JP2004254238A - 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
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Abstract
【解決手段】圧電振動片が形成された振動片基板36と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板38及びリッド基板37を備える圧電デバイスであって、前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とがそれぞれ陽極接合されることにより、前記ベース基板及び前記リッド基板の内側の内部空間S2に前記圧電振動片32が収容されていて、かつ少なくとも前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板には、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔60が形成され、この貫通孔に封止材を充填することにより、前記内部空間が密閉状態に封止されている。
【選択図】 図6
Description
【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装置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、このような圧電デバイスの構成例を示す分解斜視図、図13はその概略断面図である。
図において、圧電デバイス1は、枠部の内側に圧電振動片を形成した振動片基板2を、リッド基板3とベース基板4で上下から挟んで固定することにより構成されている(特許文献1参照)。これにより、圧電振動片2bは、リッド基板3とベース基板4で形成する内部空間S1内に収容される。
【0003】
図13に示されているように、振動片基板2には、リッド基板3とベース基板4との各接合面に接合用電極2c,2dがそれぞれ設けられており、この接合用電極2c,2dを利用して、振動片基板2は、リッド基板3及びベース基板4とそれぞれ陽極接合されている。
【0004】
図14は、圧電デバイス1の製造工程を示すフローチャートである。
図において、リッド基板3とベース基板4の製造工程がST1−1からST1−3までに示されており、圧電振動片2bの製造工程がST2−1からST2−4までに示されている。
リッド基板3とベース基板4はともにガラス基板から形成される。リッド基板3とベース基板4は、それぞれガラス材料から、各外形をエッチングして形成する。
【0005】
そのため、各外形に適合して、材料となるガラス材料(ガラス基板)に、リッド基板3とベース基板4の各外形に対応した耐蝕膜を予め形成する(ST1−1)。次いで、それぞれエッチングにより外形を形成し(ST1−2)、耐蝕膜を剥離して(ST1−3)、図12に示すような外形のリッド基板3及びベース基板4を形成する。
また、圧電振動片2bは、例えば、水晶ウエハを用いて、振動片基板2の外形に対応した耐蝕膜を予め形成する(ST2−1)。次に、エッチングにより振動片基板2の外形を形成し(ST2−2)、耐蝕膜を剥離する(ST2−3)。次いで、圧電振動片として動作に必要とされる図示しない電極を形成する(ST2−4)。
【0006】
以上の前工程に続いて、図13で説明したように、振動片基板2を、リッド基板3及びベース基板4に対して陽極接合する(ST5)。次いで、個々の製品の大きさにダイシングされ(ST6)、必要な検査等を行って圧電デバイス1が完成する(ST7)。
【0007】
【特許文献1】特開2000−223996
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来、陽極接合は真空雰囲気中で行う必要があった。すなわち、圧電振動片2bは、リッド基板3及びベース基板4により形成される内部空間内に水蒸気その他のガスが残存しないように密閉される。密閉後に水蒸気その他のガスが残存すると、圧電振動片2bに付着し、電極部が錆びたり、ガス成分が付着することで振動性能に悪影響を与えるからである。
具体的には、従来の陽極接合は、図15に示すような温度プロファイルに従って行われていた。
すなわち、図15に示すように、例えば、図示しない真空チャンバ内において、開始からt1までが、脱ガスに必要な昇温時間であり、真空中で行うため、空気による熱伝導ができないことから、長時間を必要とする。続いて、t1からt2まで加熱を継続して、上記内部空間S1内のガス成分を気化させて真空中に追い出す。次に、加熱を止めてt2からt3まで、長時間をかけて陽極接合に適する温度まで温度を下降させ、t3からt4までの時間で真空中において陽極接合を行う(ST5)。
【0009】
すなわち、従来の方法における真空中での陽極接合は、図15に示すように、摂氏150度程度の比較的低い温度で行うために、t2からt3までの間で、真空中において長い時間をかけてワークの温度を下げてから陽極接合を行い、その後、時間は約t5までの時間で、常温に近い温度付近まで冷却して、真空チャンバーから取り出すようにしている。このため、図15のt3からt5までで、約1時間の作業時間が必要であり、図15の開始からt4までの陽極接合の終了まででも約2時間30分程度の長時間の作業を必要としている。
したがって、従来の陽極接合にあっては、開始から取り出しまでの図15の全工程で約3時間程度の長い時間を要し、製造効率が悪いという問題があった。
