CN101150301B

CN101150301B - 压电振子的制造方法

Info

Publication number: CN101150301B
Application number: CN2007101535738A
Authority: CN
Inventors: 齐藤健史
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: US20080073318A1; US7947187B2; JP2008079033A; EP1903675A1; CN101150301A

Abstract

在例如音叉型水晶振子的情况下，通过蚀刻，在作为水晶振子的掩膜的金属膜上形成水晶振子的槽部相对应的开口部时，金属膜的外缘被蚀刻成波浪状。因此，在进行湿蚀刻形成水晶振子的槽部时，水晶振子对应于上述金属膜而形成，产生外观不良和尺寸不良。本发明在对金属膜形成水晶振子的槽部相应的开口部之前，以比水晶振子的外形小的方式形成金属膜的外形，之后再进行金属膜的蚀刻和水晶振子的蚀刻。具体而言，优选水晶振子的外缘比金属膜的图案尺寸(d1)在一侧小3μm～12μm。由此，在水晶晶片上形成槽部时，水晶片对应于具有直线棱线的金属膜的外形而变小，因此能够抑制外观不良和尺寸不良。

Description

压电振子的制造方法

技术领域

本发明涉及由例如水晶等构成的压电振子的制造技术。

背景技术

音叉型水晶振子由于小型、价廉、消耗电力低，一直以来被用作对手表的走幅进行衡量的信号源，并且其用途正进一步扩大。此外，最近对进一步减小CI值(晶体阻抗)的要求变强，而使用在水晶振子上形成有槽部的振子。

如图7所示，音叉型水晶振子100，由基部1和设在基部1上的一对振动臂部2a、2b构成。在振动臂部2a、2b的两主面上分别设有槽部31、32，在该槽部31、32和振动臂部2a、2b上，形成有用于激励基于弯曲振动的音叉振动的未图示的激振电极。通过在该激振电极中流通电流，使水晶振子100产生振动。

该水晶振子100通过以下工序制造(参照专利文献1)。此外，图8、9和11是表示水晶振子100沿图7的A-A线的截面的图。首先，对切出的水晶晶片10进行研磨加工和洗净之后，利用溅射法形成金属膜11(图8(a))。该金属膜11为例如在铬(Cr)的基底膜上进行金(Au)的成膜而形成的膜。

接着，在金属膜11的表面上形成抗蚀膜12之后(图8(b))，进行曝光和显影处理，在抗蚀膜12上形成水晶振子100的形状、即音叉形状的图案(图8(c))。然后浸渍在碘化钾(KI)溶液等中进行蚀刻，在金属膜11上形成与抗蚀膜12的图案对应的图案之后，将抗蚀膜12剥离(图8(d))。

接着，在水晶晶片10的整个面上形成抗蚀膜13(图8(e))，剥离对应于金属膜11的图案开口部和图7所示的槽部31、32的部分的抗蚀膜13(图9(f))。

之后，将水晶晶片10浸渍在氢氟酸中，以金属膜11作为掩膜形成水晶片17的外形(图9(g))。此时，水晶片17以比金属膜11的外形稍小的方式被蚀刻，金属膜11的端部露出。接着蚀刻对应于图7的槽部31的部分的金属膜11(图9(h))。通过该蚀刻，使由蚀刻上述水晶晶片10而露出的金属膜11的端部，从水晶片17一侧开始被蚀刻，变为与水晶片17的外形几乎相同的大小。接着将水晶片17浸渍在氢氟酸中，在水晶片17的两主面上形成槽部31(图9(i))。通过上述金属膜11的蚀刻，由于金属膜11的外形以与水晶片17的外形几乎相同的尺寸形成，因此，与上述图9(g)中的水晶晶片10的蚀刻同样，水晶片17的外形以比金属膜11的外形稍小的方式被蚀刻。

通过上述制法能够制造水晶振子100，但该制法存在有以下的问题。即，如图10所示，在图9(i)中形成的水晶振子100，外形的棱部的线条变为波浪形状，成为外观不良和尺寸不良的原因，而且可知与水晶振子100的外形有密切关系的CI值增加。推测这些问题是由以下原因引起的。

