JP4324948B2 - Manufacturing method of high-frequency piezoelectric vibration device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は通信機器の受信部、あるいはマイクロコンピュータのクロック源として用いられる水晶振動子、水晶フィルタ等の圧電振動デバイスに関し、特に薄型で、高周波化に対応した圧電振動デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
通信機器の高周波数化、あるいはマイクロコンピュータの動作周波数の高周波数化に伴い、水晶振動子、水晶フィルタ等の圧電振動デバイスも高周波数化対応が求められている。一般に、高周波数化に対応した水晶板として、ATカット水晶板の厚みすべり振動がよく用いられており、周知のとおりその周波数は厚さで決定され、周波数と厚さは反比例する。例えば、基本振動周波数で100MHzの周波数を得る場合、約16μmの極薄圧電振動板が必要となる。このような極薄板の加工は、研磨作業が難しく製造歩留まりを向上させることが困難となっていた。
【0003】
このような問題を解決するために、図6(f)に示すように、水晶板の中央部分に凹部を設け、この凹部の底部に薄肉加工した振動領域91を設定し、その周囲の厚肉部分で振動領域を補強する補強部92を有する構成が発明されている。図6(f)は従来例を示す内部断面図であり、薄肉化された凹部の振動領域91とその周囲に形成された厚肉の補強部92を有する水晶板9において、振動領域91に複数の励振電極9aを形成し、図示していないが電極を凹部から厚肉部端部まで引き出した構成を示している。このような構成を採用することにより、全体的な機械的強度を維持して振動領域を従来よりもかなり薄くすることができ、上述した従来の単一厚の圧電振動板に比べて、16μmあるいはそれ以下の厚さの振動領域の形成も良好な歩留まりで形成できていた。
【0004】
このような構成の圧電振動子を得るには、例えば図6各図に示すようなフォトリソグラフィー技術を用いた製造工程による。図6(a)に示すように、水晶板9の表裏面(両主面)に保護膜として、Cr膜93とAu膜94を順に真空蒸着法等により形成する。図6(b)に示すように、凹部を形成する表面(一方の主面)にレジスト液を塗布した後、パターニング露光し、所定パターンのレジスト膜95を得る。このレジスト膜95をマスクとして、保護膜であるAu膜、Cr膜の一部をエッチングし、凹部に対応したパターンを有する保護膜を得る。その後、レジスト膜を除去し、図6(d)に示すように、前記保護膜をマスクとして、水晶板の一部をエッチングし凹部を形成する。その後、前記保護膜を剥離除去した後、図6(f)に示すように励振電極を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述の製造方法によれば、水晶板の凹部を形成しない側の主面においても保護膜を形成する必要があり、この保護膜は実際の製造工程上、凹部形成に用いた保護膜とともに最終的に除去されてしまう。保護膜の厚さは要求される周波数すなわち水晶板のエッチング時間によって決定される。例えばAu膜は数百〜数千オングストローム程度必要となるが、これらが最終的に除去されてしまうことになり、製造コストの引き上げ要因となっていた。
【0006】
またエッチング時等において、エッチングをバラツキなく効率的に行うためには、水晶板を所定の間隔を持って治具に設置し、エッチング液に浸漬する必要があるが、単位面積あたりの設置数が限定されてしまい、量産効率を低下させるという問題点もあった。
【0007】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、製造コストを抑制するとともに、製造効率を上げることのできる高周波圧電振動デバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項1に示すように、厚さにより周波数が決定されるATカット水晶板の一方の主面の中央部分に凹部を形成することにより、中央部分に薄肉の圧電振動領域を形成するとともに、この圧電振動領域の周囲に設けられた厚肉の補強部を形成してなる高周波圧電振動デバイスの製造方法であって、2枚のATカット水晶板の、それぞれ凹部を形成しない主面どうしを貼り合わせ、当該貼り合わせ面に金属保護膜を形成し、かつ凹部を形成する主面に対し所定の凹部が形成されるようマスキングを行った状態で、エッチング液に浸漬し凹部を形成した後、当該2枚のATカット水晶板を分離することを特徴とするものである。
【0009】
上記構成により貼り合わせ面においてエッチング液による耐腐食性を向上させることができる。
【0010】
また、貼り合わせ面の端面周囲に、貼り合わせに用いる接着剤を回り込ませ、エッチング液の貼り合わせ部分への浸透を防ぐ構成を採用してもよい。
【0011】
本発明によれば、2枚の圧電振動板を貼り合わせることにより、凹部形成に必要な主面のみをエッチング処理することができる。従って、従来のように、凹部形成に関与しない他の主面にもAu膜等の保護膜を形成する必要がなくなる。
【0012】
