JP2017076910A - Method of manufacturing piezoelectric vibration piece - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
例えば、携帯電話や携帯情報端末機器等の電子機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等に用いられるデバイスとして、水晶等を利用した圧電振動子が用いられる。この種の圧電振動子として、キャビティが形成されたパッケージ内に圧電振動片を気密封止したものが知られている。 For example, a piezoelectric vibrator using a crystal or the like is used in an electronic device such as a mobile phone or a personal digital assistant device as a device used for a timing source such as a time source or a control signal, a reference signal source, or the like. As this type of piezoelectric vibrator, a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is hermetically sealed in a package in which a cavity is formed is known.
上述した圧電振動片は、基部と、基部から互いに平行に延設された一対の振動腕部と、を備えている。圧電振動片は、各振動腕部が基端部(基部との連結部分)を起点にして互いに接近・離間する方向に所定の共振周波数で振動する。 The piezoelectric vibrating piece described above includes a base portion and a pair of vibrating arm portions extending in parallel with each other from the base portion. The piezoelectric vibrating piece vibrates at a predetermined resonance frequency in a direction in which each vibrating arm portion approaches and separates from each other starting from a base end portion (a connecting portion with the base portion).
ここで、圧電振動片(振動腕部)の周波数の調整方法として、振動腕部の先端部に重り金属膜を予め形成し、この重り金属膜を部分的に除去(トリミング)して振動腕部の質量を調整することで、振動腕部の周波数が目標値となるように調整する方法がある。例えば下記特許文献1には、重り金属膜に対してレーザビームを照射して重り金属膜を部分的に除去して共振周波数の粗調整を行った後、重り金属膜に対してイオンビームを照射して共振周波数の微調整を行う構成が開示されている。
Here, as a method of adjusting the frequency of the piezoelectric vibrating piece (vibrating arm portion), a weight metal film is formed in advance on the tip of the vibrating arm portion, and the weight metal film is partially removed (trimmed) to obtain the vibrating arm portion. There is a method for adjusting the frequency of the vibrating arm so that the frequency of the vibrating arm portion becomes a target value. For example, in
イオンビームは、重り金属膜以外の部分に照射されることを防止するため、マスクを介して重り金属膜に対して照射する。このマスクは、加工精度や耐熱性を考慮して金属材料により形成される。 The ion beam is applied to the weight metal film through a mask in order to prevent the ion beam from being applied to a portion other than the weight metal film. This mask is formed of a metal material in consideration of processing accuracy and heat resistance.
ところで、圧電振動片の周波数を測定する際には、振動腕部の表面に形成された一対の励振電極間に電圧を印加して圧電振動片を振動させる。周波数をより高精度に調整するためには、トリミング中やトリミング前後に周波数を測定することが望ましい。しかしながら、トリミング時に用いるマスクは金属材料により形成されているため、マスクを配置した状態で周波数を測定すると、マスクが励振電極に接触して励振電極がマスクによって短絡し、周波数を正確に測定することができないおそれがある。このため、従来の圧電振動片の製造方法にあっては、マスクを圧電振動片から退避させた状態で周波数を測定する必要があり、製造効率が低下するという課題がある。 By the way, when measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece, a voltage is applied between a pair of excitation electrodes formed on the surface of the vibrating arm portion to vibrate the piezoelectric vibrating piece. In order to adjust the frequency with higher accuracy, it is desirable to measure the frequency during or before trimming. However, since the mask used for trimming is made of a metal material, when the frequency is measured with the mask placed, the mask contacts the excitation electrode and the excitation electrode is short-circuited by the mask, and the frequency is accurately measured. You may not be able to. For this reason, in the conventional method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, it is necessary to measure the frequency in a state where the mask is retracted from the piezoelectric vibrating piece, and there is a problem that manufacturing efficiency is lowered.
そこで本発明は、製造効率の向上を図った上で、周波数を高精度に調整できる圧電振動片の製造方法を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece capable of adjusting the frequency with high accuracy while improving the manufacturing efficiency.
本発明の圧電振動片の製造方法は、一対の振動腕部を有する圧電板、前記一対の振動腕部上に形成され、電圧が印加されることで前記振動腕部を振動させる励振電極、および前記一対の振動腕部上に形成された周波数調整用の重り金属膜を備えた圧電振動片の製造方法であって、前記圧電板のうち前記重り金属膜の形成領域に対応する部分に開口部を有する第1マスクを用い、前記開口部を通して前記重り金属膜を除去するトリミング工程を有し、前記第1マスクは、絶縁材料により形成され、前記圧電板上に配置されるサブマスクと、前記サブマスクに対して前記圧電板とは反対側に配置されたメインマスクと、を有する、ことを特徴とする。 A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to the present invention includes a piezoelectric plate having a pair of vibrating arms, an excitation electrode formed on the pair of vibrating arms and vibrating the vibrating arms by applying a voltage, and A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece including a frequency-adjusting weight metal film formed on the pair of vibrating arms, wherein an opening is formed in a portion of the piezoelectric plate corresponding to the weight metal film formation region. A trimming step of removing the weight metal film through the opening, and the first mask is formed of an insulating material and is disposed on the piezoelectric plate; and the submask And a main mask disposed on the opposite side of the piezoelectric plate.
