JP2013183427A - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って安定して、圧電振動片をベース基板側の金属バンプ上にマウント実装する圧電振動子製造方法の提供。
【解決手段】実装ノズル７１の吸着面７１ａに圧電振動片４を吸着させ、該圧電振動片のマウント電極１６（１７）を金属バンプＢの上方に位置させる吸着工程と、マウント電極を金属バンプに対して押し付けながら圧電振動片を超音波振動させて、マウント電極と金属バンプとを超音波接合させる接合工程と、を備え、実装ノズルは、少なくとも吸着面を形成する部分が、マウント電極の材質よりも硬度が高い非金属材料で形成されている圧電振動子の製造方法。
【選択図】図１３

Description

本発明は、圧電振動子の製造方法、圧電振動子、該圧電振動子を具備する発振器、電子機器及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機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等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１つとして２層構造タイプの表面実装型（ＳＭＤ：Surface Mount Device）の圧電振動子が知られている。

このタイプの圧電振動子は、ベース基板とリッド基板とが直接接合されることでパッケージ化された２層構造とされており、両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ている。特に、この圧電振動子は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。
この圧電振動子としては、例えばベース基板を貫通するように形成された貫通電極を利用して、圧電振動片のマウント電極とベース基板に形成された外部電極とを導通させたものが知られている。

具体的には、ベース基板における外側において貫通電極と外部電極とが導通され、ベース基板におけるキャビティ側（内側）において貫通電極と内部電極とが導通されている。そして、この内部電極とマウント電極との間に金属バンプが設けられ、この金属バンプを介して内部電極とマウント電極とが接合されている（特許文献１参照）。

ここで、上記接合を行う場合の一般的な方法としては、まずベース基板に形成された内部電極上に金属バンプ（例えば金バンプ）を形成した後、実装ノズルでマウント電極等が形成された圧電振動片を吸着（吸引保持）してピックアップする。次いで、ピックアップした圧電振動片をベース基板に接近させることで、マウント電極を金属バンプに対して押し付ける。この際、超音波振動を与えて圧電振動片を水平面内で振動させながら上記押し付けを行う。すると、マウント電極と金属バンプとの接合界面では、マウント電極側の金属と金属バンプ側の金属とが互いに溶融し合う、いわゆる金属拡散が生じる。これにより、マウント電極と金属バンプとを互いに強固に接合（超音波接合）させることが可能とされている。

特開平１１−２６６１３５号公報

ところで、上記した実装ノズルは、一般的にＳＵＳ等からなる金属ノズルが採用されており、その吸着面も同様に金属面とされている。そのため、圧電振動片を吸着した際、該圧電振動片におけるマウント電極と吸着面とが金属間結合によって互いに強固に密着し易かった。よって、超音波接合後、吸着を解いて実装ノズルを圧電振動片から離間させた際、マウント電極における金属層の一部が剥離してしまい吸着面側に付着し易かった。すると、吸着面側に付着したこの金属層は凸状の異物となってしまう。しかも、圧電振動片の実装作業（マウント作業）を行うに連れて、上記異物が徐々に堆積されてしまうものであった。

従って、圧電振動片の吸着時に、上記異物がマウント電極の電極膜に傷を付けたり、圧電振動片自体に欠け等を発生させたりする虞があった。また、吸着した際、異物によって吸着面とマウント電極との間に隙間が発生してしまい、それによって吸着力が弱まったり、超音波振動が伝わり難くなったりして、実装不良を招き易いものであった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、長期間に亘って安定して、圧電振動片をベース基板側の金属バンプ上にマウント実装することができる圧電振動子の製造方法を提供することである。
また、上記製造方法で製造された圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電気機器、電波時計を提供することである。

