JP5128671B2 - 圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計、並びに圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合された２枚の基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が収容された表面実装型（ＳＭＤ）の圧電振動子と、この圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計と、この圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法とに関する。

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、様々なものが提供されているが、その１つとして、表面実装型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子としては、一般的に圧電振動片が形成された圧電基板を、ベース基板とリッド基板とで上下から挟み込むように接合した３層構造タイプのものが知られている。この場合、圧電振動片は、ベース基板とリッド基板との間に形成されたキャビティ（密閉室）内に収容されている。

また、近年では、上述した３層構造タイプのものではなく、２層構造タイプのものも開発されている。このタイプの圧電振動子は、ベース基板とリッド基板とが直接接合されることで２層構造になっており、両基板の間に形成されたキャビティ内に圧電振動片が収容されている。この２層構造タイプの圧電振動子は、３層構造のものに比べて薄型化を図ることができる等の点において優れており、好適に使用されている。

ところで、一般に圧電振動子は、等価抵抗値（実効抵抗値、Ｒｅ）がより低く抑えられたものが望まれている。等価抵抗値が低い圧電振動子は、低電力で圧電振動片を振動させることが可能であるため、エネルギー効率の良い圧電振動子になる。
等価抵抗値を抑えるための一般的な方法の一つとしては、キャビティ内を真空に近づける方法が知られている。そして、キャビティ内を真空に近づける方法として、キャビティ内に金属膜であるゲッター材を収容し、外部よりレーザ等を照射してこのゲッター材を加熱し、活性化させる方法（ゲッタリング）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この方法によれば、活性化状態になったゲッター材によって、主に酸素からなるキャビティ内のガスを化学反応により吸収することができるので、キャビティ内を真空に近づけることができる。なお、このゲッター材は、アルミニウム、チタン、ジルコニウムまたはこれらの合金で構成されているが、加熱されたときにキャビティ内のガスをより吸収し、真空度を効率良く向上させることができる点（ゲッタリング効果が高い点）で、特にアルミニウムが好適に使用されている。
特開２００３−１４２９７６号公報

しかしながら、ゲッター材としてアルミニウムを用いた場合には、圧電振動子の品質低下及び特性変化を招く恐れがあった。つまり、アルミニウムは、水分等の媒質によって化学的に侵食され易い特性を有している。そのため、圧電振動子が高湿度の環境下に置かれている場合には、湿気によりゲッター材が腐食してしまう可能性があった。腐食が生じてしまうと、ゲッター材の表面が著しくエッチングされたり、表面に腐食生成物が現れたりしてしまう。そのため、品質低下を招くだけでなく、圧電振動片の振動動作に影響を与え、特性変化を招いてしまう恐れがあった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、依然として高いゲッタリング効果を発揮することができる上、湿度の影響によって品質低下や特性変化を招きにくい圧電振動子を提供することである。また、この圧電振動子を製造する圧電振動子の製造方法、この圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供することである。

本発明は、前記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係る圧電振動子の製造方法は、互いに接合され、間にキャビティが形成されたベース基板及びリッド基板と、前記ベース基板の下面に形成された外部電極と、前記キャビティ内に収容されるように前記ベース基板の上面に形成された内部電極と、前記ベース基板を貫通するように形成され、前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続する貫通電極と、前記内部電極に電気的に接続された状態で前記キャビティ内に収容された圧電振動片と、前記キャビティ内に形成されたゲッター材と、を備える圧電振動子を製造する方法であって、前記ゲッター材を、クロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で形成する。

上記圧電振動子の製造方法によれば、ゲッター材がクロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で形成されているので、高い耐食性を発揮させることができる。つまり、クロムはアルミニウムと比べて耐食性により優れているので、アルミニウムで形成していた従来の場合に比べて、ゲッター材の耐食性をより向上することができる。このため、この圧電振動子を仮に高湿度の環境下で使用したとしても、ゲッター材が腐食し難い。よって、腐食に起因する品質低下や特性変化を招きにくい。
しかも、クロムは耐食性が優れている上に、酸素と結合し易いので、ゲッタリングの際、ゲッター材が加熱されて蒸発したときに主に酸素からなるキャビティ内のガスを吸収し易く、ゲッタリング効果が高い。つまり、アルミニウムで形成していた従来のゲッター材と同等或いはそれ以上のゲッタリング効果を期待することができる。このため、キャビティ内の真空度を依然として短時間で向上させることができるので、圧電振動子を効率良く製造することができる。

