JP4292825B2 - 水晶振動片の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【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、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く使用されている。
図13は、このような水晶デバイスに使用される水晶振動片の公知の構成例を示す概略斜視図であり、図14は、図13のA−A線切断端面図である(特許文献1参照)。
【0003】
これらの図において、水晶振動片3は、例えば水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されて形成されている。このとき、図13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平面を反時計方向に約1度乃至5度傾けて形成される。
このような水晶材料でなる基板(後述)をエッチングすることにより図示の形状が形成されている。この場合、水晶振動片3は、基部5と、この基部5から平行に延びる一対の振動腕6,7を備える音叉型水晶片で構成されている。
【0004】
水晶振動片3の基部5は、図示しないパッケージ側の電極部に対して固定されている。振動腕6,7には、長さ方向に延びる溝9,10がそれぞれ形成されており、さらにこの振動腕6,7の表面には、励振電極11,12が形成されている。この励振電極11,12に対して外部から駆動電圧を印加することにより、振動腕6,7はその先端側6a,7aを互いに接近、離間するように振動する。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】
【特許文献1】
特開2002−76806号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の水晶振動片3は、図14に示されているように、各振動腕6,7の上面及び下面に、それぞれ溝9,9,10,10を形成して、各溝9,9,10,10内にも励振電極11,12を設けることで、電界効率を向上させて、優れた振動性能を得るようにしている。
そして、このような形状を有する水晶振動片3を形成するためには、その外形を水晶のエッチングにより形成し、さらに、各振動腕6,7の溝9,9,10,10をハーフエッチングにより形成する工程が採用されている。
【0007】
図15ないし図17は、水晶振動片3の製造方法を示す工程図である。各工程は、上述した図14の振動腕6,7の切断面のうち、一方の振動腕6に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕6,7を含む全体について同様に進行するものである。
【0008】
図15(a)に示すように、水晶材料でなる基板13を用意し、図15(b)に示すように、基板13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14を形成する。耐蝕膜14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13の図15において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。
【0009】
次いで、図15(c)に示すように、全面にレジスト15を塗布する。そして、水晶振動片(図13の水晶振動片3参照)の外形に対応して、図15(d)に示すように、例えばマスク16を配置し、水晶振動片の形状の外側となる部分のレジスト15を感光させて、除去する。続けて、図15(e)に示すように、露出した耐蝕膜14を、図16(f)に示すように、除去し、さらに、図16(g)に示すように、レジスト15を剥離する。
次いで、図16(h)に示すように、表裏面に溝形成に利用するためのレジスト16を塗布し、図16(i)に示すように、溝を形成する際にエッチングにより残される部分に対応したマスク17,17をレジスト16の表面に配置する。
【0010】
次に、図16(j)に示すように、溝を形成する際にエッチングにより残される部分に対応した箇所を残して、レジスト16を除去する。この状態で水晶材料でなる基板13を所定のエッチング液によりエッチングすると、図17(k)に示すように、水晶の異方性により、側方に突出した異形形状18が形成された状態で、水晶振動片の外形がエッチングにより形成される。この外形形成エッチング工程に140分程度要する。
【0011】
次いで、図17(l)に示すように、溝を形成する箇所の耐蝕膜14をエッチングにより除去し、図17(m)に示すように、溝を形成するために、水晶材料でなる基板13をハーフエッチングする。これにより、溝12が形成される。このハーフエッチング工程は、例えば、32.5分(±5分)程度要する。
続いて、図17(n)に示すように、レジスト16及び耐蝕膜14を除去して、水晶振動片としての外形を備えた水晶片を得る。最後に図17(o)に示すように、表面に所定の励振電極9,11を設けることにより、溝つきの水晶振動片が形成される。
【0012】
以上述べたように、従来の水晶振動片3に、溝9,12を形成するためのプロセスは、その外形形成エッチングと溝形成のためのハーフエッチングを別々に行う必要があり、複雑で多数の工程数を必要とするものであった。
【0013】
本発明は、水晶振動片を製造するにあたり、その外形形成エッチングと溝のエッチングを同時に行い、製造工程を減らして、製造を容易にすることができる水晶振動片と、その製造方法、及びこの水晶振動片を利用した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【0014】
