JP2019186845A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属膜の表面に電着膜を形成する工程において、電着膜の厚みが均一にならない課題がある。【解決手段】圧電振動子が形成された圧電基板を用意する工程と、圧電振動子が形成された圧電基板の表面に金属膜を形成する工程と、金属膜の表面に第１の電着膜を形成する工程と、第１の電着膜を硬化させる工程と、第１の電着膜が少なくとも金属膜の外縁上に残るように第１の電着膜を除去する工程と、金属膜の外縁上に残っている第１の電着膜の表面と第１の電着膜が除去された金属膜の表面とに第２の電着膜を形成する工程と、第２の電着膜を硬化させる工程と、を有する圧電振動子の製造方法とする。【選択図】図６

Description

本発明は、圧電振動子の製造方法に関する。

圧電振動子への電極膜形成において、リフトオフ方法よりも電極膜形成工程を簡略できる電着膜形成方法が増えている。

電着の原理は電解メッキと同じで、導体物をマイナス電極とし、導体物を電着レジスト液中に浸漬させて導体物に電流が流れることで導体物の表面に電着膜が堆積する。電着レジストの感光成分は絶縁物であるため、所定の電着膜が堆積すると必然的に導体物の表面に電流が流れなくなり電着が完了する。

フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、圧電基板に形成された音叉型圧電振動子と、圧電基板から音叉型圧電振動子の脚に励振電極を形成する工程について説明する。

図１は、圧電基板１０の上面図である。圧電基板１０は、音叉型圧電振動子１と、音叉型圧電振動子１を保持するための枠部４と、音叉型圧電振動子１と枠部４とを連結するための連結部５とで構成されている。音叉型圧電振動子１は、基部２と第１の脚３ａと第２の脚３ｂとを有し、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとは基部２の一端から突出した状態で並設している。音叉型圧電振動子１には、基部２の表面に形成された端子電極６と、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとの表面に形成された励振電極７と、前述した端子電極６と励振電極７とを接続する引回し電極８とが形成されている。

図２（ａ）〜（ｆ）、図３（ａ）〜（ｅ）は、圧電基板から音叉型圧電振動子１の脚に励振電極７を形成する工程の断面図である。

図２（ａ）は、圧電基板１０の断面図である。

図２（ｂ）に示すように、圧電基板１０に蒸着またはスパッタリングによって、第１の金属膜１１と第２の金属膜１２を形成する。第１の金属膜１１は下地層である。第２の金属膜１２は表面層である。下地層の金属膜としてクロム（Ｃｒ）膜を２００Å程度形成し、表面層の金属膜として金（Ａｕ）を１２５０Å程度形成する。

圧電基板１０に形成された第２の金属膜１２の表面層上にスプレーコート法などによってレジストを塗布し、図２（ｃ）に示すように、第２の金属膜１２の表面層上に第１のレジスト層１３と第２のレジスト層１４とを形成する。

圧電基板１０の第１のレジスト層１３と第２のレジスト層１４とに音叉型圧電振動子の外形を有するフォトマスクを用いてレジストパターンを露光後、現像し不要なレジスト層を除去し、図２（ｄ）に示すように、圧電基板１０に第１のレジストパターン１５と第２のレジストパターン１６とを形成する。

図２（ｅ）に示すように、第１のレジストパターン１５と第２のレジストパターン１６との開口部に露出している第２の金属膜１２と第１の金属膜１１とをエッチングする。

金属膜をエッチングする溶液として、第２の金属膜の金（Ａｕ）はヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用い、第１の金属膜のクロム（Ｃｒ）は硝酸第２セリウムアンモニウム溶液を用いる。

圧電基板１０をエッチングすることにより、図２（ｆ）に示すように、音叉型圧電振動子１の第１の脚３ａと第２の脚３ｂとを形成する。

圧電基板１０をエッチングする溶液として、フッ化水素酸や、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液を用いる。

第１の脚３ａと第２の脚３ｂとに形成した、第１のレジストパターン１５と第２のレジストパターン１６と第２の金属膜１２と第１の金属膜１１とを除去し、図３（ａ）に示すように、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとの表面に蒸着またはスパッタリングによって、第３の金属膜１７と第４の金属膜１８を形成する。第３の金属膜１７は下地層である。第４の金属膜１８は表面層である。下地層の金属膜としてクロム（Ｃｒ）膜を４００Å程度形成し、表面層の金属膜として金（Ａｕ）を９００Å程度形成する。

