JP4135631B2 - 圧電共振子の周波数調整方法および周波数調整装置 - Google Patents

Description

本発明はイオンビームを用いた圧電共振子の周波数調整方法および装置に関するものである。

従来、イオンビームを用いた圧電共振子の周波数調整方法として、特開昭６３−１５１１０３号公報のように、多数の圧電共振子を陰極上に配置し、陽極から放出された＋ガスイオン粒子を陰極に向かって移動させることにより、圧電共振子の電極の表面を均等にエッチングし、粗調整を行った後、個々の圧電共振子に対しイオンガンからイオンビームを照射することで電極をトリミングし、微調整を行うようにした周波数調整方法が提案されている。
イオンビームを照射する際、必要部以外の部分をトリミングしないように、圧電共振子の前にマスクを配置している。

ところが、圧電共振子をベース基板上に固定し、圧電共振子の表面に形成された電極の一部をイオンビームを用いてトリミングする場合には、マスクを介してイオンビームを照射しても、イオンビームがマスクの開口部を介して発散し、イオンビームの一部がベース基板の電極にまで照射され、ベース基板の電極をトリミングしてしまう可能性があった。そして、トリミングされたベース基板の電極の飛散物が圧電共振子の側面などに付着し、マイグレーションなどＩＲ劣化を招く可能性があった。

マスクを圧電共振子に近づけて配置することにより、イオンビームの発散による問題をある程度は解消できる。しかし、イオンビームによってトリミングされた圧電共振子の電極の飛散物がマスクではねかえって、圧電共振子に再付着し、圧電共振子のＩＲ劣化を招く可能性があった。
特開昭６３−１５１１０３号公報

そこで、本発明の目的は、トリミングしたくない部分にイオンビームが照射されるのを防止するとともに、電極の飛散物が圧電共振子に付着するのを防止する圧電共振子の周波数調整方法および周波数調整装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ベース基板上に固定された厚み振動を利用した圧電共振子の表面の電極に対してイオンビームを照射し、上記電極をトリミングすることにより圧電共振子の周波数を調整する圧電共振子の周波数調整方法において、上記圧電共振子の外周部が嵌合し得る大きさの開口部を有する第１マスクを、その上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、上記開口部を圧電共振子の外周部に嵌合させて配置する工程と、開口部を有する第２マスクを、当該開口部が上記圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に対応するように、上記第１マスクの上方に一定の空間をあけて配置する工程と、上記第２マスクの上方からイオンビームを照射し、圧電共振子の電極をトリミングする工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整方法を提供する。

請求項２に係る発明は、ベース基板上に固定された厚み振動を利用した圧電共振子の表面の電極に対してイオンビームを照射し、上記電極をトリミングすることにより圧電共振子の周波数を調整する圧電共振子の周波数調整方法において、上記圧電共振子の外周部が嵌合し得る大きさの開口部を有する第１マスクと、上記第１マスクの上方に一定の空間をあけて固定された開口部を有する第２マスクとを、上記第２マスクの開口部が上記圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に対応し、上記第１マスクの上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、上記第１マスクの開口部を圧電共振子の外周部に嵌合させて配置する工程と、上記第２マスクの上方からイオンビームを照射し、圧電共振子の電極をトリミングする工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整方法を提供する。

請求項６に係る発明は、ベース基板上に固定された厚み振動を利用した圧電共振子の表面の電極に対してイオンビームを照射し、上記電極をトリミングすることにより圧電共振子の周波数を調整する圧電共振子の周波数調整装置において、第１マスクと第２マスクとを備え、上記第１マスクは上記圧電共振子が嵌合し得る開口部を有し、その上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、上記開口部を圧電共振子の外周部に嵌合させて配置されており、上記第２マスクは開口部を有し、当該開口部が上記圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に対応するように、上記第１マスクの上方に一定の空間をあけて配置されていることを特徴とする圧電共振子の周波数調整装置を提供する。

マスクを用いてイオンビーム加工を行う場合、このマスクを電極から離せば、イオンビームが発散する問題があり、マスクを電極に近づければ、イオンビームの発散を防止できる反面、電極の飛散物がマスクではねかえって圧電共振子に再付着してしまう問題がある。
そこで、請求項１では、第１マスクを圧電共振子に嵌合させ、第１マスクの上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように配置するとともに、第１マスクの上方に一定空間をあけて第２マスクを配置する。そして、第２マスクの上方からイオンビームを照射すると、イオンビームは第２マスクの開口部を通過し、圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に照射される。イオンビームには発散性があるので、第２マスクを通過したイオンビームは発散するが、発散成分を第１マスクが遮断するため、イオンビームが圧電共振子の下方に位置するベース基板の電極に到達することがない。

