JP4078606B2 - 圧電振動子の構造と製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用される表面実装型の圧電振動子に関し、特にその構造と製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より携帯電話、ＰＨＳ等の情報通信機器やコンピューター等のＯＡ機器、電子時計、AV機器等の民生機器を含む様々な電子機器には、電子回路のクロック源として圧電振動子が広く採用されている。電子機器の小型化、軽量化、薄型化が進み、携帯機器やカード機器など社会生活の多様化と利便性が大きく進化しているが、このトレンドは今後ますます強くなると予想される。これらの機器に使われる部品はそれぞれ小型化、軽量化、薄型化が進んでいる。しかしながら従来の圧電振動子はセラミックパッケージやガラスハーメチックシールの金属容器に封入されているためパッケージの小型化が大きな障害になっている。また極めて小さな振動板を一枚ずつ小型パッケージに封入しているために生産性が悪く低価格化の障害になっている。また振動子の発振周波数の精度は更に高いものが要求されるが、従来パッケージ材と振動板材料の物質が異なるため熱膨張率が異なり、温度変化に対し、振動板に応力がかかり発振周波数の高い安定性が得られないなどの課題がある。
【０００３】
特開５５−４６６３２号には、ガラス、金属板、水晶など５枚の薄板部材を積層し圧電振動子を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の圧電振動子では、その小型化・軽量化、薄型化には限界ある。また現在の多くの圧電振動子は振動板を金属容器或いはセラミック容器に封止されているが、この構造では１個づつ組み立てるため、生産効率があがらず、要求される低価格化が困難である。またパッケージつ材料例えばアルミナセラミックスと振動版の水晶の熱膨張係数に差が、あるため、温度変化に対して振動子特性が影響を受けてしまう。本発明は圧電振動子の小型化、軽量化、薄型化、温度高安定化を実現する構造を持ち、大きさは２ｍｍ以下、厚さは０．３ｍｍ以下を実現し、生産性を飛躍的に向上させる製造方法を実現している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電振動子の構造は、上記課題を解決すべく、３枚の水晶板で圧電振動子を構成する。ウエハーに圧電振動子の構造に必要な凹凸及び電極取り出し用貫通穴を加工し、３枚のそれぞれパターンの違う水晶ウエハーをガス放出の少ない接着シール材で気密封止する。この接着気密封止された３枚の積層ウエハーの電極取り出し用穴に導電材を充填した後、スクライブレーンに沿って切断し、個別の圧電振動子を取り出す。
【０００６】
【発明の実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。材料についても水晶に限らず、圧電材料一般に適用できる。（実施例１）
図１は３枚の板の断面を示している。
中央の基板２は圧電振動板で中央部に逆メサ形に凹状に上下加工されている。この部分の厚さは圧電体の結晶方位、電極構造などとともに振動子の発振周波数を決めるものである。この様に凹部を上下に作ることにより基板１，３によって挟まれた時、振動板が振動する空隙が確保される。振動駆動用電極金属はこの凹部になった振動部分から厚い板部分に引き出されている。凹部の下面電極は上方に電極を取り出すため図１のような傾角をもって形成された穴の壁面にも電極金属が形成される。上方基板３には電極取り出し用の穴が図１に示すような傾角」をもって２箇所加工される。一方の穴は中央の振動板２の穴の位置と合致するように設計される。この様に構成された３枚の板は図１に示されるようにシール材６で上下が接着密封される。接着密封は振動子の用途によって真空中下で加熱接着することも。大気中で加熱接着することもある。高信頼性の点では真空中が好ましい。またこのシール材６は加熱接着時および接着後の放置によってガス放出が０．０１Ｔｏｒｒ以下に抑えられるものを用いる。接着密封された３枚の板からなるユニットに対し、図２のように上方の２つの穴から導電材を充填し、板３の上面より若干高く盛り上げ形成する。これが電子回路基板との回路接続に用いられる電極である。以上は複数個の圧電振動子が配置されたウエファー上で製造される。これを図２の切断線９に沿ってスクライブすると個々の圧電振動子を得ることができる。このときの外形を図３に示す。発振周波数の調整は個々の振動子に分割される前または後で水晶を透過する波長のレーザ光をあて電極金属を昇華させ金属の重量を減少させることで調整を行う。
（実施例２）
実施例１では中央基板２が上下両面で凹状に加工されているが実施例２は中央基板の上面だけ凹状に加工され仮面は平坦のままである。このときは基板１の上面に凹状部分をつくり振動空隙を確保する。その他は実施例１と同じである。同様に中央基板２の下面に凹状加工をし、基板３の下面に凹状部分を形成し振動空隙を確保することも出来る。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の構造、製造方法によれば従来より大幅に小型化、軽量化、薄型化された圧電振動子が構成され、厚さは０．３ｍｍ以下が実現できる。また温度変化に対して高安定な発振周波数が得られる。また一括で多数個の圧電振動子が製造できることで生産性は大きく改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】３枚板圧電振動子のウェハーシール前断面分解図
【図２】３枚板圧電振動子のウェハーシール後断面図
【図３】切断分割後の３枚板圧電振動子

Claims (2)

1. 水晶を用いた圧電振動板の両面に、前記水晶と同一の結晶方位を有する水晶を用いたパッケージ基板を一枚づつ張り合わせた構成の圧電振動子であって、前記圧電振動板の両面にはテーパーをもった凹部が逆メサ状に設けられており、前記圧電振動板の前記テーパーをもった凹部とは異なる箇所にテーパーもった貫通孔が１つだけ設けられており、前記圧電振動板の両面に設けられた前記テーパーをもった凹部にはそれぞれ振動駆動用金属電極が設けられており、前記パッケージ基板の一方にはテーパーをもった貫通孔が２つだけ設けられており、前記パッケージ基板の他方には貫通孔が設けられておらず、前記圧電振動板の前記テーパーをもった貫通孔は、前記パッケージ基板の一方に設けられたテーパーをもった２つの貫通孔のうちの一方と重なるように配置されており、前記圧電振動板のテーパーをもった貫通孔及び前記パッケージの一方に設けられたテーパーをもった２つの貫通孔にはそれぞれ導電材が充填されており、電子回路基板との回路接続に用いる電極は、前記パッケージ基板の前記テーパーをもった２つの貫通孔及び前記テーパーをもった２つの貫通孔に充填された前記導電材によって形成されていることを特徴とする圧電振動子。
2. 前記圧電振動板の貫通穴のテーパーの傾き角度と、貫通穴を設けた前記パッケージ基板の貫通穴のテーパー傾き角度が、同じ方向になるように張り合わせたことを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。

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