（２）また、前記ゲッター材を、前記ベース基板の上面に形成してもよい。

この場合、ゲッター材は、圧電振動片ではなく、ベース基板又はリッド基板のいずれか一方の基板に形成されている。従って、ゲッタリングの際、ゲッター材をレーザ等で加熱しても、圧電振動片に対して加熱の影響を何ら与えることがない。よって、圧電振動片に対して加熱による負荷を与えることがない。このため、圧電振動子の品質や特性に何ら影響を与えることがないので、圧電振動子の高品質化を図ることができる。

（３）また、前記内部電極を、前記ゲッター材と同じ材料で、前記ゲッター材と同時に形成してもよい。

この場合、内部電極をゲッター材と同時に形成するので、圧電振動子をより効率良く製造することができる。

（４）また、本発明に係る圧電振動子は、互いに接合され、間にキャビティが形成されたベース基板及びリッド基板と前記ベース基板の下面に形成された外部電極と前記キャビティ内に収容されるように前記ベース基板の上面に形成された内部電極と前記ベース基板を貫通するように形成され、前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続する貫通電極と前記内部電極に電気的に接続された状態で前記キャビティ内に収容された圧電振動片とクロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で前記キャビティ内に形成されたゲッター材とを備える。

この場合、上記（１）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（５）また、前記ゲッター材は、前記ベース基板の上面に形成されていてもよい。

この場合、上記（２）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（６）前記内部電極は、前記ゲッター材と同じ材料で、前記ゲッター材と同時に形成されたものであってもよい。

この場合、上記（３）に記載の圧電振動子の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

（７）また、本発明に係る発振器は、上記（４）〜（６）の何れか１項に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されている。
（８）また、本発明に係る電子機器は、上記（４）〜（６）の何れか１項に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されている。
（９）また、本発明に係る電波時計は、上記（４）〜（６）の何れか１項に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されている。

上記発振器、電子機器及び電波時計によれば、湿度が高い状況で使用されたとしても、品質低下や特性変化を招きにくい高品質で信頼性の高い圧電振動子を備えているので、同様に動作の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。

本発明に係る圧電振動子によれば、依然として高いゲッタリング効果を発揮することができる上、湿度の影響によって品質低下や特性変化を招きにくいものとすることができる。よって、動作の信頼性を向上させることができる。
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法によれば、前述した圧電振動子を確実に製造することができる。
また、本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、同様に動作の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。

図１は、本発明の圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。 図２は、図１に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 図３は、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は、図２に示すＢ−Ｂ線に沿った圧電振動子の断面図である。 図５は、図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。 図６は、図１に示す圧電振動子を構成する圧電振動片の上面図である。 図７は、図６に示す圧電振動片の下面図である。 図８は、図６に示す断面矢視Ｃ−Ｃ図である。 図９は、図１に示す圧電振動子を製造する際の流れを示すフローチャートである。 図１０は、図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、リッド基板の元となるリッド基板用ウエハに複数の凹部を形成した状態を示す図である。 図１１は、図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、ベース基板の元となるベース基板用ウエハの上面にゲッター材、接合膜及び引き回し電極をパターニングした状態を示す図である。 図１２は、図１１に示す状態のベース基板用ウエハの全体図である。 図１３は、図９に示すフローチャートに沿って圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、圧電振動片をキャビティ内に収容した状態でベース基板用ウエハとリッド基板用ウエハとが陽極接合されたウエハ体の分解斜視図である。 図１４は、本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 図１５は、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１６は、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１７は、本発明に係る圧電振動子を用いた実施例の結果を示す表である。

符号の説明

Ｃ キャビティ
１ 圧電振動子
２ ベース基板
３ リッド基板
４ 圧電振動片
３４ ゲッター材
３２、３３ 貫通電極
３６、３７ 引き回し電極（内部電極）
３８、３９ 外部電極
４０ ベース基板用ウエハ（ベース基板）
５０ リッド基板用ウエハ（リッド基板）
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

以下、本発明に係る圧電振動子の実施形態を、図１から図１３を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動子１は、図１から図５に示すように、ベース基板２とリッド基板３とで２層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティＣ内に圧電振動片４が収容された表面実装型の圧電振動子である。
なお、図５においては、図面を見易くするために後述する励振電極１５、引き出し電極１９、２０、マウント電極１６、１７及び重り金属膜２１の図示を省略している。