請求項２では、第１マスクと第２マスクとを相互に固定しておき、両マスクを圧電共振子に対して同時に配置することにより、請求項１と同様の作用効果を得るようにしたものである。この場合には、第１マスクと第２マスクの相互の位置関係を常に一定にできる。

請求項３のように、第１マスクの開口部のうち、トリミングすべき部分に近い部分を、圧電共振子の外側面に近接させるのがよい。
第１マスクの開口部内面を圧電共振子の外側面に近接させることで、その間を通過するイオンビームを少なくし、トリミングすべきでない部分をトリミングしてしまうという不具合を解消できる。

請求項４のように、第２マスクの開口部は、イオンビームの発散角度分だけトリミングすべき部分より広く形成されているのがよい。
イオンビームには数°〜１０°程度の斜め成分、つまり発散角度がある。発散部分のイオンビームの強度は弱く、発散部分と発散していない部分とで加工厚みにばらつきが生じる。そこで、第２マスクの開口部をイオンビームの発散角度分だけトリミングすべき部分より広く形成することで、トリミングすべき部分には均等な強度のイオンビームを照射することができ、均一な厚みでトリミングできる。

請求項５のように、ベース基板の上面であって、圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に近い位置に電極が形成されているものに適用した場合に、本発明は効果的である。
ベース基板の上面には入力電極、出力電極、アース電極などの外部電極が設けられることがあるが、これら外部電極が圧電共振子の近傍であって、かつトリミングすべき部分に近い位置に形成されていることがある。このような場合には、マスクの開口部を介して発散したイオンビームがこれら外部電極に照射されることで、トリミングされ、電極の飛散物が圧電共振子の側面などに付着することがある。このような場合に本発明を適用すれば、ベース基板の電極の飛散物が圧電共振子に付着するのを確実に防止できる。

請求項１に係る発明によれば、第１マスクを、その上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、その開口部を圧電共振子の外周部に嵌合させ、第２マスクを第１マスクの上方に一定の空間をあけて配置し、第２マスクの上方からイオンビームを照射して圧電共振子の電極をトリミングするようにしたので、イオンビームが圧電共振子の下方に位置する基板の電極をトリミングすることがなく、マイグレーションなどの不具合を解消できる。
また、イオンビームでトリミングされた圧電共振子の電極の飛散物は、第１マスクと第２マスクとの間に存在する空間に拡散するので、圧電共振子に再付着することがなく、ＩＲ劣化などの不具合を解消できる。
請求項２に係る発明では、第１マスクと第２マスクとを相互に固定した状態で圧電共振子に対して配置することにより、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１，図２は、本発明方法によって周波数調整される圧電部品の一例を示す。
この圧電部品Ａは、ベース基板１上に圧電共振子１０を搭載した発振子の例である。ベース基板１には、３個の外部電極２〜４が形成されており、このうち両端部の外部電極２，４はベース基板１を周回するように鉢巻き状に形成されている。中央部の外部電極３は、ベース基板１の底面には幅方向に連続的に形成され、表面には幅方向両端部のみに形成されている。なお、中央部の外部電極３も両端部の外部電極２，４と同様に鉢巻き状に形成してもよい。

この実施例の圧電共振子１０は、厚み滑り振動モードの基本波を利用したエネルギー閉じ込め形の発振子素子であり、長手方向に分極された圧電セラミック基板１１を有し、その上面には一端側から他端側に向かって延びる電極１２が形成され、下面には他端側から一端側に向かって延びる電極１３が形成されている。電極１２，１３の一端部は圧電基板１１の長さ方向中間部位で対向し、振動部を構成している。上面側の電極１２の他端部１２ａは圧電基板１１の端面を経て下面側まで回り込んでいる。

