(57)【要約】【課題】  フレームの桟部と外枠部との接続箇所において、クラックの発生を抑える。【解決手段】  フレーム２０は、複数の圧電素子６０を互いに離した状態で一列に並ぶように接続する桟部２１と、複数の圧電素子６０及び桟部２１を囲繞するとともに桟部２１を接続する外枠部２２と、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４に形成された切り欠き部２３と、を備えている。切り欠き部２３は、桟部２１側から外枠部２２側へ凸となる曲線で切り取られた形状（円弧状）からなる。【選択図】  図１
2014207637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子及びフレームからなる圧電素子の中間生成品であって、
前記フレームは、
前記複数の圧電素子を互いに離した状態で一列に並ぶように接続する桟部と、
前記複数の圧電素子及び前記桟部を囲繞するとともに前記桟部を接続する外枠部と、
前記桟部と前記外枠部との接続箇所に形成され、前記桟部側から前記外枠部側へ凸となる曲線で切り取られた形状からなる切り欠き部と、
を備えたことを特徴とする圧電素子の中間生成品。
【請求項２】
前記各圧電素子と前記桟部との接続箇所は、隣接する前記圧電素子間側から前記桟部側へ凸となる曲線で切り取られた形状からなる、
請求項１記載の圧電素子の中間生成品。
【請求項３】
前記形状が円弧状である、
請求項１又は２記載の圧電素子の中間生成品。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の圧電素子の中間生成品を製造する方法であって、
ウェットエッチングに対する耐性を有するマスクを、水晶ウエハ上の前記圧電素子、前記桟部及び前記外枠部となる領域に形成するとともに、前記水晶ウエハ上の前記切り欠き部となる領域に形成しない工程と、
前記マスクが形成された前記水晶ウエハに対して前記ウェットエッチングを施すことにより前記複数の圧電素子及び前記フレームを形成する工程と、
を含むことを特徴とする圧電素子の中間生成品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型屈曲振動子や厚みすべり振動子などの圧電素子の中間生成品、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の中間生成品は、例えば一枚の水晶ウエハからウェットエッチングによって加工された複数の圧電素子及びフレームからなり、この状態で独立して商取引の対象となる（例えば特許文献１参照）。以下、圧電素子の中間生成品の一例を、関連技術として説明する。
【０００３】
図４は、関連技術の中間生成品を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
図中のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸は、水晶ウエハの結晶軸である。本関連技術の中間生成品５０は、複数の圧電素子６０及びフレーム７０からなる。複数の圧電素子６０は、基部６１と、基部６１から同じ方向に延びる二本の振動腕部６２，６３と、を有する音叉型である。圧電素子６０には図示しない電極膜が形成されており、振動腕部６２，６３には必要に応じて溝が形成される。
【０００５】
フレーム７０は、複数の圧電素子６０を互いに離した状態で一列に並ぶように接続する桟部７１と、複数の圧電素子６０及び桟部７１を囲繞するとともに桟部７１を接続する外枠部７２と、を備えている。すなわち、桟部７１は、一方向（Ｘ軸方向）に延びており、複数の圧電素子６０が当該一方向に沿って一列に並ぶように、各圧電素子６０の基部６１を接続している。振動腕部６２，６３の伸びる方向（Ｙ’軸方向）は、当該一方向に垂直な方向になっている。外枠部７２は、一方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｙ’軸方向）に延びており、桟部７１の両端を接続している。
【０００６】
また、桟部７１と外枠部７２との接続箇所７３は、頂点７４を持つ楔状に切り取られた形状である。各圧電素子６０と桟部７１との接続箇所７５は、頂点７６を持つ二等辺三角形状に切り取られた形状である。
【０００７】
中間生成品５０の一般的な製造方法は、次のとおりである。まず、一枚の水晶ウエハの表裏に、クロムなどからなるマスクを形成する。続いて、マスクが形成された水晶ウエハに対して、フッ酸などを用いてウェットエッチングを施す。このとき、マスクで覆われていない部分の水晶が、エッチング液によって表裏から浸食され遂には貫通する。最後に、マスクで覆われていたために残った水晶に電極膜を形成することにより、複数の圧電素子６０及びフレーム７０が完成する。
【０００８】
