(57)【要約】【課題】  厳しい環境条件の下でも共振抵抗値や発振周波数などの特性値の変動を極力抑えた圧電振動子とその製造方法、この圧電振動子を備えた発振器及び電子機器を提供すること。【解決手段】  第１のウエハを中央にして第２のウエハ、第３のウエハを互いに陽極接合し、所定の位置で切断して複数の圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、第１のウエハに陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、第２のウエハまたは第３のウエハのいずれか一方に、外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、スルーホールの端部と位置合せされる第１のウエハの接合膜の一部に、スルーホール端部の面積より小さい面積の無接合膜領域を形成し、陽極接合後に該無接合膜領域を分割するように切断する圧電振動子の製造方法とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のウエハを中央にして、接合面と非接合面とを有する第２のウエハ及び第３のウエハの３枚のウエハを位置合せして重ね合わせ、互いに陽極接合し、所定の位置で切断して複数の圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、
前記第１のウエハに振動子片と、該振動子片の一端に接続され該振動子片を囲む枠体とを一体に形成し、該枠体の両面に前記陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、
前記第２のウエハまたは前記第３のウエハのいずれか一方に、前記接合面と前記非接合面とを貫通する外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、
前記スルーホールの前記接合面側端部と位置合せされる前記第１のウエハの前記接合膜の一部に、前記スルーホールの前記接合面側端部の面積より小さい面積の無接合膜領域を形成し、前記陽極接合後に該無接合膜領域を分割するように切断することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
第１のウエハを中央にして、接合面と非接合面とを有する第２のウエハ及び第３のウエハの３枚のウエハを位置合せして重ね合わせ、互いに陽極接合し、所定の位置で切断して複数の圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、
前記第１のウエハに振動子片と、該振動子片の一端に接続され該振動子片を囲む枠体とを一体に形成し、該枠体の両面に前記陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、
前記第２のウエハまたは前記第３のウエハのいずれか一方に、前記接合面と前記非接合面とを貫通する外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、
前記３枚のウエハを所定の位置で切断する際に、切断用の刃具の前記３枚のウエハに対するせん断力が、前記スルーホールが形成されているウエハ側から前記スルーホールが形成されていないウエハ側に向かって加わるように切断することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
第１のウエハを中央にして、接合面と非接合面とを有する第２のウエハ及び第３のウエハの３枚のウエハを位置合せして重ね合わせ、互いに陽極接合し、所定の位置で切断して複数の圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、
前記第１のウエハに振動子片と、該振動子片の一端に接続され該振動子片を囲む枠体とを一体に形成し、該枠体の両面に前記陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、
前記第２のウエハまたは前記第３のウエハのいずれか一方に、前記接合面と前記非接合面とを貫通する外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、
前記スルーホールの前記接合面側端部と位置合せされる前記第１のウエハの前記接合膜の一部に、前記スルーホールの前記接合面側端部の面積より小さい面積の無接合膜領域を形成し、前記陽極接合後に該無接合膜領域を分割するように、かつ、切断用の刃具の前記３枚のウエハに対するせん断力が、前記スルーホールが形成されているウエハ側から前記スルーホールが形成されていないウエハ側に向かって加わるように切断することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項３に記載の圧電振動子の製造方法において、前記無接合膜領域の中心を、各圧電振動子を分離する長辺方向及び短辺方向の切断線の略交点付近とし、前記無接合膜領域の形状を、交わる２本の前記切断線それぞれに対して略対称とすることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項３または請求項４のいずれかに記載の圧電振動子の製造方法において、前記無接合膜領域の形状を２つの矩形の組合せとし、かつ、２つの前記矩形の中心を一致させて、互いの長辺を略９０度の角度をなす形状とすることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の圧電振動子の製造方法において、２つの前記矩形のそれぞれの長辺寸法を共に前記スルーホールの底面の直径よりも短くし、かつ、２つの前記矩形のそれぞれの短辺寸法を、前記陽極接合後に使用される切断用の刃具の厚みよりも長い寸法とすることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の圧電振動子の製造方法において、２つの前記矩形のそれぞれの前記長辺寸法を共に略４００μｍよりも短くし、前記短辺寸法を共に略１５０μｍより長くすることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項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。
【請求項９】
振動子片と、
前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、
前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、
前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、
前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に、無接合膜領域が形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の圧電振動子を発振子として集積回路に接続して用いることを特徴とする発振器。
【請求項１１】
圧電振動子を発振子として集積回路に接続した発振器であって、
前記圧電振動子は、
振動子片と、
前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、
前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、
前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、
前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に、無接合膜領域が形成されていることを特徴とする発振器。
【請求項１２】
請求項８または請求項９記載の圧電振動子を計時部に接続して用いることを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
圧電振動子を計時部に接続した電子機器であって、
前記圧電振動子は、
振動子片と、
前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、
前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、
前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、
