JP2004208236A - 圧電デバイスとその製造方法ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型に形成でき、外部とケース内部に収容した圧電振動片との電気的接続を確実に行うことができる圧電デバイスとその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供すること。
【解決手段】枠体５１と、この枠体の内側に、前記枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極が形成された圧電振動片５２と、前記枠体を挟み込むようにして固定される上ケース３１及び下ケース４１と前記上ケースの上面に開口する貫通孔３６，３７から前記上ケース及び前記下ケースの側面に延長されたケース側電極部３２，３３と、このケース側電極部と接続され前記上ケース及び下ケースの側面に設けられた側面電極部３４，３５と、この側面電極部と接続され下ケース底面に設けられた実装電極部４２，４３とを備えており、前記貫通孔と、前記圧電振動片に設けられ、前記励振電極と接続された引き出し電極５７，５８とが導電体６４により接続されている。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片を気密に収容した圧電デバイスとその製造方法、ならびに、圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１２は、従来の圧電デバイスの構成例を示す概略断面図である（特許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、上ケース２及び下ケース３の間に枠体４を挟み込み、固定している。この枠体４は、図１３に示すように、矩形の枠部５の内側に、所謂音叉型の圧電振動片６を一体に形成したものである。
これにより、上ケース２及び下ケース３の各内側を合わせたことで形成される内部空間Ｓ１内に枠体４と一体になった圧電振動片６を収容している。
【０００３】
図１３に示すように、枠体４の枠部５の端面には、電極部５ａが形成されており、図１３の紙面の裏側の構成も同様とされている。この電極部５ａは、圧電振動片６の図示しない励振電極と接続されている。
これにより、例えば、図１２に示すように、各電極部５ａ，５ａ，５ａ，５ａの端面を下ケース３の底面に形成した実装電極（図示せず）に接続させれば、この実装電極と圧電振動片６とを電気的に接続することができ、外部から圧電振動片６に駆動電圧を印加することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−１２４９１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の圧電デバイス１では、図１３に示されているように、枠体４の枠部５の端面の全体に電極部５ａが形成されていることから、電気的に容量が過大となり、この結果、圧電デバイス１のＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）を増大させてしまう。
【０００６】
そこで、図１４、図１５に示すような構造も考えられる。
図１４において、圧電デバイス１０は、上ケース２及び下ケース３の間に枠体４を挟み込み、固定している。この枠体４は、図１３の場合と同様に、矩形の枠部５の内側に、所謂音叉型の圧電振動片６を一体に形成したものであるが、電極部５ａは形成されていない。
【０００７】
図１５に示すように、下ケース３の底面の一端部には、幅方向の両端に実装電極部７，７が設けられている。下ケース３には、上記実装電極部７，７にそれぞれ開口する貫通孔８，８が設けられている。この貫通孔８，８を利用して、図１４に示すように、導電体８ａを貫通孔８に充填して、圧電振動片６に接続することにより、外部と圧電振動片６との電気的接続を形成するようにしている。これにより、従来の構造と比べると電極面積が小さい分、容量の過大を生じることなく、圧電デバイス１０のＣＩ値を増大させることがない。
【０００８】
ところが、このような構造の場合には、次のような問題がある。
すなわち、図１５において、下ケース３の幅Ｗ１は、例えば１．２ｍｍ程度と小さく、さらに、下ケース３の幅方向に分離した実装電極部７，７の間隔Ｗ２はきわめて小さくなってしまう。
このため、このような実装電極部７，７を用いて、図示しない実装基板に半田等を適用して実装しようとすると、実装に使用する半田が間隔Ｗ２しかない実装電極部７，７をショートさせてしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、小型に形成でき、外部とケース内部に収容した圧電振動片との電気的接続を確実に行うことができる圧電デバイスとその製造方法、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、上端と下端とが開放された枠体と、この枠体の内側に、前記枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極が形成された圧電振動片と、前記枠体を挟み込むようにして固定される上ケース及び下ケースと前記上ケースの上面に開口する貫通孔から前記上ケース及び前記下ケースの側面に延長されたケース側電極部と、このケース側電極部と接続され前記上ケース及び前記下ケースの側面に設けられた側面電極部と、この側面電極部と接続され下ケース底面に設けられた実装電極部とを備えており、前記貫通孔と、前記圧電振動片に設けられ、前記励振電極と接続された引き出し電極とが導電体により接続されている、圧電デバイスにより、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、上ケースの上面に開口した貫通孔から、ケース側電極部、側面電極部、実装電極と順次電気的接続がなされて、下ケースの底面の実装電極部は、上ケースの上面に開口した貫通孔と電気的に接続されている。
