JP2003243962A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

圧電振動子の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面の汚染による接合のムラを回避すること
や、周波数などの特性の把握が可能で、且つショートに
よる抵抗値のばらつきによる接合のムラを回避すること
が可能な電極構造を有する圧電振動子の提供。 【解決の手段】 水晶振動子片１１０と枠状部１００か
らなる複数の振動子２０を形成した水晶ウェハ１３０上
に、それぞれの水晶振動子片１１０上に形成した一対の
励振電極膜８０、８１と、それぞれの枠状部１００上に
形成され、一対の励振電極膜８０、８１と接続されたフ
レーム電極３８、３９とからなる複数の電極パターン１
６０を形成し、周波数の粗調整を行った後、再度、水晶
振動子片１１０と枠状部１００からなる複数の振動子２
０を形成した水晶ウェハ１３０上に、それぞれの水晶振
動子片１１０上に形成した一対の励振電極膜８０、８１
と、それぞれの枠状部１００上に形成され、一対の励振
電極膜８０、８１と接続された接合膜４０、４１とから
なる、お互いがショートされた複数の電極パターン１7
０を形成し、電圧を印加可能とし、陽極接合を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話及び携帯
情報端末等に用いられる圧電振動子の電極構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の圧電振動子としては、例えば、圧
電振動子片とその基端部において一体的に形成された枠
上部からなる振動子の上下面に、圧電振動子片の振動を
妨げない程度の空間を有する凹部を有する一対のリッド
とベースを具備する構造のものがある。大面積のウェハ
上に前述のような圧電振動子の各部材を複数形成し、ウ
ェハ単位で量産しようとする場合、個々の振動片上に形
成する励振電極膜等の電極パターンは、振動片を個々に
励振させ電気的特性を把握するために、これらの電極パ
ターンそれぞれを独立して配置する必要がある。
【０００３】このような構造において、陽極接合など接
合膜を介在させて、高温下で、かつ電圧を印加して部材
同士の接合を行う方法を採用するにあたっては、複数の
振動子を形成した独立したウェハの電極パターンを、個
々の振動片の特性を把握し調整した後に、それぞれを短
絡する、蓋体と接合可能なショート用スパッタ膜を付加
し、各電極パターンが全て接続されることにより、基板
両面の接合膜に同時に給電することを可能とし、接合を
行っていた。
【０００４】図１は従来の分解斜視図、図２は従来の上
面透視図、図３は従来の圧電振動子の断面図である。従
来の圧電振動子は、例えば、水晶（ＳｉＯ2）からなる
音叉型の水晶振動子片１１０を有する水晶振動子であ
り、図示するように、水晶振動子片１１０を有する振動
子２０と、この振動子２０の両面に接合されて水晶振動
子片１１０を振動可能な状態で気密封止する一対の蓋体
であるリッド１０とベース３０とを具備する。従来の振
動子２０は、図１、図２、図３に示すように、音叉型の
水晶振動子片１１０と、その基端部と一体的に接続され
水晶振動子片１１０の周囲を囲む枠状部１００とを有す
る。
【０００５】一対の蓋体であるリッド１０とベース３０
は、例えば、ソーダライムガラス等で形成され、それぞ
れ、水晶振動子片１１０に対応する領域に水晶振動子片
１１０の振動を妨げない程度の空間を画成する凹部キャ
ビティー９０を有する。また、このようなリッド１０と
ベース３０が接合される振動子２０には、図３に示すよ
うに、その表裏両面及び側面に水晶振動子片１１０を振
動させるための励振電極膜８０、８１が形成されると共
に、枠状部１００に対応する領域に励振電極膜８０、８
１と同一材料からなり、リッド１０およびベース３０と
の実際の接合部となる接合膜４０、４１が設けられてい
る。そして、この接合膜４０、４１によりリッド１０と
ベース３０とが、詳しくは後述するが、いわゆる陽極接
合によって振動子２０の上下面に接合される。
【０００６】上記従来の水晶振動子の製造工程において
は、振動子２０、リッド１０、およびベース３０それぞ
