JP6376795B2 - 圧電振動片の製造方法、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器、および電波時計 - Google Patents
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Description
本発明によれば、プラズマ処理を行ったウエハの表面には極微小な突起が形成される。このウエハの表面をマスクで被覆すると、ウエハの表面とマスクとの間に微小な隙間が生じる。このウエハをウェットエッチングすることで、ウエハの表面とマスクとの隙間にエッチング液が入り込み、被マスク領域の内側に向かってサイドエッチングが進行して斜面が形成される。このとき、ウエハの表面上のプラズマ処理された領域には微小突起が均一に形成されているため、エッチング液はウェットエッチング時間に応じて被マスク領域の外周から内側に向かって、全周に亘って均一に入り込む。そのため、ウエハには被マスク領域において、その外周の全周に亘って均一な傾斜角を有する斜面が形成される。したがって、第2マスクを介してウエハをウェットエッチングすることで、第2マスクで被覆された領域のうち、第1マスクを介してプラズマ処理された領域に、等方性を有する斜面が形成される。そして、このように斜面に等方性を持たせることで、振動の等方性が得られる。すなわち、厚みすべり主振動と厚み副振動の関係性が良好に保たれ、励振電極を起点とした全方向について厚みすべり主振動と厚み副振動との周波数の接近を防止することができるため、良好な振動特性が得られる。
ところで、第1マスクを介さずにウエハ全面をプラズマ処理すると、第2マスクで被覆された領域の外周から等距離となる内側の位置まで斜面が形成され、その斜面の内側が頂面になる。そのため、頂面の位置および形状を、所望の性能に合わせて最適化できない。これに対して第1マスクを介してプラズマ処理を行うことで、第1マスクの位置には斜面が形成されないので、頂面の位置および形状は、第1マスクの位置および形状によって決まる。そのため、頂面の位置および形状を、所望の性能に合わせて最適化できる。
これにより、等方性を有する斜面と、任意の位置および形状に形成された平坦な頂面とを備えた圧電振動片が得られる。したがって、振動特性の優れた圧電振動片を製造できる。
この方法によれば、圧電板の周縁部に斜面を有する、いわゆるベベル型の圧電振動片が形成される。ベベル型の圧電振動片の周縁部が等方性を有する斜面で形成されるので、振動の等方性を有するベベル型の圧電振動片が得られる。したがって、振動特性の優れた圧電振動片を製造できる。
この方法によれば、メサ部の側面が等方性を有する斜面で形成されるので、振動の等方性を有するメサ型の圧電振動片が得られる。また、メサ部の周囲には頂面に平行な周縁部が形成される。これにより、実装時において表裏面の何れに実装部材を接着させても安定して固定させることができる圧電振動片が得られる。したがって、振動特性および実装安定性の優れた圧電振動片を製造できる。
この方法によれば、外形マスクを除去する工程、および第1マスクに加工される頂面保護膜を成膜する工程を省略できる。したがって、振動特性の優れた圧電振動片を簡単に低コストで製造できる。
この構成によれば、等方性を有する斜面が圧電振動片に形成される。したがって、振動特性の優れた圧電振動片を得ることができる。
この構成によれば、上述した振動特性の優れた圧電振動片を備えるため、振動特性の優れた圧電振動子を得ることができる。
この構成によれば、上述した振動特性の優れた圧電振動子を備えるため、高精度な周波数信号が出力される発振器を得ることができる。
この構成によれば、上述した振動特性の優れた圧電振動子を備えるため、高精度な時計情報を出力できる電子機器を得ることができる。
この構成によれば、上述した振動特性の優れた圧電振動子を備えるため、高精度に時刻をカウントできる電波時計を提供できる。
最初に、第1実施形態の圧電振動片および圧電振動子について説明する。
図1は、第1実施形態の圧電振動子を示す、分解斜視図である。
圧電振動片10は、導電性接着剤等の実装部材を利用して、ベース基板3上の上面3aにマウントされる。より具体的には、ベース基板3の上面3aに形成された一対のインナー電極9に対して、圧電板20に形成された第1マウント電極55および第2マウント電極57が、実装部材を介してマウントされる。
これにより、圧電振動片10は、ベース基板3の上面3aに機械的に保持されると共に、第1マウント電極55および第2マウント電極57とインナー電極9とがそれぞれ導通された状態となっている。
ATカットは、人工水晶の結晶軸である電気軸(X軸)、機械軸(Y軸)及び光学軸(Z軸)の3つの結晶軸のうち、Z軸に対してX軸周りに35度15分だけ傾いた方向(Z´軸方向)に切り出す加工手法である。ATカットによって切り出された圧電板20を有する圧電振動片10は、周波数温度特性が安定しており、構造や形状が単純で加工が容易であり、CI値が低いという利点がある。本実施形態の圧電板20は、Z´方向の長さがX方向の長さより長くなるように形成されている。
