圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法
【課題】発振器を小型化すると共に低消費電力化を図り、更には、温度特性の優れた温度制御可能な発振器を提供することを目的とする。
【解決手段】温度制御圧電発振器１は、内部に凹所２を形成しているパッケージ３の内部底面に、発熱体を一体化形成した第２の表面が、パッケージ３の内部底面に対向するようＳＡＷデバイス４を搭載すると共に、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップ５を、ＳＡＷデバイス４に並べて搭載し、所定のワイヤーボンディングを行った後、蓋６により気密封止した構造である。温度制御圧電発振器１は、ＩＣチップ５に内蔵した温度制御回路によりＳＡＷデバイス４を所定の温度に加熱するようにした。
【解決手段】温度制御圧電発振器１は、内部に凹所２を形成しているパッケージ３の内部底面に、発熱体を一体化形成した第２の表面が、パッケージ３の内部底面に対向するようＳＡＷデバイス４を搭載すると共に、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップ５を、ＳＡＷデバイス４に並べて搭載し、所定のワイヤーボンディングを行った後、蓋６により気密封止した構造である。温度制御圧電発振器１は、ＩＣチップ５に内蔵した温度制御回路によりＳＡＷデバイス４を所定の温度に加熱するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型化、低消費電力化を図ると共に、温度特性の優れた温度制御可能な圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
安定した周波数の発振信号を供給する水晶発振器は、通信機器、電子機器等にクロック源として広く用いられているが、周囲温度の変化により数十ｐｐｍ程度の周波数変動を生じるため、その電気的特性を更に向上させた温度制御水晶発振器が使用されることも多い。
温度制御水晶発振器は、水晶発振器の発振周波数の安定性を更に高めるため、周囲温度の影響を受けない方策として恒温槽を使用するものである。例えば、水晶振動子と発振回路を構成する電気部品とを金属ブロックから成る恒温槽に収容し、加熱用のヒータを用いて恒温槽を、例えば７０℃程度に加熱して一定に保つことにより、周囲の温度変動による周波数変動を抑圧したものである。
このような温度制御水晶発振器の従来例としては、特許文献１等がある。
【０００３】
一方、近年の発振周波数の高周波化に伴って、水晶振動子を用いた発振器と比べて高周波に対応可能な弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを用いた発振器が用いられている。温度制御ＳＡＷ発振器は、水晶振動子の代わりにＳＡＷ共振子を発振回路に接続し、ＳＡＷ発振器の発振周波数の安定性を高めるため、加熱用のヒータを用いてＳＡＷ共振子や発振回路などを加熱して、周囲温度を一定に保つものである。ＳＡＷ共振子は、すだれ状電極（ＩＤＴ）の両側に反射器を設け、外側に向かって伝搬する表面波を反射させてＩＤＴ部分に表面波エネルギーを閉じ込め、Ｑの高い共振特性を得るようにしたものである。
このような温度制御ＳＡＷ発振器の従来例としては、特許文献２等がある。特許文献２の温度制御ＳＡＷ発振器は、ＳＡＷデバイスのベース基板として（Ｓｉ＋Ｚｎ）を使用しており、発振回路や制御回路などをＩＣ化して温度制御ＳＡＷ発振器を小型化し、温度制御用のヒータの消費電力を低減するようにしている。
【特許文献１】特開平７−５０５２３号公報
【特許文献２】特開２００６−６７０８０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の水晶振動子を用いた温度制御水晶発振器は、温度制御のための発熱体を、水晶振動素子を封入したケースに取り付け、更に金属製の断熱ケースで発振回路や制御回路などを含めた全体を封止した構造である。従って、温度制御水晶発振器を小型化することが困難であり、水晶振動子に対して加える熱効率も悪く、消費電力の低減にも不向きであった。
一方、特許文献２のＳＡＷデバイスを用いた温度制御ＳＡＷ発振器は、ＳＡＷデバイスの基板として、（Ｓｉ＋Ｚｎ）を使用しており、ＳＡＷデバイス自体の温度特性が悪く、ＳＡＷ発振器を温度制御する際に大きな困難を伴う。
【０００５】
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、発振器を小型化すると共に低消費電力化を図り、更には温度特性の優れた温度制御可能な圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明に係る圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法は、以下の構成をとる。
本発明に係る圧電デバイスは、ベース基板の一方面に所定の電極を形成した圧電デバイスであって、ベース基板の他方面に形成した２つの発熱用電極と、発熱用電極間に形成される発熱体と、を備え、発熱用電極に電圧を印加することによりベース基板を所望温度に加熱可能に構成したことを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスの他方面に発熱体を直接形成したのでベース基板を加熱して圧電デバイスの温度特性を安定化する際の電源投入後の立ち上がり時間が短縮すると共に、温度制御が容易で圧電デバイスを用いた発振器の小型化が可能となる。
【０００７】
また本発明に係る圧電デバイスは、ベース基板として水晶基板を使用したことを特徴としている。これによれば、圧電デバイスのベース基板として、水晶基板を用いたことから温度特性に優れた安定な圧電デバイスの特性を確保できる。
また、本発明に係る圧電デバイスは、ベース基板の一方面にすだれ状電極と、すだれ状電極の両側に反射器を備えたＳＡＷ共振子を形成したことを特徴としている。これによれば、圧電デバイスとしてＳＡＷ共振子を用いたことから、発振器を構成する際に、例えば１００ＭＨｚ以上の高周波においても安定した発振特性を得ることが出来る。
また、本発明に係る圧電デバイスは、他方面に形成した発熱体が、発熱塗料またはニクロムを用いた金属膜であることを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスに一体化形成する発熱体として、発熱塗料やニクロムを用いた金属膜を使用したので、圧電デバイスの厚みを増やさずに、経年変化の少ない発熱体を提供することが可能である。
【０００８】
また、本発明に係る圧電デバイスは、外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極をベース基板の一方面に形成し、導電性接着剤を用いて外部回路と電気的に接続すると共に固定するための発熱用電極をベース基板の他方面に形成したことを特徴としている。
また、本発明に係る圧電デバイスは、外部回路と電気的に接続すると共に固定するためのバンプを設けた２つの電極をベース基板の一方面に形成し、外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極をベース基板の他方面に形成したことを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスのパッケージへの搭載方法として、導電性接着剤を用いた接着固定方法や、バンプを用いた接続固定方法や、ワイヤーボンディングによる接続方法を採用したので、容易に圧電デバイスをパッケージに搭載できると共に、圧電デバイスを発振器に用いた際に小型化が可能である。
【０００９】
また、本発明に係る温度制御圧電発振器は、内部に凹所を有するパッケージと、パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、圧電デバイスのベース基板の他方面に形成した発熱用電極と、素子搭載パッドとを導電性接着剤を用いて接続固定すると共に、圧電デバイスの一方面に形成した電極とＩＣチップに形成した電極とをパッケージの内部底面に設けたプリントパターンを経由して接続したことを特徴としている。
これによれば、温度制御圧電発振器の構成要素は、圧電デバイスとＩＣチップの２つとなり、また圧電デバイスのベース基板を直接加熱して温度制御を行うことから、温度制御圧電発振器の小型化が図れると共に、消費電力の低減化が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る温度制御圧電発振器は、内部に凹所を有するパッケージと、パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、圧電デバイスのベース基板の一方面に設けたバンプを用いて素子搭載パッドに接続固定すると共に、ＩＣチップをベース基板の他方面上に接着固定し、さらにベース基板の他方面に設けた電極とＩＣチップに設けた電極とを接続したことを特徴としている。
