(57)【要約】【課題】パッケージの溶接工程において、雰囲気を大気圧より高い気圧にして、気密封止の歩留りを向上させることができる圧電デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】圧電デバイスの製造方法は、ベース基板３１と、蓋体３５と、エネルギービーム源と、エネルギービーム透過部と、を用意する工程と、前記蓋体３５を前記ベース基板３１の接合部に重ねて配置する工程と、前記ベース基板３１と前記蓋体３５とを溶接する工程と、を含み、前記ベース基板３１と蓋体３５とを溶接する工程では、前記蓋体３５が大気圧より気圧が高い雰囲気内に配置されていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子が搭載され、前記圧電素子の平面視で、前記圧電素子を囲むように接合部が配置されているベース基板、蓋体、エネルギービーム源、およびエネルギービーム透過部、を用意する工程と、
前記ベース基板と前記蓋体との間に前記圧電素子を収容するように、前記蓋体を前記接合部に重ねて配置する工程と、
前記蓋体の前記接合部と重なっている部分に、前記エネルギービーム透過部を透過したエネルギービームを照射して、前記ベース基板と前記蓋体とを溶接する工程と、を含み、
前記溶接する工程では、前記蓋体が大気圧より気圧が高い雰囲気内に配置されていることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記用意する工程では、前記エネルギービーム透過部が集光レンズ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の製造方法。
【請求項３】
前記溶接する工程では、前記蓋体が、前記エネルギービーム透過部を有するチャンバー内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記溶接する工程では、前記蓋体が、不活性ガスの雰囲気内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記溶接する工程では、前記蓋体がある雰囲気は、気圧が１０２ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記溶接する工程では、前記エネルギービームがレーザービームであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
蓋体のベース基板と重なっている部分にエネルギービームを照射して、前記ベース基板と前記蓋体とを溶接するパッケージの溶接装置であって、
前記エネルギービームを出射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービームが、前記蓋体に照射されるよりも前に透過するエネルギービーム透過部と、
前記蓋体を収容し、内部の気圧を大気圧より高くする加圧手段を有するチャンバーと、を備えていることを特徴とするパッケージの溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスの製造方法、パッケージの溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子デバイスを気密に封止するために、電子部品を搭載したパッケージのベースとリッドとの接合部にエネルギービーム（レーザービーム、電子ビーム）を照射して、ろう材を加熱溶融させて接合する封止方法が知られていた。このような封止方法において、特許文献１では、エネルギービームを照射する光学経路に集光レンズが配置されており、この集光レンズを通過させてエネルギービームの焦点位置を、ベースとリッドとの接合部に合わせるように調整することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８２９７７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、特許文献１に記載の封止方法では、エネルギービームが照射されることによって、蓋体（リッド）が溶融され、圧電素子（電子部品）が搭載されているベース基板（ベース）と、蓋体と、が溶接される際に、蓋体から発生するヒュームやアウトガスを形成する気体分子によって、ベース基板と蓋体とを収容して、大気圧より気圧の低い雰囲気、あるいは不活性ガス雰囲気を作り出すチャンバーに設けられているエネルギービーム透過部（集光レンズ、ガラス窓など）が汚染されていた。
【０００５】
