(57)【要約】【課題】製造コストを低減し、圧電振動片の形態で周波数温度特性の測定を可能とした圧電振動子の製造方法、及び周波数温度特性の測定方法を提供する。【解決手段】圧電素板を洗浄する工程と、洗浄後の前記圧電素板の主面上に励振電極を蒸着する工程と、前記励振電極蒸着により形成される圧電素子の周波数温度特性を測定する工程と、周波数温度特性測定後、前記圧電素子を個片分割する工程と、個片分割後の前記圧電素子について圧電振動子用パッケージに導電性接着剤を介してマウントする工程と、前記マウント後に前記導電性接着剤を乾燥する工程と、乾燥後、前記圧電素子の主振動周波数を微調整する工程とにより、圧電振動子を製造したことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素板を洗浄する工程と、洗浄後の前記圧電素板の主面上に励振電極、及び引出し
電極を蒸着する工程と、前記電極蒸着工程後に前記圧電素板の周波数温度特性を測定す
る工程と、前記周波数温度特性測定工程後に前記圧電素板を個片分割し、圧電振動片を
形成する工程と、前記圧電振動片を圧電振動子用パッケージに導電性接着剤を介してマ
ウントする工程と、前記マウント工程後に前記導電性接着剤を乾燥する工程と、前記乾
燥工程後に前記圧電振動片の周波数を微調整する工程とにより、圧電振動子を製造した
ことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
前記周波数温度特性の測定は、前記励振電極に加熱、冷却手段が設けられたプローブ
を当て、前記プローブにより前記圧電素板の温度を変化させながら、周波数を測定する
ことを特徴とする請求項１記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
前記プローブに設けられた加熱、冷却手段はペルチェ素子であることを特徴とする
請求項１、及び２記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項４】
圧電素板の主面上に設けられた引出し電極に、加熱、冷却手段が設けられたプローブ
を当てることにより、前記圧電素板の温度を変化させながら、周波数を測定することを
特徴とする圧電振動子の周波数温度特性測定方法。
【請求項５】
前記プローブに設けられた加熱、冷却手段は、ペルチェ素子であることを特徴とする
請求項４記載の圧電振動子の周波数温度特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は量産性に優れ、かつ製造コストを削減した圧電振動子の製造方法、及び周囲温度変化に対する周波数変動特性を測定するための測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、周波数発生源やフィルタといった機能を有する電子部品に圧電材料を用いたものがあり、種々の圧電材料の中でも特に共振特性に優れている水晶を使用した圧電振動子（水晶振動子）が多用されている。水晶振動子は、コンピューター等のＯＡ機器や携帯電話に代表される移動体通信機器等に搭載されており、安価で、かつ周波数特性の良好な水晶振動子の要求が強まっている。
【０００３】
このような水晶振動子の製造工程について、図４のフローチャートを用いて説明する。まず、結晶から切り出された水晶ウエハ（素板）について、所要の外形寸法及び厚さに研磨し、洗浄を行う（Ｍ３０）。洗浄後、前記水晶素板の主面上には、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等の金属材料を用いた前記水晶素板を励振するための励振電極、及び水晶振動子用パッケージにマウントするための引出し電極が蒸着され、各金属電極膜が成膜される（Ｍ３１）。前記金属電極膜が形成された前記水晶素板は、個片に分割され、金属電極膜が各水晶片に成膜された水晶素子（水晶振動片）が形成される（Ｍ３２）。前記水晶振動片は、マウント工程により、導電性接着剤を介して水晶振動子用のパッケージに収容され（Ｍ３３）、乾燥（アニール）工程にて前記導電性接着剤を乾燥後（Ｍ３４）、前記金属電極膜上に更なる金属電極を蒸着する、あるいは前記電極膜をエッチング等の手法によって除去することにより、目標の主振動周波数を得るための周波数微調整が行われる（Ｍ３５）。その後、電極材料の化学変化によって生じる経年変化を防止し安定な性能を維持するために、前記パッケージ内部は真空状態で封止され、水晶振動子が完成する（Ｍ３６）。前記水晶振動子は、完全な密封状態であるか調査するリーク試験（Ｍ３７）の後、水晶振動子に過大な電流を印加した時の周波数変動量を測定するドライブレベル試験（ＤＬＤ試験）や前記水晶振動子の等価回路定数測定等の各種電気的特性について検査が行われる（Ｍ３８）。前記電気的特性の中で、周囲温度変化による発振周波数の周波数変動特性（周波数温度特性）は、前記水晶振動子を用いて構成される温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）等の周波数安定度を大きく左右する特性であることから、特に重要であり、厳しい良否検査が行われる。
このように、水晶振動子の完成品について、上記のような各種電気的特性評価を実施することにより、極めて高い周波数安定度を有する水晶振動子を得ることができる。
【０００４】