れが、フォトリソグラフィーによるエッチングでウェハ
に複数形成される。図４に示すように、振動子２０は、
第一のウェハである１枚の水晶ウェハ１３０上に複数の
水晶振動子片１１０を形成される。すなわち、水晶ウェ
ハ１３０に複数の振動子２０を一体的に形成する。また
同時に水晶振動子片１１０の長手方向における各水晶振
動子片１１０の間に貫通孔１２１が形成され、この貫通
孔１２１の内面は水晶ウェハ１３０を切断後、振動子２
０の側面の一部となる。
【０００７】リッド１０、ベース３０は例えば、ソーダ
ライムガラスからなるガラスウェハ１４０、１５０に形
成される。これらのウェハ上に水晶ウェハ１３０の各水
晶振動子片１１０に対応して凹部キャビティー９０をフ
ォトリソグラフィーによるエッチングで複数形成する。
すなわち、第二のウェハであるガラスウェハ１４０に複
数のリッド１０を、第三のウェハであるガラスウェハ１
５０に複数のベース３０を一体的に形成する。また同時
に、ガラスウェハ１５０の水晶ウェハ１３０の貫通孔１
２１に対応する部分には、水晶ウェハ１３０の貫通孔１
２１よりも大きいスルーホール１２０が形成され、この
ガラスウェハ１５０に形成されるスルーホール１２０の
内面は、ガラスウェハ１４０、１５０を切断後、それぞ
れリッド１０とベース３０の側面の一部となる。
【０００８】図4に示すように、水晶ウェハ１３０上に
形成された複数の振動子２０の水晶振動子片１１０の上
下面および側面には励振電極膜８０、８１、枠状部１０
０の上下面の接合膜４０、４１、および水晶振動子片１
１０の基端部に取出電極５０が、水晶ウェハ１３０の全
表面にわたって成膜される同一のスパッタ膜から形成さ
れる。スパッタ膜の材質はＡｌ、Ｃｒ、およびこれらの
合金等が用いられるが、本実施形態ではＡｌを使用し形
成した。このＡｌスパッタ膜をフォトリソグラフィーに
よりパターニングし、励振電極８０、８１、取出電極５
０などの電極と接合膜４０、４１等からなる電極パター
ンを各振動子２０の上下面に形成する。
【０００９】一方の極である励振電極膜８０は接合膜４
０に、他方の極である励振電極８１は接合膜４１にそれ
ぞれ延設され接続される。更に、接合膜４1は振動子２
０の水晶振動子片１１０の基端部側の枠状部１００の短
手方向の端部側面、つまり水晶ウェハ１３０上の貫通孔
１２１の内壁面を介して振動子２０の反対側の表面に延
設されている。なお、振動子２０の両面に形成される接
合膜４０及び接合膜４１の少なくとも一部は、両面にお
いてそれぞれリッド１０及びベース３０の凹部キャビテ
ィー９０を取り囲むように形成されており、接合後は凹
部キャビティー９０内部が気密に封止されるようになっ
ている。
【００１０】この段階では各振動子２０の電極パターン
１６０は図4のように独立しており、シール部とは異極
となる取出電極５０を使用して振動子の特性の調整が可
能であり、この段階で水晶振動子片１１０の周波数調整
を行う。
【００１１】図5は、従来の部分的工程フローである。
この方法では図示されたように、成膜時や周波数調整時
のレーザートリミングなどで接合膜40（または41）に異
物の付着が発生する。この異物は陽極接合時にリッド10
と接合膜40、またはベース30と接合膜41との間に隙間が
発生し、接合を妨げるものとなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の方
法では、周波数を調整する為の成膜プロセスや、レーザ
ートリミングなどで発生する異物などの汚染物質により
接合後の特性にばらつきが生じていた。また、ショート
スパッタ膜のそれぞれが持つ電気的抵抗値やショートス
パッタ膜による段差の発生によっても特性のばらつきが
発生していた。本発明は、このような事情に鑑み、接合
面に段差が無く、抵抗値も低く均一な電極構造を提供す
ることを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、圧電材料からなるウエハ上にフォトリソグラフィ
ーにより振動子の外形形状と前記振動子の周辺に枠を形
成し、前記振動子表面に第１の励振電極を形成し、前記
枠の表面にフレーム電極を形成し、前記振動子表面に前
記第１の励振電極と離間した重りを形成し、前記第１の
励振電極と前記フレーム電極を剥離し、前記枠と前記振
