JPWO2010061469A1 - 圧電振動子の製造方法、並びに圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Abstract

この圧電振動子は、第１の基板と第２の基板とが、間にキャビティを形成するように重ね合わせられて構成されたパッケージと；第１の基板の外表面に形成された外部電極と；キャビティ内に収容されるように第１の基板に形成された内部電極と；外部電極と内部電極とを電気的に接続するように第１の基板を貫通して形成された貫通電極と；キャビティ内に封止されると共に、キャビティ内で内部電極に電気的に接続された圧電振動片と；を備える圧電振動子であって、第１の基板と第２の基板とが、低融点ガラスからなる接合膜を介して接合され；接合膜は、第１の基板と第２の基板とを接合する際に所定の接合温度に加熱されると共に、前記接合の前に接合温度より高温に加熱されて形成されている。

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）の圧電振動子の製造方法、並びにこの製造方法によって製造される圧電振動子、この圧電振動子を有する発振器、電子機器及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。この主の圧電振動子として、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、圧電振動片は、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）内に収容されている。

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容されている。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等の点において優れており、好適に使用されている。

この種の圧電振動子として、下記特許文献１に示されるように、ガラスもしくはセラミックスからなる基板（ベース基板）に貫通穴を設け、貫通穴の内面および貫通穴の周囲上下面もしくはそのいずれかの部分に配線用金属を形成し、その貫通穴に合金を溶着して気密端子とし、基板面上に設置する水晶片（圧電振動片）が気密端子部の合金と直接もしくは基板面上の配線用金属を介して電気的接続する構成が知られている。この構成によれば、圧電振動子の外部から、気密端子、つまり基板を貫通するように形成された電極である貫通電極を介して圧電振動片に所定の駆動電圧を印加可能とされている。
また、この圧電振動子では、前記基板と、この基板に対して設けられた蓋（リッド基板）とが、蓋に形成された陽極接合用の金属膜を介して陽極接合されている。このように基板と蓋とを陽極接合する実施形態の一例としては、例えば金属膜を挟み込むように重ね合わせた基板及び蓋を陽極接合装置の電極板上にセットし、金属膜と電極板との間に所定の接合電圧を印加する方法が知られている。この方法によれば、金属膜と基板との界面に電気化学的な反応を生じさせることが可能となり、その結果、金属膜と基板とが互いに強固に密着して基板と蓋とが陽極接合される。

ところで、一般に圧電振動子は、等価抵抗値（実効抵抗値、Ｒｅ）がより低く抑えられたものが望まれている。等価抵抗値が低い圧電振動子は、低電力で圧電振動片を振動させることが可能であるため、エネルギー効率のよい高品質な圧電振動子になる。そして、等価抵抗値は、圧電振動片が封止されているキャビティ内が真空に近いほど、つまりキャビティ内の真空度が高いほど低く抑えられることが一般に知られている。
特開平６−２８３９５１号公報

しかしながら、前記従来の圧電振動子及びその製造方法では、まだ以下の課題が残されている。
始めに、陽極接合に用いる接合膜は、一般にフォトリソグラフィにより形成されるが、このフォトリソグラフィの実施に要する装置は高価であるため、陽極接合によってベース基板とリッド基板とを接合するためには費用が掛かるという問題がある。
次いで、陽極接合によりベース基板及びリッド基板を接合する場合、陽極接合の過程で接合膜と基板との界面が電気化学的に反応する際に、酸素を主とする反応ガスが生じてしまう。従って、この反応ガスが接合によりキャビティ内に封止されることでキャビティ内の真空度が低下してしまうため、圧電振動子の品質に影響を与えてしまうという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低コストで製造でき、且つキャビティ内の真空度の低下が抑制された高品質な２層構造タイプの表面実装型の圧電振動子、並びにこの圧電振動子の製造方法を提供することである。また、この圧電振動子を有する発振器、電子機器、電波時計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、第１の基板と第２の基板とが、間にキャビティを形成するように重ね合わせられて構成されたパッケージと；前記第１の基板の外表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第１の基板に形成された内部電極と；前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続するように前記第１の基板を貫通して形成された貫通電極と；前記キャビティ内に封止されると共に、前記キャビティ内で前記内部電極に電気的に接続された圧電振動片と；を備える圧電振動子を製造する方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方に、両基板を接合する接合膜を低融点ガラスで形成する接合膜形成工程と；前記第１の基板に形成された前記内部電極に前記圧電振動片を電気的に接続するマウント工程と；前記接合膜形成工程及び前記マウント工程後に、前記第１の基板及び前記第２の基板を、内部の圧力が制御可能な真空室に投入する投入工程と；前記接合膜形成工程及び前記マウント工程後に、前記接合膜を加熱する加熱工程と；前記投入工程後に、前記真空室の内部を減圧する減圧工程と；前記加熱工程及び前記減圧工程後に前記真空室の内部で、前記接合膜を所定の接合温度に加熱しながら、前記接合膜を挟み込むように前記第１の基板と前記第２の基板とを重ね合わせ、前記接合膜を介して両基板を接合する接合工程と；を備え、前記加熱工程の際、前記接合膜を前記接合温度より高温に加熱する。

