JPH08228122A

JPH08228122A - 枠型水晶振動子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08228122A
Application number: JP3342995A
Authority: JP
Inventors: Masako Tanaka; 雅子田中; Tatsutoshi Tamura; 達利田村; Takayuki Ugajin; 孝行宇賀神; Koji Imai; 康志今井
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】水晶振動子の形状を現状と同様に維持しなが
ら、かつ接着剤、導電性ペーストの硬化時に生じる収縮
歪みが起きにくい振動子用ブランクを提供する。【構成】水晶基板の所定領域に金属マスクを形成した
後に、この水晶基板をエッチング液に接触させて前記金
属マスクが形成されていない領域をエッチングする。こ
の際、前記水晶基板上での前記振動部の支持領域を含む
領域に金属マスクを形成しておき、エッチング加工を終
えた後に、金属マスクが形成されている支持領域上に電
極部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】水晶基板をエッチングによって薄
板化・高周波化し高周波水晶振動子を設計・製造する工
程に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水晶振動子の高周波化、小型化、
高精度化、高安定化に伴って、半導体の製造工程である
フォトリソグラフィ・エッチング技術が、水晶振動子の
製造方法に応用されるようになっている。

【０００３】これは、従来のブレードソーやワイヤーソ
ーによる結晶の機械的切断に代わって、任意の形状のマ
スクを用いてフォトリソ加工し、不要の結晶部分をウェ
ットエッチングにて溶解除去する方法である。

【０００４】機械加工により水晶を薄板化する場合、取
り扱いの関係上薄板限界があり、強度上の問題も生じ
る。しかし、振動部分のみをエッチングにより薄板化す
れば１００ＭＨ₂以上の高周波を基本波で得ることも可
能である。

【０００５】このような加工方法は、加工精度が従来の
機械加工に比べて優れており、また、任意の形状のマス
クに従って加工ができる、高周波の基本波も薄板化エッ
チングにより得ることができる等の点で有利である。

【０００６】図５にフォトリソ技術によって作成された
枠型水晶振動子の斜視図を示す。また、図６にフォトリ
ソ技術による水晶基板の加工工程のパート図を示す。

【０００７】この図に示されるように、エッチングによ
る薄板化・小割加工の工程では、まず、レジストに微細
加工を施してその形で金の蒸着マスクを加工する。その
後、この金蒸着マスクを用いて本体の水晶基板を加工す
るという二段プロセスを採用している。

【０００８】ウェットエッチング溶液としては、一般に
弗酸（ＨＦ）や重弗化アンモン（ＮＨ₄ＨＦ₂）の水溶液
が使われている。これらと水晶とのエッチング反応は以
下の通りである。

【０００９】ＳiＯ₂＋６ＨＦ→ＳiＦ₆ ^2-＋２Ｈ⁺＋２Ｈ₂ＯＳiＯ₂＋３ＮＨ₄ＨＦ₂→ＳiＦ₆ ^2-＋２Ｈ⁺＋３ＮＨ₃＋２Ｈ₂Ｏしかし、これらの酸は強酸であるうえ処理温度も高温
（４０℃以上）であるので、レジスト等の剥離現象が起
きてしまう。このことから、本プロセスに於いては、安
定な金属マスクを併用した２段抜き加工を採用してい
る。

【００１０】上記のようなフォトリソ加工技術は半導体
プロセスに多く用いられているが、製品の製作コストを
下げるためには同じ工程内で処理できる個数を多くする
必要がある。このため、現在のＳi半導体の分野では、
基板サイズを大きくして一枚の基板内に形成する個体の
数を増やすという方法が広く行われている。

【００１１】しかし、高周波水晶振動子に使われる基板
は、その厚みが非常に薄い［〜0.1(mm)程度］こと、基
板の結晶方向の要求精度が高い(±2'〜15')こと、及
び、エッチングマスク厚は表面粗さに比例することから
マスク厚を薄くするために鏡面研磨仕上げが必要とな
る、等の理由により大型化するのが非常に難しく、現状
では１インチ角程度が最大限の大きさとなっている。

【００１２】小割加工で枠型水晶振動子のブランクが形
成された後は、従来の短冊型或は丸型振動子と同様の組
立工程を経てパッケージングをされた枠型振動子とな
る。即ち、ブランクをホルダーに接着剤などで固定した
後、導電性ペースト又はボンダーなどによりリードを取
っている。

【００１３】このようなフォトリソ加工による枠型の振
動子は様々な利点がある。例えば、機械加工では実現不
可能な、薄型の励振部を作る事ができる。また、ブラン
クとして出来上がった後は従来の組立工程をそのまま踏
襲してパッケージング迄を完了する事ができるのも利点
の一つである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、励振部は通常
８０(μｍ)以下と非常に薄く、時には６(μｍ)程度にま
で薄くする必要がある。これらの膜は、励振部周辺にエ
ッチングされずに残されている枠部で支持する構造とな
る。つまり、この枠部はもとの基板厚のままとなってい
る。