そのため、エネルギービームを出射するエネルギービーム源がチャンバーの外部に存在している場合には、エネルギービーム源から出射されて、エネルギービーム透過部を透過して蓋体に照射されるエネルギービームの照射強度（パワー）が、エネルギービーム透過部が汚染されることによって、継時的に減衰してしまう。その結果、圧電デバイス（電子デバイス）の溶接品質がばらつき、製品の歩留りが低下してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る圧電デバイスの製造方法は、圧電素子が搭載され、前記圧電素子の平面視で、前記圧電素子を囲むように接合部が配置されているベース基板、蓋体、エネルギービーム源、およびエネルギービーム透過部、を用意する工程と、前記ベース基板と前記蓋体との間に前記圧電素子を収容するように、前記蓋体を前記接合部に重ねて配置する工程と、前記蓋体の前記接合部と重なっている部分に、前記エネルギービーム透過部を透過したエネルギービームを照射して、前記ベース基板と前記蓋体とを溶接する工程と、を含み、前記溶接する工程では、前記蓋体が大気圧より気圧が高い雰囲気内に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、ベース基板と蓋体とが、エネルギービームを照射されることによって溶接される工程において、蓋体が大気圧より気圧の高い雰囲気内に配置されているため、大気圧より気圧の低い、または大気圧の雰囲気内で溶接される場合と比較して、蓋体から発生するヒュームやアウトガスを形成する気体分子の飛散する距離が短くなる。これは、気体分子の飛散する距離、つまり平均自由工程が、圧力に反比例するという理論に基づいて、大気圧より気圧の低い雰囲気と比較して、大気圧より気圧の高い雰囲気においては、気体分子の飛散する距離が短くなるためである。
【０００９】
従って、気体分子がエネルギービーム透過部まで到達し付着する量を低減することができるため、エネルギービーム透過部が汚染され難くなる。その結果、エネルギービーム源から出射されて、エネルギービーム透過部を透過して、蓋体に照射されるエネルギービームの照射強度（パワー）が継時的に減衰してしまうことを低減できるので、圧電デバイスの溶接品質のばらつきを低減し、製品の歩留りが低下することを低減することが可能になる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記用意する工程では、前記エネルギービーム透過部が集光レンズであることを特徴とする。
【００１１】
本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、エネルギービームの焦点位置を、ベース基板と蓋体との接合部に合わせるように集光レンズで調整することが可能になる。また、焦点位置を接合部からベース基板と蓋体とが重なる方向に移動させることによって、エネルギービームの照射強度も調整することができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記溶接する工程では、前記蓋体が、前記エネルギービーム透過部を有するチャンバー内に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、チャンバーはエネルギービーム透過部を有していることから、チャンバーの外部に設けられているエネルギービーム源から出射されるエネルギービームを、エネルギービーム透過部を透過して、チャンバーの内部に載置されている蓋体に照射させることができる。
【００１４】
つまり、エネルギービーム源がチャンバーと独立していることから、溶接作業の途中でチャンバーの状態を維持しながら、エネルギービーム源を取り換えてエネルギービームの種類を変更したり、容易にメンテナンスをすることが可能になる。
【００１５】
［適用例４］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記溶接する工程では、前記蓋体が、不活性ガスの雰囲気内に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、蓋体の雰囲気が大気で溶接される場合と比較して、蓋体に付着する水分や酸素などの不純物の量を低減して溶接することが可能になるため、気体分子の発生する量を低減できる。従って、圧電デバイスの内部空間の汚染を低減することができる。その結果、パッケージに収容されている圧電素子が酸化によって特性が劣化することを低減できるので、信頼性の高い圧電デバイスを得ることが可能となる。
【００１７】
［適用例５］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記溶接する工程では、前記蓋体がある雰囲気は、気圧が１０２ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下の範囲内にあることを特徴とする。
【００１８】
本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、蓋体が、大気圧より気圧の高い雰囲気内、例えば、１０２ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下の範囲の雰囲気内、に配置されている。５００ｋＰａより高い気圧にするためには、その気圧に耐えられる高価な装置や配管が必要となる。そのため、大気圧より若干高いこの範囲の雰囲気にすることによって安価な装置で容易な配管で圧電デバイスを製造することが可能になる。
【００１９】
［適用例６］上記適用例に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記溶接する工程では、前記エネルギービームがレーザービームであることを特徴とする。
【００２０】
