JP4778548B2 - 圧電フレーム、圧電デバイス及び圧電フレームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、電極パターンがショートすることが少ない圧電フレーム又は圧電フレームを製造する技術に関する。

移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動素子も、より一層の小型化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）が可能な圧電振動素子が要求されている。

圧電振動片の小型化により導通配線の間隔が１０μｍ以下の領域もあり、圧電振動片への接続端子の形成及び圧電振動片の側面への配線の形成を行うと、マスクのズレや蒸着金属の回り込みなどにより、接続端子部分の蒸着金属が付着すべきでない箇所にまで金属が付着してショートするおそれがあった。また、小型化により圧電振動片の基部側面とフレーム側面との間隔が狭くなり、露光が不十分となり圧電振動片の側面などに金属膜が残ることもあり、金属膜がショートするおそれもある。このように小型化した圧電振動片の側面に残存する金属膜によって発生する配線のショートにより、圧電振動片が不良品になることが多い。

特許文献１によれば、上記問題を解決するために、圧電振動片の外形形成時に凸状の突起部を形成し、電極部や接続配線を蒸着法で形成した後で凸状の突起部を折って取り除くことでショートを防止している。
特開平０９−２３８０４１号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、凸状の突起部を折って取り除く工数が増大する。またこれらの工程は数ミリ程度の圧電振動片に対する緻密な作業のため生産性の低下やコストアップを招く。

本発明の目的は、凸状の突起部を折って取り除く工程を行うことなく、電極のショートを防止した圧電フレームもしくは圧電デバイスを提供するとともに、その製造方法を提供することである。

第１の観点の圧電フレームは、基部の一端側から伸びる一対の振動腕とこの一対の振動腕に励振電極とを有する音叉型圧電振動片と、音叉型圧電振動片の外側で音叉型圧電振動子を囲む外枠部と、基部から外枠部へ伸びて音叉型圧電振動片を支持する支持腕と、外枠部と音叉型圧電振動片との間の側面に形成され、外枠部のＺ方向から観て鋭角な形状を有する鋭角部と、を備える。
上記構成によれば、外枠部と音叉型圧電振動片との間に鋭角部が形成される。この鋭角部は、電極を形成する際に圧電フレームのＺ方向から垂直に照射される露光光を反射する。このため、電極を形成する際に圧電フレームの側面に塗布されたフォトレジストに露光光が十分に照射される。このため鋭角部は側面と圧電フレーム側面との電極膜がエッチングで除去され、電極パターンがショートすることがない。

第２の観点の圧電フレームの鋭角部は、外枠部の音叉型圧電振動片側の側面に形成される第１鋭角部を含む。
第３の観点の圧電フレームの鋭角部は、基部の外枠部側の側面に形成される第２鋭角部を含む。
第４の観点の圧電フレームの鋭角部は、支持腕の外枠部側の側面に形成される第３鋭角部を含む。
このように複数の領域に鋭角部を設けることで、電極を形成する際に圧電フレームの側面に塗布されたフォトレジストに露光光が十分に照射され、鋭角部の側面と圧電フレーム側面との電極膜がエッチングで除去される。

第５の観点の圧電デバイスは、第１の観点から第４の観点のいずれかに記載の圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるとともに励振電極から支持腕を介して前記外枠部に伸びる接続電極に導通する外部電極とを有するベースと、を備える。
上述の圧電フレームを使用することで、電極パターンがショートすることがない故障の少ない圧電デバイスを提供することができる。

第６の観点の圧電フレームの製造方法は、基部の一端側から伸びる一対の振動腕を有する音叉型圧電振動片とその音叉型圧電振動片の外側で音叉型圧電振動子を囲む外枠部と基部から外枠部へ伸びて音叉型圧電振動片を支持する支持腕とを備えた圧電フレームを製造する。この方法は、基板にレジストを形成する工程と、音叉型圧電振動片に対応する領域（範囲）と音叉型圧電振動片と外枠部との間の側面に形成され外枠部のＺ方向から観て鋭角な形状を有する鋭角部とに対応する領域（範囲）とを有するマスクで基板を露光する第１露光工程と、第１露光工程で露光された基板をエッチングするエッチング工程と、を備える。
上記構成によれば、外枠部と音叉型圧電振動片との間に鋭角部が形成される。この鋭角部は、電極を形成する際に圧電フレームのＺ方向から垂直に照射される露光光を反射する。このため、電極を形成する際に圧電フレームの側面に塗布されたフォトレジストに露光光が十分に照射される。

第７の観点の圧電フレームの製造方法は、マスクによる第１露光工程が完了後に、振動腕に伸びる溝部と鋭角部とに対応する領域（範囲）とを有する溝部用マスクで、レジストが形成された基板を露光する第２露光工程と、第２露光工程で露光された基板を途中までエッチングするハーフエッチング工程と、を備える。
第２露光工程により、複雑な鋭角部が形成される。したがって、電極を形成する際に圧電フレームの側面にＺ方向から垂直に照射される露光光を複数の方向へ反射することができる。

