JP2007173906A - Method of manufacturing piezoelectric resonator chip and piezoelectric device - Google Patents

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勝巳 黒田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely form an electrode film even when the compact or subminiature piezoelectric resonator chip is formed. <P>SOLUTION: A method of manufacturing the piezoelectric resonator chip includes: an outward form forming step by applying wet etching to a piezoelectric substrate 4 with an etching anisotropy to form an element chip of the piezoelectric resonator chip; and an electrode forming step for forming a required driving electrode after the forming of the outward form. In the method, after the etching, the electrode film acting like the driving electrode is formed to the substrate except anisotropic regions 54-1, 54-2, 54-3 by the etching anisotropy, and the driving electrode is formed by the method of the photolithography. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電基板をエッチングして形成される圧電振動片と、これを利用して形成される圧電デバイスの製造方法の改良に関する。   The present invention relates to an improvement in a piezoelectric vibrating piece formed by etching a piezoelectric substrate and a method for manufacturing a piezoelectric device formed using the same.

従来の圧電デバイスに用いる圧電振動片は、例えば水晶振動片を形成するために、例えば矩形にカットした圧電材料でなる素子片(ブランク)に、駆動用の電極を成膜することにより形成されている。
図8は、従来の電極形成工程の一部を示している(特許文献1、図9参照)。
図において、素子片1はその厚み方向の断面図として示されている。この素子片1の主面、すなわち、表裏面にマスク2を配置して、該主面の遮蔽すべき箇所を覆う。しかる後、ターゲット3,3を用いて、スパッタリングによりマスク2から露出した主面4,4に導電性の金属膜を成膜するようにしている。
A piezoelectric vibrating piece used for a conventional piezoelectric device is formed by, for example, forming a driving electrode on an element piece (blank) made of a piezoelectric material cut into a rectangular shape, for example, in order to form a quartz vibrating piece. Yes.
FIG. 8 shows a part of a conventional electrode forming process (see Patent Document 1 and FIG. 9).
In the figure, the element piece 1 is shown as a sectional view in the thickness direction. A mask 2 is arranged on the main surface of the element piece 1, that is, the front and back surfaces to cover a portion to be shielded on the main surface. Thereafter, using the targets 3 and 3, a conductive metal film is formed on the main surfaces 4 and 4 exposed from the mask 2 by sputtering.

特開2002−217675JP 2002-217675 A

しかしながら、このような手法によれば、以下のような問題がある。
特許文献1の構造では、折り取った素子片1では、図8に示すような状態で支持部6,7が残される。
図9は、上記素子片1の概略平面図であり、素子片1は水晶などの圧電材料をウエットエッチングして形成した矩形の板である。
ここで、水晶には、ウエットエッチングを行うと、エッチング異方性が見られ、結晶軸方位によりエッチングの進行速度に違いが生じる。
However, such a method has the following problems.
In the structure of Patent Document 1, the support elements 6 and 7 are left in the state as shown in FIG.
FIG. 9 is a schematic plan view of the element piece 1. The element piece 1 is a rectangular plate formed by wet etching a piezoelectric material such as quartz.
Here, when wet etching is performed on crystal, etching anisotropy is observed, and the etching progress speed varies depending on the crystal axis orientation.

図10は、上記エッチング異方性により素子片1の端面が異形になった状態を示すもので、図10(a)は図9のA−A概略端面図、図10(b)は図9のB−B端面図である。
このように、素子片1の大きさに比して、エッチング異方性による異形部の大きさが比較的大きく表れるのは、従来、素子片1が、その厚みは変化しないとしても、素子片外形サイズが小さくなったきていることにもよる。
このため、従来と同様の手法で、マスキングして、フォトリソグラフィにより電極膜を形成すると、図10に示したような異形形状の影響で、影になって露光できない箇所が生じ、精密な電極形成ができないという問題があった。
FIG. 10 shows a state in which the end face of the element piece 1 is deformed due to the etching anisotropy. FIG. 10A is a schematic end view taken along the line AA of FIG. 9, and FIG. FIG.
As described above, the size of the deformed portion due to the etching anisotropy is relatively large compared to the size of the element piece 1, even though the element piece 1 has conventionally not changed its thickness. It depends on the fact that the external size is getting smaller.
For this reason, if an electrode film is formed by masking and photolithography using the same technique as in the prior art, a shadowed area cannot be exposed due to the influence of the irregular shape as shown in FIG. There was a problem that could not.

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、小型もしくは超小型の圧電振動片を形成する場合であっても精密に電極膜を形成することができる圧電振動片およびこれを使用した圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and uses a piezoelectric vibrating piece capable of accurately forming an electrode film even when a small or ultra-small piezoelectric vibrating piece is formed. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric device.

上述の目的は、第1の発明にあっては、エッチング異方性をもつ圧電基板をウエットエッチングして圧電振動片の素子片を形成する外形形成工程と、該外形形成後に、必要な駆動用の電極を形成する電極形成工程とを含む圧電振動片の製造方法であって、前記電極形成工程においては、前記エッチング後に、エッチング異方性により異形となる箇所を除いて、残り領域に前記駆動用の電極となる電極膜を成膜し、フォトリソグラフィの手法により前記駆動用の電極を形成する圧電振動片の製造方法により、達成される。   According to the first aspect of the present invention, in the first invention, the outer shape forming step of forming the element piece of the piezoelectric vibrating piece by wet etching the piezoelectric substrate having etching anisotropy, and the necessary driving after the outer shape is formed. A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece including an electrode forming step of forming an electrode of the electrode, wherein in the electrode forming step, after the etching, the drive is performed in a remaining region except for a portion that is deformed due to etching anisotropy. This is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece in which an electrode film to be an electrode for a film is formed and the driving electrode is formed by a photolithography technique.

