JP2008035016A - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】振動腕部の先端部に周波数調整用の金属膜を形成するにあたって、金属を節約しながら周波数の調整幅を大きくすることができ、これにより歩留まりの低下を抑えることができる圧電振動子の製造方法を提供すること。
【解決手段】水晶片６５の外形部分が形成されている基板をエッチング液に接触させて、溝部に対応する部位に開口部を有すると共に、これら開口部以外の表面全体に金属膜が形成されたマスクを用いて複数の振動腕部に各々溝部を形成し、しかる後、周波数調整用の金属膜６１の形成領域となる前記振動腕部の先端部分にレジスト膜６６が残るように基板の表面にレジスト膜６６を形成して（図５（ｌ，ｍ））、金属膜６１をエッチングにより除去する。そして前記振動腕部の先端部分に残っているレジスト膜６６を剥離した後（図５（ｎ））、電極となる金属膜６７を形成する（図５（ｏ））。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば水晶等からなる圧電基板を用いて、例えば音叉型の圧電振動子を製造する技術に関する。

音叉型の水晶振動子は、小型、安価で低消費電力であることから、従来から腕時計の歩度を刻む信号源として採用され、更にその用途が広がろうとしている。この水晶振動子としては、電力損失を抑えるために、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値をより小さくすることが要求され、このため水晶振動子に溝部を形成して振動効率を高めたものが用いられている。

この水晶振動子は図９に示すように基部１に一対の振動腕部２ａ及び２ｂが設けられ、各振動腕部２ａ，２ｂにおける両主面には溝部３１，３２が夫々設けられている。これらの溝部３１，３２及び各振動腕部２ａ，２ｂには、屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための図示しない励振電極が形成されている。

上述した水晶振動子は、以下の工程によって製造される（特許文献１参照）。なお、図１０及び図１１は図９のＡ−Ａ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された水晶ウエハ１０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜１１を形成する（図１０（ａ））。この金属膜１１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
続いてこのような金属膜１１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図１０（ｂ））、このフォトレジストを水晶片の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜１２を形成する（図１０（ｃ））。そしてこの後に例えばヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液によるエッチングによって、レジスト膜１２で覆われていない金属膜１１の部分を除去し、水晶ウエハ１０に残っているレジスト膜１２を全て剥離する（図１０（ｄ））。
次に水晶ウエハ１０の全面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜１３を形成する（図１０（ｅ））。そして水晶片の外形が残るようにレジスト膜１３を剥離させると共に、図９に示す溝部３１，３２に相当する部分のレジスト膜１３を剥離させる（図１１（ｆ））。
しかる後、レジスト膜１３が金属膜１１に載ったまま、当該金属膜１１をマスクにして水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行うことで水晶片の外形を形成する（図１１（ｇ））。なお、図１１中の１４及び１５は振動腕部２ａ，２ｂに相当する部位であり、図１１中の１６及び１７は、一枚の水晶片を水晶ウエハから抜き取るために便宜上記載した外枠部分である。続いてレジスト膜１３をマスクにして、図９に示す溝部３１，３２に相当する部分の金属膜１１を例えばＫＩ溶液によりエッチングして除去する（図１１（ｈ））。そしてこの水晶ウエハ１０をフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行う。これによって水晶片１０の両主面に溝部３１，３２が形成される（図１１（ｉ））。
そして水晶ウエハ１０の表面に残っているレジスト膜１３及び金属膜１１を全て除去した後、水晶ウエハ１０の表面に電極パターンが形成される。この電極パターンの形成工程について説明すると、先ず、水晶ウエハ１０の両面にスパッタ法で電極となる金属膜１４を形成する（図１２（ｊ））。この金属膜１４は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。

続いてこのような金属膜１４の上にフォトレジストをスプレー法で塗布する（図１２（ｋ））。そしてフォトリソグラフィーにより電極パターンとなるレジスト膜１５以外のレジスト膜１５を剥離する（図１２（ｌ））。しかる後、レジスト膜１５が剥離された箇所の金属膜１４をエッチングして電極パターンを形成する（図１２（ｍ））。その後、水晶ウエハ１０に残っているレジスト膜１５を全て剥離する（図１２（ｎ））。こうして溝部３１，３２及び各振動腕部２ａ，２ｂに励振電極が形成されることになる。
そして振動腕部２ａ，２ｂにおける先端部（図９中の３３で示す領域）において、当該先端部に形成されている金属膜（励振電極）１４の表面をレーザー等で削って、その厚さを調整することで発振周波数の調整が行われる。