圧電共振子１０の電極１２，１３は外部電極２，４に対し、導電性接着剤２０，２１によって接続固定されている。この状態を圧電部品Ａと呼ぶ。通常の圧電部品は、更に圧電共振子１０を固定したベース基板１上に、圧電共振子１０を覆うキャップ３０が接着剤３１により接着され、キャップ３０の内部が密封されている。なお、キャップ３０は金属、セラミック、樹脂のいずれでもよいが、金属で形成した場合には、ベース基板１のキャップ接着部に枠状の絶縁層を形成し、キャップ３０と外部電極２，４との短絡を防止してもよい。なお、外部電極３はアース用であるため、キャップ３０と導通してもよい。

上記圧電共振子１０は、目標とする周波数に対して予め低めに設定されており、圧電共振子１０をベース基板１に固定した状態で、圧電共振子１０の表面の電極１２の振動部（電極１３と対向している部分）に対して後述するイオンビームを照射し、周波数調整を行う。その際、後述する２枚のマスク４４，４５を使用する。

図３は本発明にかかる周波数調整装置であるイオンビーム加工装置の一例を示す。
４０はプラズマ生成室、４１は多数の細孔４１ａを有する遮蔽グリッド、４２は遮蔽グリッド４１の細孔４１ａに対応する多数の細孔４２ａを有する加速グリッド、４３は加速グリッド４２を保持する加速グリッドベースである。遮蔽グリッド４１の外周部はプラズマ生成室４０に固定され、加速グリッド４２の外周部は加速グリッドベース４３に固定され、加速グリッドベース４３はプラズマ生成室４０に取り付けられている。加速グリッド４２と遮蔽グリッド４１との間には一定の隙間が設けられている。加速グリッド４２の下方には、グランド電位に接続された上記圧電部品Ａが配置されている。圧電部品Ａの上方には、２枚の金属製マスク４４，４５が配置されている。

プラズマ生成室４０ではＡｒ等の不活性ガスを真空放電し、＋イオンを得る。この＋イオンは、加速グリッド４２から電位エネルギーを受けることにより、プラズマ生成室４０から引き出され、圧電部品Ａに衝突し、削り加工を行う。この際、加速グリッド４２は＋イオン衝突による摩耗を避けるため、プラズマ生成室４０と同電位の遮蔽グリッド４１によりカバーされている。

図４は圧電共振子１０の長さ方向から見た断面であり、図５は圧電共振子１０の幅方向から見た断面であり、図６は上方向から見た平面図である。
第１マスク４４は、圧電共振子１０の外周部が嵌合し得る大きさの開口部４４ａを有しており、第１マスク４４はその上面が圧電共振子１０の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、その開口部４４ａを圧電共振子１０の外周部に嵌合させて配置される。なお、第１マスク４４の厚みは圧電共振子１０の厚み以下とする。
開口部４４ａの寸法のうち、圧電共振子１０の幅方向の寸法Ｌ１は、寸法公差を考慮して圧電共振子１０の幅寸法より僅かに大きくする。一方、圧電共振子１０の長さ方向の寸法Ｌ２については制約がなく、圧電共振子１０の長さより長くすれば、如何なる寸法に設定してもよい。

第２マスク４５は、圧電共振子１０の電極１２のトリミングすべき部分に対応した開口部４５ａを有するものであり、第１マスク４４の上方に一定の空間４６をあけて配置される。なお、第２マスク４５の開口部４５ａは、図６に示すように、第１マスク４４の開口部４４ａに対して直交方向に配置されるものであり、圧電共振子１０の幅方向の開口幅Ｗ１は、イオンビームの発散角度を考慮した範囲以上であれば、圧電共振子１０の幅寸法より十分広くしてもよい。
また、圧電共振子１０の長さ方向の開口部４５ａの幅Ｗ２は、トリミングしたい範囲の寸法に、位置ずれによる公差と、イオンビームの発散角度とを考慮して決定される。
なお、第１マスク４４と第２マスク４５とを、上記空間４６の高さに対応した長さを有するスペーサ５０（図４参照）を介して予め固定しておいてもよい。

第２マスク４５の上方からイオンビームを照射すると、イオンビームには発散角度があるので、図４，図５に示すように、開口部４５ａを通過したイオンビームは発散する。特に、発散部分のイオンビームの強度は弱く、発散部分と発散していない部分とで加工厚みにばらつきが生じる。しかし、第２マスク４５の開口部４５ａの寸法は、トリミングしたい範囲の寸法にイオンビームの発散角度を考慮して広めに形成されているので、トリミングすべき部分には図４，図５に斜線で示すように均等な強度のイオンビームを照射することができ、均一な厚みでトリミングできる。