頂面21は、XZ´平面に平行な平坦面で、圧電板20の+Y´方向側に形成される。頂面21は、Y´方向視において圧電板20の中央部分に矩形状に形成されている。なお頂面21は、後述する製造方法により任意の位置および形状に形成することができる。
裏主面23は、XZ´平面に平行な平坦面で、圧電板20の−Y´方向側に形成される。
斜面25は、圧電板20の+Y´方向側に形成される。斜面25は、Y´方向視において頂面21と圧電板20の外周とを接続している。
第1励振電極51は、Y´方向視矩形状で、頂面21の中央部の位置に形成されている。第2励振電極53は、Y´方向視矩形状で、裏主面23の中央部の位置に形成されている。第2励振電極53は、Y´方向視において第1励振電極51と重なるように形成されている。
第1マウント電極55は、Y´方向視矩形状に形成され、後述する第2斜面27および第3斜面28のうち+X側かつ−Z´側の角部から、圧電板20の端部を介して、裏主面23のうち+X側かつ−Z´側の角部に亘って形成されている。第1マウント電極55は、頂面21に重ならない位置に設けられている。第1マウント電極55は、頂面21および第2斜面27上の第1引き回し配線59を介して、第1励振電極51に接続されている。
第2マウント電極57は、Y´方向視矩形状に形成され、後述する第2斜面27および第4斜面29のうち−X側かつ−Z´側の角部から、圧電板20の端部を介して、裏主面23のうち−X側かつ−Z´側の角部に亘って形成されている。第2マウント電極57は、頂面21に重ならない位置に設けられている。第2マウント電極57は、裏主面23上の第2引き回し配線61を介して、第2励振電極53に接続されている。
次に第1実施形態の圧電振動片の製造方法について説明する。
図6〜20は、第1実施形態に係る圧電振動片の製造方法を説明する工程図である。各図において(a)は図2のIII−III線に相当する部分における断面図、(b)は平面図である。
外形マスク形成工程について説明する。図7に示すように、ウエハSの両面にエッチング保護膜71およびフォトレジスト膜73をそれぞれ成膜する。
この工程においては、まず、ウエハSの表裏主面に、エッチング保護膜71を、それぞれスパッタリング法や蒸着法などにより成膜する。
本実施形態で用いるレジスト材料としては、環化ゴム(例えば、環化イソプレン)を主体にしたゴム系ネガレジストが好適に用いられている。ゴム系ネガレジストは、環化ゴムを有機溶剤に溶解し、さらにビスアジド感光剤を加えて、ろ過し、不純物を除去することで精製されたものである。
具体的には、まず、エッチング保護膜71およびフォトレジスト膜73が成膜されたウエハSの一方側の面を、圧電板20の外形パターンが形成されたフォトマスクを用いて露光する。同様に、ウエハSの他方側の面を、圧電板20の外形パターンが形成されたフォトマスクを用いて露光する。そして、ウエハSの両面に成膜されたフォトレジスト膜73を一括で現像する。これにより、図8に示すように、ウエハSの両面に成膜されたフォトレジスト膜73に、圧電振動片10の外形パターン73aを形成する。
このエッチング保護膜71のエッチング加工には、エッチング保護膜71とフォトレジスト膜73が形成されたウエハSを、薬液に浸漬して行うウェットエッチング方式を用いることができる。例えば、エッチング保護膜71が金(Au)からなる場合には、薬液としてヨウ素を用いてエッチングすることができる。
次に外形形成工程について説明する。図10に示すように、外形マスク71aを介してウエハSをエッチングし、圧電板20の外形パターンを形成する。
このウエハSのエッチング加工は、外形マスク71aが形成されたウエハSを薬液に浸漬して行うウェットエッチング方式を用いることができる。例えば、薬液としてフッ酸を用いてエッチングすることができ、エッチング時間は3時間程度とする。これにより、圧電板20の外形パターンが形成される。
次に第1マスク形成工程について説明する。図12に示すように、圧電板20の外形パターンを形成したウエハSの両面に、頂面保護膜81およびフォトレジスト膜83をそれぞれ成膜する。
具体的には、まず、頂面保護膜81およびフォトレジスト膜83が成膜されたウエハSの一方側の面を、頂面の外形パターンが形成されたフォトマスクを用いて露光する。また、ウエハSの他方側の面を、裏主面の外形パターンが形成されたフォトマスクを用いて露光する。そして、ウエハSの両面に成膜されたフォトレジスト膜83を一括で現像する。これにより、図13に示すように、ウエハSの両面に成膜されたフォトレジスト膜83に、頂面の外形パターン83aおよび裏主面の外形パターン83bを形成する。
次にプラズマ処理工程について説明する。図15に示すように、第1マスク81a,81bを介してウエハSの表面をプラズマ処理する。これにより、ウエハSの表面のうち第1マスク81a,81bに被覆されていない部分に極微小な突起が形成される。
次に第2マスク形成工程について説明する。図17に示すように、プラズマ処理を行ったウエハSの両面に、エッチング保護膜91およびフォトレジスト膜93をそれぞれ成膜する。エッチング保護膜91およびフォトレジスト膜93の材質および形成方法は、外形マスク形成工程におけるエッチング保護膜71およびフォトレジスト膜73と同様である。
このように、微小突起が形成されたウエハSの表面を第2マスク91a,91bで被覆すると、ウエハSの表面と第2マスク91aとの間に微小な隙間が生じる。
次に斜面形成工程について説明する。図19に示すように、第2マスク91a,91bを介してウエハSをウェットエッチングすることで、第2マスク91aが被覆している斜面25の形成領域に、斜面25を形成する。
このウェットエッチング加工は、外形形成工程におけるウェットエッチング加工と同様に行うことができる。このとき、エッチング時間は例えば30分程度とする。
一方で、プラズマ処理工程において第1マスク81aに被覆された領域には微小突起が形成されないため、この領域にはサイドエッチングが進行しない。すなわちその領域には斜面25は形成されず、頂面21が形成される。したがって、第2マスク91aで被覆された領域のうち、第1マスク81aを介してプラズマ処理された領域に、等方性を有する斜面25が形成される。
なお上述したように、第1マスク81aに被覆された領域にはサイドエッチングが進行しないため、オーバーエッチングを行った場合には斜面25と頂面21との間には段差が形成される。本実施形態では、圧電板20の外周から頂面21までの距離が小さい第1斜面26および第2斜面27と頂面21との間に段差が形成される。
圧電振動片10の頂面21の位置および形状は、第1マスク81aの形成位置および形状によって決まるため、所望の性能に合わせて位置および形状を最適化できる。本実施形態における圧電振動片10の頂面21の形状は、Z´方向に沿った辺の長さがX方向に沿った辺の長さより長い矩形状に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、頂面21の形状は、図21に示すX方向に沿った辺が長い矩形状や、図22に示す長円形状であってもよい。
ところで、第1マスク81aを介さずにウエハSの全面をプラズマ処理すると、第2マスク91aで被覆された領域の外周から等距離となる内側の位置まで斜面25が形成され、その斜面25の内側が頂面21になる。そのため、頂面21の位置および形状を、所望の性能に合わせて最適化できない。これに対して第1マスク81aを介してプラズマ処理を行うことで、第1マスクの位置には斜面25が形成されないので、頂面21の位置および形状は、第1マスク81aの位置および形状によって決まる。そのため、頂面21の位置および形状を、所望の性能に合わせて最適化できる。
これにより、等方性を有する斜面25と、任意の位置および形状に形成された平坦な頂面21とを備えた圧電振動片10が得られる。したがって、振動特性の優れた圧電振動片を製造できる。
本実施形態によれば、圧電板20の周縁部に斜面25を有する、いわゆるベベル型の圧電振動片10が形成される。ベベル型の圧電振動片10の周縁部が等方性を有する斜面25で形成されるので、振動の等方性を有するベベル型の圧電振動片10が得られる。したがって、より振動特性の優れた圧電振動片を製造できる。
本実施形態によれば、等方性を有する斜面25が圧電振動片10に形成される。したがって、振動特性の優れた圧電振動片を得ることができる。
本実施形態によれば、上述した振動特性の優れた圧電振動片10を備えるため、振動特性の優れた圧電振動子を得ることができる。
なお、本実施形態のおける圧電振動片10は、図3〜5に示すように+Y´方向側の面のみに斜面を有するが、図23に示すように+Y´方向側および−Y´方向側の両面に斜面を有していてもよい。
次に第1実施形態の第1変形例に係る圧電振動片の製造方法について説明する。
図24〜26は、第1実施形態の第1変形例に係る圧電振動片の製造方法を説明する工程図である。各図において(a)は図2のIII−III線に相当する部分における断面図、(b)は平面図である。
本変形例の圧電振動片の製造方法は、第1マスク形成工程において、外形マスク71aを流用して第1マスク81a,81bを形成する。
次に、第1マスク形成工程を行う。図25に示すように、外形マスク71aが形成されたウエハSの両面に、フォトレジスト膜83を成膜する。フォトレジスト膜83の材質および形成方法は、第1実施形態における第1マスク形成工程と同様である。
このように、第1マスク81a,81bとして外形マスク71aを流用することで、外形マスク71aの除去、および第1実施形態における頂面保護膜81の成膜を省略することができる。
本変形例によれば、外形マスク71aを除去する工程、および第1マスク81aに加工される頂面保護膜81を成膜する工程を省略できる。したがって、振動特性の優れた圧電振動片を簡単に低コストで製造できる。
次に第2実施形態の圧電振動片について説明する。
図27は、第2実施形態に係る圧電振動片の平面図である。図28は、第2実施形態に係る圧電振動片の説明図であり、図27のXXVIII−XXVIII線における断面図である。
周縁部131は、圧電板120の+Y´方向側に、圧電板120の外周4辺に沿って平面視矩形環状に形成されている。周縁部131は、頂面121および裏主面123に平行な平面で形成されている。
斜面125は、Y´方向視において頂面121と周縁部131とを接続している。斜面125は、第1実施形態における斜面25と同様に、第1斜面126、第2斜面127、第3斜面128、および第4斜面129を有する。XZ´平面に対するそれぞれの斜面の傾斜角は、第1実施形態の斜面25と同様である。
次に第2実施形態の圧電振動片の製造方法について説明する。
図29〜31は、第2実施形態に係る圧電振動片の製造方法を説明する工程図である。各図において(a)は図27のXXVIII−XXVIII線に相当する部分における断面図、(b)は平面図である。
本実施形態の圧電振動片の製造方法は、第2マスク191aがメサ部124の頂面121および側面(斜面125)の外形パターンであることを特徴とする。
次に、斜面形成工程を行う。図30に示すように、第2マスク191a,191bを介してウエハSをウェットエッチングすることで、第2マスク191aが被覆している斜面125の形成領域に、斜面125を形成する。このウェットエッチング加工は、第1実施形態と同様である。
本実施形態によれば、メサ部124の側面が等方性を有する斜面125で形成されるので、振動の等方性を有するメサ型の圧電振動片110が得られる。また、メサ部124の周囲には頂面121に平行な周縁部131が形成される。これにより、実装時において表裏面の何れに実装部材を接着させても安定して固定させることができる圧電振動片110が得られる。したがって、振動特性および実装安定性の優れた圧電振動片を製造できる。
なお、本実施形態のおける圧電振動片110は、図28に示すように+Y´方向側の面のみに斜面を有するが、図32に示すように+Y´方向側および−Y´方向側の両面に斜面を有していてもよい。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図33を参照しながら説明する。
図33は、発振器の一実施形態を示す構成図である。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図34を参照して説明する。
図34は、電子機器の一実施形態を示す構成図である。なお電子機器として、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器210を例にして説明する。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図35を参照して説明する。
図35は、電波時計の一実施形態を示す構成図である。
例えば、上記実施形態の圧電振動片においては、Z´方向の長さがX方向の長さより長くなるように形成されているが、X方向の長さがZ´方向の長さより長くなるように形成されていてもよい。また、上記実施形態の圧電振動片においては、斜面が圧電振動片の一方の面側だけに形成されているが、両方の面側に形成されていてもよい。
Claims (5)
- ATカットにより形成され、頂面と、前記頂面に接続された斜面と、を備えた圧電板を有する圧電振動片の製造方法であって、
ウエハの表面に、前記頂面の外形パターンの第1マスクを形成する工程と、
前記第1マスクを介して前記ウエハの表面をプラズマ処理する工程と、
前記ウエハの表面に、前記頂面および前記斜面の外形パターンの第2マスクを形成する工程と、
前記第2マスクを介して前記ウエハをウェットエッチングすることで、前記第2マスクが被覆している前記斜面の形成領域に、前記斜面を形成する工程と、
を備えることを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 請求項1に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記第2マスクは、前記圧電板の外形パターンに一致する、
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 請求項1に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記圧電振動片は、前記斜面を側面とするメサ部を有し、
前記第2マスクは、前記メサ部の頂面および側面の外形パターンである、
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記第1マスクを形成する工程の前に、
前記ウエハの表面に、前記圧電板の外形パターンの外形マスクを形成する工程と、
前記外形マスクを介して前記ウエハをエッチングし、前記圧電板の外形パターンを形成する工程と、
を有し、
前記第1マスクを形成する工程では、前記外形マスクを流用して前記第1マスクを形成する、
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法で製造された圧電振動片を、ベース基板とリッド基板とで2層に積層された箱状に形成された内部のキャビティ内にマウントすることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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