JP5048471B2 - パッケージの製造方法、パッケージ、電子デバイス、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Description

本発明は、被封止物を気密封止するためのキャビティを有するパッケージの製造方法、該製造方法で製造されたパッケージ、該パッケージを利用した電子デバイス、圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。

近年、携帯電話や携帯情報端末には、種々の電子部品、例えば、時刻源や制御信号等のタイミング源として圧電振動子が利用されている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その１つとして、板状のベース基板と板状の蓋部とが重ね合わされて構成された密閉容器と、該密閉容器内に収納された圧電振動片と、を備えたチップマウント方式のものが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載された圧電振動子は、間に圧電振動片を収納した状態で、ガラス製又はセラミックス製のベース基板にガラス製の蓋部を重ね合わせた後、これらベース基板と蓋部とを陽極接合や低融点金属等の手段により気密接合したものである。
特開平６−２８３９５１号公報

しかしながら、上述した従来の圧電振動子にはまだ以下の課題が残されている。
即ち、従来の圧電振動子を製造するにあたって、圧電振動片をマウントする側であるベース基板を、例えば、ガラスで作製する場合、蓋部と対向する側にキャビティ用の凹部をフォトリソグラフィ技術により形成する工程、引き回し電極を形成する工程、圧電振動片を固定するためのマウントパッドを形成する工程、接合膜を形成する工程といった複雑な工程を多数経なければならず、製造に手間がかかって製造効率が悪いうえ、コストアップに繋がってしまっていた。
また、ベース基板にキャビティ用の凹部を形成する場合、等方性のエッチング法により行っているので、角部が丸く削れてしまい、エッジが立った鋭い加工面を得ることが難しかった。よって、キャビティ内の気密性に悪影響を与える可能性があった。

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、キャビティ内の気密性が優れたパッケージを、効率よく低コストで製造することができるパッケージの製造方法、該製造方法で製造されたパッケージ、該パッケージを利用した電子デバイス、圧電振動子、該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、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係るパッケージの製造方法は、互いに接合され、共にガラス基材からなるベース基板及びリッド基板と、両基板の間に形成され、被封止物を気密封止した状態で収納するキャビティと、を備えたパッケージの製造方法であって、前記ガラス基材の所定位置に複数のスルーホールを形成する工程と、前記両基板のうち少なくともいずれか一方に、両基板を重ね合わせたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部内に前記被封止物を収納するように前記両基板を重ね合わせた後、両基板を接合して前記被封止物を前記キャビティ内に封止する接合工程と、を備え、前記凹部形成工程の際、平板状のガラス基材の上面にスクリーン印刷により印刷層を平面視枠状に積層した後、印刷層及びガラス基材を同時に焼成して前記凹部を形成し、さらに、前記ガラス基材の上面或いは前記印刷層の上面から前記スルーホールを通じて前記ガラス基材の下面側に回り込むように導電性材料をスクリーン印刷して電極層を形成し、前記キャビティの内部と外部とを電極層を通じて導通させると共に、
前記接合工程の後に、互いに接合された前記両基板を前記スルーホールを結ぶラインに沿って切断する切断工程を行うことを特徴とするものである。

この発明に係るパッケージの製造方法においては、まず、ベース基板とリッド基板とのうち少なくともいずれか一方に、後にキャビティを形成するためのキャビティ用の凹部を形成する凹部形成工程を行う。具体的には、予め平板状に形成されているガラス基材（ガラスや結晶化ガラス等）を用意し、このガラス基材の上面にスクリーン印刷を行って印刷層を印刷する。この際、印刷層を平面視枠状になるように複数回印刷して積層する。これにより、印刷層で囲まれた内側が凹部となる。次に、この積層した印刷層とガラス基材とを同時に焼成する。これにより、キャビティ用の凹部が形成されたベース基板又はリッド基板の少なくともいずれか一方を作製することができる。

