JP5720152B2 - 振動子の作製方法、振動子および発振器 - Google Patents
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Description
本発明は、振動子、振動子を作製する方法、および振動子を用いた発振器に関する。
通信機器の高周波数化やマイクロコンピュータの動作周波数の高周波数化に伴って、発振器の高周波数化も行われている。この発振器には、周波数温度特性が安定し、周波数が厚さに応じて変化することで発振周波数を調整し易い点から、ＡＴカット水晶振動子が好適に用いられている。
図７，８は、従来のＡＴカット水晶振動子を用いた振動子の構造を示す図である。
図７に示す振動子１００は、ＡＴカット水晶振動板（以降、振動板という）１０２の両側に、Ａｕ等の薄膜で励振用電極１０４が形成され、この振動板１０２の励振用電極１０４がセラミックパッケージ１０６の接続パッド１０８と接続されるように、振動板１０２は導電性接着剤等によりセラミックパッケージ１０６内の所定の位置に固定される。振動板１０２はセラミックパッケージ１０６内にリッド１１０により密閉される。こうして、図８に示されるように、セラミックパッケージ１０６内に振動板１０２が設けられた振動子１００が作られる。
振動子１００のセラミックパッケージ１０６の外側底面には、接続パッド１０８から延びた接続端子１１２（図７参照）が設けられているので、この接続端子１１２が、発振回路等が設けられたプリント配線板（図示されない）上の接続パッドと接続されるように、プリント配線板上に実装される。これにより、振動子１００を備えた発振器が形成される。
図７に示す振動子１００は、ＡＴカット水晶振動板（以降、振動板という）１０２の両側に、Ａｕ等の薄膜で励振用電極１０４が形成され、この振動板１０２の励振用電極１０４がセラミックパッケージ１０６の接続パッド１０８と接続されるように、振動板１０２は導電性接着剤等によりセラミックパッケージ１０６内の所定の位置に固定される。振動板１０２はセラミックパッケージ１０６内にリッド１１０により密閉される。こうして、図８に示されるように、セラミックパッケージ１０６内に振動板１０２が設けられた振動子１００が作られる。
振動子１００のセラミックパッケージ１０６の外側底面には、接続パッド１０８から延びた接続端子１１２（図７参照）が設けられているので、この接続端子１１２が、発振回路等が設けられたプリント配線板（図示されない）上の接続パッドと接続されるように、プリント配線板上に実装される。これにより、振動子１００を備えた発振器が形成される。
ところで、振動板１０２の発振周波数ｆ0は、概略振動板１０２の板の厚さによって以下のように定まる。
ｆ0 ＝ １．６７×ｎ／ｔ ［ＭＨｚ］
ｎはオーバートーン次数（１以上の奇数）であり、ｔは振動板１０２の板の厚さ［ｍｍ］である。
例えば、ｎ＝１の基本周波数５０ＭＨｚであるとき、振動板１０２の厚さは３３μｍとなる。振動板１０２を数１０μｍ程度に薄くする作業は、機械研摩により行われる。
近年の発振周波数の高周波数化、例えば、発振周波数を３００ＭＨｚとするには、振動板１０２の厚さを１０μｍ程度に研摩することになる。しかし、このような厚さになるように安定的に研摩することは、機械研摩で達成することは難しく、化学的エッチングが用いられる。
ｆ0 ＝ １．６７×ｎ／ｔ ［ＭＨｚ］
ｎはオーバートーン次数（１以上の奇数）であり、ｔは振動板１０２の板の厚さ［ｍｍ］である。
例えば、ｎ＝１の基本周波数５０ＭＨｚであるとき、振動板１０２の厚さは３３μｍとなる。振動板１０２を数１０μｍ程度に薄くする作業は、機械研摩により行われる。
近年の発振周波数の高周波数化、例えば、発振周波数を３００ＭＨｚとするには、振動板１０２の厚さを１０μｍ程度に研摩することになる。しかし、このような厚さになるように安定的に研摩することは、機械研摩で達成することは難しく、化学的エッチングが用いられる。
例えば、図９に示すような振動板１０２の中央部１１４をエッチングした高周波圧電振動子が知られている。具体的には、高周波圧電振動子は、その作製において、振動板１０２である圧電基板の一方の主面を、フォトエッチング等を用いて凹陥せしめ、超薄肉部１１６とこれを支持する環状部１１８とを一体的に形成した圧電基板の凹陥部側に電極１２０を形成し、平坦側に小電極１２２を載せてその振動部の周波数を測定する。必要に応じて、ドライエッチングにて振動部の周波数を所定の周波数になるように仕上げる。
しかし、上記高周波圧電振動子は、振動板１０２の厚さを３μｍ以下とし、６００ＭＨｚ程度の発振周波数を有する振動子を安定して量産化することは難しい。すなわち、上記高周波圧電振動子の構成では、従来の振動子に対して高周波数化した発振周波数を有する振動子を安定的に作製することは難しい。