したがって、前記貫通孔と、前記圧電振動片の引き出し電極とが導電体により接続されていることから、実装電極部から印加される駆動電圧は確実に圧電振動片に伝えられる。また、このようにすることで、各電極部は、上ケースと下ケースの外側を通り、圧電振動片から距離的に離れること、及び広い電極面とならないことから、電気的に容量が過大となることがなく、ＣＩ値の上昇を回避しながら確実な導通構造を得ることができる。
このように、本発明の効果として、小型に形成でき、外部とケース内部に収容した圧電振動片との電気的接続を確実に行うことができる圧電デバイスを提供することができるものである。
尚、この発明で、「上ケース」と表現した場合の「上」は、圧電デバイスを実装基板等に実装した状態で基板側と反対の側を意味し、「下ケース」と表現した場合の「下」は、圧電デバイスを実装基板等に実装した状態の基板側を意味する。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記枠体の端面を前記側面電極部に対して絶縁する構造としたことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、側面電極部と圧電振動片の基部側が絶縁されるので、側面電極が圧電振動片の振動特性に悪影響を与えることがない。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記圧電振動片の前記引き出し電極に設けたバンプを利用して、前記上ケースの貫通孔と前記引き出し電極とが導電体により接続されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、前記圧電振動片の前記引き出し電極にバンプを設けることで、圧電振動片の引き出し電極と貫通孔との距離をバンプの分だけ近くすることができ、充填すべき導電体の量を減らして、導通を容易にすることができる。
【００１４】
上記目的は、第４の発明によれば、前工程として、上端と下端とが開放された枠体の内側にこの枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極及び励振電極と接続された引き出し電極を備える圧電振動片と、上面に開口した貫通孔を備え、この貫通孔から側面電極部にかけてケース側電極部が設けられた上ケースと、底面部に実装電極部が設けられ、この実装電極部と接続された側面電極部を備える下ケースとを予め用意し、この前工程に続いて後工程として、前記上ケースと前記下ケースとで前記枠体を挟み込むようにして、互いに接合する接合工程と、前記上ケースの前記貫通孔を通して導電体を充填し、前記圧電振動片の前記引き出し電極と接続させる導通工程とを有する、圧電デバイスの製造方法により、達成される。
【００１５】
第４の発明の構成によれば、前工程で準備された上ケース及び下ケースと枠体とを用いて、後工程が進められる。この場合、接合工程では、前記上ケースと前記下ケースとで前記枠体を挟み込むようにして、互いに接合するようにしているので、枠体を用いない圧電振動片の製造工程のように、パッケージ内に圧電振動片をマウント（接合）する工程と、パッケージに蓋体を固定する蓋封止の工程を別々に行うことが不要で、その分製造工程が簡単である。また、圧電振動片を実装電極部と導通させるための導通工程は、上ケースの上面に開口した貫通孔から、例えば、溶融させた導電体を流し込むだけで行えるので、作業が容易である。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記前工程において、前記圧電振動片の前記引き出し電極上にバンプを形成することを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、前記圧電振動片の前記引き出し電極にバンプを形成することで、圧電振動片の引き出し電極と貫通孔との距離をバンプの分だけ近くすることができ、貫通孔に流し込む導電体の量を減らせるので、導通工程をより容易にすることができる。
【００１７】
第６の発明は、第４または第５の発明のいずれかの構成において、前記接合工程の後で、前記上ケース及び前記下ケース内のガスを前記貫通孔を介して排出した後、前記貫通孔の上に導電体を載置し、この導電体に光ビームを照射することによって導電体を溶融させて前記貫通孔内に充填し、前記圧電振動片の前記引き出し電極と接続させる導通工程を行うことを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、接合工程の際に、例えば、接合に用いる封止材の硬化の際に、内部で発生するガス成分等が、後で圧電振動片に付着すると、振動性能に悪影響が出る。このため、前記貫通孔を利用して、このガス成分を排出してから、貫通孔を塞ぐ孔封止を行えば、後でガス成分が圧電振動片に付着することがなく、振動性能に悪影響が出ることが有効に防止される。しかも、この孔封止にあたり、前記貫通孔の上に導電体を載置し、この導電体に光ビームを照射することによって導電体を溶融させて前記貫通孔内に充填する手法を用いると、導電体の充填がきわめて容易である。
【００１８】
第７の発明は、第４ないし第６の発明のいずれかの構成において、少なくとも前記上ケースを光が透過する材料で形成し、前記導通工程後に前記上ケースを透過させて光ビームを前記圧電振動片の表面に形成した周波数調整用の金属被覆部に照射することで、周波数調整を行うことを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、孔封止後において、ケース内が密閉された後で周波数調整をすることができ、工程の最後で圧電振動片の振動周波数を精密に合わせることができる。
