JP2016072860A - Manufacturing method of piezoelectric element, and piezoelectric device employing the piezoelectric element - Google Patents

Manufacturing method of piezoelectric element, and piezoelectric device employing the piezoelectric element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a piezoelectric element which is adaptive to downsizing and reduction in height, suppresses distortion in a contour of the piezoelectric element and also improves production efficiency, and a piezoelectric device employing the piezoelectric element.SOLUTION: A manufacturing method of a crystal element includes: a crystal element group formation step of forming a pattern comprised of a metal film M in which a number of crystal element regions 24 in a rectangular shape in a planar view are aligned in a matrix shape on front and rear principal surfaces of a crystal wafer 200; a groove formation step of forming a groove G1 relatively to a boundary line BL1; an etching step of performing etching after the groove formation step to make a central part on a principal surface of each of the crystal element regions thin to predetermined thickness, simultaneously penetrating the groove G1 and making a region of a boundary line BL2 thin, thereby forming a bridge part; and a division step of folding away the bridge part, thereby the wafer into individual crystal elements.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は圧電素子の製造方法と、当該製造方法によって得られた圧電素子を用いた圧電デバイスに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element and a piezoelectric device using the piezoelectric element obtained by the manufacturing method.

水晶振動子や水晶フィルタ等の圧電デバイスは移動体通信の基地局等、様々な分野に広く用いられている。例えば一般的な表面実装型の水晶振動子は、ATカット水晶振動板の表裏主面に励振電極等が付加された水晶素子と、この水晶素子を収容するための凹部を備えた容器と、当該容器との接合によって前記凹部を気密封止する蓋とが主な構成部材となっている。前記水晶素子は平面視略矩形であり、その一短辺側の両端部が容器の凹部内に設けられた電極パッドに導電性接着剤等を介して片持ち接合されている。   Piezoelectric devices such as crystal resonators and crystal filters are widely used in various fields such as mobile communication base stations. For example, a general surface-mount type crystal resonator includes a crystal element in which an excitation electrode or the like is added to the front and back main surfaces of an AT-cut crystal diaphragm, a container having a recess for housing the crystal element, The main component is a lid that hermetically seals the recess by joining with the container. The crystal element has a substantially rectangular shape in plan view, and both end portions on one short side thereof are cantilevered to an electrode pad provided in a recess of the container via a conductive adhesive or the like.

ところで近年、水晶振動子の発振周波数の高周波化が要求されるようになってきている。例えば100MHz以上の高周波帯になってくると、ATカット水晶振動板は発振周波数がその厚みに反比例するため水晶振動板は極薄になってくる。このため振動部を薄肉化して高周波化するとともに、この薄肉領域の周囲に該薄肉領域よりも厚い厚肉部を設けることによって機械的強度を補って取り扱い易くした構造が知られている(所謂、逆メサ構造)。   Incidentally, in recent years, there has been a demand for higher oscillation frequencies of crystal resonators. For example, when the frequency band becomes 100 MHz or higher, the quartz-crystal diaphragm becomes extremely thin because the oscillation frequency of the AT-cut quartz-crystal diaphragm is inversely proportional to its thickness. For this reason, a structure is known in which the vibration part is thinned to increase the frequency and the mechanical strength is compensated by providing a thick part thicker than the thin part around the thin part (so-called, Reverse mesa structure).

このような水晶振動板は、例えば1枚の水晶ウエハからフォトリソグラフィ技術とウエットエッチング(湿式エッチング)を用いることによって一括同時に多数個を成形することができる。そして水晶ウエハに励振電極等を形成した後に、ウエハを分割することによって多数の水晶素子を効率的に得ることができる。   A large number of such quartz crystal diaphragms can be formed simultaneously from a single quartz wafer by using a photolithographic technique and wet etching (wet etching). Then, after forming excitation electrodes and the like on the quartz wafer, a large number of quartz elements can be obtained efficiently by dividing the wafer.

水晶振動子が実装される電子機器の小型化に伴い、水晶振動子もパッケージの小型化が進行している。例えば平面視矩形状のパッケージの外形寸法が縦2.5mm×横2.0mmのものから、縦1.6mm×横1.2mmのものへ移行してきている。パッケージの外形寸法が縦2.5mm×横2.0mmのときは、前記薄肉部の周囲の全てを厚肉部が包囲する構造の水晶振動板であっても水晶振動子の特性上、問題無く対応できていた。しかし、パッケージの外形寸法が縦1.6mm×横1.2mm以下にまで小さくなってくると当該パッケージ内に収容される水晶振動板も非常に小さくなるため、前記構造では振動部の領域が狭小化して良好な特性が得ることが困難になってくる。そこで薄肉部の外側を周回する厚肉部のうち、一部について厚肉部を形成しないようにすることで振動部の面積を拡大する構成が考えられている。このような構成の水晶振動板は例えば特許文献1に開示されている。   Along with the downsizing of electronic devices on which crystal units are mounted, the size of crystal units is also being reduced. For example, the package has a rectangular shape in plan view, and the external dimension has shifted from 2.5 mm long by 2.0 mm wide to 1.6 mm long by 1.2 mm wide. When the external dimensions of the package are 2.5mm in length x 2.0mm in width, there is no problem in terms of the characteristics of the crystal unit even if the crystal plate has a structure in which the thick part surrounds the entire periphery of the thin part. I was able to respond. However, since the crystal diaphragm accommodated in the package becomes very small when the external dimension of the package is reduced to 1.6 mm in length × 1.2 mm or less in width, the region of the vibration part is narrow in the above structure. It becomes difficult to obtain good characteristics. In view of this, a configuration has been considered in which the area of the vibration part is increased by preventing the thick part from being formed on a part of the thick part that circulates outside the thin part. A quartz diaphragm having such a configuration is disclosed in Patent Document 1, for example.

特許第4600692号Patent No. 4600692

しかしながら、特許文献1に示すような厚肉部の一部が形成されない水晶振動板をウエットエッチングのみで成形する場合、厚肉部が形成されない領域の端面がエッチング時間の増大に伴って歪な形状となることがある。厚肉部が形成されない領域の端面が歪な形状になると、落下等による外部衝撃を受けた際に前記端面からチッピングが発生してクラックに至る危険性が高まる。また、厚肉部が薄肉部の全周に亘って形成された構成であってもウエットエッチングのみによって水晶振動板の外形を貫通させて成形する場合は製造工程が煩雑になるとともに、水晶振動板の側面が水晶の異方性によって垂直面にならずに傾斜面となって成形されてしまうという問題がある。   However, when a quartz diaphragm in which a part of the thick part is not formed as shown in Patent Document 1 is formed only by wet etching, the end face of the region where the thick part is not formed is distorted as the etching time increases. It may become. If the end face of the region where the thick part is not formed has a distorted shape, there is an increased risk of chipping from the end face and cracking when receiving an external impact such as dropping. In addition, even if the thick portion is formed over the entire circumference of the thin portion, when the outer shape of the crystal diaphragm is formed only by wet etching, the manufacturing process becomes complicated, and the crystal diaphragm There is a problem in that the side surface of the material is formed as an inclined surface instead of a vertical surface due to the anisotropy of quartz.

ウエットエッチング以外に水晶ウエハから各水晶素子へ分割する方法としてはダイシングがある。しかしダイシングの場合、水晶振動板のチッピングが発生する割合がウエットエッチングよりも高くなってしまうという問題がある。   In addition to wet etching, there is a dicing method for dividing the crystal wafer into each crystal element. However, in the case of dicing, there is a problem that the rate of occurrence of chipping of the crystal diaphragm is higher than that of wet etching.

また、1枚の水晶ウエハからダイシングを用いて多数の水晶素子を得る工法においては、水晶振動板の一主面側の電極を他主面側に引き回すための側面電極の形成が困難となる。このため個片に分割された水晶素子を容器内に導電性接着剤を用いて導電接合する際、容器の電極パッドから水晶振動板の上面側の電極まで及ぶように接着剤を塗布(上塗り)する必要がある。このように接着剤を水晶振動板の上面側まで塗布することは、水晶振動子の低背化を阻害することになってしまう。   Further, in a method of obtaining a large number of crystal elements from one crystal wafer using dicing, it is difficult to form a side electrode for routing the electrode on one main surface side of the crystal diaphragm to the other main surface side. For this reason, when the crystal element divided into pieces is conductively bonded in the container using a conductive adhesive, an adhesive is applied so as to extend from the electrode pad of the container to the electrode on the upper surface side of the crystal diaphragm (overcoating). There is a need to. Applying the adhesive to the upper surface side of the quartz crystal diaphragm in this way hinders a reduction in the height of the quartz crystal unit.

前記側面電極を形成せずに電極パッドと水晶素子の上面側の電極とを電気的に接続する方法としては次のものがある。例えば水晶振動板に貫通孔を形成して該貫通孔の内壁面に導体を被着させた「スルーホール」や、前記貫通孔の内部に導体を充填した「ビア」(Via Hole)を形成する方法がある。しかしこれらの方法の場合、貫通孔の穿孔や導体の形成等が必要となり、製造工程が煩雑になる。さらに水晶振動板が小型になるほど振動領域の面積に対して貫通孔の面積が占める割合が高くなり、充分な振動領域を確保できなくなる結果、良好な水晶振動子の特性が得ることが困難になってくる。   As a method for electrically connecting the electrode pad and the electrode on the upper surface side of the crystal element without forming the side electrode, there is the following method. For example, a “through hole” in which a through hole is formed in a quartz diaphragm and a conductor is attached to the inner wall surface of the through hole, or a “via” (Via Hole) in which a conductor is filled in the through hole is formed. There is a way. However, in these methods, it is necessary to drill through holes, form conductors, and the like, which complicates the manufacturing process. Furthermore, the smaller the quartz diaphragm, the higher the proportion of the area of the through-hole with respect to the area of the vibration region, and as a result it becomes impossible to secure a sufficient vibration region, making it difficult to obtain good crystal resonator characteristics. Come.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型化かつ低背化に対応するとともに圧電素子の外形の歪みを抑制し、生産効率にも優れた圧電素子の製造方法と、当該圧電素子を用いた圧電デバイスを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above points, and is a method for manufacturing a piezoelectric element that can be reduced in size and reduced in height, suppresses distortion of the outer shape of the piezoelectric element, and is excellent in production efficiency. An object of the present invention is to provide a piezoelectric device using the element.

