JP2973560B2 - 水晶振動子の加工方法 - Google Patents
水晶振動子の加工方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波特性に優れ、外
形が小さく、生産性に優れ、集積化も可能な水晶振動子
の構造とその加工方法に関する。
形が小さく、生産性に優れ、集積化も可能な水晶振動子
の構造とその加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】水晶振動子は、その高い安定性により、
情報通信に欠かせない重要なデバイスとして用いられて
いる。近年衛星通信や携帯電話などの発達にともない、
その高周波化、小型化が一つの大きな目標とされている
が、水晶振動子も例外ではない。
情報通信に欠かせない重要なデバイスとして用いられて
いる。近年衛星通信や携帯電話などの発達にともない、
その高周波化、小型化が一つの大きな目標とされている
が、水晶振動子も例外ではない。
【０００３】従来、水晶振動子の製造、加工方法は、水
晶板の切断、バレル研磨、エッチング、電極蒸着の工程
を行ない、水晶振動部を個々に製作し、それとは別に前
記水晶振動部を保持する保持部、前記水晶振動部と前記
保持部を密封するケースを加工し、これらを組み合わせ
るというものであった。
晶板の切断、バレル研磨、エッチング、電極蒸着の工程
を行ない、水晶振動部を個々に製作し、それとは別に前
記水晶振動部を保持する保持部、前記水晶振動部と前記
保持部を密封するケースを加工し、これらを組み合わせ
るというものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、共振周波数が
数十ＭＨｚ以上の共振周波数を得ようとすると、水晶振
動子の厚みを数十μｍあるいはそれ以下にする必要があ
り、従来のような機械的な方法では、水晶振動部の取り
扱いが困難になるので、共振周波数の高い水晶振動子
を、ばらつきを抑えて大量に生産することは困難であっ
た。
数十ＭＨｚ以上の共振周波数を得ようとすると、水晶振
動子の厚みを数十μｍあるいはそれ以下にする必要があ
り、従来のような機械的な方法では、水晶振動部の取り
扱いが困難になるので、共振周波数の高い水晶振動子
を、ばらつきを抑えて大量に生産することは困難であっ
た。
【０００５】また、さらに小型化を行おうとすると、水
晶振動部の大きさが数十μｍになり、もはや一つ一つの
振動部を個別に機械的に加工することはできなくなる。
晶振動部の大きさが数十μｍになり、もはや一つ一つの
振動部を個別に機械的に加工することはできなくなる。
【０００６】本発明は、上記のような問題を解消し、水
晶の厚さを薄くしても取り扱いが簡単で、また大きさを
小さくすることも容易に行え、量産性もよく、なおかつ
周辺回路を組み込んだ集積回路と一体化することも可能
な水晶振動子の加工方法を提供することを目的とする。
晶の厚さを薄くしても取り扱いが簡単で、また大きさを
小さくすることも容易に行え、量産性もよく、なおかつ
周辺回路を組み込んだ集積回路と一体化することも可能
な水晶振動子の加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、水晶板の一方の面に励起電極と電極引
出し部を形成し、前記励起電極形成面を支持基板に接着
し、前記水晶板の他方の面を、研磨、エッチングする事
によって所望の厚さ、形状に加工し、その面に、前記励
起電極と対をなす他方の励起電極と電極引出し部を形成
し、前記水晶板の、少なくとも前記励起電極を含む部分
に接している前記支持基板部に、振動空間を設けるとい
う加工方法により、水晶振動子を得るもので、複数個の
水晶振動部を同時に形成できるものである。
めに、本発明は、水晶板の一方の面に励起電極と電極引
出し部を形成し、前記励起電極形成面を支持基板に接着
し、前記水晶板の他方の面を、研磨、エッチングする事
によって所望の厚さ、形状に加工し、その面に、前記励
起電極と対をなす他方の励起電極と電極引出し部を形成
し、前記水晶板の、少なくとも前記励起電極を含む部分
に接している前記支持基板部に、振動空間を設けるとい
う加工方法により、水晶振動子を得るもので、複数個の
水晶振動部を同時に形成できるものである。
