(57)【要約】【課題】  透明ベースの外部端子側から切断可能である電気回路素子の接続電極の配線の一部を形成した圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電デバイス（１００）は、励振電極が形成された圧電振動片（２１）と圧電振動片を囲む外枠部（２２）とを有する水晶フレーム（２０）と、圧電振動片を発振させる電気回路素子（ＩＣ）と、一方の面に形成され電気回路素子と接続される接続電極と、一方の面とは反対面に形成された外部端子とを有し外枠部の一方の面に接合する透明ベース（３０）と、外枠部の他方の面に接合するリッド（１０）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極が形成された圧電振動片と、前記圧電振動片を囲む外枠部とを有する水晶フレームと、
前記圧電振動片を発振させる電気回路素子と、
一方の面に形成され前記電気回路素子と接続される接続電極と、前記一方の面とは反対面に形成された外部端子とを有し、前記外枠部の一方の面に接合する透明ベースと、
前記外枠部の他方の面に接合するリッドと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記電気回路素子と接続される接続電極の配線の一部が、レーザにより前記外部端子側から切断可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記電気回路素子は前記圧電振動片に電気的に接続した複数のコンデンサ素子からなる櫛型形状のコンデンサと前記櫛型形状のコンデンサに電気的に接続した電気素子とを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記櫛型形状のコンデンサは、前記透明ベースに形成された溝部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記櫛型形状のコンデンサは、前記透明ベースに形成された誘電体を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
圧電振動片を発振させる電気回路素子を水晶ベースの一部に接続する工程と、
前記圧電振動片を有する水晶フレームを中央にして、リッドと前記電気回路素子を水晶フレーム側に配置した透明ベースとを接合し封止する接合・封止工程と、
接合・封止した後、前記電気回路素子と接続される接続電極の配線の一部を前記水晶ベースの外側からレーザにより切断する切断工程と、
を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記圧電振動片は一対の振動腕と該振動腕の先端に形成された錘部とを有する音叉型圧電振動片であり、前記錘部をレーザで昇華させた後に、前記切断工程は前記接続電極の配線の一部を切断することを特徴とする請求項６に圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記電気回路素子は、複数のコンデンサ素子からなる櫛型形状のコンデンサを有しており、前記切断工程は前記複数のコンデンサ素子の少なくとも一部のコンデンサ素子の配線を前記レーザにより切断することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに係り、特に周波数調整回路または温度補償回路を備えた圧電
デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子などの圧電振動子を用いた圧電デバイスは、通信機器や映像装置、計測機器などの多くの電子機器に使用されている。これらの電子機器は、高性能化とともに小型化され、搭載する圧電デバイスも高性能化と小型化が強く要求されている。これらの圧電デバイスはその製造工程の途中で周波数の変動が発生するため、圧電デバイスを封止した後に、発振周波数を測定し、発振周波数が所定の発振周波数となるように周波数の調整を行っている。例えば特許文献１においては、パッケージの中に圧電デバイスと発振回路基板を封止し、発振回路基板の底部に形成した透孔からリアクタンスパターンまたはインダクタンスパターンまたはキャパシタンスパターンをレーザでトリミング加工することで、周波数調整をしていた。また、特許文献２においては、特許文献２ではパッケージ外にコンデンサアレイ及び温度補償回路を配置し、トリミング窓に露出するコンデンサアレイの配線パターンをレーザでトリミング加工することでコンデンサアレイの静電容量を調整して高精度な温度補償型の圧電デバイスを提供していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０４６３３６号公報
【特許文献２】特開２００７−１８９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の圧電デバイスはベースに透孔及び窓を形成する必要があるため、その製造方法が複雑になる。また特許文献２における圧電デバイスは、パッケージの外にコンデンサアレイを配置しており、またパッケージの上からレーザでトリミング加工するしかない。
【０００５】
