パッケージの製造方法、パッケージ、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計
【課題】接合材の腐食を抑制して、気密性に優れたパッケージ、パッケージの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計を提供する。
【解決手段】リッド基板用ウエハ５０の裏面に形成されたアルミニウムを主成分とする材料からなる接合材と、ベース基板用ウエハ４０の表面とを陽極接合する接合工程と、接合材を酸化させる酸化工程とを有し、酸化工程では、接合材を所定温度に加熱した状態で、接合材から接合材を挟む何れかのウエハへの方向へ電流が流れるように電圧を印加することを特徴とする。
【解決手段】リッド基板用ウエハ５０の裏面に形成されたアルミニウムを主成分とする材料からなる接合材と、ベース基板用ウエハ４０の表面とを陽極接合する接合工程と、接合材を酸化させる酸化工程とを有し、酸化工程では、接合材を所定温度に加熱した状態で、接合材から接合材を挟む何れかのウエハへの方向へ電流が流れるように電圧を印加することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージの製造方法、パッケージ、圧電振動子、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は、例えば互いに接合されたガラス材料からなるベース基板及びリッド基板と、両基板の間に形成されたキャビティと、キャビティ内に気密封止された状態で収納された圧電振動片（電子部品）とを備えている。
【０００３】
ベース基板とリッド基板とを直接接合させる方法として、陽極接合が提案されている。陽極接合は、ベース基板及びリッド基板のうち、一方の基板の内面に形成された接合材と、他方の基板との間に電圧を印加することにより、接合材と他方の基板の内面とを接合する方法である。接合材の材料として、抵抗値が比較的低いアルミニウム（Ａｌ）を採用する場合がある。このように、接合材にＡｌを採用することで、接合材の全面に対して均一に電圧を印加でき、接合材と他方の基板の内面とを確実に陽極接合できると考えられる。また、特許文献１には、接合材の耐電圧性を高めるために、Ａｌに銅（Ｃｕ）が含有されたＡｌ合金を接合材として採用する構成も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３９８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ａｌは耐腐食性が低い（イオン化傾向が比較的高い）材料であるため、Ａｌからなる接合材が圧電振動子の外面から露出していると、接合材が腐食しやすいという問題がある。
特に、接合材に水分が付着すると、Ａｌと水分との酸化還元反応により表面のＡｌが電子を失ってイオン化（電離）し、生じたＡｌイオンが水分中の水酸化物（ＯＨ）イオンと反応して水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ3））となって溶け出す。この反応が接合材の奥まで進行すると、キャビティの内部と外部とが連通して、圧電振動子の気密性（接合材のガスバリア性）が低下する虞がある。すなわち、連通した箇所を通って大気がキャビティ内に侵入することで、圧電振動片の振動特性が低下するという問題がある。なお、特許文献１のようにＡｌにＣｕを含有したＡｌ合金を接合材に採用しても、上述した問題は同様に発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、接合材の腐食を抑制して、気密性に優れたパッケージ、パッケージの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係るパッケージの製造方法は、互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板の間に、電子部品を封入可能なキャビティを備えたパッケージの製造方法であって、前記第１基板の接合面に形成されたアルミニウムを主成分とする材料からなる接合材と、前記第２基板の接合面とを陽極接合する接合工程と、前記接合材を酸化させる酸化工程とを有し、前記酸化工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記接合材を挟む何れかの前記基板への方向へ電流が流れるように電圧を印加することを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、アルミニウムを主成分とする材料からなる接合材を介して、第１基板と第２基板とを陽極接合することで、接合材の全面に対して均一に電圧を印加することができ、両基板の接合面同士が強固に陽極接合されたパッケージを簡単に形成できる。
特に、陽極接合後の酸化工程において、接合材を酸化させることで、接合材は酸化アルミニウムからなる接合材酸化膜となる。酸化アルミニウムは非常に緻密で化学的安定性に優れているため、パッケージの外面から露出しても、腐食することはない。そのため、大気や大気中の水分等がキャビティ内に流入するのを抑制して、パッケージの気密を長期に亘って安定した状態に維持できる。
【０００９】
また、前記接合工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記第２基板に向けて電流が流れるように電圧を印加することで、前記接合材と前記第２基板とを陽極接合し、前記酸化工程は、前記接合工程の時間を延長することによって行うことを特徴としている。
この構成によれば、接合工程の時間を延長するだけで接合材を酸化させることができる。具体的に、接合工程の終了後、接合材を加熱した状態で、接合材から第２基板に向けて電流が流れるように電圧を印加し続けると、接合材と第２基板とが陽極接合された後、第２基板から発生して接合材側に移動する負電荷（酸素イオン）によって接合材は酸化され、酸化アルミニウムとなる。これにより、接合工程と同じ設備を用いて酸化工程を行うことができ、設備コストの増加を抑制できる。また、別途他の装置に搬送する手間も省けるので、工数増加に伴う製造効率の低下を可能な限り抑制できる。
【００１０】
また、前記酸化工程では、前記第１基板の外面に陽極となる接合補助材を配置し、前記第２基板の外面に陰極を配置した状態で電圧を印加し、前記接合補助材は、前記接合補助材と前記第１基板との間に陽極接合反応を発生させる材料で形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、接合補助材と陰極との間に電圧を印加することで、接合補助材と第１基板の外面との間に陽極接合反応が発生し、これに連動して接合材と第２基板の内面との間が陽極接合される。これにより、接合材の全面に対して均一に電圧を印加することが可能になり、接合材と第２基板の内面との間をより確実に陽極接合することができる。
ここで、酸化工程において第２基板で発生した負電荷（酸素イオン）は、接合補助材に向かって接合材を厚さ方向に透過していき、この際に接合材と酸素イオンとが反応して接合材が酸化する。そのため、接合材の厚さ方向全体を確実に酸化させることができる。
【００１１】
また、本発明のパッケージは、互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されたキャビティとを備え、前記キャビティ内に電子部品を封入可能なパッケージであって、前記第１基板及び前記第２基板は、接合材を介して陽極接合され、前記接合材は、酸化アルミニウムを主成分とする材料で形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、酸化アルミニウムからなる接合材は非常に緻密で化学的安定性に優れているため、パッケージの外面から露出しても、腐食することはない。そのため、大気や大気中の水分等がキャビティ内に流入するのを抑制して、パッケージの気密を長期に亘って安定した状態に維持できる。
【００１２】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明のパッケージの前記キャビティ内に、圧電振動片が気密封止されてなることを特徴としている。
この構成によれば、気密性に優れたパッケージを備えているので、キャビティ内の気密性を長期に亘って確保し、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子を提供できる。
【００１３】
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している。
【００１４】
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している。
【００１５】
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している。
【００１６】
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に特性及び信頼性に優れた製品を提供できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るパッケージ及びパッケージの製造方法によれば、パッケージの気密を長期に亘って安定した状態に維持できる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、キャビティ内の気密性を長期に亘って確保し、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子を提供することができる。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に特性及び信頼性に優れた製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。
【図２】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を示す圧電振動片の平面図である。
【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製造する際の流れを示すフローチャートである。
【図６】図５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接合体の分解斜視図である。
【図７】接合工程の説明図であり、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面の部分拡大図である。
【図８】接合反応の説明図である。
【図９】接合補助材除去工程の説明図であり、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面の部分拡大図である。
【図１０】本発明に係る発信器の一実施形態を示す構成図である。
【図１１】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１２】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１３】接合工程の他の方法を示す説明図であり、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
