JP3945103B2 - 圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 - Google Patents
圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3945103B2 JP3945103B2 JP35649799A JP35649799A JP3945103B2 JP 3945103 B2 JP3945103 B2 JP 3945103B2 JP 35649799 A JP35649799 A JP 35649799A JP 35649799 A JP35649799 A JP 35649799A JP 3945103 B2 JP3945103 B2 JP 3945103B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating piece
- piezoelectric vibrating
- frequency
- piezoelectric
- adjustment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、圧電振動片をパッケージに内蔵した圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置の改良に関する。
【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、これら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振動子や圧電発振器等の圧電素子もその高性能化が要求されている。
【０００３】
このような圧電振動子等では、パッケージ内に圧電材料でなる圧電振動片が収容されており、この圧電振動片としては、極めて薄い板状でなる圧電材料である水晶振動片が広く使用されている。
【０００４】
すなわち、このような水晶振動片は、板状の両面に金属膜でなる電極膜が所定のパターンで形成されており、この電極膜に所定の駆動電圧を印加することにより、その厚みに依存した固有の振動周波数で振動するようになっている。そして、この振動を電気的に取り出して、組み込まれる機器の所定のクロック信号等に利用している。
【０００５】
図１２は、このような水晶振動片１を示している。この水晶振動片１は、薄い長方形状に形成されており、図１２では断面が概略的に示されている。
【０００６】
水晶振動片１の表裏両面には、下地層２，２が形成されており、さらに各下地層２，２の上には、金または銀でなる電極膜３，３が形成されている。
【０００７】
このような水晶振動片１の電極膜３，３にインナーリードを接続し、パッケージに収容することによって、水晶振動子を構成するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述の水晶振動子では、電極膜３、３に所定の駆動電圧（駆動電圧）が印加された場合、水晶振動片１の振動周波数は、その重さ（質量）により僅かに異なる。
【０００９】
このため、例えば、図１２のように水晶板の両面に電極膜３，３を金属蒸着工程等にて、予め所望の周波数より低めの共振周波数となるように形成した後で、図示しないインナーリードを接続し、駆動電圧を印加して振動周波数を見ながら、ドライエッチング等の手法により、電極膜３，３の表面をエッチングすることによって、イオンビームエッチングの場合と同じように質量削減方式の周波数調整をすることができる。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、圧電振動子等の圧電素子の性能に応じてより高い周波数に合わせこむ必要が生じた場合に、高周波帯になるにつれて電極膜の質量変化に対する周波数変化率が大きくなるという問題があった。
【００１１】
例えば図１３に示すように、周波数合わせ込みの中心値Ｃに対して、個々の水晶振動片１の周波数のずれによるばらつきが多くなり、製造効率が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、以上の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、エッチングによる周波数調整における周波数のずれ量を小さくして、精密に周波数調整できる方法を提供し、あわせて、このようにして調整される高品質の圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、板状の圧電材料の両面に金属膜による電極を形成し、この電極に駆動電圧を印加することで、所定の振動を行う圧電振動片の前記金属膜を質量削減方式にて周波数調整する方法であって、前記圧電振動片の両面に先ず前記電極を構成する金属膜よりもエッチングレートが低い金属により下地層を形成し、この下地層の上に前記電極を構成する金属膜を形成し、前記電極を構成する金属膜をプラズマエッチングすることにより粗調を行い、次いで、前記圧電振動片を加熱処理して、前記下地層金属を、電極膜を構成する金属膜内及びその最表面に拡散させ、次いで、この下地層金属が拡散された電極膜をプラズマエッチングすることにより微調を行うようにした、圧電振動片の周波数調整方法により、達成される。
【００１４】
上記の構成によれば、板状の圧電材料で形成する圧電振動片の両面には、電極膜を形成する前に金属の下地層が設けられる。そして、電極膜を形成後に、この電極膜に対してエッチングにより、従来と同じエッチングレートで周波数調整としての粗調が行われる。この粗調処理後に、加熱処理すると、下地層の金属が電極膜を構成する金属膜内及びその最表面に拡散する。この場合、拡散する下地層金属は電極を構成する金属膜よりもエッチングレートが低い金属が使用されていることから、これにより電極膜のエッチングレートが低下し、その後、従来よりも低いエッチングレートにより、微調として比較的調整幅の小さな周波数調整がされる。
【００１５】
これにより、所望の周波数に精密にあわせこむことが可能となる。
【００１６】
本発明は、前記下地層がクロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）により形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、下地層としてクロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）を選択すると、クロムやニッケルは従来より電極膜を形成するための下地層として使用されているので、従来の製造工程を利用して、比較的容易に上記の目的の下地層を設けることができる。
【００１８】
本発明は、前記プラズマエッチングは、アルゴン（Ａｒ）イオンによるプラズマエッチングにより行われることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、微調レートが低くなるため加工精度が向上する。
【００２０】
本発明は、前記加熱処理が、高温アニール処理により行われることを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、真空炉または雰囲気炉を用いると、粗調と微調の工程の間に容易に加熱処理工程を設けることができ、炉内の限られた空間にて処理するので、温度設定などの制御がし易い。
【００２２】
本発明は、前記加熱処理が、プラズマ放電による局所加熱により行われることを特徴とする。
【００２３】
上記の構成によれば、粗調もしくは微調のエッチング処理設備を利用して、粗調と微調の工程の間に容易に加熱処理工程を設けることができる。
【００２６】
また、上記目的は、本発明にあっては、圧電振動片を真空チャンバー内で一方向に送る手段と、この搬送される圧電振動片の電極膜に対して、イオン化された粒子を照射する粗調用の照射手段と、この粗調用の照射手段の後段に配置されており、粗調後の圧電振動片を加熱処理する手段と、加熱処理後の圧電振動片に対して、イオン化された粒子を照射する微調用の照射手段とを備える加工装置であって、前記加熱処理は、圧電振動片に形成された下地層を、前記下地層上に形成された電極膜を構成する金属膜内およびその最表面に拡散させるまで加熱圧電振動片の加工装置により、達成される。
【００２７】
上記の構成によれば、加工装置の粗調と微調を行う各照射手段の間に加熱手段を設けるだけで、微調工程にて従来よりも低いエッチングレートにより、比較的調整幅の小さな周波数調整を行うことができる加工装置を得ることができる。
【００２８】
本発明は、加熱手段が、圧電振動片に形成された下地層を、前記下地層上に形成された電極膜を構成する金属膜内およびその最表面に拡散させる程度に高温の真空炉であることを特徴とする。
【００２９】
本発明は、前記加熱手段が、前記圧電振動片に対して、局所的にプラズマを照射する手段であることを特徴とする。
【００３０】
本発明は、前記粗調用の照射手段及び微調用の照射手段が、イオン化されたアルゴン（Ａｒ）ガスを照射する構成としたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、本発明による周波数調整方法の概略説明図である。
