JP2005217766A - 水晶素板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水晶振動子等の電子部品に使用される水晶素板の製造方法のうち、特に温度特性が優れた水晶素板の製造方法を目的とする。
【解決手段】 課題を解決するために本発明は、水晶ウエハから複数の水晶素板をダイシング加工により形成する水晶素板の製造方法であってダイシングテープへ水晶ウエハを貼り付ける工程の前又は後に、該水晶ウエハに光又はＸ線を照射してカットアングルを測定し、ダイシングブレードの走行方向に対するＺ’軸方向へのオフセットと該水晶ウエハの面内旋回角度を適正値にオフセットする工程を設ける水晶素板の製造方法で工程管理を行うことにより課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶振動子等の電子部品に使用される水晶素板の製造方法のうち、特に温度特性が優れた水晶素板の製造方法に関する。

民生用通信機器をはじめとする電子機器には、温度に対する周波数特性のバラツキの少ない振動子が要求されている。ＡＴカット水晶振動子は温度に対する周波数特性が優れていることから、多くの電子機器で使用されている。
ＡＴカット水晶振動子は、人工水晶のＸ軸を回転軸としてＹ軸に対しおよそ３５°１５’回転させたアングルで切り出され、Ｘ軸とＺ’軸を外形寸法とする矩形水晶振動子片が小型化に有利な表面実装型振動子に多用されている。

このＡＴカット水晶振動子に使用される水晶素板の製造方法としては、従来では図３のような工程の製造方法が用いられていた。即ち、まずランバードといわれる加工されたブロック状の人工水晶に対しＸ線を用いて切断する角度を決定し、ワイヤソーなどを用いて決定した切断角度で人工水晶を切断して複数の水晶ウエハを形成する。尚、人工水晶の切断工程時、及びその後工程である水晶ウエハの厚み調整工程時においてウエハの軸回転の角度が若干変化してしまう。このため可能な限り水晶ウエハの加工仕上がり厚みに近い厚みで、更にＸ線による高精度な軸方向測定を行い、所望の回転軸からの誤差を規格の範囲内で管理された上で水晶ウエハは次の工程に移される。

ところで、仕上がり厚みまで加工された水晶ウエハは、次工程で所望するサイズの外形形状の水晶素板に加工されるが、その外形寸法や加工精度により、ＡＴカットで形成した水晶素板の主振動である厚みすべり振動とは異なる寄生振動が水晶素板に発生してしまう恐れがある。そのため、水晶ウエハを複数枚主面を重ね合わせるように並べ、ホットメルトタイプの接着剤などで水晶ウエハを貼り合わせてブロック状にした後、この水晶ウエハのブロックをワイヤソーで切断し、更に切断面をラッピング加工により所定の外形寸法まで加工する外形整形を行っている。

その後、接着剤で貼り合わせた状態になっている水晶素板を一枚一枚剥離して、必要性があるならバレル加工などを施した上で、化学エッチングにより水晶素板としての所望の厚みに加工し、水晶素板が完成する。

更に今日では、外形整形方法として、一枚の大きな水晶ウエハを格子状にダイシング加工して複数の水晶素板を形成する方法も用いられている。このように、
水晶振動子を製造する際に使用される水晶素板は、人工水晶をブロック状に加工したランバードから優れた温度特性を得るため、回転Ｙカットの１種であるＡＴカットで切り出され、回転軸からの誤差を管理しているのが現状である。

前述のような水晶素板の製造方法については、以下のような文献が開示されている。
特開平９−２６６４２８号公報 特開２００１−５３０３６号公報

しかしながら従来の方法では、厚み滑り振動を使用するＡＴカット振動子では所望する周波数に仕上げるためには、厚み調整を行うことによりこれを管理し、表面の面粗さを一定以下に仕上げる必要がある。この際に行われるラップ加工により切断カットアングルが変化していまうこともあることから規格値を満足する歩留まりは現状材料の投入割合に対する良品率歩留りが１００％に至らぬことから、規格外のラップ加工処理品は廃棄するかもしくは、規格が広いものに転用するしかなかった。

