JP2009303097A - 圧電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】環境温度の変化の影響を抑えた周波数調整方法により周波数が精緻に調整された圧電振動片を備える圧電デバイス、およびその製造方法に関するものである。
【解決手段】周波数調整装置５０の補正周波数データ生成部７０は、記憶部７１に予め記憶されているワーク２０'近傍の温度の温度変化データと実際のイオンビーム照射時間データとにより、測定周波数データが得られた時のワーク２０'近傍の温度を推定し、その温度と、記憶部７１に予め記憶された圧電振動片の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数と比較して周波数補正量を演算する。さらに、その周波数補正量に基づく周波数調整が終るときのワーク２０'近傍の温度を上記温度変化データから推定して、その温度における周波数補正量である補正周波数データを生成し制御部１２０に送信する。
【選択図】図４
【解決手段】周波数調整装置５０の補正周波数データ生成部７０は、記憶部７１に予め記憶されているワーク２０'近傍の温度の温度変化データと実際のイオンビーム照射時間データとにより、測定周波数データが得られた時のワーク２０'近傍の温度を推定し、その温度と、記憶部７１に予め記憶された圧電振動片の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数と比較して周波数補正量を演算する。さらに、その周波数補正量に基づく周波数調整が終るときのワーク２０'近傍の温度を上記温度変化データから推定して、その温度における周波数補正量である補正周波数データを生成し制御部１２０に送信する。
【選択図】図４
Description
本発明は、周波数が精緻に調整された圧電振動片を備える圧電デバイス、およびその製造方法に関するものである。
従来より、圧電振動片をパッケージ内に接合して封止した圧電デバイスが、各種電子機器の信号源として広く用いられている。圧電振動片は、水晶などの圧電基板を所定の角度および厚さに切り出した薄板が固有の共振周波数を有する特性を利用し、その薄板の表面に励振電極などの電極を形成して該電極に電圧を印加し、その電圧による圧電効果によって所定の振動モードで励振させるものである。
圧電振動片としては、例えば、圧電基板を所謂ＡＴカットと呼ばれるカット角にて切り出した薄板を用いた厚み滑り振動をするＡＴカット水晶振動片や、切り出された圧電基板の外形加工により、基部と、その基部の一端部から略平行に延出する二つの振動腕が形成された音叉状の音叉型圧電振動片などが利用される。
圧電振動片としては、例えば、圧電基板を所謂ＡＴカットと呼ばれるカット角にて切り出した薄板を用いた厚み滑り振動をするＡＴカット水晶振動片や、切り出された圧電基板の外形加工により、基部と、その基部の一端部から略平行に延出する二つの振動腕が形成された音叉状の音叉型圧電振動片などが利用される。
圧電振動片の主振動周波数は圧電基板の厚みに大きく依存するが、主振動周波数に影響を及ぼす圧電基板のカット角や電極の厚さは圧電振動片の製造において不可避的にばらつくので、圧電振動片の仕上がり周波数のばらつきも避けられない。そこで、圧電振動片の形成後には周波数の微調整を行なっている。
圧電振動片において、圧電基板の表面に形成された励振電極などの電極は付加質量となり、圧電振動片の周波数決定要因の一つとなるので、この電極の重みを調整することにより周波数の微調整を行うことが可能である。圧電振動片の仕上がり周波数が目標周波数に対して低い場合には、電極上の所定の位置に、蒸着などによって質量付加物質を局所的に形成する質量付加法により、周波数を低下させて目標周波数に一致させることができる。一方、仕上がり周波数が目標周波数に対して高い場合には、電極の一部を除去する質量減少法により、周波数を増加させて目標周波数に一致させることができる。
例えば、質量軽減法による周波数調整方法として、圧電デバイスの周波数をモニタリングしながら、圧電振動片の周波数が低めとなるように形成された電極上の所定の位置にイオンビームを照射することにより、電極の一部をエッチングして周波数を増加させて所望の周波数を得る周波数調整方法が提案されている（例えば特許文献１）。
圧電振動片において、圧電基板の表面に形成された励振電極などの電極は付加質量となり、圧電振動片の周波数決定要因の一つとなるので、この電極の重みを調整することにより周波数の微調整を行うことが可能である。圧電振動片の仕上がり周波数が目標周波数に対して低い場合には、電極上の所定の位置に、蒸着などによって質量付加物質を局所的に形成する質量付加法により、周波数を低下させて目標周波数に一致させることができる。一方、仕上がり周波数が目標周波数に対して高い場合には、電極の一部を除去する質量減少法により、周波数を増加させて目標周波数に一致させることができる。
例えば、質量軽減法による周波数調整方法として、圧電デバイスの周波数をモニタリングしながら、圧電振動片の周波数が低めとなるように形成された電極上の所定の位置にイオンビームを照射することにより、電極の一部をエッチングして周波数を増加させて所望の周波数を得る周波数調整方法が提案されている（例えば特許文献１）。
特許文献１に記載の圧電デバイス（水晶振動子）は、励振電極が形成された圧電振動片（圧電素子）を有し、その圧電振動片の励振電極は、電極形成時において目標周波数よりも低い周波数となるように厚めの厚みにて形成されている。圧電デバイスの製造方法において、圧電デバイスの周波数調整工程では、１０-3Ｐａ以下に排気された周波数調整室内に、周波数測定部における圧電デバイスとのコンタクト機構であるコンタクト部と、圧電振動片の電極の一部をエッチングすることにより周波数を調整するイオンビーム照射部（イオンガン）と、を備えた周波数調整装置が用いられる。そして、コンタクト部を圧電デバイスの圧電振動片の電極に接触させて周波数測定部により周波数を測定しながら、イオンビーム照射部から圧電振動片の電極にイオンビームを照射してエッチングを行う。すると、圧電デバイスの周波数は徐々に高くなっていくので、この周波数が所定の周波数となったところでエッチングを停止し所望の周波数を得る。
ところで、特許文献１に記載のイオンビームによるエッチング（イオンミリング法）による周波数調整では、イオンビーム照射で発生する熱により、複数個の圧電デバイスに対して周波数調整を進めていくにつれて、圧電デバイスを保持する治工具類や周波数調整室内の圧電デバイスの周囲雰囲気の温度、すなわち環境温度が上昇する。このような環境温度の変化は、周波数調整対象の圧電デバイスの圧電振動片の周波数温度特性に影響を与える。周知のとおり、圧電振動片は周波数温度特性を有しており、例えば屈曲振動を用いる音叉型水晶振動片は常温付近を頂点とする２次曲線で示される温度特性（２次の温度特性）を有している。これにより、周波数調整により環境温度が高くなると負の周波数偏差が生じるので、調整後の周波数は常温においては高くなり、正確な周波数調整ができないという問題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
〔適用例１〕本適用例にかかる圧電デバイスの製造方法は、圧電基板上に電極を有する圧電振動片を有し、前記圧電振動片がパッケージ内に気密に封止された圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片を製造する工程と、前記圧電振動片をパッケージ内に接合する圧電振動片マウント工程と、前記圧電振動片マウント工程の後で、前記電極の質量を変化させる周波数調整手段により前記圧電振動片の周波数を調整する周波数調整工程と、前記周波数調整工程の後で前記圧電振動片をパッケージ内に封止する工程と、を有し、前記周波数調整工程は、前記圧電振動片の周波数を測定する周波数測定ステップと、予め取得された前記周波数調整手段による周波数調整時間に伴って変化する前記圧電振動片近傍の温度変化データと、前記周波数測定ステップで測定された測定周波数とに基づいて常温における周波数を演算して、前記常温における周波数と目標周波数との周波数差を算出することにより常温における補正周波数データを求めるとともに、該補正周波数データにより周波数調整したときの周波数調整終了直後の前記圧電振動片近傍の温度を予測し、その温度における前記圧電振動片の周波数調整後の周波数を前記圧電振動片の周波数温度特性データから予測して前記補正周波数データを生成する補正周波数生成ステップと、前記補正周波数データに基づき前記圧電振動片の周波数を前記目標周波数に調整する周波数調整ステップと、を含むことを特徴とする。
圧電振動片の電極の質量を変化させる周波数調整手段としては、大別すると、電極上に蒸着などによって質量付加物質を形成することにより周波数を低下させる質量付加法と、電極の一部をイオンビームなどによりエッチングして周波数を増加させる質量減少法とがある。いずれも、蒸着あるいはイオンビーム照射にともなう熱により圧電振動片近傍の雰囲気の温度が変化するので、圧電振動片の周波数温度特性により周波数偏差が生じることによって、正確な周波数の取得および周波数調整ができない。
上記適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、予め取得された周波数調整時間に伴う圧電振動片近傍の温度変化データと、圧電振動片の周波数温度特性データとに基づいて、測定される周波数を常温における周波数に演算して目標周波数との周波数差を求め、さらに、周波数調整終了直後の圧電振動片近傍の温度における周波数を予測して補正周波数データを生成する。
また、周波数測定時における圧電振動片近傍の温度を測定するために温度測定手段を設けたり、その温度測定手段を用いて温度測定する必要がない。