そこで、本発明は、従来と異なる構成により、振動子を安定的に作製することができる振動子の作製方法、振動子および発振器を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、振動子を作製する方法である。
当該方法は、
基板と振動板を接合し、
前記基板に接合された前記振動板の表面を研摩し、
研摩された前記振動板の表面に電極を形成し、
前記振動板が接合した面と反対側の基板面のうち、形成された前記電極に対応する前記基板の対応領域を選択的にエッチングする処理を含む。
当該方法は、
基板と振動板を接合し、
前記基板に接合された前記振動板の表面を研摩し、
研摩された前記振動板の表面に電極を形成し、
前記振動板が接合した面と反対側の基板面のうち、形成された前記電極に対応する前記基板の対応領域を選択的にエッチングする処理を含む。
本発明の他の一態様は、振動子であって、
一方の面内に凹部が設けられた基板と、
前記基板の前記凹部の設けられた面と反対側の基板面上に、前記凹部に対応する領域に接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、を備え、
前記基板の前記凹部の底の領域は、導体化されることにより、前記電極に対向する対向電極として機能する。
一方の面内に凹部が設けられた基板と、
前記基板の前記凹部の設けられた面と反対側の基板面上に、前記凹部に対応する領域に接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、を備え、
前記基板の前記凹部の底の領域は、導体化されることにより、前記電極に対向する対向電極として機能する。
本発明の他の一態様は、振動子であって、
貫通孔が設けられた基板と、
前記基板の前記貫通孔の設けられた一方の基板面上に、前記貫通孔を塞ぐように前記基板と接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、
前記貫通孔を通して露出した前記振動板上に設けられた、前記電極に対向する対向電極と、を備える。
貫通孔が設けられた基板と、
前記基板の前記貫通孔の設けられた一方の基板面上に、前記貫通孔を塞ぐように前記基板と接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、
前記貫通孔を通して露出した前記振動板上に設けられた、前記電極に対向する対向電極と、を備える。
本発明の他の一態様は、発振器であって、
前記振動子の前記振動板が接合された前記基板は半導体基板であり、
前記半導体基板に形成され、振動子を発振させる発振回路と、
前記振動子と、
前記振動子および前記発振回路を少なくとも覆う筐体と、を有する。
前記振動子の前記振動板が接合された前記基板は半導体基板であり、
前記半導体基板に形成され、振動子を発振させる発振回路と、
前記振動子と、
前記振動子および前記発振回路を少なくとも覆う筐体と、を有する。
上述の態様の振動子デバイスの作製方法、振動子および発振器は、従来の振動子に対して高周波数化した発振周波数を有する振動子を安定的に作製することができる。
以下、本発明の振動子デバイスの作製方法、振動子および発振器について説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の振動子の主要部分の構成を示す図である。
振動子１０は、ＡＴカット水晶振動板（以降、振動板という）１２と、電極１４と、Ｓｉ基板１６と、を有する。
振動板１２は、Ｓｉ基板１６上に設けられ、電極１４は、振動板１２上に設けられている。
図１は、第１実施形態の振動子の主要部分の構成を示す図である。
振動子１０は、ＡＴカット水晶振動板（以降、振動板という）１２と、電極１４と、Ｓｉ基板１６と、を有する。
振動板１２は、Ｓｉ基板１６上に設けられ、電極１４は、振動板１２上に設けられている。
具体的には、Ｓｉ基板１６の一方の面内に凹部１８が設けられている。凹部１８が設けられたＳｉ基板１６の面と反対側の面上に、凹部１８に対応する領域に振動板１２が接合されている。電極１４は、振動板１２の面上に設けられている。したがって、凹部１８と電極１４とは振動板１２を挟んで対向する様に設けられている。
さらに、Ｓｉ基板１６の凹部１８の底の基板薄肉部の領域２０は導体化され、電極１４に対向する対向電極となっている。
さらに、Ｓｉ基板１６の凹部１８の底の基板薄肉部の領域２０は導体化され、電極１４に対向する対向電極となっている。
振動板１２は、Ｓｉ基板１６と陽極接合により接合されている。振動板１２は、ＳｉＯ2を主成分とする水晶振動板であるので、Ｓｉ基板１６と容易に陽極接合することができる。振動板１２の厚さは、例えば３μｍ以下である。