【００３３】
図１（ａ）は、圧電振動片の周波数調整方法の第１の方法を示しており、図１（ｂ）は、圧電振動片の周波数調整方法の第２の方法を示している。
【００３４】
先ず、第１の方法について説明すると、圧電材料としての例えばごく薄い水晶振動片１の表裏両面には、下地層２，２が形成されており、さらに各下地層２，２の上には、金または銀でなる電極膜３，３が形成されている。
【００３５】
このような水晶振動片１を、矢印Ａの方向に送る手段と、この水晶振動片１のエッチングすべき面に対向して設けられ、電極膜３にイオン化された粒子を照射する粗調用の照射手段５と、この粗調用の照射手段５よりも後段で、圧電振動片１を高温で加熱するための真空アニール炉４と、この真空アニール炉４よりも後段に配置され、加熱処理された水晶振動片１に対してイオン化された粒子を照射する微調用の照射手段６とにより、周波数調整する方法である。
【００３６】
また、第２の方法は、図１（ｂ）に示されているように、水晶振動片１を、矢印Ａの方向に送る手段と、この水晶振動片１のエッチングすべき面に対向して設けられ、電極膜３にイオン化された粒子を照射する粗調用の照射手段５と、この粗調用の照射手段５よりも後段で、図示するように、水晶振動片１に対して、局所的にプラズマ放電を行い加熱する手段と、この加熱手段よりも後段に配置され、加熱処理された水晶振動片１に対してイオン化された粒子を照射する微調用の照射手段６とにより、周波数調整する方法である。
【００３７】
これらの各方法による周波数調整を行う加工装置については、後で詳しく説明する。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態による圧電振動子の構成例を示している。
【００３９】
例えば、水晶等の圧電材料によって、薄い長方形の板状に形成された圧電素子１１は、図２（ｂ）に示すように、その両面に後述する電極面を構成する金属よりもエッチングレートが低い金属として、例えばクロム（Ｃｒ）等による下地層１７，１７が蒸着やスパッタリング等により形成され、その上には、図２（ａ）に示すように、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）等でなる電極膜１２，１２が蒸着やスパッタリング等により形成されている。
【００４０】
また、電極膜１２の端部には、インナーリード１５，１５が導電性の接着剤やハンダ１６により電気的に固定されている。
【００４１】
そして、インナーリード１５，１５は、例えば断面円形もしくは楕円形でなる金属外環１３とこの内部に充填された絶縁ガラスにより支持されるとともに、この金属外環１３の反対側から延びるアウターリード１４，１４と接続されている。また、圧電振動片１２は、一端が塞がれた筒状の金属ケースであるパッケージ２０の内側に入るように、図示のように金属外環１３の上端に被嵌されることにより真空封止または窒素封止されている。
【００４２】
ここで、上記パッケージ２０による封止に先立って、本実施形態では、例えば、後述する加工装置を利用して、インナーリード１５，１５をマウントした圧電振動片２１は、高いエッチングレートにてエッチングすることにより周波数調整される（粗調）。そして、この粗調後の圧電振動片２１を、例えば、上述した第１及び第２の方法のいずれかにより加熱処理すると、その電極膜１２が変化する。すなわち、この加熱処理により、下地層１７，この場合クロム成分がその上の電極膜１２に拡散し、強酸化膜を形成する。これにより、電極膜１２はエッチングレートが低くなるので、すなわち精密な周波数調整を行うことができる。
【００４３】
また、このような処理を行うことにより、クロムが電極膜１２の表面にも存在するので、周波数調整後の上記封止を行う際等に、ガスの吸着が減少し、性能が向上する。さらに、ハンダ１６を用いたマウント構造を採用すると、マウント後に上記拡散したクロムが半田成分の拡散を抑制するので、マウント部の経時変化により半田成分が拡散し、振動周波数が低下するといった事態を防止して、製品の性能が長期間保持される。
【００４４】
ここで、上記加熱処理、すなわちクロムの拡散工程は、インナーリード１５のマウント後で、しかも周波数調整工程のうちの粗調工程の後であることが重要である。すなわち、マウント工程の前で上記加熱処理を行うと、下地層１７からクロムが拡散した状態の電極膜１２とインナーリード１５とを接続することになり、ハンダ流れが悪くなって適切にマウントできない場合がある。また、上記加熱処理、すなわちクロムの拡散工程が、粗調前であると、電極膜１２の表面に拡散したクロムを粗調により削ってしまい、後段の微調工程におけるエッチングレートの低い周波数調整が行えなく場合がある。
【００４５】
さらに、この発明が適用される圧電振動子は、図示のように、金属ケースのパッケージ２０により封止されるタイプだけでなく、例えばセラミックス等の圧電材料によるベース等のパッケージ内に収容されて、蓋により封止されるような構成のものにも適用される。また、同様に、本発明は、このようなパッケージ内に上述のような圧電振動片と集積回路を収容して封止した圧電発振器にも適用される。
【００４６】
次に、上述の圧電振動片の周波数を調整するための加工装置について説明する。
【００４７】
図３及び図４は、このような加工装置の第１の実施形態を示すものであり、図３は加工装置３０のブロック構成図、図４はその要部の概略斜視図である。
【００４８】
図３及び図４に示す加工装置は、上述した第１の方法に係る周波数調整方法を実行するための装置である。
【００４９】
加工装置３０は、図３に示すように、ふたつの真空チャンバー４０，４０を備えている。各真空チャンバー４０には、メカニカルブースターポンプ４１を介して、ロータリポンプ４２が接続されており、所定の真空度，例えば、１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気されるようになっている（１Ｔｏｒｒ＝１３３Ｐａ）。
【００５０】
これらの真空チャンバー４０，４０内には、搬送手段４４が設けられており、搬送手段４４は、一方向，すなわち矢印Ａの方向に沿って、ワークとしての圧電振動片２１をひとつずつ搬送するようになっている。
【００５１】
ここで、圧電振動片２１は、図２で説明したように、その表面に電極膜１２が設けられており、インナーリード１５を介して、この圧電振動片２１に駆動電圧を印加した場合にその振動数が、所望の共振周波数ｆ０よりも、若干低くなる程度の質量となるように、前の工程で成膜されて送られる。そして、この加工装置３０により、質量削減方式により、所望の共振周波数ｆ０になるように周波数調整されるようになっている。
【００５２】
真空チャンバー４０，４０内には、それぞれ、イオン化された粒子の照射手段３３，３５（以下、「照射手段」という）が設けられている。この照射手段は、本実施形態では、粗調用の照射手段３３と、微調用の照射手段３５が設けられている。各照射手段は同じ構成であるが、微調用の照射手段３５は、粗調用の照射手段３３及び後述する加熱手段５０よりも後段に配置されている。
【００５３】
ここで、照射手段の構成を説明する。照射手段３３には、アルゴンガスのガスボンベ３９が所定の電磁駆動弁４３を介して接続されており、また、照射手段３３には、直流電源３６が接続されている。
【００５４】
照射手段３３は、本実施形態では、プラズマガンが用いられている。この照射手段３３は、図４に示すように、例えば、ステンレス製の筒体３３ａを有し、この筒体３３ａ内には、上記直流電源３６と接続された図示しない電極棒が収容されている。この電極棒は、筒体３３ａとは絶縁されており、かつステンレス製の筒体３３ａの外周部は、アースシールドされている。
【００５５】
これにより、上述のように、真空チャンバー４０内が、例えば１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気され、アルゴンガスボンベ３９からのアルゴンガスが、筒体３３ａ内に送られるようになっている。これにより、筒体３３ａ内でアルゴンガスが、例えば１０-1乃至１０-2Ｔｏｒｒ程度充填された状態にて、上記電極棒に直流電源３６から直流電流が印加されると、筒体３３ａ内でアルゴンプラズマが発生するようになっている。
【００５６】
このプラズマの作用によりアルゴンガスがイオン化され、このイオン化されたアルゴンガスが筒体３３ａの先端の開口３３ｂから照射される。そして、イオン化された粒子であるアルゴンガスは、ワークである圧電振動片２１の電極膜１２に当たるようになっている。
【００５７】
そして、微調用の照射手段３５も照射手段３３と同様の構成となっており、順次イオン化されたアルゴンガスを圧電振動片２１の電極膜１２に照射するようになっている。
【００５８】
また、図３に示すように、この各照射手段３３，３５と圧電振動片２１との間には、シャッター４８が介在されている。シャッター４８は、図４に示すように、シャッター駆動手段４５により駆動されて、マスク４６の開口を開閉することにより、イオン化されたアルゴンガスの照射を遮断，開放することができるようになっている。
【００５９】