前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に、無接合膜領域が形成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
請求項８または請求項９記載の圧電振動子をフィルター部に接続して用いることを特徴とする電波時計。
【請求項１５】
圧電振動子をフィルター部に接続した電波時計であって、
前記圧電振動子は、
振動子片と、
前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、
前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、
前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、
前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に、無接合膜領域が形成されていることを特徴とする電波時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子とその製造方法、その圧電振動子を備える発振器、電子機器及び電波時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、携帯情報端末機器、ＡＶ機器、ＯＡ機器さらに車輌搭載用機器等の電子機器の用途に、小型でかつ高信頼性が必要とされる圧電振動子が求められている。圧電振動子片をセラミックスのベースに接着剤で固着する方式の振動子は、落下衝撃試験で振動子片が剥がれて発振停止に至る場合がある。この問題を解決する手段の１例として、振動子片の一端に一体的に接続され接合膜を表裏に備えた枠体を持ち、前記枠体とリッド及びベースを接合してなる表面実装型の圧電振動子とその製造方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
前記圧電振動子の例を図面を参照して以下に説明する。図９は、表面実装型圧電振動子の一例を示す分解斜視図である。図９において圧電振動子は、振動子片１の一端と接続され振動子片を囲むように一体に形成された枠体２を有する。枠体２の表裏には図示しない接合膜が形成されている。枠体２の表面側には、振動子片１に対向する部位に第１凹部９を持つリッド７が接合膜を介して接合されている。リッド７の非接合面側の４つの稜線部には、面取り７ａが施されている。リッド７とは反対側の枠体２の裏面側には、振動子片１に対向する部位に第２凹部１０を持つベース８が接合膜を介して接合されている。このベース８には、図示しない外部電極膜が形成された外部接続部１３が、４箇所のコーナーに備えられている。また、ベース８の非接合面側の４つの稜線部には、図示しない面取りがリッド７と同様に施されている。
【０００４】
上述の如く構成された表面実装型圧電振動子の製造方法の概要について、図１０及び図１１で示される製造フローを用いて簡潔に記述する。
【０００５】
第１のウエハである圧電体ウエハは、水晶の原石を切断後に所定の厚みまで研磨加工が実施され洗浄される（ステップ１０）。その後、ウエハ上に、例えばエッチング等の化学的処理により励振電極膜を備えた複数の振動子片１を形成し、振動子片１の一端に一体的に接続され振動子片１の周囲を囲む枠体２の表裏には、たとえばアルミニウム合金などの金属薄膜で接合膜を形成する（ステップ１１）。
【０００６】
第２のウエハ（以後、リッドウエハと称し、符号を５とする）は、所定の厚みまで研磨加工が実施された後に洗浄され、最表面の加工変質層がエッチング等で除去される（ステップ２０）。次に、振動子の振動に伴う機械的変形を妨げないよう、複数の第１凹部９が接合面側に形成される（ステップ２１）。
【０００７】
第３のウエハ（以後、ベースウエハと称し、符号を６とする）は、リッドウエハ５と同様に、所定の厚みまで研磨加工が実施された後に洗浄され、最表面の加工変質層がエッチング等で除去される（ステップ３０）。続いて振動子の振動に伴う機械的変形を妨げないよう、複数の第２凹部１０が接合面側に形成される（ステップ３１）。ベースウエハ６には、更に、外部電極を形成するための非接合面と接合面とを貫通するスルーホール１１が設けられる（ステップ３２）。
【０００８】
このようにして準備された３枚のウエハは、アライメント工程にて各ウエハ上に設けられた基準マークに従って所定の位置に位置合わせされる（ステップ４０）。圧電体ウエハ３は、リッドウエハ５とベースウエハ６に狭持された状態となる。続いて、重ね合わされた３枚のウエハは、陽極接合装置で接合される（ステップ４１）。
【０００９】
続いて、ベースウエハ６の非接合面側に、ダイシングソー等により、予め定められている圧電振動子の個々の大きさに合致させた位置及び間隔（長辺方向ピッチはＰ１、短辺方向ピッチはＰ２で示される（図１３参照））で、断面Ｖ字型の溝が入れられる（ステップ４２）。ここでは、前記Ｖ字型の溝入れ加工をベベルカットと称する。尚、断面が逆台形型の溝もＶ字型に含むものとする。次に、ベースウエハ側にはスルーホール１１と所定の領域に金属薄膜が成膜され外部電極が形成される（ステップ４３）。
【００１０】
この後の切断工程（ステップ４４）は、図１１に示す製造のフローチャートに基づいて説明する。ベースウエハ６の非接合面側にダイシングテープが貼られ（ステップ４４１）、ベースウエハを下にしてワークテーブルにセットされる（ステップ４４２）。続いて、リッドウエハ５の非接合面側に、ベースウエハ６に形成された断面Ｖ字型の溝と対向した位置に同一のピッチＰ１及びＰ２でベベルカットが実施され、断面Ｖ字型の溝が入れられる（ステップ４４３）。続いて、長辺ピッチＰ１及び短辺ピッチＰ２で個々の圧電振動子に切り分けられる（ステップ４４４）。ここでは、ウエハ上に複数形成された圧電振動子を個々に切断して分離する工程をフルカットと称する。個々に切断された圧電振動子は、ＵＶ照射後にダイシングテープから取り出される（ステップ４４５）。
【００１１】
再び、図１０に示す製造のフローチャートに戻り説明する。個々に分離された圧電振動子は、個別に周波数調整が行われ所定の周波数に調整される（ステップ４５）。各圧電振動子のリッド上面とベース下面を除いた側面の４面に接合膜の断面が露出するために、外部端子が形成されたベース下面を除いたリッド上面を含む５面に耐腐食膜がコーティングされ、完成された圧電振動子となる（ステップ４６）。
【００１２】
上述の如く製造された圧電振動子の耐環境試験での性能を確認するため、プレッシャークッカー試験と恒温恒湿試験１及び２に投入し、圧電振動子の発振周波数および共振抵抗値の時間経過を計測した。プレッシャークッカー試験は規定されている試験条件が、温度１２１℃、湿度１００％であるが、試験時間は２４時間である。恒温恒湿試験１の規定試験条件は、湿度９５％で試験時間１０００時間であるが、温度は６０℃である。これらの試験に対し、恒温恒湿試験２における規定試験条件は、温度８５℃、湿度８５％、試験時間１０００時間であり、最も過酷な試験であるといえる。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１は、上記製造方法による圧電振動子のサンプル（連続２ロット）の試験結果であり、それぞれの試験による不良品の発生率を示したものである。実際の試験では、プレッシャークッカー試験での試験時間は規定通り２４時間としたが、恒温恒湿試験１及び２では、規定の時間にさらに１０００時間を追加して計２０００時間行った。上記製造方法によるサンプルでは、プレッシャークッカー試験及び恒温恒湿試験１においては、不良の発生率は０%であった。しかし、恒温恒湿試験２においては、ロット１で２個の不良（不良発生率：６．７％）、ロット２で１個の不良（不良発生率：３．３％）が発生した。不良サンプルを顕微鏡で観察した結果、接合膜の腐食が認められた。不良は、接合膜の腐食によりリークが発生し、気密が低下（真空度が悪化）したことにより、共振抵抗値が増加し、周波数が変動したものと推察される。
【００１５】
特に厳しい恒温恒湿試験２の２０００時間で発生した接合膜の上記腐食の原因について、以下の通り分析する。
【００１６】
