JP2005094410A

JP2005094410A - 圧電振動子の構造とその製造方法

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Publication number: JP2005094410A
Application number: JP2003325560A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sato; 健二佐藤
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: JP4506135B2

Abstract

【課題】容量比の低下を防ぐと共に精度の良い電極の形成と、小型化に適した構造で量産向きの圧電振動子とその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】図１（ａ）は上面図を示し、図１（ｂ）はＡ方向からの側面図を示しており、メサ構造を有する圧電振動子２１は、圧電基板２２の両主面に凸部２３を形成した後、凸部２３の表裏に励振電極２４を形成してリード電極２５を介してパッド電極２６に接続したものである。図１に示すように、本実施例によれば、励振電極２４は、圧電基板２２の凸部２３より拡大して形成しており、従って、電極寸法（大きさ）で決まる容量Ｃ_０が増加して圧電振動子の容量比が増加する。又、励振電極２４の、凸部２３より拡大した部分の面積（電極量）を可変することにより、メサ構造を有する圧電振動子の容量比を任意に設定することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電振動子の構造とその製造方法に関し、特にメサ構造を有する圧電振動子の電極構造とその製造方法の改良に関する。

従来、厚み滑り振動子の振動エネルギーを閉じ込める方法として、特開昭５１−２４８９２号公報、特開平８−３３０８８３号公報に開示されているように、べべリング、コンベックス、或いは、メサ等のように圧電基板を所定の形状に加工する方法が知られており、これらの方法は、振動エネルギーを励振用電極下により多く集中させることが出来るため、機械的振動により発生した電荷をより多く励振用電極下に集中させることが出来、共振インピーダンスを小さくすることが可能で有る。

図５は、べべリング、コンベックス、メサ構造の圧電基板の形状を示す外観例である。図５（ａ）はべべリングは構造を示し、図５（ｂ）はコンベックス構造を示し、図５（ｃ）はメサ構造を示す。夫々、所定の形状に加工した圧電基板１、３、５に対し、斜線で示した領域の表面に励振電極２、４、６が形成され、振動エネルギーは、各圧電基板の斜線部分に閉じ込められる。又、べべリング加工、或いはコンベックス加工は、加工する際に手間の掛かる作業が必要であり、コスト面からはメサ構造の圧電振動子が有利である。

そこで、以降、メサ構造、即ち凸部を有する圧電振動子について説明する。
図６は、従来の圧電振動子の第一の外観構造例であり、図６（ａ）は上面図を示し、図６（ｂ）はＡ方向からの側面図を示す。メサ構造を有する圧電振動子７は、圧電基板８の両主面のほぼ中央部に凸部９を形成した後、凸部９の表裏に励振電極１０を形成してリード電極１１を介してパッド電極１２に接続したものである。このようなメサ構造を有する圧電振動子を製造する際は、エッチングの手段により凸部を形成するが、エッチングの耐性膜として、Ｃｒ＋Ａｕ＋フォトレジスト等を組み合わせて使用することが多い。凸部に形成する励振電極は、耐性膜として使用したＣｒ＋Ａｕ膜をそのまま励振電極として使用する場合と、Ｃｒ＋Ａｕ膜を剥離した後Ｎｉ＋Ａｕ膜を形成する場合とが有る。

一方、近年、水晶振動子が小型化されるに従って、水晶基板の形状も小型化され、水晶基板に形成する励振電極の水晶基板に占める面積の割合が相対的に大きくなっている。
図７は、従来の圧電振動子の第二の外観構造例であり、図７（ａ）は上面図を示し、図７（ｂ）はＡ方向からの側面図を示す。図７は、図６と比べて水晶基板の形状が小型化され、水晶基板に形成する励振電極の水晶基板に占める面積の割合が相対的に大きくなった場合の圧電振動子の外観構造例を示す。図７においても図６と同様に、メサ構造を有する圧電振動子１３は、圧電基板１４の両主面に凸部１５を形成した後、凸部１５の表裏に励振電極１６を形成してリード電極１７を介してパッド電極１８に接続したものである。