一方、各照射手段３３，３５に対応して、ネットワークアナライザ３１，３１が設定されており、これらは、コンピュータ等でなる外部演算装置３８，３８とそれぞれ接続されている。各ネットワークアナライザ３１は、フィクスチャ３２及び接触手段４７を介して、各ワークである圧電振動片２１と電気的に接続されている。
【００６０】
ネットワークナライザ３１は、内部に高周波の発生源を有しており、フィクスチャ３２を介して、各圧電振動片２１のアウターリード１４（図２参照）及びインナーリード１５に駆動電圧を印加することにより、加工中の各圧電振動片２１の共振周波数をモニタすることができるようになっている。
【００６１】
フィクスチャ３２は、モニタリング手段としてのネットワークナライザ３１と圧電振動片２１との接続手段であって、アルゴンイオンが照射される圧電振動片２１の電極膜１２に帯電したプラス電荷を直流成分もしくは低周波数成分として除去し、ネットワークナライザ３１に伝えられないようにするものである。このため、フィクスチャ３２は、一方が圧電振動片２１のアウターリード１４に接続され、他方が設置された図示しないコイルや抵抗等でなる低周波数除去手段を備えている。
【００６２】
外部演算装置３８は、ネットワークナライザ３１による測定結果から加工中の圧電振動片２１の周波数を取得し、調整目標の周波数と比較することによって、各照射手段３３，３５における加工レートを演算により決定する。この演算結果に基づいて、外部演算装置３８は、例えば直流電源３６，シャター駆動手段４５等の駆動を制御することにより、加工装置３０の運転制御を行うようになっている。
【００６３】
さらに、本実施形態では、粗調用の照射手段３３よりも後段で、微調用の照射手段よりも前段に、加熱手段５０を備えている。
【００６４】
この加熱手段５０は、温度制御手段５１に接続された真空アニール炉５２を備えており、粗調が終了した圧電振動片２１が搬入されるように、搬送手段４４に接続されている。
【００６５】
この真空アニール炉では、その中に入れた圧電振動片２１に対して、例えば、摂氏３００度にて、１時間程度の加熱処理をするようになっている。この加熱処理を終えたら、圧電振動片２１は、矢印Ａ方向に送られて、上記微調用の照射手段３５による周波数調整がされるようになっている。
【００６６】
本実施形態の加工装置３０は、以上のように構成されており、その加工は次のように実行される。
【００６７】
先ず、各真空チャンバー４０，４０内は、上述したように、メカニカルブースターポンプ４１及びロータリポンプ４２により、例えば１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気される。この状態にて、搬送手段４４により、ワークである圧電振動片２１は、矢印Ａ方向に搬送されて、照射手段３３に対応する位置まで移動される。
【００６８】
そして、粗調用照射手段３３側の一方の外部演算装置３８の指令により、アルゴンガスボンベ３９からのアルゴンガスが、照射手段３３の筒体３３ａ内に送られる。
【００６９】
これにより、各筒体内ではアルゴンガスが、例えば１０-1乃至１０-2Ｔｏｒｒ程度充填された状態となり、筒体内の電極棒に直流電源３６から直流電流が印加されると、筒体内でアルゴンプラズマが発生する。このプラズマの作用によりアルゴンガスがイオン化され、このイオン化されたアルゴンガスが筒体３３ａの先端の開口３３ｂから照射される。そして、イオン化された粒子であるアルゴンガスは、ワークである圧電振動片２１の電極膜１２に当たる。これにより、電極膜１２は、金または銀の電極膜であるから、図１０に示されているように、比較的高いエッチングレートにより加工される。この加工はネットワークナライザ３１によりモニタされながら、圧電振動片２１の周波数ｆ１は、２０００ｐｐｍ程度のずれがある状態から、所望の目標とされる共振周波数ｆ０に対して１００ｐｐｍ程度のずれになるまで、外部演算装置３８に制御されつつアルゴンイオンエッチングが進められ、質量減少方式による周波数調整がなされる。
【００７０】
次に、圧電振動片２１は、搬送手段４４により矢印方向Ａに沿って送られて、真空アニール炉５２内に搬入される。この真空アニール炉５２内では、温度制御手段５１の制御に基づいて、例えば、摂氏３００度にて、１時間の熱処理がされる。この加熱処理により、圧電振動片２１の電極膜１２が変化する。すなわち、上述したように、この加熱処理により、図２で説明した下地層１７，この場合クロム成分がその上の電極膜１２に拡散し、強酸化膜を形成する。
【００７１】
図８及び図９は、この加熱処理による圧電振動片２１の断面構造の相違を説明するグラフであり、横軸に圧電振動片２１の厚み方向、縦軸が当該厚み位置における組成を示している。図８は、上記加熱処理を行った場合を示しており、上層（グラフ左の方）では、電極膜１２に拡散したクロムの組成が多くなっており、右に向かう程，つまり、圧電振動片２１の厚み方向が深くなる程、電極膜１２を構成する金属であるＡｇの比率が高まり、電極膜１２の下は、圧電材料としての水晶の成分の比率が多くなる。
【００７２】
これに対して、図９では、上記加熱処理を行わない状態を示し、電極膜１２にクロムが拡散していない。
【００７３】
これにより、電極膜１２は、下地層１７の成分，例えばクロムが拡散して、クロム成分が多くなる。このため、図１０にて示されているように、電極膜１２を構成する金属であるＡｇ等よりもエッチングレートが低くなるので、この後の微調工程において、電極膜１２をエッチング加工する場合に、周波数調整速度を遅くすることができ、圧電振動片が目標とする周波数に到達したところで正確に周波数調整を止めることができ、精密な周波数調整を行うことができる。
【００７４】
つまり、加熱手段５０にて加熱処理が済んだ圧電振動片２１は、搬送手段４４により、さらに矢印Ａの方向に搬送されて、微調用の照射手段照射手段３５により、電極膜１２がエッチングされる。
【００７５】
すなわち、微調用の照射手段３５から、圧電振動片２１の電極膜１２に対して、アルゴンガスが照射される。この場合、照射手段３５の構成は、他の照射手段と同じであるが、照射面である圧電振動片２１の電極膜１２は、上述したように、エッチングレートの比較的低い金属，この実施形態では、クロムが電極膜１２に拡散した状態となっている。
【００７６】
したがって、電極膜１２は、クロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）の低いエッチングレートに基づいて加工されることにより、精密な質量減少による調整が可能となる。このため、微調用の照射手段３５により、電極膜１２は、所望の目標とされる共振周波数ｆ０に対して、従来よりも一層精密に例えば、プラスマイナス１ｐｐｍ程度のばらつきになるまで周波数調整を行うことができる。
【００７７】
したがって、この加工装置３０によれば、例えば、高周波タイプの圧電振動片２１を製造する場合にも、目標とされる共振周波数ｆ０に対して、極めて精密に合わせ込むことができ、図１１に示すように、調整後の周波数のばらつきが、きわめて狭い範囲になるように加工することが可能となる。
【００７８】
これにより、このように加工した圧電振動片２１を用いて、図２に示す圧電振動子１０や圧電発振器等の高性能な圧電デバイスを得ることができる。
【００７９】
図５乃至図７は、加工装置の第２の実施形態を示すものであり、図５は加工装置６０のブロック構成図、図６はその要部の概略斜視図、図７は加熱手段の拡大断面図である。
【００８０】
図５乃至図７に示す加工装置は、上述した図１の第２の方法に係る周波数調整方法を実行するための装置である。図５乃至図７に示す加工装置において、第１の実施形態である図３及び図４の加工装置３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【００８１】
図５及び図６において、加工装置６０においては、粗調用の照射手段３３と微調用の照射手段３５は、第１の実施形態と全く同じ構成であるが、加熱手段の構成が異なっている。
【００８２】
すなわち、この加工装置６０の加熱手段７０は、粗調用の照射手段３３よりも後段で、微調用の照射手段３５よりも前段に配置されている点は、第１の実施形態と同じであるが、その構成は以下のように異なる。
【００８３】
加熱手段７０は、本実施形態では、プラズマガンが用いられており、イオン粒子を照射する照射手段３４を備えている。この照射手段３４は、、例えば、ステンレス製の筒体３４ａを有し、この筒体３４ａ内には、直流電源３６と接続された電極棒７１が収容されている。この電極棒７１は、筒体３４ａとは絶縁されており、かつステンレス製の筒体３４ａの外周部は、アースシールドされている。
【００８４】
筒体３４ａ内には、アルゴンガスボンベ３９からのアルゴンガスが電磁駆動弁４３を介して導入されるようになっている。
【００８５】
筒体３４ａの先端は、真空チャンバー４０により包囲されており、この真空チャンバー４０には、メカニカルブースターポンプ４１及びロータリポンプ４２が接続されて、チャンバー４０内を真空引きできるようになっている。
【００８６】
また、真空チャンバー４０内には、搬送手段４４により移動される圧電振動片２１が搬送されるようになっており、この圧電振動片２１は、粗調用照射手段３３による粗調工程におけるエッチングが終了した状態で搬送され、真空チャンバー４０内にて、筒体３４ａの先端の開口３４ｂと、圧電振動片２１の電極面１２が対向して位置決めされるようになっている。