まず、上記製造方法におけるステップ４４のフルカットの切断工程を、図１２を参照して説明する。図１２に示すように、圧電体ウエハ４の上側に第１接合膜３ａを介してリッドウエハ５が陽極接合されている。同様に、圧電体ウエハ４の下側には、外部電極膜１２が表面に積層されているスルーホール１１を有するベースウエハ６が、第２接合膜３ｂを介して陽極接合されている。フルカットは、ダイシングソー（ダイサーとも呼ばれる）を用いて行われるが、その際、加工ワークであるウエハの下面には、ダイシングテープ３０が貼られる。ダイシングテープ３０が貼られたウエハは、図示しないワークテーブルにより矢印２５の方向に送られ、矢印２４の方向に回転するフルカット用のダイシングブレード２１により切断される。
【００１７】
すなわち、切断対象となるワークは、シリコンウエハのような単一かつ均質な材料ではなく、３枚のウエハが陽極接合で一体化したものである。しかも、その層構造は、上から順にリッドウエハ５、第１接合膜３ａ、圧電体ウエハ４、第２接合膜３ｂ、ベースウエハ６である。これらを典型的な材料構成で示せば、上から順に例えばソーダライムガラス、アルミニウム合金、水晶、アルミニウム合金、ソーダライムガラスという３種類の材質の組合せであり、接合膜を除き脆性材料である。従って、切断時におけるダイシングブレード２１の経時変化による劣化やブレードの回転のぶれが、切断面材料に微小なチッピングやクラックあるいは接合膜の剥れを発生させる可能性がある。第１接合膜３ａ、第２接合膜３ｂがそれぞれアルミニウムやアルミニウム合金の場合は、機械的損傷や膜剥れのある表面に耐腐食膜が施されていても、長時間の厳しい環境負荷においては、他の場所に比較して、相対的に脆弱であり、接合膜の腐食が進行しやすいと考えられる。そのため、微少なリークが発生して徐々に気密が破壊され、圧電振動子の共振抵抗値や発振周波数が変動するものと推察される。
【００１８】
特に、長辺方向と短辺方向のフルカットの切断が交差する圧電振動子の４箇所のコーナーの付近については、その可能性が高いことを図面を参照して説明する。図１３は、接合されたウエハの一部を、スルーホールを有するベース側から見た模式図である。１個の圧電振動子は、４箇所のコーナーにそれぞれスルーホールの４分１の領域を有している。円１７は、スルーホールの非接合面側端部の開口部であり、内側の円１６は、テーパー形状に形成され開口よりも小さい径を持つ接合面側端部の円を示している。
【００１９】
さらに、図１３には、予め定められた圧電振動子の個々大きさで分割させるための長辺方向と短辺方向のそれぞれの切断線１８及び１９が合せて示されている。両者の交点はスルーホールの底面側の円１６の中心と一致した構成となっている。また、フルカットされる切断領域は、符号２２で示される斜線部分である。長辺方向の切断ピッチはＰ１、短辺方向のピッチはＰ２である。４箇所のコーナー近傍は、このようにスルーホールの存在により、層構造が周囲と急激に変化する。さらにまた、４箇所のコーナー近傍では、１回目の切断加工による加工変質層が、２回目の切断加工によって、チッピングやクラック等の欠陥に発展する可能性や、膜剥がれにつながる懸念がある。
【特許文献１】特開２００３−２６４４４７号報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記問題点に鑑み、本発明は、厳しい環境条件の下でも共振抵抗値や発振周波数などの特性値の変動を極力抑えた圧電振動子とその製造方法、この圧電振動子を備えた発振器及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、上記問題を解決するために、第１のウエハを中央にして、接合面と非接合面とを有する第２のウエハ及び第３のウエハの３枚のウエハを位置合せして重ね合わせ、互いに陽極接合し、所定の位置で切断して複数の圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、前記第１のウエハに振動子片と、該振動子片の一端に接続され該振動子片を囲む枠体とを一体に形成し、該枠体の両面に前記陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、前記第２のウエハまたは前記第３のウエハのいずれか一方に、前記接合面と前記非接合面とを貫通する外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、前記スルーホールの前記接合面側端部と位置合せされる前記第１のウエハの前記接合膜の一部に、前記スルーホールの前記接合面側端部の面積より小さい面積の無接合膜領域を形成し、前記陽極接合後に該無接合膜領域を分割するように切断する圧電振動子の製造方法とした。スルーホールは第２のウエハか第３のウエハのどちらかに形成すれば良い。また、スルーホールに関して、接合面から非接合面に貫通するというのは、穴加工が接合面側から非接合面側に向かって行われるということを意味するものではなく、構成として接合面から非接合面に貫通している穴であることを意味するものである。
【００２２】
また、本発明は、第１のウエハを中央にして、接合面と非接合面とを有する第２のウエハ及び第３のウエハの３枚のウエハを位置合せして重ね合わせ、互いに陽極接合し、所定の位置で切断して複数の圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、前記第１のウエハに振動子片と、該振動子片の一端に接続され該振動子片を囲む枠体とを一体に形成し、該枠体の両面に前記陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、前記第２のウエハまたは前記第３のウエハのいずれか一方に、前記接合面と前記非接合面とを貫通する外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、前記３枚のウエハを所定の位置で切断する際に、切断用の刃具の前記３枚のウエハに対するせん断力が、前記スルーホールが形成されているウエハ側から前記スルーホールが形成されていないウエハ側に向かって加わるように切断する圧電振動子の製造方法とした。
【００２３】
また、本発明は、第１のウエハを中央にして、接合面と非接合面とを有する第２のウエハ及び第３のウエハの３枚のウエハを位置合せして重ね合わせ、互いに陽極接合し、所定の位置で切断して複数の圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法であって、前記第１のウエハに振動子片と、該振動子片の一端に接続され該振動子片を囲む枠体とを一体に形成し、該枠体の両面に前記陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、前記第２のウエハまたは前記第３のウエハのいずれか一方に、前記接合面と前記非接合面とを貫通する外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、前記スルーホールの前記接合面側端部と位置合せされる前記第１のウエハの前記接合膜の一部に、前記スルーホールの前記接合面側端部の面積より小さい面積の無接合膜領域を形成し、前記陽極接合後に該無接合膜領域を分割するように、かつ、切断用の刃具の前記３枚のウエハに対するせん断力が、前記スルーホールが形成されているウエハ側から前記スルーホールが形成されていないウエハ側に向かって加わるように切断する圧電振動子の製造方法とした。
【００２４】
また、本発明では、前記無接合膜領域の中心を、各圧電振動子を分離する長辺方向及び短辺方向の切断線の略交点付近とし、前記無接合膜領域の形状を、互いに交わる２本の前記切断線それぞれに対して略対称とする圧電振動子の製造方法とした。
【００２５】
また、本発明では、前記無接合膜領域の形状を２つの矩形の組合せとし、かつ、２つの前記矩形の中心を一致させて、互いの長辺を略９０度の角度をなす形状とする圧電振動子の製造方法とした。
【００２６】
また、本発明では、２つの前記矩形のそれぞれの長辺寸法を共に前記スルーホールの底面の直径よりも短くし、かつ、２つの前記矩形のそれぞれの短辺寸法を、前記陽極接合後に使用される切断用の刃具の厚みよりも長い寸法とする圧電振動子の製造方法とした。
【００２７】
また、本発明では、２つの前記矩形のそれぞれの前記長辺寸法を共に略４００μｍよりも短くし、前記短辺寸法を共に略１５０μｍより長くする圧電振動子の製造方法とした。
【００２８】
さらに、本発明は、前記圧電振動子の製造方法により製造された圧電振動子であり、具体的には、振動子片と、前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に、無接合膜領域が形成されている圧電振動子とした。