如上所述，在图9(g)中，以使金属膜11的图案和抗蚀膜13的端部如图11(a)所示从水晶片17的端部独立并立起(未保持在水晶片17的端部)的方式，蚀刻水晶晶片10。因此，由于蚀刻液的搅拌和水晶片17的摇动，如图11(b)所示，金属膜11的图案和抗蚀膜13的端部的一部分向水晶片17侧弯曲，粘贴在水晶片17上。这样，在金属膜11和抗蚀膜13向水晶片17侧弯曲的部位与从水晶片17的端部立起的部位，金属膜11和蚀刻液的接触面积不同(弯曲部位的接触面积小)，因此，如图11(c)所示，图9(h)的金属膜11在蚀刻之后，金属膜11的尺寸产生偏差。之后，在图9(i)中，由于水晶片17是对应于该金属膜11的外形而被蚀刻的，因此，水晶振子100的外形的线条变为波浪形状。

专利文献2中，公开了以比形成于水晶晶片上的金属膜的尺寸更小的尺寸形成抗蚀膜的技术，但并没有考虑上述的水晶片的尺寸不良的问题。

专利文献1：日本专利特开2002-76806((0094)～(0113)，图9～图13)

专利文献2：日本专利特开2004-120351((0020)～(0023)，图1、图2)

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而作出的发明，其目的在于提供一种能够获得具有良好形状的压电振子外形的压电振子的制造方法，并提供通过该方法制造的压电振子和具备该压电振子的电子部件。

本发明提供一种压电振子的制造方法，该压电振子在从基部伸出的多个振动臂部上各自形成有槽部，其特征在于，包括以下工序：

在作为压电基板的基板表而上形成金属膜的工序；

在该金属膜的表而上，形成以残留压电振子的形状部分的方式图案化(patterning)的第一抗蚀膜，然后对金属膜进行蚀刻，由此形成图案的工序；

将上述第一抗蚀膜完全剥离的工序；

在上述金属膜的表面形成第二抗蚀膜的工序，该第二抗蚀膜至少在与振动臂部相当的部位，以其边缘部位于比上述金属膜的图案的边缘部更内侧3μm～12μm的位置的方式形成，且具有与振动臂部的槽部的相当的部分开口的图案；

接着使上述基板与蚀刻液接触，以上述金属膜为掩膜形成压电振子的外形的工序；

以上述第二抗蚀膜为掩膜，除去与上述振动臂部的槽部相当的部分的金属膜，并除去比上述第二抗蚀膜的外形更外侧的金属膜的蚀刻工序；和

使上述基板与蚀刻液接触，以上述金属膜作为掩膜，在上述多个振动臂部形成各槽部，并除去振动臂部上的比金属膜的边缘部向外侧突出的部分，由此将该振动臂部的外形蚀刻为与上述金属膜的外形相应的形状的工序。

在上述压电振子的制造方法中，通过在上述多个振动臂部形成各槽部，并将该振动臂部的外形蚀刻为与上述金属膜的外形相应的形状的工序而得到的振动臂部的边缘部，优选位于比第二抗蚀膜的图案的边缘部更外侧1μm～4μm的位置。

此外，在上述压电振子的制造方法中，在上述多个振动臂部形成各槽部，并将该振动臂部的外形蚀刻为与上述金属膜的外形相应的形状的工序之后，优选包括以下工序：

除去上述抗蚀膜和金属膜的工序；

接着，在包括形成于上述多个振动臂部的槽部的区域上，形成作为电极的金属膜的工序；

在该金属膜的表面上形成图案化的抗蚀膜，蚀刻金属膜形成电极图案的工序；和

将上述抗蚀膜完全剥离的工序。

此外，上述压电振子优选由例如音叉型水晶片形成。

根据本发明，由于在压电振子上形成槽部时，以比压电振子的外形的尺寸小的方式形成用作掩膜的金属膜的外形，因此能够以使图案的棱线为直线的方式蚀刻金属膜，从而能够对应于该金属膜的外形形成压电振子的外形，抑制压电振子外形的尺寸不良。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的音叉型水晶振子的一个例子的立体图。

