(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料のウエハに複数の音叉型圧電振動片の外形を加工し、それらの表面に電極膜を形成しかつ前記各音叉型圧電振動片の振動腕に周波数調整用の重り材料を付着させる過程と、
エネルギビームを照射して前記振動腕の前記重り材料をトリミングすることにより、前記各音叉型圧電振動片の周波数を粗調整する過程と、
前記ウエハから前記各音叉型圧電振動片を分離し、かつそれぞれパッケージ内に気密に封止する過程と、
前記各パッケージの透明部分を通してその外側から前記パッケージ内にエネルギビームを照射し、前記振動腕の前記重り材料をトリミングすることにより、前記各音叉型圧電振動片の周波数を微調整する過程とからなり、
前記周波数の粗調整過程及び微調整過程において、前記エネルギビームが、その隣接する照射スポットが互いに部分的に重なるように１ショットずつ所定ピッチでシフトさせながら照射され、かつ、
前記周波数の微調整過程における前記エネルギビームの前記各ショットのスポット径が、前記周波数の粗調整過程における前記エネルギビームの前記各ショットのスポット径よりも小さいことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
前記周波数の粗調整過程において、前記振動腕の先端側に付着させた前記重り材料をトリミングし、かつ前記周波数の微調整過程において、前記振動腕の基端側に付着させた前記重り材料をトリミングすることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
前記エネルギビームがレーザ光又は電子ビームであることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項４】
前記圧電材料が水晶であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項５】
前記パッケージが、ベースと、前記ベースに気密に接合されて前記透明部分を構成する透明な蓋とからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の方法において、前記パッケージにＩＣ素子を実装する過程を更に含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音叉型圧電振動片をパッケージ内に封止した圧電振動子等の圧電デバイスの製造方法に関し、特にその製造工程において音叉型圧電振動片の発振周波数を調整する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種情報・通信機器やＯＡ機器、民生機器等の様々な電子機器に、電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。特に最近は、モバイルコンピュータ、ＩＣカード等の小型情報機器や携帯電話等の通信機器の分野で、装置の小型化・高性能化が著しく、これに対応して圧電デバイスの小型化・薄型化と共に、より周波数精度が高く、高品質で高い安定性のものが要求されている。
【０００３】
音叉型圧電振動片を搭載した圧電振動子の周波数調整は、例えば特開平１１−１９５９５２号公報に記載されるように、音叉型圧電振動片の振動腕の先端に周波数調整用の金属重り材料を付着させ、この振動片をパッケージにマウントした後発振させて周波数を測定しながら、レーザ光又は電子ビームを照射して重り材料を部分的に溶融除去してその質量を減らすようにトリミングする方法が一般に知られている。更に同公報には、レーザ光を振動腕の幅方向に沿って、質量減少効果の大きい振動腕先端側の粗調整部分ではスポット径を６０μｍに制御して照射し、それより基端側の微調整部分ではスポット径を２０μｍに絞って照射する方法が開示されている。
【０００４】