上記目的を達成するために請求項1に係る発明は、1枚のウエハから多数の圧電素子を得る圧電素子の製造方法であって、前記ウエハの少なくとも一主面に、平面視矩形状の圧電素子領域がマトリクス状に多数整列した金属膜からなるパターンを形成する圧電素子パターン形成工程と、前記圧電素子領域の長辺および短辺に沿って伸びる縦横の境界線のうち、少なくとも一方の境界線に対して溝を機械的手段によって形成する溝形成工程と、前記溝形成工程後にエッチングを行い、各圧電素子領域の主面の中央部または外周部を所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させ、かつ前記縦横の境界線のうち前記溝が形成されていない境界線の領域を薄肉化することによって圧電素子の外側面とつながったブリッジ部を形成するエッチング工程と、前記ブリッジ部を折り取ることによって個体の圧電素子に分割する分割工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing a piezoelectric element that obtains a large number of piezoelectric elements from a single wafer, wherein the piezoelectric element has a rectangular shape in plan view on at least one main surface of the wafer. At least one boundary line among a piezoelectric element pattern forming step for forming a pattern made of a metal film in which a large number of element regions are arranged in a matrix and a vertical and horizontal boundary line extending along the long side and the short side of the piezoelectric element region A groove forming step for forming the groove by mechanical means, and etching is performed after the groove forming step, and the central portion or the outer peripheral portion of the main surface of each piezoelectric element region is thinned to a predetermined thickness and at the same time the groove is formed. Etching to form a bridge portion connected to the outer surface of the piezoelectric element by thinning a region of the boundary line where the groove is not formed among the vertical and horizontal boundary lines. A step, which is a method for manufacturing a piezoelectric element characterized by having a dividing step of dividing the piezoelectric element of individuals by taking folding the bridge portion.

上記発明によれば、厚肉部の一部が形成されていない構成の圧電振動板であっても、厚肉部が形成されていない領域の端面が歪な形状となるのを防止することができる。これは溝形成工程によって溝を形成してウエハの厚みを予め減じておくことによって、エッチングで薄肉化する厚みが減少し、エッチングに要する時間を減少させることができることによる。またエッチングに要する時間を減少させることにより、圧電材料の異方性の影響を抑制して圧電振動板の側面を断面視で垂直な状態に近づけることができる。   According to the above invention, even if the piezoelectric diaphragm has a structure in which a part of the thick part is not formed, it is possible to prevent the end face of the region where the thick part is not formed from being distorted. it can. This is because by forming grooves by the groove forming process and reducing the thickness of the wafer in advance, the thickness that is reduced by etching is reduced, and the time required for etching can be reduced. Further, by reducing the time required for etching, the influence of the anisotropy of the piezoelectric material can be suppressed, and the side surface of the piezoelectric diaphragm can be brought close to a vertical state in a sectional view.

また上記発明によれば、主面の中央部または外周部が薄肉化された圧電素子の製造効率を大幅に向上させることができる。これはエッチング工程において、圧電素子領域の主面の中央部または外周部をエッチングによって所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させることができることによる。   Moreover, according to the said invention, the manufacturing efficiency of the piezoelectric element by which the center part or outer peripheral part of the main surface was thinned can be improved significantly. This is because, in the etching step, the central portion or the outer peripheral portion of the main surface of the piezoelectric element region can be thinned to a predetermined thickness by etching, and at the same time, the groove can be penetrated.

従来の方法では圧電素子領域の主面の中央部または外周部を薄肉化する量(厚み)と圧電素子領域の外周部を貫通させる量(厚み)とが異なることから、一括でエッチングを行うことができなかった。そのためレジストを少なくとも2回塗布する必要があり、これに伴って製造工程が増加して煩雑になっていた。   In the conventional method, since the amount (thickness) of thinning the central portion or outer peripheral portion of the main surface of the piezoelectric element region is different from the amount (thickness) penetrating the outer peripheral portion of the piezoelectric element region, etching is performed collectively. I could not. For this reason, it is necessary to apply the resist at least twice, which increases the number of manufacturing steps and is complicated.

これに対して本発明では1回のレジスト塗布のみで、圧電素子領域の主面の中央部または外周部の薄肉化と、圧電素子領域の外周部の貫通とを行うことができる。   On the other hand, in the present invention, thinning of the central portion or outer peripheral portion of the main surface of the piezoelectric element region and penetration of the outer peripheral portion of the piezoelectric element region can be performed with only one resist application.

また、上記目的を達成するために請求項2に係る発明は、前記境界線の溝が形成された領域のウエハの残存厚みが、前記エッチング工程において圧電素子領域が薄肉化される厚みよりも小さいことを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is characterized in that the remaining thickness of the wafer in the region where the groove of the boundary line is formed is smaller than the thickness in which the piezoelectric element region is thinned in the etching step. This is a method for manufacturing a piezoelectric element.

上記発明によれば、圧電素子領域の外形の成形と圧電素子領域の薄肉化とを1回のエッチングだけで完了させることができる。これは溝が形成された境界線部分のウエハの残存厚みが、圧電素子領域の薄肉化される厚みよりも小さいため、圧電素子領域の薄肉化が完了した時点では圧電素子領域の外周部である溝部分は確実に貫通されることによる。これにより、従来のようにレジストの塗布回数を少なくすることができ、主面の中央部または外周部が薄肉化された圧電素子の製造効率を大幅に向上させることができる。   According to the above invention, the shaping of the outer shape of the piezoelectric element region and the thinning of the piezoelectric element region can be completed by only one etching. This is the outer peripheral portion of the piezoelectric element region when the thinning of the piezoelectric element region is completed because the remaining thickness of the wafer at the boundary line portion where the groove is formed is smaller than the thickness of the piezoelectric element region to be thinned. This is because the groove portion is surely penetrated. Thereby, the number of times of applying the resist can be reduced as in the conventional case, and the manufacturing efficiency of the piezoelectric element in which the central portion or the outer peripheral portion of the main surface is thinned can be greatly improved.

また、上記目的を達成するために請求項3に係る発明は、前記溝が不連続であることを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is a method of manufacturing a piezoelectric element characterized in that the groove is discontinuous.

上記発明によれば、溝が不連続であるためエッチング工程完了後の状態においてウエハの外周縁付近に枠部を残すことができるとともに、ウエハの外周縁から内側にある多数の圧電素子領域の間に捨代領域を確保することができる。これにより、マトリクス状に連なった多数の圧電素子領域を保持する領域が増えるため、ウエハの剛性の低下を抑制することができる。その結果、圧電素子の製造過程においてウエハを取扱い易くすることができる。   According to the above invention, since the grooves are discontinuous, the frame portion can be left in the vicinity of the outer peripheral edge of the wafer in the state after the completion of the etching process, and between the large number of piezoelectric element regions inside the outer peripheral edge of the wafer Can be secured. Thereby, since the area | region which hold | maintains many piezoelectric element area | regions continued in matrix form increases, the fall of the rigidity of a wafer can be suppressed. As a result, the wafer can be easily handled in the manufacturing process of the piezoelectric element.

また、上記目的を達成するために請求項4に係る発明は、前記溝の形成手段が、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させてウエハの一部を切断し、その状態から水平方向に移動させずに上方にブレードを上昇させるダイシングか、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させた後に水平方向にダイシングブレードを移動させて所定の距離だけ切断するダイシングのいずれか一方または両方であることを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。   In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, the groove forming means lowers the rotated dicing blade from above the wafer to cut a part of the wafer, and from that state, the horizontal direction Either or both of dicing for raising the blade upward without moving it to the upper side, or dicing the dicing blade horizontally after moving the dicing blade down from the upper side of the wafer and cutting by a predetermined distance It is the manufacturing method of the piezoelectric element characterized by these.

上記発明によれば、不連続な溝を効率的に形成することができる。これは、回転したダイシングブレードをウエハの上方から鉛直方向に降下させてウエハの一部を切断し、その状態から水平方向に移動させずにそのまま上方にブレードを上昇させるようなダイシング(本発明において「チョッパーカットダイシング」という)や、回転したダイシングブレードをウエハの上方から鉛直方向に降下させた後に水平方向にダイシングブレードを移動させ、チョッパーカットダイシングよりも長い距離を切断するようなダイシング(本発明において「チョッパートラバースカットダイシング」という)が、小さなワークの切断に適していることによる。つまり、チョッパーカットダイシングおよびチョッパートラバースカットダイシングが、ウエハの一方の外周端部から他方の外周端部までを直線状に連続的に切断する加工ではなく、ウエハの外周端部から内側に離間した領域内を直線状に不連続に切断するものである。このような切断方法により、製造過程で微小な水晶素子が分離されずにウエハ状態で一体的に取り扱うことができる。   According to the above invention, discontinuous grooves can be efficiently formed. This is because the rotating dicing blade is lowered vertically from above the wafer to cut a part of the wafer, and the dicing blade is lifted upward without moving horizontally from that state (in the present invention). "Chopper cut dicing") or dicing blades that have been rotated in a vertical direction after the rotated dicing blade is lowered vertically from above the wafer to cut a distance longer than the chopper cut dicing (this invention) Is called “chopper traverse cut dicing”). In other words, the chopper cut dicing and the chopper traverse cut dicing are not a process of continuously cutting the wafer from one outer peripheral end to the other outer peripheral end in a straight line, but an area spaced inward from the outer peripheral end of the wafer. The inside is cut linearly and discontinuously. By such a cutting method, a minute crystal element can be integrally handled in a wafer state without being separated in the manufacturing process.

前述したチョッパーカットダイシングとチョッパートラバースカットダイシングの両方またはどちらか一方を用いることによって、ウエハの外周縁付近に枠部を残すことができる。これは微小な圧電素子領域が多数形成された1枚のウエハの端部から内側に離間した領域を始点および終点とすることによって、ウエハの外周縁付近に枠部を残すことができることによる。またチョッパーカットダイシングまたはチョッパートラバースカットダイシングを用いることによって、ウエハの外周縁から内側にある多数の圧電素子領域の間に捨代領域を残すことができる。これにより、マトリクス状に連なった多数の圧電素子領域を保持する領域が増えるため、ウエハの剛性を高めることができる。その結果、圧電素子の製造工程においてウエハを取扱い易くすることができる。   By using both or one of the above-mentioned chopper cut dicing and chopper traverse cut dicing, the frame portion can be left near the outer periphery of the wafer. This is because a frame portion can be left in the vicinity of the outer peripheral edge of the wafer by setting a region spaced inward from the end portion of one wafer on which a large number of minute piezoelectric element regions are formed as a start point and an end point. Further, by using chopper cut dicing or chopper traverse cut dicing, it is possible to leave an abandoned area between a large number of piezoelectric element areas on the inner side from the outer peripheral edge of the wafer. Thereby, since the area | region which hold | maintains many piezoelectric element area | regions continued in matrix form increases, the rigidity of a wafer can be improved. As a result, the wafer can be easily handled in the manufacturing process of the piezoelectric element.

