JP3731540B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片をパッケージに内蔵した圧電デバイスと、これに利用される圧電振動片の製造方法の改良及び圧電振動片を使用した携帯電話や電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、あるいはページングシステム等の移動体通信機器において装置の小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。
また、それとともに、装置の回路基板に表面実装が可能な表面実装タイプの圧電デバイスが求められている。
図９及び図１０は、このような圧電デバイスの構成例を示す概略図であり、図９は、圧電デバイスの構成を示す概略平面図、図１０は、図９の圧電デバイスのＡ−Ａ線概略断面図である。
【０００３】
図９及び図１０において、従来の圧電デバイス１は、パッケージ６の内部に、圧電振動片２を収容している。この圧電振動片２は、例えば水晶基板を利用して形成されている。この圧電振動片２は、パッケージ６の電極部に接合される基部１１と、この基部１１から平行に延びる一対の振動腕４，５を有する音叉型に形成されている。そして、各振動腕４，５の表裏面（図１０の上面及び下面）には、それぞれ長溝１２，１２が形成されており、圧電振動片２の表面には、図示しない駆動用の金属電極が形成されている。
【０００４】
パッケージ６は、セラミック製の複数の基板を積層して内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにし、その全体が矩形状に形成されている。この内部空間Ｓにおいて、パッケージ６の内側の底部には、導電性の接着剤７等を介して、上述した圧電振動片２の基部１１の引出し電極（図示せず）が電極部３，３上に接合固定されている。そして、この引出し電極は、上述した図示しない駆動用の金属電極と、それぞれ一体に連続して形成されている。また、圧電振動片２の先端部は自由端とされている。
パッケージ６の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材８を介して、ガラス製の蓋体９が接合されることにより、封止されている。
【０００５】
圧電デバイス１は、以上のように構成されており、外部からの駆動電圧が、電極部３と導電性接着剤７及び引出し電極を介して、圧電振動片２に伝えられる。これにより、圧電振動片２の図示しない励振電極からの電圧が圧電材料に伝えられることで、一対の振動腕４，５が屈曲振動を生じ、所定の周波数で振動する。この振動周波数を外部に取り出すことによって、所定の周波数の出力を得ることができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような圧電デバイス１に使用されている圧電振動片２は、その音叉型の外形形状を所定の薄板状の圧電材料から形成し、さらに、長溝１２，１２を設ける必要があり、全体として複雑な形状であることと、全体の大きさが極めて小さいことから、この外形形状と、外形形状に対して長溝１２，１２を精度よく形成する必要がある点等より、その製造方法については、種々検討がなされている。
【０００７】
図１１及び図１２は、現在検討されている圧電振動片２の製造工程の一例を図９のＢ−Ｂ線に沿った切断端面で示す工程図である。
図１１において、先ず、圧電振動片２を形成するための圧電材料の薄板１３を用意する。この圧電材料の薄板１３は、例えば、水晶ウエハ等から所定の切断と研磨の工程を経て得ることができる。この圧電材料の薄板１３の上に、耐食膜としてクロム層１４と、その表面に被覆される金被膜層１５が形成される（図１１（ａ））。
【０００８】
次に、クロム層１４と、金被膜層１５の表面に、レジスト１６を塗布する（図１１（ｂ））。そして、圧電振動片２の音叉型の外形形状に沿ったマスクを当てて、圧電振動片２を形成するためにエッチングにより除かれる箇所に対応したレジスト１６ａを感光させ（図１１（ｃ））、レジストの感光部１６ａを除去する（図１１（ｄ））。
【０００９】
続いて、レジスト１６に覆われていないクロム層１４と、金被膜層１５とを、所定のエッチング液により、それぞれ除去し（図１１（ｅ））、レジスト１６を剥離する（図１１（ｆ））。
次に、図１２（ｇ）に示すように、全面に再度レジスト１７を塗布し、圧電振動片２の振動腕４，５に形成される４つの長溝１２の形状に沿ったマスクを当てて、長溝１２を形成するためにエッチングにより除かれる箇所に対応したレジスト１７ｂを感光させる（図１２（ｈ））。この時、同時に振動腕４，５以外の箇所のレジスト１７ａも感光される。そして、レジストの感光部１７ａ，１７ｂを除去する（図１２（ｉ））。
【００１０】
次いで、レジストの感光部１７ａを除去することにより、露出した圧電材料１３をエッチングして圧電振動片２の外形を形成し（図１２（ｊ））、次に、長溝１２の部分を形成する。
【００１１】
すなわち、長溝１２を形成する箇所に対応して、レジスト１７から露出された金被膜層１５ａの箇所と、その下のクロム層１４の対応した箇所を、それぞれエッチングにより除去する（図１２（ｋ））。この状態で、長溝１２を形成すべき箇所の圧電材料が露出するから、対応するエッチング等を用いて、この部分をハーフエッチングする（図１２（ｌ））。最後に、レジスト１７と金被膜層１５、その下のクロム層１４をそれぞれ除去することで、振動腕４，５の表裏両面に、長溝１２，１２，１２，１２がそれぞれ形成される（図１２（ｍ））。
【００１２】
図１３は、このようにして形成された圧電振動片２の製造例を示している。図１３（ａ）では、振動腕４，５にそれぞれ形成された長溝１２ａ，１２ａは、振動腕４，５の延びる方向と一致した平行な方向となっておらず、図において、右寄りに傾いてしまっている。
１３（ｂ）では、振動腕４，５にそれぞれ形成された長溝１２ｂ，１２ｂは、振動腕４，５の幅方向の中心と、各長溝１２ｂ，１２ｂの幅方向の中心とが一致しておらず、幅方向に右寄りに形成されてしまっている。
【００１３】
このように、これまで検討されてきた図１１及び図１２の製造方法では、圧電振動片２の外形の決定位置と、長溝１２の形成のために決定された位置が、工程上で、別々に決定されているため、相互に調整されることがなく、図１３に示すような位置ずれが生じる場合があった。
これにより、音叉型の圧電振動片２に精密に長溝１２を形成することが難しく、製造上の歩留りも劣るものであった。
【００１４】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、音叉型の圧電振動片の各振動腕に形成される長溝を正確に形成できることにより、形状精度の高い圧電振動片を歩留り良く製造することができる圧電振動片の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、請求項１の発明によれば、圧電材料で形成され、駆動電圧を供給するための電極部に接合される基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを有する外形形状と、前記各振動腕に形成される長手方向に延びる長溝とを備えた圧電振動片を製造するための製造方法であって、
薄板状の圧電材料に対して、重ねる順に第１層、第２層、第３層の３層構造でなる耐食膜であって、前記第１層と第３層とが同じ材料で、これらと第２層とが異なる材料で形成された耐食膜を設ける耐食膜形成工程と、
前記外形形状と、前記長溝の形状とに対応した前記第３層を残すことで、前記外形形状及び前記長溝の形状を決定する全体形状決定工程と、
前記長溝の形状に対応した前記第３層を保護した状態で、この長溝の形状を除く外形形状に関して、前記第１層及び第２層を除去し、露出した圧電材料をエッチングして、圧電振動片の外形形状を形成する外形形状形成工程と、
前記長溝の形状に対応した圧電材料を露出して、ハーフエッチングすることにより長溝を形成する長溝形成工程と
を備えることを特徴とする、圧電振動片の製造方法により、達成される。
【００１６】
請求項１の構成によれば、この製造工程に使用される耐食膜は重ねる順に第１層、第２層、第３層の３層構造で、全体形状決定工程においては、この第３層が、前記圧電振動片の外形形状と、前記長溝の形状とを区画するように使用されることで、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とを同時に決定する。
ここで、第１層は、耐食性の優れた第２層を圧電材料に成膜するための下地層として機能し、第３層は、圧電振動片の外形形状と、前記長溝の形状とを同時に区画するために機能するもので、特に、第１層と同じ材料で形成すれば、第２層との付着性もよく、第１層と同じ成膜工程で形成できる利点がある。
