JP2012169862A - 水晶デバイス、水晶デバイスの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造工数の削減を図った上で、電極パターンとバンプとを高精度に位置決めできる水晶デバイス、水晶デバイスの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供する。
【解決手段】ベース基板2上に形成された引き回し電極27,28と、圧電振動片5を引き回し電極27,28に実装するためのバンプBと、を備え、ベース基板2上には、バンプBの位置合わせを行うためのアライメントマーク35,36が引き回し電極27,28とは別体で形成されている。
【選択図】図4
【解決手段】ベース基板2上に形成された引き回し電極27,28と、圧電振動片5を引き回し電極27,28に実装するためのバンプBと、を備え、ベース基板2上には、バンプBの位置合わせを行うためのアライメントマーク35,36が引き回し電極27,28とは別体で形成されている。
【選択図】図4
Description
本発明は、水晶デバイス、水晶デバイスの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計に関する。
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子(水晶デバイス)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(SMD)型の圧電振動子が知られている。
圧電振動子200は、例えば図18,図19に示すように、接合材207を介して互いに陽極接合されたガラス材料からなるベース基板201及びリッド基板202と、両基板201,202の間に形成されたキャビティC内に気密封止された圧電振動片(水晶板)203と、を備えている。
上述した圧電振動片203は、ベース基板201上に形成された電極パターン210にバンプ211を介して接合され、さらにベース基板201を貫通するように形成された導電部材212を介して、圧電振動片203とベース基板201に形成された外部電極213とが電気的接続されている。
上述した圧電振動片203は、ベース基板201上に形成された電極パターン210にバンプ211を介して接合され、さらにベース基板201を貫通するように形成された導電部材212を介して、圧電振動片203とベース基板201に形成された外部電極213とが電気的接続されている。
ところで、上述した電極パターン210の形成方法としては、一般的にはフォトリソグラフィ技術が用いられている。具体的には、特許文献1,2に示されるように、ベース基板201上に電極膜を形成した後、電極膜を覆うようにレジスト膜を塗布する。そして、電極パターン210に相当する領域に遮光膜が形成されたフォトマスクを用いて、露光、現像することで、レジスト膜をパターニングし、電極パターン210の外形形状に沿ったレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとして電極膜をエッチングすることで、レジストパターンで保護された領域以外の電極膜が選択的に除去された電極パターン210を形成する。
しかしながら、上述したフォトリソグラフィ技術を用いた電極パターン210の形成方法にあっては、高精細な電極パターン210を形成することができるものの、露光、現像、エッチング等、製造工数が比較的多く、製造効率の向上を高く望めないという問題がある。
そこで、近時では、電極パターン210の形成にマスク材を介してスパッタリングを行う、いわゆるマスキングスパッタ法を採用することが検討されている。マスキングスパッタ法は、電極パターン210に相当する領域に開口部を有するマスク材(例えば、SUS等)をベース基板201となるウエハ上に載置した状態でスパッタリングを行う。これにより、ターゲットから飛び出した成膜材料の粒子がマスク材の開口部を通ってウエハ上に堆積することで、電極パターン210を成膜することができる。
しかしながら、上述したマスキングスパッタ法を採用すると、例えばマスク材が熱により膨張して撓みが生じ、マスク材とウエハとの間に形成される隙間に成膜材料の粒子が回り込むことで、パターンボケが生じやすいという問題がある。特に、ウエハが大面積化すると、撓み量がさらに大きくなり、パターンボケがさらに大きくなるという問題がある。
また、圧電振動子200の製造工程においては、電極パターン210上にバンプ211を形成するために、電極パターン210の一部分をアライメント部215として形成し、他の部分にはないユニークな形状にパターニングしている。そして、画像認識等によりアライメント部215の位置を検出し、この検出結果に基づいてバンプ211のアライメントを行っている。
しかしながら、上述したようにマスキングスパッタ法により電極パターン210にパターンボケが生じると、アライメント部215の位置を正確に検出できず、アライメント精度が低下するという問題がある。その結果、電極パターン210とバンプ211とが位置ズレを起こすという問題がある。
しかしながら、上述したようにマスキングスパッタ法により電極パターン210にパターンボケが生じると、アライメント部215の位置を正確に検出できず、アライメント精度が低下するという問題がある。その結果、電極パターン210とバンプ211とが位置ズレを起こすという問題がある。
そこで本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、製造工数の削減を図った上で、電極パターンとバンプとを高精度に位置決めできる水晶デバイス、水晶デバイスの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器、及び電波時計を提供することを目的とする。
上述した課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の水晶デバイスは、複数のウエハが接合されたウエハ接合体がデバイス形成領域毎に個片化されてなる接合片と、前記接合片内に形成され、水晶板を封入可能なキャビティと、を備えた水晶デバイスであって、前記複数のウエハのうち、第1ウエハにおける前記デバイス形成領域上に形成された電極パターンと、前記水晶板を前記電極パターンに実装するためのバンプと、を備え、前記第1ウエハ上には、前記バンプの位置合わせを行うためのアライメントマークが前記電極パターンとは別体で形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、電極パターンとは別体でアライメントマークを形成することで、電極パターンと一体でアライメントマーク(上述したアライメント部215)を形成していた従来の構成に比べて、比較的単純な形状であってもアライメントマークの位置が認識し易くなる。すなわち、例えばマスキングスパッタ法によりアライメントマークを形成した場合に、仮に多少のパターンボケが生じた場合であっても、アライメントマークが認識し易くなる。
したがって、アライメントマークの位置に基づいて形成されるバンプを高精度に位置決めすることができる。その結果、水晶板と電極パターンとを確実に導通させることができる。
したがって、アライメントマークの位置に基づいて形成されるバンプを高精度に位置決めすることができる。その結果、水晶板と電極パターンとを確実に導通させることができる。
また、前記アライメントマークは、前記第1ウエハにおける前記デバイス形成領域のそれぞれに形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、第1ウエハにおけるデバイス形成領域のそれぞれにアライメントマークを形成することで、各水晶デバイスの電極パターンに対応してより高精度な位置決めを行うことができる。
この構成によれば、第1ウエハにおけるデバイス形成領域のそれぞれにアライメントマークを形成することで、各水晶デバイスの電極パターンに対応してより高精度な位置決めを行うことができる。
また、前記アライメントマークが、少なくとも2つ以上形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、複数のアライメントマークの位置に基づいてバンプのアライメントを行うことで、より高精度な位置決めを行うことができる。
この構成によれば、複数のアライメントマークの位置に基づいてバンプのアライメントを行うことで、より高精度な位置決めを行うことができる。
