WO2010023729A1 - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計 - Google Patents

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由美 山口
一義 須釜
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Definitions

  • the present invention relates to a surface mount type (SMD) piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is sealed in a cavity formed between two bonded substrates, a manufacturing method thereof, an oscillator having a piezoelectric vibrator,
  • SMD surface mount type
  • the present invention relates to electronic devices and radio clocks.
  • a piezoelectric vibrator using crystal or the like is used as a timing source such as a time source or a control signal, a reference signal source, or the like in a mobile phone or a portable information terminal.
  • a timing source such as a time source or a control signal, a reference signal source, or the like in a mobile phone or a portable information terminal.
  • Various types of piezoelectric vibrators of this type are known, and one of them is a surface mount type (SMD, Surface Mount Device) piezoelectric vibrator.
  • SMD Surface Mount Device
  • FIG. 19 is a plan view showing a state in which the lid substrate of the piezoelectric vibrator according to the prior art is removed
  • FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
  • a package 209 is formed by a base substrate 201 and a lid substrate 202, and the piezoelectric vibrating piece 203 is housed in a cavity C formed inside the package 209. Things have been proposed.
  • the base substrate 201 and the lid substrate 202 are bonded by anodic bonding with a bonding film 207 disposed therebetween.
  • a piezoelectric vibrator having a lower equivalent resistance value (effective resistance value, Re) is desired.
  • a piezoelectric vibrator having a low equivalent resistance value can vibrate the piezoelectric vibrating piece with low power, and thus becomes a piezoelectric vibrator with good energy efficiency.
  • As a general method for suppressing the equivalent resistance value as shown in FIG. 19, the inside of the cavity C in which the piezoelectric vibrating piece 203 is sealed is brought close to a vacuum, and the series having a proportional relationship with the equivalent resistance value is provided. A method of reducing the resonance resistance value (R1) is known.
  • the getter material 220 is formed along the length direction of the vibrating arm portion 210 on both outer sides of the pair of vibrating arm portions 210 in the width direction of the piezoelectric vibrating piece 203.
  • the getter material 220 is gettered, the product adheres to the vibrating arm portion 210 and the frequency of the piezoelectric vibrating piece 203 fluctuates.
  • the metal weight material 211 provided at the tip of the vibrating arm 210 is irradiated with laser, and the metal weight material 211 is trimmed to finely adjust the frequency of the piezoelectric vibrating piece 203 (fine adjustment step). It is common to do it. However, if the frequency after the gettering step is significantly out of the allowable range, it is difficult or impossible to keep the frequency of the piezoelectric vibrating piece 203 within the allowable range in the fine adjustment step.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a piezoelectric vibrator capable of adjusting the frequency after gettering, a manufacturing method thereof, an oscillator, an electronic device, and a radio timepiece. Objective.
  • the inventors of the present application have found the following technology through experiments.
  • gettering is performed in a region adjacent to the tip of the vibrating arm portion of the piezoelectric vibrating piece, a product accompanying the gettering mainly adheres to the tip of the vibrating arm portion.
  • the weight of the tip corresponding to a spring-mass type mass
  • the frequency of the piezoelectric vibrating piece decreases.
  • gettering is performed in a region adjacent to the proximal end portion of the vibrating arm portion
  • the product adheres mainly to the proximal end portion of the vibrating arm portion.
  • the increase in the rigidity of the base end portion becomes dominant, and the frequency of the piezoelectric vibrating piece increases.
  • the piezoelectric vibrator manufacturing method includes a tuning fork-type piezoelectric vibrating piece having a pair of vibrating arm portions, a package containing the piezoelectric vibrating piece, and the vibrating arm corresponding to the vibrating arm portion.
  • An adjustment film formed along the longitudinal direction of the portion, and the degree of vacuum in the package can be improved by irradiating the adjustment film with a laser to evaporate a part of the adjustment film
  • the degree of vacuum in the package is adjusted to a certain level or more by evaporating a part of the adjustment film, and at the same time, the frequency is within an allowable range using the adjustment film.
  • a certain level means a state in which the series resonance resistance value does not vary greatly even if the degree of vacuum is further improved. Thereby, an appropriate series resonance resistance value can be ensured.
  • the allowable frequency range is the nominal frequency of the piezoelectric vibrator for ensuring quality.
  • the adjustment film is formed adjacent to the vicinity of the vibrating arm portion when viewed in plan. Therefore, when the adjustment film is irradiated with a laser and evaporated, the adjustment film is locally deposited on the side surface of the vibrating arm portion located in the vicinity of the irradiation position. At this time, if the position where the adjustment film is deposited is on the base end side of the vibrating arm portion, the frequency tends to be high, and if the position is on the tip end side, the frequency tends to be low. Therefore, the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be increased or decreased by changing the laser irradiation position of the adjustment film.
  • the laser irradiation position of the adjustment film is determined, and the evaporated adjustment film is locally deposited on the side surface of the vibration arm part.
  • the vibration characteristics can be changed. Therefore, simultaneously with the gettering, the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be adjusted within an allowable range.
  • a pair of adjustment films formed along the longitudinal direction of the vibrating arm portion corresponding to each of the pair of vibrating arm portions, and when the part of the adjustment film is evaporated,
  • the adjustment film is characterized in that a part of the adjustment film is evaporated by irradiating the laser to a symmetrical position via the central axis of the pair of vibrating arms.
  • the pair of adjustment films is formed in a state adjacent to the vicinity (outside) of the pair of vibrating arms when viewed in plan. Therefore, when the adjustment film is irradiated with a laser and evaporated, the adjustment film is locally deposited on the side surface of the vibrating arm portion located in the vicinity of the irradiation position.
  • the adjustment film deposited on the side surfaces of the pair of vibrating arms can be made substantially uniform by irradiating the laser at symmetrical positions via the central axes of the pair of vibrating arms in the pair of adjusting films. it can. Therefore, stable vibration characteristics can be obtained even after the gettering step, and vibration leakage can be reduced. As a result, the yield can be improved.
  • the piezoelectric vibrator according to the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method. By configuring in this way, it is possible to obtain a piezoelectric vibrator in which the degree of vacuum in the package is adjusted to a certain level or more during the gettering process, and at the same time the frequency is adjusted within an allowable range using the adjustment film. it can. That is, it is possible to provide a highly accurate piezoelectric vibrator whose frequency is reliably adjusted within an allowable range. In addition, the yield can be improved.
  • the oscillator according to the present invention is characterized in that the above-described piezoelectric vibrator is electrically connected to an integrated circuit as an oscillator. Furthermore, an electronic device according to the present invention is characterized in that the above-described piezoelectric vibrator is electrically connected to a time measuring unit.
  • the radio timepiece according to the present invention is characterized in that the piezoelectric vibrator described above is electrically connected to the filter unit.
  • the oscillator, electronic device, and radio timepiece according to the present invention include a piezoelectric vibrator that can adjust the frequency after gettering, the yield of the oscillator, the electronic device, and the radio timepiece is improved, and the cost is reduced.
  • a highly accurate oscillator, electronic device, and radio timepiece can be obtained.
  • the actually measured frequency is compared with the allowable range, the laser irradiation position of the adjustment film is determined, and the evaporated adjustment film is formed on the side surface of the vibrating arm portion.
  • the vibration characteristics of the vibrating arm can be changed. Therefore, simultaneously with the gettering, the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be adjusted within an allowable range.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an embodiment of a piezoelectric vibrator according to the present invention.
  • FIG. 2 is an internal configuration diagram of the piezoelectric vibrator shown in FIG. 1, and is a view of the piezoelectric vibrator as viewed from above with the lid substrate removed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the piezoelectric vibrator taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a top view of the piezoelectric vibrating piece constituting the piezoelectric vibrator shown in FIG. 6 is a bottom view of the piezoelectric vibrating piece shown in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of manufacturing the piezoelectric vibrator shown in FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a subroutine of the gettering process of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a step in manufacturing the piezoelectric vibrator according to the flowchart shown in FIG. 8, in which a plurality of recesses and bonding films are formed on the lid substrate wafer that is the base of the lid substrate.
  • FIG. FIG. 11 is a diagram showing one process in manufacturing a piezoelectric vibrator according to the flowchart shown in FIG. 8, in which a getter material, a through electrode, a lead-out electrode, and a bond are formed on a base substrate wafer that is a base substrate.