（圧電振動子）
図１は、本実施形態における圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。また図２は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ある。また、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図であり、図４は圧電振動子の分解斜視図である。
図１〜図４に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、ベース基板（第１基板）２及びリッド基板（第２基板）３が接合材酸化膜２３を介して陽極接合された箱状のパッケージ１０と、パッケージ１０のキャビティＣ内に収納された圧電振動片（電子部品）５とを備えた表面実装型の圧電振動子１である。そして、圧電振動片５とベース基板２の裏面２ａ（図３中下面）に設置された外部電極６，７とが、ベース基板２を貫通する一対の貫通電極８，９によって電気的に接続されている。
【００２０】
ベース基板２は、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板状に形成されている。ベース基板２には、一対の貫通電極８，９が形成される一対のスルーホール２１，２２が形成されている。スルーホール２１，２２は、ベース基板２の裏面２ａから表面２ｂ（図３中上面）に向かって漸次径が縮径した断面テーパ形状をなしている。
【００２１】
リッド基板３は、ベース基板２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の絶縁基板であり、ベース基板２に重ね合わせ可能な大きさの板状に形成されている。そして、リッド基板３の内面３ｂ（図３中下面）側には、圧電振動片５が収容される矩形状の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａは、ベース基板２及びリッド基板３が重ね合わされたときに、圧電振動片５を収容するキャビティＣを形成する。そして、リッド基板３は、凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態でベース基板２に対して接合材酸化膜２３を介して陽極接合されている。すなわち、リッド基板３の内面３ｂ側は、中央部に形成された凹部３ａと、凹部３ａの周囲に形成され、ベース基板２との接合面となる額縁領域３ｃとを構成している。
【００２２】
圧電振動片５は、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５は、平行に配置された一対の振動腕部２４，２５と、一対の振動腕部２４，２５の基端側を一体的に固定する基部２６とからなる音叉型で、一対の振動腕部２４，２５の外表面上には、振動腕部２４，２５を振動させる図示しない一対の第１の励振電極と第２の励振電極とからなる励振電極と、第１の励振電極及び第２の励振電極と後述する引き回し電極２７，２８とを電気的に接続する一対のマウント電極とを有している（何れも不図示）。
【００２３】
このように構成された圧電振動片５は、図２，図３に示すように、金等のバンプＢを利用して、ベース基板２の表面２ｂに形成された引き回し電極２７，２８上にバンプ接合されている。より具体的には、圧電振動片５の第１の励振電極が、一方のマウント電極及びバンプＢを介して一方の引き回し電極２７上にバンプ接合され、第２の励振電極が他方のマウント電極及びバンプＢを介して他方の引き回し電極２８上にバンプ接合されている。これにより、圧電振動片５は、ベース基板２の表面２ｂから浮いた状態で支持されるとともに、各マウント電極と引き回し電極２７，２８とがそれぞれ電気的に接続された状態となる。
【００２４】
外部電極６，７は、ベース基板２の裏面２ａにおける長手方向の両側に設置されており、各貫通電極８，９及び各引き回し電極２７，２８を介して圧電振動片５に電気的に接続されている。より具体的には、一方の外部電極６は、一方の貫通電極８及び一方の引き回し電極２７を介して圧電振動片５の一方のマウント電極に電気的に接続されている。また、他方の外部電極７は、他方の貫通電極９及び他方の引き回し電極２８を介して、圧電振動片５の他方のマウント電極に電気的に接続されている。なお外部電極６，７の側面は、ベース基板２の側面よりも内側に位置している。
【００２５】
貫通電極８，９は、焼成によってスルーホール２１，２２に対して一体的に固定された筒体３２及び芯材部３１によって形成されたものであり、スルーホール２１，２２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ともに、外部電極６，７と引き回し電極２７，２８とを導通させる役割を担っている。具体的に、一方の貫通電極８は、外部電極６と基部２６との間で引き回し電極２７の下方に位置しており、他方の貫通電極９は、外部電極７と振動腕部２５との間で引き回し電極２８の下方に位置している。
【００２６】
筒体３２は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体３２は、両端が平坦で且つベース基板２と略同じ厚みの円筒状に形成されている。そして、筒体３２の中心には、芯材部３１が筒体３２の中心孔を貫通するように配されている。また、本実施形態ではスルーホール２１，２２の形状に合わせて、筒体３２の外形が円錐状（断面テーパ状）となるように形成されている。そして、この筒体３２は、スルーホール２１，２２内に埋め込まれた状態で焼成されており、これらスルーホール２１，２２に対して強固に固着されている。
上述した芯材部３１は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体３２と同様に両端が平坦で、かつベース基板２の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。なお、貫通電極８，９は、導電性の芯材部３１を通して電気導通性が確保されている。
【００２７】
ここで、図２，図４に示すように、リッド基板３の額縁領域３ｃ（ベース基板２との接合面）には、酸化アルミニウム（アルミナ）からなる接合材酸化膜２３が形成されている。後述するように、この接合材酸化膜２３は、アルミニウムからなる接合材２３ａ（図７参照）が酸化されてなり、アルミニウムの状態の接合材２３ａとベース基板２とを陽極接合した後、酸化させることで形成されている。
【００２８】
また、ベース基板２の表面２ｂ上には、キャビティＣ内に収容されるようにゲッター材３４が形成されている。ゲッター材３４は、レーザー照射により活性化して周囲のガスを吸着するものであり、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）等の金属、またはそれらの合金等で形成することが可能である。ゲッター材３４は、圧電振動子１の外部からレーザー照射しうる位置に配置されている。本実施形態において、ゲッター材３４は、ベース基板２の厚さ方向から見て圧電振動片５における一対の振動腕部２４，２５の両外側に配置されている。なお、ゲッター材３４には、後述するゲッタリング工程時に、レーザー光が照射されて除去されることで、レーザー照射痕３０が形成されている。
【００２９】
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６，７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５の各励振電極に電流を流すことができ、一対の振動腕部２４，２５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２４，２５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。
【００３０】
（圧電振動子の製造方法）
次に、上述した圧電振動子の製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートである。図６は、ウエハ接合体の分解斜視図である。以下には、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０との間に複数の圧電振動片５を封入してウエハ接合体６０を形成し、ウエハ接合体６０を切断することにより複数の圧電振動子１を同時に製造する方法について説明する。なお、図６に示す破線Ｍは、切断工程で切断する切断線を図示したものである。
本実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、主に、圧電振動片作製工程（Ｓ１０）と、リッド基板用ウエハ作製工程（Ｓ２０）と、ベース基板用ウエハ作製工程（Ｓ３０）と、組立工程（Ｓ４０以下）とを有している。そのうち、圧電振動片作製工程（Ｓ１０）、リッド基板用ウエハ作製工程（Ｓ２０）及びベース基板用ウエハ作製工程（Ｓ３０）は、並行して実施することが可能である。
【００３１】
初めに、図５に示すように、圧電振動片作製工程を行って図１〜図４に示す圧電振動片５を作製する（Ｓ１０）。また、圧電振動片５を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。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。
【００３２】
（リッド基板用ウエハ作成工程）
次に、図５，図６に示すように、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リッド基板用ウエハ作製工程を行う（Ｓ２０）。具体的には、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さ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、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ（図６における下面）に、エッチング等により行列方向にキャビティＣ用の凹部３ａを複数形成する凹部形成工程を行う（Ｓ２２）。
次に、後述するベース基板用ウエハ４０との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ４０との接合面となるリッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ側を少なくとも研磨する研磨工程（Ｓ２３）を行い、裏面５０ａを鏡面加工する。
【００３３】
