JP2003133879A - 圧電振動子及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音叉型水晶振動片の微小化に対応しつつ高い
周波数精度を実現し、かつパッケージ封止後の周波数調
整で除去される重り材料の再付着による電極ショート等
の虞を最大限排除する。 【解決手段】 水晶ウエハ１に音叉型水晶振動片２の外
形を加工し、その表面に電極５と振動腕２ａに周波数調
整用の重り材料を付着させて重り部６とを形成し、レー
ザ光を重り部の先端側に照射して重り材料をトリミング
して周波数を粗調整する。水晶ウエハから分離した音叉
型水晶振動片をパッケージ１０内に気密に封止し、パッ
ケージの透明な蓋１２を通して外側からレーザ光１６
を、周波数の粗調整の場合よりも重り部の基端側に照射
し、振動腕の重り材料をトリミングして周波数を微調整
する。レーザ光は、隣接する照射スポット７、１７が互
いに部分的に重なるように所定ピッチでシフトさせなが
ら照射し、かつ周波数の微調整ではレーザ光のスポット
径を周波数の粗調整の場合より小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音叉型圧電振動片
をパッケージ内に封止した圧電振動子等の圧電デバイス
の製造方法に関し、特にその製造工程において音叉型圧
電振動片の発振周波数を調整する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種情報・通信機器やＯＡ機
器、民生機器等の様々な電子機器に、電子回路のクロッ
ク源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同
一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロッ
クモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。
特に最近は、モバイルコンピュータ、ＩＣカード等の小
型情報機器や携帯電話等の通信機器の分野で、装置の小
型化・高性能化が著しく、これに対応して圧電デバイス
の小型化・薄型化と共に、より周波数精度が高く、高品
質で高い安定性のものが要求されている。

【０００３】音叉型圧電振動片を搭載した圧電振動子の
周波数調整は、例えば特開平１１−１９５９５２号公報
に記載されるように、音叉型圧電振動片の振動腕の先端
に周波数調整用の金属重り材料を付着させ、この振動片
をパッケージにマウントした後発振させて周波数を測定
しながら、レーザ光又は電子ビームを照射して重り材料
を部分的に溶融除去してその質量を減らすようにトリミ
ングする方法が一般に知られている。更に同公報には、
レーザ光を振動腕の幅方向に沿って、質量減少効果の大
きい振動腕先端側の粗調整部分ではスポット径を６０μ
ｍに制御して照射し、それより基端側の微調整部分では
スポット径を２０μｍに絞って照射する方法が開示され
ている。

【０００４】また、パッケージ内に気密に封止した圧電
振動子の周波数を調整するために、特開昭５７−１０６
２１１号公報に記載されるように封入ケースに設けた透
明セラミックスの窓部を通して、又は表面実装型のパッ
ケージを封止する透明なガラス薄板の蓋を通して、パッ
ケージの外側からレーザ光を振動腕先端の重り部に照射
する方法が知られている。更に、特開昭５７−５３１２
３号公報には、箱型容器に設けた貫通孔を通して外部か
ら重り材料を音叉型水晶振動片の周波数調整部に蒸着等
で付着させることにより周波数調整を行う方法が、また
特開平１１−３１２９４８号公報には、パッケージに設
けた開口部を通して外部からレーザ光又は電子ビームを
音叉型圧電振動片の振動腕先端に照射することにより周
波数調整を行う方法がそれぞれ提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら最近は、
圧電デバイスの更なる小型化に対応して音叉型圧電振動
片が微小化され、その振動腕の幅を、例えば上記特開平
１１−１９５９５２号公報に記載のように２００μｍ以
上であった従来の寸法から、１００μｍ以下まで狭くす
ることが必要になっている。そのため、従来と同様のレ
ーザ照射による重り材料のトリミングでは、十分な周波
数調整の分解能が得られず、要求されるような高精度な
周波数調整が困難になるという問題点がある。

【０００６】また、圧電デバイスのパッケージも、小型
化によって音叉型圧電振動片を実装するための内部スペ
ースが同様に狭小化している。そのため、パッケージ封
止後の周波数調整でレーザ照射により振動腕から除去さ
れる重り材料が多いと、これが音叉型圧電振動片の電極
部分に再付着して、その周波数特性に悪影響を与えたり
電極間をショートさせ、信頼性及び安定性を低下させる
可能性が高くなる。