そして、凹部内に被封止物を収納するようにベース基板とリッド基板とを重ね合わせた後、ベース基板とリッド基板とを接合する接合工程を行うことで、被封止物をキャビティ内に気密封止したパッケージを製造することができる。
特に、スクリーン印刷によってキャビティ用の凹部を形成するので、従来のフォトリソグラフィ技術を用いたエッチングによる方法に比べて、大幅な工程の簡素化を図ることができる。従って、効率良く低コストでパッケージを製造することができる。また、エッチング法を用いず、印刷された印刷層を焼成することでキャビティ用の凹部を形成するので、角部のエッジが立った鋭い加工面を得ることができる。従って、キャビティ内の気密性を高めることができ、高品質なパッケージを製造することができる。

また、本発明に係るパッケージの製造方法は、上記本発明のパッケージの製造方法において、前記凹部形成工程の際、前記印刷層の上面に導電性材料をスクリーン印刷して接合層を形成することを特徴とするものである。

この発明に係るパッケージの製造方法においては、印刷層を印刷した後に、該印刷層の上面に導電性材料をスクリーン印刷して接合層を形成する。この後、ガラス基材、印刷層及び電極層を同時に焼成することで、キャビティ用の凹部及び接合層を有するベース基板又はリッド基板の少なくともいずれか一方を作製することができる。特に、印刷層の上面に接合層が設けられているので、接合工程時に接合層を利用してベース基板とリッド基板とを、例えば陽極接合により接合することができる。従って、両基板をより強固に接合することができ、キャビティ内の気密性をより高めることができる。

また、本発明に係るパッケージの製造方法は、上記本発明のパッケージの製造方法において、前記凹部形成工程の際、前記ガラス基材の上面或いは前記印刷層の上面から前記ガラス基材の下面側に回り込むように導電性材料をスクリーン印刷して電極層を形成し、前記キャビティの内部と外部とを電極層を通じて導通させることを特徴とするものである。

この発明に係るパッケージの製造方法においては、印刷層をスクリーン印刷する際に、同時に導電性材料をスクリーン印刷して電極層を形成しておく。この際、ガラス基材の上面或いは印刷層の上面から、ガラス基材の下面側に回り込むように導電層を印刷する。そして、ガラス基材、印刷層及び電極層を同時に焼成することで、キャビティ用の凹部及び電極層を有するベース基板又はリッド基板の少なくともいずれか一方を作製することができる。特に、両基板を接合した後に、電極層を通じてキャビティの内部と外部とを導通させることができるので、キャビティ内に収容される被封止物と外部とを電気的に接続させることが可能である。従って、被封止物の適用範囲を広げることができ、パッケージとしての適応性を広げることができる。

また、本発明に係るパッケージの製造方法は、上記本発明のパッケージの製造方法において、前記凹部形成工程の際、前記印刷層の内側における前記ガラス基材の上面に、スクリーン印刷により形状変化層を形成し、前記キャビティ内を任意の空間形状に調整することを特徴とするものである。

この発明に係るパッケージの製造方法においては、印刷層をスクリーン印刷する際に、同時にスクリーン印刷によって形状変化層を形成する。この際、平面視枠状に印刷された印刷層の内側におけるガラス基材の表面に形状変化層を印刷する。これより、ガラス基材の表面にさらに凹凸をつけることができる。そして、ガラス基材、印刷層及び形状変化層を同時に焼成することで、キャビティ用の凹部の内側に凹凸のついたベース基板又はリッド基板の少なくともいずれか一方を作製することができる。
従って、両基板を接合してキャビティを形成した際に、キャビティ内の空間形状を任意の空間形状に比較的自由に調整することができる。例えば、２段キャビティを形成することができる。従って、被封止物に応じてキャビティの空間形状を変化させることができ、パッケージとしての適応性を広げることができる。

また、本発明に係るパッケージは、上記本発明のパッケージの製造方法によって製造されたことを特徴とするものである。

この発明に係るパッケージにおいては、上述した製造方法により製造されているので、気密性に優れ、高品質化されていると共に低コストが図られている。

また、本発明に係る電子デバイスは、上記本発明のパッケージと、前記キャビティ内に収容された素子と、を備えていることを特徴とするものである。

この発明に係る電子デバイスにおいては、気密性に優れたキャビティ内に素子が収容されているので、素子が塵埃等の影響を受け難く高精度に作動する。従って、電子デバイスとしても高品質化が図られている。また、低コスト化されたパッケージを利用しているので、電子デバイスに関しても低コスト化を図ることができる。