これによれば、温度制御圧電発振器の構成要素は、圧電デバイスとＩＣチップの２つとなり、また、圧電デバイスのベース基板を直接加熱して温度制御を行うことから、温度制御圧電発振器の小型化が図れると共に、消費電力の低減化が可能となる。更に、圧電デバイスの上面にＩＣチップを搭載したことから、ＩＣチップに内蔵している温度センサと圧電デバイスに形成した発熱体とが近接した構造となり、圧電Ｗデバイスが加熱されている温度と、温度センサが検出している温度との温度差が低減され、更に、高精度な温度制御が可能となり、発振周波数の安定度が改善される。また、温度制御圧電発振器の更なる小型化が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る温度制御圧電発振器は、内部に凹所を有するパッケージと、パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、圧電デバイスのベース基板の一方面に設けたバンプを用いて素子搭載パッドに接続固定すると共に、ＩＣチップをベース基板の他方面上に接着固定し、さらにベース基板の他方面に設けた電極とＩＣチップに設けた電極とを接続したことを特徴としている。
これによれば、温度制御圧電発振器の構成要素は、圧電デバイスとＩＣチップの２つとなり、また圧電デバイスのベース基板を直接加熱して温度制御を行うことから温度制御圧電発振器の小型化が図れると共に、消費電力の低減化が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、ベース基板母材に少なくとも２つの発熱用電極を形成するステップと、発熱用電極間に発熱体を形成するステップと、ベース基板母材に所望の電極パターンを形成する工程と、電極パターンの厚みを薄く削ることにより周波数調整を行うステップと、ベース基板母材を複数の圧電デバイスに個片化する工程と、を有することを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスの製造工程としては、従来の製造工程を大きく変更することなしに容易に圧電デバイスを製造することが可能であり、製造設備に係る初期投資が低減して圧電デバイスを使用した発振器のコスト低減に貢献する。また、圧電デバイスの両面に形成する金属膜を、例えば、アルミなどとして統一すれば、第１の製造工程と第２の製造工程について、工程の共通化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る温度制御圧電発振器の第１の実施形態を示す構造図であり、図１（ａ）は温度制御圧電発振器の蓋を外した状態の上面図を示し、図１（ｂ）はその縦断面図を示す。この図１に示す温度制御圧電発振器においては発振回路に用いる圧電デバイスとしてＳＡＷデバイスを用い、更にＳＡＷデバイスは水晶基板をベース基板としている。またＳＡＷデバイスの第１の表面（一方面）上にはＳＡＷ共振子を形成し、ＳＡＷデバイスの第２の表面（他方面）上には発熱体を一体化形成し、発熱体を用いてＳＡＷ共振子を所定の温度に加熱可能とした。
即ち、第１の実施形態の温度制御圧電発振器１は、内部に凹所２を形成しているパッケージ３の内部底面に、発熱体を一体化形成した第２の表面が、パッケージ３の内部底面に対向するようＳＡＷデバイス４を搭載すると共に、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップ５を、ＳＡＷデバイス４に並べて搭載し、所定のワイヤーボンディングを行った後、蓋６により気密封止した構造である。
【００１４】
セラミックなどの絶縁体からなるパッケージ３の内部底面の表面上には、ＳＡＷデバイス４を導電性接着剤７により接続固定するための素子搭載パッド８と、ＳＡＷデバイス４に設けた電極９とＩＣチップ５に設けた電極１０とをワイヤーボンディングにより接続するための電極１１と、所定のプリントパターン１２が形成されている。なお、図１においては、パッケージ３に設けられている実装端子や、実装端子に導出されるプリントパターンは省略している。
そして、本実施形態の温度制御圧電発振器１では、ＩＣチップ５に内蔵した温度制御回路によりＳＡＷデバイス４を所定の温度に加熱するようにした。これにより、簡単な構造で、小型化に優れた温度制御電圧発振器１の実現が可能となった。
【００１５】
次に、ＳＡＷデバイス４の構造について説明する。
図２は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の実施形態を示す構造図であり、図２（ａ）はＳＡＷデバイスの第１の表面（一方面）の構造を示した図、図２（ｂ）はＳＡＷデバイスの第２の表面（他方面）の構造を示した図、図２（ｃ）はＳＡＷデバイスの短辺方向の側面図である。
ＳＡＷデバイス４は、水晶基板をベース基板１３とし、ＳＡＷデバイス４の第１の表面上の中央にＩＤＴ１４を載置し、その両側に反射器１５を配置したＳＡＷ共振子１６が形成されている。またＩＤＴ１４に接続して、ＩＣチップ５に内蔵した発振回路に接続するための２つのワイヤーボンディング用の電極９が設けられている。
【００１６】
ＳＡＷ共振子１６は、ＩＤＴ１４により励振されたＳＡＷを両反射器１５間に閉じこめることにより高いＱを持つ共振子を実現したものである。また、ＳＡＷ共振子１６はベース基板１３として水晶基板を用いたことから、ベース基板１３として（Ｓｉ＋Ｚｎ）を用いた場合と比べ、優れた温度特性を有すると共に、発振器の発振ループにＳＡＷ共振子を用いると、１００ＭＨｚを超える高い周波数に対応可能となる。
【００１７】
一方、ＳＡＷデバイス４の第２の表面上には、対向する辺に沿って、パッケージ３に設けた素子搭載パッド８と電気的に接続すると共にＳＡＷデバイス４を固定するための２つの発熱用電極１７が設けられている。
また、発熱用電極１７の一部を含む発熱用電極１７間には、例えば発熱塗料などのような発熱体１８が塗布されており、２つの発熱用電極１７間に印加される電圧により所定の温度で発熱する構造となっている。発熱塗料としては、経年変化による劣化の少ないものが望ましく、例えばエポキシ樹脂等のバインダー中に炭素系物質である黒鉛粉末および金属粉末を混入した導電性発熱塗料を適用できる。
【００１８】
ＳＡＷ共振子１６は、水晶基板の第１の表面上を伝搬するＳＡＷにより所望の機能を得る素子であり、ＳＡＷデバイス４の第２の表面上に発熱体１８を一体化して形成してもＳＡＷ共振子１６の機能に影響を与えることはない。なお、図２においては、２つの発熱用電極１７をＳＡＷデバイスの第２の表面上の長辺に沿って設けたが、２つの発熱用電極をＳＡＷデバイスの第２の表面上の短辺に沿って設け、発熱用電極の一部を含む２つの発熱用電極間に発熱体を一体化形成する構造にしても良い。
【００１９】
次に、温度制御圧電発振器１の動作について説明する。
ＩＣチップ５には、発振回路が内蔵されており、ＳＡＷデバイス４に設けたＳＡＷ共振子１６を含めて発振ループを構成して所定の周波数で発振する。一方、ＳＡＷデバイス４には、発熱体１８が形成されており、ＩＣチップ５に内蔵した温度制御回路により発熱温度が制御される。また、ＩＣチップ５には温度センサが設けられており、セラミックパッケージ３の内部温度を検出し、温度制御回路が出力する電圧を可変することにより、発熱体１８に流れる電流を制御し、ＳＡＷ共振子１６を所定の温度に保つよう加熱する。
【００２０】
ＳＡＷ共振子１６の温度特性は、２次曲線を有しており、２次曲線の頂点付近の温度変動による周波数の変化は緩やかである。そこで、例えば、ＳＡＷ共振子１６の温度特性を、２次曲線の頂点付近の温度が７０℃程度となるように設計し、ＳＡＷ共振子１６を、発熱体１８を用いて７０℃に加熱すると、パッケージ３の内部温度が変化しても、発振回路の発振周波数の変化は緩やかであり、温度特性のより優れた温度制御圧電発振器１が実現できる。
また、発振周波数の変動に大きく影響するＳＡＷ共振子１６を発熱体１８により直接加熱するので、電源投入後の温度制御圧電発振器１の立ち上がり時間すなわち温度制御圧電発振器１の発振周波数が安定するまでの時間も短縮される。
【００２１】
次に第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明に係る温度制御圧電発振器の第２の実施形態を示す構造図であり、図３（ａ）は温度制御圧電発振器の蓋を外した状態の上面図を示し、図３（ｂ）はその縦断面図を示す。第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、発振回路に用いる圧電デバイスとしてはＳＡＷデバイスを用い、更にＳＡＷデバイスは水晶基板をベース基板としている。また、ＳＡＷ共振子の第２の表面上に発熱体を一体化して形成してＳＡＷ共振子を所定の温度に加熱可能とした。また第２の実施形態においては、ＳＡＷデバイスの図面に向かって上部にＩＣチップを搭載したことが特徴である。
【００２２】