電極１４は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ等の薄膜であり、スパッタリング法や蒸着法により形成される。電極１４の厚さは数ｎｍ〜１０ｎｍである。このように電極１４がきわめて薄いのは、振動板１２の振動面に設けられる電極１４の質量を、電極として機能する範囲内で抑えることで、振動板１２の発振周波数の低下を抑制するためである。電極１４は、図示されない接続線を通してＳｉ基板１６に設けられた端子に接続されている。
電極１４は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ等の薄膜であり、スパッタリング法や蒸着法により形成される。電極１４の厚さは数ｎｍ〜１０ｎｍである。このように電極１４がきわめて薄いのは、振動板１２の振動面に設けられる電極１４の質量を、電極として機能する範囲内で抑えることで、振動板１２の発振周波数の低下を抑制するためである。電極１４は、図示されない接続線を通してＳｉ基板１６に設けられた端子に接続されている。
Ｓｉ基板１６の領域２０は、Ｓｉ基板１６に対して不純物ドーピングを行うことにより、導体化され、電極１４に対向する対向電極として機能する。領域２０は、図示されない接続線を通してＳｉ基板１６に設けられた端子に接続されている。
Ｓｉ基板１６の領域２０が振動子１２の電極として機能するが、電極として機能する領域２０は、凹部１８によりＳｉ基板１６の厚さが薄い基板薄肉部に位置するので、振動板１２の発振周波数の低下を抑制することができる。
このような凹部１８は、ドライエッチングにより形成される。例えば、ＣＦ4を数Ｐａ程度の圧力雰囲気のチャンバ中に導入し、チャンバ内に設けた一対の平板電極間に所定の高周波電力をあたえることにより、プラズマを形成する。形成されたプラズマを用いてドライエッチングが行なわれる。
本実施形態の振動子１０ではＳｉ基板１６が用いられるが、Ｓｉ基板１６に限定されず、Ｓｉ基板以外の半導体基板が用いられてもよい。しかし、振動板１２と陽極接合できる点で、Ｓｉ基板１６を用いることが好ましい。
Ｓｉ基板１６の領域２０が振動子１２の電極として機能するが、電極として機能する領域２０は、凹部１８によりＳｉ基板１６の厚さが薄い基板薄肉部に位置するので、振動板１２の発振周波数の低下を抑制することができる。
このような凹部１８は、ドライエッチングにより形成される。例えば、ＣＦ4を数Ｐａ程度の圧力雰囲気のチャンバ中に導入し、チャンバ内に設けた一対の平板電極間に所定の高周波電力をあたえることにより、プラズマを形成する。形成されたプラズマを用いてドライエッチングが行なわれる。
本実施形態の振動子１０ではＳｉ基板１６が用いられるが、Ｓｉ基板１６に限定されず、Ｓｉ基板以外の半導体基板が用いられてもよい。しかし、振動板１２と陽極接合できる点で、Ｓｉ基板１６を用いることが好ましい。
このように、振動子１０では、一対の電極の一方は、Ｓｉ基板１６が導体化されることにより形成され、しかも、この電極に対応する領域２０の部分は、凹部１８が形成されることにより薄肉化されているので、６００ＭＨｚ程度の発振周波数を有する振動子を安定的に作製することができる。
また、Ｓｉ基板１６と振動板１２との接合は陽極接合により行うことができるので、Ｓｉ基板１６と振動板１２との間に接着剤等による余分な層が形成されない。このため、振動板１２に余分な質量が付加されることが無いので、６００ＭＨｚ程度の発振周波数を有する振動子を安定的に作製することができる。しかも、振動板１２は、Ｓｉ基板１６と陽極接合によりしっかりと接合された状態で研摩作業が行われるので、研摩作業を安定的に行うことができる。
また、Ｓｉ基板１６と振動板１２との接合は陽極接合により行うことができるので、Ｓｉ基板１６と振動板１２との間に接着剤等による余分な層が形成されない。このため、振動板１２に余分な質量が付加されることが無いので、６００ＭＨｚ程度の発振周波数を有する振動子を安定的に作製することができる。しかも、振動板１２は、Ｓｉ基板１６と陽極接合によりしっかりと接合された状態で研摩作業が行われるので、研摩作業を安定的に行うことができる。
次に、振動子１０の作製方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）は、振動子１０の作製方法を説明する図である。
まず、図２（ａ）に示されるように、領域２０が電極として機能するように、領域２０が予め導体化されたＳｉ基板１６が用意される。このＳｉ基板１６は振動板１２と接合される。具体的には、Ｓｉ基板１６と振動板１２とを重ね合わせ、振動板１２を陰極、Ｓｉ基板１６を陽極として、３００〜４００℃の温度雰囲気下、例えば、５００Ｖ〜１０００Ｖ程度の電圧をかける。これにより、振動板１２中の陽イオンが陰極側に強制的に移動し、Ｓｉ基板１６と振動板１２とが静電引力により密着し、さらに、Ｓｉ基板１６と振動板１２の接触部分が化学反応により接合される。
