JP2007028580A - Piezoelectric oscillating piece, piezoelectric oscillator, and frequency adjustment method for piezoelectric oscillating piece - Google Patents
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Description
本発明は、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなる圧電振動片、その圧電振動片を備えた圧電振動子、および圧電振動片の周波数調整方法に係る。特に、本発明は、周波数調整により圧電振動片表面に形成される電極同士のショート(短絡)等の不良を回避するための改良に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece including a base and a plurality of legs protruding from the base, a piezoelectric vibrator including the piezoelectric vibrating piece, and a frequency adjusting method for the piezoelectric vibrating piece. In particular, the present invention relates to an improvement for avoiding defects such as a short circuit between electrodes formed on the surface of a piezoelectric vibrating piece by frequency adjustment.
従来の圧電振動片を、音叉型水晶振動片を例にして説明すると、例えば、水晶振動片が基部と、この基部から突出された2本の脚部とから構成される。そして、これら基部および脚部の外面に励振電極が形成され、各脚部主面の先端部には周波数調整用の調整電極が形成されている。励振電極は、例えば、一方の脚部の表裏主面と他方の脚部の両側面に第1の励振電極が形成され、一方の脚部の両側面と他方の脚部の表裏主面に第2の励振電極が形成されている。つまり、一方の脚部表裏主面中央に第1の励振電極が形成され、前記第1の励振電極から離隔して脚部の稜に近接した側面に第2の励振電極が形成されるとともに、他方の脚部表裏主面中央に第2の励振電極が形成され、前記第2の励振電極から離隔して脚部の稜に近接した側面に第1の励振電極が形成されている。 A conventional piezoelectric vibrating piece will be described by taking a tuning-fork type quartz vibrating piece as an example. For example, the quartz vibrating piece includes a base and two legs protruding from the base. Excitation electrodes are formed on the outer surfaces of the base portion and the leg portions, and an adjustment electrode for frequency adjustment is formed at the distal end portion of each leg main surface. For example, the first excitation electrode is formed on the front and back main surfaces of one leg and both side surfaces of the other leg, and the excitation electrode is formed on both side surfaces of one leg and the front and back main surfaces of the other leg. Two excitation electrodes are formed. That is, a first excitation electrode is formed at the center of one leg front and back main surfaces, and a second excitation electrode is formed on a side surface that is spaced apart from the first excitation electrode and close to the ridge of the leg, A second excitation electrode is formed at the center of the front and back main surfaces of the other leg, and a first excitation electrode is formed on a side surface that is spaced apart from the second excitation electrode and close to the ridge of the leg.
ところで、各脚部には、異極の励振電極(第1の励振電極と第2の励振電極)が近接して構成されるので、これらの電極間(無電極領域)にゴミなどの異物が付着すると、電極が短絡し発振停止を招くことがあった。そこで、従来の音叉型水晶振動片では、特許文献1に示すように、励振電極の表面を絶縁膜で覆い、電極の短絡を改善したものがある。
しかしながら、上述した圧電振動片では、次のような問題があった。 However, the piezoelectric vibrating piece described above has the following problems.
圧電振動片の主面上の全て、あるいは主面上の全ての励振電極に対して絶縁膜を形成する場合、圧電振動片の振動を阻害することのないようにできるだけ薄い厚みに設定する必要がある。特に、励振電極の大部分に対して、0.03μmより厚い寸法で絶縁膜を形成すると、圧電振動片の振動を阻害してCI値特性が極端に低下し、さらに絶縁膜の厚みが増大すると、不発振を招くこともあった。 When forming an insulating film on the main surface of the piezoelectric vibrating piece or on all excitation electrodes on the main surface, it is necessary to set the thickness as thin as possible so as not to hinder the vibration of the piezoelectric vibrating piece. is there. In particular, if the insulating film is formed with a thickness larger than 0.03 μm for most of the excitation electrodes, the vibration of the piezoelectric vibrating piece is inhibited, the CI value characteristic is extremely lowered, and the thickness of the insulating film is further increased. In some cases, non-oscillation was caused.