ここで、真空中での陽極接合を、図15の場合より高い温度で行うことすれば、t2からt3に対応した陽極接合に適する温度までの温度下降時間を短縮することができる。しかし、陽極接合を高い温度で行うと、圧電材料、例えば水晶で形成した圧電振動片2bと、リッド基板3及びベース基板4を構成するガラスとの熱膨張率の相違により、撓んだり、接合後にひずみが残り、破損する原因となるという別の問題を生じる。
【0010】
本発明は、短時間で品質よく陽極接合により封止できる構造の圧電デバイスとその製造方法、ならびに、このような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。
【0011】
【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、圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスであって、前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とがそれぞれ陽極接合されることにより、前記ベース基板及び前記リッド基板の内側の内部空間に前記圧電振動片が収容されていて、かつ少なくとも前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板には、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、この貫通孔に封止材を充填することにより、前記内部空間が密閉状態に封止されている、圧電デバイスにより達成される。
【0012】
第1の発明の構成によれば、前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板に貫通孔を備えている。このため、前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とをそれぞれ陽極接合した後で、内部のガスを抜くための孔として前記貫通孔を利用することができる。つまり、陽極接合を大気圧で行うことが可能となるから、必要な温度に昇温させる時間が少なくてすむ。しかも従来のように、真空中で脱ガス後に、長時間かけて陽極接合に適する温度まで温度を下げる必要がないので、工程全体に要する時間を短縮でき、製造コストを低減できる。そして、接合後において、前記貫通孔から内部のガスを排出することで、圧電振動片の振動特性に悪影響を与えるガスを抜くことで、振動性能を劣化させることがなく、前記貫通孔は封止材で塞がれているので、圧電振動片は適切に密閉されており、封止性能も確保される。
このように、本発明によれば、短時間で品質よく陽極接合により封止できる構造の圧電デバイスを提供することができるという効果を発揮できる。
【0013】
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記振動片基板が、上端と下端とが開放された枠体と、この枠体に対して、枠体の内側に一体に設けられた圧電振動片とを備えることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、圧電振動片は枠体を利用してリッド基板及びベース基板と接合できるので、パッケージ内部で小さな圧電振動片を接合する手間が不要である。
【0014】
第3の発明は、第2の発明の構成において、前記圧電振動片が、前記枠体の内面に一体に形成される基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備えた音叉型振動片であり、前記各振動腕には、長さ方向に延びる溝が形成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、圧電振動片を音叉型振動片として構成し、さらに、その各振動腕に長さ方向に延びる溝を形成することにより、電界効率を向上させることができる。
【0015】
第4の発明は、第3の発明の構成において、前記基部には、前記枠体の内面と一体に形成された領域と、前記振動腕との間に、切欠き部を備えることを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、圧電振動片を音叉型振動片とした場合に、その基部に前記切欠き部を形成することで、振動腕からの振動が基部に漏れ込むことを有効に防止でき、クリスタルインピーダンス値を抑制することができる。
【0016】
また、上述の目的は、第5の発明によれば、圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスの製造方法であって、少なくともいずれか一方に貫通孔を形成した前記ベース基板及び前記リッド基板を用意し、前記振動片基板に駆動用の電極と、前記ベース基板及び前記リッド基板との接合面に接合用の電極を設け、前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とを大気中で陽極接合し、さらに、真空中で前記貫通孔を孔封止する、圧電デバイスの製造方法により、達成される。
【0017】
第5の発明の構成によれば、ガラス製のベース基板及びリッド基板を製造する際に、どちらかに貫通孔を設けておく。そして、前記ベース基板及び前記リッド基板との接合面に接合用の電極を設けて前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とを大気圧で陽極接合する。すなわち、陽極接合が大気圧で行われるので、接合に必要な温度に昇温させる時間が少なくてすむ。しかも従来のように、真空中で脱ガス後に、長時間かけて陽極接合に適する温度まで温度を下げる必要がないので、工程全体に要する時間を短縮できる。その後、真空中において、前記貫通孔から内部のガスを排出することで、この貫通孔を封止材で塞いだ後は、内部でガスが発生して、圧電振動片に付着し、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。