温度制御圧電発振器１９は、内部に凹所２０を形成しているパッケージ２１の内部底面にＳＡＷデバイス２２を、ＳＡＷ共振子を形成した面（第１の表面）がパッケージ２１の内部底面に対向するようにバンプを用いて搭載している。更に、ＳＡＷデバイス２２の発熱体を一体化形成した面（第２の表面）の図面に向かって上面に、温度センサ、温度制御回路及び発振回路を内蔵したＩＣチップ２３を搭載して、所定のワイヤーボンディングを行った後、蓋２４により気密封止した構造である。
【００２３】
セラミックなどの絶縁体からなるパッケージ２１の内部底面の表面上には、ＳＡＷデバイス２２をバンプ２５により接続固定すると共に、ＩＣチップ２３に設けた電極２６とワイヤーボンディングにより接続するための素子搭載パッド２７が形成されている。なお、図３においては、パッケージ２１に設けられている実装端子や、実装端子に導出されるプリントパターンについては省略している。
そして、本実施形態の温度制御圧電発振器１９では、ＳＡＷデバイス２２の図に向かって上面にＩＣチップ２３を搭載して、ＩＣチップ２３に内蔵した温度制御回路によりＳＡＷデバイス２２を所定の温度に加熱するようにした。これにより、発振器が簡単な構造となり、第１の実施形態より更に小型化された温度制御電圧発振器１９の実現が可能である。
【００２４】
次に、ＳＡＷデバイス２２の構造について説明する。
図４は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の実施形態を示す構造図であり、図４（ａ）はＳＡＷデバイスの第１の表面の構造を示した図、図４（ｂ）はＳＡＷデバイスの第２の表面の構造を示した図、図４（ｃ）はＳＡＷデバイスの短辺方向の側面図である。
ＳＡＷデバイス２２は、水晶基板をベース基板２８とし、ＳＡＷデバイス２２の第１の表面上の中央にＩＤＴ２９を載置し、その両側に反射器３０を配置したＳＡＷ共振子３１が形成されている。
ＳＡＷ共振子３１は、第１の実施形態において説明したＳＡＷ共振子１５と同様に、ＩＤＴ２９により励振されたＳＡＷを両反射器３０間に閉じこめることにより高いＱを持つ共振子を実現したものである。
【００２５】
また、ＩＤＴ２９に接続して、パッケージ２１に接続固定するための電極３１とバンプ２５が設けられている。なお、図４においては、バンプを１つの電極に対して１つ設けているが１つの電極に対して複数個設けてもよい。
第２の実施形態においては、ＳＡＷ共振子３１が形成された第１の表面が、パッケージ２１の内部底面に形成された素子搭載パッド２７にバンプ２５を用いて固定される。
また第２の実施形態においても、ＳＡＷ共振子３１はベース基板２８として水晶基板を用いたことからベース基板２８として（Ｓｉ＋Ｚｎ）を用いた場合と比べ、優れた温度特性を有すると共に、発振器の発振ループにＳＡＷ共振子を用いると、１００ＭＨｚを超える高い周波数に対応可能となる。
【００２６】
一方、ＳＡＷデバイス４の第２の表面上には対向する辺に沿ってＩＣチップ２３に設けた電極２６とワイヤーボンディングによる接続のための２つの発熱用電極３３を設けている。
また、発熱用電極３３の一部を含む２つの発熱用電極３３間には、例えば発熱塗料などのような発熱体３４が塗布されており、２つの発熱用電極３３間に印加される電圧により所定の温度で発熱する構造となっている。
発熱塗料としては、第１の実施形態と同様に、経年変化による劣化の少ないものが必要である。ＳＡＷ共振子３１は、水晶基板の第１の表面上を伝搬するＳＡＷにより所望の機能を得る素子であり、ＳＡＷデバイス２２の第２の表面上に発熱体３４を一体化形成してもＳＡＷ共振子３１の機能に影響を与えることはない。なお、図４においては、２つの発熱用電極３３をＳＡＷデバイスの第２の表面上の短辺に沿って設けたが、２つの発熱用電極をＳＡＷデバイスの第２の表面上の長辺に沿って設け、発熱用電極の一部を含む２つの発熱用電極間に発熱体を一体化形成する構造にしても良い。
【００２７】
次に、温度制御圧電発振器１９の動作については、前述した第１の実施形態における温度制御圧電発振器１と同様であるので説明を省略するが、第２の実施形態においてはＳＡＷデバイス２２の図に向かって上面に接触させてＩＣチップ２３を搭載させた。
従って、ＩＣチップ２３に内蔵している温度センサとＳＡＷデバイス２２に一体化形成した発熱体３４とが近接した構造となり、ＳＡＷデバイス２２が加熱されている温度と、温度センサが検出している温度との温度差が低減され、更に、高精度な温度制御が可能となり、発振周波数の安定度が改善される。
【００２８】
次に、ＳＡＷデバイスに一体化形成される発熱体の変形例について説明する。
図５は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第３の実施形態を示す構造図であり、図５（ａ）はＳＡＷデバイスの第１の表面の構造を示した図、図５（ｂ）はＳＡＷデバイスの第２の表面の構造を示した図である。
第３の実施形態はＳＡＷデバイスの第１の実施形態の第２の表面の構造を変形したものであって、ＳＡＷデバイス３５は、２つの発熱用電極３６間に発熱体３７として、例えばニクロムのような電熱線パターンを一体化形成したものである。発熱体は電流を流すことにより発熱するもので、ＳＡＷデバイスなどの圧電デバイスの裏面に形成しても、ＳＡＷデバイス全体として厚くならず、マウント工程に支障が生じない発熱体が好ましい。
【００２９】
ニクロムの場合は、水晶基板の第２の表面上に蒸着でニクロムの金属膜を形成した後、フォトリソグラフィーなどで所望のパターンを形成する。ニクロムによる電熱線パターンは、経年変化による劣化が少なく、安定した温度制御圧電発振器の実現が可能となる。なお、第３の実施形態は、図４に示したＳＡＷデバイスと同様な構造であっても実現可能である。また、図５においては２つの発熱用電極３６をＳＡＷデバイスの第２の表面上の長辺方向に形成したが、短辺方向に形成し２つの発熱用電極間に発熱体を一体化形成しても良い。
【００３０】
次に、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法について説明する。
図６は本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示すフローチャートである。また図７は本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示すフローチャートである。なお、図６乃至図８に示すフローチャートは、前述したＳＡＷデバイスの第１の実施形態について説明したものである。製造工程は、大きく三つの工程により構成され、第１の製造工程は水晶基板の第２の表面上に発熱体を形成する製造工程、第２の製造工程は水晶基板の第１の表面上にＳＡＷ共振子を形成する製造工程、第３の製造工程は、第１の製造工程と第２の製造工程において水晶基板母材に複数形成したＳＡＷデバイスを、個片のＳＡＷデバイスに切断する製造工程である。なお、第１の製造工程と第２の製造工程において特に説明していないが第１の製造工程と第２の製造工程において使用する水晶基板はＳＡＷデバイスを複数個形成するための水晶基板母材である。
【００３１】
第１の製造工程について説明する。先ず、水晶基板の両面を硫酸などのエッチング液を用いて僅かにエッチングすることにより、水晶基板を洗浄する（ステップＡ１）。
次に、水晶基板の第２の表面上に所定の厚みで、例えばアルミ膜などを蒸着することにより金属膜を形成する（ステップＡ２）。
更に、金属膜の表面上の全域にレジストを塗布した後（ステップＡ３）、所望の発熱用電極を形成するためのフォトマスクを設置し、露光装置によりレジスト膜を露光する（ステップＡ４）。
【００３２】
次に、現像のステップに進みフォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流す（ステップＡ５）。
次に、エッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜が形成されていない金属膜の領域を削除する（ステップＡ６）。更に、レジスト剥離液を用いてレジスト膜を剥離すると、２つの発熱用電極を形成する金属膜のみが残存し、水晶基板の第２の表面上に２つの発熱用電極が完成する（ステップＡ７）。
最後に、発熱用電極の一部を含む発熱用電極間に、発熱塗料を塗布し（ステップＡ８）、第１の製造工程は終了する。
【００３３】
次に、第２の製造工程について説明する。先ず、水晶基板の第１の表面上に所定の厚みで、例えば、アルミ膜などを蒸着することにより金属膜を形成する（ステップＢ１）。
更に、金属膜の表面上の全域にレジストを塗布した後（ステップＢ２）、ＳＡＷ共振子を構成するＩＤＴや反射器を形成するためのフォトマスクを設置し、露光装置によりレジスト膜を露光する（ステップＢ３）。
次に、現像のステップに進み、フォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流す（ステップＢ４）。
次に、エッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜が形成されていない金属膜の領域を削除する（ステップＢ５）。