またレジスト膜および保護膜形成、あるいはエッチング処理時において2枚1組に一体化された圧電振動板を用いるので、製造上取り扱いが容易となり、また製造効率を向上させることができる。
【0013】
【実施の形態】
本発明の第1の実施の形態についてATカット水晶板を用いたMCF(モノリシッククリスタルフィルタ)を例にとり、図面を参照して説明する。
【0014】
図1は本発明による製造方法を示す図であり、図2は大型のウェハに対し、多数個の水晶板を得るよう加工した状態を示す斜視図である。
図1は2枚の水晶板を用い、両者に凹部を形成した後、電極形成を行うまでの製造工程を示している。図1(a)は、水晶板1と水晶板2の凹部を形成しない主面どうしを接着剤3で貼り合わせ、その後貼り合わせ面以外の主面上に金属膜(保護膜)10,20を形成した状態を示している。各水晶板1,2の厚さは約50μmであり、その両主面はポリッシュ加工により鏡面化されている。接着剤3はこの実施の形態においてはノボラック系の高分子樹脂を用いているが、他にアクリレート系、ヒドロキシスチレン系等の高分子樹脂であっても良いし、エポキシ系の接着剤,UV(紫外線)硬化型の接着剤であっても良い。金属膜10、20は真空蒸着法等の薄膜形成手段を用いて形成され、水晶板1,2に接してCr膜11,21が形成され、その上面にAu膜12,22が形成される。
【0015】
図1(b)は金属膜の表面に形成したレジスト膜の形成について示している。この例ではレジスト膜に東京応化工業社製OFPR−800のポジ型を用いている。金属膜10,20上にスピナー等によりフォトレジストを均一に塗布し、図示していないが所定のマスクパターンのフォトマスクを介して露光する。その後現像工程等を経て不要なレジスト41を除去し、所定のマスクパターンを有するレジスト膜4を得ている。
【0016】
その後当該レジスト膜4をマスクとして金属膜10,20の一部をエッチングし、水晶板に凹部1a,2aを形成するためのマスクパターンを有する金属膜10a,20aを得る。図1(c)はパターン形成された金属膜10a,20aをマスクとしてエッチングにより水晶板に凹部1a,2aを形成した状態を示している。凹部のエッチング深さはエッチング液の種類、周囲環境、エッチング時間等のパラメータにより制御されるが、本例においてはエッチング液にフッ酸とフッ化アンモニウムの混合液を用い、約4時間エッチングを行うことにより、約35μmのエッチング量を得ている。これにより凹部の薄肉の圧電振動領域は約15μmの厚さを得ている。
【0017】
図1(d)はエッチング終了後、金属膜10a,20aを金属剥離液に浸漬することにより除去するとともに、接着剤3を樹脂剥離液に浸漬することにより除去して、水晶板1,2を分離した状態を示している。これにより厚肉の補強部13,23と薄肉の圧電振動領域14,24を有する2つの水晶板を得ることができる。
【0018】
その後図1(e)に示すように、圧電振動領域14,24に励振電極並びに引出電極(図示せず)を形成する。本例においてはMCFを得るために、励振電極として各々分割電極15,16,25,26と共通電極17,27をマスキング手段を用いた真空蒸着法等により形成している。
【0019】
なお、上記製造例では2枚の水晶板を貼り付けた例を示したが、実際の製造にあたっては、効率面から大きなウェハを用いて一括処理することが多い。図2は大きな水晶ウェハW1,W2を2枚貼り合わせ、凹部10を有する水晶板1を多数個得る例を示しており、各水晶板の周囲には小割用の深溝W11、W21が縦横に形成されている。なお、この深溝を形成しなくてもダイシング等により小割切断することももちろん可能である。
【0020】
第2の実施の形態について、図3とともに説明する。なお上記実施の形態の説明と同じ構造部分については同番号を用いて説明するとともに、同じ構成、製法部分については一部説明を省略する。
【0021】
この例においては2枚の水晶板1,2を保持板5に対向して貼り付けている。保持板は例えばPt、Au等のエッチング液に対する耐腐食性を有する材料を用いる。また、コア部分が黒鉛でその表面に高純度SiCをメッキした構成としたり、あるいは水晶をコアとしCr−Auをメッキした構成とし、エッチング液に対する耐腐食性を持たせた構成としてもよい。そして、図3(a)に示すように、保持板5の表裏には断面でみて、位置決め凹部51,52が形成されている。この位置決め凹部部分に水晶板1,2を接着剤61,62により接着するとともに、それぞれCr膜11,21、Au膜12、22からなる金属膜10、20を形成する。この位置決め凹部は必須ではないが、製造上位置決め固定に有効に機能する。図3(b)に示すようにレジスト膜4を形成し、当該レジスト膜4をマスクとして金属膜10、20を所定のパターンにエッチングする。その後図3(c)に示すようにパターン形成された金属膜10a,20aをマスクとして、エッチングを行い、水晶板に凹部1a,2aを形成する。
【0022】
エッチング終了後図3(d)に示すように金属膜10a,20aを剥離除去し、また接着剤61,62を剥離除去することにより、保持板5から各水晶板1,2を分離する。その後分離した凹部を有する水晶板に励振電極を形成する。この実施の形態においては、水晶振動子を例示しているので、図3(e)に示すように、圧電振動領域の表裏に励振電極71,72並びに引出電極(図示せず)を形成する。