次に、従来のメサ構造を有した圧電基板の製造方法について説明する。
図８は、従来のメサ構造を形成した圧電基板母材の外観例であり、図８（ａ）は上面図を示し、図８（ｂ）はＡ方向からの側面図を示す。そこで、圧電基板を製造する際は、大型の圧電基板母材１９の凸部２０を形成する位置に、Ｃｒ＋Ａｕ＋フォトレジスト等を組み合わせてエッチングの耐性膜を生成し、エッチング加工によりメサ構造を形成する。その後、ワックス等で圧電基板母材をガラス基板等に固着させた上で、図８に示した点線の位置おいてダイシングを行い個片のメサ構造を有する圧電基板を製造している。
特開昭５１−２４８９２号公報特開平８−３３０８８３号公報

しかしながら、従来の圧電振動子とその製造方法は以下のような問題を抱えていた。
図６に示した従来の圧電振動子の問題点について説明すると、一般的に圧電振動子の構造をメサ構造とすると、べべリング、及コンベックス構造の圧電振動子と比べて容量比γが低下すると言う問題を生じる。圧電振動子の容量比γとは、電極寸法（大きさ）で決まる容量Ｃ_０を、振動子の実質的な振動領域で決まる容量Ｃ_１で除したものであり、例えば、べべリング構造であれば、図５（ａ）に示した如く構成され、一方、メサ構造であれば、図５（ｃ）に示した如く構成されており、べべリング構造は、励振電極の内側に振動領域が形成されているが、メサ構造の圧電振動子は、励振電極と振動領域はほぼ同一の位置にあり、電極寸法に係わるＣ_０に対する振動領域に係わるＣ_１の割合が大きくなり、従って、容量比γは低下する。

又、メサ構造を有する圧電振動子を製造する際は、圧電基板にエッチングにより凸部を形成するが、エッチングのための耐性膜として、Ｃｒ＋Ａｕが使用されることが多い。そこで、この耐性膜をそのまま励振電極として用いる場合は問題とならないが、産業用の圧電振動子等に見られるような、Ｎｉ＋Ａｕを電極として用いる場合、前記耐性膜を剥離後、新にメサ形状と同一寸法の電極をＮｉ＋Ａｕを用いて形成する必要があり、メサ形状と同じ形状の電極を位置精度良く形成することは非常に困難であった。

次に、図７に示した従来の圧電振動子の問題点について説明すると、圧電振動子を小型化すると、圧電基板に対する励振電極面積の割合が増加し、外部接続用のパッド電極と励振電極との距離Ｌが短くなり、振動部に近いところでパッド電極を接着剤等を用いて外部パッドに接着固定することになる。これにより、圧電基板の中心部で振動エネルギーを閉じ込めたとしても、微量に漏れる振動が接着剤の影響を受け、振動特性の劣化を生ずる。一方、外部接続用のパッド電極と励振電極との距離Ｌが短くなると、導電性接着剤を塗布した際に励振電極とパッド電極が電気的に短絡する危険性が高まる。

次に、図８に示した従来の圧電振動子の製造方法の問題点について説明すると、従来、メサ構造を有する圧電振動子は、圧電基板母材にエッチングにより凸部分を形成した後、圧電基板母材をワックス等でガラス基板等に固着させた上でダイシングにより個片に切断していたが、切断後にワックスを溶解して洗浄し、個片となった圧電基板を回収して再度電極形成用のメタルマスクに詰めていた。そのため、製造コストが高く量産向きではなかった。

又、凸部分を形成した圧電基板母材は、凸部分による段差を有しているため、ダイシングを行うために圧電基板母材をガラス基板等へ固定した際に、凸部分以外の圧電基板母材は固定されずに浮いた状態となるので、切削時にチッピングが多く発生し、場合によっては圧電基板母材が割れるなどの多くの問題を抱えていた。更には、圧電基板の製造をバッチ処理化する上で、ダイシング工程が障害となっていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、容量比の低下を防ぐと共に精度の良い電極の形成と、小型化に適した構造を有し、量産に適した圧電振動子とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係わる圧電振動子とその製造方法は、以下の構成をとる。
請求項１記載の圧電振動子は、圧電基板の両主面の相対向する位置に所定の形状の凸部を設け、該凸部上面に励振電極を形成すると共に、該励振電極と前記圧電基板端部に配置したパッド電極とを接続するためのリード電極を備えた圧電振動子において、前記励振電極を、圧電基板の端部に向って前記凸部の段差部より外側の領域まで拡大するよう構成する。

請求項２記載の圧電振動子は、前記凸部の段差部より外側に拡大した領域の前記励振電極の面積を調整することにより並列容量を可変し、圧電振動子の容量比γ（並列容量Ｃ_０／直列容量Ｃ_１）を任意の値に設定するよう構成する。