そして、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ側に接合材２３ａを形成する（Ｓ２４）。具体的に、まずリッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ（凹部３ａの内面全体及び凹部３ａの周囲の額縁領域３ｃ）全体にアルミニウムからなる接合材２３ａを成膜する。そして、凹部３ａの内面に相当する領域の接合材２３ａをパターニングして除去することで、額縁領域３ｃ上に接合材２３ａが形成される。なお、接合材２３ａは、上述したようにリッド基板用ウエハ５０との接合領域（例えば額縁領域３ｃ）のみに形成してもよいが、接合材２３ａの成膜後にパターニングせず、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ全体に残存させても構わない。これにより、製造工数を削減して製造コストを低減できる。また、接合材形成工程（Ｓ２４）の前に研磨工程（Ｓ２３）を行っているので、接合材２３ａの表面の平面度が確保され、ベース基板用ウエハ４０との安定した接合を実現することができる。
以上により、リッド基板用ウエハ作成工程（Ｓ２０）が終了する。
【００３４】
（ベース基板用ウエハ作成工程）
次に、上述した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ベース基板用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さ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、例えばプレス加工等により、ベース基板用ウエハに一対の貫通電極８，９を配置するためのスルーホール２１，２２を複数形成するスルーホール形成工程を行う（Ｓ３２）。具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ４０の裏面４０ｂから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ４０の表面４０ａ側から研磨することで、凹部を貫通させ、スルーホール２１，２２を形成することができる。
【００３５】
続いて、スルーホール形成工程（Ｓ３２）で形成されたスルーホール２１，２２内に貫通電極８，９を形成する貫通電極形成工程（Ｓ３３）を行う。これにより、スルーホール２１，２２内において、芯材部３１がベース基板用ウエハ４０の両面４０ａ，４０ｂ（図６における上下面）に対して面一な状態で保持される。以上により、貫通電極８，９を形成することができる。次に、一対の貫通電極８，９に電気的接続された引き回し電極２７，２８を形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３４）。
このようにして、ベース基板用ウエハ製作工程（Ｓ３０）が終了する。
【００３６】
次に、ベース基板用ウエハ作成工程（Ｓ３０）で作成されたベース基板用ウエハ４０の各引き回し電極２７，２８上に、圧電振動片作成工程（Ｓ１０）で作成された圧電振動片５を、それぞれ金等のバンプＢを介してマウントする（Ｓ４０）。そして、上述した各ウエハ４０，５０の作成工程で作成されたベース基板用ウエハ４０及び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５が、リッド基板用ウエハ５０に形成された凹部３ａとベース基板用ウエハ４０とで囲まれるキャビティＣ内に収納された状態となる。
【００３７】
図７及び図８は、接合工程及び酸化工程の説明図であって、図６のＣ−Ｃ線に沿った断面の部分拡大図である。
図７（ａ）に示すように、本実施形態の接合工程（Ｓ６０）では、リッド基板用ウエハ５０の表面５０ｂに陽極となる接合補助材７２を配置するとともに、ベース基板用ウエハ４０の裏面４０ｂを陰極とする方式（いわゆる、対向電極方式）を採用している。接合補助材７２は、接合補助材７２とリッド基板用ウエハ５０との間に陽極接合反応を発生させる材料で形成されている。具体的には、接合補助材とガラスと電極とを重ね合わせ、加熱すると同時に、接合補助材側を陽極とし電極側を陰極として電圧を印加した場合に、ガラスに含まれるナトリウムイオンを陰極に向かって移動させ、ガラスの接合補助材側（陰極側）に負電荷（酸素イオン）層を発生させる材料である接合材。より具体的には、接合補助材７２の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）バルク材、クロム（Ｃｒ）、カーボン（Ｃ）等の、薄膜やバルク材を採用することができ、本実施形態ではカーボンが好適に用いられている。なおバルク材とは、相当な厚さを有する基板状の部材である。
【００３８】
電極７１は、ステンレスやカーボン（Ｃ）等で形成されている。なお、電極７１は、ベース基板用ウエハ４０の裏面４０ｂで貫通電極８，９を避けるように配置されている。これにより、貫通電極８，９からの放電を防止できる。次に、治具（不図示）を用いて接合補助材７２と電極７１との間を押圧し、ウエハ接合体６０に圧力をかける（例えば、３インチのウエハ接合体６０に対して１００Ｎ）。次に、治具ごとウエハ接合体６０を陽極接合装置の内部に入れる。次に、陽極接合装置の内部を所定温度（例えば、２００〜２５０℃）に保持して、ウエハ接合体６０を加熱する。同時に、接合補助材７２が陽極となり電極７１が陰極となるように直流電源７０を接続して、ウエハ接合体６０に電圧を印加する。
【００３９】
これにより、図８に示すように、リッド基板用ウエハ５０のガラス材料に含まれるナトリウムイオンが接合材２３ａに向かって移動する。これに連動して、ベース基板用ウエハ４０のガラス材料に含まれるナトリウムイオンも電極７１に向かって移動することで、接合材２３ａからベース基板用ウエハ４０に向かって電流が流れる。そのため、ベース基板用ウエハ４０の接合材２３ａ側には、ナトリウムイオンが欠乏した負電荷層が形成される。この負電荷層と接合材２３ａとの間に静電引力が発生して、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａとの界面Ｆ２が陽極接合される。そして、所定時間（例えば、３０分程度）経過後に、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａが全て陽極接合される。これにより、圧電振動片５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とが接合されたウエハ接合体６０を得ることができる。なお、リッド基板用ウエハ５０の接合補助材７２側にも、ナトリウムイオンが欠乏した負電荷層が形成される。そのため、リッド基板用ウエハ５０と接合補助材７２との界面Ｆ１も陽極接合される。
【００４０】
ここで、ベース基板用ウエハ４０に陽極接合された接合材２３ａを酸化させる酸化工程（Ｓ７０）を行う。具体的には、上述した接合工程（Ｓ６０）と同様の条件で、ウエハ接合体６０を加熱した状態で、ウエハ接合体６０に電圧を印加し続ける。
【００４１】
ところで、通常の陽極接合では、ウエハ接合体６０を所定温度に加熱した状態で、電荷（Ｑ＝電流（Ｉ）×時間（ｔ））制限をかけた状態でウエハ接合体６０に電圧を印加する。これは、陽極接合後に接合部分から放出されるアウトガス（例えば、酸素）の発生を抑制するためである。
これに対して、本実施形態では、接合工程（Ｓ６０）から酸化工程（Ｓ７０）にかけて、電荷制限を外した状態でウエハ接合体６０に電圧を印加する。
【００４２】
すると、接合材２３ａとベース基板用ウエハ４０とが陽極接合された後、ベース基板用ウエハ４０から発生して接合材２３ａ側に移動する負電荷（酸素イオン）は、接合材２３ａを透過して、リッド基板用ウエハ５０側に移動する。接合材２３ａは、酸素イオンが透過する際に酸化されることで、酸化アルミニウム（ＡｌＯ3）となる。そして、接合工程（Ｓ６０）の終了後から所定時間（例えば、９０分程度）経過後、接合材２３ａが全て酸化され、酸化アルミニウムからなる接合材酸化膜２３が形成される。ここで、本実施形態では陽極接合を対向電極方式で行っているため、ベース基板用ウエハ４０で発生した酸素イオンは、接合補助材７２に向かって接合材２３ａを厚さ方向に透過していき、この際に接合材２３ａと酸素イオンとが反応して接合材２３ａが酸化する。そのため、後述する直接電極方式に比べて接合材２３ａを効率的に酸化させることができるため、接合材２３ａ全体を確実に酸化させることができる。なお、本実施形態の酸化工程（Ｓ７０）では、接合工程（Ｓ６０）と同様に、ウエハ接合体６０に対して圧力をかけた状態で行ったが、接合後には圧力を解除しても構わない。
【００４３】
図９は、接合補助材除去工程の説明図であって、図６のＣ−Ｃ線に沿った断面の部分拡大図である。
図９に示すように、接合補助材除去工程（Ｓ８０）では、リッド基板用ウエハ５０に陽極接合された接合補助材７２を除去する接合補助材７６及び接合補助基板７７を研削等によって除去する。具体的には、グラインダ装置等を使用して、破線７９で示すリッド基板用ウエハ５０の表層まで研削する。研削によれば、接合補助材７２が厚い場合でも、比較的短時間で除去することができる。
【００４４】
その後、一対の貫通電極８，９にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極６，７を形成する（Ｓ７０）。
【００４５】
ところで、上述した接合工程（Ｓ６０）の終了後には、陽極接合時に発生したアウトガスがキャビティＣ内に存在する。特に、本実施形態では、酸化工程（Ｓ７０）の追加に伴い、電荷制限を外したため、比較的多量のアウトガスがキャビティＣ内に残存している可能性がある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、キャビティＣ内の真空度の向上を図るため、ウエハ接合体６０の各キャビティＣ内に収容されたゲッター材３４を活性化させてキャビティＣ内の真空度を調整するゲッタリング工程を行う（Ｓ１００）。
ゲッタリング工程（Ｓ１００）では、ベース基板用ウエハ４０側からレーザー光Ｌを照射してゲッター材３４を加熱することで、ゲッター材３４が蒸発して活性化する。このように、ゲッター材３４にレーザー光を照射すると、ゲッター材３４の表面が蒸発し、その蒸発した部分にはレーザー照射痕３０（図１参照）が残る。そして、レーザー照射により蒸発したゲッター材３４は、キャビティＣ内を飛散してキャビティＣ内の酸素を吸着することで、金属酸化物が生成される。これにより、キャビティＣ内の酸素が消費されるので、真空度を一定レベル以上に向上させることができる。ここで、一定レベルとは、それ以上真空度を向上させても、実効抵抗値に大きな変動がない状態を意味する。なお、ゲッタリングは、圧電振動子１の等価抵抗値をモニタリングしながら行う。この場合、上述したように本実施形態では、酸化工程（Ｓ７０）の追加に伴い、比較的多量のアウトガスが残存している可能性があるが、従来のゲッタリングに比べてレーザー光の照射面積（ゲッタリング面積）を増加させることで、適正な実効抵抗値を確保することができる。
【００４７】
その後、圧電振動子１の周波数を微調整した後（Ｓ１１０）、接合されたウエハ接合体６０を切断線Ｍに沿って切断する個片化工程（Ｓ１２０）を行う。
【００４８】
そして、電気特性検査工程（Ｓ１３０）では、圧電振動子１の共振周波数や共振抵抗値、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、絶縁抵抗特性等も併せてチェックする。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。
