JP2008042431A

JP2008042431A - 圧電振動子及びその製造方法

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Publication number: JP2008042431A
Application number: JP2006212908A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamashita; 剛山下
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】水晶の異方性の影響を受けることなく圧電基板の振動領域を拡大した圧電振動子
を提供する。
【解決手段】水晶基板２と、水晶基板２の両主面に形成された励振電極３と、各励振電極
との間をリード電極４を介して夫々接続した引き出し電極５と、励振電極３から離間した
水晶基板２の外周縁に沿った位置に水晶膜をエピタキシャル成長させることにより形成し
た環状壁６と、各環状壁６の端面に接合され、各励振電極３を含む水晶基板２の振動領域
を気密封止するガラス部材１０とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆メサ型構造の圧電振動子及びその製造方法に関わり、特に圧電振動子の小
型化を図るのに好適なものである。

従来より、各種電子機器においては、基準発振源として水晶振動子などの水晶デバイス
が広く使用されている。
近年、電子機器の小型化・薄型化に伴い、水晶デバイスの小型化・薄型化が要求され、
各種電子機器の回路基板への実装に適した表面実装型の水晶デバイスが広く用いられてい
る。
また、振動周波数の高周波化が求められている。振動周波数の高周波化を図るには振動
周波数に比例して水晶振動片の板厚を薄くする必要があるが、水晶振動片の板厚を薄くし
た場合は水晶振動片の強度が低下する。このため、高い周波数で振動させる水晶振動片に
おいて、中央部に位置する振動領域を薄くし、その周囲を厚くした所謂逆メサ型の水晶振
動素子を構成することにより、高い振動周波数を得ると共に機械強度も得るようにしたも
のが提案されている。

図４は従来の水晶振動素子の構成を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
に示す水晶振動素子のＸ−Ｘ断面図である。
この図４に示す水晶振動素子１００は、例えば、矩形状のＡＴカット水晶振動片１０１
の表裏両主面に夫々凹所１０２を形成するようにしている。即ち、薄肉の振動領域（平坦
部）の周囲に厚肉の補強枠部１０３を形成した構造、逆メサ構造になっている。
振動領域の表裏面には一対の励振電極１０４が形成され、一対の励振電極１０４は夫々
リード電極１０５を介して補強枠部１０３の長手方向の端縁に設けられた引出電極１０６
と電気的に接続されている。
しかしながら、図４に示した逆メサ型の水晶振動素子１００においては、水晶振動片１
０１の表裏両主面にエッチングにより凹所１０２を形成する際に、水晶の異方性に起因し
て斜面が形成されてしまう。このような斜面は振動領域となる基板の板厚が一定となる平
坦部の範囲を狭めてしまうことになる。つまり、従来の水晶振動素子１００では、有効な
振動領域の面積が減少して特性の悪化を招くという問題点があった。

そこで、特許文献１には、水晶振動片の表裏に凹部をエッチングにて形成する逆メサ構
造の水晶振動素子において、凹所を形成する際に、フォトマスクの開口部をずらすことで
、振動領域を平行にし、励振電極を平行に配置するようにした水晶振動素子が開示されて
いる。
また特許文献２には、エッチング前に水晶振動片に予め溝を形成しておくことで、水晶
振動片の異方性による振動領域の面積縮小の影響を小さくした水晶振動素子が開示されて
いる。
特開２００３−２６４４４６公報特開２００５−２０１４１公報