【0018】
第6の発明は、第5の発明の構成において、前記陽極接合の後、前記孔封止の前に前記圧電振動片を真空中において、実装のリフロー温度より高い温度で熱処理することを特徴とする。
第6の発明の構成によれば、前記陽極接合の後で、真空雰囲気に移し、圧電振動片を圧電デバイスの実装の際のリフロー温度より高い温度で加熱すると、当該加熱温度に対応して排出される水蒸気等のガスが生成される。このガス成分を真空中に排出してから、貫通孔を孔封止すれば、圧電デバイスを実装する際にリフロー炉で加熱されても、実装工程で内部にガスが発生して、圧電振動片に付着し、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。
【0019】
また、上述の目的は、第7の発明によれば、圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とがそれぞれ陽極接合されることにより、前記ベース基板及び前記リッド基板の内側の内部空間に前記圧電振動片が収容されていて、かつ少なくとも前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板には、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、この貫通孔に封止材を充填することにより、前記内部空間が密閉状態に封止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。
【0020】
また、上述の目的は、第8の発明によれば、圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とがそれぞれ陽極接合されることにより、前記ベース基板及び前記リッド基板の内側の内部空間に前記圧電振動片が収容されていて、かつ少なくとも前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板には、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、この貫通孔に封止材を充填することにより、前記内部空間が密閉状態に封止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。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1ないし図7は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図1はその概略分解斜視図、図2は図1の圧電デバイスの振動片基板の概略平面図、図3は図2のA−A線概略断面図、図4は図1の圧電デバイスの振動片基板の概略底面図、図5は図1のB−B線切断端面図、図6は図1の圧電デバイスの陽極接合の様子を示す概略断面図、図7は図6のC−C線切断端面図である。
【0022】
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、振動片基板36の上下の開口(後述)を、それぞれリッド基板37とベース基板38とで塞ぐように固定して形成されている。
リッド基板37とベース基板38は、それぞれガラス製の同じ材料で形成されている。
リッド基板37は、少なくとも図1で示す振動片基板36の上側開口36aを塞ぐ大きさであり、この実施形態では、振動片基板36の外形が矩形であることから、リッド基板37も矩形の形状とされている。ベース基板38は、少なくとも図1で示す振動片基板36の下側開口36bを塞ぐ大きさであり、この実施形態では、振動片基板36の外形が矩形であることから、ベース基板38も矩形の形状とされている。
【0023】
リッド基板37とベース基板38は、同じ外形状のものが使用されており、振動片基板36の外形と同じ外形を備えている。そして、リッド基板37は図1に示されているように、凹部37aを備えており、ベース基板38は凹部38aを備えている。
リッド基板37とベース基板38は、各凹部37aと38aを互いに向かい合わせにして、間に振動片基板36を挟んで固定されるようになっており、これにより、各凹部37aと38aは後述する振動片基板36の内側の空間と一体になって圧電振動片32を収容する内部空間S2を形成するようにされている。
【0024】
図1に示されているように、振動片基板36は、上端と下端とが開放され、内側に隙間ないし空間を有する矩形の枠である。振動片基板36は、開放された上端と下端とに、図1に示されているようにリッド基板37とベース基板38とが固定されることで、上記内部空間S2を密閉するようにされている。
振動片基板36は、必ずしも図1のように、4角形である必要はなく、角の丸い楕円や長円形等でもよい。本実施形態の場合は、振動片基板36は、図1に示されているように一方向に長い長方形で、厚みの薄い枠体として形成されている。
【0025】
この振動片基板36は、特に、内部に圧電振動片32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、本実施形態のように水晶が適しており、水晶以外にも、例えば、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。振動片基板36は、本実施形態の場合、水晶の薄板をエッチングすることにより、内側の空間と圧電振動片32の外形を形成している。