また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明のパッケージと、前記キャビティ内に収容された圧電振動片と、を備えていることを特徴とするものである。

この発明に係る圧電振動子においては、気密性に優れたキャビティ内に圧電振動片が収容されているので、圧電振動片が塵埃等の影響を受け難く高精度に作動する。従って、圧電振動子としても高品質化が図られている。また、低コスト化されたパッケージを利用しているので、圧電振動子に関しても低コスト化を図ることができる。

また、本発明に係る発振器は、上記本発明の圧電振動子が、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ものである。
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、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ものである。

この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を備えているので、同様に高品質化及び低コスト化を図ることができる。

本発明に係るパッケージの製造方法によれば、キャビティ内の気密性が高い高品質なパッケージを、効率良く低コストで製造することができる。
また、本発明に係るパッケージによれば、上述した製造方法により製造されているので、気密性に優れ、高品質化されていると共に低コストが図られている。
また、本発明に係る電子デバイス及び圧電振動子によれば、上述したパッケージを利用しているので、高品質化及び低コスト化を図ることができる。
更に、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、同様に高品質化及び低コスト化を図ることができる。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図１１を参照して説明する。なお、本実施形態では、パッケージを圧電振動子に適用した場合を例に挙げて説明する。
本実施形態の圧電振動子１は、表面実装型（２層構造式）タイプの圧電振動子であって、図１に示すように、圧電振動片２と、該圧電振動片２を内部に形成されたキャビティＣ内に収納するパッケージ３と、を備えている。なお、図１では、図を見易くするために、後述するベース基板１０とリッド基板２０とを若干離間させた状態を図示している。

圧電振動片２は、図２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。即ち、圧電振動片２は、平行に配置された一対の振動腕部２ａと、該一対の振動腕部２ａの基端側を一体的に固定する基部２ｂと、から構成されている。なお、圧電振動片２の外表面上には、一対の振動腕部２ａを互いに接近又は離間させる方向に振動させる図示しない励振電極と、引き出し電極を介して励振電極にそれぞれ電気的に接続された図示しないマウント電極とがパターニングされている。
なお、これら各電極は、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（電極膜）の被膜により形成されたものである。

パッケージ３は、図１に示すように、互いに接合され、共にガラス基材１１、２１からなるベース基板１０とリッド基板２０と、両基板１０、２０の間に形成され、被封止物である上記圧電振動片２を気密封止した状態で収納するキャビティＣと、を備えている。
キャビティＣは、ベース基板１０側に形成されたキャビティ用の凹部Ｃ１と、リッド基板２０側に形成されたキャビティ用の凹部Ｃ２との２つの凹部Ｃ１、Ｃ２の組み合わせにより構成されており、本実施形態では途中で深さが変化する２段キャビティとなっている。

ベース基板１０は、平板状のガラス基材１１と、複数の印刷層１２と、接合層１３と、電極層１４とで一体的に成形されている。これら複数の印刷層１２、接合層１３及び電極層１４は、共にスクリーン印刷によってガラス基材１１上に印刷されたものである。
このベース基板１０について、より詳細に説明すると、ガラス基材１１の上面には、まず印刷層１２が２層に積層された状態で印刷されている。この際、２層の印刷層１２は、平面視矩形状の保護用凹部Ｃ３を形成するように印刷されている。なお、この保護用凹部Ｃ３は、上記凹部Ｃ１の一部分である。
そして、２層の印刷層１２のうち上段の印刷層１２の上面から、ガラス基材１１の下面側に回り込むように導電性材料がスクリーン印刷されて、電極層１４が形成されている。この際、図３に示すように、電極層１４は、その一部が圧電振動片２の基部２ｂの下方に電気的に独立した状態で並列に並ぶように、印刷層１２上に引き出された状態で印刷されている。