また、本発明の水晶デバイスの製造方法は、複数のウエハが接合されたウエハ接合体がデバイス形成領域毎に個片化されてなる接合片と、前記接合片内に形成され、水晶板を封入可能なキャビティと、を備えた水晶デバイスの製造方法であって、前記複数のウエハのうち、第1ウエハにおける水晶デバイス形成領域に形成された電極パターンと、前記水晶板を前記電極パターンに実装するためのバンプと、を備え、前記電極パターンに相当する領域に第1開口部を有するマスク材を前記第1ウエハ上にセットして、スパッタリングにて前記電極パターンを形成する電極パターン形成工程と、前記第1ウエハ上に前記バンプの位置合わせを行うためのアライメントマークを前記電極パターンとは別体で形成するアライメントマーク形成工程と、前記アライメントマークの位置に基づいて前記電極パターン上に前記バンプを形成するバンプ形成工程と、前記バンプを介して前記水晶板を前記電極パターンに実装するマウント工程と、を有していることを特徴としている。
この構成によれば、電極パターンとは別体でアライメントマークを形成することで、電極パターンと一体でアライメントマーク(上述したアライメント部215)を形成していた従来の構成に比べて、比較的単純な形状であってもアライメントマークの位置が認識し易くなる。すなわち、マスキングスパッタ法によりアライメントマークを形成した場合に、仮に多少のパターンボケが生じた場合であっても、アライメントマークが認識し易くなる。
したがって、バンプ形成工程において、アライメントマークの位置に基づいて形成されるバンプを高精度に位置決めすることができる。また、従来のフォトリソグラフィ技術により電極パターンを形成する場合に比べて、製造工数を削減して製造効率の向上を図ることができる。
この構成によれば、電極パターンとは別体でアライメントマークを形成することで、電極パターンと一体でアライメントマーク(上述したアライメント部215)を形成していた従来の構成に比べて、比較的単純な形状であってもアライメントマークの位置が認識し易くなる。すなわち、マスキングスパッタ法によりアライメントマークを形成した場合に、仮に多少のパターンボケが生じた場合であっても、アライメントマークが認識し易くなる。
したがって、バンプ形成工程において、アライメントマークの位置に基づいて形成されるバンプを高精度に位置決めすることができる。また、従来のフォトリソグラフィ技術により電極パターンを形成する場合に比べて、製造工数を削減して製造効率の向上を図ることができる。
また、前記マスク材は、前記アライメントマークに相当する領域に第2開口部を有し、前記電極パターン形成工程と前記アライメントマーク形成工程とを、スパッタリングにて同一工程で行うことを特徴としている。
この構成によれば、アライメントマークと電極パターンとをスパッタリングにて同一工程で一括して形成することで、電極パターンとアライメントマークとの相対位置を容易に維持できる。また、電極パターンとアライメントマークとを一括して形成することで、製造工数の削減を図り、製造効率の更なる向上を図ることができる。
さらに、電極パターン用とアライメントマーク用とのマスク材を一体で作成すればよいので、低コスト化を図ることができる。
この構成によれば、アライメントマークと電極パターンとをスパッタリングにて同一工程で一括して形成することで、電極パターンとアライメントマークとの相対位置を容易に維持できる。また、電極パターンとアライメントマークとを一括して形成することで、製造工数の削減を図り、製造効率の更なる向上を図ることができる。
さらに、電極パターン用とアライメントマーク用とのマスク材を一体で作成すればよいので、低コスト化を図ることができる。
また、前記アライメントマーク形成工程では、前記第1ウエハにおける前記デバイス形成領域のそれぞれに対応して前記アライメントマークを形成することを特徴としている。
この構成によれば、第1ウエハにおけるデバイス形成領域のそれぞれにアライメントマークを形成することで、各水晶デバイスの電極パターンに対応してより高精度な位置決めを行うことができる。
この構成によれば、第1ウエハにおけるデバイス形成領域のそれぞれにアライメントマークを形成することで、各水晶デバイスの電極パターンに対応してより高精度な位置決めを行うことができる。
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の水晶デバイスの前記キャビティ内に、前記水晶板として圧電振動片が気密封止されてなることを特徴としている。
この構成によれば、上記本発明の水晶デバイスを備えているので、水晶板として気密封止される圧電振動片と、電極パターンと、の導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
この構成によれば、上記本発明の水晶デバイスを備えているので、水晶板として気密封止される圧電振動片と、電極パターンと、の導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
また、本発明の発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴としている。
また、本発明の電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴としている。
また、本発明の電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴としている。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上記本発明の圧電振動子を備えているので、特性及び信頼性に優れた製品を提供できる。
本発明の水晶デバイス、及び水晶デバイスの製造方法によれば、製造工数の削減を図った上で、電極パターンとバンプとを高精度に位置決めできる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、圧電振動片と電極パターンとの導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上記本発明の圧電振動子を備えているので、特性及び信頼性に優れた製品を提供できる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、圧電振動片と電極パターンとの導通性に優れた圧電振動子を提供することができる。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上記本発明の圧電振動子を備えているので、特性及び信頼性に優れた製品を提供できる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
(圧電振動子)
図1は、本実施形態における圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。また図2は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ある。また、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り、図4は圧電振動子の分解斜視図である。なお、図2〜4においては、図面を見易くするために後述する圧電振動片5の励振電極15、引き出し電極19,20、マウント電極16,17及び重り金属膜24の図示を省略している。
図1〜図4に示すように、本実施形態の圧電振動子(水晶デバイス)1は、ベース基板2及びリッド基板3が接合材23を介して陽極接合された箱状のパッケージ(接合片)4と、パッケージ4のキャビティC内に収納された圧電振動片(水晶板)5と、を備えた表面実装型の圧電振動子1である。そして、圧電振動片5とベース基板2の裏面2a(図3中下面)に設置された外部電極6,7とが、ベース基板2を貫通する一対の貫通電極8,9によって電気的に接続されている。
(圧電振動子)
図1は、本実施形態における圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。また図2は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ある。また、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り、図4は圧電振動子の分解斜視図である。なお、図2〜4においては、図面を見易くするために後述する圧電振動片5の励振電極15、引き出し電極19,20、マウント電極16,17及び重り金属膜24の図示を省略している。
