JP4008258B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話及び携帯情報端末等に用いられる圧電振動子の電極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の圧電振動子としては、例えば、圧電振動子片とその基端部において一体的に形成された枠上部からなる振動子の上下面に、圧電振動子片の振動を妨げない程度の空間を有する凹部を有する一対のリッドとベースを具備する構造のものがある。
大面積のウェハ上に前述のような圧電振動子の各部材を複数形成し、ウェハ単位で量産しようとする場合、個々の振動片上に形成する励振電極膜等の電極パターンは、振動片を個々に励振させ電気的特性を把握するために、これらの電極パターンそれぞれを独立して配置する必要がある。
【0003】
このような構造において、陽極接合など接合膜を介在させて、高温下で、かつ電圧を印加して部材同士の接合を行う方法を採用するにあたっては、複数の振動子を形成した独立したウェハの電極パターンを、個々の振動片の特性を把握し調整した後に、それぞれを短絡する、蓋体と接合可能なショート用スパッタ膜を付加し、各電極パターンが全て接続されることにより、基板両面の接合膜に同時に給電することを可能とし、接合を行っていた。
【0004】
図1は従来の分解斜視図、図2は従来の上面透視図、図3は従来の圧電振動子の断面図である。
従来の圧電振動子は、例えば、水晶(SiO2)からなる音叉型の水晶振動子片110を有する水晶振動子であり、図示するように、水晶振動子片110を有する振動子20と、この振動子20の両面に接合されて水晶振動子片110を振動可能な状態で気密封止する一対の蓋体であるリッド10とベース30とを具備する。従来の振動子20は、図1、図2、図3に示すように、音叉型の水晶振動子片110と、その基端部と一体的に接続され水晶振動子片110の周囲を囲む枠状部100とを有する。
【0005】
一対の蓋体であるリッド10とベース30は、例えば、ソーダライムガラス等で形成され、それぞれ、水晶振動子片110に対応する領域に水晶振動子片110の振動を妨げない程度の空間を画成する凹部キャビティー90を有する。
また、このようなリッド10とベース30が接合される振動子20には、図3に示すように、その表裏両面及び側面に水晶振動子片110を振動させるための励振電極膜80、81が形成されると共に、枠状部100に対応する領域に励振電極膜80、81と同一材料からなり、リッド10およびベース30との実際の接合部となる接合膜40、41が設けられている。
そして、この接合膜40、41によりリッド10とベース30とが、詳しくは後述するが、いわゆる陽極接合によって振動子20の上下面に接合される。
【0006】
上記従来の水晶振動子の製造工程においては、振動子20、リッド10、およびベース30それぞれが、フォトリソグラフィーによるエッチングでウェハに複数形成される。図4に示すように、振動子20は、第一のウェハである1枚の水晶ウェハ130上に複数の水晶振動子片110を形成される。すなわち、水晶ウェハ130に複数の振動子20を一体的に形成する。また同時に水晶振動子片110の長手方向における各水晶振動子片110の間に貫通孔121が形成され、この貫通孔121の内面は水晶ウェハ130を切断後、振動子20の側面の一部となる。
【0007】
リッド10、ベース30は例えば、ソーダライムガラスからなるガラスウェハ140、150に形成される。これらのウェハ上に水晶ウェハ130の各水晶振動子片110に対応して凹部キャビティー90をフォトリソグラフィーによるエッチングで複数形成する。すなわち、第二のウェハであるガラスウェハ140に複数のリッド10を、第三のウェハであるガラスウェハ150に複数のベース30を一体的に形成する。また同時に、ガラスウェハ150の水晶ウェハ130の貫通孔121に対応する部分には、水晶ウェハ130の貫通孔121よりも大きいスルーホール120が形成され、このガラスウェハ150に形成されるスルーホール120の内面は、ガラスウェハ140、150を切断後、それぞれリッド10とベース30の側面の一部となる。
【0008】
