JP2012147329A - 音叉型水晶振動片 - Google Patents

Abstract

【課題】 音叉型水晶振動片を吸着ノズルにより真空吸着する際に、水晶振動子上に形成した配線と吸着ノズルの接触により断線が生じてしまう。
【解決手段】 水晶振動子の吸着ノズルが接触する部位において、水晶振動子状上に溝を形成し、尚且つこの溝内に配線を施すことにより、吸着ノズルと配線が接触を回避でき、配線の断線を防止することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、音叉型水晶振動片に関わるものである。

近年、携帯機器などの小型化、薄型化に伴い、使用される電子部品について小型化、薄型化の要求が強くなっている。その中で、時計機能などのクロック源として用いられる音叉型水晶振動片の一つとして、振動脚部に振動特性を向上させるための溝部が設けられた所謂溝付き音叉型水晶振動片が知られている。

図５は、溝付き音叉型水晶振動片を示す図であり、（ａ）は音叉型水晶振動片の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。ここに示す溝付き音叉型水晶振動片は、水晶から成る圧電材料で構成され、蓋体とベース部からなる気密容器のベース部に固定されるマウント部２・３が設けられた基部１２と、基部１２からその主面に沿って延在する二つの振動脚４・５、更にこの二つの振動脚４・５の両主面に設けられた矩形状の溝６・７を備えている。この音叉型水晶振動片は全長約２ｍｍ、全幅約１ｍｍで有る。

前記音叉型水晶振動片は小型、大量生産の観点から一般的にフォトリソグラフィ技術を用いて水晶ウエハー上に作られる。前記音叉型水晶振動片は気密容器のベース部へ移戴、固定される工程において、水晶ウエハーより個片に分割された後、組立装置の吸着ノズルにより吸着され保持搬送が行われる。その際に用いられる吸着ノズルの直径は約０．２ｍｍ程度である。真空吸着においては吸着ノズルと吸着対象物とが密着するため、吸着ノズルは図１に示す溝付き音叉型水晶振動片上の比較的大きな平面である真空吸着域１を吸着することによって安定した保持搬送が出来、気密容器のベース部へ搭載される。また、組立装置に限らず治具間の移戴についても同様に真空吸着搬送が行われる。

特許文献１、更に特許文献２において、昨今の小型化要求にこたえるため、図５に示した音叉型水晶振動子からの変形として図６に示すような中央脚を備えた音叉型水晶振動片が提案されている。図６に示す音叉型水晶振動片は、平行に延びる棒状の２本の振動脚１０４・１０５と、前記２本の振動脚１０４・１０５の間に配置される中央脚１１０と、前記２本の振動脚１０４・１０５の一方の端部と前記中央脚１１０の一方の端部とをそれぞれ結合する基部１１２と、前記中央脚１１０の他方の端部と結合され、且つ前記中央脚１１２と直交し、前記振動脚１０４・１０５と干渉しないマウント部１０２・１０３とを備えたものである。この音叉型水晶振動片の寸法はおよそ長さ１．４ｍｍ、幅０．６ｍｍと図１に示した音叉型水晶振動片に比べ非常に小さなものとなっている。

特開２００２−１４１７７０号公報 特開２００９−１３０４４５号公報

音叉型水晶振動片は小型化の要求に伴い、図５で示した基部と基部から延伸する２本の振動脚を有する音叉型水晶振動片形状から、図６に示す中央脚を有する形状へと変化をしてきている。フォトリソグラフィ技術により形成されたこれらの音叉型水晶振動片は、電子部品として使用されるに際して、真空に保たれた気密容器内に収納される必要がある。

音叉型水晶振動片を気密容器のベース部に移戴し、接着固定する組立工程において前記音叉型水晶振動片は、現状最も安定的な部品保持を行う方法の一つである真空吸着法が用いられる。真空吸着は、吸着ノズルが音叉型水晶振動片に接触し、吸着ノズル内が減圧されることによって音叉型水晶振動片を保持するものである。しかし、この接触によって少なからず物理的なダメージを音叉型水晶振動片は負うこととなった。

