圧電振動子、圧電振動子の製造方法および発振器
【課題】水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる圧電振動子、圧電振動子の製造方法および発振器を提供する。
【解決手段】ベース基板２と、リッド基板３と、水晶板１７の外表面に励振電極５，６とマウント電極７とが形成された圧電振動片４と、ベース基板に形成された貫通孔２４，２５に設けられた貫通電極１３，１４と、ベース基板の上面に形成された引き回し電極９，１０と、引き回し電極の所定の位置に形成された金属バンプ１１と、を備え、圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、圧電振動片が金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子１において、金属バンプが、圧電振動片の長手方向に沿って複数形成されるとともに、金属バンプの高さが、圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように形成されている。
【解決手段】ベース基板２と、リッド基板３と、水晶板１７の外表面に励振電極５，６とマウント電極７とが形成された圧電振動片４と、ベース基板に形成された貫通孔２４，２５に設けられた貫通電極１３，１４と、ベース基板の上面に形成された引き回し電極９，１０と、引き回し電極の所定の位置に形成された金属バンプ１１と、を備え、圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、圧電振動片が金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子１において、金属バンプが、圧電振動片の長手方向に沿って複数形成されるとともに、金属バンプの高さが、圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子、圧電振動子の製造方法および発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源などとして水晶など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としては、様々なものが提供されているが、その一つとして、ＭＨｚ帯の発振周波数を有する制御、通信機用の振動子として好適に用いられている厚み滑り振動子（ＡＴ振動子）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般的に、ＡＴ振動子は、圧電振動片と、該圧電振動片を内部に収納するベース基板およびリッド基板と、を備えている。圧電振動片は、特許文献１にも示されているように、一定の厚みで板状に形成され、平面視で外形が矩形状に形成された水晶板と、該水晶板の両面に形成された励振電極、引き出し電極およびマウント電極と、を有している。具体的には、水晶板の両面の略中央部分に、励振電極がそれぞれ対向する位置に形成されている。また、水晶板の端部には、引き出し電極を介して励振電極に電気的に接続されたマウント電極が形成されている。なお、マウント電極は、一方の励振電極に接続されたものと、他方の励振電極に接続されたものとが、それぞれ水晶板の両面に形成されている。この際、一方の面に形成されたマウント電極は、水晶板の側面を回り込むようにして他方の面に形成されたマウント電極と電気的に接続されている。
【０００４】
そして、圧電振動片のマウント電極をベース基板上に形成されたバンプに載置するように配する。なお、バンプは引き回し電極と電気的に接続されており、引き回し電極は貫通電極を介して外部電極と電気的に接続されている。このように構成することにより、外部電極より圧電振動片の励振電極へ電流を印加することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１１８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、圧電振動片として一定の厚みで板状に形成された水晶板を用いる場合は、上記の構成を用いれば、特に問題はなかった。
しかしながら、図１３，１４に示すように、近年では、圧電振動片に用いる水晶板１０１，１０２として厚みが一定でない、ベベル形状の水晶板１０１やコンベックス形状の水晶板１０２を用いることがある。このようなベベル形状やコンベックス形状の水晶板１０１，１０２をベース基板上にバンプ接続すると、図１５に示すように、水晶板がベース基板１０３と平行に保持することができず、傾いてしまう虞がある。水晶板の傾きが大きくなり、水晶板１０１とベース基板１０３とが接触すると、圧電振動子の電気特性に影響を与え、本来の電気特性が得られない虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる圧電振動子、圧電振動子の製造方法および発振器を提供するものである。
【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。
本発明の圧電振動子は、ベース基板と、該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子において、前記金属バンプが、前記圧電振動片の長手方向に沿って複数形成されるとともに、前記金属バンプの高さが、前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように形成されていることを特徴としている。
【０００９】
この発明に係る圧電振動子においては、金属バンプに圧電振動片のマウント電極を電気的に接続する際に、水晶板とベース基板とを平行な状態に保持したときのベース基板の表面（引き回し電極の表面）と水晶板の表面（マウント電極の表面）との距離に対応した高さを有する金属バンプが形成されている。したがって、水晶板の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片の軸方向とベース基板とが平行状態を保持した状態でバンプ接合することができる。つまり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる。また、複数の金属バンプで圧電振動片を支持するため、より確実に圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持することができる。
【００１０】
本発明の圧電振動子は、前記圧電振動片が、ＡＴカット振動片であることを特徴としている。
【００１１】
この発明に係る圧電振動子においては、発振周波数帯が調整し易く、広範囲な温度に対して周波数の安定度が優れているＡＴカット振動片を有する圧電振動子を提供することができる。
【００１２】
本発明の圧電振動子は、前記金属バンプが、金バンプであることを特徴としている。
【００１３】
この発明に係る圧電振動子においては、金バンプに圧電振動片をバンプ接合する際に、バンプの先端近傍のみを超音波を用いて溶融して圧電振動片と接合させることができるため、圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持した状態で、圧電振動片の端部形状に合わせて確実にバンプ接合することができる。
【００１４】
本発明の圧電振動子は、前記水晶板の形状が、ベベル形状またはコンベックス形状であることを特徴としている。
【００１５】
この発明に係る圧電振動子においては、圧電振動子の周波数特性およびインピーダンス特性などの電気特性を安定化させることができる。
【００１６】
本発明の圧電振動子の製造方法は、ベース基板と、該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子の製造方法において、前記ベース基板の上面に引き回し電極を形成する工程と、前記引き回し電極の所定位置に、前記金属バンプを前記圧電振動片の長手方向に沿うように複数形成する工程と、前記金属バンプに前記圧電振動片のマウント電極を接合する工程と、を備え、前記金属バンプの高さが前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように、前記金属バンプを形成することを特徴としている。
【００１７】
この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、金属バンプに圧電振動片のマウント電極を電気的に接続する際に、水晶板とベース基板とを平行な状態に保持したときのベース基板の表面（引き回し電極の表面）と水晶板の表面（マウント電極の表面）との距離に対応した高さを有する金属バンプを形成する。したがって、水晶板の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片の軸方向とベース基板とが平行状態を保持した状態でバンプ接合することができる。つまり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる。また、複数の金属バンプで圧電振動片を支持するため、より確実に圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持することができる。
【００１８】
