JP2010213262A - 音叉型圧電振動片、圧電フレーム、圧電デバイス及び音叉型圧電振動片並びに圧電フレームの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音叉型圧電振動片20は、圧電材からなる基部23と、基部から所定厚さD3で且つ所定の腕幅W3で平行に伸びる一対の振動腕21と、振動腕21の先端の手前から先端側に向けて振動腕21の腕幅が一定幅W4に拡大されている一対の錘部28と、を備える。そして、一対の錘部28は、所定厚さD3より薄い厚さD4の裾部を有する。このため、振動腕が励振しても錘部が衝突しない。
【選択図】図1
Description
上記構成によれば、一対の錘部は所定厚さより薄い厚さの裾部を有しているため、振動腕が励振しても衝突しない。
第3の観点の音叉型圧電振動片は、裾部の厚さが振動腕の所定厚さの半分より薄い。
第4の観点の音叉型圧電振動片の裾部の腕幅は錘部の先端から基部方向に変化する。
第5の観点の音叉型圧電振動片の裾部は、先端から基部に向けて腕幅が徐々に小さくなっている。
上記構成によれば、一対の錘部は所定厚さより薄い厚さの裾部を有しているため、振動腕が励振しても衝突しない。
支持腕の一部は、所定厚さより薄い厚いため、振動腕が励振しても支持腕に衝突しない。
第9の観点の圧電フレームは、第6から第8の観点において、裾部の腕幅が錘部の先端から基部方向に変化する。
第10の観点の圧電フレームは、第6から第8の観点において、錘部の両外側の裾部の厚さが振動腕の所定厚さの半分より薄い。
第12の観点の圧電デバイスは、第6の観点から第7の観点の圧電フレームと、圧電フレームの外枠部の一方の面に接合され、基部及び振動腕を覆う蓋部と、外枠部の他方の面に接合されるベースと、を備える。
一対の錘部は圧電ウエハより薄く形成されるため、振動腕が励振しても錘部が衝突しない。
上記構成によれば、第二エッチング工程による溝部の深さと第三エッチング工程による錘部の深さ(裾部の厚さ)とを別々に調整することができる。
上記構成によれば、溝部を形成する際に振動腕に形成される錘部と錘部に形成される裾部とを同時にエッチングするため工程を省くことができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
<<第1音叉型水晶振動片20の構成>>
図1(a)は、第1実施形態の第1音叉型水晶振動片20の全体構成を示した上面図であり、(b)は(a)の斜視図である。(c)は(a)に示された第1音叉型水晶振動片20の一対の錘部28のA−A断面図である。
以下、本発明の各実施形態にかかる第1水晶デバイス100について、図面を参照して説明する。図2は、本発明の第一実施形態にかかる第1水晶デバイス100の概略図を示している。図2(a)は全体斜視図であり、(b)はガラス製の第1リッド5を取り外した上面図であり、(c)は第1水晶デバイス100のB−B断面図である。説明の都合上、図1と重複する電極は、省略する。
<変形例1>
<<第2音叉型水晶振動片20Aの構成>>
図3(a)は、第1変形例の第2音叉型水晶振動片20Aの上面図であり、(b)は、(a)の斜視図である。(c)は、第2音叉型水晶振動片20Aの一対の錘部28のC−C断面図である。
<<第3音叉型水晶振動片20Bの構成>>
図4(a)は、第2変形例の第3音叉型水晶振動片20Bの上面図であり、(b)は、(a)の斜視図である。(c)は、第3音叉型水晶振動片20Bの一対の錘部28のD−D断面図である。
<<第4音叉型水晶振動片20Cの構成>>
図5(a)は、第3変形例の第4音叉型水晶振動片20Cの上面図であり、(b)は、(a)の斜視図である。(c)は、第4音叉型水晶振動片20Cの一対の錘部28のE−E側から見た側面図である。
<<第5音叉型水晶振動片20Dの構成>>
図6(a)は、第4変形例の第5音叉型水晶振動片20Dの上面図であり、(b)は、(a)の斜視図である。(c)は、第5音叉型水晶振動片20Dの一対の錘部28のF−F側から見た側面図である。第3変形例と第4変形例とが異なる点は、第4変形例では扇形の錘部28が振動腕21と同じ厚さ部分を有する扇形が形成されている点である。
図7及び図8は、図1で示された第1音叉型水晶振動片20を使って図2に示されたセラミックパッケージ型の第1水晶デバイス100を製造する工程を示したフローチャートである。図7は、第1音叉型水晶振動片20の外形形成と溝部及び錘部とを形成する工程のフローチャートである。
ステップS102では、水晶単結晶ウエハの全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、水晶材料としての水晶単結晶ウエハを使用する場合に、金(Au)や銀(Ag)等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム(Cr)やチタン(Ti)等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜を使用する。
ステップS112では、露光工程を行う。残っているフォトレジスト膜又は再度塗布したフォトレジストに対して溝部24及び錘部28に対応した第4フォトマスク96−1(図10(a)参照)を第1面に使い、第4フォトマスク96−2(図10(b)参照)を第2面に使い水晶単結晶ウエハに露光する。
図8は、電極の形成及びパッケージングの工程のフローチャートである。
ステップS120では、第1音叉型水晶振動片20を純水で洗浄し、第1音叉型水晶振動片20の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
