(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
キャビティ用の凹部が形成され、該凹部を前記ベース基板に対向させた状態で該ベース基板に接合されたリッド基板と、
前記凹部を利用して前記ベース基板と前記リッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納された状態で、ベース基板の上面に接合された圧電振動片と、
前記ベース基板の下面に形成された一対の外部電極と、
前記ベース基板を貫通した状態で、複数の金属微粒子及び複数の金属ビーズを含んだペーストの硬化により形成され、前記キャビティ内の気密を維持すると共に、前記一対の外部電極に対してそれぞれ電気的に接続された一対の貫通電極と、
前記ベース基板の上面に形成され、接合された前記圧電振動片に対して前記一対の貫通電極をそれぞれ電気的に接続させる引き回し電極と、を備え、
前記金属ビーズは、前記ペーストの焼成温度より融点が高いことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子において、
前記金属ビーズは、熱膨張係数が前記ベース基板と略等しいことを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電振動子において、
前記金属ビーズは、球状であることを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動子において、
前記ベース基板及び前記リッド基板は、前記凹部の周囲を囲むように両基板の間に形成された接合膜を介して陽極接合されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電振動子において、
前記圧電振動片は、導電性のバンプによりバンプ接合されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電振動子において、
前記金属微粒子は、非球形形状であることを特徴とする圧電振動子。
【請求項７】
互いに接合されたベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された圧電振動子を、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを利用して一度に複数製造する方法であって、
前記リッド基板用ウエハに、両ウエハが重ね合わされたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程と、
前記ベース基板用ウエハに、複数の金属微粒子及び複数の金属ビーズを含んだペーストを利用して、該ウエハを貫通する一対の貫通電極を複数形成する貫通電極形成工程と、
前記ベース基板用ウエハの上面に、前記一対の貫通電極に対してそれぞれ電気的に接続された引き回し電極を複数形成する引き回し電極形成工程と、
複数の前記圧電振動片を、前記引き回し電極を介して前記ベース基板用ウエハの上面に接合するマウント工程と、
前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを重ね合わせて、前記凹部と両ウエハとで囲まれる前記キャビティ内に圧電振動片を収納する重ね合わせ工程と、
前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを接合し、前記圧電振動片を前記キャビティ内に封止する接合工程と、
前記ベース基板用ウエハの下面に、前記一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極を複数形成する外部電極形成工程と、
接合された前記両ウエハを切断して、複数の前記圧電振動子に小片化する切断工程と、を備え、
前記貫通電極形成工程は、前記ベース基板用ウエハに該ウエハを貫通する一対の貫通孔を複数形成する貫通孔形成工程と、これら複数の貫通孔内に前記ペーストを埋め込んで該貫通孔を塞ぐ充填工程と、埋め込んだペーストを所定の温度で焼成して硬化させる焼成工程と、を備え、
前記金属ビーズとして、前記ペーストの焼成温度より融点が高い金属ビーズを用い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７に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記金属ビーズとして、熱膨張係数が前記ベース基板用ウエハと略等しい金属ビーズを用いることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記金属ビーズとして、球状の金属ビーズを用いることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記マウント工程前に、前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを重ね合わせたときに、前記凹部の周囲を囲む接合膜をベース基板用ウエハの上面に形成する接合膜形成工程を備え、
前記接合工程の際、前記接合膜を介して前記両ウエハを陽極接合することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記マウント工程の際、導電性のバンプを利用して前記圧電振動片をバンプ接合することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記充填工程の際、非球形形状の金属微粒子を含んだペーストを埋め込むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記充填工程の際、前記ペーストを脱泡処理した後に、該ペーストを前記貫通孔内に埋め込むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
【請求項１５】
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続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、接合された２枚の基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された表面実装型（ＳＭＤ）の圧電振動子、該圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法、圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その１つとして、表面実装型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子としては、一般的に圧電振動片が形成された圧電基板を、ベース基板とリッド基板とで上下から挟み込むように接合した３層構造タイプのものが知られている。この場合、圧電振動子は、ベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ（密閉室）内に収納されている。また、近年では、上述した３層構造タイプのものではなく、２層構造タイプのものも開発されている。
【０００３】
このタイプの圧電振動子は、ベース基板とリッド基板とが直接接合されることで２層構造になっており、両基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が収納されている。この２層構造タイプの圧電振動子は、３層構造のものに比べて薄型化を図ることができる等の点において優れており、好適に使用されている。このような２層構造タイプの圧電振動子の１つとして、ベース基板を貫通するように形成された導電部材を利用して、圧電振動片とベース基板に形成された外部電極とを導通させた圧電振動子が知られている（特許文献１及び特許文献２参照)。
【０００４】
この圧電振動子２００は、図２２及び図２３に示すように、接合膜２０７を介して互いに陽極接合されたベース基板２０１及びリッド基板２０２と、両基板２０１、２０２の間に形成されたキャビティＣ内に封止された圧電振動片２０３と、を備えている。圧電振動片２０３は、例えば音叉型の振動片であって、キャビティＣ内においてベース基板２０１の上面に導電性接着剤Ｅを介してマウントされている。
ベース基板２０１及びリッド基板２０２は、例えばセラミックやガラス等からなる絶縁基板である。両基板２０１、２０２のうちベース基板２０１には、該基板２０１を貫通するスルーホール２０４が形成されている。そして、このスルーホール２０４内には、該スルーホール２０４を塞ぐように導電部材２０５が埋め込まれている。この導電部材２０５は、ベース基板２０１の下面に形成された外部電極２０６に電気的に接続されていると共に、キャビティＣ内にマウントされている圧電振動片２０３に電気的に接続されている。