また、パッケージ内に気密に封止した圧電振動子の周波数を調整するために、特開昭５７−１０６２１１号公報に記載されるように封入ケースに設けた透明セラミックスの窓部を通して、又は表面実装型のパッケージを封止する透明なガラス薄板の蓋を通して、パッケージの外側からレーザ光を振動腕先端の重り部に照射する方法が知られている。更に、特開昭５７−５３１２３号公報には、箱型容器に設けた貫通孔を通して外部から重り材料を音叉型水晶振動片の周波数調整部に蒸着等で付着させることにより周波数調整を行う方法が、また特開平１１−３１２９４８号公報には、パッケージに設けた開口部を通して外部からレーザ光又は電子ビームを音叉型圧電振動片の振動腕先端に照射することにより周波数調整を行う方法がそれぞれ提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら最近は、圧電デバイスの更なる小型化に対応して音叉型圧電振動片が微小化され、その振動腕の幅を、例えば上記特開平１１−１９５９５２号公報に記載のように２００μｍ以上であった従来の寸法から、１００μｍ以下まで狭くすることが必要になっている。そのため、従来と同様のレーザ照射による重り材料のトリミングでは、十分な周波数調整の分解能が得られず、要求されるような高精度な周波数調整が困難になるという問題点がある。
【０００６】
また、圧電デバイスのパッケージも、小型化によって音叉型圧電振動片を実装するための内部スペースが同様に狭小化している。そのため、パッケージ封止後の周波数調整でレーザ照射により振動腕から除去される重り材料が多いと、これが音叉型圧電振動片の電極部分に再付着して、その周波数特性に悪影響を与えたり電極間をショートさせ、信頼性及び安定性を低下させる可能性が高くなる。
【０００７】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ光等のエネルギビームを照射して重り材料をトリミング加工することにより周波数調整を行う過程を含む、音叉型圧電振動子及び音叉型圧電振動片を搭載した他の圧電デバイスの製造方法において、音叉型圧電振動片の微小化に対応しつつ高い周波数精度を実現することができ、かつパッケージ封止後のトリミング加工で除去される重り材料の再付着による影響を最大限排除することができ、それにより圧電振動子及び圧電デバイスのより一層の小型化と同時に、高品質及び高い信頼性、安定性を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、例えば水晶である圧電材料のウエハに複数の音叉型圧電振動片の外形を加工し、それらの表面に電極膜を形成しかつ各音叉型圧電振動片の振動腕に周波数調整用の重り材料を付着させる過程と、エネルギビームを照射して振動腕の重り材料をトリミングすることにより、音叉型圧電振動片の周波数を粗調整する過程と、前記ウエハから各音叉型圧電振動片を分離し、かつそれぞれパッケージ内に気密に封止する過程と、各パッケージの透明部分を通してその外側からパッケージ内にエネルギビームを照射し、振動腕の重り材料をトリミングすることにより、各音叉型圧電振動片の周波数を微調整する過程とからなり、前記周波数の粗調整過程及び微調整過程において、エネルギビームが、その隣接する照射スポットが互いに部分的に重なるように１ショットずつ所定ピッチでシフトさせながら照射され、かつ、前記周波数の微調整過程におけるエネルギビームの各ショットのスポット径が、前記周波数の粗調整過程におけるエネルギビームの各ショットのスポット径よりも小さいことを特徴とする圧電振動子の製造方法が提供される。
【０００９】
いずれの周波数調整過程においてもエネルギビームを、隣接する照射スポットが互いに部分的に重なり合うように１ショットずつ照射することにより、その１ショットで除去し得る重り材料の量をスポット径に対応した量より少なくできるので、それだけ周波数調整の分解能が向上する。この分解能は、エネルギビームの各ショットのスポット径及びピッチを適当に選択することにより、制御することができる。更に周波数の微調整では、粗調整の場合よりもエネルギビームの各ショットのスポット径を小さくするので、周波数調整の分解能をより高くでき、最終的に周波数をより高精度に調整することが可能になる。
【００１０】
また、周波数の粗調整はウエハの状態で行われ、かつその際に従来に比して周波数を目標の値又は範囲により近く合わせ込むことが可能となるので、周波数の微調整過程において除去すべき重り材料の量を最小にできる。このため、封止したパッケージ内でエネルギビームの照射により除去した重り材料が音叉型圧電振動片に再付着して、電極間をショートさせる可能性が大幅に低下する。
【００１１】
