JPH04294622A - Production of piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、水晶等圧電材料を用い
た圧電振動子、圧電フィルター等の圧電素子の製造方法
に関する。特に一枚の圧電基板からフォトエッチング加
工により同時に複数個の圧電素子を形成する圧電素子の
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing piezoelectric elements such as piezoelectric vibrators and piezoelectric filters using piezoelectric materials such as quartz. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are simultaneously formed from a single piezoelectric substrate by photo-etching.
【0002】0002
【従来の技術】一枚のウェハーからフォトエッチング加
工により同時に複数個の圧電素子を形成する方法は、従
来からその量産性の高さが評価されている。2. Description of the Related Art A method of simultaneously forming a plurality of piezoelectric elements from a single wafer by photo-etching has been highly acclaimed for its high mass productivity.
【0003】従来の製造方法について、ATカット水晶
振動子の例で説明する。従来のATカット水晶振動子製
造の工程は大まかに(1)ウェハー切断、(2)ウェハ
ー研磨、(3)金属膜形成、(4)外形形状フォトエッ
チング、(5)電極膜形成、(6)振動片マウント、(
7)周波数調整、(8)封止、に分かれている。A conventional manufacturing method will be explained using an example of an AT-cut crystal resonator. The conventional manufacturing process for AT-cut crystal resonators generally includes (1) wafer cutting, (2) wafer polishing, (3) metal film formation, (4) external shape photo-etching, (5) electrode film formation, (6) Vibration piece mount, (
It is divided into 7) frequency adjustment and (8) sealing.
【0004】ウェハー切断工程では、水晶原石を所定の
カットアングルで、ウェハー状に切断する。切断にはワ
イヤーソーが使用される。ウェハーの大きさは、水晶原
石の大きさにもよるが、30mm角程度の大きさであり
、一枚の水晶ウェハーから40個から100個程度の矩
形状水晶振動片がとれる大きさである。In the wafer cutting process, raw crystal is cut into wafers at a predetermined cut angle. A wire saw is used for cutting. Although the size of the wafer depends on the size of the crystal raw stone, it is approximately 30 mm square, which is a size that allows about 40 to 100 rectangular crystal vibrating pieces to be obtained from one crystal wafer.
【0005】ウェハー研磨工程では、ウェハーを研磨剤
で、所定の厚み及び必要とされる平坦度に磨く。研磨剤
は最初、砥粒の大きいものを使用し、徐々に砥粒の細か
いものへ移行して目的の厚み及び平坦度に仕上げる。In the wafer polishing process, the wafer is polished with an abrasive to a predetermined thickness and required flatness. First, use a polishing agent with large abrasive grains, and gradually move to a polishing agent with finer grains to achieve the desired thickness and flatness.
【0006】金属膜形成工程では、ウェハー研磨した水
晶ウェハーを洗浄した後、スパッタリング法により、ク
ロム及び金をウェハー表面に形成する。In the metal film forming step, after cleaning the polished quartz wafer, chromium and gold are formed on the wafer surface by sputtering.
【0007】外形形状フォトエッチング工程では、まず
感光性レジストをウェハー表面に塗布した後、外形パタ
ーンを露光機にて感光させる。その後、レジスト膜を現
像し、金、クロムをエッチングする。次に金、クロム膜
を耐食膜として水晶をエッチングする。これにより、レ
ジスト膜に露光した水晶振動片の外形パターンが実際の
水晶振動片の形状となって形成される。水晶エッチング
後は、レジスト膜、金、クロム膜を剥離する。In the external shape photo-etching process, a photosensitive resist is first applied to the wafer surface, and then the external pattern is exposed to light using an exposure machine. After that, the resist film is developed and gold and chromium are etched. Next, the crystal is etched using the gold and chromium film as a corrosion-resistant film. As a result, the external pattern of the crystal vibrating piece exposed to the resist film is formed into the shape of an actual crystal vibrating piece. After crystal etching, the resist film, gold, and chromium film are peeled off.