【００８７】
加工装置６０は以上のように構成されており、その加工は次のように実行される。
【００８８】
先ず、真空チャンバー４０内は、加工装置３０と同様のメカニズムにより真空排気され、圧電振動片２１は、搬送手段４４によって、矢印Ａ方向に送られる。
【００８９】
一方、各照射手段３３，３５においては、加工装置３０と同様に、アルゴンガスを照射するようになっている。
【００９０】
加工装置６０では、粗調用の照射手段３３による加工は、上記加工装置３０と同様に行われる。粗調用の照射手段３３による加工が済んだ圧電振動片２１は、搬送手段４４により、矢印Ａ方向に送られると、加熱手段７０にて、図７にて説明したようにプラズマガンである照射手段３４に対して位置決めされる。
【００９１】
これにより、加熱手段７０の照射手段３４の筒体３４ａの開口３４ｂからプラズマが圧電振動片２１の周波数調整面１９に局所的に照射される。ここで、図７に示すプラズマガンで圧電振動片２１の電極膜１２を電気的に中立にしておくと、アルゴンイオンの衝突は起こらないためエッチングしない。しかしプラズマ放電の熱エネルギーが圧電振動片２１の電極膜１２に伝達されるため、加熱される。
【００９２】
これにより、圧電振動片２１の電極膜１２は、下地層１７の成分，例えばクロムが拡散して、クロム成分もしくはニッケル成分が多くなる。このため、図１０にて示されているように、電極膜１２を構成する金属であるＡｇ等よりもエッチングレートが低くなるので、この後の微調工程において、微調用の照射手段３５により、電極膜１２のインナーリード１５を接続しない面である電極膜１２をエッチング加工する場合に、調整幅の小さな，すなわち精密な周波数調整を行うことができる。
【００９３】
かくして、この加工装置６０においても、加工装置３０と同じ作用効果を得ることができる。
【００９４】
本発明は上述の実施形態や各変形例の個別の態様に限定されず、その構成は任意に組み合わせることができる。
【００９５】
また、圧電振動子に限らず、パッケージに発振回路等を有するＩＣチップと水晶振動子を内蔵した水晶発振器等に適用することができる。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、エッチングによる周波数調整における周波数のずれ量を小さくして、精密に周波数調整できる方法を提供し、あわせて、このようにして調整される高精度な圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置を提供することができる。
【００９７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数調整方法を説明するための図であり、（ａ）はその第１の方法を示す図、（ｂ）はその第２の方法を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る加工方法が適用される圧電振動子を示しており、（ａ）はその概略正面、（ｂ）はそのパッケージを除いた概略側断面図。
【図３】図１（ａ）に示す周波数調整方法を実行するための第１の実施形態に係る加工装置のブロック構成図。
【図４】図３の加工装置の要部の概略斜視図。
【図５】図１（ｂ）に示す周波数調整方法を実行するための第２の実施形態に係る加工装置のブロック構成図。
【図６】図５の加工装置の要部の概略斜視図。
【図７】図５の加工装置の加熱手段の拡大断面図。
【図８】本発明の実施形態における周波数調整方法の加熱処理工程を行った場合の電極膜の状態に関し、その深さ方向と組成について示したグラフ。
【図９】本発明の実施形態における周波数調整方法の加熱処理工程を行なわない場合の電極膜の状態に関し、その深さ方向と組成について示したグラフ。
【図１０】アルゴンイオンによる各種の金属についてそのエッチングレートを示すグラフ。
【図１１】本発明の実施形態に係る周波数調整方法により周波数調整を行った場合の調整結果を示すグラフ。
【図１２】従来の圧電振動片の金属膜のようすを示す概略断面図。
【図１３】従来の周波数調整方法により周波数調整を行った場合の調整結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１０ 圧電振動子
１１ 圧電素子
１２ 電極膜
１３ 金属外環
１４ アウターリード
１５ インナーリード
１６ 導電性の接着剤（ハンダ）
１７ 下地層
１９ 周波数調整面
３０，６０ （周波数調整用）加工装置
３１ ネットワークナライザ
３２ フィクスチャ
３３ 粗調用の照射手段
３５ 微調用の照射手段
３８ 外部演算装置
４４ 搬送手段
４５ シャッター駆動手段
４８ シャッター
５０ 加熱手段
７０ 加熱手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、圧電振動片をパッケージに内蔵した圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置の改良に関する。
【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、これら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振動子や圧電発振器等の圧電素子もその高性能化が要求されている。
【０００３】
このような圧電振動子等では、パッケージ内に圧電材料でなる圧電振動片が収容されており、この圧電振動片としては、極めて薄い板状でなる圧電材料である水晶振動片が広く使用されている。
【０００４】
すなわち、このような水晶振動片は、板状の両面に金属膜でなる電極膜が所定のパターンで形成されており、この電極膜に所定の駆動電圧を印加することにより、その厚みに依存した固有の振動周波数で振動するようになっている。そして、この振動を電気的に取り出して、組み込まれる機器の所定のクロック信号等に利用している。
【０００５】
図１２は、このような水晶振動片１を示している。この水晶振動片１は、薄い長方形状に形成されており、図１２では断面が概略的に示されている。
【０００６】
水晶振動片１の表裏両面には、下地層２，２が形成されており、さらに各下地層２，２の上には、金または銀でなる電極膜３，３が形成されている。
【０００７】
このような水晶振動片１の電極膜３，３にインナーリードを接続し、パッケージに収容することによって、水晶振動子を構成するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述の水晶振動子では、電極膜３、３に所定の駆動電圧（駆動電圧）が印加された場合、水晶振動片１の振動周波数は、その重さ（質量）により僅かに異なる。
【０００９】
このため、例えば、図１２のように水晶板の両面に電極膜３，３を金属蒸着工程等にて、予め所望の周波数より低めの共振周波数となるように形成した後で、図示しないインナーリードを接続し、駆動電圧を印加して振動周波数を見ながら、ドライエッチング等の手法により、電極膜３，３の表面をエッチングすることによって、イオンビームエッチングの場合と同じように質量削減方式の周波数調整をすることができる。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、圧電振動子等の圧電素子の性能に応じてより高い周波数に合わせこむ必要が生じた場合に、高周波帯になるにつれて電極膜の質量変化に対する周波数変化率が大きくなるという問題があった。
【００１１】
例えば図１３に示すように、周波数合わせ込みの中心値Ｃに対して、個々の水晶振動片１の周波数のずれによるばらつきが多くなり、製造効率が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、以上の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、エッチングによる周波数調整における周波数のずれ量を小さくして、精密に周波数調整できる方法を提供し、あわせて、このようにして調整される高品質の圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、板状の圧電材料の両面に金属膜による電極を形成し、この電極に駆動電圧を印加することで、所定の振動を行う圧電振動片の前記金属膜を質量削減方式にて周波数調整する方法であって、前記圧電振動片の両面に先ず前記電極を構成する金属膜よりもエッチングレートが低い金属により下地層を形成し、この下地層の上に前記電極を構成する金属膜を形成し、前記電極を構成する金属膜をプラズマエッチングすることにより粗調を行い、次いで、前記圧電振動片を加熱処理して、前記下地層金属を、電極膜を構成する金属膜内及びその最表面に拡散させ、次いで、この下地層金属が拡散された電極膜をプラズマエッチングすることにより微調を行うようにした、圧電振動片の周波数調整方法により、達成される。
【００１４】