本発明によれば、トリミング工程において絶縁材料により形成されたサブマスクを介してメインマスクを圧電板上に配置できる。このため、メインマスクが金属材料により形成される場合に、メインマスクが圧電板の振動腕部上に形成された励振電極に接触して励振電極が短絡することを防止できる。これにより、重り金属膜を除去するために圧電板上に第1マスクが配置された状態であっても、励振電極に電圧を印加して振動腕部を振動させることが可能となり、圧電振動片の周波数の測定を行うことができる。したがって、圧電振動片の周波数の測定を行う際に第1マスクを圧電板から退避させる必要がなくなり、製造効率の向上を図ることができるとともに、周波数を高精度に調整でき、振動特性に優れた圧電振動片を製造できる。 According to the present invention, the main mask can be disposed on the piezoelectric plate through the submask formed of an insulating material in the trimming process. For this reason, when the main mask is formed of a metal material, the main mask can be prevented from coming into contact with the excitation electrode formed on the vibrating arm portion of the piezoelectric plate and the excitation electrode being short-circuited. Accordingly, even when the first mask is disposed on the piezoelectric plate in order to remove the weight metal film, it is possible to apply a voltage to the excitation electrode to vibrate the vibrating arm portion, Can be measured. Accordingly, when the frequency of the piezoelectric vibrating piece is measured, it is not necessary to retract the first mask from the piezoelectric plate, the manufacturing efficiency can be improved, the frequency can be adjusted with high accuracy, and the vibration characteristics are excellent. A piezoelectric vibrating piece can be manufactured.
上記の圧電振動片の製造方法において、前記トリミング工程では、前記圧電板を挟んで前記第1マスク側とは反対側に第2マスクを配置した状態で、前記重り金属膜に対してイオンミリングを行い、前記第2マスクは、前記励振電極に接続された電極膜を露出させる避け部を有する、ことが望ましい。
本発明によれば、第2マスクが圧電板を挟んで第1マスクとは反対側に配置されるので、イオンミリングにより弾き飛ばされた重り金属膜の粒子が、圧電板を挟んで第1マスクとは反対側に回り込んで圧電板に再付着することを防止できる。
さらに、第2マスクには、励振電極に接続された電極膜を露出させる避け部が設けられているため、第1マスクおよび第2マスクが圧電板上に配置された状態で、測定器のプローブ等を電極膜に接触させて励振電極と導通させることができる。これにより、圧電振動片の周波数の測定を行う際に第1マスクおよび第2マスクを圧電板から退避させる必要がなくなり、製造効率の低下を防止できる。
また、第2マスクに避け部を設けることで、仮に第1マスクに避け部を設ける場合に比べて避け部を通した圧電板への金属膜の粒子の再付着を抑制できるとともに、避け部のレイアウト性を向上できる。
In the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece, in the trimming step, ion milling is performed on the weight metal film in a state where the second mask is disposed on the side opposite to the first mask side with the piezoelectric plate interposed therebetween. Preferably, the second mask has an avoiding portion that exposes an electrode film connected to the excitation electrode.
According to the present invention, since the second mask is disposed on the opposite side of the first mask with the piezoelectric plate interposed therebetween, the particles of the weight metal film bounced off by ion milling have the first mask sandwiched between the piezoelectric plate. It is possible to prevent re-adhering to the piezoelectric plate around the opposite side.
Furthermore, since the second mask is provided with an avoiding portion that exposes the electrode film connected to the excitation electrode, the probe of the measuring instrument is placed in a state where the first mask and the second mask are arranged on the piezoelectric plate. Etc. can be brought into contact with the excitation electrode by contacting the electrode film. This eliminates the need for the first mask and the second mask to be retracted from the piezoelectric plate when measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece, thereby preventing a reduction in manufacturing efficiency.
Further, by providing the avoidance portion in the second mask, the reattachment of the metal film particles to the piezoelectric plate through the avoidance portion can be suppressed as compared with the case where the avoidance portion is provided in the first mask. Layout can be improved.
上記の圧電振動片の製造方法において、前記トリミング工程の後に、前記一対の振動腕部の振動の周波数を測定する測定工程を備える、ことが望ましい。
本発明によれば、測定工程において第1マスクを配置したままトリミング工程後の圧電振動片の周波数を測定できる。このため、測定工程における測定結果に応じて、例えば第1マスクを配置したまま再度トリミング工程を行う等により、製造効率の向上を図りつつ、より高精度に圧電振動片の周波数を調整することができる。
In the above-described method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece, it is preferable that the trimming step includes a measuring step of measuring the vibration frequency of the pair of vibrating arm portions.
