JP2014110488A - 圧電振動素子,圧電ウエハおよび圧電振動素子の製造方法 - Google Patents

圧電振動素子,圧電ウエハおよび圧電振動素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】板状の圧電板に異なる形状にできる圧電振動素子を複数個形成する。
【解決手段】圧電振動素子100は、平板形状の圧電基板部10と、圧電基板部10の一方の端部に設けられた支持部20a,20bと、圧電基板部10に支持部20a,20bを介して接続されており、圧電基板部10より厚く形成された台座部30とを有した圧電素子と、圧電基板部10に設けられた励振電極11a,11bと、支持部20a、20bが形成された一方の端部に設けられており、励振電極11a,11bと電気的に接続された第1端子電極12a,12bと、台座部30に設けられており、第1端子電極12a,12bと電気的に接続された第2端子電極31a,31bと、圧電基板部10と支持部20aおよび支持部20bがそれぞれ接する部分に設けられた第1割溝40とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、圧電デバイスに用いられる圧電振動素子,圧電ウエハおよび圧電振動素子の製造方法に関するものである。
従来より、電子機器に組み込まれるタイミングデバイスとして、圧電デバイスが幅広く用いられている。また、電子機器は小型化が進み、電子機器に搭載される圧電デバイスにおいても同様に小型化が要求されている。例えば、圧電デバイスの一つである圧電振動子は、凹部を有する素子搭載部材と、素子搭載部材の凹部内に搭載された圧電振動素子と、圧電振動素子を気密に封止するための蓋部材とで構成されている。
圧電振動素子は、平板状の圧電基板と、圧電基板の両主面に設けられた励振電極と、圧電基板の両主面に設けられており励振電極に電気的に接続された端子電極とを備えている。このような、圧電振動素子の製造方法は、例えば個片化された平板状の圧電基板の主面を所望の周波数の厚さまで研磨する工程と、圧電基板の研磨面に励振電極や端子電極となる金属を蒸着する工程を有している。しかし、この従来の製造方法で小型化された圧電基板を製造する場合は、個片化された圧電基板の主面を所望の周波数の厚さまでの研磨や励振電極および端子電極等の加工の処理が難しく煩雑であった。そのため、小型化された圧電振動素子は、個片にされるまでの工程を複数の圧電基板が形成された圧電ウエハ単位で製造する方法が提案されている(特許文献1参照)。また、この方法は、圧電ウエハに同一形状の圧電振動素子を複数個形成することができるため、生産性の高い方法である。
特開平10−209785号公報
しかしながら、従来は、製造効率を上げるため一つの圧電ウエハに一種類の素子しか形成していなかった。そのため、異なる形状の素子を製造する場合は、他の圧電ウエハを用いて製造していた。しかし、このような場合、同じような製造工程でありながら同じ製造装置をそれぞれの形状に対応させて用意する必要があるため、生産性が悪化する要因となっていた。そこで、本発明は、前記問題を解決し生産性が良い圧電振動素子を圧電ウエハに形成することを課題とする。
本発明によれば、圧電振動素子は、平板形状の圧電基板部と、圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、圧電基板部に支持部を介して接続されており、圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、圧電基板部に設けられた励振電極と、圧電基板部の支持部が形成された端部に設けられており、励振電極と電気的に接続された第1端子電極と、台座部に設けられており、第1端子電極と電気的に接続された第2端子電極と、圧電基板部と支持部とが接する部分に設けられた第1割溝とを備えている。
また本発明は、板状の圧電板に複数の圧電振動素子が設けられた圧電ウエハであって、圧電振動素子が、平板形状の圧電基板部と、圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、圧電基板部に支持部を介して接続されており、圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、圧電基板部に設けられた励振電極と、圧電基板部の支持部が形成された端部に設けられており、励振電極と電気的に接続された第1端子電極と、台座部に設けられており、第1端子電極と電気的に接続された第2端子電極と、圧電基板部と支持部とが接する部分に設けられた第1割溝とを備え、台座部が板状の圧電板に接続されており、台座部と板状の圧電板とが接する部分に第2割溝が設けられている。
また本発明は、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とにより、板状の圧電板に圧電基板部と、支持部と、台座部とで構成された複数の圧電素子の外形と、貫通孔と、第1割溝と、第2割溝とを同時に形成する外形形成工程と、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とを用いて支持部からそれぞれ圧電基板部に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに圧電基板部を形成する所定厚さ形成工程と、圧電基板部に励振電極となる部分と、第1端子電極となる部分と、第2端子電極となる部分と、支持部とに金属膜を形成する金属膜形成工程と、板状の圧電板から第1割溝または第2割溝のところで折り取って個片にする工程とを含んでいる。
