JP2008035441A - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、基板を基板エッチング液中に浸漬して溝部に相当する部分をエッチングする際に、振動腕部の側面に突起部の発生を抑えること。
【解決手段】本発明は、圧電振動片の振動腕部に溝部を形成する工程の前に、圧電振動片の外形部分全体を金属膜により被覆する工程を含む。このような構成にすることで、基板を基板エッチング液中に浸漬して溝部に相当する部分をエッチングする際に、振動腕部の側面に突起部が発生するおそれがない。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば水晶等からなる圧電基板を用いて、例えば音叉型の圧電振動子を製造する技術に関する。

音叉型の水晶振動子は、小型、安価で低消費電力であることから、従来から腕時計の歩度を刻む信号源として採用され、更にその用途が広がろうとしている。この水晶振動子としては、電力損失を抑えるために、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値をより小さくすることが要求され、このため水晶振動子に溝部を形成して振動効率を高めたものが用いられている。

この水晶振動子は図９に示すように基部１に一対の振動腕部２ａ及び２ｂが設けられ、各振動腕部２ａ，２ｂにおける両主面には溝部３１，３２が夫々設けられている。これらの溝部３１，３２及び各振動腕部２ａ，２ｂには、屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための励振電極が形成されている。

上述した水晶振動子は、以下の工程によって製造される（特許文献１参照）。なお、図１０及び図１１は、図９のＡ−Ａ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された水晶ウエハ１０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜１１を形成する（図１０（ａ））。この金属膜１１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
続いてこのような金属膜１１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図１０（ｂ））、このフォトレジストを水晶片の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜１２を形成する（図１０（ｃ））。そしてこの後にエッチングによって、レジスト膜１２で覆われていない金属膜１１の部分を除去し、水晶ウエハ１０に残っているレジスト膜１２を全て剥離する（図１０（ｄ））。
次に水晶ウエハ１０の全面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜１３を形成する（図１０（ｅ））。そして水晶片の外形が残るようにレジスト膜１３を剥離させると共に、図９に示す溝部３１，３２に相当する部分のレジスト膜１３を剥離させる（図１１（ｆ））。

しかる後、レジスト膜１３が金属膜１１に載ったまま、当該金属膜１１をマスクにして水晶ウエハ１０を基板エッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行うことで水晶片の外形を形成する（図１１（ｇ））。この水晶片の外形形成工程において、図１２（ａ）に示すように水晶片の一方の側面には突起部（サイドエッチ）１４が形成される。これは水晶片の異方性によるものであり、つまりこの水晶ウエハ１０はＡＴカットされた水晶により構成されているため、図１２（ａ）において、水晶の結晶軸をＺ及びＸで示し、Ｘ軸について水晶片の右側を−Ｘ、左側を＋Ｘとした場合、水晶ウエハ１０のエッチング速度はＺ＞＋Ｘ＞−Ｘという関係にある。そのため図１２（ａ）に示すように＋Ｘでは、水晶ウエハ１０の表面側（裏面側）から裏面側（表面側）に向かうエッチングは、Ｘ軸方向に向かうエッチングに影響を受けるので、表面側（裏面側）から裏面側（表面側）に向けて斜めにエッチングされ、この例では水晶片の左側の側面に突起部１４が形成される。また図１２（ａ）に示すように−Ｘでは、水晶ウエハ１０の表面側（裏面側）から裏面側（表面側）に向かうエッチングは、Ｘ軸方向に向かうエッチングに殆ど影響を受けることがないので、表面側（裏面側）から裏面側（表面側）に向けて垂直にエッチングされる。そしてこの突起部１４の突起量を減らすために水晶片の外形を形成した後も水晶ウエハ１０をフッ酸中に浸漬させて、水晶片の側面のエッチングを行うようにし、いわゆるオーバーエッチングを行っている。なお、図１１中の１４及び１５は振動腕部２ａ，２ｂに相当する部位であり、図１１中の１６及び１７は、一枚の水晶片を水晶ウエハから抜き取るために便宜上記載した外枠部分である。

続いてレジスト膜１３をマスクにして水晶ウエハ１０を金属エッチング液であるヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、図９に示す溝部３１，３２に相当する部分の金属膜１１を除去する（図１１（ｈ））。そしてこの水晶ウエハ１０をフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行う。これによって水晶片１０の両主面に溝部３１，３２が形成される（図１１（ｉ））。