According to the present invention, the frequency of the piezoelectric vibrating piece after the trimming process can be measured while the first mask is disposed in the measuring process. For this reason, according to the measurement result in the measurement process, the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be adjusted with higher accuracy while improving the manufacturing efficiency, for example, by performing the trimming process again with the first mask disposed. it can.
上記の圧電振動片の製造方法において、前記トリミング工程は、前記一対の振動腕部の周波数を測定しながら行う、ことが望ましい。
本発明によれば、圧電振動片の周波数を測定しながら重り金属膜を除去できるので、圧電振動片の周波数をより高精度に調整することができる。
In the above-described method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece, it is preferable that the trimming step is performed while measuring the frequency of the pair of vibrating arms.
According to the present invention, since the weight metal film can be removed while measuring the frequency of the piezoelectric vibrating piece, the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be adjusted with higher accuracy.
本発明によれば、トリミング工程において絶縁材料により形成されたサブマスクを介してメインマスクを圧電板上に配置できる。このため、メインマスクが金属材料により形成される場合に、メインマスクが圧電板の振動腕部上に形成された励振電極に接触して励振電極が短絡することを防止できる。これにより、重り金属膜を除去するために圧電板上に第1マスクが配置された状態であっても、励振電極に電圧を印加して振動腕部を振動させることが可能となり、圧電振動片の周波数の測定を行うことができる。したがって、圧電振動片の周波数の測定を行う際に第1マスクを圧電板から退避させる必要がなくなり、製造効率の向上を図ることができるとともに、周波数を高精度に調整でき、振動特性に優れた圧電振動片を製造できる。 According to the present invention, the main mask can be disposed on the piezoelectric plate through the submask formed of an insulating material in the trimming process. For this reason, when the main mask is formed of a metal material, the main mask can be prevented from coming into contact with the excitation electrode formed on the vibrating arm portion of the piezoelectric plate and the excitation electrode being short-circuited. Accordingly, even when the first mask is disposed on the piezoelectric plate in order to remove the weight metal film, it is possible to apply a voltage to the excitation electrode to vibrate the vibrating arm portion, Can be measured. Accordingly, when the frequency of the piezoelectric vibrating piece is measured, it is not necessary to retract the first mask from the piezoelectric plate, the manufacturing efficiency can be improved, the frequency can be adjusted with high accuracy, and the vibration characteristics are excellent. A piezoelectric vibrating piece can be manufactured.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(圧電振動子)
図1は、本発明の実施形態に係る圧電振動子の外観斜視図である。図2は、封口板を取り外した状態を示す圧電振動子の平面図である。図3は、図2のIII−III線に相当する部分における断面図である。図4は、実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
図1から図4に示すように、圧電振動子1は、いわゆるセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子であって、内部に気密封止されたキャビティCを有するパッケージ2と、キャビティC内に収容された圧電振動片3と、を備えている。なお、圧電振動子1は、直方体状を呈している。したがって、本実施形態では平面視において圧電振動子1の長手方向を長手方向Lといい、短手方向を幅方向Wといい、これら長手方向Lおよび幅方向Wに対して直交する方向を厚さ方向Tという。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Piezoelectric vibrator)
