JP2008205657A - 圧電振動片の製造方法、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電板20の両面に第1の保護膜20を成膜する工程と、第1の保護膜を、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片の外形形状にパターニングする工程と、第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより圧電板をエッチング加工して、溝部を形成すると共に第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さh1だけエッチングする工程と、溝部を第2の保護膜の成膜により保護する工程と、第1の保護膜及び第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、一対の振動腕部及び基部を形成する工程と、第1の保護膜及び第2の保護膜を除去する工程とを行う圧電振動片の製造方法を提供する。
【選択図】図9
Description
この圧電振動子は、搭載される機器の小型化に伴って、今後さらなる小型化が望まれている。小型化を図る方法としては、いくつかの方法が考えられているが、その1つとして振動腕部の両面に溝部を形成した音叉型の圧電振動片を利用する方法がある。
通常、この音叉型の圧電振動片は、互いに平行に配置され、基端側が基部に一体的に固定された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の外表面上(溝部を含む)に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を有している。
まず、ウエハ基板を準備(S100)した後、ウエハ基板の表面にエッチング保護膜を成膜する(S101)。次いで、このエッチング保護膜にフォトリソ技術を利用して圧電振動片95の外形パターンをパターニングする(S102)。次いで、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとしてウエハ基板をウェットエッチングによりエッチング加工する(S103)。これにより、圧電振動片95を形作ることができる。即ち、基部及び一対の振動腕部90、91を形成することができる。
始めに、ウェットエッチングによるエッチング加工は、ウエハ基板の結晶の面方位の影響を受けてしまう特性を有している。そのため、外形形状の加工と溝部92の加工とをウェットエッチングにより加工する従来の方法では、エッチングされた溝部92の側面や底面が平坦面にならず、図44に示すようにいびつな形状になってしまい、面内ばらつきが大きかった。また、外形形状もウェットエッチングで加工しているので、溝部92だけでなく振動腕部90、91や基部の側面も平坦面にならず、いびつな形状になってしまっていた。そのため、圧電振動片95を精度良く形成することができなかった。また、面内ばらつきの程度によっては、追加エッチングが必要な場合もあった。
つまり、実際に圧電振動片95を製造する場合には、一度に効率良く大量生産することが望まれる。ここで、ウェットエッチングを行う場合には、数百枚のウエハ基板を一度に薬液に入れるので、加工時間がかかったとしても一度に大量の圧電振動片95を扱うことができ、生産性に優れている。
そのため、現状の生産ラインでは、ウェットエッチングによる方法が一般的に採用されている。従って、上述した問題が生じてしまっていた。
本発明に係る圧電振動片の製造方法は、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、前記圧電板の両面に第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、前記第1の保護膜を、前記溝部の領域を空けた状態で前記圧電振動片の外形形状にパターニングするパターニング工程と、パターニングされた前記第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、露出している前記溝部を第2の保護膜の成膜により保護する保護工程と、パターニングされた前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とするものである。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
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。
また、本発明に係る圧電振動片によれば、従来のものに比べてCI値を低くすることができ、高品質化及び高性能化を図ることができる。
また、本発明に係る圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計によれば、同様に高品質化、高性能化を図ることができる。
以下、本発明に係る圧電振動片及び該圧電振動片の製造方法の第1実施形態を、図1から図15を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動片1は、図1から図3に示すように、平行に配置された一対の振動腕部2、3と、一対の振動腕部2、3の基端側を一体的に固定する基部4と、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ形成された溝部5と、溝部5を含む一対の振動腕部2、3の外表面上に形成され、一対の振動腕部2、3を振動させる第1の励振電極6と第2の励振電極7とからなる励振電極8と、両励振電極6、7に電気的に接続されたマウント電極9、10とを備えている。
なお、励振電極8、マウント電極9、10及び引き出し電極11、12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。
本実施形態の製造方法は、成膜工程と、パターニング工程と、第1のエッチング工程と、保護工程と、第2のエッチング工程と、除去工程とを順番に行って、圧電板20から一度に複数の圧電振動片1を製造する方法である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。
なお、本実施形態では、一旦圧電板20の全面にエッチング保護膜22を成膜した後、パターニングすることでエッチング保護膜22を溝部5だけに成膜したが、この場合に限られず、例えば溝部5の部分だけ開口した図示しないマスクを圧電板20に重ねた後、該マスクを介してエッチング保護膜22を成膜しても構わない。この場合であっても、溝部5だけにエッチング保護膜22を成膜することができる。いずれにしても、溝部5だけにエッチング保護膜22を成膜できれば、その方法は何でも構わない。
即ち、図3に示すように、溝部5の側面に形成された一方の励振電極6(7)と、振動腕部2、3の側面に形成された他方の励振電極7(6)とを、従来のものに比べてより正確に対向させた位置関係にすることができる。そのため、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
また、従来よりも高精度に溝部5及び圧電振動片1の外形を加工できるので、追加エッチングを行う必要がない。特に、従来の方法では、一対の振動腕部2、3の付け根の部分(股部)に、ヒレ状の突起部がエッチング加工後に残ってしまうことがあったが、本実施形態の製造方法によれば、そのようなことがない。そのため、電極を形成した後、股部におけるショートをなくすことができる。
次に、本発明に係る圧電振動片の第2実施形態を、図16から図25を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、圧電板20をエッチング加工する際に、先にドライエッチングを行った後、ウェットエッチングを行う順番であったが、第2実施形態では、先にウェットエッチングを行った後に、ドライエッチングを行う順番で製造する点である。
従って、第1実施形態と同様に、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
次に、本発明に係る圧電振動片の第3実施形態を、図26から図35を参照して説明する。なお、この第3実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第3実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、圧電板20をエッチング加工する際に、先にドライエッチングを行った後、ウェットエッチングを行う順番であったが、第3実施形態では、先にウェットエッチングを行った後に、ドライエッチングを行う順番で製造する点である。
詳細には、図30に示すように、まず圧電板20の両面にそれぞれフォトレジスト膜36をスプレー塗布等により成膜する。これにより、圧電板20及びエッチング保護膜36上に均等にフォトレジスト膜36が成膜される。そして、このフォトレジスト膜36を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、図31に示すように、溝部5の領域が空いた状態で、エッチング保護膜35上だけに残るようにパターニングする。この工程により、パターニングされたエッチング保護膜35は、溝部5の領域が空いた状態となる。