本適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、電子ビームなどと比較して、ビームの走査速度を速くすることができる。従って、ビームが照射されることによって蓋体が高温にさらされる時間を短縮できるため、パッケージが蓄熱の影響によって破損することを低減でき、信頼性の高い圧電デバイスを製造することができる。また、溶接に必要な加工時間を短縮できるので、製造コストを低減することが可能になる。
【００２１】
［適用例７］本適用例に係るパッケージの溶接装置は、蓋体のベース基板と重なっている部分にエネルギービームを照射して、前記ベース基板と前記蓋体とを溶接するパッケージの溶接装置であって、前記エネルギービームを出射するエネルギービーム源と、前記エネルギービームが、前記蓋体に照射されるよりも前に透過するエネルギービーム透過部と、前記蓋体を収容し、内部の気圧を大気圧より高くする加圧手段を有するチャンバーと、を備えていることを特徴とする。
【００２２】
本適用例のパッケージの溶接装置によれば、蓋体が大気圧より気圧の高い雰囲気内に配置されているため、エネルギービームが蓋体に照射される工程において、大気圧より気圧の低い雰囲気、または大気圧雰囲気内と比較して、蓋体から発生する気体分子の飛散する距離が短くなる。その結果、気体分子がエネルギービーム透過部まで到達し付着する量を低減することができるため、エネルギービーム透過部が汚染され難くなる。
【００２３】
従って、エネルギービーム源から出射されて、エネルギービーム透過部を透過して、蓋体に照射されるエネルギービームの照射強度（パワー）が継時的に減衰することを低減できるので、圧電デバイスの溶接品質のばらつきを低減し、製品の歩留りが低下することを低減できるパッケージの溶接装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造方法に用いるレーザー溶接装置の構成を示す概略図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の構造を示す断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャート。
【図５】本発明の第２実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２６】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子の製造方法に沿って、圧電デバイスのパッケージを封止する方法について説明する。
以下の図においては、同一または類似の構成要素には、同一または類似の参照符号を付して示す。説明の便宜上、ベース基板３１と蓋体３５とが重なる方向から見たときの平面視において、蓋体３５側の面を上面、ベース基板３１側の面を下面として説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造方法に用いるレーザー溶接装置の構成を示す概略図である。つまり、本実施形態の圧電デバイスの製造方法に用いるのに適したパッケージの溶接装置の構成を示している。
以下に、エネルギービームとしてのレーザービームを照射することによって水晶振動子のパッケージが封止されるパッケージの溶接装置について説明する。
【００２８】
＜パッケージの溶接装置＞
まず、図１を参照して、パッケージの溶接装置の一例として、水晶振動子２０のパッケージ３０を封止するのに適したレーザー溶接装置１０について説明する。
図１に示すように、レーザー溶接装置１０は、エネルギービーム源としてのレーザービーム源１１と、エネルギービーム透過部（以下、透過部と記す）１２を有するチャンバー１３と、加工ステージ１４と、加圧手段としてのコンプレッサー１７と、真空ポンプ１８と、を備えている。
【００２９】
つまり、レーザー溶接装置１０は、内部に水晶振動子２０のパッケージ３０が載置されているチャンバー１３に接続されている通気管１６ａを介して、チャンバー１３の内部空間１９の気圧を大気圧より高くすることができるコンプレッサー１７と、通気管１６ｂを介して、内部空間１９の気圧を大気圧より低くすることができる真空ポンプ１８と、を備えている。
【００３０】
このように、チャンバー１３は、内部空間１９の気圧を調整できるように密閉されているので、不活性ガスを充填するなどして雰囲気を変えつつ、大気圧より高くして溶接したい場合には加圧し、大気圧より低くして溶接したい場合には減圧するという選択をすることによって、水晶振動子２０の内部の気圧や雰囲気を自由に変えて、パッケージ３０を溶接することが可能になっている。
【００３１】
また、レーザービーム源１１は、ＹＡＧレーザーのようなパルス波でもよいが、本実施形態では、照射出力を低減しても信頼性の高いパッケージの溶接が可能な連続波のレーザービームを出射する半導体レーザー発振器を使用している。
【００３２】
本実施形態では、エネルギービームとしてレーザービームを選択することによって、電子ビームなどと比較して、ビームの走査速度を速くすることができる。その結果、ビームによって蓋体３５が加熱される時間を短縮できるため、蓄熱の影響によってパッケージ３０に破損が発生することを低減できる。従って、パッケージ３０を確実に封止することが可能であり、信頼性の高い水晶振動子２０を製造することができる。また、加工時間を短縮できるので、製造コストを低減することも可能になる。