FIG. 1 is an external perspective view of a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the piezoelectric vibrator showing a state where the sealing plate is removed. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a line III-III in FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator according to the embodiment.
As shown in FIGS. 1 to 4, the
パッケージ2は、パッケージ本体5と、パッケージ本体5に対して接合されるとともに、パッケージ本体5との間にキャビティCを形成する封口板6と、を備えている。
パッケージ本体5は、互いに重ね合わされた状態で接合された第1ベース基板10および第2ベース基板11と、第2ベース基板11上に接合されたシールリング12と、を備えている。
The
The package
第1ベース基板10は、厚さ方向Tから見た平面視で長方形状を呈するセラミックス製の基板である。第1ベース基板10の下面には、一対の外部電極21A,21Bが長手方向Lに間隔をあけて形成されている。外部電極21A,21Bは、例えば蒸着やスパッタリング等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜により構成されている。
The
第2ベース基板11は、平面視外形が第1ベース基板10と同形状を呈するセラミックス製の基板であって、第1ベース基板10上に重ねられた状態で焼結等によって一体的に接合されている。
なお、各ベース基板10,11に用いられるセラミックス材料としては、例えばアルミナ製のHTCC(High Temperature Co−Fired Ceramic)や、ガラスセラミックス製のLTCC(Low Temperature Co−Fired Ceramic)等を用いることが可能である。また、第2ベース基板11の上面は、圧電振動片3がマウントされる実装面とされている。
The
In addition, as a ceramic material used for each
図2から図4に示すように、第2ベース基板11には、第2ベース基板11を厚さ方向Tに貫通する貫通部11aが形成されている。貫通部11aは、平面視で長方形状を呈し、その四隅が丸みを帯びている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
第2ベース基板11の上面には、圧電振動片3との接続電極である一対の電極パッド20A,20Bが形成されている。電極パッド20A,20Bは、上述した外部電極21A,21Bと同様に、例えば蒸着やスパッタリング等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜により構成されている。電極パッド20A,20Bおよび外部電極21A,21Bは、各ベース基板10,11を厚さ方向Tで貫通する貫通配線22A,22Bを介して互いにそれぞれ導通している。
On the upper surface of the
各ベース基板10,11の四隅には、平面視1/4円弧状の切欠部15が、両ベース基板10,11の厚さ方向Tの全体に亘って形成されている。各ベース基板10,11は、例えばウエハ状のセラミックス基板を2枚重ねて接合した後、両セラミックス基板を貫通する複数のスルーホールを行列状に形成し、各スルーホールを基準としながら両セラミックス基板を格子状に切断することで作製される。その際、スルーホールが4分割されることで、上述した切欠部15が構成される。
At the four corners of each
シールリング12は、各ベース基板10,11の外形よりも一回り小さい導電性の枠状部材であって、第2ベース基板11の上面に接合されている。具体的に、シールリング12は、銀ロウ等のロウ材やはんだ材等による焼付けによって第2ベース基板11上に接合、または第2ベース基板11上に形成された金属接合層に対する溶着等によって接合されている。シールリング12は、第2ベース基板11の貫通部11aの内側面とともにキャビティCの側壁を構成する。
The
シールリング12の材料としては、例えばニッケル基合金等が挙げられ、具体的にはコバール、エリンバー、インバー、42−アロイ等から選択すれば良い。特に、シールリング12の材料としては、セラミックス製とされている各ベース基板10,11に対して熱膨張係数が近いものを選択することが好ましい。例えば、ベース基板10,11として熱膨張係数6.8×10-6/℃のアルミナを用いる場合には、シールリング12として熱膨張係数5.2×10-6/℃のコバールや、熱膨張係数4.5〜6.5×10-6/℃の42−アロイを用いることが好ましい。
Examples of the material of the
封口板6は、導電性基板からなり、シールリング12上に接合されてパッケージ本体5内を気密に封止している。そして、シールリング12、封口板6、および各ベース基板10,11により画成された空間は、気密封止されたキャビティCを構成する。
The sealing
(圧電振動片)
図5は、圧電振動片の平面図である。図6は、圧電振動片の底面図である。
図5および図6に示すように、圧電振動片3は、圧電板30と、圧電板30上に形成された励振電極41,42、マウント電極43,44、引出電極45,46および重り金属膜50と、を備えている。なお、圧電振動子1の長手方向L、幅方向Wおよび厚さ方向Tは、圧電振動片3の長手方向、幅方向および厚さ方向それぞれと一致している。
(Piezoelectric vibrating piece)
FIG. 5 is a plan view of the piezoelectric vibrating piece. FIG. 6 is a bottom view of the piezoelectric vibrating piece.
As shown in FIGS. 5 and 6, the piezoelectric vibrating
圧電板30は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料により形成されている。圧電板30は、平行に配置された一対の振動腕部31,32と、一対の振動腕部31,32の基端部を一体的に固定する基部33と、を有している。
振動腕部31,32は、基部33から長手方向Lに沿って延設されるとともに、幅方向Wに並んで配置されている。一対の振動腕部31,32の両主面上には、厚さ方向Tに窪むとともに、長手方向Lに沿って延びる溝部37がそれぞれ形成されている。これら溝部37は、長手方向Lにおいて振動腕部31,32の基端部から中間付近に至る間に形成されている。
The
The vibrating
各励振電極41,42は、電圧が印加されることで一対の振動腕部31,32を互いに接近・離間する方向に所定の周波数で振動させる電極である。各励振電極41,42は、一対の振動腕部31,32の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。