  • FIG. 12 is an overall view of the base substrate wafer in the state shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a process for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the flowchart illustrated in FIG. 8, and includes a base substrate wafer, a lid substrate wafer, and a piezoelectric substrate in a state where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in the cavity. It is a disassembled perspective view of the wafer body by which anodic bonding was carried out.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating one process when the piezoelectric vibrator is manufactured according to the flowchart illustrated in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a laser light irradiation portion of the getter material in the gettering process.
  • FIG. 15 is a diagram showing one process when the piezoelectric vibrator is manufactured along the flowchart shown in FIG. 8, and is a diagram showing a state in which the getter material is heated and evaporated.
  • FIG. 16 is a block diagram showing an embodiment of the oscillator according to the present invention.
  • FIG. 17 is a configuration diagram showing an embodiment of an electronic apparatus according to the invention.
  • FIG. 18 is a block diagram showing an embodiment of a radio timepiece according to the present invention.
  • FIG. 19 is a plan view of a state in which a lid substrate of a piezoelectric vibrator according to a conventional technique is removed.
  • 20 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
  • Piezoelectric vibrator 2 Base substrate (package) 3 Lid board (package) 4 Piezoelectric vibrating piece 10 Vibrating arm portion 11 Vibrating arm portion 34 Getter material (adjustment film) 40 Base substrate wafer (package) 50 Lid substrate wafer (package) DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Oscillator 101 Oscillator integrated circuit 110 Portable information device (electronic device) 113 Timekeeping Unit of Electronic Equipment 130 Radio Clock 131 Radio Frequency Filter Filter L Center shaft
  • the piezoelectric vibrator 1 is formed in a box shape in which a base substrate 2 and a lid substrate 3 are laminated in two layers, and the piezoelectric vibrating reed 4 is placed in an internal cavity C.
  • This is a housed surface mount type piezoelectric vibrator.
  • the excitation electrode 15, the extraction electrodes 19 and 20, the mount electrodes 16 and 17, and the weight metal film 21, which will be described later, are omitted for easy understanding of the drawing.
  • the piezoelectric vibrating piece 4 is a tuning fork type vibrating piece formed from a piezoelectric material such as quartz crystal, lithium tantalate or lithium niobate, and when a predetermined voltage is applied. It vibrates.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 includes a pair of vibrating arm portions 10 and 11 arranged in parallel, a base portion 12 that integrally fixes the base end sides of the pair of vibrating arm portions 10 and 11, and a pair of vibrating arm portions.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 of the present embodiment includes groove portions 18 formed on both main surfaces of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 along the longitudinal direction of the vibrating arm portions 10 and 11, respectively. .
  • the groove portion 18 is formed from the proximal end side of the vibrating arm portions 10 and 11 to the vicinity of the middle.
  • the excitation electrode 15 including the first excitation electrode 13 and the second excitation electrode 14 is an electrode that vibrates the pair of vibrating arm portions 10 and 11 at a predetermined resonance frequency in a direction approaching or separating from each other. Patterned on the outer surfaces of the vibrating arm portions 10 and 11 while being electrically separated from each other. Specifically, as shown in FIG. 7, the first excitation electrode 13 is mainly formed on the groove portion 18 of one vibration arm portion 10 and on both side surfaces of the other vibration arm portion 11. The excitation electrode 14 is mainly formed on both side surfaces of one vibration arm portion 10 and on the groove portion 18 of the other vibration arm portion 11.
  • the first excitation electrode 13 and the second excitation electrode 14 are mounted on the main surfaces of the base portion 12 via the extraction electrodes 19 and 20, respectively, on the main electrodes 12 and 17. Is electrically connected. A voltage is applied to the piezoelectric vibrating reed 4 via the mount electrodes 16 and 17.
  • the excitation electrode 15, the mount electrodes 16 and 17, and the extraction electrodes 19 and 20 described above are made of a conductive film such as chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), or titanium (Ti). It is formed.
  • a weight metal film 21 is coated on the tip side of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 in order to adjust (frequency adjustment) the vibration state of itself within a predetermined frequency range. Yes.
  • the weight metal film 21 is divided into a coarse adjustment film 21a used when the frequency is roughly adjusted and a fine adjustment film 21b used when the frequency is finely adjusted. By adjusting the frequency using the coarse adjustment film 21a and the fine adjustment film 21b, the frequency of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 can be kept within the range of the nominal frequency of the device.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 configured as described above is bump-bonded to the upper surface of the base substrate 2 using bumps B such as gold as shown in FIGS. More specifically, bump bonding is performed with a pair of mount electrodes 16 and 17 in contact with two bumps B formed on routing electrodes 36 and 37 (described later) patterned on the upper surface of the base substrate 2. ing. As a result, the piezoelectric vibrating reed 4 is supported in a state of floating from the upper surface of the base substrate 2 and the mount electrodes 16 and 17 and the routing electrodes 36 and 37 are electrically connected to each other. Note that the bonding method of the piezoelectric vibrating reed 4 is not limited to bump bonding.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 may be joined with a conductive adhesive.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 can be lifted from the upper surface of the base substrate 2, and a minimum vibration gap necessary for vibration can be secured naturally. Therefore, it is preferable to perform bump bonding.
  • the lid substrate 3 is a transparent insulating substrate made of a glass material, for example, soda-lime glass, and is formed in a plate shape as shown in FIGS.
  • a rectangular recess 3 a in which the piezoelectric vibrating reed 4 is accommodated is formed on the bonding surface side to which the base substrate 2 is bonded.
  • the recess 3 a is a cavity recess that serves as a cavity C that accommodates the piezoelectric vibrating reed 4 when the substrates 2 and 3 are overlapped.
  • the lid substrate 3 is anodically bonded to the base substrate 2 with the recess 3a facing the base substrate 2 side. Note that the method of bonding the base substrate 2 and the lid substrate 3 is not limited to anodic bonding. However, anodic bonding is preferable because both substrates 2 and 3 can be firmly bonded.
  • the base substrate 2 is a transparent insulating substrate made of a glass material, for example, soda lime glass, like the lid substrate 3, and has a size that can be superimposed on the lid substrate 3 as shown in FIGS. It is formed in a plate shape.
  • the base substrate 2 is formed with a pair of through holes 30 and 31 penetrating the base substrate 2. At this time, the pair of through holes 30 and 31 are formed so as to be accommodated in the cavity C. More specifically, in the through holes 30 and 31 of the present embodiment, one through hole 30 is located on the base 12 side of the mounted piezoelectric vibrating reed 4, and the other through hole is on the tip side of the vibrating arm portions 10 and 11. It is formed so that the hole 31 is located.
  • the pair of through holes 30 and 31 are formed with a pair of through electrodes 32 and 33 formed so as to fill the through holes 30 and 31. As shown in FIG. 3, these through-electrodes 32 and 33 completely close the through-holes 30 and 31 to maintain airtightness in the cavity C, and also lead to external electrodes 38 and 39 to be described later and lead-out electrodes 36 and 37. It plays a role of conducting.
  • the upper surface side of the base substrate 2 (the bonding surface side to which the lid substrate 3 is bonded) is irradiated with a laser to improve the degree of vacuum in the cavity C (adjustment).
  • a film) 34, a bonding film 35 for anodic bonding, and a pair of routing electrodes 36 and 37 are patterned. Note that the bonding film 35 and the pair of routing electrodes 36 and 37 are formed of a conductive material (for example, aluminum).
  • the getter material 34 extends from the proximal end side to the distal end side along the longitudinal direction of the vibrating arm portions 10 and 11 in a state adjacent to the vicinity of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 when viewed in plan. Further, it is made of aluminum or the like. More specifically, the getter material 34 is disposed on the outer surface side of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 and through the central axis L of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 as shown in FIGS. Are formed in symmetrical positions.
  • the bonding film 35 is formed along the periphery of the base substrate 2 so as to surround the periphery of the recess 3 a formed in the lid substrate 3.