上記製造方法によれば、接合膜形成工程において、接合膜を低融点ガラスで形成する。このため、接合膜を例えばスクリーン印刷等で形成することが可能となり、接合膜を形成する過程において従来技術で利用していたフォトリソグラフィに要する高価な装置を必要としないので、圧電振動子を低コストで製造することができる。

また、通常、低融点ガラス内には有機物や水分等が含まれているため、接合膜を加熱することで、接合膜内の有機物や水分等がアウトガスとして外部に放出される。
ここで、加熱工程において接合膜を接合温度より高温に加熱しているので、接合膜が接合温度に加熱されたときに接合膜から放出されうるアウトガスを、加熱工程において予め放出させることができる。従って、加熱工程後に実施する接合工程において接合膜を接合温度に加熱したときに接合膜から放出されるアウトガスをごく微量に抑えることができる。
以上より、接合膜から放出されるアウトガスによりキャビティ内の真空度が低下するのを抑制することが可能となり、高品質な圧電振動子を製造することができる。

なお、減圧工程を加熱工程後に実施する場合には、仮に投入工程後に加熱工程を実施することで真空室内にアウトガスが放出されていたとしても、このアウトガスを真空室の内部から取り除くことが可能となり、前述の作用効果をより確実に奏することができる。

（２）前記マウント工程の際、前記圧電振動片を前記内部電極に金バンプによりバンプ接合しても良い。

この場合、圧電振動片と内部電極とが金バンプによりバンプ接合されているので、両者間の導通を確実なものとし、より高品質な圧電振動子を製造することができる。しかも、従来から圧電振動片のマウントに利用されている導電性接着剤等に比べて、金は融点が高いので、接合工程において接合膜を接合温度に加熱するとき、及び加熱工程において接合膜を接合温度より高温に加熱するときであっても、これら加熱による影響を受けずに圧電振動片を確実に支持することが可能であり、より一層高品質な圧電振動子を製造することができる。

（３）前記接合温度は、３００℃以上であっても良い。

この場合、前記接合温度が３００℃以上なので、この製造方法によって製造された圧電振動子を一部品として他の製品に実装する際に、例えばリフロー方式等を採用することによって加熱を伴う場合であっても、アウトガスが生じるのを抑制することができる。これにより、圧電振動子の実装時に、圧電振動子の品質が低下するのを確実に抑制することができる。

（４）本発明に係る圧電振動子は、第１の基板と第２の基板とが、間にキャビティを形成するように重ね合わせられて構成されたパッケージと；前記第１の基板の外表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第１の基板に形成された内部電極と；前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続するように前記第１の基板を貫通して形成された貫通電極と；前記キャビティ内に封止されると共に、前記キャビティ内で前記内部電極に電気的に接続された圧電振動片と；を備える圧電振動子であって、前記第１の基板と前記第２の基板とが、低融点ガラスからなる接合膜を介して接合され；前記接合膜は、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する際に所定の接合温度に加熱されると共に、前記接合の前に前記接合温度より高温に加熱されて形成されている。

