JPH0955635A - 圧電デバイスの分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォトエッチング技法等により、大型圧電基板
上に多数形成した凹陥状超薄肉部を有する圧電デバイス
において、前記の大型基板から各圧電デバイスを容易に
分離することを目的とする。 【課題が解決する手段】大型圧電基板上にバッチ処理で
多数の凹陥状のチップ振動子を形成すると同時に、その
周囲の厚肉部に分割用溝を格子状にフォトエッチング技
法で形成するか、または、機械加工で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバッチ処理により形成し
た複数の圧電デバイスを大型圧電基板から切り離す方法
に関し、例えば、基本波振動で数１０乃至数１００ＭＨ
ｚに及ぶ共振周波数を得ることの出来る超薄板圧電デバ
イスの基板からの分離方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、各種通信機において、高周波化、高
安定化や小型化への要求が強まり、これに呼応すべく種
々の工夫がなされてきた。従来より圧電デバイス（振動
子、フィルタ）として多用されてきた一般のＡＴカット
水晶振動子は、周波数ー温度特性が極めて優れている
が、その共振周波数は板厚に反比例するため、製造技術
及び機械的強度の観点から４０から５０ＭＨｚ程度が限
界であった。上述の如き限界を解決するため、超高周波
圧電デバイスが既に、特開平３ー２３５４０８に開示さ
れている。即ち、図３（ａ）、（ｂ）に示すような圧電
共振子が研究され、実用に供されている。ここで、図３
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。該圧電
共振子は図１（ａ）に示す如く、ＡＴカット水晶板１の
片面の中央部に機械加工またはエッチング加工によって
凹陥部２を形成すると共に、超薄肉の振動部と凹陥部２
の周縁の厚肉部３とを一体的に構成する。凹陥部２の底
面に位置する超薄肉部である振動部４の厚さを、所望の
周波数の厚さ、例えば、約１７(mの超薄板とすれば１０
０Ｍｈｚの基本波共振周波数を得ることができる。

【０００３】この様な超薄板圧電デバイスにおいては、
図３（ａ）、（ｂ）に示す様に、凹陥部２周縁部のブロ
ック外周部の厚肉部３は超薄肉の振動部４の周縁部を機
械的に支持する上で不可欠部分である。上記ような構造
を有する圧電基板の凹陥部の内側壁全面に図３（ｂ）に
示すように導体膜５を付着すると共に、その反対面の表
面に、部分電極７および、これから素板の端縁に延びる
電極リード８を真空蒸着等の手法を用いて付着すれば、
共振周波数の極めて高い圧電振動子を得ることができ
る。図３（ｃ）は大型圧電基板１０上に上記超薄板振動
部４を多数バッチ処理で形成した平面図であり、そのＢ
ーＢ断面は図３（ｄ）のようになる。従来、この様にバ
ッチ処理にて同一基板上に多数形成した圧電デバイスを
個々に分離する方法としては、図３（ｃ）に示す点線９
に沿って大型圧電基板１０をダイシングで切断してい
た。通常上記点線は、フォトリソグラフィ手法で電極を
形成する際に、同時に形成され、ダイシング時の案内線
として利用していた。分離された各チップ振動子は、例
えば、フラット・パッケージに固定し、ボンディング等
の方法で電気的導通を図り、さらに、周波数の微調整を
行い、蓋を取り付けて振動子として完成する。

【０００４】しかしながら、上述したような従来の大型
圧電基板から個々のデバイスの分離方法では、アルミニ
ュウム（Ａｌ）などの物質を蒸着して電極パターンを形
成し、必要ならば周波数調整を行った後、多量の水を供
給しながらダイシング等でチップ振動子に分離する工程
をとるため、該チップ振動子は多量の水を被り、あるい
は研削屑等が付着し、電極膜の酸化や汚染をもたらし、
結果として周波数ー温度特性や周波数エージングの劣化
を招くという欠陥があた。さらに、機械的に切断するた
め機械的歪みが残存することによる共振周波数の大幅な
ずれや、超薄板の破損を招く等による不良品の発生をき
たすという不具合もあった。

【０００５】

【発明の目的】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、大型圧電基板上に多数形成したデバイスを個々に分
離する際、水を必要とせず、しかも研削屑等の付着生ず
ることのない圧電デバイスの分離方法を提供することを
目的とする。