【特許文献１】特開２００２−１２４８４５号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した２層構造タイプの圧電振動子において、導電部材２０５は、スルーホール２０４を塞いでキャビティＣ内の気密を維持すると共に、圧電振動片２０３と外部電極２０６とを導通させるという２つの大きな役割を担っている。特に、スルーホール２０４との密着が不十分であると、キャビティＣ内の気密が損なわれてしまう恐れがあり、また、導電性接着剤Ｅ或いは外部電極２０６との接触が不十分であると、圧電振動片２０３の作動不良を招いてしまう。従って、このような不具合をなくす為にも、スルーホール２０４の内面に強固に密着した状態で該スルーホール２０４を完全に塞ぎ、しかも、表面に凹み等がない状態で導電部材２０５を形成する必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２には、導電部材２０５を導電ペースト（ＡｇペーストやＡｕ−Ｓｎペースト等）にて形成する点は記載されているものの、実際にどのように形成するか等の具体的な製造方法については何ら記載されていない。
一般的に導電ペーストを使用する場合には、焼成して硬化させる必要がある。つまり、スルーホール２０４内に導電ペーストを埋め込んだ後、焼成を行って硬化させる必要がある。ところが、焼成を行うと、導電ペーストに含まれる有機物が蒸発により消失してしまうので、通常、焼成後の体積が焼成前に比べて減少してしまう（例えば、導電ペーストとしてＡｇペーストを用いた場合には、体積が略２０％程度減少してしまう）。そのため、導電ペーストを利用して導電部材２０５を形成したとしても、表面に凹みが発生してしまったり、酷い場合には貫通孔が中心に開いてしまったりする恐れがある。
その結果、キャビティＣ内の気密が損なわれたり、圧電振動片２０３と外部電極２０６との導通性が損なわれたりする可能性があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、キャビティ内の気密を確実に維持すると共に、圧電振動片と外部電極との安定した導通性を確保した高品質な２層構造式表面実装型の圧電振動子を提供することである。また、該圧電振動子を、一度に効率良く製造する圧電振動子の製造方法、圧電振動子を有する発振器、電子機器、電波時計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る圧電振動子は、ベース基板と、キャビティ用の凹部が形成され、該凹部を前記ベース基板に対向させた状態で該ベース基板に接合されたリッド基板と、前記凹部を利用して前記ベース基板と前記リッド基板との間に形成されたキャビティ内に収納された状態で、ベース基板の上面に接合された圧電振動片と、前記ベース基板の下面に形成された一対の外部電極と、前記ベース基板を貫通した状態で、複数の金属微粒子及び複数の金属ビーズを含んだペーストの硬化により形成され、前記キャビティ内の気密を維持すると共に、前記一対の外部電極に対してそれぞれ電気的に接続された一対の貫通電極と、前記ベース基板の上面に形成され、接合された前記圧電振動片に対して前記一対の貫通電極をそれぞれ電気的に接続させる引き回し電極と、を備え、前記金属ビーズは、前記ペーストの焼成温度より融点が高いことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、互いに接合されたベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された圧電振動子を、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを利用して一度に複数製造する方法であって、前記リッド基板用ウエハに、両ウエハが重ね合わされたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程と、前記ベース基板用ウエハに、複数の金属微粒子及び複数の金属ビーズを含んだペーストを利用して、該ウエハを貫通する一対の貫通電極を複数形成する貫通電極形成工程と、前記ベース基板用ウエハの上面に、前記一対の貫通電極に対してそれぞれ電気的に接続された引き回し電極を複数形成する引き回し電極形成工程と、複数の前記圧電振動片を、前記引き回し電極を介して前記ベース基板用ウエハの上面に接合するマウント工程と、前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを重ね合わせて、前記凹部と両ウエハとで囲まれる前記キャビティ内に圧電振動片を収納する重ね合わせ工程と、前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを接合し、前記圧電振動片を前記キャビティ内に封止する接合工程と、前記ベース基板用ウエハの下面に、前記一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極を複数形成する外部電極形成工程と、接合された前記両ウエハを切断して、複数の前記圧電振動子に小片化する切断工程と、を備え、前記貫通電極形成工程は、前記ベース基板用ウエハに該ウエハを貫通する一対の貫通孔を複数形成する貫通孔形成工程と、これら複数の貫通孔内に前記ペーストを埋め込んで該貫通孔を塞ぐ充填工程と、埋め込んだペーストを所定の温度で焼成して硬化させる焼成工程と、を備え、前記金属ビーズとして、前記ペーストの焼成温度より融点が高い金属ビーズを用いることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明に係る圧電振動子及び圧電振動子の製造方法においては、まずリッド基板用ウエハに、キャビティ用の凹部を複数形成する凹部形成工程を行う。これら凹部は、後に両ウエハを重ね合わせた際に、キャビティとなる凹部である。
また、上記工程と同時或いは前後のタイミングで、ベース基板用ウエハに、複数の金属微粒子及び複数の金属ビーズを含んだペーストを利用して、一対の貫通電極を複数形成する貫通電極形成工程を行う。この際、後に両ウエハを重ね合わせたときに、リッド基板用ウエハに形成した凹部内に収まるように一対の貫通電極を複数形成する。また、金属ビーズとして、ペーストの焼成温度より融点が高い金属ビーズを用いる。
【００１１】
この貫通電極形成工程について、詳細に説明すると、まずベース基板用ウエハに該ウエハを貫通する一対の貫通孔を複数形成する貫通孔形成工程を行う。続いて、これら複数の貫通孔内にペーストを隙間なく埋め込んで該貫通孔を塞ぐ充填工程を行う。続いて、充填したペーストを所定の温度で焼成して硬化させる焼成工程を行う。これにより、貫通孔の内面にペーストが強固に固着した状態となる。
【００１２】
ところで、ペースト内には有機物が含まれており、該有機物は焼成することで蒸発してしまう。従って、ペーストを焼成すると、焼成前に比べて体積が減少してしまう。そのため、仮にペーストを貫通孔内に単に埋め込んだ後に焼成した場合には、ペーストの表面に大きな凹みが生じてしまう。
しかしながら、本発明では複数の金属ビーズが含まれたペーストを利用している。即ち、充填工程の後、貫通孔内にはペーストと共に金属ビーズも複数埋め込まれた状態となっている。よって、ペーストだけで貫通孔内を埋める場合と比べて、金属ビーズの分だけペーストの量を少なくすることができる。つまり、使用するペーストの量をできるだけ少なくすることができる。そのため、焼成工程によってペースト内の有機物が蒸発したとしても、ペーストの量そのものが従来より遥かに少ないので、ペーストの体積減少の影響は僅かである。加えて、金属ビーズの融点は、ペーストの焼成温度より高いため、焼成工程の際に金属ビーズが融解することはない。従って、焼成工程の前後で金属ビーズの体積が変化することはない。よって、焼成工程によって減少する体積は、僅かなペースト分だけであるので、ペーストの硬化後に現れる表面の凹みは無視できるほど小さい。従って、ベース基板用ウエハの表面と硬化したペーストの表面とが、ほぼ面一な状態となる。
【００１３】
また、焼成工程の際に硬化したペーストは、該ペーストに含まれる複数の金属微粒子が互いに接触し合うことで、貫通電極としての電気導通性が確保される。しかも、このペーストには、複数の金属ビーズも含まれている。従って、硬化したペーストは、金属微粒子同士の接触だけでなく、金属微粒子と金属ビーズとの接触及び金属ビーズ同士の接触によっても導通性を確保することができる。これにより、貫通電極は、より安定した電気導通性が確保されることになる。
この焼成工程を行うことで、貫通電極形成工程が終了する。
【００１４】
次に、ベース基板用ウエハの上面に導電性材料をパターニングして、各一対の貫通電極に対してそれぞれ電気的に接続された引き回し電極を複数形成する引き回し電極形成工程を行う。この際、後に両ウエハを重ね合わせたときに、リッド基板用ウエハに形成した凹部内に収まるように引き回し電極を形成する。