請求項１の製造方法では、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とは、エッチング前に互いの位置が決定されることで、相互にずれて形成されることがない。
次に、外形形状形成工程で、長溝の形状に対応した前記第３層を保護した状態で、エッチングが行われ、不要な圧電材料が全てエッチングされることで、圧電振動片の外形が形成される。続いて、長溝形成工程では、残った圧電材料から、前記長溝の形状に対応した圧電材料を露出させて、この部分をハーフエッチングすることで、適切に長溝が形成できる。
このように、エッチングとハーフエッチングという、異なる種類の工程をつかって外形形状と長溝の形成を行う上で、予め、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とは、互いの位置関係及び形状が決定されるから、これらがずれることがなく、精度良く圧電振動片が製造される。
ここで、上記プロセスを経て形成される限り、各エッチング，及びハーフエッチング工程は、ウエットエッチングでもドライエッチングでもよい。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記全体形状決定工程が、前記３層構造の耐食膜の表面の全面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、前記外形形状と、前記長溝の形状に対応して、前記レジスト及び前記第３層を除去し、次いで、全面にレジストを塗布する再レジスト塗布工程とを含んでいることを特徴とする。
請求項２の構成によれば、３層構造の耐食膜の表面の全面にレジストを塗布した後で、前記外形形状と、前記長溝の形状に対応して、前記レジスト及び前記第３層を除去すると、この第３層によって、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とに対応した第３層を残すことができ、再レジスト塗布工程で、この第３層を保護するレジストを形成することができる。これにより、耐食膜の第３層により、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とを同時に区画した全体形状を適切に決定できる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、前記外形形状形成工程が、前記外形形状に沿って予め設けられたレジストを除去して、前記第２層以下露出する外形形成予備工程と、前記外形形状に沿って前記第２層及び第１層を除去して、圧電材料を露出する外形形成準備工程と、残りの前記レジストを除去すると共に、前記露出した圧電材料をエッチングする外形形状のエッチング工程とを含んでいることを特徴とする。
請求項３の構成によれば、外形形成予備工程により、圧電振動片の外形にそって、余分な圧電材料を覆うレジストを除去できる。続いて、外形形成準備工程で、レジストの下の耐食膜を形成する各層を除去して、圧電材料を露出させることができる。外形形状のエッチング工程は、この露出した圧電材料を選択的にエッチングすることで、圧電振動片を構成する以外の圧電材料が適切に除去されることになる。
この間、圧電振動片の外形の内側で、振動腕の部分は、長溝が形成されるべき部分が、耐食膜の第２層に護られて、エッチングされずに残される。また、振動腕の長溝が形成されるべき部分以外の部分は、耐食膜の第３層に護られて、エッチングされずに残される。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１の構成において、前記長溝形成工程が、前記長溝の形状に対応して、長溝部を除いて前記振動腕部分を覆うように予め設けられた第３層を残した状態で、前記長溝部の第２層を除去する長溝形成予備工程と、前記長溝の形状に対応した前記第１層を除去して、長溝の形状に対応した前記圧電材料を露出させる長溝形成準備工程と、前記長溝の形状に対応した前記圧電材料をハーフエッチングする長溝形成工程とを備えることを特徴とする。
請求項４の構成によれば、長溝形成予備工程では、長溝を形成すべき部分の第２層を除去する際に、長溝部を除いて前記振動腕部分を覆う第３層は残すようにして、この部分がエッチングされないようにする。そして、長溝形成準備工程では、長溝形成予備工程で露出した第１層を除去することで、長溝が形成されるべき領域だけ、圧電材料を露出させることができるから、続く長溝形成工程で、圧電材料をハーフエッチングすることで、各振動腕に適切に長溝を形成することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの構成において、前記圧電材料として水晶が使用され、前記耐食膜の前記第１層にクロム（Ｃｒ）、前記第２層に金（Ａｕ）、前記第３層にクロム（Ｃｒ）が使用されることを特徴とする。請求項５の構成によれば、第１層は、水晶材料に対する膜付着性にすぐれた下地層としてクロム（Ｃｒ）が選択できる。この第１層は、耐食性にすぐれた第２層の金の下地として好適である。第２層に対して成膜される第３層としては、クロムが優れている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の圧電デバイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＣ−Ｃ線概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、セラミックグリーンシートを成形して焼結した酸化アルミニウム質焼結体等を利用した複数の基板を積層して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにされている。
【００２５】
パッケージ３６の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して底部を構成するベースとなる積層基板には、Ａｕ及びＮｉメッキが施された電極部３１，３１が設けられている。この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。
【００２６】
圧電振動片３２の基端部５１の導電性接着剤４３，４３と触れる部分には、駆動電圧を伝えるための引出電極（図示せず）が形成されており、これにより、圧電振動片３２は、駆動用電極がパッケージ３６側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３を介して、電気的に接続されている。
【００２７】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、例えば、圧電振動片３２は、その全長が２ｍｍないし３ｍｍ程度とされており、極めて小さな部品である。この圧電振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１の一端部において、好ましくは、部分的に両側から縮幅することで、括れるようにして設けられた切り欠き部５３，５３と、この切り欠き部５３，５３より幅広く形成された領域である拡幅部５２，５２とを有している。さらに、圧電振動片３２は、この拡幅部５２，５２を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２８】
さらに、この圧電振動片３２に一対の振動腕３４，３５には、図１に示されているように、その長さ方向に沿って、長溝４５，４６が形成されている。各振動腕３４，３５の幅方向の中心と、長溝４５，４６の幅方向の中心が、一致するように位置合わせして構成されている。各長溝４５，４６は、同じ構造で、図２には、振動腕３４の長溝４５，４５の厚み方向の構造が示されている。図示されているように、長溝４５，４５は、振動腕３４の上面と下面にそれぞれ形成されている。各長溝４５，４５は、振動腕３４の厚みを薄くすることにより形成されており、後述するハーフエッチングで形成される。このように、圧電振動片３２では、各振動腕３４，３５に長溝４５，４６を設けて、図示しない電極を形成することで、より高い振動周波数を得ることができる。
【００２９】
パッケージ３６の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材３３を介して、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、外部からレーザ光を照射して、圧電振動片３２上に電極膜の一部を蒸散させることによって周波数調整を行うために、光を透過する材料，例えば、ガラスで形成されている。
【００３０】