本発明による圧電振動素子は、平板形状の圧電基板部と、圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、圧電基板部に支持部を介して接続されており、圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、圧電素子の圧電基板部に設けられた励振電極と、圧電素子の支持部が形成された一方の端部に設けられており、励振電極と電気的に接続された第1端子電極と、圧電素子の台座部に設けられており、第1端子電極と電気的に接続された第2端子電極と、圧電素子の圧電基板部と圧電素子の支持部とが接する部分に設けられた第1割溝とを備えていることにより、圧電基板部の一方の端部に台座部が設けられた圧電振動素子が設けられることとなる。また、圧電基板部と支持部とが接する部分に設けられた第1割溝で割断することにより、平板形状の圧電振動素子ができる。よって、本発明による圧電振動素子は、1つの形状の圧電振動素子から異なる2つの形状の圧電振動素子を形成することができる。
また、板状の圧電板に複数の圧電振動素子が設けられた圧電ウエハであって、圧電振動素子が、平板形状の圧電基板部と、圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、圧電基板部に支持部を介して接続されており、圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、圧電基板部に設けられた励振電極と、圧電基板部の支持部が形成された端部に設けられており、励振電極と電気的に接続された第1端子電極と、台座部に設けられており、第1端子電極と電気的に接続された第2端子電極と、圧電基板部と支持部とが接する部分に設けられた第1割溝とを備え、台座部が板状の圧電板に接続されており、台座部と板状の圧電板とが接する部分に第2割溝が設けられていることにより、一つの板状の圧電板に異なる2つの形状の圧電振動素子を複数個形成することができる。よって、圧電振動素子の生産性が向上する。
また、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とにより、板状の圧電板に圧電基板部と、支持部と、台座部とで構成された複数の圧電素子の外形と、貫通孔と、第1割溝と、第2割溝とを同時に形成する外形形成工程と、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とを用いて支持部からそれぞれ圧電基板部に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに圧電基板部を形成する所定厚さ形成工程と、圧電基板部に励振電極となる部分と、第1端子電極となる部分と、第2端子電極となる部分と、支持部とに金属膜を形成する金属膜形成工程と、板状の圧電板から第1割溝または第2割溝のところで折り取って個片にする工程とを含んでいることにより、効率よく圧電振動素子を製造することができる。
本発明の実施形態における圧電振動素子を示す斜視図である。 本発明の実施形態における圧電素子を示す斜視図である。 (a)は図1のA−A断面図であり、(b)は図1のB−B断面図である。 本発明の実施形態における圧電振動素子の製造工程を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態における圧電ウエハの一部を示す斜視図である。 圧電ウエハに形成されている圧電振動素子を第1割溝で割断された状態の一例を示す斜視図である。 圧電振動素子に形成されている支持部の変形例を示す斜視図である。 圧電振動素子の他の変形例を示す斜視図である。
以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。また、構成を明確にするために誇張して図示している。
図1,図2および図3(a),(b)に示されているように、本発明の実施形態における圧電振動素子100は、圧電素子70,励振電極11a,11b,第1端子電極12a,12b,第2端子電極31a,31bから構成されている。また、圧電素子70は、圧電基板部10,支持部20a,20b,台座部30,第1割溝40から構成されている。また、圧電基板部10の一方の主面と、支持部20a,20bの一方の主面と、台座部30の一方の主面とは同一面で構成されており、その面内に第1割溝40が形成されている。なお、圧電振動素子100は、例えば結晶軸に対し所定の角度で切断された圧電板200を用いてフォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術によって製造される。また、圧電基板部10と、支持部20a,20bと、台座部30と、第1割溝40は、例えばウエットエッチング技術によって一体的に形成される。
図2に示すように、圧電基板部10は、平板形状の水晶よりなり、平面視で長方形状を有している。また、圧電基板部10の両主面には、励振電極11a,11bが設けられおり、励振電極11a,11bに電気的に接続された第1端子電極12a,12bとを有している。また、圧電基板部10に設けられた励振電極11aおよび励振電極11bは、外部より電圧が加わることにより、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。なお、圧電基板部10は、圧電材料で形成されていてもよい。