請求項３記載の圧電振動子は、圧電基板の両主面の相対向する位置に所定の形状の凸部を設け、該凸部上面に励振電極を形成すると共に、該励振電極と前記圧電基板端部に配置したパッド電極とを接続するためのリード電極を備えた圧電振動子において、前記凸部の中央部が、前記圧電基板の中央部より前記パッド電極から遠ざかる方向にずれるよう構成する。

請求項４記載の圧電振動子は、圧電基板の両主面の相対向する位置に所定の形状の凸部を設け、該凸部上面に励振電極を形成すると共に、該励振電極と前記圧電基板端部に配置したパッド電極とを接続するためのリード電極を備えた圧電振動子において、前記励振電極を、圧電基板の端部に向って前記凸部の段差部より外側の領域まで拡大し、該拡大した領域の前記励振電極の面積を調整することにより並列容量を可変し、圧電振動子の容量比γを任意の値に設定する共に、前記凸部の中央部が、前記圧電基板の中央部より前記パッド電極から遠ざかる方向にずれるよう構成する。

請求項５記載の圧電振動子の製造方法は、大型の圧電基板母材の所定の位置に複数の凸部を形成する工程と、該圧電基板母材に形成した凸部の周囲に、矩形状の個片の圧電基板に対応し分離できるよう３辺にスリット状の貫通孔をエッチングにより形成する工程と、圧電基板母材から複数の個片の圧電基板に分離するため、非貫通部を折り割る工程とを含むよう構成する。

上述したように請求項１及２に記載の発明は、励振電極の形成面積を凸部より拡大したため、電極間容量が増加することから容量比が増加してべべリング構造、或いはコンベックス構造の圧電振動子と同等の特性が得られるようになると共に、励振電極の拡大領域の電極量を調整することにより圧電振動子の容量比を任意に設定可能となった。又、励振電極を拡大したことから、励振電極を形成する際に多少の電極ずれが生じても問題とならないと共に、励振電極の凸部の段差部分の強度が増加し、信頼性の高いメサ構造を有する圧電振動子の提供が可能となり、圧電振動子を使用する上で著しい効果を発揮する。

請求項３及４に記載の発明は、凸部の形成位置を圧電基板の中央からパッド電極から遠ざかる方向に所定の位置まで移動させたため、パッド電極を接着固定する際の振動特性への影響を抑えることが可能となると共に、導電性接着剤を塗布した際にパッド電極と励振電極間の電気的短絡を防止することが出来、圧電振動子を使用する上で著しい効果を発揮する。

請求項５に記載の発明は、圧電基板母材から複数の圧電基板に切断する際に、ダイシング工程を止めてエッチング手法を採用したため、バッチ処理が可能となり、ダイシング工程にかかっていたコストが大幅に削減出来、圧電振動子を低コスト化する上で著しい効果を発揮する。

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る圧電振動子の第一の実施例を示す外観構造である。本実施例は、図６により説明した従来例の問題を解決するためになされたものであって、メサ構造を有する圧電振動子が、べべリング、コンベックス構造の圧電振動子と比べて容量比が低下すると言う問題と、Ｎｉ＋Ａｕを電極として用いる場合、メサ形状と同じ形状の励振電極を位置精度良く形成することは非常に困難であるという問題を解決するため、励振電極を凸部の段差部より圧電基板の端面に向かって所定の位置まで拡大させた。

図１を説明すると、図１（ａ）は上面図を示し、図１（ｂ）はＡ方向からの側面図を示しており、メサ構造を有する圧電振動子２１は、圧電基板２２の両主面に凸部２３を形成した後、凸部２３の表裏に励振電極２４を形成してリード電極２５を介してパッド電極２６に接続したものである。図１に示すように、本実施例によれば、励振電極２４は、圧電基板２２の凸部２３より拡大して形成しており、従って、電極寸法（大きさ）で決まる容量Ｃ_０が増加して圧電振動子の容量比が増加した。

又、励振電極２４の、凸部２３より拡大した部分の面積（電極量）を可変することにより、圧電振動子の容量比を任意に設定することが可能となる。そこで、本実施例のような励振電極の構造とすることにより、べべリング、或いはコンベックスと言った構造の圧電振動子と同等の性能を有したメサ構造を有する圧電振動子が実現出来る。