また、１０〜３０ｍｍ角程度のウエハから、製品に使用される水晶素板を複数取るが、その切り分けの際にも、そのウエハの面上での回転が温度特性のばらつきをもたらしている。更に、小片化された水晶素板の表裏に蒸着などにより電極を施し、パッケージに実装することにより振動子としての作用はなすものの、蒸着に用いるジグには作業性と熱膨張を考慮して多少のアローアンス（許容値）を持たせている。このアローアンスは励振電極を形成する蒸着工程で、主面の表裏で水晶素板における電極の位置ズレや、水晶素板の表裏に形成する励振電極の位置ズレの発生原因になってしまい、特にＺ’軸方向のズレは見掛け上ランバード切断時のカットアングルのばらつきを持たせるような製品温度特性ばらつきを発生させてしまう。

このため、温度特性に対し影響が大きい回転Ｙ方向の切断角度の管理を高精度に管理するものの、水晶ウエハを貼り合わせた際の各水晶ウエハ相互間の角度ズレは±数度程度になってしまい、この水晶ウエハブロックから切り出される水晶素板の温度特性には各々の水晶素板により差異が生じてしまう場合がある。

また、外形整形方法として、一枚の大きな水晶ウエハを格子状にダイシング加工して複数の水晶素板を形成する方法においては、ダイシングテープに水晶ウエハを貼り付けるときに、水晶ウエハの外形形状を測定し、その外形形状に合った位置で貼り付けを行っている。しかし、この場合では、水晶ウエハの外形形状に対する回転角精度を適切な値に維持することは可能であるが、水晶ウエハの外形形状そのものの精度が必ずしも高くないため、この水晶ウエハから切り出した水晶素板の温度特性が、所望の規格範囲内である保証が出来ないこともある。

上述のように本発明の水晶素板の製造方法により、水晶ウエハから適正な切断角度で水晶素板を切り出すことができ、且つ一枚の水晶ウエハから取れる水晶素板の収率も高くできることから、この水晶素板を使用した電子部品の特性（特に温度特性）を良好にすることができ、且つ安価な電子部品を提供できる効果を成す。従って、基本波を発振する矩形ＡＴカット水晶素板の２つの主面に各々励振用の電極を形成して成る圧電振動子の、両主面に配置する電極を水晶振動子片の中心位置に対し、Ｚ’軸方向にオフセットして形成することと、ウエハ面内の旋回角度をオフセットすることにより、製造歩留を向上しコストの低減を実現することができる。

本発明は、水晶ウエハから複数の水晶素板をダイシング加工により形成する水晶素板の製造方法であってダイシングテープへ水晶ウエハを貼り付ける工程の前又は後に、該水晶ウエハに光又はＸ線を照射して結晶軸方向を測定し、ダイシングブレードの走行方向に対する該水晶ウエハ面内の旋回角度を適正値にオフセットする工程を設ける水晶素板の製造方法で、前記結晶軸方向を測定する工程で得たウエハ面内旋回角度オフセット適正値データで工程管理を行う上で、本発明の主眼には、前述する軸の適正値データを水晶素板の励振電極形成時やウエハ切断時に用いることにある。

要するに、所望のカットアングルにウエハを測角して得た１０〜３０ｍｍ角程度のウエハでも、製品に使用する小片の水晶素板を得る場合に、ウエハの中から複数の水晶素板を切り分けの際にも、ウエハの面内での旋回が温度特性のばらつきをもたらしている。そして、このウエハから得た小片化された水晶素板の表裏に蒸着などにより励振電極を施すことや、その後の切断時にあってもカットアングルのズレと同様の作用を発生してしまう。そこで本発明は測角時のカットアングルのズレ成分を水晶振動子の製造工程全般で応用するものである。

以下本発明による一実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明に関わる水晶素板の製造方法の一工程を示すフロー図である。従来の工程に比べて簡略化しながらもウエハから水晶素板を製造する上で精度を向上することができる。また、図２は本発明の特徴を示す水晶ウエハの状態を示した平面図である。