【0023】
なお、上記各実施の形態においては、外形サイズの等しい水晶板を貼り合わせる例を示したが、サイズの異なる水晶板あるいは水晶ウェハを貼り合わせてもよい。この場合、多品種生産に対応できるなど、フレキシブルな製造を行うことができる。ただし、外形サイズの大きい水晶板あるいは水晶ウェハの貼り合わせ面のうち、はみ出した領域にはエッチングに対する保護膜(樹脂または金属膜)等を形成しておく必要がある。
【0024】
さらに貼り合わせ部分へのエッチング液の浸透を防止するため、図4に示すように、各水晶板1,2の貼り合わせ面に保護膜として薄い金属膜18,28を形成したうえで、接着剤3により水晶板を貼り合わせても良い。なお金属膜材料のコストを低減するために、上記保護膜は水晶板の貼り合わせ面の外周近傍にのみ形成しても良い。
【0025】
また、図5に示すように、接着剤接合の外周近傍において、貼り合わせた水晶板1,2の側面を被覆(29で図示)するよう接着剤3を塗布することにより、エッチング時において水晶板貼り合わせ面の意図しない腐食を防ぐことができる。この側面の被覆は少なくとも周状の貼り合わせ部分を含むことが必要である。
【0026】
上記各実施例では圧電体として水晶板を例示したが、タンタル酸リチウム、ランガサイト等の他の圧電体でもよい。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、2枚の圧電振動板を貼り合わせることにより、凹部形成に必要な主面のみをエッチング処理することができる。従って、従来のように、凹部形成に関与しない他の主面にも、エッチング液が直接接液するのに十分耐えうる程度の膜厚のAu膜等の保護膜を形成する必要がなくなる。従って、製造時の材料コストを低減できる。
【0028】
またレジスト膜および保護膜形成、あるいはエッチング処理時において2枚1組に一体化された圧電振動板を用いるので、製造上取り扱いが容易となり、また製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による製造工程を示す図。
【図2】 本発明による製造方法を示す図。
【図3】 本発明による製造方法を示す図。
【図4】 本発明による製造方法を示す図。
【図5】 本発明による製造方法を示す図。
【図6】 従来例を示す図。
【符号の説明】
1、2、9 水晶板(圧電振動デバイス)
10,20 金属膜
1a,2a 凹部
14,24,91 圧電振動領域
13,23,92 補強部
15,16,17,25,26,27,71,72,9a 励振電極
4 レジスト膜
W1,W2 水晶ウェハ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a piezoelectric vibration device such as a crystal resonator and a crystal filter used as a receiving unit of a communication device or a clock source of a microcomputer, and particularly relates to a piezoelectric vibration device that is thin and compatible with high frequency.
[0002]
[Prior art]
With the increase in frequency of communication equipment or the increase in the operating frequency of microcomputers, piezoelectric vibration devices such as crystal resonators and crystal filters are also required to support higher frequencies. In general, the thickness shear vibration of an AT-cut quartz plate is often used as a quartz plate corresponding to a higher frequency, and as is well known, the frequency is determined by the thickness, and the frequency and the thickness are inversely proportional. For example, when a fundamental vibration frequency of 100 MHz is obtained, an ultrathin piezoelectric diaphragm having a thickness of about 16 μm is required. Such processing of an ultra-thin plate is difficult to polish and it has been difficult to improve the manufacturing yield.
