JP5244188B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents
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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、前記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。
初めに、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28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くなる。また、外形形状もウェットエッチングで加工しているため、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、いびつな形状になる。そのため、圧電振動片95に所望の形状の溝部92を精度良く形成することができない。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る。
ドライエッチングを行う際には、一般的にウエハ基板面におけるエッチングを行う領域以外に保護膜を形成した後に、ウエハ基板をドライエッチングして所望の形状に加工する。ここで、ウエハ基板に溝部92を形成するには、ウエハ基板を深堀する必要があるため、Ti、NiまたはCrなどの硬い金属元素の膜を保護膜として採用し、かつ、保護膜の膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、硬い金属元素の膜は、応力が大きいため、保護膜の膜厚を厚くすると、ウエハ基板の反りが発生するという問題がある。つまり、ウエハ基板が反った状態でドライエッチングをしても所望の溝部92を形成することができない虞がある。
本発明に係る圧電振動片の製造方法は、平行に配置された一対の振動腕部と、前記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前記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、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法であって、前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜をマスクとして前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、を有し、前記保護膜形成工程では、前記ウエハの第一面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第一保護膜形成工程と、前記ウエハの第二面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第二保護膜形成工程とを、交互に複数回行うことを特徴としている。
ここで、保護膜形成工程において、第一保護膜形成工程と第二保護膜形成工程とを交互に繰り返し、保護膜を所定厚さずつウエハの両面に対して交互に形成して所望の膜厚になるように構成したため、ウエハに保護膜を形成する際にウエハに反りが発生するのを防止することができる。つまり、所定厚さとは、ウエハに保護膜を成膜しても反りが発生しない程度の薄い膜のことであり、この所定厚さの保護膜をウエハの両面に対して交互に成膜することにより、保護膜形成時にウエハ両面に生じる応力が打ち消しあいながら保護膜が形成される。したがって、保護膜形成時にウエハに反りが発生しないため、ウエハをドライエッチングすることにより、所望の溝部を形成することができる。
ここで、保護膜形成工程において、保護膜をウエハの両面に対して同時に形成するように構成したため、ウエハに保護膜を形成する際にウエハに反りが発生するのを防止することができる。つまり、保護膜をウエハの両面に対して同時に成膜することにより、保護膜形成時にウエハ両面に生じる応力が打ち消しあいながら保護膜が形成される。したがって、保護膜形成時にウエハに反りが発生しないため、ウエハをドライエッチングすることにより、所望の溝部を形成することができる。
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している。
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している。
2 振動腕部
3 振動腕部
4 基部
5 溝部
8 励振電極
20 ウエハ
20a 一方の面(第一面)
20b 他方の面(第二面)
21 エッチング保護膜
22 エッチング保護膜
40 圧電振動子
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
以下、本発明に係る圧電振動片及び前記圧電振動片の製造方法の第1実施形態を、図1〜図18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、保護膜形成工程と、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、ウエハ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、一旦ウエハ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ウエハ20に重ねた後、前記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。
また、所定厚さt1の保護膜21aをウエハ20の両面に対して交互に形成して所望の膜厚のエッチング保護膜21になるように構成したため、ウエハ20に反りが発生するのを防止することができる。つまり、所定厚さt1とは、ウエハ20成膜しても反りが発生しない程度の薄い膜(保護膜21a)のことであり、この所定厚さt1の保護膜21aをウエハ20の両面に対して交互に成膜することにより、保護膜形成時にウエハ20の両面に生じる応力が打ち消しあいながらエッチング保護膜21が形成される。したがって、保護膜形成時にウエハ20に反りが発生しないため、ウエハ20をドライエッチングすることにより、所望の溝部5を形成することができる。
次に、本発明に係る圧電振動片の製造方法の第2実施形態を、図19、図20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実施形態とは、ウエハ20にエッチング保護膜21を成膜する成膜方法が異なるだけであり、その他の構成は略同一である。
本実施形態の圧電振動子40は、図21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。
次に、本発明に係る圧電振動片1を有する圧電振動子の他の例について、図22及び図23を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子として、圧電振動片1を蓋付きの箱の中に固定したセラミックパッケージタイプの圧電振動子50を例にして説明する。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図24を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた発振器60を例に挙げて説明する。
本実施形態の発振器60は、図24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。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図25を参照して説明する。なお電子機器として、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた携帯情報機器70を例に挙げて説明する。
初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。
このときの所定の電圧値は、通信部74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76から電圧降下の通知を受けた制御部72は、無線部77、音声処理部78、切替部79及び着信音発生部83の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部77の動作停止は、必須となる。更に、表示部75に、通信部74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。
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。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図26を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた電波時計を例に挙げて説明する。
本実施形態の電波時計80は、図26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。
例えば、溝部を形成する工程は、上述の方法ではなく、溝部を形成する領域にポリイミドテープなどのマスク部材を貼着した後に、ウエハ全面にスパッタを施し、その後、マスク部材を除去した後に溝部をドライエッチングにより形成してもよい。つまり、ウエハにおける溝部に相当する位置を露出させた後に、ドライエッチングにより溝部を形成すればよい。
Claims (2)
- 平行に配置された一対の振動腕部と、前記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前記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、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法において、
前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜をマスクとして前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、
前記溝部形成工程の後に、前記保護膜形成工程において形成された保護膜が隠れるまでエッチング膜を形成し、さらに前記エッチング膜をパターニングして圧電振動片の周囲を囲む領域を露出した状態とする工程と、を有し、
前記保護膜形成工程では、前記ウエハの第一面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第一保護膜形成工程と、前記ウエハの第二面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第二保護膜形成工程とを、交互に複数回行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 平行に配置された一対の振動腕部と、前記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、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法において、
前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、
前記溝部形成工程の後に、前記保護膜形成工程において形成された保護膜が隠れるまでエッチング膜を形成し、さらに前記エッチング膜をパターニングして圧電振動片の周囲を囲む領域を露出した状態とする工程と、を有し、
前記保護膜形成工程では、前記ウエハの両面に対して同時に前記保護膜を形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
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