ステップS124では、電極パターンと対応した不図示のフォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶単結晶ウエハに露光する。この電極パターンは第1音叉型水晶振動片20の両面に形成する必要があるため、第1音叉型水晶振動片20の両面を露光する。
次いで、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第2セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。
ステップS132では、音叉型水晶振動片20の連結部27を折り、水晶単結晶ウエハから第1音叉型水晶振動片20を切り取る。
これまでの工程により、電極が形成された第1音叉型水晶振動片20が得られたため、ステップS134では、図2に示したセラミックパッケージ60の台座60cには、導電性接着剤59で第1音叉型水晶振動片20を実装する。具体的には、第1音叉型水晶振動片20の基部23の接着領域31a、32aを、塗布した導電性接着剤59の上に載置して、導電性接着剤59を仮硬化させる。導電性接着剤59と導通接続する
図9及び図10は、第1音叉型水晶振動片20用の第1フォトマスク及び第4フォトマスクの一部を示した上面図である。第1フォトマスク及び第4フォトマスクは、4個の第1音叉型水晶振動片20が描かれているが実際は多数の第1音叉型水晶振動片20のパターンが描かれている。以下、第1フォトマスク及び第4フォトマスクの同じ部材には同じ符号を付し、第1フォトマスク及び第4フォトマスクの異なる点を説明する。
溝部及び錘部形成に際しては、次のような工程でもよい。上述したようにエッチング液が溝部24に入り込みにくく錘部28にエッチング液が循環し易い。このように、箇所によりエッチング量を調整することは困難な場合がある。そこで、溝部24のエッチング量と錘部28のエッチング量とを確実に調整するための工程を以下に説明する。
ステップS220では、再び、水晶ウエハ全体に耐蝕膜(Cr層とAu層)を真空蒸着/スパッタにより形成する。そして耐食膜にフォトレジストが形成される。
その後、図8のステップS120へ進むことで電極パターンの形成などが行われる。
なお、図11で示された溝部24と錘部28とが別々にエッチングされるフローチャートとは異なり、最初に錘部28をハーフエッチングしその後に溝部24をハーフエッチングする順番でも良い。
図13は、第2実施形態である第6音叉型水晶振動片30を備えた水晶フレーム50である。同じ部分には同じ符号を付し説明を省略する。
図14は、第2実施形態にかかる第2水晶デバイス110の概略図である。第2水晶デバイス110は、水晶フレーム50を用い、第2リッド10とベース40とで水晶フレーム50の水晶外枠部29を挟み込んで接合されている。
15 … 金属膜
17 … リッド用凹部
18 … 錘部28の金属膜
20、20A、20B、20C、20D、30 … 音叉型水晶振動片
21 … 振動腕
22、22’ … 支持腕
23 … 基部
24 … 溝部
25 … 空間部
27 … 連結部
28 … 錘部
29 … 水晶外枠部
31,32 … 基部電極
31a、32a …接着領域
33,34 … 励振電極
40 … ベース
41,43 … スルーホール
42,44 … 接続電極
45,46 … 外部電極
47 … ベース用凹部
49 … 段差部
50、50’ … 水晶フレーム
54 … キャビティ
58 … 接着剤
59 … 導電性接着剤
60 … セラミックパッケージ
60a …底面用セラミック層、60b …枠用セラミック層 、60c …台座
70 … 封止材
81 … 導通配線、82 … 外部電極、83 … 内部配線
91 … 第1マスク、96−1,96−2 … 第4フォトマスク
196−1 … 第2フォトマスク,196−2、196−3 … 第3フォトマスク
92、97 … マスク枠
93 … 音叉型振動片パターン
94 … 斜線部
95 … 錘部パターン
98 … 溝パターン
100 … 第1水晶デバイス,110 … 第2水晶デバイス
D3… 振動腕の厚さ、
D4、D5、D6、D7、D8 … 錘部自体又は錘部の裾部分の厚さ
P … くびれ部の変更点
W1、W2 … 基部の幅、W3 … くびれ部の変更点の幅
Claims (20)
- 圧電材からなる基部と、
前記基部から所定厚さで且つ所定の腕幅で平行に伸びる一対の振動腕と、
前記振動腕の先端の手前から先端側に向けて前記振動腕の腕幅が拡大されている一対の錘部と、を備え、
前記一対の錘部は、前記所定厚さより薄い厚さを有する裾部を含むことを特徴とする音叉型圧電振動片。 - 前記一対の錘部の内側に前記裾部が形成され、前記一対の振動腕が励振する際に、前記一対の裾部は前記錘部の厚さ方向に空間を隔てていることを特徴とする請求項1に記載の音叉型圧電振動片。
- 前記裾部の厚さが前記振動腕の所定厚さの半分より薄いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の音叉型圧電振動片。
- 前記裾部の腕幅は、前記錘部の先端から前記基部方向に変化することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。
- 前記裾部は、前記錘部の中で腕幅が一番広くなっていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。
- 前記錘部のすべてが、前記裾部として同じ厚さになっていることを特徴とする請求項1に記載の音叉型圧電振動片。
- 圧電材からなる基部と、