上記の構成によれば、板状の圧電材料で形成する圧電振動片の両面には、電極膜を形成する前に金属の下地層が設けられる。そして、電極膜を形成後に、この電極膜に対してエッチングにより、従来と同じエッチングレートで周波数調整としての粗調が行われる。この粗調処理後に、加熱処理すると、下地層の金属が電極膜を構成する金属膜内及びその最表面に拡散する。この場合、拡散する下地層金属は電極を構成する金属膜よりもエッチングレートが低い金属が使用されていることから、これにより電極膜のエッチングレートが低下し、その後、従来よりも低いエッチングレートにより、微調として比較的調整幅の小さな周波数調整がされる。
【００１５】
これにより、所望の周波数に精密にあわせこむことが可能となる。
【００１６】
本発明は、前記下地層がクロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）により形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、下地層としてクロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）を選択すると、クロムやニッケルは従来より電極膜を形成するための下地層として使用されているので、従来の製造工程を利用して、比較的容易に上記の目的の下地層を設けることができる。
【００１８】
本発明は、前記プラズマエッチングは、アルゴン（Ａｒ）イオンによるプラズマエッチングにより行われることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、微調レートが低くなるため加工精度が向上する。
【００２０】
本発明は、前記加熱処理が、高温アニール処理により行われることを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、真空炉または雰囲気炉を用いると、粗調と微調の工程の間に容易に加熱処理工程を設けることができ、炉内の限られた空間にて処理するので、温度設定などの制御がし易い。
【００２２】
本発明は、前記加熱処理が、プラズマ放電による局所加熱により行われることを特徴とする。
【００２３】
上記の構成によれば、粗調もしくは微調のエッチング処理設備を利用して、粗調と微調の工程の間に容易に加熱処理工程を設けることができる。
【００２６】
また、上記目的は、本発明にあっては、圧電振動片を真空チャンバー内で一方向に送る手段と、この搬送される圧電振動片の電極膜に対して、イオン化された粒子を照射する粗調用の照射手段と、この粗調用の照射手段の後段に配置されており、粗調後の圧電振動片を加熱処理する手段と、加熱処理後の圧電振動片に対して、イオン化された粒子を照射する微調用の照射手段とを備える加工装置であって、前記加熱処理は、圧電振動片に形成された下地層を、前記下地層上に形成された電極膜を構成する金属膜内およびその最表面に拡散させるまで加熱圧電振動片の加工装置により、達成される。
【００２７】
上記の構成によれば、加工装置の粗調と微調を行う各照射手段の間に加熱手段を設けるだけで、微調工程にて従来よりも低いエッチングレートにより、比較的調整幅の小さな周波数調整を行うことができる加工装置を得ることができる。
【００２８】
本発明は、加熱手段が、圧電振動片に形成された下地層を、前記下地層上に形成された電極膜を構成する金属膜内およびその最表面に拡散させる程度に高温の真空炉であることを特徴とする。
【００２９】
本発明は、前記加熱手段が、前記圧電振動片に対して、局所的にプラズマを照射する手段であることを特徴とする。
【００３０】
本発明は、前記粗調用の照射手段及び微調用の照射手段が、イオン化されたアルゴン（Ａｒ）ガスを照射する構成としたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、本発明による周波数調整方法の概略説明図である。
【００３３】
図１（ａ）は、圧電振動片の周波数調整方法の第１の方法を示しており、図１（ｂ）は、圧電振動片の周波数調整方法の第２の方法を示している。
【００３４】
先ず、第１の方法について説明すると、圧電材料としての例えばごく薄い水晶振動片１の表裏両面には、下地層２，２が形成されており、さらに各下地層２，２の上には、金または銀でなる電極膜３，３が形成されている。
【００３５】
このような水晶振動片１を、矢印Ａの方向に送る手段と、この水晶振動片１のエッチングすべき面に対向して設けられ、電極膜３にイオン化された粒子を照射する粗調用の照射手段５と、この粗調用の照射手段５よりも後段で、圧電振動片１を高温で加熱するための真空アニール炉４と、この真空アニール炉４よりも後段に配置され、加熱処理された水晶振動片１に対してイオン化された粒子を照射する微調用の照射手段６とにより、周波数調整する方法である。
【００３６】
また、第２の方法は、図１（ｂ）に示されているように、水晶振動片１を、矢印Ａの方向に送る手段と、この水晶振動片１のエッチングすべき面に対向して設けられ、電極膜３にイオン化された粒子を照射する粗調用の照射手段５と、この粗調用の照射手段５よりも後段で、図示するように、水晶振動片１に対して、局所的にプラズマ放電を行い加熱する手段と、この加熱手段よりも後段に配置され、加熱処理された水晶振動片１に対してイオン化された粒子を照射する微調用の照射手段６とにより、周波数調整する方法である。
【００３７】
これらの各方法による周波数調整を行う加工装置については、後で詳しく説明する。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態による圧電振動子の構成例を示している。
【００３９】
例えば、水晶等の圧電材料によって、薄い長方形の板状に形成された圧電素子１１は、図２（ｂ）に示すように、その両面に後述する電極面を構成する金属よりもエッチングレートが低い金属として、例えばクロム（Ｃｒ）等による下地層１７，１７が蒸着やスパッタリング等により形成され、その上には、図２（ａ）に示すように、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）等でなる電極膜１２，１２が蒸着やスパッタリング等により形成されている。
【００４０】
また、電極膜１２の端部には、インナーリード１５，１５が導電性の接着剤やハンダ１６により電気的に固定されている。
【００４１】
そして、インナーリード１５，１５は、例えば断面円形もしくは楕円形でなる金属外環１３とこの内部に充填された絶縁ガラスにより支持されるとともに、この金属外環１３の反対側から延びるアウターリード１４，１４と接続されている。また、圧電振動片１２は、一端が塞がれた筒状の金属ケースであるパッケージ２０の内側に入るように、図示のように金属外環１３の上端に被嵌されることにより真空封止または窒素封止されている。
【００４２】
ここで、上記パッケージ２０による封止に先立って、本実施形態では、例えば、後述する加工装置を利用して、インナーリード１５，１５をマウントした圧電振動片２１は、高いエッチングレートにてエッチングすることにより周波数調整される（粗調）。そして、この粗調後の圧電振動片２１を、例えば、上述した第１及び第２の方法のいずれかにより加熱処理すると、その電極膜１２が変化する。すなわち、この加熱処理により、下地層１７，この場合クロム成分がその上の電極膜１２に拡散し、強酸化膜を形成する。これにより、電極膜１２はエッチングレートが低くなるので、すなわち精密な周波数調整を行うことができる。
【００４３】
また、このような処理を行うことにより、クロムが電極膜１２の表面にも存在するので、周波数調整後の上記封止を行う際等に、ガスの吸着が減少し、性能が向上する。さらに、ハンダ１６を用いたマウント構造を採用すると、マウント後に上記拡散したクロムが半田成分の拡散を抑制するので、マウント部の経時変化により半田成分が拡散し、振動周波数が低下するといった事態を防止して、製品の性能が長期間保持される。
【００４４】
ここで、上記加熱処理、すなわちクロムの拡散工程は、インナーリード１５のマウント後で、しかも周波数調整工程のうちの粗調工程の後であることが重要である。すなわち、マウント工程の前で上記加熱処理を行うと、下地層１７からクロムが拡散した状態の電極膜１２とインナーリード１５とを接続することになり、ハンダ流れが悪くなって適切にマウントできない場合がある。また、上記加熱処理、すなわちクロムの拡散工程が、粗調前であると、電極膜１２の表面に拡散したクロムを粗調により削ってしまい、後段の微調工程におけるエッチングレートの低い周波数調整が行えなく場合がある。
【００４５】
さらに、この発明が適用される圧電振動子は、図示のように、金属ケースのパッケージ２０により封止されるタイプだけでなく、例えばセラミックス等の圧電材料によるベース等のパッケージ内に収容されて、蓋により封止されるような構成のものにも適用される。また、同様に、本発明は、このようなパッケージ内に上述のような圧電振動片と集積回路を収容して封止した圧電発振器にも適用される。
【００４６】
次に、上述の圧電振動片の周波数を調整するための加工装置について説明する。
【００４７】
図３及び図４は、このような加工装置の第１の実施形態を示すものであり、図３は加工装置３０のブロック構成図、図４はその要部の概略斜視図である。
【００４８】
図３及び図４に示す加工装置は、上述した第１の方法に係る周波数調整方法を実行するための装置である。