具体的には、一方の振動腕部31の溝部37上と、他方の振動腕部32の両側面上と、に第1励振電極41が主に形成されている。また、一方の振動腕部31の両側面上と、他方の振動腕部32の溝部37上と、に第2励振電極42が主に形成されている。
The
Specifically, the
さらに、第1励振電極41および第2励振電極42は、基部33の両主面上において、それぞれ引出電極45,46を介して、基部33の両主面上に形成されたマウント電極43,44に電気的に接続されている。圧電振動片3は、マウント電極43,44を介して電圧が印加されるようになっている。
Further, the
また、図5に示すように、一対の振動腕部31,32の先端部上には、振動腕部31,32の周波数調整用の重り金属膜50が形成されている。重り金属膜50は、圧電板30の第1主面上に形成されている。重り金属膜50は、各振動腕部31,32の先端部における質量を増加させ、各振動腕部31,32の長さの短縮に伴う周波数の上昇を抑制する。なお、重り金属膜50は、例えばAuやAg等からなり、厚さが1〜10μm程度になっている。
As shown in FIG. 5, a
図7は、図5のVII−VII線に沿う断面図である。
ここで、各重り金属膜50の先端部には、厚さ方向Tに窪む凹部51が形成されている。凹部51は、後述する周波数粗調整工程において、重り金属膜50がイオンミリングで部分的に除去(トリミング)されることにより形成される。本実施形態の凹部51は、重り金属膜50を幅方向Wの両側および長手方向Lの先端側に向けて開放される一方、厚さ方向Tには貫通していない。なお、図7に示す例では、長手方向Lに沿う縦断面視において、凹部51は、先端部が長手方向Lに沿って延びる直線状とされ、基端部が振動腕部31,32の基端側に向かうに従い深さが浅くなる曲線状とされている。
7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
Here, a
図2から図4に示すように、上述した圧電振動片3は、気密封止されたパッケージ2のキャビティC内に収容されている。具体的に、圧電振動片3は、キャビティC内において、各マウント電極43,44(図5および図6参照)がパッケージ2に形成された各電極パッド20A,20B上にそれぞれ導電性接着剤を介して実装されている。これにより、キャビティC内において、圧電振動片3が各ベース基板10,11から浮いた状態で支持されるとともに、導電性接着剤を介してマウント電極43,44および電極パッド20A,20B間が接続される。なお、上述した導電性接合材として、導電性接着剤の代わりに金属バンプを使用することも可能である。導電性接着剤と金属バンプの共通点は、接合初期の段階において流動性を持ち、接合後期の段階において固化して接合強度を発現する性質を有する導電性接合材ということである。
As shown in FIGS. 2 to 4, the piezoelectric vibrating
このように構成された圧電振動子1を作動させるには、外部電極21A,21Bに所定の電圧を印加する。すると、図5および図6に示す各励振電極41,42に電流が流れ、各励振電極41,42間に電界が発生する。各振動腕部31,32は、各励振電極41,42間に発生する電界による逆圧電効果によって例えば互いに接近・離間する方向(幅方向W)に所定の共振周波数で振動する。そして、各振動腕部31,32の振動は、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等に用いられる。
In order to operate the
(圧電振動子の製造方法)
次に、本実施形態の圧電振動子1の製造方法について説明する。なお、以下の説明における各構成部品の符号については、図1から図7を参照されたい。
まず、圧電振動片3を作成する。具体的には、フォトリソグラフィ技術によってウエハ60(図8参照)の両面に、圧電振動片3(圧電板30)の図示しない外形パターンを形成する。このとき、ウエハ60上に複数の外形パターンを形成する(外形形成工程)。次いで、外形パターンをマスクとして、ウエハ60の両面をそれぞれエッチング加工する。これにより、外形パターンでマスクされていない領域を選択的に除去して、圧電板30の外形形状が形成される。なお、この状態で各圧電板30は、連結部61(図8参照)を介してウエハ60に連結された状態となっている。
(Piezoelectric vibrator manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the
First, the piezoelectric vibrating
次に、各振動腕部31,32に対してエッチング加工を施し、各振動腕部31,32の両主面に溝部37を形成する(溝部形成工程)。
続いて、複数の圧電振動片3の外表面上に電極膜をパターニングして、励振電極41,42、マウント電極43,44および引出電極45,46をそれぞれ形成する(電極形成工程)。具体的には、複数の圧電振動片3の外表面に、蒸着やスパッタリング等により電極膜を成膜し、その後電極膜にエッチング加工を施すことにより形成する。
そして、振動腕部31,32の先端部の表面に周波数調整用の重り金属膜50を形成する(重り金属膜形成工程)。なお、電極形成工程と重り金属膜形成工程とを一括で行っても構わない。
Next, the respective vibrating
Subsequently, the electrode films are patterned on the outer surfaces of the plurality of piezoelectric vibrating
Then, a
図8から図10は、周波数粗調整工程を説明するための工程図であって、図8は圧電振動片が形成されたウエハの部分平面図であり、図9は圧電振動片が形成されたウエハの部分底面図であり、図10は図8のX−X線に相当する部分における断面図である。
次に、図8から図10に示すように、ウエハ60に形成された各圧電振動片3に対して共振周波数を粗調整する周波数粗調整工程を行う。本実施形態の周波数粗調整工程は、イオンミリングによって重り金属膜50を部分的に除去(トリミング)する。周波数粗調整工程は、マスク配置工程と、トリミング工程と、を備えている。
8 to 10 are process diagrams for explaining the frequency coarse adjustment process. FIG. 8 is a partial plan view of the wafer on which the piezoelectric vibrating piece is formed, and FIG. 9 is a view on which the piezoelectric vibrating piece is formed. FIG. 10 is a partial bottom view of the wafer, and FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion corresponding to line XX in FIG.