本発明は、透明ベースの外部端子側から切断可能である電気回路素子の接続電極の配線の一部を形成することにより、周波数調整や温度補償を行うことができる圧電デバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点の圧電デバイスは、励振電極が形成された圧電振動片と、圧電振動片を囲む外枠部とを有する水晶フレームと、圧電振動片を発振させる電気回路素子と、一方の面に形成され電気回路素子と接続される接続電極と、一方の面とは反対面に形成された外部端子とを有し外枠部の一方の面に接合する透明ベースと、外枠部の他方の面に接合するリッドと、を備える。
この構成により、圧電デバイス内に電気回路素子を封止した状態であっても、圧電デバイスが透明ベースであるためベースの底面から処理を行うことができる。
【０００７】
第２の観点の圧電デバイスは、電気回路素子と接続される接続電極の配線の一部がレーザにより外部端子側から切断可能である。
このため、封止した状態の圧電デバイスに対して周波数調整又は温度補償などを施すことができる。
【０００８】
第３の観点の圧電デバイスは、電気回路素子は圧電振動片に電気的に接続した複数のコンデンサ素子からなる櫛型形状のコンデンサと櫛型形状のコンデンサに電気的に接続した電気素子とを備えている。
この櫛型形状のコンデンサは透明ベースに形成された溝部を有する。
また、櫛型形状のコンデンサは透明ベースに形成された誘電体を有する。
【０００９】
第４の観点の圧電デバイスの製造方法は、圧電振動片を発振させる電気回路素子を水晶ベースの一部に接続する工程と、圧電振動片を有する水晶フレームを中央にして、リッドと電気回路素子を水晶フレーム側に配置した透明ベースとを接合し封止する接合・封止工程と、接合・封止した後電気回路素子と接続される接続電極の配線の一部を水晶ベースの外側からレーザにより切断する切断工程と、を備える。
圧電デバイス内に電気回路素子を封止した状態であっても、透明ベースの底面から周波数調整又は温度補償などを施すことができる。
【００１０】
第５の観点の圧電デバイスの製造方法は、圧電振動片は一対の振動腕と該振動腕の先端に形成された錘部とを有する音叉型圧電振動片であり、錘部をレーザで昇華させた後に、切断工程は接続電極の配線の一部を切断する。
錘部をレーザで昇華させることで周波数を粗調整し、接続電極の配線の一部を切断することで周波数を微調整することができる。
【００１１】
第６の観点の圧電デバイスの製造方法において、電気回路素子は複数のコンデンサ素子からなる櫛型形状のコンデンサを有しており、切断工程は複数のコンデンサ素子の少なくとも一部のコンデンサ素子の配線をレーザにより切断する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の圧電デバイスによれば、より小型で高精度な圧電デバイスを提供することができるため、電子機器の高性能化と小型化とを奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の圧電デバイス１００の斜視図である。
【図２】（ａ）は、リッド１０を内面側から見た上面図である。（ｂ）は、（ａ）の断面図である。
【図３】圧電振動フレーム２０の構成を示す平面図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態のベース３０の底面側から見た下面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第１実施形態のベース３０に形成する回路電極の回路図である。
【図６】第１櫛型コンデンサＣＣ１が形成されたベース３０の斜視図である。
【図７】（ａ）は、第２櫛型コンデンサＣＣ２の断面図である。（ｂ）は、（ａ）の一対の第２溝部３４の断面図である。（ｃ）は、（ａ）の下面図である。
【図８】周波数調整方法のフローチャートである。
【図９】第２実施形態の圧電デバイス１００の斜視図である。
【図１０】（ａ）は、第２実施形態のベース３０の底面側から見た下面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】第２実施形態のベース３０に形成する回路電極の回路図である。
【図１２】第３櫛型コンデンサＣＣ３の上部に第２サーミスタＴＨ２を設置する斜視図である。
【図１３】（ａ）は、ベース７０の底板部７３の表面に第３溝部７４を形成した図である。（ｂ）は、ベース７０の底板部７３の裏面を示した図である。
【図１４】（ａ）は、第２櫛型コンデンサＣＣｂの上面図である。（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１５】圧電デバイス３００の斜視図である。
【図１６】（ａ）は、コンデンサアレイチップ６５の下面図である。（ｂ）は、トリミング窓６１の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下は本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、本実施形態では主として音叉型圧電振動片を有する圧電振動フレーム２０について説明するが、ＡＴカット振動子においても同様である。
【００１５】
≪第１実施形態≫
＜圧電デバイス１００の全体構成＞