【００３３】
透過部１２は、チャンバー１３の上面の一部に設けられており、チャンバー１３の外部の上面側から出射されるレーザービームＬをチャンバー１３内部に透過することができる。このことから、透過部１２の材料としては、レーザービームＬを透過する材料、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）から選択される少なくとも１種を含む材料で構成されるガラスやプラスチックなどを用いることができる。
【００３４】
チャンバー１３は、内部空間１９を一定の気圧で、一定の雰囲気に保てるように、変形しない部材、かつ、熱を加えてもガスの発生が少ない部材、例えば、鉄（Ｆｅ）、鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を用いることができる。
【００３５】
チャンバー１３は、透過部１２を有していることから、チャンバー１３の外部からレーザービームＬを透過部１２を透過して蓋体３５に照射することができる。従って、チャンバー１３の状態を変えることなく、レーザービームＬの種類を変更するためにレーザービーム源１１を交換したり、定期的なメンテナンスをしたりすることが可能になり、作業効率を向上させることができる。
【００３６】
＜レーザー封止＞
次に、レーザー封止の概要について説明する。図１に示すように、チャンバー１３の外部に設けられているレーザービーム源１１から出射されるレーザービームＬは、チャンバー１３に設けられている透過部１２を透過する。そして、チャンバー１３で密閉されている内部空間１９の加工ステージ１４に載置されている水晶振動子２０の蓋体３５に照射される。
【００３７】
レーザービームＬに照射されて加熱される蓋体３５から、接合部としてのシームリング３４に熱が伝わり加熱され、蓋体３５とシームリング３４が接合される。このようにして、ベース基板３１と蓋体３５とが溶接されて水晶振動子２０のパッケージ３０が封止される際に、蓋体３５からヒュームやアウトガスを形成する気体分子５０が発生する。
【００３８】
この時、チャンバー１３の内部空間１９が、大気圧、あるいは大気圧より気圧の低い雰囲気である場合には、気体分子５０がチャンバー１３の内部空間１９を長い距離飛散し、チャンバー１３の内部空間１９側から透過部１２に付着し汚染してしまう。
【００３９】
その結果、レーザービームＬが透過部１２を透過する際に、パッケージ３０を溶接する度に汚染される透過部１２に遮られることによって、レーザービームＬの照射強度（パワー）が継時的に減衰してしまう。
【００４０】
しかし、本実施形態の水晶振動子２０の製造方法によれば、蓋体３５が、大気圧より気圧の高い雰囲気内、例えば、チャンバー１３の内部空間１９の気圧が、１０２ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下の範囲の雰囲気内に配置されている。そのため、シームリング３４がレーザービームＬの照射により、加熱溶融される際に、蓋体３５から発生する気体分子５０が飛散する距離は、大気圧、または大気圧より気圧の低い雰囲気内で照射される場合と比較して短くなる。
【００４１】
これは、気体分子５０が飛散する距離、つまり平均自由工程が圧力に反比例するという理論に基づいて、大気圧より気圧の低い雰囲気と比較して、大気圧より気圧の高い雰囲気においては、気体分子５０の飛散する距離が短くなるためである。
【００４２】
その結果、気体分子５０が透過部１２に到達し付着する量を低減することができるため、透過部１２が汚染され難くなる。従って、レーザービーム源１１から出射されて、蓋体３５に照射されるレーザービームＬの照射強度（パワー）が、透過部１２を透過して継時的に減衰することを低減できるので、水晶振動子２０の封止工程における溶接品質のばらつきを低減し、製品の歩留りの低下を低減することが可能になる。
【００４３】
＜レーザービームの走査＞
図２は、本発明の第１実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図である。図２に示すように、走査軌跡７０は、蓋体３５の外周に沿って、蓋体３５の矩形の各辺に対応する４つの直線部７７と、その間の角部に対応する４つのコーナー部７８と、から構成されており、レーザービームＬを走査させてベース基板３１と溶接される蓋体３５上の位置を示している。
【００４４】
本実施形態では、或る直線部７７に設定した開始位置７１からレーザービームＬの走査を開始し、走査軌跡７０を左回りに一周して最初の直線部７７に戻り、開始位置７１を少し越えた終了位置７２まで走査させる。
【００４５】
レーザービームＬの走査方向の変更は、レーザー溶接装置１０の制御装置（図示せず）により、レーザービームＬをコーナー部７８において、走査方向の向きを蓋体３５の面内方向に９０度変化させることによって行う。また、走査軌跡７０は様々に設定することができ、蓋体３５のコーナー部７８から開始させたり終了させたりしてもよい。
【００４６】
さらに、レーザービームＬの走査は、走査軌跡７０に沿って複数回周回させるように設定することもでき、周回させる向きや順番を変更してもよい。
【００４７】
