JPH1051256A

JPH1051256A - 圧電振動片の製造方法

Info

Publication number: JPH1051256A
Application number: JP13797097A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Miyazawa; 茂喜宮沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JP2995550B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】水晶などの圧電体からなる基体の表面
に、第１層４のＣｒと第２層５のＡｕとからなる電極膜
１を形成し、そのある部分の表面に周波数調整用の重り
部２を、電極膜表面に第３層のＡｇ膜６を付着させかつ
その表面をそれより薄い第４層のＡｕ薄膜７で被覆する
ことにより積層する。重り部は、ＹＡＧレーザなどの高
出力レーザビームを照射することにより少なくとも部分
的に除去して、周波数を調整する。【効果】重り部のＡｇ膜は、基体との密着性に左右さ
れることなく良好に付着し、かつ化学的により安定なＡ
ｕ薄膜で被覆されて、Ａｕのみを重り材として使用した
場合と同等の品質及び信頼性が得られ、周波数の長期安
定性に優れた高品質、高信頼性の圧電振動片を安価に製
造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶やＬｉＴａＯ
₃、ＬｉＮｂＯ₃、圧電セラミックなどの圧電体からなる
基体の上に電極膜を形成し、その上に周波数調整用の重
りを積層する圧電振動片の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子時計などの発振回路に
は、振動数に高精度が要求されることから、水晶の正確
な振動を利用した音叉型水晶振動子が広く採用されてい
る。水晶振動子の振動数即ち周波数は、主に水晶振動片
の音叉の腕の長さ及び幅によって決定されるが、その腕
の先端の質量を変えることによって、音叉の寸法を変え
ることなく振動数を調整できることが知られている。水
晶振動片の振動数の調整方法は、その製造工程において
振動数を測定しながら重りを付着して調整する方法や、
あらかじめ重りを付着しておき、振動数を測定しながら
これをレーザビームで除去して調整する方法等がある。

【０００３】重りの材料には、所定の振動数を正確に維
持できるように、容易に酸化したり劣化しない化学的に
安定な材料を選択することが好ましい。通常これらの重
り部の膜構造としては、図４のように、水晶との密着性
がよいＣｒやＴｉ等の金属を用いて水晶８表面に付着し
た第１層４と、該第１層の上にそれより化学的に安定な
金属であるＡｕ、Ａｇなどの金属を付着した第２層５と
からなる電極膜の上に更に、振動数調整を目的とする重
り材として最も膜厚の厚い第３層９が積層される。第３
層９は、比重が大きくかつＡｕ、Ａｇなどの金属を用い
て、湿式めっきあるいは蒸着、スパッタ等の乾式めっき
により形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、振動数の調整
方法がレーザー加工により重り材の金属を除去する方法
の場合には、レーザビームの照射による熱衝撃や加工歪
や膜の酸化等による重り材の劣化を避けるために、Ａｇ
よりも化学的に安定なＡｕが専ら重り材として使用され
る。ところが、高価なＡｕを重り材として大量に使用す
ると、水晶振動子の価格が非常に高くなってしまい、最
終製品の電子時計の価格まで高くなるという問題があっ
た。そのため、Ａｕより安価なＡｇを重り材に使用し、
かつレーザビームによる振動数調整を行っても重り材が
劣化せず、水晶振動子として高品質及び高信頼性を維持
できることが望ましい。

【０００５】実際に、図４の膜構造の重り部を有する音
叉型水晶振動片について、第３層９の重り材にＡｕを用
いた場合とＡｇを用いた場合とに分けて、水晶振動片の
特性の変化を試験した。図５Ａは、各水晶振動片に８０
℃の熱を９６時間加えた後の振動数の変化を示してお
り、熱が振動数に与える影響を知ることができる。図５
Ｂは、重り材の材質による水晶振動片の振動数の長期安
定性（エージング特性）の違いを知るためのもので、各
水晶振動片を３０日間放置した後の振動数の変化を示し
ている。

【０００６】図５Ａ及び図５Ｂのいずれにおいても、Ａ
ｕの場合と比較してＡｇを用いた場合には振動数が大き
く変化していることが分かる。これは、重り材にＡｕで
はなくＡｇを用いた場合に、レーザビームによる振動数
調整を行うと、その高熱の影響が大きな要因となって重
り部を酸化させたり、プラグへのマウント・真空ケース
への封止工程で発生するガスを吸着することによって、
高精度が要求される振動子としての特性が劣化すること
を意味している。

