TWI516023B

TWI516023B - 水晶共振器之製造方法

Info

Publication number: TWI516023B
Application number: TW099118878A
Authority: TW
Inventors: 高橋岳寬
Original assignee: 日本電波工業股份有限公司
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2016-01-01
Also published as: JP4908614B2; CN101924528A; US8431030B2; US20100314355A1; TW201128941A; JP2011019213A; CN101924528B

Description

水晶共振器之製造方法

本發明有關於一種由水晶晶圓進行外形加工之水晶共振器(水晶片)之製造方法，特別有關於一種以AT切割為水晶之切割方法，排除基於濕式蝕刻之異向性影響之水晶共振器之製造方法。

在水晶共振器中代表性之AT切割，是將頻帶設定為大約2~100MHz(基本波)，並內藏在各種電子機器而作為頻率源使用。近年來，要求使用光刻和蝕刻(光蝕刻)方法從水晶晶圓加工大量生產加工水晶片，藉以提高生產效率。

圖6至圖8用來說明習知例之水晶片切割方法，圖6是經AT切割之水晶板(AT切割板或AT板)之切斷方位圖，圖7是將一部分切開表示設有遮罩之水晶晶圓俯視圖，圖8是以圖7之2點鏈線框部表示各個附有框部之水晶片擴大圖。水晶共振器之AT切割(AT板1)之形成是將在結晶軸(XYZ)之Y軸與主面正交之Y切割水晶板(Y切割板或Y板)2，以X軸為中心從Z軸在Y軸方向反時針旋轉θ°(=35°15')。在此，右水晶是使+X軸位於面前反時針方向旋轉(參照圖6)。在左水晶之情況時，使-X軸位於面前並同樣地旋轉。

在此種情況，通常將結晶軸、X軸之旋轉所產生之軸稱為Y'軸和Z'軸，且AT切割之結晶軸(座標軸)標示為(XY'Z')。主要地在Y切割時水晶片主面與Y軸正交，相對地在AT切割，水晶片主面與Y'軸正交。另外，將用以決定振動頻率之水晶片3之厚度設定為Y'軸，例如，將其長度設定為X軸，其寬度設定為Z'軸。

在此，首先進行AT切割，在從人造水晶切出之水晶晶圓4之兩主面，利用蒸鍍或濺鍍形成以鉻(Cr)為底層且由金(Au)構成之遮罩5(參照圖7)。其次，塗佈抗蝕劑並進行感光，使利用濕式蝕刻切除之水晶晶圓4區域露出。在此，以遮罩5覆蓋成為矩形狀之水晶片3、包圍其外周之框部6和連結兩者之支持部7，並露出其他以外之區域。

圖7所示之支持部7是以水晶片3長度方向(X軸)之一端側(一端部)與框部6連結，具有容易切斷之頸部。在此種情況時，將支持部7所形成之水晶片3長度方向(X軸)之一端側(一端部)設定為+X軸，另一端側(另一端部)設定為-X軸。另外，在水晶之Z軸(光軸)、Y軸(機械軸)基本上沒有極性(±)，只有作為電性軸之X軸具有極性(±)。

其次，例如，利用氟化氫蝕刻，除去水晶晶圓4露出部分並進行外形加工，以獲得與框部6連結之複數各個水晶片3。其次，例如，除去形成在水晶晶圓4兩個主面之遮罩5，利用與上述同樣之蒸鍍等，例如，在水晶片3一端部兩側形成未圖示之引出電極延伸出之激振電極。另外，亦可以利用遮罩5之蝕刻形成引出電極延伸出之激振電極，但是水晶片之外形加工時，由於蝕刻會在Au表面等產生粗糙，所以再度地利用蒸鍍等形成激振電極。

最後，利用切斷夾具等從框部6機械式地切取支持部7，以獲得長度為X軸、寬度為Z'軸、厚度為Y'軸之各個水晶片3。然後，例如，在未圖示之剖面作成凹狀之容器本體內底面，固接引出電極延伸出之一端部兩側，利用蓋子密封容器本體之開口端面，封入水晶片3。在容器本體外底面具有組裝端子。

(專利文獻1：參照日本專利特開2008-131462號公報)