图2是表示上述音叉型水晶振子的制造方法的一个例子的图。

图3是表示上述音叉型水晶振子的制造方法的一个例子的图。

图4是表示上述音叉型水晶振子的制造方法的一个例子的图。

图5是表示上述音叉型水晶振子的母模的一个例子的图。

图6是表示容纳上述音叉型水晶振子的封装体的一个例子的图。

图7是表示音叉型水晶振子的一个例子的概略平面图。

图8是表示现有的音叉型水晶振子的制造方法的图。

图9是表示现有的音叉型水晶振子的制造方法的图。

图10是表示现有的音叉型水晶振子的图。

图11是现有的音叉型水晶振子的振动臂部的截面图。

具体实施方式

下面参照图1说明本发明的实施方式。此外，由于该实施方式涉及的水晶振子5与图7所示的已述的水晶振子100为相同的结构，因此省略对重复部分的说明。

如图1所示，该水晶振子5形成有成为一对的一方的激振电极41和另一方的激振电极51。在振动臂部2a的两个槽部31、32的整个内面和这些槽部31、32之间的譬如说桥部，和比振动臂部2b的两侧面21、21及主面22、22(表侧和背侧)上的槽部31更上方的部位，形成一方的激振电极41。此外，在振动臂部2b的两个槽部31、32的整个内而和这些槽部31、32之间，和比振动臂部2a的两侧面21、21及主面22、22(表侧和背侧)上的槽部31更上方的部位，形成另一方的激振电极51。

在基部1的表面上，以使这些一方的激振电极41彼此之间电连接的方式，形成由引出电极42构成的电极图案，并且以使另一方的激振电极51彼此之间电连接的方式，形成由引出电极52构成的电极图案。

此外，在振动臂部2a、2b的前端部分别形成有由金属膜构成的调整用锤50、40，通过调整其重量能够调整水晶振子5的振动频率。该调整用锤50、40虽然是激振电极51、41的一部分，但例如膜厚、材料不同于其他部位的电极。即，振动臂部2a、2b除了引出电极42、52的配置和激振电极41、51相互相反地配置以外，为同样的结构。此外，图1中的斜线的区域，是为了容易看到电极图案而进行的区分，并非表示截面。

接着，参照图2～图4，说明图1所示的水晶振子5的制造方法。此外，图2～图4表示的是在图1中与平行于x-z平面的通过槽部31的平面A的水晶振子5的截面相对应的面。

首先，对切出的作为基板的水晶晶片60进行研磨加工和洗净之后，利用溅射法形成金属膜61(图2(a))。该金属膜61为例如在铬(Cr)的基底膜上进行金(Au)的成膜而形成的膜。

接着在金属膜61上，以例如喷射法形成作为光致抗蚀剂层的抗蚀膜62之后(图2(b))，进行曝光、显影处理，对该抗蚀膜62进行图案化，形成水晶片65的形状，即音叉形状(图2(c))。在图2(c)中，形成于抗蚀膜62上的图案的尺寸d1对应于振动臂部2a、2b的x方向的尺寸。之后，将水晶晶片60浸渍在作为金属蚀刻液的碘化钾(KI)溶液中蚀刻金属膜61，形成对应于抗蚀膜62的图案之后(图2(d))，将抗蚀膜62全部剥离(图2(e))。

接着，再次以例如喷射法在水晶晶片60的表面上形成抗蚀膜63之后(图3(f))，进行曝光、显影处理，形成抗蚀剂掩膜。该抗蚀剂掩膜对应于水晶片65的音叉形状，但其边缘部位于比金属膜61的边缘部更内侧例如7.5μm的位置。即，抗蚀剂掩膜(抗蚀膜63)形成为比金属膜61可以说更小一圈，而且在对应振动臂部2a、2b的槽部的位置形成开口部。若记载振动臂部2a、2b相关的部位的尺寸，则抗蚀掩膜(抗蚀膜63)的掩膜部分的宽度尺寸d2在左右两缘分别比金属膜61的宽度尺寸d1各小7.5μm。此外，抗蚀掩膜(抗蚀膜63)的掩膜部分的宽度尺寸d2设定为，在左右两边缘也分别比在接下来的工序中利用该抗蚀掩膜和金属膜61作为掩膜蚀刻水晶片65而得到的振动臂部2a、2b的宽度尺寸d3小。