【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、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部を有する水晶振動片を、水晶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、前記水晶振動片の外形をエッチングする際に、この外形形成エッチングと同時に、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するようにエッチングする、水晶振動片の製造方法により、達成される。
【0015】
第1の発明の構成によれば、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部を有する水晶振動片をエッチングにより製造するにあたって、水晶振動片の外形と溝部をエッチングにより形成する際に、前記外形形成エッチングと同時に、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するようにエッチングする。この場合、水晶の異方性に基づいてエッチングされないで残る異形形状を利用して、幅方向に区分されることで、ひとつひとつの小溝としては幅の狭い溝を形成することになる。このため小溝の底部には、水晶材料が完全に除去されないエッチングの残存部分が残る。すなわち、水晶の異方性を積極的に利用して、小溝形成の際の溝底部を前記エッチングの残存部分により形成するようにしたものである。これにより、従来のように長溝状の溝形成のための面倒なハーフエッチング工程を設けなくても、水晶振動片の外形を形成するエッチングの際に、水晶振動片の外形形成と、振動腕の溝部の形成を同時に行うことができるので、製造工程を大幅に簡略化することができる。
これにより、本発明の効果として、水晶振動片を製造するにあたり、その外形形成エッチングと溝のエッチングを同時に行い、製造工程を減らして、製造を容易にすることができる製造方法を実現することができる。
【0016】
第2の発明は第1の発明の構成において、前記各振動腕の厚みtを80μmないし130μmとした場合に、前記小溝の幅Aをほぼ15μm以下とすることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、実用的な振動腕(水晶振動片)の厚みとして、厚みtを80μmないし130μmとした場合に、発明者が種々試みた結果、前記小溝の幅Aをほぼ15μm以下とすると、小溝の長さBの値にかかわらず、貫通しない小溝を形成する必要的条件を満たすことができる。
【0017】
第3の発明は第2の発明の構成において、前記小溝の幅Aが15μmを超える場合、前記小溝の長さBを250μm以下とすることを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、特に、前記小溝の幅Aが15μmを超える場合、前記小溝の長さBを250μm以下とすると、貫通しない小溝を形成することができる。
【0018】
上述の目的は、第4の発明によれば、水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する工程と、前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、前記レジスト及び前記耐蝕膜をエッチングして、振動腕に形成される溝部に対応した形状及び前記水晶振動片の外形形状に適合するようにマスクを作成し、外形形成エッチングをする外形形成エッチング工程と、前記水晶振動片の外形と各振動腕の前記溝部を形成した後に、必要な電極膜を形成する工程とを含んでおり、前記外形形成エッチング工程において、前記水晶振動片の外形形状に適合するマスキングと、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続する形態のマスキングとを同時に行って、前記エッチングを行う、水晶振動片の製造方法により、達成される。
【0019】
第4の発明の構成によれば、水晶材料でなる基板表面に耐蝕膜を形成してレジストを塗布した後で、水晶振動片の外形と溝部をエッチングにより形成する際の外形形成エッチング工程において、前記外形形成エッチングと同時に、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように、外形と溝部とをそれぞれに同時にマスキングする。特に、溝部のマスキングは、ひとつひとつの小溝を形成するため、振動腕の幅方向に区分された幅の狭い溝を形成するのに適合する形態とする。これにより、小溝の底部には、水晶材料が完全に除去されないエッチングの残存部分が残る。すなわち、水晶の異方性を積極的に利用して、外形が完全にエッチングされる一方で、同時に小溝形成の際の溝底部を前記エッチングの残存部分により形成する。これにより、従来のように長溝状の溝形成のための面倒なハーフエッチング工程を設けなくても、水晶振動片の外形を形成するエッチングの際に、水晶振動片の外形形成と、振動腕の溝部の形成を同時に行うことができるので、製造工程を大幅に簡略化することができる。
【0020】
上述の目的は、第5の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部を有する水晶振動片であって、前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように形成されている、水晶振動片により、達成される。
第5の発明の構成によれば、前記振動腕の前記溝部において、複数または多数の小溝を仕切る格子状の構造が得られる。このため、材料の厚みの薄くなった溝部において、格子構造は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、振動腕に溝部を備えていても、破損しにくい丈夫な水晶振動片を得ることができる。