[0003]
In order to solve such a problem, as shown in FIG. 6 (f), a concave portion is provided in the center portion of the quartz plate, and a
[0004]
In order to obtain a piezoelectric vibrator having such a configuration, for example, a manufacturing process using a photolithography technique as shown in FIGS. As shown in FIG. 6A, a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to the manufacturing method described above, it is necessary to form a protective film on the main surface of the quartz plate on which the concave portion is not formed. This protective film is finally formed together with the protective film used for forming the concave portion in the actual manufacturing process. Will be removed. The thickness of the protective film is determined by the required frequency, that is, the etching time of the quartz plate. For example, the Au film requires several hundred to several thousand angstroms, but these are eventually removed, which increases the manufacturing cost.
[0006]
In order to perform etching efficiently without variation during etching, etc., it is necessary to place the crystal plate in a jig with a predetermined interval and immerse it in an etching solution. There was also a problem that it was limited and reduced the mass production efficiency.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high-frequency piezoelectric vibrating device that can suppress manufacturing costs and increase manufacturing efficiency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a central portion by forming a recess in the central portion of one main surface of an AT-cut quartz plate whose frequency is determined by the thickness, as shown in
[0009]
With the above structure, the corrosion resistance due to the etching solution can be improved on the bonding surface.
[0010]
Alternatively, a configuration may be employed in which an adhesive used for bonding is wrapped around the end surface of the bonding surface to prevent penetration of the etching solution into the bonding portion.
[0011]
According to the present invention , only the main surface necessary for forming the recess can be etched by bonding the two piezoelectric diaphragms together. Therefore, it is not necessary to form a protective film such as an Au film on the other main surface that is not involved in the formation of the recess as in the prior art.
[0012]
In addition, since the piezoelectric diaphragm integrated into one set at the time of forming the resist film and the protective film or etching is used, handling in manufacturing becomes easy, and manufacturing efficiency can be improved.
[0013]
Embodiment
The first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an MCF (monolithic crystal filter) using an AT-cut quartz plate as an example.
[0014]
FIG. 1 is a view showing a manufacturing method according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a large wafer processed so as to obtain a large number of crystal plates.
FIG. 1 shows a manufacturing process from using two quartz plates to forming electrodes after forming recesses in both plates. In FIG. 1A, the main surfaces of the
[0015]
FIG. 1B shows the formation of a resist film formed on the surface of the metal film. In this example, a positive type of OFPR-800 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. is used as the resist film. A photoresist is uniformly coated on the
[0016]
Thereafter, part of the
[0017]
In FIG. 1D, after the etching is completed, the
[0018]
Thereafter, as shown in FIG. 1E, excitation electrodes and extraction electrodes (not shown) are formed in the
[0019]
In the above manufacturing example, an example in which two quartz plates are attached is shown. However, in actual manufacturing, a large wafer is often used for batch processing from the viewpoint of efficiency. FIG. 2 shows an example in which two large crystal wafers W1 and W2 are bonded together to obtain a large number of
[0020]
A second embodiment will be described with reference to FIG. Note that the same structural parts as those described in the above embodiment are described using the same reference numerals, and part of the description of the same configuration and manufacturing method is omitted.
[0021]
In this example, two
[0022]
After the etching is finished, as shown in FIG. 3D, the
[0023]
In each of the embodiments described above, an example in which quartz plates having the same outer size are bonded is shown. However, quartz plates or quartz wafers having different sizes may be bonded. In this case, it is possible to perform flexible manufacturing, such as being able to handle multi-product production. However, it is necessary to form a protective film (resin or metal film) against etching on the protruding region of the bonded surface of the crystal plate or crystal wafer having a large outer size.
[0024]
Further, in order to prevent the etching solution from penetrating into the bonded portion, as shown in FIG. 4, after forming
[0025]
Further, as shown in FIG. 5, in the vicinity of the outer periphery of the adhesive bonding, by applying the adhesive 3 so as to cover the side surfaces of the bonded
[0026]
In each of the above embodiments, the quartz plate is exemplified as the piezoelectric body, but other piezoelectric bodies such as lithium tantalate and langasite may be used.
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention , only the main surface necessary for forming the recess can be etched by bonding the two piezoelectric diaphragms together. Accordingly, it is not necessary to form a protective film such as an Au film having a film thickness that can sufficiently withstand the etching solution in direct contact with the other main surface that is not involved in the formation of the recess as in the prior art. Therefore, the material cost at the time of manufacture can be reduced.
[0028]
In addition, since the piezoelectric diaphragm integrated into one set at the time of forming the resist film and the protective film or etching is used, handling in manufacturing is facilitated, and manufacturing efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a manufacturing process according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1, 2, 9 Crystal plate (piezoelectric vibration device)
10, 20 Metal film 1a,
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