また、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板（図示せず）に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、開口３７が設けられている。この開口３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ａに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ｂは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、開口３７は段つき開口とされており、好ましくは、第２の孔である貫通孔３７ｂの段部と、貫通孔３７ａの孔内周面には金属が被覆されている。
【００３１】
すなわち、パッケージ３６内に圧電振動片３２を固定した後で、開口３７には、金属製封止材３８が充填されることにより、パッケージ３６内を気密状態に封止する。その後、透明な蓋体３９を介して、外部からレーザ光（図示せず）を圧電振動片３２の図示しない金属被膜に照射し、その一部を蒸散させることにより、質量削減方式の周波数調整を行うことができるようにされている。
【００３２】
ここで、開口３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）による合金が用いられ、第２の孔３７ｂの段部と、貫通孔３７ａの内周面の金属被覆部には、ニッケルメッキによる下地層の上に金メッキを被覆した構成が適している。
【００３３】
さらに、この実施形態では、パッケージ３６を構成する積層基板において、図において右端部付近に凹部４２が形成されている。この凹部４２は、圧電振動片３２の自由端３２ｂの下方に位置している。これにより、本実施形態では、パッケージ３６に外部から衝撃が加わった場合に、圧電振動片３２の自由端３２ｂが、矢印Ｅ方向に変位して振れた場合においても、パッケージ３６の内側底面と当接されることを有効に防止されるようになっている。
【００３４】
図３ないし図６は、圧電デバイス３０の圧電振動片３２の製造方法について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図で、理解の便宜のため、実際の寸法バランスよりも厚み方向のサイズを大きくして表示している。
圧電振動片３２を製造する工程においては、水晶ウエハ等の圧電振動片３２を複数もしくは多数分離することができる大きさの圧電材料が使用される。この製造工程では、水晶ウエハから同時に多数の圧電振動片３２が製造されるが、図３ないし図６では、そのひとつのものについて、図示して説明する。
また、以下の工程は、フォトリソグラフィーの手法を利用したウエットエッチング工程を中心に説明するが、この圧電振動片３２を形成するためのエッチングはドライエッチングでもよい。
本実施形態の圧電振動片３２の製造工程は、耐食膜形成工程、全体形状決定工程、外形形状形成工程、長溝形成工程からなる各工程を含んでおり、以下、これらの各工程に沿って説明する。
【００３５】
耐食膜形成工程
図３（ａ）に示すように、薄板状の水晶材料６１に対して、耐食膜６０を形成する。耐食膜６０は、内側から重ねる順に第１層６２、第２層６３、第３層６４の３層構造でなっている。
本実施形態では、第１層６２にクロム（Ｃｒ）、第２層６３に金（Ａｕ）、第３層６４にクロム（Ｃｒ）が使用されている。すなわち、第１層６２は、水晶材料に対する膜付着性にすぐれた下地層として、例えば、クロム（Ｃｒ）が選択される。そして、このこの第１層６２は、耐食性にすぐれた第２層６３の下地層として適するものが選択される。第２層６３は、例えば、耐食性にすぐれた金属膜として金が選択される。第２層６３の表面に成膜される第３層６４としては、第１層６２と同じ材料であるクロムが優れている。
【００３６】
全体形状決定工程
この工程は、圧電振動片３２の外形形状と、長溝４５，４６の形状とを区画するように水晶材料６１を覆う形態で第３層６４を残すことで、形状を決定する工程である。
具体的には、先ず、図３（ｂ）に示すように、耐食膜６０の表面の全面にレジスト６５を塗布するレジスト塗布工程が実施される。
次いで、図３（ｃ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状と、長溝４５，４６の形状に対応するマスク（図示せず）を用いて露光を行い、レジスト６５を除去する。
ここで、レジスト６５としては、例えば、Ｍ−ケイ酸ナトリウムが７パーセント程度、リン酸水素２Ｈナトリウムが４パーセント程度含有された現像液等が使用でき、例えば、東京応化社の市販品であるＯＦＰＲ現像液を用いるのが適している。
【００３７】
さらに、上記と同様のマスクを利用して、ドライエッチングにより、あるいは、ウエットエッチングによって、第３層であるクロム６４を除去する（図３（ｄ））。ウエットエッチングの場合、エッチング液としては、例えば、過塩素酸を５ないし１０パーセント、硝酸第二セリウムアンモニウムを１０ないし２０パーセント含むエッチング液等が使用でき、例えば、株式会社インテックの市販品である「ＭＰＭ−Ｅ」を用いる。
次いで、図４（ｅ）に示すように、レジスト６５を除去したら、図４（ｆ）に示すように、再び全面にレジスト６６を塗布する再レジスト塗布工程を行う。
【００３８】
このように、３層構造の耐食膜６０の表面の全面にレジスト６５を塗布した後で、圧電振動片３２の外形形状と、長溝４５，４６の形状に対応して、レジスト６５及び第３層６４を除去すると、図４（ｅ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状と長溝４５，４６の形状とに対応した第３層６４を残すことができる。そして、再レジスト塗布工程において、図４（ｅ）で残した第３層６４を保護するレジスト６６を形成している。これにより、耐食膜の第３層６４により、圧電振動片３２の外形形状と長溝４５，４６の形状とを同時に区画した全体形状を適切に決定できる。
【００３９】
外形形状形成工程
図４（ｆ）に示すように、長溝４５，４６の形状に対応した第３層６４を保護した状態で、この長溝４５，４６の形状を除く外形形状に関して、第１層６２及び第２層６３を除去し、露出した水晶材料６１をエッチングして、圧電振動片３２の外形形状を形成する工程である。
具体的には、図４（ｇ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状に沿ったマスクを配置して感光させ、レジスト６６の感光部分を除去して、第２層６３を露出させる外形形成予備工程を行う。
【００４０】
次に、図４（ｈ）に示すように、レジスト６６に覆われていない圧電振動片３２の外形形状に沿って、第２層６３を、金に対応したエッチング液により除去する。続いて、同様に第１層６２をクロムに対応したエッチング液により除去して、水晶材料６１を露出させる外形形成準備工程を行う。
【００４１】
さらに、図５（ｉ）に示すように、残りのレジスト６６を除去したら、露出している水晶材料６１をフッ酸等のエッチング液を用いてエッチングして、図５（ｊ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状を完成する（エッチング工程）。
【００４２】
このように、外形形成予備工程では、図４（ｆ）で説明したように、圧電振動片３２の外形にそって、余分な水晶材料６１を覆うレジスト６６を除去できる。続いて、外形形成準備工程で、レジスト６６の下の耐食膜を形成する第２層６３と第１層６２を除去して、水晶材料６１を露出させることができる（図４（ｈ），図５（ｉ））。そして、外形形状のエッチング工程は、この露出した水晶材料６１をフッ酸等を用いて選択的にエッチングすることで、圧電振動片３２を構成する部分以外の水晶材料６１が適切に除去されることになる。
このエッチング時には、圧電振動片３２の外形の内側で、長溝が形成されるべき部分が、耐食膜の第２層６３に護られて、エッチングされずに残される。また、振動腕の長溝が形成されるべき部分以外の部分は、耐食膜の第３層６４に護られて、エッチングされずに残されることになる。
【００４３】
長溝形成工程
次に、長溝４５，４６を形成する工程に移る。先ず、図５（ｋ）に示すように、長溝が形成されるべき部分を除いて、振動腕部分を覆うように予め設けられた第３層６４を残した状態で、長溝が形成されるべき部分の第２層６３を除去する長溝形成予備工程を行う。
この場合、第２層６３は金であるから、上述した金をエッチングするエッチング液により、第２層６３が除去される。
【００４４】
続いて、図５（ｌ）に示すように、第２層６３を除去した後の第１層６２を除去して、長溝４５，４６の形状に対応した水晶材料６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂを露出させる長溝形成準備工程を行う。
そして、この長溝４５，４６の形状に対応した水晶材料６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂの部分を、図６（ｍ）に示すように、フッ酸等のエッチング液を用いて、所定のエッチング時間だけハーフエッチングする長溝形成工程を行う。