なおダイシングブレードを用いることによって、例えばレーザービームやドライエッチングのような乾式加工によって溝を形成するよりも、ウエハ主面へのダメージを少なくすることができる。また熱的にもダイシングブレードによる加工の方が、レーザービームやドライエッチングによる加工よりも加工時の温度上昇を低く抑えることができるため、ウエハに与える熱の影響を少なくすることができる。   By using a dicing blade, damage to the main surface of the wafer can be reduced as compared to forming a groove by dry processing such as laser beam or dry etching. In addition, since the processing with a dicing blade can be thermally suppressed to a lower temperature rise during processing than the processing with a laser beam or dry etching, the influence of heat on the wafer can be reduced.

ウエットエッチングのような湿式加工の場合は前記熱の影響を少なくすることができるものの、ダイシングブレードによる加工に比べて加工速度が遅くなる。またウエットエッチングの場合、特に水晶からなるウエハでは水晶の結晶軸によって溶解速度の差が生じるため、エッチング量(エッチング時間)が多くなると歪な断面形状となり易い。これに対して、ダイシングブレードによる加工ではこれらの欠点を補うことができる。   In the case of wet processing such as wet etching, the influence of the heat can be reduced, but the processing speed is slower than processing with a dicing blade. In the case of wet etching, especially in a wafer made of quartz, a difference in dissolution rate occurs depending on the crystal axis of the quartz. Therefore, when the etching amount (etching time) increases, a distorted cross-sectional shape tends to be formed. On the other hand, these disadvantages can be compensated for by processing with a dicing blade.

また、上記目的を達成するために請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧電素子の製造方法によって得られた圧電素子を、容器に収容するとともに当該容器に蓋を接合することによって前記圧電素子を気密に封止したことを特徴とする圧電デバイスとなっている。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 5 is a container in which the piezoelectric element obtained by the method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4 is accommodated in a container. The piezoelectric element is hermetically sealed by bonding a lid to the piezoelectric device.

上記発明によれば、薄肉部の端面が歪な形状とならない圧電素子が用いられた圧電デバイスであるため、落下等による外部衝撃を受けた際に前記端面からのチッピングの発生を抑制することができる。また、特に小型かつ高周波帯の圧電デバイスにおいて、厚肉部の一部が形成されない逆メサ構造の圧電素子の振動領域をより広く確保することができるため、良好な特性の圧電デバイスを得ることができる。   According to the above invention, since the piezoelectric device uses a piezoelectric element in which the end face of the thin portion does not have a distorted shape, it is possible to suppress the occurrence of chipping from the end face when subjected to an external impact such as dropping. it can. In addition, a piezoelectric device having good characteristics can be obtained because a vibration region of a piezoelectric element having an inverted mesa structure in which a part of the thick wall portion is not formed can be secured in a particularly small and high frequency band piezoelectric device. it can.

以上のように本発明によれば、小型化かつ低背化に対応するとともに圧電素子の外形の歪みを抑制し、生産効率にも優れた圧電素子の製造方法と、当該圧電素子を用いた圧電デバイスを提供することができる。   As described above, according to the present invention, a method of manufacturing a piezoelectric element that can be reduced in size and height, suppress distortion of the outer shape of the piezoelectric element, and is excellent in production efficiency, and a piezoelectric element using the piezoelectric element. A device can be provided.

本発明に係る水晶振動子の上面模式図Schematic top view of a crystal resonator according to the present invention 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す上面模式図The upper surface schematic diagram showing the manufacturing method of the crystal element concerning the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す上面模式図The upper surface schematic diagram showing the manufacturing method of the crystal element concerning the present invention. 図8のB部拡大図Part B enlarged view of FIG. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す斜視図The perspective view showing the manufacturing method of the crystal element based on this invention 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す部分拡大図The elements on larger scale showing the manufacturing method of the crystal element based on this invention 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す部分拡大図The elements on larger scale showing the manufacturing method of the crystal element based on this invention 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の分割工程前の上面模式図Schematic top view of the crystal element according to the present invention before the dividing step 本発明に係る水晶素子の分割工程後の上面模式図Schematic top view after the crystal element splitting process according to the present invention. 本発明に係る溝形成工程での溝の深さ比と水晶素子端面との関係を表す図The figure showing the relationship between the depth ratio of the groove | channel in the groove | channel formation process which concerns on this invention, and a crystal element end surface 本発明の他の実施例に係る分割工程前の水晶素子の上面模式図The upper surface schematic diagram of the crystal element before the division | segmentation process which concerns on the other Example of this invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention. 本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing a method for manufacturing a crystal element according to the present invention.

以下、本発明の実施形態を圧電デバイスとして水晶振動子を例に挙げ、図面を参照しながら説明する。本実施形態において水晶振動子1は略直方体状のパッケージ構造からなる表面実装型の水晶振動子である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a crystal resonator as an example of a piezoelectric device. In this embodiment, the crystal unit 1 is a surface-mount type crystal unit having a substantially rectangular parallelepiped package structure.

図1は本発明の実施形態に係る水晶振動子の上面模式図である。なお図1では後述する蓋を取り除いた状態で表している。水晶振動子1は、凹部6を有する容器3と、水晶素子2と、凹部6を封止する平板状の蓋(図示省略)が主な構成部材となっている。水晶素子2は蓋と容器3とが接合されることによって形成される空間に気密に封止される。本実施形態において容器3と蓋とは、金錫合金(AuSn)等の合金を加熱雰囲気下で溶融させる融着法によって接合される。なお容器3と蓋との接合は融着法だけでなく、他の接合方法も適用可能である。例えばガラス樹脂を加熱雰囲気下で溶融させて蓋と容器とを接合する方法や、シーム溶接法も適用可能である。   FIG. 1 is a schematic top view of a crystal resonator according to an embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 shows a state in which a lid described later is removed. The crystal resonator 1 is mainly composed of a container 3 having a recess 6, a crystal element 2, and a flat lid (not shown) that seals the recess 6. The crystal element 2 is hermetically sealed in a space formed by joining the lid and the container 3 together. In this embodiment, the container 3 and the lid are joined by a fusion method in which an alloy such as a gold-tin alloy (AuSn) is melted in a heated atmosphere. In addition, the joining of the container 3 and the lid can be applied not only by the fusion method but also by other joining methods. For example, a method in which a glass resin is melted in a heated atmosphere to join the lid and the container, or a seam welding method can be applied.

図1において、容器3はアルミナ等のセラミックを主体とした絶縁性材料からなる箱状体であり、セラミックグリーンシートを積層して一体焼成することによって成形されている。容器3は枠状の堤部30の内側に平面視矩形状の凹部6を有しており、凹部6の内底面300の一端側には水晶素子搭載用パッド(電極)4,4が一対で並列形成されている。この一対の水晶素子搭載用パッド4,4は、例えばタングステンメタライズ層の上面にニッケル、金の順でメッキ等の手法により金属層を積層することによって形成されている。一対の水晶素子搭載用パッド4,4は、容器3の内部に形成された内部配線(図示省略)を経由して、容器3の外底面に設けられた複数の外部接続端子(図示省略)の一部と電気的に接続されている。   In FIG. 1, a container 3 is a box-shaped body made of an insulating material mainly composed of ceramic such as alumina, and is formed by laminating ceramic green sheets and integrally firing them. The container 3 has a concave portion 6 having a rectangular shape in a plan view inside the frame-shaped bank portion 30, and a pair of crystal element mounting pads (electrodes) 4, 4 are provided on one end side of the inner bottom surface 300 of the concave portion 6. They are formed in parallel. The pair of quartz element mounting pads 4 and 4 are formed by, for example, laminating a metal layer on the upper surface of the tungsten metallized layer by a technique such as plating in the order of nickel and gold. The pair of quartz element mounting pads 4, 4 are connected to a plurality of external connection terminals (not shown) provided on the outer bottom surface of the container 3 via internal wiring (not shown) formed inside the container 3. It is electrically connected to some parts.

図1において、堤部30の上面には図示しない接合材が平面視環状に形成されている。本実施形態では前記接合材は3層から成り、下から順にタングステンメタライズ層、ニッケルメッキ層、金メッキ層の構成となっている。この接合材は平板状の蓋の外周部分と対応している。なお、タングステンの代わりにモリブデンを用いてもよい。   In FIG. 1, a bonding material (not shown) is formed on the upper surface of the bank portion 30 in an annular shape in plan view. In this embodiment, the bonding material is composed of three layers, and has a structure of a tungsten metallized layer, a nickel plating layer, and a gold plating layer in order from the bottom. This bonding material corresponds to the outer peripheral portion of the flat lid. Note that molybdenum may be used instead of tungsten.

前述した蓋はコバールを基体とする平面視矩形状の金属からなる平板である。当該蓋の表裏面にはニッケルメッキ層が形成されている。また蓋の容器との接合面側の周縁部には、前記ニッケルメッキ層の上に封止材として金錫合金(AuSn)が周状に形成されている。蓋と容器とは、蓋の封止材と容器の堤部上面の接合材とが当接するように位置決めされた状態で加熱されることによって融着される。   The above-described lid is a flat plate made of metal having a rectangular shape in plan view with Kovar as a base. Nickel plating layers are formed on the front and back surfaces of the lid. In addition, a gold-tin alloy (AuSn) as a sealing material is formed in a circumferential shape on the nickel plating layer at the peripheral edge portion of the lid on the joint surface side. The lid and the container are fused by being heated while being positioned so that the sealing material of the lid and the bonding material on the upper surface of the bank of the container are in contact with each other.

水晶素子2は、平面視矩形状のATカット水晶振動板の表裏主面に各種電極が付加された圧電素子である。水晶振動板には、振動部であり中央部分が周囲よりも薄肉に加工された薄肉部20と、薄肉部20の外側に薄肉部よりも厚肉の厚肉部21とが形成されている(所謂、逆メサ形状)。厚肉部21と薄肉部20の間には薄肉部20に向かって漸次薄肉となる傾斜面22が形成されている。本実施形態では水晶振動板の長辺方向にX軸が、水晶振動板の短辺方向にZ軸がそれぞれ設定されている。   The crystal element 2 is a piezoelectric element in which various electrodes are added to the front and back main surfaces of an AT-cut crystal diaphragm having a rectangular shape in plan view. The quartz diaphragm is formed with a thin portion 20 which is a vibrating portion and whose central portion is processed to be thinner than the surroundings, and a thick portion 21 which is thicker than the thin portion outside the thin portion 20 ( So-called reverse mesa shape). Between the thick part 21 and the thin part 20, an inclined surface 22 that gradually becomes thinner toward the thin part 20 is formed. In the present embodiment, the X axis is set in the long side direction of the crystal diaphragm, and the Z axis is set in the short side direction of the crystal diaphragm.