【0021】
第6の発明は第5の発明の構成において、前記小溝は、その断面形状において、前記小溝を形成する壁部が、前記小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜を備えていることを特徴とする。
第6の発明の構成によれば、格子状の構造を形成する前記壁部は、前記傾斜を備えることで、断面において末広がりのような形態を備える。これにより各壁部の基端付近も丈夫な構造となる。
【0022】
上述の目的は、第7の発明によれば、ケースまたはパッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部を有し、かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように形成されている、水晶デバイスにより、達成される。
第7の発明の構成によれば、前記水晶振動片が、前記振動腕の前記溝部において、複数または多数の小溝を縦横に仕切る格子状もしくは枠状の構造が得られるこのため、材料の厚みの薄くなった溝部において、格子構造は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、ケースまたはパッケージ内部に収容された精密な水晶振動片が破損しにくいため、丈夫な水晶デバイスを得ることができる。
【0023】
上述の目的は、第8の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記水晶振動片が、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部を有し、かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように形成されている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【0024】
上述の目的は、第9の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、前記水晶振動片が、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部を有し、かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように形成されている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1及び図2は、本発明の水晶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C−C線概略断面図である。
図において、水晶デバイス30は、水晶振動子を構成した例を示しており、この水晶デバイス30は、パッケージ36内に水晶振動片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が水晶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52、第2の積層基板53、第3の積層基板54を重ねて形成されている。
【0026】
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53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の上に水晶振動片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。
【0027】
また、図2に示されているように、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37aに対して、第2の孔である外側の貫通孔37b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65を備える段つき開口とされている。この段部65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65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、ロウ材33を用いて蓋体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を水晶振動片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。
【0029】
水晶振動片32は、後述する製造工程により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、水晶振動片32は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図3の概略平面図で示す形状とされている。
すなわち、水晶振動片32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水晶の単結晶から切り出されている。水晶振動片32は、パッケージ36側と後述するようにして固定される基部51と、この基部51を基端として、図において上方に向けて、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、音叉型水晶振動片が利用されている。
【0030】
図3に示されているように、基部51の振動腕34,35側端部には、幅方向に凹状とされた切欠き部51a,51bが形成されている。各振動腕34,35の基端部は僅かに外方に突出している。
これにより、各振動腕34,35からの基部51側への振動の漏れ込みを防止するようにされている。
尚、図示による複雑さを避けて理解の便宜をはかるため、図1ないし図3では、水晶振動片32に形成される励振電極その他の電極は省略されている。