【００１９】
また、上記目的は、第８の発明によれば、内部に圧電振動片を気密に収容する構成とした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、上端と下端とが開放された枠体と、この枠体の内側に、前記枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極が形成された圧電振動片と、前記枠体を挟み込むようにして固定される上ケース及び下ケースと前記上ケースの上面に開口する貫通孔から前記上ケース及び前記下ケースの側面に延長されたケース側電極部と、このケース側電極部と接続され前記上ケース及び前記下ケースの側面に設けられた側面電極部と、この側面電極部と接続され下ケース底面に設けられた実装電極部とを備えており、前記貫通孔と、前記圧電振動片に設けられ、前記励振電極と接続された引き出し電極とが導電体により接続されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００２０】
さらに、上記目的は、第９の発明によれば、内部に圧電振動片を気密に収容する構成とした圧電デバイスを利用した電子機器であって、上端と下端とが開放された枠体と、この枠体の内側に、前記枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極が形成された圧電振動片と、前記枠体を挟み込むようにして固定される上ケース及び下ケースと前記上ケースの上面に開口する貫通孔から前記上ケース及び前記下ケースの側面に延長されたケース側電極部と、このケース側電極部と接続され前記上ケース及び前記下ケースの側面に設けられた側面電極部と、この側面電極部と接続され下ケース底面に設けられた実装電極部とを備えており、前記貫通孔と、前記圧電振動片に設けられ、前記励振電極と接続された引き出し電極とが導電体により接続されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は、本発明の圧電デバイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその概略斜視図、図２は図１の圧電デバイスの電極部の表示を省略した概略分解斜視図、図３は図１の圧電デバイスの概略底面図、図４は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図１において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示している。この圧電デバイス３０は、図２に示すように、枠体５１の上下の開口を、それぞれ上ケース３１と下ケース４１とで塞ぐように固定して形成されている。
【００２２】
上ケース３１と下ケース４１は、圧電振動片（後述）を収容するためのケースもしくはパッケージを構成するものである。上ケース３１が蓋側であり、リッドである。下ケース４１がベースとなる。
上ケース３１と下ケース４１は、本実施形態では、同じ寸法及び形状とされおり、かつ上ケース３１と下ケース４１の各外形は、枠体５１の外形と一致するように形成されている。この実施形態では、上ケース３１と下ケース４１及び枠体５１の外形は同一形状の矩形であるが、図示以外の幾何学形状または楕円形状等製品に求められる外形形状に適合させて選択することができる。
【００２３】
上ケース３１と下ケース４１は、図４に示されているように、凹部３１ａ，４１ａを有し、これらの上ケース３１と下ケース４１は、互いの凹部３１ａ，４１ａを対向させることで、内側に深さＬ１の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
上ケース３１と下ケース４１は、後述するように、セラミックスや光透過性の材料、例えばガラスを用いて形成されている。上ケース３１は、光ビームによる周波数調整を考慮して、光透過性の材料で形成することが好ましい。この実施形態では、下ケース４１を後述するセラミックスで、上ケース３１をホウ珪酸ガラス等で形成している。
【００２４】
また、上ケース３１と下ケース４１は、それぞれ凹部３１ａ，４１ａを設けることで、深さＬ１の内部空間Ｓ２を形成するようにされているが、内部空間Ｓ２は、後述する導通工程を考慮すると、できるだけ深さＬ１が小さいことが好ましく、例えば、リッド側である上ケース３１及び／またはベース側である下ケース４１について、凹部を形成せずに、平板な板体で形成してもよい。この場合、必要とする内部空間Ｓ２に所定の深さＬ１のギャップを形成するためには、上ケース３１と下ケース４１を枠体５１に接合するための図４に示すロウ材もしくは封止材６１（後述）に、所定のフィラー等を混入することでスペーサとして機能させることで実現できる。
あるいは、枠体５１の枠部５９に対して、その内側の圧電振動片５２の厚みを薄く形成することでも実現できる。このためには、後述する製造工程において、枠体５１をエッチングにより形成する際に、枠体５１の外形をエッチングした後で、圧電振動片５２の部分をハーフエッチングすること等により実現できる。
【００２５】
枠体５１は、図２に示されているように、上端と下端とが開放され、周囲を囲む枠部５９を有する矩形形状に形成されている。枠体５１は、開放された上端と下端とに、図４に示されているように上ケース３１と下ケース４１とを固定することで、内部空間Ｓ２が密閉された空間となるようにされている。