図５に示した従来の音叉型水晶振動片では、吸着ノズルの大きさに対して真空吸着域１が十分大きく取れ、且つ音叉型水晶振動片上の配線８・９の幅が広い位置で吸着ノズルによる保持搬送がなされていた。そのため、接触部位で生じる接触ダメージによる断線は顕在化していなかった。一方、図６に示した音叉型水晶振動片は、図５の音叉型水晶振動片に比べ、より小型で複雑な形状となったため、真空吸着による保持搬送を行うための真空吸着域を確保することが困難となり、且つ音叉型水晶振動片上に設けた配線１０８・１０９の幅が非常に細くなったため、吸着ノズルが音叉型水晶振動子上に配置された配線を横断してしまう状況が発生してきた。その結果として、吸着ノズルが与える配線部位への接触ダメージにより、配線の断線が生じる状況が出てきた。

上記課題の解決のために考えられる手段として、配線に傷を付けにくくする柔らかいノズル材質の選定、音叉型水晶振動片上の配線位置あるいは音叉型水晶振動片の形状変更が挙げられる。まずノズル材質の変更であるが、音叉型水晶振動片上に成膜された配線の膜厚は通常３０００Å以下と非常に薄いものである。そのため、例え柔らかい材質を選定したとしても配線膜が受ける接触ダメージを回避することは困難である。また、一般的に表面実装型水晶振動子の気密容器として用いられるセラミックス、あるい音叉型水晶振動片の原材料である人工水晶は非常に硬度が高く、ノズル材質として挙げられる柔らかい材料の樹脂あるいはゴムとの硬度差は明らかであり、接触による磨耗はノズル側が負うこととなる。ノズルの磨耗は、自身から発生する異物による製品の汚染、あるいは保持搬送におけるの長期安定性欠如の一因となるため、柔らかい材質のノズル選択は困難となる。

次に音叉型水晶振動片上の配線位置変更、音叉型水晶振動片の形状変更である。音叉型水晶振動子は圧電特性を利用した電子部品であり、その配線位置は外形形状とともに考慮されるべき設計要因となっている。所望の特性を得る形状は通常、シミュレーションを用いて設計されるが、形状はその設計手法により一意に決定され、また、形状そのものにより特性値が決定されるため、容易に変更することは困難である。

さらに水晶は異方性結晶として広く知られている材料であり、本発明による音叉型水晶振動片の外形形状は一般的にはウェットプロセスによって形成される。バッファードフッ酸等による水晶のエッチングにおいて、音叉型水晶振動片の側面形状は結晶方位、バッファードフッ酸での処理時間、温度等によってエッチング残渣形状が様々である。音叉型水晶振動片上に配置される電極は主面から側面を経由して反対主面へと通じるが、この主面と側面との引き回しは、電極のより安定した配線パターニングが可能である部位、つまり製造上のバラツキにより大きく残渣形状が変化しない位置を選択し、設計される。従って、容易な配線位置変更は配線形成工程でのパターニングにおいて断線あるいは短絡といった製造上の問題を引き起こす可能性が高くなり、更には副振動を誘発させるといった問題も内包する可能性がある。

これまでの検討より、音叉型水晶振動片の安定した真空吸着による保持搬送を行うにあたって、吸着ノズル材質としては金属製（より一般的にはステンレス製）あるいはそれに順ずる硬度を持った材質のものを用いることが現状では最適であると判断できる。

そこで、本発明は真空吸着による音叉型水晶振動片の保持搬送動作において、音叉型水晶振動片と吸着ノズルの接触により、音叉型水晶振動片上に形成された配線を断線させることのない音叉型水晶振動片を提供することを課題とする。

本発明の音叉型水晶振動片は、平行に延びる棒状の２本の振動脚と、前記２本の振動脚の間に配置される中央脚と、前記２本の振動脚の一方の端部と前記中央脚の一方の端部とをそれぞれ結合する基部と、前記中央脚の他方の端部と結合され、且つ前記中央脚と直交し、前記振動脚と干渉しないマウント部とが一体形成され、前記２本の振動脚を振動させる励振電極と、前記マウント部に配置され外部との電気的接続を行う接続電極と、前記励振電極と前記接続電極とを接続する引き回し配線とを備え、前記マウント部に配置された接続電極の２点と前記中央脚の所定の１点の合計３点で接続固定された水晶振動片において、前記中央脚の一方の主面に複数の溝を有し、前記引き回し配線が、前記複数の溝の少なくとも一つを含む領域に配置されるているものである。