【００２９】
また、本発明では、上述の製造方法により製造された圧電振動子を発振子として集積回路に接続してなる発振器とし、具体的には、前記圧電振動子が、振動子片と、前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に無接合膜領域が形成されている発振器とした。
【００３０】
さらにまた、本発明では、上述の製造方法により製造された圧電振動子を計時部に接続して用いる電子機器とし、具体的には、前記圧電振動子が、振動子片と、前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に無接合膜領域が形成されている電子機器とした。
【００３１】
そしてまた、本発明では、上述の製造方法により製造された圧電振動子をフィルター部に接続して用いる電波時計とし、具体的には、前記圧電振動子が、振動子片と、前記振動子片の一端と接続され該振動子片を囲むように一体に形成された枠体と、前記枠体に第１の接合膜を介して陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するリッドと、前記枠体に第２の接合膜を介して前記リッドとは反対側に陽極接合され、前記振動子片に対向する部位に凹部を有するとともに、コーナー部に外部電極が設けられたベースと、を有し、前記第２の接合膜の前記外部電極と当接する部位の一部に無接合膜領域が形成されている電波時計とした。
【発明の効果】
【００３２】
本発明においては、第１のウエハに振動子片と、該振動子片の一端に接続され該振動子片を囲む枠体とを一体に形成し、該枠体の両面に陽極接合のための接合膜を形成する振動子片枠体形成工程と、接合面と非接合面とを有する第２のウエハまたは接合面と非接合面とを有する第３のウエハのいずれか一方に、外部電極用のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、を有し、前記スルーホールの接合面側端部と位置合せされる前記第１のウエハの前記接合膜の一部に、スルーホールの接合面側端部の面積より小さい面積の無接合膜領域を形成し、前記陽極接合後に当該無接合膜領域を分割するように切断する圧電振動子の製造方法とした。これにより、スルーホールの接合面側端部の円内の接合膜と、この上に堆積されて外部電極膜の一部を形成するクロムと金の積層膜との十分な接触面積を確保しつつ、長辺方向と短辺方向の切断が交差する圧電振動子の４個所のコーナー部に無接合膜領域があるため接合膜の剥れがなくなる。従って、より環境雰囲気の厳しい条件でも接合膜の腐食が発生することを大幅に低減でき、この結果、より環境性能にすぐれた圧電振動子の提供が可能となる。
【００３３】
また、本発明においては、圧電振動子の製造方法において、ウエハ上の振動子を個々に切断分離するフルカット工程では、切断用の刃具の３枚のウエハに対するせん断力が、スルーホールが形成されているウエハ側からスルーホールが形成されていないウエハ側に向かって加わるように切断するため、ブレードの回転方向が接合膜の剥がれを抑制する方向となり、スルーホール内にある接合膜の剥がれを減少させることが可能である。従って、より環境雰囲気の厳しい条件でも接合膜の腐食が発生することを大幅に低減でき、この結果、より環境性能にすぐれた圧電振動子の提供が可能となる。
【００３４】
そして、前述したような、接合膜の一部に無接合膜領域を形成する製造方法と、３枚のウエハをフルカットする時のせん断力が、スルーホールが形成されているウエハ側からスルーホールが形成されていないウエハ側に向かって加わるように切断する製造方法との双方を取り入れることで、さらに耐環境性能にすぐれた圧電振動子を提供することが可能となる。そして、この製造方法により製造された圧電振動子は、厳しい環境においても、共振周波数や共振抵抗値の変動を十分抑制でき長期間に渡って高い耐環境性能を維持できる。
【００３５】
また、本発明においては、無接合膜領域の中心を、長辺方向及び短辺方向の切断線の略交点付近としたことで、スルーホールの中心と一致させた。また、無接合膜領域の外形形状は、前記２本の切断線に対して略対称とすることで、無接合膜領域に係る隣接した３ケの振動子も、無接合膜領域が略対称でかつ略同じ面積を持ち、振動子間でバラツキの少ない領域を配置することが可能となる。
【００３６】
さらに本発明においては、無接合膜領域の具体的な形状として、２つの矩形が十字型に組み合わされたものとした。２つの矩形の中心を一致させて、互いの長辺は略９０度の角度をなす形状とした。このようにしたことで、単純な形状で無接合膜領域を配置することが可能となり、マスクの形状設計が簡単で、プロセスのモニタリングにおいても寸法測定が容易となる。
【００３７】
さらにまた、本発明においては、前記２つの矩形のそれぞれの長辺寸法は、共にスルーホールの直径よりも短く設定することで、スルーホールの底面の円の外側には、無接合膜領域がないようにした。なおかつ、２つの矩形のそれぞれの短辺寸法は、共に陽極接合後に使用されるフルカット切断用に用いる刃具の厚みよりも長い寸法とした。これにより、刃具の厚みとの間に余裕のある取り代が設けられ、確実に無接合膜領域を配置できるようになる。
【００３８】
そしてまた、本発明においては、２つの矩形のそれぞれの長辺は、共に略４００μｍよりも短く、２つの矩形のそれぞれの短辺寸法は、共に略１５０μｍよりも長いものとした。これにより、圧電振動子の切断後の外形寸法は、長辺寸法が３．２ｍｍ以下で、短辺寸法が１．２ｍｍ以下を可能にする小型化が実現し、かつ耐環境性能にすぐれた音叉型圧電振動子の製作が可能となった。
【００３９】
また、本発明の圧電振動子の製造方法により製造された圧電振動子は、４個所のコーナーの角部は、接合膜が切断面部分にはなく、表面から内側に後退した領域に制限されている。従って、ダイシングブレードの回転ぶれやチッピングによる切断面への損傷の影響を受けにくく、厳しい環境条件においても振動子の共振周波数や共振抵抗値の変動を大幅に低減できる。
【００４０】
さらに、本発明では、上述の製造方法により製造された圧電振動子を、発振子として集積回路と接続した圧電発振器としたので、高温・多湿の厳しい環境下で長時間使用されても、圧電振動子の特性が変化しにくいため、発振器を高精度に維持することができる。
【００４１】
また、本発明では、上述の製造方法により製造された圧電振動子を、携帯電話をはじめとする電子機器の計時部に接続して用いる構成としたので、その電子機器が長時間厳しい環境で用いられても、圧電振動子の特性が変化しにくいので、電子機器の性能を長期間維持して使用することが可能である。
【００４２】
そしてまた、本発明では、上述の製造方法により製造された圧電振動子を、電波時計のフィルター部に接続して用いる構成としたので、その電波時計が長時間厳しい環境で用いられても、圧電振動子の特性が変化しにくい。従って、長期間に渡って、電波時計の性能を維持して使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に本発明に係る圧電振動子とその製造方法の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、本実施形態においては、第１のウエハを水晶、第２及び第３のウエハであるリッド及びベースのウエハをソーダライムガラスを用いた場合で説明するが、材料の選択は水晶とガラス以外の組合せも可能である。また、水晶ウエハの厚さは約１３０μｍ、ガラスウエハの厚さは４００μｍの場合のサンプル実験結果について述べるが、部材の厚さはこの数値に限定されないことは勿論である。また、耐環境試験に使用するサンプルの圧電振動子の外形寸法（耐腐食膜をコーティングする前の寸法）は、長辺が３．２ｍｍであり、短辺が１．２ｍｍの場合である。圧電振動子の小型化により、より小さい寸法を採用する場合は、後述するスルーホールの直径や無接合膜領域を形成する寸法は、当然小さくなる。
【００４４】
まず、背景技術の説明でも使用した基本的な製造工程のフローを示す図１０を参照して説明するが、リッドウエハ及びベースウエハの製造方法は、背景技術のところで説明した内容と同じであるので省略する。
【００４５】
図１０において、第１のウエハである水晶ウエハは、ランバード原石から所定の切断角度を持ってワイヤーソーで切断された後、ラップ及びポリシュ研磨加工が施される。表面の加工変質層をエッチングして除去し、洗浄して鏡面を持ったウエハに仕上げられる（ステップ１０）。