圧電振動片の振動を阻害することのないように薄い厚み寸法で絶縁膜を形成すると、励振電極の上端部の稜部分では絶縁膜が完全に塗布されないわずかな電極露出域が形成されることがあった。この電極露出域が調整電極に近接する場所にあると、レーザービーム、ミーリング等のドライエッチング手法により周波数調整電極を除去して周波数を高める調整を実施した場合、調整により飛散した金属材料がこの電極露出域まで達することで、電極が短絡し発振停止を招くことがあった。 If the insulating film is formed with a thin thickness so as not to hinder the vibration of the piezoelectric vibrating piece, a slight electrode exposure area where the insulating film is not completely applied may be formed at the edge of the upper end of the excitation electrode. there were. If this electrode exposure area is in the vicinity of the adjustment electrode, the metal material scattered by the adjustment is removed by this adjustment when the frequency adjustment electrode is removed by dry etching techniques such as laser beam and milling. By reaching the exposed region, the electrode may be short-circuited, causing oscillation to stop.
また、主面上の全て、あるいは主面上の全ての励振電極を絶縁膜で覆ってしまうと、この上面に金属材料からなる調整電極を形成したとしても、密着強度が低下する。特に調整電極の厚みが大きくなると、調整電極が剥がれることもあった。このため、前記絶縁膜と同様の絶縁膜を上部に積層させて周波数を低下させる調整を実施することになる。しかしながら、金属材料からなる調整電極を形成する場合と比べて、比重が高い材料の選択が行えず、周波数調整時間が増大し、極めて周波数調整効率が悪くなるといった問題があった。さらに、主面上の全て、あるいは主面上の全ての励振電極を絶縁膜で覆ってしまうと、ミーリング等の手法により調整電極を除去して周波数を高める調整を実施した場合、金属材料に比べて除去レートが低く、周波数調整時間が増大し、極めて周波数調整効率が悪くなるといった問題もあった。 Moreover, if all the excitation electrodes on the main surface or all the excitation electrodes on the main surface are covered with an insulating film, even if an adjustment electrode made of a metal material is formed on the upper surface, the adhesion strength decreases. In particular, when the thickness of the adjustment electrode is increased, the adjustment electrode may be peeled off. For this reason, the same insulating film as that of the insulating film is laminated on the upper portion, and adjustment for reducing the frequency is performed. However, compared with the case where the adjustment electrode made of a metal material is formed, there is a problem that a material having a high specific gravity cannot be selected, the frequency adjustment time is increased, and the frequency adjustment efficiency is extremely deteriorated. In addition, if all the excitation electrodes on the main surface or all the excitation electrodes on the main surface are covered with an insulating film, the adjustment electrode is removed by a method such as milling, and adjustment is performed to increase the frequency compared to metal materials. In addition, the removal rate is low, the frequency adjustment time is increased, and the frequency adjustment efficiency is extremely deteriorated.
また、ミーリング等のドライエッチング手法により調整電極を除去して周波数を高める調整を実施する場合、圧電振動片とマスク部材の相互位置関係により、ドライエッチング領域のずれ込みが生じると言った問題があるが、近年開発が進んでいる超小型の圧電振動片にあっては、これらの問題が顕著に現れる。特に、圧電振動片、圧電振動片を保持するホルダー、圧電振動片の調整電極部のみを開口させたマスク部材等の各構成要素を組み合わせて相互に位置決めしている。しかしながら、圧電振動片が小型化するに伴って、各構成要素での公差の影響が大きくなり、わずかなずれ込みによりマスクずれが生じてしまう。このため、調整電極からドライエッチング領域がずれ込み、所望の周波数調整が得られず、極めて周波数調整効率が悪くなるといった問題もあった。 In addition, when performing adjustment to remove the adjustment electrode by dry etching technique such as milling and increase the frequency, there is a problem that the dry etching region shifts due to the mutual positional relationship between the piezoelectric vibrating piece and the mask member. In the ultra-small piezoelectric vibrating piece that has been developed in recent years, these problems are conspicuous. In particular, the piezoelectric vibrating piece, a holder for holding the piezoelectric vibrating piece, and a mask member in which only the adjustment electrode portion of the piezoelectric vibrating piece is opened are combined to position each other. However, as the piezoelectric vibrating piece is reduced in size, the influence of tolerance on each component increases, and mask displacement occurs due to slight displacement. For this reason, the dry etching region is shifted from the adjustment electrode, so that the desired frequency adjustment cannot be obtained, and the frequency adjustment efficiency is extremely deteriorated.
