WO2010097900A1 - パッケージの製造方法、圧電振動子の製造方法、発振器、電子機器および電波時計 - Google Patents

Abstract

本発明のパッケージの製造方法は、ガラス材からなる第1基板および第２基板の少なくともいずれか一方に凹状のキャビティが形成されたパッケージの製造方法において、前記第1基板および前記第２基板の少なくともいずれか一方の被成形基板に対して、プレス成形することで前記キャビティを形成するキャビティ形成工程と、前記キャビティが形成された前記被成形基板を加熱する熱処理工程と、を有している。

Description

パッケージの製造方法、圧電振動子の製造方法、発振器、電子機器および電波時計

　本発明は、パッケージの製造方法、圧電振動子の製造方法、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、表面実装型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子としては、一般的に圧電振動片をベース基板とリッド基板とで構成されるパッケージ内に形成されたキャビティ内に実装した２層構造タイプのものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このパッケージ化された２層構造タイプの圧電振動子は、薄型化を図ることができるなどの点において優れており、好適に使用されている。
　ここで、上述した特許文献１ではガラス薄板の蓋に凹部を形成し、その中に圧電振動片を実装した構成が記載されており、この凹部はガラス薄板の表面をエッチングすることにより、またはガラス材料の押型成形加工などの一体成形法により形成される旨、記載されている。
特開２００２－３５３７６６号公報

　ところで、特許文献１のようにベース基板またはリッド基板に対して、プレス成形でキャビティを形成する場合、キャビティ底部の表面が粗面となり、該表面に微小なピンホールが多数形成される。具体的には、図２４に示すように、ベース基板２０２とリッド基板２０３とを備えたパッケージ２０１におけるリッド基板２０３に凹部２０３ａを形成する。つまり、凹部２０３ａをベース基板２０２に対向するようにして、両基板２０２，２０３を接合するとキャビティＣが形成される。ここで、凹部２０３ａをプレス成形にて形成すると、凹部２０３ａの表面２０３ｂには微小な凹凸が存在し、その中で深さが急激に深くなるピンホールＰ１が所々に形成される。このようにピンホールＰ１が形成された状態では、パッケージの曲げ強度不足の原因となり、製品に信頼性に影響を及ぼす可能性がある。また、キャビティ形成後に基板に対して研磨などを施すことにより基板の厚みを調整する際に、研磨加工液中の砥粒がピンホールＰ１内に入り込み、その後洗浄してもピンホールＰ１内に留まってしまうことがある。すると、その後の陽極接合時などにおいて両基板２０２，２０３を加熱する際に、砥粒からガスが発生してしまい、パッケージ内の気密性が重要である製品にとって製品特性が低下するという虞がある。

　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、基板に対してプレス成形でキャビティを製造するパッケージにおいて、曲げ強度を向上することができるパッケージの製造方法、圧電振動子の製造方法、発振器、電子機器および電波時計を提供することを目的とする。

　本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係るパッケージの製造方法は、ガラス材からなる第1基板および第２基板の少なくともいずれか一方に凹状のキャビティが形成されたパッケージの製造方法において、前記第1基板および前記第２基板の少なくともいずれか一方の被成形基板に対して、プレス成形することで前記キャビティを形成するキャビティ形成工程と、前記キャビティが形成された前記被成形基板を加熱する熱処理工程と、を有していることを特徴としている。

本発明に係るパッケージの製造方法においては、被成形基板に対してプレス成形にてキャビティを形成した後に、被成形基板を熱処理することで、プレス成形時にキャビティの表面に形成された微小なピンホールを無くすことができる。つまり、キャビティの表面が軟化することにより、該表面に形成された凹凸が滑らかになり、ピンホールも消滅する。したがって、被成形基板の強度が向上し、パッケージの曲げ強度も向上することができる。