更に、レジスト剥離液を用いてレジスト膜を剥離すると、所望のＩＤＴや反射器を形成する金属膜のみが残存し、水晶基板の第１の表面上にＳＡＷ共振子が完成する（ステップＢ６）。最後に、完成したＳＡＷ共振子について、エッチング液に浸すことにより金属膜の厚みを薄く削ることにより周波数調整を行い（ステップＢ７）、第２の製造工程は終了する。
【００３４】
次に、第３の製造工程について説明する。第３の製造工程においては、第１の製造工程と第２の製造工程により水晶基板母材に完成した複数のＳＡＷデバイスを、個片のＳＡＷデバイスに切断する製造工程であり、ダイシングなどの手段により切断する（ステップＣ１）。
【００３５】
次に、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造工程について構造図を用いて説明する。
図８は本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示す構造図である。また図９は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示す構造図である。
第１の製造工程について、図８に示した構造図を用いて説明する。先ず、Ａ１は水晶基板３８の両面を硫酸などのエッチング液を用いて僅かにエッチングすることにより、水晶基板３８を洗浄した状態である。Ａ２は水晶基板３８の第２の表面上に所定の厚みで、例えばアルミ膜などを蒸着することにより金属膜３９を形成した状態である。Ａ５は金属膜３９の表面上の全域にレジストを塗布した後、発熱用電極を形成するためのフォトマスクを設置して、露光装置によりレジスト膜４０を露光し、フォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流した状態である。Ａ６はエッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜４０が形成されていない金属膜の領域を削除した状態を示し、所望の発熱用電極を構成する金属膜３９の上を、レジスト膜４０が覆った状態である。Ａ７はレジスト剥離液を用いてレジスト膜４０を剥離し、２つの発熱用電極を形成する金属膜３９のみを残存させ、水晶基板の第２の表面上に２つの発熱用電極４１を完成させた状態である。Ａ８は発熱用電極４１の一部を含む発熱電極間に、発熱塗料４２を塗布した状態を示す。
【００３６】
次に、第２の製造工程と第３の製造工程について、図９に示した構造図を用いて説明する。先ず、Ｂ１は水晶基板３８の第１の表面上に所定の厚みで、例えばアルミ膜などを蒸着することにより金属膜４３を形成した状態を示す。Ｂ４は金属膜４３の表面上の全域にレジストを塗布した後、ＳＡＷ共振子を構成するＩＤＴや反射器を形成するためのフォトマスクを設置して、露光装置によりレジスト膜４４を露光し、フォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流した状態を示す。Ｂ５はエッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜４４が形成されていない金属膜の領域を削除した状態を示し、所望のＩＤＴや反射器を構成する金属膜４３の上を、レジスト膜４４が覆った状態である。Ｂ６はレジスト剥離液を用いてレジスト膜を剥離し、所望のＩＤＴ４５や反射器４６を形成する金属膜のみを残存させ、水晶基板３８の第１の表面上にＳＡＷ共振子を完成させた状態である。
【００３７】
次に、第３の製造工程について説明する。
Ｃ１は第１の製造工程と第２の製造工程により水晶基板母材に完成した複数のＳＡＷデバイスを、個片のＳＡＷデバイスに切断する製造工程であり、図９に示した点線の位置においてダイシングなどの手段により切断する。
【００３８】
以上、ＳＡＷデバイスを用いた温度制御圧電発振器について説明したが、圧電デバイスとしては、ＳＡＷデバイスに限らず、他の圧電デバイスであっても、圧電デバイスの機能が一方面にのみ限定して作用し、他方面には影響を与えないものであれば、他方面に発熱体を一体化形成でき、本発明を適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る温度制御圧電発振器の第１の実施形態を示す構造図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の実施形態を示す構造図である。
【図３】本発明に係る温度制御圧電発振器の第２の実施形態を示す構造図である。
【図４】本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の実施形態を示す構造図である。
【図５】本発明に係るＳＡＷデバイスの第３の実施形態を示す構造図である。
【図６】本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示す構造図である。
【図９】本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示す構造図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１９…温度制御圧電発振器、２、２０…凹所、３、２１…パッケージ、４、２２、３５…ＳＡＷデバイス、５、２３…ＩＣチップ、６、２４…蓋、７…導電性接着剤、８、２７…素子搭載パッド、９、１０、１１、２６、３２、３６…電極、１２…プリントパターン、１３、２８…ベース基板、１４、２９、４５…ＩＤＴ、１５、３０、４６…反射器、１６、３１…ＳＡＷ共振子、１７、３３、４１…発熱用電極、１８、３４、３７…発熱体、２５…バンプ、３８…水晶基板、３９、４３…金属膜、４０、４４…レジスト膜、４２…発熱塗料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型化、低消費電力化を図ると共に、温度特性の優れた温度制御可能な圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
安定した周波数の発振信号を供給する水晶発振器は、通信機器、電子機器等にクロック源として広く用いられているが、周囲温度の変化により数十ｐｐｍ程度の周波数変動を生じるため、その電気的特性を更に向上させた温度制御水晶発振器が使用されることも多い。
温度制御水晶発振器は、水晶発振器の発振周波数の安定性を更に高めるため、周囲温度の影響を受けない方策として恒温槽を使用するものである。例えば、水晶振動子と発振回路を構成する電気部品とを金属ブロックから成る恒温槽に収容し、加熱用のヒータを用いて恒温槽を、例えば７０℃程度に加熱して一定に保つことにより、周囲の温度変動による周波数変動を抑圧したものである。
このような温度制御水晶発振器の従来例としては、特許文献１等がある。
【０００３】
一方、近年の発振周波数の高周波化に伴って、水晶振動子を用いた発振器と比べて高周波に対応可能な弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを用いた発振器が用いられている。温度制御ＳＡＷ発振器は、水晶振動子の代わりにＳＡＷ共振子を発振回路に接続し、ＳＡＷ発振器の発振周波数の安定性を高めるため、加熱用のヒータを用いてＳＡＷ共振子や発振回路などを加熱して、周囲温度を一定に保つものである。ＳＡＷ共振子は、すだれ状電極（ＩＤＴ）の両側に反射器を設け、外側に向かって伝搬する表面波を反射させてＩＤＴ部分に表面波エネルギーを閉じ込め、Ｑの高い共振特性を得るようにしたものである。
このような温度制御ＳＡＷ発振器の従来例としては、特許文献２等がある。特許文献２の温度制御ＳＡＷ発振器は、ＳＡＷデバイスのベース基板として（Ｓｉ＋Ｚｎ）を使用しており、発振回路や制御回路などをＩＣ化して温度制御ＳＡＷ発振器を小型化し、温度制御用のヒータの消費電力を低減するようにしている。
【特許文献１】特開平７−５０５２３号公報
【特許文献２】特開２００６−６７０８０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の水晶振動子を用いた温度制御水晶発振器は、温度制御のための発熱体を、水晶振動素子を封入したケースに取り付け、更に金属製の断熱ケースで発振回路や制御回路などを含めた全体を封止した構造である。従って、温度制御水晶発振器を小型化することが困難であり、水晶振動子に対して加える熱効率も悪く、消費電力の低減にも不向きであった。
一方、特許文献２のＳＡＷデバイスを用いた温度制御ＳＡＷ発振器は、ＳＡＷデバイスの基板として、（Ｓｉ＋Ｚｎ）を使用しており、ＳＡＷデバイス自体の温度特性が悪く、ＳＡＷ発振器を温度制御する際に大きな困難を伴う。
【０００５】
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、発振器を小型化すると共に低消費電力化を図り、更には温度特性の優れた温度制御可能な圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明に係る圧電デバイス、温度制御圧電発振器、及び圧電デバイスの製造方法は、以下の構成をとる。