【０００８】
【作用】水晶板は支持基板に接着されているので、十μ
ｍ以下の厚さにする事が可能で、また取り扱いも容易で
ある。
ｍ以下の厚さにする事が可能で、また取り扱いも容易で
ある。
【０００９】水晶の保持部分を別に加工する必要がな
く、周辺部と一体化しており、半導体加工技術に類似の
技術を用いて加工するので、小型化が容易である。
く、周辺部と一体化しており、半導体加工技術に類似の
技術を用いて加工するので、小型化が容易である。
【００１０】一つの水晶板から多くの振動子を作ること
ができるので、量産性がよい。また、支持基板としてシ
リコン基板やガリウム砒素基板を使用した場合には、そ
の基板に周辺回路を組み込むことにより、集積化するこ
とも可能である。
ができるので、量産性がよい。また、支持基板としてシ
リコン基板やガリウム砒素基板を使用した場合には、そ
の基板に周辺回路を組み込むことにより、集積化するこ
とも可能である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１２】（実施例１）初めに、本発明の加工法に適
した水晶振動子の構造の一例について、厚みすべり水晶
振動子を例にとり説明する。（図１）に本実施例により
得られた振動子の外観を示す。１１は水晶振動部、１２
は励起電極、１３は周辺部、１４は支持基板、１５は振
動のための矩形空間である。
した水晶振動子の構造の一例について、厚みすべり水晶
振動子を例にとり説明する。（図１）に本実施例により
得られた振動子の外観を示す。１１は水晶振動部、１２
は励起電極、１３は周辺部、１４は支持基板、１５は振
動のための矩形空間である。
【００１３】（図２）に、本実施例による水晶振動部と
周辺部の様子を示す。所望の厚さ、形状に加工された板
状の振動部２１と、前記振動部に接触しない周辺部２２
と、前記振動部と前記周辺部とを接続する梁部とが一体
となって形成されている水晶板を、以下「水晶振動層」
と呼ぶ。振動部の厚さは、共振周波数に対応した厚さで
ある。本実施例の場合、前記振動部の短辺の一つは、周
辺部の内辺の一つのほぼ中央に接続されており、梁部は
前記矩形振動部の一つの短辺がその機能を兼ねている。
周辺部の様子を示す。所望の厚さ、形状に加工された板
状の振動部２１と、前記振動部に接触しない周辺部２２
と、前記振動部と前記周辺部とを接続する梁部とが一体
となって形成されている水晶板を、以下「水晶振動層」
と呼ぶ。振動部の厚さは、共振周波数に対応した厚さで
ある。本実施例の場合、前記振動部の短辺の一つは、周
辺部の内辺の一つのほぼ中央に接続されており、梁部は
前記矩形振動部の一つの短辺がその機能を兼ねている。
【００１４】前記振動部の向かい合った二つの面上に
は、少なくとも一組の励起電極２３が、互いに向かい合
うようにして形成されている。前記水晶振動層の一方の
面には、前記励起電極に接続され、前記周辺部まで延び
ている電極引出し部２４も形成されている。こうして形
成された、前記励起電極と前記電極引出し部の組を、以
下「電極部」と呼ぶ。
は、少なくとも一組の励起電極２３が、互いに向かい合
うようにして形成されている。前記水晶振動層の一方の
面には、前記励起電極に接続され、前記周辺部まで延び
ている電極引出し部２４も形成されている。こうして形
成された、前記励起電極と前記電極引出し部の組を、以
下「電極部」と呼ぶ。
【００１５】支持基板は、（図３）に示されているよう
な構造をしている。支持基板３４には、帯状接着膜３１
の内部に、矩形空間３３が設けられている。
な構造をしている。支持基板３４には、帯状接着膜３１
の内部に、矩形空間３３が設けられている。
【００１６】前記支持基板の少なくとも片方の面に、前
記周辺部と同じ形状に、帯状接着膜３１が形成され、さ
らに下部端子部分３２が前記帯状接着膜と一体となって
形成されている。また前記支持基板の前記帯状接着膜の
内側は、前記振動部の振動を妨げないようにほぼ矩形の
空間３３が設けられている。
記周辺部と同じ形状に、帯状接着膜３１が形成され、さ
らに下部端子部分３２が前記帯状接着膜と一体となって
形成されている。また前記支持基板の前記帯状接着膜の
内側は、前記振動部の振動を妨げないようにほぼ矩形の
空間３３が設けられている。