図1〜図4に示すように、本実施形態の圧電振動子(水晶デバイス)1は、ベース基板2及びリッド基板3が接合材23を介して陽極接合された箱状のパッケージ(接合片)4と、パッケージ4のキャビティC内に収納された圧電振動片(水晶板)5と、を備えた表面実装型の圧電振動子1である。そして、圧電振動片5とベース基板2の裏面2a(図3中下面)に設置された外部電極6,7とが、ベース基板2を貫通する一対の貫通電極8,9によって電気的に接続されている。
ベース基板2は、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板状に形成されている。ベース基板2には、一対の貫通電極8,9が形成される一対の貫通孔21,22が形成されている。貫通孔21,22は、ベース基板2の裏面2aから表面2b(図3中上面)に向かって漸次径が縮径した断面テーパ形状をなしている。
リッド基板3は、ベース基板2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の絶縁基板であり、ベース基板2に重ね合わせ可能な大きさの板状に形成されている。そして、リッド基板3の内面3b(図3中下面)側には、圧電振動片5が収容される矩形状の凹部3aが形成されている。この凹部3aは、ベース基板2及びリッド基板3が重ね合わされたときに、圧電振動片5を収容するキャビティCを形成する。そして、リッド基板3は、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に対して接合材23を介して陽極接合されている。すなわち、リッド基板3の内面3b側は、中央部に形成された凹部3aと、凹部3aの周囲に形成され、ベース基板2との接合面となる額縁領域3cと、を構成している。
図5は圧電振動片を上面から見た平面図であり、図6は下面から見た平面図である。
圧電振動片5は、圧電材料である水晶により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。
圧電振動片5は、圧電材料である水晶により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5は、平行に配置された一対の振動腕部10,11と、これら一対の振動腕部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5は、一対の振動腕部10,11の両主面上に、これら振動腕部10,11の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部18を備えている。この溝部18は、振動腕部10,11の基端側から略中間付近まで形成されている。
また、本実施形態の圧電振動片5は、一対の振動腕部10,11の両主面上に、これら振動腕部10,11の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部18を備えている。この溝部18は、振動腕部10,11の基端側から略中間付近まで形成されている。
第1の励振電極13と第2の励振電極14とからなる励振電極15は、一対の振動腕部10,11を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部10,11の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、第1の励振電極13が、一方の振動腕部10の溝部18上と他方の振動腕部11の両側面上とに主に形成され、第2の励振電極14が、一方の振動腕部10の両側面上と他方の振動腕部11の溝部18上とに主に形成されている。
また、第1の励振電極13及び第2の励振電極14は、基部12の両主面上において、それぞれ引き出し電極19,20を介してマウント電極16,17に電気的に接続されている。そして圧電振動片5は、このマウント電極16,17を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、上述した励振電極15、マウント電極16,17、及び引き出し電極19,20は、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
なお、上述した励振電極15、マウント電極16,17、及び引き出し電極19,20は、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
また、一対の振動腕部10,11の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整(周波数調整)を行うための重り金属膜24が被膜されている。なお、この重り金属膜24は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜24aと、微小に調整する際に使用される微調膜24bとに分かれている。これら粗調膜24a及び微調膜24b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5は、図2,図3に示すように、金等のバンプBを利用して、ベース基板2の表面2bに形成された引き回し電極27,28上にバンプ接合されている。より具体的には、圧電振動片5の第1の励振電極13が、一方のマウント電極16及びバンプBを介して一方の引き回し電極27上にバンプ接合され、第2の励振電極14が他方のマウント電極17及びバンプBを介して他方の引き回し電極28上にバンプ接合されている。これにより、圧電振動片5は、ベース基板2の表面2bから浮いた状態で支持されるとともに、各マウント電極16,17と引き回し電極27,28とがそれぞれ電気的に接続された状態となる。
また、図2〜図4に示すように、ベース基板2の表面2bには、後述する圧電振動子1の製造工程において、バンプBのアライメントを行うための複数(例えば、2つ)のアライメントマーク35,36が、上述した引き回し電極27,28に隣接して配置されている。アライメントマーク35,36は、平面視で円形状や矩形状等(本実施形態では円形状)、比較的単純な形状をなし、上述した引き回し電極27,28と同一工程において、同一材料により形成される。具体的に、各アライメントマーク35,36のうち、一方のアライメントマーク35は、引き出し電極27の近傍で圧電振動片5の基部12と重なる位置に配置され、他方のアライメントマーク36は、振動腕部11の先端側で振動腕部11と重ならない位置に配置されている。
外部電極6,7は、ベース基板2の裏面2aにおける長手方向の両側に設置されており、各貫通電極8,9及び各引き回し電極27,28を介して圧電振動片5に電気的に接続されている。より具体的には、一方の外部電極6は、一方の貫通電極8及び一方の引き回し電極27を介して圧電振動片5の一方のマウント電極16に電気的に接続されている。また、他方の外部電極7は、他方の貫通電極9及び他方の引き回し電極28を介して、圧電振動片5の他方のマウント電極17に電気的に接続されている。
貫通電極8,9は、焼成によって貫通孔21,22に対して一体的に固定された筒体32及び芯材部31によって形成されたものであり、貫通孔21,22を完全に塞いでキャビティC内の気密を維持しているとともに、外部電極6,7と引き回し電極27,28とを導通させる役割を担っている。具体的に、一方の貫通電極8は、外部電極6と基部12との間で引き回し電極27の下方に位置しており、他方の貫通電極9は、外部電極7と振動腕部10との間で引き回し電極28の下方に位置している。
筒体32は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体32は、両端が平坦で且つベース基板2と略同じ厚みの円筒状に形成されている。そして、筒体32の中心には、芯材部31が筒体32の中心孔を貫通するように配されている。また、本実施形態では貫通孔21,22の形状に合わせて、筒体32の外形が円錐台状(断面テーパ状)となるように形成されている。そして、この筒体32は、貫通孔21,22内に埋め込まれた状態で焼成され、これら貫通孔21,22に対して強固に固着されている。
上述した芯材部31は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体32と同様に両端が平坦で、かつベース基板2の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。なお、貫通電極8,9が完成品として形成された場合には、上述したように芯材部31は、円柱状でベース基板2の厚さと同じ厚さとなるように形成されているが、製造過程では、後述する図10に示すように、芯材部31の一方の端部に連結された平板状の土台部38とともに鋲体型の金属ピン37を形成している。