また、図１に示すように、電極層１４の上面には、４層の印刷層１２がスクリーン印刷されている。ところで、この４層の印刷層１２及び先に印刷した上記２層の印刷層１２は、平面視枠状に印刷されており、隔壁部として機能するようになっている。よって、これら積層された印刷層１２の内側が、上述したキャビティ用の凹部Ｃ１として機能する。しかも、保護用凹部Ｃ３が形成されているので、途中で深さが変化した凹部Ｃ１となっている。また、４層の印刷層１２のうち、上段の印刷層１２の上面には、導電性材料がスクリーン印刷され、陽極接合用の接合層１３が形成されている。

このように構成されたベース基板１０には、上記圧電振動片２が凹部Ｃ１に収納された状態でマウントされている。具体的には、導電性接着剤等の接続部１５を介して、圧電振動片２の基部２ｂが電極層１４に重なるように接合されている。これにより圧電振動片２は、片持ち支持された状態でマウントされていると共に、圧電振動片２のマウント電極と、印刷層１２上に引き出され、電気的に独立した状態で並列に並んだ電極層１４とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。よって、電極層１４を介して圧電振動片２の励振電極に外部から電圧を印加できるようになっている。即ち、本実施形態の電極層１４は、外部電極として機能する。

上述したガラス基材１１、印刷層１２、電極層１４及び接合層１３は、スクリーン印刷終了後に、同時に焼成されており、印刷した形状を維持したまま硬化している。これにより、ガラス基材１１、印刷層１２、電極層１４及び接合層１３は、一体的に成形され、全体でベース基板１０を構成している。

リッド基板２０は、ガラス基材２１と、ガラス基材２１の上面に２層にスクリーン印刷された平面視枠状の印刷層２２とで一体的に成形されている。なお、図１では、リッド基板２０が裏返しになっているので、紙面に対して下側の面を上面として説明している。この２層の印刷層２２は、平面視矩形状の凹部Ｃ２を形成するように印刷されている。この際、リッド基板２０とベース基板１０とを重ね合わせたときに、凹部Ｃ２がベース基板１０側の保護用凹部Ｃ３に対向するように印刷層２２が印刷されている。これらガラス基材２１及び印刷層２２は、スクリーン印刷終了後に、同時に焼成されており、印刷した形状を維持したまま硬化している。これにより、ガラス基材２１及び印刷層２２は、一体的に成形され、全体でリッド基板２０を構成している。

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、外部電極として機能する電極層１４に対して所定の電圧を印加する。これにより、電極層１４、接続部１５、マウント電極及び引き出し電極を介して励振電極に電流を流すことができ、一対の振動腕部２ａ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２ａ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。
ところで、パッケージ３のキャビティＣは、途中で深さが変化する２段キャビティとなっている。よって、圧電振動子１に対して衝撃等の何らかの原因によって外力が加わり、圧電振動片２が上下方向に過度に撓んだとしても、少なくとも振動腕部２ａの先端がベース基板１０及びリッド基板２０に干渉し、変形や欠け等が生じてしまうことを防止することができる。従って、周波数変動が生じてしまうことを防止することができる。

次に、上述した圧電振動子１の製造方法について、図４から図１１を参照しながら以下に説明する。なお、本実施形態では、図４に示すように、ベース基板１０のガラス基材１１となる平板状のベース用ウエハ３０とリッド基板２０のガラス基材２１となる平板状のリッド用ウエハ３１とを利用して、圧電振動子１を一度に複数製造する方法について説明する。なお、図４に示す一点鎖線は、後に両ウエハ３０、３１を切断する切断線を示している。

まず、図５に示すように、ベース用ウエハ３０の所定位置に該ウエハ３０を貫通する複数のスルーホール３２を形成する。次に、キャビティＣを形成するためのキャビティ用の凹部Ｃ１を形成する凹部形成工程を行う。
この工程について詳細に説明すると、図６に示すように、ベース用ウエハ３０の上面にスクリーン印刷を２回繰り返し行って、印刷層１２を２層に積層する。この際、保護用凹部Ｃ３となる部分を除く領域に印刷を行う。次いで、図７に示すように、２層に積層した印刷層１２のうち、上段の印刷層１２の上面からスルーホール３２を通じてベース用ウエハ３０の下面側に回り込むように、導電性材料をスクリーン印刷して電極層１４を形成する。この際、上述したように、電極層１４の一部が、圧電振動片２の基部２ｂの下方に電気的に独立した状態で並列に並ぶように印刷する。