特に貫通電極は、上述したように、ベース基板用ウエハの上面に対してほぼ面一な状態となっている。そのため、ベース基板用ウエハの上面にパターニングされた引き回し電極は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極に対して密着した状態で接する。これにより、引き回し電極と貫通電極との導通性を確実なものにすることができる。
【００１５】
次に、複数の圧電振動片を、それぞれ引き回し電極を介してベース基板用ウエハの上面に接合するマウント工程を行う。これにより、接合された各圧電振動片は、引き回し電極を介して一対の貫通電極に対して導通した状態となる。マウント終了後、ベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを重ね合わせる重ね合わせ工程を行う。これにより、接合された複数の圧電振動片は、凹部と両ウエハとで囲まれるキャビティ内に収納された状態となる。
次に、重ね合わせた両ウエハを接合する接合工程を行う。これにより、両ウエハが強固に密着するので、圧電振動片をキャビティ内に封止することができる。この際、ベース基板用ウエハに形成された貫通孔は、貫通電極によって塞がれているので、キャビティ内の気密が貫通孔を通じて損なわれることがない。特に、貫通電極を構成するペーストは、貫通孔の内面に強固に密着しているので、キャビティ内の気密を確実に維持することができる。
【００１６】
次に、ベース基板用ウエハの下面に導電性材料をパターニングして、各一対の貫通電極にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極を複数形成する外部電極形成工程を行う。この場合も引き回し電極の形成時と同様に、ベース基板用ウエハの下面に対して貫通電極がほぼ面一な状態となっているので、パターニングされた外部電極は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極に対して密着した状態で接する。これにより、外部電極と貫通電極との導通性を確実なものにすることができる。この工程により、外部電極を利用して、キャビティ内に封止された圧電振動片を作動させることができる。
最後に、接合されたベース基板用ウエハ及びリッド基板用ウエハを切断して、複数の圧電振動子に小片化する切断工程を行う。
【００１７】
その結果、互いに接合されたベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が封止された２層構造式表面実装型の圧電振動子を一度に複数製造することができる。
特に、貫通電極は、導電性を有する金属微粒子及び金属ビーズをそれぞれ複数含んでいるため、安定した電気導通性が確保されている。更に、該貫通電極は、ベース基板に対してほぼ面一な状態で形成できるので、引き回し電極及び外部電極に対して確実に密着させることができる。その結果、圧電振動片と外部電極との安定した導通性を確保することができ、作動性能の信頼性を向上して、高品質化を図ることができる。また、キャビティ内の気密に関しても確実に維持することができるので、この点においても高品質化を図ることができる。加えて、ペーストを利用した簡単な方法で貫通電極を形成できるので、工程の簡素化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子において、前記金属ビーズは、熱膨張係数が前記ベース基板と略等しいことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記金属ビーズとして、熱膨張係数が前記ベース基板用ウエハと略等しい金属ビーズを用いることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係る圧電振動子及び圧電振動子の製造方法においては、ペーストに含まれる金属ビーズの熱膨張係数が、ベース基板用ウエハの該係数と略等しい。即ち、焼成工程の際に、ペースト内の金属ビーズとベース基板用ウエハとの膨張量が略等しくなる。これにより、ベース基板用ウエハにクラック等が発生することを防止でき、圧電振動子の高品質化を図ることが可能になる。
【００２１】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子において、前記金属ビーズは、球状であることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記金属ビーズとして、球状の金属ビーズを用いることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係る圧電振動子及び圧電振動子の製造方法においては、ペーストに含まれる金属ビーズが球状である。従って、金属ビーズ同士は、点接触で接触することになる。よって、金属ビーズ同士を接触させたとしても、金属ビーズの間に隙間を確保することができる。しかも、金属ビーズ同士は、線接触や面接触で接触することがないので、この隙間は金属ビーズにより密閉されることが無く、全ての隙間が連通した状態で形成される。そのため、貫通孔内に金属ビーズが可能な限り充填されていたとしても、金属ビーズ間に確保された隙間を利用することで、ベース基板の一面側から他面側の隅々までペーストを行き亘らせることが可能になる。従って、焼成工程の際に、ペーストを貫通孔の内面により強固に固着させることができる。つまり、貫通電極が貫通孔の内面により強固に固着されるため、圧電振動子の高品質化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子において、前記ベース基板及び前記リッド基板が、前記凹部の周囲を囲むように両基板の間に形成された接合膜を介して陽極接合されていることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記マウント工程前に、前記ベース基板用ウエハと前記リッド基板用ウエハとを重ね合わせたときに、前記凹部の周囲を囲む接合膜をベース基板用ウエハの上面に形成する接合膜形成工程を備え、前記接合工程の際、前記接合膜を介して前記両ウエハを陽極接合することを特徴とするものである。
【００２６】
この発明に係る圧電振動子及び圧電振動子の製造方法においては、接合膜を介してベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとを陽極接合できるので、両ウエハをより強固に接合してキャビティ内の気密性を高めることができる。従って、圧電振動片をさらに高精度に振動させることができ、さらなる高品質化を図ることができる。
【００２７】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子において、前記圧電振動片が、導電性のバンプによりバンプ接合されていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記マウント工程の際、導電性のバンプを利用して前記圧電振動片をバンプ接合することを特徴とするものである。
【００２９】
この発明に係る圧電振動子及び圧電振動子の製造方法においては、圧電振動片をバンプ接合するので、バンプの厚み分だけ圧電振動片をベース基板の上面から浮かすことができる。そのため、圧電振動片の振動に必要な最低限の振動ギャップを自然と確保することができる。よって、圧電振動子の作動性能の信頼性をさらに向上することができる。
【００３０】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動子において、前記金属微粒子が、非球形形状であることを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記充填工程の際、非球形形状の金属微粒子を含んだペーストを埋め込むことを特徴とするものである。
【００３２】
この発明に係る圧電振動子及び圧電振動子の製造方法においては、ペーストに含まれる金属微粒子が球形ではなく、非球形、例えば、細長い繊維状或いは断面星型状に形成されているので、互いに接触し合ったときに、点接触ではなく、線接触になり易い。よって、貫通電極の電気的な導通性をさらに高めることができる。
【００３３】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、上記本発明の圧電振動子の製造方法において、前記充填工程の際、前記ペーストを脱泡処理した後に、該ペーストを前記貫通孔内に埋め込むことを特徴とするものである。
【００３４】