図4に示すように、水晶ウェハ130上に形成された複数の振動子20の水晶振動子片110の上下面および側面には励振電極膜80、81、枠状部100の上下面の接合膜40、41、および水晶振動子片110の基端部に取出電極50が、水晶ウェハ130の全表面にわたって成膜される同一のスパッタ膜から形成される。スパッタ膜の材質はAl、Cr、およびこれらの合金等が用いられるが、本実施形態ではAlを使用し形成した。このAlスパッタ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングし、励振電極80、81、取出電極50などの電極と接合膜40、41等からなる電極パターンを各振動子20の上下面に形成する。
【0009】
一方の極である励振電極膜80は接合膜40に、他方の極である励振電極81は接合膜41にそれぞれ延設され接続される。更に、接合膜41は振動子20の水晶振動子片110の基端部側の枠状部100の短手方向の端部側面、つまり水晶ウェハ130上の貫通孔121の内壁面を介して振動子20の反対側の表面に延設されている。なお、振動子20の両面に形成される接合膜40及び接合膜41の少なくとも一部は、両面においてそれぞれリッド10及びベース30の凹部キャビティー90を取り囲むように形成されており、接合後は凹部キャビティー90内部が気密に封止されるようになっている。
【0010】
この段階では各振動子20の電極パターン160は図4のように独立しており、シール部とは異極となる取出電極50を使用して振動子の特性の調整が可能であり、この段階で水晶振動子片110の周波数調整を行う。
【0011】
図5は、従来の部分的工程フローである。この方法では図示されたように、成膜時や周波数調整時のレーザートリミングなどで接合膜40(または41)に異物の付着が発生する。この異物は陽極接合時にリッド10と接合膜40、またはベース30と接合膜41との間に隙間が発生し、接合を妨げるものとなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の方法では、周波数を調整する為の成膜プロセスや、レーザートリミングなどで発生する異物などの汚染物質により接合後の特性にばらつきが生じていた。
また、ショートスパッタ膜のそれぞれが持つ電気的抵抗値やショートスパッタ膜による段差の発生によっても特性のばらつきが発生していた。
本発明は、このような事情に鑑み、接合面に段差が無く、抵抗値も低く均一な電極構造を提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、圧電材料からなるウエハ上にフォトリソグラフィーにより振動子の外形形状と前記振動子の周辺に枠を形成し、前記振動子表面に第1の励振電極を形成し、前記枠の表面にフレーム電極を形成し、前記振動子表面に前記第1の励振電極と離間した重りを形成し、前記第1の励振電極と前記フレーム電極を剥離し、前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニングし互いに電気的に接続された第2の励振電極と接合膜を形成し圧電振動子を製造する。
【0014】
また、圧電材料からなるウエハ上にフォトリソグラフィーにより複数の振動子の外形形状と前記振動子それぞれの周辺に枠を形成し、前記複数の振動子それぞれの表面に重りと第1の励振電極を形成し、前記複数の振動子のそれぞれ枠の表面に前記第1の励振電極と離間したフレーム電極を形成し、前記第1の励振電極とフレーム電極を剥離し、前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニングし第2の励振電極と電気的に接続された接合膜を形成し圧電振動子を製造する。
【0015】
ここで、前記フレーム電極を形成した後、前記重りをトリミングすることで、接合膜の汚れが防止できる。
【0016】
この他に本発明は、圧電振動子片と、前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続され当該圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、前記圧電振動子片の両側表面に設けられて前記圧電振動子片を振動させる一対の励振電極と、前記枠状部の上下面に形成され前記励振電極と連結する接合膜と、前記圧電振動板の両面側に、前記圧電振動子片の振動を妨げることなく前記圧電振動子片を前記接合膜を介して気密封止する一対の蓋体とを具備する圧電振動子の製造方法に関する。