一方、励振電極２４を、圧電基板２２の凸部２３より拡大して形成したため、形成した励振電極２４が多少寸法ずれを起こしても、圧電振動子の特性に影響を与えることはない。
更に、励振電極２４を、圧電基板２２の凸部２３より拡大して形成したため、従来、励振電極より導出していたリード電極が、凸部分のエッジ部（段差部）で断線し易いと言った問題の解決が図られた。

図２は、本発明に係る圧電振動子の第二の実施例を示す外観構造である。本実施例は、図７により説明した従来例の問題を解決するためになされたものであって、圧電振動子を小型化した際に、圧電基板に対する励振電極面積の割合が増加し、外部接続用のパッド電極と励振電極との距離Ｌが短くなることにより生ずる振動特性の劣化や、励振電極とパッド電極とが短絡するという問題を解決するために、凸部の形成位置を圧電基板の中央部から図２紙面の向かって右方向に移動させたものである。べべリング、或いはコンベックス構造の圧電振動子は、その加工方法により圧電基板の中央部にエネルギーを閉じ込めているが、メサ構造の圧電振動子は凸部の形成位置を移動させてエネルギーの閉じ込め位置を可変することが可能である。

図２を説明すると、図２（ａ）は上面図を示し、図２（ｂ）はＡ方向からの側面図を示しており、メサ構造を有する圧電振動子２７は、圧電基板２８の両主面に凸部２９を形成した後、凸部２９の表裏に励振電極３０を形成してリード電極３１を介してパッド電極３２に接続したものである。図２に示したように、本実施例においては、励振電極の中心線をＢからＢ’に移動させたものである。そのため、励振電極３０とパッド電極３２間の距離Ｌが広がり、励振電極部から微量に漏れる振動が接着剤の影響を受け、振動特性の劣化が生ずると言う問題を解決した。一方、外部接続用のパッド電極と励振電極との距離Ｌが広がり、導電性接着剤を塗布した際に励振電極とパッド電極とが電気的に短絡する可能性は低減した。

図３は、本発明に係る圧電振動子の第三の実施例を示す外観構造である。本実施例は、図１に示した実施例と図２に示した実施例とを兼ね備えた実施例であって、メサ構造を有する圧電振動子が、べべリング、コンベックス構造の振動子と比べて容量比が低下すると言う問題と、Ｎｉ＋Ａｕを電極として用いる場合、メサ形状と同じ形状の励振電極を位置精度良く形成することは非常に困難であるという問題と、圧電振動子を小型化した際に、圧電基板に対する励振電極面積の割合が増加し、外部接続用のパッド電極と励振電極との距離Ｌが短くなることにより生ずる問題とを解決するために、励振電極を凸部の段差部より圧電基板の端面向かって所定の位置まで拡大させると共に、凸部の形成位置を圧電基板の中央部から図３紙面の向かって右方向に移動させたものである。

図３を説明すると、図３（ａ）は上面図を示し、図３（ｂ）はＡ方向からの側面図を示しており、メサ構造を有する圧電振動子３３は、圧電基板３４の両主面に凸部３５を形成した後、凸部３５の表裏に励振電極３６を形成してリード電極３７を介してパッド電極３８に接続したものである。
本実施例においては、励振電極３６は、圧電基板３４の凸部３５より拡大して形成すると共に、励振電極３６の中心線をＢからＢ’に移動させたものである。

従って、圧電振動子は、容量比が増加すると共に励振電極を形成する際に形状及び位置に誤差を生じても特性の劣化を防ぎ、又、外部接続用のパッド電極と励振電極との距離Ｌが広がるため、励振電極部から微量に漏れる振動が接着剤の影響を受けて振動特性が劣化するという問題を防止すると共に、導電性接着剤を塗布した際に励振電極とパッド電極が電気的に短絡する可能性を低減させた。

図４は、本発明に係わるメサ構造を形成した圧電基板母材の外観例であり、図４（ａ）は上面図を示し、図４（ｂ）はＡ方向からの側面図を示す。
本実施例は、圧電振動子を量産する際に障害となっていた圧電基板母材から圧電基板の個片に切り分けるダイシング工程を止め、圧電基板母材に形成した凸部の周囲に、所望の矩形状の個片の圧電基板が得られるよう所定の寸法で３辺のスリット状の貫通孔をエッチングにより形成し、残された１方向には貫通孔を形成しないで個片の圧電基板を保持し、圧電基板母材から個片の圧電基板を分離する際は、非貫通部を折り割ることで個片に分離した。