【0026】
圧電振動片32は、振動片基板36と同じ材料で一体に形成されており、本実施形態の場合、圧電振動片32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32は、図2において、振動片基板36の一端部の内側と一体とされている基部51と、この基部51を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕34,35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。
また、好ましくは、圧電振動片32の一対の振動腕34,35には、図1に示すように、それぞれ、長手方向に延びる長溝34a,35aを形成されている。この場合、各長溝34a,35aは、図5に示されているように、各振動腕34,35の上面と下面に同様の態様でそれぞれ形成される。
【0027】
このように、一対の振動腕34,35に、それぞれ長手方向に延びる長溝34a,35aを形成し、この長溝34a,35aにそれぞれ第1の励振電極41b,第2の励振電極42bを形成することによって、振動腕34,35における電界効率が向上する利点がある。尚、図示の複雑さを避けるため図1では励振電極41b,42b等の電極の図示を省略している。
圧電振動片32の振動片基板36の内面と一体に固定された領域である基部51と一対の振動腕34,35との間には、基部51の幅方向に縮幅して設けた切欠き部もしくはくびれ部52,52を設けるようにしている。
これにより、基部51側への圧電振動片32の振動の漏れを防止して、CI(クリスタルインピーダンス)値を低減することができる。
【0028】
図2に示されているように、振動片基板36の上端面36cには、第1の電極41が形成されている。この第1の電極41は、図2に符号41aで示すように、振動片基板36の上端面36cに引き回された第1の接合用電極41aと、この第1の接合用電極41aと接続されて、圧電振動片32の基部51の表面を通り、振動腕34の両側面及び振動腕35の上面と下面とに引き回された第1の励振電極41bとを有している。
また、図4に示されているように、振動片基板36の下端面36dには、第2の電極42が形成されている。この第2の電極42は、図4に符号42aで示すように、振動片基板36の下端面36dに引き回された第2の接合用電極42aと、この第2の接合用電極42aから延長されて、圧電振動片32の基部51の裏面を通り、振動腕35の両側面及び振動腕34の上面と下面とに引き回された第2の励振電極42bとを有している。
【0029】
これらの電極は次のような構成上の特徴を有している。
第1の接合用電極41a及び第2の接合用電極42aは、それぞれ振動片基板36とリッド基板37及びベース基板38と陽極接合するのに用いられる。第1の励振電極41b及び第2の励振電極42bは、圧電振動片32を駆動するのに用いられる。
これらの第1の接合用電極41a及び第2の接合用電極42aと、第1の励振電極41b及び第2の励振電極42bは、例えば水晶により形成された振動片基板36の表面に、例えばクロム(Cr)層を形成し、その上に金(Au)層を設けた共通の構造を備える。
【0030】
さらに、第1の接合用電極41a及び第2の接合用電極42aの部分は、金層の上に陽極接合のための金属被覆層として、例えば、アルミニウム(Al)層や、これに代えて、タングステン、シリコン、ニッケル、チタン等を被覆して形成されている。
また、図6に示されているように、第1の接合用電極41aは図6において左側の側面に側面電極45aとして、ベース基板38の底面まで引き回されて、このベース基板38の底面の端部に設けた実装電極45と接続されている。同様にして、第2の接合用電極42aは図6において右側の側面に側面電極46aとして、ベース基板38の底面まで引き回されて、このベース基板38の底面の端部に設けた実装電極46と接続されている。
【0031】
また、特に重要な構成として、図6に示されているように、本実施形態では、リッド基板37の中央付近には、内部空間S2と外部とを連通する貫通孔60が設けられている。この貫通孔60は、2つの貫通孔61と貫通孔62が連通した形態で、外側の第1の孔62は内部空間S2側に開く第2の孔61よりも内径を大きく形成することで、第1の孔62と第2の孔61の間に外向きの段部63を形成している。この貫通孔60には、後述するようにして封止材が充填されることで、孔封止されるようになっている。
【0032】
そして、図1に示されているように、振動片基板36の上端面36cには、図1及び図2で説明したリッド基板37の平面部37cが固定され、振動片基板36の下端面36dには、図1及び図2で説明したベース基板38の平面部38cが固定されている。
具体的には、図6に示されているように、ガラス製であるリッド基板37とベース基板38には、これらの軟化点よりも低い温度を加えた状態で、リッド基板37及びベース基板38と、これらを振動片基板36に対して接合するための接合膜である接合用電極41a,42aとの間で、これら接合用電極41a,42a側が陽極になるようにして、直流電源39から直流電圧を印加する。