第1の発明の構成によれば、外形形成工程では、ウエットエッチングにより素子片の外形を形成するようにしているので、外形形成が容易であり、特に、ドライエッチングではなくウエットエッチングで外形形成を行うので、効率がよい。
さらに、電極形成工程では、エッチング異方性の影響で異形となる箇所には、マスクを配して電極膜を形成しないようにしている。このため、全体に電極膜を形成してから、マスクを配して不要な領域の電極膜を露出してエッチングする手法と比べると、精密に電極膜を形成することができる。
すなわち、全体に電極膜を形成した後、フォトレジストを配して、露光現像し、露出した電極膜を除くことで、必要な電極分離を行おうとすると、上記したエッチング異方性により異形となった箇所で、十分露光することができない場合がある。このため、このような領域に電極が残ると、十分に電極分離が行われず、短絡するおそれがある。
そこで、特にこのような領域に、当初より電極膜を形成しないことで、精密に電極分離することができるものである。
According to the configuration of the first invention, since the outer shape of the element piece is formed by wet etching in the outer shape forming step, it is easy to form the outer shape. In particular, the outer shape is formed by wet etching instead of dry etching. It is efficient because it is done.
Further, in the electrode forming process, a mask is provided at a portion that is deformed due to the influence of etching anisotropy so that the electrode film is not formed. For this reason, it is possible to form the electrode film more accurately than a technique in which an electrode film is formed over the entire surface and then a mask is provided to expose and etch the electrode film in unnecessary regions.
That is, after forming an electrode film on the whole, arranging a photoresist, exposing and developing it, and removing the exposed electrode film, it becomes abnormal due to the etching anisotropy described above. In some cases, it may not be possible to sufficiently expose. For this reason, when an electrode remains in such a region, electrode separation is not sufficiently performed, and there is a possibility of short-circuiting.
Therefore, it is possible to separate the electrodes precisely by not forming an electrode film from the beginning especially in such a region.

第2の発明は第1の発明の発明の構成において、前記圧電基板として、水晶ウエハが使用され、該水晶ウエハは水晶の結晶軸に関して、X軸が電気軸、Y軸が機械軸及びZ軸が光学軸とした直交座標系において、Z軸から所定角度傾けた面で切り出したものであり、前記外形形成工程において、前記水晶ウエハをエッチングして、後の工程で折り取り部となる細いフレーム部が、前記素子片に対して一体に接続された素子片集合体の状態で、一枚の前記水晶ウエハから多数の前記素子片を同時に形成し、前記電極形成工程の実行後に前記折り取り部において、前記水晶ウエハから前記素子片を折り取るようにしたことを特徴とする。   According to a second aspect of the invention, in the configuration of the first aspect of the invention, a quartz wafer is used as the piezoelectric substrate. The quartz wafer is related to the crystal axis of the quartz, the X axis being the electrical axis, the Y axis being the mechanical axis, and the Z axis. Is a thin frame that is cut out by a plane inclined at a predetermined angle from the Z-axis in the Cartesian coordinate system with the optical axis, and in the outer shape forming process, the crystal wafer is etched and becomes a folded portion in a later process. A plurality of element pieces are simultaneously formed from a single crystal wafer in a state of an element piece assembly integrally connected to the element pieces, and the folded portion is formed after the electrode forming step is performed. The element piece is folded from the quartz wafer.

第2の発明の構成によれば、ウエットエッチングによるエッチング異方性がある水晶を用いた圧電振動片において、特にエッチング異方性の影響を排除して精密な電極形成ができるだけでなく、一枚の水晶ウエハから多数の素子片を同時に形成できるものである。   According to the configuration of the second aspect of the invention, in the piezoelectric vibrating piece using quartz having etching anisotropy due to wet etching, not only the influence of the etching anisotropy is particularly eliminated, but precise electrode formation is possible. A large number of element pieces can be formed simultaneously from the quartz wafer.

また、上記目的は、第3の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片が、エッチング異方性をもつ圧電基板をエッチングして圧電振動片の素子片を形成する外形形成工程と、該外形形成後に、必要な駆動用の電極を形成する電極形成工程とを含む工程を経て形成され、前記電極形成工程においては、前記エッチング後に、エッチング異方性により異形となる箇所を除いて、残り領域に前記駆動用の電極となる電極膜を成膜し、フォトリソグラフィの手法により前記駆動用の電極を形成し、前記電極形成工程の実行後に、前記水晶ウエハから前記圧電振動片を切り離し、該圧電振動片を、パッケージに形成した接続用の電極部もしくは前記ケースに装着されるプラグの電極に対して接合する接合工程を含む圧電デバイスの製造方法により、達成される。
第3の発明の構成によれば、第1の発明と同じ原理で小型の圧電振動片を精密に形成することにより、これを用いた圧電デバイスが精度よく製造されることになる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, wherein the piezoelectric vibrating piece includes a piezoelectric substrate having etching anisotropy. It is formed through a process including an outer shape forming step for forming an element piece of a piezoelectric vibrating piece by etching, and an electrode forming step for forming a necessary driving electrode after the outer shape is formed. After the etching, except for portions that are deformed due to etching anisotropy, an electrode film to be the driving electrode is formed in the remaining region, the driving electrode is formed by a photolithography technique, and the electrode After execution of the forming process, the piezoelectric vibrating piece is separated from the quartz wafer, and the piezoelectric vibrating piece is connected to an electrode part for connection formed in a package or a plug to be attached to the case. The manufacturing method of a piezoelectric device including a bonding step of bonding to the electrode is achieved.
According to the configuration of the third invention, a small piezoelectric vibrating piece is precisely formed on the same principle as that of the first invention, so that a piezoelectric device using this is accurately manufactured.

