JP2007096757A - 周波数調整用マスク、及び圧電デバイスの周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電デバイスのＩＣチップに電気的な悪影響を与えない状態で正規の周波数に調整することができる周波数調整用マスク及び圧電デバイスの周波数調整方法を提供する。
【解決手段】 マスク２８は、アルミニウムからなるマスク基板４１の表面にフッ素樹脂コーティング４３が施されている。マスク２８には、圧電振動片１４及びＩＣチップ１５が配置された圧電デバイス１１が接して固定されている。マスク基板４１にフッ素樹脂コーティングが施されていることにより、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着しながら所望の周波数に調整するとき、マスク２８と、マスク２８と接して固定されている圧電デバイス１１のＩＣチップ１５とが、電気的に絶縁された状態になっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば、圧電デバイスの周波数を調整すべく圧電振動片に金属膜を蒸着させる周波数調整用マスク、及び圧電デバイスの周波数調整方法に関する。

上記した圧電デバイスは、所定の周波数（高周波）を出力する圧電振動片と、圧電振動片を駆動するＩＣチップと、これらを収納するパッケージとを有する。圧電デバイスは、例えば特許文献１に記載のように、圧電振動片に金属膜を蒸着させて、圧電振動片の重さを変えることにより周波数の調整が行われる。

金属膜を蒸着させる方法として、例えば、スパッタ法が用いられる。詳しくは、スパッタ装置の機体内に配置された金属膜の元である金属材料の塊（ターゲット材）に、高エネルギーのイオン化した原子を衝突させ、これにより、金属材料の塊から材料原子を飛び出させ、周波数調整用マスク（以下、「マスク」という。）の開口孔を介して圧電振動片に材料原子を蒸着させる。マスクは、機体と接して固定されている。また、マスクには、圧電デバイスが固定されている。

マスクの材質は、擦りカスなどが発生しないように硬質性や、高周波電源によって発生する熱に耐えられる耐熱性や、マスクに蒸着した金属膜が剥離し易い剥離性などが要求されていることから、例えば、チタンで構成されている。

特開平２−９２００９号公報

しかしながら、チタンで構成されたマスクに、高周波電源によって発生する高周波ノイズや、スパッタ装置の動力源などから装置の機体を介して高周波ノイズなどが伝わることがあった。マスクに高周波ノイズが伝わったことにより、マスクからＩＣチップに伝わり、これにより、ＩＣチップから正規の電気信号が得られず、圧電振動片から出力される高周波の周波数が正規の周波数にならない。その結果、圧電振動片の周波数を所望の周波数に調整できないという問題があった。

本発明は、圧電デバイスのＩＣチップに電気的な悪影響を与えない状態で正規の周波数に調整することができる周波数調整用マスク及び圧電デバイスの周波数調整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、本発明に係る周波数調整用マスクは、圧電振動片と、前記圧電振動片を駆動させるＩＣチップと、前記圧電振動片と前記ＩＣチップとが収納されたパッケージとを有する圧電デバイスの周波数を調整すべく、前記圧電振動片に膜を蒸着させるために前記圧電振動片の形状に相当する開口孔を有するとともに、前記圧電デバイスと接して配置される周波数調整用マスクであって、前記周波数調整用マスクの表面に絶縁処理が施されている。

この構成によれば、周波数調整用マスクの表面に絶縁処理が施されているので、周波数調整用マスクと、周波数調整用マスクと接して固定される圧電デバイスとを、電気的に絶縁することができる。これにより、周波数調整用マスクから、周波数調整用マスクと接するパケージ内のＩＣチップに電気的な悪影響（高周波ノイズ）を与えることを抑えることができる。その結果、電気的な悪影響を受けない状態で圧電振動片に膜を蒸着させることが可能となり、圧電振動片から出力される周波数を所望の（正規の）周波数に近づけることができる。

本発明に係る周波数調整用マスクは、前記周波数調整用マスクは、前記圧電振動片に前記膜を蒸着させるための膜蒸着装置に固定されており、前記圧電デバイスは、前記周波数調整用マスクを介して前記膜蒸着装置と電気的に絶縁された状態にあることが望ましい。