本発明に係る圧電デバイスは、ベース基板の一方面に所定の電極を形成した圧電デバイスであって、ベース基板の他方面に形成した２つの発熱用電極と、発熱用電極間に形成される発熱体と、を備え、発熱用電極に電圧を印加することによりベース基板を所望温度に加熱可能に構成したことを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスの他方面に発熱体を直接形成したのでベース基板を加熱して圧電デバイスの温度特性を安定化する際の電源投入後の立ち上がり時間が短縮すると共に、温度制御が容易で圧電デバイスを用いた発振器の小型化が可能となる。
【０００７】
また本発明に係る圧電デバイスは、ベース基板として水晶基板を使用したことを特徴としている。これによれば、圧電デバイスのベース基板として、水晶基板を用いたことから温度特性に優れた安定な圧電デバイスの特性を確保できる。
また、本発明に係る圧電デバイスは、ベース基板の一方面にすだれ状電極と、すだれ状電極の両側に反射器を備えたＳＡＷ共振子を形成したことを特徴としている。これによれば、圧電デバイスとしてＳＡＷ共振子を用いたことから、発振器を構成する際に、例えば１００ＭＨｚ以上の高周波においても安定した発振特性を得ることが出来る。
また、本発明に係る圧電デバイスは、他方面に形成した発熱体が、発熱塗料またはニクロムを用いた金属膜であることを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスに一体化形成する発熱体として、発熱塗料やニクロムを用いた金属膜を使用したので、圧電デバイスの厚みを増やさずに、経年変化の少ない発熱体を提供することが可能である。
【０００８】
また、本発明に係る圧電デバイスは、外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極をベース基板の一方面に形成し、導電性接着剤を用いて外部回路と電気的に接続すると共に固定するための発熱用電極をベース基板の他方面に形成したことを特徴としている。
また、本発明に係る圧電デバイスは、外部回路と電気的に接続すると共に固定するためのバンプを設けた２つの電極をベース基板の一方面に形成し、外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極をベース基板の他方面に形成したことを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスのパッケージへの搭載方法として、導電性接着剤を用いた接着固定方法や、バンプを用いた接続固定方法や、ワイヤーボンディングによる接続方法を採用したので、容易に圧電デバイスをパッケージに搭載できると共に、圧電デバイスを発振器に用いた際に小型化が可能である。
【０００９】
また、本発明に係る温度制御圧電発振器は、内部に凹所を有するパッケージと、パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、圧電デバイスのベース基板の他方面に形成した発熱用電極と、素子搭載パッドとを導電性接着剤を用いて接続固定すると共に、圧電デバイスの一方面に形成した電極とＩＣチップに形成した電極とをパッケージの内部底面に設けたプリントパターンを経由して接続したことを特徴としている。
これによれば、温度制御圧電発振器の構成要素は、圧電デバイスとＩＣチップの２つとなり、また圧電デバイスのベース基板を直接加熱して温度制御を行うことから、温度制御圧電発振器の小型化が図れると共に、消費電力の低減化が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る温度制御圧電発振器は、内部に凹所を有するパッケージと、パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、圧電デバイスのベース基板の一方面に設けたバンプを用いて素子搭載パッドに接続固定すると共に、ＩＣチップをベース基板の他方面上に接着固定し、さらにベース基板の他方面に設けた電極とＩＣチップに設けた電極とを接続したことを特徴としている。
これによれば、温度制御圧電発振器の構成要素は、圧電デバイスとＩＣチップの２つとなり、また、圧電デバイスのベース基板を直接加熱して温度制御を行うことから、温度制御圧電発振器の小型化が図れると共に、消費電力の低減化が可能となる。更に、圧電デバイスの上面にＩＣチップを搭載したことから、ＩＣチップに内蔵している温度センサと圧電デバイスに形成した発熱体とが近接した構造となり、圧電Ｗデバイスが加熱されている温度と、温度センサが検出している温度との温度差が低減され、更に、高精度な温度制御が可能となり、発振周波数の安定度が改善される。また、温度制御圧電発振器の更なる小型化が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る温度制御圧電発振器は、内部に凹所を有するパッケージと、パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、圧電デバイスのベース基板の一方面に設けたバンプを用いて素子搭載パッドに接続固定すると共に、ＩＣチップをベース基板の他方面上に接着固定し、さらにベース基板の他方面に設けた電極とＩＣチップに設けた電極とを接続したことを特徴としている。
これによれば、温度制御圧電発振器の構成要素は、圧電デバイスとＩＣチップの２つとなり、また圧電デバイスのベース基板を直接加熱して温度制御を行うことから温度制御圧電発振器の小型化が図れると共に、消費電力の低減化が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、ベース基板母材に少なくとも２つの発熱用電極を形成するステップと、発熱用電極間に発熱体を形成するステップと、ベース基板母材に所望の電極パターンを形成する工程と、電極パターンの厚みを薄く削ることにより周波数調整を行うステップと、ベース基板母材を複数の圧電デバイスに個片化する工程と、を有することを特徴としている。
これによれば、圧電デバイスの製造工程としては、従来の製造工程を大きく変更することなしに容易に圧電デバイスを製造することが可能であり、製造設備に係る初期投資が低減して圧電デバイスを使用した発振器のコスト低減に貢献する。また、圧電デバイスの両面に形成する金属膜を、例えば、アルミなどとして統一すれば、第１の製造工程と第２の製造工程について、工程の共通化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る温度制御圧電発振器の第１の実施形態を示す構造図であり、図１（ａ）は温度制御圧電発振器の蓋を外した状態の上面図を示し、図１（ｂ）はその縦断面図を示す。この図１に示す温度制御圧電発振器においては発振回路に用いる圧電デバイスとしてＳＡＷデバイスを用い、更にＳＡＷデバイスは水晶基板をベース基板としている。またＳＡＷデバイスの第１の表面（一方面）上にはＳＡＷ共振子を形成し、ＳＡＷデバイスの第２の表面（他方面）上には発熱体を一体化形成し、発熱体を用いてＳＡＷ共振子を所定の温度に加熱可能とした。
即ち、第１の実施形態の温度制御圧電発振器１は、内部に凹所２を形成しているパッケージ３の内部底面に、発熱体を一体化形成した第２の表面が、パッケージ３の内部底面に対向するようＳＡＷデバイス４を搭載すると共に、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップ５を、ＳＡＷデバイス４に並べて搭載し、所定のワイヤーボンディングを行った後、蓋６により気密封止した構造である。
【００１４】
セラミックなどの絶縁体からなるパッケージ３の内部底面の表面上には、ＳＡＷデバイス４を導電性接着剤７により接続固定するための素子搭載パッド８と、ＳＡＷデバイス４に設けた電極９とＩＣチップ５に設けた電極１０とをワイヤーボンディングにより接続するための電極１１と、所定のプリントパターン１２が形成されている。なお、図１においては、パッケージ３に設けられている実装端子や、実装端子に導出されるプリントパターンは省略している。
そして、本実施形態の温度制御圧電発振器１では、ＩＣチップ５に内蔵した温度制御回路によりＳＡＷデバイス４を所定の温度に加熱するようにした。これにより、簡単な構造で、小型化に優れた温度制御電圧発振器１の実現が可能となった。
【００１５】
次に、ＳＡＷデバイス４の構造について説明する。
図２は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の実施形態を示す構造図であり、図２（ａ）はＳＡＷデバイスの第１の表面（一方面）の構造を示した図、図２（ｂ）はＳＡＷデバイスの第２の表面（他方面）の構造を示した図、図２（ｃ）はＳＡＷデバイスの短辺方向の側面図である。
ＳＡＷデバイス４は、水晶基板をベース基板１３とし、ＳＡＷデバイス４の第１の表面上の中央にＩＤＴ１４を載置し、その両側に反射器１５を配置したＳＡＷ共振子１６が形成されている。またＩＤＴ１４に接続して、ＩＣチップ５に内蔵した発振回路に接続するための２つのワイヤーボンディング用の電極９が設けられている。