【００４６】
次工程である振動子片枠体形成工程のステップ１１につき、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明に係る圧電振動子の製造工程における振動子片枠体形成工程の詳細を示すフローチャートであり、（ａ）は、標準的な例（第１の実施例）を示し、（ｂ）は、特に接合膜の接合特性を向上させる例（第２の実施例）を示す。図２は、本発明に係る圧電振動子の製造工程において形成される接合膜の一部の無接合膜領域を説明する模式図である。
【００４７】
図１（ａ）において、マスクとなるクロムと金の薄膜がスパッタリング等で水晶ウエハ表面に堆積される（ステップ１１１）。次に、クロムと金の薄膜で振動子片の外形マスクパターンがフォトリソグライフィ等で形成される（ステップ１１２）。次に、フッ酸系の溶液で水晶がエッチングされ音叉型の振動子片の外形が形成される（ステップ１１３）。続いてマスクメタル剥離工程に移り、マスクとなった金属膜がすべて剥離される（ステップ１１４）。次に、振動子片の外形が形成された水晶ウエハの表面に、アルミニウム合金の薄膜が堆積される（ステップ１１５）。この薄膜は、振動子片の励振電極膜及び枠体上の接合膜として使用される。さらに、振動子片上と枠体となる領域に、それぞれ励振電極膜のパターン及び無接合膜領域を有する接合膜のパターンをフォトリソグラフィ等で形成する。具体的には、レジスト膜を形成した後に、振動子片上の励振電極パターンと枠体上の接合膜のパターンを持ったマスクによりレジスト膜が露光・現像される（ステップ１１６）。次に、酢酸、燐酸等から成るエッチング液でアルミニウム合金薄膜がエッチングされる。エッチング後、レジストが剥離される。これにより、振動子片上に励振電極パターンが形成され、また、振動子片の周囲に無接合膜領域を有する接合膜のパターンが形成され、枠体が形成される（ステップ１１７）。この後、音叉型の振動子片上に錘が蒸着される（ステップ１１８）。続いて、共振周波数の粗い調整が実施される（ステップ１１９）。
【００４８】
図２（ａ）は、上述の如くに形成された水晶ウエハ上の１つの振動子の４個所のコーナーの１つの接合膜のパターンを示す図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）で示したパターンにフルカットの場合の刃具（ダイシングブレード）による切断領域（斜線のハッチングのかかった領域）２２を合せて示した図である。
【００４９】
図２（ａ）、図２（ｂ）において円１６は、後工程で接合されるベースウエハに形成されたスルーホールの接合面側端部の円を示している。図２（ａ）で、十字型の領域１５が無接合膜領域であり、図２（ｂ）では、その中心が切断線１８、１９の交点２０に一致している。無接合膜領域は２つの矩形から構成され、１つの矩形はその長辺がＬ１で短辺はＳ１であり、もう１つの矩形は長辺がＬ２で短辺がＳ２であって、２つの矩形は、それぞれ切断線１８、１９に対称で、両者の矩形の中心は一致しており、長辺は互いに９０度の角度をなしている。図には示されていないが、矩形はその角部に面取りがあってもよい。
【００５０】
２つの矩形の長辺Ｌ１及びＬ２は、スルーホールの接合面側端部の円１６の直径Ｄの寸法より短い。かつ２つの矩形の短辺Ｓ１及びＳ２は、図２（ｂ）に示す様に、フルカットの切断軌跡の幅Ｗ（この幅は、フルカット用ブレードの厚みＴに略等しい）よりも長い。
【００５１】
スルーホールの接合面側端部の円１６の面積から、無接合膜領域の面積を差し引いた領域１４が、接合膜を有した領域となる。スルーホールの接合面側端部の円１６内とスルーホールの側面には、後述する様に、接合後に真空蒸着法やスパッタリングで、クロムと金の積層膜が形成されて外部電極になる。外部電極は圧電ウエハ上で、振動子の励振用電極に接続されているので、接合膜を有した領域１４は、その面積が広いほど直流抵抗値が小さく振動子として有利である。従って、フルカット用ブレードの軌跡に沿ってある程度の面積を除去して膜剥れを減少させる目的と、振動子の直流抵抗値を低く抑えるというもう１つの機能上の課題を勘案して、無接合膜領域１５の諸寸法を決定することになる。
【００５２】
圧電振動子の切断後の寸法は、先述の様に、長辺寸法が３．２ｍｍで、短辺寸法が１．２ｍｍとしたので、スルーホールの接合面側端部の円１６の直径は４５０μｍとし、フルカット用ダイシングブレードによって切断される幅Ｗは１５０μｍと設定した。フルカット用ダイシングブレードの厚みは、ウエハ上で取り個数を向上させる上では、薄いダイシングブレードの使用が候補となるが、本ワークのような脆性材料を接合したものに対しては、ダイシングブレードの剛性及び耐久性を考慮した選択が必要であり、１５０μｍの厚みのダイシングブレードを選択した。この時、無接合膜領域１５を成す２つの矩形は同寸法とし、その長辺Ｌ１を３００μｍ、短辺Ｌ２を２００μｍと設定した。短辺を２００μｍと設定したことで、フルカット用ダイシングブレードの切断幅Ｗ１５０μｍに対して片側２５μｍの空間的な余裕を設けた構成となり、フルカット時の切断位置の誤差を吸収できる。
【００５３】
尚、ここで長辺Ｌ１は、４００μｍより小さく設計することが望ましい。前述の様に、スルーホールの接合面側端部の円の直径は４５０μｍであるので、少なくとも片側２５μｍづつ計５０μｍの接合膜を外部電極接続用に確保する。このため無接合膜領域の矩形の長辺の長さを４００μｍより短く設定する。
【００５４】
圧電振動子の外形寸法をより小型にする場合は、スルーホール接合面側端部の円１６の直径もさらに小さなものになるので、矩形の長辺Ｌ１・短辺Ｌ２寸法もより小さな寸法を適用する。
【００５５】
図２（ａ）に示したパターンでは、無接合膜領域１５は２つの矩形を互いに９０度ずらして重ね合わせた十字形状としたが、無接合膜領域１５の形状は、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図２（ｅ）に示すように各種の形状が適用できる。図２（ｃ）は楕円の組合せを示し、図２（ｄ）は円や楕円等の単一の図形であり、図２（ｅ）は単一図形において多角形を示している。図示はしていないが、無接合膜領域１５の形状はこの他にも樽形図形の組合せ形状や鼓形図形の組合せ形状などでも良い。また、同形状の組合せではなく、矩形と楕円、多角形と樽形図形などといった異形状の組合せでも良い。このような無接合膜領域１５のパターンは、フォトリソグラフィ技術によって容易に形成することが可能であるから、既にフォトリソグラフィの設備を有し、フォトリソグラフィを実施している場合には、本発明を実施するにあたって大きな工程変更が必要ないため製造コストには殆ど影響しない。
【００５６】
次に、本発明に係る圧電振動子の製造工程における振動子片枠体形成工程の第２の実施例を説明する。図１（ｂ）は、接合膜表面の清浄性を考慮し、接合特性をより改善する意図を持って組まれたフローチャートであり、先述した図１（ａ）のフローチャートにおけるステップ１１６からステップ１１９に相当する工程を変更したものである。ステップ１１６以降の工程について、以下に簡潔に説明する。
【００５７】
ステップ１１５により、アルミニウム合金が堆積された水晶ウエハに、粗調用の励振電極膜が露光・現像される（ステップ１２０）。続いて、アルミニウム合金膜がエッチングされ、レジストが剥離される（ステップ１２１）。この時点では、振動子片上に粗調用の励振電極膜のパターンが形成されるのみで、接合膜のパターンは形成されていない。次に、錘金属膜が蒸着される（ステップ１２２）。この後、粗い周波数調整が行われる（ステップ１２３）。
【００５８】
周波数調整工程では、所定の範囲の周波数になるまで、錘金属膜をレーザーで蒸発させるために、蒸発した金属成分が、微量であるが接合領域になる部分に付着する場合がある。このため接合強度が低下する懸念がある。これを回避する目的で、振動子片上の励振電極膜を含めて、アルミニウム合金膜はすべて剥離される（ステップ１２４）。そして、新たにアルミニウム合金膜をステップ１１５で堆積させた条件と同一条件で堆積させる（ステップ１２５）。新たに堆積された清浄な膜で振動子片に励振電極膜のパターンが形成され、また、振動子片の周囲に、無接合膜領域を有する接合膜のパターンが形成され、枠体が形成される。具体的には、レジスト膜を形成した後に、振動子片上の励振電極パターンと枠体上の無接合膜領域を有する接合膜のパターンを持ったマスクによりレジスト膜が露光・現像される（ステップ１２６）。次に、アルミニウム合金薄膜がエッチングされる。エッチング後、レジストが剥離される。これにより、振動子片上に励振電極パターンが形成され、また、振動子片の周囲には、無接合膜領域を有し、かつ清浄な表面を持つ接合膜のパターンが形成され、枠体が形成される（ステップ１２７）。