これにより、製造コストの増大を抑えながら、周波数が精緻に調整された圧電デバイスを提供することができる。
上記適用例の圧電デバイスの製造方法によれば、予め取得された周波数調整時間に伴う圧電振動片近傍の温度変化データと、圧電振動片の周波数温度特性データとに基づいて、測定される周波数を常温における周波数に演算して目標周波数との周波数差を求め、さらに、周波数調整終了直後の圧電振動片近傍の温度における周波数を予測して補正周波数データを生成する。
また、周波数測定時における圧電振動片近傍の温度を測定するために温度測定手段を設けたり、その温度測定手段を用いて温度測定する必要がない。
これにより、製造コストの増大を抑えながら、周波数が精緻に調整された圧電デバイスを提供することができる。
〔適用例２〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記圧電振動片として音叉型水晶振動片が用いられていることを特徴とする。
この構成によれば、音叉型水晶振動片は温度変化に対する周波数の変動が比較的大きい２次の温度特性を有しているので、上記適用例の圧電デバイスの製造方法における周波数調整の高精度化に、より大きな効果を奏する。
〔適用例３〕上記適用例にかかる圧電デバイスの製造方法において、前記周波数調整手段として、イオンビームにより前記電極をエッチングするイオンビームエッチングが用いられていることを特徴とする。
この構成によれば、蒸着による質量付加法のように、電極上に新たな膜（質量付加物質）が形成されることによるＣＩ値の増大やスプリアスの増大や、電極と新たな膜との密着性が確保できないことによるエージング特性への悪影響を回避できるので、高精度、高安定な周波数調整が可能である。
〔適用例４〕本適用例にかかる圧電デバイスの製造方法は、圧電基板上に電極を有する圧電振動片を有し、前記圧電振動片がパッケージ内に気密に封止された圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片を製造する工程と、前記圧電振動片をパッケージ内に接合する圧電振動片マウント工程と、前記圧電振動片マウント工程の後で、前記電極の質量を変化させる周波数調整手段により前記圧電振動片の周波数を調整する周波数調整工程と、前記周波数調整工程の後で前記圧電振動片をパッケージ内に封止する工程と、を有し、前記周波数調整工程は、温度測定手段により前記圧電振動片近傍の温度を測定する温度測定ステップと、前記温度測定ステップで測定された温度における前記圧電振動片の周波数を測定する周波数測定ステップと、前記圧電振動片の周波数温度特性データと、前記周波数測定ステップで測定された測定周波数とに基づいて常温における周波数を算出し、前記常温における周波数と目標周波数との周波数差を演算し常温における補正周波数データを求めるとともに、前記常温における前記補正周波数データにより周波数調整したときの周波数調整終了直後の前記圧電振動片近傍の温度を予測し、その温度における前記圧電振動片の周波数調整後の周波数を前記周波数温度特性データから予測して前記補正周波数データを生成する補正周波数生成ステップと、前記補正周波数データに基づき前記圧電振動片の周波数を前記目標周波数に調整する周波数調整ステップと、を含むことを特徴とする。
この構成によれば、周波数測定時の圧電振動片近傍の温度を実測し、この温度の実測値と圧電振動片の周波数温度特性データとに基づいて、測定された周波数から常温における周波数を演算して目標周波数との周波数差を求め、さらに、予め取得された周波数調整時間に伴う圧電振動片近傍の温度変化データに基づいて、周波数調整終了直後の圧電振動片近傍の温度における周波数を予測して補正周波数データを生成する。したがって、周波数がより精緻に調整された圧電デバイスを提供することができる。
〔適用例５〕本適用例にかかる圧電デバイスは、上記適用例１〜４のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法により製造されていることを特徴とする。
この構成によれば、周波数調整による圧電振動片近傍の雰囲気温度、および圧電振動片の温度特性に基づいて周波数調整を行う上記適用例の圧電デバイスの製造方法により製造されているので、周波数が精緻に調整された圧電デバイスを提供することができる。
以下、圧電デバイスおよびその製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
（圧電デバイス）
まず、本実施形態の圧電デバイスについて説明する。
図１は、本実施形態の圧電デバイスを説明するものであり、図１（ａ）は上側からみた模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す模式断面図である。なお、図１（ａ）において、圧電デバイスの上部に配置されるリッドは、圧電デバイスの内部の構成を説明する便宜上一部を切り取って図示している。また、図２は、本実施形態の圧電デバイスに用いられる圧電振動片としての音叉型水晶振動片を説明する模式平面図である。なお、図２において施されたハッチングは、励振電極と外部接続電極の接続関係をわかりやすくするためのものであり、断面を示すものではない。
（圧電デバイス）
まず、本実施形態の圧電デバイスについて説明する。
図１は、本実施形態の圧電デバイスを説明するものであり、図１（ａ）は上側からみた模式平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す模式断面図である。なお、図１（ａ）において、圧電デバイスの上部に配置されるリッドは、圧電デバイスの内部の構成を説明する便宜上一部を切り取って図示している。また、図２は、本実施形態の圧電デバイスに用いられる圧電振動片としての音叉型水晶振動片を説明する模式平面図である。なお、図２において施されたハッチングは、励振電極と外部接続電極の接続関係をわかりやすくするためのものであり、断面を示すものではない。
図１に示すように、圧電デバイス２０は、パッケージ１０と、そのパッケージ１０の凹部の凹底部分に接合された音叉型水晶振動片１とを有している。パッケージ１０上には、例えば金属からなるリッド１９が接合され、パッケージ１０内に接合された音叉型水晶振動片１が気密に封止されている。
〔パッケージ〕
パッケージ１０は、略矩形の平板状の第１層基板１１と、その第１層基板１１上に順次積層された略矩形フレーム状の第２層基板１２およびシールリング１７と、を有している。このような構成により、パッケージ１０には、第１層基板１１の上面側を凹底部分として第２層基板１２側が開口された凹部が形成されている。
パッケージ１０は、略矩形の平板状の第１層基板１１と、その第１層基板１１上に順次積層された略矩形フレーム状の第２層基板１２およびシールリング１７と、を有している。このような構成により、パッケージ１０には、第１層基板１１の上面側を凹底部分として第２層基板１２側が開口された凹部が形成されている。
パッケージ１０の凹部の凹底部分となる第１層基板１１上には、音叉型水晶振動片１が接合される複数の振動片接続端子１５ａ，１５ｂが設けられている。また、パッケージ１０の外底面となる第１層基板１１の下面（振動片接続端子１５ａ，１５ｂが設けられた面と異なる側の面）側には、外部実装基板と実装される複数の実装端子１８ａ，１８ｂが設けられている。これらの各振動片接続端子１５ａ，１５ｂや実装端子１８ａ，１８ｂは、パッケージ１０に一つの回路配線を形成するように、第１層基板１１に形成された図示しない引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線により、それぞれ対応する端子どうしが接続されている。
なお、パッケージ１０の第１層基板１１および第２層基板１２は、セラミックス絶縁材料などからなる。また、各基板に設けられた振動片接続端子１５ａ，１５ｂや実装端子１８ａ，１８ｂ、あるいはそれらを接続する配線パターンまたは層内配線パターンなどは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成される。
〔音叉型水晶振動片〕
次に、上記パッケージ１０に接合される音叉型水晶振動片１について説明する。
図２に示すように、音叉型水晶振動片１は、水晶基板２を加工することにより形成された基部３と、この基部３の一端側（図２において下端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕４，５とを有する、所謂音叉状の外形を有する水晶薄板からなる。このような水晶基板２の音叉状の外形は、後述するように、水晶ウェハをフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
次に、上記パッケージ１０に接合される音叉型水晶振動片１について説明する。
図２に示すように、音叉型水晶振動片１は、水晶基板２を加工することにより形成された基部３と、この基部３の一端側（図２において下端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕４，５とを有する、所謂音叉状の外形を有する水晶薄板からなる。このような水晶基板２の音叉状の外形は、後述するように、水晶ウェハをフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
振動腕４，５の一方の面には、駆動用の電極である励振電極６ａ，６ｂがそれぞれ設けられている。また、基部３の各振動腕４，５が延出された一端側と異なる他端側近傍には、各励振電極６ａ，６ｂと引き回し配線によりそれぞれ接続された外部接続電極７ａ，７ｂが設けられている。本実施形態では、励振電極６ａが外部接続電極７ｂに接続され、励振電極６ｂが外部接続電極７ａに接続されている。これと同様に、図示はしないが、振動腕４，５の他方の面（裏側の面）には、励振電極６ａ，６ｂの対向電極となる励振電極が設けられ、基部３に設けられた対応する外部接続電極に引き回し配線によりそれぞれ接続されている。