図1および図2は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図1は圧電デバイスの概略平面図、図2は図1の圧電デバイスに収容された圧電振動片の概略断面図である。
図1において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス30のパッケージ31内に圧電振動片40を収容している。
パッケージ31は、後述するように、図2の形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成することができる。この場合、パッケージ31の底部を構成する基板には、電極部33が形成されている。
また、パッケージ31は内部空間Sを有する箱状の収容体とされている。この内部空間Sを利用して、圧電振動片40を収容するようにしている。このパッケージ31には、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体35が低融点ガラスやニッケルなどを介して接合されている。これにより、パッケージ31は気密に封止されている。
1 and 2 show an embodiment of a piezoelectric device of the present invention, FIG. 1 is a schematic plan view of the piezoelectric device, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric vibrating piece housed in the piezoelectric device of FIG. is there.
In FIG. 1, the piezoelectric device 30 shows an example in which a piezoelectric vibrator is configured, and a piezoelectric vibrating piece 40 is accommodated in a package 31 of the piezoelectric device 30.
As will be described later, the package 31 can be formed by stacking and sintering green sheets formed into the shape of FIG. In this case, the electrode part 33 is formed on the substrate constituting the bottom part of the package 31.
The package 31 is a box-shaped container having an internal space S. Using this internal space S, the piezoelectric vibrating piece 40 is accommodated. A lid 35 made of a metal such as ceramic, glass, or kovar is joined to the package 31 via low-melting glass, nickel, or the like. Thereby, the package 31 is hermetically sealed.

図1に示すように、パッケージ31の内面の長さ方向の端部には、その幅方向の両端付近に、電極部33,33が形成されている。
該電極部33は、パッケージ31の底面に露出した実装端子32,32と図示しない導電パターンにより接続されている。
As shown in FIG. 1, electrode portions 33, 33 are formed near both ends in the width direction at end portions in the length direction of the inner surface of the package 31.
The electrode portion 33 is connected to mounting terminals 32 and 32 exposed on the bottom surface of the package 31 by a conductive pattern (not shown).

圧電振動片40には、圧電材料により形成されたウエハを、厚みの薄い矩形の基板となるように加工した、所謂、ATカット振動片が使用されている。すなわち、後述するように、圧電チップである素子片が後述のように先ず形成され、この素子片に駆動用の励振電極41を形成したものが、ATカット振動片である圧電振動片40である。
圧電振動片40は、圧電材料として、例えば、この実施形態では水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料で、エッチング異方性が見られれば、これらを利用して形成することができる。圧電振動片40は、フラットタイプに限らず、コンベックスタイプや、逆メサ型の振動片を用いることができる。
As the piezoelectric vibrating piece 40, a so-called AT cut vibrating piece obtained by processing a wafer formed of a piezoelectric material so as to become a thin rectangular substrate is used. That is, as will be described later, an element piece that is a piezoelectric chip is first formed as will be described later, and a piezoelectric vibrating piece 40 that is an AT-cut vibrating piece is formed by forming an excitation electrode 41 for driving on this element piece. .
In the piezoelectric vibrating piece 40, for example, quartz is used as the piezoelectric material. If the piezoelectric anisotropy is observed in other piezoelectric materials such as lithium tantalate and lithium niobate, these may be used. Can be formed. The piezoelectric vibrating piece 40 is not limited to a flat type, and a convex type or an inverted mesa type vibrating piece can be used.

すなわち、素子片51としての圧電チップの表面には、駆動用の電極として、励振電極41が形成されている。励振電極41は、圧電チップの積極的に振動させようとする領域に形成され、圧電材料に駆動電圧を印加することで、材料内に効率よく電界を生じさせ、励振するためのものである。励振電極41は、素子片51の裏面にも同様の形態で形成されている。
また、図2に示すように、励振電極41は、それぞれ圧電振動片40の長さ方向の端部において、その幅方向の両端にそれぞれ形成された接続電極である引出し電極42に対して、各別に接続されている。各引出し電極42は圧電チップの側面を回り込んで、裏面にも形成されている。
That is, the excitation electrode 41 is formed on the surface of the piezoelectric chip as the element piece 51 as a driving electrode. The excitation electrode 41 is formed in a region where the piezoelectric chip is actively vibrated, and applies a driving voltage to the piezoelectric material, thereby efficiently generating an electric field in the material and exciting the material. The excitation electrode 41 is also formed in the same form on the back surface of the element piece 51.
In addition, as shown in FIG. 2, the excitation electrodes 41 are respectively connected to the extraction electrodes 42, which are connection electrodes respectively formed at both ends in the width direction, at the end portions in the length direction of the piezoelectric vibrating reed 40. Connected separately. Each extraction electrode 42 is also formed on the back surface around the side surface of the piezoelectric chip.