接着将该水晶晶片60浸渍在作为蚀刻液的氢氟酸中，形成水晶片65的外形(图3(h))。水晶片65的外形的尺寸d3对应于金属膜61的图案而形成，但由于该蚀刻也在x方向(图中左右方向)进行，因此，如图3(h)所示，d3也比金属膜61的图案尺寸d1例如在一侧分别各小5μm。

然后，将水晶晶片60浸渍在碘化钾(KI)溶液中，在金属膜61上形成对应于槽部31的开口部(图3(i))。通过该蚀刻，金属膜61的图案的端部也同样被侵蚀，因此，金属膜61的图案的尺寸从已述的图2(e)中由蚀刻而形成的d1减少至与抗蚀膜63的图案的尺寸大致相等的d4。此时，由于对应于直线形成的抗蚀膜63的图案进行蚀刻，所以金属膜61的端部变为直线，成为几乎没有凹凸和波浪线等的状态。此外，由于金属膜61和抗蚀膜63的端部是被保持在水晶片65之上的，所以几乎不会因蚀刻液的搅拌和水晶片65的摇动等上下移动，抗蚀膜63的尺寸d2被复制到金属膜61上。

接着，将水晶晶片60浸渍在氢氟酸中，在水晶片65的两主面22、22上形成槽部31(图3(j))。由于通过图3(h)的蚀刻而形成的水晶片65的外形的尺寸d3大于金属膜61的图案的尺寸d4，所以对应于金属膜61的图案的形状变小至d5。水晶片65的棱线，如上所述，以形成为大致直线的金属膜61的图案的棱线为模板，因此形成为大致直线，作为其结果，水晶振子5的外形和CI值均为大致接近设计值的良好状态。此外，由于在该工序中蚀刻也向着x方向(图中左右方向)进行，所以水晶片65形成为比金属膜61的图案更窄。

之后，除去抗蚀膜63和金属膜61(图4(k))。通过以上工序，制造未形成电极图案的状态的水晶片65。

接着，对形成电极图案的工序进行说明。首先，在水晶片65的两面上使用例如溅射法依次叠层作为电极的金属膜71和抗蚀膜72(图4(1))。该金属膜71为例如在铬(Cr)的基底膜的表面上进行金(Au)的成膜而形成的膜。抗蚀膜72与已述的方法相同，由例如喷射法形成。之后，以对应振动臂部2a、2b的主面22、22的电极图案的方式，对抗蚀膜72进行图案化(图4(m))。之后，使用抗蚀膜72作为掩膜，通过蚀刻在金属膜71上形成电极图案之后(图4(n))，剥离抗蚀膜72(图4(o))。之后，如图5所示，从形成有多个水晶振子5的基板切出水晶振子5。此外，在图5中包围多个水晶振子5的而形成的线，表示的是基板与通过蚀刻挖出的凹部之间的分界。

此外，在形成图1中设置于振动臂部2a、2b的前端部的调整用锤50、40时，进行以下工序。首先，在进行图3(j)的水晶片65的蚀刻之后，除去抗蚀膜63。接着在水晶片65的表面上以例如喷射法形成光致抗蚀剂层之后，通过进行曝光、显影处理，将振动臂部2a、2b的前端部以外的光致抗蚀剂层除去。接着将水晶片65浸渍在碘化钾溶液中，除去振动臂部2a、2b的前端部以外的金属膜61之后，剥离光致抗蚀剂层。在该工序之后，进行上述图4(k)以下的电极图案的形成工序。

根据上述本发明的实施方式，由于在相对于水晶晶片60形成槽部31、32时，抗蚀膜63的图案的尺寸d2小于在此后形成的水晶片65的尺寸d3，因此，在金属膜61上形成对应槽部31、32的开口部时，金属膜61的图案尺寸d1对应于抗蚀膜63的图案的尺寸d2，变小至d4。由此，在图3(j)中，在水晶晶片60上形成槽部31时，水晶片65对应于具有直线棱线的金属膜61的外形而变小，因此能够抑制外观不良和尺寸不良。此外，水晶片65的尺寸d5并不是在批次间可能产生偏差的水晶片65的尺寸d3，而是以金属膜61的图案的尺寸d4为基准形成的，因此，在批次间，水晶振子5的尺寸偏差变小，从而提高成品率。

