JP4559288B2 - エッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、水晶板などの圧電素板をエッチング加工する際に使用する湿式のエッチング装置で、被加工物である水晶板などの圧電素板が均一にムラが無くエッチング処理ができる装置の構造に関する。

近年、圧電振動子や発振器の小型化に伴いこれらに搭載する圧電素子の形状や板厚みも小型化、薄型化の傾向が強まっている。通常の圧電素子の個片化の加工方法としては、例えば人工水晶の場合にあっては、人工育成炉で育成して得た人工水晶を切断加工と表面研磨加工とにより、外形寸法加工と所望の発振周波数を得るまでの板厚みを薄くする加工が行われている。

更に水晶素板の板厚みを微調整すること、すなわち所望の発振周波数を得るための板厚みを薄くする加工方法に湿式のエッチング加工を用いている。湿式のエッチング加工は、機械研磨加工では得られない、微小な水晶素板の板厚みを調整できることと、切断加工も含めた厚み加工（機械加工）で生じた水晶素板表面（主面）の状態（加工変質層の除去）をエッチング処理することにより滑らかな振動子主面を得ることで、水晶振動子あるいは水晶発振器に組み込んだときの水晶素板の持つ電気的特性や温度特性を良好にし異常発振などを起こさない水晶素板を得ることができる。

上述する湿式のエッチング方法の一例としては、エッチング加工する際には圧電素板が漏れ出さない程度の微細な孔で被われた加工容器を、エッチング液であるフッ酸系のエッチャント液に浸し、エッチャントの中で適宜加工容器を揺動もしくは回転させてエッチング処理を行うものである。

エッチング液はエッチング処理を重ねるごとに圧電素板と化学的反応の進行が低下するため、エッチャントを補充追加しながらエッチング処理効率が低下しないように注意しながら、適宜エッチング液の補充が行われる。

このとき圧電素板同士、もしくは圧電素板と加工容器間で貼り付き（重なり）現象が発生すると、圧電素板の表面にエッチング液が潤沢に供給されないために、貼り付いている圧電素板面のエッチング加工は進まず、更にはこの貼り付いている箇所にはその界面に段差やエッチング処理のムラが発生してしまう。

また、エッチング工程は機械研磨工程による厚み落とし加工と比較して、厚みの微調整を行うことができるために、所望の周波数に追い込む工程でもあるために、一度に処理する複数枚の圧電素板を同一周波数に合せ込みを行った場合に、上述する貼り付き現象が圧電素板の片面で起きた場合には、その片面の加工変質層は除去されきれずもう一方の面が過剰にエッチングされてしまうこともある。
特開平０７−１０９２００号公報 なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

従来技術に示すエッチング処理方法では、圧電素板が小型化・薄型化が急速に進んでいるために、従来のエッチング加工方法ではエッチング液中でエッチング加工容器を揺動もしくは回転させても、その圧電素板の自重が軽いため、またエッチング加工容器または圧電素板同士間での衝突による衝撃が小さいために前述の貼り付き現象が発生してしまう割合が増えることにより、エッチング加工によって圧電素子表面に段差を生じ、そのことがまた圧電素子のＣＩ値など電気的特性を悪化させてしまうという問題があった。また、ヒステリシス、ＣＩ値の変化量などの検査項目が増えることで作業性を悪化させると言う課題も引き起こす要因がある。

また、エッチング液の置換のためにエッチング加工容器に多数個あける穴は、エッチングされる圧電素子が飛出すことのないような大きさとする必要があるが、圧電素板の小型、薄型化に伴いエッチング加工容器の穴の大きさを小さくするとエッチング液の置換がスムーズに行えず、加えてエッチング加工容器内の空気が加工容器外に排出されずに、エッチング加工自体が実施できなくなるという問題があった。

上記の目的を達成するために本発明は、エッチング溶液が蓄えられている容器と、底がメッシュ状となっている受皿と、前記エッチング溶液を噴出する箇所を有する噴出口と、複数の細線とを備え、
前記噴出口は、前記容器内の底面に、前記エッチング溶液を噴出する箇所を前記底面とは反対の方向に向けて設けられており、前記受皿は、圧電素板を格納しつつ揺動するように、前記底が前記噴出口側に向いた状態で前記噴出口の上に設けられており、複数の前記細線は、前記受皿の上に、前記受皿の底に対し平行で、且つ隣り合う細線が一定の間隔で平行に配置されていることを特徴とするエッチング装置である。

要するに本発明のエッチング装置は、従来の回転式のエッチング装置の欠点を改善したもので、エッチング溶液中に圧電素板を格納する受皿を設けて、前記受皿の下方からエッチング溶液を受皿に向けて噴射することで、受皿の中の圧電素板が水流により浮き上がり、受皿の上部に配置する細線で圧電素板の向きを変え、上述の動作を連続的に行うことで、受皿に格納する圧電素板を効率よく回転させることでエッチング処理を行うものである。