上述した芯材部31は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体32と同様に両端が平坦で、かつベース基板2の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。なお、貫通電極8,9が完成品として形成された場合には、上述したように芯材部31は、円柱状でベース基板2の厚さと同じ厚さとなるように形成されているが、製造過程では、後述する図10に示すように、芯材部31の一方の端部に連結された平板状の土台部38とともに鋲体型の金属ピン37を形成している。
リッド基板3の内面3b全体には、陽極接合用の接合材23が形成されている。具体的に、接合材23は、額縁領域3c及び凹部3aの内面全体に亘って形成されている。本実施形態の接合材23はSi膜で形成されているが、接合材23をAlで形成することも可能である。なお接合材として、ドーピング等により低抵抗化したSiバルク材を可能することも可能である。そして後述するように、この接合材23とベース基板2とが陽極接合され、キャビティCが真空封止されている。
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6,7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5の励振電極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の製造方法について説明する。図7は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートである。図8は、ウエハ接合体の分解斜視図である。以下には、複数のベース基板2が連なるベース基板用ウエハ(第1ウエハ)40と、複数のリッド基板3が連なるリッド基板用ウエハ(ウエハ)50との間に複数の圧電振動片5を封入してウエハ接合体60を形成し、ウエハ接合体60を圧電振動子1の形成領域(デバイス形成領域)毎に切断することにより複数の圧電振動子1を同時に製造する方法について説明する。なお、図8に示す破線Mは、切断工程で切断する切断線を図示したものである。
図7に示すように、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、主に、圧電振動片作製工程(S10)と、リッド基板用ウエハ作製工程(S20)と、ベース基板用ウエハ作製工程(S30)と、組立工程(S40以下)と、を有している。そのうち、圧電振動片作製工程(S10)、リッド基板用ウエハ作製工程(S20)及びベース基板用ウエハ作製工程(S30)は、並行して実施することが可能である。
次に、上述した圧電振動子の製造方法について説明する。図7は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートである。図8は、ウエハ接合体の分解斜視図である。以下には、複数のベース基板2が連なるベース基板用ウエハ(第1ウエハ)40と、複数のリッド基板3が連なるリッド基板用ウエハ(ウエハ)50との間に複数の圧電振動片5を封入してウエハ接合体60を形成し、ウエハ接合体60を圧電振動子1の形成領域(デバイス形成領域)毎に切断することにより複数の圧電振動子1を同時に製造する方法について説明する。なお、図8に示す破線Mは、切断工程で切断する切断線を図示したものである。
図7に示すように、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、主に、圧電振動片作製工程(S10)と、リッド基板用ウエハ作製工程(S20)と、ベース基板用ウエハ作製工程(S30)と、組立工程(S40以下)と、を有している。そのうち、圧電振動片作製工程(S10)、リッド基板用ウエハ作製工程(S20)及びベース基板用ウエハ作製工程(S30)は、並行して実施することが可能である。
初めに、圧電振動片作製工程を行って図5,図6に示す圧電振動片5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、ウエハをフォトリソグラフィ技術によって圧電振動片5の外形形状でパターニングするとともに、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24を形成する。これにより、複数の圧電振動片5を作製することができる。
また、圧電振動片5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24の粗調膜24a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。
(リッド基板用ウエハ作成工程)
次に、図7,図8に示すように、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リッド基板用ウエハ作製工程を行う(S20)。具体的には、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、リッド基板用ウエハ50の第1面50a(図8における下面)に、エッチング等により行列方向にキャビティC用の凹部3aを複数形成する凹部形成工程を行う(S22)。
次に、後述するベース基板用ウエハ40との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ40との接合面となるリッド基板用ウエハ50の第1面50a側を少なくとも研磨する研磨工程(S23)を行い、第1面50aを鏡面加工する。
次に、図7,図8に示すように、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リッド基板用ウエハ作製工程を行う(S20)。具体的には、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、リッド基板用ウエハ50の第1面50a(図8における下面)に、エッチング等により行列方向にキャビティC用の凹部3aを複数形成する凹部形成工程を行う(S22)。
次に、後述するベース基板用ウエハ40との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ40との接合面となるリッド基板用ウエハ50の第1面50a側を少なくとも研磨する研磨工程(S23)を行い、第1面50aを鏡面加工する。
次に、リッド基板用ウエハ50の第1面50a全体(ベース基板用ウエハ40との接合面及び凹部3aの内面)に接合材23を形成する接合材形成工程(S24)を行う。このように、接合材23をリッド基板用ウエハ50の第1面50a全体に形成することで、接合材23のパターニングが不要になり、製造コストを低減することができる。なお、接合材23の形成は、スパッタやCVD等の成膜方法によって行うことができる。また、接合材形成工程(S24)の前に接合面を研磨しているので、接合材23の表面の平面度が確保され、ベース基板用ウエハ40との安定した接合を実現することができる。
以上により、リッド基板用ウエハ作成工程(S20)が終了する。
以上により、リッド基板用ウエハ作成工程(S20)が終了する。
(ベース基板用ウエハ作成工程)
次に、上述した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ベース基板用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)。
次に、上述した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ベース基板用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を厚さ方向に貫通し、キャビティCの内側と圧電振動子1の外側とを導通する貫通電極8,9(図3参照)を形成する貫通電極形成工程(S32)を行う。以下に、貫通電極形成工程(S32)について詳細を説明する。図9はベース基板用ウエハに複数の貫通孔を形成した状態を示す斜視図である。
貫通電極形成工程(S32)では、まず図7に示すように、ベース基板用ウエハ40を貫通する一対の貫通孔21,22を複数形成する貫通孔形成工程(S33)を行う。具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ40の第2面40bから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ40の第1面40a側から研磨することで、凹部を貫通させ、貫通孔21,22を形成することができる。