【0031】
水晶振動片32の各振動腕34,35には、それぞれ長さ方向に延びる溝部56,57が形成されている。この各溝部56,57は、各振動腕34,35の表裏両面に形成されている。各溝部56,57は、格子状の枠部75に仕切られた小溝61と小溝62とが並列的に並んで、長さ方向に複数もしくは多数の対となって形成されている。図3の右側には、小溝61と小溝62が拡大して示されている。そして、各溝部56,57は、同じ構造であり、これらを構成する小溝61と小溝62も同じ構造である。図4はひとつの小溝61についての図3のD−D線切断端面図、図5は並列に並んだ小溝61と小溝62についての図3のE−E線切断端面図である。
【0032】
また、図3において、水晶振動片32の基部51の端部(図3では下端部)の幅方向両端付近には、引出し電極58,59が形成されている。各引出し電極58,59は、水晶振動片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。
これらの各引出し電極58,59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、各引出し電極58,59は、各振動腕34,35の溝部56,57内に設けた励振電極(後述)と接続されている。
【0033】
図3ないし図5に示されているように、溝部56は、小溝61,62を、溝部57も小溝61,62を有している。これらは同じ構造を備えているので、煩雑さを避ける振動腕35の溝部57についてだけ説明する。小溝61,62は、図5に示すように、振動腕35の幅方向に区分された小溝61,62となっている。さらに、小溝61,62は、図3に示されているように、振動腕35の長さ方向、すなわちY方向に所定の間隔で、複数対もしくは多数対連続するように形成されている。これらの小溝61,62は、それぞれ平面視において、幅A、長さBで示すようなほぼ長方形である。
小溝61は、図4及び図5に示すように、有底の溝であり、小溝61を形成する枠部75が有する壁部61a,61aや61b,61bが、小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜を備えている。すなわち、これらの壁部61a,61aや61b,61bは平面視において、図3に示すように格子状の構造を形成しており、図4,図5に示すような傾斜を備えることで、断面において末広がりのような形態を備える。これにより各壁部の基端付近が丈夫な構造となるから、溝部56,57が構造的に丈夫になり、形態の保持性が高い。
【0034】
また、図5に示すように、小溝61,62内には電極が形成され、この電極は小溝61,62間で一体とされていることにより、励振電極63とされている。この励振電極63の他に、振動腕35の両側面にも励振電極64が形成されており、励振電極63と励振電極64は異極とされている。励振電極63と励振電極64は、それぞれ対応する図3の引出し電極58,59に図示しない引回し部により接続されている。そして励振電極63と励振電極64は、小溝61,62の各壁部を構成する水晶材料を挟んで対向するように形成されることにより、引出し電極58,59を介して印加された駆動電圧の作用で励振電極63と励振電極64に挟まれた水晶材料に電界を生じることができ、これにより、効率的に振動腕35の屈曲振動を生じるようにされている。
ここで、小溝の形態は、図3に示すものに限られない。例えば、各振動腕34,35の長さ方向に並ぶ小溝61,61,61,61、小溝62,62,62,62について、図3の例では、全てその長さBが同じであるが、異なる長さBを備える小溝が並ぶようにしてもよい。例えば、各振動腕34,35の付け根付近では、小溝の長さBを100μm程度とし、各振動腕34,35のより先端側に設けられる小溝の長さBを90μm程度とすることもできる。
【0035】
次に、図6は、本実施形態の水晶振動片32の製造方法の一例を説明するための工程図であり、各工程は、上述した図3の振動腕34,35の切断面のうち、一方の振動腕35に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕34,35を含む水晶振動片32の全体について同様に進行するものである。
【0036】
これらの図を参照して、水晶振動片32の好ましい製造方法を説明する。
図6(a)において、水晶振動片32を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶材料でなる基板71を用意する。基板71は、例えば水晶の単結晶から切り出され、以下で説明するようにして音叉型に加工されて形成される。
先ず、基板71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。
【0037】
(耐蝕膜の形成工程)
次に、図6(b)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の図6において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。
【0038】
(パターニング工程)
次いで、図6(c)に示すように、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、図6(d)に示すように、外形パターニングのためにレジスト73の上にマスク74を配置する。レジスト73としては、例えば、OFPR−800LB 34cpが好適に使用できる。
マスク74は、図示された外側の縁部が、振動腕の外形に対応しており、内側の開口もしくは孔部は、溝部57の並列に並んだ小溝61,62に対応している。勿論、フォトリソグラフィの手法に基づき、ネガとポジの両方の手法を選択する場合には、マスク74の開口部とその周囲との関係は反対となる。