しかし、上述した製造工程において、次のような問題がある。即ち、上記オーバーエッチングを行うことで、図１２（ｂ）に示すように水晶片の外形が金属膜１１の外形よりも若干小さくなり、結果として金属膜１１が水晶片の外形から飛び出していわばひさしが形成された状態になっている。一方、図１１（ｈ）に示すように水晶ウエハ１０を金属エッチング液であるＫＩ溶液中に浸漬してウエットエッチングを行った場合、図１３（ａ）に示すように溝部３１，３２に相当する部分の金属膜１１が除去されるが、このとき水晶片から飛び出している金属膜１１の周縁部も除去され、金属膜１１の外形よりも一回り小さくなった状態になる。そのため図１１（ｉ）に示すように水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行うと、図１３（ｂ）に示すように水晶片１０の両主面に溝部３１，３２が形成される他に、金属膜１１が覆われていない水晶片の縁部からもエッチングされる。この結果、水晶片の一方の側面、この例では水晶片の左側の側面において、水晶片の異方性により突起部１４と水晶片の上縁部及び下縁部との間に夫々新たに突起部（サイドエッチ）１５，１６が形成されて３つの山形部分が発生してしまうという問題がある。また突起のサイズは、左右（＋Ｘ、−Ｘ）側で夫々異なるため、左右の振動腕部２ａ，２ｂの振動が夫々異なり、その結果エネルギーバランスが崩れてＣＩ値が高くなるという問題もある。

一方、この突起部１５，１６の突起量を減らすために水晶ウエハ１０を長時間エッチング溶液中に浸漬させた場合には、図１１（ｉ）及び図１３（ｂ）に示す溝３１，３２が必要以上に深くなったり、あるいは貫通してしまったりするという問題が生じる。

特開２００２−７６８０６（段落００９４〜段落０１１３、図９〜図１３）

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板を基板エッチング液中に浸漬して溝部に相当する部分をエッチングする際に、振動腕部の側面に突起部の発生を抑えることのできる圧電振動子の製造方法、圧電振動子及びこの圧電振動子を有する電子部品を提供することを目的とする。

本発明は、圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
次いで前記基板を基板エッチング液に接触させて、圧電振動片の外形を形成する工程と、
しかる後、前記基板を金属エッチング液に接触させて、圧電振動片から飛び出している金属膜の周縁部を除去する工程と、
基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、
その後、圧電振動片の全体を金属膜により被覆する工程と、
この金属膜の表面に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板を基板エッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクにして複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、
その後、圧電振動片の表面に金属からなる電極パターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

また本発明は、圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
次いで前記基板を基板エッチング液に接触させて、圧電振動片の外形を形成する工程と、
基板表面に残っているレジスト膜と金属膜とを全て剥離する工程と、
その後、圧電振動片の全体を金属膜により被覆する工程と、
この金属膜の表面に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板を基板エッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクにして複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、
その後、圧電振動片の表面に金属からなる電極パターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
上述した圧電振動子の製造方法において、圧電振動片の外形を形成した後、レジスト膜と金属膜とを剥離する工程と、を備えた構成であってもよい。
また本発明の圧電振動子は、上述した方法によって製造されたことを特徴とする。
さらに本発明の電子部品は、圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、圧電振動片の振動腕部に溝部を形成する前に、圧電振動片の外形部分全体を金属膜により被覆しているので、基板を基板エッチング液中に浸漬して溝部に相当する部分をエッチングする際に、振動腕部の側面に突起部が発生するおそれがない。このため振動腕部の側面における突起部の発生を抑えられるので圧電振動子のＣＩ値の劣化（増大）を防止することができる。

本発明の実施の形態として圧電振動子である音叉型の水晶振動子の製造方法について説明する。この実施の形態に係る水晶振動子の構造に関しては、従来技術の項のところで図１０を用いて説明した水晶振動子と同一であるため、同一である部分の説明を省略する。

図１に示すように、この水晶振動子には、一対をなす一方の電極と他方の電極とが存在する。先ず振動腕部２のうち振動腕部２ａに着目すると、振動腕部２ａの２つの溝部３１，３２の内面全体とこれら溝部３１，３２の間とに一方の励振電極４１が形成されている。即ち、溝部３１，３２の間に相当するいわば橋部に形成された励振電極４１により、振動腕部２ａの各溝部３１，３２内の励振電極４１同士が互に接続されている。そしてこの振動腕部２ａの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には他方の励振電極５１が形成されている。更にまた振動腕部２ａにおける先端部には、その重量を調整することにより発振周波数を調整するための金属膜である調整用錘５０が設けられている。この調整用錘５０は励振電極５１の一部をなすものであるが、その他の部位の電極とは例えば膜厚や電極材料を変えている。なお、図１において励振電極４１，５１は図面を見易くするために斜線と黒の点在領域とを使い分けて表している。従って、図１の斜線は水晶片の断面を示すものではない。