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。
（１）本発明に係る圧電振動子の製造方法は、励振電極が形成された振動部、及び該振動部に隣接すると共に励振電極に導通するマウント電極が形成された基部を有する圧電振動片と、互いに接合されたベース基板及びリッド基板を有し、両基板の間に前記圧電振動片を収容するキャビティが画成されたパッケージと、を備え、前記ベース基板には、前記キャビティを画成する一方の面に内部電極が形成されると共に、他方の面に外部電極が形成され、且つ内部電極と外部電極とを導通させる貫通電極が該ベース基板を厚み方向に貫通するように形成され、前記圧電振動片が、前記内部電極上に形成された金属バンプ上に前記マウント電極を介してマウントされることで、前記キャビティ内に収容された圧電振動子の製造方法であって、実装ノズルの吸着面に前記圧電振動片を吸着させ、該圧電振動片の前記マウント電極を前記金属バンプの上方に位置させる吸着工程と、前記マウント電極を前記金属バンプに対して押し付けながら前記圧電振動片を超音波振動させて、マウント電極と金属バンプとを超音波接合させる接合工程と、を備え、前記実装ノズルは、少なくとも前記吸着面を形成する部分が、前記マウント電極の材質よりも硬度が高い非金属材料で形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも吸着面を形成する部分が非金属材料で形成されている実装ノズルを利用して圧電振動片を吸着できるので、この吸着時に従来のようにマウント電極と吸着面との間に金属間結合が生じることがない。従って、接合工程後、吸着を解いて実装ノズルを圧電振動片から離間させた際に、マウント電極における電極層の一部が吸着面に付着して、凸状の異物となってしまう不具合が生じ難い。
よって、吸着工程時、マウント電極に傷等を付けることなく、圧電振動片を所定の吸着力で安定して吸着保持することができる。また、接合工程時に、振動洩れを抑制しながら圧電振動片に対して効率良く超音波振動を伝えることができ、マウント電極と金属バンプとを確実に超音波接合でき、安定したマウント実装を行うことができる。

その結果、長期間に亘って安定して圧電振動片をマウント実装することができ、高品質な圧電振動子を得ることができる。また、非金属材料は、マウント電極の材質よりも硬度が高いので、超音波振動を圧電振動片に対して伝達する際に吸着面が摩耗し難い。従って、この摩耗に起因する吸着不良や超音波振動の伝達不良等も抑制できる。

（２）上記本発明に係る圧電振動子の製造方法において、前記非金属材料は、セラミック材料であることが好ましい。

この場合には、実装ノズルのうち少なくとも吸着面を形成する部分が耐熱性に優れたセラミック材料で形成されているので、例えばマウント実装時に実装ノズルが加熱されたとしても変形等することなく安定して圧電振動片を吸着できる。従って、より安定して圧電振動片の実装を行うことができる。

（３）本発明に係る圧電振動子は、上記本発明に係る圧電振動子の製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明に係る圧電振動子によれば、圧電振動片が確実にマウント実装されているので、作動信頼性の高い高品質な圧電振動子とすることができる。

（４）本発明に係る発振器は、上記本発明に係る圧電振動子が、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。
（５）本発明に係る電子機器は、上記本発明に係る圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
（６）本発明に係る電波時計は、上記本発明に係る圧電振動子が、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。

本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、作動信頼性の高い高品質な圧電振動子を備えているので、同様に高品質化を図ることができる。

本発明によれば、少なくとも吸着面を形成する部分が非金属材料で形成されている実装ノズルを利用して圧電振動片を吸着できるので、吸着不良や超音波振動の伝達不良等を抑制でき、長期間に亘って安定して圧電振動片を金属バンプ上にマウント実装することができ、高品質な圧電振動子を得ることができる。

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。 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に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 金属バンプの拡大断面図である。 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。 ウエハ体の分解斜視図である。 圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、実装ノズルで吸着した圧電振動片を金属バンプ上に位置させた状態を示す図である。 図１１に示す実装ノズルを吸着面側から見た図である。 図１１に示す状態から、マウント電極と金属バンプとを接合させて圧電振動片を実装した状態を示す図である。 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。 本発明に係る実装ノズルの変形例を示す図である。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。
＜圧電振動子の構成＞
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とが接合膜３５を介して陽極接合されたパッケージ９と、このパッケージ９内のキャビティＣ内に封止された状態で収容された圧電振動片４と、を備え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及び重り金属膜２１の図示を省略している。