【００１６】
ＳＡＷ共振子１６は、ＩＤＴ１４により励振されたＳＡＷを両反射器１５間に閉じこめることにより高いＱを持つ共振子を実現したものである。また、ＳＡＷ共振子１６はベース基板１３として水晶基板を用いたことから、ベース基板１３として（Ｓｉ＋Ｚｎ）を用いた場合と比べ、優れた温度特性を有すると共に、発振器の発振ループにＳＡＷ共振子を用いると、１００ＭＨｚを超える高い周波数に対応可能となる。
【００１７】
一方、ＳＡＷデバイス４の第２の表面上には、対向する辺に沿って、パッケージ３に設けた素子搭載パッド８と電気的に接続すると共にＳＡＷデバイス４を固定するための２つの発熱用電極１７が設けられている。
また、発熱用電極１７の一部を含む発熱用電極１７間には、例えば発熱塗料などのような発熱体１８が塗布されており、２つの発熱用電極１７間に印加される電圧により所定の温度で発熱する構造となっている。発熱塗料としては、経年変化による劣化の少ないものが望ましく、例えばエポキシ樹脂等のバインダー中に炭素系物質である黒鉛粉末および金属粉末を混入した導電性発熱塗料を適用できる。
【００１８】
ＳＡＷ共振子１６は、水晶基板の第１の表面上を伝搬するＳＡＷにより所望の機能を得る素子であり、ＳＡＷデバイス４の第２の表面上に発熱体１８を一体化して形成してもＳＡＷ共振子１６の機能に影響を与えることはない。なお、図２においては、２つの発熱用電極１７をＳＡＷデバイスの第２の表面上の長辺に沿って設けたが、２つの発熱用電極をＳＡＷデバイスの第２の表面上の短辺に沿って設け、発熱用電極の一部を含む２つの発熱用電極間に発熱体を一体化形成する構造にしても良い。
【００１９】
次に、温度制御圧電発振器１の動作について説明する。
ＩＣチップ５には、発振回路が内蔵されており、ＳＡＷデバイス４に設けたＳＡＷ共振子１６を含めて発振ループを構成して所定の周波数で発振する。一方、ＳＡＷデバイス４には、発熱体１８が形成されており、ＩＣチップ５に内蔵した温度制御回路により発熱温度が制御される。また、ＩＣチップ５には温度センサが設けられており、セラミックパッケージ３の内部温度を検出し、温度制御回路が出力する電圧を可変することにより、発熱体１８に流れる電流を制御し、ＳＡＷ共振子１６を所定の温度に保つよう加熱する。
【００２０】
ＳＡＷ共振子１６の温度特性は、２次曲線を有しており、２次曲線の頂点付近の温度変動による周波数の変化は緩やかである。そこで、例えば、ＳＡＷ共振子１６の温度特性を、２次曲線の頂点付近の温度が７０℃程度となるように設計し、ＳＡＷ共振子１６を、発熱体１８を用いて７０℃に加熱すると、パッケージ３の内部温度が変化しても、発振回路の発振周波数の変化は緩やかであり、温度特性のより優れた温度制御圧電発振器１が実現できる。
また、発振周波数の変動に大きく影響するＳＡＷ共振子１６を発熱体１８により直接加熱するので、電源投入後の温度制御圧電発振器１の立ち上がり時間すなわち温度制御圧電発振器１の発振周波数が安定するまでの時間も短縮される。
【００２１】
次に第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明に係る温度制御圧電発振器の第２の実施形態を示す構造図であり、図３（ａ）は温度制御圧電発振器の蓋を外した状態の上面図を示し、図３（ｂ）はその縦断面図を示す。第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、発振回路に用いる圧電デバイスとしてはＳＡＷデバイスを用い、更にＳＡＷデバイスは水晶基板をベース基板としている。また、ＳＡＷ共振子の第２の表面上に発熱体を一体化して形成してＳＡＷ共振子を所定の温度に加熱可能とした。また第２の実施形態においては、ＳＡＷデバイスの図面に向かって上部にＩＣチップを搭載したことが特徴である。
【００２２】
温度制御圧電発振器１９は、内部に凹所２０を形成しているパッケージ２１の内部底面にＳＡＷデバイス２２を、ＳＡＷ共振子を形成した面（第１の表面）がパッケージ２１の内部底面に対向するようにバンプを用いて搭載している。更に、ＳＡＷデバイス２２の発熱体を一体化形成した面（第２の表面）の図面に向かって上面に、温度センサ、温度制御回路及び発振回路を内蔵したＩＣチップ２３を搭載して、所定のワイヤーボンディングを行った後、蓋２４により気密封止した構造である。
【００２３】
セラミックなどの絶縁体からなるパッケージ２１の内部底面の表面上には、ＳＡＷデバイス２２をバンプ２５により接続固定すると共に、ＩＣチップ２３に設けた電極２６とワイヤーボンディングにより接続するための素子搭載パッド２７が形成されている。なお、図３においては、パッケージ２１に設けられている実装端子や、実装端子に導出されるプリントパターンについては省略している。
そして、本実施形態の温度制御圧電発振器１９では、ＳＡＷデバイス２２の図に向かって上面にＩＣチップ２３を搭載して、ＩＣチップ２３に内蔵した温度制御回路によりＳＡＷデバイス２２を所定の温度に加熱するようにした。これにより、発振器が簡単な構造となり、第１の実施形態より更に小型化された温度制御電圧発振器１９の実現が可能である。
【００２４】
次に、ＳＡＷデバイス２２の構造について説明する。
図４は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の実施形態を示す構造図であり、図４（ａ）はＳＡＷデバイスの第１の表面の構造を示した図、図４（ｂ）はＳＡＷデバイスの第２の表面の構造を示した図、図４（ｃ）はＳＡＷデバイスの短辺方向の側面図である。
ＳＡＷデバイス２２は、水晶基板をベース基板２８とし、ＳＡＷデバイス２２の第１の表面上の中央にＩＤＴ２９を載置し、その両側に反射器３０を配置したＳＡＷ共振子３１が形成されている。
ＳＡＷ共振子３１は、第１の実施形態において説明したＳＡＷ共振子１５と同様に、ＩＤＴ２９により励振されたＳＡＷを両反射器３０間に閉じこめることにより高いＱを持つ共振子を実現したものである。
【００２５】
また、ＩＤＴ２９に接続して、パッケージ２１に接続固定するための電極３１とバンプ２５が設けられている。なお、図４においては、バンプを１つの電極に対して１つ設けているが１つの電極に対して複数個設けてもよい。
第２の実施形態においては、ＳＡＷ共振子３１が形成された第１の表面が、パッケージ２１の内部底面に形成された素子搭載パッド２７にバンプ２５を用いて固定される。
また第２の実施形態においても、ＳＡＷ共振子３１はベース基板２８として水晶基板を用いたことからベース基板２８として（Ｓｉ＋Ｚｎ）を用いた場合と比べ、優れた温度特性を有すると共に、発振器の発振ループにＳＡＷ共振子を用いると、１００ＭＨｚを超える高い周波数に対応可能となる。
【００２６】
一方、ＳＡＷデバイス４の第２の表面上には対向する辺に沿ってＩＣチップ２３に設けた電極２６とワイヤーボンディングによる接続のための２つの発熱用電極３３を設けている。
また、発熱用電極３３の一部を含む２つの発熱用電極３３間には、例えば発熱塗料などのような発熱体３４が塗布されており、２つの発熱用電極３３間に印加される電圧により所定の温度で発熱する構造となっている。
発熱塗料としては、第１の実施形態と同様に、経年変化による劣化の少ないものが必要である。ＳＡＷ共振子３１は、水晶基板の第１の表面上を伝搬するＳＡＷにより所望の機能を得る素子であり、ＳＡＷデバイス２２の第２の表面上に発熱体３４を一体化形成してもＳＡＷ共振子３１の機能に影響を与えることはない。なお、図４においては、２つの発熱用電極３３をＳＡＷデバイスの第２の表面上の短辺に沿って設けたが、２つの発熱用電極をＳＡＷデバイスの第２の表面上の長辺に沿って設け、発熱用電極の一部を含む２つの発熱用電極間に発熱体を一体化形成する構造にしても良い。
【００２７】
次に、温度制御圧電発振器１９の動作については、前述した第１の実施形態における温度制御圧電発振器１と同様であるので説明を省略するが、第２の実施形態においてはＳＡＷデバイス２２の図に向かって上面に接触させてＩＣチップ２３を搭載させた。
従って、ＩＣチップ２３に内蔵している温度センサとＳＡＷデバイス２２に一体化形成した発熱体３４とが近接した構造となり、ＳＡＷデバイス２２が加熱されている温度と、温度センサが検出している温度との温度差が低減され、更に、高精度な温度制御が可能となり、発振周波数の安定度が改善される。
【００２８】
次に、ＳＡＷデバイスに一体化形成される発熱体の変形例について説明する。
図５は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第３の実施形態を示す構造図であり、図５（ａ）はＳＡＷデバイスの第１の表面の構造を示した図、図５（ｂ）はＳＡＷデバイスの第２の表面の構造を示した図である。