すなわち、陽極接合は、表面どうしを密着させて固相のまま接合する手法で、平滑な表面をもつ面どうしで、その表面原子の結合を生じさせて接合する方法である。したがって、ガラス製であるリッド基板37とベース基板38には、印加された直流電圧の作用によって、イオンが移動し、これらと接合用電極41a,42aとのギャップ及びその近傍に形成された空間電荷層に、継続して印加された電圧がかかるようになる。そうすると、リッド基板37及びベース基板38と、各接合用電極41a,42aとの間に静電引力が発生し、互いに密着して、強電界によりガラス側から電極側へイオンの移動がすすみ、界面で電極側の原子と共有結合を生じて、結合が行われると考えられている。またこの過程は、逆電圧を利用して、可逆的に進行させることもできる。
これにより、リッド基板37とベース基板38との間に振動片基板36を挟むようにして内部空間S2は、リッド基板37とベース基板38により気密状態で封止されている。
【0033】
本実施形態の圧電デバイス30は、以上のように構成されており、次に、この圧電デバイス30の製造方法を説明する。
図8は、圧電デバイスの製造方法の実施形態を示すフローチャートである。
図において、リッド基板37とベース基板38の製造工程がST11からST13までに示されており、圧電振動片32の製造工程がST21からST24までに示されている(前工程)。
先ず、この前工程を説明する。
リッド基板37とベース基板38はともに同じガラス材料から形成される。すなわち、陽極接合を可能とするため、あるいは陽極接合を容易にするために、イオンの拡散しやすいガラス材料を選択し、アルカリ金属を含有するもので、エッチング加工に適するものを選択する。これらの条件において、例えば、ソーダガラスが適している。
【0034】
リッド基板37とベース基板38は、それぞれ上述した材料からなる所定の大きさのガラス基板を用いて、それぞれの外形をエッチングして形成する。
そのため、各外形に適合して、ガラス基板(図示せず)に、リッド基板37とベース基板38の各外形に対応した耐蝕膜を予め形成する(ST11)。次いで、リッド基板37とベース基板38について、それぞれエッチングにより外形を形成する(ST12)。
【0035】
ここで、重要なのは、リッド基板37とベース基板38のいずれかに図6及び図7で示した貫通孔60を形成する点である。この貫通孔60は、本実施形態では、リッド基板37のほぼ中央付近に形成される。この貫通孔60の形成は、予め耐蝕膜の該当部分を除いておくことによって、リッド基板37の外形エッチングと同時に形成することができる。すなわち、この工程では、貫通孔60の第2の孔61に対応した内径の孔を形成する。
次に、耐蝕膜を剥離することにより、図1等で説明したリッド基板37とベース基板38の外形を形成する(ST13)。
続いて、リッド基板37とベース基板38に必要な耐蝕膜を形成して、ハーフエッチングすることにより、図1に説明した各凹部37a,38aを形成する(ST14)。
最後に、貫通孔60を設ける基板について、ST13で形成した孔の周囲を露出させて、それ以外の部分に耐蝕膜を形成して、ハーフエッチングすることにより、貫通孔60の第1の孔62を形成する(ST15)。
以上により、リッド基板37及びベース基板38を完成する。
【0036】
圧電振動片32は、例えば、水晶ウエハ等の基板を用いて、振動片基板36の外形に対応した耐蝕膜をこの基板(図示せず)に予め形成する(ST21)。次に、フッ酸等のエッチング液を用いて、振動片基板36の外形をエッチングにより形成し(ST22)、耐蝕膜を剥離する(ST23)。次いで、圧電振動片32として動作に必要とされる電極と陽極接合の接合膜として使用する電極とを形成する。このような電極は、例えば、図2ないし図4で説明した構成のものであり、これらの図に基づいて説明した第1の電極41と第2の電極42とを形成することになる(ST24)。
【0037】
すなわち、第1の電極41と第2の電極42は、振動片基板36の該当する箇所に、例えばクロム(Cr)層を形成し、その上に金(Au)層を設けた共通の構成を先に形成し、さらに、第1の接合用電極41a及び第2の接合用電極42aの部分は、金層の上に陽極接合のための金属被覆層として、例えば、アルミニウム(Al)層や、これに代えて、タングステン、シリコン、ニッケル、チタン等をスパッタリングや蒸着等の手法で設ける。
【0038】
次に後工程を説明する。
図6で説明したように、振動片基板36を、リッド基板37及びベース基板38に対して陽極接合する(ST35)。
この陽極接合の工程は、従来のように、内部空間S2からのガス出しを行う必要がなく、大気圧で行うことができる。このため、例えば図9のような温度プロファイルに従って実行することができる。
図6のように、リッド基板37及びベース基板38と、これらを振動片基板36に対して接合するための接合膜である接合用電極41a,42aとの間で、これら接合用電極41a,42a側が陽極になるようにして、直流電源39から直流電圧を印加する。
【0039】
この際に、図9に示されているように、開始から陽極接合に要する温度L1まで加熱する時間Ht1は、従来のように真空雰囲気中でガス出しをする必要がないから、大気中での加熱である点、及びガス出しに要する程の高い温度を必要としない点から、きわめて短い時間で加熱できる。すなわち、温度L1は、150度(摂氏、以下、温度表示は全て「摂氏」)程度である。したがって、温度L1まで昇温させ(Ht1)、昇温後陽極接合が完了するまでに3分程度であるから、開始から陽極接合が完了するまでの時間Ht2までは、約8分程度である。
【0040】