また振動腕部２ｂに着目すると、振動腕部２ｂの２つの溝部３１，３２の内面全体と、これら溝部３１，３２の各々の間と、に他方の励振電極５１が形成されている。そしてこの振動腕部２ｂの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には一方の励振電極４１が形成されている。なお、振動腕部２ａにおける先端部においても、同様にその重量を調整することにより発振周波数を調整するための調整用錘４０が設けられている。また振動腕部２ａ，２ｂに設けられた電極の配置は、励振電極４１，５１が互に逆の関係であることを除くと互に同一である。そしてこれら一方の励振電極４１同士が電気的に接続されるように基部１の表面に引き出し電極４２からなる電極パターンが形成されていると共に、他方の励振電極５１同士が接続されるように基部１の表面に引き出し電極５２からなる電極パターンが形成されている。

次に、図１に示す水晶振動子の製造方法について図２〜図５を参照しながら説明する。なお、図２〜図５は一枚の圧電基板のある一部分に作成される一個の水晶振動子について説明したものである。また図２〜図５は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された圧電基板である水晶ウエハ６０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜６１を形成する（図２（ａ））。この金属膜６１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
続いてこのような金属膜６１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図２（ｂ））、このフォトレジストを水晶片の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜６２を形成する（図２（ｃ））。そしてこの後、前記レジスト膜６２をマスクにして水晶ウエハ６０を金属エッチング液であるヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６２に覆われていない金属膜６１の部分を除去する（図２（ｄ））。
そしてこの水晶ウエハ６０を基板エッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行って、水晶片６５の外形を形成する（図２（ｅ））。この水晶片の外形形成工程において、従来技術の項目で詳述したように水晶片の異方性により水晶片６５の一方の側面、この例では水晶片６５の左側の側面に突起部（サイドエッチ）８が形成される（図６（ａ）参照）。そしてこの突起部８の突起量を減らすために水晶片６５の外形を形成した後も水晶ウエハ６０をフッ酸中に浸漬させて、水晶片６５の側面のエッチングを行う（オーバーエッチング）。このオーバーエッチングを行うことで、図６（ｂ）に示すように水晶片６５の外形が金属膜６１の外形よりも若干小さくなり、結果として金属膜６１が水晶片６５の外形から飛び出していわばひさしが形成された状態となる。こうして圧電基板である水晶ウエハ６０に複数個の水晶片６５が形成される。

次にこの水晶ウエハ６０を金属エッチング液であるＫＩ溶液に浸漬してウエットエッチングを行って、水晶片６５から飛び出している金属膜６１の周縁部を除去する（図３（ｆ））。即ち、図６（ｂ）に示すように金属膜６１のひさし部分の下からエッチングされることで水晶片６５の外形よりも一回り小さい金属膜６１が形成される。次いで水晶ウエハ６０表面に残っているレジスト膜６２を全て剥離する（図３（ｇ））。続いて水晶ウエハ６０表面に同様にしてスパッタ法で新たな金属膜６３を形成し、水晶片６５の外形全体を金属膜６３により被覆する（図３（ｈ））。このように水晶片６５から飛び出している金属膜６１の周縁部を除去する理由は、図３（ｈ）に示す工程において、水晶片６５の外形全体を金属膜６３により被覆する際に、水晶片６５のコーナー部（縁部）にボイド（空孔）が形成されるのを防ぐためである。

次に、前記金属膜６３の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜６４を形成する（図３（ｉ））。その後、フォトリソグラフィーによって図１に示す溝部３１，３２に相当する部分のレジスト膜６４を剥離する（図４（ｊ））。続いて前記レジスト膜６４をマスクとして水晶ウエハ６０を金属エッチング液であるＫＩ溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６４が剥離した箇所の金属膜６３を除去する（図４（ｋ））。
しかる後、この水晶ウエハ６０を基板エッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行って、水晶片６５の両主面に溝部３１，３２を形成する（図４（ｌ））。その後、水晶ウエハ６０に残っているレジスト膜６４と金属膜６３とを除去する（図４（ｍ））。以上の工程により、図７に示すように電極パターンが形成されていない状態の原型（水晶片）６が製造される。
次に、電極パターンを作成する工程について説明する。先ず、原型６の両面にスパッタ法で電極となる金属膜６６を形成する（図５（ｎ））。この金属膜６６は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
続いてこのような金属膜６６の上にフォトレジストをスプレー法で塗布する（図５（ｏ））。そしてフォトリソグラフィーにより電極パターンとなるレジスト膜６７以外のレジスト膜６７を剥離する（図５（ｐ））。しかる後、レジスト膜６７が剥離された箇所の金属膜６６をエッチングして電極パターンを形成する（図５（ｑ））。その後、原型６に残っているレジスト膜６７を全て剥離する（図５（ｒ））。こうして水晶片６５に電極パターンが形成された水晶振動子が得られ、各水晶振動子が分断されて個々の水晶振動子が切り出されることになる。