図４は、圧電基板母材に夫々メサ構造（凸部）を形成した後、凸部の周囲の３辺にスリット状の貫通孔を設けた状態を示す。この様な圧電基板母材を形成する際は、先ず、大型の圧電基板母材３９の凸部４０を形成する位置に、Ｃｒ＋Ａｕ＋フォトレジスト等を組み合わせてエッチングの耐性膜を生成し、エッチング加工によりメサ構造を形成する。更に、エッチング加工により、凸部の周囲の所定の位置に、３辺に渡って貫通孔４１を形成し、残された１方向は非貫通部４２とする。次に、非貫通部４１を折り割り個片の圧電基板として電極膜の形成工程に移る。
従って、ダイシング工程をこのような新たな工程に変更したことにより、バッチ処理化が可能となると共に、ダイシング工程にかかる費用が大幅に削減することが出来る。

本発明に係る圧電振動子の第一の実施例を示す外観構造である。本発明に係る圧電振動子の第二の実施例を示す外観構造である。本発明に係る圧電振動子の第三の実施例を示す外観構造である。本発明に係わるメサ構造を形成した圧電基板母材の外観例を示す。べべリング、コンベックス、メサ構造の圧電基板の形状を示す外観例である。従来の圧電振動子の第一の外観構造例である。従来の圧電振動子の第二の外観構造例である。従来のメサ構造を形成した圧電基板母材の外観例を示す。

符号の説明

１・・圧電基板
２・・励振電極
３・・圧電基板
４・・励振電極
５・・圧電基板
６・・励振電極
７・・圧電振動子
８・・圧電基板
９・・凸部
１０・・励振電極
１１・・リード電極
１２・・パッド電極
１３・・圧電振動子
１４・・圧電基板
１５・・凸部
１６・・励振電極
１７・・リード電極
１８・・パッド電極
１９・・圧電基板母材
２０・・凸部
２１・・圧電振動子
２２・・圧電基板
２３・・凸部
２４・・励振電極
２５・・リード電極
２６・・パッド電極
２７・・圧電振動子
２８・・圧電基板
２９・・凸部
３０・・励振電極
３１・・リード電極
３２・・パッド電極
３３・・圧電振動子
３４・・圧電基板
３５・・凸部
３６・・励振電極
３７・・リード電極
３８・・パッド電極
３９・・圧電基板母材
４０・・凸部
４１・・貫通孔
４２・・非貫通部

Claims

圧電基板の両主面の相対向する位置に所定の形状の凸部を設け、該凸部上面に励振電極を形成すると共に、該励振電極と前記圧電基板端部に配置したパッド電極とを接続するためのリード電極を備えた圧電振動子において、
前記励振電極を、圧電基板の端部に向って前記凸部の段差部より外側の領域まで拡大したことを特徴とする圧電振動子の構造。
前記凸部の段差部より外側に拡大した領域の前記励振電極の面積を調整することにより並列容量を可変し、圧電振動子の容量比γ（並列容量Ｃ_０／直列容量Ｃ_１）を任意の値に設定したことを特徴とする請求項１記載の圧電振動子の構造。
圧電基板の両主面の相対向する位置に所定の形状の凸部を設け、該凸部上面に励振電極を形成すると共に、該励振電極と前記圧電基板端部に配置したパッド電極とを接続するためのリード電極を備えた圧電振動子において、
前記凸部の中央部が、前記圧電基板の中央部より前記パッド電極から遠ざかる方向にずれていることを特徴とする圧電振動子の構造。
圧電基板の両主面の相対向する位置に所定の形状の凸部を設け、該凸部上面に励振電極を形成すると共に、該励振電極と前記圧電基板端部に配置したパッド電極とを接続するためのリード電極を備えた圧電振動子において、
前記励振電極を、圧電基板の端部に向って前記凸部の段差部より外側の領域まで拡大し、該拡大した領域の前記励振電極の面積を調整することにより並列容量を可変し、圧電振動子の容量比γを任意の値に設定する共に、前記凸部の中央部が、前記圧電基板の中央部より前記パッド電極から遠ざかる方向にずれていることを特徴とする圧電振動子の構造。
大型の圧電基板母材の所定の位置に複数の凸部を形成する工程と、
該圧電基板母材に形成した凸部の周囲に、矩形状の個片の圧電基板に対応し分離できるよう３辺にスリット状の貫通孔をエッチングにより形成する工程と、
圧電基板母材から複数の個片の圧電基板に分離するため、非貫通部を折り割る工程とを含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。