【０００７】そこで、本発明の圧電振動片の製造方法
は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、周波数調整用の重り材と
して、Ａｕより化学的な安定性、耐酸化性に欠けるが安
価な金属材料を使用し、これをレーザビームで除去する
ことにより周波数調整を行っても、レーザビームの高熱
の影響などによる酸化やガス吸着などによる重り部の劣
化を、Ａｕを用いた場合と同程度に抑制することがで
き、優れた周波数の長期安定性を確保し得る、高品質・
高信頼性の圧電振動片を安価に製造することができる方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した目的
を達成するためのものであり、以下にその内容を図面に
示した実施例を用いて説明する。本発明の圧電振動片の
製造方法は、圧電体からなる基体の表面に電極膜を形成
し、前記電極膜のある部分の表面に周波数調整用の重り
部を積層し、前記重り部が、前記電極膜表面にＡｇ膜を
形成し、かつ前記Ａｇ膜の表面をそれより薄いＡｕ薄膜
で被覆することにより形成され、レーザビームを照射す
ることにより少なくとも前記重り部を部分的に除去し
て、周波数を調整する過程を含むことを特徴とする。

【０００９】従って、本発明によれば、重り部のＡｇ膜
を電極膜表面上に形成するので、基体との密着性に左右
されることなく良好に付着させることができ、かつその
表面を、化学的により安定なＡｕ薄膜で被覆するので、
レーザビームを照射する周波数調整の過程からプラグへ
のマウント、真空ケースへ封止するまでの一連の製造工
程において、及び真空封止後においても、レーザビーム
の熱の影響や真空封止過程で発生するガスなどに対して
化学的に保護され、Ａｇ自体の化学的安定性や耐酸化性
に拘わらず、重り部が酸化したり劣化して圧電振動片の
特性を劣化させる虞がない。

【００１０】また、本発明の或る実施例によれば、前記
重り部のＡｇ膜を電極膜の膜厚より厚く形成すると、高
出力のレーザビームを用いて重り部を除去しても、レー
ザビームが電極膜に及ぼす影響を少なくできるので、好
都合である。

【００１１】また、前記電極膜は、圧電体との密着性が
よいクロム層を第１層として基体表面に形成し、その上
に第２層としてＡｕ層を積層すると、好都合である。

【００１２】更に、本発明の或る実施例によれば、前記
重り部のＡｕ薄膜は、前記電極膜のＡｕ層と実質的に同
じ膜厚にすることにより、前記電極膜のＡｕ層の成膜工
程と同じ内容・条件で形成することができるので、製造
上の効率が良く、好都合である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の方法により製造
した音叉型水晶振動片を示している。同図において、１
は水晶からなる基体の表面に形成した電極膜、２は重り
部、３はレーザビームの照射により除去した重り部の加
工部分である。電極膜１は、図４に関連して説明した従
来の水晶振動片と同様に、水晶との密着性がよいＣｒを
用いて水晶表面に付着した第１層と、該第１層の上に付
着したＡｕの第２層とから形成される。

【００１４】図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図
で、本発明を適用して形成した重り部２の膜構造を詳細
に示している。重り部２は、水晶８に密着するＣｒの第
１層４とその上に付着したＡｕの第２層５とからなる前
記電極膜の上に、周波数調整用の重り材としてＡｇを積
層した第３層６を有する。第３層６の表面は、Ａｇより
化学的に安定な金属であるＡｕの薄膜である第４層７で
被覆されている。

【００１５】本発明の好適な実施例によれば、図１の音
叉型水晶振動片は、以下の工程に従って製造される。先
ず、従来から行われている方法に従って、水晶ウエハに
多数の同一形状の音叉型の外形をエッチング加工により
形成する。前記各音叉型の表面には、フォトリソグラフ
ィ技術を利用し、第１層４のＣｒと第２層５のＡｕとを
真空蒸着などにより付着させて図１に示す電極膜１を形
成する。