ところが、水晶振動子の完成品について、電気的特性、特に周波数温度特性の測定を行う従来の手法では、以下のような問題点があった。上述の一連の製造工程を経て水晶振動子を完成させた後、検査工程において周波数温度特性の特性不良が確認された場合、不良と判定された水晶振動子は、そのまま廃棄されてしまう。そのため、前記水晶振動子を構成するパッケージや、蓋等の部材についても同時に廃棄されることから、製造時の損失が非常に大きくなるため、製造コストの低減を困難にしていた。
【０００５】
そこで、上記のような問題点を解決する手段として、例えば特開２００４−１２８５９２号公報が開示されている。前記公報は、図５で示したように、金属電極板１６の間に水晶素板１０を挟持させた状態にて、前記水晶素板１０の温度を変化させ、温度変化時の周波数を測定することにより、前記水晶素板１０の周波数温度特性を測定したことを特徴としている。
前記公報によれば、前記金属電極板１６をペルチェ素子等の加熱、冷却手段にて構成することにより、前記水晶素板１０を挟持した状態で前記水晶素板１０の温度を変化させ、温度変化時の周波数をネットワークアナライザ１５により測定するようしたので、水晶素板の状態で周波数温度特性が測定可能となり、特性不良が確認された場合には素板のみ廃棄すれば良いため、製造時の損失を低減することが可能である。また、水晶素板の状態にて周波数温度特性の良否が確認可能であるので、その後の製造工程に良品の水晶素板を安定に投入でき、製品の良品率を向上することができる。
【特許文献１】特開２００４−１２８５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記公報に開示されたような測定方法では、以下のような問題点があった。周知のように、水晶振動子の周波数温度特性を決定する要因は、水晶素板の切断角度、及び水晶振動片の寸法に依存する。ここで、前記水晶振動片の寸法は、前記励振電極の形成部分におけるエネルギー閉じ込めの度合いにより、見かけ上変化する現象を示し、前述のエネルギー閉じ込めは、前記励振電極の形状(寸法)や膜厚により決定する。従って、水晶素板の主面上に励振電極を形成する前後とでは、周波数温度特性が大きくばらつくため、上記のような周波数温度特性測定方法による良否判定では、正確な判別が困難であるという問題点があった。
本発明は、製造コストを低減し、製品に近い状態で圧電素子の周波数温度特性測定を可能とした圧電振動子の製造方法、及び周波数温度特性の測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の目的を達成するため、圧電素板を洗浄する工程と、洗浄後の前記圧電素板の主面上に励振電極を蒸着する工程と、前記励振電極蒸着により形成された圧電素子の周波数温度特性を測定する工程と、周波数温度特性測定後、前記圧電素子を個片分割し、各個の圧電素子を形成する工程と、個片分割後の前記圧電素子を圧電振動子用パッケージに導電性接着剤を介してマウントする工程と、前記マウント後に前記導電性接着剤を乾燥する工程と、乾燥後、前記圧電素子の主振動周波数を微調整する工程とにより、圧電振動子を製造したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記周波数温度特性の測定において、前記励振電極にペルチェ素子等から成る加熱、冷却手段が設けられたプローブを当て、前記プローブにより前記圧電素板の温度を変化させながら、前記圧電素子の主振動周波数を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る圧電振動子の製造方法は、圧電素板の主面上に励振電極を成膜後に周波数温度特性を測定する工程を追加したので、前記周波数温度特性測定工程にて特性不良が確認された場合、圧電素板のみ廃棄すれば良いため、製造時の損失を低減できる。また、圧電素板に励振電極を成膜した状態にて周波数温度特性を測定するため、製品に近い状態での特性評価が可能となり、その後の製造工程に安定した良品の圧電素子を供給することが可能となる。さらに、前記周波数温度特性は、圧電素板上に成膜された引出し電極に検査用のプローブを当てて測定を行うので、励振電極を傷つけることなく測定を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係る水晶振動子の製造工程を示したフローチャート図である。なお、上述の従来例に示したものと同様の構成部材については同一の符号を付してその説明を省略する。また、前記フローチャートは水晶素板の状態にて水晶素子のバッチ処理を行う工程を表しており、本例の水晶振動子は、ＡＴカット水晶振動子を例として説明する。
【００１１】
まず、水晶結晶から切り出されたＡＴカットの水晶素板について、所要の外形寸法及び厚さに研磨し、洗浄を行う（Ｍ３０）。
前記洗浄工程後、前記水晶素板は、各個の水晶片を励振するための励振電極、及び前記励振電極より前記水晶素子の端部へ引出された引出し電極が、前記水晶素板の両主面上に所定の電極形状、および膜厚にて形成されるようメタルマスク等で挟持され、真空チャンバー内でＡｕやＡｌ等の金属材料による電極膜が成膜されることにより、各個の水晶素子(振動片)が形成される（Ｍ３０）。
【００１２】
前記水晶振動片の形成後、前記真空チャンバー内にて各水晶振動片の周波数温度特性が測定される（Ｍ４０）。ここで、前記周波数温度特性の測定方法について図２を用いて説明する。図２は、水晶振動片における周波数温度特性の測定系の概念を示した図である。
図２に示すように、前記測定系は、ネットワークアナライザ１５と、前記ネットワークアナライザ１５に接続され、電流変化により加熱、冷却作用を生じるペルチェ素子１４が設けられたプローブ１３とにより構成される。