レーザービームＬの走査速度は事前に設定され、先述の制御装置、またはその制御装置に接続されているメモリー装置（図示せず）に記憶されている走査速度パターンに従って、走査軌跡７０の開始位置７１から終了位置７２まで制御される。
【００４８】
通常、走査速度は照射開始直後のわずかな時間に急加速され、照射終了直前のわずかな時間に急減速される。これら照射開始直後および終了直前のわずかな時間を除いて走査軌跡７０全体で、走査速度は一定ではなく、連続的に、または断続的に変化させるように設定してもよい。
【００４９】
＜水晶振動子＞
図３は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の構造を示す断面図であり、本実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子の内部構造を示している。
以下に、圧電デバイスとしての水晶振動子２０について図３を参照しながら説明する。
【００５０】
水晶振動子２０は、ベース基板３１、蓋体３５からなるパッケージ３０と、後述する水晶振動片６０と、を備えている。さらに、ベース基板３１は、中央に水晶振動片６０が搭載されている凹部３１ａを有する矩形の底板３２と、ベース基板３１の内側に形成され、蓋体３５側が開放されている内部空間２９と、底板３２の上面に積層され、水晶振動片６０を囲むように配置されている側壁３３と、その側壁３３の上面に積層されているシームリング３４などから構成されている。
【００５１】
ベース基板３１の平面視で、蓋体３５の下面の接合面３６側が、ベース基板３１のシームリング３４と重なるように密着した状態で蓋体３５が載置されている。言い換えれば、蓋体３５は、凹部３１ａの上部開口を閉じるように、接合面３６をベース基板３１のシームリング３４に対向させてシームリング３４の上面に載置されている。
【００５２】
この時、蓋体３５の外周部３７は、全周に亘りシームリング３４より小さく設定されている。そのため、ベース基板３１の平面視で、外周部３７とシームリング３４との間隔Ｗが、全周に亘り略一定となるように載置されている。また、蓋体３５の接合面３６には、シームリング３４と接合するために、例えばＡｇろうからなるろう材が設けられている。
【００５３】
ベース基板３１は、絶縁材料である酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートで成形され、成形後に焼結処理により形成されている。また、ベース基板３１は、ベース基板３１の底板３２の上面に設けられているパッド電極部３８と、底板３２の下面に設けられ、パッド電極部３８と電気的に接続している実装電極部３９と、を有している。
そして、内部空間２９には、圧電素子としての水晶振動片６０などが収容されており、パッド電極部３８に導電性接着剤６１を塗布して電気的に接続されて固定されている。
【００５４】
パッド電極部３８は、実装電極部３９を介して外部の実装基板と接続して、水晶振動片６０に駆動電圧を供給するために使用される電極である。パッド電極部３８および実装電極部３９は、例えば、タングステンメタライズ上にニッケル（Ｎｉ）めっき、および金（Ａｕ）めっきで形成されている。
【００５５】
導電性接着剤６１は、接合力を発揮する接着剤成分としてのエポキシ系合成樹脂剤に、銀（Ａｇ）、または銅（Ｃｕ）などの微細粒子（導電性フィラー）を含有させたものである。導電性接着剤６１は、合成樹脂剤がエポキシ系であることに限定されず、シリコーン系、ビスマレイミド系、ポリイミド系導電性接着剤などを利用することができ、微細粒子は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）以外の金属であってもよく、金（Ａｕ）スタッドバンプなどの金属製の突起電極でもよく、金（Ａｕ）の他に銅（Ｃｕ）、アルミ（Ａｌ）、はんだボールなど、他の導電性材料でもよい。
【００５６】
また、蓋体３５は、ベース基板３１との熱膨張率が近似し溶接の容易な材料を用いることが好ましく、例えば、ベース基板３１と同じセラミック材、または鉄（Ｆｅ）とコバルト（Ｃｏ）の合金であるコバール、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。ここではコバールを用いており、コバールの表面にニッケル（Ｎｉ）めっき（図示せず）を施している。
【００５７】
シームリング３４は、水晶振動片６０の平面視で、水晶振動片６０を囲むようにベース基板３１の上面に、予め接合され、蓋体３５をベース基板３１に溶接しやすくするための接合材であり、例えば、コバール材で形成されている。
蓋体３５およびシームリング３４を構成するコバールの融点は、約１４５０℃の高温であるから、蓋体３５とシームリング３４とが重なっている部分が局部的、かつ短時間で溶接されることが望ましい。
【００５８】
＜水晶振動片＞
次に、水晶振動子２０の内部空間２９に収容されている、圧電素子としての水晶振動片６０について説明する。
圧電素子の一例である水晶振動片６０は、圧電材料の一例としての水晶により形成されているＡＴカット水晶基板（圧電基板）が用いられている。水晶などの圧電材料は三方晶系に属し、互いに直交する結晶軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。