しかしながら、特許文献１に開示された水晶振動素子は、水晶振動片の異方性によりエ
ッチング加工時の振動領域が狭くなるため水晶振動素子の形状が大きくなる。このため、
このような水晶振動素子を用いて水晶振動子を構成した場合は小型化が困難であった。
また特許文献２に開示されている水晶振動素子では、特許文献１に開示されている逆メ
サ構造の水晶振動子より振動領域を拡大することができるが、水晶振動片の異方性の影響
が残っており十分な振動領域を確保することができない。このため、このような構成の水
晶振動素子を用いて水晶振動子を構成した場合は小型化が困難であった。
本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、更なる小型化を実現するこ
とができる圧電振動子とその製造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、本発明の圧電振動子は、圧電基板と、圧電基板の両主面に形
成された励振電極と該各励振電極との間をリード電極を介して夫々接続された引き出し電
極と、各励振電極から離間した圧電基板の外周縁に沿った位置に結晶膜をエピタキシャル
成長させることにより形成した環状壁と、各環状壁の端面に接合されることにより、各励
振電極を含む圧電基板の振動領域を気密封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする
。
このような本発明によれば、圧電基板の両主面に夫々形成した励振電極から離間した圧
電基板の外周縁に沿った位置にエピタキシャル成長法により環状壁を形成したことで、圧
電基板の異方性の影響を受けることなく、環状壁を形成することが可能になるため、圧電
基板の振動領域を拡大することが可能になる。これにより圧電振動素子の小型化が可能に
なり、これに伴って圧電振動子を小型化することができる。また本発明の圧電振動子は、
圧電基板に形成した環状壁の端面に封止部材を接合することで、圧電基板の振動領域を気
密封止して構成するようにしているので、従来のように圧電振動素子をパッケージ等に収
容する必要がないので、その分だけ圧電振動子の小型化が可能になる。
また本発明の圧電振動子は、圧電基板を水晶基板、結晶膜を水晶膜とすることで、圧電
基板に応力が加わって圧電基板の破損を防止することができる。

また本発明の圧電振動子の製造方法は、大面積のシート状圧電基板にエッチング加工を
施して複数の圧電基板の連結体を形成する工程と、各圧電基板の両主面に励振電極を形成
する工程と、各圧電基板に所定の開口部を有するマスクを用いて各圧電基板の各励振電極
から離間した各圧電基板の外周縁に沿った位置に結晶膜をエピタキシャル成長させて環状
壁を形成する工程と、各環状壁の端面に封止部材を接合して圧電振動子の連結体を形成す
る工程と、圧電振動子を個片に分割する工程と、を備えることを特徴とする。
このような本発明によれば、エッチング加工によりシート状圧電基板に各圧電基板の外
形を形成しているので、小型で、精度が高く、しかもシャープな圧電振動子を形成するこ
とができる。

また本発明の圧電振動子の製造方法は、複数の圧電基板の連結体にエッチング加工を施
して各圧電基板の所定位置に貫通穴を形成する工程と、各圧電基板の両主面に励振電極を
形成する工程と、各圧電基板に所定の開口部を有するマスクを用いて各圧電基板の各励振
電極から離間した各圧電基板の外周縁に沿った位置に結晶膜をエピタキシャル成長させて
環状壁を形成する工程と、各環状壁の端面に封止部材を接合して圧電振動子の連結体を形
成する工程と、圧電振動子をダイシングにより個片に分割する工程と、を備えることを特
徴とする。
このような本発明によれば、圧電振動子をダイシングにより個片に分割しているので、
製造過程において圧電基板や水晶振動子が脱落するのを防止することができるため、生産
効率を高めることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態としての水晶振動素子の構成を示した図であり、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）に示す水晶振動素子のＡ−Ａ断面図である。
この図１に示す水晶振動子１は、例えば矩形状の水晶基板２の表裏両主面に一対の励振
電極３が形成されている。この一対の励振電極３は夫々リード電極４を介して引出電極５
と電気的に接続されている。これら励振電極３、リード電極４及び引出電極５は、電極材
料のスパッタリング又は蒸着により水晶基板２の表面に電極膜を形成した後、フォトリソ
グラフィ技術を用いてパターニングすることにより形成することができる。

励振電極１３から離間した水晶基板２の外周縁に沿った位置にエピタキシャル成長法に
より水晶膜の環状壁６が形成されている。なお、本実施形態では、水晶基板２の一端部に
引き出し電極５を設けるようにしているで、この部分については環状壁６を外周縁の内側
に形成するようにしている。これにより、水晶基板２の中央には、薄肉で平坦な振動領域
を形成するようにしている。
また環状壁６の端面には夫々ガラス板等の封止部材１０が陽極接合法などにより接合し
て、その内部を気密封止するようにしている。このように構成すれば、従来のエッチング
よる逆メサ構造の水晶振動素子のように水晶の異方性により斜面が形成されることなく、
環状壁６を形成することができる。