この枠体５１は、特に、内部に圧電振動片５２を形成するために、圧電材料が使用されている。使用される圧電材料としては、例えば、本実施形態のように水晶が適しており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。枠体５１は、本実施形態の場合、水晶の薄板をフッ酸液等を用いてエッチングすることにより、内部空間Ｓ２と圧電振動片５２の外形を形成している。
【００２６】
圧電振動片５２は、枠体５１と同じ材料により一体に細くされた接続部５６を介して枠体５１と一体に形成されており、本実施形態の場合、圧電振動片５２は、小型に形成して必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、圧電振動片５２は、図２において、枠体５１の一端部の内側と一体とされている基部５３と、この基部５３を基端として、先端に向かって二股に別れて平行に延びる一対の振動腕５４，５５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片とされている。
【００２７】
この圧電振動片５２の表面には、図示しない励振電極が形成されており、各振動腕５４，５５を構成する材料について、駆動電圧に基づいて適切な電界を形成して振動させるようになっている。また、図２に示すように、圧電振動片５２の基部５３の幅方向の両端部に引き出し電極５７，５８が形成されている。各引き出し電極５７，５８は、上述の２系統に区分された励振電極とそれぞれ電気的に接続されている。
【００２８】
このような構造でなる枠体５１は、図４に示すように、その枠部５９の上面及び下面が、それぞれロウ材もしくは封止材６１，６１を介して、上ケース３１及び下ケース４１と接合されることで、内部空間Ｓ２内に圧電振動片５２が気密に密閉されている。
さらに、図１及び図２に示すように、上ケース３１には、その上面に開口するように貫通孔３６，３７が設けられている。各貫通孔３６，３７は、図４に示すように、枠体５１と重ねられた状態で、図２の各引き出し電極５７，５８の上に位置するように設けられている。
ここで、図２に示す貫通孔３６，３７の間隔Ｗ３は、圧電振動片５２の各引き出し電極５７，５８の領域からはずれない範囲で、できるだけ広くとるように設けることが好ましい。
【００２９】
さらに、上ケース３１の上面には、図１及び図４に示すように、一方の側面、すなわち図１に示すように、上ケース３１の手前側の側面に向かって延びるケース側電極部３２（一方のケース側電極部）が形成されている。ケース側電極部３２は、一方の貫通孔３６の周縁を基端として、一方の側面に延びて側面電極部３４と一体に接続されている。そして、この側面電極部３４は、図３に示す下ケース４１の底面の長さ方向の両端部にそれぞれ設けた実装電極部４２，４３のうちの一方の実装電極部４２と一体に接続されている。ここで、上ケース３１のケース側電極部３２は、貫通孔３６の内周面の電極部３２ａとも一体とされている。
【００３０】
また、図１に示すように、上ケース３１には、その上面に開口する他方の貫通孔３７の周縁を基端として、他方の側面（図１において奥側）に延びるケース側電極部３３（他方のケース側電極部）が形成されている。このケース側電極部３３は、上述した（一方の）ケース側電極部３２と同様に、（他方の）側面電極部３５及び下ケース４１底面の実装電極部４３と一体に接続されている。
そして、好ましくは、枠体５１の圧電振動片５２が形成された側の端面には、側面電極部３４との間に絶縁体６２が設けられており、側面電極部３４を通る駆動電圧が圧電振動片５２側に悪影響を与えないようになっている。
そして、上ケース３１及び下ケース４１を接合する符号６１の材料がロウ材のような導電性材料である場合には、枠体５１の圧電振動片５２が形成された側の端面には、側面電極部３４との間に絶縁体６２が設けられており、側面電極部３４とロウ材６１とを絶縁している。同様にして、枠体５１の圧電振動片５２が形成された側と反対の端面にも、絶縁体６６が設けられており、側面電極部３５とロウ材６１とを絶縁している。また、封止材６１が低融点ガラスのような絶縁材料である場合には、このような絶縁処理は不要である。
【００３１】
ここで、上述したケース側電極部３２，３３、側面電極部３４，３５は、図示した形態に限らず、電極部での容量の増大を防止する点を重視する場合には、容易に断線しない程度で、できるだけ小さな面積となるように形成することが好ましい。
また、図１において、側面電極部３４は、上ケース３１、枠体５１、下ケース４１の積層状態に対応して、鎖線ＹＬ１，ＹＬ２で区分される領域３４ａ，３４ｂ，３４ｃの各領域毎に、後述する製造工程にしたがって形成される。尚、図示しないが、この点は、奥側の側面電極部３５も同様である。
【００３２】
さらに、図４の特に拡大した部分で示すように、圧電振動片５２の引き出し電極５７上で、上ケース３１の貫通孔３６の直下の箇所には、半田バンプやＡｕスタッドバンプのようなバンプ６３が形成されている。貫通孔３６に充填された導電体６４とバンプ６３により、貫通孔３６の内周面の電極部３２ａ及びケース側電極部３２と、圧電振動片５２の引き出し電極５７とが電気的に接続されている。
したがって、圧電振動片５２の引き出し電極５７は、下ケース４１の底面の実装電極部４２と電気的に接続されている。これにより、圧電デバイス３０が、図示しない実装基板等に、実装電極部４２を利用して実装されることで、この実装基板からの駆動電圧が圧電振動片５２に印加されるようになっている。
【００３３】
本実施形態は以上のように構成されており、各電極部は、上ケース３１と下ケース４１の外側を通り、圧電振動片５２から距離的に離れること、及び広い電極面とならないことから、電気的に容量が過大となることがなく、ＣＩ値の上昇を回避しながら確実な導通構造を得ることができる。