【００４９】
加工装置３０は、図３に示すように、ふたつの真空チャンバー４０，４０を備えている。各真空チャンバー４０には、メカニカルブースターポンプ４１を介して、ロータリポンプ４２が接続されており、所定の真空度，例えば、１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気されるようになっている（１Ｔｏｒｒ＝１３３Ｐａ）。
【００５０】
これらの真空チャンバー４０，４０内には、搬送手段４４が設けられており、搬送手段４４は、一方向，すなわち矢印Ａの方向に沿って、ワークとしての圧電振動片２１をひとつずつ搬送するようになっている。
【００５１】
ここで、圧電振動片２１は、図２で説明したように、その表面に電極膜１２が設けられており、インナーリード１５を介して、この圧電振動片２１に駆動電圧を印加した場合にその振動数が、所望の共振周波数ｆ０よりも、若干低くなる程度の質量となるように、前の工程で成膜されて送られる。そして、この加工装置３０により、質量削減方式により、所望の共振周波数ｆ０になるように周波数調整されるようになっている。
【００５２】
真空チャンバー４０，４０内には、それぞれ、イオン化された粒子の照射手段３３，３５（以下、「照射手段」という）が設けられている。この照射手段は、本実施形態では、粗調用の照射手段３３と、微調用の照射手段３５が設けられている。各照射手段は同じ構成であるが、微調用の照射手段３５は、粗調用の照射手段３３及び後述する加熱手段５０よりも後段に配置されている。
【００５３】
ここで、照射手段の構成を説明する。照射手段３３には、アルゴンガスのガスボンベ３９が所定の電磁駆動弁４３を介して接続されており、また、照射手段３３には、直流電源３６が接続されている。
【００５４】
照射手段３３は、本実施形態では、プラズマガンが用いられている。この照射手段３３は、図４に示すように、例えば、ステンレス製の筒体３３ａを有し、この筒体３３ａ内には、上記直流電源３６と接続された図示しない電極棒が収容されている。この電極棒は、筒体３３ａとは絶縁されており、かつステンレス製の筒体３３ａの外周部は、アースシールドされている。
【００５５】
これにより、上述のように、真空チャンバー４０内が、例えば１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気され、アルゴンガスボンベ３９からのアルゴンガスが、筒体３３ａ内に送られるようになっている。これにより、筒体３３ａ内でアルゴンガスが、例えば１０-1乃至１０-2Ｔｏｒｒ程度充填された状態にて、上記電極棒に直流電源３６から直流電流が印加されると、筒体３３ａ内でアルゴンプラズマが発生するようになっている。
【００５６】
このプラズマの作用によりアルゴンガスがイオン化され、このイオン化されたアルゴンガスが筒体３３ａの先端の開口３３ｂから照射される。そして、イオン化された粒子であるアルゴンガスは、ワークである圧電振動片２１の電極膜１２に当たるようになっている。
【００５７】
そして、微調用の照射手段３５も照射手段３３と同様の構成となっており、順次イオン化されたアルゴンガスを圧電振動片２１の電極膜１２に照射するようになっている。
【００５８】
また、図３に示すように、この各照射手段３３，３５と圧電振動片２１との間には、シャッター４８が介在されている。シャッター４８は、図４に示すように、シャッター駆動手段４５により駆動されて、マスク４６の開口を開閉することにより、イオン化されたアルゴンガスの照射を遮断，開放することができるようになっている。
【００５９】
一方、各照射手段３３，３５に対応して、ネットワークアナライザ３１，３１が設定されており、これらは、コンピュータ等でなる外部演算装置３８，３８とそれぞれ接続されている。各ネットワークアナライザ３１は、フィクスチャ３２及び接触手段４７を介して、各ワークである圧電振動片２１と電気的に接続されている。
【００６０】
ネットワークナライザ３１は、内部に高周波の発生源を有しており、フィクスチャ３２を介して、各圧電振動片２１のアウターリード１４（図２参照）及びインナーリード１５に駆動電圧を印加することにより、加工中の各圧電振動片２１の共振周波数をモニタすることができるようになっている。
【００６１】
フィクスチャ３２は、モニタリング手段としてのネットワークナライザ３１と圧電振動片２１との接続手段であって、アルゴンイオンが照射される圧電振動片２１の電極膜１２に帯電したプラス電荷を直流成分もしくは低周波数成分として除去し、ネットワークナライザ３１に伝えられないようにするものである。このため、フィクスチャ３２は、一方が圧電振動片２１のアウターリード１４に接続され、他方が設置された図示しないコイルや抵抗等でなる低周波数除去手段を備えている。
【００６２】
外部演算装置３８は、ネットワークナライザ３１による測定結果から加工中の圧電振動片２１の周波数を取得し、調整目標の周波数と比較することによって、各照射手段３３，３５における加工レートを演算により決定する。この演算結果に基づいて、外部演算装置３８は、例えば直流電源３６，シャター駆動手段４５等の駆動を制御することにより、加工装置３０の運転制御を行うようになっている。
【００６３】
さらに、本実施形態では、粗調用の照射手段３３よりも後段で、微調用の照射手段よりも前段に、加熱手段５０を備えている。
【００６４】
この加熱手段５０は、温度制御手段５１に接続された真空アニール炉５２を備えており、粗調が終了した圧電振動片２１が搬入されるように、搬送手段４４に接続されている。
【００６５】
この真空アニール炉では、その中に入れた圧電振動片２１に対して、例えば、摂氏３００度にて、１時間程度の加熱処理をするようになっている。この加熱処理を終えたら、圧電振動片２１は、矢印Ａ方向に送られて、上記微調用の照射手段３５による周波数調整がされるようになっている。
【００６６】
本実施形態の加工装置３０は、以上のように構成されており、その加工は次のように実行される。
【００６７】
先ず、各真空チャンバー４０，４０内は、上述したように、メカニカルブースターポンプ４１及びロータリポンプ４２により、例えば１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気される。この状態にて、搬送手段４４により、ワークである圧電振動片２１は、矢印Ａ方向に搬送されて、照射手段３３に対応する位置まで移動される。
【００６８】
そして、粗調用照射手段３３側の一方の外部演算装置３８の指令により、アルゴンガスボンベ３９からのアルゴンガスが、照射手段３３の筒体３３ａ内に送られる。
【００６９】
これにより、各筒体内ではアルゴンガスが、例えば１０-1乃至１０-2Ｔｏｒｒ程度充填された状態となり、筒体内の電極棒に直流電源３６から直流電流が印加されると、筒体内でアルゴンプラズマが発生する。このプラズマの作用によりアルゴンガスがイオン化され、このイオン化されたアルゴンガスが筒体３３ａの先端の開口３３ｂから照射される。そして、イオン化された粒子であるアルゴンガスは、ワークである圧電振動片２１の電極膜１２に当たる。これにより、電極膜１２は、金または銀の電極膜であるから、図１０に示されているように、比較的高いエッチングレートにより加工される。この加工はネットワークナライザ３１によりモニタされながら、圧電振動片２１の周波数ｆ１は、２０００ｐｐｍ程度のずれがある状態から、所望の目標とされる共振周波数ｆ０に対して１００ｐｐｍ程度のずれになるまで、外部演算装置３８に制御されつつアルゴンイオンエッチングが進められ、質量減少方式による周波数調整がなされる。
【００７０】
次に、圧電振動片２１は、搬送手段４４により矢印方向Ａに沿って送られて、真空アニール炉５２内に搬入される。この真空アニール炉５２内では、温度制御手段５１の制御に基づいて、例えば、摂氏３００度にて、１時間の熱処理がされる。この加熱処理により、圧電振動片２１の電極膜１２が変化する。すなわち、上述したように、この加熱処理により、図２で説明した下地層１７，この場合クロム成分がその上の電極膜１２に拡散し、強酸化膜を形成する。
【００７１】
図８及び図９は、この加熱処理による圧電振動片２１の断面構造の相違を説明するグラフであり、横軸に圧電振動片２１の厚み方向、縦軸が当該厚み位置における組成を示している。図８は、上記加熱処理を行った場合を示しており、上層（グラフ左の方）では、電極膜１２に拡散したクロムの組成が多くなっており、右に向かう程，つまり、圧電振動片２１の厚み方向が深くなる程、電極膜１２を構成する金属であるＡｇの比率が高まり、電極膜１２の下は、圧電材料としての水晶の成分の比率が多くなる。
【００７２】
これに対して、図９では、上記加熱処理を行わない状態を示し、電極膜１２にクロムが拡散していない。
【００７３】
これにより、電極膜１２は、下地層１７の成分，例えばクロムが拡散して、クロム成分が多くなる。このため、図１０にて示されているように、電極膜１２を構成する金属であるＡｇ等よりもエッチングレートが低くなるので、この後の微調工程において、電極膜１２をエッチング加工する場合に、周波数調整速度を遅くすることができ、圧電振動片が目標とする周波数に到達したところで正確に周波数調整を止めることができ、精密な周波数調整を行うことができる。