以上のような問題点は、近年開発が進んでいる超小型の圧電振動子にあっては、これらの問題が顕著に現れる。 The above problems are prominent in an ultra-small piezoelectric vibrator that has been developed in recent years.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電振動子の振動を阻害することなく、周波数調整によって金属材料の一部が飛散したとしても、異極の励振電極の絶縁性を確実に確保でき、かつ圧電振動片の周波数調整効率を低下させることないより信頼性の高い圧電振動片、圧電振動片を備えた圧電振動子、および圧電振動片の周波数調整方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to prevent the vibration of the piezoelectric vibrator from being disturbed, even if a part of the metal material is scattered by frequency adjustment. Highly reliable piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrator including the piezoelectric vibrating piece, and frequency adjustment of the piezoelectric vibrating piece that can reliably ensure the insulation of the excitation electrode and do not reduce the frequency adjustment efficiency of the piezoelectric vibrating piece It is to provide a method.
前記の目的を達成するため、本発明の特許請求項1に係る圧電振動片は、金属材料からなる電極の質量が増減されることで周波数が調整されてなる調整電極と、当該調整電極から無電極領域を介して、前記調整電極と異極に構成された励振電極とを具備しており、前記無電極領域と前記励振電極の上部に絶縁膜が形成され、前記無電極領域と励振電極の境界部を含む無電極領域の近傍の絶縁膜が他の領域より厚膜に形成した。
In order to achieve the above object, a piezoelectric vibrating piece according to
前記構成により、前記無電極領域と前記励振電極の上部に絶縁膜が形成され、前記無電極領域と励振電極の境界部を含む無電極領域の近傍の絶縁膜が他の領域より厚膜に形成されているので、前記調整電極に近接する励振電極の上端部の稜部分にも絶縁膜が完全に塗布され、電極露出域が形成されることがなくなる。つまり、調整電極と励振電極の間で、異物が付着したり、周波数調整により調整電極から励振電極に向かう金属材料等が飛散しても、短絡し発振停止を招くことが一切ない。 With the above configuration, an insulating film is formed on the electrodeless region and the excitation electrode, and an insulating film near the electrodeless region including the boundary between the electrodeless region and the excitation electrode is formed thicker than other regions. Therefore, the insulating film is completely applied also to the ridge portion of the upper end portion of the excitation electrode adjacent to the adjustment electrode, so that no electrode exposure area is formed. That is, even if a foreign substance adheres between the adjustment electrode and the excitation electrode or a metal material or the like that travels from the adjustment electrode to the excitation electrode due to frequency adjustment is scattered, there is no short circuit and no oscillation is stopped.
また、無電極領域と、前記励振電極の上部に絶縁膜が形成され、金属材料からなる調整電極の上部に絶縁膜が施されず、調整電極が表面上に露出するので、この上面に金属材料からなる調整電極を形成することが容易となり、密着性と比重が高い材料の選択が行える。また、金属材料からなる調整電極が表面上に露出するので、ミーリング等のドライエッチング手法により周波数調整しても、調整電極の除去レートが低下することがない。以上により、周波数調整時間を短くし、周波数調整効率が飛躍的に高まる。 In addition, an insulating film is formed on the electrodeless region and on the excitation electrode, and no insulating film is formed on the adjustment electrode made of a metal material, and the adjustment electrode is exposed on the surface. It becomes easy to form the adjustment electrode made of the material, and the material having high adhesion and specific gravity can be selected. In addition, since the adjustment electrode made of a metal material is exposed on the surface, the removal rate of the adjustment electrode does not decrease even if the frequency is adjusted by a dry etching technique such as milling. As described above, the frequency adjustment time is shortened, and the frequency adjustment efficiency is dramatically increased.