本発明のエッチング装置によれば、小型化、薄片化で高周波化が進んだ圧電素板を効率よくエッチング加工することができることにより、エッチング工程を簡略化することができる。そして、圧電素板を使用する圧電振動子等の圧電部品として見た場合には、製造コストを抑えることができ安価に提供できる効果を得ることができる。

以下に本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。図１は本発明におけるエッチング装置の概念を示した図である。なお、以下に記述する受皿３を揺動する機構や噴射口の機構などは図示していない。

図１において容器１内に蓄えられるエッチング溶液として、例えばフッ酸系溶液があり、そして容器１の中には圧電素板２を格納し揺動する耐溶液性の材料で作られた受皿３を配置し、前記受皿３の下方からエッチング溶液を噴射する噴射口４を有し、そして受皿３の上部には一定間隔で細線５として例えば耐溶液性の材料を用いて配置した構造を有したものである。また受皿３の底は水流を効率良く受けられるためにメッシュ状となっている。

ここで前述するエッチング溶液を噴射する箇所は、前記受皿３の略一辺の長さに同じ長さで、噴射する箇所には複数の噴射口４を有することにより、溶液内に水流を発生させることができる。またエッチング溶液は受皿３と圧電素板が浮遊できる十分な量を容器１内に蓄える。

図２に示すのは、図１の概念図から受皿３内の圧電素板２に注目しながらエッチング処理を行うためのメカニズムを説明した図である。説明上図中にはエッチング溶液を割愛して描画している。図２（ａ）〜（ｃ）の動作を繰り返すことでエッチング処理が行われる。まずはじめに図２（ａ）に示すように、エッチング溶液を蓄えた容器１の中に圧電素板２を格納する受皿３を配置し、噴射口４から水流を発生させる。受皿３はエッチング溶液に侵されることのない耐溶液の材料で作られたもので、前記受皿３内に圧電素板２を散乱させるように配置する。

また、容器１内には帯状に水流を発生させることができる噴射口４を設け、この噴射口４が前記受皿３の下方から上方に向けて連続的に水流を起こすことで、受皿３に格納する圧電素板２が適宜受皿３の中で浮遊することができる。なお、噴射口４の上では受皿３が揺動することで常に受皿３の中の圧電素板２は浮遊することになる。次ぎに図２（ｂ）の状態へと移行する。

図２（ｂ）では受皿３の中で浮遊する様子を概念的に示したものである。受皿３に格納された圧電素板２は、受皿３の下方から噴射される水流により浮遊運動をする。ここで浮遊した圧電素板２は受皿３の上部にある細線５により浮遊運動の姿態を変化させ、そして水流作用とによって受皿３の中で受皿３の一端から一端へと浮遊しながら移動することになる。この動作は前述する噴射口４の上方を受皿３が揺動することにより連続的処理される。以上の動作が図２（ｃ）に示す一端まで行われる。なお細線については、処理する圧電素板２の最大外形寸法の１／１０程度が目安であり、細線間隔は圧電素板２の２倍以内が好ましい。また細線の形状は特に問うものでは無いが断面が丸状の線材が好ましい。

次ぎに、図３（ａ）〜（ｃ）の動作として図２に示す反対の方向に受皿３が動作することで、噴射口４の上部を受皿３の一端から一端が１往復し、この往復動作を連続的に行うことで、一連のエッチング処理が継続する。エッチング処理を完了する場合には、予め実験値として得た処理時間を目安にしたり、適宜エッチング処理中の圧電素板２の表面状態を検証しながら行う。以上のように、従来ではエッチング処理工程における圧電素板２の貼り付き現象が生じていたが、本発明のエッチング処理により従来の課題を解消することができる。

なお、上述する一連のエッチング処理作業はエッチング溶液を容器１に蓄えることで処理がなされるもので、エッチング溶液に代えて、純水などを用い容器１に蓄えることで洗浄作業が行えるのは言うまでも無い。

本発明のエッチング容器全体の概念を示す斜視図である。 本発明のエッチング処理を、圧電素板の動きで説明する概念図である。（往路） 本発明のエッチング処理を、圧電素板の動きで説明する概念図である。（復路）

符号の説明

１ 容器
２ 圧電素板
３ 受皿
４ 噴射口
５ 細線

Claims (1)

1. エッチング溶液が蓄えられている容器と、
   底がメッシュ状となっている受皿と、
   前記エッチング溶液を噴出する箇所を有する噴出口と、
   複数の細線とを備え、
   前記噴出口は、前記容器内の底面に、前記エッチング溶液を噴出する箇所を前記底面とは反対の方向に向けて設けられており、
   前記受皿は、圧電素板を格納しつつ揺動するように、前記底が前記噴出口側に向いた状態で前記噴出口の上に設けられており、
   複数の前記細線は、前記受皿の上に、前記受皿の底に対し平行で、且つ隣り合う細線が一定の間隔で平行に配置されている
   ことを特徴とするエッチング装置。

Images