（圧電振動片）
圧電振動片４は、図５から図７に示すように、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（振動部）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の両主面上に形成された溝部１８と、を備えている。この溝部１８は、振動腕部１０、１１の長手方向に沿って、該振動腕部１０、１１の基端側から略中間付近まで形成されている。

また、この圧電振動片４は、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、圧電振動片４をパッケージ９におけるベース基板２に実装するために基部１２に形成されたマウント電極１６、１７と、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４と、マウント電極１６、１７とを互いに電気的接続する引き出し電極１９、２０と、を有している。

なお、本実施形態において、励振電極１５及び引き出し電極１９、２０は、後述するマウント電極１６、１７の下地層と同じ材料のクロムにより単層膜が形成されている。これにより、マウント電極１６、１７の下地層を成膜すると同時に、励振電極１５及び引き出し電極１９、２０を成膜することが可能となる。但し、この場合に限られず、例えばニッケルやアルミニウム、チタン等により励振電極１５及び引き出し電極１９、２０を成膜しても構わない。

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る。そして、この励振電極１５を構成する第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、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。

また、本実施形態のマウント電極１６、１７は、クロムと金とを積層した積層膜であり、水晶と密着性の良いクロムを下地層として成膜した後に、その表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜することにより形成されている。但し、この場合に限られず、例えばクロムとニクロムとを下地層として成膜した後に、その表面にさらに金の薄膜を仕上げ層として成膜しても構わない。
なお、マウント電極１６、１７の仕上げ層をとして金を採用しているのは、後述する金属バンプＢと同じ材料にして、マウント電極１６、１７と金属バンプＢとの金属拡散を十分に実現させるためである。

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。
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。

（パッケージ）
次に、パッケージ９について詳細に説明する。
図１、図３及び図４に示すように、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陽極接合可能な基板であり、略板状に形成されている。リッド基板３におけるベース基板２との接合面側には、圧電振動片４が収容されるキャビティＣ用の凹部３ａが形成されている。
また、リッド基板３におけるベース基板２との接合面には、陽極接合用の接合膜３５が形成されている。この接合膜３５は、上記凹部３ａの周囲を囲むようにリッド基板３の周縁に沿って形成されている（図２参照）。なお、この接合膜３５は、シリコン膜で形成されるが、アルミニウム等で形成されていても構わない。

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基板であり、図１から図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と、一対の貫通電極３２、３３と、が形成されている。

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、後述する実装工程で実装される圧電振動片４の基部１２側に対応した位置に一方のスルーホール３０が位置し、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が位置するように形成されている。
なお、本実施形態では、ベース基２を真っ直ぐに貫通したスルーホール３０、３１を例に挙げて説明するが、例えばベース基板２の下面Ｌに向かって漸次径が縮径又は拡径する断面テーパー状に形成しても構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していれば良い。

一対の貫通電極３２、３３は、一対のスルーホール３０、３１をそれぞれ埋めるように形成された導電部材とされている。これら貫通電極３２、３３は、一対のスルーホール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。

なお、貫通電極３２、３３としては、例えば円筒状に形成された導電性の芯材部をスルーホール３０、３１の中心に配置させ、スルーホール３０、３１の残りの隙間にペースト状のガラスフリットを充填させて、該ガラスフリットを焼成により硬化させたものを貫通電極としても構わない。

ベース基板２の上面（一方の面であって、リッド基板３が接合される接合面）Ｕ側には、一対の引き回し電極（内部電極）３６、３７がパターニングされている。これら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、図２及び図４に示すように、一方の引き回し電極３６は一方の貫通電極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。
なお、これら引き回し電極３６、３７は、クロムと金とを積層した積層膜であり、クロムを下地層として成膜した後に、その表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜することにより形成されている。特に後述する金属バンプＢと同じ材料の金を利用して引き回し電極３６、３７の仕上げ層を形成しているので、引き回し電極３６、３７金属バンプＢを接合させる際にその接合強度を確保することが可能とされている。