圧電振動片４は、図６から図８に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
この圧電振動片４は、平行に配置された一対の振動腕部１０、１１と、この一対の振動腕部１０、１１の基端側を一体的に固定する基部１２と、一対の振動腕部１０、１１の外表面上に形成されて一対の振動腕部１０、１１を振動させる第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５と、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４に電気的に接続されたマウント電極１６、１７とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片４は、一対の振動腕部１０、１１の両主面上に、この振動腕部１０、１１の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部１８を備えている。この溝部１８は、振動腕部１０、１１の基端側から略中間付近まで形成されている。

第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５は、一対の振動腕部１０、１１を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部１０、１１の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図８に示すように、第１の励振電極１３が、一方の振動腕部１０の溝部１８上と他方の振動腕部１１の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１４が、一方の振動腕部１０の両側面上と他方の振動腕部１１の溝部１８上とに主に形成されている。

また、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、図６及び図７に示すように、基部１２の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９、２０を介してマウント電極１６、１７に電気的に接続されている。そして圧電振動片４は、このマウント電極１６、１７を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、上述した励振電極１５、マウント電極１６、１７及び引き出し電極１９、２０は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜の被膜により形成されたものである。

また、一対の振動腕部１０、１１の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０、１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。

このように構成された圧電振動片４は、図３及び図５に示すように、金等のバンプＢを利用して、ベース基板２の上面にバンプ接合されている。詳しく説明すると、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（内部電極）３６、３７上にそれぞれ形成されたバンプＢ上に、一対のマウント電極１６、１７がそれぞれ接触した状態でバンプ接合されている。これにより、圧電振動片４は、ベース基板２の上面から浮いた状態で支持されると共に、マウント電極１６、１７と引き回し電極３６、３７とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。

上記リッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、図１、図３及び図５に示すように、板状に形成されている。そして、ベース基板２が接合される接合面側には、圧電振動片４が収まる矩形状の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａは、両基板２、３が重ね合わされたときに、圧電振動片４を収容するキャビティＣとなるキャビティ用の凹部である。そして、リッド基板３は、この凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態でベース基板２に対して陽極接合されている。

上記ベース基板２は、リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板であり、図１から図３及び図５に示すように、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで板状に形成されている。
ベース基板２には、このベース基板２を上下方向に貫通するように形成された一対の貫通電極３２、３３が、それぞれの一端がキャビティＣ内に収まるように形成されている。
この貫通電極３２、３３は、ベース基板２との間に隙間なく形成されて、キャビティＣ内の気密を維持していると共に、後述する外部電極３８、３９と引き回し電極３６、３７とを導通させる。

ベース基板２の上面側（リッド基板３が接合される接合面側）には、図１から図５に示すように、キャビティＣ内に形成され、加熱されることでキャビティＣ内の真空度を向上させる金属材料からなるゲッター材３４と、陽極接合用の接合膜３５と、一対の引き回し電極３６、３７とがパターニングされている。このうち接合膜３５は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなり、リッド基板３に形成された凹部３ａの周囲を囲むようにベース基板２の周縁に沿って形成されている。

ゲッター材３４は、クロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で形成されている。本実施形態では、図４に示すように、ゲッター材３４は、ベース基板２上に成膜されたクロムからなる下地層３４ａと、下地層３４ａに積層された金からなる仕上層３４ｂとを備えている。また、図２に示すように、平面視において圧電振動片４を挟んで両側に対向配置されるように２つ形成されている。また、各々のゲッター材３４は、振動腕部１０、１１に対して、平面視において隣接すると共に平行に延在するように形成されている。

一対の引き回し電極３６、３７は、ゲッター材３４と同じ材料で、ゲッター材３４と同時に形成されたものである。本実施形態では、図４に示すように、各々の引き回し電極３６、３７は、ベース基板２上に成膜されたクロムからなる下地層３７ａと、下地層３７ａに積層された金からなる仕上層３７ｂとを備えている。また、一対の引き回し電極３６、３７は、一方の引き回し電極３６が、一方の貫通電極３２と圧電振動片４の一方のマウント電極１６とを電気的に接続すると共に、他方の引き回し電極３７が、他方の貫通電極３３と圧電振動片４の他方のマウント電極１７とを電気的に接続するようにパターニングされている。