以上により、圧電振動子１が完成する。
【００４９】
このように、本実施形態では、接合工程（Ｓ６０）の終了後、接合材２３ａを酸化させる酸化工程（Ｓ７０）を有する構成とした。
この構成によれば、まず陽極接合に抵抗値が比較的低いアルミニウムを用いているため、接合材２３ａの全面に対して均一に電圧を印加することができ、両ウエハ４０，５０の接合面同士が強固に陽極接合されたウエハ接合体６０を簡単に形成することができる。また、陽極接合を比較的低電圧で行うことができるため、エネルギー消費量の低減を図り、製造コストを低減させることができる。
また、対向電極方式を採用することで、接合補助材７２とリッド基板用ウエハ５０の裏面５０ｂとの間に陽極接合反応が発生し、これに連動して接合材２３ａとベース基板用ウエハ４０の表面４０ａとの間が陽極接合される。これにより、接合材２３ａの全面に対してより均一に電圧を印加することが可能になり、接合材２３ａとベース基板用ウエハ４０の表面４０ａとの間を確実に陽極接合することができる。
【００５０】
特に、陽極接合後の酸化工程（Ｓ７０）において、接合材２３ａを酸化させることで、接合材２３ａは酸化アルミニウムからなる接合材酸化膜２３となる。酸化アルミニウムは非常に緻密で化学的安定性に優れているため、仮にパッケージ１０の外面から露出しても、腐食することはない。そのため、大気や大気中の水分等がキャビティＣ内に流入するのを抑制して、パッケージ１０の気密を長期に亘って安定した状態に維持でき、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子１を提供できる。
【００５１】
しかも、本実施形態の酸化工程（Ｓ７０）では、接合工程（Ｓ６０）を同様の条件で延長するだけなので、接合工程（Ｓ６０）と同じ設備を用いることができる。そのため、設備コストの増加を抑制できる。また、別途他の装置に搬送する手間も省けるので、工数増加に伴う製造効率の増加を可能な限り抑制できる。
【００５２】
（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１０を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１０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。
【００５３】
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、圧電振動子１内の圧電振動片５が振動する。この振動は、圧電振動片５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。
【００５４】
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内の気密が確保された圧電振動子１を備えているため、特性及び信頼性に優れた高品質な発振器１００を提供できる。さらにこれに加え、長期に亘って安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
【００５５】
（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１１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。
【００５６】
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１１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。
【００５７】
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、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、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。
【００５８】
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５が振動し、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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よい。
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。
【００６３】
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内の気密が確保された圧電振動子１を備えているため、特性及び信頼性に優れた高品質な携帯情報機器１１０を提供できる。さらにこれに加え、長期に亘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。
【００６４】
（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１２を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１２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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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内の気密が確保された圧電振動子１を備えているため、特性及び信頼性に優れた高品質な電波時計１３０を提供できる。さらにこれに加え、長期に亘って安定した高精度に時刻をカウントすることができる。
【００６９】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施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、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００７０】
例えば、上述した実施形態では、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａに接合材２３ａを形成したが、これとは逆にベース基板用ウエハ４０の表面４０ａに接合材２３ａを形成しても構わない。この場合、接合材２３ａの成膜後にパターニングすることで、ベース基板用ウエハ４０におけるリッド基板用ウエハ５０との接合面のみに形成することが好ましい。
【００７１】
上述した実施形態では、酸化工程（Ｓ７０）において、接合工程（Ｓ６０）と同様に接合材２３ａからベース基板用ウエハ４０に向けて電流が流れるように電圧を印加したが、これに限らず、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａの接合後には、電極７１を置き換えて、接合材２３ａからリッド基板用ウエハ５０に向けて電流が流れるようにしても構わない。
【００７２】
さらに、上述した接合工程（Ｓ６０）及び酸化工程（Ｓ７０）における対向電極方式の変形例として、図１３に示す方法も可能である。
具体的に、図１３に示す変形例では、接合補助材７６としてＳｉ膜を採用している。なお、ガラス等の絶縁材料からなる接合補助基板７７の表面にＳｉ膜を形成することで、Ｓｉ膜を接合補助材７６として取り扱うことができる。この変形例では、治具を用いて接合補助基板７７と電極７１との間を押圧し、ウエハ接合体６０に圧力をかける。そして、Ｓｉ膜に直流電源７０を接続し、電極７１との間に電圧を印加する。なお、Ｓｉ膜の膜厚を厚く形成すれば、Ｓｉ膜の抵抗値が小さくなるので、Ｓｉ膜内部での電圧降下を抑制することができる。この変形例でも同様に、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａとの間を陽極接合することができる。ただし変形例では、接合補助基板７７に固着した状態の接合補助材７６が、リッド基板用ウエハ５０に陽極接合されることになる。
また、対向電極方式に限らず、接合材２３ａを陽極とし、リッド基板用ウエハ５０の表面５０ｂに陰極を配置し、接合材２３ａに対して電圧を直接印加する方式（いわゆる、直接電極方式）を採用しても構わない。直接電極方式を採用することで、対向電極方式で必要となる接合補助材除去工程が不要になるので、製造工数を削減することができ、製造効率の向上を図ることができる。
【００７３】
また上述した実施形態では、本発明に係るパッケージの製造方法を使用しつつ、パッケージの内部に圧電振動片を封入して圧電振動子を製造したが、パッケージの内部に圧電振動片以外の電子部品を封入して、圧電振動子以外のデバイスを製造することも可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１…圧電振動子 ２…ベース基板（第２基板） ３…リッド基板（第１基板） ５…圧電振動片（電子部品） １０…パッケージ ２３ａ…接合材 ２３…接合材酸化膜 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 Ｃ…キャビティ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージの製造方法、パッケージ、圧電振動子、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は、例えば互いに接合されたガラス材料からなるベース基板及びリッド基板と、両基板の間に形成されたキャビティと、キャビティ内に気密封止された状態で収納された圧電振動片（電子部品）とを備えている。
【０００３】
ベース基板とリッド基板とを直接接合させる方法として、陽極接合が提案されている。陽極接合は、ベース基板及びリッド基板のうち、一方の基板の内面に形成された接合材と、他方の基板との間に電圧を印加することにより、接合材と他方の基板の内面とを接合する方法である。接合材の材料として、抵抗値が比較的低いアルミニウム（Ａｌ）を採用する場合がある。このように、接合材にＡｌを採用することで、接合材の全面に対して均一に電圧を印加でき、接合材と他方の基板の内面とを確実に陽極接合できると考えられる。また、特許文献１には、接合材の耐電圧性を高めるために、Ａｌに銅（Ｃｕ）が含有されたＡｌ合金を接合材として採用する構成も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３９８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ａｌは耐腐食性が低い（イオン化傾向が比較的高い）材料であるため、Ａｌからなる接合材が圧電振動子の外面から露出していると、接合材が腐食しやすいという問題がある。