図２（ａ）〜（ｅ）は、振動子１０の作製方法を説明する図である。
まず、図２（ａ）に示されるように、領域２０が電極として機能するように、領域２０が予め導体化されたＳｉ基板１６が用意される。このＳｉ基板１６は振動板１２と接合される。具体的には、Ｓｉ基板１６と振動板１２とを重ね合わせ、振動板１２を陰極、Ｓｉ基板１６を陽極として、３００〜４００℃の温度雰囲気下、例えば、５００Ｖ〜１０００Ｖ程度の電圧をかける。これにより、振動板１２中の陽イオンが陰極側に強制的に移動し、Ｓｉ基板１６と振動板１２とが静電引力により密着し、さらに、Ｓｉ基板１６と振動板１２の接触部分が化学反応により接合される。
次に、図２（ｂ）に示されるように、接合された振動板１２は、機械研摩が施される。機械研摩の替わりにドライエッチングやウェットエッチングを用いてもよいが、振動板１２の表面が一様にきれいに仕上がり、発振特性として高いＱ値を持つ点で、機械研摩が好ましい。機械研摩では、例えば、炭化珪素、酸化アルミニウムコランダム等の研摩材を使用して粗研摩および仕上げ研摩が行われる。本実施形態では、Ｓｉ基板１６に振動板１２が接合されているので、機械研摩により３μｍ以下にまで安定して研摩することが可能である。
研摩作業では、過度な研摩にならないように、例えば、レーザ光を振動板１２に照射し、研摩される振動板１２の厚さをレーザ干渉計を用いて計測しながら、振動板１２の厚さが所定の厚さになるように研摩される。
研摩作業では、過度な研摩にならないように、例えば、レーザ光を振動板１２に照射し、研摩される振動板１２の厚さをレーザ干渉計を用いて計測しながら、振動板１２の厚さが所定の厚さになるように研摩される。
次に、図２（ｃ）に示されるように、振動板１２上に電極１４が形成される。電極１４の形成は、真空蒸着法あるいはスパッタリング法により行われる。電極１４は、例えば数ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成される。電極１４の形成方法は特に限定されず、真空蒸着法、スパッタリング法以外の方法を用いることも可能であるが、振動板１２の発振周波数の低下を抑制するために電極１４の質量が大きくならないようにする点で、真空蒸着法あるいはスパッタリング法が好適に用いられる。
次に、振動板１２と反対側にあるＳｉ基板１６の面（裏面）について、電極１４に対応する対応領域がエッチングされる。これにより、図２（ｄ）に示されるように、Ｓｉ基板１６の裏面に凹部１８が形成される。
エッチングは、例えば、ＣＦ4ガスを数Ｐａ程度の圧力雰囲気のチャンバ中に導入し、一対の平板電極間に所定の高周波電力をあたえることにより、プラズマを形成する。形成されたプラズマを用いて、ドライエッチングが行なわれる。ドライエッチングは、マスクを用いて選択的に行われる。あるいは、ドライエッチングに替えてウェットエッチングを用いることもできる。しかし、後述するように、モニタリングしながらエッチングを効率よく行う点でドライエッチングを行うことが好ましい。
エッチングは、例えば、ＣＦ4ガスを数Ｐａ程度の圧力雰囲気のチャンバ中に導入し、一対の平板電極間に所定の高周波電力をあたえることにより、プラズマを形成する。形成されたプラズマを用いて、ドライエッチングが行なわれる。ドライエッチングは、マスクを用いて選択的に行われる。あるいは、ドライエッチングに替えてウェットエッチングを用いることもできる。しかし、後述するように、モニタリングしながらエッチングを効率よく行う点でドライエッチングを行うことが好ましい。
図３（ａ）〜（ｄ）は、ドライエッチングの際に行う、振動子１０の周波数特性のモニタリングを説明する図である。
上述したように、Ｓｉ基板１６に振動板１２及び電極１４が設けられ、電極１４と導体化された領域２０に電圧を加えても、図３（ａ）に示されるように、発振しない。これは、Ｓｉ基板１６の厚さが厚く剛性が高いため、Ｓｉ基板１６が振動板１２の振動を阻止するためである。このとき、電極１４と領域２０に電圧を加えることにより得られるインピーダンスの周波数特性を調べるために、周波数分析装置２２を用いてモニタリングされる。
上述したように、Ｓｉ基板１６に振動板１２及び電極１４が設けられ、電極１４と導体化された領域２０に電圧を加えても、図３（ａ）に示されるように、発振しない。これは、Ｓｉ基板１６の厚さが厚く剛性が高いため、Ｓｉ基板１６が振動板１２の振動を阻止するためである。このとき、電極１４と領域２０に電圧を加えることにより得られるインピーダンスの周波数特性を調べるために、周波数分析装置２２を用いてモニタリングされる。
Ｓｉ基板１６のエッチングが進行し、凹部１８が深くなり、凹部１８の底部におけるＳｉ基板１６の厚さがある程度薄くなると、図３（ｂ）に示すように、インピーダンスの周波数特性が現れる。これは、凹部１８においてＳｉ基板１６の厚さが薄くなり、剛性が低下したためである。しかし、依然として所望の周波数特性（発振周波数、Ｑ値）が達成されていないため、エッチングは続行される。