この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、事前にペーストを脱泡処理するので、気泡等が極力含まれていないペーストを充填することができる。よって、焼成工程を行ったとしても、ペーストの体積減少をできるだけ抑えることができる。従って、焼成工程後のベース基板用ウエハの表面と硬化したペーストの表面とが、より面一な状態になる。これにより、圧電振動片と外部電極とのより安定した導通性を確保することができ、一層の高品質化を図ることができる。
【００３５】
また、本発明に係る発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００３６】
この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、キャビティ内の気密が確実で、作動の信頼性が向上した高品質な圧電振動子を備えているので、同様に作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る圧電振動子によれば、キャビティ内の気密を確実に維持することができると共に、圧電振動片と外部電極との安定した導通性を確保した高品質な２層構造式表面実装型の圧電振動子とすることができる。
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、上述した圧電振動子を一度に効率良く製造することができ、低コスト化を図ることができる。
また、本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図１７を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動子１は、図１から図４に示すように、ベース基板２とリッド基板３とで２層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティＣ内に圧電振動片４が収納された表面実装型の圧電振動子１である。
なお、図４においては、図面を見易くするために後述する励振電極１５、引き出し電極１９、２０、マウント電極１６、１７及び重り金属膜２１の図示を省略している。
【００３９】
圧電振動片４は、図５から図７に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
この圧電振動片４は、平行に配置された一対の振動腕部１０、１１と、該一対の振動腕部１０、１１の基端側を一体的に固定する基部１２と、一対の振動腕部１０、１１の外表面上に形成されて一対の振動腕部１０、１１を振動させる第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５と、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４に電気的に接続されたマウント電極１６、１７とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片４は、一対の振動腕部１０、１１の両主面上に、該振動腕部１０、１１の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部１８を備えている。この溝部１８は、振動腕部１０、１１の基端側から略中間付近まで形成されている。
【００４０】
第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５は、一対の振動腕部１０、１１を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部１０、１１の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図７に示すように、第１の励振電極１３が、一方の振動腕部１０の溝部１８上と他方の振動腕部１１の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１４が、一方の振動腕部１０の両側面上と他方の振動腕部１１の溝部１８上とに主に形成されている。
【００４１】
また、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、図５及び図６に示すように、基部１２の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９、２０を介してマウント電極１６、１７に電気的に接続されている。そして圧電振動片４は、このマウント電極１６、１７を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、上述した励振電極１５、マウント電極１６、１７及び引き出し電極１９、２０は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
【００４２】
また、一対の振動腕部１０、１１の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０、１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。
【００４３】
このように構成された圧電振動片４は、図３及び図４に示すように、金等のバンプＢを利用して、ベース基板２の上面にバンプ接合されている。より具体的には、ベース基板２の上面にパターニングされた引き回し電極３６、３７上に形成された２つのバンプＢ上に、一対のマウント電極１６、１７がそれぞれ接触した状態でバンプ接合されている。これにより、圧電振動片４は、ベース基板２の上面から浮いた状態で支持されると共に、マウント電極１６、１７と引き回し電極３６、３７とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。
【００４４】
上記リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、図１、図３及び図４に示すように、板状に形成されている。そして、ベース基板２が接合される接合面側には、圧電振動片４が収まる矩形状の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａは、両基板２、３が重ね合わされたときに、圧電振動片４を収容するキャビティＣとなるキャビティ用の凹部３ａである。そして、リッド基板３は、この凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態で該ベース基板２に対して陽極接合されている。
【００４５】
上記ベース基板２は、リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板であり、図１から図４に示すように、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで板状に形成されている。
このベース基板２には、該ベース基板２を貫通する一対のスルーホール（貫通孔）３０、３１が形成されている。この際、一対のスルーホール３０、３１は、キャビティＣ内に収まるように形成されている。より詳しく説明すると、本実施形態のスルーホール３０、３１は、マウントされた圧電振動片４の基部１２側に一方のスルーホール３０が位置し、振動腕部１０、１１の先端側に他方のスルーホール３１が位置するように形成されている。また、本実施形態では、ベース基板２の下面に向かって漸次径が２段階に分かれて縮径する断面テーパ状のスルーホールを例に挙げて説明するが、この場合に限られず、漸次径が連続的に縮径するスルーホールでもかまわないし、ベース基板２を真っ直ぐに貫通するスルーホールでも構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していれば良い。
【００４６】
そして、これら一対のスルーホール３０、３１には、該スルーホール３０、３１を埋めるように形成された一対の貫通電極３２、３３が形成されている。これら貫通電極３２、３３は、図３に示すように、複数の金属ビーズＰ１を含んだペーストＰの硬化によって形成されたものであり、スルーホール３０、３１を完全に塞いでキャビティＣ内の気密を維持していると共に、後述する外部電極３８、３９と引き回し電極３６、３７とを導通させる役割を担っている。なお、本実施形態においては、金属ビーズＰ１が球状の場合を例に挙げて説明する。更に、金属ビーズＰ１は、熱膨張係数がベース基板２と略等しいと共に、融点がペーストＰの焼成温度より高い金属（例えば、コバールやＦｅ−Ｎｉ等）で形成されている。また、金属ビーズＰ１は、直径が２０μｍ〜５０μｍ程度であること好ましい。
【００４７】
また、ペーストＰは、複数の金属ビーズＰ１と共に、図８に示すように、複数の金属微粒子Ｐ２を含んでいる。そして、貫通電極３２、３３は、ペーストＰに含まれる複数の金属ビーズＰ１及び複数の金属微粒子Ｐ２が互いに接触し合っていることで、電気導通性が確保されている。また、本実施形態の金属微粒子Ｐ２は、銅等により細長い繊維状（非球形形状）に形成されている場合を例に挙げて説明する。