そして、図８に示すように、上記した一対の引き回し電極３６、３７上に金属バンプ（スタッドバンプ）Ｂが形成されて固着している。この金属バンプＢは、上記したマウント電極１６、１７の仕上げ層と同じ金材料により形成されている。そのため、マウント電極１６、１７を金属バンプＢに接合する際、十分な金属拡散を実現させながら接合を行うことが可能とされている。
そして、マウント電極１６、１７が金属バンプＢに接合されることで、圧電振動片４がベース基板２上に浮いた状態で実装される。このとき、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に導通している。

また、ベース基板２の下面（他方の面）Ｌ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。

＜圧電振動子の作動＞
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に電圧を印加することができ、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の製造方法を、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、本実施形態では、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、圧電振動子１を一度に複数製造する場合を例に挙げて説明する。
本実施形態の製造方法は、主に、圧電振動片作製工程（Ｓ１０）と、リッド基板用ウエハ作製工程（Ｓ２０）と、ベース基板用ウエハ作製工程（Ｓ３０）と、組立工程（Ｓ４０以降）と、を有している。このうち、圧電振動片作製工程（Ｓ１０）、リッド基板用ウエハ作製工程（Ｓ２０）及びベース基板用ウエハ作製工程（Ｓ３０）は、並行して実施することが可能である。

（圧電振動片作製工程）
この圧電振動片作製工程（Ｓ１０）では、図５から図７に示す圧電振動片４を作製する。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、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、振動腕部１０、１１の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。

（リッド基板用ウエハ作製工程）
このリッド基板用ウエハ作製工程（Ｓ２０）では、図１０に示すように、後にリッド基板３となるリッド基板用ウエハ５０を作製する。
まず、ソーダ石灰ガラスからなる円板状のリッド基板用ウエハ５０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する（Ｓ２１）。次いで、リッド基板用ウエハ５０におけるベース基板用ウエハ４０との接合面にキャビティ用の凹部３ａを複数形成するキャビティ形成工程を行う（Ｓ２２）。その形成方法としては、例えば加熱プレス成形やエッチング加工等によって行う。次いで、リッド基板用ウエハ５０におけるベース基板用ウエハ４０との接合面を研磨する接合面研磨工程を行う（Ｓ２３）。

次いで、その研磨した上記接合面に、図３に示す接合膜３５を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ２４）。この形成方法としては、例えばスパッタやＣＶＤ等の成膜方法によって行うことができる。なお、接合膜３５は、ベース基板用ウエハ４０の接合面に加えて、キャビティＣの内面全体に形成しても良い。これにより、接合膜３５のパターニングが不要となり、製造コストを低減することができる。
また、本工程の前に、接合面研磨工程（Ｓ２３）を行っているので、接合膜３５の平面度が確保され、ベース基板用ウエハ４０の安定した接合を実現することができる。

（ベース基板用ウエハ作製工程）
このベース基板用ウエハ作製工程（Ｓ３０）では、図１０に示すように、後にベース基板３となるベース基板用ウエハ４０を作製する。
まず、ソーダ石灰ガラスからなる円板状のベース基板用ウエハ４０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、ベース基板用ウエハ４０に対して、プレス加工等により図３に示すスルーホール３０、３１を複数成形する。そして、複数の一対のスルーホール３０、３１を図示しない導電体で埋めることで一対の貫通電極３２、３３を複数形成する。

次いで、ベース基板用ウエハ４０の上面Ｕに引き回し電極３６、３７を形成する電極パターン形成工程を行う（Ｓ３３）。この工程では、例えば上面Ｕにスパッタや真空蒸着法等により電極膜を形成し、この電極膜をフォトリソグラフィ技術等によりパターニングすれば良い。この工程を行うことにより、一方の貫通電極３２と一方の引き回し電極３６とが導通すると共に、他方の貫通電極３３と他方の引き回し電極３７とが導通した状態となる。

次いで、引き回し電極３６、３７上に金属バンプＢを形成するバンプ形成工程を行う（Ｓ３４）。この工程では、図示しないワイヤボンダを使用して、引き回し電極３６、３７上に所定の径を有する金ボールを固着させることで、金バンプＢを形成する。