図１は第１実施形態に係る圧電デバイス１００の斜視図である。図１は表面実装（ＳＭＤ）タイプの圧電デバイス１００を表面側（リッド１０側）から見た分解斜視図である。本実施形態の圧電デバイス１００はリッド１０と、圧電振動フレーム２０と、ベース３０とが透明材料で形成されている。透明材料は、例えば水晶材料を用いて、リッド１０と、圧電振動フレーム２０と、ベース３０とが形成される。また、本実施形態では水晶材料を用いた圧電デバイス１００について説明するが、リッド１０及びベース３０はガラス材料が用いられてもよい。ガラス材料を使用する際にはリッド１０及びベース３０と圧電振動フレーム２０とが陽極接合で接合される。なお、ベース３０には駆動ＩＣ、第１櫛型コンデンサＣＣ１、第２櫛型コンデンサＣＣ２及び図示しない配線で構成された周波数調節回路部が形成されている。その詳細は後述する。
【００１６】
ここで、リッド１０及びベース３０の材料として、水晶材料が使われるのには、以下の理由がある。工業材料の硬さを表わす指標の一つにヌープ硬度がある。ヌープ硬度は数値が高ければ硬く、低ければ柔らかい。リッド及びベースに使用される代表的なガラスであるホウケイ酸ガラスは、ヌープ硬度が５９０ｋｇ／ｍｍ２である。また、水晶のヌープ硬度は７１０〜７９０ｋｇ／ｍｍ２である。そのため圧電デバイス１００では、リッド１０及びベース３０にガラスの代わりに水晶を使用する方が圧電デバイスの硬度を高くすることができる。また、圧電デバイスを所定の硬度にする場合には、リッド及びベースに使われるガラスの厚みを厚くする必要があるが、水晶であれば厚みが薄くてもよい。つまり、同じ硬度の圧電デバイスであればリッド及びベースに水晶を使用すると、小型化・低背化が可能となる。
【００１７】
また、圧電デバイスの作製時、または圧電デバイスのプリント基板への取り付け時には圧電デバイスに熱が加えられる。その時に、リッド１０及びベース３０に水晶材料とは異なる種類の材料を使用する場合、圧電デバイス内には熱膨張係数の差による応力が加わる。熱膨張係数の差が大きいと、この応力も大きくなり、特にフレーム部２２を備える圧電振動フレーム２０では強度の弱いフレーム部２２の角等が破損することがある。そのため、リッド１０及びベース３０と圧電振動フレーム２０との熱膨張係数の差を小さくすることが望まれる。リッド１０及びベース３０に水晶を使用することは、ガラスを使用した場合に比べて圧電振動フレーム２０との熱膨張係数の差を小さくし、圧電デバイス１００内の応力を小さくすることができるため好ましい。さらに、上記の通り、ガラスを使用した場合に比べて圧電デバイスの小型化・低背化が可能となるため好ましい。
【００１８】
図１に示された圧電振動フレーム２０は音叉型圧電振動片２１とフレーム部２２とが一体に形成されている。圧電デバイス１００はリッド１０とベース３０との外周部で圧電振動フレーム２０のフレーム部２２を挟んで真空封止又は不活性ガス封止されるため、音叉型圧電振動片２１の周波数変動が抑えられる。
【００１９】
水晶材料で形成する圧電デバイス１００は、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合で接合されるリッド１０と、圧電振動フレーム２０と、ベース３０とから構成される。シロキサン結合は、結合面を清浄な状態にしてその面同士を貼り合わせ、その後約２００°Ｃ前後のアニールと加圧を行う結合方法である。
【００２０】
ベース３０の上に圧電振動フレーム２０を載置して、ベース３０の枠部３２と圧電振動フレーム２０のフレーム部２２とがシロキサン結合され、音叉型圧電振動片２１は周波数の粗調整が行われる。周波数調整後、圧電振動フレーム２０のフレーム部２２にリッド１０を載置して、不活性ガス又は真空中でシロキサン結合させることよって圧電デバイス１００が完成する。圧電デバイス１００はその後、音叉型圧電振動片２１の周波数の微調整を行われる。
【００２１】
＜リッド１０の構成＞
図２（ａ）はリッド１０を内面側（ベース３０側）から見た図であり、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２に示すようにリッド１０はベース３０側（図１参照）に凹み部１１を有していて、枠部１２と天板部１３とが一体に形成されている。凹み部１１はフォトレジスト・エッチング技術を用い、エッチングにより形成される。枠部１２はリッド１０の外縁部に沿って取り囲むように形成されている。エッチングはドライエッチングまたはウエットエッチングのいずれでもよく、不図示の水晶ウエハは所定厚までエッチングされる。
【００２２】
＜圧電振動フレーム２０の構成＞
図３は圧電振動フレーム２０の構成を示す平面図である。圧電振動フレーム２０は、フレーム部２２と音叉型圧電振動片２１とが同じ厚さで一体に形成されている水晶基板である。圧電振動フレーム２０は図３に示すように音叉型圧電振動片２１とフレーム部２２と支持腕２５とから構成されている。音叉型圧電振動片２１は基部２３及び振動腕２４で構成され、振動腕２４には第１溝部２７が形成されている。支持腕２５は音叉型圧電振動片２１の基部２３からＹ軸方向に伸びている。音叉型圧電振動片２１は支持腕２５の端部でＸ軸方向に伸びる接続部２６とで接続されている。
【００２３】
圧電振動フレーム２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信し、圧電振動フレーム２０のＸ方向の長さは０．７ｍｍから２ｍｍで設計され、Ｙ軸方向の長さは１．５ｍｍから４ｍｍで設計される極めて小型の振動片となっている。
【００２４】