図1および図3(b)に示すように、励振電極11a,11bは、Cr(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、例えば金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料より形成されている。また、励振電極11a,11bは、平面透視において、圧電基板部10の中央部にそれぞれ配置されている。また、励振電極11aは、第1端子電極12aに電気的に接続されており、励振電極11bは、第1端子電極12bに電気的に接続されている。
図1に示すように、第1端子電極12a,12bは、励振電極11a,11bと同様にCr(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料より形成されている。また、第1端子電極12a,12bは、平面視において圧電基板部10の短辺部の端部に設けられている。また、第1端子電極12aは、圧電基板部10の励振電極11aが設けられた面から励振電極11bが設けられた面まで引き回されている。また、第1端子電極12bは、圧電基板部10の励振電極11bが設けられた面から励振電極11aが設けられた面まで引き回されている。
図2に示すように、支持部20a,20bは、水晶よりなり、圧電基板部10の第1端子電極12a,12bが形成された端部に設けられている。また、支持部20a,20bは、圧電基板部10の短辺側の両角部に形成されている。また、支持部20aは、圧電基板部10の第1端子電極12aが形成されている側に設けられており、平面視において圧電基板部10の第1端子電極12aと同一の幅を有している。また、支持部20aの一方の主面は、圧電基板部10の一方の主面と台座部30の一方の主面とで同一平面を形成しており、支持部20aの他方の主面は、圧電基板部10の他方の主面から台座部30の他方の主面に向かい斜めに形成されている。また、支持部20bは、圧電基板部10の第1端子電極12bが形成されている側に設けられており、平面視において圧電基板部10の第1端子電極12bと同一の幅を有している。また、支持部20bの一方の主面は、圧電基板部10の一方の主面と台座部30の一方の主面とで同一平面を形成しており、支持部20bの他方の主面は、圧電基板部10の他方の主面から台座部30の他方の主面に向かい厚さが増すように斜めに形成されている。また、図3(b)に示すように、支持部20aと支持部20bの間には、貫通孔60が設けられている。
また、図1および図3(a)に示すように、支持部20aの側面は、第1端子電極12aと同様にCr(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料によって覆われている。また、支持部20aを覆っている金属材料は、第1端子電極12aと電気的に接続されている。また、支持部20bの側面は、第1端子電極12bと同様にCr(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料によって覆われている。また、支持部20bを覆っている金属材料は、第1端子電極12bと電気的に接続されている。
図2および図3(a)に示すように、台座部30は、支持部20a,20bと同様に水晶よりなり、側面視において圧電基板部10の厚さよりも厚く形成されている。また、台座部30は、支持部20a,20bの圧電基板部10が設けられた側と相対する側に設けられており、第2端子電極31a,31bを有している。
図1に示すように、第2端子電極31a,31bは、支持部20a,20bと同様にCr(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料より形成されている。また、第2端子電極31a,31bは、台座部30の両主面の短辺部の両端にそれぞれ設けられている。また、台座部30の両主面の短辺部に形成された第2端子電極31aの幅は、支持部20aの幅と同じ幅で両主面に形成されており、第2端子電極31aは、台座部30の一方の面から台座部30の他方の面まで引き回されている。また、台座部30の両主面の短辺部に形成された第2端子電極31bの幅は、支持部20bの幅と同じ幅で両主面に形成されており、第2端子電極31bは、台座部30の一方の面から台座部30の他方の面までそれぞれ引き回されている。また、第2端子電極31aは、支持部20aを覆っている金属材料を介して第1端子電極12aに電気的に接続されている。また、第2端子電極31bは、支持部20bを覆っている金属材料を介して第1端子電極12bに電気的に接続されている。
第1割溝40は、同一面で構成された圧電基板部10と、支持部20a,20bとの境に形成されており、所定の深さだけ掘り下げて略V字状の断面を形成している。
このように、本発明の実施形態における圧電振動素子100は、平板形状の圧電基板部10と、圧電基板部10の一方の端部に設けられた支持部20a,20bと、圧電基板部10に支持部20a,20bを介して接続されており、圧電基板部10より厚く形成された台座部30とを有した圧電素子70と、圧電基板部10に設けられた励振電極11a,11bと、圧電基板部10の支持部20aおよび支持部20bが形成された端部に設けられており、励振電極11a,11bと電気的に接続された第1端子電極12a,12bと、台座部30に設けられており、第1端子電極12a,12bと電気的に接続された第2端子電極31a、31bと、圧電基板部10と支持部20aおよび支持部20bとが接する部分に設けられた第1割溝40とを備えている。また、圧電振動素子100は、圧電基板部10の一方の主面と、支持部20a,20bの一方の主面と、台座部30の一方の主面とは同一面で構成されており、その面上に第1割溝40が形成されている。このことにより、圧電振動素子100は、圧電基板部10の一方の端部に台座30が設けられており、圧電基板部10と台座部30とに段差が形成された圧電振動素子100ができることとなる。また、圧電基板部10と支持部20a,20bとが接する部分に設けられた第1割溝40で割断することにより、平板形状の圧電振動素子100ができる。よって、本発明による圧電振動素子100は、1つの形状の圧電振動素子100から異なる2つの形状の圧電振動素子100を形成することができる。
このような、圧電基板部10の一方の端部に台座部30が設けられており、圧電基板部10と台座部30とに段差が形成された圧電振動素子100であれば、基板に台座部30と圧電基板部10との段差が形成されている側を向けて台座部30を固定した場合、圧電振動素子100は、台座部30と圧電基板部10との段差により、圧電基板部10に形成された励振電極11aが基板から離間された状態となる。よって、安定した周波数特性が得られることとなる。
また、圧電基板部10と支持部20a,20bとが接する部分に設けられた第1割溝40で割断することによりできる平板形状の圧電振動素子100であれば、圧電振動素子100は、基板に平板形状の圧電振動素子100を固定した場合、片持ち支持の圧電振動子を製造することができる。
また、本発明の実施形態における圧電振動素子100は、支持部20aと支持部20bの間に設けられた貫通孔60と、支持部20aおよび支持部20bに形成された第1割溝40とが設けられていることにより、支持部20a,20bから圧電基板部10を容易に分離することができる。また、励振電極11a,11bより発生した振動エネルギーが、圧電基板部10の支持部20a,20bが設けられた方向に漏れだしても、支持部20aと支持部20bの間に設けられた貫通孔60と支持部20aおよび支持部20bに形成された第1割溝40とによって振動エネルギーの伝播を遮断することができる。また、支持部20aと支持部20bの間に設けられた貫通孔60は、支持部20aを覆っている金属材料と支持部20bを覆っている金属材料との接触を回避している。
本発明の実施形態における圧電振動素子100は、圧電ウエハ300に設けられており、この圧電ウエハ300から個片化されて形成される。また、圧電ウエハ300は、板状の圧電板200と複数の圧電振動素子100とで構成されている。
圧電板200は、例えば水晶よりなり、アズグロウンの結晶体を水晶の結晶軸に沿って機械加工され、機械加工されたアズグロウンを結晶軸に対し所定の角度で平板状に切断して形成されたものである。また、圧電板200は、本発明の実施形態における圧電振動素子100の台座部30が圧電板200に接続されており、台座部30と圧電板200とが接する部分に第2割溝50が設けられている。また、圧電板200には、圧電振動素子100が複数個形成されている。
第2割溝50は、同一面で構成された台座部30と、圧電板200との境に形成されており、所定の深さだけ掘り下げて略V字状の断面を形成している。また、第2割溝50は、同一面で構成された台座部30と、圧電板200との境にだけ設けられているのではなく、圧電基板部10と台座部30で段差ができている方向の台座部30と、圧電板200との境にも形成されている。この第2割溝50は、台座部30の短辺部の端部から第2端子部の幅の大きさまで形成されており、所定の深さだけ掘り下げて略V字状の断面を形成している。
本発明の実施形態における圧電ウエハ300によれば、アズグロウンの結晶体を水晶の結晶軸に沿って機械加工され、機械加工されたアズグロウンを結晶軸に対し所定の角度で平板状に切断して形成された圧電板200に圧電振動素子100が複数個形成されることとなる。よって、同じ周波数温度特性を備えた圧電振動素子100が複数個形成することができる。
また、本発明の実施形態における圧電ウエハ300によれば、圧電板200に形成された圧電振動素子100は、例えば台座を備えた圧電振動素子100が必要な場合は、第2割溝50のところで折り取れば個片化できる。また、平板状の圧電振動素子100が必要な場合は、第1割溝40のところで折り取れば個片化できる等、一つの板状の圧電板200に異なる2つの形状の圧電振動素子100を複数個形成することができる。よって、本発明の実施形態における圧電ウエハ300は、圧電振動素子100の生産性を向上させることができる。
次に、本発明の実施形態における圧電振動素子100の製造方法について説明する。図4に示されているように、圧電振動素子100の製造においては、結晶軸に対し所定の角度で切断された大判の水晶からなる板状の圧電板200を準備する(S1)。次にフォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術により、板状の圧電板200に圧電基板部10,支持部20a,20bおよび台座部30で構成された複数の圧電素子70の外形と、貫通孔60と、第1割溝40と、第2割溝50を同時に形成する(S2)。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて支持部20aおよび支持部20bからそれぞれ圧電基板部10に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに圧電基板部10を形成する(S3)。次に、圧電基板部10に励振電極11aおよび励振電極11b,第1端子電極12aおよび第1端子電極12b,第2端子電極31aおよび第2端子電極31b、支持部20aと支持部20bをそれぞれ覆う金属膜を形成する(S4)。最後に、個片化は、例えば台座を備えた圧電振動素子100が必要な場合は、第2割溝50のところで折り取れば個片化できる。また、平板状の圧電振動素子100が必要な場合は、第1割溝40のところで折り取れば個片化できる。このように、所望の形状に合わせて板状の圧電板200からそれぞれ個片化する(S5)。このようにして、圧電振動素子100を製造する。
本発明の実施形態における圧電振動素子100の製造方法によれば、圧電素子70の外形と、貫通孔60と、第1割溝40と、第2割溝50を同時に形成することができるので、効率よく圧電素子70を製造することができる。また、各電極形成も容易にできるので効率よく圧電振動素子100を製造することができる。
また、本発明の実施形態における圧電振動素子100の製造方法によれば、二種類の圧電振動素子100を選択することができる構成になっているので、圧電振動素子100の搭載状況に応じて圧電振動素子100の形状が選べることができる。よって、圧電デバイスの設計の自由度が増すこととなる。
また、図5および図6に示されているように、本発明の実施形態における圧電ウエハ300は、圧電振動素子100を圧電板200に複数個形成することにより、圧電板200に異なる形状にできる圧電振動素子100を複数個形成することができる。よって、圧電振動素子100の生産性が向上する。
なお、本発明はこれに限定されず、適宜変更可能である。
例えば、図7に示されているように、本発明の実施形態の変形例として、支持部20aおよび支持部20bが、側面視において圧電基板部10と同じ厚さに形成されていてもよい。
また、例えば、図8に示されているように、本発明の実施形態の変形例として、支持部20aおよび支持部20bが、側面視において圧電基板部10と同じ厚さに形成されており、圧電基板部10が、側面視において台座部30の厚さ方向を二等分する位置に設けられていてもよい。
100 圧電振動素子
10 圧電基板部
11a、11b 励振電極
12a、12b 第1端子電極
20a、20b 支持部
30 台座部
31a、31b 第2端子電極
40 第1割溝
50 第2割溝
60 貫通孔
70 圧電素子
200 圧電板
300 圧電ウエハ

Claims (3)

  1. 平板形状の圧電基板部と、
    前記圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、
    前記圧電基板部に前記支持部を介して接続されており、前記圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、
    前記圧電基板部に設けられた励振電極と、
    前記圧電基板部の前記支持部が形成された端部に設けられており、前記励振電極と電気的に接続された第1端子電極と、
    前記台座部に設けられており、前記第1端子電極と電気的に接続された第2端子電極と、
    前記圧電基板部と前記支持部とが接する部分に設けられた第1割溝とを備えていることを特徴とする圧電振動素子。
  2. 板状の圧電板に複数の圧電振動素子が設けられた圧電ウエハであって、
    前記圧電振動素子が、平板形状の圧電基板部と、
    前記圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、
    前記圧電基板部に前記支持部を介して接続されており、前記圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、
    前記圧電基板部に設けられた励振電極と、
    前記圧電基板部の前記支持部が形成された端部に設けられており、前記励振電極と電気的に接続された第1端子電極と、
    前記台座部に設けられており、前記第1端子電極と電気的に接続された第2端子電極と、
    前記圧電基板部と前記支持部とが接する部分に設けられた第1割溝とを備え、
    前記台座部が前記板状の圧電板に接続されており、前記台座部と前記板状の圧電板とが接する部分に第2割溝が設けられていることを特徴とする圧電ウエハ。
  3. フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とにより、板状の圧電板に圧電基板部と、支持部と、台座部とで構成された複数の圧電素子の外形と、貫通孔と、第1割溝と、第2割溝とを同時に形成する外形形成工程と、
    フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とを用いて前記支持部からそれぞれ前記圧電基板部に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに前記圧電基板部を形成する所定厚さ形成工程と、
    前記圧電基板部に励振電極となる部分と、第1端子電極となる部分と、第2端子電極となる部分と、前記支持部とに金属膜を形成する金属膜形成工程と、
    前記板状の圧電板から前記第1割溝または前記第2割溝のところで折り取って個片にする工程とを含むことを特徴とする圧電振動素子の製造方法。
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