JP3750561B2 - 圧電部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板の表面に電極をスパッタリング、真空蒸着などの薄膜形成法によって形成する圧電部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
厚み縦振動モードを利用した二重モードフィルタのように、圧電基板の表面に振動電極、入，出力用端子電極、リード電極、中継容量電極などの複雑な形状の電極を有する圧電部品を製作する場合、蒸着やスパッタリングにより基板の全面に電極を形成した後、フォトリソグラフィーを用いたエッチング等により電極整形を行うという手順で行っている。しかしながら、フォトリソグラフィー等を用いたエッチングは、工程数が多く、コスト高となる。
【０００３】
フォトリソグラフィー等を用いたエッチングに比べ、ハードマスク等を用いて電極材料を基板に付着させる方が工程が少なく、かつ安価である。しかし、複雑な形状からなる電極を形成する場合には、ハードマスクの開口部も複雑な形状となり、ハードマスクの強度が低下する。そのため、電極付着時の熱によりハードマスクが変形し、基板との間に隙間ができ、その隙間に電極材料が回り込んで正確な電極パターンを形成できないという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その解決策として、電極形状を２個以上のパターンに分割したハードマスクを用いる方法がある（例えば特開平１１−２９７４７１号公報参照）。
しかしながら、圧電部品の場合には、分割ハードマスクを用いた電極形成法は次のような理由により実用化されていない。
すなわち、電極パターンの分割箇所では、電極の断線防止のために電極材を重ねて付着させる必要があるが、圧電部品の場合には、この重なり部つまり電極厚みが他より厚い部分の基板内位置により、圧電部品の電気的特性が劣化してしまうことがあるからである。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、複数の分割ハードマスクを用いることにより、マスク強度を図りながら精度の高い電極パターンを形成できるとともに、電気的特性を劣化させない圧電部品の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、圧電基板の表面に蒸着法もしくはスパッタリング法により振動電極、端子電極およびこれら電極を接続するリード電極を形成する方法であって、上記振動電極とリード電極とに対応した開口部を持つ第１のハードマスクを準備する工程と、少なくとも上記端子電極に対応した開口部を持つ第２のハードマスクを準備する工程と、圧電基板の上に第１のハードマスクを配置し、蒸着法もしくはスパッタリング法により振動電極とリード電極とを形成する工程と、圧電基板の上に第２のハードマスクを配置し、蒸着法もしくはスパッタリング法により少なくとも端子電極を形成する工程とを有し、上記第１のハードマスクの開口部と第２のハードマスクの開口部とが一部で重なる位置に設けられ、この重なり部は上記リード電極上または端子電極上であって振動電極から圧電基板の厚みの３倍以上離れた位置にあることを特徴とする圧電部品の製造方法を提供する。
【０００７】
まず、振動電極とリード電極とに対応した開口部を持つ第１のハードマスクと、少なくとも端子電極に対応した開口部を持つ第２のハードマスクとを準備する。第１のハードマスクに形成された開口部は、振動電極からリード電極の全部または一部にかけて連続している。また、第２のハードマスクに形成された開口部は、少なくとも端子電極に対応しており、リード電極の一部にかけて連続していてもよい。このように分割ハードマスクに形成された開口部は、単純形状あるいは小面積となるので、ハードマスクの強度低下を防止できる。
次に、電極が形成されていない圧電基板の上に第１のハードマスクを配置し、薄膜形成法により振動電極とリード電極とを形成する。薄膜形成法としては、例えばスパッタリングや蒸着法などがある。薄膜形成時にはハードマスクに熱が加わるが、上記のようにハードマスクの強度が大きいので、精度の高い電極パターンを形成できる。
次に、振動電極とリード電極とが形成された圧電基板の上に第２のハードマスクを配置し、同様に薄膜形成法により少なくとも端子電極を形成する。このとき、断線防止のために第１のハードマスクによって形成されたリード電極と第２のハードマスクによって形成された端子電極あるいはリード電極とが一部で重なり、この重なり部でリード電極の厚みが厚くなる。しかし、重なり部の位置は、振動電極から圧電基板の厚みの３倍以上離れた位置にあるので、振動電極によって発生する圧電振動に殆ど影響を与えず、不要振動や反射波による特性劣化を防ぐことができる。
【０００８】
不必要箇所への電極材の付着は電気的特性の悪化に直結するので、圧電基板上の電極の精度要求は厳しい。分割ハードマスクを用いた場合には、前に付着した電極材の厚みにより、２番目以降のハードマスクが基板から浮き上がり、ハードマスクと基板との間に隙間ができる。この隙間に電極材が回り込むことにより、仕上がりの電極形状にボケや変形が発生し、特性劣化を起こす。
そこで、請求項２では、圧電基板の表面と接触する第２のハードマスクの接触面に、第１のハードマスクによって形成された振動電極およびリード電極が収まる凹部が形成されていることを特徴とする。
すなわち、第２のハードマスクを圧電基板の表面に配置したとき、振動電極およびリード電極が第２のハードマスクに形成された凹部に収まり、第２のハードマスクが圧電基板から浮き上がるのを防止できる。そのため、端子電極およびリード電極を形成する際に、電極形状のボケや変形が発生せず、特性劣化を防止できる。
【０００９】
なお、圧電基板に電極を形成する順序は、上記のように第１のハードマスクを用いて振動電極とリード電極を形成した後、第２のハードマスクを用いて端子電極とリード電極とを形成する方法に限らず、第２のハードマスクを用いて端子電極とリード電極とを形成した後、第１のハードマスクを用いて振動電極とリード電極とを形成してもよい。