貫通電極形成工程(S32)では、まず図7に示すように、ベース基板用ウエハ40を貫通する一対の貫通孔21,22を複数形成する貫通孔形成工程(S33)を行う。具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ40の第2面40bから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ40の第1面40a側から研磨することで、凹部を貫通させ、貫通孔21,22を形成することができる。
続いて、貫通孔形成工程(S33)で形成された複数の貫通孔21,22内に、金属ピンの芯材部31を配置する金属ピン配置工程を行う(S34)。図10は金属ピンの斜視図である。
図10に示すように、金属ピン37は、平板状の土台部38と、土台部38上から土台部38の表面に略直交する方向に沿ってベース基板用ウエハ40の厚さよりも僅かに短い長さで形成されるとともに、先端が平坦に形成された芯材部31と、を有している。
図10に示すように、金属ピン37は、平板状の土台部38と、土台部38上から土台部38の表面に略直交する方向に沿ってベース基板用ウエハ40の厚さよりも僅かに短い長さで形成されるとともに、先端が平坦に形成された芯材部31と、を有している。
そして、ベース基板用ウエハ40の第1面40a側から、貫通孔21,22内に金属ピン37の芯材部31を挿入する。この時、上述した金属ピン37の土台部38の表面がベース基板用ウエハ40の第1面40aに接触するまで、芯材部31を挿入する。ここで、芯材部31の軸方向と貫通孔21,22の軸方向とを略一致するように金属ピン37を配置する必要がある。しかしながら、土台部38上に芯材部31が形成された金属ピン37を利用するため、土台部38をベース基板用ウエハ40に接触させるまで押し込むだけの簡単な作業で、芯材部31の軸方向と貫通孔21,22の軸方向とを略一致させることができる。したがって、金属ピン配置工程(S34)時における作業性を向上することができる。
次に、金属ピン37がセットされたベース基板用ウエハ40を真空印刷装置内に搬送し、貫通孔21,22内にペースト状のガラスフリットを充填する充填工程(S35)を行う。これにより、貫通孔21,22と金属ピン37との間に、ガラスフリットが隙間なく充填される。
その後、貫通孔21,22に充填したガラスフリットを所定の温度で焼成する焼成工程(S36)を行う。これにより、貫通孔21,22と、貫通孔21,22内に埋め込まれたガラスフリットと、ガラスフリット内に配置された金属ピン37(芯材部31)と、が互いに固着し合う。この焼成を行う際に、土台部38ごと焼成するため、芯材部31の軸方向と貫通孔21,22の軸方向とを略一致させた状態にしたまま、両者を一体的に固定することができる。ガラスフリットが焼成されると筒体32として固化する。
続いて、金属ピン37の土台部38を研磨して除去する研磨工程を行う(S37)。これにより、筒体32及び芯材部31を位置決めさせる役割を果たしていた土台部38を除去することができ、芯材部31のみを筒体32の内部に取り残すことができる。また、同時にベース基板用ウエハ40の第2面40bを研磨して平坦面になるようにする。そして、芯材部31の先端が露出するまで研磨する。その結果、筒体32と芯材部31とが一体的に固定された一対の貫通電極8,9を複数得ることができる。
続いて、金属ピン37の土台部38を研磨して除去する研磨工程を行う(S37)。これにより、筒体32及び芯材部31を位置決めさせる役割を果たしていた土台部38を除去することができ、芯材部31のみを筒体32の内部に取り残すことができる。また、同時にベース基板用ウエハ40の第2面40bを研磨して平坦面になるようにする。そして、芯材部31の先端が露出するまで研磨する。その結果、筒体32と芯材部31とが一体的に固定された一対の貫通電極8,9を複数得ることができる。
この場合、ベース基板用ウエハ40の第1面40a、及び第2面40bと、筒体32及び芯材部31の両端とは、略面一な状態となる。つまり、ベース基板用ウエハ40の第1面40a及び第2面40bと貫通電極8,9の表面とを、略面一な状態とすることができる。なお、研磨工程(S37)を行った時点で、貫通電極形成工程(S32)が終了する。
図11はベース基板用ウエハの第1面に引き回し電極をパターニングした状態を示す斜視図である。
次に、図11に示すように、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに導電性膜からなる引き回し電極27,28を形成する引き回し電極形成工程を行う(S38:電極パターン形成工程及びアライメントマーク形成工程)。このようにして、ベース基板用ウエハ製作工程(S30)が終了する。
次に、図11に示すように、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに導電性膜からなる引き回し電極27,28を形成する引き回し電極形成工程を行う(S38:電極パターン形成工程及びアライメントマーク形成工程)。このようにして、ベース基板用ウエハ製作工程(S30)が終了する。
(引き回し電極形成工程)
ここで、上述した引き回し電極形成工程(S38)について説明する。図12〜図14は、引き回し電極のパターニング方法を説明する図である。
引き回し電極27,28は、ベース基板用ウエハ40の第1面40aにマスキングスパッタを施すことにより形成する。具体的には、図12に示すように、ベース基板用ウエハ40がスパッタ装置内を移動するために、ベース基板用ウエハ40を基板支持用治具70上に載置する。基板支持用治具70は、ベース基板用ウエハ40を載置するベースプレート71と、磁性体で形成されたマスク材80(図13参照)を磁力により支持固定することが可能な磁石プレート72と、を備えている。ベースプレート71は、ベース基板用ウエハ40を載置できる大きさの平面部73と、平面部73の周縁を構成する周縁部74と、を備えている。周縁部74は、平面部73よりも厚く形成されている。つまり、ベース基板用ウエハ40が載置される領域が凹状になっている。そして、ベース基板用ウエハ40の厚さと周縁部74の高さ(厚さ)とは略同一になっており、平面部73にベース基板用ウエハ40が載置された状態で、ベース基板用ウエハ40の第1面40aと周縁部74の上面74aとは略面一になるように構成されている。
ここで、上述した引き回し電極形成工程(S38)について説明する。図12〜図14は、引き回し電極のパターニング方法を説明する図である。
引き回し電極27,28は、ベース基板用ウエハ40の第1面40aにマスキングスパッタを施すことにより形成する。具体的には、図12に示すように、ベース基板用ウエハ40がスパッタ装置内を移動するために、ベース基板用ウエハ40を基板支持用治具70上に載置する。基板支持用治具70は、ベース基板用ウエハ40を載置するベースプレート71と、磁性体で形成されたマスク材80(図13参照)を磁力により支持固定することが可能な磁石プレート72と、を備えている。ベースプレート71は、ベース基板用ウエハ40を載置できる大きさの平面部73と、平面部73の周縁を構成する周縁部74と、を備えている。周縁部74は、平面部73よりも厚く形成されている。つまり、ベース基板用ウエハ40が載置される領域が凹状になっている。そして、ベース基板用ウエハ40の厚さと周縁部74の高さ(厚さ)とは略同一になっており、平面部73にベース基板用ウエハ40が載置された状態で、ベース基板用ウエハ40の第1面40aと周縁部74の上面74aとは略面一になるように構成されている。
続いて、図13に示すように、ベース基板用ウエハ40及びベースプレート71の周縁部74を覆うようにマスク材80を載置する。マスク材80は平面視でベースプレート71と外形が略同一形状に形成されている。また、マスク材80は例えばSUS等の磁性体からなる厚さが100μm程度の板材で形成されているため、マスク材80は磁石プレート72により支持固定される。
マスク材80には、引き回し電極27,28及び上述したアライメントマーク35,36の形状に対応した複数の開口部(第1開口部及び第2開口部)81が、各ベース基板2の形成領域に対応してそれぞれ形成されている。本実施形態のマスク材80は、開口部81が形成されていない部分の厚さが均一になるように構成されている。つまり、マスク材80は、厚さが均一の板状の部材に開口部81を形成しただけで構成されている。