また、第１マスク４４が圧電共振子１０の外周に嵌合しているので、発散したイオンビームを第１マスク４４が遮蔽し、圧電共振子１０の下方に位置するベース基板１の外部電極３にはイオンビームが到達しない。そのため、ベース基板１の外部電極３がトリミングされず、電極の飛散物（金属粉塵）が圧電共振子１０の側面などに付着するのを防止できる。

さらに、第１マスク４４の上面が圧電共振子１０の上面と同一高さもしくはそれより低いので、圧電共振子１０の電極１２をトリミングすることで起こる電極の飛散物（金属粉塵）は、第１マスク４４と第２マスク４５との間の空間４６へ拡散し、圧電共振子１０に再付着するのを防止できる。その結果、金属粉の再付着による圧電共振子１０のＩＲ劣化を防止できる。

本発明による圧電部品は、上記実施例のような圧電共振子をベース基板に直接固定したものに限らず、例えば特開平８−１１１６２６号公報に記載のように、ベース基板上に別の素子（例えばコンデンサ素子）を固定し、その上に圧電共振子を固定したものにも適用できる。
圧電共振子は厚み滑り振動を利用したものに限らず、厚み縦振動など、他の厚み振動を利用したものでもよい。

圧電部品の一例の分解斜視図である。 図１の圧電部品の断面図である。 本発明で使用されるイオンビーム加工装置の概略断面図である。 圧電共振子の長さ方向から見た要部の断面図である。 圧電共振子の幅方向から見た要部の断面図である。 圧電共振子の上方向から見た要部の平面図である。

符号の説明

１ ベース基板
３ 外部電極
１０ 圧電共振子
１２ 電極
４４ 第１マスク
４４ａ 開口部
４５ 第２マスク
４５ａ 開口部
４６ 空間

Claims (6)

1. ベース基板上に固定された厚み振動を利用した圧電共振子の表面の電極に対してイオンビームを照射し、上記電極をトリミングすることにより圧電共振子の周波数を調整する圧電共振子の周波数調整方法において、
   上記圧電共振子の外周部が嵌合し得る大きさの開口部を有する第１マスクを、その上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、上記開口部を圧電共振子の外周部に嵌合させて配置する工程と、
   開口部を有する第２マスクを、当該開口部が上記圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に対応するように、上記第１マスクの上方に一定の空間をあけて配置する工程と、
   上記第２マスクの上方からイオンビームを照射し、圧電共振子の電極をトリミングする工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整方法。
2. ベース基板上に固定された厚み振動を利用した圧電共振子の表面の電極に対してイオンビームを照射し、上記電極をトリミングすることにより圧電共振子の周波数を調整する圧電共振子の周波数調整方法において、
   上記圧電共振子の外周部が嵌合し得る大きさの開口部を有する第１マスクと、上記第１マスクの上方に一定の空間をあけて固定された開口部を有する第２マスクとを、上記第２マスクの開口部が上記圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に対応し、上記第１マスクの上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、上記第１マスクの開口部を圧電共振子の外周部に嵌合させて配置する工程と、
   上記第２マスクの上方からイオンビームを照射し、圧電共振子の電極をトリミングする工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整方法。
3. 上記第１マスクの開口部のうち、上記トリミングすべき部分に近い部分は、上記圧電共振子の外側面に近接していることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電共振子の周波数調整方法。
4. 上記第２マスクの開口部は、イオンビームの発散角度分だけトリミングすべき部分より広く形成され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共振子の周波数調整方法。
5. 上記ベース基板の上面には上記圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に近い位置に電極が形成されてい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共振子の周波数調整方法。
6. ベース基板上に固定された厚み振動を利用した圧電共振子の表面の電極に対してイオンビームを照射し、上記電極をトリミングすることにより圧電共振子の周波数を調整する圧電共振子の周波数調整装置において、
   第１マスクと第２マスクとを備え、
   上記第１マスクは上記圧電共振子が嵌合し得る開口部を有し、その上面が圧電共振子の表面とほぼ同一高さまたはそれ以下になるように、上記開口部を圧電共振子の外周部に嵌合させて配置されており、
   上記第２マスクは開口部を有し、当該開口部が上記圧電共振子の電極のトリミングすべき部分に対応するように、上記第１マスクの上方に一定の空間をあけて配置されていることを特徴とする圧電共振子の周波数調整装置。

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