そこで、請求項３では、圧電基板の表面と接触する第１のハードマスクの接触面に、第２のハードマスクによって形成された端子電極およびリード電極が収まる凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４のように、リード電極が途中に屈曲部を有する場合には、分割部分をリード電極の屈曲部分とすることで、開口部をより単純形状にすることができる。すなわち、第１のハードマスクの開口部が振動電極からリード電極の屈曲部に対応する位置まで延び、第２のハードマスクの開口部が端子電極からリード電極の屈曲部に対応する位置まで延びておればよい。
【００１１】
請求項５のように、リード電極が直線形状に形成されている場合には、第１のハードマスクの開口部が振動電極からリード電極の端子電極との接続部に対応する位置まで延び、第２のハードマスクの開口部が端子電極のみに対応しておればよい。この場合には、リード電極の終端部分と端子電極とが重なることになる。
【００１２】
分割ハードマスクを用いる場合に、分割点をリード電極上とするのが望ましい理由は次の通りである。すなわち、もし分割点を端子電極上とすると、第１のハードマスクに振動電極からリード電極を介して端子電極の一部まで延びる開口部を形成する必要があり、第１のハードマスクの開口部の形状が複雑になり、第１のハードマスクの強度低下を招くからである。同様に、分割点を振動電極上とすると、第２のハードマスクに端子電極からリード電極を介して振動電極の一部まで延びる開口部を形成する必要があり、第２のハードマスクの開口部の形状が複雑になり、第２のハードマスクの強度低下を招くからである。このような問題は、リード電極上に屈曲部を有する場合には、特に顕著になる。さらに、分割点を振動電極上とした場合には、振動電極に厚みの異なる部分が存在し、振動特性に悪影響を及ぼすことになる。したがって、振動特性およびハードマスクの強度確保とを考慮して、分割点をリード電極上とするのが望ましい。
なお、リード電極の幅寸法は狭く、例えば０．２ｍｍ程度であるが、ハードマスクの開口部の精度およびハードマスクの位置決め精度はそれ以上であるから、問題が生じない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる製造方法により製造される圧電部品の一例を示し、ここでは厚み縦振動を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電フィルタの例を示す。
この圧電フィルタは、矩形板状の圧電セラミックスまたは圧電単結晶よりなる圧電基板１を備え、その表側主面に所定距離隔てて分割電極（振動電極）２，３と４，５とが形成され、裏側主面に分割電極２，３および４，５とそれぞれ対向する共通電極（振動電極）６，７が形成されたものであり、これら振動電極２，３，６によって一方の二重モードフィルタ素子Ｆ１が構成され、振動電極４，５，７によって他方の二重モードフィルタ素子Ｆ２が構成される。
【００１４】
圧電基板１の表側主面において、分割電極２は圧電基板１の１つの角部に形成された入力用の端子電極８とリード電極９を介して接続され、分割電極４は圧電基板１の他の１つの角部に形成された出力用の端子電極１０とリード電極１１を介して接続されている。いずれのリード電極９，１１も途中に屈曲部９ａ，１１ａを有する。さらに、分割電極３と５は、リード電極１２を介して相互に接続されている。また、圧電基板１の中央部には中継容量用の容量電極１３が形成され、この容量電極１３はリード電極１４を介してリード電極１２の中央部に接続されている。
【００１５】
圧電基板１の裏側主面において、共通電極６，７はそれぞれリード電極１５，１６を介して容量電極を兼ねるアース用の端子電極１７に接続されている。このアース用の端子電極１７は、容量電極１３と圧電基板１を間にして対向し、中継容量Ｃを構成している。
上記リード電極９，１１，１２，１４，１５，１６は他の電極に比べて細幅な電極で形成されている。
図２は、上記圧電フィルタの回路図である。
【００１６】
図３は上記圧電フィルタの表側主面の電極を形成するための第１のハードマスク２０、図４は第２のハードマスク３０を示す。
なお、図３，図４は圧電フィルタ１個分のハードマスクを示したものであり、実際のハードマスク２０，３０は、図５，図６に示すように、マザー基板に対して複数の電極を同時に形成できるように、複数の開口部が形成されている。
【００１７】
第１のハードマスク２０は、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成され、分割電極２，３および４，５を形成するための開口部２１，２２，２３，２４を有するとともに、リード電極９の一部およびリード電極１１の一部を形成するための開口部２５，２６、リード電極１２を形成するための開口部２７が形成されている。開口部２５，２６は分割電極２，４と対応する位置からリード電極９，１１の屈曲部９ａ，１１ａと対応する位置まで延びている。
なお、これら開口部２１〜２７の口縁には、金属粒子が開口部を均等に通過できるように、テーパ状の拡開部が形成されている。
【００１８】
第２のハードマスク３０も第１のハードマスク２０と同様に、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成されている。第２のハードマスク３０には、端子電極８，１０および容量電極１３を形成するための開口部３１，３２，３３が形成されるとともに、これら開口部から延びるリード電極形成用の細幅の開口部３４，３５，３６が形成されている。開口部３４，３５は端子電極８，１０と対応する位置から、リード電極９，１１の屈曲部９ａ，１１ａに対応する位置まで延びている。また、ハードマスク３０の裏面、すなわち圧電基板１に接する接触面には、分割電極２，３および４，５、リード電極９，１１の一部、およびリード電極１２が収まる凹部３７が形成されている。この凹部３７の深さは、第１のハードマスク２０を用いて形成される電極の厚み以上であればよく、また凹部３７の形状は少なくとも上記電極を包含できる形状であればよい。
なお、上記開口部３１〜３６の口縁にも、テーパ状の拡開部が形成されている。
【００１９】