【００５９】
再び、図１０に従って、製造工程のフローを説明する。ステップ１１で振動子片上の電極膜と接合膜のパターンが形成された水晶ウエハ４はアライメント工程に移り、リッドウエハ５及びベースウエハ６の中央に挟まれて、アライナにより位置合わせされる（ステップ４０）。
【００６０】
ここで、前記３枚の重ね合わせの状態を模式的に図４（ａ）に示す。水晶ウエハ４を中心にして、第１凹部９を備えたリッドウエハ５と、第２凹部１０とスルーホール１１を備えたベースウエハ６が位置合わせされる。リッドウエハ５の第１凹部９を形成した側が接合面側５ａとなる。同様にベースウエハ６の第２凹部１０を形成した側が接合面側６ａとなる。第１凹部９と第２凹部１０は対向して位置合わせされ、振動子の振動に伴う機械的変形を妨げないように構成されている。
【００６１】
重ねられた３枚のウエハは陽極接合冶具にセットされ、陽極接合が実施される。陽極接合では、所定の接合温度及び印加電圧を保ち、接合のエンドポイントを検出後に接合装置内で徐冷して常温に戻す（ステップ４１）。この工程により、各振動子片は上下のガラスと枠体の中で気密封止された状態になる。陽極接合で貼り合わされた状態で、ベースウエハの非接合面側６ｂに、ダイシングソー等により、予め定められている圧電振動子の個々の大きさに合致させた位置及び間隔（長辺方向ピッチはＰ１、短辺方向ピッチはＰ２）で、断面Ｖ字型の溝が形成される（ステップ４２）。続いて、ベースウエハの非接合面側６ｂに金属マスクが被覆され外部電極膜１２（図１２参照）を成す金属薄膜の層状パターンがスパッタリングあるいは蒸着法で形成される（ステップ４３）。この時、外部電極膜１２は、スルーホール１１（図１２参照）の側面だけでなく、図２（ａ）に示すスルーホールの接合面側端部の円１６内の領域全部にも堆積される。すなわち、外部電極膜１２は、無接合膜領域の表面にも堆積される。
【００６２】
次工程であるステップ４４の切断工程を、図３の本発明に係るフルカットの切断工程を示すフローチャートと、本発明に係るフルカットの切断工程を示す模式図である図４（ｂ）に従って説明する。
【００６３】
図３において、ステップ４３で外部電極膜が形成された後に、そのベースウエハ６の非接合面側６ｂにダイシングテープ３０が貼られる（ステップ４４１）。そして、リッドウエハ５を上にして図示しないダイシングソーのワークテーブルにセットされる（ステップ４４２）。そして、リッドウエハ５の非接合面側５ｂに断面Ｖ字型の溝が形成される（ステップ４４３）。このリッドウエハ５の断面Ｖ字型の溝は、ステップ４２で形成したベースウエハ６の溝と同一のピッチＰ１及びＰ２で、かつ、ベースウエハ６の溝に対応した位置に形成される。この段階で、リッドウエハ５及びベースウエハ６の両方の非接合面側５ｂ、６ｂに断面Ｖ字型の溝が対向して形成されたことになる。ここまでは、背景技術で図１１を参照して説明した切断工程と同様であるが、本発明では以降の工程を見直した。
【００６４】
本発明の切断工程では、続いて、ベースウエハ６に貼られていた前記ダイシングテープが剥離される（ステップ４４Ａ）。次に、リッドウエハ５の非接合面側５ｂにダイシングテープが貼られる（ステップ４４Ｂ）。続いて、ベースウエハ６を上にして図示しないダイシングソーのワークテーブルにセットされる（ステップ４４Ｃ）。
【００６５】
図４（ｂ）は、本発明に係るフルカットの切断工程を示す模式図であり、ステップ４４Ｃまで実施された後の切断中の状態とウエハの切断面を示す図である。図４（ｂ）では、第１凹部９及び第２凹部１０は省略されている。図４（ｂ）に想像線で示したフルカット用ダイシングブレード２１の厚みＴは、１５０μｍであり、所定の回転方向と回転数が設定される。ダイシングブレード２１はＸＹ方向（ウエハの面方向）には固定されており、ワークテーブルが所定の速度で平面上を移動する。矢印２５は、ワークテーブルの移動方向を示し、紙面ではワークであるウエハが左から右に送られる。フルカット用ダイシングブレード２１の切り込み深さ（Ｚ方向：ウエハの面に垂直な方向）は、ダイシングテープ３０の表面に軌跡を残す程度（約５μｍ）に設定され、長辺方向及び短辺方向ともテーブル送りをそれぞれ複数回繰り返すことで、ウエハは個々の圧電振動子に分離される（ステップ４４Ｄ）。
【００６６】
切断工程でのウエハのスルーホール１１以外の部分では、接合膜３ａ、３ｂが水晶ウエハ４とリッドウエハ５間及び水晶ウエハ４とベースウエハ６間で接合し、それぞれリッドウエハ５とベースウエハ６によって強固な機械的拘束を受けている。従って、フルカット用ダイシングブレード２１の回転方向２４によって、接合膜３ａ、３ｂが剥れることは極めて少ない。
【００６７】
一方、スルーホールの接合面側端部にあって、図２（ａ）に示される接合膜のある領域１４は、ベースウエハ側では、表面がクロムと金の外部電極膜１２に被覆されているだけで、機械的な拘束は弱い。しかし、フルカット用ダイシングブレード２１の回転方向２４により発生するせん断力は、接合膜３ｂを圧縮する方向であるから、接合膜３ｂとその表面を被覆する外部電極膜１２を水晶ウエハ４から引きはがす力とならない。すなわち、ウエハの切断をブレードなどの刃具を用いて行う場合、スルーホールが形成されているウエハ側からスルーホールが形成されていないウエハ側に向かって刃具のせん断力が加わるように切断することが望ましい。
【００６８】
ところで、この切断工程の従来の方法では、背景技術のところでも説明したように、図１２に示す如く、スルーホール１１が形成されているベースウエハ６を下にしてワークテーブルにセットしていた。仮に、スルーホール１１の接合面側端部に無接合膜領域が形成されていれば、当該部分での接合膜３ｂの剥れの可能性はない。しかし、スルーホール１１の接合面側端部で接合膜３ｂのある領域１４（図２（ａ）参照）の切断においては、フルカット用ダイシングブレード２１の回転方向２４によるせん断力が加わる方向と、接合膜３ｂ及びその表層のクロムと金の外部電極膜１２の剥れ方向とが一致するために、接合膜３ｂの剥れ現象が起きる可能性をもっている。
【００６９】
本実施形態では、ベースウエハ６を上にしてダイサーテーブルにセットすることで、このような膜剥れを防ぐものとしたが、スルーホール１１が形成されているベースウエハ６を下にしてもよい。例えば、ダイシングテープ３０をリッドウエハ５側に貼り、フルカット用ダイシングブレード２１の回転軸をウエハの下側として、フルカット用ダイシングブレード２１の上側部分で切断するようにできる。その他、ウエハを切断するための装置はさまざま考えられるが、いずれにせよ、スルーホールが形成されているウエハ側からスルーホールが形成されていないウエハ側に向かって刃具のせん断力が加わるように構成させることが好ましい。
【００７０】
図３に戻り、切断工程終了後、振動子はダイシングテープ３０上に接着したままの状態でテーブルから取り出され、ＵＶ照射後にダイシングテープ３０から分離される（ステップ４４Ｅ）。
【００７１】
この後、個々に切断された振動子は整列後に次工程に送られるが、次工程である周波数調整工程（ステップ４５）及び耐腐食膜のコーティング工程（ステップ４６）は、背景技術で説明した工程と同一であるので省略する。
【００７２】
次に、上記製造方法によって製造される圧電振動子について、図面を参照して説明する。図５は、上述の如く製造された音叉型圧電振動子の例を示す模式図である。ただし、耐腐食膜は省略して示してある。図５（ａ）は平面図であり、リッドを示している。接合面側に形成される凹部と振動子片を破線で示した。図５（ｂ）は正面図であり、図５（ａ）のＡＡ´断面を示している。
【００７３】
図５に示すように、音叉型圧電振動子は、枠体２の表裏に形成された接合膜３ａ、３ｂにより、リッド７及びベース８と接合されている。リッド７とベース８それぞれに形成された第１凹部９及び第２凹部１０によりなる空間は真空に気密封止され、振動子片１はこの空間内で機械的に所定の振動数で発振する。また、リッド７の４箇所の稜線部とベース８の４箇所の稜線部には、それぞれ面取り７ａ、８ａが形成され、衝撃等による欠けに強い外形形状となっている。図５（ｃ）は下面図でありベース８を示している。ベース８の４箇所のコーナーには、例えば発振回路などを接続するための外部接続部１３が備えられ、上下の１対の外部接続部１３同士は同極性の構成となっている。ただし外部電極膜は図示を省略した。図５（ｄ）は、外部接続部１３の１つを拡大して示した部分拡大図である（外部電極膜は図示省略）。本発明で導入された無接合膜領域は、フルカット工程で４分割される。矩形形状を直角に組み合わせた無接合膜領域の４分割の場合を符号２６で示す。また、スルーホール内にある接合膜の領域も４分割される。４分割された接合膜の領域を符号２７で示す。
