JP2007053570A - 水晶電極成膜用メタルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】水晶板の洗浄に当たり洗浄液の水切りを良くし、乾燥後に洗浄シミの残らない水晶電極成膜用メタルマスクを得る。
【解決手段】マグネットを埋設した開口部を有する下枠治具と、電極パターン開口部を有する下電極メタルマスクと、水晶板を充填する開口部を有する中板と、電極パターン開口部を有する上電極メタルマスクと、を備えた水晶電極成膜用メタルマスクにおいて、前記中板に多数の形状記憶合金を埋設して水晶電極成膜用メタルマスクを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶板の洗浄及び電極成膜を兼ねるメタルマスクに関し、特に水晶板洗浄後、水晶板上に残る洗浄液の液留まりを大幅に低減し、水晶板上に生じる洗浄シミを改善した水晶電極成膜用メタルマスクに関する。

水晶振動子は小型であること、経年変化が小さいこと、高精度、高安定な周波数が容易に得られること等のため、通信機器から電子機器まで広く用いられている。中でも周波数−温度特性が３次曲線を呈するＡＴカット水晶振動子は、携帯電話等に多量に用いられている。
ＡＴカット水晶振動子は、一般に蒸着装置あるいはスパッタ装置等の真空中で矩形のＡＴカット水晶板の両面に電極膜を成膜し、これをパッケージ内に気密封止して水晶振動子を構成する。このとき、所望の電極形状を得るため、水晶電極成膜用メタルマスクを用いる。

従来、水晶電極成膜用メタルマスクは、下枠治具、下電極メタルマスク（以下、下電極マスクと称す）、中板、上電極メタルマスク（以下、上電極マスクと称す）、上枠治具とからなり、これらを順に重ね合わせて構成する。下枠治具、上枠治具にはそれぞれ多数の開口部があり、下電極マスク、上電極マスクにはそれぞれ多数の開口部（電極形状パターン）が形成されている。下枠治具、上枠治具の開口部の形状は下電極マスク、上電極マスクのそれより十分に大きくする。中板には水晶板を収容する多数の開口部が形成されており、中板の厚さは水晶板の厚さより若干厚く設定する。下電極マスク、上電極マスクの厚さは薄い方が望ましいが、マスクの大きさと強度を考慮して適切に設定する。また、材質としては耐蝕性のあるステンレスを用いる場合が多い。

下枠治具、下電極マスク、中板は３枚重ねて位置合わせし、適当な間隔でスポット溶接して一体化した上で、これに水晶板を充填し、この上に上電極マスク、上枠治具を重ね、ネジで全体を固定して水晶電極成膜用メタルマスクとして用いる。しかし、下枠治具、下電極マスク、中板をスポット溶接する際に、下枠治具、下電極マスク、中板に溶接時の熱の影響で歪みが生じて、平行度が悪くなり、成膜時に所望の電極形状が得られないという問題があった。しかし、この問題を解決する水晶電極成膜用メタルマスクが、特公平６−７４４９８号公報に開示されたマスキング装置である。

このマスキング装置は図４（ａ）に示すように、下部より補助板１１ａ、マグネット保持板１１ｂ、下部マスク板１１ｃ、スペーサ１１ｄ、上部マスク板１１ｅよりなっている。これらの中、補助板１１ａ、スペーサ１１ｄ、上部マスク板１１ｅは磁性材料のステンレス薄板で、マグネット保持板１１ｂ、下部マスク板１１ｃが非磁性材料のステンレス薄板である。スペーサ１１ｄには水晶板を充填するための多数の開口部１１ｄｈが空けられており、下部マスク板１１ｃ、上部マスク板１１ｅには電極とリード電極とを形成するための開口部１１ｃｈ、１１ｅｈが空けられている。さらに、下部マスク板１１ｃにはこの他に多数の透磁孔１６が空けられている。そして、マグネット保持板１１ｂにはマグネット１２を保持するためのマグネット保持孔１５が多数設けられると共に、下部マスク板１１ｃ、上部マスク板１１ｅの開口部１１ｃｈ、１１ｅｈより大きなにげ孔１１ｂｈが形成されている。また、補助板１１ａにはにげ孔１１ｂｈと同様なにげ孔１１ａｈが設けられている。