【００１６】次に、本実施例によれば、前記電極膜の表
面に第３層６のＡｇを成膜する。この周波数調整用のＡ
ｇ膜は、図１の重り部２の形状に対応する窓を形成した
マスクを前記ウエハ、即ち前記各音叉型の前面に配置
し、真空蒸着又はスパッタリングにより形成する。Ａｇ
は、一般に水晶との密着性が悪いが、電極膜１の表面に
付着させるので、これを重り材に用いて重り部を形成す
ることが容易である。また、第３層６の膜厚は電極膜１
よりも厚く、即ち他のいずれの膜層よりも最も厚く形成
する。

【００１７】そして、前記ウエハの前面に配置した前記
マスクをそのまま用いて、Ａｕを真空蒸着又はスパッタ
リングすることにより、第３層６の表面を第４層７のＡ
ｕ薄膜で被覆する。また、別の実施例では、前記マスク
をそれより窓が少し大きい別のマスクと取り替えて、前
記Ａｕ薄膜を成膜することができる。

【００１８】このとき、Ａｕ薄膜の膜厚を電極膜１の第
２層５のＡｕ膜と同一にすると、それと同じ成膜条件で
付着させることができるので、製造上の効率が良い。そ
のため、このように従来よりも成膜工程が１つ増えて
も、それにより生産性が実質的な影響を受けないので、
好都合である。

【００１９】別の実施例によれば、第３層６のＡｇ膜
は、上述した乾式めっきに代えて湿式めっきにより成膜
することができる。この場合、前記ウエハに形成した各
音叉型の表面にレジストを塗布し、露光・現像して重り
部２の部分をパターニングし、これをめっき液に浸漬し
て所望のＡｇ膜を形成する。第４層７のＡｕ薄膜は、パ
ターニングした前記レジストをそのまま利用し、めっき
液に浸漬してＡｇ膜の上にめっきすることにより成膜す
る。また、別の実施例では、Ａｇ膜の形成後に残存する
前記レジストを全部剥離し、上述したように重り部２の
形状に対応する窓を形成したマスクを用いて、真空蒸着
又はスパッタリングにより形成することができる。

【００２０】次に、従来と同様に、このようにして電極
膜１の上に重り部２を付着させた個々の音叉型水晶片を
前記ウエハから切り離し、それぞれ外部への接続リード
を有するプラグにマウントする。プラグにマウントした
前記各水晶片は、発振させてその周波数を測定しなが
ら、ＹＡＧレーザなどの高出力レーザを照射して、前記
重り部を少なくとも部分的に徐々に除去する。前記各水
晶片の周波数が所定の数値に到達したところでレーザビ
ームの照射を止め、周波数調整を終了する。

【００２１】重り部２のＡｇ膜は、上述したように電極
膜１より厚く形成されているので、高出力のレーザビー
ムを照射しても、直ぐ下側の電極膜１が実質的に影響を
受けない。また、高出力レーザは、周波数調整作業の効
率が良いので、生産性が向上する。この後、各音叉型水
晶振動片を真空ケース内に封止して、音叉型水晶振動子
が完成する。

【００２２】本実施例では、このようにフォトリソグラ
フィ技術を利用してウエハ単位で多数の水晶片を同時に
処理することにより、多数の音叉型水晶振動片を同時に
製造できるので、生産性が良い。また、当然ながら、ウ
エハ単位ではなく、各水晶片に個別に処理して、前記電
極膜及び重り部を成膜しかつ周波数調整を行うこともで
きる。

【００２３】上述した本発明の方法に従い、第１層４の
Ｃｒを膜厚０．０５μｍ、第２層５のＡｕを膜厚０．１
μｍ、第３層６のＡｇを１μｍ、第４層７のＡｕを０．
１μｍとして、図１の音叉型水晶振動片を製造し、従来
の音叉型水晶振動片について行った図５Ａ及びＢの試験
と全く同じ試験を行った。図３は、この試験結果を示し
ている。図３Ａは、水晶振動片に８０℃の熱を９６時間
加えた後の振動数の変化を示し、図３Ｂは、水晶振動片
を３０日間放置した後の振動数の変化を示している。