次いで、図８に示すように、電極層１４の上面にスクリーン印刷を４回繰り返し行って、印刷層１２を４層に積層する。これにより、印刷層１２で囲まれた内側がキャビティ用の凹部Ｃ１となる。次いで、図９に示すように、４層に積層した印刷層１２のうち、上段の印刷層１２の上面に導電性材料をスクリーン印刷して接合層１３を形成する。
各種のスクリーン印刷が終了した後、ベース用ウエハ３０、印刷層１２、電極層１４及び接合層１３を同時に焼成して、硬化させる。これにより、ベース用ウエハ３０、印刷層１２、電極層１４及び接合層１３が一体的に成形され、キャビティ用の凹部Ｃ１が形成されたベース用ウエハ３０を作製することができる。これにより、ベース用ウエハ３０についての凹部形成工程が終了する。

続いて、リッド用ウエハ３１に関しても、キャビティＣを形成するためのキャビティ用の凹部Ｃ２を形成する凹部形成工程を行う。
この工程について詳細に説明すると、図１０に示すように、リッド用ウエハ３１の下面にスクリーン印刷を２回繰り返し行って、印刷層２２を２層に積層する。この際、凹部Ｃ２となる部分を除く領域に印刷を行う。このスクリーン印刷が終了した後、リッド用ウエハ３１及び印刷層２２を同時に焼成して、硬化させる。これにより、リッド用ウエハ３１及び印刷層２２が一体的に成形され、キャビティ用の凹部Ｃ２が形成されたリッド用ウエハ３１を作製することができる。これにより、リッド用ウエハ３１についての凹部形成工程が終了する。

次に、圧電振動片２をキャビティ用の凹部Ｃ１内に収納するように、両ウエハ３０、３１を重ね合わせた後、両ウエハ３０、３１を接合して圧電振動片２をキャビティＣ内に封止する接合工程を行う。
具体的には、まず、図９に示すように、圧電振動片２をベース用ウエハ３０に形成された各電極層１４に対して接続部１５を介してマウントする。これにより、図４に示すように、複数のベース用ウエハ３０に形成された複数の凹部Ｃ１内にそれぞれ圧電振動片２が収納された状態となる。次いで、ベース用ウエハ３０の保護用凹部Ｃ３と、リッド用ウエハ３１の凹部Ｃ２とが対向するように両ウエハ３０、３１を重ね合わせた後、陽極接合により互いを接合する。即ち、両ウエハ３０、３１を所定の温度に加熱した後、接合層１３とリッド用ウエハ３１との間に所定の電圧を印加する。これにより、接合層１３は、リッド用ウエハ３１に対して強く密着し、陽極接合される。

この接合工程の結果、圧電振動片２をキャビティＣ内に気密封止することができる。続いて、互いに接合されたベース用ウエハ３０及びリッド用ウエハ３１を切断する。即ち、接合されたベース用ウエハ３０及びリッド用ウエハ３１をダイシングソーに設置し、スルーホール３２を結ぶラインに沿って、ダイシングブレードにより格子状に切断する。
その結果、図１に示す圧電振動子１を製造することができる。

特に、本実施形態の製造方法では、スクリーン印刷によってキャビティ用の凹部Ｃ１、Ｃ２を形成するので、従来のフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法に比べて、大幅な工程の簡素化を図ることができる。しかも、電極層１４及び接合層１３に関しても、同じスクリーン印刷により形成できるので、多種多様の装置を必要とせず流れ作業的に製造でき、製造効率を従来よりも遥かに高めることができる。従って、効率良く低コストでパッケージ３及び圧電振動子１を製造することができる。加えて、エッチング法等を用いず、スクリーン印刷したものを焼成するだけであるので、角部のエッジが立った鋭い加工面を得ることができる。従って、キャビティＣ内の気密性を高めることができ、高品質なパッケージ３及び圧電振動子１を製造することができる。