【００１７】前記支持基板と前記水晶振動層とは、前記
帯状接着膜によって接着されている。前記振動部と、前
記支持基板の間には空間が存在するので、前記振動部は
前記支持基板には接触せずに自由に振動できる。
帯状接着膜によって接着されている。前記振動部と、前
記支持基板の間には空間が存在するので、前記振動部は
前記支持基板には接触せずに自由に振動できる。
【００１８】次に、本発明による工程について、順を追
って説明する。所望の厚さ、カット角に切断された水晶
基板に、励起電極及び電極引出し部のパターンを形成す
る。
って説明する。所望の厚さ、カット角に切断された水晶
基板に、励起電極及び電極引出し部のパターンを形成す
る。
【００１９】本実施例では、前記振動部の形状に合わせ
て、励起電極の形状も矩形とし、前記振動部のほぼ中央
に銀を厚さ約500Åに蒸着する事によって形成した。
て、励起電極の形状も矩形とし、前記振動部のほぼ中央
に銀を厚さ約500Åに蒸着する事によって形成した。
【００２０】支持基板上には、帯状接着膜及び下部端子
部分のパターンを形成する。本実施例の場合、前記帯状
接着膜には導電ペーストを約10μｍの厚さに塗布したも
のを用い、前記下部端子部分は外形の短辺の一つの中央
よりやや左側に付加した。また、前記支持基板の厚さは
1mmとした。この支持基板は、水晶を侵さないようなエ
ッチング液によって選択的に異方性エッチングされるよ
うな物質とする。本実施例では、支持基板として面方位
が（１００）であるシリコン基板を使用し、前記支持基
板をエッチングするエッチング液として、水酸化カリウ
ム水溶液を使用した。
部分のパターンを形成する。本実施例の場合、前記帯状
接着膜には導電ペーストを約10μｍの厚さに塗布したも
のを用い、前記下部端子部分は外形の短辺の一つの中央
よりやや左側に付加した。また、前記支持基板の厚さは
1mmとした。この支持基板は、水晶を侵さないようなエ
ッチング液によって選択的に異方性エッチングされるよ
うな物質とする。本実施例では、支持基板として面方位
が（１００）であるシリコン基板を使用し、前記支持基
板をエッチングするエッチング液として、水酸化カリウ
ム水溶液を使用した。
【００２１】前記水晶板と前記支持基板とを重ね、前記
帯状接着膜の導電ペーストにより接着し、熱処理により
硬化する。
帯状接着膜の導電ペーストにより接着し、熱処理により
硬化する。
【００２２】この状態では、前記水晶板は前記支持基板
に接着されているので、前記支持基板ごと研磨し、前記
水晶板の厚さを100μｍ以下にすることができる。
に接着されているので、前記支持基板ごと研磨し、前記
水晶板の厚さを100μｍ以下にすることができる。
【００２３】所望の厚さに水晶を加工した後、水晶板上
に水晶振動部と周辺部を形成するためのマスクを、前記
支持基板の接着されていない側の水晶板面上に形成す
る。本実施例の場合、前記振動部と前記周辺部との間隔
は、前記振動部の幅とほぼ同じ大きさにしている。
に水晶振動部と周辺部を形成するためのマスクを、前記
支持基板の接着されていない側の水晶板面上に形成す
る。本実施例の場合、前記振動部と前記周辺部との間隔
は、前記振動部の幅とほぼ同じ大きさにしている。
【００２４】その後、水晶をエッチングするが、支持基
板、蒸着金属膜はエッチングしないようなエッチング液
をもちいて前記水晶板をエッチングし、水晶振動部を形
成する。本実施例のように前記支持基板がシリコン基板
の場合は酸性フッ化アンモニウム水溶液を用いて前記水
晶をエッチングすればよい。このようにして得られた水
晶振動層と支持基板の構造を、（図４）に示す。４１は
水晶振動部、４２は周辺部、４３は支持基板、４４は下
部端子部分、４５は開口部を示す。
板、蒸着金属膜はエッチングしないようなエッチング液
をもちいて前記水晶板をエッチングし、水晶振動部を形
成する。本実施例のように前記支持基板がシリコン基板
の場合は酸性フッ化アンモニウム水溶液を用いて前記水
晶をエッチングすればよい。このようにして得られた水
晶振動層と支持基板の構造を、（図４）に示す。４１は
水晶振動部、４２は周辺部、４３は支持基板、４４は下
部端子部分、４５は開口部を示す。
【００２５】前記マスクを取り除いた後、前記振動部を