【０００７】そこで本発明は、上述した従来の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ光等の
エネルギビームを照射して重り材料をトリミング加工す
ることにより周波数調整を行う過程を含む、音叉型圧電
振動子及び音叉型圧電振動片を搭載した他の圧電デバイ
スの製造方法において、音叉型圧電振動片の微小化に対
応しつつ高い周波数精度を実現することができ、かつパ
ッケージ封止後のトリミング加工で除去される重り材料
の再付着による影響を最大限排除することができ、それ
により圧電振動子及び圧電デバイスのより一層の小型化
と同時に、高品質及び高い信頼性、安定性を実現するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、例えば水晶である圧電材料のウエ
ハに音叉型圧電振動片の外形を加工し、その表面に電極
膜を形成しかつ該音叉型圧電振動片の振動腕に周波数調
整用の重り材料を付着させる過程と、エネルギビームを
照射して振動腕の重り材料をトリミングすることによ
り、音叉型圧電振動片の周波数を粗調整する過程と、前
記ウエハから音叉型圧電振動片を分離し、かつパッケー
ジ内に気密に封止する過程と、該パッケージの透明部分
を通してその外側からパッケージ内にエネルギビームを
照射し、振動腕の重り材料をトリミングすることによ
り、音叉型圧電振動片の周波数を微調整する過程とから
なり、前記周波数の粗調整過程及び微調整過程におい
て、エネルギビームが、その隣接する照射スポットが互
いに部分的に重なるように所定ピッチでシフトさせなが
ら照射され、かつ、前記周波数の微調整過程におけるエ
ネルギビームのスポット径が、前記周波数の粗調整過程
におけるエネルギビームのスポット径よりも小さいこと
を特徴とする圧電振動子の製造方法が提供される。

【０００９】いずれの周波数調整過程においてもエネル
ギビームを、隣接する照射スポットが互いに部分的に重
なり合うように照射することにより、その１ショットで
除去し得る重り材料の量をスポット径に対応した量より
少なくできるので、それだけ周波数調整の分解能が向上
する。この分解能は、エネルギビームのスポット径及び
ピッチを適当に選択することにより、制御することがで
きる。更に周波数の微調整では、粗調整の場合よりもエ
ネルギビームのスポット径を小さくするので、周波数調
整の分解能をより高くでき、最終的に周波数をより高精
度に調整することが可能になる。

【００１０】また、周波数の粗調整はウエハの状態で行
われ、かつその際に従来に比して周波数を目標の値又は
範囲により近く合わせ込むことが可能となるので、周波
数の微調整過程において除去すべき重り材料の量を最小
にできる。このため、封止したパッケージ内でエネルギ
ビームの照射により除去した重り材料が音叉型圧電振動
片に再付着して、電極間をショートさせる可能性が大幅
に低下する。

【００１１】或る実施例では、前記周波数の粗調整過程
において、振動腕の先端側に付着させた重り材料をトリ
ミングし、かつ前記周波数の微調整過程において、振動
腕の基端側に付着させた重り材料をトリミングする。ト
リミング加工による音叉型圧電振動片の周波数調整にお
いて、振動腕の先端側は質量減少効果が大きいので、よ
り効果的にかつ効率良く周波数の粗調整を行うことがで
き、逆に振動腕の基端側は質量減少効果が小さいので、
より高精度な周波数の微調整が可能になる。他方、振動
腕の基端側に付着させた重り材料は、振動腕の電極に近
いため、トリミング加工で除去した際に電極間に再付着
してショートさせる可能性が高い。しかし、本発明で
は、周波数の微調整においてエネルギビームの１ショッ
トで除去飛散する重り材料の量が少ないので、仮に電極
間に再付着しても、ショートする可能性がより低くな
る。

【００１２】この重り材料をトリミング加工するエネル
ギビームとしては、例えばレーザ光又は電子ビームが使
用される。

【００１３】別の実施例では、前記パッケージが、ベー
スと、該ベースに気密に接合されて前記透明部分を構成
する透明な蓋とからなり、それにより小型化・薄型化に
適した表面実装型の音叉型圧電振動子が得られる。

【００１４】本発明の別の側面によれば、上述した本発
明の方法において、パッケージにＩＣ素子を実装する過
程を更に含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法
が提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の方法を適用して
音叉型水晶振動子を製造する工程について、添付図面を
参照しつつ詳細に説明する。先ず、両面を研磨した所定
厚さの水晶ウエハ１の表面に、耐蝕膜としてＣｒ、Ａｕ
等からなる金属薄膜を蒸着、スパッタリング等により被
着し、その上にレジスト膜を塗布してフォトリソグラフ
ィ技術により所望の音叉型水晶振動片２の外形をパター
ニングした後、水晶ウエハ１の枠部３との連結部４を残
して、フッ酸、フッ化アンモニウム等の適当なエッチン
グ液でエッチングし、図１に示すように多数の水晶素子
片を加工する。前記レジスト膜を除去した後、前記水晶
素子片の表面に電極材料を蒸着、スパッタリング等によ
り成膜し、かつフォトリソグラフィ技術によりパターニ
ングして所望の電極５及び配線を形成する。更に、音叉
型水晶振動片２の各振動腕２ａの先端部分には、Ａｕ等
の重り材料を真空蒸着等により付着させて、周波数調整
用の重り部６が設けられる。これにより、多数の音叉型
水晶振動片２を並べた図１の水晶ウエハ１が完成する。