上述した実施の形態によれば、水晶片の外形形成時に水晶片６５の一方の側面に突起部８が形成されるが、続く水晶片６５に溝部３１，３２を形成する時には、水晶片６５の外形全体を金属膜６３で被覆された状態でエッチングを行っているので、これ以上の突起部の形成が抑えられる。つまり従来は水晶片の一方の側面には３つの山形部分が発生していたが、本発明ではそれを１つに抑えることができる。つまり左右（＋Ｘ，−Ｘ）側でサイズの異なる突起が１つであるので圧電振動子のＣＩ値の劣化（増大）を防止することができる。

また本発明の他の実施の形態として、図３（ｇ）において、水晶ウエハ６０表面に残っている金属膜６１を剥離した後、水晶ウエハ６０表面にスパッタ法で新たな金属膜６３を形成し、水晶片６５の外形全体を金属膜６３により被覆するようにしてもよい（図３（ｈ））。このような構成であっても上述と同様に水晶ウエハを基板エッチング液中に浸漬して溝部に相当する部分をエッチングする際に、水晶片の側面に突起部の発生を抑えることができる。

また上述した水晶振動子は、例えば図８に示すように、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）構造のセラミックスからなるパッケージ７に格納される。このパッケージ７は、上面が開口している例えばセラミック製のケース体７ａと、例えば金属性の蓋体７ｂとから構成される。前記ケース体７ａと蓋体７ｂとは、例えば溶接材からなるシール材７ｃを介してシーム溶接され、その内部は真空状態となっている。上述した音叉型の水晶振動子７０は、このパッケージ７内の台座７１部分に基部１の引き出し電極４２，５２が導電性接着剤７ｄにより固定され、振動腕部２ａ，２ｂがパッケージ７内部の空間に伸び出した横向きの姿勢で台座７１に固定される。また前記台座７１の表面には、導電路７２，７３（７３は紙面奥側の導電路である）が配線されており、基部１の引き出し電極４２，５２が導電性密着剤７ｄを介して前記導電路７２，７３に接続される。また前記導電路７２，７３は、ケース体７ａの外部底面の長手方向に対向するように設けられた電極７４，７５に夫々接続されており、この結果、電極７４，７５、導電路７２，７３及び導電性接着剤７ｄを通って基部１の引き出し電極４２，５２に電流が印加されることで、前記水晶振動子７０が振動するようになっている。こうしてパッケージ型水晶振動子が構成され、この水晶振動子は、発振回路の回路部品が搭載されている図示しない配線基板に搭載され、これにより電子部品が構成される。

本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 前記音叉型水晶振動子の振動腕部に形成されている溝部箇所の断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造工程において製造される水晶振動片の原型の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を格納した電子部品の一例を示す概略縦断面図及び裏面図である。 音叉型水晶振動子の一例を示す概略平面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 前記音叉型水晶振動子の振動腕部に形成されている溝部箇所の断面図である。 前記音叉型水晶振動子の振動腕部に形成されている溝部箇所の断面図である。

符号の説明

１ 基部
２ａ，２ｂ 振動腕部
８ パッケージ
１０ 水晶ウエハ
１１ 金属膜
１２ レジスト膜
３１，３２ 溝部
４０，５０ 調整用錘
４１，５１ 励振電極
４２，５２ 引き出し電極
６ 原型
６０ 水晶ウエハ
６１，６３ 金属膜
６２，６４ レジスト膜
６５ 水晶片

Claims (4)

1. 圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
   圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
   この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
   次いで前記基板を基板エッチング液に接触させて、圧電振動片の外形を形成する工程と、
   しかる後、前記基板を金属エッチング液に接触させて、圧電振動片から飛び出している金属膜の周縁部を除去する工程と、
   基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、
   その後、圧電振動片の全体を金属膜により被覆する工程と、
   この金属膜の表面に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
   前記基板を基板エッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクにして複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、
   その後、圧電振動片の表面に金属からなる電極パターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
   圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
   この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
   次いで前記基板を基板エッチング液に接触させて、圧電振動片の外形を形成する工程と、
   基板表面に残っているレジスト膜と金属膜とを全て剥離する工程と、
   その後、圧電振動片の全体を金属膜により被覆する工程と、
   この金属膜の表面に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
   前記基板を基板エッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクにして複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、
   その後、圧電振動片の表面に金属からなる電極パターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の方法によって製造されたことを特徴とする圧電振動子。
4. 請求項３に記載された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする電子部品。
   
   

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