さらに、Ｓｉ基板１６のエッチングが進行し、凹部１８が深くなり、図３（ｃ）に示すような所望の周波数特性を有するとき、エッチングは終了される。
この状態で更にエッチングを進めると、Ｓｉ基板１６中の領域２０がエッチングされる。このとき、Ｓｉ基板１６は電極として機能しなくなる。このため、振動子１０は発振せず、周波数特性は消滅する。
さらに、Ｓｉ基板１６のエッチングが進行し、凹部１８が深くなり、図３（ｃ）に示すような所望の周波数特性を有するとき、エッチングは終了される。
この状態で更にエッチングを進めると、Ｓｉ基板１６中の領域２０がエッチングされる。このとき、Ｓｉ基板１６は電極として機能しなくなる。このため、振動子１０は発振せず、周波数特性は消滅する。
このように、Ｓｉ基板１６をエッチングして凹部１８を形成する際、振動子１０のインピーダンスの周波数特性をモニタリングすることにより、エッチングを制御することが、所望の周波数特性を有する振動子１０を作製する上で好ましい。
最後に、図２（ｅ）に示されるように、電極１４が必要に応じてエッチングされる。このエッチングは、図３（ｃ）に示す状態で、インピーダンスの周波数特性が所望にならない場合、電極１４を薄くすることにより、発振周波数を微調整するために行われる。
電極１４のエッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングが用いられるが、正確な微調整を行うためには、ドライエッチングを用いることが好ましい。ドライエッチングを行う場合、図３（ａ）〜（ｄ）に示されるように、振動子１０の周波数特性をモニタリングしながら行うとよい。
また、必要に応じて、振動板１２をエッチングしてもよい。振動板１２をエッチングすることにより、発振周波数の微調整を行うこともできる。
電極１４のエッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングが用いられるが、正確な微調整を行うためには、ドライエッチングを用いることが好ましい。ドライエッチングを行う場合、図３（ａ）〜（ｄ）に示されるように、振動子１０の周波数特性をモニタリングしながら行うとよい。
また、必要に応じて、振動板１２をエッチングしてもよい。振動板１２をエッチングすることにより、発振周波数の微調整を行うこともできる。
以上のように、Ｓｉ基板１６に振動板１２を予め接合するので、振動板１２の厚さを薄くするための研摩作業を安定して行うことができ、しかも容易に行うことができる。また、Ｓｉ基板１６が電極として機能する面（振動板１２が接合される側と反対側の面）の領域をエッチングするので、振動板１２とともに振動する領域２０の厚さを調整することができ、６００ＭＨｚ程度の発振周波数を有する振動子を安定的に作製することができる。しかも、Ｓｉ基板１６のエッチングの際、インピーダンスの周波数特性をモニタリングするので、目標とする周波数特性を有する振動子を効率よく作製することもできる。
厚さが薄くなった領域２０は、導体化されて電極として機能するので、発振周波数の高周波数化を実現できる。
厚さが薄くなった領域２０は、導体化されて電極として機能するので、発振周波数の高周波数化を実現できる。
作製される振動子１０のＳｉ基板１６には、図４に示すように発振回路２６や制御回路（図示されない）が形成され得る。電極１４および電極１４に対向する対向電極として機能する導体化した領域２０は、端子２４ａ，２４ｂにそれぞれ接続され、端子２４ａ，２４ｂを介して発振回路２６および制御回路と接続される。
このように振動子１０は１つのＳｉ基板１６上に発振回路２６、制御回路および出力バッファ等とともに１チップ化されて形成される。このような振動子１０は、図５に示すように、１チップ化された状態で、発振回路２６、制御回路および出力バッファ等を含む回路２８とともに筐体３０内に一体的に収められ、パッケージ化された発振器として提供され得る。すなわち、図５に示すように、発振回路はコンパクトにパッケージ化され得る。振動子１０とともに筐体３０内に収められてパッケージ化される回路は、発振回路、制御回路および出力バッファ回路の他に、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator），位相比較器、分周器等を含むＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等であってもよい。パッケージ化された回路は、プリント配線板と端子３２を介して接続されて実装される。