本発明の特許請求項2に係る圧電振動片は、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなる圧電振動片において、各脚部には、脚部主面の先端部に形成され、金属材料からなる電極の質量が増減されることで周波数が調整されてなる調整電極と、前記調整電極から第1の無電極領域を介して脚部主面中央に形成され、前記調整電極と異極に構成された主面中央励振電極と、前記主面中央励振電極から第2の無電極領域を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極とを具備しており、前記第1の無電極領域と、前記主面中央励振電極と、前記第2の無電極領域の上部に絶縁膜が形成され、前記第1の無電極領域と主面中央励振電極の境界部を含む第1の無電極領域の近傍の絶縁膜が他の領域より厚膜に形成した。
The piezoelectric vibrating piece according to
前記構成により、前記第1の無電極領域と、前記主面中央励振電極と、前記第2の無電極領域の上部に絶縁膜が形成され、前記第1の無電極領域と主面中央励振電極の境界部を含む第1の無電極領域の近傍の絶縁膜が他の領域より厚膜に形成されているので、前記調整電極に近接する主面中央励振電極の上端部の稜部分にも絶縁膜が完全に塗布され、電極露出域が形成されることがなくなる。つまり、調整電極と主面中央励振電極の間で、異物が付着したり、周波数調整により調整電極から励振電極に向かう金属材料等が飛散しても、短絡し発振停止を招くことが一切ない。 With the above configuration, an insulating film is formed on the first electrodeless region, the main surface central excitation electrode, and the second electrodeless region, and the first electrodeless region and the main surface central excitation electrode are formed. Since the insulating film in the vicinity of the first electrodeless region including the boundary portion is formed thicker than the other regions, the insulating film is also insulated from the ridge portion at the upper end portion of the main surface central excitation electrode adjacent to the adjustment electrode. The film is completely applied, and no electrode exposed area is formed. That is, even if a foreign substance adheres between the adjustment electrode and the main surface central excitation electrode or a metal material or the like directed from the adjustment electrode to the excitation electrode scatters due to frequency adjustment, there is no short circuit and no oscillation is stopped.
また、第1の無電極領域と、前記主面中央励振電極の上部に絶縁膜が形成され、金属材料からなる調整電極の上部に絶縁膜が施されず、調整電極が表面上に露出するので、この上面に金属材料からなる調整電極を形成することが容易となり、密着性と比重が高い材料の選択が行える。また、金属材料からなる調整電極が表面上に露出するので、ミーリング等のドライエッチング手法により周波数調整しても、調整電極の除去レートが低下することがない。以上により、周波数調整時間を短くし、周波数調整効率が飛躍的に高まる。 In addition, since the insulating film is formed on the first electrodeless region and the upper surface of the main surface central excitation electrode, the insulating film is not formed on the upper portion of the adjustment electrode made of a metal material, and the adjustment electrode is exposed on the surface. Thus, it becomes easy to form an adjustment electrode made of a metal material on the upper surface, and a material having high adhesion and specific gravity can be selected. In addition, since the adjustment electrode made of a metal material is exposed on the surface, the removal rate of the adjustment electrode does not decrease even if the frequency is adjusted by a dry etching technique such as milling. As described above, the frequency adjustment time is shortened, and the frequency adjustment efficiency is dramatically increased.
特許請求項3では、前記各構成において、前記厚膜に形成されない絶縁膜の厚みが、0.005μm〜0.03μmに設定されてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in each of the above structures, the thickness of the insulating film not formed on the thick film is set to 0.005 μm to 0.03 μm.
この場合、上述の作用効果に加え、圧電振動片の振動を阻害することのなく、各励振電極に対してゴミ等の異物が付着しても絶縁性を確実に確保することができる。前記厚膜に形成されない絶縁膜の厚みが、0.005μmより薄くなると、ゴミなどの異物の付着により絶縁性を確保できず、異極の電極間でショート等の問題が生じることがある。前記厚膜に形成されない絶縁膜の厚みが、0.03μmより厚くなると、圧電振動片の振動を阻害してCI値特性が極端に低下する。 In this case, in addition to the above-described operational effects, insulation can be reliably ensured even if foreign matter such as dust adheres to each excitation electrode without hindering the vibration of the piezoelectric vibrating piece. When the thickness of the insulating film not formed on the thick film is less than 0.005 μm, the insulating property cannot be ensured due to adhesion of foreign matters such as dust, and a problem such as a short circuit may occur between electrodes of different polarities. When the thickness of the insulating film not formed on the thick film is greater than 0.03 μm, the vibration of the piezoelectric vibrating piece is inhibited and the CI value characteristic is extremely lowered.
特許請求項4では、前記構成において、前記脚部の主面に溝部を有し、前記主面中央励振電極の一部が前記溝部の内部に形成されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the above configuration, the main surface of the leg portion has a groove portion, and a part of the main surface central excitation electrode is formed inside the groove portion.
この場合、上述の作用効果に加え、前記脚部の主面に溝部を有し、前記主面中央励振電極の一部が前記溝部の内部に形成されているので、振動片を小型化しても脚部の振動損失が抑制され、CI値(クリスタルインピーダンス)を低く抑えることができる。 In this case, in addition to the above-described effects, the main surface of the leg portion has a groove portion, and a part of the main surface central excitation electrode is formed inside the groove portion. The vibration loss of the leg is suppressed, and the CI value (crystal impedance) can be kept low.