このような電極や配線などの電極パターンは、水晶ウェハをエッチングして音叉型水晶振動片１の外形を形成した後で、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成できる。
このような電極や配線などの電極パターンは、水晶ウェハをエッチングして音叉型水晶振動片１の外形を形成した後で、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成できる。
〔圧電デバイス〕
上記した音叉型水晶振動片１は、図１に示すように、基部３に設けられた外部接続電極７ａ，７ｂと、パッケージ１０の第１層基板１１上に設けられた対応する振動片接続端子１５ａ，１５ｂとを位置合わせされた状態で導電性接着剤２９により接合されている。これにより、音叉型水晶振動片１は、振動腕４，５側が第１層基板１１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている。なお、導電性接着剤２９としては、一般に、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入したものが使用される。また、音叉型水晶振動片１を接合する接合部材は導電性接着剤２９に限らず、半田などの他の接合部材を用いて接合することもできる。
上記した音叉型水晶振動片１は、図１に示すように、基部３に設けられた外部接続電極７ａ，７ｂと、パッケージ１０の第１層基板１１上に設けられた対応する振動片接続端子１５ａ，１５ｂとを位置合わせされた状態で導電性接着剤２９により接合されている。これにより、音叉型水晶振動片１は、振動腕４，５側が第１層基板１１と接触しないように隙間を空けた状態で片持ち支持されている。なお、導電性接着剤２９としては、一般に、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入したものが使用される。また、音叉型水晶振動片１を接合する接合部材は導電性接着剤２９に限らず、半田などの他の接合部材を用いて接合することもできる。
音叉型水晶振動片１が接合されたパッケージ１０の第２層基板１２上には、例えば金属製の蓋体としてのリッド１９が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形成されたシールリング１７を介してシーム溶接されている。これにより、パッケージ１０の凹部の凹底部分に接合された音叉型水晶振動片１が気密に封止されている。
（圧電デバイスの製造方法）
次に、圧電デバイスの製造方法について、特に、圧電デバイスの周波数調整方法を中心に図面を参照して説明する。
図３は、圧電デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。また、図４は、本実施形態の圧電デバイスの周波数調整に用いる周波数調整装置の一例を説明するブロック図であり、図５は、周波数調整装置のコンタクト部を拡大して説明する模式側面図である。
次に、圧電デバイスの製造方法について、特に、圧電デバイスの周波数調整方法を中心に図面を参照して説明する。
図３は、圧電デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。また、図４は、本実施形態の圧電デバイスの周波数調整に用いる周波数調整装置の一例を説明するブロック図であり、図５は、周波数調整装置のコンタクト部を拡大して説明する模式側面図である。
〔音叉型水晶振動片製造〕
本実施形態の圧電デバイス２０の製造においては、最初に、水晶ウェハから複数の音叉型水晶振動片１を製造する。
まず、図３のステップＳ１に示すように、音叉型水晶振動片１の材料である水晶Ｚ板の基板を板状に加工して水晶ウェハを形成する。ここで、水晶Ｚ板は、水晶の単結晶から切り出す際に、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる直交座標において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面を反時計方向に１度乃至５度傾けて切り出されたものである。
本実施形態の圧電デバイス２０の製造においては、最初に、水晶ウェハから複数の音叉型水晶振動片１を製造する。
まず、図３のステップＳ１に示すように、音叉型水晶振動片１の材料である水晶Ｚ板の基板を板状に加工して水晶ウェハを形成する。ここで、水晶Ｚ板は、水晶の単結晶から切り出す際に、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる直交座標において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面を反時計方向に１度乃至５度傾けて切り出されたものである。
次に、ステップＳ２に示すように、水晶ウェハの表面および裏面に、音叉型水晶振動片１の電極形成用金属からなる電極膜を蒸着またはスパッタリングにより形成する。電極膜としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に金（Ａｕ）を積層させたものが適用される。
このとき、水晶ウェハ上に形成する金属膜の厚みは、後述する周波数調整ステップにおける周波数調整方法に応じて音叉型水晶振動片１の所望の周波数よりも低くまたは高くなるような厚みとする。本実施形態の周波数調整方法は、音叉型水晶振動片１の電極膜（電極パターン）の一部を除去する質量減少法によるので、電極膜の厚みは所望の周波数よりも低くなるような厚みにする。すなわち、所望の周波数が得られる電極パターンの厚さよりも膜厚が厚い電極膜を水晶ウェハ上に形成する。
このとき、水晶ウェハ上に形成する金属膜の厚みは、後述する周波数調整ステップにおける周波数調整方法に応じて音叉型水晶振動片１の所望の周波数よりも低くまたは高くなるような厚みとする。本実施形態の周波数調整方法は、音叉型水晶振動片１の電極膜（電極パターン）の一部を除去する質量減少法によるので、電極膜の厚みは所望の周波数よりも低くなるような厚みにする。すなわち、所望の周波数が得られる電極パターンの厚さよりも膜厚が厚い電極膜を水晶ウェハ上に形成する。
次に、ステップＳ３に示すように、水晶ウェハ上に、励振電極６ａ，６ｂや外部接続電極７ａ，７ｂあるいは引き回し配線などの音叉型水晶振動片１の電極パターンを、縦横に等間隔にて複数並べて形成する。
電極パターンは、フォトリソグラフィにより形成する。まず、ステップＳ２で形成された電極膜上にスピンコート法などによりフォトレジスト層を形成し、そのフォトレジスト層に電極パターンを露光、現像することにより、電極パターンとして残したい電極上にフォトレジストパターンを残す。そして、フォトレジストパターンをマスクとして電極膜をエッチングしてから、フォトレジストパターンとして残ったフォトレジストを剥離することにより、水晶ウェハ上に複数の音叉型水晶振動片１の電極パターンが形成される。
電極パターンは、フォトリソグラフィにより形成する。まず、ステップＳ２で形成された電極膜上にスピンコート法などによりフォトレジスト層を形成し、そのフォトレジスト層に電極パターンを露光、現像することにより、電極パターンとして残したい電極上にフォトレジストパターンを残す。そして、フォトレジストパターンをマスクとして電極膜をエッチングしてから、フォトレジストパターンとして残ったフォトレジストを剥離することにより、水晶ウェハ上に複数の音叉型水晶振動片１の電極パターンが形成される。
次に、ステップＳ４に示すように、水晶ウェハをエッチングして複数の音叉型水晶振動片１の外形を形成する外形エッチングを行う。まず、電極パターンが形成された水晶ウェハ上にフォトレジスト膜を形成し、そのフォトレジスト層に、図２に示す音叉型水晶振動片１の外形パターンを露光、現像することにより、水晶ウェハ上に音叉型水晶振動片１の外形パターンであるフォトレジストパターンを残す。そして、フォトレジストパターンをマスクとして水晶ウェハをエッチングする外形エッチングを行う。外形エッチングは、水晶ウェハをフッ酸溶液などでウエットエッチングする方法や、ドライエッチングする方法などにより行なうことができる。
そして、外形エッチング後に、フォトレジストパターンとして残ったフォトレジストを剥離する。
そして、外形エッチング後に、フォトレジストパターンとして残ったフォトレジストを剥離する。
次に、ステップＳ５に示すように、ダイシングなどの方法により、水晶ウェハに形成された複数の音叉型水晶振動片１を個片化する。
〔音叉型水晶振動片接合〕
次に、上記のように製造された個片の音叉型水晶振動片１をパッケージ１０の凹部の凹底部分に位置合わせして接合する水晶振動片マウントを行う（ステップＳ６）。まず、パッケージ１０の振動片接続端子１５ａ，１５ｂ上に適量の導電性接着剤２９を塗布してから、各振動片接続端子１５ａ，１５ｂと、音叉型水晶振動片１の基部３に設けられた対応する外部接続電極７ａ，７ｂをそれぞれ位置合わせして押圧し仮固定する。このとき、各振動片接続端子１５ａ，１５ｂと対応する外部接続電極７ａ，７ｂとの接合に対して導電性接着剤２９が不足である場合には、導電性接着剤２９を補充する。そして、導電性接着剤２９の硬化タイプに応じた硬化方法、例えば、紫外線硬化タイプの導電性接着剤２９であれば紫外線を照射し、また、熱硬化タイプの導電性接着剤２９であれば所定の温度にて加熱することにより導電性接着剤２９を固化させて音叉型水晶振動片１を固定する。これにより、パッケージ１０の凹部の凹底部分に、音叉型水晶振動片１が片持ち支持された状態で接合される（図１を参照）。
