JP5134357B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
この2層構造タイプの圧電振動子は、3層構造のものに比べて薄型化を図ることができる等の点において優れており、好適に使用されている。このような圧電振動子の1つとして、スルーホールを利用して、圧電振動片とベース基板に形成された外部電極とが電気的に接続された圧電振動子が知られている(特許文献1参照)。
ベース基板201には、該基板201を貫通するスルーホール204が形成されており、該スルーホール204の内面を通じてベース基板201の上面及び下面に亘って導電膜205が形成されている。この導電膜205のうち、ベース基板201の上面に形成された部分が圧電振動片203に対して電気的に接続されるマウントパッド205aとして機能し、ベース基板201の下面に形成された部分が外部に対して電気的に接続される外部電極205bとして機能している。しかも、マウントパッド205aの一部は、ベース基板201とリッド基板202とを陽極接合する際の接合膜として利用されている。また、スルーホール204は、陽極接合されたときに、マウントパッド205aが両基板201、202に密着するので、封止された状態となる。また、ベース基板201とリッド基板202との間には、キャビティCの周囲を囲むように陽極接合用の接合膜206が形成されている。
始めに、近年の電子機器の小型化に伴って、これら各種の電子機器に搭載される圧電振動子200のさらなる小型化が求められている。そのため、キャビティC内に収納される圧電振動片203も当然にさらなる小型化が求められており、ベース基板201に形成されるスルーホール204の径もできるだけ小さい径が望ましいとされている。ところが、スルーホール204の径を小さくしてしまうと、内面に導電膜205をムラ無く一定の厚みをもって成膜させることが難しくなってしまう。そのため、通常、スパッタ法等で成膜を行うが、図24に示すように、導電膜205がスルーホール204の内面まで確実に回り込まず、途中で分断されてしまう可能性があった。
その結果、陽極接合が不完全になりキャビティC内を封止することができなかったり、導電膜205を介して圧電振動片203との導通を図ることができなかったりする等の不都合が生じる恐れがあった。
ところで、ベース基板用ウエハには、圧電振動片203の数に応じて複数のスルーホール204が形成されると共に、複数の導電膜205がパターニングされる。この際、上述した不都合が生じずに、スルーホール204の内面に導電膜205の成膜が問題なく行われたとしても、以下の不都合が生じる懸念があった。
本発明に係る圧電振動子の製造方法は、互いに陽極接合されたベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された圧電振動子を、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを利用して一度に複数製造する方法であって、前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとのうち少なくともいずれか一方に、両ウエハが重ね合わされたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程と、前記ベース基板用ウエハを貫通する一対のスルーホールを、前記凹部外に開口が開くように形成するスルーホール形成工程と、前記ベース基板用ウエハの上面に、前記凹部の周囲を囲む接合層と、前記圧電振動片に対して電気的に接続され、前記凹部内に収まる一対のマウント層と、前記凹部外で前記開口上を通過するように凹部内から凹部外に引き出され、前記一対のマウント層を接合層に対してそれぞれ別々に電気的に繋げる一対の引き出し電極層と、を同一の導電性材料によりパターニングするパターニング工程と、前記一対のマウント層に対して前記圧電振動片をマウントさせた後、前記両ウエハを重ね合わせて前記凹部と両ウエハとで囲まれる前記キャビティ内に圧電振動片を収納する重ね合わせ工程と、前記接合層と前記リッド基板用ウエハとの間に電圧を印加させて前記両ウエハを陽極接合し、前記圧電振動片を前記キャビティ内に封止する接合工程と、前記一対のスルーホールの開口と前記接合層との間における前記一対の引き出し電極層に対してレーザ光を照射して、接合層から電気的に切り離されるように引き出し電極層を途中で分断する分断工程と、導電性材料により前記一対のスルーホールを塞いで、前記ベース基板用ウエハの下面側に露出する外部電極を形成する外部電極形成工程と、接合された前記両ウエハを切断して、複数の前記圧電振動子に小片化する切断工程と、を備え、前記パターニング工程の際、前記開口の周囲を覆った状態で該開口上を通過するように、前記一対の引き出し電極層をパターニングすることを特徴とするものである。
次に、ベース基板を貫通する一対のスルーホールを形成するスルーホール形成工程を行う。この際、凹部内(凹部の内側)ではなく、凹部外(凹部の外側)に開口が開くようにスルーホールを形成する。
このパターニング工程を行った時点で、接合層、一対のマウント層及び一対の引き出し電極層は、全て電気的に繋がった状態となっている。
特に、接合層と一対の引き出し電極層とがパターニング工程によって予め電気的に接続されているので、スルーホールの内面に成膜された導電膜を介して電圧を印加していた従来の方法のように、キャビティ内の封止が不確実になる恐れがない。つまり、スルーホールの存在に影響されることなく陽極接合を行えるので、接合を確実に行うことができる。しかも、接合層に電圧を印加するだけで、全ての一対の引き出し電極層にも同時に電圧を印加できるので、ウエハにうねり等があってとしても、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを全面に亘って均一に接合することができる。そのうえ、従来に比べて電圧印加が簡単で短時間で行うことができるので、製造効率を向上することができる。
そして、外部電極を形成した後に、接合されたベース基板用ウエハ及びリッド基板用ウエハを切断して、複数の圧電振動子に小片化する切断工程を行う。
また、一対の引き出し電極層を形成する際に、一方の引き出し電極層に関してはスルーホールに関係なく直接接合層に接続し、他方の引き出し電極層に関しては他方のスルーホールの開口の周囲を覆った状態で該開口上を通過した後に接合層に接続するようにパターニングする。これにより、他方のスルーホールの開口の周囲は、他方の引き出し電極層で囲まれた状態となる。