【００１５】図５に示した外形図に従えば、この図のよ
うに枠部の幅が狭い場合には、微少な力を加える事によ
り容易に歪みが生じて励振部の振動モードを変える結果
となる。

【００１６】特にホルダーなどにブランクを固定するの
に接着剤、導電性ペースト等を用いる際には、硬化時に
収縮が起きるので、それに伴って枠に歪みが生じる。こ
の歪みが振動モードに影響を与え、更に枠部に発生した
残留応力によって衝撃試験で破壊が起きやすくなる。

【００１７】これを解決するには、枠部を励振部に対し
て充分に大きくとる方法がある。しかし、この方法では
パッケージの形状からの制約があり、励振部を十分に保
護することは困難となるおそれがある。

【００１８】本発明は上記背景の下になされたものであ
り、水晶振動子の形状を現状と同様に維持しながら、か
つ接着剤、導電性ペーストの硬化時に生じる収縮歪みが
起きにくい振動子用ブランクを提供することを解決すべ
き課題とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明は、水晶基板の所定領域に金属マス
クを形成する工程と、この水晶基板をエッチング液に接
触させて前記金属マスクが形成されていない領域をエッ
チングする工程と、を有する枠型水晶振動子の製造方法
において、前記水晶基板上の、前記振動部の支持領域を
含む領域に金属マスクを形成する工程と、前記金属マス
クが形成されていない領域をエッチング加工する工程
と、前記金属マスクが形成されている支持領域上に電極
部を形成する工程と、を有することを特徴とする。

【００２０】更に、電歪効果によって振動する振動部
と、この振動部を支持する枠型部とを有する枠型水晶振
動子において、前記枠型部に、この枠型部の強度を高め
る金属膜を成膜したことを特徴とする枠型水晶振動子、
及び、前記金属膜はＡu膜であるとともに、その膜厚は
0.3〜1.2(μｍ)であることを特徴とする枠型水晶振動子
も提供される。

【００２１】水晶基板上で、振動部の支持領域を含む領
域に金属マスクを形成した後にエッチングによって振動
部を形成し、更に金属マスクが形成された支持領域の内
部領域に電極部を形成することで、金属マスクによって
支持領域が強化されて振動部が安定化される。

【００２２】特に、水晶基板に金属マスクを形成する場
合、安定な金属マスクを併用した２段抜き加工法が従来
から知られており、この２段抜き加工工程に、上記支持
領域への金属マスク成形等を容易に組み込むことができ
る。

【００２３】特に、２段抜き加工では、水晶の全面に金
属マスクを形成し、更に所定の処理工程を終えた後に金
属マスクをすべて除去している。この金属マスクの除去
工程で、上記振動部の支持領域部分が残るように金属マ
スクを除去することで、従来の２段抜き加工工程を一部
変更するだけで支持領域を安定化することができる。

【００２４】この支持領域は、水晶振動子の枠部全体と
してもよいが、振動部が安定化される領域であればよ
い。例えば、引き出し電極の形成部等を支持領域として
金属マスクを形成することで、振動部が安定化される。

【００２５】特に、引き出し電極を形成する際に、金属
マスクの一部には電極を形成せずに金属マスクが露出す
るようにして、この露出部に熱ボンダー等によってリー
ド線を接続することもできる。なお、引き出し電極に対
して直接熱ボンダーによってリード線を接続してもよい
が、通常、引き出し電極は金属マスクより薄いので、好
ましくは金属マスク側に接続する。

【００２６】熱ボンダーによる接続では、接触抵抗が低
いことから接触による損失（熱損失等）が低く、また接
触面積も小さいので振動部に与える影響を極力抑えるこ
とができる。

【００２７】金属マスクとしては、例えばＡuが挙げら
れる。この場合、その強度等を考慮して膜厚を0.3〜1.2
(μｍ)とする。

【００２８】金属マスク上に形成する電極としては特に
制限はなく、通常法で用いられる材質としてよい。例え
ばＡlを用いる。

【００２９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。本実施例においては、枠型高周波振動子を両
面エッチングで製作する事により、高周波基本波の優れ
た発振特性を持つ振動子の作製を行う。図１に本実施例
に係る水晶振動子の製造工程を示す。また、図２に本製
造工程での加工工程の概略説明図を示す。

【００３０】図１と従来例（図６の製造工程図）とを比
較すると明らかなように、本実施例においては、薄板化
エッチングを施した後にＡu金属層のリード部パターン
抜きを行っている。即ち、従来法においては、この工程
に対応する工程でＡu金属層（Ａuマスク）をすべて除去
していた。