また、本発明に係るパッケージの製造方法は、前記熱処理工程の後に、前記キャビティが形成された面を研磨する研磨工程を行うことを特徴としている。

本発明に係るパッケージの製造方法においては、熱処理工程を行った後に研磨することにより、研磨工程の際に使用する砥粒がキャビティの表面に形成されていたピンホール内に入り込むのを防止することができる。したがって、研磨工程が完了したときに砥粒がキャビティ表面に残るのを防止できるため、その後の工程でキャビティ内にガスが発生するのを防止することができる。つまり、パッケージ内の気密性を確保することができ、製品特性が低下するのを防止することができる。

　また、本発明に係るパッケージの製造方法は、前記被成形基板がソーダガラスで形成されており、前記熱処理工程の温度が６００℃以上７００℃以下であることを特徴としている。

本発明に係るパッケージの製造方法においては、ソーダガラスの基板を用いる際に、熱処理工程での温度を適正値にすることにより、キャビティ表面に形成されたピンホールを無くすことができる。したがって、被成形基板の強度が向上し、パッケージの曲げ強度も向上することができる。

　また、本発明に係るパッケージの製造方法は、前記熱処理工程の温度が６７０℃以上６８０℃以下であることを特徴としている。

本発明に係るパッケージの製造方法においては、ソーダガラスの基板を用いる際に、熱処理工程での温度をさらに狭い範囲で適正値にすることにより、キャビティ表面に形成されたピンホールをより確実に無くすことができる。したがって、被成形基板の強度が確実に向上し、パッケージの曲げ強度も向上することができる。

　また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、上述のいずれかに記載の製造方法で製造されたパッケージに、前記キャビティ内へ連通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、該貫通孔に導電材料を配置して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、前記キャビティ内に圧電振動片を配し、該圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続する圧電振動片実装工程と、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おいては、キャビティ表面に形成されたピンホールが消滅し、基板の強度が向上したパッケージに貫通電極および圧電振動片を形成して圧電振動子を製造しているため、曲げ強度が確保され、歩留まりが向上した高品質な圧電振動子を提供することができる。

また、本発明に係る発振器は、上述した製造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している。
さらに、本発明に係る電子機器は、上述した製造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している。
そして、本発明に係る電波時計は、上述した製造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、曲げ強度が確保され、歩留まりが向上した高品質な圧電振動子を備えているため、同様に作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。

本発明に係るパッケージの製造方法によれば、被成形基板に対してプレス成形にてキャビティを形成した後に、被成形基板を熱処理することで、プレス成形時にキャビティの表面に形成された微小なピンホールを無くすことができる。つまり、キャビティの表面が軟化することにより、該表面に形成された凹凸が滑らかになり、ピンホールも消滅する。したがって、被成形基板の強度が向上し、パッケージの曲げ強度も向上することができる。

本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。 図１に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 本発明の実施形態における圧電振動子の断面図（図２のＡ－Ａ線に沿う断面図）である。 図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。 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５に示す圧電振動片の下面図である。 図５のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 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８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、リッド基板の元となるリッド基板用ウエハに複数の凹部を形成した状態を示す図である。 図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、プレス加工にてリッド基板用ウエハに凹部を形成したときの凹部の表面形状を示す断面線図である。 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、リッド基板用ウエハに対して熱処理工程を行った後の凹部の表面形状を示す断面線図である。 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、熱処理工程前の凹部の表面形状を示す平面図である。 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、熱処理工程後の凹部の表面形状を示す平面図である。 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、熱処理工程の温度を６８０℃に設定した際の熱処理工程後の凹部の表面形状を示す平面図である。 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、熱処理工程の温度を６５０℃に設定した際の熱処理工程後の凹部の表面形状を示す平面図である。 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、熱処理工程の温度を７００℃に設定した際の熱処理工程前後における凹部の高さの変化を示す斜視図である。 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、熱処理工程の温度を６００℃に設定した際の熱処理工程後の凹部の表面形状を示す平面図である。 図８に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、ベース基板用ウエハの上面に接合膜および引き回し電極をパターニングした状態を示す図である。 図１８に示す状態のベース基板用ウエハの部分拡大斜視図である。 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。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 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。 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。 従来のパッケージの断面図あって、リッド基板に凹部をプレス成形にて形成した際の凹部表面形状を説明する図である。