最後に、図６（ｎ）に示すように、第２層６３を金のエッチング液で、続いて、第１層６２をクロムのエッチング液でエッチングして除去することにより、各振動腕３４，３５を完成する。
【００４５】
このように、長溝形成予備工程では、長溝４５，４６を形成すべき部分の第２層６３を除去する際に、図５（ｋ）に示すように、長溝部を除いて振動腕部分を覆う第３層６４は残すようにして、この部分がエッチングされないようにする。そして、長溝形成準備工程では、図５（ｌ）に示すように、長溝形成予備工程で露出した第１層６２を除去することで、長溝が形成されるべき領域だけ、水晶材料６１を６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂとして露出させることができるから、続く長溝形成工程で、水晶材料６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂをハーフエッチングすることで、図６（ｎ）に示すように、各振動腕３４，３５に適切に長溝４５，４５，４６，４６を形成することができる。
【００４６】
このように、本実施形態では、圧電振動片３２の外形形状と長溝４５，４６の形状とは、エッチング前に互いの位置が同時に決定されることで、相互にずれて形成されることがない。
つまり、上述した外形形状形成工程で、長溝４５，４６の形状に対応した前記第３層６４を保護した状態で、エッチングが行われ、不要な水晶材料が全てエッチングされることで、圧電振動片３２の外形が形成される。続いて、長溝形成工程では、残った水晶材料から、長溝４５，４６の形状に対応した水晶材料を露出させて、この部分をハーフエッチングすることで、適切に長溝４５，４６が形成できる。
このように、エッチングとハーフエッチングという、異なる種類の工程をつかって外形形状と長溝４５，４６の形成を行う上で、予め、圧電振動片３２の外形形状と長溝の形状とは、互いの位置関係が及び形状が決定されるから、これらがずれることがなく、したがって、音叉型の圧電振動片３２の各振動腕３４，３５に形成される長溝４５，４６を正確に形成できることにより、形状精度の高い圧電振動片３２を歩留り良く製造することができる
【００４７】
図７は、本発明の圧電デバイスの第２の実施形態の構成を示す概略断面図である。
図において、圧電デバイス１００は、圧電振動片３２を用いて、圧電発振器を形成した例を示しており、第１の実施の形態と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００４８】
パッケージ１０１は、その製造の際に、第１の実施形態のパッケージ３６よりも多くのセラミックシートの積層基板を用いて製造されている。
これにより、パッケージ１０１には、図７に示すように、増えた分の積層基板を利用して中央付近に凹部１０２が形成されており、その内側底部には、図示しない電極が設けられている。この電極上には、集積回路１０３が実装されている。集積回路１０３は、所定の分周回路等を構成していて、圧電振動片３２の駆動電極と電気的に接続され、集積回路１０３から出力された駆動電圧が圧電振動片３２に与えられるようになっている。
【００４９】
圧電デバイス１００に収容されている圧電振動片３２は、上述の製造方法により形成されている。これにより、これらの構成に基づく共通の作用効果を発揮することができる。
このように、本発明は、圧電振動子に限らず、図７のような圧電発振器やフィルタ等、その名称に係わらず、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止する構成のあらゆる圧電デバイスに適用できる。
【００５０】
図８は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ３０１を備えている。
【００５１】
コントローラ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段３０３の制御を行うようになっている。このため、コントローラ３０１には、例えば、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０単体でなくても、圧電デバイス３０と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器である図７のような圧電デバイス１００であってもよい。
【００５２】
コントローラ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、コントローラ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００５３】
このように、制御部を備えた携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用することにより、音叉型の圧電振動片３２の各振動腕３４，３５に形成される長溝４５，４６が正確に形成されているので、高精度の振動性能を備え、正確に動作させることができ、圧電デバイスの性能が向上し、正確なクロック信号を生成することができる。
【００５４】
本発明は上述の実施形態に限定されない。また、各実施形態の各構成はこれらを適宜相互に組み合わせたり、その一部を省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、音叉型の圧電振動片の各振動腕に形成される長溝を正確に形成できることにより、形状精度の高い圧電振動片を歩留り良く製造することができる圧電振動片の製造方法と、このような圧電振動片を利用した圧電デバイス及び、この圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＣ−Ｃ線概略断面図。
【図３】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図４】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図５】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図６】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図７】 本発明の圧電デバイスの第２の実施形態の概略断面図。
【図８】 本発明の各実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図９】 従来の圧電デバイスの一例を示す概略平面図。
【図１０】 図９のＡ−Ａ線概略断面図。
【図１１】 図９の圧電デバイスの圧電振動片の製造方法として検討されている製造工程について、図９の切断線Ｂ−Ｂに沿って断面で示した工程図。
【図１２】 図９の圧電デバイスの圧電振動片の製造方法として検討されている製造工程について、図９の切断線Ｂ−Ｂに沿って断面で示した工程図。
【図１３】 図１１及び図１２の製造工程により製造される圧電振動片を示し、（ａ）は長溝が、振動腕に対して、曲がって形成された例を示す斜視図、（ｂ）は長溝が振動腕に対して、偏って形成された例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３０，１００・・・圧電デバイス、３１・・・電極部、３２・・・圧電振動片、３６，１０１・・・パッケージ、、３９・・・蓋体、４３・・・導電性接着剤、４５，４６・・・長溝、６０・・・耐食膜、６２・・・第１層、６３・・・第２層、６４・・・第３層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片をパッケージに内蔵した圧電デバイスと、これに利用される圧電振動片の製造方法の改良及び圧電振動片を使用した携帯電話や電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、あるいはページングシステム等の移動体通信機器において装置の小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。
また、それとともに、装置の回路基板に表面実装が可能な表面実装タイプの圧電デバイスが求められている。
図９及び図１０は、このような圧電デバイスの構成例を示す概略図であり、図９は、圧電デバイスの構成を示す概略平面図、図１０は、図９の圧電デバイスのＡ−Ａ線概略断面図である。
【０００３】
図９及び図１０において、従来の圧電デバイス１は、パッケージ６の内部に、圧電振動片２を収容している。この圧電振動片２は、例えば水晶基板を利用して形成されている。この圧電振動片２は、パッケージ６の電極部に接合される基部１１と、この基部１１から平行に延びる一対の振動腕４，５を有する音叉型に形成されている。そして、各振動腕４，５の表裏面（図１０の上面及び下面）には、それぞれ長溝１２，１２が形成されており、圧電振動片２の表面には、図示しない駆動用の金属電極が形成されている。