マグネット保持板１１ｂに埋設されたマグネット１２は、上部マスク板１１ｅにまで磁力線が有効に届くように、スペーサ１１ｄの開口部１１ｄｈの内側に位置するように、また、透磁孔１６は磁力線がスペーサ１１ｄと上部マスク板１１ｅとへ有効に届き、且つマグネットの移動防止のため、マグネットの保持孔１５よりやや小さくする。これらの５枚の板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅには左右両端に位置合わせのピン１３を挿入するための位置合わせ孔１４が空けられている。以上のような構成で補助板１１ａの上にマグネット保持板１１ｂをのせ、その上に下部マスク板１１ｃ、スペーサ１１ｄをのせる。すると、マグネット１２により補助板１１ａとスペーサ１１ｄとが吸着され、４枚が重合される。そして、スペーサ１１ｄの開口部１１ｄｈに水晶板を充填し、その上に上部マスク板１１ｅをのせると、この上部マスク板１１ｅもマグネット１２により吸着され、５枚全てが一体に重合する
上記のマスキング装置を用い、図５（ａ）に示す水晶振動子の製造フローにより、水晶板洗浄、電極の成膜を行って、水晶振動子を製造していた。

これに対し、洗浄用治具に水晶板を一個づつ詰めて洗浄し、図５（ｂ）に示す水晶振動子の製造フローに基づいて水晶振動子を製造する方法が、特開平１０−１４５１６６号公報に開示されている。図６は洗浄治具の要部（一個の水晶板を収容する部分）を示す斜視図であって、下部プレート２１、上部プレート２２及び薄板２３とからなり、それらの材質は耐食性のあるステンレス板材等である。下部プレート２１と上部プレート２２とは、例えば熱圧着して一体化し基板２０としてもよい。

下部プレート２１には切り欠き窓（開口部）２４ａがあり、その周縁に複数の爪状の支持片２５を備えている。上部プレート２２も切り欠き窓２４ｂがあり、その周縁に複数の凸湾曲状の間隔保持片２６が形成されている。そして、薄板２３にも切り欠き窓２４ｃがあり、その周縁に複数の爪状の押さえ片２７が形成され、切り欠き窓２４ａ、２４ｂ、２４ｃは重ねて組み立てる際に上下対向する。長方形の水晶板２８は上部プレート２２の切り欠き窓２４ｂに収容される際に、凸湾曲状の間隔保持片２６の先端に当接し、下部プレート２１の爪状の支持片２５と薄板２３の爪状の押さえ片２７とにより上下より保持される構造となっている。

図７は実用に供される洗浄治具の模式的斜視図であり、基板２０は下部プレート２１と上部プレート２２とを熱圧着し一体化したもので、上部プレート２２の切り欠き窓２４ｂに水晶板２８を収容し、この上に薄板２３を重ね、ネジ２９等を用いて基板２０と薄板２３とを固定する。このとき、水晶板２８は上下対向する爪状の支持片２５と爪状の押さえ片２７とによって保持され、切り欠き窓２４ｂの中では凸湾曲状の間隔保持片２６に点接触し、水抜きの隙間Ｓが大きく確保されることになる。

基板２０に水晶板を充填し、薄板２３を重ねて固定した洗浄治具３０を用いて水晶板を洗浄し、乾燥した後、洗浄治具３０を２つの成膜用プレート３１で上下から挟むように装着し、ネジ３３にて洗浄治具３０と成膜用プレート３１、３１とを固定したものが図８である。成膜用プレート３１には励振電極生成部３２ａと、引き出し電極生成部３２ｂとからなる透孔３２が形成されている。これを蒸着装置等に入れ、真空中で金属を蒸発させることにより透孔３２を介して水晶板に所望の電極が形成される。
特公平６−７４４９８号公報 特開平１０−１４５１６６号公報

しかしながら、図９に示した水晶電極成膜用メタルマスクのスペーサ板１１ｄに水晶板Ｘを充填し、洗浄装置に浸して洗浄し、水切りした後の要部断面図は図９のようになり、乾燥させる際に、水晶板Ｘと下部マスク板１１ｃ、スペーサ板１１ｄ、上部マスク板１１ｅとの間に洗浄液の液溜まり１７が生じ、水晶板を乾燥すると部分的に洗浄シミが発生するという問題があった。
また、特開平１０−１４５１６６号公報の洗浄治具を用いて水晶板を洗浄した後、成膜用プレートを装着する手法では、図１０に示すように成膜用プレート３１と水晶板２８との間に隙間Ｇが生じ、成膜した電極の輪郭に膜ボケが発生するという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、洗浄シミの発生を防止すると共に、成膜した電極の膜ボケを無くした水晶電極成膜用メタルマスクを提供することにある。