また、ベース基板２の下面には、図１、図３及び図５に示すように、一対の貫通電極３２、３３に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極３８、３９が形成されている。つまり、一方の外部電極３８は、一方の貫通電極３２及び一方の引き回し電極３６を介して圧電振動片４の第１の励振電極１３に電気的に接続されている。また、他方の外部電極３９は、他方の貫通電極３３及び他方の引き回し電極３７を介して、圧電振動片４の第２の励振電極１４に電気的に接続されている。この結果、一対の励振電極１５が、それぞれキャビティＣの外部と電気的に接続可能な状態となっている。

このように構成された圧電振動子１を動作させる場合には、ベース基板２に形成された外部電極３８、３９に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片４の第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４からなる励振電極１５に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０、１１を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０、１１の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。

次に、上述した圧電振動子１を、図９に示すフローチャートを参照しながら、ベース基板用ウエハ（ベース基板）４０とリッド基板用ウエハ（リッド基板）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。なお、本実施形態では、ウエハ状の基板を利用して圧電振動子１を一度に複数製造するが、これに限られたものではなく、予めベース基板２及びリッド基板３の外形に寸法を合わせたものを加工して、一度に一つのみ製造する等しても構わない。

始めに、圧電振動片作製工程として、図６から図８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。次に、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハとする。次に、ウエハに洗浄等の適切な処理を施した後、このウエハをフォトリソグラフィ技術によって圧電振動片４の外形形状でパターニングすると共に、金属膜の成膜及びパターニングを行って、励振電極１５、引き出し電極１９、２０、マウント電極１６、１７、重り金属膜２１を形成する。これにより、複数の圧電振動片４を作製することができる。

また、圧電振動片４を作製した後、共振周波数の粗調を行っておく。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、マウント後に行う。これについては、後に説明する。

次に、圧電振動片作製工程と同時或いは前後のタイミングで、第１のウエハ作製工程として、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（Ｓ２０）。まず、ソーダ石灰ガラスを所定の厚みまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のリッド基板用ウエハ５０を形成する（Ｓ２１）。次いで、凹部形成工程として、図１０に示すように、リッド基板用ウエハ５０の接合面に、エッチング等により行列方向にキャビティ用の凹部３ａを複数形成する（Ｓ２２）。この時点で、第１のウエハ作製工程が終了する。

次に、第１のウエハ作製工程と同時或いは前後のタイミングで、第２のウエハ作製工程として、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（Ｓ３０）。まず、リッド基板用ウエハ５０と同様に、ソーダ石灰ガラスを所定の厚みまで研磨加工して洗浄した後に、エッチング等により最表面の加工変質層を除去した円板状のソーダ石灰ガラスからベース基板用ウエハ４０を形成する（Ｓ３１）。

次に、貫通電極形成工程として、ベース基板用ウエハ４０に一対の貫通電極３２、３３を複数形成する（Ｓ３２）。この際、例えば、ベース基板用ウエハ４０を上下方向に貫通する一対のスルーホールをサンドブラスト法やプレス加工等の方法で複数形成した後、これら複数のスルーホール内に一対の貫通電極３２、３３を形成する。この一対の貫通電極３２、３３により、ベース基板用ウエハ４０の上面側と下面側との導電性が確保される。

次に、ゲッター材形成工程として、ゲッター材３４を形成する（Ｓ３３）のと同時に、引き回し電極形成工程として、引き回し電極３６、３７を形成する（Ｓ３４）。この際、例えば、まずクロムからなる下地層３４ａ、３７ａをパターニングした後、この下地層３４ａ、３７ａの上に金からなる仕上層３４ｂ、３７ｂとを積層するようにパターニングすることで行う。また、下地層３４ａをパターニングする際、後に圧電振動片４がベース基板用ウエハ４０にマウントされたときに、平面視において圧電振動片４を挟んで両側に対向配置するように２つ形成すると共に、各々のゲッター材３４を、振動腕部１０、１１に対して、平面視において隣接すると共に平行に延在するように形成する。
特に、引き回し電極３６、３７をゲッター材３４と同時に形成するので、圧電振動子１をより効率良く製造することができる。しかも、引き回し電極３６、３７の仕上層３７ｂとして金を用いているので、引き回し電極３６、３７の導電性を安定に確保することができ、圧電振動子１の高品質化を図ることができる。