【００４８】
ベース基板２の上面側（リッド基板３が接合される接合面側）には、図１から図４に示すように、導電性材料（例えば、アルミニウム）により、陽極接合用の接合膜３５と、一対の引き回し電極３６、３７とがパターニングされている。このうち接合膜３５は、リッド基板３に形成された凹部３ａの周囲を囲むようにベース基板２の周縁に沿って形成されている。
【００４９】
また、一対の引き回し電極３６、３７は、一対の貫通電極３２、３３のうち、一方の貫通電極３２と圧電振動片４の一方のマウント電極１６とを電気的に接続すると共に、他方の貫通電極３３と圧電振動片４の他方のマウント電極１７とを電気的に接続するようにパターニングされている。より詳しく説明すると、一方の引き回し電極３６は、圧電振動片４の基部１２の真下に位置するように一方の貫通電極３２の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極３７は、一方の引き回し電極３６に隣接した位置から、振動腕部１０、１１に沿って該振動腕部１０、１１の先端側に引き回しされた後、他方の貫通電極３３の真上に位置するように形成されている。
そして、これら一対の引き回し電極３６、３７上にそれぞれバンプＢが形成されており、該バンプＢを利用して圧電振動片４がマウントされている。これにより、圧電振動片４の一方のマウント電極１６が、一方の引き回し電極３６を介して一方の貫通電極３２に導通し、他方のマウント電極１７が、他方の引き回し電極３７を介して他方の貫通電極３３に導通するようになっている。
【００５０】
また、ベース基板２の下面には、図１、図３及び図４に示すように、一対の貫通電極３２、３３に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極３８、３９が形成されている。つまり、一方の外部電極３８は、一方の貫通電極３２及び一方の引き回し電極３６を介して圧電振動片４の第１の励振電極１３に電気的に接続されている。また、他方の外部電極３９は、他方の貫通電極３３及び他方の引き回し電極３７を介して、圧電振動片４の第２の励振電極１４に電気的に接続されている。
【００５１】
このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、ベース基板２に形成された外部電極３８、３９に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片４の第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４からなる励振電極１５に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０、１１を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０、１１の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。
【００５２】
次に、上述した圧電振動子１を、図９に示すフローチャートを参照しながら、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とを利用して一度に複数製造する製造方法について以下に説明する。
【００５３】
初めに、圧電振動片作製工程を行って図５から図７に示す圧電振動片４を作製する（Ｓ１０）。具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハとする。続いて、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハとする。続いて、ウエハに洗浄等の適切な処理を施した後、該ウエハをフォトリソグラフィ技術によって圧電振動片４の外形形状でパターニングすると共に、金属膜の成膜及びパターニングを行って、励振電極１５、引き出し電極１９、２０、マウント電極１６、１７、重り金属膜２１を形成する。これにより、複数の圧電振動片４を作製することができる。
【００５４】
また、圧電振動片４を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、マウント後に行う。これについては、後に説明する。
【００５５】
次に、後にリッド基板３となるリッド基板用ウエハ５０を、陽極接合を行う直前の状態まで作製する第１のウエハ作製工程を行う（Ｓ２０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚みまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のリッド基板用ウエハ５０を形成する（Ｓ２１）。次いで、図１０に示すように、リッド基板用ウエハ５０の接合面に、エッチング等により行列方向にキャビティ用の凹部３ａを複数形成する凹部形成工程を行う（Ｓ２２）。この時点で、第１のウエハ作製工程が終了する。
【００５６】
次に、上記工程と同時或いは前後のタイミングで、後にベース基板２となるベース基板用ウエハ４０を、陽極接合を行う直前の状態まで作製する第２のウエハ作製工程を行う（Ｓ３０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚みまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のベース基板用ウエハ４０を形成する（Ｓ３１）。次いで、ベース基板用ウエハ４０に、複数の金属微粒子Ｐ２及び複数の金属ビーズＰ１を含んだペーストＰを利用して、一対の貫通電極３２、３３を複数形成する貫通電極形成工程を行う（Ｓ３０Ａ）。ここで、この貫通電極形成工程について、詳細に説明する。
【００５７】
まず、図１１に示すように、ベース基板用ウエハ４０に該ウエハ４０を貫通する一対のスルーホール３０、３１を複数形成する貫通孔形成工程（Ｓ３２）を行う。なお、図１１に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。この工程を行う際、ベース基板用ウエハ４０の上面側から、例えばプレス加工等により行う。これにより、図１２に示すように、ベース基板用ウエハ４０の下面に向かって漸次径が２段階に分かれて縮径する断面テーパ状のスルーホール３０、３１を形成することができる。また、後に両ウエハ４０、５０を重ね合わせたときに、リッド基板用ウエハ５０に形成された凹部３ａ内に収まるように一対のスルーホール３０、３１を複数形成する。しかも、一方のスルーホール３０が圧電振動片４の基部１２側に位置し、他方のスルーホール３１が振動腕部１０、１１の先端側に位置するように形成する。
なお、貫通孔形成工程では、加工方法としてサンドブラスト法等を用いて、漸次径が連続的に縮径するスルーホールを形成しても構わないし、ベース基板用ウエハ４０を真っ直ぐに貫通するスルーホールを形成しても構わない。
【００５８】
続いて、図１３に示すように、これら複数のスルーホール３０、３１内にペーストを隙間なく埋め込んで該スルーホール３０、３１を塞ぐ充填工程を行う（Ｓ３３）。なお、図１３及び図１４では、金属微粒子Ｐ２の図示を省略している。続いて、充填したペーストＰを所定の温度（例えば、４００℃〜５００℃）で焼成して硬化させる焼成工程を行う（Ｓ３４）。これにより、スルーホール３０、３１の内面にペーストＰが強固に固着した状態となる。
【００５９】
ところで、ペーストＰ内には有機物が含まれており、該有機物は焼成することで蒸発してしまう。従って、ペーストＰを焼成すると、焼成前に比べて体積が減少してしまう。そのため、仮に金属ビーズＰ１が含まれていない単なるペーストＰをスルーホール３０、３１内に埋め込んだ後に焼成した場合には、ペーストＰの表面に、大きな凹みが生じてしまう。
しかしながら、本実施形態では複数の金属ビーズＰ１が含まれたペーストＰを利用している。即ち、充填工程の後、スルーホール３０、３１内にはペーストＰと共に金属ビーズＰ１も複数埋め込まれた状態となっている。よって、ペーストＰだけでスルーホール３０、３１内を埋める場合と比べて、金属ビーズＰ１の分だけペーストＰの量を少なくすることができる。つまり、使用するペーストＰの量をできるだけ少なくすることができる。そのため、焼成工程によってペーストＰ内の有機物が蒸発したとしても、ペーストＰの量そのものが従来より遥かに少ないので、ペーストＰの体積減少の影響は僅かである。加えて、金属ビーズＰ１の融点は、ペーストＰの焼成温度より高いため、焼成工程の際に金属ビーズＰ１が融解することはない。従って、焼成工程の前後で金属ビーズＰ１の体積が変化することはない。よって、焼成工程によって減少する体積は、僅かなペーストＰ分だけであるので、図１４に示すように、ペーストＰの硬化後に現れる表面の凹みは無視できるほど小さい。従って、ベース基板用ウエハ４０の表面と硬化したペーストＰの表面とが、ほぼ面一な状態となる。