第３の実施形態はＳＡＷデバイスの第１の実施形態の第２の表面の構造を変形したものであって、ＳＡＷデバイス３５は、２つの発熱用電極３６間に発熱体３７として、例えばニクロムのような電熱線パターンを一体化形成したものである。発熱体は電流を流すことにより発熱するもので、ＳＡＷデバイスなどの圧電デバイスの裏面に形成しても、ＳＡＷデバイス全体として厚くならず、マウント工程に支障が生じない発熱体が好ましい。
【００２９】
ニクロムの場合は、水晶基板の第２の表面上に蒸着でニクロムの金属膜を形成した後、フォトリソグラフィーなどで所望のパターンを形成する。ニクロムによる電熱線パターンは、経年変化による劣化が少なく、安定した温度制御圧電発振器の実現が可能となる。なお、第３の実施形態は、図４に示したＳＡＷデバイスと同様な構造であっても実現可能である。また、図５においては２つの発熱用電極３６をＳＡＷデバイスの第２の表面上の長辺方向に形成したが、短辺方向に形成し２つの発熱用電極間に発熱体を一体化形成しても良い。
【００３０】
次に、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造方法について説明する。
図６は本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示すフローチャートである。また図７は本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示すフローチャートである。なお、図６乃至図８に示すフローチャートは、前述したＳＡＷデバイスの第１の実施形態について説明したものである。製造工程は、大きく三つの工程により構成され、第１の製造工程は水晶基板の第２の表面上に発熱体を形成する製造工程、第２の製造工程は水晶基板の第１の表面上にＳＡＷ共振子を形成する製造工程、第３の製造工程は、第１の製造工程と第２の製造工程において水晶基板母材に複数形成したＳＡＷデバイスを、個片のＳＡＷデバイスに切断する製造工程である。なお、第１の製造工程と第２の製造工程において特に説明していないが第１の製造工程と第２の製造工程において使用する水晶基板はＳＡＷデバイスを複数個形成するための水晶基板母材である。
【００３１】
第１の製造工程について説明する。先ず、水晶基板の両面を硫酸などのエッチング液を用いて僅かにエッチングすることにより、水晶基板を洗浄する（ステップＡ１）。
次に、水晶基板の第２の表面上に所定の厚みで、例えばアルミ膜などを蒸着することにより金属膜を形成する（ステップＡ２）。
更に、金属膜の表面上の全域にレジストを塗布した後（ステップＡ３）、所望の発熱用電極を形成するためのフォトマスクを設置し、露光装置によりレジスト膜を露光する（ステップＡ４）。
【００３２】
次に、現像のステップに進みフォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流す（ステップＡ５）。
次に、エッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜が形成されていない金属膜の領域を削除する（ステップＡ６）。更に、レジスト剥離液を用いてレジスト膜を剥離すると、２つの発熱用電極を形成する金属膜のみが残存し、水晶基板の第２の表面上に２つの発熱用電極が完成する（ステップＡ７）。
最後に、発熱用電極の一部を含む発熱用電極間に、発熱塗料を塗布し（ステップＡ８）、第１の製造工程は終了する。
【００３３】
次に、第２の製造工程について説明する。先ず、水晶基板の第１の表面上に所定の厚みで、例えば、アルミ膜などを蒸着することにより金属膜を形成する（ステップＢ１）。
更に、金属膜の表面上の全域にレジストを塗布した後（ステップＢ２）、ＳＡＷ共振子を構成するＩＤＴや反射器を形成するためのフォトマスクを設置し、露光装置によりレジスト膜を露光する（ステップＢ３）。
次に、現像のステップに進み、フォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流す（ステップＢ４）。
次に、エッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜が形成されていない金属膜の領域を削除する（ステップＢ５）。
更に、レジスト剥離液を用いてレジスト膜を剥離すると、所望のＩＤＴや反射器を形成する金属膜のみが残存し、水晶基板の第１の表面上にＳＡＷ共振子が完成する（ステップＢ６）。最後に、完成したＳＡＷ共振子について、エッチング液に浸すことにより金属膜の厚みを薄く削ることにより周波数調整を行い（ステップＢ７）、第２の製造工程は終了する。
【００３４】
次に、第３の製造工程について説明する。第３の製造工程においては、第１の製造工程と第２の製造工程により水晶基板母材に完成した複数のＳＡＷデバイスを、個片のＳＡＷデバイスに切断する製造工程であり、ダイシングなどの手段により切断する（ステップＣ１）。
【００３５】
次に、本発明に係るＳＡＷデバイスの製造工程について構造図を用いて説明する。
図８は本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示す構造図である。また図９は、本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示す構造図である。
第１の製造工程について、図８に示した構造図を用いて説明する。先ず、Ａ１は水晶基板３８の両面を硫酸などのエッチング液を用いて僅かにエッチングすることにより、水晶基板３８を洗浄した状態である。Ａ２は水晶基板３８の第２の表面上に所定の厚みで、例えばアルミ膜などを蒸着することにより金属膜３９を形成した状態である。Ａ５は金属膜３９の表面上の全域にレジストを塗布した後、発熱用電極を形成するためのフォトマスクを設置して、露光装置によりレジスト膜４０を露光し、フォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流した状態である。Ａ６はエッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜４０が形成されていない金属膜の領域を削除した状態を示し、所望の発熱用電極を構成する金属膜３９の上を、レジスト膜４０が覆った状態である。Ａ７はレジスト剥離液を用いてレジスト膜４０を剥離し、２つの発熱用電極を形成する金属膜３９のみを残存させ、水晶基板の第２の表面上に２つの発熱用電極４１を完成させた状態である。Ａ８は発熱用電極４１の一部を含む発熱電極間に、発熱塗料４２を塗布した状態を示す。
【００３６】
次に、第２の製造工程と第３の製造工程について、図９に示した構造図を用いて説明する。先ず、Ｂ１は水晶基板３８の第１の表面上に所定の厚みで、例えばアルミ膜などを蒸着することにより金属膜４３を形成した状態を示す。Ｂ４は金属膜４３の表面上の全域にレジストを塗布した後、ＳＡＷ共振子を構成するＩＤＴや反射器を形成するためのフォトマスクを設置して、露光装置によりレジスト膜４４を露光し、フォトマスクにより光が遮断された領域のレジストを洗い流した状態を示す。Ｂ５はエッチング液を用いてエッチングを行い、レジスト膜４４が形成されていない金属膜の領域を削除した状態を示し、所望のＩＤＴや反射器を構成する金属膜４３の上を、レジスト膜４４が覆った状態である。Ｂ６はレジスト剥離液を用いてレジスト膜を剥離し、所望のＩＤＴ４５や反射器４６を形成する金属膜のみを残存させ、水晶基板３８の第１の表面上にＳＡＷ共振子を完成させた状態である。
【００３７】
次に、第３の製造工程について説明する。
Ｃ１は第１の製造工程と第２の製造工程により水晶基板母材に完成した複数のＳＡＷデバイスを、個片のＳＡＷデバイスに切断する製造工程であり、図９に示した点線の位置においてダイシングなどの手段により切断する。
【００３８】
以上、ＳＡＷデバイスを用いた温度制御圧電発振器について説明したが、圧電デバイスとしては、ＳＡＷデバイスに限らず、他の圧電デバイスであっても、圧電デバイスの機能が一方面にのみ限定して作用し、他方面には影響を与えないものであれば、他方面に発熱体を一体化形成でき、本発明を適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る温度制御圧電発振器の第１の実施形態を示す構造図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の実施形態を示す構造図である。
【図３】本発明に係る温度制御圧電発振器の第２の実施形態を示す構造図である。
【図４】本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の実施形態を示す構造図である。
【図５】本発明に係るＳＡＷデバイスの第３の実施形態を示す構造図である。
【図６】本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係るＳＡＷデバイスの第１の製造工程を示す構造図である。