圧電基板１０を電着レジスト液中に浸漬させて第１の脚３ａに形成された第４の金属膜１８と第２の脚３ｂに形成された第４の金属膜１８とに電流が流れることで、図３（ｂ）に示すように、第１の脚３ａに形成された第４の金属膜１８と第２の脚３ｂに形成された第４の金属膜１８との表面に電着膜１９をそれぞれ形成する。その後、圧電基板１０をベーキング炉に入れて電着膜１９を硬化させる。

第１の脚３ａに形成された電着膜１９と第２の脚３ｂに形成された電着膜１９とに電極パターンを有するフォトマスクを用いて電着膜パターンを露光後、現像し不要な電着膜を除去し、図３（ｃ）に示すように、電着膜パターン２０を形成する。

図３（ｄ）に示すように、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとに形成された電着膜パターン２０の開口部に露出している第４の金属膜１８と第３の金属膜１７をエッチングする。

金属膜をエッチングする溶液として、第４の金属膜の金（Ａｕ）はヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用い、第３の金属膜のクロム（Ｃｒ）は硝酸第２セリウムアンモニウム溶液を用いる。

最後に第１の脚の３ａと第２の脚３ｂとに形成された電着膜パターン２０を除去し、図３（ｅ）に示すように、音叉型圧電振動子１の第１の脚３ａと第２の脚３ｂとに励振電極７が形成される。

特許文献１における導電性を有する基板に設けられた貫通孔の内側表面に電着膜を形成する電着膜形成方法において、該貫通孔の内側表面に第１の電着膜を塗布する工程と、該第１の電着膜を未硬化の状態で該貫通孔の開口部周辺に形成された第１の電着膜を所定量を除去する工程と、該所定量を除去した第１の電着膜を硬化する工程と、該貫通孔の開口部周辺に第２の電着膜を塗布する工程と、該第２の電着膜を硬化させる工程を備えることが記載されている。

特開２００５−３６３０６号公報

しかしながら、圧電基板１０を電着レジスト液中に浸漬させて音叉型圧電振動片１の第１の脚３ａに形成された第４の金属膜１８と第２の脚３ｂに形成された第４の金属膜１８とに電流が流れることで第４の金属膜１８の表面に電着膜を形成する工程において、第１の脚３ａに形成された第４の金属膜１８の外縁上と第２の脚３ｂに形成された第４の金属膜１８の外縁上とに電流は集中し電流密度が大きくなる。外縁上の電流密度が大きいと、図４に示すように、それぞれの脚に形成された第４の金属膜１８の外縁上に形成される電着膜１９ａは、外縁上を除く第４の金属膜１８の表面に形成される電着膜１９ｂよりも電着膜の厚みが厚く、第４の金属膜１８に形成される電着膜１９ａ、１９ｂは断面視で略すり鉢状で電着膜の厚みは均一ではないため、電着膜（１９ａ、１９ｂ）を露光後、現像したあとの電着膜パターン精度が悪い課題があった。

本発明は、上記課題を解決し、電着膜の厚みが均一な圧電振動子の製造方法を提供することにある。

圧電振動子が形成された圧電基板を用意する工程と、圧電振動子が形成された圧電基板の表面に金属膜を形成する工程と、金属膜の表面に第１の電着膜を形成する工程と、第１の電着膜を硬化させる工程と、第１の電着膜が少なくとも金属膜の外縁上に残るように第１の電着膜を除去する工程と、金属膜の外縁上に残っている第１の電着膜の表面と第１の電着膜が除去された金属膜の表面とに第２の電着膜を形成する工程と、第２の電着膜を硬化させる工程と、を有する圧電振動子の製造方法とする。

これにより、第１の電着膜と第１の電着膜の表面に形成された第２の電着膜とを足し合わせた電着膜の厚みは、金属膜の表面に形成された第２の電着膜の厚みと等しく、電着膜の厚みが均一な圧電振動子の製造方法を提供できる。

第１の電着膜を除去する工程において、第１の電着膜は金属膜の外縁上のみに残る圧電振動子の製造方法とする。

これにより、外縁上を除く第２の金属膜の表面には第１の電着膜が残っていないため、外縁上を除く第２の金属膜の表面の電流密度は均一になり、外縁上に残っている第１の電着膜と第１の電着膜の表面に形成された第２の電着膜とを足し合わせた電着膜の厚みは、金属膜の表面に形成された第２の電着膜の厚みと等しくなる。