符号の説明

　１　圧電振動子（パッケージ）
　２　ベース基板
　３　リッド基板（被成形基板）
　３ａ　キャビティ用の凹部
　４　圧電振動片
　３０　スルーホール（貫通孔）
　３１　スルーホール（貫通孔）
　３２　貫通電極
　３３　貫通電極
　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
Ｃ　キャビティ

　次に、本発明に係る実施形態を、図１～図２３を参照して説明する。
　図１～図４に示すように、本実施形態の圧電振動子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が収納された表面実装型の圧電振動子である。なお、図４においては、図面を見易くするために後述する圧電振動片４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など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、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）などの導電性膜の被膜により形成されたものである。

　また、一対の振動腕部１０，１１の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０，１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。

　このように構成された圧電振動片４は、図３、図４に示すように、金などのバンプＢを利用して、ベース基板２の上面２ａ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２ａ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２ａから浮いた状態で支持されるとともに、マウント電極１６，１７と引き回し電極３６，３７とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。

　上記リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ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、略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該ベース基板２に対して陽極接合されている。

　上記ベース基板２は、リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ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略板状に形成されている。
　このベース基板２には、該ベース基板２を貫通する一対のスルーホール（貫通孔）３０，３１が形成されている。この際、一対のスルーホール３０，３１は、キャビティＣ内に収まるように形成されている。より詳しく説明すると、本実施形態のスルーホール３０，３１は、マウントされた圧電振動片４の基部１２側に対応した位置に一方のスルーホール３０が形成され、振動腕部１０，１１の先端側に対応した位置に他方のスルーホール３１が形成されている。また、本実施形態では、ベース基板２の下面２ｂから上面２ａに向かってベース基板２を真っ直ぐに貫通するスルーホール３０，３１が形成されている。なお、このスルーホール３０，３１の形状は、この場合に限られず、漸次径が縮径した断面テーパ状のスルーホールでも構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していればよい。

　そして、これら一対のスルーホール３０，３１には、該スルーホール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、焼成によってスルーホール３０，３１に対して一体的に固定された銀ペーストなどの導電材料によって形成されたものであり、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ともに、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２ａ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、例えばアルミニウムなどの導電性材料により、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。このうち接合膜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ともに、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に沿って該振動腕部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、該バンプ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２ｂ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などとして利用することができる。

　次に、上述した圧電振動子１を、図８に示すフローチャートを参照しながら、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とを利用して一度に複数製造する製造方法について以下に説明する。

　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、その後ポリッシュなど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、ウエハに洗浄などの適切な処理を施した後、該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、ソーダガラスからなるリッド基板ウエハ５０を所定の厚さまで研磨加工して洗浄した後に、図９に示すように、エッチングなどにより最表面の加工変質層を除去した円板状のリッド基板用ウエハ５０を形成する（Ｓ２１）。次いで、リッド基板用ウエハ５０の接合面に、プレス加工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）。具体的には、凹部３ａに対応した凸部が形成された金型をリッド基板用ウエハ５０の表面５０ａに当接するように配置し、その状態で加熱炉に入れる。そして、約１０００℃に加熱することにより、リッド基板用ウエハ５０が軟化して金型がリッド基板用ウエハ５０の表面５０ａにめり込む。その後、リッド基板用ウエハ５０を加熱炉から取り出し、冷却することでリッド基板用ウエハ５０に凹部３ａが形成される。なお、冷却後に金型をリッド基板用ウエハ５０から取り外す。

　続いて、凹部３ａが形成されたリッド基板用ウエハ５０を電気炉に入れて熱処理工程を行う（Ｓ２３）。この熱処理工程では、例えば、６７０℃～６８０℃に炉内を加熱し、約３０分間リッド基板用ウエハ５０を炉内に載置する。このようにリッド基板用ウエハ５０を熱処理することにより、凹部３ａの表面に形成されていたピンホールを無くすことができる。