上記圧電振動子によれば、接合膜が低融点ガラスからなるので、接合膜を形成する過程でフォトリソグラフィに要する高価な装置を用いずに製造することが可能であり、低コストで製造することができる。また、接合膜が第１の基板と第２の基板との接合の前に接合温度より高温に加熱されているので、接合膜が接合温度に加熱されたときに接合膜から放出されうるアウトガスを、予め放出させておくことができる。従って、両基板の接合時に接合膜からアウトガスが放出されることを抑え、キャビティ内の真空度が低下するのを抑制することが可能となり、高品質な圧電振動子とすることができる。

（５）前記圧電振動片が、前記内部電極に金バンプによりバンプ接合されていても良い。

この場合、圧電振動片と内部電極とが金バンプによりバンプ接合されているので、両者間の導通を確実なものとし、より高品質な圧電振動子とすることができる。しかも、従来から圧電振動片のマウントに利用されている導電性接着剤等に比べて、金は融点が高いので、接合膜を加熱するときであっても、この加熱による影響を受けずに圧電振動片を確実に支持することが可能であり、より一層高品質な圧電振動子とすることができる。

（６）また、本発明に係る発振器は、上記（４）又は（５）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。

（７）また、本発明に係る電子機器は、上記（４）又は（５）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。

（８）また、本発明の電波時計は、上記（４）又は（５）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、電波時計及び電子機器によれば、低コストで且つ高品質な圧電振動子を有しているので、低コスト化及び高品質化を図ることができる。

本発明の圧電振動子の製造方法によれば、キャビティ内の真空度の低下が抑制された高品質な圧電振動子を低コストで製造することができる。
また、本発明の圧電振動子によれば、低コスト化及び高品質化を図ることができる。
また、この圧電振動子を有する発振器、電子機器、電波時計によれば、低コスト化及び高品質化を図ることができる。

図１は、本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。 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１１は、図１０に示す状態のベース基板用ウエハの全体図である。 図１２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、真空室内にベース基板用ウエハ及びリッド基板用ウエハを投入した状態を示す図である。 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、真空室内でベース基板用ウエハ及びリッド基板用ウエハを接合する状態を示す図である。 図１４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接合されたウエハ体の分解斜視図である。 図１５は、本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 図１６は、本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。 図１７は、本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１ 圧電振動子
２ ベース基板（第１の基板）
３ リッド基板（第２の基板）
４ 圧電振動片
５ パッケージ
３２、３３ 貫通電極
３５ 接合膜
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（第１の基板）
５０ リッド基板用ウエハ（第２の基板）
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
Ｂ 金バンプ
Ｃ キャビティ
Ｔ 接合温度
Ｖ 真空室

（圧電振動子）
以下、本発明に係る圧電振動子の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動子１においては、図１から図４に示すように、ベース基板（第１の基板）２とリッド基板（第２の基板）３とで２層に積層された箱状のパッケージ５が構成されている。そして、この圧電振動子１は、パッケージ５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、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。

また、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。

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及び図４に示すように、金バンプ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（内部電極）３６、３７上に形成された２つの金バンプ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ベース基板２に対して接合されている。

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。
ベース基板２には、このベース基板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を真っ直ぐに貫通するストレート形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の下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、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、例えばＡｇペースト等の導電材料によって構成されている。
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から図４に示すように、導電性材料（例えば、アルミニウム）により、一対の引き回し電極３６、３７がキャビティＣ内に収容されるようにパターニングされている。

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、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上にそれぞれ金バンプＢが形成されており、この金バンプ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。

そして、本実施形態では、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とが、低融点ガラスからなる接合膜３５を介して接合されている。図示の例では、接合膜３５は、ベース基板２の上面側に形成されており、更に、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、本実施形態では、接合膜３５は、ベース基板２とリッド基板３とを接合する際に所定の接合温度Ｔに加熱されると共に、前記接合の前に接合温度Ｔより高温に加熱されて形成されている。この点については、製造方法の説明の際に詳述する。