【0008】電極膜形成工程では水晶振動片が複数形成
されている水晶ウェハーの表裏に金属マスクをセットし
、クロム及び銀を蒸着する。金属マスクは電極形成部分
に穴があいており、水晶振動片の所定の箇所にクロム、
銀が付着し、電極が形成される。In the electrode film forming step, metal masks are set on the front and back sides of a crystal wafer on which a plurality of crystal vibrating pieces are formed, and chromium and silver are vapor-deposited. The metal mask has a hole in the electrode formation part, and chrome,
Silver is deposited to form an electrode.
【0009】振動片マウント工程では、水晶振動片が複
数形成されている水晶ウェハーから個々の水晶振動片を
タイバー部分より折り取り、プラグのリードに半田付け
固定する。In the vibrating element mounting step, each crystal vibrating element is broken off from the tie bar portion of the crystal wafer on which a plurality of crystal vibrating elements are formed, and is soldered and fixed to the lead of the plug.
【0010】周波数調整工程では、プラグの2本のリー
ドで周波数を測定しながら水晶振動片の電極部分に銀を
蒸着して、所定の周波数にする。In the frequency adjustment step, while measuring the frequency with the two leads of the plug, silver is deposited on the electrode portion of the crystal vibrating piece to adjust it to a predetermined frequency.
【0011】封止工程では、ケースをプラグに圧入する
ことにより真空封止する。以上で水晶振動子が完成する
。In the sealing step, the case is press-fitted into the plug to vacuum seal it. With the above steps, the crystal resonator is completed.
【0012】図2は、従来の水晶振動片形成状態の水晶
ウェハー平面図である。1は水晶振動片であって、水晶
ウェハー中に複数個形成されている。2は各水晶振動片
をウェハー状態に形成しておくためのフレームである。FIG. 2 is a plan view of a crystal wafer in a state where a conventional crystal vibrating piece is formed. Reference numeral 1 indicates a crystal vibrating piece, and a plurality of crystal vibrating pieces are formed in a crystal wafer. 2 is a frame for forming each crystal vibrating piece into a wafer state.
【0013】図3(a)は、従来の水晶振動片形成状態
の水晶ウェハー拡大平面図である。1は水晶振動片、2
はフレーム、3は水晶振動片1とフレーム2を接続して
いるタイバーである。振動片マウント時に、タイバー3
部で、水晶振動片1をフレーム2から切り離す。4、5
は水晶振動片上に形成された励振電極及びマウント電極
である。プラグのリードとマウント電極5を半田付けす
ることにより水晶振動片1をプラグに固定支持する。FIG. 3A is an enlarged plan view of a crystal wafer in a state where a conventional crystal vibrating piece is formed. 1 is a crystal vibrating piece, 2
3 is a frame, and 3 is a tie bar connecting the crystal vibrating piece 1 and the frame 2. When mounting the vibrator, tie bar 3
At this point, separate the crystal vibrating piece 1 from the frame 2. 4, 5
are an excitation electrode and a mount electrode formed on the crystal vibrating piece. By soldering the lead of the plug and the mount electrode 5, the crystal vibrating piece 1 is fixedly supported on the plug.
【0014】図3(b)は、図3(a)のA−A′での
断面図であり、各部の名称は図3(a)と同じである。
各部の水晶の厚みは均一である。FIG. 3(b) is a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. 3(a), and the names of each part are the same as in FIG. 3(a). The thickness of the crystal in each part is uniform.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかし、厚みすべり振
動モードを用いる圧電素子の場合、高周波帯の振動を得
るには圧電基板をそれに合わせて薄くする必要がある。
この場合、前述の従来技術ではウェハーが薄くなってし
まい、機械的強度が不足する結果ウェハーが工程途中で
割れてしまうという課題を有する。特に薄い圧電基板を
精度良く研磨することは至難の技である。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the case of a piezoelectric element using a thickness shear vibration mode, in order to obtain vibration in a high frequency band, it is necessary to make the piezoelectric substrate thinner accordingly. In this case, the above-mentioned conventional technique has the problem that the wafer becomes thin and the wafer breaks during the process due to insufficient mechanical strength. In particular, it is extremely difficult to polish thin piezoelectric substrates with high precision.