次に、ワークを真空チャンバー(図示せず)に移すことで温度L2に下降し、時間Ht3から、時間Ht4にかけて、再び温度L3まで加熱することでアニール処理を行う(ST36)。温度L3は、圧電デバイス30の実装時に行われるリフロー温度よりも高い温度が好ましい。このため、例えば260度以上、300度程度までで適宜選択される温度まで加熱する。このアニール処理はリフロー時の脱ガスを防止するためだからである。そこで、例えば温度L3として300度程度まで昇温し、30分程度、内部空間S2内において、圧電振動片32やリッド基板37及びベース基板38の内側から出るガスを貫通孔60から排出する。
【0041】
図9において温度L3の最終時である時間Ht5において、孔封止を行う(ST37)。この孔封止は真空チャンバー内で次のように行われる。
図10に示すように、リッド基板37の貫通孔60に封止材70を配置する。封止材70は、貫通孔60の第1の孔62に少なくとも一部が受容され、かつ第2の孔61の内径よりも大きな外形を備えることで、リッド基板37の内側に落下ないし完全に入り込まない大きさであることが好ましい。このため、本実施形態では、例えば、球形の封止材70を使用している。
【0042】
この封止材70は溶融されて、貫通孔60の第1の孔62及び/または第2の孔61内に充填されるものであり、リッド基板37と接合しやすい材料のものが好ましい。また、圧電デバイス30のリフロー工程の加熱温度により容易に溶融しないものが好ましい。このような条件から、Au−Sn合金やAu−Ge合金を用いることができる。また、封止材70として、リッド基板37との接合のしやすさを考慮すると、低融点ガラス等を使用することができる。
そして、このような封止材70を図10に示すように、貫通孔60の第1の孔62内に位置決めし、外部からレーザ光LB等を照射して溶融する。これにより、溶融した封止材70は貫通孔60を塞ぐように充填されることで孔封止が完成する。その後、真空チャンバー内にて、図9のHt6までの時間温度降下させ、真空チャンバーから取り出す。なお、孔封止後、直ぐに大気中に取り出して冷却時間をさらに短縮することも可能である。これに対して、パッケージに対する熱ストレスからの保護を考慮すると、図9のように真空チャンバー内で温度降下させるほうがより好ましい。
次いで、個々の製品の大きさにダイシングされ(ST38)、必要な検査等を行って圧電デバイス30が完成する(ST39)。
【0043】
このように、本実施形態によれば、リッド基板37に貫通孔60を設けるようにしている。すなわち、振動片基板36と、ベース基板38及びリッド基板37とをそれぞれ陽極接合した後で、内部空間S2からガスを抜くための孔として貫通孔60を利用するようにしている。これにより、陽極接合を大気圧で行うことが可能となるから、必要な温度L1に昇温させる時間が少なくてすむので、製造コストを低減できる。そして、接合後において、貫通孔60から内部のガスを排出することで、圧電振動片32の振動特性に悪影響を与えるガスを抜くことで、振動性能を劣化させることがなく、貫通孔60は封止材70で塞がれているので、圧電振動片32は適切に密閉されており、封止性能も確保される。
したがって、短時間で品質よく陽極接合により封止できる構造の圧電デバイス30を提供することができる。
【0044】
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の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン308及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ309を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるCPU(CentralProcessing Unit)301を備えている。
CPU301は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのLCDや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部302や、RAM,ROM等でなるメモリ303の制御を行うようになっている。このため、CPU301には、圧電デバイス30が取り付けられて、その出力周波数をCPU301に内蔵された所定の分周回路(図示せず)等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このCPU301に取付けられる圧電デバイス30は、圧電デバイス30等単体でなくても、圧電デバイス30等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【0045】
CPU301は、さらに、温度補償水晶発振器(TCXO)305と接続され、温度補償水晶発振器305は、送信部307と受信部306に接続されている。これにより、CPU301からの基本クロックの周波数が、環境温度の変化により変動しても、温度補償水晶発振器305により修正されて、送信部307及び受信部306に与えられるようになっている。
【0046】
このように、制御部を備えた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を利用することにより、低コストで短時間に効率よく生産しても、ガスの付着により圧電振動片32の振動性能に悪影響が生じることがなく、正確なクロック信号を生成することができる。
【0047】
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。
特に、圧電振動片の電極の引き回し構造は、上述の実施形態で説明した例に限らず、種々の構造を採用することができる。
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実施形態を示す概略分解斜視図。