この構成によれば、周波数調整用マスクの表面に絶縁処理が施されているので、周波数調整用マスクを介して膜蒸着装置と接して固定された圧電デバイスであっても、圧電デバイスと膜蒸着装置とを電気的に絶縁することができる。これにより、膜蒸着装置から圧電デバイスのＩＣチップに電気的な悪影響（高周波ノイズ）を与えることを抑えることができる。その結果、圧電振動片から出力される周波数を所望の（正規の）周波数に近づけることができる。

本発明に係る周波数調整用マスクは、金属板で構成されており、前記金属板の表面に前記絶縁処理が施されていることが望ましい。

この構成によれば、周波数調整用マスクが金属板で構成されているので、絶縁処理が施されていることにより電気的に絶縁することができることに加えて、膜蒸着装置によって発生する熱により周波数調整用マスクが変形することを抑えることが可能となる。これにより、正規の状態（形状）のマスクを介して、圧電振動片に膜を蒸着させることができる。

本発明に係る周波数調整用マスクは、前記金属板は、アルミニウムで構成されている。

本発明に係る周波数調整用マスクは、前記絶縁処理は、フッ素樹脂コーティングであることが望ましい。

この構成によれば、フッ素樹脂コーティングによって、周波数調整用マスクの表面の硬度を高くすることができるので、絶縁性及び耐熱性を備えることができることに加えて、周波数調整用マスクに蒸着した膜を剥離するときの剥離性を向上させることができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る圧電デバイスの周波数調整方法は、周波数調整用マスクを用いて圧電デバイスの周波数を調整する。

この方法によれば、圧電デバイスのＩＣチップに電気的な悪影響を与えない状態で、圧電振動片の周波数を正規の周波数に調整することができる。

以下、本発明に係る周波数調整用マスク、及び圧電デバイスの周波数調整方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、圧電デバイスの構造を示す模式図である。図１（ａ）は、蓋体を除く圧電デバイスを上方からみた平面図である。図１（ｂ）は、圧電デバイスの構造を示す模式断面図である。以下、圧電デバイスの構造を、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、圧電デバイス１１は、パッケージ１２と、蓋体１３（図１（ｂ）参照）と、圧電振動片１４と、ＩＣチップ１５と、電極パターン１６とを有する。

パッケージ１２は、例えば、セラミックからなり、例えば、矩形の箱状に形成されている。
蓋体１３は、例えば、薄板状に形成されており、パッケージ１２の上部に固着される。蓋体１３がパッケージ１２と固着されることにより、圧電デバイス１１内が気密に封止される。

圧電振動片１４は、例えば、ＡＴカット水晶振動片であり、パッケージ１２内の一端側に配置されている。圧電振動片１４は、パッケージ１２内の底面に形成された電極パターン１６と、導電性接着剤１７（図１（ｂ）参照）を介して電気的に接続されている。詳しくは、圧電振動片１４は、その一端側が導電性接着剤１７によって固着されており、その他端側が底面から浮いた片持ちの状態になっている。圧電振動片１４の表面には、例えば、金属電極としての励振電極１８の一極側が形成されている。図示しない他極側の励振電極は、例えば、圧電振動片１４の裏面に形成されている。

また、圧電振動片１４の全体には、膜である金属粒子１９が均一に蒸着している。詳しくは、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着することにより圧電振動片１４の質量が増加し、これにより、圧電振動片１４の周波数が低くなる。この原理を利用し、圧電振動片１４に所定量の金属粒子１９を蒸着させることにより、圧電振動片１４の周波数を所望の周波数に調整することが可能となっている。金属粒子１９は、例えば、金（Ａｕ）の粒子である。金の粒子は、例えば、酸化しないなど科学的に安定していることから用いられる。

ＩＣチップ１５は、パッケージ１２の中に、圧電振動片１４と並べられて配置されている。ＩＣチップ１５は、例えば、パッケージ１２内の底面に形成された電極パターン１６と、導電性接着剤１７を介してワイヤボンディングで電気的に接続されている（図示せず）。つまり、ＩＣチップ１５は、電極パターン１６を介して圧電振動片１４と電気的に接続されている。