金属膜の外縁上に残る第１の電着膜の膜厚を３μｍとする圧電振動子の製造方法とする。

また、金属膜の外縁上に残る第１の電着膜の膜厚を３μｍにすることにより、第１の電着膜が導電性を有する。

本発明によれば、第１の電着膜と第１の電着膜の表面に形成された第２の電着膜とを足し合わせた電着膜の厚みは、金属膜の表面に形成された第２の電着膜の厚みと等しく、電着膜の厚みを均一にできるる。

音叉型圧電振動子が形成された圧電基板の上面図。 音叉型圧電振動子の脚に励振電極を形成する工程の断面図。 音叉型圧電振動子の脚に励振電極を形成する工程の断面図。 音叉型圧電振動子の脚に電着膜を形成した断面図。 音叉型圧電振動子の外形を形成した圧電基板の上面図。 本発明の音叉型圧電振動子の脚に励振電極を形成する工程の断面図。

本実施例では、水晶からなる音叉型圧電振動子の製造方法において、音叉型圧電振動子の脚に励振電極を形成する例で説明する。なお本発明の範囲は以下の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

音叉型圧電振動子は、振動モードが屈曲振動であり小型化に適している。

図５は、圧電基板３０をエッチングして音叉型圧電振動子３１の外形を形成した圧電基板３０の上面図である。圧電基板３０は、音叉型圧電振動子３１と、音叉型圧電振動子３１を保持するための枠部３４と、音叉型圧電振動子３１と枠部３４とを連結するための連結部３５とで構成されている。音叉型圧電振動子３１は、基部３２と第１の脚３ａと第２の脚３ｂとを有し、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとは基部３２の一端から突出した状態で並設している。なお、圧電基板３０の外形寸法は、約４０ｍｍ×５０ｍｍである。また、音叉型圧電振動子３１の外形寸法は、全長＝約２２００μｍ、第１の脚３ａと第２の脚３ｂの脚長さ＝約１７００μｍ、第１の脚３ａと第２の脚３ｂの脚幅＝約１２０μｍ、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとの隙間＝約８０μｍ、厚み＝約１００μｍである。

次に、圧電基板３０の表面及び圧電基板３０に形成された音叉型圧電振動子３１の表面に、蒸着またはスパッタリングによって、第３の金属膜３６と第４の金属膜３７を形成する。第３の金属膜３６は下地層である。第４の金属膜３７は表面層である。下地層の金属膜としてクロム（Ｃｒ）膜を４００Å程度形成し、表面層の金属膜として金（Ａｕ）を９００Å程度形成する。

次に、圧電基板３０を電着レジスト液中に浸漬させて音叉型圧電振動子３１の表面に形成された第４の金属膜３７に電流が流れることで、第１の脚３ａに形成された第４の金属膜３７の表面と第２の脚３ｂに形成された第４の金属膜３７の表面とに第１の電着膜（３８ａ、３８ｂ）をそれぞれ形成する。なお、電着レジスト液は、ローム・アンド・ハース電子材料株式会社のＰＥＰＲ２４００を使用した。電着条件は電圧を５０Ｖに設定して第１の電着膜（３８ａ、３８ｂ）を形成した。第１の電着膜（３８ａ、３８ｂ）が形成された圧電基板３０はベーキング炉に入れて第１の電着膜（３８ａ、３８ｂ）を硬化させる。

図６（ａ）に示すように、第１の脚３ａに形成された第４の金属膜３７の外縁上と第２の脚３ｂに形成された第４の金属膜３７の外縁上とに形成される第１の電着膜３８ａの厚みは、外縁上を除く第４の金属膜３７の表面に形成される第１の電着膜３８ｂの厚みと比べ電着膜の厚みが厚い。外縁上に第１の電着膜３８ａが厚くつく理由は、外縁上は電着膜を形成するときの電流が集中するためである。

ここで、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとに形成された第４の金属膜３７の外縁上について定義する。それぞれの脚は、互いに対向する第１主面と第２主面と前記第１主面と前記第２主面とを接続する第１側面と第２側面とで構成されている。それぞれの脚に形成された第４の金属膜３７のうち、それぞれの脚のエッジ部近傍の第４の金属膜３７を、第４の金属膜３７の外縁上とする。

次に、第１の電着膜３８ａ、３８ｂを形成した圧電基板３０を、液温５５℃の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬させると第１の電着膜３８ａ、３８ｂの除去が始まる。第１の電着膜３８ａが少なくとも第４の金属膜３７の外縁上に残るよう剥離を行う。