具体的には、図１０、図１１に示すように、熱処理工程前の凹部３ａの断面形状１５０（図１０参照）に対して、熱処理を行うことで、熱処理工程後の凹部３ａの断面形状１６０（図１１参照）は、断面形状がなだらかになる。また、断面形状１５０には段差が約１０μｍのピンホールＰ１が形成されているが、熱処理をすることによりピンホールＰ１が無くなっていることが分かる。また、熱処理工程後の断面形状１６０では、断面の高低差が約２μｍであり、高低差が小さくなっていることも分かる。なお、本実施形態ではリッド基板用ウエハ５０における凹部３ａが形成されている領域の厚さは約１５０μｍであるため、全体の厚さの約７％の深さまでピンホールＰ１が形成されており、リッド基板３の曲げ強度の低下に繋がる。しかしながら、熱処理工程を行うことによりピンホールＰ１が無くなり、所望の曲げ強度が確保される。

さらに、図１２、図１３に示すように、熱処理工程前の凹部３ａの表面形状（図１２参照）に対して、熱処理工程後の凹部３ａの表面形状（図１３参照）は、表面が滑らかになり、窪みの数が減少していることが分かる。つまり、熱処理をすることにより表面が平滑化することが分かる。

そして、図１４、図１５に示すように、熱処理工程での電気炉内の温度を６８０℃に設定（図１４参照）することにより、電気炉内の温度を６５０℃として熱処理した場合（図１５参照）と比較して、より確実にピンホールＰ１が無くなるとともに、表面がより平滑化していることが分かる。

　なお、図１６に示すように、熱処理工程での電気炉内を７００℃に設定すると、さらに凹部３ａの表面が平滑化することが分かるが、リッド基板用ウエハ５０の軟化がより促進されるため、凹部３ａの高さＨ１（図３参照）が低くなってしまう。図１６では、熱処理前の凹部３ａの高さＨ１が５２．９μｍであったのに対して、熱処理後の高さＨ１は３７．７μｍとなり、凹部３ａの高さＨ１が低くなってしまっている。凹部３ａの高さＨ１が所定値以下になると、その後の圧電振動片４の実装の際に、圧電振動片４と凹部３ａとが接触するなどの支障がでる虞があるため、熱処理工程における最大温度は７００℃である。

　一方、熱処理工程における最小温度は６００℃である。リッド基板用ウエハ５０を電気炉に入れて熱処理しても温度が低すぎると凹部３ａの表面形状に変化が生じない。本実施形態のようにリッド基板用ウエハ５０としてソーダガラスを用いた場合には、電気炉の温度を６００℃に設定すると凹部３ａのピンホールＰ１が無くなることを確認した。なお、図１７が熱処理工程での温度を６００℃に設定したときの凹部３ａの表面形状である。

　熱処理工程が終了したら、その後の接合工程（Ｓ６０）に備えて凹部３ａが形成された表面を研磨する（Ｓ２４）。なお、この研磨工程において、先の熱処理工程においてピンホールＰ１が無くなっているため、研磨で使用する砥粒がピンホールＰ１に入り込むことがない。凹部３ａの表面の研磨が完了した時点で、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、エッチングなど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）。貫通電極３２，３３は、ベース基板用ウエハ４０の所定の位置にスルーホール３０，３１を形成し、該スルーホール３０，３１内に例えば銀ペーストなどを充填した後、焼成することでペースト材を固着させ、最後にベース基板用ウエハ４０の表面を研磨することで形成する。

　次に、ベース基板用ウエハ４０の上面４０ａに導電性材料をパターニングして、図１８、図１９に示すように、接合膜３５を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３３）とともに、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（Ｓ３４）。なお、図１８、図１９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。
　特に、貫通電極３２，３３は、上述したようにベース基板用ウエハ４０の上面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の上面４０ａにパターニングされた引き回し電極３６，３７は、間に隙間などを発生させることなく貫通電極３２，３３に対して密着した状態で接する。これにより、一方の引き回し電極３６と一方の貫通電極３２との導通性、並びに、他方の引き回し電極３７と他方の貫通電極３３との導通性を確実なものにすることができる。この時点で第２のウエハ作製工程が終了する。