【００６０】
また、焼成工程の際に硬化したペーストＰは、該ペーストＰに含まれる複数の金属微粒子Ｐ２が互いに接触し合うことで、貫通電極３２、３３としての電気導通性が確保される。しかも、このペーストＰには、複数の金属ビーズＰ１も含まれている。従って、硬化したペーストＰは、金属微粒子Ｐ２同士の接触だけでなく、金属微粒子Ｐ２と金属ビーズＰ１との接触及び金属ビーズＰ１同士の接触によっても導通性を確保することができる。これにより、貫通電極３２、３３は、より安定した電気導通性が確保されることになる。
この焼成工程を行うことで、貫通電極形成工程が終了する。
【００６１】
次に、ベース基板用ウエハ４０の上面に導電性材料をパターニングして、図１５及び図１６に示すように、接合膜３５を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３５）と共に、各一対の貫通電極３２、３３にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極３６、３７を複数形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３６）。なお、図１５及び図１６に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。
特に、貫通電極３２、３３は上述したように、ベース基板用ウエハ４０の上面に対してほぼ面一な状態となっている。そのため、ベース基板用ウエハ４０の上面にパターニングされた引き回し電極３６、３７は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極３２、３３に対して密着した状態で接する。これにより、一方の引き回し電極３６と一方の貫通電極３２との導通性、並びに、他方の引き回し電極３７と他方の貫通電極３３との導通性を確実なものにすることができる。この時点で第２のウエハ作製工程が終了する。
【００６２】
ところで、図９では、接合膜形成工程（Ｓ３５）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３６）を行う工程順序としているが、これとは逆に、引き回し電極形成工程（Ｓ３６）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３５）を行っても構わないし、両工程を同時に行っても構わない。いずれの工程順序であっても、同一の作用効果を奏することができる。よって、必要に応じて適宜、工程順序を変更して構わない。
【００６３】
次に、作製した複数の圧電振動片４を、それぞれ引き回し電極３６、３７を介してベース基板用ウエハ４０の上面に接合するマウント工程を行う（Ｓ４０）。まず、一対の引き回し電極３６、３７上にそれぞれ金等のバンプＢを形成する。そして、圧電振動片４の基部１２をバンプＢ上に載置した後、バンプＢを所定温度に加熱しながら圧電振動片４をバンプＢに押し付ける。これにより、圧電振動片４は、バンプＢに機械的に支持されると共に、マウント電極１６、１７と引き回し電極３６、３７とが電気的に接続された状態となる。よって、この時点で圧電振動片４の一対の励振電極１５は、一対の貫通電極３２、３３に対してそれぞれ導通した状態となる。
特に、圧電振動片４は、バンプ接合されるので、ベース基板用ウエハ４０の上面から浮いた状態で支持される。
【００６４】
圧電振動片４のマウントが終了した後、ベース基板用ウエハ４０に対してリッド基板用ウエハ５０を重ね合わせる重ね合わせ工程を行う（Ｓ５０）。具体的には、図示しない基準マーク等を指標としながら、両ウエハ４０、５０を正しい位置にアライメントする。これにより、マウントされた圧電振動片４が、ベース基板用ウエハ４０に形成された凹部３ａと両ウエハ４０、５０とで囲まれるキャビティＣ内に収容された状態となる。
【００６５】
重ね合わせ工程後、重ね合わせた２枚のウエハ４０、５０を図示しない陽極接合装置に入れ、所定の温度雰囲気で所定の電圧を印加して陽極接合する接合工程を行う（Ｓ６０）。具体的には、接合膜３５とリッド基板用ウエハ５０との間に所定の電圧を印加する。すると、接合膜３５とリッド基板用ウエハ５０との界面に電気化学的な反応が生じ、両者がそれぞれ強固に密着して陽極接合される。これにより、圧電振動片４をキャビティＣ内に封止することができ、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とが接合した図１７に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図１７においては、図面を見易くするために、ウエハ体６０を分解した状態を図示しており、ベース基板用ウエハ４０から接合膜３５の図示を省略している。また、図１７に示す点線Ｍは、後に行う切断工程で切断する切断線を図示している。
ところで、陽極接合を行う際、ベース基板用ウエハ４０に形成されたスルーホール３０、３１は、貫通電極３２、３３によって完全に塞がれているので、キャビティＣ内の気密がスルーホール３０、３１を通じて損なわれることがない。特に、貫通電極３２、３３を構成するペーストＰは、スルーホール３０、３１の内面に強固に密着しているので、キャビティＣ内の気密を確実に維持することができる。
【００６６】
そして、上述した陽極接合が終了した後、ベース基板用ウエハ４０の下面に導電性材料をパターニングして、一対の貫通電極３２、３３にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極３８、３９を複数形成する外部電極形成工程を行う（Ｓ７０）。この工程により、外部電極３８、３９を利用してキャビティＣ内に封止された圧電振動片４を作動させることができる。
特に、この工程を行う場合も引き回し電極３６、３７の形成時と同様に、ベース基板用ウエハ４０の下面に対して貫通電極３２、３３がほぼ面一な状態となっているので、パターニングされた外部電極３８、３９は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極３２、３３に対して密着した状態で接する。これにより、外部電極３８、３９と貫通電極３２、３３との導通性を確実なものにすることができる。
【００６７】
次に、ウエハ体６０の状態で、キャビティＣ内に封止された個々の圧電振動子１の周波数を微調整して所定の範囲内に収める微調工程を行う（Ｓ８０）。具体的に説明すると、ベース基板用ウエハ４０の下面に形成された一対の外部電極３８、３９に電圧を印加して圧電振動片４を振動させる。そして、周波数を計測しながらリッド基板用ウエハ５０を通して外部からレーザ光を照射し、重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部１０、１１の先端側の重量が変化するので、圧電振動片４の周波数を、公称周波数の所定範囲内に収まるように微調整することができる。
【００６８】
周波数の微調が終了後、接合されたウエハ体６０を図１７に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する切断工程を行う（Ｓ９０）。その結果、互いに接合されたベース基板２とリッド基板３との間に形成されたキャビティＣ内に圧電振動片４が封止された、図１に示す２層構造式表面実装型の圧電振動子１を一度に複数製造することができる。
なお、切断工程（Ｓ９０）を行って個々の圧電振動子１に小片化した後に、微調工程（Ｓ８０）を行う工程順序でも構わない。但し、上述したように、微調工程（Ｓ８０）を先に行うことで、ウエハ体６０の状態で微調を行うことができるので、複数の圧電振動子１をより効率よく微調することができる。よって、スループットの向上化を図ることができるので好ましい。
【００６９】
その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ１００）。即ち、圧電振動片４の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子１の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。これをもって圧電振動子１の製造が終了する。
【００７０】
特に、本実施形態の圧電振動子１においては、貫通電極３２、３３は、導電性を有する金属微粒子Ｐ２及び金属ビーズＰ１をそれぞれ複数含んでいるため、安定した電気導通性が確保されている。更に、該貫通電極３２、３３は、ベース基板２に対してほぼ面一な状態で貫通電極３２、３３を形成できるので、引き回し電極３６、３７及び外部電極３８、３９に対して確実に密着させることができる。その結果、圧電振動片４と外部電極３８、３９との安定した導通性を確保することができ、作動性能の信頼性を向上して高性能化を図ることができる。また、キャビティＣ内の気密に関しても確実に維持することができるので、この点においても高品質化を図ることができる。加えて、ペーストＰを利用した簡単な方法で貫通電極３２、３３を形成できるので、工程の簡素化を図ることができる。加えて、本実施形態の製造方法によれば、上記圧電振動子１を一度に複数製造することができるので、低コスト化を図ることができる。
