JP2013143586A

JP2013143586A - 音叉型振動子の製造方法

Info

Publication number: JP2013143586A
Application number: JP2012001440A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Koyama; 智也小山; Masaaki Muramatsu; 正明村松; Takatoshi Kiuchi; 隆俊木内
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-07-22

Abstract

【課題】音叉型水晶振動片の音叉腕形成において、左右の音叉腕形状に差ができて水晶振動片のＣＩ値が大きくなるのを改善し、容易に音叉腕のバランス調整を行なえる該振動片の製造方法の提供。
【解決手段】Ｚ板水晶ウェハに音叉基部より＋Ｙ’方向に伸びる第一音叉腕４と第二音叉腕５とを備える音叉外形形成後、音叉型水晶片の表面に電極膜を形成し第一音叉腕と第二音左腕の枝先端部に周波数調整用の錘となる金属膜をスパッタリング、蒸着等で形成させて錘部７を形成する。レーザー光を錘部に照射して金属膜をトリミングして音叉型水晶振動片の周波数を所定の周波数に調整する。このとき所定の周波数の狙い値の約１０００ｐｐｍ手前まで、第一音叉腕及び第二音叉腕の錘部を均一にトリミングする。残りの約１０００ｐｐｍは、第一音叉腕の錘部のみトリミングすることにより、第一音叉腕と第二音叉上の重さのバランスを同じにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、音叉型振動子の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、音叉腕のバランスを調整し、ＣＩ値の小さい小型の音叉型振動子を製造するものである

一般的に水晶振動子の小型化により水晶振動子のＣＩ値（ＣｒｙｓｔａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅ・等価回路の等価直列抵抗）は大きくなる傾向があるが、少しでもＣＩ値が小さい水晶振動子の開発が必要である。

また、小型の音叉型水晶振動片の音叉形状は、図２に示すように、Ｚ板の水晶ウェハをフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程にて形成するが、Ｚ板の水晶ウェハは、異方性結晶であるため、エッチング工程で形成する音叉形状は左右の音叉腕を同一形状に形成することができない。左右の音叉腕の形状に差があると水晶振動片のＣＩ値が大きくなってしまうことが判っている。

特開２００３−１３３８７９号公報

特許文献１では、水晶ウェハに音叉型振動片の外形をフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程にて形成し、その表面に電極膜と音叉腕部に周波数調整用の重りとなる金属膜をスパッタリング、蒸着等で形成させて重り部を形成し、レーザー光を錘部の金属膜に照射して錘材をトリミングして周波数を調整することが記載されている。

音叉型水晶振動片の左右の音叉腕の形状を同一にすることが望ましいが、Ｚ板の水晶ウェハは、異方性結晶であるため、エッチング工程で形成する音叉形状は左右音叉腕を同一な形状に形成することができない。左右の音叉腕形状の形状に差ができ水晶振動片のＣＩ値が大きくなってしまう。そのため外形形状を形成した後に、左右音叉腕のバランス調整をする必要がある。

金属膜をトリミングして周波数調整をする工程にて、周波数の測定と同時にＣＩ値も測定し、トリミング前後のＣＩ値の変化を監視しながら、ＣＩ値が小さくなるように左右どちらのかの音叉腕をトリミングを行なうことは可能だが、ＣＩ値の変化の監視が難しく、生産性も非常に悪い。

そこで本発明は、容易に音叉腕のバランス調整を行なう音叉型水晶振動子の製造方法を提供することを目的とする。

Ｚ板の水晶ウェハを準備する工程と、前記水晶ウェハをエッチングして、音叉基部と音叉基部から＋Ｙ’方向に延出する＋Ｘ’側の第一音叉腕と−Ｘ’側の第二音叉腕とを備える水晶音叉振動片を形成する工程と、前記水晶ウェハに形成した複数の水晶音叉振動片に、逆相の屈曲モードで振動するための電極を形成する工程と、前記水晶音叉振動片の発振周波数を調整するための錘部となる金属膜を第一および第二音叉腕それぞれに形成する工程と、前記錘部をトリミングして発振周波数を調整する工程とを有する水晶音叉振動子の製造方法において、前記発振周波数を調整する工程で、前記第一音叉腕と前記第二音叉腕とに形成した前記金属膜を均一にトリミングし、第一発振周波数まで調整した後、−Ｘ’側の第二音叉腕の前記金属膜のみトリミングして第二発振周波数に調整する水晶音叉振動子の製造方法とする。

前記第一発振周波数は、前記第二発振周波数より、約１０００ｐｐｍ高い水晶音叉振動子の製造方法とする。

前記水晶音叉振動片を、気密性パッケージに収容する工程と、発振周波数を、再度、調整する工程とを、さらに有する水晶音叉振動子の製造方法とする。

周波数調整時にＣＩ値の監視を不要とし、左右の音叉腕のバランス調整が容易に行なえる。

本発明により、容易に音叉腕のバランス調整が行なえることで、ＣＩ値の小さい音叉型水晶振動子の製造方法を提供することができた。

本発明における音叉型水晶振動片の第一音叉腕、第二音叉腕の先端にある周波数を調整した錘部の部分拡大図複数の音叉型水晶振動片を形成した水晶ウェハを示す図電極膜および錘部を形成した音叉型水晶振動片の上面図音叉型水晶振動片をパッケージにマウントして、蓋にて封止した水晶振動子を示す断面図音叉水晶片のカット角を示す斜視図

