(57)【要約】【課題】圧電振動片の発振周波数における粗調整と微調整を効率良く行うことができる音叉型圧電振動片及び圧電ウェハを提供することを目的としている。【解決手段】本発明の音叉型圧電振動片１０は、基部１２と、前記基部１２から延出された第１及び第２の振動腕１４、１６とを備えた音叉型圧電振動片１０であって、前記第１及び第２の振動腕１４、１６の先端部分は長手方向に沿って一方及び他方の主面２６、２８のみに複数の金属膜を備え、前記複数の金属膜にレーザー光を照射して発振周波数を調整可能なことを特徴としている。この場合において第１及び第２の振動腕１４、１６の長手方向に沿って、前記複数の金属膜の長さが互いに異なることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、前記基部から延出された一対の振動腕とを備えた音叉型圧電振動片であって、
前記振動腕の先端部分は長手方向に沿って一方及び他方の主面のみに複数の金属膜を備え、前記複数の金属膜にレーザー光を照射して発振周波数を調整可能なことを特徴とする音叉型圧電振動片。
【請求項２】
前記振動腕の長手方向に沿って、前記複数の金属膜の長さが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片を基板上に複数並列配置されたことを特徴とする圧電ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型圧電振動片の一部に形成された発振周波数調整用の金属膜にレーザー光を照射して発振周波数を調整可能な音叉型圧電振動片及び圧電ウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動片を備えた圧電デバイスは、近年、携帯端末などの需要が高まり、さらなる小型化・薄型化が望まれている。
従来の圧電振動片の製造方法は次のように行われている。まず圧電振動片を構成する圧電基板が圧電ウェハをエッチングして形成される。そして圧電ウェハの表面に金属を成膜した後、この金属上にフォトレジスト膜を塗布する。そしてフォトマスクを介してフォトレジストを露光した後に現像して、圧電基板の形状に対応した外形が描かれる。次にレジストパターンで覆われていない部分の金属をエッチングし、この金属上のレジストパターンを除去すれば圧電基板の形状に対応した保護膜が圧電ウェハ上に形成される。そして圧電基板は、このような圧電ウェハをエッチング液に浸漬して不要な部分をエッチングした後、保護膜を除去して形成される。
【０００３】
次に圧電振動片は、圧電基板に電極パターンを設けることにより形成される。電極パターンを形成するためには、まず圧電ウェハ表面に電極パターンとなる金属膜を形成する。この後、金属膜上にフォトレジストを塗布する。そしてフォトマスクを介してフォトレジストを露光し、これを現像して電極パターンの形状に対応した外形が描かれる。次にレジストパターンに覆われていない部分の金属膜をエッチングした後、金属膜上のレジストパターンを除去すれば、電極パターンが圧電基板上に形成される。その後圧電基板を圧電ウェハから切り離すことにより圧電振動片が形成される。
【０００４】
このような圧電振動片の製造工程において発振周波数を粗調整する工程がある。発振周波数の粗調整は、パッケージに圧電振動片を実装した後に行う発振周波数の微調整の前処理として位置付けられる工程であり、圧電振動片を目標とする発振周波数の範囲に近い範囲に予め調整する。これにより、圧電振動片をパッケージに実装した後の発振周波数の微調整を短時間で行うことができる。
【０００５】
具体的に発振周波数の調整工程は、振動腕の先端部に発振周波数調整用の金属膜が形成され、この金属膜にレーザー光を照射して金属膜の少なくとも一部を削除することによって発振周波数を調整することができる。
【０００６】
特許文献１に開示の圧電振動デバイスの周波数調整方法は、図７に示すように振動腕１００の先端部分に形成された調整用金属膜１０１が表及び裏の主面金属膜１０２、１０４と、内及び外の側面金属膜１０６、１０８とから構成され、内及び外の側面金属膜１０６、１０８の質量を削減することによって周波数調整を行う側面調整工程と、側面調整工程後に表及び裏の主面金属膜１０２、１０４の質量を削減することによって周波数調整を行う主面調整工程とからなる。これにより効率良く周波数調整を行うことができる。
【０００７】