本発明の発振器は、上述のいずれか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している。
【００１９】
この発明に係る発振器においては、周波数特性およびインピーダンス特性などの電気特性が安定化された圧電振動子が用いられているため、電気特性が安定化した高品質な発振器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る圧電振動子によれば、金属バンプに圧電振動片のマウント電極を電気的に接続する際に、水晶板とベース基板とを平行な状態に保持したときのベース基板の表面（引き回し電極の表面）と水晶板の表面（マウント電極の表面）との距離に対応した高さを有する金属バンプが形成されている。したがって、水晶板の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片の軸方向とベース基板とが平行状態を保持した状態でバンプ接合することができる。つまり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる。また、複数の金属バンプで圧電振動片を支持するため、より確実に圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における圧電振動子の概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施形態における圧電振動子の水平断面図である。
【図４】本発明の実施形態における圧電振動子の分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるバンプの形成方法を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態における圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】図６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８】図６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、ベース基板用ウエハの上面に接合膜およ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９】図８の部分拡大斜視図である。
【図１０】図６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納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１１】本発明の実施形態における圧電振動子を搭載した発振器を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の実施形態におけるバンプの形成方法の別の態様を示す説明図である。
【図１３】ベベル形状の水晶板を示す斜視図である。
【図１４】コンベックス形状の水晶板を示す斜視図である。
【図１５】従来の方法でベベル形状の水晶体をバンプ接合した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明に係る圧電振動子の実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
図１〜図４に示すように、圧電振動子１は、ベース基板２とリッド基板３とで２層に積層された箱型に形成されており、内部に形成されたキャビティ部１６内に圧電振動片４が収容された表面実装型の圧電振動子である。
なお、図４においては、図面を見易くするために後述する貫通電極１３，１４およびスルーホール２４，２５の図示を省略している。
【００２３】
圧電振動片４は、水晶の圧電材料から形成されたＡＴカット型の振動片であり、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、平面視略矩形で、断面がベベル形状に加工された水晶板１７と、水晶板１７の両面に対向する位置で配置された一対の励振電極５，６と、励振電極５，６に電気的に接続された引き出し電極１９，２０と、引き出し電極１９，２０に電気的に接続されたマウント電極７，８と、を有している。マウント電極７は、水晶板１７の側面電極１５に電気的に接続され、励振電極６が形成された側の面に形成されたマウント電極７に電気的に接続されている。
【００２４】
励振電極５，６、引き出し電極１９，２０、マウント電極７，８および側面電極１５は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）などの導電性膜の被膜あるいはこれら導電性膜のいくつかを組み合わせた積層膜により形成されたものである。
【００２５】
このように構成された圧電振動片４は、金などのバンプ１１，１２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。具体的には、ベース基板２の上面にパターニングされた後述する引き回し電極９，１０上に形成されたバンプ１１，１２上に、一対のマウント電極７，８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の上面からバンプ１１，１２の厚さ分、浮いた状態で支持されるとともに、マウント電極７，８と引き回し電極９，１０とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。
【００２６】
ここで、圧電振動片４（マウント電極７）とバンプ１１との接合方法について説明する。なお、マウント電極８とバンプ１２との接合方法は、マウント電極７とバンプ１１との接合方法と略同一であるため、説明は省略する。
【００２７】
本実施形態の水晶板１７は断面形状がベベル形状に加工されている。つまり、水晶板１７は長手方向の端部が先細り形状に加工されているため、水晶板１７の軸方向（励振電極５，６が形成された面と平行な方向）がベース基板２の表面と平行になるように配しても、ベース基板２の表面と水晶板１７の先細り部分の表面との距離は一定にはならない。そこで、本実施形態では、引き回し電極９に対してバンプ１１を水晶板１７の長手方向に沿って２個形成し、それぞれバンプの高さを異なる高さにして形成した。具体的には、図５に示すように、高さの異なる２個のバンプ１１Ａ，１１Ｂを水晶板１７の長手方向に沿って形成し、バンプ１１Ａの高さＨ１は、引き回し電極９（ベース基板２）の表面とバンプ接合する位置における水晶板１７（マウント電極７）の表面との隙間と略同一の高さで形成し、バンプ１１Ｂの高さＨ２は、引き回し電極９（ベース基板２）の表面とバンプ接合する位置の水晶板１７（マウント電極７）の表面との隙間と略同一の高さで形成した。
【００２８】
このように構成することにより、バンプ１１Ａ，１１Ｂ上に水晶板１７のマウント電極７をバンプ接合すると、水晶板１７の軸方向がベース基板２の表面と平行に保持された状態で確実に支持されることとなる。
【００２９】
リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスで形成された透明の絶縁基板であり、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（キャビティ）１６が形成されている。この凹部１６は、ベース基板２とリッド基板３と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１６となるキャビティ用の凹部１６である。そして、リッド基板３はこの凹部１６をベース基板２側に対向させた状態でベース基板２に対して陽極接合されている。
【００３０】
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、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで略板状に形成されている。
【００３１】
また、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）２４，２５が形成されている。スルーホール２４，２５の一端は、キャビティ１６内を臨むように形成されている。具体的には、マウントされた圧電振動片４のマウント電極７，８側に一方のスルーホール２４が位置し、圧電振動片４のマウント電極７，８側と反対側に他方のスルーホール２５が位置するように形成されている。また、スルーホール２４，２５は、ベース基板２の厚さ方向に平行になるように略円柱状に貫通されている。なお、スルーホール２４，２５は、例えばベース基板２の下面に向かって漸次縮径または拡径するテーパ状に形成してもよい。
【００３２】
そして、一対のスルーホール２４，２５には、該スルーホール２４，２５を埋めるように形成された一対の貫通電極１３，１４が形成されている。この貫通電極１３，１４は、スルーホール２４，２５を閉塞してキャビティ１６内の気密を維持しているとともに、後述する外部電極２１，２２と引き回し電極９，１０とを導通させる役割を担っている。また、スルーホール２４，２５と貫通電極１３，１４の隙間は、ベース基板２のガラス材料と略同一の熱膨張係数を有するガラスフリット材（不図示）を用いて完全に孔を閉塞している。
【００３３】