第２のハードマスク３０においては、リード電極９，１１の一部に対応する開口部３４，３５の端部と、第１のハードマスク２０によって形成される分割電極２，３および４，５との距離Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ、圧電基板１の厚みｔの３倍以上に設定されている。
Ｌ１≧３ｔ
Ｌ２≧３ｔ
【００２０】
上記ハードマスク２０，３０を用いて圧電基板１の表面に電極を形成する方法を図５，図６にしたがって説明する。
まず、図５に示すように、表面に電極が形成されていない圧電基板１の上に第１のハードマスク２０を密着させ、蒸着もしくはスパッタリング装置によって電極材（例えば銀）を圧電基板１に付着させる。これにより、開口部２１〜２７を通過した電極材が圧電基板１に付着し、図６に示すように振動電極２〜５、およびリード電極９，１１，１２が形成される。
次に、この圧電基板１の上に第２のハードマスク３０を密着させ、同じく蒸着もしくはスパッタリング装置によって電極材を圧電基板１に付着させる。この時、１回目の蒸着もしくはスパッタリングにより形成された電極は第２のハードマスク３０の裏面に形成された凹部３７に収まり、第２のハードマスク３０が圧電基板１から浮き上がるのが防止される。２回目の蒸着もしくはスパッタリングにより、端子電極８，１０、容量電極１３およびリード電極９，１１の残部が形成される。２回目の蒸着もしくはスパッタリングにより形成された電極と、１回目の蒸着もしくはスパッタリングにより形成された電極とが合体し、図１に示すような電極形状の圧電部品が製作される。
なお、ここでは説明を省略するが、圧電基板１の裏面に形成される電極６，７、１５〜１７については、上記と同様に分割ハードマスクを用いて分割形成してもよいし、単一のハードマスクを用いて同時に形成してもよい。
【００２１】
２回目の蒸着もしくはスパッタリングの際に、１回目に形成されたリード電極９，１１の上に、２回目に形成されたリード電極９，１１の一部が重なり、この重なり部９ａ，１１ａで電極材の厚みが他の部分に比べて厚肉になる（図１参照）。これら重なり部９ａ，１１ａはリード電極９，１１の屈曲部に位置している。重なり部９ａ，１１ａが振動領域内に存在すると、厚み縦振動が阻害され、特性が劣化する。しかし、リード電極９，１１の一部に対応する第２のハードマスク３０の開口部３４，３５の端部と、分割電極２，３および４，５との距離Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ、圧電基板１の厚みｔの３倍以上に設定されているのに設定されているので、これら重なり部（屈曲部）９ａ，１１ａも分割電極２，３および４，５から圧電基板１の厚みｔの３倍以上離れることになる。そのため、図７、図８に示すように、圧電フィルタとしての電気的特性に悪影響を及ぼさない。
なお、リード電極１２とリード電極１４との間にも重なり部１２ａが生じ、この重なり部１２ａも分割電極２，３および４，５から圧電基板１の厚みｔの３倍以上に離れた位置に形成されているので、圧電フィルタとしての電気的特性に悪影響を及ぼさない。
【００２２】
図７は振動電極２，３および４，５と重なり部９ａ，１１ａ，１２ａとの距離Ｌ＝０．６ｍｍの場合を示し、図８はＬ＝０．４ｍｍの場合を示す。ここで使用した圧電基板１の厚みｔは２００μｍ（１０．７ＭＨｚ）であり、前者ではＬ≧３ｔ、後者ではＬ＜３ｔである。
図から明らかなように、１０．７ＭＨｚにおける損失が前者では３．６ｄＢであるのに対し、後者では４．０ｄＢとなり、約２５％増大した。また、図７ではフィルタ波形が左右ほぼ対称形であるのに対し、図８では左右非対称となっていることがわかる。そして、２０ｄＢでの帯域幅が前者では４５０ｋＨｚであるのに対し、後者では４７１ｋＨｚとなり、選択度が約５％悪化した。
なお、Ｌ＝０．８ｍｍについても同様に電気的特性を測定したところ、Ｌ＝０．６ｍｍの場合と同様の結果が得られた。
上記の結果から分かるように、Ｌ≧３ｔとすることで、良好な電気的特性が得られた。
【００２３】
図９は本発明にかかる圧電部品の他の例を示す。この圧電部品は厚み縦振動を利用したセラミックディスクリミネータの例である。
このディスクリミネータは、矩形板状の圧電セラミックスまたは圧電単結晶よりなる圧電基板４０を備え、その表側主面の中央部に円形の振動電極４１が形成され、裏側主面に振動電極４１と対向する振動電極４２が形成されている。圧電基板４０の表側主面において、振動電極４１は圧電基板４０の一端部に形成された入力用の端子電極４３と細いリード電極４４を介して接続されている。また、圧電基板４０の裏側主面において、振動電極４２は圧電基板４０の他端部に形成された出力用の端子電極４５と細いリード電極４６を介して接続されている。リード電極４４，４６はいずれも直線状に形成されている。
【００２４】
上記端子電極４３とリード電極４４との接続部には、電極の重なり部４４ａが形成されており、同様に端子電極４５とリード電極４６との接続部にも電極の重なり部（図示せず）が形成されている。これら重なり部４４ａと振動電極４１、４２との距離Ｌ３は、圧電基板４０の厚みｔの３倍以上に設定されている。
【００２５】
図１０は図９に示す圧電部品の表側電極を形成するための第１のハードマスク５０を示し、図１１は第２のハードマスク６０を示す。これらハードマスク５０，６０もディスクリミネータ１個分のハードマスクを示したものであり、実際のハードマスク５０，６０は、マザー基板に対して複数の電極を同時に形成できるように、複数の開口部が形成されている。
【００２６】
第１のハードマスク５０は、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成され、振動電極４１を形成するための開口部５１と、リード電極４４を形成するための開口部５２とを連続的に有する。
なお、これら開口部５１，５２の口縁には、図３，図４と同様にテーパ状の拡開部が形成されている。
【００２７】
