JP6738149B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents
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Description
その結果、CI値を低減して、振動特性に優れた圧電振動片を提供できる。
本態様によれば、エッチング工程において、圧電板の一方の面に対するプラズマの入射角度を30°以下に設定することで、上述した角部等を確実に緩斜面にすることができる。これにより、不要振動が誘発されるのを確実に抑えることができる。
本態様によれば、圧電板の面内方向のうち、少なくとも第1方向の両側からそれぞれプラズマを照射することで、圧電板のうち第1方向の両側を向く部分が第1方向の中心を通り厚さ方向に延びる対称線を軸として線対称となり易い。これにより、CI値を低減して、安定した振動特性を得ることができる。
本態様によれば、圧電板の各辺が同時にエッチングされるので、製造効率の向上を図ることができる。
本態様によれば、圧電板にメサ部を形成することで、振動発生源(圧電板のうち励振電極が形成された部分)で発生する振動エネルギーをメサ部内に閉じ込めることが可能になる。
特に、本態様によれば、メサ部に対してプラズマを照射することで、メサ部の側面を例えば自然結晶面よりも緩やかな緩斜面に形成できる。これにより、CI値の増加を抑えた上で、メサ部の厚さを増加することができ、上述した閉じ込め効果が顕著に奏功される。
さらに、外周部に対してプラズマを照射することで、外周部と圧電板の外周端面との角部を緩斜面に形成できる。これにより、メサ部の側面と外周部との稜線、外周部と外周端面との稜線等において不要振動が誘発されるのを抑制できる。
本態様によれば、パッケージに圧電振動片を実装するためのマウント領域として、突出部を利用することで、圧電振動片における振動発生源(励振電極が形成されている部分)とマウント領域との間の間隔を確保できる。これにより、振動発生源で発生する振動エネルギーがマウント領域を経てパッケージに伝播するのを抑制し、振動漏れを抑制できる。その結果、小型化を図った上で、長期に亘って優れた振動特性を備える圧電振動片を提供できる。
また、圧電板をパッケージにマウントするための実装部材との付着面積を確保できるので、実装部材と圧電板との接合強度を確保できる。
本態様によれば、突出部に対してプラズマを照射することで、突出部の一方の面が平坦面に形成されている場合に比べて、突出部の表面積を確保できる。これにより、突出部と実装部材との付着面積を確保し、実装部材と圧電板との接合強度をより向上させることができる。
この構成によれば、圧電板を小型化した場合であっても低いCI値を維持できる。すなわち、ATカット水晶基板はX軸とZ’軸で構成される。このような構成のもと、ATカット水晶基板が厚み滑り振動をしているとき、X軸とZ’軸では電気偏極が生じる。電気偏極は電荷の偏りであり、X軸では正弦波状、Z’軸では直線状になる。電気偏極が直線状になるZ’軸を長手方向とすることで、最も強い電荷が生じる辺を長くすることができる。強い電荷が生じる領域が広がれば、よりCI値は低くなる。したがって、Z’軸を長手方向とすることでより低いCI値を維持することが可能となる。
[第1実施形態]
<圧電振動片>
図1は、圧電振動片10の平面図である。
図2は、圧電振動子1の分解斜視図である。
図3は、図2のIII−III線に相当する断面図である。
図1〜図3に示すように、圧電振動片10は、厚みすべりモードで振動する圧電振動片10である。圧電振動片10は、圧電板11と、圧電板11を厚みすべり振動させる電極膜12と、を有している。
頂面24は、平面視において、Z’軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。頂面24は、Y’軸方向に直交する方向に延在する平坦面になっている。
図4に示すように、側面25は、頂面24の外周縁と表面額縁部22の内周縁とを接続している。具体的に、側面25は、−Y’側に向かうに従い圧電板11の外周側に向けて延びる傾斜面とされている。なお、側面25の表面額縁部22に対する傾斜角度θ1(仰角)は、例えば20°程度に形成されている。
頂面34は、平面視において、Z’軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。頂面34は、Y’軸方向に直交する方向に延在する平坦面になっている。
第2励振電極62は、裏面メサ部31の頂面34上に形成されている。第2励振電極62は、平面視で矩形状に形成されている。したがって、各励振電極61,62は、Y’軸方向で重なり合っている。なお、各励振電極61は、少なくとも対応するメサ部21,31の頂面24,34に形成されていれば、対応する側面25,35や額縁部22,32に跨って形成されていても構わない。
第1マウント電極63は、圧電板11のうち+X,+Z’側に位置する角部において、表面額縁部22、裏面額縁部32及び外周端面15に亘って形成されている。
第2マウント電極64は、圧電板11のうち+X,−Z’側に位置する角部において、表面額縁部22、裏面額縁部32及び外周端面15に亘って形成されている。なお、第2マウント電極64は、少なくとも裏面額縁部32側に形成されていれば構わない。
第2引き回し配線66は、圧電板11の裏面14において、第2励振電極62と第2マウント電極64とを接続している。
図2に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、上述した圧電振動片10と、圧電振動片10を気密封止するパッケージ70と、を備えている。