中間生成品５０は、圧電素子６０の電気的検査及びパッケージ実装に、この状態で使用される。つまり、複数の圧電素子６０は一つずつ、電気的な検査を経て、フレーム７０から切り離され、パッケージに実装される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１９８２９９号公報（図７等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図５は、図４の一部を拡大した平面図である。以下、この図面に基づき、関連技術の課題を説明する。
【００１１】
中間生成品５０は、この状態で電極膜形成、電気的検査、パッケージ実装、移送などに使用される。このとき、中間生成品５０には、製造工程中のエッチング液や洗浄液の圧力、搬送中の衝撃などにより、様々な応力が生ずる。一方、桟部７１と外枠部７２との接続箇所７３は、頂点７４を持つ楔状に切り取られた形状であることから、頂点７４に応力が集中しやすい。そのため、接続箇所７３に応力が集中して、そこにクラック５１が発生することがあった。
【００１２】
クラック５１が発生した桟部７１は、その両端のうち一端が外枠部７２に固定されなくなる。その結果、クラック５１が発生した桟部７１に接続された圧電素子６０は、電極形成工程、検査工程、実装工程などで位置ずれ不良となるため、その一列分の全てを廃棄しなければならなかった。
【００１３】
また、各圧電素子６０と桟部７１との接続箇所７５についても、桟部７１と外枠部７２との接続箇所７３に比べて頻度は少ないものの、その形状に起因して同じ問題が生じていた。つまり、接続箇所７５は、頂点７６を持つ二等辺三角形状に切り取られた形状であることから、頂点７６に応力が集中しやすい。そのため、頂点７６を起点として桟部７１にクラックが発生することがあった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、桟部と外枠部との接続箇所等でのクラック発生を抑えることにより歩留まりを向上し得る、圧電素子の中間生成品等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る圧電素子の中間生成品は、
複数の圧電素子及びフレームからなる圧電素子の中間生成品であって、
前記フレームは、
前記複数の圧電素子を互いに離した状態で一列に並ぶように接続する桟部と、
前記複数の圧電素子及び前記桟部を囲繞するとともに前記桟部を接続する外枠部と、
前記桟部と前記外枠部との接続箇所に形成され、前記桟部側から前記外枠部側へ凸となる曲線で切り取られた形状からなる切り欠き部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る製造方法は、
本発明に係る圧電素子の中間生成品を製造する方法であって、
ウェットエッチングに対する耐性を有するマスクを、水晶ウエハ上の前記圧電素子、前記桟部及び前記外枠部となる領域に形成するとともに、前記水晶ウエハ上の前記切り欠き部となる領域に形成しない工程と、
前記マスクが形成された前記水晶ウエハに対して前記ウェットエッチングを施すことにより前記複数の圧電素子及び前記フレームを形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、桟部側から外枠部側へ凸となる曲線で切り取られた形状からなる切り欠き部を、桟部と外枠部との接続箇所に形成したことにより、その接続箇所に生ずる応力を切り欠き部によって分散できるので、桟部と外枠部との接続箇所でのクラック発生を抑制でき、ひいては歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１の中間生成品を示す平面図である。
【図２】図１のII−II線における製造工程を示す断面図であり、図２［１］はウェットエッチング前、図２［２］はウェットエッチング中、図２［３］はウェットエッチング後である。
【図３】実施形態２の中間生成品を示す平面図である。
【図４】関連技術の中間生成品を示す平面図である。
【図５】図４の一部を拡大した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００２０】
図１は、実施形態１の中間生成品を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２１】
図中のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸は、水晶ウエハの結晶軸である。水晶は、シリコンと酸素で構成される三方晶系の単結晶からなり、成長軸（光軸）をＺ軸とし、これと垂直に稜線を結ぶ軸をＸ軸(電気軸)とし、これと直交する軸をＹ軸(機械軸)として表現される。Ｙ’軸及びＺ’軸は、Ｘ軸を中心にしてＹ軸及びＺ軸を一定角度回転させたことを示す。