【図９】本発明に係るＳＡＷデバイスの第２の製造工程と第３の製造工程を示す構造図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１９…温度制御圧電発振器、２、２０…凹所、３、２１…パッケージ、４、２２、３５…ＳＡＷデバイス、５、２３…ＩＣチップ、６、２４…蓋、７…導電性接着剤、８、２７…素子搭載パッド、９、１０、１１、２６、３２、３６…電極、１２…プリントパターン、１３、２８…ベース基板、１４、２９、４５…ＩＤＴ、１５、３０、４６…反射器、１６、３１…ＳＡＷ共振子、１７、３３、４１…発熱用電極、１８、３４、３７…発熱体、２５…バンプ、３８…水晶基板、３９、４３…金属膜、４０、４４…レジスト膜、４２…発熱塗料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板の一方面に所定の電極を形成した圧電デバイスであって、
前記ベース基板の他方面に形成した２つの発熱用電極と、該発熱用電極間に形成される発熱体と、を備え、前記発熱用電極に電圧を印加することにより前記ベース基板を所望温度に加熱可能に構成したことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記ベース基板として水晶基板を使用したことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記ベース基板の一方面に、すだれ状電極と、該すだれ状電極の両側に反射器を備えたＳＡＷ共振子を形成したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記ベース基板の他方面に形成した前記発熱体が、発熱塗料またはニクロムを用いた金属膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極を前記ベース基板の一方面に形成し、
導電性接着剤を用いて前記外部回路と電気的に接続すると共に固定するための前記発熱用電極を前記ベース基板の他方面に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
外部回路と電気的に接続すると共に固定するためのバンプを設けた２つの電極を前記ベース基板の一方面に形成し、
前記外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極を前記ベース基板の他方面に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の圧電デバイスを用いた温度制御圧電発振器であって、
内部に凹所を有するパッケージと、該パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、前記圧電デバイスの前記ベース基板の他方面に形成した発熱用電極と、前記素子搭載パッドとを導電性接着剤を用いて接続固定すると共に、前記圧電デバイスの一方面に形成した電極と前記ＩＣチップに形成した電極とを前記パッケージの内部底面に設けたプリントパターンを経由して接続したことを特徴とする温度制御圧電発振器。
【請求項８】
前記請求項１乃至請求項４、及び請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスを用いた温度制御圧電発振器であって、
内部に凹所を有するパッケージと、該パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、前記圧電デバイスの前記ベース基板の一方面に設けたバンプを用いて前記素子搭載パッドに接続固定すると共に、前記ＩＣチップを前記ベース基板の他方面上に接着固定し、さらに前記ベース基板の他方面に設けた電極と前記ＩＣチップに設けた電極とを接続したことを特徴とする温度制御圧電発振器。
【請求項９】
前記圧電デバイスの内部温度を、前記ＩＣチップに内蔵した温度センサにより検出して前記温度制御回路を動作させることにより、前記圧電デバイスに形成した前記発熱体に流れる電流を制御して、前記ベース基板を所定温度に加熱することを特徴とする請求項７又は８に記載の温度制御圧電発振器。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスの製造方法であって、
ベース基板母材に少なくとも２つの発熱用電極を形成するステップと、
前記発熱用電極間に発熱体を形成するステップと、
前記ベース基板母材に所望の電極パターンを形成する工程と、
前記電極パターンの厚みを薄く削ることにより周波数調整を行うステップと、
前記ベース基板母材を複数の圧電デバイスに個片化する工程と、を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項１】
ベース基板の一方面に所定の電極を形成した圧電デバイスであって、
前記ベース基板の他方面に形成した２つの発熱用電極と、該発熱用電極間に形成される発熱体と、を備え、前記発熱用電極に電圧を印加することにより前記ベース基板を所望温度に加熱可能に構成したことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記ベース基板として水晶基板を使用したことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記ベース基板の一方面に、すだれ状電極と、該すだれ状電極の両側に反射器を備えたＳＡＷ共振子を形成したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記ベース基板の他方面に形成した前記発熱体が、発熱塗料またはニクロムを用いた金属膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極を前記ベース基板の一方面に形成し、
導電性接着剤を用いて前記外部回路と電気的に接続すると共に固定するための前記発熱用電極を前記ベース基板の他方面に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
外部回路と電気的に接続すると共に固定するためのバンプを設けた２つの電極を前記ベース基板の一方面に形成し、
前記外部回路とワイヤーボンディングにより接続するための２つの電極を前記ベース基板の他方面に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の圧電デバイスを用いた温度制御圧電発振器であって、
内部に凹所を有するパッケージと、該パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、前記圧電デバイスの前記ベース基板の他方面に形成した発熱用電極と、前記素子搭載パッドとを導電性接着剤を用いて接続固定すると共に、前記圧電デバイスの一方面に形成した電極と前記ＩＣチップに形成した電極とを前記パッケージの内部底面に設けたプリントパターンを経由して接続したことを特徴とする温度制御圧電発振器。
【請求項８】
前記請求項１乃至請求項４、及び請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスを用いた温度制御圧電発振器であって、
内部に凹所を有するパッケージと、該パッケージの内部底面に形成した素子搭載パッドと、温度センサ、温度制御回路、及び、発振回路を内蔵したＩＣチップと、を備え、前記圧電デバイスの前記ベース基板の一方面に設けたバンプを用いて前記素子搭載パッドに接続固定すると共に、前記ＩＣチップを前記ベース基板の他方面上に接着固定し、さらに前記ベース基板の他方面に設けた電極と前記ＩＣチップに設けた電極とを接続したことを特徴とする温度制御圧電発振器。
【請求項９】
前記圧電デバイスの内部温度を、前記ＩＣチップに内蔵した温度センサにより検出して前記温度制御回路を動作させることにより、前記圧電デバイスに形成した前記発熱体に流れる電流を制御して、前記ベース基板を所定温度に加熱することを特徴とする請求項７又は８に記載の温度制御圧電発振器。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスの製造方法であって、
ベース基板母材に少なくとも２つの発熱用電極を形成するステップと、
前記発熱用電極間に発熱体を形成するステップと、
前記ベース基板母材に所望の電極パターンを形成する工程と、
前記電極パターンの厚みを薄く削ることにより周波数調整を行うステップと、
前記ベース基板母材を複数の圧電デバイスに個片化する工程と、を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−７９２１１（Ｐ２００８−７９２１１Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５８７８６（Ｐ２００６−２５８７８６）
【出願日】平成１８年９月２５日（２００６．９．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２５日（２００６．９．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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