次に、上記のように製造された個片の音叉型水晶振動片１をパッケージ１０の凹部の凹底部分に位置合わせして接合する水晶振動片マウントを行う（ステップＳ６）。まず、パッケージ１０の振動片接続端子１５ａ，１５ｂ上に適量の導電性接着剤２９を塗布してから、各振動片接続端子１５ａ，１５ｂと、音叉型水晶振動片１の基部３に設けられた対応する外部接続電極７ａ，７ｂをそれぞれ位置合わせして押圧し仮固定する。このとき、各振動片接続端子１５ａ，１５ｂと対応する外部接続電極７ａ，７ｂとの接合に対して導電性接着剤２９が不足である場合には、導電性接着剤２９を補充する。そして、導電性接着剤２９の硬化タイプに応じた硬化方法、例えば、紫外線硬化タイプの導電性接着剤２９であれば紫外線を照射し、また、熱硬化タイプの導電性接着剤２９であれば所定の温度にて加熱することにより導電性接着剤２９を固化させて音叉型水晶振動片１を固定する。これにより、パッケージ１０の凹部の凹底部分に、音叉型水晶振動片１が片持ち支持された状態で接合される（図１を参照）。
〔周波数調整〕
本実施形態では、上記のように、音叉型水晶振動片１をパッケージ１０に接合した状態で、音叉型水晶振動片１の周波数調整を行う。なお、パッケージ１０に音叉型水晶振動片１が接合された状態の周波数調整対象を、以下ワーク２０'と呼ぶ。
ここで、本実施形態のワーク２０'の周波数調整に用いる周波数調整装置５０について図面に沿って説明する。図４において、周波数調整装置５０は、内部を所定の真空度に減圧することが可能な周波数調整室５１、初期および周波数調整後の周波数を測定する周波数測定部６０、周波数測定部６０からの測定周波数データおよび後述する周波数調整部８０からの周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）などに基づいて補正周波数を算出する補正周波数データ生成部７０、補正周波数データ生成部７０からの補正周波数データに基づいて周波数制御データを生成し周波数調整の制御を行う制御部１２０、制御部１２０からの周波数制御データに基づいてワーク２０'の周波数調整を行う周波数調整部８０、を備えている。
本実施形態では、上記のように、音叉型水晶振動片１をパッケージ１０に接合した状態で、音叉型水晶振動片１の周波数調整を行う。なお、パッケージ１０に音叉型水晶振動片１が接合された状態の周波数調整対象を、以下ワーク２０'と呼ぶ。
ここで、本実施形態のワーク２０'の周波数調整に用いる周波数調整装置５０について図面に沿って説明する。図４において、周波数調整装置５０は、内部を所定の真空度に減圧することが可能な周波数調整室５１、初期および周波数調整後の周波数を測定する周波数測定部６０、周波数測定部６０からの測定周波数データおよび後述する周波数調整部８０からの周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）などに基づいて補正周波数を算出する補正周波数データ生成部７０、補正周波数データ生成部７０からの補正周波数データに基づいて周波数制御データを生成し周波数調整の制御を行う制御部１２０、制御部１２０からの周波数制御データに基づいてワーク２０'の周波数調整を行う周波数調整部８０、を備えている。
周波数調整室５１には、ゲートバルブＤ１，Ｄ２と、図示しない搬送機構と、周波数調整対象の単数または複数のワーク２０'を搭載させて前記搬送機構上を走行するキャリア５３と、が備えられている。ゲートバルブＤ１，Ｄ２は、その開閉により周波数調整室５１内へのキャリアの搬入、または室外への搬出を行う。また、周波数調整室５１内の搬送機構の略中央において、搬送機構の上方には周波数測定手段としてのコンタクト部５５が配置され、搬送機構の下方には周波数調整手段としてのイオンビーム照射部５６が配置されている。コンタクト部５５は、図示しない昇降装置に取り付けられたプローブヘッド５２を有し、プローブヘッド５２の下面側（図中ワーク２０'側の面）には複数のプローブ５９が設けられている。これらのコンタクト部５５は、周波数調整室５１の外部に備えられた発振器６１および周波数カウンタ６２に接続されている。
周波数測定部６０は、上記のコンタクト部５５、発振器６１、周波数カウンタ６２などからなり、発振器６１はワーク２０'の音叉型水晶振動片１を発振させ、そのときの周波数を周波数カウンタ６２により測定するようになっている。
コンタクト部５５の周波数測定時の状態を示す図５において、キャリア５３には、厚み方向の上側にワーク２０'よりやや大きめの開口部が設けられ、下側に小さめの開口部５３ｂが設けられた段差を有する貫通孔が形成されている。開口部５３ｂは音叉型水晶振動片１の外形よりも大きく形成されていて、音叉型水晶振動片１を下向きにした状態のワーク２０'を貫通孔の段差の棚部５３ａに載置することにより、キャリア５３の下方に配置されたイオンビーム照射部５６から音叉型水晶振動片１にイオンビームを照射できるようになっている。また、キャリア５３の上方に配置されたプローブヘッド５２を、図示しない昇降装置により下降させることにより、プローブ５９がワーク２０'の実装端子１８ａ，１８ｂに接触するようになっている。なお、本実施形態のワーク２０'（圧電デバイス２０）では、実装端子１８ａ，１８ｂが周波数調整端子（周波数測定端子）を兼ねている。
コンタクト部５５の周波数測定時の状態を示す図５において、キャリア５３には、厚み方向の上側にワーク２０'よりやや大きめの開口部が設けられ、下側に小さめの開口部５３ｂが設けられた段差を有する貫通孔が形成されている。開口部５３ｂは音叉型水晶振動片１の外形よりも大きく形成されていて、音叉型水晶振動片１を下向きにした状態のワーク２０'を貫通孔の段差の棚部５３ａに載置することにより、キャリア５３の下方に配置されたイオンビーム照射部５６から音叉型水晶振動片１にイオンビームを照射できるようになっている。また、キャリア５３の上方に配置されたプローブヘッド５２を、図示しない昇降装置により下降させることにより、プローブ５９がワーク２０'の実装端子１８ａ，１８ｂに接触するようになっている。なお、本実施形態のワーク２０'（圧電デバイス２０）では、実装端子１８ａ，１８ｂが周波数調整端子（周波数測定端子）を兼ねている。
図４に戻り、上記のコンタクト部５５により測定されたワーク２０'の周波数データ（測定周波数データ）は補正周波数データ生成部７０に送信される。
補正周波数データ生成部７０は、例えばＰＣ（Personal Computer）などの記憶部７１および演算部７２を有して構成される。記憶部７１には、後述する周波数調整部８０によるワーク２０'の周波数調整において、周波数調整時間（イオンビーム照射時間）にともなって周波数調整手段であるイオンビーム照射により発生する熱によって変化するワーク２０'近傍の環境温度の温度変化データと、音叉型水晶振動片１の任意の温度における振動周波数の関係を示す温度特性データ（温度特性曲線）とが予め記憶されている。また、記憶部７１は、周波数測定部６０から送信される測定周波数データ、および後述する周波数調整部８０から送信される周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）の積算値を記憶する。
補正周波数データ生成部７０は、例えばＰＣ（Personal Computer）などの記憶部７１および演算部７２を有して構成される。記憶部７１には、後述する周波数調整部８０によるワーク２０'の周波数調整において、周波数調整時間（イオンビーム照射時間）にともなって周波数調整手段であるイオンビーム照射により発生する熱によって変化するワーク２０'近傍の環境温度の温度変化データと、音叉型水晶振動片１の任意の温度における振動周波数の関係を示す温度特性データ（温度特性曲線）とが予め記憶されている。また、記憶部７１は、周波数測定部６０から送信される測定周波数データ、および後述する周波数調整部８０から送信される周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）の積算値を記憶する。
また、補正周波数データ生成部７０は、記憶部７１に予め記憶されたワーク２０'近傍の温度変化データと、初期周波数測定時または調整後周波数測定時に記憶される測定周波数データおよび周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）に基づいて、常温時の周波数データを演算部７２により演算するとともに、周波数調整が終るとき（調整後周波数を計測するとき）の温度を予測してその温度における補正周波数データを生成し、該補正周波数データを制御部１２０に送信（例えば、シリアルデータ送信、以下のデータ送信も同じ）する。
制御部１２０は、補正周波数データ生成部７０から送信される補正周波数データに基づいて周波数調整部８０を制御する周波数制御データを生成し、その周波数制御データを周波数調整部８０に対して送信する。
周波数調整部８０は、周波数調整室５１内の上記イオンビーム照射部５６と、周波数調整室５１の外部に設けられイオンビーム照射部５６のイオンビーム照射の電源であるイオンビーム電源８２、イオンビーム制御部８１、および周波数調整時のイオンビーム照射時間をカウントして補正周波数データ生成部７０にイオンビーム照射時間データを送信するイオンビーム照射時間カウンタ８３からなる。イオンビーム電源８２およびイオンビーム制御部８１は、制御部１２０から送信される上記周波数制御データに基づいて、イオンビーム照射部５６からワーク２０'の所定の位置に向けてイオンビームを照射し周波数調整を行う。
図３に戻り、パッケージ１０に音叉型水晶振動片１が接合されたワーク２０'を周波数調整する手順を説明する。なお、周波数調整する手順の説明において、ワーク２０'（圧電デバイス２０）の構成については図１を、周波数調整装置５０の動作については図４、図５を、それぞれ参照されたい。