【００７１】
また、本実施形態のペーストＰに含まれる金属ビーズＰ１の熱膨張係数は、ベース基板用ウエハ４０の該係数と略等しい。
ところで、焼成工程の際に、金属ビーズＰ１及びベース基板用ウエハ４０は、ペーストＰと共に加熱されることで、それぞれの熱膨張係数に従って膨張する。即ち、ペーストＰ内の金属ビーズＰ１は、ベース基板用ウエハ４０のスルーホール３０、３１の周縁部分を内側から押し出すように膨張する。そして、ベース基板用ウエハ４０は、スルーホール３０、３１の径を拡張させるように膨張する。従って、例えば金属ビーズＰ１の熱膨張係数がベース基板用ウエハ４０の該係数より大きい場合は、ペーストＰ内の金属ビーズＰ１によりスルーホール３０、３１の周縁部分を内側から押し出す膨張量が、スルーホール３０、３１の径を拡張させる膨張量よりも大きくなる。このため、スルーホール３０、３１の周縁部分に負荷がかかり、クラック等が発生してしまう。
しかしながら、ペーストＰに含まれる金属ビーズＰ１の熱膨張係数は、ベース基板用ウエハ４０の該係数と略等しく、焼成工程の際に、ペーストＰ内の金属ビーズＰ１とベース基板用ウエハ４０との膨張量が略等しくなるため、上述した現象が発生する恐れはない。これにより、ベース基板用ウエハ４０にクラック等が発生することを防止でき、圧電振動子１の高品質化を図ることが可能になる。
【００７２】
更に、金属ビーズＰ１は球状である。従って、金属ビーズＰ１同士が、点接触で接触することになる。よって、金属ビーズＰ１同士を接触させたとしても、金属ビーズＰ１の間に隙間を確保することができる。しかも、金属ビーズＰ１同士は、線接触や面接触で接触することがないので、この隙間は金属ビーズＰ１により密閉されることが無く、全ての隙間が連通した状態で形成される。そのため、スルーホール３０、３１内に金属ビーズＰ１が可能な限り充填されていたとしても、金属ビーズＰ１間に確保された隙間を利用することで、ベース基板２の一面側から他面側の隅々までペーストＰを行き亘らせることが可能になる。従って、焼成工程の際に、ペーストＰをスルーホール３０、３１の内面により強固に固着させることができる。つまり、貫通電極３２、３３がスルーホール３０、３１の内面により強固に固着されるため、圧電振動子１の高品質化を図ることができる。
【００７３】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１８を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１８に示すように、圧電振動子１を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上記集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子１が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
【００７４】
このように構成された発振器１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、該圧電振動子１内の圧電振動片４が振動する。この振動は、圧電振動片４が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
【００７５】
上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、作動の信頼性が向上した高品質な圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様に作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
【００７６】
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１９を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
【００７７】
次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図１９に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
【００７８】
制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。
【００７９】
計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片４が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
【００８０】
通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１２１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
【００８１】
また、着信音発生部１２３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１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１２２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
【００８２】
電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の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、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４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予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４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。
【００８３】
即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。
【００８４】
上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、作動の信頼性が向上した高品質な圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器自体も同様に作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
【００８５】
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図２０を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図２０に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計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）とに、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若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。
【００８６】
以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２は、４０ｋＨｚ若しくは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、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１３３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部１３１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、上記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１３８、１３９をそれぞれ備えている。