或る実施例では、前記周波数の粗調整過程において、振動腕の先端側に付着させた重り材料をトリミングし、かつ前記周波数の微調整過程において、振動腕の基端側に付着させた重り材料をトリミングする。トリミング加工による音叉型圧電振動片の周波数調整において、振動腕の先端側は質量減少効果が大きいので、より効果的にかつ効率良く周波数の粗調整を行うことができ、逆に振動腕の基端側は質量減少効果が小さいので、より高精度な周波数の微調整が可能になる。他方、振動腕の基端側に付着させた重り材料は、振動腕の電極に近いため、トリミング加工で除去した際に電極間に再付着してショートさせる可能性が高い。しかし、本発明では、周波数の微調整においてエネルギビームの１ショットで除去飛散する重り材料の量が少ないので、仮に電極間に再付着しても、ショートする可能性がより低くなる。
【００１２】
この重り材料をトリミング加工するエネルギビームとしては、例えばレーザ光又は電子ビームが使用される。
【００１３】
別の実施例では、前記パッケージが、ベースと、該ベースに気密に接合されて前記透明部分を構成する透明な蓋とからなり、それにより小型化・薄型化に適した表面実装型の音叉型圧電振動子が得られる。
【００１４】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の方法において、パッケージにＩＣ素子を実装する過程を更に含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の方法を適用して音叉型水晶振動子を製造する工程について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
先ず、両面を研磨した所定厚さの水晶ウエハ１の表面に、耐蝕膜としてＣｒ、Ａｕ等からなる金属薄膜を蒸着、スパッタリング等により被着し、その上にレジスト膜を塗布してフォトリソグラフィ技術により所望の音叉型水晶振動片２の外形をパターニングした後、水晶ウエハ１の枠部３との連結部４を残して、フッ酸、フッ化アンモニウム等の適当なエッチング液でエッチングし、図１に示すように多数の水晶素子片を加工する。前記レジスト膜を除去した後、前記水晶素子片の表面に電極材料を蒸着、スパッタリング等により成膜し、かつフォトリソグラフィ技術によりパターニングして所望の電極５及び配線を形成する。更に、音叉型水晶振動片２の各振動腕２ａの先端部分には、Ａｕ等の重り材料を真空蒸着等により付着させて、周波数調整用の重り部６が設けられる。これにより、多数の音叉型水晶振動片２を並べた図１の水晶ウエハ１が完成する。
【００１６】
次に、水晶ウエハ１の各音叉型水晶振動片２について、周波数を粗調整する。これは、音叉型水晶振動片２の周波数を測定しつつ、レーザ光を振動腕２ａの重り部６に照射して前記重り材料をトリミングし、周波数を所定の範囲内に合わせることにより行う。レーザ光は、図２に示すように振動腕２ａの先端付近を幅方向に、隣接する照射スポット７が互いに部分的に重なるように、所定ピッチｐ１でシフトさせながら照射する。これにより、最初のショットを除いて、１ショットで除去し得る重り材料の量がスポット径ｄ１に対応した量より少なくなるので、それだけ周波数調整の分解能が向上する。この分解能は、レーザ光のスポット径ｄ１及びピッチｐ１を適当に選択することにより制御される。
【００１７】
更に、振動腕の先端側は質量減少効果が大きいので、より効果的にかつ効率良く周波数の粗調整を行うことができる。また、周波数の合わせ込みをより高精度に行うことができるので、後述する周波数の微調整過程において除去すべき重り材料を少なくなる。また、重り材料のトリミング加工は、レーザ光以外に、前記重り材料を溶融除去し得る電子ビーム等のエネルギビームを用いることができる。
【００１８】
周波数の粗調整を終えた音叉型水晶振動片２は、その基端部２ｂと連結部４との間を折って水晶ウエハ１から分離され、図３（Ａ）に示すように水晶振動子のパッケージ１０に実装される。本実施例のパッケージ１０は、セラミックス等の絶縁材料薄板を積層した薄い矩形箱状のベース１１と透明なガラス材料の蓋１２とを有する表面実装型で、内部の空所１３に音叉型水晶振動片２が気密に封止されている。ベース１１の空所１３底面には１対の接続端子１４が設けられており、その上に音叉型水晶振動片２が基端部２ｂにおいて導電性接着剤１５で片持ちにかつ略水平にマウントされる。音叉型水晶振動片２のマウント後、蓋１２がベース１１の上端に低融点ガラスで気密に接合される。
【００１９】