但是，在利用上述習知製造方法所製造之水晶共振器中，如圖9所示，由於蝕刻之異向性使水晶片3之一端部兩側之各個相反面呈斜對稱，並形成頂點為－X軸側之三角形狀之傾斜面P1、P2。另外，圖9是從水晶片3之一端側看到之立體圖(圖8之A-A剖面方向之立體圖)。

亦即，相對於蝕刻異向性所形成之結晶軸(XYZ)，蝕刻速度為Z+X＞－X＞Y之順序。但是，+X是從+X軸朝向－X軸之蝕刻速度，－X是從－X軸朝向+X軸之蝕刻速度。在本例中，水晶片3因為進行AT切割，相對於水晶片3主面自法線(Z'軸)傾斜35°15'之Z軸方向(傾斜軸)之蝕刻速度為最快。

因此，由圖10(a)所示之遮罩5在水晶晶圓4露出之區域，首先在相對於水晶片3主面成為傾斜軸之Z軸方向，從兩主面側最先進行蝕刻，其次朝向－X軸方向進行。利用此種方式，如圖8之實線和虛線所示，從以水晶片3一端側之兩端部為起點之兩個主面，使三角形狀之傾斜面P1、P2朝向水晶片3之中央區域行進。

利用此種方式，在露出部之貫穿蝕刻完成時(參照圖10(b))，如上述，在水晶片3一端部兩側之遮罩5下面，分別在相反面形成呈斜對稱之三角形狀傾斜面P1、P2(參照圖9)。然後，在支持部7亦同樣地使水晶片3兩側面沿著Z軸方向蝕刻(參照圖10(c))。另外，圖10(a)、(b)為圖8之A-A剖視圖，圖10(c)為圖8之B-B剖視圖。

在此種情況時，例如，圖11之二點鏈線所示之激振電極8當形成跨越傾斜面P1、P2時，會引起不必要之振動等。因此，必須使激振電極8之電極面積變小，特別是會引起晶體阻抗(CI)變大之問題。特別是隨著振動頻率之高頻化和小型化，水晶片3之平面外形變小的程度，該等問題變為愈顯著。

因此，如專利文獻1所示，在水晶片3一端部兩側設置與框部6連結之突出部9(a、b)(參照本案之圖1)。提案有利用此種方式排除蝕刻之異向性所造成之影響，在從框部6分離後之水晶片3不會形成傾斜面，而是形成平行平面。但是，在此種情況時，將支持部7作成2根並位在水晶片3一端部兩側，在蝕刻後折斷。因此，在從框部6機械式分離時，缺陷(碎片)等發生機率變高。另外，該等缺陷變大變多時，對利用導電性接著劑來保持等之影響亦變大，會有振動特性惡化之問題。

本發明之目的是提供一種可縮小蝕刻異向性所造成之傾斜面，同時防止角(隅)部缺損之水晶共振器(水晶片)之製造方法。

本發明是一種水晶共振器之製造方法，係將與矩形狀複數水晶片及由支持部與上述水晶片連結而包圍上述水晶片之框部相當的遮罩，形成於經AT切割之水晶晶圓兩主面並進行蝕刻，在形成使複數水晶片經支持部與框部連結而成之水晶晶圓後，從框部機械式切取上述水晶片而作成之水晶共振器之製造方法；其特徵在於，上述遮罩與上述水晶片和包含支持部之框部同時間在上述水晶片+X軸一端側之兩端部設有朝+X軸方向延伸出之突起部，經由上述蝕刻而形成以支持部連結複數水晶片與框部之水晶晶圓，同時與上述遮罩相當之水晶片之突起部至少在上述蝕刻後從上述框部分離，且以在一端部兩側間相互呈相反面之各個角(隅)部前端側作為頂點，形成三角形狀之傾斜面並同時進行蝕刻。

依照此種構造時，因為在水晶片之+X軸一端部兩側設置相當於自－X軸方向延伸出之突出部之遮罩，所以如習知例所示，可以防止從水晶片(矩形狀)之一端部兩側蝕刻。另外，水晶片因為從+X軸方向延伸出之突出部前端側進行蝕刻，所以在水晶片蝕刻所進行之外形加工後(完成時)，可以縮小在水晶片之兩角(隅)部因蝕刻之異向性所造成之三角形狀之傾斜面。另外，一端部兩側之突出部因為在蝕刻後從框部分離，所以在蝕刻後不需要從框部機械式地分離。因此，因為只有支持部需要機械式地分離，所以可降低在水晶片發生缺陷等機率。