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、導電性材料（例えば、アルミニウム、シリコンなど）により、陽極接合用の接合膜２３と、一対の引き回し電極９，１０とがパターニングされている。このうち接合膜２３は、リッド基板３に形成された凹部１６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。
【００３４】
一対の引き回し電極９，１０は、一対の貫通電極１３，１４のうち、一方の貫通電極１３と圧電振動片４の一方のマウント電極７とを電気的に接続するとともに、他方の貫通電極１４と圧電振動片４の他方のマウント電極８とを電気的に接続するようにパターニングされている。具体的には、一方の引き回し電極９は、圧電振動片４のマウント電極７，８側に位置するように一方の貫通電極１３の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極１０は、一方の引き回し電極９に隣接した位置から圧電振動片４に沿って、ベース基板２上の貫通電極１３と対向する側に引き回しされた後、他方の貫通電極１４の真上に位置するように形成されている。
【００３５】
そして、これら一対の引き回し電極９，１０上にバンプ１１，１２が形成されており、該バンプ１１，１２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７が、一方の引き回し電極９を介して一方の貫通電極１３に導通し、他方のマウント電極８が、他方の引き回し電極１０を介して他方の貫通電極１４に導通するようになっている。
【００３６】
また、ベース基板２の下面には、一対の貫通電極１３，１４に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極２１，２２が形成されている。つまり、一方の外部電極２１は、一方の貫通電極１３および一方の引き回し電極９を介して圧電振動片４の第１の励振電極５に電気的に接続されている。また、他方の外部電極２２は、他方の貫通電極１４および他方の引き回し電極１０を介して圧電振動片４の第２の励振電極６に電気的に接続されている。
【００３７】
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２１，２２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５および第２の励振電極６からなる励振電極に電流を流すことができ、所定の周波数で振動させることができる。そして、振動を利用して、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源などとして利用することができる。
【００３８】
次に、圧電振動子１を、図６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。
【００３９】
初めに、圧電振動片作製工程を行って図２〜図４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、バレル装置などで断面がベベル形状になるように加工し、続いて、ウエハに洗浄など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、金属膜の成膜及びパターニングを行って、励振電極５，６、引き出し電極１９，２０、マウント電極７，８および側面電極１５を形成する。これにより、複数の圧電振動片４を作製する。
【００４０】
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さまで研磨加工して洗浄した後に、図７に示すように、エッチングなど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の接合面に、エッチングなどにより行列方向にキャビティ用の凹部１６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。
【００４１】
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さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチングなど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に一対の貫通電極１３，１４を複数形成する貫通電極形成工程を行う（Ｓ３２）。
【００４２】
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８、９に示すように、接合膜２３を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３３）とともに、各一対の貫通電極１３，１４にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極９，１０を複数形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３４）。なお、図８、９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１３，１４は、上述したようにベース基板用ウエハ４０の上面に対して略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９，１０は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極１３，１４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９と一方の貫通電極１３との導通性、並びに、他方の引き回し電極１０と他方の貫通電極１４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。
【００４３】
ところで、図６では、接合膜形成工程（Ｓ３３）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３４）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（Ｓ３４）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３３）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。
【００４４】
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９，１０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９，１０上にそれぞれ金ワイヤを用いてバンプ１１，１２を形成する。
【００４５】
ここで、本実施形態では、それぞれのバンプ１１，１２に高さの異なるバンプをそれぞれ２個形成する。具体的には、バンプ１１は、高さの異なる２個のバンプ１１Ａ，１１Ｂを水晶板１７の長手方向に沿って形成し、バンプ１１Ａの高さＨ１は、ベース基板２の表面とバンプ接合する位置の水晶板１７の表面との隙間と略同一の高さで形成し、バンプ１１Ｂの高さＨ２は、ベース基板２の表面とバンプ接合する位置の水晶板１７の表面との隙間と略同一の高さで形成した。同様に、バンプ１２は、高さＨ１を有するバンプ１２Ａと、高さＨ２を有するバンプ１２Ｂと、を形成する。なお、高さの異なるバンプを形成するには、例えば金ワイヤを用いる場合には線径の異なるワイヤを用いてそれぞれのバンプを形成する方法や、バンプ形成時の圧着力、圧着時間などを調整してバンプを形成する方法を採用すればよい。金ワイヤを用いてバンプを形成するには、超音波と放電により引き回し電極９，１０上に金ワイヤを接合し、適切なタイミングでさらに放電することにより金ワイヤを切断して、所望の大きさを有するバンプを形成する。例えば、バンプ１１Ａ（１２Ａ）と１１Ｂ（１２Ｂ）とが、その底部において接するように２個のバンプを形成する場合には、バンプ１１Ａ（１２Ａ）の高さＨ１を８０〜１００μｍに形成し、バンプ１１Ｂ（１２Ｂ）の高さＨ２を４０〜７０μｍに形成する。
【００４６】
そして、圧電振動片４の先細りした基部をバンプ１１，１２上に載置した後、バンプ１１，１２を所定温度に加熱しながら圧電振動片４をバンプ１１，１２に押し付ける。これにより、圧電振動片４は、バンプ１１，１２に機械的に支持されるとともに、マウント電極７，８と引き回し電極９，１０とが電気的に接続された状態となる。また、バンプ１１Ａ，１１Ｂ上に水晶板１７のマウント電極７をバンプ接合するとともに、バンプ１２Ａ，１２Ｂ上に水晶板１７のマウント電極８をバンプ接合すると、水晶板１７がベース基板２と平行に保持された状態で確実に支持されることとなる。結果として、圧電振動片４は、バンプ接合されるとともに、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。また、この時点で圧電振動片４の一対の励振電極５，６は、一対の貫通電極１３，１４に対してそれぞれ導通した状態となる。
【００４７】
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などを指標としながら、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、両ウエハ４０、５０とで囲まれるキャビティ１６内に収容された状態となる。