一対の振動腕２４は基部２３の中央部からＹ軸方向に伸びており、振動腕２４の表裏両面には第１溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２４の表面には１箇所の第１溝部２７が形成されており、振動腕２４の裏面側にも同様に１箇所の第１溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２４には４箇所の第１溝部２７が形成されている。第１溝部２７の断面は、略Ｈ型に形成され音叉型圧電振動片２１のＣＩ値を低滅させる効果がある。
【００２５】
振動腕２４の先端付近では幅広に形成されており、ハンマー型の形状をしている。また、振動腕２４のハンマー型の部分では金属膜も形成して錘の役目をさせている。錘は振動腕２４に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をするために形成されている。
【００２６】
一対の支持腕２５は基部２３のＸ軸方向の端部から振動腕２４の先端を超えない長さでＹ軸方向に伸びている。一対の支持腕２５は振動腕２４の振動を圧電デバイス１００の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００２７】
接続部２６は支持腕２５の先端部でＸ軸方向に伸びて、フレーム部２２と接続している。接続部２６は幅広に形成しておくことで、周波数調整の際に幅狭にすることで周波数を調整することもできる。
【００２８】
圧電振動フレーム２０はフォトレジスト・エッチング技術を用い、フレーム部２２と支持腕２５と音叉型圧電振動片２１との外形、及び第１溝部２７を形成する。次に外形と溝部とを形成した圧電振動フレーム２０は、錘金属膜４０及び電極４１，４３をフォトレジスト・エッチング技術で形成する。電極は真空蒸着装置でクロム（Ｃｒ）又はニッケル（Ｎｉ）による下地層を形成し、さらに銀（Ａｇ）又は金（Ａｕ）の電極層を形成し、フォトレジスト・エッチング加工により形成される。
【００２９】
圧電振動フレーム２０は、フレーム部２２と基部２３と支持腕２５と接続部２６との表面に基部電極４１が形成され、裏面にも同様に基部電極４１が形成されている。基部電極４１はフレーム部２２の内壁に電極を配線することで、表面と裏面との導通を確保している。また、基部電極４１はフレーム部２２の長軸の中央付近で、ベース３０の内壁に形成する接続端子（不図示）と接続することで、駆動ＩＣから制御された電圧が供給される。
【００３０】
一対の振動腕２４は、表面、裏面及び側面に励振電極４３が形成されている。それぞれの励振電極４３は基部電極４１につながっている。圧電振動フレーム２０は基部電極４１に電圧をかけることで、励振電極４３に囲まれた振動腕２４を振動させる。
【００３１】
電極の形成と同時に振動腕２４のハンマー型の部分にも錘金属膜４０が形成される。錘金属膜４０は錘の役目と、圧電振動フレーム２０の周波数調整工程の際に錘金属膜４０を除去させて軽くすることで周波数調整を行うことができる。
【００３２】
本実施形態の振動腕２４の先端付近は急激に幅広になるハンマー型の形状をしているが、徐々に幅広になる扇形の形状でもよい。先端付近が扇形の形状の振動腕２４も振動で互いに衝突しない大きさで形成される。
【００３３】
＜ベース３０の構成＞
図４（ａ）はベース３０の底面側（実装基板側）であり、図４（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ベース３０もリッド１０と同様に凹み部３１を有していて、枠部３２と底板部３３とが一体に形成されている。凹み部３１はリッド１０側（図１参照）にフォトレジスト・エッチング技術を用い、エッチング加工により形成される。
【００３４】
底板部３３には第２溝部３４が複数形成されている。第２溝部３４は図４（ｂ）に示すように第２溝部３４同士が上下で対向するように配置され、並列に並べることで櫛型の形状とし、電極を形成することで櫛型の形状にしたコンデンサ（以下は「櫛型コンデンサＣＣ」とする）を形成している。また、底板部３３の枠部３２の内壁にも電極が形成され、圧電振動フレーム２０の基部電極４１に接続する。
【００３５】
ベース３０には櫛型コンデンサＣＣ（第１櫛型コンデンサＣＣ１及び第２櫛型コンデンサＣＣ２）が形成され、また、４箇所のスルーホール５５が形成されている。これらの第２溝部３４及びスルーホール５５も、フォトレジスト・エッチング技術を用い、エッチング加工により形成される。
【００３６】
底板部３３の外部電極及び両面の接続端子は、櫛型コンデンサＣＣの電極の形成と同時にフォトレジスト・エッチング技術で形成する。またスルーホールにも電極が形成され外部電極と接続され、電圧の供給と周波数信号の取り出しが行われる。例えば、外部電極はスタンバイ端子（ＳＴ）、電源端子（Ｖｃｃ）、出力端子（Ｖｏｕｔ）及びアース端子（ＧＮＤ）が形成されている。
【００３７】
図１及び図４に示されるように、底板部３３の上部側（リッド１０側）には駆動ＩＣが搭載される。また、駆動ＩＣは底板部３３の接続端子に接続される。底板部３３の接続端子への接続方法はフリップチップボンディング、ワイヤーボンディング及び導電性接着剤を用いて接続する。
【００３８】
底板部３３の底部側には水晶薄板３７などの透明薄板が貼られる。底部側の接続端子は酸化及びリークの可能性がある。このため、外部電極を除く領域には水晶薄板３７を外部電極の高さを越えない範囲で接着させる。水晶薄板３７はシロキサン結合などの接合方法で接合してもよい。水晶薄板３７は透明なため、圧電デバイス１００の真空封止後にレーザなどで圧電デバイス１００の静電容量Ｃ１を変化させ、周波数の調整を行うことができる。