从水晶振子5的尺寸精度和成品率等、水晶的原材料费和蚀刻所需时间等的费用-效益出发，图3(g)的抗蚀膜63的图案尺寸d2优选比金属膜61的图案的尺寸d1在一侧小3μm～12μm，更优选比水晶片65的外形的尺寸d3在一侧小1μm～4μm。这是因为，随着抗蚀膜63的图案的尺寸d2变大，水晶片65的外形的棱线不再是直线，另一方面，随着抗蚀膜63的图案的尺寸d2变小，水晶晶片60的加工余量变多，原材料的浪费增多，并且蚀刻需要的时间也延长，因而生产率降低。

例如图6所示，上述水晶振子5被容纳在SMD(Surface MountedDevice：表面组装器件)结构的由陶瓷构成的封装体8内，构成电子部件。该封装体8由上而开口的例如陶瓷制的壳体8a和例如金属制的盖体8b构成。上述壳体8a和盖体8b之间隔着例如由焊剂构成的密封件8c而进行缝焊(seam welding)，其内部变为真空状态。水晶振子5的基部1通过导电性粘结剂8d被固定在封装体8内的基座81上，振动臂部2a、2b成为向封装体8的内部空间伸出的朝向侧面的姿势。此外，基部1的引出电极42、52通过上述导电性粘结剂8d，分别与形成于基座81表面的导电电路82、83(83是纸面内侧的导电电路)连接。导电电路82、83分别与形成在壳体8a的外部底面的长度方向的两端的电极84、85连接，电极84、85通过导电电路82、83和导电性粘结剂8d在引出电极42、52中流通电流，从而使水晶振子5振动。通过将该电子部件设置在搭载有振荡电路的电路元件的未图示的配线基板上，构成水晶振荡器。

Claims

1.一种压电振子的制造方法，该压电振子在从基部伸出的多个振动臂部上各自形成有槽部，其特征在于，包括以下工序：

在作为压电基板的基板表面上形成金属膜的工序；

在该金属膜的表面上，形成以残留压电振子的形状部分的方式图案化的第一抗蚀膜，然后对金属膜进行蚀刻，由此形成图案的工序；

将所述第一抗蚀膜完全剥离的工序；

在所述金属膜的表面上形成第二抗蚀膜的工序，该第二抗蚀膜在与振动臂部相当的部位，以边缘部位于比所述金属膜的图案的边缘部更内侧3μm～12μm的位置的方式形成，且具有与振动臂部的槽部相当的部分开口的图案；

接着使所述基板与蚀刻液接触，以所述金属膜为掩膜形成压电振子的外形的工序；

以所述第二抗蚀膜为掩膜，除去与所述振动臂部的槽部相当的部分的金属膜，并除去比所述第二抗蚀膜的外形更外侧的金属膜的蚀刻工序；和

使所述基板与蚀刻液接触，以所述金属膜为掩膜，在所述多个振动臂部的各主面上形成各槽部，并除去振动臂部上的比金属膜的边缘部向外侧突出的部分，由此将该振动臂部的外形蚀刻为与所述金属膜的外形相应的形状的工序。

2.如权利要求1所述的压电振子的制造方法，其特征在于：

通过在所述多个振动臂部形成各槽部，并将振动臂部的外形蚀刻为与所述金属膜的外形相应的形状的工序而得到的振动臂部的边缘部，位于比第二抗蚀膜的图案的边缘部更外侧1μm～4μm的位置。

3.如权利要求1所述的压电振子的制造方法，其特征在于：

在所述多个振动臂部形成各槽部，并将振动臂部的外形蚀刻为与所述金属膜的外形相应的形状的工序之后，包括以下工序：

除去所述抗蚀膜和金属膜的工序；

接着，在包括形成于所述多个振动臂部的槽部的区域上形成作为电极的金属膜的工序；

将所述抗蚀膜完全剥离的工序。

4.如权利要求1所述的压电振子的制造方法，其特征在于：

所述压电振子由音叉型水晶片形成。