【０００４】
パッケージ６は、セラミック製の複数の基板を積層して内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにし、その全体が矩形状に形成されている。この内部空間Ｓにおいて、パッケージ６の内側の底部には、導電性の接着剤７等を介して、上述した圧電振動片２の基部１１の引出し電極（図示せず）が電極部３，３上に接合固定されている。そして、この引出し電極は、上述した図示しない駆動用の金属電極と、それぞれ一体に連続して形成されている。また、圧電振動片２の先端部は自由端とされている。
パッケージ６の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材８を介して、ガラス製の蓋体９が接合されることにより、封止されている。
【０００５】
圧電デバイス１は、以上のように構成されており、外部からの駆動電圧が、電極部３と導電性接着剤７及び引出し電極を介して、圧電振動片２に伝えられる。これにより、圧電振動片２の図示しない励振電極からの電圧が圧電材料に伝えられることで、一対の振動腕４，５が屈曲振動を生じ、所定の周波数で振動する。この振動周波数を外部に取り出すことによって、所定の周波数の出力を得ることができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような圧電デバイス１に使用されている圧電振動片２は、その音叉型の外形形状を所定の薄板状の圧電材料から形成し、さらに、長溝１２，１２を設ける必要があり、全体として複雑な形状であることと、全体の大きさが極めて小さいことから、この外形形状と、外形形状に対して長溝１２，１２を精度よく形成する必要がある点等より、その製造方法については、種々検討がなされている。
【０００７】
図１１及び図１２は、現在検討されている圧電振動片２の製造工程の一例を図９のＢ−Ｂ線に沿った切断端面で示す工程図である。
図１１において、先ず、圧電振動片２を形成するための圧電材料の薄板１３を用意する。この圧電材料の薄板１３は、例えば、水晶ウエハ等から所定の切断と研磨の工程を経て得ることができる。この圧電材料の薄板１３の上に、耐食膜としてクロム層１４と、その表面に被覆される金被膜層１５が形成される（図１１（ａ））。
【０００８】
次に、クロム層１４と、金被膜層１５の表面に、レジスト１６を塗布する（図１１（ｂ））。そして、圧電振動片２の音叉型の外形形状に沿ったマスクを当てて、圧電振動片２を形成するためにエッチングにより除かれる箇所に対応したレジスト１６ａを感光させ（図１１（ｃ））、レジストの感光部１６ａを除去する（図１１（ｄ））。
【０００９】
続いて、レジスト１６に覆われていないクロム層１４と、金被膜層１５とを、所定のエッチング液により、それぞれ除去し（図１１（ｅ））、レジスト１６を剥離する（図１１（ｆ））。
次に、図１２（ｇ）に示すように、全面に再度レジスト１７を塗布し、圧電振動片２の振動腕４，５に形成される４つの長溝１２の形状に沿ったマスクを当てて、長溝１２を形成するためにエッチングにより除かれる箇所に対応したレジスト１７ｂを感光させる（図１２（ｈ））。この時、同時に振動腕４，５以外の箇所のレジスト１７ａも感光される。そして、レジストの感光部１７ａ，１７ｂを除去する（図１２（ｉ））。
【００１０】
次いで、レジストの感光部１７ａを除去することにより、露出した圧電材料１３をエッチングして圧電振動片２の外形を形成し（図１２（ｊ））、次に、長溝１２の部分を形成する。
【００１１】
すなわち、長溝１２を形成する箇所に対応して、レジスト１７から露出された金被膜層１５ａの箇所と、その下のクロム層１４の対応した箇所を、それぞれエッチングにより除去する（図１２（ｋ））。この状態で、長溝１２を形成すべき箇所の圧電材料が露出するから、対応するエッチング等を用いて、この部分をハーフエッチングする（図１２（ｌ））。最後に、レジスト１７と金被膜層１５、その下のクロム層１４をそれぞれ除去することで、振動腕４，５の表裏両面に、長溝１２，１２，１２，１２がそれぞれ形成される（図１２（ｍ））。
【００１２】
図１３は、このようにして形成された圧電振動片２の製造例を示している。図１３（ａ）では、振動腕４，５にそれぞれ形成された長溝１２ａ，１２ａは、振動腕４，５の延びる方向と一致した平行な方向となっておらず、図において、右寄りに傾いてしまっている。
１３（ｂ）では、振動腕４，５にそれぞれ形成された長溝１２ｂ，１２ｂは、振動腕４，５の幅方向の中心と、各長溝１２ｂ，１２ｂの幅方向の中心とが一致しておらず、幅方向に右寄りに形成されてしまっている。
【００１３】
このように、これまで検討されてきた図１１及び図１２の製造方法では、圧電振動片２の外形の決定位置と、長溝１２の形成のために決定された位置が、工程上で、別々に決定されているため、相互に調整されることがなく、図１３に示すような位置ずれが生じる場合があった。
これにより、音叉型の圧電振動片２に精密に長溝１２を形成することが難しく、製造上の歩留りも劣るものであった。
【００１４】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、音叉型の圧電振動片の各振動腕に形成される長溝を正確に形成できることにより、形状精度の高い圧電振動片を歩留り良く製造することができる圧電振動片の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、請求項１の発明によれば、圧電材料で形成され、駆動電圧を供給するための電極部に接合される基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを有する外形形状と、前記各振動腕に形成される長手方向に延びる長溝とを備えた圧電振動片を製造するための製造方法であって、
薄板状の圧電材料に対して、重ねる順に第１層、第２層、第３層の３層構造でなる耐食膜であって、前記第１層と第３層とが同じ材料で、これらと第２層とが異なる材料で形成された耐食膜を設ける耐食膜形成工程と、
前記外形形状と、前記長溝の形状とに対応した前記第３層を残すことで、前記外形形状及び前記長溝の形状を決定する全体形状決定工程と、
前記長溝の形状に対応した前記第３層を保護した状態で、この長溝の形状を除く外形形状に関して、前記第１層及び第２層を除去し、露出した圧電材料をエッチングして、圧電振動片の外形形状を形成する外形形状形成工程と、
前記長溝の形状に対応した圧電材料を露出して、ハーフエッチングすることにより長溝を形成する長溝形成工程と
を備えることを特徴とする、圧電振動片の製造方法により、達成される。
【００１６】
請求項１の構成によれば、この製造工程に使用される耐食膜は重ねる順に第１層、第２層、第３層の３層構造で、全体形状決定工程においては、この第３層が、前記圧電振動片の外形形状と、前記長溝の形状とを区画するように使用されることで、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とを同時に決定する。
ここで、第１層は、耐食性の優れた第２層を圧電材料に成膜するための下地層として機能し、第３層は、圧電振動片の外形形状と、前記長溝の形状とを同時に区画するために機能するもので、特に、第１層と同じ材料で形成すれば、第２層との付着性もよく、第１層と同じ成膜工程で形成できる利点がある。
請求項１の製造方法では、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とは、エッチング前に互いの位置が決定されることで、相互にずれて形成されることがない。
次に、外形形状形成工程で、長溝の形状に対応した前記第３層を保護した状態で、エッチングが行われ、不要な圧電材料が全てエッチングされることで、圧電振動片の外形が形成される。続いて、長溝形成工程では、残った圧電材料から、前記長溝の形状に対応した圧電材料を露出させて、この部分をハーフエッチングすることで、適切に長溝が形成できる。
このように、エッチングとハーフエッチングという、異なる種類の工程をつかって外形形状と長溝の形成を行う上で、予め、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とは、互いの位置関係及び形状が決定されるから、これらがずれることがなく、精度良く圧電振動片が製造される。
ここで、上記プロセスを経て形成される限り、各エッチング，及びハーフエッチング工程は、ウエットエッチングでもドライエッチングでもよい。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記全体形状決定工程が、前記３層構造の耐食膜の表面の全面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、前記外形形状と、前記長溝の形状に対応して、前記レジスト及び前記第３層を除去し、次いで、全面にレジストを塗布する再レジスト塗布工程とを含んでいることを特徴とする。