特に、接合材に水分が付着すると、Ａｌと水分との酸化還元反応により表面のＡｌが電子を失ってイオン化（電離）し、生じたＡｌイオンが水分中の水酸化物（ＯＨ）イオンと反応して水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ3））となって溶け出す。この反応が接合材の奥まで進行すると、キャビティの内部と外部とが連通して、圧電振動子の気密性（接合材のガスバリア性）が低下する虞がある。すなわち、連通した箇所を通って大気がキャビティ内に侵入することで、圧電振動片の振動特性が低下するという問題がある。なお、特許文献１のようにＡｌにＣｕを含有したＡｌ合金を接合材に採用しても、上述した問題は同様に発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、接合材の腐食を抑制して、気密性に優れたパッケージ、パッケージの製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係るパッケージの製造方法は、互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板の間に、電子部品を封入可能なキャビティを備えたパッケージの製造方法であって、前記第１基板の接合面に形成されたアルミニウムを主成分とする材料からなる接合材と、前記第２基板の接合面とを陽極接合する接合工程と、前記接合材を酸化させる酸化工程とを有し、前記酸化工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記接合材を挟む何れかの前記基板への方向へ電流が流れるように電圧を印加することを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、アルミニウムを主成分とする材料からなる接合材を介して、第１基板と第２基板とを陽極接合することで、接合材の全面に対して均一に電圧を印加することができ、両基板の接合面同士が強固に陽極接合されたパッケージを簡単に形成できる。
特に、陽極接合後の酸化工程において、接合材を酸化させることで、接合材は酸化アルミニウムからなる接合材酸化膜となる。酸化アルミニウムは非常に緻密で化学的安定性に優れているため、パッケージの外面から露出しても、腐食することはない。そのため、大気や大気中の水分等がキャビティ内に流入するのを抑制して、パッケージの気密を長期に亘って安定した状態に維持できる。
【０００９】
また、前記接合工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記第２基板に向けて電流が流れるように電圧を印加することで、前記接合材と前記第２基板とを陽極接合し、前記酸化工程は、前記接合工程の時間を延長することによって行うことを特徴としている。
この構成によれば、接合工程の時間を延長するだけで接合材を酸化させることができる。具体的に、接合工程の終了後、接合材を加熱した状態で、接合材から第２基板に向けて電流が流れるように電圧を印加し続けると、接合材と第２基板とが陽極接合された後、第２基板から発生して接合材側に移動する負電荷（酸素イオン）によって接合材は酸化され、酸化アルミニウムとなる。これにより、接合工程と同じ設備を用いて酸化工程を行うことができ、設備コストの増加を抑制できる。また、別途他の装置に搬送する手間も省けるので、工数増加に伴う製造効率の低下を可能な限り抑制できる。
【００１０】
また、前記酸化工程では、前記第１基板の外面に陽極となる接合補助材を配置し、前記第２基板の外面に陰極を配置した状態で電圧を印加し、前記接合補助材は、前記接合補助材と前記第１基板との間に陽極接合反応を発生させる材料で形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、接合補助材と陰極との間に電圧を印加することで、接合補助材と第１基板の外面との間に陽極接合反応が発生し、これに連動して接合材と第２基板の内面との間が陽極接合される。これにより、接合材の全面に対して均一に電圧を印加することが可能になり、接合材と第２基板の内面との間をより確実に陽極接合することができる。
ここで、酸化工程において第２基板で発生した負電荷（酸素イオン）は、接合補助材に向かって接合材を厚さ方向に透過していき、この際に接合材と酸素イオンとが反応して接合材が酸化する。そのため、接合材の厚さ方向全体を確実に酸化させることができる。
【００１１】
また、本発明のパッケージは、互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されたキャビティとを備え、前記キャビティ内に電子部品を封入可能なパッケージであって、前記第１基板及び前記第２基板は、接合材を介して陽極接合され、前記接合材は、酸化アルミニウムを主成分とする材料で形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、酸化アルミニウムからなる接合材は非常に緻密で化学的安定性に優れているため、パッケージの外面から露出しても、腐食することはない。そのため、大気や大気中の水分等がキャビティ内に流入するのを抑制して、パッケージの気密を長期に亘って安定した状態に維持できる。
【００１２】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明のパッケージの前記キャビティ内に、圧電振動片が気密封止されてなることを特徴としている。
この構成によれば、気密性に優れたパッケージを備えているので、キャビティ内の気密性を長期に亘って確保し、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子を提供できる。
【００１３】
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している。
【００１４】
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している。
【００１５】
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している。
【００１６】
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に特性及び信頼性に優れた製品を提供できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るパッケージ及びパッケージの製造方法によれば、パッケージの気密を長期に亘って安定した状態に維持できる。
また、本発明に係る圧電振動子によれば、キャビティ内の気密性を長期に亘って確保し、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子を提供することができる。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に特性及び信頼性に優れた製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。
【図２】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を示す圧電振動片の平面図である。
【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製造する際の流れを示すフローチャートである。
【図６】図５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接合体の分解斜視図である。
【図７】接合工程の説明図であり、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面の部分拡大図である。
【図８】接合反応の説明図である。
【図９】接合補助材除去工程の説明図であり、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面の部分拡大図である。
【図１０】本発明に係る発信器の一実施形態を示す構成図である。
【図１１】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１２】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１３】接合工程の他の方法を示す説明図であり、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
（圧電振動子）
図１は、本実施形態における圧電振動子をリッド基板側から見た外観斜視図である。また図２は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ある。また、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図であり、図４は圧電振動子の分解斜視図である。
図１〜図４に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、ベース基板（第１基板）２及びリッド基板（第２基板）３が接合材酸化膜２３を介して陽極接合された箱状のパッケージ１０と、パッケージ１０のキャビティＣ内に収納された圧電振動片（電子部品）５とを備えた表面実装型の圧電振動子１である。そして、圧電振動片５とベース基板２の裏面２ａ（図３中下面）に設置された外部電極６，７とが、ベース基板２を貫通する一対の貫通電極８，９によって電気的に接続されている。
【００２０】
ベース基板２は、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板状に形成されている。ベース基板２には、一対の貫通電極８，９が形成される一対のスルーホール２１，２２が形成されている。スルーホール２１，２２は、ベース基板２の裏面２ａから表面２ｂ（図３中上面）に向かって漸次径が縮径した断面テーパ形状をなしている。
【００２１】
リッド基板３は、ベース基板２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の絶縁基板であり、ベース基板２に重ね合わせ可能な大きさの板状に形成されている。そして、リッド基板３の内面３ｂ（図３中下面）側には、圧電振動片５が収容される矩形状の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａは、ベース基板２及びリッド基板３が重ね合わされたときに、圧電振動片５を収容するキャビティＣを形成する。そして、リッド基板３は、凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態でベース基板２に対して接合材酸化膜２３を介して陽極接合されている。すなわち、リッド基板３の内面３ｂ側は、中央部に形成された凹部３ａと、凹部３ａの周囲に形成され、ベース基板２との接合面となる額縁領域３ｃとを構成している。
【００２２】
圧電振動片５は、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５は、平行に配置された一対の振動腕部２４，２５と、一対の振動腕部２４，２５の基端側を一体的に固定する基部２６とからなる音叉型で、一対の振動腕部２４，２５の外表面上には、振動腕部２４，２５を振動させる図示しない一対の第１の励振電極と第２の励振電極とからなる励振電極と、第１の励振電極及び第２の励振電極と後述する引き回し電極２７，２８とを電気的に接続する一対のマウント電極とを有している（何れも不図示）。