マスク材80には、引き回し電極27,28及び上述したアライメントマーク35,36の形状に対応した複数の開口部(第1開口部及び第2開口部)81が、各ベース基板2の形成領域に対応してそれぞれ形成されている。本実施形態のマスク材80は、開口部81が形成されていない部分の厚さが均一になるように構成されている。つまり、マスク材80は、厚さが均一の板状の部材に開口部81を形成しただけで構成されている。
続いて、図14に示すように、マスク材80が支持固定された状態で、基板支持用治具70を図示しないスパッタ装置内へ移動させ、スパッタリングを行う。これにより、ターゲットから飛び出した成膜材料の粒子が開口部81を通してベース基板用ウエハ40の第1面40aに堆積することにより、ベース基板用ウエハ40の第1面40aに引き回し電極27,28及びアライメントマーク35,36が成膜される。このとき、引き回し電極27,28及びアライメントマーク35,36を同一工程で一括して形成することで、引き回し電極27,28とアライメントマーク35,36との相対位置を簡単に維持することができる。
なお、貫通電極8,9は、上述したようにベース基板用ウエハ40の第1面40aに対して略面一な状態となっている。そのため、ベース基板用ウエハ40の第1面40aにパターニングされた引き回し電極27,28は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極8,9に対して密着した状態で形成される。これにより、一方の引き回し電極27と一方の貫通電極8との導通性、及び他方の引き回し電極28と他方の貫通電極9との導通性を確実なものにすることができる。
(組立工程)
次に、ベース基板用ウエハ作成工程(S30)で作成されたベース基板用ウエハ40の各引き回し電極27,28上に、圧電振動片作成工程(S10)で作成された圧電振動片5を、それぞれ金等のバンプBを介してマウントする(S40)。具体的には、まず画像認識等によりアライメントマーク35,36の位置(中心位置)を検出して、その検出結果に基づいて引き回し電極27,28上におけるバンプ形成位置を算出する。そして、引き回し電極27,28上におけるバンプ形成位置に、金ワイヤを用いてそれぞれバンプBを形成する(バンプ形成工程)。
そして、圧電振動片5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5のマウント電極16,17をバンプBに押し付ける。これにより、圧電振動片5は、バンプBに機械的に支持されるとともに、マウント電極16,17と引き回し電極27,28とが電気的に接続された状態となる。
次に、ベース基板用ウエハ作成工程(S30)で作成されたベース基板用ウエハ40の各引き回し電極27,28上に、圧電振動片作成工程(S10)で作成された圧電振動片5を、それぞれ金等のバンプBを介してマウントする(S40)。具体的には、まず画像認識等によりアライメントマーク35,36の位置(中心位置)を検出して、その検出結果に基づいて引き回し電極27,28上におけるバンプ形成位置を算出する。そして、引き回し電極27,28上におけるバンプ形成位置に、金ワイヤを用いてそれぞれバンプBを形成する(バンプ形成工程)。
そして、圧電振動片5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5のマウント電極16,17をバンプBに押し付ける。これにより、圧電振動片5は、バンプBに機械的に支持されるとともに、マウント電極16,17と引き回し電極27,28とが電気的に接続された状態となる。
次に、上述した各ウエハ40,50の作成工程で作成されたベース基板用ウエハ40及びリッド基板用ウエハ50を重ね合わせる、重ね合わせ工程を行う(S50)。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら、両ウエハ40,50を正しい位置にアライメントする。これにより、マウントされた圧電振動片5が、リッド基板用ウエハ50に形成された凹部3aとベース基板用ウエハ40とで囲まれるキャビティC内に収納された状態となる。
重ね合わせ工程(S50)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、図示しない保持機構によりウエハ40,50の外周部分をクランプした状態で、所定の温度雰囲気で所定の電圧を印加して陽極接合する接合工程を行う(S60)。具体的には、接合材23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、接合材23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5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とが接合されたウエハ接合体60を得ることができる。そして、本実施形態のように両ウエハ40,50同士を陽極接合することで、接着剤等で両ウエハ40,50を接合した場合に比べて、経時劣化や衝撃等によるずれ、ウエハ接合体60の反り等を防ぎ、両ウエハ40,50をより強固に接合することができる。
そして、上述した陽極接合が終了した後、ベース基板用ウエハ40の第2面40bに導電性材料をパターニングして、一対の貫通電極8,9にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極6,7を複数形成する外部電極形成工程を行う(S70)。この工程により、外部電極6,7を利用してキャビティC内に封止された圧電振動片5を作動させることができる。
次に、ウエハ接合体60の状態で、キャビティC内に封止された個々の圧電振動子1の周波数を微調整して所定の範囲内に収める微調工程を行う(S80)。具体的には、ベース基板用ウエハ40の第2面40bに形成された一対の外部電極6,7に電圧を印加して圧電振動片5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24の微調膜24bを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部10,11の先端側の重量が変化するため、圧電振動片5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。このとき、本実施形態のアライメントマーク35,36は振動腕部10,11と重ならない位置に形成されているので、アライメントマーク35,36とレーザ光とが干渉することがない。
そして、接合されたウエハ接合体60を切断線M(圧電振動子1の形成領域)に沿って切断する個片化工程(S90)を行う。
その後、内部の電気特性検査を行う(S100)。具体的には、圧電振動子1の共振周波数や共振抵抗値、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、絶縁抵抗特性等も併せてチェックする。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。
以上により、圧電振動子1が完成する。
その後、内部の電気特性検査を行う(S100)。具体的には、圧電振動子1の共振周波数や共振抵抗値、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、絶縁抵抗特性等も併せてチェックする。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。
以上により、圧電振動子1が完成する。
このように、本実施形態では、マスキングスパッタ法によりベース基板2上に引き回し電極27,28を形成し、これら引き回し電極27,28とは別体でバンプBのアライメントを行うためのアライメントマーク35,36を形成する構成とした。
この構成によれば、引き回し電極27,28とは別体でアライメントマーク35,36を形成することで、引き回し電極27,28と一体でアライメントマーク(アライメント部215)を形成していた従来の構成に比べて、比較的単純な形状であってもアライメントマーク35,36の位置(中心位置)が認識し易くなる。
すなわち、アライメントマーク35,36をマスキングスパッタ法により形成した場合に、仮に多少のパターンボケが生じた場合であっても、アライメントマーク35,36が認識し易くなる。
したがって、アライメントマーク35,36の位置に基づいて形成されるバンプBを高精度に位置決めすることができる。その結果、圧電振動片5と引き回し電極27,28とを確実に導通させることができる。また、従来のフォトリソグラフィ技術により引き回し電極27,28を形成する場合に比べて、製造工数を削減して製造効率の向上を図ることができる。