本発明に係る水晶電極成膜用メタルマスクの請求項１の発明は、マグネットを埋設した開口部を有する下枠治具と、電極パターン開口部を有する下電極メタルマスクと、水晶板を充填する開口部を有する中板と、電極パターン開口部を有する上電極メタルマスクと、を備えた水晶電極成膜用メタルマスクにおいて、前記中板に多数の形状記憶合金を埋設して水晶電極成膜用メタルマスクを構成することを特徴とする。
請求項２の発明は、前記下電極メタルマスクと前記中板と上電極メタルマスクとを重ね合わせた際に、前記形状記憶合金の埋設位置が下電極メタルマスク及び上電極メタルマスクの前記マグネットの埋設位置を外して埋設したことを特徴とする請求項１に記載の水晶電極成膜用メタルマスクである。
請求項３の発明は、前記形状記憶合金の厚さが常温時には中板の厚さより厚く、高温時には中板の厚さより薄くなる形状記憶合金を選定して水晶電極成膜用メタルマスクを構成することを特徴とする。

本発明に係る水晶電極成膜用メタルマスクの請求項１の発明は、中板に形状記憶合金を多数埋設したので、常温時には形状記憶合金の厚さが中板より厚いため、洗浄に際しては中板と下、上電極マスクとの間に間隙ができて、洗浄液の拡散が容易になり、洗浄シミが大幅に低減するという利点がある。また、高温時には形状記憶合金の厚さが中板より薄くなるので、中板と下、上電極マスクとが密着し、膜ボケのない成膜ができるという利点がある。
請求項２及び３の発明は、形状記憶合金の埋設位置、常温及び高温における形状記憶合金の厚さを特定したので、実用に供する水晶電極成膜用メタルマスクが容易に得られるという利点がある。

図１は本発明に係る水晶電極成膜用メタルマスクの実施の形態を示す断面図、図２は水晶電極成膜用メタルマスク構成する５枚のメタル板の平面図である。水晶電極成膜用メタルマスクは、下部より下枠治具１ａ、下電極マスク１ｂ、中板１ｃ、上電極マスク１ｄ及び上枠治具１ｅより構成される。これらの中、下枠治具１ａ、中板１ｃ、上電極マスク１ｄ、上枠治具１ｅは磁性材料のステンレス薄板を用い、下電極マスク１ｃは非磁性材料のステンレス薄板を用いる。下枠治具１ａはマグネット２を保持するためのマグネット保持孔５を多数設けると共に、開口部１ａｈを空ける。中板１ｃは水晶板を充填するための多数の開口部１ｃｈを空けると共に、多数の形状記憶合金７を埋め込む。下電極マスク１ｂ、上電極マスク１ｄは電極とリード電極とを形成するための開口部１ｂｈ、１ｄｈを空け、さらに、下電極マスク１ｂには多数の透磁孔６を空ける。そして、上枠治具１ｅは下電極マスク１ｂ、上電極マスク１ｄの開口部１ｂｈ、１ｄｈより大きな開口部１ｅｈを形成する。また、下枠治具１ａの開口部１ａｈも開口部１ｅｈと同様に大きくする。

下枠治具に埋設されたマグネット２は、上枠治具１ｅまで磁力線が届くように、中板１ｃの開口部１ｃｈの内側に位置するように、また、透磁孔６は磁力線が中板１ｃと上枠治具１ｅとへ届き、且つマグネットの移動防止のため、マグネットの保持孔５よりやや小さくする。これらの５枚の板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅには左右両端に位置合わせのピンを挿入するための位置合わせのネジ孔４を空ける。このような構成で下枠治具１ａの上に下電極マスク１ｂ、中板１ｃをのせると、マグネット２により下枠治具１ａと中板１ｃとが吸着され、３枚が重合される。そして、中板ｃの開口部１ｃｈに水晶板を充填し、その上に上電極マスク１ｄと上枠治具とをのせると、これらもマグネット５により吸着され、５枚全てが一体に重合する。その後、ネジ孔４にネジを挿入回転して５枚全体を固定する。