【０００６】

【発明の概要】上記目的を達成するために、本発明にお
いては大型圧電基板上にバッチ処理手法を用いて複数の
凹陥状超薄板デバイスを形成する際、該基板の分離が容
易に行えるように、超薄肉部とその周辺を保持する環状
囲繞部の周縁を囲むように格子状に溝を設け、または、
溝と該溝の破損を防ぐ補強部を併せ設けた溝をエッチン
グ等の手法で上記圧電基板上に形成し、該溝に基づいて
分離するようにしたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施例】以下、添付した図面に示した実施例に
より本発明を詳細に説明する。実施例の説明に先立っ
て、本発明の理解を助けるため本発明の基礎となる超薄
板圧電振動子が何故にその凹陥部に全面電極を、その対
向面側に部分電極を設けるような電極構成を採用するか
について簡単に説明する。第一に真空蒸着技術の観点か
ら前述した如き圧電基板の凹陥部側振動部に部分電極
を、また該電極から前記凹陥部の内側壁および段差を越
えて幅の狭い電極リードを延長することは、圧電基板を
水平に対し傾けて蒸着を行う等の面倒な手法を用いれば
ともかく、極めて困難であって電極リードの導通確保に
不安があるため、該面を全面電極としいずれかの部分で
必ず電極リードを確保し得るようにしたものである。

【０００８】第二にこの様なタイプの振動子は元来、デ
バイスの超小型化を目的とし、圧電振動子のサイズは例
えば３ｍｍｘ３ｍｍ以下としたい。そうならば、一枚の
圧電ウェハー上にバッチ処理で一挙に多数のチップを形
成し、最後にこれを個々のチップに切断する方法を採用
できる。この場合、上述したタイプの電極構成を採用す
れば、ウェハーの一面には単に導体膜の全面蒸着を行え
ば足り、フォトマスクあるいはフォトリソグラフィ用マ
スクの微妙な位置合わせを要しないので、生産効率、歩
留まりを向上し、コスト低減することができる。以上の
如き理由により、超薄板圧電振動子は凹陥側に全面電極
を付着することを基本とするものである。

【０００９】図１に本発明に係わる一実施例を示す。図
１（ａ）は分離用溝を大型圧電基板上に如何に構成する
かを説明する平面図で、ＡＴカット水晶圧電基板１０の
片面上にフォトリソグラフィ技法を用いたエッチング加
工で多数の凹陥部１１を形成し、その周辺には保持用環
状囲繞部１２を残すように形成し、該環状囲繞部１２を
取り囲むように周縁に溝１３、１４を格子状に形成す
る。この溝１３、１４は凹陥部の形成と同時にエッチン
グによって形成してもよいが、凹陥部を機械加工で形成
した後、その凹陥部を保持する厚肉の周縁部を取り囲む
ように溝１３、１４を格子状に機械加工で構築してもよ
い。溝をエッチング加工で形成する場合は、溝の幅及び
深さは、エッチング量と結晶軸方向とに依存する。実験
による一例を挙げると、共振周波数９０ＭＨｚの超薄板
振動子では、一般に厚さ約８０(mの大型圧電基板を用
い、凹陥部の底面の振動部位では厚さは約１８(mとな
る。この時の溝の幅および深さに関するデータの一例を
示すと、図１（ａ）の左隅に示された軸方位にそって、
Ｚ’軸方向に溝を形成するする場合、溝用マスクパター
ンの幅を６０(mとすると、エッチング後の溝幅は８５
(m、溝の深さは約４０(mとなった。またＸ軸方向に沿っ
て溝を形成するする場合、マスクパターンの溝幅を７０
(mとした時、エッチング後の溝幅は８３(m、溝の深さは
約４３(mであった。また、エッチング後の溝は水晶の結
晶の特性上深さ方向に楔型状になり、この溝構造は溝の
反対側から力を加えて分離するのに、適した構造になっ
ている。