この構成によれば、引き回し電極27,28とは別体でアライメントマーク35,36を形成することで、引き回し電極27,28と一体でアライメントマーク(アライメント部215)を形成していた従来の構成に比べて、比較的単純な形状であってもアライメントマーク35,36の位置(中心位置)が認識し易くなる。
すなわち、アライメントマーク35,36をマスキングスパッタ法により形成した場合に、仮に多少のパターンボケが生じた場合であっても、アライメントマーク35,36が認識し易くなる。
したがって、アライメントマーク35,36の位置に基づいて形成されるバンプBを高精度に位置決めすることができる。その結果、圧電振動片5と引き回し電極27,28とを確実に導通させることができる。また、従来のフォトリソグラフィ技術により引き回し電極27,28を形成する場合に比べて、製造工数を削減して製造効率の向上を図ることができる。
さらに、複数(本実施形態では2つ)のアライメントマーク35,36の位置に基づいてバンプBのアライメントを行うことで、より高精度な位置決めを行うことができる。
ここで、引き回し電極形成工程(S38)において、アライメントマーク35,36と引き回し電極27,28とを同一材料で、かつ同一工程で一括して形成することで、引き回し電極27,28とアライメントマーク35,36との相対位置を容易に維持できる。また、引き回し電極27,28とアライメントマーク35,36とを一括して形成することで、製造工数の削減を図り、製造効率の更なる向上を図ることができる。
さらに、引き回し電極27,28用とアライメントマーク35,36用とのマスク材を一体で作成すればよいので、低コスト化を図ることができる。
さらに、引き回し電極27,28用とアライメントマーク35,36用とのマスク材を一体で作成すればよいので、低コスト化を図ることができる。
また、ベース基板用ウエハ40におけるベース基板2の形成領域のそれぞれにアライメントマーク35,36を形成することで、各ベース基板2の引き回し電極27,28に対応してより高精度な位置決めを行うことができる。
しかも、アライメントマーク35,36の平面視形状を円形状とすることにより、アライメントマーク35,36の輪郭から容易に中心位置を算出することができる。
しかも、アライメントマーク35,36の平面視形状を円形状とすることにより、アライメントマーク35,36の輪郭から容易に中心位置を算出することができる。
そして、本実施形態では、上述したパッケージ4を備えているので、圧電振動片5と、引き回し電極27,28との導通性に優れた信頼性の高い圧電振動子1を提供することができる。
(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。
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、発振器用の上述した集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片5が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図15を参照しながら説明する。
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、発振器用の上述した集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片5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5が振動する。この振動は、圧電振動片5が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路101に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路101によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子1が発振子として機能する。
また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
上述したように、本実施形態の発振器100によれば、上述した圧電振動子1を備えているので、特性及び信頼性に優れた発振器100を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
(電子機器)
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図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110を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器110は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図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110を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器110は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
(携帯情報機器)
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。
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5が振動し、この振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部112と信号の送受信が行われ、表示部115に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
通信部114は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部117、音声処理部118、切替部119、増幅部120、音声入出力部121、電話番号入力部122、着信音発生部123及び呼制御メモリ部124を備えている。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
また、着信音発生部123は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部119は、着信時に限って、音声処理部118に接続されている増幅部120を着信音発生部123に切り替えることによって、着信音発生部123において生成された着信音が増幅部120を介して音声入出力部121に出力される。
なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
電圧検出部116は、電源部111によって制御部112等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部112に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部114を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、3V程度となる。電圧検出部116から電圧降下の通知を受けた制御部112は、無線部117、音声処理部118、切替部119及び着信音発生部123の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部117の動作停止は、必須となる。さらに、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。
すなわち、電圧検出部116と制御部112とによって、通信部114の動作を禁止し、その旨を表示部115に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部115の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×(バツ)印を付けるようにしても良い。
なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
上述したように、本実施形態の携帯情報機器110によれば、上述した圧電振動子1を備えているので、特性及び信頼性に優れた携帯情報機器110を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