（実装工程）
この実装工程（Ｓ４０）では、引き回し電極３６、３７上に形成された金属バンプＢに対して、図８に示すように圧電振動片４を接合する工程である。この工程は、図１１に示すように、圧電振動片４を吸着（真空吸着）する実装ノズル７１と、ベース基板用ウエハ４０を下面Ｌ側から加熱するヒートステージ７２と、を備えた実装装置７０を利用して行う。

上記実装ノズル７１は、図１１及び図１２に示すように、ベース基板用ウエハ４０に対して、ウエハ面内方向及びウエハ厚み方向に移動可能とされた筒状のノズルであり、中心に吸引路７３が形成され、その先端面が吸着面７１ａとされている。図示の例では、実装ノズル７１は円筒状に形成されており、吸着面７１ａはリング状とされている。吸引路７３は、図示しない吸引ポンプ等の吸引源に接続されており、該吸引源による吸引を利用して圧電振動片４を吸着することが可能とされている。
また、この実装ノズル７１は、全体がマウント電極１６、１７の材質よりも硬度が高い非金属材料、具体的にはセラミック材料の１つであるジルコニアによって形成されている。

そして、このように構成された実装装置７０を利用して実装工程（Ｓ４０）を行う。
まず、実装ノズル７１の吸着面７１ａに圧電振動片４を吸着させた後、実装ノズル７１を移動させて、図１１に示すように、圧電振動片４のマウント電極１６、１７を金属バンプＢの上方に位置させる吸着工程を行う（Ｓ４１）。この際、ベース基板用ウエハ４０はヒートステージ７２上に載置されており、予め金属バンプＢをヒートステージ７２によって所定温度に加熱しておく。

次いで、図１３に示すように、実装ノズル７１を下降させて、圧電振動片４のマウント電極１６、１７を金属バンプＢに対して所定の圧力で押し付け、金属バンプＢを押潰す。また、この押し付けを行いながら、所定の超音波出力及び振動周波数で所定時間、実装ノズル７１を超音波振動させて、圧電振動片４にその超音波振動を印加する。具体的には、６００ｍＷ程度の超音波出力、１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度の周波数で、実装ノズル７１をベース基板用ウエハ４０の水平面内方向に超音波振動させて、その振動を圧電振動片４に印加する。

これにより、マウント電極１６、１７と金属バンプＢとを確実に金属拡散させることができ、両者を強固に超音波接合することができる。この接合工程（Ｓ４２）の結果、圧電振動片４は、金属バンプＢに機械的にマウント実装されると共に、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。特に、圧電振動片４は、ベース基板用ウエハ４０の上面Ｕから浮いた状態でマウント実装される。

（重ね合わせ工程Ｓ５０以降）
次いで、図１０に示すように、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、ベース基板用ウエハ４０に実装された圧電振動片４が、両ウエハ４０、５０で囲まれるキャビティＣ内に収容された状態となる。

次いで、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陽極接合工程を行う（Ｓ６０）。
具体的には、接合膜３５とベース基板用ウエハ４０との間に所定の電圧を印加する。すると、接合膜３５とベース基板用ウエハ４０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１０に示すウエハ体６０を得ることができる。

なお、図１０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、リッド基板用ウエハ５０から接合膜３５の図示を省略している。

次いで、ベース基板用ウエハ４０の下面Ｌに導電性材料を被膜して、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（図３参照）を複数形成する外部電極形成工程を行う（Ｓ７０）。これにより、圧電振動片４は、貫通電極３２、３３を介して外部電極３８、３９と導通する。

次いで、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）。
具体的には、図３に示す外部電極３８、３９に所定電圧を継続的に印加して、圧電振動片４４を振動させつつ、その周波数を計測する。そして、この状態でベース基板用ウエハ４０の外部からレーザ光を照射し、図２に示す重り金属膜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の先端側の重量が低下するので、圧電振動片４の周波数が上昇する。これにより、圧電振動片４の周波数を微調整でき、公称周波数の範囲内に収めることができる。