本発明の圧電デバイスは、複雑な工程を行うことなく、露光不足に伴い金属膜が残存することによる配線のショートが発生する圧電フレーム、圧電デバイスの不具合を解消する。

＜第１実施形態＞
≪圧電デバイス１００の構成≫
図１（ａ）は、本発明の圧電デバイス１００の構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面で圧電デバイス１００の分離した状態を示した概略断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示されるように圧電デバイス１００は、水晶単結晶ウエハに形成されたリッド１０と、水晶単結晶ウエハに形成された音叉型水晶振動片３０を備えた第１水晶フレーム２０と、水晶単結晶ウエハに形成されたベース４０との３層でパッケージ８０を形成している。図１（ａ）は、表面実装（ＳＭＤ）タイプの圧電デバイス１００をリッド１０のリッド部側から見た図である。ベース４０は、底面に第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備えている。第１水晶フレーム２０の音叉型水晶振動片３０は、外枠部２２と支持腕２６とを形成している。第１水晶フレーム２０は、外枠部２２の両面に第１接続端子３５及び第２接続端子３６を備えている。外枠部２２は、側面に第１鋭角を有する突起部１１を備えている。

図１（ｂ）に示されるように圧電デバイス１００は、リッド１０にリッド側凹部１７を第１水晶フレーム２０側の片面に有している。ベース４０にベース側凹部４７を第１水晶フレーム２０側の片面に有している。ベース４０は、スルーホール４１及びスルーホール４３と第１接続電極４２及び第２接続電極４４とを備えている。第１接続電極４２は、スルーホール４１のスルーホール配線１５を通じてベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続電極４４は、スルーホール４３のスルーホール配線１５を通じてベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。

第１水晶フレーム２０の外枠部２２の裏面に形成された第１接続端子３５及び第２接続端子３６は、それぞれベース４０の表面の第１接続電極４２及び第２接続電極４４に接続する。つまり、第１接続端子３５は第１外部電極４５と電気的に接続し、第２接続端子３６は第２外部電極４６と電気的に接続している。

圧電デバイス１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた第１水晶フレーム２０を中心として、第１水晶フレーム２０の上にリッド１０が接合され、第１水晶フレーム２０の下にベース４０が接合される。ベース４０は第１水晶フレーム２０に、リッド１０は第１水晶フレーム２０にシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術により接合する。シロキサン結合後、スルーホール４１，４３に封止材として金と他の金属との共晶合金７０を充填し、不図示の真空リフロー炉に保持し溶融して封止を行い圧電デバイス１００が形成される。

≪第１水晶フレーム２０の構成≫
図２は、本発明の第１水晶フレーム２０の上面図である。第１水晶フレーム２０は、基部２３及び振動腕２１からなる音叉型水晶振動片３０と、第１引出電極３１及び第２引出電極３２を備えた外枠部２２と、支持腕２６とから構成され、同じ厚さの水晶基板で一体に形成されている。音叉型水晶振動片３０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。

第１水晶フレーム２０は、外枠部２２の側面に外枠部２２のＺ方向から観て鋭角な形状を有する第１鋭角を有する突起部１１を備える。第１水晶フレーム２０の第１鋭角を有する突起部１１は、外枠部２２の音叉型水晶振動片３０の側の側面に形成されている。図２において、左側の第１鋭角を有する突起部１１は、基部２３から支持腕２６までの範囲に形成されている。また右側の第１鋭角を有する突起部１１は、振動腕２１から支持腕２６までの範囲に形成されている。また、第１鋭角の突起部１１は、外枠部２２のＺ方向に斜めに形成されている。外枠部２２に形成された第１鋭角を有する突起部１１は音叉型水晶振動片３０の振動周波数に影響を与えない。第１鋭角を有する突起部１１の形成の方法は、図６などを用いて後述する。

一対の振動腕２１は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２１の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２１の表面には１箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に１箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２７が形成されている。溝部２７の断面は略Ｈ型に形成され、音叉型水晶振動片３０のＣＩ値を低下させる効果がある。なお音叉型水晶振動片３０は一本の振動腕２１に１箇所の溝部２７を形成しているが、複数箇所の溝部２７を形成しても周波数調整効果を持つことができる。

振動腕２１の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は金属膜を備えた錘部２８を形成している。錘部２８は振動腕２１に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をするために形成されている。

第１水晶フレーム２０は、外枠部２２と基部２３と支持腕２６との表面に、第１引出電極３１及び第２引出電極３２並びに第１接続端子３５及び第２接続端子３６が形成され、裏面にも同様に第１引出電極３１及び第２引出電極３２並びに第１接続端子３５及び第２接続端子３６とが形成されている。表裏面の第１接続端子３５及び第２接続端子３６は、それぞれ外枠部２２の内側面で導通されている。

一対の振動腕２１は、表面、裏面及び側面に第１励振電極３３及び第２励振電極３４が形成されており、第１励振電極３３は第１引出電極３１を介して第１接続端子３５につながっており、第２励振電極３４は第２引出電極３２を介して第２接続端子３６につながっている。第１引出電極３１及び第２引出電極３２は、スルーホールを共晶合金７０（図１参照）で気密封止する際の工程で金の吸出しにより引出電極を断線する現象を抑制するため幅広の太い配線が形成されている。