【0016】そこで本発明はこのような課題を解決する
もので、その目的とするところは高周波帯の圧電基板を
薄くする必要がある圧電素子においても安定してウェハ
ー加工ができる製造方法を提供するところにある。The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to provide a manufacturing method that allows stable wafer processing even for piezoelectric elements that require thinner piezoelectric substrates for high frequency bands. It's there.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子の製造
方法は、一枚の圧電基板から複数の圧電素子をエッチン
グ加工により一括製造する圧電素子の製造方法において
、少なくとも圧電素子の励振部分の厚みがフレーム部分
より薄くなるようにエッチングする工程を有することを
特徴とする。[Means for Solving the Problems] The method of manufacturing a piezoelectric element of the present invention is a method of manufacturing a piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are manufactured at once from a single piezoelectric substrate by etching process, in which at least an excitation portion of the piezoelectric element is manufactured. It is characterized by having an etching step so that the thickness is thinner than that of the frame portion.
【0018】[0018]
【実施例】本発明の実施例におけるATカット水晶振動
子製造の工程は以下のようである。(1)ウェハー切断
、(2)ウェハー研磨、(3)金属膜形成、(4)外形
形状フォトエッチング、(5)励振部金属膜除去、(6
)励振部水晶ハーフエッチング、(7)電極膜形成、(
8)振動片マウント、(9)周波数調整、(10)封止
。[Embodiment] The process of manufacturing an AT-cut crystal resonator in an embodiment of the present invention is as follows. (1) Wafer cutting, (2) Wafer polishing, (3) Metal film formation, (4) External shape photo-etching, (5) Excitation part metal film removal, (6
) Excitation part crystal half etching, (7) Electrode film formation, (
8) Vibration element mount, (9) frequency adjustment, (10) sealing.
【0019】ウェハー切断工程は従来技術と同様である
。The wafer cutting process is similar to the prior art.
【0020】ウェハー研磨工程では、従来技術と同様に
研磨剤を用いて所定の厚み及び平坦度に磨くわけである
が、目的の周波数が得られる厚みまで薄く磨く必要はな
い。なぜならば、後の工程で、周波数を決定する励振部
の水晶をハーフエッチングして、薄くするからである。
従来にくらべて、5ミクロン以上厚くてよい。従って、
従来に較べてウェハー研磨工程は楽である。ウェハーが
薄い場合、たとえ5ミクロンでも歩留り、工数はかなり
異なるからである。In the wafer polishing process, the wafer is polished to a predetermined thickness and flatness using an abrasive as in the prior art, but it is not necessary to polish the wafer to a thickness that allows the desired frequency to be obtained. This is because in a later process, the crystal in the excitation section that determines the frequency will be half-etched to make it thinner. It can be thicker by 5 microns or more than the conventional one. Therefore,
The wafer polishing process is easier than in the past. This is because if the wafer is thin, even if it is 5 microns, the yield and number of steps will vary considerably.
【0021】金属膜形成工程は従来と同様である。The metal film forming process is the same as the conventional one.
【0022】外形形状フォトエッチング工程は、ほぼ従
来と同様であるが、水晶エッチング後はレジスト膜のみ
を剥離し、金、クロム膜は残す。The external shape photo-etching process is almost the same as the conventional one, but after crystal etching, only the resist film is peeled off, leaving the gold and chromium films.
【0023】励振部金属膜除去工程では、ウェハー表面
に再度感光性レジストを塗布し、今度は励振部の形状を
露光機にて感光させる。励振部とは図3(a)で、水晶
振動片1の概ねマウント電極部分を除く部分である。次
にレジストを現象して励振部分のレジストを除去し、さ
らに、励振部の金、クロム膜を除去する。このとき、フ
レーム部分は金、クロム膜が残っている。In the excitation part metal film removal step, a photosensitive resist is again applied to the wafer surface, and this time the shape of the excitation part is exposed to light using an exposure machine. In FIG. 3A, the excitation section is the portion of the crystal vibrating piece 1 excluding the mount electrode portion. Next, the resist is removed to remove the resist in the excitation area, and further, the gold and chromium films in the excitation area are removed. At this time, the gold and chrome films remain on the frame.