【００５９】
水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が水晶振動片６０として用いられる。例えば、ＡＴカット水晶基板の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸およびＺ軸もＸ軸の回りにθ回転させて、それぞれＹ’軸、およびＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板は直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。
【００６０】
ＡＴカット水晶基板は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸およびＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。このＡＴカット水晶基板を加工して、水晶振動片６０の圧電素子としての圧電基板を得ることができる。
【００６１】
すなわち、圧電基板は、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
【００６２】
なお、本実施形態に係る圧電素子は、前述のような角度θが略３５°１５′のＡＴカット水晶基板に限定されるものではなく、ＡＴカット振動片以外の種々の形態のもの、例えば音叉型振動片、ＳＣカット振動片、ＢＴカット振動片、ジャイロセンサー振動片であってもよい。
【００６３】
例えば、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸の回りに時計方向に、前記Ｘ軸をφ＝３°以上３０°以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、前記Ｘ’軸の回りに時計方向に前記Ｚ軸をψ＝３３°以上３６°以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する、いわゆるダブルローテーションカットの水晶基板を用いてもよい。この時、φ＝約２２°、ψ＝約３４°としたとき、ＳＣカット水晶基板となる。
【００６４】
本実施形態の水晶振動片６０は、前述のＡＴカット水晶基板が分割された矩形状の振動片が用いられている。振動片には表裏面に設けられた励振電極、他の電極と接続するための接続電極、励振電極と接続電極とを繋ぐ引き出し電極などの種々の電極（図示せず）が形成されている。
【００６５】
さらに、材質が水晶以外のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの他の圧電材料や、圧電材が巻装されているなどの構成を有するシリコンやゲルマニウムなどの非圧電材料などであってもよい。
【００６６】
＜水晶振動子の製造工程＞
次に、本発明の第１実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子２０の製造工程について、ベース基板３１と蓋体３５とを溶接する工程、つまりパッケージ３０の封止工程を中心に、フローチャートに沿って図１と図４を参照して、以下に説明する。
図４は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャートである。
【００６７】
［蓋体とベース基板とを用意する工程  ＳＴ１］
まず、蓋体３５と、水晶振動片６０を収容するようにシームリング３４が配置されているベース基板３１と、レーザービーム源１１と、透過部１２を有するチャンバー１３を備えているレーザー溶接装置１０と、を用意する。
【００６８】
ここでは、蓋体３５と、水晶振動片６０、およびシームリング３４を備えているベース基板３１と、を別々に製造して用意しておく。
【００６９】
［蓋体をベース基板に載置する工程  ＳＴ２］
ベース基板３１の平面視で、ベース基板３１のシームリング３４と蓋体３５とが重なるように、蓋体３５をベース基板３１のシームリング３４上面に載置する。
【００７０】
［蓋体とベース基板とを加圧する工程  ＳＴ３］
チャンバー１３内の加工ステージ１４に、蓋体３５とベース基板３１とを載置して、チャンバー１３の内部空間１９を、窒素（Ｎ2）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスで充填し、コンプレッサー１７を用いて、大気圧より気圧の高い雰囲気、例えば、１０２ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下に加圧する。
【００７１】
このように、チャンバー１３の内部空間１９を不活性ガスで充填し、大気圧より気圧の高い雰囲気にすることによって、蓋体３５に付着する水分や酸素などの不純物の量を低減して溶接することが可能になり、蓋体３５から発生する気体分子５０の量を低減することが可能になる。従って、水晶振動片６０が酸化によって特性が劣化することを低減できるので、信頼性の高い水晶振動子２０を得ることができる。
【００７２】
［蓋体とシームリングとを溶接する工程  ＳＴ４］