さらに本発明の音叉型水晶振動片は前記水晶振動片の前記中央脚に設けた前記複数の溝の長さＬと、幅Ｗは、前記水晶振動片の移載時に前記中央脚部を吸着する吸着ノズルの直径ＮＬと、
Ｗ＜ＮＬ＜Ｌ
の関係にあり、かつ、前記複数の溝の深さが、前記引き回し配線の膜厚より大きく、前記中央脚を貫通しない範囲であることである。

さらに本発明の音叉型水晶振動片では、前記接続電極が、２極端子であり、前記引き回し配線は、第一引き回し配線と第二引き回し配線とからなり、前記中央脚において、前記第一引き回し配線は、前記中央脚の一方の主面に設けられた前記複数の溝を含む領域に配置され、前記第二引き回し配線は、前記主面とは異なる面に配置されるている。

本発明により、真空吸着による音叉型水晶振動片の保持搬送において、音叉型水晶振動片上の吸着ノズルによる吸着域において吸着ノズルと配線が直接触れることを抑制できるため、音叉型水晶振動片上の配線の吸着ノズルと配線との接触により生じる断線発生率を抑制することが可能となり、音叉型水晶振動片の安定した発振特性の確保、製造上の歩留確保において効果を確認することが出来た。

本発明の実施形態を図を用いて、以下に説明する。図１は、本発明による音叉型水晶振動片を示す図であり、（ａ）は音叉型水晶振動片の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、(ｃ)は中央脚溝の拡大断面図である。図２は、本発明による音叉型水晶振動子の真空吸着域を示す図である。図３は、本発明による音叉型水晶振動片を気密容器に固着した状態を示す図である。図４は、本発明の音叉型水晶振動子の製造方法を説明するプロセスフローである。図７は、気密容器を示す図である。

図１に示すように、本発明の音叉型水晶振動片の中央脚１１０には、中央脚溝１１１が設けられ、配線１０９として用いられる電極膜が、中央脚溝１１１を含む領域に配置されている。この音叉型水晶振動片を、吸着ノズルを用いて真空吸着搬送を行う際は、図２に示す真空吸着域１０１で吸着保持し、図７に示すような気密容器のベース部２１４へ搭載される。

次に本発明の音叉型水晶振動片の製造方法を図４のプロセスフローを用いて説明する。

人工水晶の原石から切り出された水晶ウエハーは、まず１．耐蝕膜成膜において、音叉型水晶振動片の外形形状を得る際に用いるフッ酸とフッ化アンモニウムの混合物であるバッファードフッ酸あるいはフッ化アンモニウム溶液に対して耐蝕性の有る金膜を、密着層となるクロム膜を介して水晶ウエハー両面に成膜する。成膜方法としては、スパッタ法や蒸着法が用いられる。

２．外形パターニング工程は、前記水晶ウエハー上に音叉型水晶振動片の外形を形作る工程である。スピンコート法あるいはスプレーコート等の方式により耐蝕膜を成膜した水晶ウエハーの表裏両面にフォトレジストを塗布し、プリベーク後、露光装置により音叉型水晶振動片の外形形状を、ウエハーの表裏両面に表裏パターンの位置ズレが極力少なくなる様、位置決めをした後、露光を行う。

３．現像エッチング工程では、前記水晶ウエハーを有機又は無機のアルカリ現像液により浸漬あるいはスプレー方式で、フォトレジストの現像を行う。フォトレジストにポジ型を用いた場合、感光部の溶解が行われ、ネガ型を用いた場合には未感光部が溶解される。これまでの工程により、水晶ウエハー上にはフォトレジストによる音叉型水晶振動片形状が得られる。次いで、必要に応じて金膜のエッチング、さらに必要であれば密着層であるクロム膜のエッチングを行い、レジストと耐蝕膜による音叉型水晶振動子形状を得る。その後、必要であればフォトレジストの剥離工程と次の工程に備えたフォトレジストの再度の塗布工程を行う。ここで、金膜のエッチングにはヨウ素とヨウ化カリウムあるいはヨウ素とヨウ化アンモニウムを主成分とするエッチング液が用いられ、クロム膜のエッチングには硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分とするエッチング液が用いられる。