所望の共振周波数が得られる厚さに、エッチング等を用
いて加工する。本実施例の場合、前記振動部の厚さを８
μｍにする事により、208.75ＭＨｚの共振周波数を持つ
水晶振動子が得られた。
所望の共振周波数が得られる厚さに、エッチング等を用
いて加工する。本実施例の場合、前記振動部の厚さを８
μｍにする事により、208.75ＭＨｚの共振周波数を持つ
水晶振動子が得られた。
【００２６】前記支持基板を異方性エッチングによって
選択的にエッチングし、ダイヤフラムを前記水晶振動部
分の下に形成させる。このとき、エッチング液は（図
４）の開口部４５を通してのみ支持基板に接触でき、水
晶は侵さないので、前記水晶振動部分がその下部に金属
電極を付けたまま自由に振動できるように支持基板を削
り取ることが出来る。
選択的にエッチングし、ダイヤフラムを前記水晶振動部
分の下に形成させる。このとき、エッチング液は（図
４）の開口部４５を通してのみ支持基板に接触でき、水
晶は侵さないので、前記水晶振動部分がその下部に金属
電極を付けたまま自由に振動できるように支持基板を削
り取ることが出来る。
【００２７】最後に、前記水晶振動部分の、前記支持基
板と接着されている面と反対側の面上に、電極部を形成
し、その後、一つ一つの振動子を切り離せば、非常に小
さな水晶振動子を一度に多数作ることができる。
板と接着されている面と反対側の面上に、電極部を形成
し、その後、一つ一つの振動子を切り離せば、非常に小
さな水晶振動子を一度に多数作ることができる。
【００２８】このようにして、本実施例の場合には外形
が幅1.8mm、長さ2.9mm、厚さ約1mmとなり、面積にして
従来の約1/10、厚さにして約半分の、非常に小さい水晶
振動子の構造が得られた。
が幅1.8mm、長さ2.9mm、厚さ約1mmとなり、面積にして
従来の約1/10、厚さにして約半分の、非常に小さい水晶
振動子の構造が得られた。
【００２９】ここで、異方性エッチングについて説明し
ておく。水酸化カリウム水溶液に接触する、面方位が
（１００）のシリコン面は、（１１０）方向にはエッチ
ングされ易いが、（１１１）方向には殆どエッチングさ
れない。このような効果を異方性エッチングという。本
実施例の場合のように、面方位が（１００）のシリコン
基板を支持基板として用い、水酸化カリウム水溶液によ
って矩形のマスクを用いて異方性エッチングすると、ダ
イヤフラムと呼ばれる四つの（１１１）面による側面
と、一つの（１００）面による底面からなる四角錘形の
空間が得られる。
ておく。水酸化カリウム水溶液に接触する、面方位が
（１００）のシリコン面は、（１１０）方向にはエッチ
ングされ易いが、（１１１）方向には殆どエッチングさ
れない。このような効果を異方性エッチングという。本
実施例の場合のように、面方位が（１００）のシリコン
基板を支持基板として用い、水酸化カリウム水溶液によ
って矩形のマスクを用いて異方性エッチングすると、ダ
イヤフラムと呼ばれる四つの（１１１）面による側面
と、一つの（１００）面による底面からなる四角錘形の
空間が得られる。
【００３０】（実施例２）実施例１に記載の工程におい
て、基板上に形成する水晶振動子を一つの基板上に同時
に少なくとも二つ以上形成した後切り離せば、一つの工
程で同時に少なくとも二つ以上の水晶振動子を得ること
が出来る。本実施例の場合、水晶基板として大きさ２イ
ンチ、厚さ 300μｍのものを用い、支持基板として大き
さ２インチ、厚さ１mmのシリコン基板を用いた。
て、基板上に形成する水晶振動子を一つの基板上に同時
に少なくとも二つ以上形成した後切り離せば、一つの工
程で同時に少なくとも二つ以上の水晶振動子を得ること
が出来る。本実施例の場合、水晶基板として大きさ２イ
ンチ、厚さ 300μｍのものを用い、支持基板として大き
さ２インチ、厚さ１mmのシリコン基板を用いた。
【００３１】（実施例１）記載の工程に、半導体加工技
術と同様の技術を用いて、一つの基板上に幅1.8mm、長
さ2.9mmの振動子を同時に２２８個形成し、切り離し
た。
術と同様の技術を用いて、一つの基板上に幅1.8mm、長
さ2.9mmの振動子を同時に２２８個形成し、切り離し
た。
【００３２】このようにして、本発明の工程によれば、
一枚の基板から同時に多数の水晶振動子を得ることが可