特許請求項5では、前記構成において、前記圧電振動片が水晶で前記絶縁膜が酸化珪素からなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the above configuration, the piezoelectric vibrating piece is made of quartz and the insulating film is made of silicon oxide.
この場合、上述の作用効果に加え、熱膨張係数が近似したものとなり、圧電振動片の振動を阻害しにくいより好ましい絶縁膜となる。 In this case, in addition to the above-described effects, the thermal expansion coefficient is approximated, and a more preferable insulating film that hardly inhibits the vibration of the piezoelectric vibrating piece is obtained.
さらに、特許請求項6では、前記の目的を達成するため、本発明に係る圧電振動子は、前記した本発明にかかる圧電振動片が搭載されたことを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the piezoelectric vibrator according to the present invention is characterized in that the above-described piezoelectric vibrating piece according to the present invention is mounted.
本発明によれば、前記した本発明にかかる圧電振動片と同様の作用効果が得られた圧電振動子を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric vibrator that has the same effects as the piezoelectric vibrating piece according to the present invention.
さらに、特許請求項7では、前記の目的を達成するため、前記した本発明にかかる圧電振動片の周波数調整方法であって、前記調整電極と当該調整電極に近接する厚膜の絶縁膜部分のみを同時にドライエッチングしてなることを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the frequency adjusting method of the piezoelectric vibrating piece according to the present invention as described above, wherein only the insulating film portion of the thick film adjacent to the adjusting electrode and the adjusting electrode is provided. Are simultaneously dry-etched.
本発明によれば、前記調整電極と当該調整電極に近接する厚膜の絶縁膜部分のみを同時にドライエッチングしているので、絶縁膜に比べて調整電極の方が極めて除去レートの高い状態でドライエッチングされ、絶縁膜の下の励振電極を不要に除去することが一切ない。しかも厚膜の絶縁膜部分のみをドライエッチングすることで、前記電極露出域を発生しにくくして、調整電極から励振電極に向かう金属材料等が飛散しても、短絡し発振停止を招くことがない。また、調整電極のみならず絶縁膜部分まで拡大して、ドライエッチングすることができるので、マスク部材を用いる場合、圧電振動片を保持するホルダーとマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができる。ホルダーとマスク部材の公差に余裕を持たせることができるので、マスク部材の開口部を拡大することできるようになり、結果として調整電極からドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。さらに、圧電振動片をパッケージに搭載する前の単体の状態あるいはウェハ状態でドライエッチングする場合、ドライエッチングの出力状態に応じて、マスク部材なしで周波数調整することもできる。 According to the present invention, since only the adjustment electrode and the thick insulating film portion adjacent to the adjustment electrode are simultaneously dry-etched, the adjustment electrode is dry with a much higher removal rate than the insulating film. The excited electrode under the insulating film is never removed unnecessarily. In addition, by dry etching only the insulating film portion of the thick film, it is difficult to generate the electrode exposure area, and even if a metal material or the like from the adjustment electrode toward the excitation electrode is scattered, it may cause a short circuit and stop oscillation. Absent. In addition, since it can be expanded to the insulating film portion as well as the adjustment electrode and dry etching can be performed, when using a mask member, the tolerance of the holder holding the piezoelectric vibrating piece and the mask member can be given a margin, The adverse effect of mask displacement can be reduced. Since the tolerance of the holder and the mask member can be given a margin, the opening of the mask member can be enlarged, and as a result, the frequency adjustment efficiency can be lowered by shifting the dry etching region from the adjustment electrode. Disappear. Furthermore, when dry etching is performed in a single state or a wafer state before the piezoelectric vibrating piece is mounted on the package, the frequency can be adjusted without a mask member according to the output state of the dry etching.