請求項２の構成によれば、３層構造の耐食膜の表面の全面にレジストを塗布した後で、前記外形形状と、前記長溝の形状に対応して、前記レジスト及び前記第３層を除去すると、この第３層によって、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とに対応した第３層を残すことができ、再レジスト塗布工程で、この第３層を保護するレジストを形成することができる。これにより、耐食膜の第３層により、圧電振動片の外形形状と長溝の形状とを同時に区画した全体形状を適切に決定できる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、前記外形形状形成工程が、前記外形形状に沿って予め設けられたレジストを除去して、前記第２層以下露出する外形形成予備工程と、前記外形形状に沿って前記第２層及び第１層を除去して、圧電材料を露出する外形形成準備工程と、残りの前記レジストを除去すると共に、前記露出した圧電材料をエッチングする外形形状のエッチング工程とを含んでいることを特徴とする。
請求項３の構成によれば、外形形成予備工程により、圧電振動片の外形にそって、余分な圧電材料を覆うレジストを除去できる。続いて、外形形成準備工程で、レジストの下の耐食膜を形成する各層を除去して、圧電材料を露出させることができる。外形形状のエッチング工程は、この露出した圧電材料を選択的にエッチングすることで、圧電振動片を構成する以外の圧電材料が適切に除去されることになる。
この間、圧電振動片の外形の内側で、振動腕の部分は、長溝が形成されるべき部分が、耐食膜の第２層に護られて、エッチングされずに残される。また、振動腕の長溝が形成されるべき部分以外の部分は、耐食膜の第３層に護られて、エッチングされずに残される。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１の構成において、前記長溝形成工程が、前記長溝の形状に対応して、長溝部を除いて前記振動腕部分を覆うように予め設けられた第３層を残した状態で、前記長溝部の第２層を除去する長溝形成予備工程と、前記長溝の形状に対応した前記第１層を除去して、長溝の形状に対応した前記圧電材料を露出させる長溝形成準備工程と、前記長溝の形状に対応した前記圧電材料をハーフエッチングする長溝形成工程とを備えることを特徴とする。
請求項４の構成によれば、長溝形成予備工程では、長溝を形成すべき部分の第２層を除去する際に、長溝部を除いて前記振動腕部分を覆う第３層は残すようにして、この部分がエッチングされないようにする。そして、長溝形成準備工程では、長溝形成予備工程で露出した第１層を除去することで、長溝が形成されるべき領域だけ、圧電材料を露出させることができるから、続く長溝形成工程で、圧電材料をハーフエッチングすることで、各振動腕に適切に長溝を形成することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの構成において、前記圧電材料として水晶が使用され、前記耐食膜の前記第１層にクロム（Ｃｒ）、前記第２層に金（Ａｕ）、前記第３層にクロム（Ｃｒ）が使用されることを特徴とする。請求項５の構成によれば、第１層は、水晶材料に対する膜付着性にすぐれた下地層としてクロム（Ｃｒ）が選択できる。この第１層は、耐食性にすぐれた第２層の金の下地として好適である。第２層に対して成膜される第３層としては、クロムが優れている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の圧電デバイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＣ−Ｃ線概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、セラミックグリーンシートを成形して焼結した酸化アルミニウム質焼結体等を利用した複数の基板を積層して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにされている。
【００２５】
パッケージ３６の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して底部を構成するベースとなる積層基板には、Ａｕ及びＮｉメッキが施された電極部３１，３１が設けられている。この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。
【００２６】
圧電振動片３２の基端部５１の導電性接着剤４３，４３と触れる部分には、駆動電圧を伝えるための引出電極（図示せず）が形成されており、これにより、圧電振動片３２は、駆動用電極がパッケージ３６側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３を介して、電気的に接続されている。
【００２７】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、例えば、圧電振動片３２は、その全長が２ｍｍないし３ｍｍ程度とされており、極めて小さな部品である。この圧電振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１の一端部において、好ましくは、部分的に両側から縮幅することで、括れるようにして設けられた切り欠き部５３，５３と、この切り欠き部５３，５３より幅広く形成された領域である拡幅部５２，５２とを有している。さらに、圧電振動片３２は、この拡幅部５２，５２を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【００２８】
さらに、この圧電振動片３２に一対の振動腕３４，３５には、図１に示されているように、その長さ方向に沿って、長溝４５，４６が形成されている。各振動腕３４，３５の幅方向の中心と、長溝４５，４６の幅方向の中心が、一致するように位置合わせして構成されている。各長溝４５，４６は、同じ構造で、図２には、振動腕３４の長溝４５，４５の厚み方向の構造が示されている。図示されているように、長溝４５，４５は、振動腕３４の上面と下面にそれぞれ形成されている。各長溝４５，４５は、振動腕３４の厚みを薄くすることにより形成されており、後述するハーフエッチングで形成される。このように、圧電振動片３２では、各振動腕３４，３５に長溝４５，４６を設けて、図示しない電極を形成することで、より高い振動周波数を得ることができる。
【００２９】
パッケージ３６の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材３３を介して、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、外部からレーザ光を照射して、圧電振動片３２上に電極膜の一部を蒸散させることによって周波数調整を行うために、光を透過する材料，例えば、ガラスで形成されている。
【００３０】
また、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板（図示せず）に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、開口３７が設けられている。この開口３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ａに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ｂは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、開口３７は段つき開口とされており、好ましくは、第２の孔である貫通孔３７ｂの段部と、貫通孔３７ａの孔内周面には金属が被覆されている。
【００３１】
すなわち、パッケージ３６内に圧電振動片３２を固定した後で、開口３７には、金属製封止材３８が充填されることにより、パッケージ３６内を気密状態に封止する。その後、透明な蓋体３９を介して、外部からレーザ光（図示せず）を圧電振動片３２の図示しない金属被膜に照射し、その一部を蒸散させることにより、質量削減方式の周波数調整を行うことができるようにされている。
【００３２】
ここで、開口３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）による合金が用いられ、第２の孔３７ｂの段部と、貫通孔３７ａの内周面の金属被覆部には、ニッケルメッキによる下地層の上に金メッキを被覆した構成が適している。
【００３３】
さらに、この実施形態では、パッケージ３６を構成する積層基板において、図において右端部付近に凹部４２が形成されている。この凹部４２は、圧電振動片３２の自由端３２ｂの下方に位置している。これにより、本実施形態では、パッケージ３６に外部から衝撃が加わった場合に、圧電振動片３２の自由端３２ｂが、矢印Ｅ方向に変位して振れた場合においても、パッケージ３６の内側底面と当接されることを有効に防止されるようになっている。