第２のハードマスク６０も第１のハードマスク５０と同様に、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成されている。第２のハードマスク６０は、端子電極４３を形成するための開口部６１を有する。また、ハードマスク６０の裏面、すなわち圧電基板４０に接する面には、振動電極４１およびリード電極４４が収まる凹部６２が形成されている。この凹部６２の深さは、第１のハードマスク５０を用いて形成される電極の厚み以上であればよく、また凹部６２の形状は少なくとも上記電極４１，４４を包含できる形状であればよい。
なお、上記開口部６１の口縁にも、テーパ状の拡開部が形成されている。
この第２のハードマスク６０の開口部６１と、第１のハードマスク５０によって形成される振動電極４１との距離Ｌ３は、圧電基板１の厚みｔの３倍以上に設定されている。
Ｌ３≧３ｔ
【００２８】
この実施例の場合も、第１のハードマスク５０を用いて圧電基板４０の上に振動電極４１およびリード電極４４を形成した後、第２のハードマスク６０を用いて端子電極４３を形成する。後の電極形成時に、リード電極４４と端子電極４３の一部とが重なり、重なり部４４ａが発生する。この重なり部４４ａは振動電極４１から圧電基板４０の厚みｔの３倍以上離れているので、振動電極４１，４２による振動を阻害せず、反射の影響も少ない。したがって、良好な特性を持つディスクリミネータを得ることができる。
なお、圧電基板４０の裏側主面の電極は表側主面の電極と同一形状であるから、表側主面の電極の形成に用いたハードマスク５０，６０を用いて同様に電極を形成すればよい。
【００２９】
図１〜図６で示した第１の実施例においては、リード電極９，１１の途中に屈曲部９ａ，１１ａを有しており、この屈曲部に重なり部が発生するように設定したが、図９〜図１１に示す実施例では、リード電極４４，４６が直線状に形成されており、リード電極上には屈曲部が存在しない。この場合には、通常、リード電極４４，４６と端子電極４３，４５との境界部分に屈曲部や幅変化部が形成されるため、この屈曲部に重なり部が発生するように設定することで、ハードマスクの開口部の形状を単純化し、ハードマスクの強度低下を防止することができる。
【００３０】
上記実施例では、分割ハードマスクとして２種類のハードマスクを用いたが、３種類以上のハードマスクを用いてもよい。
また、第１のハードマスクと第２のハードマスクの使用順序を逆としてもよい。つまり、第２のハードマスクを用いて端子電極（およびリード電極）を形成した後、第１のハードマスクを用いて振動電極とリード電極とを形成してもよい。この場合には、第１のハードマスクの裏面に電極が収まる凹部を形成するのがよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、複数の分割ハードマスクを用いて圧電基板の上に電極パターンを形成するので、各ハードマスクに形成される開口部が単純形状となり、ハードマスクの強度低下を防止でき、精度の高い電極パターンを形成できる。
また、第１（または第２）のハードマスクを用いて圧電基板の上に振動電極とリード電極（または端子電極とリード電極）とを連続的に形成した後、第２（または第１）のハードマスクを用いて圧電基板の上に端子電極とリード電極（または振動電極とリード電極）を連続的に形成するとともに、第１（または第２）のハードマスクによって形成されたリード電極の上に第２（または第１）のハードマスクによって形成された端子電極またはリード電極の一部を重ねるようにしたので、リード電極部分で断線することなく、確実に接続することができる。
さらに、電極の重なり部の位置を振動電極から圧電基板の厚みの３倍以上離れた位置としたので、振動電極によって発生する圧電振動に殆ど影響を与えず、不要振動や反射波による特性劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧電部品の一例の表面図および裏面図である。
【図２】図１に示す圧電部品の回路図である。
【図３】図１に示す圧電部品の表側電極を形成するための第１ハードマスクの平面図およびＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１に示す圧電部品の表側電極を形成するための第２ハードマスクの平面図、Ｂ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】実際の第１ハードマスクと圧電基板（マザー基板）の斜視図である。
【図６】実際の第２ハードマスクと圧電基板（マザー基板）の斜視図である。
【図７】リード電極の重なり部を振動電極から０．６ｍｍ離れた位置とした圧電部品のフィルタ波形図である。
【図８】リード電極の重なり部を振動電極から０．４ｍｍ離れた位置とした圧電部品のフィルタ波形図である。
【図９】本発明にかかる圧電部品の他の例の表面図である。
【図１０】図９に示す圧電部品の表側電極を形成するための第１ハードマスクの平面図である。
【図１１】図９に示す圧電部品の表側電極を形成するための第２ハードマスクの平面図である。
【符号の説明】
１ 圧電基板
２，３，４，５ 分割電極（振動電極）
９，１１ リード電極
８，１０ 端子電極
２０ 第１ハードマスク
２１〜２７ 開口部
３０ 第２ハードマスク
３１〜３６ 開口部
３７ 凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板の表面に電極をスパッタリング、真空蒸着などの薄膜形成法によって形成する圧電部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
厚み縦振動モードを利用した二重モードフィルタのように、圧電基板の表面に振動電極、入，出力用端子電極、リード電極、中継容量電極などの複雑な形状の電極を有する圧電部品を製作する場合、蒸着やスパッタリングにより基板の全面に電極を形成した後、フォトリソグラフィーを用いたエッチング等により電極整形を行うという手順で行っている。しかしながら、フォトリソグラフィー等を用いたエッチングは、工程数が多く、コスト高となる。
【０００３】