  • the pair of lead-out electrodes 36 and 37 electrically connect one of the through electrodes 32 and 33 of the pair of through electrodes 32 and 33 to one of the mount electrodes 16 of the piezoelectric vibrating reed 4 and the other through electrode. 33 and the other mount electrode 17 of the piezoelectric vibrating reed 4 are patterned so as to be electrically connected. More specifically, the one lead-out electrode 36 is formed directly above the one through electrode 32 so as to be positioned directly below the base 12 of the piezoelectric vibrating piece 4. The other routing electrode 37 is routed from the position adjacent to the one routing electrode 36 along the vibrating arm portions 10 and 11 to the distal end side of the vibrating arm portions 10 and 11, and then the other through electrode 33. It is formed so that it may be located just above.
  • Bumps B are formed on the pair of routing electrodes 36 and 37, and the piezoelectric vibrating reed 4 is mounted using the bumps B.
  • one mount electrode 16 of the piezoelectric vibrating reed 4 is electrically connected to one through electrode 32 through one routing electrode 36, and the other mount electrode 17 is passed through the other routing electrode 37 to the other penetration electrode.
  • the electrode 33 is electrically connected.
  • external electrodes 38 and 39 that are electrically connected to the pair of through electrodes 32 and 33 are formed on the lower surface of the base substrate 2. . That is, one external electrode 38 is electrically connected to the first excitation electrode 13 of the piezoelectric vibrating reed 4 via one through electrode 32 and one routing electrode 36. The other external electrode 39 is electrically connected to the second excitation electrode 14 of the piezoelectric vibrating reed 4 via the other through electrode 33 and the other routing electrode 37.
  • a predetermined drive voltage is applied to the external electrodes 38 and 39 formed on the base substrate 2.
  • a current can flow through the excitation electrode 15 including the first excitation electrode 13 and the second excitation electrode 14 of the piezoelectric vibrating reed 4, and is predetermined in a direction in which the pair of vibrating arm portions 10 and 11 are approached and separated.
  • Can be vibrated at a frequency of The vibration of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 can be used as a time source, a control signal timing source, a reference signal source, and the like.
  • piezoelectric vibrator manufacturing method Next, referring to the flowcharts shown in FIGS. 8 and 9, the piezoelectric vibrator 1 described above is used at once using the base substrate wafer (base substrate) 40 and the lid substrate wafer (lid substrate) 50.
  • a production method for producing a plurality of products is described below.
  • a plurality of piezoelectric vibrators 1 are manufactured at a time using a wafer-like substrate, but the present invention is not limited to this. It is also possible to process only one product and manufacture only one at a time.
  • the piezoelectric vibrating reed manufacturing step is performed to manufacture the piezoelectric vibrating reed 4 shown in FIGS. 5 to 7 (S10). Specifically, a quartz Lambert rough is first sliced at a predetermined angle to obtain a wafer having a constant thickness. Subsequently, the wafer is lapped and roughly processed, and then the work-affected layer is removed by etching, and then mirror polishing such as polishing is performed to obtain a wafer having a predetermined thickness.
  • the wafer is patterned with the outer shape of the piezoelectric vibrating reed 4 by a photolithography technique, and a metal film is formed and patterned, so that the excitation electrode 15, Lead electrodes 19 and 20, mount electrodes 16 and 17, and weight metal film 21 are formed. Thereby, the some piezoelectric vibrating piece 4 is producible.
  • the resonance frequency is coarsely adjusted. This is done by irradiating the coarse adjustment film 21a of the weight metal film 21 with laser light to evaporate a part thereof and changing the weight. Note that fine adjustment for adjusting the resonance frequency with higher accuracy is performed after mounting. This will be described later.
  • a first wafer manufacturing process is performed in which a lid substrate wafer 50 to be the lid substrate 3 later is manufactured up to a state immediately before anodic bonding (S20).
  • a disk-shaped lid substrate wafer 50 is formed by removing the outermost work-affected layer by etching or the like (S21).
  • a recess forming step is performed for forming a plurality of cavity recesses 3a in the matrix direction by etching or the like on the bonding surface of the lid substrate wafer 50 (S22). At this point, the first wafer manufacturing process is completed.
  • a second wafer manufacturing process is performed in which the base substrate wafer 40 to be the base substrate 2 is manufactured up to the state immediately before anodic bonding (S30).
  • a disk-shaped base substrate wafer 40 is formed by removing the outermost work-affected layer by etching or the like (S31).
  • a through electrode forming step of forming a plurality of pairs of through electrodes 32 and 33 on the base substrate wafer 40 is performed (S32). Specifically, first, a plurality of a pair of through holes 30 and 31 are formed by a method such as sandblasting or press working. A pair of through electrodes 32 and 33 are formed in the plurality of pairs of through holes 30 and 31. The pair of through-holes 32 and 33 seals the pair of through holes 30 and 31 and ensures electrical conductivity between the upper surface side and the lower surface side of the base substrate wafer 40.
  • the getter material 34 extends from the proximal end side to the distal end side along the longitudinal direction of the vibrating arm portions 10 and 11 in a state adjacent to the vicinity of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 when viewed in plan. And formed on the outer surface side of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 and at symmetrical positions via the central axis L (see FIG. 2) of the pair of vibrating arm portions 10 and 11.
  • a conductive film is patterned on the upper surface of the base substrate wafer 40 to perform a bonding film forming step for forming the bonding film 35 (S34), and each pair of through electrodes
  • the dotted line M shown in FIG.11 and FIG.12 has shown the cutting line cut
  • the adjustment film formation step (S33), the bonding film formation step (S34), and the lead-out electrode formation step (S35) are in the process order.
  • the order is not limited, and all the processes may be performed simultaneously. I do not care. Regardless of the order of steps, the same effects can be obtained. Therefore, the process order may be changed as necessary.
  • a bonding process for bonding the base substrate wafer 40 and the lid substrate wafer 50 is performed (S40). This bonding process will be described in detail.
  • a mounting process is performed in which the produced plurality of piezoelectric vibrating reeds 4 are bonded to the upper surface of the base substrate wafer 40 via the routing electrodes 36 and 37, respectively (S41).
  • bumps B such as gold are formed on the pair of lead-out electrodes 36 and 37, respectively.
  • the piezoelectric vibrating piece 4 is pressed against the bump B while heating the bump B to a predetermined temperature.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 is mechanically supported by the bumps B, and the mount electrodes 16 and 17 and the routing electrodes 36 and 37 are electrically connected. Therefore, at this time, the pair of excitation electrodes 15 of the piezoelectric vibrating reed 4 are in a conductive state with respect to the pair of through electrodes 32 and 33, respectively. Since the piezoelectric vibrating reed 4 is bump-bonded, it is supported in a state where it floats from the upper surface of the base substrate wafer 40.
  • an overlaying process for overlaying the lid substrate wafer 50 on the base substrate wafer 40 is performed (S42). Specifically, both wafers 40 and 50 are aligned at the correct positions while using a reference mark (not shown) as an index. As a result, the mounted piezoelectric vibrating reed 4 is housed in a cavity C surrounded by the recess 3 a formed in the base substrate wafer 40 and the wafers 40 and 50.
  • the two superposed wafers 40 and 50 are put into an anodic bonding apparatus (not shown), and a predetermined voltage is applied in a predetermined temperature atmosphere to perform anodic bonding (S43). Specifically, a predetermined voltage is applied between the bonding film 35 and the lid substrate wafer 50. As a result, an electrochemical reaction occurs at the interface between the bonding film 35 and the lid substrate wafer 50, and the two are firmly bonded and anodically bonded. Thereby, the piezoelectric vibrating reed 4 can be sealed in the cavity C, and the wafer body 60 shown in FIG. 13 in which the base substrate wafer 40 and the lid substrate wafer 50 are bonded can be obtained. In FIG.
  • a conductive material is patterned on the lower surface of the base substrate wafer 40, and a pair of external electrodes 38 and 39 electrically connected to the pair of through electrodes 32 and 33, respectively.
  • a plurality of external electrode forming steps are performed (S50). Through this step, the piezoelectric vibrating reed 4 sealed in the cavity C can be operated using the external electrodes 38 and 39.
  • the getter material 34 is irradiated with laser light to evaporate, and the degree of vacuum in the cavity C is kept at a certain level.
  • the gettering process adjusted as described above is performed (S60).
  • a voltage is applied to the pair of external electrodes 38 and 39 formed on the lower surface of the base substrate wafer 40 to vibrate the piezoelectric vibrating reed 4.
  • laser light is irradiated through the base substrate wafer 40 (from the side on which the external electrodes 38 and 39 are formed) while measuring the series resonance resistance value, and the getter material 34 is heated and evaporated (S61).
  • the degree of vacuum in the cavity C can be adjusted to a certain level or more, and an appropriate series resonance resistance value can be ensured.
  • the base substrate wafer 40 is moved in a state where the laser light source device is fixed, and the desired position of the getter material 34 is irradiated with the laser light.
  • the frequency (first frequency) of the piezoelectric vibrating piece 4 after removing a part of the getter material 34 is measured, and it is determined whether or not the first frequency is within a preset allowable range (S62). If the first frequency is within the allowable range, the gettering step (S60) is terminated. On the other hand, if the first frequency is not within the allowable range, the process proceeds to S63.
  • the process proceeds to S64, and when the first frequency is lower than the allowable range, the process proceeds to S65.
  • the laser light is irradiated to a position corresponding to the distal end side (F portion in FIG. 14) of the pair of vibrating arms 10 and 11 in the pair of adjustment films 34 and 34. Then, a part of the getter material 34 is evaporated. Then, the getter material 34 is vapor-deposited on the side surfaces 10a, 11a on the distal end side of the pair of vibrating arm portions 10, 11, and the frequency of the piezoelectric vibrating piece 4 can be lowered. When the deposition of the getter material 34 is completed, the process proceeds to S66.
  • the degree of vacuum in the cavity C is maintained at a certain level or higher in S61, but the degree of vacuum can be further increased by evaporating the getter material 34 in S64. Further, the position and amount for evaporating the getter material 34 are set according to the difference between the frequency of the piezoelectric vibrating reed 4 and the allowable range.
  • the laser light is applied to a position corresponding to the base end side (G portion in FIG. 14) of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 in the pair of adjustment films 34 and 34. Irradiation causes a portion of the getter material 34 to evaporate. Then, the getter material 34 is vapor-deposited on the side surfaces 10a and 11a on the base end side of the pair of vibrating arm portions 10 and 11, and the frequency of the piezoelectric vibrating piece 4 can be increased.
  • the degree of vacuum in the cavity C is maintained at a certain level or higher in S61, but the degree of vacuum can be further increased by evaporating the getter material 34 in S65.
  • the region of the F portion of the getter material 34 may be evaporated in S64, and the region of the G portion of the getter material 34 may be evaporated in S65.
  • the frequency (second frequency) of the piezoelectric vibrating reed 4 after removing part of the getter material 34 in S64 or S65 is measured, and it is determined whether or not the second frequency is within a preset allowable range. (S66). If the second frequency is within the allowable range, the gettering step (S60) is terminated. On the other hand, if the second frequency is not within the allowable range, the process returns to S63. Then, S63 to S66 are repeated until the frequency of the piezoelectric vibrating reed 4 falls within the allowable range. When the frequency falls within the allowable range, the gettering step (S60) is terminated.
  • the degree of vacuum in the cavity C can be secured to a certain level or more, and the frequency can be driven in advance so as to be within an allowable range. Note that the degree of vacuum in the cavity C is not affected by the heating position of the getter material 34.
  • the getter material 34 when the getter material 34 is irradiated with laser light, a pair of getter materials 34 and 34 formed to correspond to the pair of vibrating arm portions 10 and 11 respectively,
  • the laser beam is irradiated to a symmetrical position via the central axis L of the vibrating arm portions 10 and 11.
  • the getter material 34 when the getter material 34 is irradiated with laser light, as shown in FIG. 15, the laser irradiation trace 41 remains on the getter material 34, the getter material 34 in that portion evaporates, and the pair of vibrating arms 10, 11 is vapor-deposited on the outer side surfaces 10a and 11a.
  • the position and amount of the getter material 34 deposited on the side surfaces 10a and 11a can be made substantially uniform by irradiating the laser beam to a symmetrical position via the central axis L. Therefore, the piezoelectric vibrator 1 formed in this way can obtain stable vibration characteristics and can reduce vibration leakage.
  • a fine adjustment step of heating the fine adjustment film 21b of the weight metal film 21 with a laser or the like while continuously measuring the frequency to finely adjust the frequency of the piezoelectric vibrating reed 4 adjusted within the allowable range to approach the target value is performed.
  • the frequency of the piezoelectric vibrating piece 4 can be finely adjusted so as to be within a predetermined range of the nominal frequency. That is, in the gettering process, since the frequency of the piezoelectric vibrating reed 4 has already been adjusted to the approximate range (allowable range) of the nominal frequency, the fine adjustment process can be performed easily and in a short time.
  • a cutting process is performed in which the bonded wafer body 60 is cut along the cutting line M shown in FIG. 13 into small pieces (S80).
  • the piezoelectric vibration piece 4 is sealed in the cavity C formed between the base substrate 2 and the lid substrate 3 that are anodically bonded to each other, and the two-layer structure surface mount type piezoelectric vibration shown in FIG. A plurality of children 1 can be manufactured at a time.
  • the order of the gettering step (S60) and the fine adjustment step (S70) may be performed.
  • fine adjustment can be performed in the state of the wafer body 60, so that the plurality of piezoelectric vibrators 1 can be made more efficient. Can be fine tuned. Therefore, it is preferable because throughput can be improved.
  • an internal electrical characteristic inspection is performed (S90). That is, the resonance frequency, resonance resistance value, drive level characteristic (excitation power dependency of the resonance frequency and resonance resistance value) and the like of the piezoelectric vibrating piece 4 are measured and checked. In addition, the insulation resistance characteristics and the like are also checked. Finally, an appearance inspection of the piezoelectric vibrator 1 is performed to finally check dimensions, quality, and the like. This completes the manufacture of the piezoelectric vibrator 1.
  • the degree of vacuum in the cavity C can be adjusted to a certain level or more by evaporating a part of the getter material 34. Further, after a part of the getter material 34 is evaporated, the frequency is measured, and when the frequency is not within the allowable range, an appropriate portion of the getter material 34 is evaporated again according to the frequency value.
  • the frequency of the piezoelectric vibrating piece 4 can be adjusted. That is, in the gettering step, the actually measured frequency is compared with the allowable range to determine the laser irradiation position of the getter material 34 and the getter material 34 evaporated on the side surfaces 10a and 11a of the vibrating arm portions 10 and 11 is determined.
  • the frequency of the piezoelectric vibrating piece 4 can be adjusted within an allowable range.
  • a part of the getter material 34 is evaporated by irradiating a laser to a symmetrical position via the central axis L of the pair of vibrating arm portions 10 and 11.
  • the getter material 34 deposited on the side surfaces 10a and 11a of the pair of vibrating arm portions 10 and 11 can be made substantially uniform. Therefore, stable vibration characteristics can be obtained even after the gettering step, and vibration leakage can be reduced. As a result, the yield can be improved.
  • the oscillator 100 is configured such that the piezoelectric vibrator 1 is an oscillator electrically connected to the integrated circuit 101.
  • the oscillator 100 includes a substrate 103 on which an electronic component 102 such as a capacitor is mounted. On the substrate 103, the integrated circuit 101 for the oscillator is mounted, and the piezoelectric vibrator 1 is mounted in the vicinity of the integrated circuit 101.
  • the electronic component 102, the integrated circuit 101, and the piezoelectric vibrator 1 are electrically connected by a wiring pattern (not shown). Each component is molded with a resin (not shown).
  • the piezoelectric vibrating reed 4 in the piezoelectric vibrator 1 vibrates. This vibration is converted into an electric signal by the piezoelectric characteristics of the piezoelectric vibrating piece 4 and input to the integrated circuit 101 as an electric signal.
  • the input electrical signal is subjected to various processes by the integrated circuit 101 and is output as a frequency signal.
  • the piezoelectric vibrator 1 functions as an oscillator.
  • an RTC real-time clock
  • a function for controlling the time, providing a time, a calendar, and the like can be added.
  • the piezoelectric vibrator 1 whose frequency after gettering is adjusted is provided, the yield can be improved, the cost can be reduced, and high accuracy can be achieved. Can be obtained.
  • a portable information device 110 having the above-described piezoelectric vibrator 1 will be described as an example of the electronic device.
  • the portable information device 110 of the present embodiment is represented by, for example, a mobile phone, and is a development and improvement of a wrist watch in the prior art. The appearance is similar to that of a wristwatch, and a liquid crystal display is arranged in a portion corresponding to a dial so that the current time and the like can be displayed on this screen.
  • the portable information device 110 includes the piezoelectric vibrator 1 and a power supply unit 111 for supplying power.
  • the power supply unit 111 is made of, for example, a lithium secondary battery.
  • the power supply unit 111 includes a control unit 112 that performs various controls, a clock unit 113 that counts time, a communication unit 114 that communicates with the outside, a display unit 115 that displays various types of information, A voltage detection unit 116 that detects the voltage of the functional unit is connected in parallel.
  • the power unit 111 supplies power to each functional unit.
  • the control unit 112 controls each function unit to control operation of the entire system such as transmission and reception of voice data, measurement and display of the current time, and the like.
  • the control unit 112 includes a ROM in which a program is written in advance, a CPU that reads and executes the program written in the ROM, and a RAM that is used as a work area for the CPU.
  • the clock unit 113 includes an integrated circuit including an oscillation circuit, a register circuit, a counter circuit, an interface circuit, and the like, and the piezoelectric vibrator 1.
  • the piezoelectric vibrator 1 When a voltage is applied to the piezoelectric vibrator 1, the piezoelectric vibrating reed 4 vibrates, and the vibration is converted into an electric signal by the piezoelectric characteristics of the crystal and is input to the oscillation circuit as an electric signal.
  • the output of the oscillation circuit is binarized and counted by a register circuit and a counter circuit. Then, signals are transmitted to and received from the control unit 112 via the interface circuit, and the current time, current date, calendar information, or the like is displayed on the display unit 115.
  • the communication unit 114 has functions similar to those of a conventional mobile phone, and includes a radio unit 117, a voice processing unit 118, a switching unit 119, an amplification unit 120, a voice input / output unit 121, a telephone number input unit 122, and a ring tone generation unit. 123 and a call control memory unit 124.
  • the wireless unit 117 exchanges various data such as audio data with the base station via the antenna 125.
  • the audio processing unit 118 encodes and decodes the audio signal input from the radio unit 117 or the amplification unit 120.
  • the amplifying unit 120 amplifies the signal input from the audio processing unit 118 or the audio input / output unit 121 to a predetermined level.
  • the voice input / output unit 121 includes a speaker, a microphone, and the like, and amplifies a ringtone and a received voice or collects a voice.
  • the ring tone generator 123 generates a ring tone in response to a call from the base station.
  • the switching unit 119 switches the amplifying unit 120 connected to the voice processing unit 118 to the ringing tone generating unit 123 only when an incoming call is received, so that the ringing tone generated in the ringing tone generating unit 123 is transmitted via the amplifying unit 120.
  • the call control memory unit 124 stores a program related to incoming / outgoing call control of communication.
  • the telephone number input unit 122 includes, for example, a number key from 0 to 9 and other keys. By pressing these number keys and the like, a telephone number of a call destination is input.
  • the voltage detection unit 116 detects the voltage drop and notifies the control unit 112 of the voltage drop.
  • the predetermined voltage value at this time is a value set in advance as a minimum voltage necessary for stably operating the communication unit 114, and is, for example, about 3V.
  • the control unit 112 prohibits the operations of the radio unit 117, the voice processing unit 118, the switching unit 119, and the ring tone generation unit 123. In particular, it is essential to stop the operation of the wireless unit 117 with high power consumption. Further, the display unit 115 displays that the communication unit 114 has become unusable due to insufficient battery power.
  • the operation of the communication unit 114 can be prohibited by the voltage detection unit 116 and the control unit 112, and that effect can be displayed on the display unit 115.
  • This display may be a text message, but as a more intuitive display, a x (X) mark may be attached to the telephone icon displayed at the top of the display surface of the display unit 115.
  • the function of the communication part 114 can be stopped more reliably by providing the power supply cutoff part 126 that can selectively cut off the power of the part related to the function of the communication part 114.
  • the yield can be improved and the cost can be reduced, and the highly accurate electronic device 110 can be obtained.
  • the radio timepiece 130 includes the piezoelectric vibrator 1 electrically connected to the filter unit 131.
  • the radio timepiece 130 receives a standard radio wave including timepiece information and is accurate. It is a clock with a function of automatically correcting and displaying the correct time.
  • transmitting stations that transmit standard radio waves in Fukushima Prefecture (40 kHz) and Saga Prefecture (60 kHz), each transmitting standard radio waves.
  • Long waves such as 40 kHz or 60 kHz have the property of propagating the surface of the earth and the property of propagating while reflecting the ionosphere and the surface of the earth, so the propagation range is wide, and the above two transmitting stations cover all of Japan. is doing.
  • the antenna 132 receives a long standard wave of 40 kHz or 60 kHz.
  • the long-wave standard radio wave is obtained by subjecting time information called a time code to AM modulation on a 40 kHz or 60 kHz carrier wave.
  • the received long standard wave is amplified by the amplifier 133 and filtered and tuned by the filter unit 131 having the plurality of piezoelectric vibrators 1.
  • the piezoelectric vibrator 1 according to this embodiment includes crystal vibrator portions 138 and 139 having resonance frequencies of 40 kHz and 60 kHz that are the same as the carrier frequency.
  • the filtered signal having a predetermined frequency is detected and demodulated by the detection and rectification circuit 134. Subsequently, the time code is taken out via the waveform shaping circuit 135 and counted by the CPU 136.
  • the CPU 136 reads information such as the current year, accumulated date, day of the week, and time. The read information is reflected in the RTC 137, and accurate time information is displayed. Since the carrier wave is 40 kHz or 60 kHz, the crystal vibrator units 138 and 139 are preferably vibrators having the tuning fork type structure described above.
  • the frequency of the long standard radio wave is different overseas.
  • a standard radio wave of 77.5 KHz is used. Therefore, when the radio timepiece 130 that can be used overseas is incorporated in a portable device, the piezoelectric vibrator 1 having a frequency different from that in Japan is required.
  • the yield can be improved and the cost can be reduced, and the high-accuracy radio timepiece 130 can be obtained.
  • the piezoelectric vibrator 1 is the surface mount type piezoelectric vibrator 1 of the two-layer structure type, but is not limited thereto, and may be a piezoelectric vibrator of the three-layer structure type. That is, a piezoelectric vibrator plate having a frame-like portion surrounding the piezoelectric vibrating piece 4 is used, the piezoelectric vibrator plate is mounted on the upper surface of the base substrate 2, and then the base substrate 2 and the lid substrate 3 are attached to the piezoelectric substrate.
  • a piezoelectric vibrator may be formed by bonding via a vibrator plate and sealing the piezoelectric vibrating piece 4 in the cavity.
  • the fine adjustment process is performed by forming the fine adjustment film 21b as the weight metal film 21 and heating the fine adjustment film 21b.
  • the excitation electrode 15 is formed on the tip side of the pair of vibrating arms 10 and 11 so as to extend to the vicinity of the coarse adjustment film 21a, and a part of the excitation electrode 15 is heated to perform a fine adjustment step. It doesn't matter. That is, in this case, a part of the excitation electrode 15 functions as the weight metal film 21.
  • the getter material 34 is formed on the base substrate 2 as an example.
  • the getter material 34 may be formed on at least one of the base substrate 2 and the lid substrate 3. That is, it may be formed on the lid substrate 3 or may be formed on both the substrates 2 and 3.
  • the grooved piezoelectric vibrating piece 4 in which the groove portions 18 are formed on both surfaces of the vibrating arm portions 10 and 11 has been described as an example.
  • the piezoelectric vibrating piece may be used.
  • the groove portion 18 when a predetermined voltage is applied to the pair of excitation electrodes 15, the electric field efficiency between the pair of excitation electrodes 15 can be increased. Can be further improved. That is, the CI value (Crystal Impedance) can be further lowered, and the piezoelectric vibrating piece 4 can be further improved in performance. In this respect, it is preferable to form the groove 18.
  • the pair of through electrodes 33 and 34 is formed, but the present invention is not limited to this.