【００７４】
つまり、加熱手段５０にて加熱処理が済んだ圧電振動片２１は、搬送手段４４により、さらに矢印Ａの方向に搬送されて、微調用の照射手段照射手段３５により、電極膜１２がエッチングされる。
【００７５】
すなわち、微調用の照射手段３５から、圧電振動片２１の電極膜１２に対して、アルゴンガスが照射される。この場合、照射手段３５の構成は、他の照射手段と同じであるが、照射面である圧電振動片２１の電極膜１２は、上述したように、エッチングレートの比較的低い金属，この実施形態では、クロムが電極膜１２に拡散した状態となっている。
【００７６】
したがって、電極膜１２は、クロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）の低いエッチングレートに基づいて加工されることにより、精密な質量減少による調整が可能となる。このため、微調用の照射手段３５により、電極膜１２は、所望の目標とされる共振周波数ｆ０に対して、従来よりも一層精密に例えば、プラスマイナス１ｐｐｍ程度のばらつきになるまで周波数調整を行うことができる。
【００７７】
したがって、この加工装置３０によれば、例えば、高周波タイプの圧電振動片２１を製造する場合にも、目標とされる共振周波数ｆ０に対して、極めて精密に合わせ込むことができ、図１１に示すように、調整後の周波数のばらつきが、きわめて狭い範囲になるように加工することが可能となる。
【００７８】
これにより、このように加工した圧電振動片２１を用いて、図２に示す圧電振動子１０や圧電発振器等の高性能な圧電デバイスを得ることができる。
【００７９】
図５乃至図７は、加工装置の第２の実施形態を示すものであり、図５は加工装置６０のブロック構成図、図６はその要部の概略斜視図、図７は加熱手段の拡大断面図である。
【００８０】
図５乃至図７に示す加工装置は、上述した図１の第２の方法に係る周波数調整方法を実行するための装置である。図５乃至図７に示す加工装置において、第１の実施形態である図３及び図４の加工装置３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【００８１】
図５及び図６において、加工装置６０においては、粗調用の照射手段３３と微調用の照射手段３５は、第１の実施形態と全く同じ構成であるが、加熱手段の構成が異なっている。
【００８２】
すなわち、この加工装置６０の加熱手段７０は、粗調用の照射手段３３よりも後段で、微調用の照射手段３５よりも前段に配置されている点は、第１の実施形態と同じであるが、その構成は以下のように異なる。
【００８３】
加熱手段７０は、本実施形態では、プラズマガンが用いられており、イオン粒子を照射する照射手段３４を備えている。この照射手段３４は、、例えば、ステンレス製の筒体３４ａを有し、この筒体３４ａ内には、直流電源３６と接続された電極棒７１が収容されている。この電極棒７１は、筒体３４ａとは絶縁されており、かつステンレス製の筒体３４ａの外周部は、アースシールドされている。
【００８４】
筒体３４ａ内には、アルゴンガスボンベ３９からのアルゴンガスが電磁駆動弁４３を介して導入されるようになっている。
【００８５】
筒体３４ａの先端は、真空チャンバー４０により包囲されており、この真空チャンバー４０には、メカニカルブースターポンプ４１及びロータリポンプ４２が接続されて、チャンバー４０内を真空引きできるようになっている。
【００８６】
また、真空チャンバー４０内には、搬送手段４４により移動される圧電振動片２１が搬送されるようになっており、この圧電振動片２１は、粗調用照射手段３３による粗調工程におけるエッチングが終了した状態で搬送され、真空チャンバー４０内にて、筒体３４ａの先端の開口３４ｂと、圧電振動片２１の電極面１２が対向して位置決めされるようになっている。
【００８７】
加工装置６０は以上のように構成されており、その加工は次のように実行される。
【００８８】
先ず、真空チャンバー４０内は、加工装置３０と同様のメカニズムにより真空排気され、圧電振動片２１は、搬送手段４４によって、矢印Ａ方向に送られる。
【００８９】
一方、各照射手段３３，３５においては、加工装置３０と同様に、アルゴンガスを照射するようになっている。
【００９０】
加工装置６０では、粗調用の照射手段３３による加工は、上記加工装置３０と同様に行われる。粗調用の照射手段３３による加工が済んだ圧電振動片２１は、搬送手段４４により、矢印Ａ方向に送られると、加熱手段７０にて、図７にて説明したようにプラズマガンである照射手段３４に対して位置決めされる。
【００９１】
これにより、加熱手段７０の照射手段３４の筒体３４ａの開口３４ｂからプラズマが圧電振動片２１の周波数調整面１９に局所的に照射される。ここで、図７に示すプラズマガンで圧電振動片２１の電極膜１２を電気的に中立にしておくと、アルゴンイオンの衝突は起こらないためエッチングしない。しかしプラズマ放電の熱エネルギーが圧電振動片２１の電極膜１２に伝達されるため、加熱される。
【００９２】
これにより、圧電振動片２１の電極膜１２は、下地層１７の成分，例えばクロムが拡散して、クロム成分もしくはニッケル成分が多くなる。このため、図１０にて示されているように、電極膜１２を構成する金属であるＡｇ等よりもエッチングレートが低くなるので、この後の微調工程において、微調用の照射手段３５により、電極膜１２のインナーリード１５を接続しない面である電極膜１２をエッチング加工する場合に、調整幅の小さな，すなわち精密な周波数調整を行うことができる。
【００９３】
かくして、この加工装置６０においても、加工装置３０と同じ作用効果を得ることができる。
【００９４】
本発明は上述の実施形態や各変形例の個別の態様に限定されず、その構成は任意に組み合わせることができる。
【００９５】
また、圧電振動子に限らず、パッケージに発振回路等を有するＩＣチップと水晶振動子を内蔵した水晶発振器等に適用することができる。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、エッチングによる周波数調整における周波数のずれ量を小さくして、精密に周波数調整できる方法を提供し、あわせて、このようにして調整される高精度な圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置を提供することができる。
【００９７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数調整方法を説明するための図であり、（ａ）はその第１の方法を示す図、（ｂ）はその第２の方法を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る加工方法が適用される圧電振動子を示しており、（ａ）はその概略正面、（ｂ）はそのパッケージを除いた概略側断面図。
【図３】図１（ａ）に示す周波数調整方法を実行するための第１の実施形態に係る加工装置のブロック構成図。
【図４】図３の加工装置の要部の概略斜視図。
【図５】図１（ｂ）に示す周波数調整方法を実行するための第２の実施形態に係る加工装置のブロック構成図。
【図６】図５の加工装置の要部の概略斜視図。
【図７】図５の加工装置の加熱手段の拡大断面図。
【図８】本発明の実施形態における周波数調整方法の加熱処理工程を行った場合の電極膜の状態に関し、その深さ方向と組成について示したグラフ。
【図９】本発明の実施形態における周波数調整方法の加熱処理工程を行なわない場合の電極膜の状態に関し、その深さ方向と組成について示したグラフ。
【図１０】アルゴンイオンによる各種の金属についてそのエッチングレートを示すグラフ。
【図１１】本発明の実施形態に係る周波数調整方法により周波数調整を行った場合の調整結果を示すグラフ。
【図１２】従来の圧電振動片の金属膜のようすを示す概略断面図。
【図１３】従来の周波数調整方法により周波数調整を行った場合の調整結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１０ 圧電振動子
１１ 圧電素子
１２ 電極膜
１３ 金属外環
１４ アウターリード
１５ インナーリード
１６ 導電性の接着剤（ハンダ）
１７ 下地層
１９ 周波数調整面
３０，６０ （周波数調整用）加工装置
３１ ネットワークナライザ
３２ フィクスチャ
３３ 粗調用の照射手段
３５ 微調用の照射手段
３８ 外部演算装置
４４ 搬送手段
４５ シャッター駆動手段
４８ シャッター
５０ 加熱手段
７０ 加熱手段
Claims (9)
- 板状の圧電材料の両面に金属膜による電極を形成し、この電極に駆動電流を印加することで、所定の振動を行う圧電振動片の前記金属膜を質量削減方式にて周波数調整する方法であって、
前記圧電振動片の両面に先ず前記電極を構成する金属膜よりもエッチングレートが低い金属により下地層を形成し、
この下地層の上に前記電極を構成する金属膜を形成し、
前記電極を構成する金属膜をプラズマエッチングすることにより粗調を行い、
次いで、前記圧電振動片を加熱処理して、前記下地層金属を、電極膜を構成する金属膜内およびその最表面に拡散させ、