このように振動子１０は１つのＳｉ基板１６上に発振回路２６、制御回路および出力バッファ等とともに１チップ化されて形成される。このような振動子１０は、図５に示すように、１チップ化された状態で、発振回路２６、制御回路および出力バッファ等を含む回路２８とともに筐体３０内に一体的に収められ、パッケージ化された発振器として提供され得る。すなわち、図５に示すように、発振回路はコンパクトにパッケージ化され得る。振動子１０とともに筐体３０内に収められてパッケージ化される回路は、発振回路、制御回路および出力バッファ回路の他に、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator），位相比較器、分周器等を含むＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等であってもよい。パッケージ化された回路は、プリント配線板と端子３２を介して接続されて実装される。
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の振動子５０の主要部分の構成を示す図である。
振動子５０は、ＡＴカット水晶振動板である振動板５２と、電極５４と、Ｓｉ基板５６と、対向電極５７と、を有する。
振動板５２は、Ｓｉ基板１６と接合され、電極５４、対向電極５７は、振動板５２上に設けられている。
電極５４および対向電極５７は、図示されない接続線を通して端子と繋がっている。この端子は、発振回路や制御回路等と接続されている。
振動子５０は、図１に示す振動子１０と異なり、Ｓｉ基板５６は、振動板５２の接合位置において貫通孔５８を有し、貫通孔５８を通して振動板５２が露出している。貫通孔５８内の位置において、対向電極５７が振動板５２上に形成されている。
図６は第２実施形態の振動子５０の主要部分の構成を示す図である。
振動子５０は、ＡＴカット水晶振動板である振動板５２と、電極５４と、Ｓｉ基板５６と、対向電極５７と、を有する。
振動板５２は、Ｓｉ基板１６と接合され、電極５４、対向電極５７は、振動板５２上に設けられている。
電極５４および対向電極５７は、図示されない接続線を通して端子と繋がっている。この端子は、発振回路や制御回路等と接続されている。
振動子５０は、図１に示す振動子１０と異なり、Ｓｉ基板５６は、振動板５２の接合位置において貫通孔５８を有し、貫通孔５８を通して振動板５２が露出している。貫通孔５８内の位置において、対向電極５７が振動板５２上に形成されている。
このような振動子５０の作製では、振動子１０と異なり、導体化された領域２０のないＳｉ基板５６が用いられる。このＳｉ基板５６と振動板５２とが接合される。接合方法は、陽極接合が好適に用いられるが、導電性接着剤等により接合されてもよい。
次に、Ｓｉ基板５６に接合された振動板５２が、図２（ｂ）に示す処理と同様の方法により研摩される。研摩は、例えば機械研摩が用いられる。
次に、研摩された振動板５２に、図２（ｃ）に示す処理と同様の方法により電極５４が形成される。
この後、Ｓｉ基板５６は、図２（ｄ）に示す処理と同様の方法により、マスクを用いた選択的なエッチングにより貫通孔５８が形成され、振動板５２を、貫通孔５８を介して露出させる。エッチングでは、振動板５２がＳｉＯ2からなる水晶板であるので、Ｓｉ基板５６をドライエッチングする場合、振動板５２までエッチングされない。
この後、貫通孔５８を通して露出した振動板５２に電極５７が、真空蒸着法あるいはスパッタリング法を用いて形成される。以上により、振動子５０を作製することができる。
次に、Ｓｉ基板５６に接合された振動板５２が、図２（ｂ）に示す処理と同様の方法により研摩される。研摩は、例えば機械研摩が用いられる。
次に、研摩された振動板５２に、図２（ｃ）に示す処理と同様の方法により電極５４が形成される。
この後、Ｓｉ基板５６は、図２（ｄ）に示す処理と同様の方法により、マスクを用いた選択的なエッチングにより貫通孔５８が形成され、振動板５２を、貫通孔５８を介して露出させる。エッチングでは、振動板５２がＳｉＯ2からなる水晶板であるので、Ｓｉ基板５６をドライエッチングする場合、振動板５２までエッチングされない。
この後、貫通孔５８を通して露出した振動板５２に電極５７が、真空蒸着法あるいはスパッタリング法を用いて形成される。以上により、振動子５０を作製することができる。
作製された振動子５０は、図５に示されるように、振動子５０を作製したＳｉ基板５６上に発振回路、制御回路等を形成して筐体に収められることにより、パッケージ化された発振器が作製され得る。
このような振動子５０についても、振動子１０と同様に、Ｓｉ基板５６に振動板５２を予め接合するので、振動板５２の厚さを薄くするための研摩作業を安定して行うことができ、しかも容易に行うことができる。また、振動板５２が接合されていない側のＳｉ基板５６の面の所定の領域をエッチングするので、振動子を安定的かつ効率的に作製することができる。また、振動子１０は、他の回路とともにＳｉ基板５６に形成されるので、パッケージ化された発振器を提供することができる。