【００１６】次に、水晶ウエハ１の各音叉型水晶振動片
２について、周波数を粗調整する。これは、音叉型水晶
振動片２の周波数を測定しつつ、レーザ光を振動腕２ａ
の重り部６に照射して前記重り材料をトリミングし、周
波数を所定の範囲内に合わせることにより行う。レーザ
光は、図２に示すように振動腕２ａの先端付近を幅方向
に、隣接する照射スポット７が互いに部分的に重なるよ
うに、所定ピッチｐ１でシフトさせながら照射する。こ
れにより、最初のショットを除いて、１ショットで除去
し得る重り材料の量がスポット径ｄ１に対応した量より
少なくなるので、それだけ周波数調整の分解能が向上す
る。この分解能は、レーザ光のスポット径ｄ１及びピッ
チｐ１を適当に選択することにより制御される。

【００１７】更に、振動腕の先端側は質量減少効果が大
きいので、より効果的にかつ効率良く周波数の粗調整を
行うことができる。また、周波数の合わせ込みをより高
精度に行うことができるので、後述する周波数の微調整
過程において除去すべき重り材料を少なくなる。また、
重り材料のトリミング加工は、レーザ光以外に、前記重
り材料を溶融除去し得る電子ビーム等のエネルギビーム
を用いることができる。

【００１８】周波数の粗調整を終えた音叉型水晶振動片
２は、その基端部２ｂと連結部４との間を折って水晶ウ
エハ１から分離され、図３（Ａ）に示すように水晶振動
子のパッケージ１０に実装される。本実施例のパッケー
ジ１０は、セラミックス等の絶縁材料薄板を積層した薄
い矩形箱状のベース１１と透明なガラス材料の蓋１２と
を有する表面実装型で、内部の空所１３に音叉型水晶振
動片２が気密に封止されている。ベース１１の空所１３
底面には１対の接続端子１４が設けられており、その上
に音叉型水晶振動片２が基端部２ｂにおいて導電性接着
剤１５で片持ちにかつ略水平にマウントされる。音叉型
水晶振動片２のマウント後、蓋１２がベース１１の上端
に低融点ガラスで気密に接合される。

【００１９】次に、音叉型水晶振動片２の周波数を微調
整する。これは、パッケージ１０の外面に設けられた外
部電極（図示せず）を介して周波数を測定しつつ、図３
（Ｂ）に示すように、蓋１２を通して外側からレーザ光
１６を振動腕２ａの重り部６に照射し、前記重り材料を
トリミングすることにより行う。レーザ光は、図４に示
すように、図２に示す周波数粗調整の場合よりも基端側
の重り部６を照射する。レーザ光の照射は振動腕２ａを
幅方向に、隣接する照射スポット１７が互いに部分的に
重なるように、所定ピッチｐ２でシフトさせながら、周
波数粗調整の場合よりも小さいスポット径ｄ２で行う。
これにより、同様に１ショットで除去し得る重り材料の
量がスポット径に対応した量より少なくなり、周波数調
整の分解能が向上することに加え、振動腕の基端側は質
量減少効果が小さいので、より高精度な周波数の微調整
が可能になる。必要に応じて、更に小さいスポット径ｄ
３の照射スポット１７´で追加のレーザ光を照射するこ
とにより、一層高精度に周波数を合わせ込むことができ
る。

【００２０】一般に、重り部６の基端側は電極５側に近
いので、レーザ光で除去飛散した重り材料が電極５間に
再付着する可能性が高い。ところが本発明は、上述した
ように周波数粗調整で従来より高精度な合わせ込みが行
われ、この周波数微調整で除去すべき重り材料の量を最
小にできるので、封止したパッケージ１０内で除去した
重り材料が音叉型水晶振動片２の表面に再付着して、電
極５間をショートさせる可能性が大幅に低下する。更
に、本実施例では、重り部６が、図３（Ｂ）に示すよう
に振動腕２ａの下面側にくるように配置され、かつベー
ス１１の空所１３底面には、振動腕２ａの先端部分が外
部からの衝撃等で下向きに振れても該底面に衝突しない
ように、その直ぐ下側に凹み１８が設けられている。そ
のため、レーザ光１６を重り部６に焦点を合わせて照射
すると、除去された前記重り材料は、凹み１８内部に付
着する可能性が高くなり、音叉型水晶振動片２の表面に
再付着する可能性が更に低くなる。