【００２２】
本実施形態１の中間生成品１０は、複数の圧電素子６０及びフレーム２０からなる。
【００２３】
前述した関連技術と同様に、圧電素子６０は、基部６１と、基部６１から同じ方向に延びる二本の振動腕部６２，６３と、を有する音叉型である。圧電素子６０には図示しない電極膜が形成されており、振動腕部６２，６３には必要に応じて溝が形成される。
【００２４】
フレーム２０は、複数の圧電素子６０を互いに離した状態で一列に並ぶように接続する桟部２１と、複数の圧電素子６０及び桟部２１を囲繞するとともに桟部２１を接続する外枠部２２と、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４に形成された切り欠き部２３と、を備えている。切り欠き部２３は、桟部２１側から外枠部２２側へ凸となる曲線で切り取られた形状（本実施形態１では円弧状）からなる。また、各圧電素子６０と桟部２１との接続箇所２５は、隣接する圧電素子６０間側から桟部２１側へ凸となる曲線で切り取られた形状（本実施形態１では円弧状）からなる。切り欠き部２３の曲率と接続箇所２５と曲率とは等しくなっている。
【００２５】
桟部２１は、一方向（Ｘ軸方向）に延びており、複数の圧電素子６０が当該一方向に沿って一列に並ぶように、各圧電素子６０の基部６１を接続している。振動腕部６２，６３の伸びる方向（Ｙ’軸方向）は、当該一方向に垂直な方向になっている。外枠部２２は、一方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｙ’軸方向）に延びており、桟部２１の両端を接続している。
【００２６】
切り欠き部２３の形状は、桟部２１側から外枠部２２側へ凸となる曲線で切り取られた形状であれば、円弧状以外にも楕円弧状、放物線状、双曲線状、二次曲線状など、どのような形状でもよい。ここでいう「曲線」は、数学的に言えば、尖点（頂点）を持たない「滑らかな曲線」をいうものとし、言い換えれば、曲線上の任意の点で微分可能な曲線すなわち「可微分曲線」をいうものとする。接続箇所２５の形状についても、切り欠き部２３の形状と同様である。
【００２７】
次に、本実施形態１の中間生成品１０の作用及び効果について説明する。
【００２８】
（１）切り欠き部２３は、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４に形成され、桟部２１側から外枠部２２側へ凸となる曲線で切り取られた形状からなる。これにより、切り欠き部２３は応力が集中しやすい頂点を持たないので、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４に生じた応力は切り欠き部２３全体に均等に分散される。したがって、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４において応力によるクラック発生を抑制できるので、歩留まりを向上できる。
【００２９】
（２）各圧電素子６０と桟部２１との接続箇所２５を、隣接する圧電素子６０間側から桟部２１側へ凸となる曲線で切り取られた形状とした場合は、接続箇所２５に生ずる応力を分散できることにより、接続箇所２５において応力によるクラック発生を抑制できるので、歩留まりを向上できる。
【００３０】
（３）曲線で切り取られた形状は、関連技術に比べて大幅に応力を緩和できるものの、その曲線のうち曲率の大きい（曲率半径の小さい）部分に応力が集中する傾向がある。これに対し、曲線で切り取られた形状を円弧状とした場合は、円弧を構成するどの微細な曲線も曲率が等しくなることにより、応力が集中しやすい部分をより減らすことができるので、応力によるクラック発生をより抑制できる。
【００３１】
（４）Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のエッチング速度は、Ｚ＞Ｘ＞Ｙの順となる。そのため、圧電素子６０では、ウェットエッチング後の水晶に残渣が生じてしまう。残渣は、例えば基部６１及び振動腕部６２，６３の図１における左側に生じ、＋Ｘ軸方向へ凸となる突起物である。本実施形態１では、切り欠き部２３を形成したことにより、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４の周囲における空間が、関連技術に比べて広くなる。したがって、本実施形態１によれば、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４でエッチング液が流れやすくなるので、残渣の発生を抑えることができる。
【００３２】
図２は、図１のII−II線における製造工程を示す断面図であり、図２［１］はウェットエッチング前、図２［２］はウェットエッチング中、図２［３］はウェットエッチング後である。以下、図１及び図２に基づき、本実施形態１の製造方法を説明する。