４．中央脚溝形状パターニング工程は、本発明の特徴となる中央脚１１０への溝形状を形成する工程となる。工程手順は２．外形パターニング工程とほぼ同様である。レジストが塗布された水晶ウエハー上の中央脚部に、露光装置により溝形状を露光し、さらに有機又は無機のアルカリ現像液により浸漬あるいはスプレー方式で現像を行うことで、水晶ウエハー上に成膜されたレジスト上に溝形状を形成することが出来る。ここで、溝形状は水晶ウエハーの両面に形成するのではなく、音叉型水晶振動片が個片化された後、吸着搬送される面にのみ露光、現像する。

５．水晶エッチング工程は、前記水晶ウエハーをバッファードフッ酸あるいはフッ化アンモニウム溶液中に浸漬させることにより、水晶ウエハー上に露出した水晶面をエッチングする工程である。まずは音叉型水晶振動片の外形形状のエッチングを行う。バッファードフッ酸あるいはフッ化アンモニウム溶液によるエッチングにおいては水晶ウエハーの表裏両面よりエッチングが進行する。このエッチングは水晶ウエハーの厚さ方向が貫通した後も一定時間エッチングを進行させ、所望の形状となるまで行うこととなる。ここで、所望の形状であるが、水晶の異方性により生じるエッチング残渣が設計値まで小さくなることを示す。本工程において、音叉型水晶振動片の外形形状を得た後、一旦、バッファードフッ酸あるいはフッ化アンモニウム溶液によるエッチング処理は中断され、４．中央脚溝形状パターニング工程において形成された、中央脚溝部内に露出した金膜と密着層であるクロム膜を順次エッチングし、溝部の水晶面を露出させる。

その後、再度バッファードフッ酸あるいはフッ化アンモニウム溶液により所望の時間、水晶面のエッチングを行うことで、中央脚に設けた溝形状パターニング部は、主にエッチング時間と温度によって決まる、ある深さを持った溝として形成される。次いで、必要に応じて水晶ウエハー上に残ったフォトレジスト及び金膜、クロム膜を剥離する。以上の工程を経ることにより、水晶ウエハー上に、中央脚に溝形状を有する多数の音叉型水晶振動片を形成することが出来る。

６．電極形成工程では、水晶ウエハー上に形成した音叉型水晶振動片に電極の配線を行う。スパッタ法あるいは蒸着法により、電極となる金膜と密着層であるクロム膜を水晶ウエハーの全面に成膜する。その後、ウエハー全面にスプレー法あるいは電着法といった手法により、レジスト塗布を行い、電極形状の露光、現像、そして金膜とクロム膜のエッチングを順次行い、レジスト剥離を行うことで電極形成終了となる。以上の工程により、水晶ウエハー上への音叉型水晶振動片形成が終了となり、次いで、音叉型水晶振動片を収納する気密容器への組立工程、周波数調整工程等を経て、真空封止を行う工程へと移る。

７．組立工程において、水晶ウエハー上には多数の音叉型水晶振動片が形成されているので、まず水晶ウエハーから個々の音叉型水晶振動片に分離することが必要となる。分離分割する方法としてはレーザーによる切断、あるいは治具により一括で折り取る方法がある。いずれかの方法により、音叉型水晶振動片は水晶ウエハーより分離分割され、パレット上へ整列される。前記パレットは音叉型水晶振動片を図７に示すような蓋体２１５とベース部２１４からなる気密容器のベース部２１４へと移戴する組立装置にセットされる。組立装置においてはまず、図３に示すようにベース部２１４の導通接着部２１３に音叉型水晶振動片を接着固定するための導電性接着剤を塗布する。その後、パレット上に整列している音叉型水晶振動片を吸着ノズルにより、音叉型水晶振動片の真空吸着域１０１を真空吸着し、必要であれば画像処理による音叉型水晶振動片の位置補正を行った後、先に導電性接着剤を塗布したベース部へと移戴し、固着する。