以下に本発明の実施の形態を、３２．７６８ｋＨｚで発振する音叉型水晶振動子の製造方法を例に、図を用いて説明する。

まず、図２に示すようにＺ板の水晶ウェハ１に、音叉型水晶振動片２の外形をフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程にて形成する。本実施例における音叉型水晶振動片は、全長が２０００〜２５００μｍの範囲で、全幅が２５０〜７００μｍの範囲で、厚さが５０〜１５０μｍであり、音叉腕の長さが１３００〜２０００μｍの範囲で、幅が８０〜１３０μｍの範囲である。また、図示されていないが、音叉腕の表面に、長さが４００〜１０００μｍの範囲で、幅が２５〜９０μｍの溝を形成しても良い。

音叉型水晶振動片２は、図５に示すように音叉基部３より＋Ｙ’方向に伸びる第一音叉腕４と第二音叉腕５とを備える。ここで、＋Ｘ’側の音叉腕を第一音叉腕４、−Ｘ’側の音叉腕を第ニ音叉腕５とする。

フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程にて、音叉型水晶振動片の外形を形成するが、水晶の異方性によって、−Ｘ’側の第ニ音叉腕５と、＋Ｘ’側の第一音叉腕４の形状での差ができる。その差により、−Ｘ’側の第二音叉腕５の方が、重くなることが判明した。この重量の差としては、この後の周波数調整工程にて約１０００ｐｐｍを調整するトリミング量に相当する。

音叉外形を形成した後、図３に示すように、音叉型水晶振動片２の表面に電極膜６を形成し、第一音叉腕４と第二音叉腕５の枝先端部に周波数調整用の錘となる金属膜をスパッタリング、蒸着等で形成させて錘部７を形成する。錘部７を形成することで、音叉型水晶振動片２の発振周波数は、錘部形成前より低くなる。

錘部７を形成した音叉型水晶振動片２の発振周波数を測定し、周波数調整のための錘部７の除去量を算出する。

算出した除去量に基づいて、レーザー光を用いて、第一音叉腕４及び第二音叉腕５の錘部７をトリミングして音叉型水晶振動片２の発振周波数を所定の周波数に調整する。

発振周波数を調整する工程では、まず、図１に示すように、第一音叉腕４及び第二音叉腕５の錘部７の均一Ｆ調部８をトリミングする。このとき所定の発振周波数の狙い値の約１０００ｐｐｍ手前まで、調整する。

均一Ｆ調部８をトリミングした後、残りの約１０００ｐｐｍの調整は、−Ｘ’側の第一音叉腕５の錘部７のバランスＦ調部９を、トリミングすることで、所定の周波数に調整する。このように発振周波数を調整することで、＋Ｘ’側の第一音叉腕４と−Ｘ’側の第ニ音叉腕５とのバランス調整が、周波数調整と同時に行われる。

所定の周波数となった音叉型水晶振動片２は、第一音叉腕４と第二音叉腕５とのバランス調整をされた音叉型水晶振動片２となり、容易な方法で、ＣＩ値を小さく出来る。

音叉型水晶振動片２を水晶ウェハ１から分離し、パッケージ１０に組込み、再度周波数調整を行ない、蓋１１をパッケージ１０に接合させ、音叉型水晶振動片２を気密封止し、音叉型水晶振動子１２が完成する。図４参照。

本実施例では、所定の周波数の狙い値の約１０００ｐｐｍ手前まで、第一音叉腕及び第二音叉腕の錘部を均一にトリミングするとしたが、これに限定するものではなく、音叉型水晶振動片の形状に応じて、狙い値を設定すればよい。

また、水晶ウェハ上での周波数調整時に、バランス調整を同時に行うとしたが、バランス調整量によっては、パッケージに音叉型水晶振動片を組み込んだ後の周波数調整で行っても良い。

１水晶ウェハ
２音叉型水晶振動片
３音叉基部
４第一音叉腕
５第二音叉腕
６電極
７錘部
８均一Ｆ調部
９バランスＦ調部
１０パッケージ
１１蓋
１２音叉型水晶振動子

Claims

Ｚ板の水晶ウェハを準備する工程と、
前記水晶ウェハをエッチングして、音叉基部と音叉基部から＋Ｙ’方向に延出する＋Ｘ’側の第一音叉腕と−Ｘ’側の第二音叉腕とを備える水晶音叉振動片を形成する工程と、
前記水晶ウェハに形成した複数の水晶音叉振動片に、逆相の屈曲モードで振動するための電極を形成する工程と、
前記水晶音叉振動片の発振周波数を調整するための錘部となる金属膜を第一および第二音叉腕それぞれに形成する工程と、
前記錘部をトリミングして発振周波数を調整する工程とを有する水晶音叉振動子の製造方法において、
前記発振周波数を調整する工程で、前記第一音叉腕と前記第二音叉腕とに形成した前記金属膜を均一にトリミングし、第一発振周波数まで調整した後、−Ｘ’側の第二音叉腕の前記金属膜のみトリミングして第二発振周波数に調整することを特徴とする水晶音叉振動子の製造方法。
前記第一発振周波数は、
前記第二発振周波数より、約１０００ｐｐｍ高いことを特徴とする請求項１記載の水晶音叉振動子の製造方法。
前記水晶音叉振動片を、気密性パッケージに収容する工程と、
発振周波数を、再度、調整する工程とを、さらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の水晶音叉振動子の製造方法。