【００４８】
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２３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２３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１６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１０に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図１０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２３の図示を省略している。なお、図１０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。
【００４９】
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２４，２５は、貫通電極１３，１４によって完全に塞がれているため、キャビティＣ内の気密がスルーホール２４，２５を通じて損なわれることがない。
【００５０】
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１３，１４にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極２１，２２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２１，２２を利用してキャビティ１６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９，１０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１３，１４が略面一な状態となっているため、パターニングされた外部電極２１，２２は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極１３，１４に対して密着した状態で接する。これにより、外部電極２１，２２と貫通電極１３，１４との導通性を確実なものにすることができる。
【００５１】
次に、接合されたウエハ体６０を図１０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（Ｓ８０）。その結果、互いに陽極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１６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。
【００５２】
その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ９０）。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）などを測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性など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、寸法や品質など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。
【００５３】
次に、本発明に係る圧電振動子を搭載した発振器の実施形態について、図１１を参照しながら説明する。
図１１に示すように、発振器１５５は、圧電振動子１を集積回路１５６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１５５は、コンデンサなどの電子部品１５７が実装された基板１５８を備えている。基板１５８には、発振器用の集積回路１５６が実装されており、この集積回路１５６の近傍に圧電振動子１の圧電振動片４が実装されている。これら電子部品１５７、集積回路１５６および圧電振動子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。
【００５４】
このように構成された発振器１５５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１５６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１５６により各種処理がなされ、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。
【００５５】
本実施形態の発振器１５５によれば、周波数特性およびインピーダンス特性などの電気特性が安定化された圧電振動子１が用いられているため、電気特性が安定化した高品質な発振器１５５を提供することができる。
【００５６】
尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、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構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、圧電振動片（水晶板）の平面視形状を矩形状として説明したが、この場合に限られず、円形状でもよい。圧電振動片（水晶板）の厚さ方向の形状に合わせてバンプ形状（バンプ高さ）を調整すればよい。
また、本実施形態において、ベベル形状の水晶板を用いた場合の説明をしたが、コンベックス形状の水晶板を用いてもよい。
さらに、本実施形態において、バンプを圧電振動片の長手方向に沿って２個形成した場合の説明をしたが、３個以上形成してもよい。また、本実施形態では、２個のバンプは間隔を空けて形成されているが、図１２に示すように、間隔を空けずに連続的に形成してもよい。バンプの頂部が圧電振動片の形状に合うように複数形成されていればよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…圧電振動子 ２…ベース基板 ３…リッド基板 ４…圧電振動片 ５…励振電極 ６…励振電極 ７…マウント電極 ８…マウント電極 ９…引き回し電極 １０…引き回し電極 １１（１１Ａ，１１Ｂ）…バンプ（金属バンプ） １２（１２Ａ，１２Ｂ）…バンプ（金属バンプ） １３…貫通電極 １４…貫通電極 １６…キャビティ １７…水晶板 ２４…スルーホール（貫通孔） ２５…スルーホール（貫通孔） Ｈ１，Ｈ２…バンプの高さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子、圧電振動子の製造方法および発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源などとして水晶など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としては、様々なものが提供されているが、その一つとして、ＭＨｚ帯の発振周波数を有する制御、通信機用の振動子として好適に用いられている厚み滑り振動子（ＡＴ振動子）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般的に、ＡＴ振動子は、圧電振動片と、該圧電振動片を内部に収納するベース基板およびリッド基板と、を備えている。圧電振動片は、特許文献１にも示されているように、一定の厚みで板状に形成され、平面視で外形が矩形状に形成された水晶板と、該水晶板の両面に形成された励振電極、引き出し電極およびマウント電極と、を有している。具体的には、水晶板の両面の略中央部分に、励振電極がそれぞれ対向する位置に形成されている。また、水晶板の端部には、引き出し電極を介して励振電極に電気的に接続されたマウント電極が形成されている。なお、マウント電極は、一方の励振電極に接続されたものと、他方の励振電極に接続されたものとが、それぞれ水晶板の両面に形成されている。この際、一方の面に形成されたマウント電極は、水晶板の側面を回り込むようにして他方の面に形成されたマウント電極と電気的に接続されている。
【０００４】
そして、圧電振動片のマウント電極をベース基板上に形成されたバンプに載置するように配する。なお、バンプは引き回し電極と電気的に接続されており、引き回し電極は貫通電極を介して外部電極と電気的に接続されている。このように構成することにより、外部電極より圧電振動片の励振電極へ電流を印加することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１１８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、圧電振動片として一定の厚みで板状に形成された水晶板を用いる場合は、上記の構成を用いれば、特に問題はなかった。
しかしながら、図１３，１４に示すように、近年では、圧電振動片に用いる水晶板１０１，１０２として厚みが一定でない、ベベル形状の水晶板１０１やコンベックス形状の水晶板１０２を用いることがある。このようなベベル形状やコンベックス形状の水晶板１０１，１０２をベース基板上にバンプ接続すると、図１５に示すように、水晶板がベース基板１０３と平行に保持することができず、傾いてしまう虞がある。水晶板の傾きが大きくなり、水晶板１０１とベース基板１０３とが接触すると、圧電振動子の電気特性に影響を与え、本来の電気特性が得られない虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる圧電振動子、圧電振動子の製造方法および発振器を提供するものである。