このような圧電振動片40は、図1に示されているように、パッケージ31側の電極部33の上に片持ち式に接合されている。
これにより、パッケージ31の外部から実装端子32,32を介して供給された駆動電圧は、パッケージ31側の電極部33から導電性接着剤43および圧電振動片40の引出し電極42を介して、励振電極41に印加される。したがって、圧電振動片40の主面は圧電作用により厚みすべり振動することで、駆動されるようになっている。
As shown in FIG. 1, such a piezoelectric vibrating piece 40 is joined to the electrode portion 33 on the package 31 side in a cantilever manner.
As a result, the drive voltage supplied from the outside of the package 31 via the mounting terminals 32, 32 is excited from the electrode portion 33 on the package 31 side via the conductive adhesive 43 and the extraction electrode 42 of the piezoelectric vibrating piece 40. Applied to the electrode 41. Therefore, the main surface of the piezoelectric vibrating piece 40 is driven by a thickness-shear vibration caused by a piezoelectric action.

なお、パッケージ31を箱状ではなく、単なる絶縁基板として、その上に電極を形成し、浅い箱状とした蓋体(図示せず)により、圧電振動片40を気密に封止する形式のパッケージを用いてもよい。あるいは、圧電振動片40に外部の駆動電圧源と接続したプラグを接続し、一端を閉止した金属製の筒状のケースに圧電振動片40を差し入れて、このプラグによりケースを気密に封止するようにしてもよい(図示せず)。   Note that the package 31 is not a box shape but a simple insulating substrate, electrodes are formed thereon, and the piezoelectric vibrating piece 40 is hermetically sealed by a shallow box-shaped lid (not shown). May be used. Alternatively, a plug connected to an external drive voltage source is connected to the piezoelectric vibrating piece 40, the piezoelectric vibrating piece 40 is inserted into a metal cylindrical case with one end closed, and the case is hermetically sealed with this plug. You may make it (not shown).

(圧電振動片および圧電デバイスの製造方法)
次に、上記した圧電デバイス30の製造方法の実施形態を説明する。
先ず、圧電デバイス用のパッケージと、圧電振動片40を別々に形成する。
図1および図2において説明したパッケージ31は、セラミックが適しており、特に、好ましい材料としては圧電振動片40や、後述する蓋体の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが選択され、この実施形態では、例えば、セラミックのグリーンシートが利用される。
(Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device manufacturing method)
Next, an embodiment of a method for manufacturing the piezoelectric device 30 will be described.
First, the package for the piezoelectric device and the piezoelectric vibrating piece 40 are formed separately.
The package 31 described with reference to FIGS. 1 and 2 is suitably made of ceramic, and has a thermal expansion coefficient that matches or is very close to the thermal expansion coefficient of the piezoelectric vibrating piece 40 and the lid described later as a preferable material. In this embodiment, for example, a ceramic green sheet is used.

このグリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
すなわち、パッケージ31は、図2の形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成する。
This green sheet is obtained, for example, by dispersing a ceramic powder in a predetermined solution, forming a kneaded product formed by adding a binder into a sheet-like long tape shape, and cutting it into a predetermined length. It is what
That is, the package 31 is formed by laminating and sintering green sheets formed in the shape of FIG.

ここで、パッケージ31の底部を構成する基板には、電極部33が形成される。
図2に示すように、上記基板に重ねられるグリーンシートは、内側の材料が除去された枠状のものであり、これを上記基板に重ねることで、パッケージ31は内部空間Sを有する箱状の収容体とされる。
パッケージ31を形成するセラミック材料の上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、焼結をした後で、ニッケルおよび金もしくは銀などを順次メッキして、上述した電極部33が形成されている。
Here, an electrode portion 33 is formed on the substrate constituting the bottom portion of the package 31.
As shown in FIG. 2, the green sheet stacked on the substrate is a frame shape from which the inner material is removed, and by stacking this on the substrate, the package 31 has a box shape having an internal space S. It is a container.
On the ceramic material forming the package 31, for example, after forming a required conductive pattern using a conductive paste such as silver or palladium or a conductive paste such as tungsten metallization, and after sintering, Nickel and gold or silver are sequentially plated to form the electrode portion 33 described above.

該電極部33は、パッケージ31の底面に露出した実装端子32,32と図示しない導電パターンにより接続されている。この電極部33と実装端子32とを接続するための導電パターンは、パッケージ31の形成時に利用されるキャスタレーション(図示せず)の表面に形成して、パッケージ31の外面を引き回してもよいし、あるいはパッケージ31の底部を構成する絶縁基板を貫通する導電スルーホールなどにより接続してもよい。
この内部空間S内に、後述するように圧電振動片40を収容するものである。
このパッケージ31には、後述する封止工程において、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体35が低融点ガラスやニッケルなどを介して接合されている。これにより、パッケージ31は気密に封止される。
The electrode portion 33 is connected to mounting terminals 32 and 32 exposed on the bottom surface of the package 31 by a conductive pattern (not shown). The conductive pattern for connecting the electrode portion 33 and the mounting terminal 32 may be formed on the surface of a castellation (not shown) used when the package 31 is formed, and the outer surface of the package 31 may be drawn around. Alternatively, the connection may be made by a conductive through hole penetrating an insulating substrate constituting the bottom of the package 31.
The piezoelectric vibrating piece 40 is accommodated in the internal space S as will be described later.
A lid 35 made of a metal such as ceramic, glass, or kovar is bonded to the package 31 via a low melting point glass, nickel, or the like in a sealing process described later. Thereby, the package 31 is hermetically sealed.