【００３４】
図３ないし図６は、圧電デバイス３０の圧電振動片３２の製造方法について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図で、理解の便宜のため、実際の寸法バランスよりも厚み方向のサイズを大きくして表示している。
圧電振動片３２を製造する工程においては、水晶ウエハ等の圧電振動片３２を複数もしくは多数分離することができる大きさの圧電材料が使用される。この製造工程では、水晶ウエハから同時に多数の圧電振動片３２が製造されるが、図３ないし図６では、そのひとつのものについて、図示して説明する。
また、以下の工程は、フォトリソグラフィーの手法を利用したウエットエッチング工程を中心に説明するが、この圧電振動片３２を形成するためのエッチングはドライエッチングでもよい。
本実施形態の圧電振動片３２の製造工程は、耐食膜形成工程、全体形状決定工程、外形形状形成工程、長溝形成工程からなる各工程を含んでおり、以下、これらの各工程に沿って説明する。
【００３５】
耐食膜形成工程
図３（ａ）に示すように、薄板状の水晶材料６１に対して、耐食膜６０を形成する。耐食膜６０は、内側から重ねる順に第１層６２、第２層６３、第３層６４の３層構造でなっている。
本実施形態では、第１層６２にクロム（Ｃｒ）、第２層６３に金（Ａｕ）、第３層６４にクロム（Ｃｒ）が使用されている。すなわち、第１層６２は、水晶材料に対する膜付着性にすぐれた下地層として、例えば、クロム（Ｃｒ）が選択される。そして、このこの第１層６２は、耐食性にすぐれた第２層６３の下地層として適するものが選択される。第２層６３は、例えば、耐食性にすぐれた金属膜として金が選択される。第２層６３の表面に成膜される第３層６４としては、第１層６２と同じ材料であるクロムが優れている。
【００３６】
全体形状決定工程
この工程は、圧電振動片３２の外形形状と、長溝４５，４６の形状とを区画するように水晶材料６１を覆う形態で第３層６４を残すことで、形状を決定する工程である。
具体的には、先ず、図３（ｂ）に示すように、耐食膜６０の表面の全面にレジスト６５を塗布するレジスト塗布工程が実施される。
次いで、図３（ｃ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状と、長溝４５，４６の形状に対応するマスク（図示せず）を用いて露光を行い、レジスト６５を除去する。
ここで、レジスト６５としては、例えば、Ｍ−ケイ酸ナトリウムが７パーセント程度、リン酸水素２Ｈナトリウムが４パーセント程度含有された現像液等が使用でき、例えば、東京応化社の市販品であるＯＦＰＲ現像液を用いるのが適している。
【００３７】
さらに、上記と同様のマスクを利用して、ドライエッチングにより、あるいは、ウエットエッチングによって、第３層であるクロム６４を除去する（図３（ｄ））。ウエットエッチングの場合、エッチング液としては、例えば、過塩素酸を５ないし１０パーセント、硝酸第二セリウムアンモニウムを１０ないし２０パーセント含むエッチング液等が使用でき、例えば、株式会社インテックの市販品である「ＭＰＭ−Ｅ」を用いる。
次いで、図４（ｅ）に示すように、レジスト６５を除去したら、図４（ｆ）に示すように、再び全面にレジスト６６を塗布する再レジスト塗布工程を行う。
【００３８】
このように、３層構造の耐食膜６０の表面の全面にレジスト６５を塗布した後で、圧電振動片３２の外形形状と、長溝４５，４６の形状に対応して、レジスト６５及び第３層６４を除去すると、図４（ｅ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状と長溝４５，４６の形状とに対応した第３層６４を残すことができる。そして、再レジスト塗布工程において、図４（ｅ）で残した第３層６４を保護するレジスト６６を形成している。これにより、耐食膜の第３層６４により、圧電振動片３２の外形形状と長溝４５，４６の形状とを同時に区画した全体形状を適切に決定できる。
【００３９】
外形形状形成工程
図４（ｆ）に示すように、長溝４５，４６の形状に対応した第３層６４を保護した状態で、この長溝４５，４６の形状を除く外形形状に関して、第１層６２及び第２層６３を除去し、露出した水晶材料６１をエッチングして、圧電振動片３２の外形形状を形成する工程である。
具体的には、図４（ｇ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状に沿ったマスクを配置して感光させ、レジスト６６の感光部分を除去して、第２層６３を露出させる外形形成予備工程を行う。
【００４０】
次に、図４（ｈ）に示すように、レジスト６６に覆われていない圧電振動片３２の外形形状に沿って、第２層６３を、金に対応したエッチング液により除去する。続いて、同様に第１層６２をクロムに対応したエッチング液により除去して、水晶材料６１を露出させる外形形成準備工程を行う。
【００４１】
さらに、図５（ｉ）に示すように、残りのレジスト６６を除去したら、露出している水晶材料６１をフッ酸等のエッチング液を用いてエッチングして、図５（ｊ）に示すように、圧電振動片３２の外形形状を完成する（エッチング工程）。
【００４２】
このように、外形形成予備工程では、図４（ｆ）で説明したように、圧電振動片３２の外形にそって、余分な水晶材料６１を覆うレジスト６６を除去できる。続いて、外形形成準備工程で、レジスト６６の下の耐食膜を形成する第２層６３と第１層６２を除去して、水晶材料６１を露出させることができる（図４（ｈ），図５（ｉ））。そして、外形形状のエッチング工程は、この露出した水晶材料６１をフッ酸等を用いて選択的にエッチングすることで、圧電振動片３２を構成する部分以外の水晶材料６１が適切に除去されることになる。
このエッチング時には、圧電振動片３２の外形の内側で、長溝が形成されるべき部分が、耐食膜の第２層６３に護られて、エッチングされずに残される。また、振動腕の長溝が形成されるべき部分以外の部分は、耐食膜の第３層６４に護られて、エッチングされずに残されることになる。
【００４３】
長溝形成工程
次に、長溝４５，４６を形成する工程に移る。先ず、図５（ｋ）に示すように、長溝が形成されるべき部分を除いて、振動腕部分を覆うように予め設けられた第３層６４を残した状態で、長溝が形成されるべき部分の第２層６３を除去する長溝形成予備工程を行う。
この場合、第２層６３は金であるから、上述した金をエッチングするエッチング液により、第２層６３が除去される。
【００４４】
続いて、図５（ｌ）に示すように、第２層６３を除去した後の第１層６２を除去して、長溝４５，４６の形状に対応した水晶材料６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂを露出させる長溝形成準備工程を行う。
そして、この長溝４５，４６の形状に対応した水晶材料６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂの部分を、図６（ｍ）に示すように、フッ酸等のエッチング液を用いて、所定のエッチング時間だけハーフエッチングする長溝形成工程を行う。
最後に、図６（ｎ）に示すように、第２層６３を金のエッチング液で、続いて、第１層６２をクロムのエッチング液でエッチングして除去することにより、各振動腕３４，３５を完成する。
【００４５】
このように、長溝形成予備工程では、長溝４５，４６を形成すべき部分の第２層６３を除去する際に、図５（ｋ）に示すように、長溝部を除いて振動腕部分を覆う第３層６４は残すようにして、この部分がエッチングされないようにする。そして、長溝形成準備工程では、図５（ｌ）に示すように、長溝形成予備工程で露出した第１層６２を除去することで、長溝が形成されるべき領域だけ、水晶材料６１を６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂとして露出させることができるから、続く長溝形成工程で、水晶材料６１ｂ，６１ｂ，６１ｂ，６１ｂをハーフエッチングすることで、図６（ｎ）に示すように、各振動腕３４，３５に適切に長溝４５，４５，４６，４６を形成することができる。
【００４６】
このように、本実施形態では、圧電振動片３２の外形形状と長溝４５，４６の形状とは、エッチング前に互いの位置が同時に決定されることで、相互にずれて形成されることがない。
つまり、上述した外形形状形成工程で、長溝４５，４６の形状に対応した前記第３層６４を保護した状態で、エッチングが行われ、不要な水晶材料が全てエッチングされることで、圧電振動片３２の外形が形成される。続いて、長溝形成工程では、残った水晶材料から、長溝４５，４６の形状に対応した水晶材料を露出させて、この部分をハーフエッチングすることで、適切に長溝４５，４６が形成できる。