　ところで、図８では、接合膜形成工程（Ｓ３３）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３４）を行う工程順序としているが、これとは逆に、引き回し電極形成工程（Ｓ３４）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３３）を行っても構わないし、両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、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４０ａに接合するマウント工程を行う（Ｓ４０）。まず、一対の引き回し電極３６，３７上にそれぞれ金などのバンプ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ともに、マウント電極１６，１７と引き回し電極３６，３７とが電気的に接続された状態となる。よって、この時点で圧電振動片４の一対の励振電極１５は、一対の貫通電極３２，３３に対してそれぞれ導通した状態となる。
　特に、圧電振動片４は、バンプ接合されるため、ベース基板用ウエハ４０の上面４０ａ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（Ｓ５０）。具体的には、図示しない基準マークなどを指標としながら、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、所定の真空雰囲気・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２０に示すウエハ体６０を得ることができる。

　ここで、本実施形態では、リッド基板用ウエハ５０の凹部３ａの表面にピンホールＰ１が形成されておらず、研磨工程の際に用いる砥粒がピンホールＰ１内に入り込んで残っていることがない。したがって、陽極接合時にウエハ体６０を加熱してもキャビティＣ内にガスが発生することがない。つまり、キャビティＣ内の真空状態を確実に保持しつつ、陽極接合を行うことができる。なお、図２０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。また、図２０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。

　ところで、陽極接合を行う際、ベース基板用ウエハ４０に形成されたスルーホール３０，３１は、貫通電極３２，３３によって完全に塞がれているため、キャビティＣ内の気密がスルーホール３０，３１を通じて損なわれることがない。

　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４０ｂ（図１９参照）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（Ｓ７０）。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。
　特に、この工程を行う場合も引き回し電極３６，３７の形成時と同様に、ベース基板用ウエハ４０の下面４０ｂに対して貫通電極３２，３３が略面一な状態となっているため、パターニングされた外部電極３８，３９は、間に隙間などを発生させることなく貫通電極３２，３３に対して密着した状態で接する。これにより、外部電極３８，３９と貫通電極３２，３３との導通性を確実なものにすることができる。

　次に、ウエハ体６０の状態で、キャビティＣ内に封止された個々の圧電振動子１の周波数を微調整して所定の範囲内に収める微調工程を行う（Ｓ８０）。具体的に説明すると、ベース基板用ウエハ４０の下面４０ｂに形成された一対の外部電極３８，３９に電圧を印加して圧電振動片４を振動させる。そして、周波数を計測しながらリッド基板用ウエハ５０を通して外部からレーザ光を照射し、重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部１０，１１の先端側の重量が変化するため、圧電振動片４の周波数を、公称周波数の所定範囲内に収まるように微調整することができる。

　周波数の微調が終了後、接合されたウエハ体６０を図２０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（Ｓ９０）。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（Ｓ９０）を行って個々の圧電振動子１に小片化した後に、微調工程（Ｓ８０）を行う工程順序でも構わない。但し、上述したように、微調工程（Ｓ８０）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ため好ましい。

　その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ１００）。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）などを測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性など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、寸法や品質など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、ガラス材で構成されたリッド基板用ウエハ５０に対してプレス成形にて凹部３ａ（キャビティＣ）を形成した後に、リッド基板用ウエハ５０を熱処理することで、プレス成形時に凹部３ａの表面に形成された微小なピンホールＰ１を無くすことができる。つまり、凹部３ａの表面が軟化することにより、該表面に形成された凹凸が滑らかになり、ピンホールＰ１も消滅する。したがって、リッド基板用ウエハ５０から形成されるリッド基板３の強度が向上し、圧電振動子１の曲げ強度も向上する。

また、リッド基板用ウエハ５０の熱処理工程の後に、凹部３ａの表面を研磨する研磨工程を行うようにしたため、研磨工程の際に使用する砥粒が凹部３ａの表面に形成されていたピンホールＰ１内に入り込むのを防止することができる。したがって、研磨工程が完了したときに砥粒が凹部３ａの表面に残るのを防止できるため、その後の工程でキャビティＣ内にガスが発生するのを防止することができる。つまり、圧電振動子１内の気密性を確保することができ、製品特性が低下するのを防止することができる。