【００３１】本実施例では、特に図２の（ｅ）に示され
るようにＡu金属層の一部を除去し、残存させたＡu層に
よってリードパターンを形成している。

【００３２】従って、エッチングマスクとして用いたＡ
uマスクのうち支持部に形成されているＡｕマスク部分
のみが残存し、他の領域にあるＡuマスクはフォトリソ
加工により除去される。

【００３３】更に、図２の（ｆ），（ｇ）に示されるよ
うに、Ａuのリードパターン上にＡl電極を形成すること
で、枠の支持部はＡl及びＡuという二層の金属層が形成
された状態となる。その後、従来例と同様の工程にて水
晶振動子を得た。この際、水晶振動子に形成されるリー
ド引き出し部は、通常法と同様に、導電性ペーストによ
り形成した。

【００３４】このように形成した水晶振動子の発振特性
を図３（ａ）に示す。この図に示されるように、振動数
に対する減衰量の各ピークは比較的はっきりとでてい
る。

【００３５】上記水晶振動子の製造方法において、減衰
量のピークが急峻にはならない理由としては、リード引
き出し部を導電性ペーストによって形成していることが
考えられる。導電性ペーストを用いた場合、ペースト事
態に樹脂成分が含まれるために、機械振動伝達ロスが生
じ、また接続面積が大きくなることから、水晶振動子に
対する拘束力が大きくなってしまい、歪み等が発生して
しまうことが原因と考えられる。

【００３６】そこで、予めリード引き出し部内にリード
パターンをも含めておき、Ａl層を形成する際には、リ
ード引き出し部のうち、リードパターン部にはＡl層を
形成しないものとした。このようにすることで、リード
パターンにはＡu電極層が剥き出しとなり、この剥き出
しのＡu部に対して熱ボンダーによってリード線引き出
しを行った。

【００３７】このようにして得られた枠型水晶振動子の
発振特性を図３（ｂ）に示す。この図に示されるよう
に、熱ボンダーによってリード線を形成することで、振
動数に対する減衰量のピークは急峻となっており、ピー
クがはっきりとでていることが認められる。

【００３８】次に、前述した従来法に係る図６の製造方
法にて得られた枠型水晶振動子と上記図３（ｂ）の水晶
振動子との組み立て前、封止後における振動数と減衰量
との相関を図４（ａ），（ｂ）に示す。

【００３９】図４（ａ）には、従来法に係る水晶振動子
における組み立て前、封止後の振動数と減衰量との相関
が示されており、各ピークが明瞭にはでなくなってい
る。このように、組み立て（封止）後に振動モードに著
しい変化が現れており、主振動と副振動との強度関係が
逆転している。

【００４０】一方、本実施例に係る水晶振動子において
は、図４（ｂ）に示されるように、振動数と減衰量との
相関に特別な変化を認められず、組立前後での主振動と
副振動の強度関係にも変化はない。これはＡｕ膜によっ
て枠が強化され、かつ引き出し電極を熱ボンダーによっ
て形成したことに起因するものである。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水晶振動子の形状を現状と同様に維持しながら、かつ接
着剤、導電性ペーストの硬化時に生じる収縮歪みが起き
にくい振動子用ブランクを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る水晶振動子の製造工程の説明
図。

【図２】本実施例に係る水晶振動子の製造工程の説明
図。

【図３】水晶振動子の振動数と減衰量との相関を示すグ
ラフ。

【図４】水晶振動子の振動数と減衰量との相関を示すグ
ラフ。

【図５】水晶振動子の概略説明図。

【図６】従来例に係る水晶振動子の製造工程の説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今井康志東京都品川区大崎２丁目１番17号株式会社明電舎内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶基板の所定領域に金属マスクを形成
する工程と、この水晶基板をエッチング液に接触させて
前記金属マスクが形成されていない領域をエッチングす
る工程と、を有する枠型水晶振動子の製造方法におい
て、前記水晶基板上の、前記振動部の支持領域を含む領域に
金属マスクを形成する工程と、前記金属マスクが形成されていない領域をエッチング加
工する工程と、前記金属マスクが形成されている支持領域上に電極部を
形成する工程と、を有することを特徴とする枠型水晶振
動子の製造方法。
【請求項２】電歪効果によって振動する振動部と、こ
の振動部を支持する枠型部とを有する枠型水晶振動子に
おいて、前記枠型部に、この枠型部の強度を高める金属膜を成膜
したことを特徴とする枠型水晶振動子。
【請求項３】前記金属膜はＡu膜であるとともに、その
膜厚は0.3〜1.2(μｍ)であることを特徴とする請求項２
記載の枠型水晶振動子。