次に、接合膜形成工程として、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１１及び図１２に示すように、接合膜３５を形成する（Ｓ３５）。なお、図１１及び図１２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。また、図１２では、図面の見易さのため、接合膜３５の図示を省略している。
この時点で第２のウエハ作製工程が終了する。

次に、マウント工程として、作製した複数の圧電振動片４を、それぞれ引き回し電極３６、３７を介してベース基板用ウエハ４０の上面に接合する（Ｓ４０）。この際、まず一対の引き回し電極３６、３７上にそれぞれ金等のバンプＢを形成する。そして、圧電振動片４の基部１２をバンプＢ上に載置した後、バンプＢを所定温度（例えば３００℃）に加熱しながら圧電振動片４をバンプＢに押し付ける。これにより、圧電振動片４は、バンプＢに機械的に支持されると共に、マウント電極１６、１７と引き回し電極３６、３７とが電気的に接続された状態となる。よって、この時点で圧電振動片４の一対の励振電極１５は、一対の貫通電極３２、３３に対してそれぞれ導通した状態となる。

圧電振動片４のマウントが終了した後、重ね合わせ工程として、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（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、圧電振動片４、ゲッター材３４及び引き回し電極３６、３７が、ベース基板用ウエハ４０に形成された凹部３ａと両ウエハ４０、５０とで囲まれるキャビティＣ内に収容された状態となる。

重ね合わせ工程後、接合工程として、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（Ｓ６０）。具体的には、接合膜３５とリッド基板用ウエハ５０との間に所定の電圧を印加する。すると、接合膜３５とリッド基板用ウエハ５０との界面に電気化学的な反応が生じ、両者がそれぞれ強固に密着して陽極接合される。これにより、圧電振動片４をキャビティＣ内に封止することができ、ベース基板用ウエハ４０とリッド基板用ウエハ５０とが接合した図１３に示すウエハ体６０を得ることができる。なお、図１３においては、図面を見易くするために、ウエハ体６０を分解した状態を図示しており、ベース基板用ウエハ４０から接合膜３５の図示を省略している。なお、図１３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。

次に、外部電極形成工程として、ベース基板用ウエハ４０の下面に導電性材料をパターニングして、一対の貫通電極３２、３３にそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極３８、３９を複数形成する（Ｓ７０）。この工程により、外部電極３８、３９を利用してキャビティＣ内に収容された圧電振動片４を動作させることができる。

次に、ゲッタリング工程として、ウエハ体６０の各キャビティＣ内に収容されたゲッター材３４を加熱してキャビティＣ内の真空度を調整する（Ｓ８０）。具体的には、ウエハ体６０を、図示しないゲッタリング調整機にセットして、ゲッタリング調整機内で外部電極３８、３９に所定の電圧を印加して圧電振動片４を振動させ、等価抵抗値と比例関係にある直列振動抵抗値を測定する。この直列振動抵抗値に基づいて、例えばベース基板用ウエハ４０側からレーザを照射することでゲッター材３４を加熱して、ゲッタリングを適正回数行う。
なお、ゲッタリングの適正回数の判断方法としては、例えば、圧電振動子の種類ごとに直列振動抵抗値の閾値を予め設定しておき、この閾値を下回った際に適正と判断する方法としてもよい。また、ゲッタリング直前の直列振動抵抗値を記憶してからゲッタリングを行い、ゲッタリング直後の直列振動抵抗値との変化の割合を算出し、この変化の割合を予め設定した値と比較することで判断してもよい。

次に、ウエハ体６０の状態で、微調工程として、キャビティＣ内に収容された個々の圧電振動片４の周波数を微調整して所定の範囲内に収める（Ｓ９０）。具体的に説明すると、ベース基板用ウエハ４０の下面に形成された一対の外部電極３８、３９に電圧を印加して圧電振動片４を振動させる。そして、周波数を計測しながらベース基板用ウエハ４０を通して外部からレーザ光を照射し、重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させる。これにより、一対の振動腕部１０、１１の先端側の重量が変化するので、圧電振動片４の周波数を、公称周波数の所定範囲内に収まるように微調整することができる。