動子の表面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニン
グし互いに電気的に接続された第２の励振電極と接合膜
を形成し圧電振動子を製造する。
【００１４】また、圧電材料からなるウエハ上にフォト
リソグラフィーにより複数の振動子の外形形状と前記振
動子それぞれの周辺に枠を形成し、前記複数の振動子そ
れぞれの表面に重りと第１の励振電極を形成し、前記複
数の振動子のそれぞれ枠の表面に前記第１の励振電極と
離間したフレーム電極を形成し、前記第１の励振電極と
フレーム電極を剥離し、前記枠と前記振動子の表面に金
属膜を形成し、前記金属膜をパターニングし第２の励振
電極と電気的に接続された接合膜を形成し圧電振動子を
製造する。
【００１５】ここで、前記フレーム電極を形成した後、
前記重りをトリミングすることで、接合膜の汚れが防止
できる。
【００１６】この他に本発明は、圧電振動子片と、前記
圧電振動子片の基端部に一体的に接続され当該圧電振動
子片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、前記
圧電振動子片の両側表面に設けられて前記圧電振動子片
を振動させる一対の励振電極と、前記枠状部の上下面に
形成され前記励振電極と連結する接合膜と、前記圧電振
動板の両面側に、前記圧電振動子片の振動を妨げること
なく前記圧電振動子片を前記接合膜を介して気密封止す
る一対の蓋体とを具備する圧電振動子の製造方法に関す
る。ここで前記個々の独立に配置された一対の励振電極
と該励振電極と連結するフレーム電極からなる電極構造
体を特性の調整後剥離し、再度励振電極と枠状部の上下
面に接合膜を形成し圧電振動子を製造することができ
る。
【００１７】さらに本発明は、圧電振動子片と、前記圧
電振動子片の基端部に一体的に接続されて前記圧電振動
子片の周囲を囲む枠状部とからなる複数の振動子を形成
したウェハ上の圧電振動子の電極構造において、前記複
数の振動子それぞれの前記圧電振動子上に形成された一
対の励振電極膜と、前記複数の振動子それぞれの前記枠
状部上に形成され、前記一対の励振電極膜と電気的に接
続する接合膜とからなる複数の電極パターンが電極パタ
ーン形成時に、既にお互いが接続されている、圧電振動
子の電極構造に関する。
【００１８】また発明は、第一のウェハに、それぞれ圧
電振動子片と前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続
されて前記圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とからなる
複数の振動子を形成する工程と、前記複数の振動子それ
ぞれの前記圧電振動子片上の一対の励振電極膜と、前記
複数の振動子それぞれの前記枠状部上に形成され、前記
一対の励振動電極膜と電気的に接続する接合膜とからな
る複数の電極パターンを形成する工程と、前記第一のウ
ェハの前記複数の電極パターンを金属膜により互いに接
続する工程と、第二のウェハにそれぞれ前記圧電振動子
片の振動を妨げることなく気密封止するリッドを複数形
成する工程と、第三のウェハに、前記圧電振動子片の振
動を妨げることなく気密封止するベースを複数形成する
工程と、前記第一のウェハを前記第二のウェハと前記第
三のウェハとにより挟持し、陽極接合により同時に接合
する工程と、前記接合されたウェハの所定位置を切断す
る工程から圧電振動子を製造する。
【００１９】この様に、再度接合膜を含む電極パターン
を形成を行い、表面に付着した接合を妨げる汚染物質の
除去を行うことにより、安定した特性の振動子を得るこ
との出来る接合を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。本発明では、図7に示すような工程フロ
ーにより製造を行う。図７（ａ）で振動子２０の表面に
フレーム電極３８と励振電極８０，８１を形成する。こ
こでフレーム電極３９は振動子２０の裏面に形成されて
いる。図７（ｃ）で下地２００の振動子２０の先端部に
重り２１０を形成する。フレーム電極３８、３９は振動
子の枠部にあり、電圧を印加し振動子を励振することに
より振動子を振動することができる。図７（ｂ）で振動
子２０の先端に重りの下地２００を形成する。そして、