このような振動子５０についても、振動子１０と同様に、Ｓｉ基板５６に振動板５２を予め接合するので、振動板５２の厚さを薄くするための研摩作業を安定して行うことができ、しかも容易に行うことができる。また、振動板５２が接合されていない側のＳｉ基板５６の面の所定の領域をエッチングするので、振動子を安定的かつ効率的に作製することができる。また、振動子１０は、他の回路とともにＳｉ基板５６に形成されるので、パッケージ化された発振器を提供することができる。
上記実施形態は、以下に示す内容を開示する。
（付記１）
振動子を作製する方法であって、
基板と振動板を接合し、
前記基板に接合された前記振動板の表面を研摩し、
研摩された前記振動板の表面に電極を形成し、
前記振動板が接合した面と反対側の基板面のうち、形成された前記電極に対応する前記基板の対応領域を選択的にエッチングする処理を含むことを特徴とする振動子の作製方法。
振動子を作製する方法であって、
基板と振動板を接合し、
前記基板に接合された前記振動板の表面を研摩し、
研摩された前記振動板の表面に電極を形成し、
前記振動板が接合した面と反対側の基板面のうち、形成された前記電極に対応する前記基板の対応領域を選択的にエッチングする処理を含むことを特徴とする振動子の作製方法。
（付記２）
前記基板の対応領域は導体化され、前記対応領域は前記電極の対向電極として機能する、付記１に記載の振動子の作製方法。
前記基板の対応領域は導体化され、前記対応領域は前記電極の対向電極として機能する、付記１に記載の振動子の作製方法。
（付記３）
前記基板はシリコン基板であり、前記振動板は水晶振動板であり、
前記基板と前記振動板との接合は、陽極接合である、付記１または２に記載の振動子の作製方法。
前記基板はシリコン基板であり、前記振動板は水晶振動板であり、
前記基板と前記振動板との接合は、陽極接合である、付記１または２に記載の振動子の作製方法。
（付記４）
前記エッチングは、前記振動板が露出するまで行い、露出した前記振動板に前記電極に対向する対向電極を設ける、付記１に記載の振動子の作製方法。
前記エッチングは、前記振動板が露出するまで行い、露出した前記振動板に前記電極に対向する対向電極を設ける、付記１に記載の振動子の作製方法。
（付記５）
前記エッチングが行われるとき、前記振動子のインピーダンスの周波数特性をモニタリングすることによりエッチングの制御が行われる、付記１〜４のいずれか１項に記載の振動子の作製方法。
前記エッチングが行われるとき、前記振動子のインピーダンスの周波数特性をモニタリングすることによりエッチングの制御が行われる、付記１〜４のいずれか１項に記載の振動子の作製方法。
（付記６）
振動子であって、
一方の面内に凹部が設けられた基板と、
前記基板の前記凹部の設けられた面と反対側の基板面上に、前記凹部に対応する領域に接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、を備え、
前記基板の前記凹部の底の領域は、導体化されることにより、前記電極に対向する対向電極として機能することを特徴とする振動子。
振動子であって、
一方の面内に凹部が設けられた基板と、
前記基板の前記凹部の設けられた面と反対側の基板面上に、前記凹部に対応する領域に接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、を備え、
前記基板の前記凹部の底の領域は、導体化されることにより、前記電極に対向する対向電極として機能することを特徴とする振動子。
（付記７）
振動子であって、
貫通孔が設けられた基板と、
前記基板の前記貫通孔の設けられた一方の基板面上に、前記貫通孔を塞ぐように前記基板と接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、
前記貫通孔を通して露出した前記振動板上に設けられた、前記電極に対向する対向電極と、を備えることを特徴とする振動子。
振動子であって、
貫通孔が設けられた基板と、
前記基板の前記貫通孔の設けられた一方の基板面上に、前記貫通孔を塞ぐように前記基板と接合された振動板と、
前記振動板上に設けられた電極と、
前記貫通孔を通して露出した前記振動板上に設けられた、前記電極に対向する対向電極と、を備えることを特徴とする振動子。
（付記８）
前記基板はシリコン基板であり、前記振動板は水晶振動板であり、
前記基板と前記振動板は、陽極接合により接合されている、請求項６または７に記載の振動子。
前記基板はシリコン基板であり、前記振動板は水晶振動板であり、
前記基板と前記振動板は、陽極接合により接合されている、請求項６または７に記載の振動子。
（付記９）