第１引出電極３１、第２引出電極３２、第１励振電極３３、第２励振電極３４、第１接続端子３５、第２接続端子３６及び錘部２８は、ともに、１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）のうち少なくとも１つの金属膜を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。

一対の支持腕２６は、基部２３の一端から振動腕２１が伸びる方向（Ｙ方向）に伸びている。一対の支持腕２６は、振動腕２１の振動を圧電デバイス１００の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。一対の支持腕２６が音叉型水晶振動片３０をしっかりと支持し、衝撃を受けても折れないようにできるかぎり幅広くしている。このため支持腕２６と外枠部２２との間隔は非常に狭くなっている。

第１水晶フレーム２０には、公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて外形と音叉型水晶振動片３０と、外枠部２２と、支持腕２６と溝部２７とが形成される。第１水晶フレーム２０は、外枠部２２の側面に第１鋭角を有する突起部１１を形成する。また外形を形成した第１水晶フレーム２０に対して公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて電極が形成される。これらの処理を経て図２に示す第１水晶フレーム２０が完成する。

＜第２実施形態＞
≪第２水晶フレーム２０Ａの構成≫
図３は、第２実施形態の第２水晶フレーム２０Ａの上面図である。第２実施形態の第２水晶フレーム２０Ａと第１実施形態の第１水晶フレーム２０とが異なる点は、外枠部２２の側面に第１鋭角を有する凹み部が形成された点である。以下、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、第１実施形態と異なる点を説明する。

第２水晶フレーム２０Ａは、外枠部２２のＺ方向から観て鋭角な形状を有する第１鋭角の凹み部１２を備える。第２水晶フレーム２０Ａの第１鋭角の凹み部１２は、外枠部２２の音叉型水晶振動片３０の側の側面に形成されている。図３において、左側の第１鋭角の凹み部１２は、基部２３から支持腕２６までの範囲に形成されている。また右側の第１鋭角の凹み部１２は、振動腕２１から支持腕２６までの範囲に形成されている。外枠部２２に形成された第１鋭角の凹み部１２は音叉型水晶振動片３０の振動周波数に影響を与えない。また、第１鋭角の凹み部１２は、外枠部２２のＺ方向に斜めに形成されている。

＜第３実施形態＞
≪第３水晶フレーム２０Ｂの構成≫
図４は、第３実施形態の第３水晶フレーム２０Ｂの上面図である。第３実施形態の第３水晶フレーム２０Ｂと第１実施形態の第１水晶フレーム２０とが異なる点は、第２鋭角の突起部１３及び第３鋭角の突起部１４が形成された点である。以下、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、第１実施形態と異なる点を説明する。

図４において、左側の第２鋭角の突起部１３は基部２３の側面に形成される。基部２３に突起部１３が形成されても、音叉型水晶振動片３０の振動周波数には影響を与えない。また支持腕２６の外枠部２２側の側面である第３鋭角に突起部１４が形成されている。支持腕２６に突起部１４が形成されても、音叉型水晶振動片３０の振動周波数には影響を与えない。また、第２及び第３鋭角の突起部１３及び突起部１４は、外枠部２２のＺ方向に斜めに形成されている。なお、特に図示しないが、第２及び第３鋭角を有する突起部１３及び突起部１４ではなく、図３で説明した鋭角な形状を有する凹み部１２を設けても良い。

＜圧電デバイス１００の製造工程＞
図５及び図６は、図２で示した第１水晶フレーム２０を使って図１に示した圧電デバイス１００を製造する工程を示したフローチャートである。図５は第１水晶フレーム２０の音叉型水晶振動片３０の外形形成、溝部及び突起部の形成工程を示したフローチャートである。図６は音叉型水晶振動片３０に電極パターンを形成しパッケージングする工程を示したフローチャートである。

≪第１水晶フレーム２０の外形形成及び溝部と突起部との形成工程≫
図５は第１水晶フレーム２０の外形形成及び溝部と突起部との形成の工程を示したフローチャートである。
ステップＳ１０２では、所定の厚みに研磨し表面変質層が除去された水晶単結晶ウエハを用意する。水晶単結晶ウエハの全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての水晶単結晶ウエハには、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた耐蝕膜を使用する。

ステップＳ１０４では、クロム層および金層が形成された水晶ウエハに、フォトレジスト膜を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト膜としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。

次に、ステップＳ１０６では、不図示の露光装置を用いて、第１水晶フレーム２０用と突起部１１用との第１フォトマスク９１−１（図８（ａ）参照）のパターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶単結晶ウエハの第１主面に露光する。水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハの第２主面にも、第１水晶フレーム２０用と突起部１１用との第１フォトマスク９１−１のパターンを第１露光する。

ステップＳ１０８では、水晶単結晶ウエハのフォトレジスト膜を現像して、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した金層をたとえばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層をたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。音叉型水晶振動片３０を有する第１水晶フレーム２０の外形パターンの水晶単結晶ウエハが現れる。