前記基部から所定厚さで且つ所定の腕幅で平行に伸びる一対の振動腕と、
前記振動腕の先端の手前から先端側に向けて前記振動腕の腕幅が拡大されている一対の錘部と、
前記一対の振動腕の両外側において前記基部の一端側から平行に伸びる一対の支持腕と、
前記支持腕と接続されるとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠部と、を備え、
前記一対の錘部は、前記所定厚さより薄い厚さを有する裾部を含むことを特徴とする圧電フレーム。 - 前記支持腕の一部は、前記所定厚さより薄く厚く形成されることを特徴とする請求項7に記載の圧電フレーム。
- 前記錘部の両外側に前記裾部が形成され、前記一対の振動腕が励振する際に、前記裾部は前記支持腕の薄く形成された一部と厚さ方向に空間を隔てていることを特徴とする請求項8に記載の圧電フレーム。
- 前記裾部の腕幅は、前記錘部の先端から前記基部方向に変化することを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか一項に記載の圧電フレーム。
- 前記錘部の両外側の前記裾部の厚さが前記振動腕の所定厚さの半分より薄いことを特徴とする請求項7ないし請求項9に記載の圧電フレーム。
- 前記錘部のすべてが、前記裾部として同じ厚さになっていることを特徴とする請求項7に記載の音叉型圧電振動片。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片と、
前記圧電振動片を覆う蓋部と、
前記圧電振動片を支えるベースと、を備えることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項7から請求項12のいずれか一項に記載の圧電フレームと、
前記圧電フレームの前記外枠部の一方の面に接合され、前記基部及び前記振動腕を覆う蓋部と、
前記外枠部の他方の面に接合されるベースと、を備えることを特徴とする圧電デバイス。 - 基部から所定厚さで平行に伸びる一対の振動腕とこの振動腕の先端に形成された錘部とを有する音叉型圧電振動片を製造する音叉型圧電振動片の製造方法において、
前記音叉型圧電振動片の外形を、前記音叉型圧電振動片の外形に対応する第一マスクを使って、前記所定厚さの圧電ウエハを露光する第一露光工程と、
前記錘部が前記圧電ウエハより薄くなるように、前記圧電ウエハを露光する第二露光工程と、
前記振動腕の根元部に形成される溝部を形成するように、前記圧電ウエハを露光する第三露光工程と、
前記第一露光工程による圧電ウエハをエッチングする第一エッチング工程と、
前記第二露光工程による圧電ウエハをエッチングする第二エッチング工程と、
前記第三露光工程による圧電ウエハをエッチングする第三エッチング工程と、
を備えることを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法。 - 前記第二露光工程は前記所定厚さよりも薄い厚さの裾部に対応した第二マスクを使って露光し、前記第三露光工程は前記溝部に対応した第三マスクを使って露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が別々に行われることを特徴とする請求項15に記載の圧電フレームの製造方法。 - 前記第二露光工程及び前記第三露光工程は前記所定厚さよりも薄い厚さの裾部及び前記溝部に対応した第四マスクを使って一度に露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が同時に行われることを特徴とする請求項15に記載の圧電フレームの製造方法。 - 基部から所定厚さで平行に伸びる一対の振動腕及びこの振動腕の先端に形成された錘部を有する音叉型圧電振動片と、前記音叉型水晶振動片を囲む外枠と、前記基部から前記振動腕の外側で伸びて前記外枠に接続する支持腕と有する圧電フレームを製造する圧電フレームの製造方法において、
前記音叉型圧電振動片、前記外枠及び前記支持腕の外形を、前記音叉型圧電振動片、前記外枠及び前記支持腕の外形に対応する第一マスクを使って、前記所定厚さの圧電ウエハを露光する第一露光工程と、
前記錘部が前記圧電ウエハより薄くなるように、且つ前記支持腕の一部が前記支持腕の残りの他の部分より薄くなるように、前記圧電ウエハを露光する第二露光工程と、
前記振動腕の根元部に形成される溝部を形成するように、前記圧電ウエハを露光する第三露光工程と、
前記第一露光工程による圧電ウエハをエッチングする第一エッチング工程と、
前記第二露光工程による圧電ウエハをエッチングする第二エッチング工程と、
前記第三露光工程による圧電ウエハをエッチングする第三エッチング工程と、
を備えることを特徴とする圧電フレームの製造方法。 - 前記第二露光工程は前記所定厚さよりも薄い裾部及び前記支持腕の一部に対応した第二マスクを使って露光し、前記第三露光工程は前記溝部に対応した第三マスクを使って露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が別々に行われることを特徴とする請求項18に記載の圧電フレームの製造方法。 - 前記第二露光工程及び前記第三露光工程は、前記所定厚さよりも薄い裾部、前記支持腕の一部及び前記溝部に対応した第四マスクを使って一度に露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が同時に行われることを特徴とする請求項18に記載の圧電フレームの製造方法。
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