しかし、上述した発振周波数の調整工程において、次のような問題がある。図１２（ｊ）に示す工程において水晶ウエハ１０の表面に形成される金属膜１４の膜厚は例えば０．１μｍと極めて薄い。そのため当該金属膜１４を、そのまま発振周波数を調整するための調整膜として使用すると、周波数の調整幅が極めて小さいため、歩留まりが低下するという問題がある。
このために、図１２（ｊ）に示す工程において金属膜１４を厚くすることが考えられるが、金属の使用量が増し、特に金属として金（Ａｕ）を用いた場合には、コストが高くなるという問題がある。

また特許文献２には、圧電振動片の外形に相当する形状の金属膜を形成する工程に続いて、圧電振動片の先端部のみに開口部を有するレジストマスクを形成し、この開口部に露出して金属膜の上に電界メッキ法により周波数調整用のＡｕからなる金属膜を形成することが記載されているが、レジストマスクに開口部を形成した後、周波数調整用の金属膜を形成する専用の工程があり、そのため工程数が増え、作業が煩雑になるという問題がある。

また特許文献３には、水晶板の表面に電極材料、フォトレジストの順で形成し、露光したレジスト膜をマスクにして電極材料をエッチングした後、この電極材料をマスクにして水晶板をエッチングし、この電極材料を水晶板の表面に残して励起電極として使用することが記載されているが、周波数調整用膜に関しては何ら記載されていない。

特開２００２−７６８０６（段落００９４〜段落０１１３、図９〜図１３） 特開２００６−１０８８２４（段落００３６〜段落００３７、図４） 特開昭６１−１３７０４（図２）

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、振動腕部の先端部に周波数調整用の金属膜を形成するにあたって、金属を節約しながら周波数の調整幅を大きくすることができ、これにより歩留まりの低下を抑えることができる圧電振動子の製造方法、圧電振動子及びこの圧電振動子を有する電子部品を提供することを目的とする。

本発明は、圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
圧電振動片の外形部分が形成されている基板をエッチング液に接触させて、前記溝部に対応する部位に開口部を有すると共に、これら開口部以外の表面全体に金属膜が形成されたマスクを用いて複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、
その後、周波数調整用の金属膜の形成領域となる前記振動腕部の先端部分にレジストが残るように基板の表面にレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
次いで前記振動腕部の先端部分に残っているレジスト膜を剥離する工程と、
次に外形が形成されている部分の全面に電極となる金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面にレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングし、電極パターンを形成する工程と、
基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、
しかる後、前記振動腕部の先端部分に形成されている周波数調整用の金属膜を削って、その厚さを調整することにより発振周波数の調整を行う工程と、を備えたことを特徴とする。

また本発明の圧電振動子は、上述した方法によって製造されたことを特徴とする。
さらに本発明の電子部品は、上述した方法によって製造された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、振動腕部に溝部を形成する際に用いた金属膜を振動腕部の先端部分に残し、その後、新たに基板の表面に電極となる金属膜を形成しているので、振動腕部の先端部分に形成された金属膜の膜厚は厚くなり、その結果、周波数の調整幅が大きくなることから、歩留まりの低下を抑えることができると共に、次工程の電極パターンの形成工程において電極となる金属の使用量を抑えることができる。従って、特に金属として金（Ａｕ）を用いた場合には、金のコストが高いことから金属の節約の効果が大きい。

本発明の実施の形態として圧電振動子である音叉型の水晶振動子の製造方法について説明する。この実施の形態に係る水晶振動子の構造に関しては、従来技術の項のところで図９を用いて説明した水晶振動子と同一であるため、同一である部分の説明を省略する。

図１に示すように、この水晶振動子には、一対をなす一方の電極と他方の電極とが存在する。先ず振動腕部２のうち振動腕部２ａに着目すると、振動腕部２ａの２つの溝部３１，３２の内面全体とこれら溝部３１，３２の間とに一方の励振電極４１が形成されている。即ち、溝部３１，３２の間に相当するいわば橋部に形成された励振電極４１により、振動腕部２ａの各溝部３１，３２内の励振電極４１同士が互に接続されている。そしてこの振動腕部２ａの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には他方の励振電極５１が形成されている。更にまた振動腕部２ａにおける先端部には、その重量を調整することにより発振周波数を調整するための金属膜である調整用錘５０が設けられている。この調整用錘５０は励振電極５１の一部をなすものであるが、その他の部位の電極とは例えば膜厚や電極材料を変えている。なお、図１において励振電極４１，５１は図面を見易くするために斜線と黒の点在領域とを使い分けて表している。従って、図１の斜線は水晶片の断面を示すものではない。