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。

（圧電振動子の製造方法）
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、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。なお、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、以下に説明するリッド基板用ウエハ５０、ベース基板用ウエハ４０を利用するものに限られず、例えば予め圧電振動子１のベース基板２及びリッド基板３の外形に寸法を合わせたチップ状のものを用い、一度に一つのみ製造するものでも良い。

初めに、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）。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、上記工程と同時或いは前後のタイミングで、後にリッド基板３となるリッド基板用ウエハ５０を、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、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（Ｓ３２）。

次に、図１０に示すように、ベース基板用ウエハ４０の上面に接合膜３５を低融点ガラスで形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３３）。この際、例えば常温でゲル状の低融点ガラスをベース基板用ウエハ４０の上面にスクリーン印刷等で印刷した後、焼成して焼き固め、常温まで徐冷することで接合膜３５を形成する。
次に、図１０及び図１１に示すように、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、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（Ｓ３４）。なお、図１１においては、図面を見易くするため、接合膜３５の図示を省略している。
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（Ｓ３３）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３４）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（Ｓ３４）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３３）を行っても構わない。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）。この際まず、一対の引き回し電極３６、３７上にそれぞれ金バンプＢを形成する。そして、圧電振動片４の基部１２を金バンプＢ上に載置した後、金バンプＢを所定温度に加熱しながら圧電振動片４を金バンプＢに押し付ける。これにより、圧電振動片４は、金バンプ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。

次に、図１２に示すように、リッド基板用ウエハ５０及びベース基板用ウエハ４０を、内部の圧力が制御可能な真空室Ｖに投入する投入工程を行う（Ｓ４５）。
次に、接合膜３５を接合温度Ｔより高温に加熱する加熱工程を行う（Ｓ５０）。ここで、接合温度Ｔとは、後述する接合工程（Ｓ７０）において接合膜３５を加熱する温度であり、本実施形態では接合温度Ｔは３００℃である。つまり、加熱工程においては、接合膜３５を３００℃より高温に一定時間加熱する。なお、接合膜３５を加熱するとは、単に接合膜３５のみを加熱する場合に限られるものではなく、接合膜３５が形成されているベース基板用ウエハ４０と共に接合膜３５を加熱する場合等も含まれる。

また、本実施形態では、真空室Ｖには、対向して設けられると共に互いに接近及び離間が可能とされた図示しない一対のウエハ把持手段が備えられている。そして、リッド基板用ウエハ５０及びベース基板用ウエハ４０を真空室Ｖに投入する際、図１２に示すように、各ウエハ４０、５０の上面が対向し且つ両ウエハ４０、５０が離間した状態で、各ウエハ把持手段にそれぞれのウエハ４０、５０をセットする。なおこの際、例えば図示しない基準マーク等を指標としてアライメントした状態で各ウエハ４０、５０をウエハ把持手段にセットしても良い。

ここで、通常、低融点ガラス内には有機物や水分等が含まれているため、接合膜３５を加熱することで、接合膜３５内の有機物や水分等がアウトガスとして外部に放出される。この加熱工程においては、接合膜３５を接合温度Ｔより高温に加熱しているので、接合膜３５が接合温度Ｔに加熱されたときに接合膜３５から放出されうるアウトガスを予め放出させることができる。
次に、真空室Ｖの内部を減圧する減圧工程を行う（Ｓ６０）。本実施形態では、真空室Ｖには、真空室Ｖ内部の圧力が制御可能な真空ポンプＶ１が設けられており、この真空ポンプＶ１により真空室Ｖの内部を減圧する。これにより、加熱工程において放出されたアウトガスが、真空室Ｖの内部から取り除かれる。

次に、図１３に示すように、減圧工程後に真空室Ｖの内部で、接合膜３５を介してリッド基板用ウエハ５０及びベース基板用ウエハ４０を接合する接合工程を行う（Ｓ７０）。この際、本実施形態では、接合膜３５を接合温度Ｔである３００℃に加熱しながら、前記ウエハ把持手段を互いに近接させて、接合膜３５を挟み込むようにリッド基板用ウエハ５０とベース基板用ウエハ４０とを重ね合わせることで行う。更に、前記ウエハ把持手段によって、両ウエハ４０、５０を互いに接合膜３５を挟み込むように加圧しながら行う。そして、両ウエハ４０、５０の確実な接合のために、接合膜３５の接合温度Ｔでの加熱及び両ウエハ４０、５０の加圧を一定時間維持する。