次に圧電振動片の形成方法について、図3のフローチャートを参照しながら説明する。
(外形形成工程)
図4(a)は、圧電振動片40をつくるための素子片を切り出すための圧電基板としての水晶ウエハ45を示す概略平面図である。
この場合、水晶ウエハは水晶の結晶軸に関して、X軸が電気軸、Y軸が機械軸及びZ軸が光学軸となるように、水晶の単結晶から切り出されることになる。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のX軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系において、Z軸から所定角度、例えば、35.15度傾けた面で切り出したATカット水晶板を得る。
Next, a method of forming the piezoelectric vibrating piece will be described with reference to the flowchart of FIG.
(Outline forming process)
FIG. 4A is a schematic plan view showing a crystal wafer 45 as a piezoelectric substrate for cutting out an element piece for producing the piezoelectric vibrating piece 40.
In this case, the crystal wafer is cut out from the crystal single crystal so that the crystal axis of the crystal is the electric axis, the Y axis is the mechanical axis, and the Z axis is the optical axis. In addition, when cutting from a single crystal of quartz, an AT-cut quartz plate cut out at a predetermined angle, for example, 35.15 degrees from the Z axis in the above-described orthogonal coordinate system consisting of the X, Y, and Z axes. obtain.

次に、上記圧電素子片であるATカット水晶板の主面を研磨して平坦度を持たせて、所謂水晶ウエハを形成し、これをウエットエッチングして、後述する素子片集合体を得る。
すなわち、水晶ウエハを、ウエットエッチングすることにより、水晶ウエハ45の縦横の方向に、多数の素子片を同時に形成する。この場合、素子片の個々の外形周囲を分離し、細い支持部で、エッチング残りの枠状の水晶材料と接続した形態のものを得る。
図4(b)ないし(d)および図5(e)は、図4(a)の水晶ウエハ45のひとつの素子片が形成される領域についてD−D断面を加工順に示している。
Next, the main surface of the AT-cut quartz plate, which is the piezoelectric element piece, is polished to have flatness to form a so-called quartz wafer, which is wet-etched to obtain an element piece assembly to be described later.
That is, by wet-etching the crystal wafer, a large number of element pieces are simultaneously formed in the vertical and horizontal directions of the crystal wafer 45. In this case, the outer periphery of each element piece is separated, and a thin support portion is connected to the frame-shaped quartz material remaining after etching.
4 (b) to 4 (d) and FIG. 5 (e) show DD cross sections in the order of processing in a region where one element piece of the crystal wafer 45 of FIG. 4 (a) is formed.

図4(b)に示すように、水晶ウエハ45を純水で洗浄し(ST11)、続いて、水晶ウエハ45の表面に、下地層61が設けられる。これは耐食膜となる金属が水晶など圧電材料への付着性が弱いことを補うためにもうけられ、該下地層61としては、たとえば、スパッタリングや蒸着などによりCr(クロム)が成膜されている。その上には、耐食層62として金(Au)をスパッタリングまたは蒸着などにより成膜する。なお、水晶ウエハ45の表裏に同じ膜を形成するので、断面において上側の符号だけ示す。   As shown in FIG. 4B, the crystal wafer 45 is cleaned with pure water (ST11), and then a base layer 61 is provided on the surface of the crystal wafer 45. This is made up to compensate for the fact that the metal serving as the corrosion-resistant film has a weak adhesion to a piezoelectric material such as quartz, and for example, Cr (chromium) is formed as the underlayer 61 by sputtering or vapor deposition. . On top of this, gold (Au) is formed as a corrosion-resistant layer 62 by sputtering or vapor deposition. In addition, since the same film | membrane is formed in the front and back of the quartz wafer 45, only the upper code | symbol is shown in a cross section.

次に図4(c)に示すように、耐食膜62の表面全体にレジスト63を塗布し、露光・現像することで、マスクを形成する(ST13)。
続いて、図4(d)に示すように、マスク開口から露出した耐食層62である金を、例えば、よう化カリウム溶液を用いて、ウエットエッチングし、次いで、硝酸2セリウムアンモニウム溶液により、下地層であるクロム61をエッチングする(ST14)。
次に、マスク開口から露出した水晶を、例えばフッ化アンミニウム溶液などを用いてウエットエッチングする(ST15)。これにより、図5(a)に示すように、素子片1が形成される。
続いて、レジスト63を剥離し、上記各エッチングに用いた溶液を使って、耐食層62および下地層61を全て除去する(ST16)。
Next, as shown in FIG. 4C, a resist 63 is applied to the entire surface of the anticorrosion film 62, exposed and developed to form a mask (ST13).
Subsequently, as shown in FIG. 4D, gold, which is the corrosion-resistant layer 62 exposed from the mask opening, is wet-etched using, for example, a potassium iodide solution, and then is etched using a 2 ceric ammonium nitrate solution. The chromium 61 that is the formation is etched (ST14).
Next, the quartz exposed from the mask opening is wet etched using, for example, an ammonium fluoride solution (ST15). Thereby, the element piece 1 is formed as shown in FIG.
Subsequently, the resist 63 is peeled off, and all of the corrosion-resistant layer 62 and the underlying layer 61 are removed using the solution used for each etching (ST16).