【００２１】以上、本発明の好適な実施例について詳細
に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその
技術的範囲内において上記実施例に様々な変更・変形を
加えて実施することができる。本発明は、水晶以外の音
叉型圧電振動片、及び更にＩＣ素子等を搭載した圧電デ
バイスについても同様に適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、上述したように音叉型圧電振
動片の振動腕に付着させた重り材料をトリミングする周
波数の粗調整及び微調整過程において、エネルギビーム
の隣接する照射スポットが互いに部分的に重なるように
し、１ショットで除去し得る重り材料の量をスポット径
に対応する量より少なくするので、周波数調整の分解能
が向上し、かつ周波数微調整では、粗調整の場合よりも
エネルギビームのスポット径を小さくして、周波数調整
の分解能をより高くできるので、音叉型圧電振動片が微
小化しても、その周波数をより高精度に調整することが
可能になる。しかも、周波数の粗調整は、ウエハの状態
でより高精度に合わせ込むことが可能で、パッケージ封
止後の周波数微調整で除去すべき重り材料の量が最小に
なるので、その再付着による電極間のショートの可能性
が大幅に低下する。従って、圧電振動子及び他の音叉型
圧電振動片を搭載した圧電デバイスのより一層の小型化
と同時に、高品質、信頼性の向上及び安定性の確保を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数の音叉型水晶振動片を形成した水晶ウエハ
の部分平面図。

【図２】ウエハ状態で周波数を粗調整するためにレーザ
光を照射した一方の振動腕の先端部分を示す部分拡大平
面図。

【図３】Ａ図は音叉型水晶振動片をマウントしてパッケ
ージを封止した水晶振動子を示す縦断面図、Ｂ図はその
部分拡大図。

【図４】パッケージの封止後に周波数を微調整するため
にレーザ光を照射した一方の振動腕の先端部分を示す部
分拡大平面図。

【符号の説明】

１ 水晶ウエハ ２ 音叉型水晶振動片 ２ａ 振動腕 ２ｂ 基端部 ３ 枠部 ４ 連結部 ５ 電極 ６ 重り部 ７ 照射スポット １０ パッケージ １１ ベース １２ 蓋 １３ 空所 １４ 接続端子 １５ 導電性接着剤 １６ レーザ光 １７、１７´ 照射スポット １８ 凹み

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J108 AA02 BB02 CC06 EE03 EE07 EE18 GG03 GG13 GG16 GG17 HH04 KK06 NA03 NB05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料のウエハに音叉型圧電振動片
   の外形を加工し、その表面に電極膜を形成しかつ前記音
   叉型圧電振動片の振動腕に周波数調整用の重り材料を付
   着させる過程と、 エネルギビームを照射して前記振動腕の前記重り材料を
   トリミングすることにより、前記音叉型圧電振動片の周
   波数を粗調整する過程と、 前記ウエハから前記音叉型圧電振動片を分離し、かつパ
   ッケージ内に気密に封止する過程と、 前記パッケージの透明部分を通してその外側から前記パ
   ッケージ内にエネルギビームを照射し、前記振動腕の前
   記重り材料をトリミングすることにより、前記音叉型圧
   電振動片の周波数を微調整する過程とからなり、 前記周波数の粗調整過程及び微調整過程において、前記
   エネルギビームが、その隣接する照射スポットが互いに
   部分的に重なるように所定ピッチでシフトさせながら照
   射され、かつ、 前記周波数の微調整過程における前記エネルギビームの
   スポット径が、前記周波数の粗調整過程における前記エ
   ネルギビームのスポット径よりも小さいことを特徴とす
   る圧電振動子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記周波数の粗調整過程において、前
   記振動腕の先端側に付着させた前記重り材料をトリミン
   グし、かつ前記周波数の微調整過程において、前記振動
   腕の基端側に付着させた前記重り材料をトリミングする
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記エネルギビームがレーザ光又は電
   子ビームであることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の圧電振動子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記圧電材料が水晶であることを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記パッケージが、ベースと、前記ベ
   ースに気密に接合されて前記透明部分を構成する透明な
   蓋とからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
   かに記載の圧電振動子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の方
   法において、前記パッケージにＩＣ素子を実装する過程
   を更に含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。