図２は、周波数調整装置の構造を示す模式断面図である。以下、周波数調整装置の構造を、図２を参照しながら説明する。

図２に示すように、周波数調整装置２１は、例えば、スパッタ蒸着法により金属粒子１９を蒸着させるものであり、膜蒸着装置である蒸着機２２と、ガス供給部２３と、排気ポンプ２４と、周波数測定器２５とを有する。

蒸着機２２は、密閉された中空の空間の機体２２ａを有し、機体２２ａの内部を真空状態に維持することが可能となっている。機体２２ａは、蒸着機２２に異常電流が流れることを防ぐために接地されている。また、蒸着機２２は、ターゲット２６と、電極２７と、周波数調整用マスクであるマスク２８と、シャッタ２９とを有する。

ターゲット２６は、電極２７上に載置固定されており、機体２２ａの下方に配置されている。ターゲット２６は、圧電振動片１４に蒸着させる膜の元である金属材料である。ターゲット２６は、例えば、金（Ａｕ）である。

電極２７は、上記したように、ターゲット２６を載置固定するとともに、ターゲット２６上にプラズマを発生させるために用いられる。詳述すると、電極２７は、高周波電源３０と接続されており、ガス供給部２３から導入された不活性ガス３２をプラズマ化する。プラズマを発生させることにより、不活性ガス３２の原子がイオン化し、イオン化した原子がターゲット２６に加速衝突する。これにより、ターゲット２６から金属粒子が飛び出し、その結果、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着させることが可能となっている。

マスク２８は、圧電デバイス１１における圧電振動片１４に、金属粒子１９を蒸着させるために用いられる。マスク２８は、蒸着機２２の機体２２ａに固定されており、機体２２ａを介して接地された状態となっている。マスク２８には、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着すべく、金属粒子１９が通過することが可能な開口孔３１が設けられている。マスク２８は、開口孔３１の位置や大きさを変えることにより、圧電デバイス１１における所望する位置や範囲に、金属粒子１９を蒸着させることが可能となっている。

また、マスク２８には、圧電デバイス１１が固定されている。詳しくは、圧電デバイス１１のパッケージ１２とマスク２８とが接して固定されている。また、マスク２８の表面には、絶縁処理が施されている（図３参照）。絶縁処理が施されていることにより、圧電デバイス１１がマスク２８や機体２２ａと電気的に絶縁された状態になっている。これにより、圧電振動片１４の周波数（高周波）を調整する際に、ＩＣチップ１５に高周波ノイズがのらなくなり、正規の周波数に調整することが可能となる。

シャッタ２９は、マスク２８の下側に配置されている。シャッタ２９は、ターゲット２６から飛び出した金属粒子１９を、圧電デバイス１１の中と遮断したり、連通したりするために用いられる。詳しくは、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着させるとき、シャッタ２９を開状態（開口孔３１から外れた位置）に設定し、金属粒子１９を蒸着させないとき、シャッタ２９を閉状態（開口孔３１を覆う状態）にする。シャッタ２９は、圧電振動片１４に所定量の金属粒子１９が蒸着して、圧電振動片１４の周波数が所定の周波数になったとき、所定の周波数から変動しないように閉じられる。

ガス供給部２３は、蒸着機２２の中に不活性ガス３２を導入するために用いられる。不活性ガス３２は、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスである。ガス供給部２３は、ガス導入管３３を介して、蒸着機２２の中に不活性ガス３２を供給することが可能となっている。

排気ポンプ２４は、ガス排気管３４を介して、蒸着機２２の内部と接続されている。排気ポンプ２４は、蒸着機２２の中を真空状態にするとともに、蒸着機２２の中で蒸着しなかった金属粒子１９を排気するために用いられる。

周波数測定器２５は、圧電振動片１４の周波数を測定するために用いられる。詳しくは、周波数測定器２５によって、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着させながら圧電振動片１４の周波数を測定することにより、圧電振動片１４を所望の周波数に調整することが可能となっている。

図３は、マスクの構造を示す模式図である。図３（ａ）は、マスクの構造を示す模式断面図である。図３（ｂ）は、マスクを上方からみた模式平面図である。以下、マスクの構造を、図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、マスク２８は、上記したように、圧電振動片１４の領域内に金属粒子１９を蒸着させるための開口孔３１を有する。また、マスク２８は、金属板であるマスク基板４１の表面に、上記した絶縁処理が施されている。