本発明によれば、圧電振動子の振動を阻害することなく、周波数調整によって金属材料の一部が飛散したとしても、異極の励振電極の絶縁性を確実に確保でき、かつ圧電振動片の周波数調整効率を低下させることないより信頼性の高い圧電振動片、圧電振動片を備えた圧電振動子、および圧電振動片の周波数調整方法を提供することができる。 According to the present invention, even if a part of the metal material is scattered by adjusting the frequency without hindering the vibration of the piezoelectric vibrator, the insulation of the excitation electrode with a different polarity can be reliably ensured, and the piezoelectric vibrating piece A highly reliable piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrator including the piezoelectric vibrating piece, and a method of adjusting the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be provided without reducing the frequency adjustment efficiency.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片として音叉型水晶振動片に本発明を適用した場合を示す。図1は本形態に係る水晶ウエハ1を示す平面図であり、図2は本形態に係る音叉型水晶振動片2を模式的に示したもので、励振電極23,24の配設状態を示す図である。また、図3は図2のA−A線に沿った断面図であり、図4は図2のB−B線に沿った断面図である。図5は図2のC−C線に沿った断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, a case where the present invention is applied to a tuning fork type crystal vibrating piece as a piezoelectric vibrating piece is shown. FIG. 1 is a plan view showing a
音叉型水晶振動片2は、図1に示すように、1枚のウエハ1から、フォトリソグラフィ等の工法により、複数個を得るようにし、各水晶振動片を切り離す前に、励振電極等が形成される。
As shown in FIG. 1, a tuning fork type
音叉型水晶振動片2は、基部20と、この基部から突出された2本の脚部21,22を備えており、その脚部の主面(表裏面)に溝部211,221が形成されている。ここでいう溝部は、貫通孔であってもよく、窪み部であってもよい。これら基部および脚部の外面には、第1及び第2の励振電極23,24が形成され、各脚部主面の先端部には電極の質量が増減されることで周波数が調整されてなる調整電極25,26が形成されている。前記励振電極23,24は、脚部21の表裏主面と脚部22の稜に近接する部分に第1の励振電極23が形成され、脚部21の稜に近接する部分と脚部22の表裏主面に第2の励振電極24が形成されている。
The tuning fork type
つまり、脚部21には、先端部に調整電極25が形成され、当該調整電極25から第1の無電極部212を介して表裏主面中央に主面中央励振電231が形成され、当該主面中央励振電極231から第2の無電極部213を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極242が形成されている。脚部22には、先端部に調整電極26が形成され、当該調整電極26から第1の無電極部222を介して表裏主面中央に主面中央励振電241が形成され、当該主面中央励振電極241から第2の無電極部223を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極232が形成されている。
That is, the
これら励振電極23,24は、金属蒸着によって形成されたクロム(Cr)の上層に金(Au)等の薄膜がフォトリソグラフィ等の工法により形成されている。調整電極25,26は、前記励振電極と同様にクロム(Cr)の上層に金(Au)等の薄膜がフォトリソグラフィ等の工法により形成され、後述する絶縁膜3を形成した後、その上部にさらに銀(Ag)等が蒸着マスクを用いた金属蒸着あるいはスパッタリング等によって形成された薄膜となっている。この調整電極25,26に対して、例えば同様の銀(Ag)を付加することや、その一部が、ビーム照射あるいはミーリング等によって除去されることで、本音叉型水晶振動片2の発振周波数を調整することができる。このとき、調整電極25,26は、電極付加を中心に周波数調整する場合、周波数調整前の振動子の発振周波数が目標周波数よりも高くなるように形成され、電極除去を中心に周波数調整する場合、周波数調整前の振動子1の発振周波数が目標周波数よりも低くなるように形成されている。本発明の形態では、より精度の高い周波数調整を実施するために、調整電極25,26に対して、金属蒸着などにより同様の銀(Ag)を付加することや、レーザービーム照射により一部を除去することで周波数粗調整を実施し、その後、同じ調整電極25,26に対して、ミーリング等のドライエッチング手法により全般的に除去することで周波数微調整を実施している。
In these
また、この音叉型水晶振動片2では、前記調整電極25,26を除く、第1の無電極部212,222と、前記主面中央励振電極231,241と、前記第2の無電極部213,223の上部で、少なくとも音叉型水晶振動片の表裏主面部分にSiO2 (酸化珪素)からなる絶縁膜3が蒸着あるいはスパッタリング等の工法により形成される。なお、このとき絶縁膜3は、音叉型水晶振動片の表裏主面部分に加え、両側面部分に形成してもよい。ここで蒸着される絶縁膜3の膜厚は、約0.005〜0.03μm均一に形成することが好ましい。これにより、異極の励振電極である主面中央励振電極231,241と端部励振電極232,242の間でゴミ等の異物が付着したとしても絶縁性を確実に確保することができ、音叉方水晶振動片の振動を阻害してCI値特性が低下することがなくなる。
In the tuning-fork type
また、本形態では、絶縁膜3のうち、前記主面中央励振電極231,241の上端部の稜部分を含む一部と第1の無電極部212,222のみが、約0.05〜0.2μmの厚膜(厚み増大部分31)に形成されている。これにより、前記調整電極25,26に近接する主面中央励振電極231,241の上端部の稜部分にも絶縁膜が完全に塗布され、電極露出域が形成されることがなくなる。結果として、レーザービーム、ミーリング等の手法により周波数調整電極を除去して周波数調整することで、調整電極25,26から主面中央励振電極231,241に向かって金属材料が飛散しても、短絡し発振停止を招くことが一切なくなる。