また振動腕部２ｂに着目すると、振動腕部２ｂの２つの溝部３１，３２の内面全体と、これら溝部３１，３２の各々の間と、に他方の励振電極５１が形成されている。そしてこの振動腕部２ｂの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には一方の励振電極４１が形成されている。なお、振動腕部２ａにおける先端部においても、同様にその重量を調整することにより発振周波数を調整するための調整用錘４０が設けられている。また振動腕部２ａ，２ｂに設けられた電極の配置は、励振電極４１，５１が互に逆の関係であることを除くと互に同一である。そしてこれら一方の励振電極４１同士が電気的に接続されるように基部１の表面に引き出し電極４２からなる電極パターンが形成されていると共に、他方の励振電極５１同士が接続されるように基部１の表面に引き出し電極５２からなる電極パターンが形成されている。

次に、図１に示す水晶振動子の製造方法について図２〜図６を参照しながら説明する。なお、図２〜図６は一枚の圧電基板のある一部分に作成される一個の水晶振動子について説明したものである。また図２〜図４は図１のＣ−Ｃ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図であり、図５〜図６は図１のＢ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された圧電基板である水晶ウエハ６０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜６１を形成する（図２（ａ））。この金属膜６１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。

続いてこのような金属膜６１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図２（ｂ））、このフォトレジストを水晶片の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜６２を形成する（図２（ｃ））。そしてこの後、前記レジスト膜６２をマスクにして水晶ウエハ６０をヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６２に覆われていない金属膜６１の部分を除去する（図２（ｄ））。

しかる後、レジスト膜６２が金属膜６１に載ったまま、当該金属膜６１をマスクにして水晶ウエハ６０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行って、水晶片６５の外形を形成する（図２（ｅ））。こうして圧電基板である水晶ウエハ６０に複数個の水晶片６５が形成される。
続いて水晶ウエハ６０に残っているレジスト膜６３を全て除去する（図３（ｆ））。しかる後、水晶ウエハ６０の全面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜６３を形成する（図３（ｇ））。
次いで図１に示す溝部３１，３２に相当する部分のレジスト膜６３を剥離する（図３（ｈ））。続いて前記レジスト膜６３をマスクにして水晶ウエハ６０をＫＩ溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６３が剥離した箇所の金属膜６１を除去する（図４（ｉ））。
しかる後、レジスト膜６３が金属膜６１に載ったまま、当該金属膜６１をマスクにして水晶ウエハ６０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行って、水晶ウエハ６０の両主面に溝部３１，３２を形成する（図４（ｊ））。その後、水晶ウエハ６０に残っているレジスト膜６３を全て剥離する（図４（ｋ））。以上の工程により、図７に示すように水晶ウエハ６０表面に金属膜６１が形成された原型６が製造される。なお、図７において斜線領域は金属膜６１を表しており、原型６の断面を示すのもではない。

次に、前記振動腕部２ａ，２ｂの先端部分に周波数調整用の金属膜の形成領域に金属膜を残す工程について説明する。先ず、原型６の両面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜６６を形成する（図５（ｌ））。そしてフォトリソグラフィーにより図１に示す振動腕部２ａ，２ｂの先端部分にレジスト膜６６を残し、その他の部分はレジスト膜６６を全て剥離する（図５（ｍ））。次に原型６をＫＩ溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６６が剥離した箇所の金属膜６１を除去し、その後振動腕部２ａ，２ｂの先端部分に残っているレジスト膜６６を剥離する（図５（ｎ））。
続いて、電極パターンを作成する工程について説明する。図５（ｎ）に示す工程の後、原型６の両面にスパッタ法で電極となる金属膜６７を形成する（図５（ｏ））。この金属膜６７は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
続いてこのような金属膜６７の上にフォトレジストをスプレー法で塗布する（図５（ｐ））。そしてフォトリソグラフィーにより電極パターンとなるレジスト膜６８以外のレジスト膜６８を剥離する（図６（ｑ））。なお、図１に示すように振動腕部２ａ，２ｂにおける先端部に設けられた調整用錘４０，５０の領域に形成されたレジスト膜６８は剥離されない。

次に、レジスト膜６８が剥離された箇所の金属膜６７をエッチングして電極パターンを形成する（図６（ｒ））。その後、原型６に残っているレジスト膜６８を全て剥離する（図６（ｓ））。なお、振動腕部２ａ，２ｂの先端部に形成されている金属膜６１，６７の膜厚は０．４μｍであり、その他の水晶ウエハ６０の表面に形成されている金属膜６７の膜厚は０．１μｍである。
しかる後、振動腕部２ａ，２ｂにおける先端部において、当該先端部に形成されている金属膜６７の表面をレーザー等で削って、その厚さを調整することで発振周波数の調整を行う。そして電極パターンが形成された原型６から、図１に示す水晶振動子が切り出されることになる。