在本發明中，使上述第1遮罩之突出部與上述框部連結，並形成寬度小於上述支持部之寬度。利用此種方式，在水晶晶圓蝕刻時，以支持部連結框部之狀態，使突出部從框部分離，形成以各角部前端側作為頂點之三角形狀之傾斜面並同時蝕刻。因此，在水晶片之蝕刻後，水晶片(矩形狀)一端部兩側之傾斜面變小。

另外，在本發明中，使上述第1遮罩之突出部預先從上述框部分離。在此種情況時，亦為形成以設有突出部之一端部兩側之各個角部前端側作為頂點之三角形狀之傾斜面並同時蝕刻。因此，在水晶片蝕刻所進行之外形加工後，一端部兩側之傾斜面大小會變小。

另外，在本發明中，在上述水晶片成為+X軸之一端部兩側，殘留由俯視看為前端較細之突起，該突起係具有蝕刻上述突出部且以各個角部作為頂點之三角形狀之傾斜面。在此種情況時，因為殘留蝕刻突出部之突起，所以可進一步縮小在水晶片矩形狀區域內之兩個角部之傾斜面。

更另外，在本發明中，在上述水晶片成為+X軸之一端部兩側之上述突出部進行蝕刻，且以上述各個角部作為頂點之三角形狀之傾斜面，形成在上述水晶片矩形狀區域內。在此種情況時，亦為從突出部之前端側形成傾斜面，所以在水晶片蝕刻後，傾斜面會變小。

另外，在本發明中，上述水晶片中成為+X軸之一端部中央部與上述框部連結。利用此種方式，畫定支持部之位置。但是並不只限於此種方式，支持部之位置基本上亦可以在水晶片之任一外周。

以下，利用圖1至圖4說明本發明水晶共振器之製造方法之一實施形態。另外，在與上述習知例相同之部分附加相同之元件符號，而其說明則進行簡略或省略。

如上述，水晶共振器(水晶片)，在以結晶軸(XYZ)之X軸作為中心旋轉之座標軸(X Y'Z')之Y'軸，進行與主面正交之AT切割。另外，經由對水晶晶圓4光刻，用來獲得包含引出電極和激振電極且經外形加工而成之複數個水晶片3(參照圖6~圖8)。在水晶片之外形加工後，利用光刻在水晶片之主面形成未圖示之激振電極和引出電極。但是，亦可以在水晶片3分離後利用蒸鍍或濺鍍形成該等電極。

在本實施形態中，如圖1所示，塗佈在水晶晶圓4之遮罩5係與上述同樣地，覆蓋水晶片3、框部6和支持部7。支持部7係如上所述，形成為在成為+X軸之水晶片3之一端側中央部具有頸部。在此，包含水晶片3和支持部7之框部6，同時與第1和第2突出部9(a、b)對應並覆蓋該等之遮罩5。第1和第2突出部9(a、b)是從形成有支持部7之水晶片3成為+X軸之一端部之兩側(一端部兩側)，朝+X軸方向延伸。在此實例中，第1和第2突出部9(a、b)分別與框部6連結，任一寬度均小於支持部7之寬度(Z軸方向)。另外，與上述同樣地，利用氟化氫蝕刻如此地以遮罩5所形成之水晶晶圓4。

在此種方式中，在對水晶晶圓4進行包含遮罩5之除去之蝕刻完成後，水晶片3是利用一端側(+X軸側)之支持部7與框部6連結。另外，在水晶片3一端側之兩端部，利用蝕刻自框部6切離第1和第2突出部9(a、b)，由俯視看為前端側殘留前端較細之突起部10。在此處之突起部10其兩角(隅)部設定為直角，其對邊之斜邊設定為內周側，由俯視看成為直角三角形狀(參照圖2和後述之圖4)。

在此種情況時，在突起部10前端側，殘留從框部6將突出部9(a、b)切離之蝕刻所形成之加工痕。另外，圖2中線α－α是表示突起部10由俯視看為直角三角形狀之假想線。另外，突起部10在水晶片3之兩個主面間呈斜對稱，從突起部10之前端側形成與上述同樣之三角形狀之傾斜面。主要原因是在水晶片3之一端部兩側間相互呈相反面，以從框部6切離之突出部9(a、b)外側之前端側(各個角(隅)部之前端側)為頂點，形成三角形狀之傾斜面同時進行蝕刻。