本実施形態において厚肉部21は薄肉部20を包囲するように成形されているが、水晶振動板の1つの長辺の中央部を含む領域が途切れた状態になっている。つまり、平面視では厚肉部21はアルファベットの「C」の文字状に成形されている。厚肉部をこのような形状とすることによって、厚肉部が薄肉部の全周を包囲する構成に比べて薄肉部の面積をより大きく確保することができる。これにより、振動領域をより広く確保することができるので水晶振動子の等価抵抗値を低下させることができる。   In the present embodiment, the thick portion 21 is formed so as to surround the thin portion 20, but the region including the central portion of one long side of the crystal diaphragm is in a discontinuous state. That is, the thick-walled portion 21 is formed in a letter “C” shape in a plan view. By forming the thick portion in such a shape, it is possible to secure a larger area of the thin portion compared to a configuration in which the thick portion surrounds the entire circumference of the thin portion. As a result, a wider vibration region can be secured, so that the equivalent resistance value of the crystal resonator can be reduced.

水晶振動板の外形形状はウエットエッチング(湿式エッチング)およびフォトリソグラフィ技術を用いることによって成形されている。傾斜面22はATカット水晶振動板をウエットエッチングすることによって現れる結晶面となっている。   The external shape of the quartz diaphragm is formed by using wet etching (wet etching) and photolithography technology. The inclined surface 22 is a crystal surface that appears when the AT-cut quartz crystal plate is wet etched.

図1に示すように水晶振動板の薄肉部20の表裏主面の略中央には、平面視矩形の一対の励振電極7a,7bが薄肉部20を挟んで対向形成されている。薄肉部20の一主面に設けられた励振電極7aの角部を含む領域からは、引出電極8aが水晶振動板の一短辺側2aの一方の角部に向かって斜め方向に引き出されている。そして引出電極8aの終端は接着電極9aとなっている。   As shown in FIG. 1, a pair of excitation electrodes 7 a and 7 b having a rectangular shape in plan view are formed opposite to each other across the thin portion 20 at the approximate center of the front and back main surfaces of the thin portion 20 of the crystal diaphragm. From the region including the corner of the excitation electrode 7a provided on one main surface of the thin portion 20, the extraction electrode 8a is drawn obliquely toward one corner on the short side 2a of the quartz diaphragm. Yes. The terminal end of the extraction electrode 8a is an adhesive electrode 9a.

同様に、薄肉部20の他主面に設けられた励振電極7bの角部を含む領域からは、引出電極8bが水晶振動板の一短辺側2aの他方の角部に向かって斜め方向に引き出されている。そして引出電極8bの終端は接着電極9bとなっている。   Similarly, from the region including the corner of the excitation electrode 7b provided on the other main surface of the thin-walled portion 20, the extraction electrode 8b is obliquely directed toward the other corner of the short side 2a of the crystal diaphragm. Has been pulled out. The termination of the extraction electrode 8b is an adhesive electrode 9b.

引出電極8aと8bおよび、接着電極9aと9bとはそれぞれ一対となっており、平面視では重ならない位置関係となっている。そして接着電極9aは、水晶振動板の長辺側の側面L1のうち一短辺側2a寄りの領域に水晶振動板の厚み方向全体に及ぶように形成されている。同様に接着電極9bは、水晶振動板の長辺側の側面L2のうち一短辺側2a寄りの領域に水晶振動板の厚み方向全体に及ぶように形成されている。なお接着電極9aは水晶振動板の一短辺側の側面W1の上側の稜部付近にも及ぶように形成されている。つまり、接着電極9aは水晶振動板の上面と長辺側面L1と、短辺側面W1の上側の稜部付近とに及ぶように形成されている。これは後述するスリット部の内部にも電極材料がスパッタリングされることによるものである。同様に接着電極9bは水晶振動板の下面と長辺側面L2と、短辺側面W1の下側の稜部付近とに及ぶように形成されている。   The extraction electrodes 8a and 8b and the bonding electrodes 9a and 9b are in pairs, and have a positional relationship that does not overlap in plan view. The adhesive electrode 9a is formed so as to extend over the entire thickness direction of the crystal diaphragm in a region near the short side 2a of the side surface L1 on the long side of the crystal diaphragm. Similarly, the adhesive electrode 9b is formed so as to cover the entire thickness direction of the crystal diaphragm in a region near the short side 2a of the side surface L2 on the long side of the crystal diaphragm. The adhesive electrode 9a is formed so as to extend to the vicinity of the ridge on the upper side of the side surface W1 on the short side of the crystal diaphragm. That is, the adhesive electrode 9a is formed so as to extend to the upper surface of the quartz diaphragm, the long side surface L1, and the vicinity of the ridge on the upper side of the short side surface W1. This is because the electrode material is also sputtered inside the slit portion described later. Similarly, the adhesive electrode 9b is formed so as to extend to the lower surface of the quartz diaphragm, the long side surface L2, and the vicinity of the lower edge of the short side surface W1.

本実施形態では一対の引出電極8a,8bは同一の幅で形成されておらず、励振電極7aまたは7bの角部から接着電極9aまたは9bに向かって漸次幅広となるように形成されている。このような形状によりスプリアス(不要振動)の発生を抑制することができる。なお水晶振動子の特性上、不要振動はできるだけ発生しないことが望ましい。   In the present embodiment, the pair of extraction electrodes 8a and 8b are not formed with the same width, but are formed so as to gradually increase from the corner of the excitation electrode 7a or 7b toward the adhesive electrode 9a or 9b. With such a shape, occurrence of spurious (unnecessary vibration) can be suppressed. Note that it is desirable that unnecessary vibrations are not generated as much as possible due to the characteristics of the crystal unit.

本実施形態では励振電極7a,7b、引出電極8a,8b、接着電極9a,9bはクロム(Cr)を下地として、その上層に金(Au)が積層された構成となっており、これらの金属膜はスパッタリングによって成膜されている。なお励振電極と引出電極と接着電極はフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてパターン形成されている。フォトリソグラフィ技術を用いることによって、水晶振動板の外形サイズが微小となっても高精度にこれらの電極を形成することができる。   In the present embodiment, the excitation electrodes 7a and 7b, the extraction electrodes 8a and 8b, and the adhesion electrodes 9a and 9b have a configuration in which chromium (Cr) is used as a base and gold (Au) is stacked on the upper layer. The film is formed by sputtering. Note that the excitation electrode, the extraction electrode, and the adhesive electrode are patterned using a photolithography technique and an etching technique. By using a photolithographic technique, these electrodes can be formed with high accuracy even if the external size of the quartz crystal diaphragm is small.

水晶素子2の長辺方向の一端側に設けられた接着電極9a,9bは、導電性接着剤5,5を介して水晶素子搭載用パッド4,4の上に導電接合されている。具体的には、予め水晶素子搭載用パッド4に導電性接着剤5を塗布しておき(下塗り)、この導電性接着剤の上に水晶振動板の一短辺側2aが位置するように水晶素子2を位置決め載置する。本実施形態では水晶振動板の上面側の接着電極に及ぶように、前記下塗り接着剤上に接着剤が重ね塗り(上塗り)されていない。これは接着電極が、水晶振動板の長辺側面および短辺側面の各々に及ぶように形成されているため、これらの側面部分の電極に下塗り接着剤が及ぶことによって水晶振動板の表裏間の導通が確保できるからである。これにより導電性接着剤を水晶振動板の上面側まで塗布する必要がなくなり、水晶振動子の低背化を図ることができる。   Adhesive electrodes 9 a and 9 b provided on one end side in the long side direction of the crystal element 2 are conductively bonded onto the crystal element mounting pads 4 and 4 via conductive adhesives 5 and 5. Specifically, the conductive adhesive 5 is applied in advance to the quartz element mounting pad 4 (undercoating), and the short side 2a of the crystal diaphragm is positioned on the conductive adhesive. The element 2 is positioned and mounted. In the present embodiment, the adhesive is not overcoated (overcoated) on the undercoat adhesive so as to reach the adhesive electrode on the upper surface side of the crystal diaphragm. This is because the adhesive electrode is formed so as to extend over each of the long side surface and the short side surface of the quartz diaphragm, and the undercoat adhesive is applied to the electrodes on these side portions, so This is because conduction can be secured. As a result, it is not necessary to apply the conductive adhesive to the upper surface side of the quartz diaphragm, and the quartz resonator can be reduced in height.

本実施形態では導電性接着剤5としてシリコーン系の導電性樹脂接着剤が用いられている。なおシリコーン系以外の導電性接着剤を用いることも可能である。また、水晶素子と水晶素子搭載用パッドとの接合手段は導電性接着剤に限定されるものではなく、他の接合手段であってもよい。例えば導電性のバンプを用いて、超音波を印加した熱圧着FCB法(Flip Chip Bonding)によって水晶素子と水晶素子搭載用パッドとを導電接合してもよい。   In this embodiment, a silicone-based conductive resin adhesive is used as the conductive adhesive 5. It is also possible to use a conductive adhesive other than silicone. Further, the bonding means between the crystal element and the crystal element mounting pad is not limited to the conductive adhesive, but may be other bonding means. For example, using a conductive bump, the crystal element and the crystal element mounting pad may be conductively bonded by a thermocompression FCB method (Flip Chip Bonding) to which ultrasonic waves are applied.

次に本発明に係る水晶素子の製造方法の主要な工程について、図2乃至18を参照しながら説明する。
−圧電素子パターン形成工程−
図2乃至9を参照しながら圧電素子パターン形成工程について説明する。まず図2に示すようにATカットからなる水晶ウエハ200(以下、ウエハと略)の一主面201と他主面202のそれぞれの全面に、スパッタリングによって金属膜Mを成膜する(金属膜形成工程)。ウエハ200は平面視矩形状であり、縦56mm、横54mmとなっている。なおウエハの厚みは0.08mmとなっている。本実施形態ではウエハの長手方向にX軸が、ウエハの短手方向にZ軸がそれぞれ設定されている。なおウエハの形状は板状に限らず円盤状であってもよい。
Next, main steps of the manufacturing method of the crystal element according to the present invention will be described with reference to FIGS.
-Piezoelectric element pattern formation process-
The piezoelectric element pattern forming process will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, a metal film M is formed by sputtering on the entire surface of one main surface 201 and the other main surface 202 of a quartz crystal wafer 200 (hereinafter abbreviated as a wafer) made of AT cut (metal film formation). Process). The wafer 200 has a rectangular shape in plan view, and is 56 mm long and 54 mm wide. The wafer thickness is 0.08 mm. In the present embodiment, the X axis is set in the longitudinal direction of the wafer, and the Z axis is set in the short direction of the wafer. The shape of the wafer is not limited to a plate shape but may be a disk shape.

図3は図2におけるA−A線における断面図の一部を表したものとなっている。金属膜Mはクロムを下地として、その上に金が積層された構成となっている。ここでクロム層の厚さは金層の厚さに比べて極薄であるため、本発明の実施形態の説明で用いる全ての断面図においてクロム層の記載は省略している。   FIG. 3 shows a part of a sectional view taken along line AA in FIG. The metal film M has a structure in which gold is laminated on a chromium base. Here, since the thickness of the chromium layer is extremely thin compared to the thickness of the gold layer, the description of the chromium layer is omitted in all the cross-sectional views used in the description of the embodiment of the present invention.