【００１０】図１（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａにおけ
る断面図で凹陥部１１とＺ’軸方向の溝１４を示し、ま
た、図１（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図で
凹陥部１１とＸ軸方向の溝１３を示している。さらに、
上記凹陥部１１、環状囲繞部１２および分離用溝１３、
１４を詳しく図示すれば、図１（ｄ）、（ｅ）に示す如
くなり、（ｄ）は平面図、（ｅ）は（ｄ）のＣ−Ｃにお
ける断面図である。図１（ｄ）、（ｅ）において１１は
凹陥部、１２は環状囲繞部、１３はＸ軸方向の分離用
溝、１４はＺ’軸方向の分離用溝、１５は凹陥部の底面
の振動部位を表す。また、１６は凹陥部の対向面の平坦
部にフォトリソグラフィ技術で形成された部分電極、１
７は該部分電極から周縁部に延びた電極リード、１８は
外部端子と電気的導通を図るボンディング用パッドを表
す。図１（ｄ）の凹陥部側の全面にはＡｌの導体膜が蒸
着され電極となっている。同様に図１（ｅ）は（ｄ）の
横断面を表し、圧電基板の厚さおよび電極膜厚を拡大し
て表しており、凹陥部の振動部１５、Ｘ軸方向の溝１
３、部分電極１６及び凹陥部側および凹陥内側壁にもＡ
ｌの導体膜１９が全面に、蒸着等の方法で形成されてい
る。超薄肉の振動部を平坦部の部分電極と凹陥部側の全
面電極で挟んで振動子が構成される。

【００１１】上記のように、大型圧電基板上に形成され
た超薄板の凹陥部側表面および側壁面の全面に蒸着等の
手法で全面電極を、対向面に部分電極を付着し、周波数
調整した後、上記分離用溝１３、１４の対向面側からカ
ミソリ状のブレードで力を加えれば、容易に個片に分離
することが出来る。本発明の分離法を採用すれば、従来
のダイシングによる切断のように水を使うこともなく、
研削屑が電極部等を汚染する事もない。また機械的歪み
も加わらないため、振動子としての周波数ー温度特性、
エージング等が良くなるのみならず圧電基板の分離工数
が大幅に短縮され、コスト低減にも充分に貢献する。分
離された超薄板振動子の斜視図及び断面図は図３
（ａ）、（ｂ）と同様の構造となるが、若干溝部分に割
り残しが生じる。もし、それが邪魔になる場合は、簡単
に削り落とせばよい。

【００１２】なお、図１（ａ）に示す如き分離用溝を構
築すると、大型圧電基板の取り扱いにおいて僅かの衝撃
が加わってだけで該基板の一部が不用意に割れ分離する
場合が考えられ、バッチ処理を本来の流れとする工程に
問題を生じる虞れがある。これを改善する目的でなされ
たのが、図２（ａ）に示す本発明の第二の実施例であ
る。同図は、凹陥部１１、その周辺を保持する環状囲繞
部１２、分離用溝１３、１４を示したもので、この実施
例ではＸ軸方向の溝１３とＺ’方向の溝１４が交叉する
部分にエッチングせず元の圧電板の厚さのまま残した溝
の補強部２０を設けた点が特徴である。図２（ｂ）は、
同（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。１３はＸ軸方
向の分離溝、１４はＺ’軸方向の溝、２０は補強部を表
す。即ち、図１に示す如く分離用溝を連続して構成する
ことなく例えば、Ｘ軸、Ｚ’軸方向の溝が交叉する部分
の溝を除去し、補強部２０を設けた構造とした。当該溝
構造とすれば、基板に加わる衝撃による基板の破損等は
大幅に低減され、大型圧電基板の取り扱いがはるかに容
易になり、実験によってもその効果が確認された。

【００１３】さらに、本発明に係わる第三の実施例の平
面図を図２（ｃ）に示す。本実施例は図２（ａ）の補強
部付き溝構成を更に改良した別の実施例で、凹陥部の周
辺の環状囲繞部１２を取り囲んで、Ｘ軸に沿った分離用
溝１３およびＺ’軸に沿った分離用溝１４を、格子状に
配置された環状囲繞部１２の角毎に補強部２１を４カ所
設ける構造とし、大型圧電基板を取り扱う際の衝撃によ
る該基板の破損を極力減少させる構造としたものであ
る。大型圧電基板を個片振動子に分離するに際し、溝が
構築されている対向面から溝に沿って、カミソリ状のブ
レードを用い僅かの力を加えるだけで容易に分離するこ
とができる。上記に詳述したように、大型基板にエッチ
ング手法を用いて凹陥状の振動部を形成する際に、本発
明に係わる分離用溝を同時に形成すれば、上記したよう
な振動子の特性改善のみならず工数を大幅に削減でき、
コスト低減に大いに貢献できる。