【００２３】
このように構成された圧電振動片５は、図２，図３に示すように、金等のバンプＢを利用して、ベース基板２の表面２ｂに形成された引き回し電極２７，２８上にバンプ接合されている。より具体的には、圧電振動片５の第１の励振電極が、一方のマウント電極及びバンプＢを介して一方の引き回し電極２７上にバンプ接合され、第２の励振電極が他方のマウント電極及びバンプＢを介して他方の引き回し電極２８上にバンプ接合されている。これにより、圧電振動片５は、ベース基板２の表面２ｂから浮いた状態で支持されるとともに、各マウント電極と引き回し電極２７，２８とがそれぞれ電気的に接続された状態となる。
【００２４】
外部電極６，７は、ベース基板２の裏面２ａにおける長手方向の両側に設置されており、各貫通電極８，９及び各引き回し電極２７，２８を介して圧電振動片５に電気的に接続されている。より具体的には、一方の外部電極６は、一方の貫通電極８及び一方の引き回し電極２７を介して圧電振動片５の一方のマウント電極に電気的に接続されている。また、他方の外部電極７は、他方の貫通電極９及び他方の引き回し電極２８を介して、圧電振動片５の他方のマウント電極に電気的に接続されている。なお外部電極６，７の側面は、ベース基板２の側面よりも内側に位置している。
【００２５】
貫通電極８，９は、焼成によってスルーホール２１，２２に対して一体的に固定された筒体３２及び芯材部３１によって形成されたものであり、スルーホール２１，２２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ともに、外部電極６，７と引き回し電極２７，２８とを導通させる役割を担っている。具体的に、一方の貫通電極８は、外部電極６と基部２６との間で引き回し電極２７の下方に位置しており、他方の貫通電極９は、外部電極７と振動腕部２５との間で引き回し電極２８の下方に位置している。
【００２６】
筒体３２は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体３２は、両端が平坦で且つベース基板２と略同じ厚みの円筒状に形成されている。そして、筒体３２の中心には、芯材部３１が筒体３２の中心孔を貫通するように配されている。また、本実施形態ではスルーホール２１，２２の形状に合わせて、筒体３２の外形が円錐状（断面テーパ状）となるように形成されている。そして、この筒体３２は、スルーホール２１，２２内に埋め込まれた状態で焼成されており、これらスルーホール２１，２２に対して強固に固着されている。
上述した芯材部３１は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体３２と同様に両端が平坦で、かつベース基板２の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。なお、貫通電極８，９は、導電性の芯材部３１を通して電気導通性が確保されている。
【００２７】
ここで、図２，図４に示すように、リッド基板３の額縁領域３ｃ（ベース基板２との接合面）には、酸化アルミニウム（アルミナ）からなる接合材酸化膜２３が形成されている。後述するように、この接合材酸化膜２３は、アルミニウムからなる接合材２３ａ（図７参照）が酸化されてなり、アルミニウムの状態の接合材２３ａとベース基板２とを陽極接合した後、酸化させることで形成されている。
【００２８】
また、ベース基板２の表面２ｂ上には、キャビティＣ内に収容されるようにゲッター材３４が形成されている。ゲッター材３４は、レーザー照射により活性化して周囲のガスを吸着するものであり、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）等の金属、またはそれらの合金等で形成することが可能である。ゲッター材３４は、圧電振動子１の外部からレーザー照射しうる位置に配置されている。本実施形態において、ゲッター材３４は、ベース基板２の厚さ方向から見て圧電振動片５における一対の振動腕部２４，２５の両外側に配置されている。なお、ゲッター材３４には、後述するゲッタリング工程時に、レーザー光が照射されて除去されることで、レーザー照射痕３０が形成されている。
【００２９】
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６，７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５の各励振電極に電流を流すことができ、一対の振動腕部２４，２５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２４，２５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。
【００３０】
（圧電振動子の製造方法）
次に、上述した圧電振動子の製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係る圧電振動子の製造方法のフローチャートである。図６は、ウエハ接合体の分解斜視図である。以下には、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０との間に複数の圧電振動片５を封入してウエハ接合体６０を形成し、ウエハ接合体６０を切断することにより複数の圧電振動子１を同時に製造する方法について説明する。なお、図６に示す破線Ｍは、切断工程で切断する切断線を図示したものである。
本実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、主に、圧電振動片作製工程（Ｓ１０）と、リッド基板用ウエハ作製工程（Ｓ２０）と、ベース基板用ウエハ作製工程（Ｓ３０）と、組立工程（Ｓ４０以下）とを有している。そのうち、圧電振動片作製工程（Ｓ１０）、リッド基板用ウエハ作製工程（Ｓ２０）及びベース基板用ウエハ作製工程（Ｓ３０）は、並行して実施することが可能である。
【００３１】
初めに、図５に示すように、圧電振動片作製工程を行って図１〜図４に示す圧電振動片５を作製する（Ｓ１０）。また、圧電振動片５を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。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。
【００３２】
（リッド基板用ウエハ作成工程）
次に、図５，図６に示すように、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リッド基板用ウエハ作製工程を行う（Ｓ２０）。具体的には、ソーダ石灰ガラスを所定の厚さ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、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ（図６における下面）に、エッチング等により行列方向にキャビティＣ用の凹部３ａを複数形成する凹部形成工程を行う（Ｓ２２）。
次に、後述するベース基板用ウエハ４０との間の気密性を確保するために、ベース基板用ウエハ４０との接合面となるリッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ側を少なくとも研磨する研磨工程（Ｓ２３）を行い、裏面５０ａを鏡面加工する。
【００３３】
そして、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ側に接合材２３ａを形成する（Ｓ２４）。具体的に、まずリッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ（凹部３ａの内面全体及び凹部３ａの周囲の額縁領域３ｃ）全体にアルミニウムからなる接合材２３ａを成膜する。そして、凹部３ａの内面に相当する領域の接合材２３ａをパターニングして除去することで、額縁領域３ｃ上に接合材２３ａが形成される。なお、接合材２３ａは、上述したようにリッド基板用ウエハ５０との接合領域（例えば額縁領域３ｃ）のみに形成してもよいが、接合材２３ａの成膜後にパターニングせず、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａ全体に残存させても構わない。これにより、製造工数を削減して製造コストを低減できる。また、接合材形成工程（Ｓ２４）の前に研磨工程（Ｓ２３）を行っているので、接合材２３ａの表面の平面度が確保され、ベース基板用ウエハ４０との安定した接合を実現することができる。
以上により、リッド基板用ウエハ作成工程（Ｓ２０）が終了する。
【００３４】
（ベース基板用ウエハ作成工程）
次に、上述した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ベース基板用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さ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、例えばプレス加工等により、ベース基板用ウエハに一対の貫通電極８，９を配置するためのスルーホール２１，２２を複数形成するスルーホール形成工程を行う（Ｓ３２）。具体的には、プレス加工等によりベース基板用ウエハ４０の裏面４０ｂから凹部を形成した後、少なくともベース基板用ウエハ４０の表面４０ａ側から研磨することで、凹部を貫通させ、スルーホール２１，２２を形成することができる。
【００３５】
続いて、スルーホール形成工程（Ｓ３２）で形成されたスルーホール２１，２２内に貫通電極８，９を形成する貫通電極形成工程（Ｓ３３）を行う。これにより、スルーホール２１，２２内において、芯材部３１がベース基板用ウエハ４０の両面４０ａ，４０ｂ（図６における上下面）に対して面一な状態で保持される。以上により、貫通電極８，９を形成することができる。次に、一対の貫通電極８，９に電気的接続された引き回し電極２７，２８を形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３４）。
このようにして、ベース基板用ウエハ製作工程（Ｓ３０）が終了する。
【００３６】
次に、ベース基板用ウエハ作成工程（Ｓ３０）で作成されたベース基板用ウエハ４０の各引き回し電極２７，２８上に、圧電振動片作成工程（Ｓ１０）で作成された圧電振動片５を、それぞれ金等のバンプＢを介してマウントする（Ｓ４０）。そして、上述した各ウエハ４０，５０の作成工程で作成されたベース基板用ウエハ４０及び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５が、リッド基板用ウエハ５０に形成された凹部３ａとベース基板用ウエハ４０とで囲まれるキャビティＣ内に収納された状態となる。
【００３７】
図７及び図８は、接合工程及び酸化工程の説明図であって、図６のＣ−Ｃ線に沿った断面の部分拡大図である。