能であり、量産性に優れている。
一枚の基板から同時に多数の水晶振動子を得ることが可
能であり、量産性に優れている。
【００３３】なお、以上の説明では特に触れていない
が、最終的に別な蓋部を用いて水晶を密封することも可
能である。水晶振動部を密封した一例を（図５）に示
す。図中、５１は蓋部、５２は上下部端子部分、５３は
水晶板、５４は支持基板である。
が、最終的に別な蓋部を用いて水晶を密封することも可
能である。水晶振動部を密封した一例を（図５）に示
す。図中、５１は蓋部、５２は上下部端子部分、５３は
水晶板、５４は支持基板である。
【００３４】本実施例では、支持基板の材質をシリコン
としたが、水晶を侵さないエッチング液で異方性エッチ
ングされるような材質（例えばガリウム砒素）であれ
ば、同様にして使用することができ、また同様の効果が
得られる。
としたが、水晶を侵さないエッチング液で異方性エッチ
ングされるような材質（例えばガリウム砒素）であれ
ば、同様にして使用することができ、また同様の効果が
得られる。
【００３５】また、本実施例では、振動部の形状を矩形
にしているが、この形状に限定するものではない。
にしているが、この形状に限定するものではない。
【００３６】さらに本実施例では、振動空間の形状とし
て矩形を選んでいるが、矩形に限らず実質的に振動部の
振動を妨げないような形状であればよい。
て矩形を選んでいるが、矩形に限らず実質的に振動部の
振動を妨げないような形状であればよい。
【００３７】
【発明の効果】支持基板に水晶を基板のまま接着し、半
導体を加工するのとほぼ同じ技術を用いて、水晶振動子
を形成することができるので、個々に水晶を加工する場
合に比べて振動部などを非常に細かく加工できる。取り
扱いも簡単で、量産性もよい。
導体を加工するのとほぼ同じ技術を用いて、水晶振動子
を形成することができるので、個々に水晶を加工する場
合に比べて振動部などを非常に細かく加工できる。取り
扱いも簡単で、量産性もよい。
【００３８】さらに、支持基板にシリコンやガリウム砒
素の半導体基板を用いた場合には、支持基板に周辺回路
を形成し、水晶振動子と周辺回路とを一体化したハイブ
リッド集積回路とすることも可能であり、従来の装置に
比べて大幅に小型化することが可能である。
素の半導体基板を用いた場合には、支持基板に周辺回路
を形成し、水晶振動子と周辺回路とを一体化したハイブ
リッド集積回路とすることも可能であり、従来の装置に
比べて大幅に小型化することが可能である。
【００３９】また、ここでは各工程の加工法を主にウェ
ットエッチングで行なっているが、これに限らず他の半
導体加工技術を用いても同様の効果を得ることができ
る。
ットエッチングで行なっているが、これに限らず他の半
導体加工技術を用いても同様の効果を得ることができ
る。
【図１】本発明による水晶振動子の形状を示す外観図。
【図２】本発明による水晶振動層の構造を示す構成図。
【図３】本発明による支持基板の構造を示す構成図。
【図４】本発明による水晶振動層と支持基板とを接着し
た様子を示す構成図。
た様子を示す構成図。
【図５】蓋部を用いて振動部分を封止した様子を示す構
成図。
成図。
１１ 水晶振動部 １２ 励起電極 １３ 周辺部 １４ 支持基板 １５ 矩形空間 ２１ 振動部 ２２ 周辺部 ２３ 励起電極 ２４ 電極引出し部 ３１ 帯状接着膜 ３２ 端子部分 ３３ 矩形空間 ３４ 支持基板 ４１ 水晶振動部 ４２ 周辺部 ４３ 支持基板 ４４ 下部端子部分 ４５ 開口部 ５１ 蓋部 ５２ 上下端子部分 ５３ 水晶板 ５４ 支持基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江田 