【００１４】なお、本発明の実施例としてＡＴカット振
動子を例示したが、これは一例に過ぎず、本発明の実施
に際しては、振動子に限定する必要はなく、例えば超薄
板を用いた高周波二重モードフィルタに適用できること
は当然である。ただ異なる点は凹陥部の底面の振動部に
全面電極を、対向面側の平坦面に所定の間隙を隔して分
割した部分電極を付着するとすると共に、各電極から電
極リードを厚肉の環状囲繞部まで延長し、該環状囲繞部
にボンディング用のパッドを形成し、３端子構成とする
点である。このように構成することによって分割電極上
に対称振動と反対称振動を励起させ、且つ２つのモード
を結合させてフィルタを構成するものである。また圧電
基板も水晶に限定する必要はなくエッチングが可能な圧
電基板、例えばリン酸アルミ（ＡｌＰＯ３）あるいは四
ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）の如き圧電材料を用
いて超薄板の圧電デバイスを形成するに当たっても、本
発明が適用できることは自明である。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エッチン
グ手法で超薄肉の振動部とそれを保持する厚肉の環状囲
繞部とを一体的に形成すると同時に、厚肉の環状囲繞部
の周囲に溝を構成したので、大型圧電基板より個片振動
子を分離する方法として、従来のダイシングによる分離
法から、該溝の対向面側からブレード状のもので力を加
えることによって、容易に個片振動子に分離できる。従
って、水分や研削屑による電極膜の酸化あるいは劣化を
防止することができ、またダイシングによる機械的歪み
を受けることがないため、振動子の周波数ー温度特性や
周波数エージング特性を大幅に改善することができる。
また、ダイシングによる切断加工時間および洗浄時間に
比べ本発明の溝による分離方法は、フォトリソグラフィ
用マスクが少しく複雑化することのみではるかに効率的
で、コスト低減と歩留まり向上を図る上で著しい効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、および
（ｅ）は本発明の一実施例を示す図で、（ａ）は大型圧
電基板上に形成した凹陥部とそれを取り囲む格子状の分
離用溝を表す図、（ｂ）及び（ｃ）は夫々Ｘ軸および
Ｚ’軸方向の断面図、（ｄ）は凹陥部とそれを囲む分離
用溝を拡大した平面図、（ｅ）はその断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の第二の実施例を示す図で、補
強部を付加した分離用溝の構成を示す図、（ｂ）は
（ａ）の断面図、（ｃ）は第三の実施例で補強部を付加
した分離用溝構成を示す図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は従来の超
薄板振動子を説明する図で、（ａ）は超薄板振動子の斜
視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は大型圧電基板上に超薄
板振動子を形成しダイシングで切断するための案内線を
示した図、（ｄ）はその断面図である。

【符号の説明】

１ 水晶板（ブロック） ２、１１ 凹陥部 ３、１２ 環状囲繞部 ４、１５ 振動部 ５、１９ 全面電極 ７、１６ 部分電極 ８、１７ 電極リード ９ ダイシング用案内線 １０ 大型圧電基板 １３、１４ 分離用溝 ２０、２１ 補強部 2

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッチ処理手法を用い大型圧電基板上に
   複数の圧電デバイスを形成し、該圧電デバイスを個片に
   分離する方法において、大型圧電基板に分離用の溝を形
   成し、該溝に基づいて分離したことを特徴とする大型圧
   電基板の分離方法。
2. 【請求項２】 前記溝をエッチングにより形成したこと
   を特徴とする、請求項１の大型圧電基板の分離方法。
3. 【請求項３】 前記溝に補強部を設けたことを特徴とす
   る、請求項１または２記載の大型圧電基板の分離方法。
4. 【請求項４】 前記大型圧電基板がＡＴカット圧電材料
   あることを特徴とする、請求項１または２または３記載
   の大型圧電基板の分離方法。