なお、陽極接合法とは、可動イオンを含むガラスとシリコンウエハや金属等を密着接合
する方法であり、重ね合わせた基板を加熱してガラス側を軟化させる。また同時にシリコ
ン側を陽極として両者の間に高電圧を付加することにより、電気的二重層を発生させて静
電引力により基板同士を接合するものである。
また、本実施形態では環状壁６を水晶膜により形成しているが、これはあくまでも一例
であり、環状壁６の材料は水晶膜に限定されるものではない。但し、環状壁６の材料は水
晶と熱膨張係数がほぼ同じ材料か、或いは近い材料を用いることが好ましい。これは水晶
基板２が極めて薄いため、水晶基板２と環状壁６と熱膨張係数の違いにより水晶基板２に
応力が加わり基板が破損するのを防止するためである。

このように本実施形態の水晶振動子１においては、水晶基板２の両主面に夫々形成した
励振電極３から離間した水晶基板２の外周縁に沿った位置にエピタキシャル成長法により
環状壁６を形成したことで、従来のように水晶の異方性の影響を受けることなく、環状壁
６を形成することが可能になる。この結果、水晶基板２の振動領域を拡大することが可能
になり、水晶振動子１の小型化が可能になる。また本実施形態では環状壁６の上面（端面
）にガラス部材（封止部材）１０を接合して水晶基板２の励振電極３を含む振動領域を気
密封止することで水晶振動子１を構成するようにしているので、従来のようにパッケージ
に水晶振動素子を収容して水晶振動子を構成する場合より小型化が可能になる。

図２は本実施形態に係る水晶振動子の第１の製造工程を示した図である。
本実施形態の水晶振動子は、先ず図２（ａ）に示すようにフォトリソ・エッチング工程
において、大面積のシート状圧電基板（以下、水晶ベース基板と称する）１１にエッチン
グ加工を施して複数の水晶基板２の連結体を形成する。
次に、図２（ｂ）に示す電極形成工程において、水晶ベース基板１１の各水晶基板２の
両主面に相当する領域に電極膜１２を形成する。この電極膜１２の形成工程は、先に述べ
たように電極材料のスパッタリング又は蒸着により水晶振動片の表面に電極膜１２を形成
した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより励振電極３を形成
する。

次に、図２（ｃ）に示すマスク工程において、各水晶基板２の両面にマスク１３を装着
する。マスク１３には環状壁６に対応した部分に開口部１４が形成されており、続く図２
（ｄ）に示すエピタキシャル形成工程において、マスク１３の開口部１４に水晶膜をエピ
タキシャル成長させることで、図２（ｅ）に示すように各水晶基板２の両主面に夫々形成
した励振電極３から離間した各水晶基板２の外周縁に沿った位置に環状壁（水晶壁）６を
形成する。

次に、図２（ｆ）に示すように、環状壁６の上面に夫々ガラス板等のガラス部材１０を
陽極接合法などにより接合して環状壁６の内部を気密封止する。なお、マスク１３の構造
上、マスク１３の影による環状壁６の一部に水晶壁が形成されないが、その部分はガラス
部材などにより塞ぐようにすれば環状壁６の内部を気密状態に保つことができる。この後
、図２（ｇ）に示すように水晶振動子１の連結体の連結部分をブレークして個片化するこ
とで本実施形態の水晶振動子１が得られることになる。また、この場合は、図２（ａ）に
示したフォトリソ・エッチング工程において、水晶ベース基板１１に複数の水晶基板の連
結体を形成する際に、水晶基板２の外形が形成されるので、水晶基板２を精度良くしかも
シャープに形成することができる。

図３は本実施形態に係る水晶振動子の第２の製造工程を示した図である。
この場合、先ず図３（ａ）に示すようにフォトリソ・エッチング工程において、水晶ベ
ース基板１１上にエッチング加工を施して複数の水晶基板２の所定位置、即ち各水晶基板
の外形四隅）に貫通穴２１を形成する。
次に、図３（ｂ）に示す電極形成工程において各水晶基板２の両主面に相当する領域に
電極膜１２を形成する。電極膜１２の形成工程について上述したので説明を省略する。

