JP5128669B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合された２枚の基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された表面実装型（ＳＭＤ）の圧電振動子の製造方法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の製造方法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 (2)

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。

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