亦即，如圖3(圖1之C-C箭視剖視圖)所示，在蝕刻之初期狀態，水晶露出區域在支持部7和第1、第2突出部9(a、b)之間，蝕刻速度最快之Z軸方向會進行蝕刻(圖3(a))。然後，使水晶之露出部貫穿遮罩5之間(圖3(b))。

在此種情況時，第1和第2突出部9(a、b)之寬度小於支持部7之寬度，且在Z軸方向和+X軸至－X軸方向蝕刻。因此，寬度較窄之第1和第2突出部9(a、b)從框部6被切離，而殘留突起部10。但是，寬度較寬之支持部7不從水晶片3分離，而如上述，連結在框部6。

在此，如圖4(以圖1之鏈線框部P表示之部分擴大圖)所示，例如，以第1突出部9a為例，在遮罩5之間之水晶之露出部，從水晶片3之兩個主面側朝Z軸方向，並且朝+X軸至－X軸方向蝕刻。因此，在第1突出部9a之Z'軸方向之兩側，以框部6之角(隅)部為起點，從兩個主面側形成與上述同樣之三角形狀之傾斜面，並進行蝕刻(參照圖4之實線和虛線)。

另外，在第1突出部9a外周側(圖4之左側)，因為外周側為直線狀，所以蝕刻之進行波面(以虛線表示)會直接進行(從起點之虛線為平行)。與此相對地，在第1突出部9a之內周側(圖4之右側)，從起點進行蝕刻，當實線之進行波面到達覆蓋水晶片3之遮罩5角(隅)部，則由遮罩5阻止對一X軸方向之蝕刻。

因此，蝕刻之進行波面(實線)，成為以覆蓋水晶片3之遮罩5角部作為起點而旋轉之波面。另外，突起部10由俯視看之形狀(如圖2所示)係如上述，相對於與假想線α－α正交之外周直角，成為將對邊設定為內周側之直角三角形狀。在此，第2突出部9b亦利用同樣之動作形成直角三角形狀之突起部10。

因此，在本實施形態中，利用在成為+X軸之水晶片3一端側之兩端部所設之第1和第2突出部9(a、b)，於利用蝕刻完成水晶片3之外形加工後，在水晶片3一端側之兩端部形成突起部10。然後，在習知例所述之蝕刻時，從+X軸側成為三角形狀呈斜對稱之兩個主面之傾斜面，在本發明之實施形態中，是從與框部6連結之第1和第2突出部9(a、b)之+軸側形成。因此，除了突起部10外，可縮小形成在水晶片3兩端部之傾斜面。

利用此種方式，在水晶片3之兩個主面之平坦面之面積變大，在該處形成之激振電極亦可以變大。另外，與框部6結合之支持部7，因為在水晶片3中央部只形成一根，所以可以防止在蝕刻後從框部6機械式分離水晶片3時所產生之缺陷等發生。因此，可以良好地維持晶體阻抗(CI)等振動特性。

在上述之實施形態中是利用作為與框部6連結之第1和第2突出部9(a、b)之遮罩5，在水晶片3一端側之兩端部形成突起部10，但是亦可以成為如圖5(a)所示。亦即，第1和第2突出部11(a、b)不與框部6連結，而是成為預先從框部6分離單獨突出之遮罩5。在此種情況時，在蝕刻後，與上述之實施形態同樣地，可以獲得大致由俯視看為三角形狀之突起部10。另外，水晶片3一端部兩側，亦可以依照遮罩5之形狀，設定成突起部10不是具有由俯視看為三角形狀，而是單純具有三角形狀之傾斜面。

另外，上述是在水晶片3一端部兩側設置由俯視看為三角形狀之突起部10，但是亦可以如圖5(b)所示，進一步蝕刻排除突起部10，且以作成矩形狀之水晶片3一端部兩側之各個角部作為頂點，而在矩形狀區域內形成此種三角形狀之傾斜面。在此種情況時，因為以蝕刻從框部6分離之突出部9(a、b)，或由預先分離成為突出部11(a、b)前端側之+X軸外側角部，來形成傾斜面，所以在水晶片3之蝕刻後，傾斜面之面積會變小。