【0039】
(外形形成エッチング工程)
かくして、図6(d)に示すように、外形パターニングのためにレジスト73の上にマスク74を配置し、露光後、図6(e)に示すように、感光したレジスト73を除去する。
次に、図6(f)に示すように、除去したレジスト部分に対応してAu,Crの順に耐蝕膜である金属被覆層を除去する。そして、図6(g)に示すように、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、水晶振動片の外形のエッチングと溝のエッチングを同時に行う(外形形成エッチング工程)。この外形形成エッチング工程は、100分ないし200分で、従来の外形形成エッチング工程の所要時間と同じであり、所要時間は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、外形形成エッチング工程が完了する。
【0040】
この外形形成エッチング工程では、図6(f)から図6(g)にいたる過程で、上述の条件により、図示されているように、振動腕の外形は完全にエッチングされるが、振動腕の内側においては、小溝61,62が形成される。これは、マスク74の各小溝61,62の大きさとして、図3の寸法A及びBを後述するように設定することにより、この部分が貫通しないでハーフエッチングされることによる。
【0041】
つまり、この実施形態では、水晶のエッチングによる異方性に基づいて、突起もしくはヒレ状の異形形状もしくは異形形状部65が形成されるが、同様の作用がマスク74の内側の開口である小溝61,62に対応した箇所でも進行することによる。このような水晶のエッチングによる異方性により、外形形成エッチング工程では各小溝61,62が貫通しないで、有底の溝になる。この過程で、各小溝61,62の壁面は、ほぼ図4や図5で説明したような形態となる。
そして、外形形成エッチング工程を行った後で、次に図6(h)に示すように、レジスト73と耐蝕膜72を順番に全て除去することで音叉型の水晶片が得られる。
【0042】
(電極膜の形成工程)
続いて、水晶振動片32の電極を形成する。
すなわち、電極が形成されていない水晶片の全外面に、スパッタリング等によって、電極となる金属で電極膜を形成する。電極膜は、例えば、Crを下地層として、Auを被覆する。
次に、その外側に例えば、スプレー方式により、レジストを塗布し、パターニングを行い、露光により感光していないレジストを除去する。
そして、レジストが除去されることにより露出した電極膜についてAu、Crの順にエッチングにより除去する。
これにより、図6(i)に示すように、励振電極63と励振電極64が形成された水晶振動片が完成する。なお、図6(i)では、振動腕35の断面だけが示されている。
【0043】
このように、本実施形態の製造方法によれば、従来、外形形成エッチングとは別に行っていた溝形成工程(ハーフエッチング)が水晶振動片32の外形を形成するエッチングと同時に行われるので、工程が著しく簡単になるとともに、製造工程に要する時間が短縮される。
さらに、従来の図15ないし図17の製造工程では、外形形成エッチングと溝形成のためのハーフエッチングを別々に行うことから、振動腕6の外形に対して、溝9,12が偏った位置に形成されてしまうおそれがある。このように溝9,12の形成位置がずれると、水晶振動片3の振動性能に悪影響が生じることがあった。
【0044】
これに対して、本実施形態の製造工程では、外形形成エッチングと溝部形成のためのハーフエッチングの工程を一緒にパターニングして一工程で行っているので、振動腕に対して小溝の位置がずれることを防止でき、溝のエッチング工程を原因として水晶振動片32の振動性能に悪影響が出ることがない。
また、この実施形態の製造方法においては、水晶振動片32の振動腕34,35の各溝部56,57において、例えば溝部57では、その小溝61を形成する壁部61a,61aや61b,61bが、小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜が形成される。これにより各壁部の基端付近が丈夫な構造となるから、振動腕35の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片32を得ることができる。
【0045】
図7は水晶振動片32の振動腕34,35の厚みとしての水晶厚みtを、それぞれ100μmと130μmとした場合において、縦軸に図3の小溝の長さBを、横軸に小溝の幅Aをとり、上述の条件で外形形成エッチング工程を140分行い、小溝が貫通しないで有底の溝となった場合の数値をプロットしたグラフである。各グラフの原点よりの領域が有底の溝となった場合、すなわち、溝底部が貫通しないでハーフエッチングが行われた範囲を示している。
【0046】
図示されているように、t=130μmにおいて小溝の幅Aが15μm以下であれば、小溝の長さBにらず貫通しない小溝を形成する必要的条件を満たすことができる。また、t=130μmにおいて小溝の幅Aが15μmを超える場合は、小溝の長さBを250μm以下とすることにより、貫通しない小溝を形成する必要的条件を満たすことができる。
【0047】
図8ないし図11は、水晶厚みtを100μmに設定して、エッチング時間を140分(図8)、160分(図9)、180分(図10)、200分(図11)と変えた場合のグラフである。
これらの図に示されているように、エッチング時間の相違に係わらず、ほぼ上述の条件が満たされることで、有底の小溝を形成することができる。
【0048】