したがって、本発明の圧電デバイス３０は、小型に形成しても、電気的接続構造が短絡を生じるおそれがなく、外部とケース内部に収容した圧電振動片５２との電気的接続を確実に行うことができる。
【００３４】
次に、図５ないし図９を参照しながら、本実施形態の圧電デバイス３０の製造方法の一例について説明する。
図５は圧電デバイス３０の製造方法の一例を示すフローチャート、図６は圧電デバイス３０の製造工程における前工程について、上ケース３１側を工程順に示す図、図７は圧電デバイス３０の製造工程における前工程について、下ケース４１側を工程順に示す図、図８は圧電デバイス３０の製造工程における前工程について、圧電振動片側を工程順に示す図、図９は、圧電デバイス３０の製造工程における後工程を工程順に示す概略断面図である。
この製造方法では、図５において、鎖線ＰＬより以前のステップを含む前工程で準備された上ケース３１及び下ケース４１と枠体５１とを用いて、鎖線ＰＬより以降のステップを含む後工程が進められる。
【００３５】
（前工程）
圧電デバイス３０の製造工程における前工程は、図２で説明した上端と下端とが開放された枠体５１の内側にこの枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極及び励振電極と接続された引き出し電極５７，５８を備える圧電振動片５２と、上面に開口した貫通孔３６，３７を備え、この貫通孔から側面電極部３４ａ，３５ａにかけてケース側電極部３２，３３が設けられた上ケース３１と、底面部に実装電極部４２，４３が設けられ、この実装電極部と接続された側面電極部３４ｃ，３５ｃを備える下ケース４１とを個別に予め用意する工程である。
【００３６】
（上ケースを形成するための前工程）
図６は上ケース３１を形成する工程を順次に示しており、図６（ａ）は左側に上ケース３１の平面図、右側に左側の図のＢ−Ｂ線切断端面図、図６（ｂ）は左側に上ケース３１の平面図、右側に左側の図のＣ−Ｃ線切断端面図、図６（ｃ）は左側に上ケース３１の底面図、右側に左側の図のＤ−Ｄ線切断端面図を示している。
【００３７】
先ず、図６（ａ）に示すように、セラミックスや光透過性の材料、例えば、水晶やガラス、サファイア等を用いて、凹部３１ａを備える一方が開口した浅い箱状に上ケース３１を形成する。上述したように、上ケース３１は、光ビームによる周波数調整を考慮して、光透過性の材料で形成することが好ましく、本実施形態では、例えばホウ珪酸ガラス等で形成している。
この上ケース３１には、上述した位置に貫通孔３６，３７を形成する。貫通孔３６，３７は、ウエットエッチングやサンドブラスト加工、あるいは所定の波長のレーザビーム等を用いて形成することができる（ＳＴ１１）。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、各貫通孔３６，３７をそれぞれ基端として、長手方向の端部側面に向かうように、ケース側電極部３２，３３を形成し、これとともに、さらに、上ケース３１の長手方向の各側面に回り込む側面電極部３４ａ，３５ａを形成する。各側面電極部３４ａ，３５ａは、図１の鎖線ＹＬ１よりも上の部分である（ＳＴ１２）。
この場合、各電極部は、スパッタリングや金属蒸着の手法とフォトリソグラフィー工程により、下地層をクロム（Ｃｒ）として、その上に金（Ａｕ）のメッキを施すことにより形成される。
【００３９】
続いて、図６（ｃ）に示すように、上ケース３１の枠体に対する接合面に、ロウ材もしくは封止材６１を適用する。封止材６１としては、上ケース３１と、図４の枠体５１に対して、濡れ性のよい封止材を選択することが好ましい。この実施形態では、上ケース３１として、ガラス材料を使用していることから、低融点ガラスを用いることが好ましい。低融点ガラスは、３００度ないし７００度程度で溶融・軟化するガラスである。
【００４０】
この実施形態では、後述する製造工程に適するように、低融点ガラスとして、例えば、酸化亜鉛（ＰｂＯ）に、Ｂ₂ Ｏ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、ＰｂＦ₂ 、ＣｕＯ、ＴｉＯ₂ 、Ｎｂ₂ Ｏ₃ 、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＣａＯ等を微量含有する低融点ガラスが使用されている。本実施形態では、これらの組成からなる母ガラスに、例えば、チタン酸鉛系のフィラーを混入したガラスペーストを使用して印刷により行っている（ＳＴ１３）。
この実施形態では、酸化亜鉛（ＰｂＯ）系の低融点ガラスを使用するようにしている。また、鉛を含まない環境に対する悪影響が少ない低融点ガラスとしては、例えば、Ｃｕ₂ Ｏ−ＣｕＯ−Ｐ₂ Ｏ₅ 系の低融点ガラス、ＳｉＯ−ＳｎＯ−Ｐ₂ Ｏ₅ 等の低融点ガラスを使用することもできる。
【００４１】
（下ケースを形成するための前工程）
図７は下ケース４１を形成する工程を順次に示しており、図７（ａ）は左側に下ケース４１の底面図、右側に左側の図のＥ−Ｅ線切断端面図、図７（ｂ）は左側に下ケース４１の平面図、右側に左側の図のＦ−Ｆ線切断端面図を示している。
【００４２】
先ず、図７（ａ）に示すように、セラミックスや光透過性の材料を用いて凹部４１ａを備える一方が開口した浅い箱状に下ケース４１を形成する。本実施形態では、下ケース４１は、上ケース３１と同じ形状としている。
下ケース４１を形成するための材料としては、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス質焼結体等から選択されたセラミックグリーンシートを成形して形成される。あるいは、上ケース３１と同じ材料として、水晶やホウ珪酸ガラス、サファイア等を用いて形成してもよい。