振動子の周波数調整と温度特性の調整を重りのレーザー
トリミングにより行う、図７（ｄ）。
【００２１】次に重り２１０下地２００を残して、フレ
ーム電極３８と励振電極８０，８１を剥離する、図７
（ｅ）。そして、振動子２０の全面にＡＬからなる金属
膜２２０をスパッタリングで形成し、図７（ｆ）、最後
に金属膜をパターニングし、振動子片表面に励振電極８
０と、振動子の枠の表面に接合膜４０を形成する。ここ
で接合膜４０は、励振電極８０と電気的に接続されてお
り、電極の一部として働く。この方法によれば従来のよ
うにフレーム電極３８（または３９）に付着した異物は
電極膜の剥離により取り去られ、新たに接合膜が形成さ
れる。このため、異物による隙間が発生しない良好な接
合を行うことが出来るようになった。
【００２２】また、振動子２０、リッド１０、ベース３
０のそれぞれがウェハに形成された後、従来は陽極接合
のために個別に形成されていた接合膜４０及び４１を図
6に示すようにショートさせていたが、本発明では従来
とは異なりあらかじめショートされた接合膜を図7に示
すような工程により新たに形成し、図８のようなパター
ンを得る。このとき、フレーム電極及び励振電極膜８
０、８１を一度剥離するが、周波数調整用の重りを剥離
しないように、材質を選択する必要がある。ここでは電
極膜にＡｌ、重りにＡｕ、及びＣｒを使用した。この様
にあらかじめショートされた接合膜を使用することによ
り、各々の振動子間に発生していたショートスパッタ時
の電気的抵抗が解消され、ウェハ内の接合膜の電気抵抗
が低くなり、ウェハ内の面内の抵抗のばらつきが無く、
陽極接合時の電圧が低く、かつ均一で良好な接合を行う
ことが出来るようになった。
【００２３】接合の完了後、ベース３０の短手方向の端
部側面、つまりガラスウェハ１５０の貫通孔１２１の内
壁面から、スルーホール１２０の内壁面を介してベース
３０の表面に亘って引き出し電極６０、６１を、例え
ば、クロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）等からなる金属膜を
部分スパッタリング等により成膜して形成する。引出電
極６０は接合膜４０に接触して、また引出電極６１は接
合膜４１に接触して設けられる。
【００２４】さらに、ダイシングソー等の技術を用い
て、３枚のウェハが接合され一体化された接合ウェハを
所定の位置にて機械的に切断し、個別の水晶振動子を完
成させる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、励振電
極膜及び接合膜を再形成することにより、接合面の異物
の除去、各々の振動子の特性の調整を可能にした上での
接合膜間の抵抗値の減少により、歩留り良く、特性の良
い振動子を得ることが出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の実施形態にかかる圧電振動子の分解斜視
図である。
【図２】従来の実施形態にかかる振動子２０の上面図で
ある。
【図３】従来の実施形態にかかる圧電振動子の断面図で
ある。
【図４】従来の電極形成後の工程のフローである。
【図５】従来の実施形態にかかる水晶ウェハの概略図で
ある。
【図６】従来の実施形態にかかる水晶ウェハのショート
用スパッタ膜形成後の概略図である。
【図７】本発明の電極形成後の工程のフローである。
【図8】本発明の実施形態にかかる水晶ウェハの概略図
である。
【符号の説明】
１０ リッド ２０ 振動子 ３０ ベース ３８、３９ フレーム電極 ４０、４１ 接合膜 ５０ 取出電極 ６０、６１ 引出電極 ７０ ショート用スパッタ膜 ８０、８１ 励振電極 ９０ 凹部キャビティー １００ 枠状部 １１０ 水晶振動子片 １２０ スルーホール １３０ 水晶ウェハ １４０ ガラスウェハ １５０ ガラスウェハ １６０ 電極パターン

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧電材料からなるウエハ上にフォトリソ
    グラフィーにより振動子の外形形状と前記振動子の周辺
    に枠を形成し、 前記振動子表面に第１の励振電極を形成し、前記枠の表
    面にフレーム電極を形成し、 前記振動子表面に前記第１の励振電極と離間した重りを