上述した実施の形態によれば、振動腕部２ａ，２ｂに溝部３１，３２を形成する際に用いた金属膜６１を振動腕部２ａ，２ｂの先端部分に残し、その後、新たに水晶ウエハ６０の表面に電極となる金属膜６７を形成しているので、振動腕部２ａ，２ｂの先端部分に形成された金属膜の膜厚は厚くなり、その結果、周波数の調整幅が大きくなることから，歩留まりの低下を抑えることができると共に、図５（ｏ）に示す工程において電極となる金属の使用量を抑えることができる。従って、特に金属として金（Ａｕ）を用いた場合には、金のコストが高いことから金属の節約の効果が大きい。

また上述した水晶振動子は、例えば図８に示すように、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）構造のセラミックスからなるパッケージ７に格納される。このパッケージ７は、上面が開口している例えばセラミック製のケース体７ａと、例えば金属製の蓋体７ｂとから構成される。前記ケース体７ａと蓋体７ｂとは、例えば溶接材からなるシール材７ｃを介してシーム溶接され、その内部は真空状態となっている。上述した音叉型の水晶振動子７０は、このパッケージ７内の台座７１部分に基部１の引き出し電極４２，５２が導電性接着剤７ｄに固定され、振動腕部２，２ｂがパッケージ７内部の空間に伸び出した横向きの姿勢で台座７１に固定される。また前記台座７１の表面には、導電路７２，７３（７３は紙面奥側の導電路である）が配線されており、基部１の引き出し電極４２，５２が導電性接着剤７ｄを介して前記導電路７２，７３に接続される。また前記導電路７２，７３は、ケース体７ａの外部底面の長手方向に対向するように設けられた電極７４，７５に夫々接続されており、この結果、電極７４，７５、導電路７２，７３及び導電性接着剤７ｄを通って基部１の引き出し電極４２，５２に電流が印加されることで、前記水晶振動子７０が振動するようになっている。こうしてパッケージ型水晶振動子が構成され、この水晶振動子は、発振回路の回路部品が搭載されている図示しない配線基板に搭載され、これにより電子部品が構成される。

３．２ｋＨｚの水晶振動子を製造する場合において、図２〜図６に示す工程によって作成された本発明の水晶振動子の振動腕部２ａ，２ｂの先端部に形成されている金属膜６１，６７の表面をレーザーで全て削ることによって周波数がどれだけ変化するかを調べたところおよそ１５０００ｐｐｍであった。なお、金属膜６１，６７の膜厚は０．４μｍであった。これを実施例とする。

また、図１０〜図１２に示す工程によって作成された従来の水晶振動子の振動腕部２ａ，２ｂの先端部に形成されている金属膜１４の表面をレーザーで全て削ることによって、周波数がどれだけ変化するかを調べたところおよそ４０００ｐｐｍであった。なお、金属膜１４の膜厚は０．１μｍであった。これを比較例とする。

従って周波数調整量は、比較例では４０００ｐｐｍであるのに対して実施例では１５０００ｐｐｍと約４倍大きくなり、このため歩留まりを向上すること例えば１００％にすることができる。

本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造工程において製造される水晶振動子の原型の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を格納した水晶振動子パッケージの一例を示す概略縦断面図及び裏面図である。 音叉型水晶振動子の一例を示す概略平面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 基部
２ａ，２ｂ 振動腕部
８ パッケージ
１０ 水晶ウエハ
１１ 金属膜
１２ レジスト膜
３１，３２ 溝部
４０，５０ 調整用錘
４１，５１ 励振電極
４２，５２ 引き出し電極
６０ 水晶ウエハ
６１，６７ 金属膜
６２，６３，６６ レジスト膜

Claims (3)

1. 圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
   圧電振動片の外形部分が形成されている基板をエッチング液に接触させて、前記溝部に対応する部位に開口部を有すると共に、これら開口部以外の表面全体に金属膜が形成されたマスクを用いて複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、
   その後、周波数調整用の金属膜の形成領域となる前記振動腕部の先端部分にレジストが残るように基板の表面にレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
   次いで前記振動腕部の先端部分に残っているレジスト膜を剥離する工程と、
   次に外形が形成されている部分の全面に電極となる金属膜を形成する工程と、
   この金属膜の表面にレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングし、電極パターンを形成する工程と、
   基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、
   しかる後、前記振動腕部の先端部分に形成されている周波数調整用の金属膜を削って、その厚さを調整することにより発振周波数の調整を行う工程と、を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 請求項１に記載の方法によって製造されたことを特徴とする圧電振動子。
3. 請求項２に記載された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする電子部品。
   
   
   

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