【００３３】
本実施形態１の製造方法は、次の工程を含む。ウェットエッチングに対する耐性を有するマスク１２を、水晶ウエハ１１上の圧電素子６０となる領域６０ａ、外枠部２２となる領域２２ａ及び桟部２１となる領域（図示せず）に形成するとともに、水晶ウエハ１１上の切り欠き部２３となる領域２３ａに形成しない工程。マスク１２が形成された水晶ウエハ１１に対して、ウェットエッチングを施すことにより、複数の圧電素子６０及びフレーム２０を形成する工程。図２では、圧電素子６０となる領域６０ａとして基部６１となる領域６１ａを示す。
【００３４】
図２［１］は、ウェットエッチング前、つまり、マスク１２を水晶ウエハ１１上に形成した直後の状態を示している。マスク１２は、例えば次の工程によって製造される。まず、水晶ウエハ１１の両面に、例えばスパッタなどにより、例えばクロム及び金の二層からなる耐食膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、耐食膜の不要な部分を除去する。これにより、圧電素子６０及びフレーム２０となる領域６０ａ，２０ａを保護するマスク１２を作成する。なお、水晶ウエハ１１の厚みは、例えば１００μｍである。
【００３５】
図２［２］は、ウェットエッチング中の状態を示している。この工程では、マスク１２が形成された水晶ウエハ１１を、エッチング液１３中に浸漬する。エッチング液１３は、例えばフッ化水素酸とフッ化アンモニウム水溶液とからなる強酸である。このとき、エッチング液１３を例えば５Ｌ／ｍｉｎの流量で循環させる。ウェットエッチング中に、マスク１２で覆われていない部分の水晶ウエハ１１が、エッチング液１３によって表裏から浸食され遂には貫通する。
【００３６】
図２［３］は、ウェットエッチング後の状態を示している。この後、マスク１２で覆われていたために残った水晶ウエハ１１に電極膜（図示せず）を形成することにより、複数の圧電素子６０及びフレーム２０からなる中間生成品１０が完成する。複数の圧電素子６０は一つずつ、電気的な検査を経て、フレーム２０から切り離され、パッケージに実装される。
【００３７】
本実施形態１の製造方法によれば、本実施形態１の中間生成品１０が得られることにより、本実施形態１の中間生成品１０と同様の作用及び効果を奏するとともに、圧電素子６０及びフレーム２０と同時に切り欠き部２３も形成できるので、切り欠き部２３を形成するための新たな工程を必要としない。
【００３８】
図３は、実施形態２の中間生成品を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３９】
本実施形態２の中間生成品３０は、切り欠き部３３の大きさが実施形態１と異なる。図１に示す実施形態１では切り欠き部２３の曲率と接続箇所２５と曲率とが等しくなっているのに対して、本実施形態２では切り欠き部３３の曲率が接続箇所２５の曲率よりも小さくなっている。
【００４０】
一般に、切り欠き部３３の曲率が小さいほど（曲率半径が大きいほど）、切り欠き部３３に応力が集中しにくくなる。したがって、本実施形態２によれば、桟部２１と外枠部２２との接続箇所２４において応力によるクラック発生を更に抑制できるので、歩留まりを更に向上できる。本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００４１】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では音叉型屈曲振動子を採り上げたが、本発明は厚みすべり振動子などの他の圧電素子にも適用可能である。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１０，３０  中間生成品
１１  水晶ウエハ
１２  マスク
１３  エッチング液
２０  フレーム
２０ａ  フレームとなる領域
２１  桟部
２２  外枠部
２２ａ  外枠部となる領域
２３,３３  切り欠き部
２３ａ  切り欠き部となる領域
２４，２５  接続箇所
【００４３】
５０  中間生成品
５１  クラック
６０  圧電素子
６０ａ  圧電素子となる領域
６１  基部
６１ａ  基部となる領域
６２，６３  振動腕部
７０  フレーム
７１  桟部
７２  外枠部
７３  接続箇所
７４  頂点
７５  接続箇所
７６  頂点
【図１】
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【図２】
2014207637.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014207637.tif 000006
【図５】
2014207637.tif 000007