周波数の微調が終了した後、切断工程として、接合されたウエハ体６０を図１３に示す切断線Ｍに沿って切断して小片化する（Ｓ１００）。その結果、互いに接合されたベース基板２とリッド基板３との間に形成されたキャビティＣ内に圧電振動片４が収容された、図１に示す２層構造式表面実装型の圧電振動子１を一度に複数製造することができる。
なお、切断工程（Ｓ１００）を行って個々の圧電振動子１に小片化した後に、微調工程（Ｓ９０）を行う工程順序でも構わない。但し、上述したように、微調工程（Ｓ９０）を先に行うことで、ウエハ体６０の状態で微調を行うことができるので、複数の圧電振動子１をより効率良く微調することができる。よって、スループットの向上化を図ることができるので好ましい。

その後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ１１０）。即ち、圧電振動片４の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子１の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。これをもって圧電振動子１の製造が終了する。

特に、ゲッター材３４がクロムからなる下地層３４ａを備えているので、高い耐食性を発揮させることができる。つまり、クロムはアルミニウムと比べて耐食性により優れているので、アルミニウムで形成していた従来の場合に比べて、ゲッター材３４の耐食性をより向上することができる。このため、この圧電振動子１を仮に高湿度の環境下で使用したとしても、ゲッター材３４が腐食し難い。よって、腐食に起因する品質低下や特性変化を招きにくい。よって、動作の信頼性を向上させることができる。
しかも、クロムは耐食性が優れている上に、酸素と結合し易いので、ゲッタリング工程の際、ゲッター材３４が加熱されて蒸発したときに主に酸素からなるキャビティＣ内のガスを吸収し易く、ゲッタリング効果が高い。つまり、アルミニウムで形成していた従来のゲッター材と同等或いはそれ以上のゲッタリング効果を期待することができる。このため、キャビティＣ内の真空度を依然として短時間で向上させることができるので、圧電振動子１を効率良く製造することができる。

また、ゲッター材３４は、圧電振動片４ではなく、ベース基板用ウエハ４０（ベース基板２）に形成されている。従って、ゲッタリング工程の際、ゲッター材３４をレーザ等で加熱しても、圧電振動片４に対して加熱の影響を何ら与えることがない。よって、圧電振動片４に対して加熱による負荷を与えることがない。このため、圧電振動子１の品質や特性に何ら影響を与えることがないので、圧電振動子１の高品質化を図ることができる。

次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１４を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１４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。

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、この圧電振動子１内の圧電振動片４が振動する。この振動は、圧電振動片４が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、動作の信頼性が向上された上に高品質な圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様に動作の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。

次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１５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。

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１５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。

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、この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、この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。

計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片４が振動し、この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。

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。

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。

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。

即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、動作の信頼性が向上された上に高品質な圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器自体も同様に動作の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。

次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１６を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１６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。

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。

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。次に、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。

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。

上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、動作の信頼性が向上された上に高品質な圧電振動子１を備えているので、電波時計自体も同様に動作の信頼性を高めて高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。

なお、本発明の技術的範囲は上記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種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、ゲッター材３４が、ベース基板２（ベース基板用ウエハ４０）上に形成されているものとしたが、キャビティＣ内に形成されていれば、例えばリッド基板３（リッド基板用ウエハ５０）上に形成されていても構わないし、圧電振動片４の表面に形成されていても構わない。
また、上記実施形態では、ゲッター材３４が、平面視において圧電振動片４を挟んで両側に対向配置されるように２つ形成されているとしたが、例えば平面視において圧電振動片４の外側一方にのみ隣接して形成されていても構わない。

また、上記実施形態では、ゲッター材３４が、下地層３４ａと仕上層３４ｂとを備えるものとしたが、例えば、クロムの下地層３４ａでのみ形成されていても良い。また、ゲッター材３４として、クロムを主成分とする合金を用いても構わない。
また、上記実施形態では、ゲッター材形成工程と引き回し電極形成工程とを同時に行うものとしたが、別々のタイミングに行っても構わない。

また、上記実施形態では、圧電振動片４の一例として振動腕部１０、１１の両面に溝部１８が形成された溝付きの圧電振動片４を例に挙げて説明したが、溝部１８がないタイプの圧電振動片でも構わない。但し、溝部１８を形成することで、一対の励振電極１５に所定の電圧を印加させたときに、一対の励振電極１５間における電界効率を上げることができるので、振動損失をより抑えて振動特性をさらに向上することができる。つまり、ＣＩ値（Crystal Impedance）をさらに低くすることができ、圧電振動片４の更なる高性能化を図ることができる。この点において、溝部１８を形成する方が好ましい。
また、上記実施形態では、音叉型の圧電振動片４を例に挙げて説明したが、音叉型に限られるものではない。例えば、厚み滑り振動片としても構わない。