1．．．AT板

2．．．水晶板

3．．．水晶片

4．．．水晶晶圓

5．．．遮罩

6．．．框部

7．．．支持部

8．．．激振電極

9(a、b)．．．第1和第2突出部

10．．．突起部

11(a、b)．．．第1和第2突出部

圖1用來說明本發明水晶共振器之製造方法一實施形態，圖中顯示形成有遮罩在蝕刻前之水晶晶圓一部分之附有框部水晶片之俯視圖。

圖2用來說明本發明一實施形態，圖中顯示蝕刻後除去遮罩之附有框部之水晶片之俯視圖。

圖3是用來表示本發明一實施形態中蝕刻狀況之附有框部之水晶片之圖，圖3(a、b)是圖1之C-C箭視剖視圖。

圖4是用來說明本發明一實施形態之附有框部之水晶片一部分之圖，圖中顯示圖1中以點鏈線框部P所示之區域擴大俯視圖。

圖5是用來說明本發明另一實施形態形成有遮罩之附有框部之水晶片之俯視圖，圖5(a)是形成有遮罩之附有框部之水晶片之俯視圖，圖5(b)是除去遮罩之附有框部之水晶片之俯視圖。

圖6是經AT切割之水晶板(AT切割板或AT板)之切斷方位圖。

圖7用來說明習知水晶共振器之製造方法，圖中顯示將一部分切開地表示設有遮罩之水晶晶圓之俯視圖。

圖8是用來說明習知水晶共振器之製造方法之圖，圖中顯示成為圖7之鏈線框部Q所示具有遮罩在蝕刻前之附有框部之水晶片之擴大圖。

圖9是從圖8之A-A箭視方向看到之水晶片之立體圖。

圖10是用來說明習知水晶共振器之製造方法之圖，圖10(a、b)是圖8之A-A剖視圖，圖10(c)是圖8之B-B剖視圖。

圖11是用來說明習知水晶共振器之製造方法之圖，圖中顯示成為圖7之鏈線框部Q所示在蝕刻後除去遮罩之附有框部之水晶片之俯視圖。

3‧‧‧水晶片

5‧‧‧遮罩

6‧‧‧框部

7‧‧‧支持部

9(a、b)‧‧‧第1和第2突出部

Claims

一種水晶共振器之製造方法，係具有將主面與結晶軸(XYZ)之Y軸正交之Y切割之水晶板以其X軸當作為中心並從Z軸在Y軸方向以+X軸當作近前而朝逆時針方向旋轉θ(=35°15')的座標軸(XY'Z')，使用自AT切割(將厚度當作為Y'軸方向、將長度當作為+X軸與-X軸方向、將寬度當作為Z'軸方向)之水晶晶圓來進行切取加工之多數之矩形狀之水晶片，來製造水晶共振器，其特徵在於包含如下之步驟：在上述水晶板之兩主面上，形成應進行切取加工之矩形狀之水晶片、包圍該水晶片之外周的框部、連結上述水晶片和上述框部之支持部、覆蓋突出部(於上述水晶片之成為+X軸之一端側之兩端部上沿+X軸方向所延伸出來)且同時使上述突出部的寬度比上述支持部連結於上述框部之部分之寬度更狹小的遮罩，介隔著上述遮罩來進行濕式蝕刻，使上述突出部自上述框部分離，使上述多數之水晶片由上述支持部來加以連結，於上述水晶片之成為+X軸之一端側之兩端部，形成將相互成為相反面之各角部之前端側當作為頂點的三角形狀傾斜面。
如申請專利範圍第1項之水晶共振器之製造方法，其中，形成於上述水晶片之成為+X軸之一端部兩側的上述突出部，係藉由蝕刻，以具有將各角部當作為頂點之三角形狀傾斜面的俯視時前端較細之突起的形式而殘留。
如申請專利範圍第1項之水晶共振器之製造方法，其中，以藉由蝕刻而形成於上述水晶片之成為+X軸之一端部兩側之上述突出部的上述各角部當作為頂點之三角形狀傾斜面，係形成在上述水晶片之矩形狀區域內。
如申請專利範圍第1至3中任一項之水晶共振器之製造方法，其中，上述水晶片係以成為+X軸之一端部之中央部連接於上述框部。