【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。
本発明の圧電振動子は、ベース基板と、該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子において、前記金属バンプが、前記圧電振動片の長手方向に沿って複数形成されるとともに、前記金属バンプの高さが、前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように形成されていることを特徴としている。
【０００９】
この発明に係る圧電振動子においては、金属バンプに圧電振動片のマウント電極を電気的に接続する際に、水晶板とベース基板とを平行な状態に保持したときのベース基板の表面（引き回し電極の表面）と水晶板の表面（マウント電極の表面）との距離に対応した高さを有する金属バンプが形成されている。したがって、水晶板の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片の軸方向とベース基板とが平行状態を保持した状態でバンプ接合することができる。つまり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる。また、複数の金属バンプで圧電振動片を支持するため、より確実に圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持することができる。
【００１０】
本発明の圧電振動子は、前記圧電振動片が、ＡＴカット振動片であることを特徴としている。
【００１１】
この発明に係る圧電振動子においては、発振周波数帯が調整し易く、広範囲な温度に対して周波数の安定度が優れているＡＴカット振動片を有する圧電振動子を提供することができる。
【００１２】
本発明の圧電振動子は、前記金属バンプが、金バンプであることを特徴としている。
【００１３】
この発明に係る圧電振動子においては、金バンプに圧電振動片をバンプ接合する際に、バンプの先端近傍のみを超音波を用いて溶融して圧電振動片と接合させることができるため、圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持した状態で、圧電振動片の端部形状に合わせて確実にバンプ接合することができる。
【００１４】
本発明の圧電振動子は、前記水晶板の形状が、ベベル形状またはコンベックス形状であることを特徴としている。
【００１５】
この発明に係る圧電振動子においては、圧電振動子の周波数特性およびインピーダンス特性などの電気特性を安定化させることができる。
【００１６】
本発明の圧電振動子の製造方法は、ベース基板と、該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子の製造方法において、前記ベース基板の上面に引き回し電極を形成する工程と、前記引き回し電極の所定位置に、前記金属バンプを前記圧電振動片の長手方向に沿うように複数形成する工程と、前記金属バンプに前記圧電振動片のマウント電極を接合する工程と、を備え、前記金属バンプの高さが前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように、前記金属バンプを形成することを特徴としている。
【００１７】
この発明に係る圧電振動子の製造方法においては、金属バンプに圧電振動片のマウント電極を電気的に接続する際に、水晶板とベース基板とを平行な状態に保持したときのベース基板の表面（引き回し電極の表面）と水晶板の表面（マウント電極の表面）との距離に対応した高さを有する金属バンプを形成する。したがって、水晶板の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片の軸方向とベース基板とが平行状態を保持した状態でバンプ接合することができる。つまり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる。また、複数の金属バンプで圧電振動片を支持するため、より確実に圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持することができる。
【００１８】
本発明の発振器は、上述のいずれか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している。
【００１９】
この発明に係る発振器においては、周波数特性およびインピーダンス特性などの電気特性が安定化された圧電振動子が用いられているため、電気特性が安定化した高品質な発振器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る圧電振動子によれば、金属バンプに圧電振動片のマウント電極を電気的に接続する際に、水晶板とベース基板とを平行な状態に保持したときのベース基板の表面（引き回し電極の表面）と水晶板の表面（マウント電極の表面）との距離に対応した高さを有する金属バンプが形成されている。したがって、水晶板の端部が先細り形状に形成されている場合にも、圧電振動片の軸方向とベース基板とが平行状態を保持した状態でバンプ接合することができる。つまり、水晶板の形状に左右されることなく、水晶板をベース基板に対して平行に保持することができる。また、複数の金属バンプで圧電振動片を支持するため、より確実に圧電振動片とベース基板とを平行状態に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における圧電振動子の概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施形態における圧電振動子の水平断面図である。
【図４】本発明の実施形態における圧電振動子の分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるバンプの形成方法を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態における圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】図６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８】図６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、ベース基板用ウエハの上面に接合膜およ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９】図８の部分拡大斜視図である。
【図１０】図６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納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１１】本発明の実施形態における圧電振動子を搭載した発振器を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の実施形態におけるバンプの形成方法の別の態様を示す説明図である。
【図１３】ベベル形状の水晶板を示す斜視図である。
【図１４】コンベックス形状の水晶板を示す斜視図である。
【図１５】従来の方法でベベル形状の水晶体をバンプ接合した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明に係る圧電振動子の実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
図１〜図４に示すように、圧電振動子１は、ベース基板２とリッド基板３とで２層に積層された箱型に形成されており、内部に形成されたキャビティ部１６内に圧電振動片４が収容された表面実装型の圧電振動子である。
なお、図４においては、図面を見易くするために後述する貫通電極１３，１４およびスルーホール２４，２５の図示を省略している。
【００２３】
圧電振動片４は、水晶の圧電材料から形成されたＡＴカット型の振動片であり、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、平面視略矩形で、断面がベベル形状に加工された水晶板１７と、水晶板１７の両面に対向する位置で配置された一対の励振電極５，６と、励振電極５，６に電気的に接続された引き出し電極１９，２０と、引き出し電極１９，２０に電気的に接続されたマウント電極７，８と、を有している。マウント電極７は、水晶板１７の側面電極１５に電気的に接続され、励振電極６が形成された側の面に形成されたマウント電極７に電気的に接続されている。
【００２４】
励振電極５，６、引き出し電極１９，２０、マウント電極７，８および側面電極１５は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）などの導電性膜の被膜あるいはこれら導電性膜のいくつかを組み合わせた積層膜により形成されたものである。