開口孔３１は、マスク２８の上方（図３（ａ）参照）に配置された圧電デバイス１１の圧電振動片１４の形状（図３（ｂ）参照）と、略同じ形状に開口された第１開口孔３１ａを有する。また、開口孔３１の側面には、第１開口孔３１ａから広がるように斜面４２が形成されている。この斜面４２によって形成された周縁部を第２開口孔３１ｂとする。

マスク基板４１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）で構成されている。マスク基板４１の表面に施された絶縁処理は、例えば、フッ素樹脂コーティング４３である。詳述すると、マスク２８は、マスク基板４１にフッ素樹脂コーティング４３を施すことにより、マスク基板４１がもつ耐熱性に加えて、絶縁性と硬質性とを備えることが可能となっている。

以上のように、マスク２８が耐熱性を有することにより、例えば、高周波電源３０によってプラズマ化したときに発生する熱でマスク２８が変形することを抑えることが可能となっている。
また、マスク２８が絶縁性を有することにより、高周波の周波数を調整する際に、例えば、高周波電源３０から電波にのって伝わった高周波ノイズや、蒸着機２２の動力源などから機体２２ａを介して伝わった高周波ノイズなどが、マスク２８から圧電デバイス１１のＩＣチップ１５に悪影響を及ぼすことを抑えることが可能となっている。
また、マスク２８が硬質性を有することにより、例えば、マスク２８に蒸着した金属粒子１９を剥離しやすくすることが可能となっている。

図４は、圧電デバイスの周波数調整方法を示すフローチャートである。以下、圧電デバイスの周波数調整方法を、図４を参照しながら説明する。

ステップＳ１１では、圧電デバイス１１の圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着する。まず、排気ポンプ２４によって、蒸着機２２の中を真空状態にする。そのあと、ガス供給部２３からガス導入管３３を介して蒸着機２２の中に不活性ガス３２（アルゴンガス）を供給する。次に、高周波電源３０からの電源出力を電極２７に印加する。これにより、ターゲット２６上に、プラズマが形成される。次に、シャッタ２９を開けることにより、ターゲット２６から飛び出した金属粒子１９がマスク２８の開口孔３１を通って、圧電振動片１４に蒸着する。

ステップＳ１２では、圧電振動片１４の周波数が所望の周波数に到達したか否かを判断する。所望の周波数に到達していれば、周波数調整処理を終了する。所望の周波数に到達していなければ、ステップＳ１１に移行する。まず、金属粒子１９が蒸着した圧電振動片１４の周波数を、周波数測定器２５を用いて測定する。測定した周波数と予め設定した所望（正規）の周波数とを比較して、所望の周波数に達したところでシャッタ２９を閉じる。シャッタ２９を閉じることにより、所望の周波数を維持した状態で圧電振動片１４への金属粒子１９の蒸着を停止する。

以上のように、ステップＳ１２において圧電振動片１４の周波数を調整するとき、蒸着機２２に、蒸着機２２に接続された動力源から発生した高周波ノイズや、高周波電源３０などから電波となって伝わった高周波ノイズが存在したとしても、マスク基板４１の表面にフッ素樹脂コーティング４３が施されていることにより、マスク２８と接して固定されている圧電デバイス１１に高周波ノイズが伝わることを防ぐことができる。これにより、圧電デバイス１１の中に配置されたＩＣチップ１５に高周波ノイズがのることを抑えることが可能となり、その結果、圧電振動片１４の周波数を正規の周波数に調整することができる。

以上詳述したように、本実施形態の周波数調整用マスク、及び圧電デバイスの周波数調整方法によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）本実施形態によれば、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着させるのに、機体２２ａに、アルミニウムからなるマスク基板４１の表面にフッ素樹脂コーティング４３が施されたマスク２８を介して圧電デバイス１１を配置するので、マスク２８と圧電デバイス１１とを電気的に絶縁することができる。これにより、機体２２ａから伝わった高周波ノイズや、高周波電源３０から電波にのって伝わった高周波ノイズなどが、蒸着機２２に存在したとしても、マスク２８から圧電デバイス１１に設けられたＩＣチップ１５に悪影響を与えることを防ぐことが可能となる。その結果、高周波ノイズの影響を受けずに、圧電振動片１４の周波数を所望の（正規の）周波数に近づけることができる。

なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
（変形例１）上記したように、圧電振動片１４に金属粒子１９を蒸着させる方法としてスパッタ蒸着法を用いていることに限定されず、例えば、真空蒸着法などによって蒸着させるようにしてもよい。これによれば、スパッタ蒸着法のように高周波電源３０を用いない装置であっても、例えば、機体と接続された動力源などから発生した高周波ノイズがＩＣチップ１５に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。

（変形例２）上記したように、マスク２８に耐熱性と絶縁性と硬質性とを備えるために、アルミニウムからなるマスク基板４１の表面にフッ素樹脂コーティング４３を施していることに限定されず、例えば、上記した耐熱性と絶縁性と硬質性とが備えられる材質のマスク基板４１や他のコーティングで構成するようにしてもよい。

（変形例３）上記したように、圧電振動片１４はＡＴカット水晶振動片に限定されず、例えば、音叉型振動子、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：弾性表面波）素子などであってもよい。
また、上記したような圧電デバイス１１のように、圧電振動片１４とＩＣチップ１５とが平面的に配置されている構造に限定されず、例えば、圧電振動片１４とＩＣチップ１５とが上下に重なるように配置されているような構造に適用するようにしてもよい。

一実施形態における、圧電デバイスの構造を示す模式図。（ａ）は、圧電デバイスを上方からみた模式平面図であり、（ｂ）は、圧電デバイスの構造を示す模式断面図。 周波数調整装置の構造を示す模式断面図。 マスクの構造を示す模式図。（ａ）は、マスクの構造を示す模式断面図であり、（ｂ）は、マスクを上方からみた模式平面図。 圧電デバイスの周波数調整方法を示すフローチャート。

符号の説明

１１…圧電デバイス、１２…パッケージ、１３…蓋体、１４…圧電振動片、１５…ＩＣチップ、１６…電極パターン、１７…導電性接着剤、１８…励振電極、１９…膜である金属粒子、２１…周波数調整装置、２２…膜蒸着装置である蒸着機、２２ａ…機体、２３…ガス供給部、２４…排気ポンプ、２５…周波数測定器、２６…ターゲット、２７…電極、２８…周波数調整用マスクであるマスク、２９…シャッタ、３０…高周波電源、３１…開口孔、３１ａ…第１開口孔、３１ｂ…第２開口孔、３２…不活性ガス、３３…ガス導入管、３４…ガス排気管、４１…金属板であるマスク基板、４２…斜面、４３…フッ素樹脂コーティング。

Claims (6)

1. 圧電振動片と、前記圧電振動片を駆動させるＩＣチップと、前記圧電振動片と前記ＩＣチップとが収納されたパッケージとを有する圧電デバイスの周波数を調整すべく、前記圧電振動片に膜を蒸着させるために前記圧電振動片の形状に相当する開口孔を有するとともに、前記圧電デバイスと接して配置される周波数調整用マスクであって、
   前記周波数調整用マスクの表面に絶縁処理が施されていることを特徴とする周波数調整用マスク。
2. 請求項１に記載の周波数調整用マスクであって、
   前記周波数調整用マスクは、前記圧電振動片に前記膜を蒸着させるための膜蒸着装置に固定されており、
   前記圧電デバイスは、前記周波数調整用マスクを介して前記膜蒸着装置と電気的に絶縁された状態にあることを特徴とする周波数調整用マスク。
3. 請求項１又は２に記載の周波数調整用マスクであって、
   前記周波数調整用マスクは、金属板で構成されており、
   前記金属板の表面に前記絶縁処理が施されていることを特徴とする周波数調整用マスク。
4. 請求項３に記載の周波数調整用マスクであって、
   前記金属板は、アルミニウムで構成されていることを特徴とする周波数調整用マスク。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の周波数調整用マスクであって、
   前記絶縁処理は、フッ素樹脂コーティングであることを特徴とする周波数調整用マスク。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の周波数調整用マスクを用いて圧電デバイスの周波数を調整することを特徴とする圧電デバイスの周波数調整方法。
   

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