【００３９】
図５はベース３０に形成する周波数調整が可能な発振回路を示している。図５に示されたように、周波数調節回路部は、抵抗Ｒ、ＣＭＯＳインバータＶ及び音叉型圧電振動片２１が並列され、これらに第１櫛型コンデンサＣＣ１及び第２櫛型コンデンサＣＣ２が直列されて構成される。第１櫛型コンデンサＣＣ１及び第２櫛型コンデンサＣＣ２の静電容量Ｃが調節されることで、圧電デバイス１００の発振周波数が調整される。第１櫛型コンデンサＣＣ１及び第２櫛型コンデンサＣＣ２の静電容量Ｃの調節に対しては後述する。
【００４０】
また、駆動ＩＣは例えばインバータ回路などの発振させるために必要となる回路が形成してあり、圧電振動フレーム２０の内壁に設けた基部電極４１に電気的に接続され、音叉型圧電振動片２１の振動腕２４を励振する。
【００４１】
図６は第１櫛型コンデンサＣＣ１が形成されたベース３０の部分斜視図である。ここで、電気回路はベース３０の壁部にも形成されており、スルーホール５５（図４参照）を通じて外部電極のアース端子（ＧＮＤ）などに導通している。この状態で、ベース３０の底面側から第１櫛型コンデンサＣＣ１のコンデンサ電極基部３６をレーザＬＬにより切断する。これにより第１櫛型コンデンサＣＣ１の静電容量Ｃ１が変化する。
【００４２】
図７（ａ）は図４に示した第２櫛型コンデンサＣＣ２を拡大したＣ−Ｃ断面図である。図６（ｂ）は（ａ）の一対の第２溝部３４を拡大した図であり、図７（ｃ）は（ａ）の第２溝部３４の下面図である。なお、第１櫛型コンデンサＣＣ１も同様な構成であるため、代表して第２櫛型コンデンサＣＣ２で説明する。
【００４３】
図７（ｂ）で示すように第２櫛型コンデンサＣＣ２の１個のコンデンサは第２溝部３４の底部幅Ｗ１で対向し、間隔ｄで離れている。図７（ｃ）で示すように第２溝部３４の底部面積Ｓ１は長さ方向（Ｘ方向）の溝部長Ｌ１と底部幅Ｗ１とで形成される破線で示す領域である。
【００４４】
一対の第２溝部３４にコンデンサ電極３５を形成した１個のコンデンサの静電容量Ｃ１は間隔（極板間距離）ｄ１、間隔ｄ１の電極で挟まれた誘電体、底部面積Ｓ１との関係で求まり、（数式０１）を用いる。なおε０は真空の誘電率、ε（ＳｉＯ２）は水晶の比誘電率である。
【数０１】
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・・・（数式０１）
【００４５】
本実施例で形成する１個のコンデンサの静電容量Ｃ１は約０．０１ｐＦ程度であり、これらを５個から２０個程度を並列に接続することで、１つの第２櫛型コンデンサＣＣ２を構成している。
【００４６】
図７（ｃ）で示すように並列に接続したコンデンサ電極３５のコンデンサ電極基部３６をレーザにより切断することで静電容量Ｃ１を変更する。切断するコンデンサ電極基部３６はベース３０の底部側の片側を切断するのが望ましい。
【００４７】
以上のような構成により、高精度な圧電デバイス１００が形成される。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千のリッド１０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の圧電振動フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千のベース３０とを用意する。ベース３０は水晶ウエハ単位で櫛型コンデンサＣＣの形成、駆動ＩＣの設置を行い、圧電振動フレーム２０の水晶ウエハと結合させ、さらにリッド１０の水晶ウエハと結合することで、一度に数百から数千の圧電デバイス１００を製造する。
【００４８】
＜周波数調整方法＞
図８は封止した後の周波数調整方法のフローチャートである。圧電デバイス１００は櫛型コンデンサＣＣの静電容量Ｃ１を変化させることで周波数調節回路部の微調整を行っている。以下は代表して周波数調節回路部の周波数調節方法について説明する。
【００４９】
圧電デバイス１００の周波数調整方法は、錘金属層４０の一部を蒸散させて粗調整を行い、その後櫛型コンデンサＣＣの容量を微調整することで高精度に調整することができる。
図３で示された圧電振動フレーム２０の発振周波数は所望の周波数より低めに設計しておく。周波数の粗調整の工程では、発振周波数を上昇させるために振動腕２４の先端の錘金属膜４０にレーザ光を照射して、錘金属層４０の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式により発振周波数が所望の周波数より僅かに高くなるようにする。レーザによる質量削減方式の周波数調整は微調整が難しいため、その後圧電デバイス１００の周波数の微調整を行う。
【００５０】
ステップＳ６１では、真空封止した圧電デバイス１００の外部電極に周波数測定器（不図示）のプローブを接触させて、発振周波数の測定が行われる。
【００５１】
ステップＳ６２では、周波数測定器は発振周波数の測定値が所望の周波数の誤差が２ｐｐｍ以下に入っているか否かを判断する。測定された発振周波数が誤差範囲にない場合はステップＳ６３に移る。測定された発振周波数が誤差範囲に入っている場合は、ステップＳ６７に進み完成品として周波数調整を終了する。
【００５２】