　また、リッド基板用ウエハ５０にソーダガラスで形成されたウエハを用い、熱処理工程の温度を６００℃以上７００℃以下で設定することにより、凹部３の表面に形成されたピンホールＰ１を無くすことができる。したがって、リッド基板
３の強度が向上し、圧電振動子１の曲げ強度も向上する。

　さらに、上記熱処理工程の温度は６７０℃以上６８０℃以下に設定するとより好ましい。つまり、熱処理工程での温度をさらに狭い範囲で適正値にすることにより、凹部３ａの表面に形成されたピンホールＰ１をより確実に無くすことができる。したがって、リッド基板３の強度が確実に向上し、圧電振動子１の曲げ強度も確実に向上する。

（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２１を参照しながら説明する。
　本実施形態の発振器１００は、図２１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、該圧電振動子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、曲げ強度が確保されるとともに、キャビティＣ内の気密が確実に確保され、歩留まりが向上した高品質な圧電振動子１を備えているため、発振器１００自体も同様に導通性が安定して確保され、作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。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２２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２２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など、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、該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、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭなどとを備えている。

　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、該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などが表示される。

　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、音声データなどの各種データを、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、これら番号キーなどを押下することにより、通話先の電話番号などが入力される。

　電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２など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よい。
　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、曲げ強度が確保されるとともに、キャビティＣ内の気密が確実に確保され、歩留まりが向上した高品質な圧電振動子１を備えているため、携帯情報機器自体も同様に導通性が安定して確保され、作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。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２３を参照して説明する。
　本実施形態の電波時計１３０は、図２３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、曲げ強度が確保されるとともに、キャビティＣ内の気密が確実に確保され、歩留まりが向上した高品質な圧電振動子１を備えているため、電波時計自体も同様に導通性が安定して確保され、作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。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、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、上記実施形態では、スルーホール３０，３１の形状を断面ストレート形状の円筒形状に形成したが、断面テーパ状の円錐形状にしてもよい。

　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のさらなる高性能化を図ることができる。この点において、溝部１８を形成する方が好ましい。
　また、上記実施形態では、音叉型の圧電振動片４を例に挙げて説明したが、音叉型に限られるものではない。例えば、厚み滑り振動片としても構わない。

　また、上記実施形態では、ベース基板２とリッド基板３とを接合膜３５を介して陽極接合したが、陽極接合に限定されるものではない。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ため好ましい。
　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。

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）の圧電振動子の製造方法に適用できる。
 

Claims (8)

1. 　ガラス材からなる第1基板および第２基板の少なくともいずれか一方に凹状のキャビティが形成されたパッケージの製造方法において、
   　前記第1基板および前記第２基板の少なくともいずれか一方の被成形基板に対して、プレス成形することで前記キャビティを形成するキャビティ形成工程と、
   　前記キャビティが形成された前記被成形基板を加熱する熱処理工程と、を有していることを特徴とするパッケージの製造方法。
2. 　請求項１に記載のパッケージの製造方法において、
   　前記熱処理工程の後に、前記キャビティが形成された面を研磨する研磨工程を行うことを特徴とするパッケージの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のパッケージの製造方法において、
   　前記被成形基板がソーダガラスで形成されており、
   　前記熱処理工程の温度が６００℃以上７００℃以下であることを特徴とするパッケージの製造方法。
4. 請求項３に記載のパッケージの製造方法において、
   　前記熱処理工程の温度が６７０℃以上６８０℃以下であることを特徴とするパッケージの製造方法。
5. 　請求項１～４のいずれかに記載の製造方法で製造されたパッケージに、前記キャビティ内へ連通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
   　該貫通孔に導電材料を配置して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
   　前記キャビティ内に圧電振動片を配し、該圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続する圧電振動片実装工程と、を有していることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
6. 　請求項５に記載の製造方法で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。
7. 　請求項５に記載の製造方法で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。
8. 　請求項５に記載の製造方法で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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