図６（ｂ）に示すように、第４の金属膜３７の外縁上に第１の電着膜３８ａ（厚み約３μｍ）と外縁上を除く第４の金属膜３７の表面に第１の電着膜３８ｂ（厚み約０．５μｍ）が残っている。なお、外縁上を除く第４の金属膜３７の表面に第１の電着膜３８ｂは残らなくてもよい。第１の電着膜３８ａ、３８ｂの一部を除去すると、電着膜の厚みが薄くなることにより第１の電着膜３８ａ、３８ｂは導電性を有する。第１の電着膜３８a、３８ｂは、狙いの電着膜の厚み（５μｍ）に対して４０〜９０％除去するとよい。

次に、第１の電着膜３８ａが少なくとも第４の金属膜３７の外縁上に残っている圧電基板３０を、電着レジスト液中に浸漬させて第４の金属膜３７の外縁上に残っている第１の電着膜３８ａの表面と外縁上を除く第４の金属膜３７の表面に残っている第１の電着膜３８ｂの表面及び第１の電着膜３８ｂが除去された第４の金属膜３７の表面とに電流が流れることで第２の電着膜３８ｃを形成する。

図６（ｃ）に示すように、第１の電着膜３８ａ、３８ｂの表面と第１の電着膜３８ｂが除去された第４の金属膜３７の表面とに第２の電着膜３８ｃをそれぞれ形成する。第１の電着膜３８ａ、３８ｂの表面と第４の金属膜３７との表面とに第２の電着膜３８ｃをそれぞれ形成することにより、第１の電着膜３８ａ、３８ｂと第１の電着膜３８ａ、３８ｂの表面に形成された第２の電着膜３８ｃとを足し合わせた電着膜の厚みは、第４の金属膜３７の表面に形成された第２の電着膜３８ｃの厚みと等しく、電着膜の厚みが均一になる。これは、第４の金属膜３７の外縁上に電着膜３８ａが残っているため、電着膜を形成するときの電流が外縁上に集中しづらくなったためである。なお、電着レジスト液は、ローム・アンド・ハース電子材料株式会社のＰＥＰＲ２４００を使用した。電着条件は電圧を５０Ｖに設定して第２の電着膜３８ｃを形成した。

第２の電着膜３８ｃが形成された圧電基板３０をベーキング炉に入れて第２の電着膜３８ｃを硬化させる。次に、電極パターンを有するフォトマスクを用いて電着膜パターンを露光後、現像し不要な電着膜を除去し電着膜パターンを形成する。そして、電着膜パターンの開口部に露出している第４の金属膜３７と第３の金属膜３６をエッチングする。最後に電着膜パターンを除去することによって、図６（ｄ）に示すように、音叉型圧電振動子３１の第１の脚３ａと第２の脚３ｂとに励振電極７が形成される。

本実施例では、水晶からなる音叉型圧電振動子の製造方法において、音叉型圧電振動子の脚に励振電極を形成する例で説明したが、音叉型圧電振動子の脚に限定するものでなく、音叉型振動子の外形、厚みすべり圧電振動子の外形及び厚みすべり圧電振動子の表面に励振電極を形成する場合でも適用可能である。

１、３１ 音叉型圧電振動子
２、３２ 基部
３ａ 第１の脚
３ｂ 第２の脚
４、３４ 枠部
５、３５ 連結部
６ 端子電極
７ 励振電極
８ 引回し電極
１０、３０ 圧電基板
１１ 第１の金属膜
１２ 第２の金属膜
１３ 第１のレジスト層
１４ 第２のレジスト層
１５ 第１のレジストパターン
１６ 第２のレジストパターン
１７、３６ 第３の金属膜
１８、３７ 第４の金属膜
１９、１９ａ、１９ｂ 電着膜
２０ 電着膜パターン
３８ａ、３８ｂ 第１の電着膜
３８ｃ 第２の電着膜

Claims (3)

1. 圧電振動子が形成された圧電基板を用意する工程と、
   前記圧電振動子が形成された前記圧電基板の表面に金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜の表面に第１の電着膜を形成する工程と、
   前記第１の電着膜を硬化させる工程と、
   前記第１の電着膜が少なくとも前記金属膜の外縁上に残るように前記第１の電着膜を除去する工程と、
   前記金属膜の外縁上に残っている前記第１の電着膜の表面と前記第１の電着膜が除去された前記金属膜の表面とに第２の電着膜を形成する工程と、
   前記第２の電着膜を硬化させる工程と、を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 前記第１の電着膜を除去する工程において、前記第１の電着膜は前記金属膜の外縁上のみに残ることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
3. 前記金属膜の外縁上に残る前記第１の電着膜の膜厚を３μｍとすることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子の製造方法。

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