【図2】図1の圧電デバイスの振動片基板の概略平面図。
【図3】図2のA−A線概略断面図。
【図4】図1の圧電デバイスの振動片基板の概略底面図。
【図5】図1のB−B線切断端面図。
【図6】図1の圧電デバイスの陽極接合の様子を示す概略断面図。
【図7】図6のC−C線切断端面図。
【図8】本発明の圧電デバイスの製造方法の実施形態を示すフローチャート。
【図9】図8の製造工程の陽極接合及びアニール処理の温度プロファイルの一例を示すグラフ。
【図10】図8の製造工程の孔封止の様子を示す説明図。
【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分解斜視図。
【図13】図12の圧電デバイスの概略断面図。
【図14】図12の圧電デバイスの製造方法を示すフローチャート。
【図15】図14の製造工程の陽極接合及びアニール処理の温度プロファイルを示すグラフ。
【符号の説明】
30・・・圧電デバイス、32・・・圧電振動片、36・・・振動片基板、37・・・リッド基板、38・・・ベース基板、41a,42a・・・接合用電極、41b・・・第1の励振電極、42b・・・第2の励振電極、51・・・基部。
Claims (8)
- 圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスであって、
前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とがそれぞれ陽極接合されることにより、前記ベース基板及び前記リッド基板の内側の内部空間に前記圧電振動片が収容されていて、
かつ少なくとも前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板には、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、この貫通孔に封止材を充填することにより、前記内部空間が密閉状態に封止されている
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - 前記振動片基板が、上端と下端とが開放された枠体と、この枠体に対して、枠体の内側に一体に設けられた圧電振動片とを備えることを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電振動片が、前記枠体の内面に一体に形成される基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備えた音叉型振動片であり、前記各振動腕には、長さ方向に延びる溝が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイス。
- 前記基部には、前記枠体の内面と一体に形成された領域と、前記振動腕との間に、切欠き部を備えることを特徴とする請求項3に記載の圧電デバイス。
- 圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスの製造方法であって、
少なくともいずれか一方に貫通孔を形成した前記ベース基板及び前記リッド基板を用意し、
前記振動片基板に駆動用の電極と、前記ベース基板及び前記リッド基板との接合面に接合用の電極を設け、
前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とを大気中で陽極接合し、
さらに、真空中で前記貫通孔を孔封止する
ことを特徴とする、圧電デバイスの製造方法。 - 前記陽極接合の後、前記孔封止の前に前記圧電振動片を真空中において、実装のリフロー温度より高い温度で熱処理することを特徴とする、請求項5に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスを利用した電子機器であって、
前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とがそれぞれ陽極接合されることにより、前記ベース基板及び前記リッド基板の内側の内部空間に前記圧電振動片が収容されていて、
かつ少なくとも前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板には、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、この貫通孔に封止材を充填することにより、前記内部空間が密閉状態に封止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。 - 圧電振動片が形成された振動片基板と、この振動片基板を間に挟むようにして、それぞれ前記振動片基板に固定されるガラス製のベース基板及びリッド基板を備える圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記振動片基板と、前記ベース基板及び前記リッド基板とがそれぞれ陽極接合されることにより、前記ベース基板及び前記リッド基板の内側の内部空間に前記圧電振動片が収容されていて、
かつ少なくとも前記ベース基板またはリッド基板のいずれかの基板には、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、この貫通孔に封止材を充填することにより、前記内部空間が密閉状態に封止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。
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