まず、ステップＳ７に示すように、所定数のワーク２０'をキャリア５３にセットする。次に、周波数調整装置５０の周波数調整室５１のゲートバルブＤ１を開けて、ワーク２０'がセットされたキャリア５３を搬送機構上に載置してからゲートバルブＤ１を締め、図示しない排気装置により周波数調整室５１内を例えば１０-3Ｐａ以下に排気する。そして、搬送機構上のキャリア５３を走行させて、周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下である測定位置までスキャンさせる（ステップＳ８）。
まず、ステップＳ７に示すように、所定数のワーク２０'をキャリア５３にセットする。次に、周波数調整装置５０の周波数調整室５１のゲートバルブＤ１を開けて、ワーク２０'がセットされたキャリア５３を搬送機構上に載置してからゲートバルブＤ１を締め、図示しない排気装置により周波数調整室５１内を例えば１０-3Ｐａ以下に排気する。そして、搬送機構上のキャリア５３を走行させて、周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下である測定位置までスキャンさせる（ステップＳ８）。
次に、ステップＳ９に示すように、周波数調整対象のワーク２０'の初期周波数を測定する。まず、プローブヘッド５２を昇降装置により降下させてプローブ５９をワーク２０'の実装端子１８ａ，１８ｂに接触させてから、発振器６１によりワーク２０'の音叉型水晶振動片１を発振させて、周波数カウンタ６２を用いて発振法により周波数を測定する。測定された初期周波数データ（測定周波数データ）は補正周波数データ生成部７０に送信され、記憶部７１に記憶される。
次に、記憶部７１に記憶された初期周波数の周波数データを演算部７２により演算して常温時の周波数に換算し、目標周波数と比較する。詳細には、まず、記憶部７１に予め記憶されているワーク２０'近傍の温度の温度変化データと周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）とにより、初期周波数の測定周波数データが得られた時（初期周波数測定が終った時）のワーク２０'近傍の温度を推定する。そして、推定された温度と、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）と比較する。
演算された常温時の初期周波数が周波数規格値の許容範囲内であった場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）には周波数調整をする必要はなく、ステップＳ１１に進む。
演算された常温時の初期周波数が周波数規格値の許容範囲内であった場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）には周波数調整をする必要はなく、ステップＳ１１に進む。
初期周波数が規格値の許容範囲外であった場合（ステップＳ１０でＮｏ）には、ワーク２０'の音叉型水晶振動片１の周波数調整をおこなう。
周波数調整では、まず、ステップＳ１３に示すように、補正周波数データ生成部７０により補正周波数データ生成を行う。補正周波数データ生成においては、記憶部７１に予め記憶されているワーク２０'近傍の温度の温度変化データと周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）とにより、初期周波数の測定周波数データが得られた時（初期周波数測定が終った時）のワーク２０'近傍の温度を推定する。そして、推定された温度と、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）と比較して周波数補正量を演算する。さらに、その周波数補正量に基づく周波数調整が終るときのワーク２０'近傍の温度を上記温度変化データから推定して、その温度における周波数補正量である補正周波数データを生成する。生成された補正周波数データは制御部１２０に送信する。
制御部１２０は、補正周波数データ生成部７０から送信される補正周波数データに基づいて、周波数調整部８０のイオンビーム電源８２およびイオンビーム制御部８１にイオンビーム照射部５６からワーク２０'に照射するイオンビーム照射量などを制御する周波数制御データを生成し、その周波数制御データを周波数調整部８０に対して送信する。
周波数調整では、まず、ステップＳ１３に示すように、補正周波数データ生成部７０により補正周波数データ生成を行う。補正周波数データ生成においては、記憶部７１に予め記憶されているワーク２０'近傍の温度の温度変化データと周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）とにより、初期周波数の測定周波数データが得られた時（初期周波数測定が終った時）のワーク２０'近傍の温度を推定する。そして、推定された温度と、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）と比較して周波数補正量を演算する。さらに、その周波数補正量に基づく周波数調整が終るときのワーク２０'近傍の温度を上記温度変化データから推定して、その温度における周波数補正量である補正周波数データを生成する。生成された補正周波数データは制御部１２０に送信する。
制御部１２０は、補正周波数データ生成部７０から送信される補正周波数データに基づいて、周波数調整部８０のイオンビーム電源８２およびイオンビーム制御部８１にイオンビーム照射部５６からワーク２０'に照射するイオンビーム照射量などを制御する周波数制御データを生成し、その周波数制御データを周波数調整部８０に対して送信する。
次に、ステップＳ１４に示すように、制御部１２０からの周波数制御データに基づいてイオンビーム照射部５６からワーク２０'の音叉型水晶振動片１にイオンビームを照射して、音叉型水晶振動片１の電極パターンの一部を所定量エッチングすることにより、周波数調整を行う。音叉型水晶振動片１は、その外形の音叉の先端側を軽くすることにより振動周波数が高くなることが知られており、例えば、図２に示す励振電極６ａ，６ｂとは異なる振動腕４，５の先端側の電極パターンをエッチングすることにより、励振電極６ａ，６ｂの形状を変化させることなく音叉型水晶振動片１の周波数を高く調整することができる。
なお、周波数調整のために要したイオンビームの照射時間は、イオンビーム照射時間データとして補正周波数データ生成部７０にシリアル送信され記憶部７１に積算値が記憶される。
なお、周波数調整のために要したイオンビームの照射時間は、イオンビーム照射時間データとして補正周波数データ生成部７０にシリアル送信され記憶部７１に積算値が記憶される。
次に、ステップＳ１５に示すように、周波数調整されたワーク２０'の調整後周波数測定をステップＳ９と同様な方法で行う。
記憶部７１に記憶された調整後周波数データは、演算部７２により演算して常温時の周波数に換算し、目標周波数と比較する。詳細には、まず、記憶部７１に予め記憶されているワーク２０'近傍の温度の温度変化データと周波数調整に要した時間である周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）とにより、初期周波数の測定周波数データが得られた時（初期周波数測定が終った時）のワーク２０'近傍の温度を推定する。そして、推定された温度と、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）と比較する。
調整後周波数が規格値の許容範囲外であった場合（ステップＳ１６でＮｏ）には、ステップＳ１３に示す補正周波数データ生成に戻り、上記に説明した一連の周波数調整（ステップＳ１３〜Ｓ１６）を行う。
記憶部７１に記憶された調整後周波数データは、演算部７２により演算して常温時の周波数に換算し、目標周波数と比較する。詳細には、まず、記憶部７１に予め記憶されているワーク２０'近傍の温度の温度変化データと周波数調整に要した時間である周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）とにより、初期周波数の測定周波数データが得られた時（初期周波数測定が終った時）のワーク２０'近傍の温度を推定する。そして、推定された温度と、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）と比較する。
調整後周波数が規格値の許容範囲外であった場合（ステップＳ１６でＮｏ）には、ステップＳ１３に示す補正周波数データ生成に戻り、上記に説明した一連の周波数調整（ステップＳ１３〜Ｓ１６）を行う。
調整後周波数が規格値の許容範囲内であった場合（ステップＳ１６でＹｅｓ）は周波数調整を終了し、ステップＳ１１に示すように、キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がもうないか否かを確認する。
キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がまだある場合（ステップＳ１１でＮｏ）にはステップＳ８に戻り、搬送機構上のキャリア５３を走行させて次の周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下である測定位置までスキャンさせ、ステップＳ９に示す初期周波数測定からの一連の周波数調整を実施する。
キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がまだある場合（ステップＳ１１でＮｏ）にはステップＳ８に戻り、搬送機構上のキャリア５３を走行させて次の周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下である測定位置までスキャンさせ、ステップＳ９に示す初期周波数測定からの一連の周波数調整を実施する。
キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がもうない場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）には、搬送機構上のキャリア５３をゲートバルブＤ２側に移動させてから、周波数調整室５１内が大気圧となるように吸気し、ゲートバルブＤ１を開けて、周波数調整が終了したワーク２０'がセットされたキャリア５３を取り出す。
次に、ステップＳ１２に示すように、周波数調整が終了した各ワーク２０'の音叉型水晶振動片１が接合されたパッケージ１０上に、例えば金属製のリッド１９を接合して音叉型水晶振動片１を封止し、圧電デバイス２０を得る。リッド１９の接合は、パッケージ１０の第２層基板１２上に設けられた鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などからなるシールリング１７を介してシーム溶接されることにより行われる。
以上説明した工程を経て、圧電デバイス２０の一連の製造工程が終了する。
次に、ステップＳ１２に示すように、周波数調整が終了した各ワーク２０'の音叉型水晶振動片１が接合されたパッケージ１０上に、例えば金属製のリッド１９を接合して音叉型水晶振動片１を封止し、圧電デバイス２０を得る。リッド１９の接合は、パッケージ１０の第２層基板１２上に設けられた鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などからなるシールリング１７を介してシーム溶接されることにより行われる。
以上説明した工程を経て、圧電デバイス２０の一連の製造工程が終了する。
上記実施形態の圧電デバイス２０およびその製造方法によれば、予め取得された周波数調整時間にともなうワーク２０'（音叉型水晶振動片１）近傍の温度変化データと、音叉型水晶振動片１の周波数温度特性データとに基づいて、初期測定周波数または調整後測定周波数から算出される常温における周波数と目標周波数との周波数差を求め、さらに、周波数調整終了直後のワーク２０'近傍の温度における周波数を予測して補正周波数データを生成している。これにより、イオンビーム照射による周波数調整によって変動するワーク２０'近傍の雰囲気温度にともなって変動する音叉型水晶振動片１の周波数から常温における周波数を算出して目標周波数と比較することができるので、正確な周波数調整を行うことができる。
また、周波数測定時における音叉型水晶振動片１近傍の温度を測定するために温度測定手段を周波数調整装置５０に増設したり、その温度測定手段を用いて温度測定するステップを追加する必要がないので、製造コストを増大させることがない。
また、上記実施形態の圧電デバイス２０は圧電振動片として音叉型水晶振動片１を用いている。音叉型水晶振動片１は温度変化に対する周波数の変動が比較的大きい２次の温度特性を有しているので、上記実施形態の圧電デバイス２０の製造方法における周波数調整の高精度化に、より大きな効果を奏する。
さらに、上記実施形態では、イオンビーム照射を用いたイオンエッチングによる質量減少法によりワーク２０'の周波数調整を行う構成としている。これにより、例えば蒸着による質量付加法のように、電極上に新たな膜（質量付加物質）が形成されることによるＣＩ値の増大やスプリアスの増大や、電極と新たな膜との密着性が確保できないことによるエージング特性への悪影響を回避できるので、高精度、高安定な周波数調整が可能である。
また、周波数測定時における音叉型水晶振動片１近傍の温度を測定するために温度測定手段を周波数調整装置５０に増設したり、その温度測定手段を用いて温度測定するステップを追加する必要がないので、製造コストを増大させることがない。
また、上記実施形態の圧電デバイス２０は圧電振動片として音叉型水晶振動片１を用いている。音叉型水晶振動片１は温度変化に対する周波数の変動が比較的大きい２次の温度特性を有しているので、上記実施形態の圧電デバイス２０の製造方法における周波数調整の高精度化に、より大きな効果を奏する。
さらに、上記実施形態では、イオンビーム照射を用いたイオンエッチングによる質量減少法によりワーク２０'の周波数調整を行う構成としている。これにより、例えば蒸着による質量付加法のように、電極上に新たな膜（質量付加物質）が形成されることによるＣＩ値の増大やスプリアスの増大や、電極と新たな膜との密着性が確保できないことによるエージング特性への悪影響を回避できるので、高精度、高安定な周波数調整が可能である。
上記実施形態で説明した圧電デバイスの製造方法は、以下の変形例として実施することも可能である。
（変形例１）
上記実施形態では、記憶部７１に予め記憶されたワーク２０'近傍の温度の温度変化データと周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）とにより、初期周波数または調整後周波数の測定周波数データが得られた時のワーク２０'近傍の温度を推定し、これに基づいて補正周波数データを生成した。これに限らず、ワーク２０'近傍の温度を実測し、この温度測定データに基づいて補正周波数データを生成する構成としてもよい。
図６は、周波数調整においてワーク２０'近傍の温度を実測し、その温度測定データに基づいて補正周波数データを生成する圧電デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。また、図７は、本変形例の圧電デバイスの周波数調整に用いる周波数調整装置の一例を説明するブロック図である。なお、本変形例の圧電デバイスの製造方法および周波数調整装置の構成のうち、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
上記実施形態では、記憶部７１に予め記憶されたワーク２０'近傍の温度の温度変化データと周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）とにより、初期周波数または調整後周波数の測定周波数データが得られた時のワーク２０'近傍の温度を推定し、これに基づいて補正周波数データを生成した。これに限らず、ワーク２０'近傍の温度を実測し、この温度測定データに基づいて補正周波数データを生成する構成としてもよい。
図６は、周波数調整においてワーク２０'近傍の温度を実測し、その温度測定データに基づいて補正周波数データを生成する圧電デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。また、図７は、本変形例の圧電デバイスの周波数調整に用いる周波数調整装置の一例を説明するブロック図である。なお、本変形例の圧電デバイスの製造方法および周波数調整装置の構成のうち、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
まず、本変形例の圧電デバイスの製造方法において、周波数調整ステップで用いる周波数調整装置について説明する。
図７に示すように、周波数調整装置１５０は、上記実施形態の周波数調整装置５０に温度測定部９０が付加された構成となっている。
温度測定部９０は、周波数調整室５１内の周波数調整対象のワーク２０'の近傍に配置された例えばサーミスタなどの温度測定手段としての温度センサ９１とこれに基づき温度を算出する制御部１２０の一部とからなる。温度センサ９１で検出した温度変動に対する電圧変動データを制御部１２０に送信し、その制御部の一部にてＡＤ変換処理および温度データへの変換処理を行い、周波数調整対象のワーク２０'近傍の温度（環境温度）を測定する。制御部１２０で求められた温度データ（測定温度データ）は補正周波数データ生成部７０に送信される。
図７に示すように、周波数調整装置１５０は、上記実施形態の周波数調整装置５０に温度測定部９０が付加された構成となっている。
温度測定部９０は、周波数調整室５１内の周波数調整対象のワーク２０'の近傍に配置された例えばサーミスタなどの温度測定手段としての温度センサ９１とこれに基づき温度を算出する制御部１２０の一部とからなる。温度センサ９１で検出した温度変動に対する電圧変動データを制御部１２０に送信し、その制御部の一部にてＡＤ変換処理および温度データへの変換処理を行い、周波数調整対象のワーク２０'近傍の温度（環境温度）を測定する。制御部１２０で求められた温度データ（測定温度データ）は補正周波数データ生成部７０に送信される。
周波数測定部６０から送信されるワーク２０'の周波数データ（測定周波数データ）は、補正周波数データ生成部７０の記憶部７１に記憶される。また、記憶部７１には、ワーク２０'の音叉型水晶振動片１の任意の温度における主振動周波数の関係を示す温度特性（温度特性曲線）データと、周波数調整部８０によるワーク２０'の周波数調整において、周波数手段であるイオンビーム照射で発生する熱によって周波数調整時間（イオンビーム照射時間）にともなって変化するワーク２０'近傍の環境温度の温度変化データと、が予め記憶されている。また、記憶部７１は、周波数測定部６０から送信される測定周波数データ、および後述する周波数調整部８０から送信される周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）を記憶する。
補正周波数データ生成部７０は、記憶部７１に予め記憶されたワーク２０'近傍の温度変化データおよび音叉型水晶振動片１の温度特性データと、初期周波数測定時または調整後周波数測定時に記憶される測定周波数データおよび周波数調整時間データ（イオンビーム照射時間データ）と、制御部１２０から送信される測定温度データとに基づいて、常温時の周波数データを演算部７２により演算するとともに、周波数調整が終るとき（調整後周波数を計測するとき）の温度を予測してその温度における補正周波数データを生成し、該補正周波数データを制御部１２０に送信する。