図７（ａ）に示すように、本実施形態の接合工程（Ｓ６０）では、リッド基板用ウエハ５０の表面５０ｂに陽極となる接合補助材７２を配置するとともに、ベース基板用ウエハ４０の裏面４０ｂを陰極とする方式（いわゆる、対向電極方式）を採用している。接合補助材７２は、接合補助材７２とリッド基板用ウエハ５０との間に陽極接合反応を発生させる材料で形成されている。具体的には、接合補助材とガラスと電極とを重ね合わせ、加熱すると同時に、接合補助材側を陽極とし電極側を陰極として電圧を印加した場合に、ガラスに含まれるナトリウムイオンを陰極に向かって移動させ、ガラスの接合補助材側（陰極側）に負電荷（酸素イオン）層を発生させる材料である接合材。より具体的には、接合補助材７２の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）バルク材、クロム（Ｃｒ）、カーボン（Ｃ）等の、薄膜やバルク材を採用することができ、本実施形態ではカーボンが好適に用いられている。なおバルク材とは、相当な厚さを有する基板状の部材である。
【００３８】
電極７１は、ステンレスやカーボン（Ｃ）等で形成されている。なお、電極７１は、ベース基板用ウエハ４０の裏面４０ｂで貫通電極８，９を避けるように配置されている。これにより、貫通電極８，９からの放電を防止できる。次に、治具（不図示）を用いて接合補助材７２と電極７１との間を押圧し、ウエハ接合体６０に圧力をかける（例えば、３インチのウエハ接合体６０に対して１００Ｎ）。次に、治具ごとウエハ接合体６０を陽極接合装置の内部に入れる。次に、陽極接合装置の内部を所定温度（例えば、２００〜２５０℃）に保持して、ウエハ接合体６０を加熱する。同時に、接合補助材７２が陽極となり電極７１が陰極となるように直流電源７０を接続して、ウエハ接合体６０に電圧を印加する。
【００３９】
これにより、図８に示すように、リッド基板用ウエハ５０のガラス材料に含まれるナトリウムイオンが接合材２３ａに向かって移動する。これに連動して、ベース基板用ウエハ４０のガラス材料に含まれるナトリウムイオンも電極７１に向かって移動することで、接合材２３ａからベース基板用ウエハ４０に向かって電流が流れる。そのため、ベース基板用ウエハ４０の接合材２３ａ側には、ナトリウムイオンが欠乏した負電荷層が形成される。この負電荷層と接合材２３ａとの間に静電引力が発生して、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａとの界面Ｆ２が陽極接合される。そして、所定時間（例えば、３０分程度）経過後に、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａが全て陽極接合される。これにより、圧電振動片５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とが接合されたウエハ接合体６０を得ることができる。なお、リッド基板用ウエハ５０の接合補助材７２側にも、ナトリウムイオンが欠乏した負電荷層が形成される。そのため、リッド基板用ウエハ５０と接合補助材７２との界面Ｆ１も陽極接合される。
【００４０】
ここで、ベース基板用ウエハ４０に陽極接合された接合材２３ａを酸化させる酸化工程（Ｓ７０）を行う。具体的には、上述した接合工程（Ｓ６０）と同様の条件で、ウエハ接合体６０を加熱した状態で、ウエハ接合体６０に電圧を印加し続ける。
【００４１】
ところで、通常の陽極接合では、ウエハ接合体６０を所定温度に加熱した状態で、電荷（Ｑ＝電流（Ｉ）×時間（ｔ））制限をかけた状態でウエハ接合体６０に電圧を印加する。これは、陽極接合後に接合部分から放出されるアウトガス（例えば、酸素）の発生を抑制するためである。
これに対して、本実施形態では、接合工程（Ｓ６０）から酸化工程（Ｓ７０）にかけて、電荷制限を外した状態でウエハ接合体６０に電圧を印加する。
【００４２】
すると、接合材２３ａとベース基板用ウエハ４０とが陽極接合された後、ベース基板用ウエハ４０から発生して接合材２３ａ側に移動する負電荷（酸素イオン）は、接合材２３ａを透過して、リッド基板用ウエハ５０側に移動する。接合材２３ａは、酸素イオンが透過する際に酸化されることで、酸化アルミニウム（ＡｌＯ3）となる。そして、接合工程（Ｓ６０）の終了後から所定時間（例えば、９０分程度）経過後、接合材２３ａが全て酸化され、酸化アルミニウムからなる接合材酸化膜２３が形成される。ここで、本実施形態では陽極接合を対向電極方式で行っているため、ベース基板用ウエハ４０で発生した酸素イオンは、接合補助材７２に向かって接合材２３ａを厚さ方向に透過していき、この際に接合材２３ａと酸素イオンとが反応して接合材２３ａが酸化する。そのため、後述する直接電極方式に比べて接合材２３ａを効率的に酸化させることができるため、接合材２３ａ全体を確実に酸化させることができる。なお、本実施形態の酸化工程（Ｓ７０）では、接合工程（Ｓ６０）と同様に、ウエハ接合体６０に対して圧力をかけた状態で行ったが、接合後には圧力を解除しても構わない。
【００４３】
図９は、接合補助材除去工程の説明図であって、図６のＣ−Ｃ線に沿った断面の部分拡大図である。
図９に示すように、接合補助材除去工程（Ｓ８０）では、リッド基板用ウエハ５０に陽極接合された接合補助材７２を除去する接合補助材７６及び接合補助基板７７を研削等によって除去する。具体的には、グラインダ装置等を使用して、破線７９で示すリッド基板用ウエハ５０の表層まで研削する。研削によれば、接合補助材７２が厚い場合でも、比較的短時間で除去することができる。
【００４４】
その後、一対の貫通電極８，９にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極６，７を形成する（Ｓ７０）。
【００４５】
ところで、上述した接合工程（Ｓ６０）の終了後には、陽極接合時に発生したアウトガスがキャビティＣ内に存在する。特に、本実施形態では、酸化工程（Ｓ７０）の追加に伴い、電荷制限を外したため、比較的多量のアウトガスがキャビティＣ内に残存している可能性がある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、キャビティＣ内の真空度の向上を図るため、ウエハ接合体６０の各キャビティＣ内に収容されたゲッター材３４を活性化させてキャビティＣ内の真空度を調整するゲッタリング工程を行う（Ｓ１００）。
ゲッタリング工程（Ｓ１００）では、ベース基板用ウエハ４０側からレーザー光Ｌを照射してゲッター材３４を加熱することで、ゲッター材３４が蒸発して活性化する。このように、ゲッター材３４にレーザー光を照射すると、ゲッター材３４の表面が蒸発し、その蒸発した部分にはレーザー照射痕３０（図１参照）が残る。そして、レーザー照射により蒸発したゲッター材３４は、キャビティＣ内を飛散してキャビティＣ内の酸素を吸着することで、金属酸化物が生成される。これにより、キャビティＣ内の酸素が消費されるので、真空度を一定レベル以上に向上させることができる。ここで、一定レベルとは、それ以上真空度を向上させても、実効抵抗値に大きな変動がない状態を意味する。なお、ゲッタリングは、圧電振動子１の等価抵抗値をモニタリングしながら行う。この場合、上述したように本実施形態では、酸化工程（Ｓ７０）の追加に伴い、比較的多量のアウトガスが残存している可能性があるが、従来のゲッタリングに比べてレーザー光の照射面積（ゲッタリング面積）を増加させることで、適正な実効抵抗値を確保することができる。
【００４７】
その後、圧電振動子１の周波数を微調整した後（Ｓ１１０）、接合されたウエハ接合体６０を切断線Ｍに沿って切断する個片化工程（Ｓ１２０）を行う。
【００４８】
そして、電気特性検査工程（Ｓ１３０）では、圧電振動子１の共振周波数や共振抵抗値、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、絶縁抵抗特性等も併せてチェックする。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。
以上により、圧電振動子１が完成する。
【００４９】
このように、本実施形態では、接合工程（Ｓ６０）の終了後、接合材２３ａを酸化させる酸化工程（Ｓ７０）を有する構成とした。
この構成によれば、まず陽極接合に抵抗値が比較的低いアルミニウムを用いているため、接合材２３ａの全面に対して均一に電圧を印加することができ、両ウエハ４０，５０の接合面同士が強固に陽極接合されたウエハ接合体６０を簡単に形成することができる。また、陽極接合を比較的低電圧で行うことができるため、エネルギー消費量の低減を図り、製造コストを低減させることができる。
また、対向電極方式を採用することで、接合補助材７２とリッド基板用ウエハ５０の裏面５０ｂとの間に陽極接合反応が発生し、これに連動して接合材２３ａとベース基板用ウエハ４０の表面４０ａとの間が陽極接合される。これにより、接合材２３ａの全面に対してより均一に電圧を印加することが可能になり、接合材２３ａとベース基板用ウエハ４０の表面４０ａとの間を確実に陽極接合することができる。
【００５０】
特に、陽極接合後の酸化工程（Ｓ７０）において、接合材２３ａを酸化させることで、接合材２３ａは酸化アルミニウムからなる接合材酸化膜２３となる。酸化アルミニウムは非常に緻密で化学的安定性に優れているため、仮にパッケージ１０の外面から露出しても、腐食することはない。そのため、大気や大気中の水分等がキャビティＣ内に流入するのを抑制して、パッケージ１０の気密を長期に亘って安定した状態に維持でき、振動特性に優れた信頼性の高い圧電振動子１を提供できる。
【００５１】
しかも、本実施形態の酸化工程（Ｓ７０）では、接合工程（Ｓ６０）を同様の条件で延長するだけなので、接合工程（Ｓ６０）と同じ設備を用いることができる。そのため、設備コストの増加を抑制できる。また、別途他の装置に搬送する手間も省けるので、工数増加に伴う製造効率の増加を可能な限り抑制できる。
【００５２】
（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１０を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１０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。
【００５３】
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、圧電振動子１内の圧電振動片５が振動する。この振動は、圧電振動片５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。
【００５４】
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内の気密が確保された圧電振動子１を備えているため、特性及び信頼性に優れた高品質な発振器１００を提供できる。さらにこれに加え、長期に亘って安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
【００５５】
（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１１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。
【００５６】