本発明での実施形態としては、ＡＴ−ｃｕｔの中でも所望の製品温度特性が得られる、カットアングルで切断角を設定しランバードを切断しウエハ状に加工したもので記述する。ここで用いるランバードは、φ３インチ程度ウエハが確保される大きさを確保できることが望ましい。

ＡＴ−ｃｕｔされたウエハはランバードを斜めに切断するため、端面に角度をもっていると共に大型矩形形状であるために、ラップ等での加工が困難であるので、図示しないオリフラ（オリエンタル・フラット：軸マーク）のついたφ３インチに加工を行う。

ＡＴ−ｃｕｔ振動子は、その厚みにより周波数が決定されるので、オリフラ付ウエハを両面ラップ加工により指定の周波数になるまで加工を行う。（但し、この後に使用するＸ線測角においては非常に高精度が求められるため、反りなどの影響がない程度までの厚みで一旦加工を中断して測角を行う。）

カットアングルは、製品温度特性が得られるように選定されてはいるものの、切断及びラップ加工においてずれが発生してしまう。この傾向は加工量が多ければ多いほど大きくなる傾向にあるので、可能なかぎり製品に近い状態で測角する必要がある。

さて、ラップ等の機械加工を行うと加工部には結晶構造が崩れた、所謂加工変質層が生じてしまうので、化学エッチングを施すことによりこれを取除くと共に、指定周波数になる様調整を行う。

図２を用いて説明するが、ウエハの測角ではオリフラを目安にして、正確に軸方向を定めた上で回転Ｙ−ｃｕｔ方向へのカットアングルを測定する。この値が設定値に対してどの程度ずれているかを測定し記録に残す（測定データを保管）。一例としてこの時の記録としては、ワークをジグ内に整列したうえで外部ファイルに保存する方法や、直接ワークの不用になる部分にレーザーなどでバーコード化したデータなどを刻印しても良い。但し、オリフラ自体の精度は必ずしも高くないので、ここで軸方向を明確にするための３点基準のマーキングは最低限行う。回転オフセットを補正する場合は、この３点基準がデータそのものとして対応する。（図２（ａ）はＺ’軸方向のオフセット。（ｂ）はウエハ面内の旋回オフセット）

さて、ウエハへの電極形成は両面に行うが、先につけた３点基準に合わせて、フォトリソ・スパッタ・蒸着などの手法を用いる。その後ウエハから個々の水晶素板を切出すが、Ｚ’軸方向オフセットの場合は、適正値データにより必要量形成された電極からＺ’軸方向へオフセットすれば良い。旋回オフセットの場合には、すでに電極形成時に旋回オフセットがなされているので、電極を中心にして切断すればよい。

本発明では圧電材料である水晶を例に説明するが、ウエハ状で加工する材料や工程で、厳密な位置精度や、材料の特性を左右する結晶軸を持つ材料についても本発明を応用することができる。

本発明の製造工程を示すフロー図である。 本発明の特徴を示すウエハの平面図である。 従来の製造工程を示すフロー図である。

Claims (2)

1. 水晶ウエハから複数個の水晶素板をダイシング加工により形成する水晶素板の製造方法でダイシングテープへ水晶ウエハを貼り付ける工程の前又は後に、該水晶ウエハに光又はＸ線を照射して結晶軸方向を測定し、ダイシングブレードの走行方向に対する該水晶ウエハの軸方向位置を適正値データに補正する工程を設ける水晶素板の製造方法である前記結晶軸方向を測定する工程で得た軸方向の適正値データで工程管理を行う水晶素板の製造方法において、
   軸方向の適正値データを水晶素板の励振電極形成時や切断時に用いることを特徴とする水晶素板の製造方法。
2. 請求項１記載の軸方向の適正値データとは、該水晶ウエハの励振電極に対するＺ’軸方向の切り出しオフセット寸法あるいはウエハ面内の旋回角度オフセットであることを特徴とする水晶素板の製造方法。
   
   

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