そして、分断工程を行う際に、他方のスルーホールの開口と接合層との間における他方の引き出し電極層に対してレーザ光を照射し、スルーホールが途中で形成された他方の引き出し電極層の途中を分断する。これにより、スルーホールが形成された他方の引き出し電極層を、接合層から電気的に切り離すことができる。
特に、一方のスルーホールが接合層側に形成されているので、一方の引き出し電極層の長さを極力短くすることができる。よって、コンパクトに設計でき、圧電振動子の小型化を図ることができる。
また、本発明に係る電子機器は、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するものである。
また、本発明に係る電波時計は、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するものである。
本実施形態の圧電振動子1は、図1から図4に示すように、ベース基板2とリッド基板3とで2層構造の箱状に形成されており、内部のキャビティC内に圧電振動片4が収納されたセラミックパッケージタイプの圧電振動子である。
なお、図4においては、図面を見易くするために後述する励振電極15、引き出し電極19、20、マウント電極16、17及び重り金属膜21の図示を省略している。
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、該一対の振動腕部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、該振動腕部10、11の長手方向X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。
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、本実施形態では、リッド基板3側にこの凹部3aが形成されている場合を例に挙げて説明するが、ベース基板2側に形成されていても構わないし、両方の基板2、3にそれぞれ形成されていても構わない。
このうち接合層30は、リッド基板3に形成された凹部3aの周囲を囲むようにベース基板2の周縁に沿って形成されている。一対のマウント層31、32は、リッド基板3に形成された凹部3a内に収まるように、それぞれ電気的に切り離された状態で形成されている。一対の引き出し電極層33、34は、一対のマウント層31、32と接合層30との間に凹部3a内から凹部3a外に引き出されるように形成されており、一対のマウント層31、32を接合層30に対してそれぞれ電気的に繋げている。
但し、一対の引き出し電極層33、34のうち、他方の引き出し電極層34は、製造途中では接合層30に繋がっていたが、圧電振動子1が完成した段階では途中で分断された状態となっている。
より詳細に説明すると、一方のスルーホール35は、一方の引き出し電極層33が繋がった付近の接合層30に開口が開くように形成されており、開口の周囲が接合層30で囲まれる大きさとされている。また、他方のスルーホール36は、両基板2、3の間に挟まれた他方の引き出し電極層34の領域S1に開口が開くように形成されており、やはり開口の周囲が引き出し電極層34で囲まれる大きさとされている。
次いで、図10に示すように、ベース基板用ウエハ40に、例えばブラスト加工により一対のスルーホール35、36を複数形成するスルーホール形成工程を行う(S32)。なお、図10に示す点線Mは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。この際、リッド基板用ウエハ50を重ねた際に、凹部3aの内側ではなく、凹部3aの外側に開口が開くようにスルーホール35、36を形成する。
特に、接合層30を形成する際、一方のスルーホール35の開口の周囲を覆った状態で該開口上を通過するように導電性材料をパターニングする。これにより、一方のスルーホール35の開口の周囲は、接合層30で囲まれた状態となる。しかも、スルーホール形成工程後にパターニングを行っているので、一方のスルーホール35の内面に接合層30が若干入り込んだ状態となっている(後述する図14及び図16参照)。
なお、他方のスルーホール36の開口の周囲は、他方の引き出し電極層34の領域S1によって囲まれた状態となる。しかも、スルーホール形成工程後にパターニングを行っているので、他方のスルーホール36の内面に他方の引き出し電極層34が若干入り込んだ状態となっている(後述する図14及び図16参照)。
まず、作製した複数の圧電振動片4をベース基板用ウエハ40に形成された各凹部3a内に収容させた状態で、一対のマウント層31、32にマウントするマウント工程を行う(S41)。具体的には、圧電振動片4の基部12を各凹部3a内に形成された一対のマウント層31、32に載置した後、導電性接着剤やバンプ接続等によりマウントする。これにより、圧電振動片4は、一対のマウント層31、32に機械的に支持されると共に、マウント電極16、17と引き出し電極層33、34とが電気的に接続された状態となる。
特に、接合層30と一対の引き出し電極層33、34とがパターニング工程によって予め電気的に接続されているので、スルーホール35、36の内面に成膜された導電膜を介して電圧を印加していた従来の方法のように、キャビティC内の封止が不確実になる恐れがない。つまり、スルーホール35、36の存在に影響されることなく陽極接合を行えるので、接合を確実に行うことができる。
しかも、接合層30に電圧を印加するだけで、ベース基板用ウエハ40に形成された全ての一対の引き出し電極層33、34に電圧を印加できるので、ウエハにうねり等があったとしても、ベース基板用ウエハ40とリッド基板用ウエハ50とを全面に亘って均一に接合することができる。そのうえ、従来に比べて電圧印加が簡単で短時間で行うことができるので、製造効率を向上することができる。
なお、レーザ光Lを照射した際、領域S2が蒸発することで分断が行われるが、蒸発した成分は図15に示す矢印のように、両ウエハ40、50の間に形成された微小な隙間に拡散する。これにより、分断を確実且つスムーズに行うことができる。
