーニング処理を施した後に、前記パンプを形成する。
4. 請求項２に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記貫通孔形成工程後、前記ベース基板用ウエハの上面を表面加工して、算術平均粗さＲａを１０ｎｍ以下とする表面加工工程を行う。
5. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記接合工程の際、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陽極接合する。
6. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記凹部形成工程は、
   前記リッド基板用ウエハの表面に所定のパターンでペーストをスクリーン印刷する印刷工程と；
   印刷した前記ペーストを乾燥させる乾燥工程と；
   前記ペーストの塗り重ねによって前記凹部を形成するまで前記印刷工程と前記乾燥工程とを複数回繰り返し行った後、塗り重なって乾燥しているペーストを焼成する焼成工程と；
   を備える。
7. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記貫通孔形成工程は、
   下型と下型に向けて突出したピンを有する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；
   所定温度に加熱した状態で前記下型と前記上型とで前記ベース基板用ウエハをプレスし、前記ピンを利用して前記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る冷却工程と；
   を備える。
8. 請求項７に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記ベース基板用ウエハとして、平面視円形状のウエハを用いる。
9. 上面に接合膜が形成されたガラス材料からなるベース基板と；
   キャビティ用の凹部が形成され、凹部を前記ベース基板に対向させた状態でベース基板に前記接合膜を介して接合されたガラス材料からなるリッド基板と；
   前記凹部を利用して前記ベース基板と前記リッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納された状態で、ベース基板の上面に接合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一対の外部電極と；
   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、前記一対の外部電極に対してそれぞれ電気的に接続された一対の貫通電極と；
   前記ベース基板の上面に形成され、前記一対の貫通電極を接合された前記圧電振動片に対してそれぞれ電気的に接続する引き回し電極と；を備えている；
   ことを特徴とする圧電振動子。
10. 請求項９に記載の圧電振動子であって、
    前記圧電振動片は、バンプを介して前記ベース基板の上面にバンプ接合されている。
11. 請求項１０に記載の圧電振動子であって、
    前記バンプは、少なくとも１０秒以上プラズマクリーニング処理が施された領域に形成されている。
12. 請求項１０に記載の圧電振動子であって、
    前記ベース基板の上面は、算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下とされている。
13. 請求項１に記載の圧電振動子であって、
    前記ベース基板と前記リッド基板とは、陽極接合されている。
14. 請求項９から１３のいずれか１項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。
15. 請求項９から１３のいずれか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；
    ことを特徴とする電子機器。
16. 請求項９から１３のいずれか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；
    ことを特徴とする電波時計。

Images