チャンバー１３の外部に設けられているレーザービーム源１１から出射したレーザービームＬを、チャンバー１３に設けられている透過部１２を透過させ、チャンバー１３で密閉されている内部空間１９の加工ステージ１４に載置されている水晶振動子２０の蓋体３５に照射し、蓋体３５とシームリング３４とを溶接する。
【００７３】
蓋体３５とシームリング３４とが、レーザービームＬが照射されることによって加熱され、溶融することで接合される。このようにして、水晶振動子２０の内部空間２９が外部と気密的に遮断され、水晶振動子２０のパッケージ３０が封止される。
以上の工程で、水晶振動子２０の製造工程が終了し、水晶振動子２０が完成する。
【００７４】
なお、エネルギービームは、レーザービームＬに限らず、電子ビームや他のレーザーなどを含むものも指す。
【００７５】
また、ＳＴ４では、透過部１２が、集光レンズであってもよい。透過部１２が集光レンズで構成されている場合には、レーザービームＬの焦点位置を、この集光レンズを用いて、ベース基板３１と蓋体３５とが重なっている部分に合わせるように調整することが可能になる。
【００７６】
また、焦点位置を、ベース基板３１と蓋体３５とが重なっている部分から、ベース基板３１と蓋体３５とが重なっている方向に移動させることによって、つまり、焦点位置を溶接される部分から遠ざけることによって、レーザービームＬの照射強度も調整することができる。
【００７７】
以上のことから、本実施形態の水晶振動子２０の製造方法によれば、蓋体３５が大気圧より気圧の高い雰囲気内に配置されているため、レーザービームＬが、ベース基板３１と蓋体３５とが重なっている部分に照射される際に、大気圧、または大気圧より低い雰囲気内で照射される場合と比較して、蓋体３５から発生する気体分子５０の飛散する距離を短くすることができる。
【００７８】
その結果、気体分子５０が透過部１２に到達し付着する量を低減することができるため、チャンバー１３に設けられている透過部１２が汚染され難くなる。従って、チャンバー１３の外部に設けられているレーザービーム源１１から出射されて、透過部１２を透過して、チャンバー１３の内部空間１９に載置されている蓋体３５に照射されるレーザービームＬの照射強度（パワー）が継時的に減衰することを低減できる。そのため、水晶振動子２０の溶接品質のばらつきを低減し、製品の歩留りが低下することを低減することが可能になる。
【００７９】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子の製造方法の一例として、水晶振動子の製造方法に沿って、水晶振動子２０のパッケージ３０を封止する方法について説明する。なお、第１実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８０】
＜レーザービームの走査＞
図５は、本発明の実施形態に係るレーザービームの走査軌跡を示す斜視図であり、図６は、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の製造工程を示すフローチャートである。
【００８１】
本実施形態では、第１実施形態で説明した溶接する工程を、第１溶接工程（ＳＴ４）、第２溶接工程（ＳＴ６）の２段階に分けて溶接することによって、蓋体３５に照射されるレーザービームＬの照射強度（パワー）が、透過部１２を透過して継時的に減衰することを低減しつつ、さらに水晶振動子２０の内部空間２９が大気圧より気圧の低い雰囲気（略真空）で封止されることを可能にする。
【００８２】
まず、不活性ガスが充填されている大気圧より気圧の高い雰囲気において、図５に示すように、或る直線部７７に設定されている第１の開始位置７３からレーザービームＬの走査を開始し、蓋体３５の外周を略一周するように最初の直線部７７に向かって、第１の開始位置７３の若干手前に位置する第１の終了位置７４まで走査する。この工程を第１溶接工程と呼ぶ。
【００８３】
次に、大気圧より気圧の低い雰囲気において、第１溶接工程でレーザービームＬを走査した走査軌跡７０と一部分が重なるように、第１の終了位置７４の若干手前に位置する第２の開始位置７５から走査を開始し、蓋体３５の外周に沿って、第１の開始位置７３を若干過ぎた第２の終了位置７６まで走査する。この工程を第２溶接工程と呼ぶ。つまり、第１溶接工程と第２溶接工程とを経ることによって水晶振動子２０の封止が完了する。
【００８４】
＜水晶振動子の製造工程＞
次に、本発明の実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子２０の製造方法について、ベース基板３１と蓋体３５とを溶接する工程、つまり封止工程を中心に、図５と図６を参照しながら、この溶接工程を２段階に分ける製造工程について、フローチャートに沿って以下に説明する。
【００８５】
第２実施形態においても、先述した第１実施形態の用意する工程（ＳＴ１）、載置する工程（ＳＴ２）、加圧する工程（ＳＴ３）については、同様であるため説明は省略する。
【００８６】
［ 蓋体とシームリングとを溶接する工程  第１溶接工程  ＳＴ４］
走査軌跡７０に沿ってレーザービームＬを照射し、蓋体３５の一部領域８０を残して、蓋体３５とシームリング３４とを互いに溶融して、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４とを溶接する。