ステップＳ６３では、測定された発振周波数が低いかを判断する。測定された発振周波数が低い場合はステップＳ６４に移り、高い場合はステップＳ６６へ移る。
【００５３】
ステップＳ６４では、発振周波数を微調整するだけの櫛型コンデンサＣＣ（図６参照）の残りがあるかを判断する。ステップＳ６３を経ることにより、対象となる圧電デバイス１００は所望の発振周波数より若干高い圧電デバイス１００が選ばれる。周波数調整用の櫛型コンデンサＣＣがある場合はステップＳ６５に移り、櫛型コンデンサＣＣがない場合はステップ６６に移る。
【００５４】
ステップＳ６５では、周波数調整が可能な櫛型コンデンサＣＣが残存するため、所望の周波数になるようコンデンサ電極基部３６を必要な本数だけ切断する。本実施形態の発振周波数の微調整は櫛形コンデンサＣＣを切断することで圧電デバイス１００の振動周波数を下げる効果がある。櫛形コンデンサＣＣの切断はレーザなどを用いて圧電デバイス１００の外部から切断する。
【００５５】
ステップＳ６６の工程に移った圧電デバイス１００は周波数調整が不可能であり、不良品として取り扱い、周波数処理を終了する。
【００５６】
本実施形態の圧電デバイス１００の櫛型コンデンサＣＣは水晶薄板３７で覆われているため、圧電デバイス１００が真空封止された後においても、レーザによって容易に櫛型コンデンサＣＣの静電容量Ｃ１を変更することが可能である。このため、本発明の圧電デバイス１００は真空封止した後においても、周波数調整を高精度に行うことができる。したがって、高精度な圧電デバイス１００を提供することができる。また、ベース３０の形成時に櫛型コンデンサＣＣを同時に形成するため、従来の製造装置を利用することができ、しかも、形成した櫛型コンデンサＣＣはベース３０の底板部３３を利用するため、厚み、搭載面積の増加がない。
【００５７】
《第２実施形態》
＜圧電デバイス１００の全体構成＞
次に、第２実施形態の圧電デバイス１００について図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態で説明したものと同じ構成要素については同符号を付し説明する。
図９は第２実施形態に係る圧電デバイス１００の斜視図である。図９は表面実装（ＳＭＤ）タイプの圧電デバイス１００を表面側（リッド１０側）から見た分解斜視図である。本実施形態の圧電デバイス１００もリッド１０と、圧電振動フレーム２０と、ベース３０とが透明材料で形成されている。なお、ベース３０には図９に示されたように駆動ＩＣ、四つの櫛型コンデンサＣＣ、二つのサーミスタＴＨ及び図示しない配線より構成された周波数調節回路部及び温度補償回路部が形成されている。その他の構成は第１実施形態で説明された構成と同じなので、以下は主に櫛型コンデンサＣＣ、サーミスタＴＨ及び温度補償回路部について説明する。
【００５８】
＜ベース３０の構成＞
図１０（ａ）はベース３０の底面側（実装基板側）であり、図１０（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ベース３０は凹み部３１を有し、枠部３２と底板部３３とが一体に形成されている。
【００５９】
ベース３０には櫛型コンデンサＣＣ（第１櫛型コンデンサＣＣ１、第２櫛型コンデンサＣＣ２、第３櫛型コンデンサＣＣ３及び第４櫛型コンデンサＣＣ４）が形成され、また、４箇所のスルーホール５５が形成されている。これらの第２溝部３４及びスルーホール５５もエッチング加工により形成される。
【００６０】
図９及び図１０に示されるように、底板部３３の上部側（リッド１０側）には駆動ＩＣ、第１サーミスタＴＨ１及び第２サーミスタＴＨ２が搭載される。駆動ＩＣ、第１サーミスタＴＨ１及び第２サーミスタＴＨ２は底板部３３の接続端子に接続する。
【００６１】
底板部３３の底部側にも水晶薄板３７などの透明薄板が貼られる。水晶薄板３７は透明なため、圧電デバイス１００の真空封止後にレーザなどで圧電デバイス１００の静電容量Ｃ１を変化させ、周波数の調整及び温度補償回路部の調整を行うことができる。
【００６２】
図１１はベース３０に形成する温度補償回路を有する発振回路の回路図を示している。底板部３３の接続端子は図１１に示すような配線を形成し、駆動ＩＣ、櫛型コンデンサＣＣ及びサーミスタＴＨを用いて周波数調節回路部、温度補償回路部を形成している。
【００６３】
駆動ＩＣは、例えばインバータ回路などの発振回路が形成してあり、圧電振動フレーム２０の内壁に設けた基部電極４１に電気的に接続され、音叉型圧電振動片２１の振動腕２４を励振する。温度補償回路部は、第１櫛型コンデンサＣＣ１、第２櫛型コンデンサＣＣ２及び第３櫛型コンデンサＣＣ３と、第１サーミスタＴＨ１及び第２サーミスタＴＨ２と、から構成される。また周波数調節回路部には第４櫛型コンデンサＣＣ４で構成されている。
【００６４】
温度補償回路部は、低温補償回路部と高温補償回路部とから構成される。低温補償回路部は第１櫛型コンデンサＣＣ１と第１サーミスタＴＨ１とを直列接続し、これらと第２櫛型コンデンサＣＣ２とを並列に接続した回路である。高温補償回路部は第３櫛型コンデンサＣＣ３と第２サーミスタＴＨ２とを並列に接続した回路である。
【００６５】
圧電振動フレーム２０の基部電極４１は、端子Ｔ１と端子Ｔ２とに接続される。圧電振動フレーム２０は、外部電極を介して給電されるとともに、クロック信号を出力する。また、圧電振動フレーム２０は、外部電極の一部が実装基板に接続される。また、櫛型コンデンサＣＣの端子Ｔ３、Ｔ４も、前記した外部電極を介して実装基板に接続される。