これにより、図１４に示すように、両ウエハ４０、５０が接合され、ベース基板用ウエハ４０にマウントされた圧電振動片４を、両ウエハ４０、５０の間に形成されるキャビティ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とが接合したウエハ体６０を得ることができる。なお、前記一定時間は、接合温度Ｔ、両ウエハ４０、５０を加圧する力、及び接合膜３５として用いる低融点ガラスの歪点等によって適宜変更させることが可能である。また、図１４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、更にベース基板用ウエハ４０における接合膜３５の図示を省略している。また、図１４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。

次に、真空室Ｖからウエハ体６０を取り出し、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（Ｓ８０）。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（Ｓ９０）。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後、接合されたウエハ体６０を図１４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（Ｓ１００）。その結果、互いに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（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。

その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ１１０）。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。

以上に示したように、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法においては、接合膜形成工程において、接合膜３５を低融点ガラスで形成する。このため、接合膜３５を前述のように例えばスクリーン印刷等で形成することが可能となり、接合膜３５を形成する過程において従来技術で利用していたフォトリソグラフィに要する高価な装置を必要としないので、圧電振動子１を低コストで製造することができる。

また、接合工程を、減圧工程後に真空室Ｖの内部で実施し、つまり加熱工程後に実施している。従って、接合工程において接合膜３５を接合温度に加熱したときに接合膜３５から放出されるアウトガスをごく微量に抑えることができるため、接合膜３５から放出されるアウトガスによりキャビティＣ内の真空度が低下するのを抑制することが可能となり、高品質な圧電振動子１を製造することができる。

また、圧電振動片４と引き回し電極３６、３７とが金バンプＢによりバンプ接合されているので、両者間の導通を確実なものとし、より高品質な圧電振動子１を製造することができる。しかも、従来から圧電振動片４のマウントに利用されている導電性接着剤等に比べて、金は融点が高いので、接合工程において接合膜３５を接合温度Ｔに加熱するとき、及び加熱工程において接合膜３５を接合温度Ｔより高温に加熱するときであっても、この加熱による影響を受けずに圧電振動片４を確実に支持することが可能であり、より一層高品質な圧電振動子１を製造することができる。

また、接合工程における接合温度Ｔが３００℃以上なので、この製造方法によって製造された圧電振動子１を一部品として他の製品に実装する際に、例えばリフロー方式等を採用することによって加熱を伴う場合であっても、アウトガスが生じるのを抑制することができる。これにより、圧電振動子１の実装時に、圧電振動子１の品質が低下するのを確実に抑制することができる。

（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１５を参照しながら説明する。図１５は、圧電振動子１を備えた発振器の構成を示す図である。

本実施形態の発振器１００は、図１５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、この圧電振動子１内の圧電振動片４が振動し、この振動が、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によれば低コスト化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も低コスト化及び高品質化されている。

（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１６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（電子機器）１１０は、図１６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、この振動が圧電振動片４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、低コスト化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器１１０自体も低コスト化及び高品質化されている。

（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１７を参照して説明する。図１７は、上述した圧電振動子１を有する電波時計の構成を示す図である。
本実施形態の電波時計１３０は、図１７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。

図１７を参照して、電波時計１３０の機能的構成について説明する。
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圧電振動子部１３４、１３５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１３６により検波復調される。続いて、波形整形回路１３７を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３８でカウントされる。ＣＰＵ１３８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、ＲＴＣ１３９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、圧電振動子部１３４、１３５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、低コスト化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、電波時計１３０自体も低コスト化及び高品質化されている。

なお、本発明の技術的範囲は前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、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の更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、リッド基板３に凹部３ａを設けることでキャビティＣを形成したが、これに限られず、例えばベース基板２に凹部を設けることでキャビティＣを形成しても良く、両基板２、３に凹部を設けてキャビティＣを形成しても良い。
また、上記実施形態では、ベース基板２に接合膜３５が形成されるものとしたが、これに限られず、リッド基板３に接合膜を形成しても良く、両基板２、３に接合膜を形成しても良い。

