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