    形成し、 前記第１の励振電極と前記フレーム電極を剥離し、 前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、 前記金属膜をパターニングし互いに電気的に接続された
    第２の励振電極と接合膜を形成する工程とからなる圧電
    振動子の製造方法。
  2. 【請求項２】 圧電材料からなるウエハ上にフォトリソ
    グラフィーにより複数の振動子の外形形状と前記振動子
    それぞれの周辺に枠を形成し、 前記複数の振動子それぞれの表面に重りと第１の励振電
    極を形成し、前記複数の振動子のそれぞれ枠の表面に前
    記第１の励振電極と離間したフレーム電極を形成し、 前記第１の励振電極とフレーム電極を剥離し、 前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、 前記金属膜をパターニングし第２の励振電極と電気的に
    接続された接合膜を形成する工程とからなる圧電振動子
    の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記フレーム電極を形成した後、前記重
    りをトリミングすることを特徴とする請求項１または２
    記載の圧電振動子の製造方法。
  4. 【請求項４】 圧電振動子片と、前記圧電振動子片の基
    端部に一体的に接続され当該圧電振動子片の周囲を囲む
    枠状部とを有する圧電振動板と、前記圧電振動子片の両
    側表面に設けられて前記圧電振動子片を振動させる一対
    の励振電極と、前記枠状部の上下面に形成され前記励振
    電極と連結する接合膜と、前記圧電振動板の両面側に、
    前記圧電振動子片の振動を妨げることなく前記圧電振動
    子片を前記接合膜を介して気密封止する一対の蓋体とを
    具備する圧電振動子の製造方法において、 前記個々の独立に配置された一対の励振電極と該励振電
    極と連結するフレーム電極からなる電極構造体を特性の
    調整後剥離し、他の励振電極と電気的に接続された接合
    膜を前記圧電振動片に形成する圧電振動子の製造方法。
  5. 【請求項５】 圧電振動子片と、前記圧電振動子片の基
    端部に一体的に接続されて前記圧電振動子片の周囲を囲
    む枠状部とからなる複数の振動子を形成したウェハ上の
    圧電振動子の電極構造において、前記複数の振動子それ
    ぞれの前記圧電振動子上に形成された一対の励振電極膜
    と、前記複数の振動子それぞれの前記枠状部上に形成さ
    れ、前記一対の励振電極膜と電気的に接続する接合膜と
    からなる複数の電極パターンが電極パターン形成時に、
    既にお互いが接続されていることを特徴とする、圧電振
    動子の電極構造。
  6. 【請求項６】 第一のウェハに、それぞれ圧電振動子片
    と前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続されて前記
    圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とからなる複数の振動
    子を形成する工程と、 前記複数の振動子それぞれの前記圧電振動子片上の一対
    の励振電極膜と、前記複数の振動子それぞれの前記枠状
    部上に形成され、前記一対の励振動電極膜と電気的に接
    続する接合膜とからなる複数の電極パターンを形成する
    工程と、前記第一のウェハの前記複数の電極パターンを
    金属膜により互いに接続する工程と、 第二のウェハにそれぞれ前記圧電振動子片の振動を妨げ
    ることなく気密封止するリッドを複数形成する工程と、 第三のウェハに、前記圧電振動子片の振動を妨げること
    なく気密封止するベースを複数形成する工程と、 前記第一のウェハを前記第二のウェハと前記第三のウェ
    ハとにより挟持し、陽極接合により同時に接合する工程
    と、 前記接合されたウェハの所定位置を切断する工程とを有
    することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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