音叉型水晶振動片の真空吸着域１０１には、配線１０８が設けられているが、長さＬが吸着ノズルの直径ＮＬより長く、深さＤが配線１０８の厚さより深い中央脚溝１１１を含む領域に設けているため、配線１０８への吸着ノズルの接触ダメージによる断線を防止できる。また、中央脚溝１１１の幅Ｗが、吸着ノズルの直径ＮＬより狭く形成されている。真空吸着は周知の通り、吸着ノズルが音叉型水晶振動片に密着し、漏れが無い状態でノズル内部を減圧することで吸着効果を得る方式である。本発明において設けた中央脚の溝部はこの規則に反し漏れが生じてしまう構造となるが、極力漏れを少なくするために溝の長さがノズル径より長く、更に溝幅をノズル径より小さくすることでノズルと音叉型水晶振動片の接触域を大きく取り、且つ配線部とノズルとの接触を避けることで、安定した保持搬送と配線保護の目的を達することが可能となる。

その後、音叉型水晶振動片は、８．周波数調整工程を経て、９．封止工程で、ベース部２１４に蓋体２１５をかぶせ、音叉型水晶振動片の気密封止を行い完成体となる。

尚、７．組立工程において、組立装置における音叉型水晶振動片の真空吸着による保持搬送を説明したが、組立装置に限らず音叉型水晶振動片を真空吸着により保持搬送され装置においても本発明は有効である。

尚、上述したプロセスフローでは、振動脚１０４・１０５に溝１０６・１０７を形成する工程を省略したが、２．外形パターニングや、４．中央脚溝形状パターニングと同時に行うことで溝形状を形成することは可能である。

本発明による音叉型水晶振動片を示す図 本発明による音叉型水晶振動子の真空吸着域を示す図 本発明による音叉型水晶振動片を気密容器に固着した状態を示す図 本発明の音叉型水晶振動子の製造方法を説明するプロセスフロー 従来の溝付き音叉型水晶振動片を示す図 従来の中央脚を備えた音叉型水晶振動片を示す図 気密容器を示す図

１ 真空吸着域
２ マウント部
３ マウント部
４ 振動脚
５ 振動脚
６ 溝
７ 溝
８ 配線
９ 配線
１２ 基部
１０１ 真空吸着域
１０２ マウント部
１０３ マウント部
１０４ 振動脚
１０５ 振動脚
１０６ 溝
１０７ 溝
１０８ 配線
１０９ 配線
１１０ 中央脚
１１１ 中央脚溝
１１２ 基部
２１３ 接着導通部
２１４ ベース部
２１５ 蓋体

Claims (3)

1. 平行に延びる棒状の２本の振動脚と、前記２本の振動脚の間に配置される中央脚と、前記２本の振動脚の一方の端部と前記中央脚の一方の端部とをそれぞれ結合する基部と、前記中央脚の他方の端部と結合され、且つ前記中央脚と直交し、前記振動脚と干渉しないマウント部とが一体形成され、前記２本の振動脚を振動させる励振電極と、前記マウント部に配置され外部との電気的接続を行う接続電極と、前記励振電極と前記接続電極とを接続する引き回し配線とを備え、前記マウント部に配置された接続電極の２点と前記中央脚の所定の１点の合計３点で接続固定された水晶振動片において、
   前記中央脚の一方の主面に複数の溝を有し、前記引き回し配線が、前記複数の溝の少なくとも一つを含む領域に配置されることを特徴とする水晶振動片。
2. 前記水晶振動片の前記中央脚に設けた前記複数の溝の長さＬと、幅Ｗは、前記水晶振動子の移載時に前記中央脚部を吸着する吸着ノズルの直径ＮＬと、
   Ｗ＜ＮＬ＜Ｌ
   の関係にあり、かつ、前記複数の溝の深さＤが、前記引き回し配線の膜厚より大きく、前記中央脚を貫通しない範囲であることを特徴とする請求項１記載の水晶振動片。
3. 前記接続電極は、２極端子であり、前記引き回し配線は、第一引き回し配線と第二引き回し配線とからなり、前記中央脚において、前記第一引き回し配線は、前記中央脚の一方の主面に設けられた前記複数の溝を含む領域に配置され、前記第二引き回し配線は、前記主面とは異なる面に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の水晶振動片。

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