Next, as shown in FIGS. 8 to 10, a frequency coarse adjustment process is performed to coarsely adjust the resonance frequency for each piezoelectric vibrating
マスク配置工程では、ウエハ60の第1主面上に第1マスク71を配置するとともに、ウエハ60の第1主面とは反対側の第2主面上に第2マスク76を配置する。第1マスク71は、第1サブマスク72(サブマスク)と、第1メインマスク73(メインマスク)と、を含んでいる。第2マスク76は、第2サブマスク77と、第2メインマスク78と、を含んでいる。マスク配置工程は、各サブマスク72,77を配置するサブマスク配置工程と、各メインマスク73,78を配置するメインマスク配置工程と、を備えている。
In the mask arrangement step, the
サブマスク配置工程では、フォトリソグラフィ技術によって図示しないフォトレジスト膜をパターニングすることで、圧電板30上に各サブマスク72,77を配置する。各フォトレジスト膜は、感光性のポリイミド等の樹脂材料により形成されている。各サブマスク72,77は、少なくとも振動腕部31,32の表面を避けた領域に配置される。本実施形態において、各サブマスク72,77は、基部33の表面を被覆するようにパターニングされて配置されている。厚さ方向Tにおいて、第1サブマスク72の外側の面は、重り金属膜50の外側の端面よりも外側に位置するように形成されている。第2サブマスク77には、マウント電極43,44(電極膜)を露出させる開口部77a(避け部)が形成されている。
なお、各サブマスク72,77は、それぞれが基部33の各主面上にのみ配置されてもよいし、各サブマスク72,77が一体となって基部33の側面を含む表面全体に配置されてもよい。また、各サブマスク72,77は、基部33から連結部61上に亘って配置されてもよい。
In the submask placement step, the
Each of the
メインマスク配置工程では、例えばSUSやチタン等により形成された各メインマスク73,78を圧電板30上に配置する。具体的に、メインマスク配置工程では、まず図示しないチャンバ内の治具に、各サブマスク72,77が配置されたウエハ60をセットする。続いて、第1メインマスク73を、ウエハ60上の第1サブマスク72に対して圧電板30とは反対側に配置する。このとき、第1メインマスク73は、第1サブマスク72に対して重ねて配置されてもよいし、第1サブマスク72に対して隙間をあけて配置されてもよい。第1メインマスク73は、ウエハ60を第1主面側から覆っている。第1メインマスク73には、重り金属膜50のうちトリミングすべき領域(以下、トリミング領域Rという)に対応する部分に開口部73aが形成されている。開口部73aは、ウエハ60上で幅方向Wに並んだ各圧電振動片3のうち重り金属膜50のトリミング領域Rに対応する部分をまとめて露出させている。本実施形態では、重り金属膜50のうち、基端部が第1メインマスク73により覆われ、先端部がトリミング領域Rとして開口部73aを通して露出している。
In the main mask arrangement process, the
また、第2メインマスク78を、ウエハ60上の第2サブマスク77に対して圧電板30とは反対側に配置する。このとき、第2メインマスク78は、第2サブマスク77に対して重ねて配置されてもよいし、第2サブマスク77に対して隙間をあけて配置されてもよい。第2メインマスク78は、ウエハ60を第2主面側から覆っている。第2メインマスク78のうち、第2サブマスク77の開口部77aに対応する位置には、開口部78a(避け部)が形成されている。したがって、第2マスク76(第2サブマスク77および第2メインマスク78)は、開口部77a,78aを通してマウント電極43,44を露出させている。
The second
続いて、チャンバ内にセットされたウエハ60に対してイオンミリングを行う(トリミング工程)。具体的には、チャンバ内を減圧するとともに、チャンバ内にアルゴン等のプロセスガスを導入する。この状態で加速電圧を印加すると、イオン化したプロセスガスが第1メインマスク73の開口部73aを通して重り金属膜50のトリミング領域Rに衝突する。これにより、トリミング領域Rの重り金属膜50が表層部分から弾き飛ばされ、重り金属膜50に上述した凹部51が形成される。そして、重り金属膜50がトリミングされ、振動腕部31,32の質量が変化することで振動腕部31,32の周波数(圧電振動片3の周波数)が変化する。なお、トリミング工程でのトリミング量は、予めウエハ60に形成された全ての圧電振動片3の周波数を測定し、測定された周波数と予め定められた目標周波数との差に応じて決定する。この場合、トリミング量は、重り金属膜50が厚さ方向Tで貫通しない深さに設定される。また、トリミング領域Rから弾き飛ばされた重り金属膜50の粒子は、主に第1メインマスク73の開口部73aを通してウエハ60から離脱する。
Subsequently, ion milling is performed on the
続いて、振動腕部31,32の振動の周波数を測定する測定器を用いて、振動腕部31,32の振動の周波数を再測定する(測定工程)。具体的には、測定器の一対のプローブを、第2マスク76の開口部77a,78a内に挿入し、マウント電極43,44に押し当てる。これにより、ウエハ60上に第1マスク71および第2マスク76を配置した状態で、測定器のプローブとマウント電極43,44とを電気的に接続させることができる。この状態で、マウント電極43,44を介して励振電極41,42に電圧を印加して振動腕部31,32を振動させて、振動の周波数を測定する。
Subsequently, the frequency of vibration of the vibrating
測定工程の後、ウエハ60の連結部61を切断して各圧電振動片3をウエハ60から切り離す個片化工程を行う。これにより、1枚のウエハ60から、圧電振動片3を一度に複数製造することができる。
After the measurement process, a singulation process is performed in which the connecting
次に、パッケージ本体5の電極パッド20A,20B上に導電性接着剤を塗布した後、各導電性接着剤に圧電振動片3の基部33を載置する。その後、圧電振動片3が載置されたパッケージ本体5をベークし、導電性接着剤を乾燥させる。これにより、圧電振動片3がパッケージ本体5に実装される。
Next, after applying a conductive adhesive on the
続いて、パッケージ本体5に実装された圧電振動片3に対して共振周波数を微調整する周波数微調整工程を行う。本実施形態の周波数微調整工程は、イオンミリングやレーザビームの照射により重り金属膜50をトリミングする。このとき、周波数微調整工程では、周波数粗調整工程に比べて、例えば単位時間当たりの重り金属膜50のトリミング量を小さく設定する。これにより、圧電振動片3の周波数を、公称周波数の所定範囲内に収まるように微調整することができる。周波数微調整工程でのトリミング量は、測定工程において測定された周波数と予め定められた目標周波数との差に応じて決定する。この場合、トリミング量は、重り金属膜50が厚さ方向Tで貫通しない深さに設定される。