ここで前記個々の独立に配置された一対の励振電極と該励振電極と連結するフレーム電極からなる電極構造体を特性の調整後剥離し、再度励振電極と枠状部の上下面に接合膜を形成し圧電振動子を製造することができる。
【0017】
さらに本発明は、圧電振動子片と、前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続されて前記圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とからなる複数の振動子を形成したウェハ上の圧電振動子の電極構造において、前記複数の振動子それぞれの前記圧電振動子上に形成された一対の励振電極膜と、前記複数の振動子それぞれの前記枠状部上に形成され、前記一対の励振電極膜と電気的に接続する接合膜とからなる複数の電極パターンが電極パターン形成時に、既にお互いが接続されている、圧電振動子の電極構造に関する。
【0018】
また発明は、第一のウェハに、それぞれ圧電振動子片と前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続されて前記圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とからなる複数の振動子を形成する工程と、前記複数の振動子それぞれの前記圧電振動子片上の一対の励振電極膜と、前記複数の振動子それぞれの前記枠状部上に形成され、前記一対の励振動電極膜と電気的に接続する接合膜とからなる複数の電極パターンを形成する工程と、前記第一のウェハの前記複数の電極パターンを金属膜により互いに接続する工程と、第二のウェハにそれぞれ前記圧電振動子片の振動を妨げることなく気密封止するリッドを複数形成する工程と、第三のウェハに、前記圧電振動子片の振動を妨げることなく気密封止するベースを複数形成する工程と、前記第一のウェハを前記第二のウェハと前記第三のウェハとにより挟持し、陽極接合により同時に接合する工程と、前記接合されたウェハの所定位置を切断する工程から圧電振動子を製造する。
【0019】
この様に、再度接合膜を含む電極パターンを形成を行い、表面に付着した接合を妨げる汚染物質の除去を行うことにより、安定した特性の振動子を得ることの出来る接合を行うことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。本発明では、図7に示すような工程フローにより製造を行う。図7(a)で振動子20の表面にフレーム電極38と励振電極80,81を形成する。ここでフレーム電極39は振動子20の裏面に形成されている。図7(c)で下地200の振動子20の先端部に重り210を形成する。フレーム電極38、39は振動子の枠部にあり、電圧を印加し振動子を励振することにより振動子を振動することができる。図7(b)で振動子20の先端に重りの下地200を形成する。そして、振動子の周波数調整と温度特性の調整を重りのレーザートリミングにより行う、図7(d)。
【0021】
次に重り210下地200を残して、フレーム電極38と励振電極80,81を剥離する、図7(e)。そして、振動子20の全面にALからなる金属膜220をスパッタリングで形成し、図7(f)、最後に金属膜をパターニングし、振動子片表面に励振電極80と、振動子の枠の表面に接合膜40を形成する。ここで接合膜40は、励振電極80と電気的に接続されており、電極の一部として働く。
この方法によれば従来のようにフレーム電極38(または39)に付着した異物は電極膜の剥離により取り去られ、新たに接合膜が形成される。このため、異物による隙間が発生しない良好な接合を行うことが出来るようになった。
【0022】
また、振動子20、リッド10、ベース30のそれぞれがウェハに形成された後、従来は陽極接合のために個別に形成されていた接合膜40及び41を図6に示すようにショートさせていたが、本発明では従来とは異なりあらかじめショートされた接合膜を図7に示すような工程により新たに形成し、図8のようなパターンを得る。このとき、フレーム電極及び励振電極膜80、81を一度剥離するが、周波数調整用の重りを剥離しないように、材質を選択する必要がある。ここでは電極膜にAl、重りにAu、及びCrを使用した。
この様にあらかじめショートされた接合膜を使用することにより、各々の振動子間に発生していたショートスパッタ時の電気的抵抗が解消され、ウェハ内の接合膜の電気抵抗が低くなり、ウェハ内の面内の抵抗のばらつきが無く、陽極接合時の電圧が低く、かつ均一で良好な接合を行うことが出来るようになった。