【００８７】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６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、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
【００８８】
なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。
【００８９】
上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、キャビティＣ内の気密が確実で、作動の信頼性が向上した高品質な圧電振動子１を備えているので、電波時計自体も同様に作動の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
【００９０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、圧電振動片４の一例として振動腕部１０、１１の両面に溝部１８が形成された溝付きの圧電振動片４を例に挙げて説明したが、溝部１８がないタイプの圧電振動片でも構わない。但し、溝部１８を形成することで、一対の励振電極１５に所定の電圧を印加させたときに、一対の励振電極１５間における電界効率を上げることができるので、振動損失をより抑えて振動特性をさらに向上することができる。つまり、ＣＩ値（Crystal Impedance）をさらに低くすることができ、圧電振動片４のさらなる高性能化を図ることができる。この点において、溝部１８を形成する方が好ましい。
また、上記実施形態では、音叉型の圧電振動片４を例に挙げて説明したが、音叉型に限られるものではない。例えば、厚み滑り振動片としても構わない。
【００９２】
また、上記実施形態では、ベース基板２とリッド基板３とを接合膜３５を介して陽極接合したが、陽極接合に限定されるものではない。但し、陽極接合することで、両基板２、３を強固に接合できるので好ましい。
また、上記実施形態では、圧電振動片４をバンプ接合したが、バンプ接合に限定されるものではない。例えば、導電性接着剤により圧電振動片４を接合しても構わない。但し、バンプ接合することで、圧電振動片４をベース基板２の上面から浮かすことができ、振動に必要な最低限の振動ギャップを自然と確保することができる。よって、バンプ接合することが好ましい。
【００９３】
また、上記実施形態において充填工程を行う際に、ペーストＰを脱泡処理（例えば、遠心脱泡や真空引き等）した後に、該ペーストＰをスルーホール３０、３１内に埋め込んでも構わない。このように、事前にペーストＰを脱泡処理することで、気泡等が極力含まれていないペーストＰを充填することができる。よって、焼成工程を行ったとしても、ペーストＰの体積減少をできるだけ抑えることができる。従って、焼成工程後のベース基板用ウエハ４０の表面と硬化したペーストＰの表面とが、より面一な状態になる。これにより、圧電振動片４と外部電極３８、３９とのより安定した導通性を確保することができ、一層の高品質化を図ることができる。
【００９４】
また、上記実施形態では、金属ビーズＰ１の熱膨張係数がベース基板用ウエハ４０と略等しいとしたが、これに制限されるものではない。但し、金属ビーズＰ１及び該ウエハ４０の熱膨張係数が略等しいことで、クラックの発生を防止でき、高品質化を図ることができるので、熱膨張係数は略等しいことが好ましい。
【００９５】
また、上記実施形態では、細長い繊維状の金属微粒子Ｐ２を含むペーストＰを用いた場合を例に挙げたが、金属微粒子Ｐ２の形状は他の形状でも構わない。例えば、球形でも構わない。この場合であっても、金属微粒子Ｐ２が互いに接触し合ったときに、点接触するので同様に電気的な導通性を確保することができる。但し、細長い繊維状のように非球形形状の金属微粒子Ｐ２を用いることで、互いに接触し合ったときに点接触ではなく、線接触になり易い。従って、貫通電極３２、３３の電気的な導通性をより高めることができるので、球形よりも非球形の金属微粒子Ｐ２を含むペーストＰを用いることが好ましい。
なお、金属微粒子Ｐ２を非球形とする場合には、例えば、図２１（ａ）に示す短冊状や、図２１（ｂ）に示す波型状にしても構わないし、図２１（ｃ）に示す断面星型や、図２１（ｄ）に示す断面十字型でも構わない。
【００９６】
また、上記実施形態では、金属ビーズＰ１をボール状としたが、これに制限されるものではなく、例えば、柱状や錘状でも構わない。但し、金属ビーズＰ１をボール状にすることで、貫通電極３２、３３をスルーホール３０、３１の内面により強固に固着させ、圧電振動子１の高品質化を図ることができるため、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図である。
【図４】図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。
【図５】図１に示す圧電振動子を構成する圧電振動片の上面図である。
【図６】図５に示す圧電振動片の下面図である。
【図７】図５に示す断面矢視Ｂ−Ｂ図である。
【図８】図３に示す貫通電極の拡大図であって、複数の金属微粒子を含むペーストを示す図である。
【図９】図１に示す圧電振動子を製造する際の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、リッド基板の元となるリッド基板用ウエハに複数の凹部を形成した状態を示す図である。
【図１１】図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、ベース基板の元となるベース基板用ウエハに複数のスルーホールを形成した状態を示す図である。
【図１２】図１１に示す状態をベース基板用ウエハの断面から見た図である。
【図１３】図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、図１２に示す状態の後、スルーホール内にペーストを充填させた状態を示す図である。
【図１４】図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、図１３に示す状態の後、ペーストを焼成して硬化させた状態を示す図である。
【図１５】図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、図１４に示す状態の後、ベース基板用ウエハの上面に接合膜及び引き回し電極をパターニングした状態を示す図である。
【図１６】図１５に示す状態のベース基板用ウエハの全体図である。
【図１７】図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、圧電振動片をキャビティ内に収容した状態でベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとが陽極接合されたウエハ体の分解斜視図である。
【図１８】本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図１９】本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図２０】本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図２１】図８に示す金属微粒子の変形例を示す図であって、（ａ）は短冊状に形成された金属微粒子、（ｂ）は波型状に形成された金属微粒子、（ｃ）は断面星型に形成された金属微粒子、（ｄ）は断面十字型に形成された微粒子を示す図である。
【図２２】従来の圧電振動子の内部構造図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。
【図２３】図２２に示す圧電振動子の断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
Ｂ…バンプ
Ｃ…キャビティ
Ｐ…ペースト
Ｐ１…金属ビーズ
Ｐ２…金属微粒子
１…圧電振動子
２…ベース基板
３…リッド基板
３ａ…キャビティ用の凹部
４…圧電振動片
３０、３１…スルーホール（貫通孔）
３５…接合膜
３６、３７…引き回し電極
３８、３９…外部電極
４０…ベース基板用ウエハ
５０…リッド基板用ウエハ
１００…発振器
１０１…発振器の集積回路
１１０…携帯情報機器（電子機器）
１１３…電子機器の計時部
１３０…電波時計
１３１…電波時計のフィルタ部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0005135510.tif 000018
【図１８】
0005135510.tif 000019
【図１９】
0005135510.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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