  • the piezoelectric vibrator 1 is manufactured using a wafer, by forming the through electrodes 33 and 34, the individual piezoelectric vibrating reeds 4 can be vibrated in a wafer shape.
  • a gettering process and a fine tuning process can be performed. Therefore, it is preferable to form the through electrodes 33 and 34.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 is bump-bonded.
  • the present invention is not limited to bump bonding.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 may be joined with a conductive adhesive.
  • the piezoelectric vibrating reed 4 can be lifted from the upper surface of the base substrate 2, and a minimum vibration gap necessary for vibration can be secured naturally. Therefore, it is preferable to perform bump bonding.
  • the base substrate wafer 40 is moved while the laser light source device is fixed, and laser light is irradiated to a desired position of the getter material 34.
  • the getter material 34 may be irradiated with laser light while the wafer 40 is fixed and the laser light source device is moved.
  • the getter material is provided outside the pair of vibrating arm portions in plan view, but may be provided between the pair of vibrating arm portions.
  • the method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention can be applied to a surface mount type (SMD) piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is sealed in a cavity formed between two bonded substrates.
  • SMD surface mount type

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Abstract

　本発明の圧電振動子の製造方法は、一対の振動腕部を備えた音叉型の圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するパッケージと、前記振動腕部に対応して、前記振動腕部の長手方向に沿って形成された調整膜と、を備え、前記調整膜にレーザを照射して前記調整膜の一部を蒸発させることにより前記パッケージ内の真空度を向上させることが可能な圧電振動子の製造方法において、前記圧電振動片の周波数を計測する周波数計測工程と、計測した前記周波数が許容範囲よりも高い場合には前記振動腕部の先端側に対応した位置の調整膜の一部を蒸発させ、計測した前記周波数が前記許容範囲よりも低い場合には前記振動腕部の基部側に対応した位置の調整膜の一部を蒸発させるゲッタリング工程と、を有している。

Description

圧電振動子の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計
　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）の圧電振動子およびその製造方法、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（ＳＭＤ、Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｏｕｎｔ　Ｄｅｖｉｃｅ）の圧電振動子が知られている。
　図１９は従来技術に係る圧電振動子のリッド基板を取り外した状態の平面図であり、図２０は図１９のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。図２０に示すように、表面実装型の圧電振動子２００として、ベース基板２０１とリッド基板２０２とでパッケージ２０９を形成し、パッケージ２０９の内部に形成されたキャビティＣに圧電振動片２０３を収納したものが提案されている。ベース基板２０１とリッド基板２０２とは、両者間に接合膜２０７を配置して陽極接合により接合されている。
　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、エネルギー効率の良い圧電振動子になる。
　等価抵抗値を抑えるための一般的な方法の一つとして、図１９に示すように圧電振動片２０３の封止されているキャビティＣ内を真空に近づけて、等価抵抗値と比例関係にある直列共振抵抗値（Ｒ１）を低下させる方法が知られている。キャビティＣ内を真空に近づける方法として、キャビティＣ内にアルミニウムなどのゲッター材２２０を封止し、外部よりレーザを照射してゲッター材２２０を活性化させる方法（ゲッタリング）が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。この方法によれば、活性化状態になったゲッター材２２０によって、陽極接合の際に発生する酸素を吸収することができるため、キャビティＣ内を真空に近づけることができる。
特開２００６－８６５８５号公報 特表２００７－５１１１０２号公報 特開２００３－１３３８７９号公報
　ゲッター材２２０は、圧電振動片２０３の幅方向における一対の振動腕部２１０の両外側に、振動腕部２１０の長さ方向に沿って形成されている。このゲッター材２２０をゲッタリングすると、生成物が振動腕部２１０に付着して、圧電振動片２０３の周波数が変動するという問題があった。
　なお、ゲッタリング工程の後に、振動腕部２１０の先端に設けられた金属重り材料２１１にレーザを照射し、金属重り材料２１１をトリミングして圧電振動片２０３の周波数の微調整（微調工程）を行うのが一般的である。しかしながら、ゲッタリング工程後の周波数が許容範囲から大幅に外れていると、微調工程において圧電振動片２０３の周波数を許容範囲内に収めるのが困難または不可能であった。
　そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ゲッタリング後の周波数を調整することが可能な圧電振動子およびその製造方法、発振器、電子機器、電波時計を提供することを目的とする。
　本願の発明者は、実験により以下の技術を見出した。圧電振動片の振動腕部の先端部に隣接する領域でゲッタリングを行った場合には、ゲッタリングに伴う生成物が主に振動腕部の先端部に付着する。この場合、先端部の重量（バネ－マス系のマスに相当）が増加するため圧電振動片の周波数が低下する。一方、振動腕部の基端部に隣接する領域でゲッタリングを行った場合には、生成物が主に振動腕部の基端部に付着する。この場合、基端部の剛性（バネ－マス系のバネ定数に相当）の増加が支配的となり、圧電振動片の周波数が増加する。
　そこで、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明に係る圧電振動子の製造方法は、一対の振動腕部を備えた音叉型の圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するパッケージと、前記振動腕部に対応して、前記振動腕部の長手方向に沿って形成された調整膜と、を備え、前記調整膜にレーザを照射して前記調整膜の一部を蒸発させることにより前記パッケージ内の真空度を向上させることが可能な圧電振動子の製造方法において、前記圧電振動片の周波数を計測する周波数計測工程と、計測した前記周波数が許容範囲よりも高い場合には前記振動腕部の先端側に対応した位置の調整膜の一部を蒸発させ、計測した前記周波数が前記許容範囲よりも低い場合には前記振動腕部の基部側に対応した位置の調整膜の一部を蒸発させるゲッタリング工程と、を有していることを特徴としている。
　本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、調整膜の一部を蒸発させることにより、パッケージ内の真空度を一定レベル以上に調整すると同時に、調整膜を利用して周波数を許容範囲内に調整することができる。ここで、一定レベルとは、それ以上真空度を向上させても、直列共振抵抗値に大きな変動がない状態を意味する。これにより、適正な直列共振抵抗値を確保することができる。また、周波数の許容範囲とは、品質を確保するための圧電振動子の公称周波数である。
　調整膜の一部を除去して周波数を調整する方法について説明すると、初めに、調整膜は、平面視したときに振動腕部の近傍に隣接した状態で形成されている。したがって、調整膜にレーザを照射して蒸発させると、照射位置の近傍に位置する振動腕部の側面に局所的に調整膜が蒸着する。この際、調整膜が蒸着した位置が、振動腕部の基端側であれば周波数は高くなる傾向にあり、先端側であれば周波数は低くなる傾向にある。よって、調整膜のレーザ照射位置を変更することで、圧電振動片の周波数を増減させることができる。したがって、実際に計測した周波数と許容範囲とを比較して、調整膜のレーザ照射位置を決定すると共に、振動腕部の側面に蒸発した調整膜を局所的に蒸着させることで、振動腕部の振動特性を変化させることができる。よって、ゲッタリングと同時に、圧電振動片の周波数を許容範囲内に調整することができる。
　また、前記一対の振動腕部のそれぞれに対応して、前記振動腕部の長手方向に沿って形成された一対の調整膜を備え、前記調整膜の一部を蒸発させる際に、前記一対の調整膜における前記一対の振動腕部の中心軸を介して対称な位置に前記レーザを照射して前記調整膜の一部を蒸発させることを特徴としている。
　このように構成することで、一対の調整膜は、平面視したときに一対の振動腕部の近傍（外側）に隣接した状態で形成される。したがって、調整膜にレーザを照射して蒸発させると、照射位置の近傍に位置する振動腕部の側面に局所的に調整膜が蒸着する。また、一対の調整膜における前記一対の振動腕部の中心軸を介して対称な位置に前記レーザを照射することで、一対の振動腕部の側面に蒸着する調整膜を略均一にすることができる。したがって、ゲッタリング工程後も安定した振動特性が得られ、振動漏れを軽減することができる。結果として、歩留まりを向上することができる。
　また、本発明に係る圧電振動子は、上述した製造方法により製造されたことを特徴としている。
　このように構成することで、ゲッタリング工程の際に、パッケージ内の真空度を一定レベル以上に調整すると同時に、調整膜を利用して周波数を許容範囲内に調整した圧電振動子を得ることができる。つまり、周波数が確実に許容範囲内に調整された高精度な圧電振動子を提供することができる。また、歩留まりを向上することができる。
　また、本発明に係る発振器は、上述した圧電振動子が、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。
　さらに、本発明に係る電子機器は、上述した圧電振動子が、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。