【００２５】
このように構成された圧電振動片４は、金などのバンプ１１，１２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。具体的には、ベース基板２の上面にパターニングされた後述する引き回し電極９，１０上に形成されたバンプ１１，１２上に、一対のマウント電極７，８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の上面からバンプ１１，１２の厚さ分、浮いた状態で支持されるとともに、マウント電極７，８と引き回し電極９，１０とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。
【００２６】
ここで、圧電振動片４（マウント電極７）とバンプ１１との接合方法について説明する。なお、マウント電極８とバンプ１２との接合方法は、マウント電極７とバンプ１１との接合方法と略同一であるため、説明は省略する。
【００２７】
本実施形態の水晶板１７は断面形状がベベル形状に加工されている。つまり、水晶板１７は長手方向の端部が先細り形状に加工されているため、水晶板１７の軸方向（励振電極５，６が形成された面と平行な方向）がベース基板２の表面と平行になるように配しても、ベース基板２の表面と水晶板１７の先細り部分の表面との距離は一定にはならない。そこで、本実施形態では、引き回し電極９に対してバンプ１１を水晶板１７の長手方向に沿って２個形成し、それぞれバンプの高さを異なる高さにして形成した。具体的には、図５に示すように、高さの異なる２個のバンプ１１Ａ，１１Ｂを水晶板１７の長手方向に沿って形成し、バンプ１１Ａの高さＨ１は、引き回し電極９（ベース基板２）の表面とバンプ接合する位置における水晶板１７（マウント電極７）の表面との隙間と略同一の高さで形成し、バンプ１１Ｂの高さＨ２は、引き回し電極９（ベース基板２）の表面とバンプ接合する位置の水晶板１７（マウント電極７）の表面との隙間と略同一の高さで形成した。
【００２８】
このように構成することにより、バンプ１１Ａ，１１Ｂ上に水晶板１７のマウント電極７をバンプ接合すると、水晶板１７の軸方向がベース基板２の表面と平行に保持された状態で確実に支持されることとなる。
【００２９】
リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスで形成された透明の絶縁基板であり、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（キャビティ）１６が形成されている。この凹部１６は、ベース基板２とリッド基板３と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１６となるキャビティ用の凹部１６である。そして、リッド基板３はこの凹部１６をベース基板２側に対向させた状態でベース基板２に対して陽極接合されている。
【００３０】
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、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで略板状に形成されている。
【００３１】
また、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）２４，２５が形成されている。スルーホール２４，２５の一端は、キャビティ１６内を臨むように形成されている。具体的には、マウントされた圧電振動片４のマウント電極７，８側に一方のスルーホール２４が位置し、圧電振動片４のマウント電極７，８側と反対側に他方のスルーホール２５が位置するように形成されている。また、スルーホール２４，２５は、ベース基板２の厚さ方向に平行になるように略円柱状に貫通されている。なお、スルーホール２４，２５は、例えばベース基板２の下面に向かって漸次縮径または拡径するテーパ状に形成してもよい。
【００３２】
そして、一対のスルーホール２４，２５には、該スルーホール２４，２５を埋めるように形成された一対の貫通電極１３，１４が形成されている。この貫通電極１３，１４は、スルーホール２４，２５を閉塞してキャビティ１６内の気密を維持しているとともに、後述する外部電極２１，２２と引き回し電極９，１０とを導通させる役割を担っている。また、スルーホール２４，２５と貫通電極１３，１４の隙間は、ベース基板２のガラス材料と略同一の熱膨張係数を有するガラスフリット材（不図示）を用いて完全に孔を閉塞している。
【００３３】
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、導電性材料（例えば、アルミニウム、シリコンなど）により、陽極接合用の接合膜２３と、一対の引き回し電極９，１０とがパターニングされている。このうち接合膜２３は、リッド基板３に形成された凹部１６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。
【００３４】
一対の引き回し電極９，１０は、一対の貫通電極１３，１４のうち、一方の貫通電極１３と圧電振動片４の一方のマウント電極７とを電気的に接続するとともに、他方の貫通電極１４と圧電振動片４の他方のマウント電極８とを電気的に接続するようにパターニングされている。具体的には、一方の引き回し電極９は、圧電振動片４のマウント電極７，８側に位置するように一方の貫通電極１３の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極１０は、一方の引き回し電極９に隣接した位置から圧電振動片４に沿って、ベース基板２上の貫通電極１３と対向する側に引き回しされた後、他方の貫通電極１４の真上に位置するように形成されている。
【００３５】
そして、これら一対の引き回し電極９，１０上にバンプ１１，１２が形成されており、該バンプ１１，１２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７が、一方の引き回し電極９を介して一方の貫通電極１３に導通し、他方のマウント電極８が、他方の引き回し電極１０を介して他方の貫通電極１４に導通するようになっている。
【００３６】
また、ベース基板２の下面には、一対の貫通電極１３，１４に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極２１，２２が形成されている。つまり、一方の外部電極２１は、一方の貫通電極１３および一方の引き回し電極９を介して圧電振動片４の第１の励振電極５に電気的に接続されている。また、他方の外部電極２２は、他方の貫通電極１４および他方の引き回し電極１０を介して圧電振動片４の第２の励振電極６に電気的に接続されている。
【００３７】
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２１，２２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５および第２の励振電極６からなる励振電極に電流を流すことができ、所定の周波数で振動させることができる。そして、振動を利用して、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源などとして利用することができる。
【００３８】
次に、圧電振動子１を、図６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。
【００３９】
初めに、圧電振動片作製工程を行って図２〜図４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、バレル装置などで断面がベベル形状になるように加工し、続いて、ウエハに洗浄など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、金属膜の成膜及びパターニングを行って、励振電極５，６、引き出し電極１９，２０、マウント電極７，８および側面電極１５を形成する。これにより、複数の圧電振動片４を作製する。
【００４０】
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さまで研磨加工して洗浄した後に、図７に示すように、エッチングなど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の接合面に、エッチングなどにより行列方向にキャビティ用の凹部１６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。
【００４１】
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さまで研磨加工して洗浄した後に、エッチングなど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に一対の貫通電極１３，１４を複数形成する貫通電極形成工程を行う（Ｓ３２）。
【００４２】