フォトリソグラフィー等を用いたエッチングに比べ、ハードマスク等を用いて電極材料を基板に付着させる方が工程が少なく、かつ安価である。しかし、複雑な形状からなる電極を形成する場合には、ハードマスクの開口部も複雑な形状となり、ハードマスクの強度が低下する。そのため、電極付着時の熱によりハードマスクが変形し、基板との間に隙間ができ、その隙間に電極材料が回り込んで正確な電極パターンを形成できないという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その解決策として、電極形状を２個以上のパターンに分割したハードマスクを用いる方法がある（例えば特開平１１−２９７４７１号公報参照）。
しかしながら、圧電部品の場合には、分割ハードマスクを用いた電極形成法は次のような理由により実用化されていない。
すなわち、電極パターンの分割箇所では、電極の断線防止のために電極材を重ねて付着させる必要があるが、圧電部品の場合には、この重なり部つまり電極厚みが他より厚い部分の基板内位置により、圧電部品の電気的特性が劣化してしまうことがあるからである。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、複数の分割ハードマスクを用いることにより、マスク強度を図りながら精度の高い電極パターンを形成できるとともに、電気的特性を劣化させない圧電部品の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、圧電基板の表面に蒸着法もしくはスパッタリング法により振動電極、端子電極およびこれら電極を接続するリード電極を形成する方法であって、上記振動電極とリード電極とに対応した開口部を持つ第１のハードマスクを準備する工程と、少なくとも上記端子電極に対応した開口部を持つ第２のハードマスクを準備する工程と、圧電基板の上に第１のハードマスクを配置し、蒸着法もしくはスパッタリング法により振動電極とリード電極とを形成する工程と、圧電基板の上に第２のハードマスクを配置し、蒸着法もしくはスパッタリング法により少なくとも端子電極を形成する工程とを有し、上記第１のハードマスクの開口部と第２のハードマスクの開口部とが一部で重なる位置に設けられ、この重なり部は上記リード電極上または端子電極上であって振動電極から圧電基板の厚みの３倍以上離れた位置にあることを特徴とする圧電部品の製造方法を提供する。
【０００７】
まず、振動電極とリード電極とに対応した開口部を持つ第１のハードマスクと、少なくとも端子電極に対応した開口部を持つ第２のハードマスクとを準備する。第１のハードマスクに形成された開口部は、振動電極からリード電極の全部または一部にかけて連続している。また、第２のハードマスクに形成された開口部は、少なくとも端子電極に対応しており、リード電極の一部にかけて連続していてもよい。このように分割ハードマスクに形成された開口部は、単純形状あるいは小面積となるので、ハードマスクの強度低下を防止できる。
次に、電極が形成されていない圧電基板の上に第１のハードマスクを配置し、薄膜形成法により振動電極とリード電極とを形成する。薄膜形成法としては、例えばスパッタリングや蒸着法などがある。薄膜形成時にはハードマスクに熱が加わるが、上記のようにハードマスクの強度が大きいので、精度の高い電極パターンを形成できる。
次に、振動電極とリード電極とが形成された圧電基板の上に第２のハードマスクを配置し、同様に薄膜形成法により少なくとも端子電極を形成する。このとき、断線防止のために第１のハードマスクによって形成されたリード電極と第２のハードマスクによって形成された端子電極あるいはリード電極とが一部で重なり、この重なり部でリード電極の厚みが厚くなる。しかし、重なり部の位置は、振動電極から圧電基板の厚みの３倍以上離れた位置にあるので、振動電極によって発生する圧電振動に殆ど影響を与えず、不要振動や反射波による特性劣化を防ぐことができる。
【０００８】
不必要箇所への電極材の付着は電気的特性の悪化に直結するので、圧電基板上の電極の精度要求は厳しい。分割ハードマスクを用いた場合には、前に付着した電極材の厚みにより、２番目以降のハードマスクが基板から浮き上がり、ハードマスクと基板との間に隙間ができる。この隙間に電極材が回り込むことにより、仕上がりの電極形状にボケや変形が発生し、特性劣化を起こす。
そこで、請求項２では、圧電基板の表面と接触する第２のハードマスクの接触面に、第１のハードマスクによって形成された振動電極およびリード電極が収まる凹部が形成されていることを特徴とする。
すなわち、第２のハードマスクを圧電基板の表面に配置したとき、振動電極およびリード電極が第２のハードマスクに形成された凹部に収まり、第２のハードマスクが圧電基板から浮き上がるのを防止できる。そのため、端子電極およびリード電極を形成する際に、電極形状のボケや変形が発生せず、特性劣化を防止できる。
【０００９】
なお、圧電基板に電極を形成する順序は、上記のように第１のハードマスクを用いて振動電極とリード電極を形成した後、第２のハードマスクを用いて端子電極とリード電極とを形成する方法に限らず、第２のハードマスクを用いて端子電極とリード電極とを形成した後、第１のハードマスクを用いて振動電極とリード電極とを形成してもよい。
そこで、請求項３では、圧電基板の表面と接触する第１のハードマスクの接触面に、第２のハードマスクによって形成された端子電極およびリード電極が収まる凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４のように、リード電極が途中に屈曲部を有する場合には、分割部分をリード電極の屈曲部分とすることで、開口部をより単純形状にすることができる。すなわち、第１のハードマスクの開口部が振動電極からリード電極の屈曲部に対応する位置まで延び、第２のハードマスクの開口部が端子電極からリード電極の屈曲部に対応する位置まで延びておればよい。
【００１１】
請求項５のように、リード電極が直線形状に形成されている場合には、第１のハードマスクの開口部が振動電極からリード電極の端子電極との接続部に対応する位置まで延び、第２のハードマスクの開口部が端子電極のみに対応しておればよい。この場合には、リード電極の終端部分と端子電極とが重なることになる。
【００１２】