制御部１２０は、補正周波数データに基づいて周波数調整部８０を制御する周波数制御データを生成し、その周波数制御データを周波数調整部８０に対して送信する。
周波数調整部８０は、周波数制御データに基づいて、イオンビーム照射部５６からワーク２０'の所定の位置に向けてイオンビームを照射し周波数調整を行う。
周波数調整部８０は、周波数制御データに基づいて、イオンビーム照射部５６からワーク２０'の所定の位置に向けてイオンビームを照射し周波数調整を行う。
次に、上記周波数調整装置１５０を用いて行われる周波数調整ステップを中心に、本変形例の圧電デバイスの製造方法について図６に沿って説明する。なお、ワーク２０'（圧電デバイス２０）の構成については図１を、周波数調整装置１５０の動作については図７を、それぞれ参照されたい。
本変形例の圧電デバイスの製造方法において、音叉型水晶振動片１の製造工程と、パッケージ１０への音叉型水晶振動片接合工程については、上記実施形態の圧電デバイス２０の製造方法とまったく同じであるため説明を省略する。すなわち、図３に示す上記実施形態のステップＳ１〜Ｓ６と、図６に示す本変形例のステップＳ２１〜Ｓ２６とは同一の方法で製造が進められる。
本変形例の圧電デバイスの製造方法において、音叉型水晶振動片１の製造工程と、パッケージ１０への音叉型水晶振動片接合工程については、上記実施形態の圧電デバイス２０の製造方法とまったく同じであるため説明を省略する。すなわち、図３に示す上記実施形態のステップＳ１〜Ｓ６と、図６に示す本変形例のステップＳ２１〜Ｓ２６とは同一の方法で製造が進められる。
ステップＳ２６までの工程を経て、音叉型水晶振動片１をパッケージ１０に接合した状態のワーク２０'の音叉型水晶振動片１の周波数調整を行う。
まず、ステップＳ２７に示すように、所定数のワーク２０'をキャリア５３にセットし、周波数調整装置１５０の周波数調整室５１のゲートバルブＤ１を開けてキャリア５３を搬送機構上に載置してからゲートバルブＤ１を締め、周波数調整室５１内を例えば１０-3Ｐａ以下に排気する。
次に、ステップＳ２８に示すように、搬送機構上のキャリア５３を走行させて、周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下の測定位置までスキャンさせる。
まず、ステップＳ２７に示すように、所定数のワーク２０'をキャリア５３にセットし、周波数調整装置１５０の周波数調整室５１のゲートバルブＤ１を開けてキャリア５３を搬送機構上に載置してからゲートバルブＤ１を締め、周波数調整室５１内を例えば１０-3Ｐａ以下に排気する。
次に、ステップＳ２８に示すように、搬送機構上のキャリア５３を走行させて、周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下の測定位置までスキャンさせる。
次に、ステップＳ２９に示すように、温度センサ９１により周波数調整対象のワーク２０'近傍の温度測定を行うとともに、ステップＳ３０に示す初期周波数測定を行う。温度センサ９１で検出した温度変動に対する電圧変動データは制御部１２０に送信され、その制御部の一部にてＡＤ変換処理および温度データへの変換処理が行われ、ワーク２０'近傍の温度が測定される。そして、制御部１２０で求められた温度データ（測定温度データ）は補正周波数データ生成部７０に送信されて記憶部７１に記憶される。また、周波数測定部６０で測定された初期周波数データ（測定周波数データ）は補正周波数データ生成部７０に送信され、記憶部７１に記憶される。
記憶部７１に記憶された初期周波数の周波数データは、記憶部７１に記憶された初期周波数測定時のワーク２０'近傍の測定温度データと、記憶部７１に予め記憶されている音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）と比較される。
演算された常温時の初期周波数が周波数規格値の許容範囲内であった場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）は周波数調整の必要はなく、ステップＳ３２に進む。
演算された常温時の初期周波数が周波数規格値の許容範囲内であった場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）は周波数調整の必要はなく、ステップＳ３２に進む。
初期周波数が規格値の許容範囲外であった場合（ステップＳ３１でＮｏ）には、ワーク２０'の音叉型水晶振動片１の周波数調整をおこなう。
まず、ステップＳ３４に示すように、補正周波数データ生成部７０により補正周波数データ生成を行う。補正周波数データ生成においては、初期周波数測定時の上記測定温度データと、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）との比較により周波数補正量を演算する。さらに、その周波数補正量に基づく周波数調整が終るときのワーク２０'近傍の温度を上記温度変化データから推定して、その温度における周波数補正量である補正周波数データを生成する。生成された補正周波数データは制御部１２０に送信する。制御部１２０は、補正周波数データに基づいて周波数調整のためのイオンビーム照射量などを制御する周波数制御データを生成し、その周波数制御データを周波数調整部８０に対して送信する。
まず、ステップＳ３４に示すように、補正周波数データ生成部７０により補正周波数データ生成を行う。補正周波数データ生成においては、初期周波数測定時の上記測定温度データと、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データとにより、常温時の周波数データを演算部７２によって演算するとともに常温時における目標周波数（周波数規格値）との比較により周波数補正量を演算する。さらに、その周波数補正量に基づく周波数調整が終るときのワーク２０'近傍の温度を上記温度変化データから推定して、その温度における周波数補正量である補正周波数データを生成する。生成された補正周波数データは制御部１２０に送信する。制御部１２０は、補正周波数データに基づいて周波数調整のためのイオンビーム照射量などを制御する周波数制御データを生成し、その周波数制御データを周波数調整部８０に対して送信する。
次に、ステップＳ３５に示すように、制御部１２０からの周波数制御データに基づいてイオンビーム照射部５６からワーク２０'の音叉型水晶振動片１にイオンビームを照射して、音叉型水晶振動片１の電極パターンの一部を所定量エッチングすることにより、周波数調整を行う。周波数調整のために要したイオンビームの照射時間は、イオンビーム照射時間データとして補正周波数データ生成部７０にシリアル送信されて記憶部７１に積算値が記憶される。
次に、ステップＳ３６に示すように、温度測定部９０によりワーク２０'近傍の環境温度を測定するとともに、ステップＳ３７に示すように、周波数調整されたワーク２０'の調整後周波数測定を行う。調整後の測定周波数データおよび測定温度データは補正周波数データ生成部７０に送信されて記憶部７１に記憶される。
記憶部７１に記憶された調整後の測定周波数データおよび調整後周波数測定時の測定温度データは、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データに基づいて演算部７２により演算して常温時の周波数に換算され、この常温時の調整後周波数の常温時の周波数と目標周波数とを比較する。
演算された常温時の調整後周波数が周波数規格値の許容範囲外であった場合（ステップＳ３８でＮｏ）には、ステップＳ３４に示す補正周波数データ生成に戻り、上記に説明した一連の周波数調整（ステップＳ３４〜Ｓ３８）を行う。
記憶部７１に記憶された調整後の測定周波数データおよび調整後周波数測定時の測定温度データは、記憶部７１に予め記憶された音叉型水晶振動片１の温度特性データに基づいて演算部７２により演算して常温時の周波数に換算され、この常温時の調整後周波数の常温時の周波数と目標周波数とを比較する。
演算された常温時の調整後周波数が周波数規格値の許容範囲外であった場合（ステップＳ３８でＮｏ）には、ステップＳ３４に示す補正周波数データ生成に戻り、上記に説明した一連の周波数調整（ステップＳ３４〜Ｓ３８）を行う。
演算された常温時の調整後周波数が規格値の許容範囲内であった場合（ステップＳ３８でＹｅｓ）は周波数調整を終了し、ステップＳ３２に示すように、キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がもうないか否かを確認する。
キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がまだある場合（ステップＳ３２でＮｏ）にはステップＳ２８に戻り、搬送機構上のキャリア５３を走行させて次の周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下である測定位置までスキャンさせ、ステップＳ２９に示す初期温度測定からの一連の周波数調整を実施する。
キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がまだある場合（ステップＳ３２でＮｏ）にはステップＳ２８に戻り、搬送機構上のキャリア５３を走行させて次の周波数調整対象のワーク２０'を周波数測定部６０のプローブヘッド５２の直下である測定位置までスキャンさせ、ステップＳ２９に示す初期温度測定からの一連の周波数調整を実施する。