【0024】励振部水晶ハーフエッチング工程では、金
、クロム膜を耐食膜として励振部の水晶をエッンチグす
る。エッチング液はフッ酸あるいはフッ酸とフッ化アン
モニウムの混合液を使う。この時、エッチング液による
水晶エッチング速度は、予めわかっているので、所定の
厚みが水晶振動片の励振部として残るように、時間管理
を行う。所定時間エッチング液に浸漬した後、洗浄し、
励振部以外に形成してあるレジスト膜、金、クロム膜を
剥離する。In the excitation section crystal half-etching step, the excitation section crystal is etched using a gold or chromium film as a corrosion-resistant film. The etching solution used is hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. At this time, since the rate of crystal etching by the etching solution is known in advance, time management is performed so that a predetermined thickness remains as the excitation part of the crystal vibrating piece. After immersing in etching solution for a specified period of time, cleaning
The resist film, gold, and chromium film formed on areas other than the excitation part are peeled off.
【0025】電極膜形成工程、振動片マウント工程、周
波数調整工程、封止工程は、従来の技術と同様である。The electrode film forming process, vibrating element mounting process, frequency adjustment process, and sealing process are the same as those of the conventional technique.
【0026】図1(a)は本発明の実施例における製造
方法を用いたATカット水晶振動片形成状態の水晶ウェ
ハー拡大平面図である。図1(a)において、11は水
晶振動片、12はフレーム、13はタイバー、14は励
振電極、15はマウント電極である。FIG. 1(a) is an enlarged plan view of a crystal wafer in a state where an AT-cut crystal vibrating piece is formed using a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1A, 11 is a crystal vibrating piece, 12 is a frame, 13 is a tie bar, 14 is an excitation electrode, and 15 is a mount electrode.
【0027】図1(b)は、図1(a)のB−Bでの断
面図であり、各部の記号及び名称は図1(a)と同じで
ある。図1(a)、(b)において各部の働きは従来の
技術と同じである。FIG. 1(b) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1(a), and the symbols and names of each part are the same as in FIG. 1(a). In FIGS. 1(a) and 1(b), the functions of each part are the same as in the conventional technology.
【0028】図1(b)において、水晶振動片11のマ
ウント電極15が形成されている部分の水晶振動片厚み
より薄くなっている部分が励振部であり、励振電極14
に電圧を印加し、水晶振動片励振部の水晶に電界をかけ
ることにより圧電作用が発生する。マウント電極15を
通じて発振回路を接続することにより、励振部に厚みす
べり振動が発生し、安定振動する。厚みすべり振動は、
励振部の水晶厚みによりほぼ決定し、厚みが薄いほど高
周波振動となる。In FIG. 1(b), the part of the crystal vibrating piece 11 where the mount electrode 15 is formed and which is thinner than the thickness of the crystal vibrating piece is the excitation part, and the excitation electrode 14
A piezoelectric effect is generated by applying a voltage to and applying an electric field to the crystal of the crystal resonator excitation section. By connecting the oscillation circuit through the mount electrode 15, thickness shear vibration is generated in the excitation section, resulting in stable vibration. Thickness shear vibration is
It is almost determined by the thickness of the crystal in the excitation part, and the thinner the crystal, the higher the frequency vibration.
【0029】フレーム12、タイバー13、マウント電
極15部の水晶振動片の厚みは、水晶振動片11の励振
部の厚みより厚く、水晶振動片外形形状エッチング後の
工程でウェハーを取り扱っても、ウェハーが割れない機
械的強度をもっている。The thickness of the crystal vibrating piece in the frame 12, tie bar 13, and mount electrode 15 portion is thicker than the thickness of the excitation part of the crystal vibrating piece 11, so that even if the wafer is handled in the process after etching the external shape of the crystal vibrating piece, the wafer It has mechanical strength that prevents it from cracking.
【0030】図1(a)、(b)では、励振部のみをハ
ーフエッチングしているが、マウント電極15部を含め
た水晶振動片11全体をハーフエッチングしてもよい。
またタイバー13部分を含めても良い。In FIGS. 1A and 1B, only the excitation section is half-etched, but the entire crystal vibrating piece 11 including the mount electrode 15 may be half-etched. Further, the tie bar 13 portion may also be included.