分割ハードマスクを用いる場合に、分割点をリード電極上とするのが望ましい理由は次の通りである。すなわち、もし分割点を端子電極上とすると、第１のハードマスクに振動電極からリード電極を介して端子電極の一部まで延びる開口部を形成する必要があり、第１のハードマスクの開口部の形状が複雑になり、第１のハードマスクの強度低下を招くからである。同様に、分割点を振動電極上とすると、第２のハードマスクに端子電極からリード電極を介して振動電極の一部まで延びる開口部を形成する必要があり、第２のハードマスクの開口部の形状が複雑になり、第２のハードマスクの強度低下を招くからである。このような問題は、リード電極上に屈曲部を有する場合には、特に顕著になる。さらに、分割点を振動電極上とした場合には、振動電極に厚みの異なる部分が存在し、振動特性に悪影響を及ぼすことになる。したがって、振動特性およびハードマスクの強度確保とを考慮して、分割点をリード電極上とするのが望ましい。
なお、リード電極の幅寸法は狭く、例えば０．２ｍｍ程度であるが、ハードマスクの開口部の精度およびハードマスクの位置決め精度はそれ以上であるから、問題が生じない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる製造方法により製造される圧電部品の一例を示し、ここでは厚み縦振動を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電フィルタの例を示す。
この圧電フィルタは、矩形板状の圧電セラミックスまたは圧電単結晶よりなる圧電基板１を備え、その表側主面に所定距離隔てて分割電極（振動電極）２，３と４，５とが形成され、裏側主面に分割電極２，３および４，５とそれぞれ対向する共通電極（振動電極）６，７が形成されたものであり、これら振動電極２，３，６によって一方の二重モードフィルタ素子Ｆ１が構成され、振動電極４，５，７によって他方の二重モードフィルタ素子Ｆ２が構成される。
【００１４】
圧電基板１の表側主面において、分割電極２は圧電基板１の１つの角部に形成された入力用の端子電極８とリード電極９を介して接続され、分割電極４は圧電基板１の他の１つの角部に形成された出力用の端子電極１０とリード電極１１を介して接続されている。いずれのリード電極９，１１も途中に屈曲部９ａ，１１ａを有する。さらに、分割電極３と５は、リード電極１２を介して相互に接続されている。また、圧電基板１の中央部には中継容量用の容量電極１３が形成され、この容量電極１３はリード電極１４を介してリード電極１２の中央部に接続されている。
【００１５】
圧電基板１の裏側主面において、共通電極６，７はそれぞれリード電極１５，１６を介して容量電極を兼ねるアース用の端子電極１７に接続されている。このアース用の端子電極１７は、容量電極１３と圧電基板１を間にして対向し、中継容量Ｃを構成している。
上記リード電極９，１１，１２，１４，１５，１６は他の電極に比べて細幅な電極で形成されている。
図２は、上記圧電フィルタの回路図である。
【００１６】
図３は上記圧電フィルタの表側主面の電極を形成するための第１のハードマスク２０、図４は第２のハードマスク３０を示す。
なお、図３，図４は圧電フィルタ１個分のハードマスクを示したものであり、実際のハードマスク２０，３０は、図５，図６に示すように、マザー基板に対して複数の電極を同時に形成できるように、複数の開口部が形成されている。
【００１７】
第１のハードマスク２０は、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成され、分割電極２，３および４，５を形成するための開口部２１，２２，２３，２４を有するとともに、リード電極９の一部およびリード電極１１の一部を形成するための開口部２５，２６、リード電極１２を形成するための開口部２７が形成されている。開口部２５，２６は分割電極２，４と対応する位置からリード電極９，１１の屈曲部９ａ，１１ａと対応する位置まで延びている。
なお、これら開口部２１〜２７の口縁には、金属粒子が開口部を均等に通過できるように、テーパ状の拡開部が形成されている。
【００１８】
第２のハードマスク３０も第１のハードマスク２０と同様に、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成されている。第２のハードマスク３０には、端子電極８，１０および容量電極１３を形成するための開口部３１，３２，３３が形成されるとともに、これら開口部から延びるリード電極形成用の細幅の開口部３４，３５，３６が形成されている。開口部３４，３５は端子電極８，１０と対応する位置から、リード電極９，１１の屈曲部９ａ，１１ａに対応する位置まで延びている。また、ハードマスク３０の裏面、すなわち圧電基板１に接する接触面には、分割電極２，３および４，５、リード電極９，１１の一部、およびリード電極１２が収まる凹部３７が形成されている。この凹部３７の深さは、第１のハードマスク２０を用いて形成される電極の厚み以上であればよく、また凹部３７の形状は少なくとも上記電極を包含できる形状であればよい。
なお、上記開口部３１〜３６の口縁にも、テーパ状の拡開部が形成されている。
【００１９】
第２のハードマスク３０においては、リード電極９，１１の一部に対応する開口部３４，３５の端部と、第１のハードマスク２０によって形成される分割電極２，３および４，５との距離Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ、圧電基板１の厚みｔの３倍以上に設定されている。
Ｌ１≧３ｔ
Ｌ２≧３ｔ
【００２０】
上記ハードマスク２０，３０を用いて圧電基板１の表面に電極を形成する方法を図５，図６にしたがって説明する。
まず、図５に示すように、表面に電極が形成されていない圧電基板１の上に第１のハードマスク２０を密着させ、蒸着もしくはスパッタリング装置によって電極材（例えば銀）を圧電基板１に付着させる。これにより、開口部２１〜２７を通過した電極材が圧電基板１に付着し、図６に示すように振動電極２〜５、およびリード電極９，１１，１２が形成される。