　そして、本発明に係る電波時計は、上述した圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴としている。
　本発明に係る発振器、電子機器および電波時計においては、ゲッタリング後の周波数を調整することが可能な圧電振動子を備えているため、発振器、電子機器および電波時計の歩留まりが向上してコストを低減することができるとともに、高精度な発振器、電子機器および電波時計を得ることができる。
　本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、実際に計測した周波数と許容範囲とを比較して、調整膜のレーザ照射位置を決定すると共に、振動腕部の側面に蒸発した調整膜を局所的に蒸着させることで、振動腕部の振動特性を変化させることができる。よって、ゲッタリングと同時に、圧電振動片の周波数を許容範囲内に調整することができる。
図１は、本発明に係る圧電振動子の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子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のゲッタリング工程のサブルーチンを示すフローチャートである。 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、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及び接合膜を形成した状態を示す図である。 図１１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ゲッター材、貫通電極、引き回し電極及び接合膜を形成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、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、ゲッタリング工程においてゲッター材のレーザ光照射箇所を説明する図である。 図１５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、ゲッター材を加熱して蒸発させた状態を示す図である。 図１６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１７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１８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。 図１９は、従来技術に係る圧電振動子のリッド基板を取り外した状態の平面図である。 図２０は、図１９のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。
符号の説明
　１　圧電振動子
　２　ベース基板（パッケージ）
　３　リッド基板（パッケージ）
　４　圧電振動片
１０　振動腕部
１１　振動腕部
３４　ゲッター材（調整膜）
４０　ベース基板用ウエハ（パッケージ）
５０　リッド基板用ウエハ（パッケージ）
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
　　Ｌ　中心軸
　本発明に係る圧電振動子の実施形態を、図１～図１８を用いて説明する。
　図１～図４に示すように、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が収容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、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、前記一対の振動腕部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、前記振動腕部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の先端側には、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）を行うために、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。なお、圧電振動片４の接合方法は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。
　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前記ベース基板２に対して陽極接合されている。なお、ベース基板２とリッド基板３との接合方法は、陽極接合に限られたものではない。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ので好ましい。
　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、前記ベース基板２を貫通する一対のスルーホール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。そして、これら一対のスルーホール３０、３１には、前記スルーホール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、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、図１～図４に示すように、レーザ照射されることでキャビティＣ内の真空度を向上させるゲッター材（調整膜）３４と、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。なお、接合膜３５及び一対の引き回し電極３６、３７は、導電性材料（例えば、アルミニウム）で形成されている。
　ゲッター材３４は、平面視したときに一対の振動腕部１０、１１の近傍に隣接した状態で、前記振動腕部１０、１１の長手方向に沿って基端側から先端側まで延在するように、アルミニウム等で形成されている。より具体的には、ゲッター材３４は、図２及び図４に示すように一対の振動腕部１０、１１の外側面側で、かつ、一対の振動腕部１０、１１の中心軸Ｌを介して対称な位置に形成されている。
　また、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に沿って前記振動腕部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、前記バンプ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。
（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、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（ベース基板）４０とリッド基板用ウエハ（リッド基板）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、本実施形態では、ウエハ状の基板を利用して圧電振動子１を一度に複数製造するが、これに限られたものではなく、予めベース基板２及びリッド基板３の外形に寸法を合わせたものを加工して、一度に一つのみ製造する等しても構わない。
　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、前記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、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、図１０に示すように、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（Ｓ３２）。具体的には、まず、一対のスルーホール３０、３１を、サンドブラスト法やプレス加工等の方法で複数形成する。そして、これら複数の一対のスルーホール３０、３１内に、一対の貫通電極３２、３３を形成する。この一対の貫通電極３２、３３により、一対のスルーホール３０、３１を封止すると共に、ベース基板用ウエハ４０の上面側と下面側との間の電気導通性が確保される。
　次に、ベース基板用ウエハ４０の上面にアルミニウム等をパターニングして、ベース基板用ウエハ４０にゲッター材３４を形成する調整膜形成工程を行う（Ｓ３３）。この際、ゲッター材３４を、平面視したときに一対の振動腕部１０、１１の近傍に隣接した状態で、前記振動腕部１０、１１の長手方向に沿って基端側から先端側まで延在すると共に、一対の振動腕部１０、１１の外側面側で、かつ、一対の振動腕部１０、１１の中心軸Ｌ（図２参照）を介して対称な位置に形成する。
　そして、図１１及び図１２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、接合膜３５を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３４）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（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。これらの工程を行うことで、第２のウエハ作成工程が終了する。
　なお、図８では、調整膜形成工程（Ｓ３３）、接合膜形成工程（Ｓ３４）、引き回し電極形成工程（Ｓ３５）を工程順序としているが、順序に制約はなく、また全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、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とを接合する接合工程を行う（Ｓ４０）。この接合工程について詳しく説明すると、初めに、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（Ｓ４１）。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。なお、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（Ｓ４２）。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（Ｓ４３）。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。この陽極接合を行うことで、接合工程が終了する。
　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（Ｓ５０）。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、キャビティＣ内に封止された圧電振動片４を振動させて直列共振抵抗値を計測しながら、ゲッター材３４にレーザ光を照射して蒸発させ、キャビティＣ内の真空度を一定レベル以上に調整するゲッタリング工程を行う（Ｓ６０）。
　図９に示すように、まず、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、直列共振抵抗値を計測しながらベース基板用ウエハ４０を通して（外部電極３８、３９が形成されている面側から）レーザ光を照射し、ゲッター材３４を加熱して蒸発させる（Ｓ６１）。これにより、キャビティＣ内の真空度を一定レベル以上に調整すると共に、適正の直列共振抵抗値を確保することができる。なお、レーザ光をゲッター材３４に照射する際は、レーザ光源装置を固定した状態で、ベース基板用ウエハ４０を移動させて、ゲッター材３４の所望の位置にレーザ光を照射する。
　次に、ゲッター材３４の一部を除去した後の圧電振動片４の周波数（第一周波数）を計測し、この第一周波数が予め設定した許容範囲内か否かを判断する（Ｓ６２）。第一周波数が許容範囲内に収まっている場合には、ゲッタリング工程（Ｓ６０）を終了する。一方、第一周波数が許容範囲内に収まっていない場合には、Ｓ６３へ進む。
　第一周波数が許容範囲に収まっていない場合に、第一周波数が許容範囲よりも高いか低いかを判定する（Ｓ６３）。第一周波数が、許容範囲よりも高い周波数になっている場合にはＳ６４へ進み、許容範囲より低い周波数になっている場合にはＳ６５へ進む。