次に、音叉型水晶振動片２の周波数を微調整する。これは、パッケージ１０の外面に設けられた外部電極（図示せず）を介して周波数を測定しつつ、図３（Ｂ）に示すように、蓋１２を通して外側からレーザ光１６を振動腕２ａの重り部６に照射し、前記重り材料をトリミングすることにより行う。レーザ光は、図４に示すように、図２に示す周波数粗調整の場合よりも基端側の重り部６を照射する。レーザ光の照射は振動腕２ａを幅方向に、隣接する照射スポット１７が互いに部分的に重なるように、所定ピッチｐ２でシフトさせながら、周波数粗調整の場合よりも小さいスポット径ｄ２で行う。これにより、同様に１ショットで除去し得る重り材料の量がスポット径に対応した量より少なくなり、周波数調整の分解能が向上することに加え、振動腕の基端側は質量減少効果が小さいので、より高精度な周波数の微調整が可能になる。必要に応じて、更に小さいスポット径ｄ３の照射スポット１７´で追加のレーザ光を照射することにより、一層高精度に周波数を合わせ込むことができる。
【００２０】
一般に、重り部６の基端側は電極５側に近いので、レーザ光で除去飛散した重り材料が電極５間に再付着する可能性が高い。ところが本発明は、上述したように周波数粗調整で従来より高精度な合わせ込みが行われ、この周波数微調整で除去すべき重り材料の量を最小にできるので、封止したパッケージ１０内で除去した重り材料が音叉型水晶振動片２の表面に再付着して、電極５間をショートさせる可能性が大幅に低下する。更に、本実施例では、重り部６が、図３（Ｂ）に示すように振動腕２ａの下面側にくるように配置され、かつベース１１の空所１３底面には、振動腕２ａの先端部分が外部からの衝撃等で下向きに振れても該底面に衝突しないように、その直ぐ下側に凹み１８が設けられている。そのため、レーザ光１６を重り部６に焦点を合わせて照射すると、除去された前記重り材料は、凹み１８内部に付着する可能性が高くなり、音叉型水晶振動片２の表面に再付着する可能性が更に低くなる。
【００２１】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。本発明は、水晶以外の音叉型圧電振動片、及び更にＩＣ素子等を搭載した圧電デバイスについても同様に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、上述したように音叉型圧電振動片の振動腕に付着させた重り材料をトリミングする周波数の粗調整及び微調整過程において、エネルギビームの隣接する照射スポットが互いに部分的に重なるように１ショットずつ照射し、１ショットで除去し得る重り材料の量をスポット径に対応する量より少なくするので、周波数調整の分解能が向上し、かつ周波数微調整では、粗調整の場合よりもエネルギビームの各ショットのスポット径を小さくして、周波数調整の分解能をより高くできるので、音叉型圧電振動片が微小化しても、その周波数をより高精度に調整することが可能になる。しかも、周波数の粗調整は、複数の圧電振動片をウエハの状態でより高精度に合わせ込むことが可能で、周波数微調整で除去すべき重り材料の量が最小になるので、個々の圧電振動片のパッケージへの封止後に、除去した重り材料の再付着による電極間のショートの可能性が大幅に低下する。従って、圧電振動子及び他の音叉型圧電振動片を搭載した圧電デバイスのより一層の小型化と同時に、高品質、信頼性の向上及び安定性の確保を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の音叉型水晶振動片を形成した水晶ウエハの部分平面図。
【図２】ウエハ状態で周波数を粗調整するためにレーザ光を照射した一方の振動腕の先端部分を示す部分拡大平面図。
【図３】Ａ図は音叉型水晶振動片をマウントしてパッケージを封止した水晶振動子を示す縦断面図、Ｂ図はその部分拡大図。
【図４】パッケージの封止後に周波数を微調整するためにレーザ光を照射した一方の振動腕の先端部分を示す部分拡大平面図。
【符号の説明】
１  水晶ウエハ
２  音叉型水晶振動片
２ａ  振動腕
２ｂ  基端部
３  枠部
４  連結部
５  電極
６  重り部
７  照射スポット
１０  パッケージ
１１  ベース
１２  蓋
１３  空所
１４  接続端子
１５  導電性接着剤
１６  レーザ光
１７、１７´  照射スポット
１８  凹み
【図１】
0003714228.tif 000002
【図２】
0003714228.tif 000003
【図３】
0003714228.tif 000004
【図４】
0003714228.tif 000005