次に、この圧電基板１の上に第２のハードマスク３０を密着させ、同じく蒸着もしくはスパッタリング装置によって電極材を圧電基板１に付着させる。この時、１回目の蒸着もしくはスパッタリングにより形成された電極は第２のハードマスク３０の裏面に形成された凹部３７に収まり、第２のハードマスク３０が圧電基板１から浮き上がるのが防止される。２回目の蒸着もしくはスパッタリングにより、端子電極８，１０、容量電極１３およびリード電極９，１１の残部が形成される。２回目の蒸着もしくはスパッタリングにより形成された電極と、１回目の蒸着もしくはスパッタリングにより形成された電極とが合体し、図１に示すような電極形状の圧電部品が製作される。
なお、ここでは説明を省略するが、圧電基板１の裏面に形成される電極６，７、１５〜１７については、上記と同様に分割ハードマスクを用いて分割形成してもよいし、単一のハードマスクを用いて同時に形成してもよい。
【００２１】
２回目の蒸着もしくはスパッタリングの際に、１回目に形成されたリード電極９，１１の上に、２回目に形成されたリード電極９，１１の一部が重なり、この重なり部９ａ，１１ａで電極材の厚みが他の部分に比べて厚肉になる（図１参照）。これら重なり部９ａ，１１ａはリード電極９，１１の屈曲部に位置している。重なり部９ａ，１１ａが振動領域内に存在すると、厚み縦振動が阻害され、特性が劣化する。しかし、リード電極９，１１の一部に対応する第２のハードマスク３０の開口部３４，３５の端部と、分割電極２，３および４，５との距離Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ、圧電基板１の厚みｔの３倍以上に設定されているのに設定されているので、これら重なり部（屈曲部）９ａ，１１ａも分割電極２，３および４，５から圧電基板１の厚みｔの３倍以上離れることになる。そのため、図７、図８に示すように、圧電フィルタとしての電気的特性に悪影響を及ぼさない。
なお、リード電極１２とリード電極１４との間にも重なり部１２ａが生じ、この重なり部１２ａも分割電極２，３および４，５から圧電基板１の厚みｔの３倍以上に離れた位置に形成されているので、圧電フィルタとしての電気的特性に悪影響を及ぼさない。
【００２２】
図７は振動電極２，３および４，５と重なり部９ａ，１１ａ，１２ａとの距離Ｌ＝０．６ｍｍの場合を示し、図８はＬ＝０．４ｍｍの場合を示す。ここで使用した圧電基板１の厚みｔは２００μｍ（１０．７ＭＨｚ）であり、前者ではＬ≧３ｔ、後者ではＬ＜３ｔである。
図から明らかなように、１０．７ＭＨｚにおける損失が前者では３．６ｄＢであるのに対し、後者では４．０ｄＢとなり、約２５％増大した。また、図７ではフィルタ波形が左右ほぼ対称形であるのに対し、図８では左右非対称となっていることがわかる。そして、２０ｄＢでの帯域幅が前者では４５０ｋＨｚであるのに対し、後者では４７１ｋＨｚとなり、選択度が約５％悪化した。
なお、Ｌ＝０．８ｍｍについても同様に電気的特性を測定したところ、Ｌ＝０．６ｍｍの場合と同様の結果が得られた。
上記の結果から分かるように、Ｌ≧３ｔとすることで、良好な電気的特性が得られた。
【００２３】
図９は本発明にかかる圧電部品の他の例を示す。この圧電部品は厚み縦振動を利用したセラミックディスクリミネータの例である。
このディスクリミネータは、矩形板状の圧電セラミックスまたは圧電単結晶よりなる圧電基板４０を備え、その表側主面の中央部に円形の振動電極４１が形成され、裏側主面に振動電極４１と対向する振動電極４２が形成されている。圧電基板４０の表側主面において、振動電極４１は圧電基板４０の一端部に形成された入力用の端子電極４３と細いリード電極４４を介して接続されている。また、圧電基板４０の裏側主面において、振動電極４２は圧電基板４０の他端部に形成された出力用の端子電極４５と細いリード電極４６を介して接続されている。リード電極４４，４６はいずれも直線状に形成されている。
【００２４】
上記端子電極４３とリード電極４４との接続部には、電極の重なり部４４ａが形成されており、同様に端子電極４５とリード電極４６との接続部にも電極の重なり部（図示せず）が形成されている。これら重なり部４４ａと振動電極４１、４２との距離Ｌ３は、圧電基板４０の厚みｔの３倍以上に設定されている。
【００２５】
図１０は図９に示す圧電部品の表側電極を形成するための第１のハードマスク５０を示し、図１１は第２のハードマスク６０を示す。これらハードマスク５０，６０もディスクリミネータ１個分のハードマスクを示したものであり、実際のハードマスク５０，６０は、マザー基板に対して複数の電極を同時に形成できるように、複数の開口部が形成されている。
【００２６】
第１のハードマスク５０は、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成され、振動電極４１を形成するための開口部５１と、リード電極４４を形成するための開口部５２とを連続的に有する。
なお、これら開口部５１，５２の口縁には、図３，図４と同様にテーパ状の拡開部が形成されている。
【００２７】
第２のハードマスク６０も第１のハードマスク５０と同様に、耐熱性を有する金属板あるいは樹脂板により形成されている。第２のハードマスク６０は、端子電極４３を形成するための開口部６１を有する。また、ハードマスク６０の裏面、すなわち圧電基板４０に接する面には、振動電極４１およびリード電極４４が収まる凹部６２が形成されている。この凹部６２の深さは、第１のハードマスク５０を用いて形成される電極の厚み以上であればよく、また凹部６２の形状は少なくとも上記電極４１，４４を包含できる形状であればよい。
なお、上記開口部６１の口縁にも、テーパ状の拡開部が形成されている。
この第２のハードマスク６０の開口部６１と、第１のハードマスク５０によって形成される振動電極４１との距離Ｌ３は、圧電基板１の厚みｔの３倍以上に設定されている。
Ｌ３≧３ｔ
【００２８】
この実施例の場合も、第１のハードマスク５０を用いて圧電基板４０の上に振動電極４１およびリード電極４４を形成した後、第２のハードマスク６０を用いて端子電極４３を形成する。後の電極形成時に、リード電極４４と端子電極４３の一部とが重なり、重なり部４４ａが発生する。この重なり部４４ａは振動電極４１から圧電基板４０の厚みｔの３倍以上離れているので、振動電極４１，４２による振動を阻害せず、反射の影響も少ない。したがって、良好な特性を持つディスクリミネータを得ることができる。