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８、９に示すように、接合膜２３を形成する接合膜形成工程を行う（Ｓ３３）とともに、各一対の貫通電極１３，１４にそれぞれ電気的に接続された引き回し電極９，１０を複数形成する引き回し電極形成工程を行う（Ｓ３４）。なお、図８、９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１３，１４は、上述したようにベース基板用ウエハ４０の上面に対して略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９，１０は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極１３，１４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９と一方の貫通電極１３との導通性、並びに、他方の引き回し電極１０と他方の貫通電極１４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。
【００４３】
ところで、図６では、接合膜形成工程（Ｓ３３）の後に、引き回し電極形成工程（Ｓ３４）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（Ｓ３４）の後に、接合膜形成工程（Ｓ３３）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。
【００４４】
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９，１０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９，１０上にそれぞれ金ワイヤを用いてバンプ１１，１２を形成する。
【００４５】
ここで、本実施形態では、それぞれのバンプ１１，１２に高さの異なるバンプをそれぞれ２個形成する。具体的には、バンプ１１は、高さの異なる２個のバンプ１１Ａ，１１Ｂを水晶板１７の長手方向に沿って形成し、バンプ１１Ａの高さＨ１は、ベース基板２の表面とバンプ接合する位置の水晶板１７の表面との隙間と略同一の高さで形成し、バンプ１１Ｂの高さＨ２は、ベース基板２の表面とバンプ接合する位置の水晶板１７の表面との隙間と略同一の高さで形成した。同様に、バンプ１２は、高さＨ１を有するバンプ１２Ａと、高さＨ２を有するバンプ１２Ｂと、を形成する。なお、高さの異なるバンプを形成するには、例えば金ワイヤを用いる場合には線径の異なるワイヤを用いてそれぞれのバンプを形成する方法や、バンプ形成時の圧着力、圧着時間などを調整してバンプを形成する方法を採用すればよい。金ワイヤを用いてバンプを形成するには、超音波と放電により引き回し電極９，１０上に金ワイヤを接合し、適切なタイミングでさらに放電することにより金ワイヤを切断して、所望の大きさを有するバンプを形成する。例えば、バンプ１１Ａ（１２Ａ）と１１Ｂ（１２Ｂ）とが、その底部において接するように２個のバンプを形成する場合には、バンプ１１Ａ（１２Ａ）の高さＨ１を８０〜１００μｍに形成し、バンプ１１Ｂ（１２Ｂ）の高さＨ２を４０〜７０μｍに形成する。
【００４６】
そして、圧電振動片４の先細りした基部をバンプ１１，１２上に載置した後、バンプ１１，１２を所定温度に加熱しながら圧電振動片４をバンプ１１，１２に押し付ける。これにより、圧電振動片４は、バンプ１１，１２に機械的に支持されるとともに、マウント電極７，８と引き回し電極９，１０とが電気的に接続された状態となる。また、バンプ１１Ａ，１１Ｂ上に水晶板１７のマウント電極７をバンプ接合するとともに、バンプ１２Ａ，１２Ｂ上に水晶板１７のマウント電極８をバンプ接合すると、水晶板１７がベース基板２と平行に保持された状態で確実に支持されることとなる。結果として、圧電振動片４は、バンプ接合されるとともに、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。また、この時点で圧電振動片４の一対の励振電極５，６は、一対の貫通電極１３，１４に対してそれぞれ導通した状態となる。
【００４７】
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などを指標としながら、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、両ウエハ４０、５０とで囲まれるキャビティ１６内に収容された状態となる。
【００４８】
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２３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２３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１６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１０に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図１０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２３の図示を省略している。なお、図１０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。
【００４９】
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２４，２５は、貫通電極１３，１４によって完全に塞がれているため、キャビティＣ内の気密がスルーホール２４，２５を通じて損なわれることがない。
【００５０】
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１３，１４にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極２１，２２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２１，２２を利用してキャビティ１６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９，１０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１３，１４が略面一な状態となっているため、パターニングされた外部電極２１，２２は、間に隙間等を発生させることなく貫通電極１３，１４に対して密着した状態で接する。これにより、外部電極２１，２２と貫通電極１３，１４との導通性を確実なものにすることができる。
【００５１】
次に、接合されたウエハ体６０を図１０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（Ｓ８０）。その結果、互いに陽極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１６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。
【００５２】
その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ９０）。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）などを測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性など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、寸法や品質など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。
【００５３】
次に、本発明に係る圧電振動子を搭載した発振器の実施形態について、図１１を参照しながら説明する。
図１１に示すように、発振器１５５は、圧電振動子１を集積回路１５６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１５５は、コンデンサなどの電子部品１５７が実装された基板１５８を備えている。基板１５８には、発振器用の集積回路１５６が実装されており、この集積回路１５６の近傍に圧電振動子１の圧電振動片４が実装されている。これら電子部品１５７、集積回路１５６および圧電振動子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。
【００５４】
このように構成された発振器１５５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１５６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１５６により各種処理がなされ、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。
【００５５】
本実施形態の発振器１５５によれば、周波数特性およびインピーダンス特性などの電気特性が安定化された圧電振動子１が用いられているため、電気特性が安定化した高品質な発振器１５５を提供することができる。
【００５６】
尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、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構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、圧電振動片（水晶板）の平面視形状を矩形状として説明したが、この場合に限られず、円形状でもよい。圧電振動片（水晶板）の厚さ方向の形状に合わせてバンプ形状（バンプ高さ）を調整すればよい。