周波数の微調が終了した後、接合されたウエハ体６０を図１０に示す切断線Ｍに沿って切断する切断工程を行う（Ｓ１００）。
具体的には、まずウエハ体６０のベース基板用ウエハ４０の下面Ｌに図示しないＵＶテープを貼合する。次いで、リッド基板用ウエハ５０側から切断線Ｍに沿ってレーザを照射する（スクライブ）。次いで、ＵＶテープの表面から切断線Ｍに沿って切図示しない断刃を押し当ててウエハ体６０を割断する（ブレーキング）。その後、ＵＶを照射してＵＶテープを剥離する。これにより、ウエハ体６０を複数の圧電振動子１に小片化させることができる。
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とからなるパッケージ９のキャビティ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、切断方法は、上記方法に限定されるものではなく、ダイシング等の方法によりウエハ体６０を切断しても構わない。また、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ので、複数の圧電振動子１をより効率よ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、より好ましい。

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）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。

上述したように、本実施形態によれば、実装工程（Ｓ４０）の際、非金属材料であるジルコニアで形成されている実装ノズル７１を利用して圧電振動片４を吸着しているので、この吸着時に従来のようにマウント電極１６、１７と吸着面７１ａとの間に金属間結合が生じることがない。従って、接合工程後、吸着を解いて実装ノズル７１を圧電振動片４から離間させた際に、マウント電極１６、１７における電極層の一部が吸着面７１ａに付着して、凸状の異物となってしまう不具合が生じ難い。
よって、吸着工程（Ｓ４１）時、マウント電極１６、１７に傷等を付けることなく、圧電振動片４を所定の吸着力で安定して吸着保持することができる。また、接合工程（Ｓ４２）時に、振動洩れを抑制しながら圧電振動片４に対して効率良く超音波振動を伝えることができ、マウント電極１６、１７と金属バンプＢとを確実に超音波接合でき、安定したマウント実装を行うことができる。

その結果、長期間に亘って安定して圧電振動片４をマウント実装することができ、高品質な圧電振動子１を得ることができる。また、ジルコニアは、マウント電極１６、１７の材質よりも硬度が高いので、超音波振動を圧電振動片４に対して伝達する際に吸着面７１ａが摩耗し難い。従って、この摩耗に起因する吸着不良や超音波振動の伝達不良等も抑制できる。更に、ジルコニアは耐熱性にも優れているので、例えばマウント実装時に実装ノズル７１が加熱されたとしても、変形等することなく安定して圧電振動片４を吸着できる。従って、より安定して圧電振動片４の実装を行うことができる。

（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１４を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１４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。

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。

本実施形態の発振器１００によれば、作動信頼性の高い高品質な圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様に高品質化を図ることができる。

（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１５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１５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、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、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。

本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、作動信頼性の高い高品質な圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器１１０自体も同様に高品質化を図ることができる。

（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１６を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１６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。

実施形態の電波時計１３０によれば、作動信頼性の高い高品質な圧電振動子１を備えているので、電波時計１３０自体も同様に高品質化を図ることができる。

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、音叉型の圧電振動片を例に挙げたが、音叉型に限られず、ＡＴカットされた厚み滑り振動片でも構わない。更に、音叉型の圧電振動片とする場合、上記実施形態では振動腕部１０、１１の両主面に溝部１８が形成された溝付きタイプの圧電振動片４を例に挙げて説明したが、溝部がないタイプの圧電振動片でも構わない。但し、溝部を形成することで、電圧印加時に励振電極間における電界効率を上げることができるので、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、圧電振動片の高性能化を図ることができる。この点において、溝部を形成する方が好ましい。

また、上記実施形態では、実装ノズル７１の全体をジルコニアで形成した場合を例に挙げて説明したが、少なくとも吸着面７１ａを形成する部分がジルコニアで形成されていれば良い。例えば、図１７に示すように、金属製の実装ノズル７１の先端部分にジルコニアからなる膜体７５を形成し、この膜体７５の表面部分を吸着面７１ａとして機能させても構わない。この場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。