なお、圧電基板４０の裏側主面の電極は表側主面の電極と同一形状であるから、表側主面の電極の形成に用いたハードマスク５０，６０を用いて同様に電極を形成すればよい。
【００２９】
図１〜図６で示した第１の実施例においては、リード電極９，１１の途中に屈曲部９ａ，１１ａを有しており、この屈曲部に重なり部が発生するように設定したが、図９〜図１１に示す実施例では、リード電極４４，４６が直線状に形成されており、リード電極上には屈曲部が存在しない。この場合には、通常、リード電極４４，４６と端子電極４３，４５との境界部分に屈曲部や幅変化部が形成されるため、この屈曲部に重なり部が発生するように設定することで、ハードマスクの開口部の形状を単純化し、ハードマスクの強度低下を防止することができる。
【００３０】
上記実施例では、分割ハードマスクとして２種類のハードマスクを用いたが、３種類以上のハードマスクを用いてもよい。
また、第１のハードマスクと第２のハードマスクの使用順序を逆としてもよい。つまり、第２のハードマスクを用いて端子電極（およびリード電極）を形成した後、第１のハードマスクを用いて振動電極とリード電極とを形成してもよい。この場合には、第１のハードマスクの裏面に電極が収まる凹部を形成するのがよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、複数の分割ハードマスクを用いて圧電基板の上に電極パターンを形成するので、各ハードマスクに形成される開口部が単純形状となり、ハードマスクの強度低下を防止でき、精度の高い電極パターンを形成できる。
また、第１（または第２）のハードマスクを用いて圧電基板の上に振動電極とリード電極（または端子電極とリード電極）とを連続的に形成した後、第２（または第１）のハードマスクを用いて圧電基板の上に端子電極とリード電極（または振動電極とリード電極）を連続的に形成するとともに、第１（または第２）のハードマスクによって形成されたリード電極の上に第２（または第１）のハードマスクによって形成された端子電極またはリード電極の一部を重ねるようにしたので、リード電極部分で断線することなく、確実に接続することができる。
さらに、電極の重なり部の位置を振動電極から圧電基板の厚みの３倍以上離れた位置としたので、振動電極によって発生する圧電振動に殆ど影響を与えず、不要振動や反射波による特性劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧電部品の一例の表面図および裏面図である。
【図２】図１に示す圧電部品の回路図である。
【図３】図１に示す圧電部品の表側電極を形成するための第１ハードマスクの平面図およびＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１に示す圧電部品の表側電極を形成するための第２ハードマスクの平面図、Ｂ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】実際の第１ハードマスクと圧電基板（マザー基板）の斜視図である。
【図６】実際の第２ハードマスクと圧電基板（マザー基板）の斜視図である。
【図７】リード電極の重なり部を振動電極から０．６ｍｍ離れた位置とした圧電部品のフィルタ波形図である。
【図８】リード電極の重なり部を振動電極から０．４ｍｍ離れた位置とした圧電部品のフィルタ波形図である。
【図９】本発明にかかる圧電部品の他の例の表面図である。
【図１０】図９に示す圧電部品の表側電極を形成するための第１ハードマスクの平面図である。
【図１１】図９に示す圧電部品の表側電極を形成するための第２ハードマスクの平面図である。
【符号の説明】
１ 圧電基板
２，３，４，５ 分割電極（振動電極）
９，１１ リード電極
８，１０ 端子電極
２０ 第１ハードマスク
２１〜２７ 開口部
３０ 第２ハードマスク
３１〜３６ 開口部
３７ 凹部
Claims (5)
- 圧電基板の表面に蒸着法もしくはスパッタリング法により振動電極、端子電極およびこれら電極を接続するリード電極を形成する方法であって、
上記振動電極とリード電極とに対応した開口部を持つ第１のハードマスクを準備する工程と、
少なくとも上記端子電極に対応した開口部を持つ第２のハードマスクを準備する工程と、
圧電基板の上に第１のハードマスクを配置し、蒸着法もしくはスパッタリング法により振動電極とリード電極とを形成する工程と、
圧電基板の上に第２のハードマスクを配置し、蒸着法もしくはスパッタリング法により少なくとも端子電極を形成する工程とを有し、
上記第１のハードマスクの開口部と第２のハードマスクの開口部とが一部で重なる位置に設けられ、この重なり部は上記リード電極上または端子電極上であって振動電極から圧電基板の厚みの３倍以上離れた位置にあることを特徴とする圧電部品の製造方法。 - 上記圧電基板の表面と接触する第２のハードマスクの接触面に、第１のハードマスクによって形成された振動電極およびリード電極が収まる凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
- 上記圧電基板の表面と接触する第１のハードマスクの接触面に、第２のハードマスクによって形成された端子電極およびリード電極が収まる凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
- 上記リード電極は途中に屈曲部を有し、
上記第１のハードマスクの開口部は上記振動電極からリード電極の屈曲部に対応する位置まで延び、
上記第２のハードマスクの開口部は上記端子電極からリード電極の屈曲部に対応する位置まで延びていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電部品の製造方法。 - 上記リード電極は直線形状に形成され、
上記第１のハードマスクの開口部は上記振動電極からリード電極の端子電極との接続部に対応する位置まで延び、
上記第２のハードマスクの開口部は上記端子電極のみに対応していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電部品の製造方法。
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