【００４３】
そして、下ケース４１の長さ方向の両端部には、実装電極部４２，４３を形成し、これとともに、さらに、下ケース４１の長手方向の各側面に回り込む側面電極部３４ｃ，３５ｃを形成する（ＳＴ２１）。
この場合、各電極部は、次のように形成される。すなわち、下ケース４１の図７（ａ）に示す箇所に、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成する。あるいは、タングステンやモリブデン、銀、銅等の金属粉末を適当な有機バインダや溶剤等に含有させた金属ペーストを上述したグリーンシートに印刷塗布し、グリーンシートとともに焼成して形成してもよい。
次いで、図７（ｂ）に示すように、下ケース４１の枠体に対する接合面に、ロウ材もしくは封止材６１を適用する。この封止材６１の適用は、上ケース３１の場合と同じである（ＳＴ２２）。
【００４４】
（圧電振動片を形成するための前工程）
図８は圧電振動片５２を備える枠体５１に電極を形成する工程を順次示しており、図８（ａ）は枠体５１の平面図、右側に左側の図のＧ−Ｇ線切断端面図、図８（ｂ）は枠体５１に引き出し電極を形成した状態の平面図、右側に左側の図のＨ−Ｈ線切断端面図、図８（ｃ）は枠体５１の側面に絶縁体を形成した状態の平面図、右側に左側の図のＩ−Ｉ線切断端面図を示している。
【００４５】
先ず、図８（ａ）に示すように、例えば、水晶材料のウエハから、エッチングにより枠体５１の枠部５９と圧電振動片５２の部分を形成する。そして、基部５３の図示の部分に引き出し電極５７，５８を形成する。この場合、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成する（ＳＴ３１）。
次いで、図８（ｂ）に示すように、圧電振動片５２の各引き出し電極５７，５８の上に半田バンプやＡｕスタッドバンプのようなバンプ６３，６３を形成する（ＳＴ３２）。このバンプ６３，６３は、図４で説明したように、上ケース３１の各貫通孔３６，３７に対応した箇所である。
【００４６】
（後工程）
図９は、圧電デバイス３０の製造方法の後工程を順次示す概略断面図である。後工程では、図９（ａ）に示すように、先ず、上述の各前工程によって形成した下ケース４１の上に枠体５１を載置し、枠体５１の上に上ケース３１を載置して、封止材６１を加熱溶融して、これらを接合する（接合工程）。
この場合、例えば、所定のキャビティ（図示せず）内にＮ₂ を導入し、封止材６１を加熱溶融することにより行う（ＳＴ４４）。
【００４７】
（アニール処理）
次いで、キャビティ内を大気圧または真空として、ＳＴ４４の加熱により、封止材６１から脱離したガス成分や、ケース内の吸着水の気化成分等を上ケース３１の各貫通孔３６，３７を利用して排出する（ＳＴ４５）。これにより、これらのガス成分等が、以降の工程において、圧電振動片５２に付着することで、その振動性能に悪影響を与えることを有効に防止することができる。
【００４８】
（導通工程）
次に、図９（ｂ）に示すように、貫通孔３６の上縁部に、例えば球状の導電体６４ａを載置する（図９では表れない貫通孔３７についても同様）。
この球状の導電体６４ａとしては、例えば、半田ボールを使用することができるが、鉛を含有しない半田ボールが好ましく、例えば、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等の金属ボール等を使用することができる。
そして、球状の導電体６４ａに対して、例えば、レーザによる光ビームＬＢを照射して球状の導電体６４ａを溶融させる（ＳＴ４６）。次に、図９（ｃ）に示すように、流れた導電体は、貫通孔３６から流れ込んで、その下のバンプ６３と一体となって貫通孔３６内に充填されるとともに、圧電振動片５２の引き出し電極５７と接続される（ＳＴ４８）。したがって、この工程は、上ケース３１の貫通孔を通して導電体を充填し、圧電振動片５２の引き出し電極と接続させる導通工程であるとともに、ガス成分を排気した後の孔封止工程を兼ねることになる。
【００４９】
また、符号６１，６６の材料として導電性のロウ材を使用する場合は、側面シール工程（ＳＴ４７）として、一度枠体左右側面にＳｉＯ₂ 等の絶縁材をスパッタリングあるいは蒸着により形成する。尚、符号６１，６６の材料が非導電性の材料、例えば低融点ガラス等であれば、この工程は不要である。次に、導通工程の一部として、上述の孔封止に前後して、図示するように、絶縁部６２に重ねるようにして、側面電極部の一部３４ｂをスパッタリングもしくは蒸着により形成する。同様に、絶縁部６６に重ねるようにして、側面電極部３５についても、その一部３５ｂを形成する。これにより、上ケース３１側の側面電極部３４ａ，３５ａと下ケース４１側の側面電極部３４ｃ，３５ｃが、電極部３４ｂ，３５ｂにより導通されることで、圧電デバイス３０の各側面電極３４，３５が完成する。
【００５０】
（周波数調整工程）
次いで、図９（ｃ）に示すように、上ケース３１を透過させてレーザ光等の光ビームを圧電振動片５２の表面に形成した周波数調整用の金属被覆部（図示せず）に照射することで、質量削減方式により周波数調整を行う（ＳＴ４９）。
これにより、孔封止後において、ケース内が密閉された後で周波数調整をすることができ、工程の最後で圧電振動片５２の振動周波数を精密に合わせることができる。尚、この場合、圧電振動片５２の表面に形成した周波数調整用の金属被覆部として、励振電極の一部を利用してもよい。
その後、必要な検査を行い、圧電デバイス３０が完成される。
【００５１】