なお、上記実施形態では、接合層１３を利用してベース基板１０とリッド基板２０とを陽極接合した場合を例にしたが、陽極接合に限定されるものではない。例えば、所定の導電性材料をスクリーン印刷して接合層１３を形成し、該接合層１３を利用してＡｕＳｎ共晶接合やＡｕＡｕ熱圧着接合等により両基板１０、２０を接合しても構わない。
更には、接合層１３を設けずに、表面活性化接合等により両基板１０、２０を接合しても構わない。
但し、接合層１３を利用することで陽極接合等の接合方法を適用でき、両基板１０、２０をより強固に接合してキャビティＣ内の気密性を向上できるので、より好ましい。

また、上記実施形態では、印刷層１２の積層変化を利用することで２段キャビティＣを形成し、圧電振動片２の先端が両基板１０、２０に対して干渉してしまうことを防止したが、図１１に示すように、印刷層１２、２２とは別に形状変化層４０をスクリーン印刷することで干渉を防止しても構わない。
この場合には、凹部形成工程を行う際に、印刷層１２、２２の内側におけるガラス基材１１、２１の上面にスクリーン印刷により形状変化層４０を印刷する。これにより、ガラス基材１１、２１の上面に、印刷層１２、２２とは別に凹凸をつけることができる。これら形状変化層４０は、圧電振動片２が何らかの原因により圧電振動片２が過度に撓んだときに、圧電振動片２の先端から所定距離離間した位置で接触するように形成されており、枕部として機能する。これにより、圧電振動片２は、上下方向に過度に撓んだとしても、略中間部分が枕部である形状変化層４０に当たるので、先端が両基板１０、２０に対して干渉しないようになっている。
このように、形状変化層４０を印刷することで、キャビティＣ内の空間形状を任意の空間形状に比較的自由に調整することができ、上述したように枕部として機能させることが可能である。特に、キャビティＣ内に気密封止する被封止物に応じて、適宜形状変化層４０を形成することで、キャビティＣ内の空間形状を簡単且つ自由に変化させることができ、パッケージ３としての適応性を広げることができる。

次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１２を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１２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の圧電振動片２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、該圧電振動子１内の圧電振動片２が振動する。この振動は、圧電振動片２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、高品質化、低コスト化した圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体の品質をさらに高めると共に低コスト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１３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１３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１２１は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該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、該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２が振動し、該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、薄型化した圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器１１０自体の薄型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１５を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１４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。続いて、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、薄型化した圧電振動子１を備えているので、電波時計１３０自体の薄型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、本発明の技術範囲は上記実施の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、上記各実施形態では、ベース基板及びリッド基板の両方に印刷層をスクリーン印刷すると共に、ベース基板側に電極層及び接合層を印刷する例を挙げたが、この場合に限定されるものではない。特に、印刷層の積層数や、印刷層と電極層と接合層との積層順序等に関しては、特に限定されず、適宜自由に変更して構わない。
また、ベース基板又はリッド基板のいずれか一方の基板だけに印刷層をスクリーン印刷して、キャビティ用の凹部を形成しても構わないし、電極層や接合層を形成しても構わない。

また、パッケージのキャビティ内に圧電振動片を気密封止した圧電振動子を例に挙げて説明したが、圧電振動片ではなく、加速度センサや角速度センサ等の素子をキャビティ内に気密封止することで、電子デバイスとしても構わない。この場合であっても、気密性が高く、低コストのパッケージを利用できるので、電子デバイス自体の高品質化、低コスト化を図ることができる。

また、キャビティ内に気密封止する被封止物として、素子ではなく、電池や液体等でも構わない。つまり、本発明に係るパッケージは、何らかの被封止物を気密封止する容器として、幅広く適用することができる。そして、被封止物に応じて、接合層や電極層や形状変化層等を適宜スクリーン印刷して、対応して構わない。