本発明の特徴は図３に示すように中板１ｃの構成にある。つまり、中板１ｃに小さな形状記憶合金７を多数埋め込み、その位置は下電極マスク１ｂ、上電極マスク１ｄの開口部１ｂｈ、１ｄｈに相当する位置を避けて埋設すると共に、下電極マスク１ｂの透磁孔６に相当する位置も避けなければならない。形状記憶合金の種類としては常温時の厚さに比べ、蒸着あるいはスパッタ装置の中で高温に保持されたときに収縮する材料を選定する。このような形状記憶合金を中板１ｃに埋設すると、図１の要部断面図に示すように、水晶板を洗浄する工程のような常温時には、形状記憶合金７は中板１ｃの厚さよりも厚くなるように設定することにより、洗浄後の水切り、乾燥時には中板１ｃと、下電極マスク１ｂ及び上電極マスク１ｄとの間隔は広がり、液溜まりは大幅に減少し、水晶板上に洗浄シミが残ることはほとんどない。
一方、高温時には形状記憶合金７が収縮してその厚さは中板１ｃの厚さより薄くなるので、中板１ｃと下電極マスク１ｂ及び上電極マスク１ｄとは密着し、電極膜の膜ボケが生じることはない。常温時には形状記憶合金７の厚さに合わせて、ネジにて５枚の板を固定するが、高温時には形状記憶合金７の厚さが薄くなり、ネジによる固定が緩むおそれがあるが、マグネット２の磁力により５枚の板の重合が保たれ、電極の成膜が行える。

以上の説明では下枠治具１ａ、下電極マスク１ｂ、中板１ｃ、上電極マスク１ｄ及び上枠治具１ｅの５枚の場合を説明したが、上枠治具１ｅを省いて構成してもよい。そして、下電極マスク１ｂは非磁性材料のステンレス薄板を用いると説明したが、磁性材料を用いてもよい。また、以上では直方体の形状記憶合金を示したが、コイルバネ状の記憶合金であってもよい。

本発明に係る水晶電極成膜用メタルマスクの構造を示した要部断面図である。 本発明に係る水晶電極成膜用メタルマスクを構成する５枚（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ）の平面図である。 本発明に係る中板の平面図である。 従来の水晶電極成膜用メタルマスクの構造を示した概略図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は５枚（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ）の平面図である。 （ａ）、（ｂ）とも製造フローの一部である。 従来の洗浄治具の要部の構成を示した斜視図である。 従来の洗浄治具の構成を示した斜視図である。 洗浄治具の上下から成膜用プレートを装着する様子を示す斜視図である。 従来の水晶電極成膜用メタルマスクを用いて洗浄した後の要部の断面図である。 洗浄治具に成膜用プレートを装着したものの要部の断面図である。

符号の説明

１ａ 下枠治具
１ｂ 下電極マスク
１ｃ 中板
１ｄ 上電極マスク
１ｅ 上枠治具
１ａｈ、１ｂｈ、１ｃｈ、１ｄｈ、１ｅｈ 開口部
Ｘ 水晶板
２ マグネット
４ ネジ孔
５ マグネット孔
６ 透磁孔
７ 形状記憶合金

Claims (3)

1. マグネットを埋設した開口部を有する下枠治具と、電極パターン開口部を有する下電極メタルマスクと、水晶板を充填する開口部を有する中板と、電極パターン開口部を有する上電極メタルマスクと、を備えた水晶電極成膜用メタルマスクにおいて、
   前記中板に多数の形状記憶合金を埋設したことを特徴とする水晶電極成膜用メタルマスク。
2. 前記下電極メタルマスクと前記中板と上電極メタルマスクとを重ね合わせた際に、前記形状記憶合金の埋設位置が下電極メタルマスク及び上電極メタルマスクの前記マグネットの埋設位置を外して埋設したことを特徴とする請求項１に記載の水晶電極成膜用メタルマスク。
3. 前記形状記憶合金の厚さが常温時には中板の厚さより厚く、高温時には中板の厚さより薄くなる形状記憶合金を選定することを特徴とする水晶電極成膜用メタルマスク。
   
   
   
   

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