In this embodiment, only a part of the insulating
なお、前記絶縁膜の厚み増大部分31は、前記主面中央励振電極231,241の上端部の稜部分を含む一部と第1の無電極部212,222のみとしているが、図6(a)に示すように、前記1の無電極領域212,222と主面中央励振電極231,241の境界部近傍のみに形成してもよい。また、図6(b)に示すように、前記主面中央励振電極231,241以上に前記絶縁膜の厚み増大部分31の厚みが大きければ、第1の無電極部212,222のみに形成してもよい。さらに、図6(c)に示すように、前記主面中央励振電極231,241の上端部の稜部分を含む一部と第1の無電極部212,222、調整電極25,26の一部にはみ出して形成してもよい。
The thickness-increasing
以上のように、絶縁膜3の厚みの一部を異ならせるには、前記均一部分を形成した後に、厚み増大部31のみを露出するマスクを用いて複数回の蒸着工程により極めて容易に形成することができる。なお、図7に示すように、前記第1の無電極部のみが他の領域に対してより大きく開口したマスク4を用いれば、一度の蒸着工程により絶縁膜の厚みの一部のみを異ならせて形成することも可能である。
As described above, in order to make part of the thickness of the insulating
前記絶縁膜3は、前記フォトリソグラフィ等の工法により形成されるクロム(Cr)の上層に金(Au)等からなる前記第1及び第2の励振電極23,24と調整電極25,26の一部が脚部12,13に形成された後に形成する。そして、前記厚み増大部分を含む絶縁膜3が形成された後に、マスクを用いて形成する銀(Ag)等からなる調整電極25,26の一部を上面のみに形成している。このため、マスクを用いて金属蒸着あるいはスパッタリングなどの手法により形成される調整電極の一部(前記銀等)については、電極形成する際に、電極材料の一部が飛散したとしても、事前に前記絶縁膜3を形成しておくことで、調整電極と主面中央励振電極、端部励振電極の間で、短絡し発振停止を招くことが一切ない。
The insulating
そして、前記音叉型水晶振動片1が、例えば、パッケージ基体(図示省略)とキャップ(図示省略)とを接合することによりその内部に気密状態の空間が形成されたパッケージ(図示省略)内部に搭載されて、音叉型水晶振動子(図示省略)が構成される。
The tuning fork type
なお、調整電極25,26の上部に絶縁膜3が施されず、この上面に金属材料からなる調整電極を形成することが容易となり、比重が高い材料の選択が行える。また、金属材料からなる調整電極25,26が表面上に露出するので、ミーリング等の手法により周波数調整しても、調整電極の除去レートが低下することがない。このため、周波数調整時間を短くし、周波数調整効率が飛躍的に高まる。
Note that the insulating
また、本発明の形態では、ミーリング等のドライエッチング手法により調整電極25,26を除去して周波数を高める微調整を実施する場合、前記調整電極である銀材料に最適な除去レート時間に対応したドライエッチングの出力設定をしている。例えば、銀材料では、0.015〜0.05μm/sec程度で除去されるようにミーリング装置の出力を設定した。この出力設定は、調整電極の材料に応じて最適な値に設定する必要がある。そして、前記調整電極25,26と当該調整電極に近接する前記絶縁膜の厚み増大部分31のみを同時にミーリングしている。このため、SiO2 (酸化珪素)からなる絶縁膜3に比べて銀材料からなる調整電極25,26の方が極めて除去レートの高い状態でミーリングされ、SiO2 (酸化珪素)からなる絶縁膜3の下の励振電極23,24を不要に除去することが一切ない。しかも前記SiO2 (酸化珪素)からなる絶縁膜3の厚み増大部分31のみをミーリングすることで、前記電極露出域を発生しにくくして、調整電極から励振電極に向かう金属材料等が飛散しても、短絡し発振停止を招くことがない。また、調整電極25,26のみならず厚膜の絶縁膜部分31までミーリング領域を拡大することができるので、圧電振動片を保持するホルダーとマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができる。ホルダーとマスク部材の公差に余裕を持たせることができるので、マスク部材の開口部を拡大することできるようになり、結果として調整電極からミーリング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。さらに、圧電振動片をパッケージに搭載する前の単体の状態あるいはウェハ状態でドライエッチングする場合、ドライエッチングの出力状態に応じて、マスク部材なしで周波数調整することもできる。なお、SiO2 (酸化珪素)以外の絶縁膜を用いる場合、前記調整電極に対して除去レートが低いものを選択する必要がある。
Further, in the embodiment of the present invention, when performing fine adjustment to increase the frequency by removing the
なお、上記実施形態では、圧電振動片として音叉型水晶振動片を適用した場合を示しているが、ATカット水晶振動片やGTカット水晶振動片、あるいは水晶振動片に限らずセラミック振動片など他の圧電振動片を用いた圧電振動子にも適用できる。また、絶縁膜として、SiO2を例にしているが、SiOや他の絶縁性の酸化膜を用いることができる。ドライエッチングとして、ミーリングを例にしたが、プラズマエッチング法や、反応性ガスイオンを用いたドライエッチング等であってもよい。 In the above embodiment, a tuning fork type crystal vibrating piece is applied as the piezoelectric vibrating piece. However, the present invention is not limited to the AT-cut quartz vibrating piece, the GT-cut quartz vibrating piece, the crystal vibrating piece, and other ceramic vibrating pieces. The present invention can also be applied to a piezoelectric vibrator using the piezoelectric vibrating piece. In addition, although SiO 2 is taken as an example of the insulating film, SiO or other insulating oxide films can be used. As an example of dry etching, milling is used as an example. However, plasma etching, dry etching using reactive gas ions, or the like may be used.