次いで、溝部5の領域が空いたエッチング保護膜35をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングにより圧電板20をエッチング加工する(S25)第2のエッチング加工を行う。これにより、図34に示すように、溝部5を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さh3分だけエッチングされた圧電板20の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板20の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部2、3及び基部4を完全に形成することができ、基部4に一対の振動腕部2、3が一体的に固定された圧電振動片1を得ることができる。
従って、第1実施形態と同様に、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
本実施形態の圧電振動子40は、図36に示すように、圧電振動片1と、気密端子41と、圧電振動片1を内部に封止した状態で気密端子41に接合されたケース42とを備えている。
上記ステム43は、金属材料(例えば、低炭素鋼(Fe)、鉄ニッケル合金(Fe−Ni)、鉄ニッケルコバルト合金(Fe−Ni−Co))で環状に形成されたものである。なお、ステム43の外周には、耐熱ハンダメッキや、錫銅合金や金錫合金等の図示しない金属膜が被膜されている。また、上記充填材45の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、2本のリード44は、ケース42内に突出している部分がインナーリード44aとなり、ケース42外に突出している部分がアウターリード44bとなっている。そして、このアウターリード44bが、外部接続端子として機能するようになっている。
本実施形態の発振器60は、図39に示すように、圧電振動子40を、集積回路61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60は、コンデンサ等の電子部品62が実装された基板63を備えている。基板63には、発振器60用の上記集積回路61が実装されており、この集積回路61の近傍に、圧電振動子40の圧電振動片1が実装されている。これら電子部品62、集積回路61及び圧電振動子40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。
また、集積回路61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60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。
始めに本実施形態の携帯情報機器70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。
無線部77は、音声データ等の各種データを、アンテナ85を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部78は、無線部77又は増幅部80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80は、音声処理部78又は音声入出力部81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81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。
なお、呼制御メモリ部84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82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。
なお、通信部74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86を備えることで、通信部74の機能をより確実に停止することができる。
本実施形態の電波時計80は、図41に示すように、フィルタ部81に電気的に接続された圧電振動子40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。
アンテナ82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83によって増幅され、複数の圧電振動子40を有するフィルタ部81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40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84、85をそれぞれ備えている。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部84、85は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
2、3 振動腕部
4 基部
5 溝部
8 励振電極
20 圧電板
21 エッチング保護膜(第1の保護膜)
22 エッチング保護膜(第2の保護膜)
30、35 エッチング保護膜(保護膜)
36 フォトレジスト膜(レジスト膜)
40、50 圧電振動子
60 発振器
61 集積回路
70 電子機器(携帯情報機器)
73 計時部
80 電波時計
81 フィルタ部
Claims (8)
- 平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記第1の保護膜を、前記溝部の領域を空けた状態で前記圧電振動片の外形形状にパターニングするパターニング工程と、
パターニングされた前記第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
露出している前記溝部を第2の保護膜の成膜により保護する保護工程と、
パターニングされた前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングする第1のパターニング工程と、
パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
パターニングされた前記保護膜をさらにパターニングして、前記溝部の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程と、
再度パターニングされた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングするパターニング工程と、
パターニングされた前記保護膜上に、前記溝部の領域を空けた状態でパターニングされたレジスト膜を重ねて形成するレジスト膜形成工程と、
パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
前記レジスト膜をマスクとしてパターニングされた前記保護膜の一部を除去して、該保護膜を前記溝部の領域を空けた状態にする第1の除去工程と、
前記溝部の領域が空いた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記保護膜及び前記レジスト膜を除去する第2の除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 平行に配された一対の振動腕部と、
該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、
前記一対の振動腕部の両面に、該振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、
前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を備え、
前記溝部は、圧電材料からなる圧電板から、ドライエッチングによりエッチング加工されており、
前記一対の振動腕部及び前記基部は、前記圧電板から、ドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って形成されていることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項4に記載の圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
- 請求項5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。
- 請求項5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。
- 請求項5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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