本実施形態によれば、この製造方法では、前工程で準備された上ケース３１及び下ケース４１と枠体５１とを用いて、後工程が進められる。この場合、接合工程（ＳＴ４４）では、上ケース３１と下ケース４１とで枠体５１を挟み込むようにして、互いに接合するようにしているので、枠体を用いない圧電振動片の製造工程のように、パッケージ内に圧電振動片をマウント（接合）する工程と、パッケージに蓋体を固定する蓋封止の工程を別々に行うことが不要となるから、その分製造工程が簡単である。
また、圧電振動片５２を実装電極部４２，４３と導通させるための導通工程（ＳＴ４７）は、上ケース３１の上面に開口した貫通孔３６から、例えば、溶融させた導電体６４を流し込むだけで行えるので、作業が容易である。
【００５２】
しかも、接合工程（ＳＴ４４）において、低融点ガラス６１，６１が硬化する際、内部で発生するガス成分等が、後で圧電振動片５２に付着すると、振動性能に悪影響が出る。このため、貫通孔３６を利用して、このガス成分を排出してから、貫通孔３６を塞ぐ孔封止を行えば、後で圧電振動片５２にガス成分が付着することなく、振動性能に悪影響が出ることが有効に防止される。しかも、この孔封止にあたり、貫通孔３６の上に導電体６４ａを載置し、この導電体６４ａに光ビームＬＢを照射することによって導電体６４ａを溶融させて貫通孔３６内に充填する手法を用いると、導電体６４の充填がきわめて容易である。
【００５３】
図１０は、本発明の圧電デバイスの第２の実施形態を示す概略斜視図である。
図１０において、図１と同じ符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下相違点を中心に説明する。
図１０の圧電デバイス７０においては、上ケース３１、枠体５１、下ケース４１の外形がほぼ矩形であり、その角隅部が面取り部とされることで、圧電デバイス７０の各角隅部が面取り部７１，７２，７３，７４となっている。
【００５４】
すなわち、上ケース３１、枠体５１、下ケース４１を、それぞれ製造する際に、これらを複数個合わせた形状の基板やウエハから、個々の上ケース３１、枠体５１、下ケース４１を切除する際に、各角隅部となる箇所に円形の貫通孔を形成して、各貫通孔の中心を通る直交した切断線により基板もしくはウエハを切断すると、この各角隅部には、図示のような１／４円でなる面取り部もしくはキャスタレーション部が形成される。
圧電デバイス７０では、側面電極部３４，３５がキャスタレーション部である面取り部７２，７４に沿って形成されている。これにより、図１の圧電デバイス３０と比較すると、側面電極部の面積を小さく形成することが容易である。 それ以外の作用効果は第１の実施形態と共通する。
【００５５】
図１１は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、マイクロフォン３０８により電気信号に変換された送信者の音声は、デモジュレータ，コーデック部でデジタル変調され、送信部３０７においてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯に周波数変換後、アンテナを通して基地局（図示せず）に送信される。また、基地局からのＲＦ信号は受信部３０６において周波数変換後、デモジュレータ，コーデック部において音声信号に変換され、スピーカー３０９から出力される。また、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１は液晶表示装置及びキーボードからなる入出力部３０２をはじめ、デジタル式携帯電話装置３００の全体の動作を制御している。メモリ３０３はＣＰＵ３０１により制御される、ＲＡＭ，ＲＯＭからなる情報記憶手段であり、これらの中にはデジタル式携帯電話装置３００の制御プログラムや電話帳などの情報が格納されている。
【００５６】
本発明の実施形態に係る圧電デバイスが応用されるものとして、ＣＰＵ（コントローラ）の基本クロック、タイマーや計時機能の基本クロックとして形態電話装置等の電子機器に広く利用されている。そして、近年の携帯電話装置の小型化に伴い、小型化への要求が高くなってきており、本発明の実施形態に係る構造による圧電デバイスは極めて有用である。
【００５７】
このように、デジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス３０，７０を利用することにより、製造工程において区分されるべき電極が短絡されて故障の原因となることを有効に防止でき、高い信頼性を備えるデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００５８】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略斜視図。
【図２】図１の圧電デバイスの概略分解斜視図。
【図３】図１の圧電デバイスの概略底面図。
【図４】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図５】図１の圧電デバイスの製造方法の一例を示すフローチャート。
【図６】図１の圧電デバイスの製造工程における前工程について、上ケース側を工程順に示す図。
【図７】図１の圧電デバイスの製造工程における前工程について、下ケース側を工程順に示す図。
【図８】図１の圧電デバイスの製造工程における前工程について、圧電振動片側を工程順に示す図。
【図９】図１の圧電デバイスの製造工程における後工程を工程順に示す概略断面図。
【図１０】本発明の圧電デバイスの第２の実施形態を示す概略斜視図。
【図１１】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１２】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【図１３】図１２の圧電デバイスの圧電振動片（枠体）を示す概略平面図。