(電極形成工程)
図5(b)は上記工程を経て、水晶ウエハ45に、多数の素子片51が形成された状態である素子片集合体50を示す概略平面図である。
素子片集合体50の水晶ウエハ45には、縦横にならんで多数の素子片51が形成されている。各素子片51は、その外形が分離され水晶ウエハ45により枠状に包囲されている。この枠状の部分に対して、細いフレーム部52,52でのみ一体に接続されている。
このフレーム部52,52が折り取り部であり、後の工程で該折り取り部を折ることで、個々の圧電振動片が分離されるものである。
折り取り部は、素子片51ひとつ当たり、2つのフレーム部52,52で構成されているが、ひとつでもよく、あるいは3つ以上でもよい。
(Electrode formation process)
FIG. 5B is a schematic plan view showing the element piece assembly 50 in a state where a large number of element pieces 51 are formed on the crystal wafer 45 through the above-described steps.
A large number of element pieces 51 are formed on the crystal wafer 45 of the element piece assembly 50 in the vertical and horizontal directions. Each element piece 51 is separated in outer shape and surrounded by a crystal wafer 45 in a frame shape. Only the thin frame portions 52 and 52 are integrally connected to the frame-shaped portion.
The frame portions 52 and 52 are folding portions, and the individual piezoelectric vibrating pieces are separated by folding the folding portions in a later step.
The folding part is composed of two frame parts 52, 52 per element piece 51, but may be one, or three or more.

図5(c)は、素子片集合体50に形成されたひとつの素子片51の部分を拡大して示す概略平面図である。
次に、電極成膜用のマスク53を配置する(ST17)。マスク53は素子片集合体50全体を覆うように形成される。このマスク53によって、素子片51のエッチング異方性により異形となる箇所であって、電極形成の必要がない領域54−1,54−1と54−2、54−3を塞ぐようになっている。
このうち、図5(c)においては、水晶の結晶軸に関して、X軸が電気軸、Y軸が機械軸及びZ軸が光学軸であるX軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系が示されており、水晶のエッチング異方性によって、例えば、上記領域54−1は、図10(a)で示すような異形の端面となり、領域54−2は図10(a)で示すような異形の端面となる箇所に対応している。
FIG. 5C is a schematic plan view showing an enlarged part of one element piece 51 formed in the element piece assembly 50.
Next, an electrode film-forming mask 53 is placed (ST17). The mask 53 is formed so as to cover the entire element piece assembly 50. With this mask 53, the regions 54-1, 54-1 and 54-2, 54-3, which are deformed due to the etching anisotropy of the element piece 51 and do not require electrode formation, are blocked. Yes.
Among these, in FIG. 5 (c), with respect to the crystal axis of the quartz crystal, there is an orthogonal coordinate system composed of the X axis, the Y axis, and the Z axis where the X axis is the electrical axis, the Y axis is the mechanical axis, and the Z axis is the optical axis. Due to the etching anisotropy of quartz, for example, the region 54-1 has an irregular end surface as shown in FIG. 10A, and the region 54-2 has a shape as shown in FIG. 10A. Corresponds to the location of the irregular end face.

図6(a)では、マスク53から露出した領域に電極膜55が成膜される(ST18)。
この電極膜55は、例えば、下地層と電極層からなり、下地層としてはクロムやニッケルが適しており、電極層としては金が適している。すなわち、下地層と電極層をST14で形成した下地層と耐食層と同じにすれば、例えば同一のスパッタリング装置およびターゲットを用いて形成できる利点がある。
In FIG. 6A, an electrode film 55 is formed in a region exposed from the mask 53 (ST18).
The electrode film 55 includes, for example, a base layer and an electrode layer, and chromium or nickel is suitable for the base layer, and gold is suitable for the electrode layer. That is, if the base layer and the electrode layer are made the same as the base layer and the corrosion-resistant layer formed in ST14, there is an advantage that they can be formed using, for example, the same sputtering apparatus and target.

図6(b)は、マスク53を取り外す(ST19)。ここからは、理解の便宜のため素子片51だけを図示して説明するが、折り取り部であるフレーム部52,52は未だ水晶ウエハとつながっている。
次に、図6(c)に示すように、全体にレジスト56を塗布する(ST20)。図6(c)および図7では左側の図が平面図であり、右側の図がそのE−E線断面図である。
In FIG. 6B, the mask 53 is removed (ST19). From here, only the element piece 51 is illustrated and described for convenience of understanding, but the frame portions 52 and 52 which are the folding portions are still connected to the crystal wafer.
Next, as shown in FIG. 6C, a resist 56 is applied over the entire surface (ST20). 6C and FIG. 7, the left side is a plan view, and the right side is a cross-sectional view taken along line EE.

図7(a)において、図示しないマスクを用いて露光・現像してレジスト56をパターニングし、不要な電極膜55を露出させる(ST21)。
次いで、図7(b)に示すように、露出した電極膜55をエッチングにより除去し(ST22)、レジスト56を除去する(ST23)と、図7(c)に示すように、素子片51には、励振電極41および引出し電極42,42が形成される。
以上により、図1および図2で説明した圧電振動片40が完成する。
In FIG. 7A, the resist 56 is patterned by exposure and development using a mask (not shown) to expose the unnecessary electrode film 55 (ST21).
Next, as shown in FIG. 7B, the exposed electrode film 55 is removed by etching (ST22), and the resist 56 is removed (ST23). Then, as shown in FIG. The excitation electrode 41 and the extraction electrodes 42 and 42 are formed.
Thus, the piezoelectric vibrating piece 40 described in FIGS. 1 and 2 is completed.