図12は、本発明の上述した実施形態に係る水晶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であるメモリ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、水晶デバイス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に取付けられる水晶デバイス30は、水晶デバイス30単体でなくても、水晶デバイス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。
【0049】
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。
【0050】
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水晶デバイス30を利用することにより、パッケージに収容されている水晶振動片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。
【0051】
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、パッケージ内に水晶振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器等の名称にかかわらず、全ての水晶デバイスに適用することができる。
また、振動腕の溝部を構成する小溝は、幅方向に3つ以上並んでいてもよい。また、長さ方向に、少なくとも複数対設ければ、かならずしも多数対設ける必要はない。
さらに、上述の実施形態では、パッケージに水晶材料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、金属やセラミックのシリンダー状のケースに水晶振動片を収容するもの等、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】 本発明の水晶デバイスの第1の実施形態を示す概略平面図。
【図2】 図1のC−C線概略断面図。
【図3】 図1の水晶デバイスのパッケージに収容される水晶振動片の概略平面図。
【図4】 図3のD−D線切断端面図。
【図5】 図3のE−E線切断端面図。
【図6】 図1の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図7】 振動腕の厚みとしての水晶厚みtを、それぞれ100μmと130μmとした場合において、縦軸に小溝の長さBを、横軸に小溝の幅Aをとり、外形形成エッチング工程を140分行い、小溝が貫通しないで有底の溝となった場合の数値をプロットしたグラフ。
【図8】 水晶厚みtを100μmに設定して、エッチング時間を140分とした場合の図7と同様のグラフ。
【図9】 水晶厚みtを100μmに設定して、エッチング時間を160分とした場合の図7と同様のグラフ。
【図10】 水晶厚みtを100μmに設定して、エッチング時間を180分とした場合の図7と同様のグラフ。
【図11】 水晶厚みtを100μmに設定して、エッチング時間を200分とした場合の図7と同様のグラフ。
【図12】 本発明の実施形態に係る水晶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13】 従来の水晶振動片の構成例を示す概略斜視図。
【図14】 図13のA−A線概略端面図。
【図15】 図13の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図16】 図13の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図17】 図13の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【符号の説明】
30・・・水晶デバイス、32・・・水晶振動片 、34,35・・・振動腕、56,57・・・溝部、61,62・・・小溝、65・・・異形形状。
Claims (4)
- 全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝部を有する水晶振動片を、水晶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、
前記水晶振動片の外形をエッチングする際に、この外形形成エッチングと同時に、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するようにエッチングする
ことを特徴とする、水晶振動片の製造方法。 - 前記各振動腕の厚みtを80μmないし130μmとした場合に、前記小溝の幅Aをほぼ15μm以下とすることを特徴とする請求項1に記載の水晶振動片の製造方法。
- 前記各振動腕の厚みtを80μmないし130μmとし、前記小溝の幅Aが15μmを超える場合、前記小溝の長さBを250μm以下とすることを特徴とする請求項1に記載の水晶振動片の製造方法。
- 水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する工程と、
前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、
前記レジスト及び前記耐蝕膜をエッチングして、振動腕に形成される溝部に対応した形状及び前記水晶振動片の外形形状に適合するようにマスクを作成し、外形形成エッチングをする外形形成エッチング工程と、
前記水晶振動片の外形と各振動腕の前記溝部を形成した後に、必要な電極膜を形成する工程と
を含んでおり、
前記外形形成エッチング工程において、前記水晶振動片の外形形状に適合するマスキングと、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続する形態のマスキングとを同時に行って、前記エッチングを行う
ことを特徴とする、水晶振動片の製造方法。
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