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施できるので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof, and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not limited by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
1 水晶ウエハ
2 音叉型水晶振動片(圧電振動片)
3 絶縁膜
1
3 Insulating film
Claims (7)
前記無電極領域と前記励振電極の上部に絶縁膜が形成され、
前記無電極領域と励振電極の境界部を含む無電極領域の近傍の絶縁膜が他の領域より厚膜に形成されてなることを特徴とする圧電振動片。 The piezoelectric vibrating piece is configured to have an adjustment electrode whose frequency is adjusted by increasing / decreasing the mass of the electrode made of a metal material, and a different polarity from the adjustment electrode through the non-electrode region from the adjustment electrode. An excitation electrode,
An insulating film is formed on the electrodeless region and the excitation electrode,
A piezoelectric vibrating piece, wherein an insulating film in the vicinity of an electrodeless region including a boundary portion between the electrodeless region and the excitation electrode is formed thicker than other regions.
各脚部には、
脚部主面の先端部に形成され、金属材料からなる電極の質量が増減されることで周波数が調整されてなる調整電極と、前記調整電極から第1の無電極領域を介して脚部主面中央に形成され、前記調整電極と異極に構成された主面中央励振電極と、前記主面中央励振電極から第2の無電極領域を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極とを具備しており、
前記第1の無電極領域と、前記主面中央励振電極と、前記第2の無電極領域の上部に絶縁膜が形成され、
前記第1の無電極領域と主面中央励振電極の境界部を含む第1の無電極領域の近傍の絶縁膜が他の領域より厚膜に形成されてなることを特徴とする圧電振動片。 In a piezoelectric vibrating piece comprising a base and a plurality of legs protruding from the base,
Each leg has
An adjustment electrode formed at the tip of the leg main surface, the frequency of which is adjusted by increasing / decreasing the mass of the electrode made of a metal material, and the leg main from the adjustment electrode via the first electrodeless region A main surface central excitation electrode formed in the center of the surface and configured to have a different polarity from the adjustment electrode, and formed close to the ridge of the leg portion from the main surface central excitation electrode via a second electrodeless region An end excitation electrode,
An insulating film is formed on top of the first electrodeless region, the main surface central excitation electrode, and the second electrodeless region;
A piezoelectric vibrating piece, wherein an insulating film in the vicinity of the first electrodeless region including a boundary between the first electrodeless region and the main surface central excitation electrode is formed thicker than other regions.
前記調整電極と当該調整電極に近接する厚膜の絶縁膜部分のみを同時にドライエッチングしてなることを特徴とする圧電振動片の周波数調整方法。
A method for adjusting the frequency of a piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 5,
A method of adjusting a frequency of a piezoelectric vibrating piece, characterized by simultaneously dry-etching only the adjustment electrode and a thick insulating film portion adjacent to the adjustment electrode.
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