また、セラミック材料の一例としてジルコニアに例に挙げたが、その他にもアルミナ等の酸化物系でも良いし、サファイヤやルビー等の元素系でも良い。更には、セラミック材料に限定されるものではなく、マウント電極１６、１７の材質よりも硬度が高い非金属材料であれば構わない。例えば、ゴム体、硬化ガラスや鉱物等でも構わない。

以下に本発明の有効性を確認するために、圧電振動片４の実装工程（Ｓ４０）を比較試験した実施例について説明する。
具体的には、上述した圧電振動子１の製造方法における実装工程（Ｓ４０）を、超硬ＳＵＳ材で形成された従来の実装ノズルを用いた場合と、ジルコニアで形成された本発明に係る実装ノズル７１を用いた場合とで、それぞれ行った。
なお、実装ノズルが異なるだけで、その他の諸条件は同一とした。

従来の実装ノズルを用いた場合には、実装工程（Ｓ４０）を繰り返し行うにつれて、金属間結合によって吸着面にマウント電極１６、１７における電極膜の一部が徐々に付着して凸状の異物が堆積しはじめた。そして、実装作業を３００回程度行った時点で、吸着面の略全体に異物が堆積した。
これに対して、本発明に係る実装ノズル７１を用いた場合には、実装作業を３００回程度行った段階であっても、吸着面７１ａに異物の堆積等が見られなかった。

これらの結果から、本発明によれば、マウント電極１６、１７と吸着面７１ａとの間に金属間結合が生じることがないので、吸着面７１ａに凸状の異物が生じ難いことが実際に確認できた。その結果、長期間に亘って安定して圧電振動片４をマウント実装することができ、高品質な圧電振動子１を得ることができることを確認することができた。

Ｂ…金属バンプ
Ｃ…キャビティ
Ｕ…ベース基板の上面（一方の面）
Ｌ…ベース基板の下面（他方の面）
１…圧電振動子
２…ベース基板
３…リッド基板
４…圧電振動片
９…パッケージ
１０、１１…振動腕部（振動部）
１２…基部
１５…励振電極
１６、１７…マウント電極
３２、３３…貫通電極
３６．３７…引き回し電極（内部電極）
３８、３９…外部電極
７１…実装ノズル
７１ａ…実装ノズルの吸着面
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
Ｓ４１…吸着工程
Ｓ４２…接合工程

Claims (6)

1. 励振電極が形成された振動部、及び該振動部に隣接すると共に励振電極に導通するマウント電極が形成された基部を有する圧電振動片と、
   互いに接合されたベース基板及びリッド基板を有し、両基板の間に前記圧電振動片を収容するキャビティが画成されたパッケージと、を備え、
   前記ベース基板には、前記キャビティを画成する一方の面に内部電極が形成されると共に、他方の面に外部電極が形成され、且つ内部電極と外部電極とを導通させる貫通電極が該ベース基板を厚み方向に貫通するように形成され、
   前記圧電振動片が、前記内部電極上に形成された金属バンプ上に前記マウント電極を介してマウントされることで、前記キャビティ内に収容された圧電振動子の製造方法であって、
   実装ノズルの吸着面に前記圧電振動片を吸着させ、該圧電振動片の前記マウント電極を前記金属バンプの上方に位置させる吸着工程と、
   前記マウント電極を前記金属バンプに対して押し付けながら前記圧電振動片を超音波振動させて、マウント電極と金属バンプとを超音波接合させる接合工程と、を備え、
   前記実装ノズルは、少なくとも前記吸着面を形成する部分が、前記マウント電極の材質よりも硬度が高い非金属材料で形成されていることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電振動子の製造方法において、
   前記非金属材料は、セラミック材料であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の圧電振動子の製造方法により製造されたことを特徴とする圧電振動子。
4. 請求項３に記載の圧電振動子が、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。
5. 請求項３に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
6. 請求項３に記載の圧電振動子が、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電波時計。

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