ステップＳ１１０では、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト膜および耐蝕膜から露出した水晶単結晶ウエハを、音叉型水晶振動片３０を有する第１水晶フレーム２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。そして図８（ｃ）に示されるような突起形状１１２が、外枠部２２側の側面に現れる。

ステップＳ１１２では、残っているフォトレジスト膜に対して溝部用の第２フォトマスク９４−１（図８（ｂ）参照）のパターンを水晶単結晶ウエハの第１主面に露光する。第２主面に同じ第２フォトマスク９４−１（図８（ｂ）参照）のパターンを第２露光する。

ステップＳ１１４では、第２露光後の水晶単結晶ウエハのフォトレジスト膜を現像して、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した金層及びクロム層を除去する。

ステップＳ１１６では、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト膜および耐蝕膜から露出した水晶ウエハを、溝部を形成するようにハーフウェットエッチングを行う。

ステップＳ１１８では、不要となったフォトレジスト膜と耐蝕膜とを除去することによりに、音叉型水晶振動片３０を有する第１水晶フレーム２０が多数形成された水晶単結晶ウエハが得られる。

≪電極パターン形成及びパッケージングの工程≫
図６は、電極パターン形成とパッケージングとの工程を示したフローチャートである。
ステップＳ１２０では、第１水晶フレーム２０を純水で洗浄し、水晶ウエハの全面に、電極などを形成するためのクロム層と金層とを真空蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
ステップＳ１２２では、スプレーを使って全面にフォトレジストを塗布する。溝部２７などが形成されているため、溝部２７及び側面にも均一にフォトレジストを塗布する。

ステップＳ１２４では、電極パターンと対応した不図示の電極用フォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶単結晶ウエハに露光する。この電極パターンは第１水晶フレーム２０の両面に露光される。第１水晶フレーム２０は、外枠部２２の側面に第１鋭角を有する突起部１１を形成し、外枠部２２のＺ方向に斜面が形成されている。また突起部１１は鋭角であるため、ステップＳ１１０のエッチングの際に水晶のエッチング異方性のため複雑な形状になる。このため、水晶単結晶ウエハの第１主面及び第２主面にほぼ垂直に入る露光光が乱反射する。したがって、露光光が当たりにくい外枠部２２の側面に照射されるにもかかわらず、突起部１１の周辺の側面には露光光が反射されて、側面のフォトレジスト膜に露光が十分に照射される。

ステップＳ１２６では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。突起部１１の周辺の側面はフォトレジスト膜が感光しているため除去される。残るフォトレジスト膜は電極パターンと対応したフォトレジスト膜になる。次いで、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。突起部１１の周辺の側面の電極膜はエッチングで除去されているため、電極パターンがショートするおそれがない。

続いて、ステップＳ１２８でフォトレジスト膜を除去する。これらの工程を経て、第１水晶フレーム２０に引出電極３１、３２、励振電極３３，３４及び錘部２８の金属膜が正確な位置および電極幅で形成される。

ステップＳ１３０で、第１水晶フレーム２０が形成された水晶単結晶ウエハに対して周波数調整が行われる。例えば、不図示のフェムト秒レーザーＦＬを用いて振動腕２１の先端の錘部２８の金属膜を昇華させることで調整が可能である。

ステップＳ１３２では、第１水晶フレーム２０が形成された水晶単結晶ウエハ、リッド１０が形成された水晶単結晶ウエハ及びベース４０が形成された水晶単結晶ウエハをシロキサン結合技術により接合する。つまり３枚の水晶単結晶ウエハは、結合面を鏡面状態にしてプラズマ処理又はイオンビーム照射することにより、水晶単結晶ウエハの接合面を活性化する。正確に位置合わせして重ね合わされた水晶単結晶ウエハは、１００°Ｃから２００°Ｃ程度に加熱した状態で加圧する。これによりシロキサン結合する。図１で説明したように、水晶ウエハ同士のシロキサン結合の際に、第１接続端子３５は、第１接続電極４２及び第１外部電極４５と電気的に接続し、第２接続端子３６は第２接続電極４４及び第２外部電極４６と電気的に接続する。

ステップＳ１３４では、真空中あるいは不活性ガス中で、シロキサン結合した３枚の水晶単結晶ウエハのスルーホール４１，４３に共晶合金７０を配置する。スルーホール４１，４３にボール状の共晶合金７０を配置した状態で不図示の真空リフロー炉で一定時間所定の温度で加熱されることで共晶合金７０が溶融し封止が行われる。Ａｕ１２Ｇｅ合金の場合は、４００°Ｃの真空中もしくは不活性ガス中の真空リフロー炉に保持し封止する。これにより、パッケージ内が真空になった又は不活性ガスで満たされた圧電デバイス１００が形成される。

ステップＳ１３６では、パッケージ内が真空になった又は不活性ガスで満たされた圧電デバイス１００が形成された水晶単結晶ウエハをダイシングソー又はレーザソーで切断して切り離す。これにより、個々の圧電デバイス１００が完成する。

＜露光マスクの構成＞
図７ないし図１３は、第１水晶フレーム２０及び第２水晶フレーム２０Ａ並びに第３水晶フレーム２０Ｂ用の第１フォトマスク及び第２フォトマスクの一部を示した上面図である。第１フォトマスク及び第２フォトマスクは、第１、第２及び第３鋭角を有する突起形状又は凹み形状を備える。

フォトレジスト層がネガフォトレジストの場合には、マスク枠９５と音叉型振動片パターンを有する水晶フレームパターン９７と突起形状又は凹み形状とが、石英ガラスのままの透明領域であり、斜線部９６は石英ガラス上にクロムで描かれている遮光領域である。フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、逆に、斜線部９６が石英ガラスのままの透明領域になっている。本実施形態では以下、ネガフォトレジストを前提として説明する。以下、第１フォトマスク及び第２フォトマスクの同じ部材には同じ符号を付し、第１フォトマスク及び第２フォトマスクの異なる点を説明する。

＜＜実施例１＞＞
図７（ａ）は、第１水晶フレーム２０の外形形成用の第１フォトマスク９１−１を示す上面図である。第１フォトマスク９１−１は、理解を助けるため１つの第１水晶フレーム２０に対応するマスク枠９５の外形部分を仮想線（一点鎖線）で示している。第１フォトマスク９１−１には、図２で示された第１水晶フレーム２０の音叉型水晶振動片３０と外枠部２２と支持腕２６とに対応する遮光部が描かれている。また第１鋭角を有する突起部１１に対応する遮光部９６１が描かれている。第１フォトマスク９１−１には複数の第１水晶フレーム２０が描かれており、また水晶単結晶ウエハとフォトマスクとの正確な位置合わせができるようにアライメントマークが描かれている。図７（ｂ）は、外形形成用の第１フォトマスク９１−２を示す上面図である。第１フォトマスク９１−２には、第１水晶フレーム２０の音叉型水晶振動片３０と外枠部２２と支持腕２６とが描かれているが、突起部１１の領域に遮光部９６１が描かれていない。

図５で示されたステップＳ１０８で、第１主面に第１フォトマスク９１−１を使って露光し、第２主面に第１フォトマスク９１−２を使って露光する。そしてステップＳ１１０において、水晶単結晶ウエハに対してウェットエッチングが行われると、外枠部２２側の側面に図７（ｃ）に示されるような突起形状１１１が現れる。但し、実際の突起部１１の突起形状１１１は、水晶のエッチング異方性により、図７（ｃ）で描かれた突起形状１１１より複雑な形状となる。このため、水晶単結晶ウエハの第１主面及び第２主面にほぼ垂直に露光光が入っても、露光光はこの突起部１１で乱反射する。

＜＜実施例２＞＞
図８（ａ）は、第１水晶フレーム２０の外形形成用の第１フォトマスク９１−１を示す上面図である。図７（ａ）で説明したものと同じである。

図８（ｂ）は、第１水晶フレーム２０の溝部形成用の第２フォトマスク９４−１を示す上面図である。第２フォトマスク９４−１には、音叉型水晶振動片３０の振動腕２１の溝パターン９８が描かれている。理解を助けるため第１水晶フレーム２０の外形を水晶フレームパターン９７（仮想線）で示し、マスク枠９５の外形部分も仮想線で示している。

図５で示されたステップＳ１０８で、第１主面及び第２主面に第１フォトマスク９１−１を使って露光し、ステップＳ１１０において水晶単結晶ウエハに対してウェットエッチングが行われると、外枠部２２側の側面に図８（ｃ）に示されるような突起形状１１２が現れる。また、図５で示されたステップＳ１１２で、第１主面及び第２主面に第２フォトマスク９４−１を使って露光し、ステップＳ１１６において水晶単結晶ウエハに対してハーフエッチングが行われると、図２に示された振動腕２１の溝部２７が形成される。ここでハーフエッチングとは、水晶単結晶ウエハを完全に貫通させるエッチングではなく途中までエッチングすることを言う。

＜＜実施例３＞＞
図９（ａ）は、第１水晶フレーム２０の外形形成用の第１フォトマスク９１−１を示す上面図である。図７（ａ）で説明したものと同じである。

図９（ｂ）は、第１水晶フレーム２０の溝部形成用の第２フォトマスク９４−２を示す上面図である。第２フォトマスク９４−２には、音叉型水晶振動片３０の振動腕２１の溝パターン９８と第１鋭角を有する突起部１１に対応する小さな突起形状の遮光部９６２とが描かれている。理解を助けるため第１水晶フレーム２０の外形を水晶フレームパターン９７（仮想線）で示し、マスク枠９５の外形部分も仮想線で示している。第２フォトマスク９４−１には、音叉型水晶振動片３０の振動腕２１の溝パターン９８のみが描かれているが、第２フォトマスク９４−２は溝パターン９８に加えて小さな突起形状の遮光部９６２が描かれている。小さな突起形状の遮光部９６２は第１フォトマスク９１−１の突起形状の遮光部９６１より小さい。突起形状の大きさの違いにより水晶エッチング工程で外枠部２２のＺ方向に斜面が形成される。

図５で示されたステップＳ１０８で、第１主面及び第２主面に第１フォトマスク９１−１を使って露光し、ステップＳ１１０において水晶単結晶ウエハに対してウェットエッチングが行われると、外枠部２２側の側面に先に説明した図８（ｃ）の突起形状１１２が現れる。また、図５で示されたステップＳ１１２で、第１主面又は第２主面の一方に第２フォトマスク９４−２を使って他方は図８（ｂ）で説明した第２フォトマスク９４−１を使って露光する。そしてステップＳ１１６において水晶単結晶ウエハに対してハーフエッチングが行われると、図８（ｃ）で示された突起形状１１２がさらにハーフエッチングされることになる。したがって、図９（ｃ）に示されるような突起形状１１３が形成される。

つまり、振動腕２１の溝部２７を形成する工程と同時に複雑な形状の突起形状１１３を形成することができる。図８（ｃ）で示された突起形状１１２よりより複雑な形状となり、水晶単結晶ウエハの第１主面及び第２主面にほぼ垂直に入る露光光が乱反射する。

なお、図９（ｃ）の形状を形成するために、ステップＳ１１２で第１主面又は第２主面の一方に第２フォトマスク９４−２を使って露光し他方は図８（ｂ）で説明した第２フォトマスク９４−１を使って露光した。しかしながら、第１主面又は第２主面の両方に第２フォトマスク９４−２を使って露光してもよい。図９（ｃ）に示されるような突起形状１１３とは異なった突起形状を形成することができる。

さらに、図９（ｃ）に示される突起形状１１３は次のような方法でも形成することができる。図示しないが第１フォトマスク９１−１の突起形状の遮光部９６１より小さな突起形状の遮光部を有する第１フォトマスク９１を用意する。ステップＳ１０８で、第１主面及び第２主面の一方に第１フォトマスク９１−１を使って露光し、他方に小さな突起形状の遮光部を有する第１フォトマスク９１を使って露光する。そして、ステップＳ１１２で、第１主面又は第２主面に図８（ｂ）で説明した第２フォトマスク９４−１を使って露光する。このような露光方法でも図９（ｃ）に示される突起形状１１３を形成することができる。

＜＜実施例４＞＞
図１０（ａ）は、第１水晶フレーム２０の外形形成用の第１フォトマスク９１−１を示す上面図である。図７（ａ）で説明したものと同じである。

図１０（ｂ）は、第１水晶フレーム２０の溝部形成用の第２フォトマスク９４−３を示す上面図である。第２フォトマスク９４−３には、音叉型水晶振動片３０の振動腕２１の溝パターン９８と第１鋭角の突起部１１を覆う遮光部９６３とが描かれている。

図５で示されたステップＳ１０８で、第１主面及び第２主面に第１フォトマスク９１−１を使って露光し、ステップＳ１１０において水晶単結晶ウエハに対してウェットエッチングが行われると、外枠部２２の側面に先に説明した図８（ｃ）の突起形状１１２が現れる。また、図５で示されたステップＳ１１２で、第１主面又は第２主面の一方に第２フォトマスク９４−３を使って他方は図８（ｂ）で説明した第２フォトマスク９４−１を使って露光する。そしてステップＳ１１６において水晶単結晶ウエハに対してハーフエッチングが行われると、図８（ｃ）で示された突起形状１１２がさらにハーフエッチングされることになる。したがって、図１０（ｃ）に示されるような突起形状１１４が形成される。その突起形状１１４は、図８で示された突起形状１１２よりより複雑な形状となり、水晶単結晶ウエハの第１主面及び第２主面にほぼ垂直に入る露光光が乱反射する。なお、図１０（ｃ）ではステップＳ１１２で第１主面又は第２主面の一方に第２フォトマスク９４−３を使って露光し他方は図８（ｂ）で説明した第２フォトマスク９４−１を使って露光した。しかしながら、第１主面又は第２主面の両方に第２フォトマスク９４−３を使って露光してもよい。

＜＜実施例５＞＞
図１１（ａ）は、第２水晶フレーム２０Ａの外形形成用の第１フォトマスク９１−３を示す上面図である。第１フォトマスク９１−３は、理解を助けるため１つの第２水晶フレーム２０Ａに対応するマスク枠９５の外形部分を仮想線（一点鎖線）で示している。第１フォトマスク９１−３には、図３で示された第２水晶フレーム２０Ａの音叉型水晶振動片３０と外枠部２２と支持腕２６とに対応する遮光部が描かれている。また第１鋭角領域の凹み部１２に対応する遮光部９６４が描かれている。第１フォトマスク９１−３には複数の第２水晶フレーム２０Ａが描かれており、また水晶単結晶ウエハとフォトマスクとの正確な位置合わせができるようにアライメントマークが描かれている。

図１１（ｂ）は、図７で説明した外形形成用の第１フォトマスク９１−２を示す上面図である。第１フォトマスク９１−２には、第１水晶フレーム２０の音叉型水晶振動片３０と外枠部２２と支持腕２６とが描かれているが、第１鋭角の凹み部１２の領域に遮光部９６４が描かれていない。

図５で示されたステップＳ１０８で、第１主面に第１フォトマスク９１−３を使って露光し、第２主面に第１フォトマスク９１−２を使って露光する。そしてステップＳ１１０において、水晶単結晶ウエハに対してウェットエッチングが行われると、外枠部２２側の側面に図１１（ｃ）に示されるような凹み形状１２１が現れる。但し、実際の凹み形状１２１は、水晶のエッチング異方性により、図１１（ｃ）で描かれた凹み形状１２１より複雑な形状となる。このため、水晶単結晶ウエハの第１主面及び第２主面にほぼ垂直に露光光が入っても、露光光はこの凹み形状１２１で乱反射する。なお、図示しないが、図５で示されたステップＳ１０８で、第１主面及び第２主面の両面に第１フォトマスク９１−３を使って露光してもよい。

＜＜実施例６＞＞
図１２（ａ）は、第２水晶フレーム２０Ａの外形形成用の第１フォトマスク９１−４を示す上面図である。図１１（ａ）で説明したものと同じである。

図１２（ｂ）は、第２水晶フレーム２０Ａの溝部形成用の第２フォトマスク９４−４を示す上面図である。第２フォトマスク９４−４には、音叉型水晶振動片３０の振動腕２１の溝パターン９８と第１鋭角の凹み部１２に対応する大きな凹み形状の遮光部９６５とが描かれている。理解を助けるため第２水晶フレーム２０Ａの外形を水晶フレームパターン９７（仮想線）で示し、マスク枠９５の外形部分も仮想線で示している。第２フォトマスク９４−４は溝パターン９８に加えて大きな凹み形状の遮光部９６５が描かれている。大きな凹み形状の遮光部９６５は第１フォトマスク９１−４の凹み形状の遮光部９６１より大きい。凹み形状の大きさの違いにより水晶エッチング工程で外枠部２２のＺ方向に斜面が形成される。

図５で示されたステップＳ１０８で、第１主面及び第２主面に第１フォトマスク９１−４を使って露光し、ステップＳ１１０において水晶単結晶ウエハに対してウェットエッチングが行われると、外枠部２２側の側面に小さな凹み形状１２１が現れる。また、図５で示されたステップＳ１１２で、第１主面及び第２主面に第２フォトマスク９４−４を使って露光する。そしてステップＳ１１６において水晶単結晶ウエハに対してハーフエッチングが行われると、図１２（ｃ）に示されるような凹み形状１２２が形成される。つまり、振動腕２１の溝部２７を形成する工程と同時に複雑な形状の凹み形状１２２を形成することができる。

なお、図１２（ｃ）ではステップＳ１１２で第１主面及び第２主面に第２フォトマスク９４−４を使って露光したが、第１主面及び第２主面の一方に第２フォトマスク９４−４を使って露光し、他方は図８（ｂ）で説明した第２フォトマスク９４−１を使って露光してもよい。

＜＜実施例７＞＞
図１３（ａ）は、第３水晶フレーム２０Ｂの外形形成用の第１フォトマスク９１−５を示す上面図である。第１フォトマスク９１−５は、理解を助けるため１つの第３水晶フレーム２０Ｂに対応するマスク枠９５の外形部分を仮想線（一点鎖線）で示している。第１フォトマスク９１−５には、図４で示された第３水晶フレーム２０Ｂの音叉型水晶振動片３０と外枠部２２と支持腕２６とに対応する遮光部が描かれている。また第１鋭角を有する突起部１１に対応する遮光部９６１が描かれており、第２及び第３鋭角を有する突起形状１３及び突起形状１４に対応する遮光部９６６が描かれている。第１フォトマスク９１−５には複数の第３水晶フレーム２０Ｂが描かれており、また水晶単結晶ウエハとフォトマスクとの正確な位置合わせができるようにアライメントマークが描かれている。

図１３（ｂ）に示される第２フォトマスク９４−５は、溝パターン９８に加えて小さな突起形状の遮光部９６２及び遮光部９６７が描かれている。小さな突起形状の遮光部９６２は第１フォトマスク９１−５の突起形状の遮光部９６６より小さい。突起部の大きさの違いにより水晶エッチング工程で外枠部２２のＺ方向に斜面が形成される。そして上記実施例３で説明したと同様な突起形状１１３（図９（ｃ））が現れる。特に図示しないが、実施例１もしくは実施例２、実施例４から実施例６までの組み合わせで、いろいろな突起部又は凹み部を形成できることは当業者には容易に想到することができるであろう。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片３０を有する第１水晶フレーム２０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。また、本発明では、第１鋭角、第２鋭角及び第３鋭角の突起部又は凹み部を１又は２個形成したが、複数の突起部又は凹み部からなる鋸状または波状の突起を複数個配置してもよい。

（ａ）は、本発明の圧電デバイス１００の構成を示す斜視図である。 （ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面で圧電デバイス１００の分離した状態を示した概略断面図である。 第１水晶フレーム２０の上面図である。 第２水晶フレーム２０Ａの上面図である。 第３水晶フレーム２０Ｂの上面図である。 第１水晶フレーム２０の外形形成及び溝部２８と突起部１１との形成の工程を示したフローチャートである。 電極の形成工程及びパッケージングの工程を示したフローチャートである。 実施例１：突起部１１の突起形状１１１を作成するフォトマスクを示す上面図及び突起形状１１１の斜視図である。 実施例２：突起部１１の突起形状１１２を作成するフォトマスクを示す上面図及び突起形状１１２の斜視図である。 実施例３：突起部１１の突起形状１１３を作成するフォトマスクを示す上面図及び突起形状１１３の斜視図である。 実施例４：突起部１１の突起形状１１４を作成するフォトマスクを示す上面図及び突起形状１１４の斜視図である。 実施例５：凹み部１２の凹み形状１２１を作成するフォトマスクを示す上面図及び凹み形状１２１の斜視図である。 実施例６：凹み部１２の凹み形状１２２を作成するフォトマスクを示す上面図及び凹み形状１２２の斜視図である。 実施例７：突起部１３又は突起部１４を作成するフォトマスクを示す上面図である。

符号の説明

１０ … リッド
１１，１３，１４ … 突起部
１１１，１１２，１１３，１１４ … 突起形状
１２ … 凹み部
１２１，１２２ … 凹み形状
１５ … スルーホール配線
１７ … リッド用凹部
２０ … 第１水晶フレーム、２０Ａ … 第２水晶フレーム、２０Ｂ … 第３水晶フレーム
２１ … 振動腕、２２ … 外枠部、２３ … 基部、２６ … 支持腕
２７ … 溝部、２８ … 錘部
３０ … 音叉型水晶振動片
３１、３１ａ、３１ｂ … 第１引出電極
３２、３２ａ、３２ｂ … 第２引出電極
３３ … 第１励振電極、３４ … 第２励振電極
３５ … 第１接続端子、３６ … 第２接続端子
４０ … ベース
４１，４３ … スルーホール
４２ … 第１接続電極、４４ … 第２接続電極
４５ … 第１外部電極，４６ … 第２外部電極
４７ … ベース用凹部
７０ … 共晶合金
８０ … パッケージ
９１−１，９１−２，９１−３，９１−４，９１−５ … 第１フォトマスク
９４−１，９４−２，９４−３，９４−４，９４−５ … 第２フォトマスク
９５ … マスク枠
９６ … 斜線部（透過領域）
９７ … 水晶フレームパターン
９８ … 溝パターン
１００ … 圧電デバイス

Claims (3)

1. 表裏面及び側面を含む基部の一端側から伸びる一対の振動腕とこの一対の振動腕に励振電極とを有する音叉型圧電振動片と、
   表裏面及び側面を含み、前記音叉型圧電振動片の外側で前記音叉型圧電振動片を囲む外枠部と、
   表裏面及び側面を含み、前記基部から前記外枠部へ伸びて前記音叉型圧電振動片を支持する支持腕と、
   前記外枠部の前記音叉型圧電振動片側の側面、前記支持腕の前記外枠部側の側面、又は前記基部の前記外枠部側の側面に形成され、前記外枠部の表裏面の法線方向から観て先端が鋭角に突起した突起形状を有し且つ前記法線方向に斜めに形成される鋭角部と、
   を備えることを特徴とする圧電フレーム。
2. 旧請求項９
   請求項１に記載の圧電フレームと、
   この圧電フレームを覆う蓋部と、
   前記圧電フレームを支えるとともに、前記励振電極から前記支持腕を介して前記外枠部に伸びる接続電極に導通する外部電極を有するベースと、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
3. 基部の一端側から伸びる一対の振動腕を有する音叉型圧電振動片とその音叉型圧電振動子の外側で前記音叉型圧電振動片を囲む外枠部と前記基部から前記外枠部へ伸びて前記音叉型圧電振動片を支持する支持腕とを備えた圧電フレームの製造方法において、
   基板の表裏面にレジストを形成する工程と、
   前記外枠部の前記音叉型圧電振動片側の側面、前記支持腕の前記外枠部側の側面、又は前記基部の前記外枠部側の側面に形成され前記外枠部の表面の法線方向から観て先端が鋭角に突起した突起形状を有する鋭角部に対応する領域を有する第１マスクと前記第１マスクとは前記鋭角部に対応する領域とは異なる領域を有する第２マスクとで、前記基板の表裏面に形成されたレジストを露光する第１露光工程と、
   前記第１露光工程で露光された前記基板をエッチングするエッチング工程と、
   前記エッチング工程後に、前記振動腕に伸びる溝部と前記鋭角部とに対応する領域とを有する溝部用マスクで、前記レジストが形成された基板を露光する第２露光工程と、
   前記第２露光工程で露光された基板を途中までエッチングするハーフエッチング工程と、
   を備えたことを特徴とする圧電フレームの製造方法。