【００６６】
温度補償回路部の低温補償回路部は、第１櫛型コンデンサＣＣ１及び第２櫛型コンデンサＣＣ２の静電容量Ｃ１を調整することで精度を上げることができる。また、温度補償回路部の高温補償回路部は、第３櫛型コンデンサＣＣ３の静電容量Ｃ１を調整することで精度を上げることができる。
【００６７】
図１２は電極を形成した第３櫛型コンデンサＣＣ３の上部に第２サーミスタＴＨ２を設置する斜視図である。なお、図１２は説明しやすいように圧電デバイス１００のリッド１０などは描かれておらず、ベース３０の一部がカットされて描かれている。
【００６８】
第２サーミスタＴＨ２の一方の端子は、第３櫛型コンデンサＣＣ３のコンデンサ電極３５に例えばフリップチップボンディングにより接続される。第２サーミスタＴＨ２の他方の端子は回路３８に接続されている。回路３８はベース３０の壁部にも形成されており、スルーホール５５（図１０参照）を通じて外部電極のアース端子（ＧＮＤ）などに導通している。第２サーミスタＴＨ２がコンデンサ電極３５に固定された状態で、ベース３０の底面側から第３櫛型コンデンサＣＣ３のコンデンサ電極基部３６をレーザＬＬにより切断する。これにより第２櫛型コンデンサＣＣ３の静電容量Ｃ１が変更される。
【００６９】
以上のような構成により、高精度な圧電デバイス１００が形成される。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千のリッド１０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の圧電振動フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千のベース３０とを用意する。ベース３０は水晶ウエハ単位で櫛型コンデンサＣＣの形成、駆動ＩＣ、第１サーミスタＴＨ１及び第２サーミスタＴＨ２の設置を行い、圧電振動フレーム２０の水晶ウエハと結合させ、さらにリッド１０の水晶ウエハと結合することで、一度に数百から数千の圧電デバイス１００を製造する。
【００７０】
＜周波数調整方法及び温度補償方法＞
本実施形態の周波数調整方法は図８に示されたフローチャートと基本的に同じである。また、温度補償回路部においては、同様に真空封止後にコンデンサ電極基部３６を所定数切断することで所望の容量値に調節することができる。このため、本実施形態では周波数調整方法及び温度補償方法に対して説明を省略する。
【００７１】
《第３実施形態》
第１実施形態及び第２実施形態では、ベース３０の底板部３３の表面（圧電振動フレーム２０側）と底面（実装基板側）との両面に第２溝部３４を形成して、櫛型コンデンサＣＣを形成していた。第３実施形態のベース７０は底板部７３の表面のみに、第３溝部７４を形成して櫛型コンデンサＣＣを形成する方法を示す。その他の構成は第１実施形態又は第２実施形態と同様なため説明を省き、以下にベース７０の説明をする。なお第１実施形態又は第２実施形態と同じ構成については同じ符号を使用する。
【００７２】
ベース７０は第１実施形態又は第２実施形態と同様に透明材料の水晶材料で形成され、凹み部を有し、枠部７２と底板部７３とが一体に形成されている。図１３（ａ）はベース７０の底板部７３の表面に第３溝部７４を形成した図である。図１３（ｂ）はベース７０の底板部７３の裏面を示した図である。
【００７３】
図１３（ａ）の斜線で示す領域で示すように、連続するＳ字形状の第３溝部７４を形成し、裏面を貫通しないように形成する。第３溝部７４の外周及び第３溝部７４の内壁には、コンデンサ電極７５を形成し、第３溝部７４にアルミナなどの誘電体を形成する。こうすることで、第３溝部７４はアルミナを誘電体とする複数のコンデンサ（櫛型コンデンサＣＣ）を形成することができる。つまり、底板部７３には第１櫛型コンデンサＣＣａ、第２櫛型コンデンサＣＣｂ、第３櫛型コンデンサＣＣｃ及び第４櫛型コンデンサＣＣｄを形成することができる。また、図１３（ｂ）に示すように、ベース７０の裏面には外部電極のスタンバイ端子（ＳＴ）、電源端子（Ｖｃｃ）、出力端子（ＯＵＴ）及びアース端子（ＧＮＤ）を形成し、接続端子及び第３溝部７４は形成しない。
【００７４】
図１４は第２櫛型コンデンサＣＣｂの拡大図を示した図である。図１４（ａ）は第２櫛型コンデンサＣＣｂの上面図であり、図１４（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図１４（ｂ）で示されるように、第３溝部７４の領域の外周及び第３溝部７４の内壁には、コンデンサ電極７５を形成し、第３溝部７４の底部にはコンデンサ電極７５を形成しない。また、コンデンサ電極７５を形成した後の第３溝部７４にはアルミナなどの誘電体が形成されている。第３溝部７４の静電容量Ｃ２はコンデンサ電極７５の形成と誘電体により、（数式０２）から求まる。ただし、（数式０２）のε（Ａｌ２Ｏ３）はアルミナの比誘電率とし、第３溝部７４の面積Ｓ２は櫛歯部長Ｌ２と溝部高Ｈ２とで求まり、誘電体を挟んで間隔ｄ２で離れている。
【数０２】
2010268436.tif 000004
・・・（数式０２）
【００７５】