次に、図３（ｃ）に示すマスク工程において、前記した各水晶基板２の両面にマスク１
３を装着した後、図３（ｄ）に示すエピタキシャル形成工程において、マスク１３の開口
部１４に水晶膜をエピタキシャル成長させることで、図３（ｅ）に示すように各水晶基板
２の両主面に夫々形成した励振電極３から離間した各水晶基板２の外周縁に沿った位置に
環状壁（水晶壁）６を形成する。
次に、図３（ｆ）に示すように、環状壁６の端面に夫々ガラス板等の封止部材１０を陽
極接合法などにより接合して環状壁６の内部を気密封止する。なお、この場合もマスク１
３の影による環状壁６の一部が欠落することになるが、ガラス部材などにより塞ぐように
すれば環状壁６の内部を気密状態に保つことができる。この後、図３（ｇ）に示すように
水晶ベース基板１１を分割線Ｌに沿ってダイシング加工によりカットすることで本実施形
態の水晶振動子１を作製することができる。

上記図２に示した第１の製造工程では、フォトリソ・エッチング工程（図２（ａ）参照
）において、圧電基板２の連結体を形成する際に、各水晶基板２の外形を形成していたた
め、水晶基板２の連結部分の強度が弱く、製造工程の途中で水晶基板２が脱落するおそれ
があった。これに対して、図３に示した第２の製造工程では、図３（ａ）に示すフォトリ
ソ・エッチング工程においては、各水晶基板の外形四隅に貫通穴２１を形成しておき、図
３（ｇ）に示す工程においてダイシングにより切断して水晶基板２を個片に分割している
ので、製造工程の途中で各水晶基板２が水晶ベース基板１１から脱落することがなく、生
産効率を高めることができる。

なお、本実施形態では、水晶基板２上の引き出し電極５を考慮して環状壁６を引き出し
電極５より内側に形成しているが、これはあくまでも一例であり、振動領域の拡大という
点では環状壁６は水晶基板２の外周縁に沿った位置に形成することが望ましい。

本発明の実施形態の水晶振動子の構成を示した図である。本実施形態に係る水晶振動子の第１の製造工程を示した図である。本実施形態に係る水晶振動子の第２の製造工程を示した図である。従来の水晶振動素子の構成を示した図である。

符号の説明

１…水晶振動子、２…水晶基板、３…励振電極、４…リード電極、５…引出電極、６…
環状壁、１０…ガラス部材、１１…水晶ベース基板、１２…電極膜、１３…マスク、１４
…開口部、２１…貫通穴

Claims

圧電基板と、該圧電基板の両主面に形成された励振電極と、該各励振電極との間をリー
ド電極を介して夫々接続された引き出し電極と、前記各励振電極から離間した前記圧電基
板の外周縁に沿った位置に結晶膜をエピタキシャル成長させることにより形成した環状壁
と、前記各環状壁の端面に接合されることにより、前記各励振電極を含む前記圧電基板の
振動領域を気密封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
前記圧電基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
前記結晶膜が水晶膜であることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子。
大面積のシート状圧電基板にエッチング加工を施して複数の圧電基板の連結体を形成す
る工程と、
前記各圧電基板の両主面に励振電極を形成する工程と、
前記各圧電基板に所定の開口部を有するマスクを用いて前記各圧電基板の前記各励振電
極から離間した前記各圧電基板の外周縁に沿った位置に結晶膜をエピタキシャル成長させ
て環状壁を形成する工程と、
前記各環状壁の端面に封止部材を接合して圧電振動子の連結体を形成する工程と、
前記圧電振動子を個片に分割する工程と、
を備えることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
複数の圧電基板の連結体にエッチング加工を施して各圧電基板の所定位置に貫通穴を形
成する工程と、
前記各圧電基板の両主面に励振電極を形成する工程と、
前記各圧電基板に所定の開口部を有するマスクを用いて前記各圧電基板の前記各励振電
極から離間した前記各圧電基板の外周縁に沿った位置に結晶膜をエピタキシャル成長させ
て環状壁を形成する工程と、
前記各環状壁の端面に封止部材を接合して圧電振動子の連結体を形成する工程と、
前記圧電振動子をダイシングにより個片に分割する工程と、
を備えることを特徴とする圧電振動子の製造方法。