本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す断面図である。 図１に示す圧電振動子を構成する圧電振動片の斜視図である。 図１に示す圧電振動子の断面矢視Ａ−Ａ図である。 図１に示す圧電振動子を製造する際の一工程図を示す断面図である。 図１に示す圧電振動子を製造する際の一工程図を示す断面図であって、ベース用ウエハにスルーホールを形成した状態を示す図である。 図５に示す状態から、ベース用ウエハの上面に印刷層をスクリーン印刷した状態を示す図である。 図６に示す状態から、印刷層の上面からベース用ウエハの下面側に回りこむ電極層をスクリーン印刷した状態を示す図である。 図７に示す状態から、電極層の上面に印刷層をスクリーン印刷した状態を示す図である。 図８に示す状態から、印刷層の上面に接合層をスクリーン印刷した状態を示す図である。 図１に示す圧電振動子を製造する際の一工程図を示す断面図であって、リッド用ウエハの上面に印刷層をスクリーン印刷した状態を示す図である。 本発明に係る圧電振動子の変形例を示す断面図である。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 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。 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。

符号の説明

Ｃ…キャビティ
Ｃ１、Ｃ２…キャビティ用の凹部
１…圧電振動子
２…圧電振動片（被封止物）
３…パッケージ
１０…ベース基板
１１…ベース基板のガラス基材
１２、２２…印刷層
１３…接合層
１４…電極層
２０…リッド基板
２１…リッド基板のガラス基材
４０…形状変化層
１００…発振器
１１０…携帯情報機器（電子機器）
１３０…電波時計

Claims (10)

1. 互いに接合され、共にガラス基材からなるベース基板及びリッド基板と、両基板の間に形成され、被封止物を気密封止した状態で収納するキャビティと、を備えたパッケージの製造方法であって、
   前記ガラス基材の所定位置に複数のスルーホールを形成する工程と、
   前記両基板のうち少なくともいずれか一方に、両基板を重ね合わせたときに前記キャビティを形成するキャビティ用の凹部を形成する凹部形成工程と、
   前記凹部内に前記被封止物を収納するように前記両基板を重ね合わせた後、両基板を接合して前記被封止物を前記キャビティ内に封止する接合工程と、を備え、
   前記凹部形成工程の際、平板状のガラス基材の上面にスクリーン印刷により印刷層を平面視枠状に積層した後、印刷層及びガラス基材を同時に焼成して前記凹部を形成し、さらに、前記ガラス基材の上面或いは前記印刷層の上面から前記スルーホールを通じて前記ガラス基材の下面側に回り込むように導電性材料をスクリーン印刷して電極層を形成し、前記キャビティの内部と外部とを電極層を通じて導通させると共に、
   前記接合工程の後に、互いに接合された前記両基板を前記スルーホールを結ぶラインに沿って切断する切断工程を行うことを特徴とするパッケージの製造方法。
2. 前記被封止物は前記印刷層の上面に片持ち支持されており、
   前記凹部形成工程では、前記ガラス基材上面における前記被封止物との対向領域であってかつ前記被封止物の自由端との対向領域を除く領域に前記印刷層が平面視枠状に積層されることを特徴とする請求項１に記載のパッケージの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のパッケージの製造方法において、
   前記凹部形成工程の際、前記印刷層の上面に導電性材料をスクリーン印刷して接合層を形成することを特徴とするパッケージの製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のパッケージの製造方法において、
   前記凹部形成工程の際、前記印刷層の内側における前記ガラス基材の上面に、スクリーン印刷により形状変化層を印刷し、前記キャビティ内を任意の空間形状に調整することを特徴とするパッケージの製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のパッケージの製造方法によって製造されたことを特徴とするパッケージ。
6. 請求項５に記載のパッケージと、
   前記キャビティ内に収容された素子と、を備えていることを特徴とする電子デバイス。
7. 請求項５に記載のパッケージと、
   前記キャビティ内に収容された圧電振動片と、を備えていることを特徴とする圧電振動子。
8. 請求項７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。
9. 請求項７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。
10. 請求項７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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