和生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−285195（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−91227（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−183510（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−246820（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−122148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−183915（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−65614（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−65507（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−27040（ＪＰ，Ｂ２) 国際公開90／12420（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H03H 3/00 - 3/10 H03H 9/00 - 9/76 H01L 41/00 - 41/26 H01L 21/00 - 21/02
Claims (3)
- 【請求項１】 水晶板の一方の面に励起電極と電極引出
し部を形成し、前記励起電極形成面を支持基板に接着
し、前記水晶板の他方の面を、研磨、エッチングするこ
とによって所望の厚さ、形状に加工し、その面に、前記
励起電極と対をなす他方の励起電極と電極引出し部を形
成し、前記水晶板の、少なくとも前記励起電極を含む部
分に接している前記支持基板部に、振動空間を設けるこ
とにより、水晶振動部を形成することを特徴とする水晶
振動子の加工方法。 - 【請求項２】 水晶振動部を少なくとも二つ以上同一の
支持基板上に形成した後、切り離して振動子とすること
を特徴とする請求項１記載の水晶振動子の加工方法。 - 【請求項３】 支持基板としてシリコンまたはガリウム
砒素の基板を用いることを特徴とする請求項１記載の水
晶振動子の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3090489A JP2973560B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 水晶振動子の加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3090489A JP2973560B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 水晶振動子の加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04322507A JPH04322507A (ja) | 1992-11-12 |
| JP2973560B2 true JP2973560B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=13999955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3090489A Expired - Fee Related JP2973560B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 水晶振動子の加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2973560B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004001849A2 (en) | 2002-04-30 | 2003-12-31 | Hrl Laboratories, Llc | Quartz-based nanoresonators and method of fabricating same |
| US7994877B1 (en) | 2008-11-10 | 2011-08-09 | Hrl Laboratories, Llc | MEMS-based quartz hybrid filters and a method of making the same |
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