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１１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。
【００５７】
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、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、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。
【００５８】
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５が振動し、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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よい。
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。
【００６３】
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内の気密が確保された圧電振動子１を備えているため、特性及び信頼性に優れた高品質な携帯情報機器１１０を提供できる。さらにこれに加え、長期に亘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。
【００６４】
（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１２を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１２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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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内の気密が確保された圧電振動子１を備えているため、特性及び信頼性に優れた高品質な電波時計１３０を提供できる。さらにこれに加え、長期に亘って安定した高精度に時刻をカウントすることができる。
【００６９】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施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、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００７０】
例えば、上述した実施形態では、リッド基板用ウエハ５０の裏面５０ａに接合材２３ａを形成したが、これとは逆にベース基板用ウエハ４０の表面４０ａに接合材２３ａを形成しても構わない。この場合、接合材２３ａの成膜後にパターニングすることで、ベース基板用ウエハ４０におけるリッド基板用ウエハ５０との接合面のみに形成することが好ましい。
【００７１】
上述した実施形態では、酸化工程（Ｓ７０）において、接合工程（Ｓ６０）と同様に接合材２３ａからベース基板用ウエハ４０に向けて電流が流れるように電圧を印加したが、これに限らず、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａの接合後には、電極７１を置き換えて、接合材２３ａからリッド基板用ウエハ５０に向けて電流が流れるようにしても構わない。
【００７２】
さらに、上述した接合工程（Ｓ６０）及び酸化工程（Ｓ７０）における対向電極方式の変形例として、図１３に示す方法も可能である。
具体的に、図１３に示す変形例では、接合補助材７６としてＳｉ膜を採用している。なお、ガラス等の絶縁材料からなる接合補助基板７７の表面にＳｉ膜を形成することで、Ｓｉ膜を接合補助材７６として取り扱うことができる。この変形例では、治具を用いて接合補助基板７７と電極７１との間を押圧し、ウエハ接合体６０に圧力をかける。そして、Ｓｉ膜に直流電源７０を接続し、電極７１との間に電圧を印加する。なお、Ｓｉ膜の膜厚を厚く形成すれば、Ｓｉ膜の抵抗値が小さくなるので、Ｓｉ膜内部での電圧降下を抑制することができる。この変形例でも同様に、ベース基板用ウエハ４０と接合材２３ａとの間を陽極接合することができる。ただし変形例では、接合補助基板７７に固着した状態の接合補助材７６が、リッド基板用ウエハ５０に陽極接合されることになる。
また、対向電極方式に限らず、接合材２３ａを陽極とし、リッド基板用ウエハ５０の表面５０ｂに陰極を配置し、接合材２３ａに対して電圧を直接印加する方式（いわゆる、直接電極方式）を採用しても構わない。直接電極方式を採用することで、対向電極方式で必要となる接合補助材除去工程が不要になるので、製造工数を削減することができ、製造効率の向上を図ることができる。
【００７３】
また上述した実施形態では、本発明に係るパッケージの製造方法を使用しつつ、パッケージの内部に圧電振動片を封入して圧電振動子を製造したが、パッケージの内部に圧電振動片以外の電子部品を封入して、圧電振動子以外のデバイスを製造することも可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１…圧電振動子 ２…ベース基板（第２基板） ３…リッド基板（第１基板） ５…圧電振動片（電子部品） １０…パッケージ ２３ａ…接合材 ２３…接合材酸化膜 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 Ｃ…キャビティ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板の間に、電子部品を封入可能なキャビティを備えたパッケージの製造方法であって、
前記第１基板の接合面に形成されたアルミニウムを主成分とする材料からなる接合材と、前記第２基板の接合面とを陽極接合する接合工程と、
前記接合材を酸化させる酸化工程とを有し、
前記酸化工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記接合材を挟む何れかの前記基板への方向へ電流が流れるように電圧を印加することを特徴とするパッケージの製造方法。
【請求項２】
前記接合工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記第２基板に向けて電流が流れるように電圧を印加することで、前記接合材と前記第２基板とを陽極接合し、
前記酸化工程は、前記接合工程の時間を延長することによって行うことを特徴とする請求項１記載のパッケージの製造方法。
【請求項３】
前記酸化工程では、前記第１基板の外面に陽極となる接合補助材を配置し、前記第２基板の外面に陰極を配置した状態で電圧を印加し、
前記接合補助材は、前記接合補助材と前記第１基板との間に陽極接合反応を発生させる材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパッケージの製造方法。
【請求項４】
互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されたキャビティとを備え、前記キャビティ内に電子部品を封入可能なパッケージであって、
前記第１基板及び前記第２基板は、接合材を介して陽極接合され、
前記接合材は、酸化アルミニウムを主成分とする材料で形成されていることを特徴とするパッケージ。
【請求項５】
請求項４記載のパッケージの前記キャビティ内に、圧電振動片が気密封止されてなることを特徴とする圧電振動子。
【請求項６】
請求項５記載の前記圧電振動子が、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７】
請求項５記載の前記圧電振動子が、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８】
請求項５記載の前記圧電振動子が、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。
【請求項１】
互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板の間に、電子部品を封入可能なキャビティを備えたパッケージの製造方法であって、
前記第１基板の接合面に形成されたアルミニウムを主成分とする材料からなる接合材と、前記第２基板の接合面とを陽極接合する接合工程と、
前記接合材を酸化させる酸化工程とを有し、
前記酸化工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記接合材を挟む何れかの前記基板への方向へ電流が流れるように電圧を印加することを特徴とするパッケージの製造方法。
【請求項２】
前記接合工程では、前記接合材を所定温度に加熱した状態で、前記接合材から前記第２基板に向けて電流が流れるように電圧を印加することで、前記接合材と前記第２基板とを陽極接合し、
前記酸化工程は、前記接合工程の時間を延長することによって行うことを特徴とする請求項１記載のパッケージの製造方法。
【請求項３】
前記酸化工程では、前記第１基板の外面に陽極となる接合補助材を配置し、前記第２基板の外面に陰極を配置した状態で電圧を印加し、
前記接合補助材は、前記接合補助材と前記第１基板との間に陽極接合反応を発生させる材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパッケージの製造方法。
【請求項４】
互いに接合された絶縁体からなる第１基板及び第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されたキャビティとを備え、前記キャビティ内に電子部品を封入可能なパッケージであって、
前記第１基板及び前記第２基板は、接合材を介して陽極接合され、
前記接合材は、酸化アルミニウムを主成分とする材料で形成されていることを特徴とするパッケージ。
【請求項５】
請求項４記載のパッケージの前記キャビティ内に、圧電振動片が気密封止されてなることを特徴とする圧電振動子。
【請求項６】
請求項５記載の前記圧電振動子が、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７】
請求項５記載の前記圧電振動子が、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８】
請求項５記載の前記圧電振動子が、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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１７２１０９（Ｐ２０１１−１７２１０９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３５２３１（Ｐ２０１０−３５２３１）
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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