【0023】
接合の完了後、ベース30の短手方向の端部側面、つまりガラスウェハ150の貫通孔121の内壁面から、スルーホール120の内壁面を介してベース30の表面に亘って引き出し電極60、61を、例えば、クロム(Cr)及び金(Au)等からなる金属膜を部分スパッタリング等により成膜して形成する。引出電極60は接合膜40に接触して、また引出電極61は接合膜41に接触して設けられる。
【0024】
さらに、ダイシングソー等の技術を用いて、3枚のウェハが接合され一体化された接合ウェハを所定の位置にて機械的に切断し、個別の水晶振動子を完成させる。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、励振電極膜及び接合膜を再形成することにより、接合面の異物の除去、各々の振動子の特性の調整を可能にした上での接合膜間の抵抗値の減少により、歩留り良く、特性の良い振動子を得ることが出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の実施形態にかかる圧電振動子の分解斜視図である。
【図2】従来の実施形態にかかる振動子20の上面図である。
【図3】従来の実施形態にかかる圧電振動子の断面図である。
【図4】従来の電極形成後の工程のフローである。
【図5】従来の実施形態にかかる水晶ウェハの概略図である。
【図6】従来の実施形態にかかる水晶ウェハのショート用スパッタ膜形成後の概略図である。
【図7】本発明の電極形成後の工程のフローである。
【図8】本発明の実施形態にかかる水晶ウェハの概略図である。
【符号の説明】
10 リッド
20 振動子
30 ベース
38、39 フレーム電極
40、41 接合膜
50 取出電極
60、61 引出電極
70 ショート用スパッタ膜
80、81 励振電極
90 凹部キャビティー
100 枠状部
110 水晶振動子片
120 スルーホール
130 水晶ウェハ
140 ガラスウェハ
150 ガラスウェハ
160 電極パターン

Claims (11)

  1. 圧電材料からなるウエハ上にフォトリソグラフィーにより振動子の外形形状と前記振動子の周辺に枠を形成し、
    前記振動子表面に第1の励振電極を形成し、前記枠の表面にフレーム電極を形成し、
    前記振動子表面に前記第1の励振電極と離間した重りを形成し、
    前記重りをトリミングして前記振動子の周波数または温度特性の調整を行い、
    前記第1の励振電極と前記フレーム電極を剥離し、
    前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、
    前記金属膜をパターニングし互いに電気的に接続された第2の励振電極と接合膜を形成する工程とからなる圧電振動子の製造方法。
  2. 圧電材料からなるウエハ上にフォトリソグラフィーにより複数の振動子の外形形状と前記振動子それぞれの周辺に枠を形成し、
    前記複数の振動子それぞれの表面に重りと第1の励振電極を形成し、前記複数の振動子のそれぞれ枠の表面に前記第1の励振電極と離間したフレーム電極を形成し、
    前記振動子表面に前記第1の励振電極と離間した重りを形成し、
    前記重りをトリミングして前記振動子の周波数または温度特性の調整を行い、
    前記第1の励振電極とフレーム電極を剥離し、
    前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、
    前記金属膜をパターニングし第2の励振電極と電気的に接続された接合膜を形成する工程とからなる圧電振動子の製造方法。
  3. 圧電振動子片と、前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続され当該圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、前記圧電振動子片の両側表面に設けられて前記圧電振動子片を振動させる一対の励振電極と、前記枠状部の上下面に形成され前記励振電極と連結する接合膜と、前記圧電振動板の両面側に、前記圧電振動子片の振動を妨げることなく前記圧電振動子片を前記接合膜を介して気密封止する一対の蓋体とを具備する圧電振動子の製造方法において、