次に図4に示すように、ウエハ200の表裏主面全体に形成された金属膜Mの上にレジストRを形成する。本実施形態ではレジストRとしてポジ型レジストが用いられている。   Next, as shown in FIG. 4, a resist R is formed on the metal film M formed on the entire front and back main surfaces of the wafer 200. In the present embodiment, a positive resist is used as the resist R.

そして図5に示すように、所定形状に開口パターンEが形成されたフォトマスクPMを介して紫外線UVを照射してフォトマスクの開口パターンをレジストに転写する(露光工程)。図5ではウエハ200の片面(一主面201)側への露光を行なっている状態を表している。次に現像を行うことにより、図6に示すように感光した領域のレジストが除去され、当該領域下の金属膜Mが露出する(現像工程)。なお図5以降における断面模式図において、一単位の水晶素子の領域を明示するために図中においてこれを「一区画」と表示している。   Then, as shown in FIG. 5, ultraviolet rays UV are irradiated through a photomask PM having an opening pattern E formed in a predetermined shape, and the opening pattern of the photomask is transferred to a resist (exposure process). FIG. 5 shows a state in which exposure on one side (one main surface 201) of the wafer 200 is performed. Next, by developing, the resist in the exposed region is removed as shown in FIG. 6, and the metal film M under the region is exposed (developing step). In the schematic cross-sectional views in FIG. 5 and subsequent figures, this is indicated as “one section” in the drawing in order to clearly indicate the region of one unit of the crystal element.

次に金に対して腐食性を有するエッチング液(メタルエッチング液)にウエハを浸漬することによって、レジストRで覆われていない領域の金属膜Mを除去する(メタルエッチング工程)。メタルエッチング工程によって図7に示すように、レジストで覆われていない領域の金が除去されて水晶素地が露出した状態となる。なお本実施形態ではエッチング液は硝酸系のものが用いられているが、他の系統のエッチング液を用いてもよい。   Next, the metal film M in a region not covered with the resist R is removed by immersing the wafer in an etching solution (metal etching solution) that is corrosive to gold (metal etching step). As shown in FIG. 7, the metal etching process removes the gold in the region not covered with the resist and exposes the quartz substrate. In this embodiment, a nitric acid-based etching solution is used, but other types of etching solutions may be used.

次に残存していたレジストRを剥離することによって、平面視でアルファベットの「C」字状に成形された金属膜Mがマトリクス状に多数整列したパターンが形成される。なお本実施形態において「C」字状の金属膜Mの外周の4つの角部を直線で結ぶと平面視では矩形となっており、当該矩形の領域が水晶素子領域となる。本実施形態では1単位の圧電素子領域の平面視における外形寸法は長辺が0.86mmで短辺が0.64mmとなっている。   Next, the remaining resist R is peeled off to form a pattern in which a large number of metal films M formed in an alphabet “C” shape in a plan view are arranged in a matrix. In the present embodiment, when the four corners on the outer periphery of the “C” -shaped metal film M are connected by a straight line, it is rectangular in a plan view, and the rectangular region is a crystal element region. In the present embodiment, the outer dimensions of the unit piezoelectric element region in plan view have a long side of 0.86 mm and a short side of 0.64 mm.

圧電素子パターン形成工程において形成された平面視矩形状の圧電素子領域(以下、水晶素子領域24と記載)は、隣接する水晶素子領域との間に境界線となる領域が設けられている(図9参照)。前記境界線は水晶素子領域24の長辺および短辺に沿って縦横に伸びるようにウエハ内に形成されている(図9中の点線枠参照)。具体的には図9に示すように、水晶素子領域24の長辺に沿って伸びる境界線はBL1となっており、水晶素子領域24の短辺に沿って伸びる境界線はBL2となっている。境界線BL1はBL1Wで示す線幅(0.06mm)を有し、境界線BL2はBL2Wで示す線幅(0.04mm)を有している。本実施形態では短辺に沿って伸びる境界線BL2の線幅の方が、長辺に沿って伸びる境界線BL1の線幅よりも小さくなっている。なお、縦横の境界線の線幅は同一、あるいは境界線BL2の線幅の方が境界線BL1の線幅よりも大きくなってもよい。   A piezoelectric element region (hereinafter referred to as a crystal element region 24) having a rectangular shape in a plan view formed in the piezoelectric element pattern forming step is provided with a region serving as a boundary line between adjacent crystal element regions (see FIG. 9). The boundary line is formed in the wafer so as to extend vertically and horizontally along the long side and the short side of the crystal element region 24 (see the dotted line frame in FIG. 9). Specifically, as shown in FIG. 9, the boundary line extending along the long side of the crystal element region 24 is BL1, and the boundary line extending along the short side of the crystal element region 24 is BL2. . The boundary line BL1 has a line width (0.06 mm) indicated by BL1W, and the boundary line BL2 has a line width (0.04 mm) indicated by BL2W. In the present embodiment, the line width of the boundary line BL2 extending along the short side is smaller than the line width of the boundary line BL1 extending along the long side. The vertical and horizontal boundary lines may have the same line width, or the boundary line BL2 may have a larger line width than the boundary line BL1.

−溝形成工程−
次に溝形成工程について図10乃至13を参照しながら説明する。なお図10以降における断面模式図は図9のC−C線における断面図を表している。前述した縦横の境界線BL1,BL2のうち、図10乃至11に示すように水晶素子領域の長辺に沿って伸びる境界線BL1に対して、所定の深さの溝を機械的手段によって形成する(溝形成工程)。なお本実施形態では溝の形成はウエハ200の片面(一主面201)だけに対して行われているが、ウエハ200の両面(201,202)に対して行ってもよい。
-Groove formation process-
Next, the groove forming step will be described with reference to FIGS. In addition, the cross-sectional schematic diagram after FIG. 10 represents the cross-sectional view in CC line of FIG. Of the vertical and horizontal boundary lines BL1 and BL2, a groove having a predetermined depth is formed by mechanical means on the boundary line BL1 extending along the long side of the crystal element region as shown in FIGS. (Groove forming step). In this embodiment, the grooves are formed only on one side (one main surface 201) of the wafer 200, but may be formed on both sides (201, 202) of the wafer 200.

本実施形態では前記溝の形成手段としてダイシングブレードが用いられている。ダイシングブレードDはブレードの表面に砥粒が樹脂で固定されたものであり、円盤状となっている。本実施形態ではダイシングブレードDは刃厚は0.05mmで、直径は51.5mmとなっている。なおダイシングブレードの直径は本実施形態の場合、50mm〜60mmのものが使用可能である。となっている。回転したダイシングブレードD(以下、ブレードと略)は、縦横の境界線BL1,BL2のうち境界線BL1のみに沿って断続的に縦走させられる。   In this embodiment, a dicing blade is used as the groove forming means. The dicing blade D has a disk shape in which abrasive grains are fixed on the surface of the blade with a resin. In this embodiment, the dicing blade D has a blade thickness of 0.05 mm and a diameter of 51.5 mm. In this embodiment, a dicing blade having a diameter of 50 mm to 60 mm can be used. It has become. The rotated dicing blade D (hereinafter abbreviated as “blade”) is intermittently run vertically only along the boundary line BL1 of the vertical and horizontal boundary lines BL1 and BL2.

具体的には図11に示すように、ウエハ200の一主面201に形成された複数の境界線BL1のうち、ウエハの短手方向において最も端にある境界線BL1から溝が形成される。   Specifically, as shown in FIG. 11, a groove is formed from the boundary line BL1 that is the end in the short direction of the wafer among the plurality of boundary lines BL1 formed on one main surface 201 of the wafer 200.

ブレードDは境界線BL1の線幅の略中央を狙ってウエハに降下される。このときブレードDの最初の降下位置はウエハ200の外周縁ではなく、当該外周縁に最も近い位置の水晶素子領域の端部となる。ここでブレードDは所定の深さだけウエハ内に進入するように制御されている。そして所定の深さ(本実施形態では約0.03mm)を維持しつつ、境界線BL1の伸長方向に沿って予め設定された距離だけスクライブされる(所謂、チョッパートラバースカット)。   The blade D is lowered onto the wafer aiming at the approximate center of the line width of the boundary line BL1. At this time, the first descending position of the blade D is not the outer peripheral edge of the wafer 200 but the end of the crystal element region closest to the outer peripheral edge. Here, the blade D is controlled so as to enter the wafer by a predetermined depth. Then, while maintaining a predetermined depth (about 0.03 mm in this embodiment), scribing is performed for a preset distance along the extending direction of the boundary line BL1 (so-called chopper traverse cut).

その後ブレードDは上昇し、境界線BL1の伸長方向に沿って所定距離だけ空中で移動させられる。以後これらの一連の動作が繰り返し行われ、同一境界線上の終端付近に到達すれば、隣接する次の境界線BL1に対して同様の溝形成が行われる。以降、図11に示す矢印Fの方向に向かって不連続な溝が互いに平行になるように順次形成される。なお図11では説明の便宜上、水晶素子領域は実際よりも大きく表示している。前述したブレードによる溝形成は、ブレードを固定し、ウエハを相対移動させることによって行ってもよい。また、ダイシングブレードの大きさおよび水晶素子領域の大きさ等に応じて、チョッパートラバースカットとチョッパーカットのいずれか一方または、両方を併用してもよい。   Thereafter, the blade D rises and is moved in the air by a predetermined distance along the extending direction of the boundary line BL1. Thereafter, a series of these operations are repeated, and if the vicinity of the end on the same boundary line is reached, the similar groove formation is performed on the next adjacent boundary line BL1. Thereafter, the discontinuous grooves are sequentially formed so as to be parallel to each other in the direction of the arrow F shown in FIG. In FIG. 11, for convenience of explanation, the crystal element region is displayed larger than the actual size. The above-described groove formation by the blade may be performed by fixing the blade and relatively moving the wafer. Further, depending on the size of the dicing blade, the size of the crystal element region, etc., either one or both of the chopper traverse cut and the chopper cut may be used in combination.

溝形成工程によって溝が形成されたウエハの部分拡大図を図12に示す。溝G1は水晶素子領域の長辺に沿って伸びる境界線BL1に対して、不連続な状態で形成されている。図12では溝G1は、複数の境界線BL1のうち図中の縦方向中央付近において溝が形成されていない領域が存在している。本実施形態ではブレードDの直径とウエハ200の外形寸法や溝の深さとの関係から、境界線BL1に沿ってスクライブされる距離は水晶素子領域10個分程度の長さとなっている。このように境界線BL1上において溝が形成されていない領域が断続的に形成されることによって、後述するエッチング工程後の状態においてウエハが貫通しない領域(捨代領域)を確保することできる。これによりウエハの剛性の低下を抑制することができ、水晶素子の製造過程においてウエハを取り扱い易くすることができる。以上のように、溝G1は不連続であるため、エッチング工程完了後の状態においてウエハの外周縁付近に枠部を残すことができるとともに、ウエハの外周縁から内側にある多数の水晶素子領域の間に桟(捨代領域)を確保することができる。   FIG. 12 shows a partially enlarged view of the wafer in which the grooves are formed by the groove forming process. The groove G1 is formed in a discontinuous state with respect to a boundary line BL1 extending along the long side of the crystal element region. In FIG. 12, the groove G1 includes a region where no groove is formed in the vicinity of the center in the vertical direction in the drawing among the plurality of boundary lines BL1. In the present embodiment, from the relationship between the diameter of the blade D and the external dimensions of the wafer 200 and the depth of the groove, the distance scribed along the boundary line BL1 is about 10 crystal element regions. Thus, by intermittently forming a region where no groove is formed on the boundary line BL1, it is possible to secure a region (abandoned region) where the wafer does not penetrate in a state after an etching process described later. Thereby, a decrease in the rigidity of the wafer can be suppressed, and the wafer can be easily handled in the process of manufacturing the crystal element. As described above, since the groove G1 is discontinuous, a frame portion can be left near the outer periphery of the wafer in the state after the completion of the etching process, and a large number of crystal element regions on the inner side from the outer periphery of the wafer can be left. A crosspiece (abandonment area) can be secured between them.

図13は溝形成工程後におけるウエハ200の断面模式図である。溝形成工程で形成される溝G1の深さd1は約0.03mmとなっている。本実施形態ではウエハ200の厚みは0.08mmであり、ウエハの全厚に対して溝d1の深さが占める割合は37.5%となっている。溝G1の内壁面はダイシングブレードによる破砕面となっているため、その表面には微小な凹凸が形成されている。なおブレードDは円盤状であるため、スクライブの始点付近および終点付近ではブレードの曲率がウエハに転写される。これによりウエハの外周縁付近や、境界線BL1の溝が形成されない領域において溝の深さが漸次浅くなる領域が存在している。一方、境界線BL1のうち水晶素子領域の長辺に対応する領域の溝は略一定の深さとなっている。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the wafer 200 after the groove forming step. The depth d1 of the groove G1 formed in the groove forming step is about 0.03 mm. In this embodiment, the thickness of the wafer 200 is 0.08 mm, and the ratio of the depth of the groove d1 to the total thickness of the wafer is 37.5%. Since the inner wall surface of the groove G1 is a crushing surface by a dicing blade, minute irregularities are formed on the surface. Since the blade D has a disk shape, the curvature of the blade is transferred to the wafer near the start point and the end point of the scribe. As a result, there are regions where the depth of the groove gradually decreases in the vicinity of the outer peripheral edge of the wafer or in the region where the groove of the boundary line BL1 is not formed. On the other hand, the groove in the region corresponding to the long side of the crystal element region in the boundary line BL1 has a substantially constant depth.

−エッチング工程−
次にエッチング工程について図14乃至16を参照しながら説明する。エッチング工程は水晶素子領域の長辺に沿って溝が形成されたウエハを、水晶に対して腐食性を有するエッチング容液に浸漬することによって化学的にエッチング(ウエットエッチング)する工程である。本実施形態では前記エッチング溶液としてフッ化アンモニウム溶液が用いられている。
-Etching process-
Next, the etching process will be described with reference to FIGS. The etching step is a step of chemically etching (wet etching) by immersing a wafer in which a groove is formed along the long side of the crystal element region in an etching solution that is corrosive to the crystal. In this embodiment, an ammonium fluoride solution is used as the etching solution.

ウエハ200はエッチング溶液に浸漬されることによって、図14に示すように金属膜Mで覆われていない領域が溶解していく(図中の符号TH)。金属膜Mはエッチング溶液に対して耐性を有するマスクとして機能するため、金属膜Mで被覆された領域下の水晶はエッチング溶液によって溶解されずに残存する。   When the wafer 200 is immersed in the etching solution, the region not covered with the metal film M is dissolved as shown in FIG. 14 (reference symbol TH in the figure). Since the metal film M functions as a mask having resistance to the etching solution, the crystal under the region covered with the metal film M remains without being dissolved by the etching solution.

エッチング工程では、水晶素子領域の水晶主面の中央部および当該中央部から1つの長辺縁部まで至る水晶領域が所定の厚さまで薄肉化される。このとき水晶は異方性材料であるため軸方向によってエッチング時の溶解の速度が異なり、図14乃至15に示すように傾斜面22が現れる。   In the etching process, the central portion of the crystal main surface of the crystal element region and the crystal region extending from the central portion to one long edge are thinned to a predetermined thickness. At this time, since quartz is an anisotropic material, the rate of dissolution during etching differs depending on the axial direction, and an inclined surface 22 appears as shown in FIGS.

エッチング工程では、このとき同時に溝G1の下方に残存した水晶部分(d2)も溶解して他主面202まで貫通する。これにより貫通部THが形成される。貫通部THは水晶素子領域24の長辺の少なくとも全長に至る長さで貫通しており、貫通部THの内壁面の一部は水晶素子領域の長辺の側面に相当する領域となっている。貫通部THの内壁面は図15に示すようにウエハ200の一主面201および他主面202に対して、垂直に近い状態となっている。また溝形成工程で形成された溝の内壁面はウエットエッチングによって、ダイシングによって形成された微小な凹凸が平滑化された状態となっている。これにより、水晶素子の長辺の端部におけるチッピング等の発生を抑制することができる。その結果、水晶振動子の耐衝撃性能を向上させることができる。   In the etching process, the crystal portion (d2) remaining under the groove G1 at this time is also melted and penetrates to the other main surface 202. Thereby, the penetration part TH is formed. The penetrating portion TH penetrates at least the full length of the long side of the crystal element region 24, and a part of the inner wall surface of the penetrating portion TH is a region corresponding to the side surface of the long side of the crystal element region. . As shown in FIG. 15, the inner wall surface of the penetrating part TH is in a state of being nearly perpendicular to the one main surface 201 and the other main surface 202 of the wafer 200. In addition, the inner wall surface of the groove formed in the groove forming step is in a state in which minute unevenness formed by dicing is smoothed by wet etching. Thereby, generation | occurrence | production of the chipping etc. in the edge part of the long side of a crystal element can be suppressed. As a result, the impact resistance performance of the crystal resonator can be improved.

前述したように前記貫通部THの内壁面は、ウエハ200の主面に対して垂直に近い状態となっているため、後述する分割工程によって得られる水晶素子の長辺の側面は、機械加工によって生じた溝内部の微小な凹凸がエッチングによって平滑化された「準平滑領域」と、エッチングによる溶解のみで穿孔された「平滑領域」とが連続した側面となっている。つまり本実施形態では一主面201側のみに溝を形成しているため、個片化された水晶素子の長辺の側面は、水晶の一主面201に近い稜部付近では準平滑領域となり、当該準平滑領域に連続して他主面202側へ平滑領域が形成されている。   As described above, the inner wall surface of the through-hole TH is in a state of being almost perpendicular to the main surface of the wafer 200. Therefore, the side surface of the long side of the crystal element obtained by the division process described later is machined. A “quasi-smooth region” in which minute irregularities in the generated groove are smoothed by etching and a “smooth region” drilled only by dissolution by etching are continuous side surfaces. That is, in this embodiment, since the groove is formed only on the one principal surface 201 side, the side surface of the long side of the separated crystal element is a quasi-smooth region near the ridge portion near the one principal surface 201 of the crystal. A smooth region is formed on the other main surface 202 side continuously to the semi-smooth region.

このような表面状態の側面により、例えば水晶素子の励振電極の表裏間の電気的接続のための引出電極を長辺の側面に形成する場合、断線し易い稜部を含む領域が準平滑面となっているため、アンカー効果によって電極膜の密着強度を高めることができる。また稜部以外の領域は平滑面となっているため外部衝撃を受けた際に水晶素子にチッピングを発生するのを抑制することができる。   For example, when the lead electrode for electrical connection between the front and back surfaces of the excitation electrode of the quartz crystal element is formed on the side surface of the long side due to such a surface state side surface, the region including a ridge portion that is easily disconnected is a quasi-smooth surface Therefore, the adhesion strength of the electrode film can be increased by the anchor effect. Further, since the region other than the ridge portion is a smooth surface, it is possible to suppress occurrence of chipping in the crystal element when receiving an external impact.

本実施形態では、境界線BL1の溝が形成された領域におけるウエハの残存厚み(d2)が、エッチング工程において水晶素子領域が薄肉化される総厚(d3×2)よりも小さくなっている。   In the present embodiment, the remaining thickness (d2) of the wafer in the region where the groove of the boundary line BL1 is formed is smaller than the total thickness (d3 × 2) in which the crystal element region is thinned in the etching process.

これにより、水晶素子領域の外形の成形と水晶素子領域の薄肉化とを1回のエッチングだけで完了させることができる。これは溝G1が形成された境界線部分BL1のウエハの残存厚みd2が、水晶素子領域の薄肉化される厚みd3よりも小さいため、水晶素子領域の薄肉化が完了した時点では水晶素子領域の外周部である溝部分は確実に貫通されることによる。これにより、従来のようにレジストの塗布回数を少なくすることができ、主面の中央部または外周部が薄肉化された水晶素子の製造効率を大幅に向上させることができる。   Thereby, the shaping of the outer shape of the crystal element region and the thinning of the crystal element region can be completed by only one etching. This is because the remaining thickness d2 of the wafer in the boundary line portion BL1 in which the groove G1 is formed is smaller than the thickness d3 of the crystal element region to be thinned. It is because the groove part which is an outer peripheral part is penetrated reliably. As a result, the number of times of resist application can be reduced as in the prior art, and the manufacturing efficiency of the crystal element in which the central portion or the outer peripheral portion of the main surface is thinned can be greatly improved.

エッチング工程ではさらに、図16のように縦横の境界線BL1,BL2のうち溝が形成されていない境界線BL2の領域、つまり水晶素子領域の対向する2つ短辺の外側の領域も薄肉化されることになる。これらの薄肉化された領域は目視では微小な隙間であり、図16ではスリットSL1,SL2として表している。このスリットSL1,SL2における水晶の厚みは、薄肉部20と略同一の厚みとなっている。   Further, in the etching process, the region of the boundary line BL2 where no groove is formed in the vertical and horizontal boundary lines BL1 and BL2, as shown in FIG. 16, that is, the region outside the two short sides facing each other of the crystal element region is thinned. Will be. These thinned areas are minute gaps visually, and are shown as slits SL1 and SL2 in FIG. The thickness of the crystal in the slits SL1 and SL2 is substantially the same as that of the thin portion 20.

スリットSL1,SL2の領域における、隣接する水晶素子とつながっている部位はそれぞれブリッジ部BG1,BG2となっている。図16において複数の水晶素子領域24はウエハの長手方向については、ブリッジ部BG1およびBG2によって縦方向につながっている。また複数の水晶素子領域24はウエハの短手方向については、ブリッジ部BG1およびBG2を介して貫通部THが形成されていない領域(捨代部U)によって横方向につながっている。この捨代部Uが存在することによってウエハの剛性を補うことができるため、エッチング工程においてウエハの撓みを生じ難くすることができる。   Sites connected to adjacent crystal elements in the areas of the slits SL1 and SL2 are bridge portions BG1 and BG2, respectively. In FIG. 16, a plurality of crystal element regions 24 are connected in the longitudinal direction by bridge portions BG1 and BG2 in the longitudinal direction of the wafer. In addition, the plurality of crystal element regions 24 are connected in the lateral direction in the short direction of the wafer by a region where the through portion TH is not formed (abandoned portion U) via the bridge portions BG1 and BG2. Since the rigidity of the wafer can be supplemented by the presence of the surplus portion U, the wafer can be hardly bent in the etching process.

以上のようにエッチング工程によって水晶素子の外形が成形された後、金属膜Mをメタルエッチング液で剥離する。これにより水晶素地だけが露出した状態のウエハとなる。   As described above, after the outer shape of the crystal element is formed by the etching process, the metal film M is peeled off with a metal etching solution. This results in a wafer with only the quartz substrate exposed.

―電極形成工程―
電極形成工程は、ウエハ内の各水晶素子領域に所定形状の電極を形成する工程である(図示省略)。前記電極は前述した励振電極(23a,23b)と引出電極(8a,8b)と接着電極(9a,9b)を含む。本実施形態ではこれらの電極はスパッタリングによって形成される。このとき電極材料はスリット部(SL1,SL2)の内部にも侵入してスパッタリングされる。なお接着電極(9a,9b)は、水晶振動板の対向する2つの長辺の側面の一短辺側寄りの領域全体にも及ぶように形成される。つまり一主面側の一短辺端部の接着電極は当該端部近傍の長辺側面にまで及ぶように形成される。同様に他主面側の一短辺端部の接着電極は当該端部近傍の長辺側面にまで及ぶように形成される。
―Electrode formation process―
The electrode forming step is a step of forming electrodes having a predetermined shape in each crystal element region in the wafer (not shown). The electrodes include the aforementioned excitation electrodes (23a, 23b), extraction electrodes (8a, 8b), and adhesive electrodes (9a, 9b). In this embodiment, these electrodes are formed by sputtering. At this time, the electrode material also penetrates into the slit portions (SL1, SL2) and is sputtered. The adhesive electrodes (9a, 9b) are formed so as to cover the entire region near the one short side of the two long sides facing each other of the quartz crystal diaphragm. That is, the adhesive electrode at one short side end portion on one main surface side is formed to extend to the long side surface near the end portion. Similarly, the adhesive electrode at one short side end portion on the other main surface side is formed to extend to the long side surface near the end portion.

―分割工程―
分割工程では、ウエハ内のブリッジ部BG1,BG2のいずれか一方に対して機械的な応力を与えて当該部分を分離する。そして残りのブリッジ部によってつながった水晶素子領域に、吸着ノズルを接触させて吸引することによって個片の水晶素子に分割する(分割工程)。分割された水晶素子の対向する2つの短辺の側面には折り取り痕25が形成される。この折り取り痕は破断面であるため、アンカー効果により水晶素子と導電性接着剤との接合強度を向上させることができる。
以上が本発明に係る水晶振動子の製造方法の主要な工程の説明である。
―Division process―
In the dividing step, mechanical stress is applied to one of the bridge portions BG1 and BG2 in the wafer to separate the portion. Then, the crystal element regions connected by the remaining bridge portions are divided into individual crystal elements by bringing the suction nozzle into contact with suction (division process). Breaking marks 25 are formed on the side surfaces of the two opposing short sides of the divided crystal element. Since this breakage mark is a broken surface, the bonding strength between the crystal element and the conductive adhesive can be improved by the anchor effect.
The above is the description of the main steps of the method for manufacturing a crystal resonator according to the present invention.

本実施形態では溝形成工程において形成する溝(G1)の深さは0.03mmであり、ウエハ200の厚み0.08mmに対して37.5%の比率となっている。この溝の深さについて図18を参照しながら述べる。   In this embodiment, the depth of the groove (G1) formed in the groove forming step is 0.03 mm, which is 37.5% of the thickness of the wafer 200 of 0.08 mm. The depth of this groove will be described with reference to FIG.

図18は厚肉部の一部が形成されない平面視C字状の水晶素子において、溝形成工程で形成される溝の深さと、厚肉部が形成されない辺の端面の凹凸の幅との関係を表したグラフとなっている。ここで厚肉部が形成されない辺の端面の凹凸とは、長辺端面の平面視における短辺方向外側の張り出し部位と、短辺方向内側への入り込み部位の間の距離の最大値のことを指している。   FIG. 18 shows the relationship between the depth of the groove formed in the groove forming step and the width of the unevenness of the end face of the side where the thick portion is not formed in the C-shaped crystal element in plan view where a part of the thick portion is not formed. It is a graph showing. Here, the unevenness on the end face of the side where the thick part is not formed means the maximum value of the distance between the protruding part on the outer side in the short side direction and the entering part on the inner side in the short side direction in the plan view of the end face of the long side pointing.

図18では水晶素子の長辺に沿って形成する溝の深さが0.03mm、0.05mm、0.07mmである試料を用意し、それぞれウエットエッチングを行って各種電極を形成した後、個片化したものを用いている。水晶素子の発振周波数は550MHzであり、ウエハの初期厚みは0.08mmとなっている。なお図18における横軸は、初期のウエハの厚みに対する溝の深さの比を表している。すなわち深さ比では37.5%(0.03mm)、62.5%(0.05mm)、87.5%(0.07mm)となっている。   In FIG. 18, samples having groove depths of 0.03 mm, 0.05 mm, and 0.07 mm formed along the long side of the crystal element are prepared, and various electrodes are formed by wet etching. A piece is used. The oscillation frequency of the crystal element is 550 MHz, and the initial thickness of the wafer is 0.08 mm. The horizontal axis in FIG. 18 represents the ratio of the groove depth to the initial wafer thickness. That is, the depth ratio is 37.5% (0.03 mm), 62.5% (0.05 mm), and 87.5% (0.07 mm).

図18によると、長辺端面の凹凸幅は溝の深さ比の増大に伴って大きくなっていることが分かる。すなわち深さ比を小さくするほど長辺端面の凹凸幅を小さくすることができる。しかしながら深さ比が37.5%よりも小さいと、ウエットエッチングで溶解させる厚みが増大するため長辺の側面がテーパー状に傾斜し始め、最終的に主面に対して垂直に近い長辺側面を得ることが困難になってくる。またダイシングに比べて時間を要するエッチング工程でさらに時間を要することになり生産性を悪化させる要因となる。   According to FIG. 18, it can be seen that the uneven width of the end face of the long side increases with the increase in the groove depth ratio. That is, the concave-convex width of the long side end face can be reduced as the depth ratio is reduced. However, if the depth ratio is smaller than 37.5%, the thickness to be dissolved by wet etching increases, so the side surface of the long side starts to taper and finally the side surface of the long side that is nearly perpendicular to the main surface Getting difficult. Further, an etching process that requires more time than dicing requires more time, which causes a deterioration in productivity.

逆に深さ比が87.5%よりも大きくなってくると、エッチング工程での所要時間は減少させることができるものの、ダイシングによる加工深さが増大するため長辺端面の凹凸幅が大きくなる。また、溝が深くなるためウエハの機械的強度が低下してクラックが発生し易くなってしまう。   Conversely, when the depth ratio becomes larger than 87.5%, the time required for the etching process can be reduced, but the processing depth by dicing increases, so that the uneven width of the long side end face increases. . Further, since the groove becomes deep, the mechanical strength of the wafer is lowered and cracks are likely to occur.

以上のことより、長辺端面凹凸幅が0.01mmよりも小さければ実用上は問題が無いことに鑑み、深さ比で37.5%から62.5%の範囲となるように溝の深さを設定することが好ましい。なお溝の深さは、ATカットからなる水晶素子の厚み(換言すれば発振周波数)の大小に応じて設定される。   From the above, considering that there is no practical problem if the long side end face uneven width is smaller than 0.01 mm, the depth of the groove is set so that the depth ratio is in the range of 37.5% to 62.5%. It is preferable to set the length. The depth of the groove is set in accordance with the thickness of the quartz element made of AT cut (in other words, the oscillation frequency).

本発明によれば、厚肉部の一部が形成されていない構成の水晶振動板であっても、厚肉部が形成されていない領域の端面が歪な形状となるのを防止することができる。これは溝形成工程によって溝を形成してウエハの厚みを予め減じておくことによって、エッチングで薄肉化する厚みが減少し、エッチングに要する時間を減少させることができることによる。またエッチングに要する時間を減少させることにより、水晶の異方性の影響を抑制して水晶素子の側面を断面視で垂直な状態に近づけることができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the end face of the region where the thick part is not formed from having a distorted shape even in the case of the crystal diaphragm having a structure in which a part of the thick part is not formed. it can. This is because by forming grooves by the groove forming process and reducing the thickness of the wafer in advance, the thickness that is reduced by etching is reduced, and the time required for etching can be reduced. Further, by reducing the time required for etching, it is possible to suppress the influence of crystal anisotropy and bring the side surface of the crystal element closer to a vertical state in cross-sectional view.

また本発明によれば、主面の中央部または外周部が薄肉化された水晶素子の製造効率を大幅に向上させることができる。これはエッチング工程において、水晶素子領域の主面の中央部または外周部をエッチングによって所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させることができることによる。   In addition, according to the present invention, it is possible to greatly improve the manufacturing efficiency of a quartz crystal element in which the central portion or outer peripheral portion of the main surface is thinned. This is because, in the etching process, the central portion or the outer peripheral portion of the main surface of the crystal element region can be thinned to a predetermined thickness by etching, and at the same time, the groove can be penetrated.

ATカット水晶からなるウエハをウエットエッチングする場合、結晶軸の方向によって溶解速度が異なるためエッチング時間の増大に伴って歪な断面形状となってくる。これは水晶振動板のZ軸方向における傾斜面がより顕在化してくることによる。すなわち長辺にX軸が、短辺にZ軸がそれぞれ設定されているATカット水晶振動板の場合、短辺方向における傾斜面の方が、長辺方向における傾斜面よりも主面に対する傾斜角が小さいため長辺の側面が垂直な面にならずに傾斜面となってしまう。   When a wafer made of AT-cut quartz is wet-etched, the dissolution rate varies depending on the direction of the crystal axis, so that the cross-sectional shape becomes distorted as the etching time increases. This is due to the fact that the inclined surface in the Z-axis direction of the crystal diaphragm becomes more obvious. That is, in the case of an AT-cut quartz crystal plate in which the X axis is set on the long side and the Z axis is set on the short side, the inclined surface in the short side direction is inclined with respect to the main surface rather than the inclined surface in the long side direction. Therefore, the side surface of the long side does not become a vertical surface but becomes an inclined surface.

これに対して本発明による水晶素子の製造方法であれば、長辺にX軸が、短辺にZ軸がそれぞれ設定された水晶振動板であっても、水晶素子の長辺側面を断面視で垂直な状態に近づけることができる。なお平面視矩形状の水晶振動板において、長辺側にZ軸を、短辺側にX軸をそれぞれ設定してもよい。この場合、溝形成の対象となる境界線を、水晶素子領域の短辺に沿って伸びる境界線(本実施形態ではBL2に相当)とすることにより、Z軸方向における傾斜面の形成を抑制することができる。   On the other hand, according to the method for manufacturing a crystal element according to the present invention, the side surface of the long side of the crystal element is viewed in cross section, even if the crystal plate has the X axis on the long side and the Z axis on the short side. You can get close to vertical. In addition, in the crystal diaphragm having a rectangular shape in plan view, the Z axis may be set on the long side and the X axis may be set on the short side. In this case, the formation of the inclined surface in the Z-axis direction is suppressed by setting the boundary line to be grooved to be a boundary line (corresponding to BL2 in this embodiment) extending along the short side of the crystal element region. be able to.

本発明の実施形態の変形例として、平面視矩形の水晶素子領域の外周3辺に対して溝を形成してもよい。つまり水晶素子領域24の2つの長辺に沿って伸びる境界線BL1に加え、水晶素子領域24の1つの短辺に沿って伸びる境界線BL2に対しても溝を形成してもよい。   As a modification of the embodiment of the present invention, grooves may be formed on the three outer sides of the crystal element region having a rectangular shape in plan view. That is, in addition to the boundary line BL1 extending along two long sides of the crystal element region 24, a groove may be formed on the boundary line BL2 extending along one short side of the crystal element region 24.

これらの溝をエッチング工程で貫通させることによって、図19に示すように平面視矩形の水晶素子領域の外周の4辺のうち3辺に及ぶように貫通した貫通部TH2が形成される。その結果、水晶素子領域はブリッジ部BG3を介してのみ隣接する他の水晶素子とつながっている状態となる。このようにブリッジ部がBG3の1箇所のみとなるため分割工程における水晶素子の分割をより簡便に行うことができる。   By penetrating these grooves in the etching process, as shown in FIG. 19, a through portion TH2 penetrating so as to cover three sides of the four sides of the outer periphery of the quartz crystal element region in a plan view is formed. As a result, the crystal element region is connected to another adjacent crystal element only via the bridge portion BG3. In this way, since the bridge portion is only one place of BG3, the crystal element can be divided more easily in the dividing step.

本発明は水晶振動板の外周部が中央部分よりも薄肉に形成された「メサ形状」であっても適用可能である。メサ形状の水晶振動板の場合における製造工程の一部については図20乃至22に示す。なお図20乃至22において、前述した本発明の実施形態と同一の構成については同番号を付してその説明を割愛する。   The present invention can also be applied to a “mesa shape” in which the outer peripheral portion of the quartz diaphragm is formed thinner than the central portion. A part of the manufacturing process in the case of a mesa-shaped quartz diaphragm is shown in FIGS. 20 to 22, the same components as those in the embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図20は圧電素子パターン形成工程において現像が完了し、レジストが剥離された状態におけるウエハ400の断面模式図を表している。図20では水晶素子領域の長辺に沿って伸びる境界線BL1の領域の端部から、薄肉化する領域の主面方向における距離TAの分だけ内側に金属膜M2が形成されている。なお境界線BL1の幅は、前述した本発明の実施形態と同一となっている。   FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the wafer 400 in a state where development is completed and the resist is peeled off in the piezoelectric element pattern forming step. In FIG. 20, a metal film M2 is formed on the inner side by the distance TA in the main surface direction of the thinned region from the end of the boundary line BL1 extending along the long side of the crystal element region. Note that the width of the boundary line BL1 is the same as that of the above-described embodiment of the present invention.

次にダイシングブレードは境界線BL1の線幅の略中央を狙ってウエハに対して降下される。溝形成工程では前述した本発明の実施形態と同様にチョッパートラバースカットが用いられている。溝形成工程後の状態は図21に示す。なお図21では溝G2の深さはd4で、溝G2が形成された領域のウエハの残存厚みはd5でそれぞれ表している。   Next, the dicing blade is lowered with respect to the wafer aiming at the approximate center of the line width of the boundary line BL1. In the groove forming step, a chopper traverse cut is used as in the above-described embodiment of the present invention. The state after the groove forming step is shown in FIG. In FIG. 21, the depth of the groove G2 is represented by d4, and the remaining thickness of the wafer in the region where the groove G2 is formed is represented by d5.

次にエッチング工程において、水晶素子領域の主面の外周部を薄肉化すると同時に溝G2を貫通させる。これにより、図22に示すような「メサ型」の断面形状の水晶振動板を得ることができる。なおウエハの残存厚みd5は、エッチング工程において水晶素子領域が薄肉化される総厚(d6×2)よりも小さくなっている。   Next, in the etching process, the outer peripheral portion of the main surface of the crystal element region is thinned and simultaneously the groove G2 is penetrated. Thereby, a “mesa-type” crystal diaphragm having a cross-sectional shape as shown in FIG. 22 can be obtained. The remaining thickness d5 of the wafer is smaller than the total thickness (d6 × 2) at which the crystal element region is thinned in the etching process.

本発明の実施形態では水晶ウエハの一主面だけに溝を形成したが、水晶ウエハの一主面と他主面の両主面に溝を形成してもよい。この場合、溝の形成深さは水晶ウエハの表裏主面の溝の深さの合計が水晶ウエハの厚みに対して37.5%から62.5%の範囲に収まるように設定するのが好ましい。   In the embodiment of the present invention, the grooves are formed only on one main surface of the crystal wafer, but the grooves may be formed on both main surfaces of the one main surface and the other main surface of the crystal wafer. In this case, the groove formation depth is preferably set so that the total depth of the grooves on the front and back main surfaces of the quartz wafer falls within the range of 37.5% to 62.5% with respect to the thickness of the quartz wafer. .

本発明の実施形態では表面実装型の水晶振動子を例に挙げているが、水晶振動子以外に水晶フィルタや水晶発振器など他の圧電デバイスへも適用可能である。   In the embodiment of the present invention, a surface-mounted crystal resonator is taken as an example, but the present invention can be applied to other piezoelectric devices such as a crystal filter and a crystal oscillator in addition to the crystal resonator.

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。   The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

圧電振動素子および圧電デバイスの量産に適用できる。   It can be applied to mass production of piezoelectric vibration elements and piezoelectric devices.

1 水晶振動子
2 水晶素子
24 水晶素子領域
3 容器
BL1、BL2 境界線
G1、G2 溝
BG1、BG2、BG3 ブリッジ部
TH、TH2 貫通部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal resonator 2 Crystal element 24 Crystal element area | region 3 Container BL1, BL2 Boundary line G1, G2 Groove BG1, BG2, BG3 Bridge part TH, TH2 Through part

Claims (5)

1枚のウエハから多数の圧電素子を得る圧電素子の製造方法であって、
前記ウエハの少なくとも一主面に、平面視矩形状の圧電素子領域がマトリクス状に多数整列した金属膜からなるパターンを形成する圧電素子パターン形成工程と、
前記圧電素子領域の長辺および短辺に沿って伸びる縦横の境界線のうち、少なくとも一方の境界線に対して溝を機械的手段によって形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程後にエッチングを行い、各圧電素子領域の主面の中央部または外周部を所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させ、かつ前記縦横の境界線のうち前記溝が形成されていない境界線の領域を薄肉化することによって圧電素子の外側面とつながったブリッジ部を形成するエッチング工程と、
前記ブリッジ部を折り取ることによって個体の圧電素子に分割する分割工程と、
を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
A method of manufacturing a piezoelectric element that obtains a large number of piezoelectric elements from a single wafer,
A piezoelectric element pattern forming step of forming a pattern of a metal film in which a plurality of rectangular piezoelectric element regions in a plan view are arranged in a matrix on at least one main surface of the wafer;
A groove forming step of forming a groove by mechanical means for at least one of the vertical and horizontal boundary lines extending along the long side and the short side of the piezoelectric element region;
Etching is performed after the groove forming step, and the central portion or outer peripheral portion of the main surface of each piezoelectric element region is thinned to a predetermined thickness. At the same time, the groove is penetrated, and the groove is formed among the vertical and horizontal boundary lines. An etching process for forming a bridge portion connected to the outer surface of the piezoelectric element by thinning the area of the boundary line that is not,
A dividing step of dividing the bridge portion into individual piezoelectric elements by breaking the bridge portion;
A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising:
前記境界線の溝が形成された領域のウエハの残存厚みが、前記エッチング工程において圧電素子領域が薄肉化される厚みよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の圧電素子の製造方法。   2. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein a remaining thickness of the wafer in a region where the groove of the boundary line is formed is smaller than a thickness in which the piezoelectric element region is thinned in the etching step. 前記溝が不連続であることを特徴とする請求項1乃至2のいずれか1項に記載の圧電素子の製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein the groove is discontinuous. 前記溝の形成手段が、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させてウエハの一部を切断し、その状態から水平方向に移動させずに上方にブレードを上昇させるダイシングか、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させた後に水平方向にダイシングブレードを移動させて所定の距離だけ切断するダイシングのいずれか一方または両方であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電素子の製造方法。   The groove forming means lowers the rotated dicing blade from above the wafer to cut a part of the wafer, and then lifts the blade upward without moving horizontally from that state, or rotated dicing. 4. The dicing method according to claim 1, wherein the dicing blade is moved at a predetermined distance by moving the dicing blade in a horizontal direction after the blade is lowered from above the wafer. 5. The manufacturing method of the piezoelectric element as described in 2. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧電素子の製造方法によって得られた圧電素子を、容器に収容するとともに当該容器に蓋を接合することによって前記圧電素子を気密に封止したことを特徴とする圧電デバイス。   The piezoelectric element obtained by the method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4 is housed in a container and the piezoelectric element is hermetically sealed by joining a lid to the container. A piezoelectric device characterized by the above.
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