【００２４】図３Ａ、Ｂと図５Ａ、Ｂとを比較すること
によって、本発明により製造した音叉型水晶振動子は、
熱による周波数の変化及び周波数の長期安定性におい
て、Ａｕのみを重り材として用いた場合と同じ優れた性
能を得られることが分かる。即ち、本発明によれば、Ａ
ｕより化学的に不安定なＡｇを重り材として用いても、
周波数調整から真空封止までの製造工程において、更に
真空封止後においても、特にレーザビーム照射の熱酸化
が大きな要因となる重り部の酸化やガス吸着などによる
水晶振動片の劣化を防止することができる。このため、
重り材としてＡｕを用いる場合と同等の高品質、高信頼
性を達成しつつ、Ａｕを用いる場合よりも製造コストを
大幅に低減することができる。

【００２５】また、重り部２を構成する各層の膜厚につ
いては、上述した実施例の数値に限定されるものではな
く、周波数調整用の重り材である第３層６のＡｇは０．
２〜５μｍ、第４層７のＡｕは０．０３〜０．２μｍで
よく、本発明の所望の作用効果を得ることができる。更
に重り材としては、Ａｇ以外に、同様に化学的には不安
定であるが安価なＣｕ、Ａｌ、Ｓｕ、Ｐｂなどの金属を
用いることが考えられる。

【００２６】また、本発明は、上記実施例の音叉型水晶
振動片に限定されず、矩形状、円板状、コンベックス形
状、ベベル形状などの音叉型以外の様々な形状の振動片
にも同様に適用できると共に、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂ
Ｏ₃、圧電セラミックなどの水晶以外の圧電体からなる
振動片についても同様に適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。本発明の
圧電振動片の製造方法によれば、重り部を形成するＡｇ
層をＡｕ薄膜で被覆した後に、レーザビームで除去して
周波数調整を行うことにより、その高熱の影響で酸化し
たり、真空ケースへの封止工程で発生するガスを吸着し
て劣化する虞がなくなり、Ａｇ自体の化学的安定性や耐
酸化性に影響されることなく、化学的に安定なＡｕのみ
を重り材として使用した場合と同等の品質と信頼性が得
られるので、Ａｇを重り材に使用しても、レーザビーム
による周波数調整を容易に行うことができ、製造コスト
が大幅に低減され、周波数の長期安定性に優れた高品
質、高信頼性の圧電振動片を安価に提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を適用した音叉型水晶振動片
の好適な実施例を示す概略斜視図である。

【図２】図１の音叉型水晶振動片の重り部を示すＡ−Ａ
線における断面図である。

【図３】図１の音叉型水晶振動片の振動子としての特性
の一例であり、Ａ図は熱による（８０℃×９６Ｈ）振動
数の変化を示すグラフ、Ｂ図は振動数の長期安定性（エ
ージング：３０日）を示すグラフである。

【図４】従来の製造方法による音叉型水晶振動片の重り
部を示す図２と同様の断面図である。

【図５】図４の水晶振動片において、Ａ図は重り部がＡ
ｕの場合及びＡｇの場合について、熱による振動数の変
化（８０℃×９６時間経過後）を示すグラフ、Ｂ図は重
り部がＡｕの場合及びＡｇの場合について、振動数の長
期安定性（エージング特性：３０日経過後の振動数の変
化）を示すグラフである。

【符号の説明】

１電極膜２重り部３レーザ加工部分４Ｃｒ、第１層５Ａｕ、第２層６Ａｇ、第３層７Ａｕ、第４層８水晶９第３層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体からなる基体の表面に電極膜を形
成し、前記電極膜のある部分の表面に周波数調整用の重
り部を積層し、前記重り部が、前記電極膜表面にＡｇ膜
を形成し、かつ前記Ａｇ膜の表面をそれより薄いＡｕ薄
膜で被覆することにより形成され、レーザビームを照射
することにより少なくとも前記重り部を部分的に除去し
て、周波数を調整する過程を含むことを特徴とする圧電
振動片の製造方法。
【請求項２】前記重り部のＡｇ膜の膜厚を前記電極膜
の膜厚よりも厚くしたことを特徴とする請求項１記載の
圧電振動片の製造方法。
【請求項３】前記電極膜が、前記基体表面に第１層の
クロム層を形成し、かつその上に第２層のＡｕ層を積層
することにより形成されることを特徴とする請求項１又
は２記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項４】前記重り部のＡｕ薄膜を前記電極膜のＡ
ｕ層と実質的に同じ膜厚に形成することを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか記載の圧電振動片の製造方法。