また、上記実施形態では、ベース基板２とリッド基板３とを接合膜３５を介して陽極接合したが、陽極接合に限定されるものではない。但し、陽極接合することで、両基板２、３を強固に接合できるので好ましい。
また、上記実施形態では、圧電振動片４をバンプ接合したが、バンプ接合に限定されるものではない。例えば、導電性接着剤により圧電振動片４を接合しても構わない。但し、バンプ接合することで、圧電振動片４をベース基板２の上面から浮かすことができ、振動に必要な最低限の振動ギャップを自然と確保することができる。よって、バンプ接合することが好ましい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、上記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

次に、本発明に係る圧電振動子及び従来の圧電振動子にそれぞれ所定の電圧を印加して振動させ、等価抵抗値Ｒｅと比例関係にある直列共振抵抗値Ｒ１（以下、単にＲ１値と称する）を計測した結果を以下に示す。なお、前述のように等価抵抗値Ｒｅはキャビティ内の真空度と反比例関係にあるので、Ｒ１値もキャビティ内の真空度と反比例関係にあり、Ｒ１値が低いほどキャビティ内の真空度が高いことになる。
ここで、計測を行うにあたって、本発明に係る圧電振動子としては、ゲッター材がクロムのみで形成され、このゲッター材の厚みが６００Åのものを用いた。また、従来の圧電振動子としては、ゲッター材がアルミニウムのみで形成され、このゲッター材の厚みが１１００Åのものを用いた。つまり、本発明に係る圧電振動子のゲッター材には、従来の圧電振動子のゲッター材より厚みが薄いものを用いた。
そして、本発明に係る圧電振動子及び従来の圧電振動子について、このゲッター材の構成以外の点において条件を合わせて、それぞれの圧電振動子を同じ回数だけゲッタリングし、ゲッタリング前後のＲ１値を比較した。

比較の結果を図１７の表に示す。図１７の表は、従来の圧電振動子（Ａｌ（１１００Å）及び本発明に係る圧電振動子（Ｃｒ（６００Å））のそれぞれについて、ゲッタリング前後のＲ１値（ゲッタリング前（ＫΩ）：Ａ、ゲッタリング後（ＫΩ）：Ｂ）、及びゲッタリング前後のＲ１値の減少量（減少量（ＫΩ）：Ａ−Ｂ）を示した表である。
この結果によれば、本発明に係る圧電振動子では、ゲッター材の厚みが従来の圧電振動子のゲッター材の厚みより薄いにも関わらず、従来のものよりゲッタリング前後のＲ１値の減少量が大きいことが確認できた。つまり、ゲッター材をクロムで形成することで、アルミニウムで形成する従来の場合以上のゲッタリング効果を得ることができるのを確認できた。

Claims (5)

1. 互いに接合され、間にキャビティが形成されたベース基板及びリッド基板と、前記ベース基板の下面に形成された外部電極と、前記キャビティ内に収容されるように前記ベース基板の上面に形成された内部電極と、前記ベース基板を貫通するように形成され、前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続する貫通電極と、前記内部電極に電気的に接続された状態で前記キャビティ内に収容された圧電振動片と、前記キャビティ内の前記ベース基板の上面に形成されたゲッター材と、を備える圧電振動子を製造する方法であって、
   前記ゲッター材を、クロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で形成すると共に、前記内部電極を、前記ゲッター材と同じ材料で、前記ゲッター材と同時に形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 互いに接合され、間にキャビティが形成されたベース基板及びリッド基板と
   前記ベース基板の下面に形成された外部電極と
   前記キャビティ内に収容されるように前記ベース基板の上面に形成された内部電極と
   前記ベース基板を貫通するように形成され、前記外部電極と前記内部電極とを電気的に接続する貫通電極と
   前記内部電極に電気的に接続された状態で前記キャビティ内に収容された圧電振動片と
   クロム若しくはクロムを主成分とする金属材料で前記キャビティ内の前記ベース基板の上面に形成されたゲッター材と
   を備え、
   前記内部電極は、前記ゲッター材と同じ材料で、前記ゲッター材と同時に形成されたものであることを特徴とする圧電振動子。
3. 請求項２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。
4. 請求項２に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
5. 請求項２に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。

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