また、上記実施形態では、圧電振動片４を引き回し電極３６、３７に金バンプＢによって接合するものとしたが、金バンプＢによるものに限られない。
また、上記実施形態では、接合工程において、接合温度Ｔを３００℃としたが、これに限られない。但し、接合温度Ｔは３００℃以上であることが好ましい。また、接合温度Ｔは、圧電振動片４として水晶を用いる場合には、高くとも水晶の圧電性に係る転移点である相転移温度より低いことが好ましい。

また、上記実施形態では、マウント工程（Ｓ４０）、投入工程（Ｓ４５）、加熱工程（Ｓ５０）、減圧工程（Ｓ６０）の順で圧電振動子１を製造するものとしたが、これに限られるものではない。投入工程（Ｓ４５）及び加熱工程（Ｓ５０）は、マウント工程（Ｓ４０）後に実施されれば良く、また、減圧工程（Ｓ６０）は、投入工程（Ｓ４５）後に実施されれば良い。例えば、マウント工程（Ｓ４０）、加熱工程（Ｓ５０）、投入工程（Ｓ４５）、減圧工程（Ｓ６０）の順で圧電振動子を製造しても良く、マウント工程（Ｓ４０）、投入工程（Ｓ４５）、減圧工程（Ｓ６０）、加熱工程（Ｓ５０）の順で圧電振動子を製造しても良い。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

Claims (8)

1. 第１の基板と第２の基板とが、間にキャビティを形成するように重ね合わせられて構成されたパッケージと；
   前記第１の基板の外表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第１の基板に形成された内部電極と；
   前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続するように前記第１の基板を貫通して形成された貫通電極と；
   前記キャビティ内に封止されると共に、前記キャビティ内で前記内部電極に電気的に接続された圧電振動片と；を備える圧電振動子を製造する方法であって、
   前記第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方に、両基板を接合する接合膜を低融点ガラスで形成する接合膜形成工程と；
   前記第１の基板に形成された前記内部電極に前記圧電振動片を電気的に接続するマウント工程と；
   前記接合膜形成工程及び前記マウント工程後に、前記第１の基板及び前記第２の基板を、内部の圧力が制御可能な真空室に投入する投入工程と；
   前記接合膜形成工程及び前記マウント工程後に、前記接合膜を加熱する加熱工程と；
   前記投入工程後に、前記真空室の内部を減圧する減圧工程と；
   前記加熱工程及び前記減圧工程後に前記真空室の内部で、前記接合膜を所定の接合温度に加熱しながら、前記接合膜を挟み込むように前記第１の基板と前記第２の基板とを重ね合わせ、前記接合膜を介して両基板を接合する接合工程と；を備え、
   前記加熱工程の際、前記接合膜を前記接合温度より高温に加熱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、前記圧電振動片を前記内部電極に金バンプによりバンプ接合する圧電振動子の製造方法。
3. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記接合温度は、３００℃以上である圧電振動子の製造方法。
4. 第１の基板と第２の基板とが、間にキャビティを形成するように重ね合わせられて構成されたパッケージと；
   前記第１の基板の外表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第１の基板に形成された内部電極と；
   前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続するように前記第１の基板を貫通して形成された貫通電極と；
   前記キャビティ内に封止されると共に、前記キャビティ内で前記内部電極に電気的に接続された圧電振動片と；を備える圧電振動子であって、
   前記第１の基板と前記第２の基板とが、低融点ガラスからなる接合膜を介して接合され；
   前記接合膜は、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する際に所定の接合温度に加熱されると共に、前記接合の前に前記接合温度より高温に加熱されて形成されている圧電振動子。
5. 請求項４に記載の圧電振動子であって、
   前記圧電振動片が、前記内部電極に金バンプによりバンプ接合されている圧電振動子。
6. 請求項４又は５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発振器。
7. 請求項４又は５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電子機器。
8. 請求項４又は５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電波時計。

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