【0031】以上の実施例では、片持ち支持の矩形状A
Tカット水晶振動子の製造方法について説明したが、両
持ち支持形状あるいはディスク状であってもかまわない
。また、水晶振動子でなくとも、水晶フィルター、他の
圧電材料(タンタル酸リチウム等)を用いた圧電素子で
あってもよい。In the above embodiment, the cantilevered rectangular shape A
Although the method for manufacturing a T-cut crystal resonator has been described, it may be supported on both sides or in a disk shape. Furthermore, instead of a crystal resonator, a piezoelectric element using a crystal filter or other piezoelectric material (lithium tantalate, etc.) may be used.
【0032】また、実施例では、エッチング液を用いた
ウェットエッチングを用いたが、ドライエッチング、あ
るいは、イオンビームスパッタ、エキシマレーザー等を
用いた圧電材料の薄板化技術を用いても同じである。Further, in the embodiment, wet etching using an etching solution was used, but the same effect can be obtained by using dry etching, or a piezoelectric material thinning technique using ion beam sputtering, excimer laser, or the like.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、少な
くとも圧電素子の励振部分の厚みがフレーム部分より薄
くなるようにエッチングする工程を有しているので、特
に圧電基板を薄くする必要のある厚みすべり振動モード
を用いた圧電素子を製造する場合、極端に難しい薄板の
研磨工程を楽にでき、またウェハー強度向上により、ウ
ェハー加工にかかわる他の工程でのウェハーのわれを軽
減できた。従って、全体的に補留向上が実現できた。As described above, according to the present invention, there is a step of etching so that at least the excitation part of the piezoelectric element is thinner than the frame part, so there is no need to make the piezoelectric substrate particularly thin. When manufacturing a piezoelectric element using a certain thickness-shear vibration mode, the extremely difficult process of polishing a thin plate was made easier, and the improved wafer strength reduced wafer breakage during other processes related to wafer processing. Therefore, an overall improvement in retention was achieved.
【0034】さらに、今まで、不可能であった高周波体
の圧電素子、例えば、50MHz基本波ATカット水晶
振動子、水晶板厚−約30μmのウェハー加工が実現で
きた。Furthermore, it has now become possible to process a high-frequency piezoelectric element, such as a 50 MHz fundamental wave AT-cut crystal resonator, and a wafer with a crystal plate thickness of about 30 μm, which has been impossible until now.
【0035】本発明は、ウェハー加工の量産性を確保し
ながら、さらに広い周波数体の圧電素子を実現するもの
であり、大きな効果を有するものである。The present invention realizes a piezoelectric element with a wider frequency range while ensuring mass productivity in wafer processing, and has great effects.
【図1】本発明の実施例における製造方法を用いたAT
カット水晶振動片形成状態の水晶ウェハーを示す拡大図
であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−Bでの
断面図である。FIG. 1: AT using the manufacturing method in the embodiment of the present invention
FIG. 3 is an enlarged view showing a crystal wafer in a state where cut crystal vibrating pieces are formed, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line BB in (a).
【図2】従来の水晶振動片形成状態の水晶ウェハー平面
図である。FIG. 2 is a plan view of a crystal wafer in a state where a conventional crystal vibrating piece is formed.
【図3】従来の水晶振動片形成状態の水晶ウェハー拡大
図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−Aで
の断面図である。FIG. 3 is an enlarged view of a crystal wafer in a state where a conventional crystal vibrating piece is formed, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line A-A in (a).
1、11 水晶振動片 2、12 フレーム 3、13 タイバー 4、14 励振電極 5、15 マウント電極 1, 11 Crystal vibrating piece 2, 12 frame 3, 13 Tie bar 4, 14 Excitation electrode 5, 15 Mount electrode
Claims (1)
チング加工により一括製造する圧電素子の製造方法にお
いて、少なくとも圧電素子の励振部分の厚みがフレーム
部分より薄くなるようにエッチングする工程を有するこ
とを特徴とする圧電素子の製造方法。Claims: 1. A method for manufacturing a piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are manufactured at once from a single piezoelectric substrate by etching, comprising the step of etching so that at least the excitation part of the piezoelectric element is thinner than the frame part. A method of manufacturing a piezoelectric element, characterized by:
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JP6027991A JPH04294622A (en) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | Production of piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
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JP6027991A JPH04294622A (en) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | Production of piezoelectric element |
Publications (1)
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- 1991-03-25 JP JP6027991A patent/JPH04294622A/en active Pending
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