このように、エッチングとハーフエッチングという、異なる種類の工程をつかって外形形状と長溝４５，４６の形成を行う上で、予め、圧電振動片３２の外形形状と長溝の形状とは、互いの位置関係が及び形状が決定されるから、これらがずれることがなく、したがって、音叉型の圧電振動片３２の各振動腕３４，３５に形成される長溝４５，４６を正確に形成できることにより、形状精度の高い圧電振動片３２を歩留り良く製造することができる
【００４７】
図７は、本発明の圧電デバイスの第２の実施形態の構成を示す概略断面図である。
図において、圧電デバイス１００は、圧電振動片３２を用いて、圧電発振器を形成した例を示しており、第１の実施の形態と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００４８】
パッケージ１０１は、その製造の際に、第１の実施形態のパッケージ３６よりも多くのセラミックシートの積層基板を用いて製造されている。
これにより、パッケージ１０１には、図７に示すように、増えた分の積層基板を利用して中央付近に凹部１０２が形成されており、その内側底部には、図示しない電極が設けられている。この電極上には、集積回路１０３が実装されている。集積回路１０３は、所定の分周回路等を構成していて、圧電振動片３２の駆動電極と電気的に接続され、集積回路１０３から出力された駆動電圧が圧電振動片３２に与えられるようになっている。
【００４９】
圧電デバイス１００に収容されている圧電振動片３２は、上述の製造方法により形成されている。これにより、これらの構成に基づく共通の作用効果を発揮することができる。
このように、本発明は、圧電振動子に限らず、図７のような圧電発振器やフィルタ等、その名称に係わらず、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により封止する構成のあらゆる圧電デバイスに適用できる。
【００５０】
図８は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ３０１を備えている。
【００５１】
コントローラ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段３０３の制御を行うようになっている。このため、コントローラ３０１には、例えば、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０単体でなくても、圧電デバイス３０と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器である図７のような圧電デバイス１００であってもよい。
【００５２】
コントローラ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、コントローラ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００５３】
このように、制御部を備えた携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用することにより、音叉型の圧電振動片３２の各振動腕３４，３５に形成される長溝４５，４６が正確に形成されているので、高精度の振動性能を備え、正確に動作させることができ、圧電デバイスの性能が向上し、正確なクロック信号を生成することができる。
【００５４】
本発明は上述の実施形態に限定されない。また、各実施形態の各構成はこれらを適宜相互に組み合わせたり、その一部を省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、音叉型の圧電振動片の各振動腕に形成される長溝を正確に形成できることにより、形状精度の高い圧電振動片を歩留り良く製造することができる圧電振動片の製造方法と、このような圧電振動片を利用した圧電デバイス及び、この圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＣ−Ｃ線概略断面図。
【図３】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図４】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図５】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図６】 図１の圧電デバイスの圧電振動片の製造工程について、図１の切断線Ｄ−Ｄに沿って断面で示した工程図。
【図７】 本発明の圧電デバイスの第２の実施形態の概略断面図。
【図８】 本発明の各実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図９】 従来の圧電デバイスの一例を示す概略平面図。
【図１０】 図９のＡ−Ａ線概略断面図。
【図１１】 図９の圧電デバイスの圧電振動片の製造方法として検討されている製造工程について、図９の切断線Ｂ−Ｂに沿って断面で示した工程図。
【図１２】 図９の圧電デバイスの圧電振動片の製造方法として検討されている製造工程について、図９の切断線Ｂ−Ｂに沿って断面で示した工程図。
【図１３】 図１１及び図１２の製造工程により製造される圧電振動片を示し、（ａ）は長溝が、振動腕に対して、曲がって形成された例を示す斜視図、（ｂ）は長溝が振動腕に対して、偏って形成された例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３０，１００・・・圧電デバイス、３１・・・電極部、３２・・・圧電振動片、３６，１０１・・・パッケージ、、３９・・・蓋体、４３・・・導電性接着剤、４５，４６・・・長溝、６０・・・耐食膜、６２・・・第１層、６３・・・第２層、６４・・・第３層。
Claims (5)
- 圧電材料で形成され、駆動電圧を供給するための電極部に接合される基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを有する外形形状と、前記各振動腕に形成される長手方向に延びる長溝とを備えた圧電振動片を製造するための製造方法であって、
薄板状の圧電材料に対して、重ねる順に第１層、第２層、第３層の３層構造でなる耐食膜であって、前記第１層と第３層とが同じ材料で、これらと第２層とが異なる材料で形成された耐食膜を設ける耐食膜形成工程と、
前記外形形状と、前記長溝の形状とに対応した前記第３層を残すことで、前記外形形状及び前記長溝の形状を決定する全体形状決定工程と、
前記長溝の形状に対応した前記第３層を保護した状態で、この長溝の形状を除く外形形状に関して、前記第１層及び第２層を除去し、露出した圧電材料をエッチングして、圧電振動片の外形形状を形成する外形形状形成工程と、
前記長溝の形状に対応した圧電材料を露出して、ハーフエッチングすることにより長溝を形成する長溝形成工程と
を備えることを特徴とする、圧電振動片の製造方法。 - 前記全体形状決定工程が、
前記３層構造の耐食膜の表面の全面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
前記外形形状と、前記長溝の形状に対応して、前記レジスト及び前記第３層を除去し、次いで、全面にレジストを塗布する再レジスト塗布工程とを含んでい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。 - 前記外形形状形成工程が、
前記外形形状に沿って予め設けられたレジストを除去して、前記第２層を露出する外形形成予備工程と、
前記外形形状に沿って前記第２層及び第１層を除去して、圧電材料を露出する外形形成準備工程と、
残りの前記レジストを除去すると共に、前記露出した圧電材料をエッチングする外形形状のエッチング工程と
を含んでい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。 - 前記長溝形成工程が、
前記長溝の形状に対応して、長溝部を除いて前記振動腕部分を覆うように予め設けられた第３層を残した状態で、前記長溝部の第２層を除去する長溝形成予備工程と、
前記長溝の形状に対応した前記第１層とを除去して、長溝の形状に対応した前記圧電材料を露出させる長溝形成準備工程と、
前記長溝の形状に対応した前記圧電材料をハーフエッチングする長溝形成工程と
を備え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。 - 前記圧電材料として水晶が使用され、前記耐食膜の前記第１層にクロム（Ｃｒ）、前記第２層に金（Ａｕ）、前記第３層にクロム（Ｃｒ）が使用されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法。
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