【００７４】
表２は本発明の提案による製造方法に基づいて製造した圧電振動子のサンプルの環境試験結果である。ベースウエハのスルーホールの底部と位置合せされる接合膜の一部に、該スルーホールの接合面側端部の面積より小さい面積の無接合膜領域を形成し、かつウエハを切断する際に、スルーホールが形成されているウエハ側からスルーホールが形成されていないウエハ側に向かってせん断力が加わるように切断する方法により製造したサンプルである。
【００７５】
【表２】
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【００７６】
プレッシャークッカー試験（温度１２１℃、湿度１００％、試験時間２４時間）は、２気圧の環境雰囲気中に放置してサンプルの劣化を観察するものである。また、恒温恒湿試験１（温度６０℃、湿度９５％、試験時間２０００時間）は、携帯情報端末機器等の民生品用途に求められる耐湿性能である。また恒温恒湿試験２（温度８５℃、湿度８５％、試験時間２０００時間）は、車載用などの特に環境の厳しい用途に適用される耐湿試験である。これらの恒湿試験は通常１０００時間を規定の観察時間とするが、ここでは、倍の２０００時間まで確認した。各ロットにおける試験投入数はいずれの試験も３０個である。
【００７７】
本発明の製造方法による圧電振動子のテストサンプルにおいては、連続した５ロットにおいて、プレッシャークッカー試験及び恒温恒湿試験１で不良の発生が無く、かつ、恒温恒湿試験２においても不良の発生は認められなかった。このように、厳しい環境においても共振周波数及び共振抵抗値の変動が抑制されている。
【００７８】
背景技術のところでも説明したように、従来の製造方法によるサンプルでは、表１に示したように恒温恒湿試験２において、ロット１で２個の不良、ロット２で１個の不良が発生した。従って、表１と表２の試験結果の比較から、本発明を実施することによって耐環境性能の優れた圧電振動子が得られるという効果が証明された。
【００７９】
尚、上述した表２の試験結果は、前述した様に、接合膜の一部に無接合膜領域を設け、かつ、ウエハを切断する際に、スルーホールが形成されているウエハ側からスルーホールが形成されていないウエハの側に向かってせん断力が加わるように切断したサンプルを用いたものである。耐環境性能は、前記２つの発明をそれぞれ単独で実施した場合においても、それぞれ性能の向上を計ることが可能である。前記２つの発明を両方とも実施すれば、より大きな効果を得ることができる。
【００８０】
図６は、本発明の第３の実施例に係る音叉型水晶発振器の構成を示す概略模式図であり、上述した音叉型水晶振動子を利用した表面実装型圧電発振器の平面図を示している。
【００８１】
図６において、音叉型水晶振動子４１は、基板４２の所定の位置に設定され、符号４３で示される発振器用の集積回路が該水晶振動子に隣接されて設置されている。またコンデンサなどの電子部品４４も実装される。これらの各部品は、図示しない配線パターンで電気的に接続されている。音叉型水晶振動子４１の振動子片の機械的振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換されて集積回路４３に入力される。集積回路４３内では、信号処理が行われ、周波数信号が出力され発振器として機能する。これらの各構成部品は図示しない樹脂でモールドされている。集積回路４３として例えばＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を選択することにより、時計用単機能発振器の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻の制御をしたり、使用者に時刻やカレンダー情報を提供したりする機能を有する。
【００８２】
本発明の製造方法で製造した圧電振動子により発振器を構成したことで、その発振器が高温・多湿の厳しい環境下で長時間使用されても、圧電振動子の特性が変化しにくいため、発振器を高精度に維持することができる。
【００８３】
図７は、本発明の第４の実施例に係る電子機器のブロックダイアグラムを示す概略図である。本電子機器は、時計及び通信機器としての機能を有する腕時計型通信機器で、腕時計とほぼ同様な外観を有し、従来の携帯電話に比較して格段に小型・軽量化されたものである。
【００８４】
図７において、１０１は後述する各機能部に対して電力を供給する電源部であり、具体的にはリチウムイオン二次電池によって実現される。電源部１０１には後述する制御部１０２、計時部１０３、通信部１０４、電圧検出部１０５および表示部１０７が並列に接続され、各々の機能部に対して電源部１０１から電力が供給される。
【００８５】
制御部１０２は、後述する各機能部を制御して、音声データの送信や受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御をおこなう。制御部１０２は、具体的にはＲＯＭにあらかじめ書き込まれたプログラムと、当該プログラムを読み出して実行するＣＰＵ、および当該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等によって実現される。
【００８６】
計時部１０３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路、インターフェイス回路等を内蔵する集積回路及び図５で示した音叉型水晶振動子より構成される。音叉型水晶振動子の機械的な振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換され、トランジスタとコンデンサで形成される発振回路に入力される。発振回路の出力は２値化され、レジスタ回路とカウンタ回路により計数される。インターフェイス回路を介して制御部と信号の送受信が行われ、表示部１０７に、現在時刻や現在日付あるいはカレンダー情報が表示される。
【００８７】
通信部１０４は、従来技術の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、増幅部１０４ｃ、音声入出力部１０４ｄ、着信音発生部１０４ｅ、切替部１０４ｆ、呼制御メモリ部１０４ｇおよび電話番号入力部１０４ｈから構成される。
【００８８】
無線部１０４ａは、アンテナを介して基地局と音声データ等の各種データを送受信する。音声処理部１０４ｂは無線部１０４ａまたは後述する増幅部１０４ｃから入力した音声信号を符号化／復号化する。増幅部１０４ｃは音声処理部１０４ｂまたは後述する音声入出力部１０４ｄから入力した信号を所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１０４ｄは具体的にはスピーカおよびマイクロフォンであり、着信音や受話音声を拡声したり、話者音声を集音したりする。
【００８９】
また、着信音発生部１０４ｅ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１０４ｆは着信時に限って、音声処理部１０４ｂに接続されている増幅部１０４ｃを着信音発生部１０４ｅにつなぎかえることで、生成された着信音が増幅部１０４ｃを介して音声入出力部１０４ｄに出力されるようにする。
【００９０】
なお呼制御メモリ１０４ｇは、通信の発着呼制御にかかわるプログラムを格納する。また、電話番号入力部１０４ｈは、具体的には０から９の番号キーおよびその他の若干のキーからなり、通話先の電話番号等を入力する。
【００９１】
電圧検出部１０５は、電源部１０１により制御部１０２をはじめとする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当該電圧降下を検出して制御部１０２に通知する。この所定の電圧値は、通信部１０４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あらかじめ設定されている値であり、例えば３Ｖ程度の電圧である。電圧検出部１０５から電圧降下の通知を受けた制御部１０２は、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、切替部１０４ｆ、着信音発生部１０４ｅの動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１０４ａの動作停止は必須である。と同時に表示部１０７には、通信部１０４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。