次いで、この下地層金属が拡散された電極膜をプラズマエッチングすることにより微調を行うようにしたことを特徴とする圧電振動片の周波数調整方法。 - 前記下地層がクロム（Ｃｒ）またはニッケル（Ｎｉ）により形成されている請求項１に記載の圧電振動片の周波数調整方法。
- 前記プラズマエッチングは、アルゴン（Ａｒ）イオンによるプラズマエッチングにより行われる請求項１または２のいずれかに記載の圧電振動片の周波数調整方法。
- 前記加熱処理が、高温アニール処理により行われる請求項１ないし３にいずれかに記載の圧電振動片の周波数調整方法。
- 前記加熱処理が、プラズマ放電による局所加熱により行われる請求項１ないし３にいずれかに記載の圧電振動片の周波数調整方法。
- 圧電振動片を真空チャンバー内で一方向に送る手段と、
この搬送される圧電振動片の電極膜に対して、イオン化された粒子を照射する粗調用の照射手段と、
この粗調用の照射手段の後段に配置されており、粗調後の圧電振動片を加熱処理する手段と、
加熱処理後の圧電振動片に対して、イオン化された粒子を照射する微調用の照射手段とを備える加工装置であって、
前記加熱処理は、圧電振動片に形成された下地層を、前記下地層上に形成された電極膜を構成する金属膜内およびその最表面に拡散させるまで加熱することを特徴とする圧電振動片の加工装置。 - 前記加熱手段が、圧電振動片に形成された下地層を、前記下地層上に形成された電極膜を構成する金属膜内およびその最表面に拡散させる程度に高温の真空炉である請求項６に記載の圧電振動片の加工装置。
- 前記加熱手段が、前記圧電振動片に対して、局所的にプラズマを照射する手段である請求項６に記載の圧電振動片の加工装置。
- 前記粗調用の照射手段及び微調用の照射手段が、イオン化されたアルゴン（Ａｒ）ガスを照射する構成とした請求項６ないし８のいずれかに記載の圧電振動片の加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35649799A JP3945103B2 (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35649799A JP3945103B2 (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001177372A JP2001177372A (ja) | 2001-06-29 |
| JP3945103B2 true JP3945103B2 (ja) | 2007-07-18 |
Family
ID=18449319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35649799A Expired - Fee Related JP3945103B2 (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3945103B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10162580A1 (de) * | 2001-12-19 | 2003-07-17 | Infineon Technologies Ag | Piezoelektrischer Schwingkreis, Verfahren zu dessen Herstellung und Filteranordnung |
| WO2007099658A1 (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-07 | Shinmaywa Industries, Ltd. | プラズマガン及びそれを備えるプラズマガン成膜装置 |
| JP2008199147A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Epson Toyocom Corp | 圧電振動子の製造方法および圧電発振器の製造方法 |
-
1999
- 1999-12-15 JP JP35649799A patent/JP3945103B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001177372A (ja) | 2001-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5918354A (en) | Method of making a piezoelectric element | |
| US20150015118A1 (en) | Piezoelectric device and method for fabricating the same | |
| JP3945103B2 (ja) | 圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 | |
| JP3823647B2 (ja) | 圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 | |
| JP3879346B2 (ja) | 圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置 | |
| JP3513474B2 (ja) | 大口径イオン源 | |
| JP6645856B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JP2001217677A (ja) | 音叉型圧電振動片及びその製造方法、その周波数調整加工装置、音叉型圧電振動子 | |
| JP4039230B2 (ja) | 音叉型振動子の発振周波数調整方法、及びその方法によって発振周波数が調整された音叉型振動子 | |
| JPH1168501A (ja) | 水晶振動子および水晶振動子の製造方法 | |
| JP3911943B2 (ja) | 圧電振動子及び圧電振動子の周波数調整方法 | |
| JPH02185967A (ja) | バイアススパッタリング方法およびその装置 | |
| JPH0955636A (ja) | 弾性表面波素子の周波数調整方法およびその装置 | |
| JP3252542B2 (ja) | 圧電素子の周波数調整方法 | |
| JP2000323442A (ja) | 圧電素子の周波数調整装置 | |
| JP2633849B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JP2009141825A (ja) | 大気圧プラズマを用いた水晶振動子の周波数調整方法及びそれに用いる装置 | |
| JPH02164784A (ja) | セラミック回路基板の製造方法 | |
| JP2001267870A (ja) | リチウム系圧電体基板を有するｓａｗデバイスの製造方法および製造装置 | |
| JP2001177363A5 (ja) | ||
| JP3917061B2 (ja) | 圧電素子の周波数調整装置 | |
| JP2013168742A (ja) | 圧電素子の周波数調整方法、圧電デバイス、電子機器 | |
| JPH01107538A (ja) | マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 | |
| JP3500286B2 (ja) | 圧電素子の周波数調整方法 | |
| JPH01209810A (ja) | 圧電振動子およびその周波数微調整方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040223 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051205 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060523 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060721 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061017 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061127 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070320 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070402 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120420 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130420 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130420 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140420 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |