JP4019990B2 - 圧電振動片と圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片と圧電デバイスの製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１２は、このような圧電デバイスに使用される圧電振動片の公知の構成例を示す概略平面図である。
【０００３】
図１２（ａ）において、圧電振動片１は、例えば水晶の単結晶から形成されており、縦振動をする主振動部２と、この主振動部２の最も変位が小さくなる位置に設けた幅方向に設けた連結部３，３と、連結部３，３の両端から主振動部２と平行に設けた支持体部４，４を並列的に設けて、基部５で接続した構造である。
【０００４】
そして、主振動部２には、その両側に互いに異極となる励振電極６と７が形成されており、各励振電極６，７はそれぞれ連結部３，３、及び支持体部４，４に引き回されて、基部５の箇所で、互いに電気的に分離されている。
これにより、外部から各励振電極６，７に駆動電圧を印加することにより、水晶材料の内部に電界が形成され、主振動部２が振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
ここで、このような構造の圧電振動片１は非常に小型に形成されており、その表面に設けられる励振電極６，７は、その表面および裏面に形成されるだけでなく、内側側面にも形成される。
この場合、励振電極６，７となる電極膜は、最初に圧電振動片１の側面を含む全面に成膜された後で、基部５の箇所で励振電極６と励振電極７とに分離される。このため、その表面および裏面に形成された電極を、これらの面にほぼ垂直に照射される光を使用してフォトリソグラフィの手法により分離するのはさほど困難ではないが、露光されにくい内側側面も完全に分離しなければならず、このような加工は困難が伴う。
【０００６】
そこで、図１２（ａ）の圧電振動片１では、基部５の内側に凹部を形成しておき、図１２（ｂ）に示すように、この凹部８の内側において、１２０分程度の短時間でエッチングした場合、水晶材料のエッチング異方性によって形成される傾斜面としてのヒレ部９を利用することによって、垂直方向からの露光を可能として凹部８の内側の電極を分離するようにしている。
尚、基部５の外側端部５ａは、電極形成後に水晶ウエハから折り取られることで、外側端部５ａの外面にも電極が形成されないようにすることができる。かくして、基部５においてはその表裏面と、凹部８の領域及び基部５の外側端部５ａが全て電極膜を除去できるので、励振電極６，７を完全に分離できる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５９−１０４８１３号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１２の圧電振動片１においては、基部５の内側側面を完全に露光するために、水晶のエッチング異方性を利用してヒレを積極的に利用する必要から、水晶のエッチング時間を短くし、この領域を露光することで、側面電極を分割していた。
しかしながら、基部５の内側に凹部８を形成すると、構造的に弱くなって、この箇所に応力が集中し、圧電振動片１が破損しやすいという欠点があった。
また、従来のように、積極的にヒレを利用するために、ヒレを残す加工を行うと、圧電振動片の振動特性に影響が出る。特に、圧電振動片を小型に形成する場合には、上述のようにヒレを残すと、圧電振動片のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇する問題がある。したがって、ヒレを利用しない電極分割（分離）の手法が必要とされていた。
【０００９】
本発明は、圧電振動片を製造するにあたり、基部に極端に構造的に弱い箇所を形成することなく、適切に電極の分離構造を設けることができるようにした製造方法ならびに圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する圧電振動片を、圧電材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、前記基板をエッチングすることにより外形を形成するための外形エッチング工程と、ハーフエッチングにより前記溝を形成する溝形成工程にて、前記溝のハーフエッチングと同時に、前記複数の振動腕の間の股部に、細幅で、かつ底部を塞ぐことで有底とすることによりレジスト塗布工程にて噴霧されるレジストの通過をさまたげるようにされた細溝を形成する工程と、電極となる金属膜を全面に形成する工程と、前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射して塗布する前記レジスト塗布工程と、該レジストの露光・現像工程とを備えており、さらに、前記レジストの噴射塗布工程において、レジストがほとんど付着しないことにより前記細溝内の露出された前記金属膜を除去する工程とを備える圧電振動片の製造方法により、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、本発明は、基部と基部から延びる複数の振動腕を備える圧電振動片の製造方法に適用される。この複数の振動腕には、長さ方向に延びる溝と、さらに複数の振動腕どうしの間の股部に、振動腕の長さ方向に延びる細幅の有底の溝とを形成するものである。その形成工程は、外形を形成するために圧電材料でなる基板をエッチングする工程の後で、振動腕に形成する溝のハーフエッチング時に同時に細幅の有底の溝を形成するようにしている。そして、全面に電極となる金属膜を形成した後において、電極膜の形状を形成するためのレジストを塗布する工程では、前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射する。これにより、細幅の有底の溝内には、ほとんどレジストが付着しないことから、金属膜を除去する際には、細幅の有底の溝内に形成されている金属膜も除去されることになる。これにより、複数の振動腕の股部において、細幅の有底の溝を形成した領域で、各振動腕の内側の側面に形成された金属膜どうしは、適切に分離され絶縁されることになる。そして、このような細幅の有底の溝は、従来の振動腕の溝のハーフエッチング工程を利用して形成するようにしたため、工程を増やす必要がなく、製造時間を余分にかけることを必要としないで作ることができる。
さらに、細幅の有底の溝は、このように電極を分離する作用を発揮するだけでなく、有底の溝として構成したことにより、底部を残した構造であるから、前記股部において、細幅の溝は、この溝を挟んだ両側の圧電材料を完全に分割していない。このため、基部の構造が丈夫となり、従来のように、股部に凹部を形成した様な場合と比べて、応力が集中して破損されるようなことがない。
これにより、本発明の効果として、圧電振動片を製造するにあたり、基部に極端に構造的に弱い箇所を形成することなく、適切に電極の分離構造を設けることができる。
【００１２】
第２の発明は第１の発明の構成において、前記外形エッチングに先行して、前記振動腕に形成される溝部と前記細幅の有底の溝のパターニングとを同時に行うことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、外形を形成するためのエッチングに先行して、予め、振動腕に形成される溝と、前記細幅の有底の溝のパターニングを同時に行っておくことにより、振動腕の溝形成のためのハーフエッチングの際に、細幅の有底の溝を同時にハーフエッチングすることができる。
【００１３】
第３の発明は第１または第２のいずれかの発明の構成において、前記股部の細幅の有底の溝の内側は、前記底部を除き、僅かに傾斜した傾斜面となるように形成することを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、圧電材料のエッチング異方性に基づいて、前記股部の細幅の有底の溝が形成される際には、溝の内側は、前記底部を除き、僅かに傾斜した傾斜面となることで、底部により結合される構造がより丈夫なものとなる。
【００１６】
また、上記目的は、第４の発明によれば、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する圧電振動片を、パッケージ内に接合する圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片の製造工程においては、前記基板をエッチングすることにより外形を形成するための外形エッチング工程と、ハーフエッチングにより前記溝を形成する溝形成工程にて、前記溝のハーフエッチングと同時に、前記複数の振動腕の間の股部に、細幅で、かつ底部を塞ぐことで有底とすることによりレジスト塗布工程にて噴霧されるレジストの通過をさまたげるようにされた細溝を形成する工程と、電極となる金属膜を全面に形成する工程と、前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射して塗布する前記レジスト塗布工程と、該レジストの露光・現像工程とを備えており、さらに、前記レジストの噴射塗布工程において、レジストがほとんど付着しないことにより前記細溝内の露出された前記金属膜を除去する工程とを備え完成後の圧電振動片をパッケージ内に接合した後で、このパッケージを封止するようにした圧電デバイスの製造方法により、達成される。
第４の発明の構成によれば、圧電デバイスの製造工程を増やすことなく、必要とされる工程の時間や、設備等をほとんど変更しないで、第１の発明の作用で説明したように、破損しにくく、しかも微細な線幅の励振電極が精密に形成されることで、小型に構成しても振動性能を損なうことがない圧電振動片をパッケージ内に装備することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の圧電デバイス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Ｂ−Ｂ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス３０は、水晶振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス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、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結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Ｓ２を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ２が圧電振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図２に示されているように、この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、下から第１の積層基板６１、第２の積層基板６４、第３の積層基板６８を重ねて形成されている。
【００２０】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の積層基板６４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部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。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２１】
圧電振動片３２は、後述する製造工程により、圧電材料として、例えば水晶をエッチングして形成されており、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３の概略斜視図で示す形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３６側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において左方に向けて、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。
【００２２】
圧電振動片３２の各振動腕３４，３５には、それぞれ長さ方向に延びる長い有底の溝５６，５７が形成されている。この各溝５６，５７は、図３のＣ−Ｃ線切断端面図である図４に示されているように、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成されている。
さらに、図３において、圧電振動片３２の基部５１の端部（図３では右端部）の幅方向両端付近には、引き出し電極５２，５３が形成されている。各引き出し電極５２，５３は、圧電振動片３２の基部５１の図示しない裏面にも同様に形成されている。
【００２３】
これらの各引き出し電極５２，５３は、上述したように図１に示されているパッケージ側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３により接続される部分である。そして、各引き出し電極５２，５３は、図示されているように、各振動腕３４，３５の溝５６，５７内に設けた励振電極５４，５５と接続されている。また、各励振電極５４，５５は、図４に示されているように各振動腕３４，３５の両側面にも形成されており、例えば、振動腕３４に関しては、溝５７内の励振電極５４と、その側面部の励振電極５５は互いに異極となるようにされている。また、振動腕３５に関しては、溝５６内の励振電極５５と、その側面部の励振電極５４は互いに異極となるようにされている。
【００２４】
図３と図４を参照して理解されるように、振動腕３４と３５の互いに向かい合う内側の側面に形成された側面電極部５４ａと５５ａは互いに異極となるように、図３に示す振動腕３４と振動腕３５の間の股部に形成された細溝６５の箇所で分離されている。図５は、この細溝６５を拡大して示す図であり、図６は説明の便宜のため図５の細溝６５をさらに拡大して、やや模式的に示した図である。
これらを参照して細溝６５の構造を説明する。
【００２５】
図５に示すように、細溝６５は、振動腕３４，３５の長さ方向であるＹ方向に延びる有底の溝である。この細溝６５は基部５１の表裏両面に同じ形状で形成されている。図６に示すように、細溝６５の三方の壁部６８，６８，６８は、開口部よりも底部６７が面積を減少させるような傾斜面となっている。尚、細溝６５の内側の形状は、図６よりも図５の方が実際の形態に近い。
細溝６５はその溝幅Ｗ１が長さＤ１と比べて極端に小さくされている。
細溝６５の溝幅Ｗ１は、例えば、０．０１ｍｍないし０．０３ｍｍ程度に形成されることが好ましい。溝幅Ｗ１が大き過ぎると、後述する工程上の理由により、側面電極部５４ａと５５ａを適切に分離できなくなる。また、溝幅Ｗ１が小さすぎる場合にも、電極どうしが接近して、電極の分離ができなくなる。
【００２６】
さらに、細溝６５は、側面電極部５４ａと５５ａとを分離しているだけでなく、底部６７を備えることにより、基部５１を構成する細溝６５両側の圧電材料を結合しており、従来のように、この部分に凹部を形成する構造に比べて基部５１の構造を格段に丈夫にしている。これにより、基部５１の股部６６に応力が加わって、破損することを有効に防止している。
【００２７】
また、図２に示すように、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枚の積層基板に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、外部に開口した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔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３７ｂに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ａ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、貫通孔３７は、図２において下向きの段部６２を備える段つき開口とされている。この段部６２の表面には、金属被覆部が設けられていることが好ましい。
【００２８】
ここで、貫通孔３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、鉛を含有しない封止材が選択されることが好ましく、例えば、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等から選択される。これに対応して、段部６２の表面の金属被覆部には、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキを形成することが好ましい。
パッケージ３６の開放された上端には、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、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光Ｌ２を圧電振動片３２の後述する金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
さらに、図２において、第２の基板６４の内側の一部を除去することにより、凹部４２が設けられている。これにより、圧電デバイス３０に外部から衝撃が加えられた場合に、圧電振動片３２の先端が矢印Ｄ方向に変位しても、この圧電振動片３２の先端がパッケージ３６の内側底部に衝突して破損することが有効に防止されている。
【００２９】
次に、図７ないし図１０は、本実施形態の圧電振動片３２の製造方法の一例を説明するための工程図であり、図７の各工程は、図４に対応した部分の切断端面図にて示した振動腕３４，３５の切断面に対応した領域について工程順に示されている。また、図７（ｆ）ないし図１０では、振動腕３４，３５の切断面に対応した領域の右側に、図５のＤ−Ｄ線切断端面に対応した領域を示し、さらに、図８（ｉ）以降においては、右端部に図５で示した領域の概略図が工程順に示されている。
これらの図を順次参照しながら、圧電振動片３２の製造方法の一例を説明し、あわせて圧電デバイス３０の製造方法の一例を説明する。
【００３０】
図７（ａ）において、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でなる基板７１を用意する。このとき基板７１は、工程の進行により音叉型の圧電振動片３２とした際には、図３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように、圧電材料、例えば水晶の単結晶から切り出されることになる。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面を時計方向に約マイナス５度乃至プラス５度傾けて形成される。
【００３１】
（耐蝕膜の形成工程）
図７（ａ）に示すように、基板７１の表面（表裏面）に、スパッタリングもしくは蒸着等の手法により、耐蝕膜７２を形成する。図示されているように、水晶でなる基板７１の表裏両面に耐蝕膜７２が形成され、耐蝕膜７２は、例えば、下地層としてのクロム層と、その上に被覆される金被覆層で構成される。
尚、以下の工程では、基板７１の上下両面に同一の加工が行われるので、煩雑さを避けるため、上面についてだけ説明する。
【００３２】
（外形のパターニング工程）
次いで、図７（ｂ）に示すように、基板７１の表裏の全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。そして、外形パターニングのためにレジスト７３を塗布する。レジスト７３としては、例えば、ＥＣＡ系、ＰＧＭＥＡ系のポジ型レジストが好適に使用できる。
【００３３】
（外形形成エッチング工程）
そして、図７（ｃ）に示すように、外形パターニングのために所定のパターン幅のマスク７４（図示せず）を配置し、露光後、感光したレジスト７３を除去して、除去したレジスト部分に対応して、Ａｕ，Ｃｒの順に耐蝕膜７２も除去する。
次に、図７（ｄ）に示すように、圧電振動片３２の外形から外側の部分を露出させて、図７（ｅ）に示すように、全面にレジスト７４を塗布する。
次いで、図７（ｆ）に示すように、圧電振動片３２の外形から外側の部分と、各振動腕の溝部分だけでなく、右端の図に示すように、細溝に対応した部分のレジスト７４を除去する。すなわち、振動腕の溝部とともに、細溝の部分も同時にパターニングする。
【００３４】
そして、図８（ｇ）に示すように、圧電振動片３２の外形から外側の部分として露出した基板７１に関して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、圧電振動片の外形のエッチングを行う（エッチング工程）。このエッチング工程は、６時間ないし１５時間で、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件により、１２時間程度でエッチング工程が完了する。
すなわち、本実施形態では、従来の圧電振動片と異なり、エッチング異方性に基づくヒレの形成がないように、長いエッチング時間をかけている。
しかしながら、このようなヒレを残さない工程とすることで、圧電振動片の振動腕の両側面形状の対称性を向上させることができ、振動特性を向上させて、ＣＩ値を低く抑えることができる。
【００３５】
（ハーフエッチング工程）
圧電振動片の外形が形成されたら、次に図８（ｈ）に示すように、振動腕の溝部と細溝の部分の耐蝕膜７２を除去する。
耐蝕膜７２を除去して露出した基板７１について、さらに、図８（ｉ）に示すように、フッ酸溶液等を用いて、振動腕の溝部と細溝の部分のハーフエッチングを行う。
この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件により、３０分ないし６０分程度でエッチング工程が完了する。
これにより、振動腕の溝５６，５７が形成されると同時に、底部６７を備えた細溝６５も形成される。
すなわち、ここでは、従来の圧電デバイスの圧電振動片を形成するための製造工程の一部である振動腕の溝５６，５７を形成するためのハーフエッチング工程を利用しているので、工程を増やすことなく、必要とされる工程の時間や、設備等をほとんど変更しないで、図３で説明したような機能を備えた細溝６５を得ることができる。
【００３６】
次に、図８（ｉ）に示すように、レジスト７４を除去し、図９（ｋ）の状態とする。この状態は図３の圧電振動片３２の電極が形成されていない状態である。
続いて、図９（ｌ）に示すように、全面に電極を形成するための金属膜７５を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。この金属膜は、耐蝕膜と同じ下地層としてのクロム層と、その上に被覆される金被覆層で構成することができる。
【００３７】
（電極膜の形成工程）
（電極形成におけるレジストの塗布工程）
次に、図９（ｍ）に示すように、基板７１の表面及び裏面と交差する角度で、レジスト７６を矢印Ｔに示すように噴射して塗布する。この実施形態では、レジスト７６は所謂スプレーレジストであり、その噴射角度は、基板７１の表面及び裏面に対して、９０度程度とする。
ここで、レジスト７６は、本実施形態の製造工程に適合するように、揮発性の高い溶剤で希釈され、基板７１にレジスト７６が半乾燥状態で付着するという性質を備えたものが適しており、具体的には、５ｃｐないし４０ｃｐ程度の粘性を備えたレジスト溶液として、例えばＥＣＡ系やＰＧＭＥＡ系のポジ型レジストを用いて、１μｍないし３μｍのレジスト厚になるように、噴射回数として２ないし４回程度噴射することにより行う。
【００３８】
この場合、噴射されたレジスト７６は、この細溝６５内には、ほとんど入り込まない。つまり、細溝６５は極めて狭い溝幅（図６のＷ１参照）しか備えていない。しかも底部６７が存在することから、噴射されたレジスト７６の流れを形成する気流は、底部６７に妨げられて、細溝６５内を適切に通過することができない。このため、図９（ｍ）の右端の図に示すように、細溝６５の壁面６８や底面６７には、ほとんどレジスト７６が付着しない。底面６７の前端部６７ａは、きわめて細い（厚みが薄い）ため、レジスト７６がほとんど付着しないか、付着しても微量である。
【００３９】
このようにして、図９（ｍ）で示されるようにレジスト７６が塗布された状態において、図１０（ｎ）に示すように、電極が形成されるべき領域（図３参照）とそうでない領域とを分けるマスキング（図示せず）がなされて、露光され、レジスト７６を除去して、取り除くべき金属膜を露出させる。
次いで、図１０（ｏ）に示すように、露出した金属膜を、例えば、ヨウ化カリウム等のエッチング液を用いて、ウエットエッチングにより除去する。これにより、取り除くべき金属膜がエッチングにより全て除去される。特に、細溝６５内は、その壁面６８や底面６７には、もともと、ほとんどレジスト７６が付着ておらず、底面６７の前端部６７ａも同様であるため、これらの領域の金属膜は完全に除去される。これにより、図３で説明した側面電極部５４ａと５５ａとを適切に分離することができる。
最後に、図１０（ｐ）に示すように、不要となったレジスト７６を全て剥離する。
【００４０】
以上により、図３で説明した構造の圧電振動片３２が完成する。
したがって、図３のように完成した圧電振動片３２は、図１及び図２に示すように、パッケージ３６の内部に、導電性接着剤４３を利用して接合される。その後で、このパッケージ３６にロウ材（例えば、低融点ガラス）を用いて蓋体３９を接合する。さらに、真空中でパッケージ３６を加熱して貫通孔３７を介してパッケージ３６内を脱ガスし、この貫通孔３７を封止材３８で真空封止することで、圧電デバイス３０を完成することができる。
【００４１】
かくして、本実施形態によれば、圧電振動片３２の外形を形成するために圧電材料でなる基板７１をエッチングする工程の後で、振動腕に形成する溝５６，５７のハーフエッチング時に同時に細幅の有底の溝６５を形成するようにしている。そして、全面に電極となる金属膜７５を形成した後において、電極膜の形状を形成するためのレジスト７６を塗布する工程では、基板７１の表面及び裏面と交差する角度で、レジスト７６を噴射するようにしたものである。
【００４２】
これにより、細幅の有底の溝６５内には、製造途中でほとんどレジスト７６が付着しないことから、金属膜７５を除去する際に、エッチング液に浸漬させれば、細幅の有底の溝６５内に形成されている金属膜７５も除去されることになる。これにより、図３で説明した圧電振動片３２の振動腕３４，３５の股部６６において、細幅の有底の溝６５を形成した領域で、各振動腕３４，３５の内側の側面に形成された図４に示す側面電極部５４ａと５５ａどうしは、適切に分離され絶縁されることになる。そして、このような細幅の有底の溝６５は、従来の振動腕の溝のハーフエッチング工程を利用して形成するようにしたため、工程を増やす必要がなく、製造時間を余分にかけることを必要としないで作ることができる。
【００４３】
さらに、細幅の有底の溝６５は、このように電極を分離する作用を発揮するだけでなく、底部６７を備えることにより、細幅の溝６５は、この溝を挟んだ両側の圧電材料を完全に分割していない。このため、基部５１の構造が丈夫となり、従来のように、股部６６に凹部を形成した様な場合と比べて、応力が集中して破損されるようなことがない。
【００４４】
図１１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（ＣＰＵ）３０１を備えている。
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（メモリ）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、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ってもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
このように、デジタル式携帯電話装置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３０を利用することにより、パッケージに収容されている圧電振動片３２が振動により破損しにくく、しかも製造工程が簡略されていることで低コストで製造できることにより、信頼性の高い品質を備えた低コストで製造できるデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００４７】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、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。
また、この発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器、ジャイロ、角度センサ等の名称にかかわらず、全ての圧電振動片とこれを利用した圧電デバイスに適用することができる。
また、上述の実施形態では、パッケージにセラミックを使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、金属製のシリンダー状のケース等のパッケージと同等のものに圧電振動片を収容するものであれば、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】 図１の圧電デバイスのパッケージに収容される圧電振動片の概略斜視図。
【図４】 図３のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】 図３の圧電振動片の股部に形成される細溝の領域を示す概略斜視図。
【図６】 図５の領域をさらに拡大して模式的に示す概略斜視図。
【図７】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図８】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図９】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図１０】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図１１】 本発明の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１２】 従来の圧電振動片の構成例を示す概略平面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片 、３４，３５・・・振動腕、５６，５７・・・溝、６５・・・細溝、６６・・・股部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片と圧電デバイスの製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１２は、このような圧電デバイスに使用される圧電振動片の公知の構成例を示す概略平面図である。
【０００３】
図１２（ａ）において、圧電振動片１は、例えば水晶の単結晶から形成されており、縦振動をする主振動部２と、この主振動部２の最も変位が小さくなる位置に設けた幅方向に設けた連結部３，３と、連結部３，３の両端から主振動部２と平行に設けた支持体部４，４を並列的に設けて、基部５で接続した構造である。
【０００４】
そして、主振動部２には、その両側に互いに異極となる励振電極６と７が形成されており、各励振電極６，７はそれぞれ連結部３，３、及び支持体部４，４に引き回されて、基部５の箇所で、互いに電気的に分離されている。
これにより、外部から各励振電極６，７に駆動電圧を印加することにより、水晶材料の内部に電界が形成され、主振動部２が振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
ここで、このような構造の圧電振動片１は非常に小型に形成されており、その表面に設けられる励振電極６，７は、その表面および裏面に形成されるだけでなく、内側側面にも形成される。
この場合、励振電極６，７となる電極膜は、最初に圧電振動片１の側面を含む全面に成膜された後で、基部５の箇所で励振電極６と励振電極７とに分離される。このため、その表面および裏面に形成された電極を、これらの面にほぼ垂直に照射される光を使用してフォトリソグラフィの手法により分離するのはさほど困難ではないが、露光されにくい内側側面も完全に分離しなければならず、このような加工は困難が伴う。
【０００６】
そこで、図１２（ａ）の圧電振動片１では、基部５の内側に凹部を形成しておき、図１２（ｂ）に示すように、この凹部８の内側において、１２０分程度の短時間でエッチングした場合、水晶材料のエッチング異方性によって形成される傾斜面としてのヒレ部９を利用することによって、垂直方向からの露光を可能として凹部８の内側の電極を分離するようにしている。
尚、基部５の外側端部５ａは、電極形成後に水晶ウエハから折り取られることで、外側端部５ａの外面にも電極が形成されないようにすることができる。かくして、基部５においてはその表裏面と、凹部８の領域及び基部５の外側端部５ａが全て電極膜を除去できるので、励振電極６，７を完全に分離できる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５９−１０４８１３号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１２の圧電振動片１においては、基部５の内側側面を完全に露光するために、水晶のエッチング異方性を利用してヒレを積極的に利用する必要から、水晶のエッチング時間を短くし、この領域を露光することで、側面電極を分割していた。
しかしながら、基部５の内側に凹部８を形成すると、構造的に弱くなって、この箇所に応力が集中し、圧電振動片１が破損しやすいという欠点があった。
また、従来のように、積極的にヒレを利用するために、ヒレを残す加工を行うと、圧電振動片の振動特性に影響が出る。特に、圧電振動片を小型に形成する場合には、上述のようにヒレを残すと、圧電振動片のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇する問題がある。したがって、ヒレを利用しない電極分割（分離）の手法が必要とされていた。
【０００９】
本発明は、圧電振動片を製造するにあたり、基部に極端に構造的に弱い箇所を形成することなく、適切に電極の分離構造を設けることができるようにした製造方法ならびに圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する圧電振動片を、圧電材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、前記基板をエッチングすることにより外形を形成するための外形エッチング工程と、ハーフエッチングにより前記溝を形成する溝形成工程にて、前記溝のハーフエッチングと同時に、前記複数の振動腕の間の股部に、細幅で、かつ底部を塞ぐことで有底とすることによりレジスト塗布工程にて噴霧されるレジストの通過をさまたげるようにされた細溝を形成する工程と、電極となる金属膜を全面に形成する工程と、前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射して塗布する前記レジスト塗布工程と、該レジストの露光・現像工程とを備えており、さらに、前記レジストの噴射塗布工程において、レジストがほとんど付着しないことにより前記細溝内の露出された前記金属膜を除去する工程とを備える圧電振動片の製造方法により、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、本発明は、基部と基部から延びる複数の振動腕を備える圧電振動片の製造方法に適用される。この複数の振動腕には、長さ方向に延びる溝と、さらに複数の振動腕どうしの間の股部に、振動腕の長さ方向に延びる細幅の有底の溝とを形成するものである。その形成工程は、外形を形成するために圧電材料でなる基板をエッチングする工程の後で、振動腕に形成する溝のハーフエッチング時に同時に細幅の有底の溝を形成するようにしている。そして、全面に電極となる金属膜を形成した後において、電極膜の形状を形成するためのレジストを塗布する工程では、前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射する。これにより、細幅の有底の溝内には、ほとんどレジストが付着しないことから、金属膜を除去する際には、細幅の有底の溝内に形成されている金属膜も除去されることになる。これにより、複数の振動腕の股部において、細幅の有底の溝を形成した領域で、各振動腕の内側の側面に形成された金属膜どうしは、適切に分離され絶縁されることになる。そして、このような細幅の有底の溝は、従来の振動腕の溝のハーフエッチング工程を利用して形成するようにしたため、工程を増やす必要がなく、製造時間を余分にかけることを必要としないで作ることができる。
さらに、細幅の有底の溝は、このように電極を分離する作用を発揮するだけでなく、有底の溝として構成したことにより、底部を残した構造であるから、前記股部において、細幅の溝は、この溝を挟んだ両側の圧電材料を完全に分割していない。このため、基部の構造が丈夫となり、従来のように、股部に凹部を形成した様な場合と比べて、応力が集中して破損されるようなことがない。
これにより、本発明の効果として、圧電振動片を製造するにあたり、基部に極端に構造的に弱い箇所を形成することなく、適切に電極の分離構造を設けることができる。
【００１２】
第２の発明は第１の発明の構成において、前記外形エッチングに先行して、前記振動腕に形成される溝部と前記細幅の有底の溝のパターニングとを同時に行うことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、外形を形成するためのエッチングに先行して、予め、振動腕に形成される溝と、前記細幅の有底の溝のパターニングを同時に行っておくことにより、振動腕の溝形成のためのハーフエッチングの際に、細幅の有底の溝を同時にハーフエッチングすることができる。
【００１３】
第３の発明は第１または第２のいずれかの発明の構成において、前記股部の細幅の有底の溝の内側は、前記底部を除き、僅かに傾斜した傾斜面となるように形成することを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、圧電材料のエッチング異方性に基づいて、前記股部の細幅の有底の溝が形成される際には、溝の内側は、前記底部を除き、僅かに傾斜した傾斜面となることで、底部により結合される構造がより丈夫なものとなる。
【００１６】
また、上記目的は、第４の発明によれば、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する圧電振動片を、パッケージ内に接合する圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片の製造工程においては、前記基板をエッチングすることにより外形を形成するための外形エッチング工程と、ハーフエッチングにより前記溝を形成する溝形成工程にて、前記溝のハーフエッチングと同時に、前記複数の振動腕の間の股部に、細幅で、かつ底部を塞ぐことで有底とすることによりレジスト塗布工程にて噴霧されるレジストの通過をさまたげるようにされた細溝を形成する工程と、電極となる金属膜を全面に形成する工程と、前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射して塗布する前記レジスト塗布工程と、該レジストの露光・現像工程とを備えており、さらに、前記レジストの噴射塗布工程において、レジストがほとんど付着しないことにより前記細溝内の露出された前記金属膜を除去する工程とを備え完成後の圧電振動片をパッケージ内に接合した後で、このパッケージを封止するようにした圧電デバイスの製造方法により、達成される。
第４の発明の構成によれば、圧電デバイスの製造工程を増やすことなく、必要とされる工程の時間や、設備等をほとんど変更しないで、第１の発明の作用で説明したように、破損しにくく、しかも微細な線幅の励振電極が精密に形成されることで、小型に構成しても振動性能を損なうことがない圧電振動片をパッケージ内に装備することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の圧電デバイス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Ｂ−Ｂ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス３０は、水晶振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス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、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結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Ｓ２を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ２が圧電振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図２に示されているように、この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、下から第１の積層基板６１、第２の積層基板６４、第３の積層基板６８を重ねて形成されている。
【００２０】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の積層基板６４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部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。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２１】
圧電振動片３２は、後述する製造工程により、圧電材料として、例えば水晶をエッチングして形成されており、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３の概略斜視図で示す形状とされている。
すなわち、圧電振動片３２は、パッケージ３６側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において左方に向けて、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。
【００２２】
圧電振動片３２の各振動腕３４，３５には、それぞれ長さ方向に延びる長い有底の溝５６，５７が形成されている。この各溝５６，５７は、図３のＣ−Ｃ線切断端面図である図４に示されているように、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成されている。
さらに、図３において、圧電振動片３２の基部５１の端部（図３では右端部）の幅方向両端付近には、引き出し電極５２，５３が形成されている。各引き出し電極５２，５３は、圧電振動片３２の基部５１の図示しない裏面にも同様に形成されている。
【００２３】
これらの各引き出し電極５２，５３は、上述したように図１に示されているパッケージ側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３により接続される部分である。そして、各引き出し電極５２，５３は、図示されているように、各振動腕３４，３５の溝５６，５７内に設けた励振電極５４，５５と接続されている。また、各励振電極５４，５５は、図４に示されているように各振動腕３４，３５の両側面にも形成されており、例えば、振動腕３４に関しては、溝５７内の励振電極５４と、その側面部の励振電極５５は互いに異極となるようにされている。また、振動腕３５に関しては、溝５６内の励振電極５５と、その側面部の励振電極５４は互いに異極となるようにされている。
【００２４】
図３と図４を参照して理解されるように、振動腕３４と３５の互いに向かい合う内側の側面に形成された側面電極部５４ａと５５ａは互いに異極となるように、図３に示す振動腕３４と振動腕３５の間の股部に形成された細溝６５の箇所で分離されている。図５は、この細溝６５を拡大して示す図であり、図６は説明の便宜のため図５の細溝６５をさらに拡大して、やや模式的に示した図である。
これらを参照して細溝６５の構造を説明する。
【００２５】
図５に示すように、細溝６５は、振動腕３４，３５の長さ方向であるＹ方向に延びる有底の溝である。この細溝６５は基部５１の表裏両面に同じ形状で形成されている。図６に示すように、細溝６５の三方の壁部６８，６８，６８は、開口部よりも底部６７が面積を減少させるような傾斜面となっている。尚、細溝６５の内側の形状は、図６よりも図５の方が実際の形態に近い。
細溝６５はその溝幅Ｗ１が長さＤ１と比べて極端に小さくされている。
細溝６５の溝幅Ｗ１は、例えば、０．０１ｍｍないし０．０３ｍｍ程度に形成されることが好ましい。溝幅Ｗ１が大き過ぎると、後述する工程上の理由により、側面電極部５４ａと５５ａを適切に分離できなくなる。また、溝幅Ｗ１が小さすぎる場合にも、電極どうしが接近して、電極の分離ができなくなる。
【００２６】
さらに、細溝６５は、側面電極部５４ａと５５ａとを分離しているだけでなく、底部６７を備えることにより、基部５１を構成する細溝６５両側の圧電材料を結合しており、従来のように、この部分に凹部を形成する構造に比べて基部５１の構造を格段に丈夫にしている。これにより、基部５１の股部６６に応力が加わって、破損することを有効に防止している。
【００２７】
また、図２に示すように、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枚の積層基板に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、外部に開口した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔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３７ｂに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ａ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、貫通孔３７は、図２において下向きの段部６２を備える段つき開口とされている。この段部６２の表面には、金属被覆部が設けられていることが好ましい。
【００２８】
ここで、貫通孔３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、鉛を含有しない封止材が選択されることが好ましく、例えば、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等から選択される。これに対応して、段部６２の表面の金属被覆部には、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキを形成することが好ましい。
パッケージ３６の開放された上端には、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、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光Ｌ２を圧電振動片３２の後述する金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
さらに、図２において、第２の基板６４の内側の一部を除去することにより、凹部４２が設けられている。これにより、圧電デバイス３０に外部から衝撃が加えられた場合に、圧電振動片３２の先端が矢印Ｄ方向に変位しても、この圧電振動片３２の先端がパッケージ３６の内側底部に衝突して破損することが有効に防止されている。
【００２９】
次に、図７ないし図１０は、本実施形態の圧電振動片３２の製造方法の一例を説明するための工程図であり、図７の各工程は、図４に対応した部分の切断端面図にて示した振動腕３４，３５の切断面に対応した領域について工程順に示されている。また、図７（ｆ）ないし図１０では、振動腕３４，３５の切断面に対応した領域の右側に、図５のＤ−Ｄ線切断端面に対応した領域を示し、さらに、図８（ｉ）以降においては、右端部に図５で示した領域の概略図が工程順に示されている。
これらの図を順次参照しながら、圧電振動片３２の製造方法の一例を説明し、あわせて圧電デバイス３０の製造方法の一例を説明する。
【００３０】
図７（ａ）において、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でなる基板７１を用意する。このとき基板７１は、工程の進行により音叉型の圧電振動片３２とした際には、図３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように、圧電材料、例えば水晶の単結晶から切り出されることになる。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面を時計方向に約マイナス５度乃至プラス５度傾けて形成される。
【００３１】
（耐蝕膜の形成工程）
図７（ａ）に示すように、基板７１の表面（表裏面）に、スパッタリングもしくは蒸着等の手法により、耐蝕膜７２を形成する。図示されているように、水晶でなる基板７１の表裏両面に耐蝕膜７２が形成され、耐蝕膜７２は、例えば、下地層としてのクロム層と、その上に被覆される金被覆層で構成される。
尚、以下の工程では、基板７１の上下両面に同一の加工が行われるので、煩雑さを避けるため、上面についてだけ説明する。
【００３２】
（外形のパターニング工程）
次いで、図７（ｂ）に示すように、基板７１の表裏の全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。そして、外形パターニングのためにレジスト７３を塗布する。レジスト７３としては、例えば、ＥＣＡ系、ＰＧＭＥＡ系のポジ型レジストが好適に使用できる。
【００３３】
（外形形成エッチング工程）
そして、図７（ｃ）に示すように、外形パターニングのために所定のパターン幅のマスク７４（図示せず）を配置し、露光後、感光したレジスト７３を除去して、除去したレジスト部分に対応して、Ａｕ，Ｃｒの順に耐蝕膜７２も除去する。
次に、図７（ｄ）に示すように、圧電振動片３２の外形から外側の部分を露出させて、図７（ｅ）に示すように、全面にレジスト７４を塗布する。
次いで、図７（ｆ）に示すように、圧電振動片３２の外形から外側の部分と、各振動腕の溝部分だけでなく、右端の図に示すように、細溝に対応した部分のレジスト７４を除去する。すなわち、振動腕の溝部とともに、細溝の部分も同時にパターニングする。
【００３４】
そして、図８（ｇ）に示すように、圧電振動片３２の外形から外側の部分として露出した基板７１に関して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、圧電振動片の外形のエッチングを行う（エッチング工程）。このエッチング工程は、６時間ないし１５時間で、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件により、１２時間程度でエッチング工程が完了する。
すなわち、本実施形態では、従来の圧電振動片と異なり、エッチング異方性に基づくヒレの形成がないように、長いエッチング時間をかけている。
しかしながら、このようなヒレを残さない工程とすることで、圧電振動片の振動腕の両側面形状の対称性を向上させることができ、振動特性を向上させて、ＣＩ値を低く抑えることができる。
【００３５】
（ハーフエッチング工程）
圧電振動片の外形が形成されたら、次に図８（ｈ）に示すように、振動腕の溝部と細溝の部分の耐蝕膜７２を除去する。
耐蝕膜７２を除去して露出した基板７１について、さらに、図８（ｉ）に示すように、フッ酸溶液等を用いて、振動腕の溝部と細溝の部分のハーフエッチングを行う。
この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件により、３０分ないし６０分程度でエッチング工程が完了する。
これにより、振動腕の溝５６，５７が形成されると同時に、底部６７を備えた細溝６５も形成される。
すなわち、ここでは、従来の圧電デバイスの圧電振動片を形成するための製造工程の一部である振動腕の溝５６，５７を形成するためのハーフエッチング工程を利用しているので、工程を増やすことなく、必要とされる工程の時間や、設備等をほとんど変更しないで、図３で説明したような機能を備えた細溝６５を得ることができる。
【００３６】
次に、図８（ｉ）に示すように、レジスト７４を除去し、図９（ｋ）の状態とする。この状態は図３の圧電振動片３２の電極が形成されていない状態である。
続いて、図９（ｌ）に示すように、全面に電極を形成するための金属膜７５を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。この金属膜は、耐蝕膜と同じ下地層としてのクロム層と、その上に被覆される金被覆層で構成することができる。
【００３７】
（電極膜の形成工程）
（電極形成におけるレジストの塗布工程）
次に、図９（ｍ）に示すように、基板７１の表面及び裏面と交差する角度で、レジスト７６を矢印Ｔに示すように噴射して塗布する。この実施形態では、レジスト７６は所謂スプレーレジストであり、その噴射角度は、基板７１の表面及び裏面に対して、９０度程度とする。
ここで、レジスト７６は、本実施形態の製造工程に適合するように、揮発性の高い溶剤で希釈され、基板７１にレジスト７６が半乾燥状態で付着するという性質を備えたものが適しており、具体的には、５ｃｐないし４０ｃｐ程度の粘性を備えたレジスト溶液として、例えばＥＣＡ系やＰＧＭＥＡ系のポジ型レジストを用いて、１μｍないし３μｍのレジスト厚になるように、噴射回数として２ないし４回程度噴射することにより行う。
【００３８】
この場合、噴射されたレジスト７６は、この細溝６５内には、ほとんど入り込まない。つまり、細溝６５は極めて狭い溝幅（図６のＷ１参照）しか備えていない。しかも底部６７が存在することから、噴射されたレジスト７６の流れを形成する気流は、底部６７に妨げられて、細溝６５内を適切に通過することができない。このため、図９（ｍ）の右端の図に示すように、細溝６５の壁面６８や底面６７には、ほとんどレジスト７６が付着しない。底面６７の前端部６７ａは、きわめて細い（厚みが薄い）ため、レジスト７６がほとんど付着しないか、付着しても微量である。
【００３９】
このようにして、図９（ｍ）で示されるようにレジスト７６が塗布された状態において、図１０（ｎ）に示すように、電極が形成されるべき領域（図３参照）とそうでない領域とを分けるマスキング（図示せず）がなされて、露光され、レジスト７６を除去して、取り除くべき金属膜を露出させる。
次いで、図１０（ｏ）に示すように、露出した金属膜を、例えば、ヨウ化カリウム等のエッチング液を用いて、ウエットエッチングにより除去する。これにより、取り除くべき金属膜がエッチングにより全て除去される。特に、細溝６５内は、その壁面６８や底面６７には、もともと、ほとんどレジスト７６が付着ておらず、底面６７の前端部６７ａも同様であるため、これらの領域の金属膜は完全に除去される。これにより、図３で説明した側面電極部５４ａと５５ａとを適切に分離することができる。
最後に、図１０（ｐ）に示すように、不要となったレジスト７６を全て剥離する。
【００４０】
以上により、図３で説明した構造の圧電振動片３２が完成する。
したがって、図３のように完成した圧電振動片３２は、図１及び図２に示すように、パッケージ３６の内部に、導電性接着剤４３を利用して接合される。その後で、このパッケージ３６にロウ材（例えば、低融点ガラス）を用いて蓋体３９を接合する。さらに、真空中でパッケージ３６を加熱して貫通孔３７を介してパッケージ３６内を脱ガスし、この貫通孔３７を封止材３８で真空封止することで、圧電デバイス３０を完成することができる。
【００４１】
かくして、本実施形態によれば、圧電振動片３２の外形を形成するために圧電材料でなる基板７１をエッチングする工程の後で、振動腕に形成する溝５６，５７のハーフエッチング時に同時に細幅の有底の溝６５を形成するようにしている。そして、全面に電極となる金属膜７５を形成した後において、電極膜の形状を形成するためのレジスト７６を塗布する工程では、基板７１の表面及び裏面と交差する角度で、レジスト７６を噴射するようにしたものである。
【００４２】
これにより、細幅の有底の溝６５内には、製造途中でほとんどレジスト７６が付着しないことから、金属膜７５を除去する際に、エッチング液に浸漬させれば、細幅の有底の溝６５内に形成されている金属膜７５も除去されることになる。これにより、図３で説明した圧電振動片３２の振動腕３４，３５の股部６６において、細幅の有底の溝６５を形成した領域で、各振動腕３４，３５の内側の側面に形成された図４に示す側面電極部５４ａと５５ａどうしは、適切に分離され絶縁されることになる。そして、このような細幅の有底の溝６５は、従来の振動腕の溝のハーフエッチング工程を利用して形成するようにしたため、工程を増やす必要がなく、製造時間を余分にかけることを必要としないで作ることができる。
【００４３】
さらに、細幅の有底の溝６５は、このように電極を分離する作用を発揮するだけでなく、底部６７を備えることにより、細幅の溝６５は、この溝を挟んだ両側の圧電材料を完全に分割していない。このため、基部５１の構造が丈夫となり、従来のように、股部６６に凹部を形成した様な場合と比べて、応力が集中して破損されるようなことがない。
【００４４】
図１１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（ＣＰＵ）３０１を備えている。
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（メモリ）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、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ってもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
このように、デジタル式携帯電話装置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３０を利用することにより、パッケージに収容されている圧電振動片３２が振動により破損しにくく、しかも製造工程が簡略されていることで低コストで製造できることにより、信頼性の高い品質を備えた低コストで製造できるデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００４７】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、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。
また、この発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器、ジャイロ、角度センサ等の名称にかかわらず、全ての圧電振動片とこれを利用した圧電デバイスに適用することができる。
また、上述の実施形態では、パッケージにセラミックを使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、金属製のシリンダー状のケース等のパッケージと同等のものに圧電振動片を収容するものであれば、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】 図１の圧電デバイスのパッケージに収容される圧電振動片の概略斜視図。
【図４】 図３のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】 図３の圧電振動片の股部に形成される細溝の領域を示す概略斜視図。
【図６】 図５の領域をさらに拡大して模式的に示す概略斜視図。
【図７】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図８】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図９】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図１０】 図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の製造工程を順番に示す概略工程図。
【図１１】 本発明の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１２】 従来の圧電振動片の構成例を示す概略平面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片 、３４，３５・・・振動腕、５６，５７・・・溝、６５・・・細溝、６６・・・股部。
Claims (4)
- 基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する圧電振動片を、圧電材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、
前記基板をエッチングすることにより外形を形成するための外形エッチング工程と、
ハーフエッチングにより前記溝を形成する溝形成工程にて、前記溝のハーフエッチングと同時に、前記複数の振動腕の間の股部に、細幅で、かつ底部を塞ぐことで有底とすることによりレジスト塗布工程にて噴霧されるレジストの通過をさまたげるようにされた細溝を形成する工程と、
電極となる金属膜を全面に形成する工程と、
前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射して塗布する前記レジスト塗布工程と、
該レジストの露光・現像工程と
を備えており、
さらに、前記レジストの噴射塗布工程において、レジストがほとんど付着しないことにより前記細溝内の露出された前記金属膜を除去する工程と
を備える
ことを特徴とする、圧電振動片の製造方法。 - 前記外形エッチングに先行して、前記振動腕に形成される溝部と前記細幅の有底の溝のパターニングとを同時に行う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。
- 前記股部の細幅の有底の溝の内側は、前記底部を除き、僅かに傾斜した傾斜面となるように形成することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法。
- 基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する圧電振動片を、パッケージ内に接合する圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電振動片の製造工程においては、
前記基板をエッチングすることにより外形を形成するための外形エッチング工程と、
ハーフエッチングにより前記溝を形成する溝形成工程にて、前記溝のハーフエッチングと同時に、前記複数の振動腕の間の股部に、細幅で、かつ底部を塞ぐことで有底とすることによりレジスト塗布工程にて噴霧されるレジストの通過をさまたげるようにされた細溝を形成する工程と、
電極となる金属膜を全面に形成する工程と、
前記基板の表面及び裏面と交差する角度で、レジストを噴射して塗布する前記レジスト塗布工程と、
該レジストの露光・現像工程と
を備えており、
さらに、前記レジストの噴射塗布工程において、レジストがほとんど付着しないことにより前記細溝内の露出された前記金属膜を除去する工程と
を備え
完成後の圧電振動片をパッケージ内に接合した後で、このパッケージを封止するようにした
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
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