かくして、上記製造方法では、エッチング異方性の影響で異形となる箇所には、マスク53を配して電極膜55を形成しないようにしている。このため、全体に電極膜を形成してから、マスクを配して不要な領域の電極膜を露出してエッチングする従来の手法と比べると、エッチング異方性の影響で異形となる箇所における電極分離が確実となり、より精密に電極膜を形成することができる。   Thus, in the above manufacturing method, the mask 53 is disposed in a portion that is deformed due to the influence of etching anisotropy so that the electrode film 55 is not formed. For this reason, compared with the conventional method in which an electrode film is formed on the entire surface and then a mask is provided to expose an electrode film in an unnecessary region and etching is performed, an electrode at a location that is deformed due to the influence of etching anisotropy Separation is ensured and the electrode film can be formed more precisely.

(接合工程)
次に、圧電振動片とは別に形成された図1および図2のパッケージ31側の電極部33の上に導電性接着剤43を塗布する。
そして、該導電性接着剤43の上に、素子片集合体50から折り取られた圧電振動片40の図2で説明した各引出し電極42が形成されている基端部もしくは一端部を載置する。
そして、これら導電性接着剤43を加熱して硬化させることにより圧電振動片40をパッケージ31の内側底面に片持ち式に接合する。
ここで、導電性接着剤43としては、所定の合成樹脂でなるバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を添加したものを使用することができる。また、圧電振動片40は必ずしも片持ち式でなく、先端側の一部をパッケージ31の内側底面に形成した凸部(枕部)に載置した構成としてもよい。
(Joining process)
Next, a conductive adhesive 43 is applied on the electrode part 33 on the package 31 side in FIGS. 1 and 2 formed separately from the piezoelectric vibrating piece.
Then, on the conductive adhesive 43, the base end portion or one end portion of the piezoelectric vibrating piece 40 broken from the element piece assembly 50, on which each extraction electrode 42 described in FIG. To do.
The piezoelectric adhesive piece 40 is joined to the inner bottom surface of the package 31 in a cantilever manner by heating and curing the conductive adhesive 43.
Here, as the conductive adhesive 43, a binder component made of a predetermined synthetic resin to which conductive particles such as silver particles are added can be used. Further, the piezoelectric vibrating piece 40 is not necessarily a cantilever type, and may be configured such that a part of the tip side is placed on a convex part (pillow part) formed on the inner bottom surface of the package 31.

そして、圧電振動片40に対して、パッケージ31の実装端子32などから駆動電圧を印加し、圧電振動片40を駆動してその周波数を計測して、計測結果に基づいて、励振電極41の一部を削減することで、重量を減じて周波数調整する。
この周波数調整工程では、さらに、周囲の温度環境を変化させて駆動電圧を印加し、温度変化に応じた周波数を計測して圧電振動片40の温度−周波数特性を合わせて計測し、その結果に応じて調整を行う。
Then, a driving voltage is applied to the piezoelectric vibrating piece 40 from the mounting terminal 32 of the package 31, the piezoelectric vibrating piece 40 is driven to measure its frequency, and one of the excitation electrodes 41 is measured based on the measurement result. By reducing the number of parts, the weight is reduced and the frequency is adjusted.
In this frequency adjustment step, the drive voltage is applied by changing the ambient temperature environment, the frequency corresponding to the temperature change is measured, and the temperature-frequency characteristics of the piezoelectric vibrating piece 40 are measured together. Make adjustments accordingly.

次に、パッケージ31を真空チャンバー内に移し、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体35を低融点ガラスやニッケルなどを介して真空雰囲気下で接合する。これにより、パッケージ31は気密に封止される。
最後に必要な検査を経て、圧電デバイス30が完成する。
Next, the package 31 is moved into a vacuum chamber, and a lid 35 formed of a metal such as ceramic, glass, or kovar is bonded in a vacuum atmosphere via low melting point glass, nickel, or the like. Thereby, the package 31 is hermetically sealed.
Finally, through the necessary inspection, the piezoelectric device 30 is completed.

本発明は上述の実施形態に限定されない。上記実施形態では、エッチング異方性により異形になることから、マスクにより被覆する領域として、図5(c)の54−1,54−2,54−3の各領域を示しているが、必ずしもこれら領域を全てをマスクで覆う必要はなく、また、エッチング条件などにより、これら以外にエッチング異方性が出る場合には、そのような領域をマスクで覆って電極膜を成膜してもよいことは勿論である。
さらに、上記実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージやケースを利用し、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. In the above embodiment, each region of 54-1, 54-2, and 54-3 in FIG. 5C is shown as a region covered with a mask because it becomes irregular due to etching anisotropy. It is not necessary to cover all of these regions with a mask, and if etching anisotropy occurs in addition to these due to etching conditions, etc., an electrode film may be formed by covering such regions with a mask. Of course.
Furthermore, each configuration of the above-described embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
The present invention can be applied to all piezoelectric devices regardless of the names of piezoelectric vibrators, piezoelectric oscillators, etc., as long as they use a package or a case and accommodate a piezoelectric vibrating piece therein.