【００９２】
電圧検出部１０５と制御部１０２の働きにより通信部１０４の動作を禁止し、更にその旨を表示部１０７へ表示する事が可能である。
【００９３】
本実施の形態として、通信部の機能に係る部分の電源を選択的に遮断可能な電源遮断部１０６を設ける事で、より完全な形で通信部の機能を停止させる事が出来る。
【００９４】
なお、通信部１０４が使用不能になった旨の表示は、文字メッセージによりおこなってもよいが、より直感的に、表示部１０７上の電話アイコンに×（バツ）印を付ける等の方法によってもよい。
【００９５】
本発明の製造方法にて製造した圧電振動子を電子機器に使用することにより、その電子機器が、高温・多湿の厳しい環境下で長時間使用されても、圧電振動子の特性が変化しにくいため、電子機器を高精度に維持することができる。
【００９６】
図８は、本発明の第５の実施例に係る電子機器としての電波時計の回路ブロックを示す概略図である。本発明による製造方法で製造した音叉型水晶振動子（圧電振動子）を電波時計のフィルター部に接続して用いた例である。
【００９７】
電波時計は、時刻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）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もしくは６０ＫＨzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表を反射しながら伝播する性質を併せ持つため、伝播範囲が広く、上記の２つの送信所で日本国内を全て網羅している。
【００９８】
図８において、アンテナ２０１は、前記４０ＫＨzもしくは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、前記４０ＫＨzもしくは６０ＫＨzの搬送波にAM変調をかけたものである。
【００９９】
受信された長波の標準電波は、アンプ２０２によって増幅され、続いて搬送周波数と同一の共振周波数を有する水晶振動子２０３、２０４を含むフィルター部２０５によって濾波、同調される。濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路２０６により検波復調される。続いて、波形成形回路２０７を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ２０８でカウントされる。ＣＰＵ２０８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、ＲＴＣ２０９に反映され、正確な時刻情報が表示される。
【０１００】
搬送波は、４０ＫＨzもしくは６０ＫＨzであるから、フィルター部を構成する水晶振動子２０３、２０４は、前述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。４０ＫＨzを例にとれば、音叉型振動子片の寸法例として全長が約２．８ｍｍ、基部の幅寸法が約０．５ｍｍの寸法で構成することが可能である。
【０１０１】
本発明による製造方法で製造された圧電振動子を電子機器、中でも特に電波時計のフィルター部に接続して用いる構成としたので、その電波時計が長時間厳しい環境雰囲気で用いられても圧電振動子の特性が変化しにくい。従って、電波時計のフィルター機能を長期に渡って高精度を維持して稼動させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る圧電振動子の製造工程における振動子片枠体形成工程の詳細を示すフローチャートであり、（ａ）は、標準的な例（第１の実施例）を示し、（ｂ）は、特に接合膜の接合特性を向上させる例（第２の実施例）を示す。
【図２】本発明に係る圧電振動子の製造工程において形成される接合膜の一部の無接合膜領域を説明する模式図であり、（ａ）は、スルーホールの接合面側端部における無接合膜領域と接合膜のある領域との関係を示す図、（ｂ）は、無接合膜領域とフルカット時の切断領域との関係を示す図、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、無接合膜領域の他の形状例を示す図である。
【図３】本発明に係る圧電振動子の製造工程における切断工程の詳細を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る圧電振動子の製造工程における3枚ウエハの重ね合わせを説明する模式図（a）と切断工程を説明する模式図（ｂ）である。
【図５】本発明に係る圧電振動子の例を示す模式図であり、（ａ）は上方から見た平面図、（ｂ）は正面から見たＡＡ’断面図、（ｃ）は下方から見た底面図、（ｄ）は外部接続部の部分拡大図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る音叉型水晶発振器の構成を示す概略模式図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る電子機器のブロックダイアグラムを示す概略図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る電波時計の回路ブロックを示す概略図である。
【図９】表面実装型圧電振動子の一例を示す分解斜視図である。
【図１０】表面実装型圧電振動子の製造工程を示す基本フローチャートである。
【図１１】表面実装型圧電振動子の製造工程における切断工程の従来のフローを詳細に示す図である。
【図１２】従来の圧電振動子の製造工程において実施される切断工程を示す模式図である。
【図１３】従来の圧電振動子の製造工程において接合されたウエハの一部を、スルーホールを有するベース側から見た模式図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  振動子片
２  枠体
３ａ  第１接合膜
３ｂ  第２接合膜
４  第１のウエハ（圧電体ウエハ）
５  第２のウエハ（リッドウエハ）
５ａ  第２のウエハの接合面側
５ｂ  第２のウエハの非接合面側
６  第３のウエハ（ベースウエハ）
６ａ  第３のウエハの接合面側
６ｂ  第３のウエハの非接合面側
７  リッド
７ａ  面取り
８  ベース
８ａ  面取り
９  第１凹部（リッド側凹部）
１０  第２凹部（ベース側凹部）
１１  スルーホール
１２  外部電極膜
１３  外部接続部
１４  スルーホールの接合面側端部の円の面積から、無接合膜領域の面積を差し引いた領域（接合膜を有した領域）
１５  スルーホールの接合面側端部の円内の無接合膜領域
１６  スルーホールの接合面側端部の円
１７  スルーホールの非接合面側端部の円
１８  長辺方向の切断線
１９  短辺方向の切断線
２０  切断線の交点
２１  フルカット用ダイシングブレード
２２  フルカットで切断される領域
２４  フルカット用ダイシングブレードの回転方向
２５  フルカット時の切断方向
２６  フルカットで４分割された無接合膜領域
２７  フルカットで４分割された接合膜の領域
３０  ダイシング用テープ
４１  音叉型水晶振動子（圧電振動子）
４２  基板
４３  集積回路
４４  電子部品
１０１  電源部
１０２  制御部
１０３  計時部
１０４  通信部
１０４ａ  無線部
１０４ｂ  音声処理部
１０４ｃ  増幅部
１０４ｄ  音声入力部
１０４ｅ  着信音発生部
１０４ｆ  切替部
１０４ｇ  呼制御メモリ部
１０４ｈ  電話番号入力部
１０５  電圧検出部
１０６  電源遮断部
１０７  表示部
２０１  アンテナ
２０２  アンプ
２０３、２０４  水晶振動子（圧電振動子）
２０５  フィルター部
２０６  検波、整流回路
２０７  波形整形回路
２０８  ＣＰＵ
２０９  ＲＴＣ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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