また、本実施形態において、ベベル形状の水晶板を用いた場合の説明をしたが、コンベックス形状の水晶板を用いてもよい。
さらに、本実施形態において、バンプを圧電振動片の長手方向に沿って２個形成した場合の説明をしたが、３個以上形成してもよい。また、本実施形態では、２個のバンプは間隔を空けて形成されているが、図１２に示すように、間隔を空けずに連続的に形成してもよい。バンプの頂部が圧電振動片の形状に合うように複数形成されていればよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…圧電振動子 ２…ベース基板 ３…リッド基板 ４…圧電振動片 ５…励振電極 ６…励振電極 ７…マウント電極 ８…マウント電極 ９…引き回し電極 １０…引き回し電極 １１（１１Ａ，１１Ｂ）…バンプ（金属バンプ） １２（１２Ａ，１２Ｂ）…バンプ（金属バンプ） １３…貫通電極 １４…貫通電極 １６…キャビティ １７…水晶板 ２４…スルーホール（貫通孔） ２５…スルーホール（貫通孔） Ｈ１，Ｈ２…バンプの高さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、
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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、
前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、
前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、
該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、
前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、
前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子において、
前記金属バンプが、前記圧電振動片の長手方向に沿って複数形成されるとともに、
前記金属バンプの高さが、前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記圧電振動片が、ＡＴカット振動片であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記金属バンプが、金バンプであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記水晶板の形状が、ベベル形状またはコンベックス形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電振動子。
【請求項５】
ベース基板と、
該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、
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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、
前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、
前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、
該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、
前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、
前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子の製造方法において、
前記ベース基板の上面に引き回し電極を形成する工程と、
前記引き回し電極の所定位置に、前記金属バンプを前記圧電振動片の長手方向に沿うように複数形成する工程と、
前記金属バンプに前記圧電振動片のマウント電極を接合する工程と、を備え、
前記金属バンプの高さが前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように、前記金属バンプを形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか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１】
ベース基板と、
該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、
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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、
前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、
前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、
該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、
前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、
前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子において、
前記金属バンプが、前記圧電振動片の長手方向に沿って複数形成されるとともに、
前記金属バンプの高さが、前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記圧電振動片が、ＡＴカット振動片であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記金属バンプが、金バンプであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記水晶板の形状が、ベベル形状またはコンベックス形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電振動子。
【請求項５】
ベース基板と、
該ベース基板に対向させた状態で前記ベース基板に接合されるリッド基板と、
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るとともに、前記ベース基板の上面に接合され、水晶板の外表面に励振電極と該励振電極に電気的に接続されたマウント電極とが形成された圧電振動片と、
前記ベース基板に形成された貫通孔に設けられた貫通電極と、
前記圧電振動片と前記貫通電極とを電気的に接続するために前記ベース基板の上面に形成された引き回し電極と、
該引き回し電極の所定の位置に、該引き回し電極と前記マウント電極とを電気的に接続するために形成された金属バンプと、を備え、
前記圧電振動片の長手方向の端部が先細り形状に形成されるとともに、
前記圧電振動片が前記金属バンプにより片持ち状態で実装された圧電振動子の製造方法において、
前記ベース基板の上面に引き回し電極を形成する工程と、
前記引き回し電極の所定位置に、前記金属バンプを前記圧電振動片の長手方向に沿うように複数形成する工程と、
前記金属バンプに前記圧電振動片のマウント電極を接合する工程と、を備え、
前記金属バンプの高さが前記圧電振動片の長手方向の端部に対応する位置に向かって高くなるように、前記金属バンプを形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか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。
【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１４】
【図１５】
【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１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１８７３３３（Ｐ２０１０−１８７３３３Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３１７０５（Ｐ２００９−３１７０５）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【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２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【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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