【図１４】圧電デバイスの他の構成例を示す概略断面図。
【図１５】図１４の圧電デバイスの概略底面図。
【符号の説明】
３０，７０・・・圧電デバイス、３１・・・上ケース、３２，３３・・・ケース側電極部、３４，３５・・・側面電極部、３６，３７・・・貫通孔、４２，４３・・・実装電極部、５１・・・枠体、５２・・・圧電振動片、５７，５８・・・引き出し電極、６４・・・導電体。

Claims (9)

1. 上端と下端とが開放された枠体と、
   この枠体の内側に、前記枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極が形成された圧電振動片と、
   前記枠体を挟み込むようにして固定される上ケース及び下ケースと
   前記上ケースの上面に開口する貫通孔から前記上ケース及び前記下ケースの側面に延長されたケース側電極部と、
   このケース側電極部と接続され前記上ケース及び前記下ケースの側面に設けられ側面電極部と、
   この側面電極部と接続され前記下ケース底面に設けられた実装電極部と
   を備えており、
   前記貫通孔と、前記圧電振動片に設けられ、前記励振電極と接続された引き出し電極とが導電体により接続されている
   ことを特徴とする、圧電デバイス。
2. 前記枠体の端面を前記側面電極部に対して絶縁する構造としたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記圧電振動片の前記引き出し電極に設けたバンプを利用して、前記上ケースの貫通孔と前記引き出し電極とが導電体により接続されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電デバイス。
4. 前工程として、上端と下端とが開放された枠体の内側にこの枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極及びこの励振電極と接続された引き出し電極を備える圧電振動片と、上面に開口した貫通孔を備え、この貫通孔から側面電極部にかけてケース側電極部が設けられた上ケースと、底面部に実装電極部が設けられ、この実装電極部と接続された側面電極部を備える下ケースとを予め用意し、
   この前工程に続いて後工程として、
   前記上ケースと前記下ケースとで前記枠体を挟み込むようにして、互いに接合する接合工程と、
   前記上ケースの前記貫通孔を通して導電体を充填し、前記圧電振動片の前記引き出し電極と接続させる導通工程と
   を有することを特徴とする、圧電デバイスの製造方法。
5. 前記前工程において、前記圧電振動片の前記引き出し電極上にバンプを形成することを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイスの製造方法。
6. 前記接合工程の後で、前記上ケース及び前記下ケース内のガスを前記貫通孔を介して排出した後、前記貫通孔の上に導電体を載置し、この導電体に光ビームを照射することによって導電体を溶融させて前記貫通孔内に充填し、前記圧電振動片の前記引き出し電極と接続させる導通工程を行うことを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
7. 少なくとも前記上ケースを光が透過する材料で形成し、前記導通工程後に前記上ケースを透過させて光ビームを前記圧電振動片の表面に形成した周波数調整用の金属被覆部に照射することで、周波数調整を行うことを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
8. 内部に圧電振動片を気密に収容する構成とした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
   上端と下端とが開放された枠体と、
   この枠体の内側に、前記枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極が形成された圧電振動片と、
   前記枠体を挟み込むようにして固定される上ケース及び下ケースと
   前記上ケースの上面に開口する貫通孔から前記上ケース及び前記下ケースの側面に延長されたケース側電極部と、
   このケース側電極部と接続され前記上ケース及び前記下ケースの側面に設けられた側面電極部と、
   この側面電極部と接続され前記下ケース底面に設けられた実装電極部と
   を備えており、
   前記貫通孔と、前記圧電振動片に設けられ、前記励振電極と接続された引き出し電極とが導電体により接続されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。
9. 内部に圧電振動片を気密に収容する構成とした圧電デバイスを利用した電子機器であって、
   上端と下端とが開放された枠体と、
   この枠体の内側に、前記枠体と一体に設けられ、駆動用の励振電極が形成された圧電振動片と、
   前記枠体を挟み込むようにして固定される上ケース及び下ケースと
   前記上ケースの上面に開口する貫通孔から前記上ケース及び前記下ケースの側面に延長されたケース側電極部と、
   このケース側電極部と接続され前記上ケース及び前記下ケースの側面に設けられた側面電極部と、
   この側面電極部と接続され前記下ケース底面に設けられた実装電極部と
   を備えており、
   前記貫通孔と、前記圧電振動片に設けられ、前記励振電極と接続された引き出し電極とが導電体により接続されている圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。

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