　Ｓ６４では、圧電振動片４の周波数を低くするために、一対の調整膜３４、３４における一対の振動腕部１０、１１の先端側（図１４のＦ部）に対応する位置にレーザ光を照射して、ゲッター材３４の一部を蒸発させる。すると、一対の振動腕部１０、１１の先端側の側面１０ａ、１１ａにゲッター材３４が蒸着し、圧電振動片４の周波数を低くすることができる。ゲッター材３４の蒸着が完了したら、Ｓ６６へ進む。なお、キャビティＣ内の真空度は、Ｓ６１にて一定レベル以上に保持されているが、Ｓ６４でゲッター材３４を蒸発させると真空度をさらに高めることができる。また、ゲッター材３４を蒸発させる位置や量については、圧電振動片４の周波数と許容範囲との差に応じて設定する。
　Ｓ６５では、圧電振動片４の周波数を高くするために、一対の調整膜３４、３４における一対の振動腕部１０、１１の基端側（図１４のＧ部）に対応する位置にレーザ光を照射して、ゲッター材３４の一部を蒸発させる。すると、一対の振動腕部１０、１１の基端側の側面１０ａ、１１ａにゲッター材３４が蒸着し、圧電振動片４の周波数を高くすることができる。なお、キャビティＣ内の真空度は、Ｓ６１にて一定レベル以上に保持されているが、Ｓ６５でゲッター材３４を蒸発させると真空度をさらに高めることができる。
　つまり、図１４に示すように、Ｓ６４ではゲッター材３４のＦ部の領域を蒸発させればよく、Ｓ６５ではゲッター材３４のＧ部の領域を蒸発させればよい。
　次に、Ｓ６４またはＳ６５でゲッター材３４の一部を除去した後の圧電振動片４の周波数（第二周波数）を計測し、この第二周波数が予め設定した許容範囲内か否かを判断する（Ｓ６６）。第二周波数が許容範囲内に収まっている場合には、ゲッタリング工程（Ｓ６０）を終了する。一方、第二周波数が許容範囲内に収まっていない場合には、Ｓ６３へ戻る。そして、圧電振動片４の周波数が許容範囲内に収まるまでＳ６３～Ｓ６６を繰り返し、周波数が許容範囲内に収まったらゲッタリング工程（Ｓ６０）を終了する。
　このように、ゲッタリング工程を行うことで、キャビティＣ内の真空度を一定レベル以上に確保することができるとともに、周波数を許容範囲内に収まるように予め追い込んでおくことができる。なお、キャビティＣ内の真空度に関しては、ゲッター材３４の加熱位置に左右されることがない。
　さらに、本実施形態では、ゲッター材３４に対してレーザ光を照射する際に、一対の振動腕部１０、１１のそれぞれに対応するように形成された一対のゲッター材３４、３４において、一対の振動腕部１０、１１の中心軸Ｌを介して対称な位置にレーザ光を照射するようにした。具体的には、ゲッター材３４にレーザ光を照射すると、図１５に示すように、ゲッター材３４にレーザ照射跡４１が残り、その部分のゲッター材３４が蒸発し、一対の振動腕部１０、１１の外側の側面１０ａ、１１ａに蒸着する。本実施形態のように、レーザ光を中心軸Ｌを介して対称な位置に照射することにより、側面１０ａ、１１ａに蒸着するゲッター材３４の位置および量を略均一にすることができる。したがって、このように形成された圧電振動子１は、安定した振動特性が得られ、振動漏れを軽減することができる。
　次に、引き続き周波数を計測しながら重り金属膜２１の微調膜２１ｂをレーザ等で加熱して、許容範囲内に調整された圧電振動片４の周波数を微調して目標値に近づける微調工程を行う（Ｓ７０）。これにより、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。つまり、ゲッタリング工程において、圧電振動片４の周波数を公称周波数の近似範囲（許容範囲）まで既に調整しているため、微調工程を容易かつ短時間で行うことが可能となる。
　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（Ｓ８０）。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（Ｓ８０）を行って個々の圧電振動子１に小片化した後に、ゲッタリング工程（Ｓ６０）及び微調工程（Ｓ７０）を行う工程順序でも構わない。但し、上述したように、ゲッタリング工程（Ｓ６０）及び微調工程（Ｓ７０）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ので好ましい。
　その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ９０）。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。
　本実施形態によれば、ゲッター材３４の一部を蒸発させることにより、キャビティＣ内の真空度を一定レベル以上に調整することができる。また、ゲッター材３４の一部を蒸発させた後に、周波数を計測し、その周波数が許容範囲内に収まっていない場合には、周波数の値に応じてゲッター材３４の適切な箇所を再度蒸発させることにより、圧電振動片４の周波数を調整できるようにした。つまり、ゲッタリング工程において、実際に計測した周波数と許容範囲とを比較して、ゲッター材３４のレーザ照射位置を決定すると共に、振動腕部１０、１１の側面１０ａ、１１ａに蒸発したゲッター材３４を局所的に蒸着させることで、圧電振動片４の周波数を調整して許容範囲内に収めることができる。よって、ゲッタリングと同時に、圧電振動片４の周波数を許容範囲内に調整することができる。
　また、ゲッター材３４の一部を蒸発させる際に、一対の振動腕部１０、１１の中心軸Ｌを介して対称な位置にレーザを照射してゲッター材３４の一部を蒸発させることで、一対の振動腕部１０、１１の側面１０ａ、１１ａに蒸着するゲッター材３４を略均一にすることができる。したがって、ゲッタリング工程後も安定した振動特性が得られ、振動漏れを軽減することができる。結果として、歩留まりを向上することができる。
（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１６を用いて説明する。
　本実施形態の発振器１００は、図１６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、前記圧電振動子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、ゲッタリング後の周波数が調整された圧電振動子１を備えているため、歩留まりが向上してコストを低減することができるとともに、高精度な発振器１００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１７を用いて説明する。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。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１７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、前記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、前記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、前記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、歩留まりが向上してコストを低減することができるとともに、高精度な電子機器１１０を得ることができる。
（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１８を用いて説明する。
　本実施形態の電波時計１３０は、図１８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、歩留まりが向上してコストを低減することができるとともに、高精度な電波時計１３０を得ることができる。
　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、圧電振動子１を２層構造タイプの表面実装型の圧電振動子１としたが、これ限られず、３層構造タイプの圧電振動子でも構わない。つまり、圧電振動片４の周囲を囲む枠状部を有する圧電振動子板を利用し、前記圧電振動子板をベース基板２の上面にマウントした後、ベース基板２とリッド基板３とを前記圧電振動子板を介して接合して、圧電振動片４をキャビティ内に封止することで圧電振動子としても構わない。
　また、上記実施形態では、重り金属膜２１として微調膜２１ｂを形成し、微調膜２１ｂを加熱することで微調工程を行ったが、これに限らない。例えば、励振電極１５を一対の振動腕部１０、１１の先端側に、粗調膜２１ａの近傍まで延在するように形成し、前記励振電極１５の一部を加熱して、微調工程を行っても構わない。即ち、この場合は、励振電極１５の一部が重り金属膜２１として機能する。
　また、上記実施形態では、ゲッター材３４をベース基板２に形成する場合を例に挙げたが、ベース基板２とリッド基板３とのうち少なくともいずれか一方の基板に形成すればよい。つまり、リッド基板３に形成されていても構わないし、両基板２、３に形成されていても構わない。
　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、一対の貫通電極３３、３４を形成したが、これに限定されるものではない。但し、ウエハを利用して圧電振動子１を製造する場合には、貫通電極３３、３４を形成することで、ウエハ状で個々の圧電振動片４を振動させることができるため、小片化する前にゲッタリング工程及び微調工程を行うことができる。よって、貫通電極３３、３４を形成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。
　また、上記実施形態では、レーザ光源装置を固定した状態で、ベース基板用ウエハ４０を移動させて、ゲッター材３４の所望の位置にレーザ光を照射する場合の説明をしたが、逆にベース基板用ウエハ４０を固定して、レーザ光源装置を移動させながらゲッター材３４にレーザ光を照射してもよい。
　さらに、本実施形態では、平面視において、ゲッター材を一対の振動腕部の外側に設けたが、一対の振動腕部の間に設けてもよい。
　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 (6)

  1. 　一対の振動腕部を備えた音叉型の圧電振動片と、
    　前記圧電振動片を収容するパッケージと、
    　前記振動腕部に対応して、前記振動腕部の長手方向に沿って形成された調整膜と、を備え、
    　前記調整膜にレーザを照射して前記調整膜の一部を蒸発させることにより前記パッケージ内の真空度を向上させることが可能な圧電振動子の製造方法において、
    　前記圧電振動片の周波数を計測する周波数計測工程と、
    　計測した前記周波数が許容範囲よりも高い場合には前記振動腕部の先端側に対応した位置の調整膜の一部を蒸発させ、計測した前記周波数が前記許容範囲よりも低い場合には前記振動腕部の基部側に対応した位置の調整膜の一部を蒸発させるゲッタリング工程と、を有していることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
  2. 　前記一対の振動腕部のそれぞれに対応して、前記振動腕部の長手方向に沿って形成された一対の調整膜を備え、
    　前記調整膜の一部を蒸発させる際に、前記一対の調整膜における前記一対の振動腕部の中心軸を介して対称な位置に前記レーザを照射して前記調整膜の一部を蒸発させることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
  3. 　請求項１または２に記載の方法により製造されたことを特徴とする圧電振動子。
  4. 　請求項１または２に記載の方法により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する発振器。
  5. 　請求項１または２に記載の方法により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する電子機器。
  6. 　請求項１または２に記載の方法により製造された圧電振動子が、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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