一方の面内に凹部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記凹部の設けられた面と反対側の基板面上に、前記凹部に対応する領域に接合された振動板と、前記振動板上に設けられた電極と、を備え、前記半導体基板の前記凹部の底の領域は、導体化されることにより、前記電極に対向する対向電極として機能する振動子と、
前記半導体基板に形成され、振動子を発振させる発振回路と、
前記振動子および前記発振回路を少なくとも覆う筐体と、を有することを特徴とする発振器。
一方の面内に凹部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記凹部の設けられた面と反対側の基板面上に、前記凹部に対応する領域に接合された振動板と、前記振動板上に設けられた電極と、を備え、前記半導体基板の前記凹部の底の領域は、導体化されることにより、前記電極に対向する対向電極として機能する振動子と、
前記半導体基板に形成され、振動子を発振させる発振回路と、
前記振動子および前記発振回路を少なくとも覆う筐体と、を有することを特徴とする発振器。
（付記１０）
貫通孔が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記貫通孔の設けられた一方の基板面上に、前記貫通孔を塞ぐように前記半導体基板と接合された振動板と、前記振動板上に設けられた電極と、前記貫通孔を通して露出した前記振動板上に設けられた、前記電極に対向する対向電極と、を備える振動子と、
前記半導体基板に形成され、振動子を発振させる発振回路と、
前記振動子および前記発振回路を少なくとも覆う筐体と、を有することを特徴とする発振器。
貫通孔が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の前記貫通孔の設けられた一方の基板面上に、前記貫通孔を塞ぐように前記半導体基板と接合された振動板と、前記振動板上に設けられた電極と、前記貫通孔を通して露出した前記振動板上に設けられた、前記電極に対向する対向電極と、を備える振動子と、
前記半導体基板に形成され、振動子を発振させる発振回路と、
前記振動子および前記発振回路を少なくとも覆う筐体と、を有することを特徴とする発振器。
（付記１１）
前記半導体基板はシリコン基板であり、前記振動板は水晶振動板であり、前記半導体基板と前記振動板は、陽極接合により接合されている、付記９または１０に記載の発振器。
前記半導体基板はシリコン基板であり、前記振動板は水晶振動板であり、前記半導体基板と前記振動板は、陽極接合により接合されている、付記９または１０に記載の発振器。
以上、本発明の振動子の作製方法、振動子および発振器について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１０，５０，１００ 振動子
１２，５２，１０２ 振動板
１４，５４，１２０ 電極
１６ Ｓｉ基板
１８ 凹部
２０ 領域。
２２ 周波数分析装置
２４ａ，２４ｂ，３２ 端子
２６ 発振回路
２８ 回路
３０ 筐体
５７ 対向電極
５８ 貫通孔
１０４ 励振用電極
１０６ セラミックパッケージ
１０８ 接続パッド
１１０ リッド
１１２ 接続端子
１１４ 中央部
１１６ 超薄肉部
１１８ 環状部
１２２ 小電極
１２，５２，１０２ 振動板
１４，５４，１２０ 電極
１６ Ｓｉ基板
１８ 凹部
２０ 領域。
２２ 周波数分析装置
２４ａ，２４ｂ，３２ 端子
２６ 発振回路
２８ 回路
３０ 筐体
５７ 対向電極
５８ 貫通孔
１０４ 励振用電極
１０６ セラミックパッケージ
１０８ 接続パッド
１１０ リッド
１１２ 接続端子
１１４ 中央部
１１６ 超薄肉部
１１８ 環状部
１２２ 小電極
Claims (4)
- 振動子を作製する方法であって、
基板と振動板を接合し、
前記基板に接合された前記振動板の表面を研摩し、
研摩された前記振動板の表面に電極を形成し、
前記振動板が接合した面と反対側の基板面のうち、形成された前記電極に対応する前記基板の対応領域を選択的にエッチングする処理を含み、
前記エッチングする処理において、前記振動子のインピーダンスの周波数特性をモニタリングすることによりエッチングの制御を行うことを特徴とする振動子の作製方法。 - 前記基板の対応領域は導体化され、前記対応領域は前記電極の対向電極として機能する、請求項１に記載の振動子の作製方法。
- 前記基板はシリコン基板であり、前記振動板は水晶振動板であり、
前記基板と前記振動板との接合は、陽極接合である、請求項１または２に記載の振動子の作製方法。 - 前記エッチングは、前記振動板が露出するまで行い、露出した前記振動板に前記電極に対向する対向電極を設ける、請求項１に記載の振動子の作製方法。
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