(電波時計)
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図17を参照して説明する。
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。
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。
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。
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、上述した搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部138、139をそれぞれ備えている。
アンテナ132は、40kHz若しくは60kHzの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHz若しくは60kHzの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ133によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部131によって濾波、同調される。 本実施形態における圧電振動子1は、上述した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。
さらに、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。
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、上述した圧電振動子1を備えているので、特性及び信頼性に優れた電波時計130を提供できる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
なお、本発明の技術範囲は上述した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、上述した実施形態では、本発明に係るパッケージの製造方法を使用しつつ、パッケージの内部に圧電振動片を封入して圧電振動子を製造したが、パッケージの内部に圧電振動片以外の水晶板を封入して、圧電振動子以外のデバイスを製造することも可能である。
また、上述した実施形態では、音叉型の圧電振動片を用いた圧電振動子を例に挙げて本発明のパッケージの製造方法を説明したが、これに限らず、例えばATカット型の圧電振動片(厚み滑り振動片)を用いた圧電振動子等に、本発明を適用しても構わない。
例えば、上述した実施形態では、本発明に係るパッケージの製造方法を使用しつつ、パッケージの内部に圧電振動片を封入して圧電振動子を製造したが、パッケージの内部に圧電振動片以外の水晶板を封入して、圧電振動子以外のデバイスを製造することも可能である。
また、上述した実施形態では、音叉型の圧電振動片を用いた圧電振動子を例に挙げて本発明のパッケージの製造方法を説明したが、これに限らず、例えばATカット型の圧電振動片(厚み滑り振動片)を用いた圧電振動子等に、本発明を適用しても構わない。
また、上述した実施形態では、貫通孔21,22内に土台部38から立設された金属ピン37を配置し、その後、土台部38を研磨して除去することにより貫通電極7,8を形成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、貫通孔21,22を有底の凹部とし、円柱状の金属ピンを凹部内に配置して貫通電極を形成しても構わない。但し、金属ピンが傾倒することなく、貫通孔内に配置できる点で、本実施形態に優位性がある。
さらに、上述した実施形態では、圧電振動子1の製造工程において、ベース基板用ウエハ40における各ベース基板2に対応する位置にそれぞれアライメントマーク35,36を形成する場合について説明したが、これに限られない。すなわち、ベース基板用ウエハ40における任意の位置にアライメントマークが形成されていれば構わない。この場合、ベース基板用ウエハ40におけるベース基板2の形成領域の外側にアライメントマークが形成されていても構わない。
また、アライメントマーク35,36の形状は、矩形や円形状に限らず、十字等、適宜設計変更が可能である。
さらに、引き回し電極27,28とアライメントマーク35,36とを別工程で形成しても構わない。
また、アライメントマーク35,36の形状は、矩形や円形状に限らず、十字等、適宜設計変更が可能である。
さらに、引き回し電極27,28とアライメントマーク35,36とを別工程で形成しても構わない。
1…圧電振動子(水晶デバイス) 2…ベース基板 3…リッド基板 4…パッケージ(接合片) 5…圧電振動片(水晶板) 27,28…引き回し電極(電極パターン) 35,36…アライメントマーク 40…ベース基板用ウエハ(第1ウエハ) 50…リッド基板用ウエハ(第2ウエハ) 81…開口部(第1開口部、第2開口部) 100…発振器 101…発振器の集積回路 110…携帯情報機器(電子機器) 113…電子機器の計時部 130…電波時計 131…電波時計のフィルタ部 B…バンプ C…キャビティ
Claims (10)
- 複数のウエハが接合されたウエハ接合体がデバイス形成領域毎に個片化されてなる接合片と、
前記接合片内に形成され、水晶板を封入可能なキャビティと、を備えた水晶デバイスであって、
前記複数のウエハのうち、第1ウエハにおける前記デバイス形成領域上に形成された電極パターンと、
前記水晶板を前記電極パターンに実装するためのバンプと、を備え、
前記第1ウエハ上には、前記バンプの位置合わせを行うためのアライメントマークが前記電極パターンとは別体で形成されていることを特徴とする水晶デバイス。 - 前記アライメントマークは、前記第1ウエハにおける前記デバイス形成領域のそれぞれに形成されていることを特徴とする請求項1記載の水晶デバイス。
- 前記アライメントマークが、少なくとも2つ以上形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の水晶デバイス。
- 複数のウエハが接合されたウエハ接合体がデバイス形成領域毎に個片化されてなる接合片と、
前記接合片内に形成され、水晶板を封入可能なキャビティと、を備えた水晶デバイスの製造方法であって、
前記複数のウエハのうち、第1ウエハにおける水晶デバイス形成領域に形成された電極パターンと、
前記水晶板を前記電極パターンに実装するためのバンプと、を備え、
前記電極パターンに相当する領域に第1開口部を有するマスク材を前記第1ウエハ上にセットして、スパッタリングにて前記電極パターンを形成する電極パターン形成工程と、
前記第1ウエハ上に前記バンプの位置合わせを行うためのアライメントマークを前記電極パターンとは別体で形成するアライメントマーク形成工程と、
前記アライメントマークの位置に基づいて前記電極パターン上に前記バンプを形成するバンプ形成工程と、
前記バンプを介して前記水晶板を前記電極パターンに実装するマウント工程と、を有していることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。 - 前記マスク材は、前記アライメントマークに相当する領域に第2開口部を有し、
前記電極パターン形成工程と前記アライメントマーク形成工程とを、スパッタリングにて同一工程で行うことを特徴とする請求項4記載の水晶デバイスの製造方法。 - 前記アライメントマーク形成工程では、前記第1ウエハにおける前記デバイス形成領域のそれぞれに対応して前記アライメントマークを形成することを特徴とする請求項4または請求項5記載の水晶デバイスの製造方法。
- 請求項1から請求項3の何れか1項に記載の水晶デバイスの前記キャビティ内に、前記水晶板として圧電振動片が気密封止されてなることを特徴とする圧電振動子。
- 請求項7記載の前記圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
- 請求項7記載の前記圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
- 請求項7記載の前記圧電振動子が、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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