しかも、図16に示すように、一方のスルーホール35内に接合層30の一部が入り込み、他方のスルーホール36内に他方の引き出し電極層34の一部が入り込んでいる。そのため、外部電極37と接合層30、外部電極38と他方の引き出し電極層34との導通をより確実にすることができる。
その後、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(S54)。具体的に説明すると、両外部電極37、38に電圧を印加して圧電振動片4を振動させる。そして、周波数を計測しながらリッド基板3を通して外部からレーザ光を照射し、重り金属膜21の微調膜21bを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部10、11の先端側の重量が変化するので、圧電振動片4の周波数を、公称周波数の所定範囲内に収まるように微調整することができる。
本実施形態の発振器100は、図17に示すように、圧電振動子1を、集積回路101に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上記集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1の圧電振動片4が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
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。
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。
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、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。
本実施形態の電波時計130は、図19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。
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。
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。
但し、上述した実施形態のように、一方のスルーホール35を接合層30側に形成することで、一方の引き出し電極層33の長さを極力短くすることができる。よって、コンパクトに設計でき、圧電振動子1の小型化を図ることができる。
L…レーザ光
1…圧電振動子
2…ベース基板
3…リッド基板
3a…キャビティ用の凹部
4…圧電振動片
30…接合層
31、32…マウント層
33、34…引き出し電極層
35、36…スルーホール
37、38…外部電極
40…ベース基板用ウエハ
50…リッド基板用ウエハ
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
Claims (3)
- 互いに陽極接合されたベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された圧電振動子を、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを利用して一度に複数製造する方法であって、
前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとのうち少なくともいずれか一方に、両ウエハが重ね合わされたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程と、
前記ベース基板用ウエハを貫通する一対のスルーホールを、前記凹部外に開口が開くように形成するスルーホール形成工程と、
前記ベース基板用ウエハの上面に、前記凹部の周囲を囲む接合層と、前記圧電振動片に対して電気的に接続され、前記凹部内に収まる一対のマウント層と、前記凹部外で前記開口上を通過するように凹部内から凹部外に引き出され、前記一対のマウント層を接合層に対してそれぞれ別々に電気的に繋げる一対の引き出し電極層と、を同一の導電性材料によりパターニングするパターニング工程と、
前記一対のマウント層に対して前記圧電振動片をマウントさせた後、前記両ウエハを重ね合わせて前記凹部と両ウエハとで囲まれる前記キャビティ内に圧電振動片を収納する重ね合わせ工程と、
前記接合層と前記リッド基板用ウエハとの間に電圧を印加させて前記両ウエハを陽極接合し、前記圧電振動片を前記キャビティ内に封止する接合工程と、
前記一対のスルーホールの開口と前記接合層との間における前記一対の引き出し電極層に対してレーザ光を照射して、接合層から電気的に切り離されるように引き出し電極層を途中で分断する分断工程と、
導電性材料により前記一対のスルーホールを塞いで、前記ベース基板用ウエハの下面側に露出する外部電極を形成する外部電極形成工程と、
接合された前記両ウエハを切断して、複数の前記圧電振動子に小片化する切断工程と、を備え、
前記パターニング工程の際、前記開口の周囲を覆った状態で該開口上を通過するように、前記一対の引き出し電極層をパターニングすることを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項1に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記パターニング工程の際、前記一対のスルーホールのうち一方のスルーホールの開口の周囲を覆った状態で該開口上を通過するように前記接合層をパターニングすると共に、一対の引き出し電極層のうち一方の引き出し電極層を接合層に接続し、他方の引き出し電極層を他方のスルーホールの開口の周囲を覆った状態で該開口上を通過した後に接合層に接続するようにパターニングを行い、
前記分断工程の際、前記他方のスルーホールの開口と前記接合層との間における前記引き出し電極層に対してレーザ光を照射することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記パターニング工程時に前記引き出し電極層をパターニングする際、前記分断工程で分断する領域を予め他の部分よりも幅が狭くなるようにパターニングしておくことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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