パッケージ70は、ベース基板71と、ベース基板71に重ね合わされたリッド基板72と、を備えている。ベース基板71及びリッド基板72は、ともにセラミックス材料等により形成されている。
底壁部71aの表面(+Y’側に位置する面)には、一対の内部電極75が形成されている。各内部電極75は、底壁部71aの+X側端部において、Z’側に間隔をあけて形成されている。また、底壁部71aの裏面(−Y側に位置する面)には、一対の外部電極(不図示)が形成されている。内部電極75及び外部電極は、底壁部71aをY’軸方向に貫通する貫通電極(不図示)によって電気的に接続されている。なお、内部電極75と外部電極との接続形態はこれに限定されるものではなく、例えば、セラミックシートの面方向に延出する配線を介して、内部電極75と外部電極とを接続する形態であってもよい。
次に、上述した圧電振動片10の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、ATカット水晶基板(以下、単にウエハSという。)から複数の圧電振動片10を一括で形成する方法について説明する。
本実施形態の圧電振動片10は、主にウエハ準備工程と、外形形成工程と、メサ部形成工程と、エッチング工程と、電極膜形成工程と、個片化工程と、を経て形成される。
ウエハ準備工程では、水晶のランバート原石をATカットして一定の厚みとしたウエハS(図5参照)をラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除く。その後、ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行なって所定の厚みのウエハSを準備する。なお、以下の説明において、ウエハSの表裏面は、上述した圧電板11の表裏面に対応している。
図5〜図8は、外形形成工程を説明するための工程図である。
図5〜図8に示すように、外形形成工程は、ウエハSのうち圧電振動片10の形成領域を圧電板11に対応する外形に形成する工程である。
まず図5に示すように、ウエハSの両面にエッチング保護膜80を成膜する。エッチング保護膜80は、例えばクロムを数10nm成膜したエッチング保護膜と、金を数10nm成膜したエッチング保護膜と、が順次積層された積層膜である。エッチング保護膜80は、ウエハSの両面に、それぞれスパッタリング法や蒸着法等によって成膜する。
以上により、外形形成工程が終了する。
図9〜図12は、メサ部形成工程を説明するための工程図である。
図9〜図12に示すように、メサ部形成工程は、ウエハSに形成された圧電板11の両面にメサ部21,31(図4参照)を形成する工程である。
続いて、図11に示すように、メサ部マスク91aをマスクとしてエッチング保護膜90にメサ部パターン90aを形成する。メサ部パターン90aの形成方法は、上述した外形パターン80a(図7参照)の形成方法と同様である。
以上により、メサ部形成工程が終了する。なお、メサ部形成工程の終了後、ウエハSは、複数の圧電板11がそれぞれ連結部を介してフレーム部(何れも不図示)に連結された状態となる。
図13に示すように、エッチング工程では、ウエハSに対してプラズマを照射する。具体的には、図示しない真空チャンバ内にウエハSを搬送した後、図示しないプラズマガンを用いてウエハSの表面に対してY’軸方向に対して交差する方向からプラズマを照射する(例えば、図13における矢印P)。すると、ウエハSのうち、プラズマが照射された部分が選択的にエッチングされる。例えばウエハSの各圧電板11のうち、表面メサ部21の側面25や、表面額縁部22と外周端面15とのなす角部等にプラズマが照射されることで、側面25や角部等がエッチングされる。これにより、側面25や角部等が自然結晶面よりも緩やかな緩斜面となる。なお、エッチング工程で用いるエッチングガスは、例えばSF6やCHF3等の反応性ガスでもよく、Ar等の不活性ガスでも構わない。
図14に示すように、本実施形態のエッチング工程では、各メサ部21,31の側面25,35の傾斜角度は、プラズマの入射角度(ウエハS(圧電板11)の表面に対する角度)が増加するに従い増加する傾向にある。そこで、エッチング工程では、圧電板11の表面に対するプラズマの照射角度を30°以下に設定することが好ましい。これにより、側面25,35の側面が自然結晶面よりも緩やかな緩斜面となる。特に、本実施形態では、プラズマの入射角度を6°程度に設定することがより好ましい。これにより、メサ部21,31の側面25,35の傾斜角度が20°程度に形成される。なお、プラズマの入射角度とは、プラズマガンの照射方向と、X,Z’軸面と、のなす角度である。
次に、電極膜形成工程において電極膜12をウエハS上に形成した後、個片化工程においてウエハSを各圧電板11毎に個片化する。
以上の工程により、ウエハSから複数の圧電振動片10を一括して製造することができる。なお、本実施形態では、外形形成工程の後、メサ部形成工程を行う方法について説明したが、これに限らず、メサ部形成工程の後、外形形成工程を行っても構わない。
この構成によれば、圧電板11におけるメサ部21,31の側面25,35や、額縁部22,32と外周端面15とのなす角部等が自然結晶面よりも緩やかな緩斜面に形成される。これにより、圧電板11の各稜線(例えば、頂面24,34と側面25,35との稜線や、側面25,35と額縁部22,32との稜線、額縁部22,32と外周端面15との稜線等)において不要振動が誘発されるのを抑制できる。
また、プラズマを照射することで、圧電板11の外面上の微細な凹凸を除去し、外面全体を平滑面に形成することができる。これにより、圧電板11の外面上で不要振動が誘発されるのを抑制できる。
その結果、CI値を低減して、振動特性に優れた圧電振動片10を提供できる。