キャリア５３上に周波数調整対象のワーク２０'がもうない場合（ステップＳ３２でＹｅｓ）には、搬送機構上のキャリア５３をゲートバルブＤ２側に移動させてから周波数調整室５１内が大気圧に戻し、ゲートバルブＤ１を開けて、周波数調整が終了したワーク２０'がセットされたキャリア５３を取り出す。
次に、ステップＳ３３に示すように、周波数調整が終了した各ワーク２０'にリッド１９を接合して音叉型水晶振動片１を封止し、圧電デバイス２０を得る。
次に、ステップＳ３３に示すように、周波数調整が終了した各ワーク２０'にリッド１９を接合して音叉型水晶振動片１を封止し、圧電デバイス２０を得る。
上記変形例１の圧電デバイスの製造方法によれば、初期周波数および調整後周波数測定時のワーク２０'近傍の温度を温度センサ９１を用いて実測し、この温度と音叉型水晶振動片１の周波数温度特性データとに基づいて、測定された周波数から常温における周波数を演算して目標周波数との周波数差を求め、さらに、予め取得された周波数調整時間にともなうワーク２０'近傍の温度変化データに基づいて、周波数調整終了直後のワーク２０'近傍の温度における周波数を予測して補正周波数データを生成している。したがって、周波数がより精緻に調整された圧電デバイスを提供することができる。
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態および変形例では、圧電振動片として音叉型水晶振動片１を使用する例を説明した。これに限らず、ＡＴカット水晶振動片をはじめとして、ＢＴ、ＦＣ、ＩＴ、ＳＣカットなどの他のカット角で切り出された厚み滑り圧電振動片や、ＳＡＷ共振子などを使用しても、上記実施形態および変形例の圧電デバイス２０およびその製造方法において説明した効果と同様な効果を奏する。
また、上記実施形態および変形例では、イオンビームを用いたイオンビームエッチング法により電極パターンの一部を除去する質量減少法による周波数調整方法を適用した例を説明した。これに限らず、蒸着などによる質量付加法によって周波数調整を行う構成としてもよい。
また、上記実施形態および変形例では、音叉型水晶振動片１を、パッケージ１０の凹部の凹底部分に設けられた接続端子上に接合する構成を説明した。これに限らず、パッケージの凹部内に複数の段差を設け、この段差のうちのいずれかの段差上に接続端子を設けて、圧電振動片を接合する構成としてもよい。この場合、音叉型水晶振動片１の励振電極が設けられた自由端側を、接続端子が設けられた段差の高さ分だけ浮かすことができるので、振動や落下などの衝撃などにより各圧電振動片がパッケージに衝突して破損するなどの不具合を回避することができ、耐衝撃性を向上させることができる。
また、パッケージ１０は、上記実施形態および変形例で説明した積層構造を有するものでなく、初めから一体化した形のものを成形するようにしてもよい。
また、パッケージ１０は、上記実施形態および変形例で説明した積層構造を有するものでなく、初めから一体化した形のものを成形するようにしてもよい。
また、上記実施形態および変形例で説明した圧電デバイス２０は、圧電振動片として水晶からなる音叉型水晶振動片１について説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電材料からなる圧電振動片を用いることもできる。
また、上記実施形態および変形例では、音叉型水晶振動片１の励振電極６ａ，６ｂなどの電極形成用の金属材料として、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層としてその上に蒸着またはスパッタリングにより、例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜したものを用いる例を説明した。これに限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を用いることもできる。また、マグネシウム（Ｍｇ）などを用いることも可能である。
また、上記実施形態および変形例では、圧電デバイス２０の用途について特に説明していないが、信号の基準周波数を発振する発振器と時刻の基準信号を発振する発振器の両方に併用できるのは勿論であり、あるいは、基準周波数を発振する発振器として単独に用い、また、時刻の基準信号を発振する発振器として単独に用いることも自在にできる。
１…圧電振動片としての音叉型水晶振動片、３…基部、４，５…振動腕、６ａ，６ｂ…励振電極、７ａ，７ｂ…外部接続電極、１０…パッケージ、１１…第１層基板、１２…第２層基板、１５ａ，１５ｂ…振動片接続端子、１７…シールリング、１８ａ，１８ｂ…実装端子、１９…蓋体としてのリッド、２０…圧電デバイス、２０'…周波数調整対象の圧電デバイスとしてのワーク、２９…導電性接着剤、５０，１５０…周波数調整装置、５１…周波数調整室、５５…周波数測定手段としてのコンタクト部、６０…周波数測定部、７０…補正周波数データ生成部、８０…周波数調整部、９０…温度測定部、１２０…制御部。
Claims (5)
- 圧電基板上に電極を有する圧電振動片を有し、前記圧電振動片がパッケージ内に気密に封止された圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電振動片を製造する工程と、前記圧電振動片をパッケージ内に接合する圧電振動片マウント工程と、前記圧電振動片マウント工程の後で、前記電極の質量を変化させる周波数調整手段により前記圧電振動片の周波数を調整する周波数調整工程と、前記周波数調整工程の後で前記圧電振動片をパッケージ内に封止する工程と、を有し、
前記周波数調整工程は、
前記圧電振動片の周波数を測定する周波数測定ステップと、
予め取得された前記周波数調整手段による周波数調整時間に伴って変化する前記圧電振動片近傍の温度変化データと、前記周波数測定ステップで測定された測定周波数とに基づいて常温における周波数を演算し、前記常温における周波数と目標周波数との周波数差を算出することにより常温における補正周波数データを求めるとともに、該補正周波数データにより周波数調整したときの周波数調整終了直後の前記圧電振動片近傍の温度を予測し、その温度における前記圧電振動片の周波数調整後の周波数を前記圧電振動片の周波数温度特性データから予測して前記補正周波数データを生成する補正周波数生成ステップと、
前記補正周波数データに基づき前記圧電振動片の周波数を前記目標周波数に調整する周波数調整ステップと、を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法において、
前記圧電振動片として音叉型水晶振動片が用いられていることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 請求項１または２に記載の圧電デバイスの製造方法において、
前記周波数調整手段として、イオンビームにより前記電極をエッチングするイオンビームエッチングが用いられていることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 圧電基板上に電極を有する圧電振動片を有し、前記圧電振動片がパッケージ内に気密に封止された圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電振動片を製造する工程と、前記圧電振動片をパッケージ内に接合する圧電振動片マウント工程と、前記圧電振動片マウント工程の後で、前記電極の質量を変化させる周波数調整手段により前記圧電振動片の周波数を調整する周波数調整工程と、前記周波数調整工程の後で前記圧電振動片をパッケージ内に封止する工程と、を有し、
前記周波数調整工程は、
温度測定手段により前記圧電振動片近傍の温度を測定する温度測定ステップと、
前記温度測定ステップで測定された温度における前記圧電振動片の周波数を測定する周波数測定ステップと、
前記圧電振動片の周波数温度特性データと、前記周波数測定ステップで測定された測定周波数とに基づいて常温における周波数を算出し、前記常温における周波数と目標周波数との周波数差を演算し常温における補正周波数データを求めるとともに、前記常温における前記補正周波数データにより周波数調整したときの周波数調整終了直後の前記圧電振動片近傍の温度を予測し、その温度における前記圧電振動片の周波数調整後の周波数を前記周波数温度特性データから予測して前記補正周波数データを生成する補正周波数生成ステップと、
前記補正周波数データに基づき前記圧電振動片の周波数を前記目標周波数に調整する周波数調整ステップと、を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法により製造されていることを特徴とする圧電デバイス。
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|---|---|---|---|---|
| KR20150044609A (ko) * | 2013-10-17 | 2015-04-27 | 현대자동차주식회사 | 자동차의 드라이브샤프트용 댐퍼 |
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| US11722111B2 (en) | 2016-10-11 | 2023-08-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonator unit and method of manufacturing the same |
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-
2008
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