本発明の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。1 is a schematic plan view of a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention. 図1のC−C概略断面図。CC schematic sectional drawing of FIG. 図1の圧電デバイスに収容される圧電振動片の製造方法の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the manufacturing method of the piezoelectric vibrating piece accommodated in the piezoelectric device of FIG. 図1の圧電振動片の製造工程の一例を順次に示す工程図。FIG. 2 is a process diagram sequentially illustrating an example of a manufacturing process of the piezoelectric vibrating piece of FIG. 1. 図1の圧電振動片の製造工程の一例を順次に示す工程図。FIG. 2 is a process diagram sequentially illustrating an example of a manufacturing process of the piezoelectric vibrating piece of FIG. 1. 図1の圧電振動片の製造工程の一例を順次に示す工程図。FIG. 2 is a process diagram sequentially illustrating an example of a manufacturing process of the piezoelectric vibrating piece of FIG. 1. 図1の圧電振動片の製造工程の一例を順次に示す工程図。FIG. 2 is a process diagram sequentially illustrating an example of a manufacturing process of the piezoelectric vibrating piece of FIG. 1. 従来の圧電振動片の製造工程の一部を示す図。The figure which shows a part of manufacturing process of the conventional piezoelectric vibrating piece. 圧電振動片に駆動電極を形成する前の素子片の概略平面図。The schematic plan view of the element piece before forming a drive electrode in a piezoelectric vibrating piece. 図9の部分断面図。FIG. 10 is a partial cross-sectional view of FIG. 9.

符号の説明Explanation of symbols

30・・・圧電デバイス、31・・・パッケージ、40・・・圧電振動片、41・・・励振電極、50・・・素子片集合体、51・・・素子片、53・・・マスク   DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Piezoelectric device, 31 ... Package, 40 ... Piezoelectric vibrating piece, 41 ... Excitation electrode, 50 ... Element piece assembly, 51 ... Element piece, 53 ... Mask

Claims (3)

エッチング異方性をもつ圧電基板をウエットエッチングして圧電振動片の素子片を形成する外形形成工程と、該外形形成後に、必要な駆動用の電極を形成する電極形成工程とを含む圧電振動片の製造方法であって、
前記電極形成工程においては、前記エッチング後に、エッチング異方性により異形となる箇所を除いて、残り領域に前記駆動用の電極となる電極膜を成膜し、
フォトリソグラフィの手法により前記駆動用の電極を形成する
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
Piezoelectric vibrating piece including an outer shape forming step of wet etching a piezoelectric substrate having etching anisotropy to form an element piece of a piezoelectric vibrating piece, and an electrode forming step of forming a necessary driving electrode after the outer shape is formed A manufacturing method of
In the electrode forming step, after the etching, an electrode film to be the driving electrode is formed in the remaining region except for a portion that is deformed due to etching anisotropy,
A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, wherein the driving electrode is formed by a photolithography technique.
前記圧電基板として、水晶ウエハが使用され、該水晶ウエハは水晶の結晶軸に関して、X軸が電気軸、Y軸が機械軸及びZ軸が光学軸とした直交座標系において、Z軸から所定角度傾けた面で切り出したものであり、
前記外形形成工程において、前記水晶ウエハをウエットエッチングして、後の工程で折り取り部となる細いフレーム部が、前記素子片に対して一体に接続された素子片集合体の状態で、一枚の前記水晶ウエハから多数の前記素子片を同時に形成し、
前記電極形成工程の実行後に前記折り取り部において、前記水晶ウエハから前記素子片を折り取るようにしたことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片の製造方法。
As the piezoelectric substrate, a quartz wafer is used, and the quartz wafer is a predetermined angle with respect to the crystal axis of the quartz in a rectangular coordinate system in which the X axis is an electric axis, the Y axis is a mechanical axis, and the Z axis is an optical axis. It is cut out on a tilted surface,
In the outer shape forming step, the crystal wafer is wet-etched, and a thin frame portion that becomes a break-off portion in a later step is in a state of an element piece assembly integrally connected to the element piece. A plurality of the element pieces are simultaneously formed from the quartz wafer,
2. The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the element piece is folded from the crystal wafer in the folding portion after the electrode forming step is performed.
パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電振動片が、
エッチング異方性をもつ圧電基板をウエットエッチングして圧電振動片の素子片を形成する外形形成工程と、該外形形成後に、必要な駆動用の電極を形成する電極形成工程とを含む工程を経て形成され、
前記電極形成工程においては、前記エッチング後に、エッチング異方性により異形となる箇所を除いて、残り領域に前記駆動用の電極となる電極膜を成膜し、
フォトリソグラフィの手法により前記駆動用の電極を形成し、
前記電極形成工程の実行後に、前記水晶ウエハから前記圧電振動片を切り離し、
該圧電振動片を、パッケージに形成した接続用の電極部もしくは前記ケースに装着されるプラグの電極に対して接合する接合工程を含む
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
A method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or case,
The piezoelectric vibrating piece is
Through a process including an outer shape forming step of wet etching a piezoelectric substrate having etching anisotropy to form an element piece of a piezoelectric vibrating piece, and an electrode forming step of forming a necessary driving electrode after the outer shape is formed. Formed,
In the electrode forming step, after the etching, an electrode film to be the driving electrode is formed in the remaining region except for a portion that is deformed due to etching anisotropy,
The driving electrode is formed by a photolithography technique,
After execution of the electrode forming step, the piezoelectric vibrating piece is separated from the quartz wafer,
A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising: a step of bonding the piezoelectric vibrating piece to a connecting electrode portion formed on a package or an electrode of a plug attached to the case.
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