Subsequently, a frequency fine adjustment process for finely adjusting the resonance frequency is performed on the piezoelectric vibrating
その後、パッケージ本体5のシールリング12に封口板6を接合し、パッケージ本体5を封止して、パッケージ2とする。なお、封口板6の接合方法としては、例えばローラ電極を接触させることによるシーム溶接や、レーザ溶接、超音波溶接等が挙げられる。また、封口板6とシールリング12との溶接をより確実なものとするため、互いになじみの良いニッケルや金等の接合層を、少なくとも封口板6の下面と、シールリング12の上面とにそれぞれ形成することが好ましい。
以上により、本実施形態の圧電振動子1が完成する。
Thereafter, the sealing
Thus, the
このように、本実施形態によれば、トリミング工程において絶縁材料により形成された第1サブマスク72を介して第1メインマスク73を圧電板30上に配置できる。このため、第1メインマスク73が金属材料により形成される場合に、第1メインマスク73が圧電板30の振動腕部31,32上に形成された励振電極41,42に接触して励振電極41,42が短絡することを防止できる。これにより、重り金属膜50を除去するために圧電板30上に第1マスク71が配置された状態であっても、励振電極41,42に電圧を印加して振動腕部31,32を振動させることが可能となり、圧電振動片3の周波数の測定を行うことができる。したがって、圧電振動片3の周波数の測定を行う際に第1マスク71を圧電板30から退避させる必要がなくなり、製造効率の向上を図ることができるとともに、周波数を高精度に調整でき、振動特性に優れた圧電振動片3を製造できる。
Thus, according to the present embodiment, the first
また、トリミング工程では、第2マスク76が圧電板30を挟んで第1マスク71とは反対側に配置されるので、イオンミリングにより弾き飛ばされた重り金属膜50の粒子が、圧電板30を挟んで第1マスク71とは反対側に回り込んで圧電板30に再付着することを防止できる。
さらに、第2マスク76には、励振電極41,42に接続されたマウント電極43,44を露出させる開口部77a,78aが設けられているため、第1マスク71および第2マスク76が圧電板30上に配置された状態で、測定器のプローブ等をマウント電極43,44に接触させて励振電極41,42と導通させることができる。これにより、圧電振動片3の周波数の測定を行う際に、第1マスク71および第2マスク76を圧電板30から退避させる必要がなくなり、製造効率の低下を防止できる。
In the trimming step, the
Further, since the
また、第2マスク76に開口部77a,78aを設けることで、仮に第1マスクに開口部を設ける場合に比べて開口部を通した圧電板30への金属膜の粒子の再付着を抑制できるとともに、開口部のレイアウト性を向上できる。
また、各サブマスク72,77は、振動腕部31,32の表面を避けた領域に配置されるため、各サブマスク72,77が振動腕部31,32に接触することにより振動腕部31,32の振動を阻害することを防止できる。
Further, by providing the
In addition, since each of the sub masks 72 and 77 is disposed in a region avoiding the surface of the vibrating
なお、測定工程の後、周波数微調整工程の前に再度トリミング工程を行っても構わない。この場合、本実施形態では、第1マスク71を配置したまま測定工程を行うことができるので、測定工程における測定結果に応じて、例えば第1マスク71を配置したまま再度トリミング工程を行う等により、製造効率の低下を防止しつつ、より高精度に圧電振動片3の周波数を調整することができる。
Note that the trimming step may be performed again after the measurement step and before the frequency fine adjustment step. In this case, in this embodiment, since the measurement process can be performed with the
また、上記実施形態では、トリミング工程での重り金属膜50のトリミング量を、予め圧電振動片3の周波数を測定した上で決定していた。しかしながらこれに限定されず、トリミング工程は、圧電振動片3の周波数を測定しながら行ってもよい。この方法によれば、圧電振動片3の周波数を測定しながら重り金属膜50を除去できるので、圧電振動片3の周波数を所望の周波数に対してより高精度に調整することができる。
In the above embodiment, the trimming amount of the
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、第2マスク76の開口部77a,78aは、マウント電極43,44を露出させているが、これに限定されず、引出電極45,46を露出させてもよい。また、連結部61上にマウント電極43,44と電気的に接続された電極を形成し、第2マスク76の開口部77a,78aを通して前記電極を露出させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、第1サブマスク72と第1メインマスク73とが別体で形成されているが、これに限定されず、第1サブマスクと第1メインマスクとが一体に形成されていてもよい。この場合には、第1サブマスクを第1メインマスク上にフォトリソグラフィ技術等によって形成し、マスク配置工程においてこれら第1サブマスクおよび第1メインマスクが一体化した第1マスクをウエハ60上に配置する。第2マスク76についても同様である。
Moreover, in the said embodiment, although the 1st submask 72 and the 1st
また、上記実施形態では、周波数粗調整工程において、イオンミリングによって重り金属膜50を除去しているが、これに限定されず、レーザビーム等によって重り金属膜50を除去してもよい。
また、上記実施形態の周波数微調整工程において、周波数粗調整工程と同様に、第1マスク71を用いて重り金属膜50を除去してもよい。この場合には、圧電振動片3がパッケージ本体5に実装された状態となっているため、上述のように第1サブマスクおよび第1メインマスクが一体化した第1マスクを用いることが望ましい。
また、第2マスクを樹脂材料からなる薄板により形成してもよい。
In the above embodiment, the