特に、本実施形態では、メサ部21,31に対してプラズマを照射することで、メサ部21,31の側面25,35を緩斜面に形成できる。これにより、CI値の増加を抑えた上で、メサ部21,31のY’軸方向における厚さを増加することができ、上述した閉じ込め効果が顕著に奏功される。
さらに、額縁部22,32に対してプラズマを照射することで、額縁部22,32と外周端面15との角部を緩斜面に形成できる。これにより、側面25,35と額縁部22,32との稜線、額縁部22,32と外周端面15との稜線等において不要振動が誘発されるのを抑制できる。
次に、第2実施形態について説明する。図15は、第2実施形態に係る圧電振動片110の平面図である。第2実施形態では、圧電板111に突出部112,113を形成した点で第1実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
振動部114は、上述した第1実施形態におけるメサ部21,31及び額縁部22,32を有する部分である。
突出部112,113は、振動部114のうち、+X側端部であって、Z’軸方向の両端部にそれぞれ形成されている。
第2突出部113には、第2マウント電極122が形成されている。第2マウント電極122は、第2突出部113の全面(表面13、裏面14及び外側端面15)に亘って形成されている。第2突出部113は、圧電板11の裏面14上において、第2引き回し配線126を介して第2励振電極62に接続されている。
また、各突出部112,113における裏面14の外周部分には、裏面傾斜部116が形成されている。裏面傾斜部116は、外周側に向かうに従い+Y’側に延在している。各突出部112,113の裏面傾斜部116は、各突出部112,113と振動部114との接続部分で裏面額縁部32の裏面傾斜部37に連なっている。また、裏面傾斜部116の+Y’側端縁は、外周端面15の−Y’側端縁に連なっている。
なお、本実施形態において、各突出部112,113のY’軸方向の厚さは、メサ部21,31の頂面24,34間の離間距離と同等になっている。但し、各突出部112,113のY’軸方向の厚さは、額縁部22,32の離間距離と同等であっても構わない。
また、圧電板111と実装部材78との付着面積を確保できるので、実装部材78と圧電板111との接合強度を確保できる。
その結果、小型化を図った上で、長期に亘って優れた振動特性を備える圧電振動片110を提供できる。
また、突出部112,113の平面視外形は、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、圧電板が、Z’軸方向を長手方向とする構成について説明したが、これに限らず、X軸方向を長手方向としても構わない。
この構成によれば、圧電板11の面内方向のうち、少なくとも一方向の両側からそれぞれプラズマを照射することで、圧電板のうち一方向で対向する辺が一方向の中心を通りY’軸方向に延びる対称線を軸として線対称となり易い。これにより、CI値を低減して、安定した振動特性を得ることができる。
上述した実施形態では、圧電振動片として、メサ型のうち、表面13及び裏面14にそれぞれ一段のメサ部21,31が形成された構成について説明したが、これに限られない。例えば、メサ部を多段に形成してもよく、表面13及び裏面14の何れか一方の面のみにメサ部を形成しても構わない。
また、圧電振動片としては、メサ型に限らず、いわゆる逆メサ型やベベル型、コンベックス型であってもよく、平板状であってもよい。
11…圧電板
13…表面(第1面、一方の面)
14…裏面(第2面、一方の面)
21…表面メサ部(メサ部)
22…表面額縁部(外周部)
31…裏面メサ部(メサ部)
32…裏面額縁部(外周部)
61…第1励振電極(励振電極)
62…第2励振電極(励振電極)
110…圧電振動片
111…圧電板
112…第1突出部(突出部)
113…第2突出部(突出部)
114…振動部
Claims (5)
- ATカット水晶基板からなる圧電板の厚さ方向で対向する第1面及び第2面のうち、少なくとも一方の面に、厚さ方向に膨出するメサ部と前記メサ部の外側に位置する外周部とを形成するメサ部形成工程と、
前記メサ部形成工程が終了した後に、前記圧電板の前記一方の面に対してプラズマを照射するエッチング工程と、
エッチング工程が終了した後に、電極膜をウエハ上に形成する電極膜形成工程を有し、
前記エッチング工程では、前記メサ部及び前記外周部に対して前記厚さ方向に交差する方向からプラズマを照射することを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 前記エッチング工程では、前記圧電板の前記一方の面に対するプラズマの入射角度を30°以下に設定することを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片の製造方法。
- 前記エッチング工程では、前記圧電板の面内方向のうち、少なくとも第1方向の両側からそれぞれプラズマを照射することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧電振動片の製造方法。
- 前記エッチング工程では、前記厚さ方向を回転軸として前記圧電板を回転させながらプラズマを照射することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の圧電振動片の製造方法。
- 前記圧電板は、前記厚さ方向から見た平面視において、前記ATカット水晶基板のZ’
軸方向を長手方向とする矩形板状に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の圧電振動片の製造方法。
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