    個々の独立に配置された前記一対の励振電極と該励振電極と連結するフレーム電極からなる電極構造体の周波数または温度特性の調整後剥離し、
    他の励振電極と電気的に接続された接合膜を前記圧電振動片に形成する圧電振動子の製造方法。
  4. 振動子の表面に第1の励振電極と、前記励振電極に離間してフレーム電極を形成する工程と、
    前記振動子の先端部に重りを形成する工程と、
    前記重りをトリミングして前記振動子の周波数または温度特性の調整を行う工程と、
    前記第1の励振電極及び前記フレーム電極を剥離する工程と、
    前記圧電振動子の表面に第2の励振電極と接合膜を形成する工程とを有する圧電振動子の製造方法。
  5. 前記重りの材料は前記第1の励振電極及び前記フレーム電極と異なる材料である請求項4に記載の圧電振動子の製造方法。
  6. 前記接合膜は前記第2の励振電極に連設して形成する請求項5に記載の圧電振動子の製造方法。
  7. 前記トリミングは、前記周波数または前記温度特性が所定の規格内に調整されるまで行い、前記第2の励振電極厚みは前記第1の励振電極厚みと略同一である請求項6に記載の圧電振動子の製造方法。
  8. もとの請求項3を独立させたもの
    圧電材料からなるウエハ上にフォトリソグラフィーにより振動子の外形形状と前記振動子の周辺に枠を形成し、
    前記振動子表面に第1の励振電極を形成し、前記枠の表面にフレーム電極を形成し、
    前記振動子表面に前記第1の励振電極と離間した重りを形成し、
    前記重りをトリミングし、
    前記第1の励振電極と前記フレーム電極を剥離し、
    前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、
    前記金属膜をパターニングし互いに電気的に接続された第2の励振電極と接合膜を形成する工程とからなる圧電振動子の製造方法。
  9. 圧電材料からなるウエハ上にフォトリソグラフィーにより複数の振動子の外形形状と前記振動子それぞれの周辺に枠を形成し、
    前記複数の振動子それぞれの表面に重りと第1の励振電極を形成し、前記複数の振動子のそれぞれ枠の表面に前記第1の励振電極と離間したフレーム電極を形成し、
    前記重りをトリミングし、
    前記第1の励振電極とフレーム電極を剥離し、
    前記枠と前記振動子の表面に金属膜を形成し、
    前記金属膜をパターニングして、第2の励振電極と前記第2の励振電極と電気的に接続された接合膜を形成する工程と、からなる圧電振動子の製造方法。
  10. 前記金属膜をパターニングする工程において、前記複数の振動子の表面に形成された前記接合膜が、互いに電気的に接続されるようにパターニングする請求項9に記載の圧電振動子の製造方法。
  11. 第一のウエハに、それぞれ圧電振動子片と前記圧電振動子片の基端部に一体的に接続されて前記圧電振動子片の周囲を囲む枠状部とからなる複数の振動子を形成する工程と、
    前記複数の振動子表面に第1の励振電極を形成し、前記枠状部の表面にフレーム電極を形成する工程と、
    前記複数の振動子表面に前記第1の励振電極と離間した重りを形成する工程と、
    前記重りをトリミングして前記振動子の周波数または温度特性の調整を行う工程と、
    前記第1の励振電極と前記フレーム電極を剥離する工程と、
    前記枠状部と前記複数の振動子の表面に金属膜を形成する工程と、
    前記複数の振動子の表面に第2の励振電極を形成し、前記第2の励振動電極と電気的に接続され、かつ隣り合う前記複数の振動子を電気的に接続する接合膜を形成する工程と、
    第二のウエハにそれぞれ前記圧電振動子片の振動を妨げることなく気密封止するリッドを複数形成する工程と、
    第三のウエハに、前記圧電振動子片の振動を妨げることなく気密封止するベースを複数形成する工程と、
    前記第一のウエハを前記第二のウエハと前記第三のウエハとにより挟持し、陽極接合により同時に接合する工程と、
    前記接合されたウエハの所定位置を切断する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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