In the fine frequency adjustment process of the above embodiment, the
Further, the second mask may be formed of a thin plate made of a resin material.
また、上記実施形態では、圧電振動片として、いわゆる音叉型の振動片を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。圧電振動片は、基部から延びる一対の支持腕部が一対の振動腕部の幅方向Wの両側に配置された、いわゆるサイドアーム型の振動片や、基部から延びる1つの支持腕部が一対の振動腕部の間に配置された、いわゆるセンターアーム型の振動片であってもよい。 In the above embodiment, a so-called tuning fork type vibration piece is described as an example of the piezoelectric vibration piece. However, the present invention is not limited to this. The piezoelectric vibrating piece includes a pair of supporting arm portions extending from the base portion on both sides in the width direction W of the pair of vibrating arm portions, a so-called side arm type vibrating piece, and a pair of supporting arm portions extending from the base portion. A so-called center arm type vibration piece arranged between the vibrating arm portions may be used.
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with known components without departing from the spirit of the present invention.
3…圧電振動片 30…圧電板 31,32…振動腕部 41,42…励振電極 43,44…マウント電極(電極膜) 50…重り金属膜 71…第1マスク 72…第1サブマスク(サブマスク) 73…第1メインマスク(メインマスク) 73a…開口部 76…第2マスク 77a,78a…開口部(避け部)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記圧電板のうち前記重り金属膜の形成領域に対応する部分に開口部を有する第1マスクを用い、前記開口部を通して前記重り金属膜を除去するトリミング工程を有し、
前記第1マスクは、
絶縁材料により形成され、前記圧電板上に配置されるサブマスクと、
前記サブマスクに対して前記圧電板とは反対側に配置されたメインマスクと、
を有する、
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 A piezoelectric plate having a pair of vibrating arms, formed on the pair of vibrating arms, an excitation electrode that vibrates the vibrating arms when a voltage is applied, and formed on the pair of vibrating arms A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece provided with a weight metal film for frequency adjustment,
A trimming step of removing the weight metal film through the opening using a first mask having an opening in a portion corresponding to the weight metal film forming region of the piezoelectric plate;
The first mask is
A submask formed of an insulating material and disposed on the piezoelectric plate;
A main mask disposed on the opposite side of the piezoelectric plate from the sub mask;
Having
A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
前記第2マスクは、前記励振電極に接続された電極膜を露出させる避け部を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片の製造方法。 In the trimming step, ion milling is performed on the weight metal film in a state where the second mask is disposed on the side opposite to the first mask side with the piezoelectric plate interposed therebetween,
The second mask has an avoiding portion that exposes an electrode film connected to the excitation electrode.
The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧電振動片の製造方法。 After the trimming step, the measuring step of measuring the frequency of vibration of the pair of vibrating arms,
The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電振動片の製造方法。 The trimming step is performed while measuring the frequency of the pair of vibrating arms.
The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 3, wherein
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