【００８７】
この状態では、ベース基板３１の内部空間２９は溶接せずに残されている一部領域８０、つまり、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４との間を介して、チャンバー１３の内部空間１９と連通している状態である。
【００８８】
［ベース基板の内部空間を減圧する工程  ＳＴ５］
次に、チャンバー１３に接続されている真空ポンプ１８を使用して、ベース基板３１と蓋体３５とが配置されているチャンバー１３の内部空間１９の気圧を大気圧より低くなるように減圧する。
ここでは、第１溶接工程において、蓋体３５の一部領域８０を溶接せずに残して溶接したベース基板３１と蓋体３５とを、大気圧より気圧の低い雰囲気、例えば、１０Ｐａ程度の雰囲気内に配置する。
【００８９】
言い換えれば、ベース基板３１の内部空間２９の空気は、溶接せずに残されている一部領域８０、つまり、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４との間を介して、大気圧より気圧の低い雰囲気になっているチャンバー１３の内部空間１９側へ排出される。
【００９０】
このようにして、ベース基板３１の内部空間２９を、チャンバー１３の内部空間１９側と同じ気圧、つまり、大気圧より気圧の低い雰囲気となるように減圧する。なお、チャンバー１３の内部空間１９は、大気圧より気圧の低い雰囲気に限定することなく、不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）など）雰囲気にしてもよい。
【００９１】
［蓋体とシームリングとを溶接する工程  第２溶接工程  ＳＴ６］
次に、溶接せずに残されている一部領域８０へレーザービームＬを照射して、蓋体３５とベース基板３１のシームリング３４とを溶接する。蓋体３５とシームリング３４とが互いに溶融されて、蓋体３５とベース基板３１とが気密を確保して溶接される。
【００９２】
なお、この工程では、先述したように、ＳＴ４で走査した走査軌跡７０と一部分が重なるように、第２の開始位置７５から走査を開始し、蓋体３５の外周に沿って、第１の開始位置７３を若干過ぎた第２の終了位置７６まで走査する。
【００９３】
このように、レーザービームＬがシームリング３４に照射されて、シームリング３４が溶融されることによって、ベース基板３１と蓋体３５とが溶接されて、内部空間１９が外部と気密的に遮断され、水晶振動子２０のパッケージ３０が封止される。これで、水晶振動子２０の製造工程が終了し、内部空間２９の雰囲気が大気圧より気圧の低い雰囲気（略真空）になっている水晶振動子２０が完成する。
【００９４】
本実施形態では、図５に示すように、蓋体３５の一部領域８０を残して、残りの領域がベース基板３１と溶接されるようにしている。つまり、ＳＴ４において、部分的に溶接せずに残されている一部領域８０を形成する。
【００９５】
このような溶接せずに残されている一部領域８０は、図５に示すように１箇所でもよく、２箇所でも、それ以上でもよいが、あまり多いと、後の作業が煩雑になる。また、溶接せずに残されている一部領域８０は、パッケージ３０の内部空間２９と外部とを通気できる程度に小さくなっている。
【００９６】
ＳＴ６において、レーザービームＬによって溶接される部分は、ＳＴ４において、溶接せずに残されている一部領域８０であるため、蓋体３５が一段階で一周して溶接される場合と比較して、溶接される距離が短くなり、蓋体３５が加熱される時間を短縮できることから、気体分子５０が発生する量を低減することができる。
【００９７】
さらに、長時間加熱されて蓄積されている熱の影響によってパッケージ３０に破損が発生することを低減でき、ベース基板３１と蓋体３５とを確実に溶接することが可能となる。
【００９８】
以上のことから、水晶振動片６０は、内部空間２９の気圧が大気圧より低くなっており、大気圧で封止された場合と比較して、ＣＩ値が低く、消費電流を低減することが可能となる。従って、水晶振動子２０のタイミングデバイス機能の安定化に貢献し、信頼性の高い水晶振動子２０を得ることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０…レーザー溶接装置、１１…レーザービーム源、１２…透過部、１３…チャンバー、１４…加工ステージ、１６ａ…通気管、１６ｂ…通気管、１７…コンプレッサー、１８…真空ポンプ、１９…内部空間、２０…水晶振動子、２９…内部空間、３０…パッケージ、３１…ベース基板、３１ａ…凹部、３２…底板、３３…側壁、３４…シームリング、３５…蓋体、３６…接合面、３７…外周部、３８…パッド電極部、３９…実装電極部、５０…気体分子、６０…水晶振動片、６１…導電性接着剤、７０…走査軌跡、７１…開始位置、７２…終了位置、７３…第１の開始位置、７４…第１の終了位置、７５…第２の開始位置、７６…第２の終了位置、７７…直線部、７８…コーナー部、８０…一部領域、Ｌ…レーザービーム、Ｗ…間隔。
【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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