第３実施形態の圧電デバイスは底板部３３の裏面に接続端子及び櫛型コンデンサＣＣを形成しないため、第１実施形態又は第２実施形態で使用した水晶薄板３７を形成する必要がない。このため工程を減らして圧電デバイスを提供することができる。しかしながら、ベース７０は透明材料で形成されているため、第１実施形態又は第２実施形態と同様に圧電デバイスの封止後においても、圧電デバイスの下面側からレーザなどでコンデンサ電極基部７６を切断することで、櫛型コンデンサＣＣの静電容量Ｃ２を調節可能である。
【００７６】
なお、第３実施形態では第３溝部７４を形成したが、溝部を形成することなくベース３０の底板部３３の表面にアルミナなどの誘電体が形成されてもよい。この場合にはコンデンサ電極７５の厚みが高さとなる。
【００７７】
《第４実施形態》
図１５は圧電デバイス３００の斜視図である。第１実施形態ないし第３実施形態では圧電デバイスの底部に櫛型コンデンサＣＣを形成した場合を示したが、小型なコンデンサアレイ６０を設置しても同様に静電容量Ｃの調整を行うことができる。第４実施形態の圧電デバイス３００は小型なコンデンサアレイ６０を集積化したコンデンサアレイチップ６５を用いている。なお、第１実施形態又は第２実施形態と同じ構成については同じ符号を使用する。圧電デバイス３００のベース３０にはコンデンサアレイチップ６５、駆動ＩＣ、第１サーミスタＴＨ１及び第２サーミスタＴＨ２が搭載され、ベース３０に形成した接続端子（不図示）に接続されている。その他の構成は第１実施形態又は第２実施形態と同様なため、説明を省く。
【００７８】
コンデンサアレイチップ６５は例えば、図１６（ａ）に示すような、コンデンサアレイ６０ａからコンデンサアレイ６０ｄまでの４個のコンデンサアレイ６０を搭載するコンデンサアレイチップ６５を用いる。コンデンサアレイ６０にはそれぞれトリミング窓６１が形成されている。なお図１６（ａ）はコンデンサアレイチップ６５の下面図である。
【００７９】
図１６（ｂ）はトリミング窓６１の拡大図である。トリミング窓６１にはコンデンサ配線６２が露出しており、このコンデンサ配線をレーザなどで切断加工することでコンデンサアレイ６０の静電容量Ｃを変化させることができる。
【００８０】
圧電デバイス３００はベース３０にトリミング窓６１が底面側（実装基板側）になるよう接続端子に接続する。接続端子への接続方法はフリップチップボンディング、ワイヤーボンディングなどの手法で接続する。ベース３０に第１実施形態又は第２実施形態で示した回路図で配線する。その他も第１実施形態又は第２実施形態と同様に形成することで圧電デバイス３００となる。
【００８１】
圧電デバイス３００はトリミング窓が下向きで配置しているため、透明材料で形成したベースから可視することができ、真空封止後においてもレーザなどで温度補償回路の容量値を所望の値に容易に調整することができ、また周波数調整も高精度に行う事ができるため、高精度な圧電デバイス３００を提供することができる。
【００８２】
なお、上記実施形態では圧電デバイス１００又は圧電デバイス３００は真空封止が施されているが、不活性ガスによる封止であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０  …  リッド
１１、３１  …  凹み部
１２、３２  …  枠部
１３  …  天板部
２０  …  圧電振動フレーム
２１  …  音叉型圧電振動片
２２  …  フレーム部
２３  …  基部、  ２４  …  振動腕、  ２５  …  支持腕、  ２６  …  接続部
２７  …  第１溝部
３０、７０  …  ベース
３３、７３  …  底板部
３４  …  第２溝部
３５、７５  …  コンデンサ電極
３６、７６  …  コンデンサ電極基部
４０  …  錘金属膜、  ４１  …  基部電極、  ４３  …  励振電極
５５  …  スルーホール
６０  …  コンデンサアレイ
６１  …  トリミング窓
６２  …  コンデンサ配線、  ６５  …  コンデンサアレイチップ
７４  …  第３溝部
１００、３００  圧電デバイス
１１０  リッド
１２０  音叉型圧電振動片
１３０  ケース、  １３１  ベース部
１３２  壁部、  １３３  台座部
Ｃ  …  静電容量
ＣＣ  …  櫛型コンデンサ
Ｈ２  …  溝部高
Ｌ１  …  溝部長、  Ｌ２  …  櫛歯部長、  Ｗ１  …  底部幅
Ｑ  …  圧電振動子
Ｒ  …  抵抗
Ｓ１  …  底部面積、  Ｓ２  …  面積
Ｔ  …  端子
ＴＨ  …  サーミスタ
Ｖ  …  ＣＭＯＳインバータ
【図１】
2010268436.tif 000005
【図２】
2010268436.tif 000006
【図３】
2010268436.tif 000007
【図４】
2010268436.tif 000008
【図５】
2010268436.tif 000009
【図６】
2010268436.tif 000010
【図７】
2010268436.tif 000011
【図８】
2010268436.tif 000012
【図９】
2010268436.tif 000013
【図１０】
2010268436.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2010268436.tif 000018
【図１５】
2010268436.tif 000019
【図１６】
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