前記水晶振動片はＡＴカットの水晶素板から形成されていることから、周囲温度変化ｔに対する周波数変化Δｆ／ｆ、即ち周波数温度特性は、図３で示したように３次曲線を描き、Δｆ／ｆ＝α（ｔ−ｔ０）＋β（ｔ−ｔ０）２＋γ（ｔ−ｔ０）３の一般式にて表すことができる。ただし、α、β、γはそれぞれ１次、２次、３次の温度係数であり、ｔ０は基準温度、例えば＋２５℃である。周波数温度特性曲線の傾きは前記１次温度係数αに依存するため、前記１次温度係数αを求めることができれば、全体の温度特性曲線を容易に予測することが可能である。
【００１３】
従って、本発明に係る周波数温度特性の測定は、まず、前記プローブ１３を水晶片１０ｂ上に成膜された引出し電極１２に当て、前記水晶片１０ｂの温度が＋２５℃よりも低い所定温度ｔ１（ｔ１＜＋２５℃）となるよう、前記プローブ１３に設けられた前記ペルチェ素子１４の電流を制御し、前記温度ｔ１時における周波数ｆ１をネットワークアナライザ１５により測定する。次に、前記水晶片１０ｂの温度が＋２５℃よりも高い所定温度ｔ２（ｔ２＞＋２５℃）となるよう前記ペルチェ素子１４の電流を制御し、前記温度ｔ２時における周波数ｆ２を前記ネットワークアナライザ１５により測定する。上記で得られた結果から、１次温度温度係数αについてα＝（ｆ２−ｆ１）／（ｔ２−ｔ１）の式より導出した後、前記１次温度温度係数αより全体の周波数温度特性を予測し、良否判定を行う。なお、前記プローブ、又は前記水晶素板は、Ｘ−Ｙステージ等により移動する構造となっており、前述の測定は、前記水晶素板に設けられた各水晶振動片について同様に実施される。
【００１４】
前記の良否判定により良品と判定された水晶振動片は、その後、ダイシングソー等により各個片に分割される（Ｍ３２）。
前記水晶振動片は、マウント工程において、導電性接着剤を介して水晶振動子用パッケージ内に収容され（Ｍ３３）、前記導電性接着剤の乾燥（アニール）工程を経た後（Ｍ３４）、前記励振電極の電極膜上において、更なる金属電極を蒸着する、あるいは前記電極膜をエッチング等の手法によって除去することにより、目標の主振動周波数を得るための周波数微調整が行われる（Ｍ３５）。
【００１５】
その後、電極材料の化学変化によって生じる経年変化を防止し安定な性能を維持するために、前記パッケージ内部は真空、もしくは窒素ガスが封入された状態で封止され、水晶振動子が完成する（Ｍ３６）。前記水晶振動子は、完全な密封状態に保持されているか調査するリーク試験（Ｍ３７）の実施後、水晶振動子に過大な電流を印加した時の周波数変動量を測定するＤＬＤ試験や、前記水晶振動子の等価回路定数測定等の各種電気的特性について検査（Ｍ３８）が行われることにより、極めて高い周波数安定度を有する水晶振動子を得ることができる。
【００１６】
以上のように、水晶素板を洗浄する工程と、洗浄後の前記水晶素板の主面上に励振電極、
及び引出し電極を蒸着する工程と、励振電極蒸着後により形成された各水晶振動片の周波数温度特性を測定する工程と、周波数温度特性測定後、前記水晶素板を個片分割する工程と、個片分割後の水晶振動片を水晶振動子用パッケージに導電性接着剤を介してマウントする工程と、前記マウント後に前記導電性接着剤を乾燥する工程と、乾燥後、前記水晶振動片の主振動周波数を微調整する工程とにより、水晶振動子を製造したので、周波数温度特性の良否判定を製造工程の早い段階で確認できることから、周波数温度特性において不良が発見された場合、水晶振動片のみ廃棄すれば良く、完成品を評価する際に比べ、製造時の損失を低減することができる。また、水晶素板に励振電極を成膜した状態にて周波数温度特性を測定するため、製品に近い状態での特性評価が可能となり、その後の製造工程に安定した良品の水晶素子を供給することが可能となる。さらに、ペルチェ素子を用いたプローブにより、容易に各水晶片に対して温度変化を加えた状態で周波数の測定を行うことができるので、量産性に適した評価、検査を行うことが可能となり製造コストを低減できる。また、前記周波数温度特性測定は、引出し電極に検査用のプローブを当てるので、励振電極を傷つけることなく測定を行うことが可能である。
以上の実施例においては、水晶振動子を例について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、水晶以外の圧電材料に適用しても良いことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャート図である。
【図２】本発明に係る周波数温度特性測定方法の概念を示す図である。
【図３】ＡＴカット水晶基板における周波数温度特性を示す図である。
【図４】従来の水晶振動子の製造工程を示すフローチャート図である。
【図５】従来の圧電素板の周波数温度特性測定方法の概念を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  水晶素板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  水晶片
１１  励振電極
１２  引出し電極
１３  プローブ
１４、１７  ペルチェ素子
１５  ネットワークアナライザ
１６  金属電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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