また特許文献２に開示の圧電振動デバイスの周波数調整方法は、特許文献１と同様に振動腕１００の先端部分に形成された調整用金属膜１０１が表及び裏の主面金属膜１０２、１０４と、内及び外の側面金属膜１０６、１０８とから構成されており、腕部の主面側に形成された調整用金属膜の大部分又は全領域を薄肉化して、周波数の粗調整を行う粗調整工程と、粗調整工程において薄肉化された領域の一部若しくは全領域をさらに薄肉化または除去することによって周波数の微調整を行う微調整工程とからなる。これにより、小型の圧電振動片においても充分な調整量を確保し、効率的な周波数調整を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２０７０５２号公報
【特許文献２】特開２００９−２００６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
圧電デバイスの小型化・薄型化の要請に伴い、音叉型圧電振動片も小型化される。従って、振動腕の先端部分に発振周波数用の金属膜を形成するスペースも狭小化してしまう。適切な周波数シフト量を確保するためには金属膜の膜厚を厚く形成する必要がある。
しかしながら金属膜を厚くすると、レーザー光を照射した際に金属膜の加工残りや飛び散り状態が悪化してしまい、適切な金属膜の除去工程が困難となる。
【００１０】
また従来、振動腕の片面のみに金属膜を形成した圧電振動片があり、このような場合には、振動片の厚み方向のバランスが崩れて、Ｚ方向（実装した振動片の平面方向）の振動変位が増大してしまうという問題があった。
【００１１】
また特許文献１，２に開示の圧電振動片の調整用金属膜は側面に側面金属膜を備えている。しかしながらパッケージに実装された後の発振周波数の微調整工程において、側面金属膜にレーザー光を照射するのは困難であり、特に薄型化された圧電振動片の場合には側面に形成された金属膜が剥れ易いという問題があった。
【００１２】
そこで上記従来技術の問題点を解決するため本発明は、圧電振動片の発振周波数における粗調整と微調整を効率良く行うことができる音叉型圧電振動片及び圧電ウェハを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基部と、前記基部から延出された一対の振動腕とを備えた音叉型圧電振動片であって、前記振動腕の先端部分は長手方向に沿って一方及び他方の主面のみに複数の金属膜を備え、前記複数の金属膜にレーザー光を照射して発振周波数を調整可能なことを特徴とする音叉型圧電振動片。
【００１４】
上記構成により、小型化を要請された圧電振動片であっても、発振周波数調整用の金属膜を表裏（一方及び他方の主面）にバランス良く形成することができる。従って圧電振動片を実装した後にＺ方向の振動変位が増大するおそれがない。
また金属膜を振動片の表裏面のみに形成しているため、側面にも金属膜が形成された振動片と比べて、レーザー加工後の膜剥がれ等を容易に低減することができる。
【００１５】
［適用例２］前記振動腕の長手方向に沿って、前記複数の金属膜の長さが互いに異なることを特徴とする適用例１に記載の音叉型圧電振動片。
上記構成により、成膜の長さが長い金属膜には他方の主面側から、他方の主面に形成された金属膜がさえぎることなく、レーザー光を照射できる。これにより、レーザー光を一方の主面側から導入し、その位置を微小移動させることによって、裏面側の金属膜に照射することができる。特に、レーザー光の透過率の低い金属膜を用いる場合は、レーザー光源に近い金属膜にさえぎられることなく、他方の金属膜に照射できるのでレーザー光源をそれぞれ２方向に用意する必要がない。
【００１６】
［適用例３］適用例１又は適用例２に記載の音叉型圧電振動片を基板上に複数並列配置されたことを特徴とする圧電ウェハ。
上記特徴を有する圧電振動片を備えた圧電ウェハを得ることにより、前記金属膜の形成およびレーザー光による周波数調整が生産性良く実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る音叉型圧電振動片の構成概略を示す図であり、（１）は斜視図であり、（２）は先端部分の側面の断面図である。
【図２】実施形態に係る音叉型圧電振動片の変形例の説明図である。
【図３】実施形態に係る圧電ウェハの概略平面図である。
【図４】発振周波数調整用の金属膜の形成に用いるメタルマスクの説明図である。
【図５】変形例の音叉型圧電振動片に適用可能なメタルマスクの説明図である。
【図６】音叉型圧電振動片のレーザー光の照射位置の説明図である。
【図７】従来の音叉型圧電振動片の発振周波数調整用の金属膜の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の音叉型圧電振動片及び圧電ウェハの実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は実施形態に係る音叉型圧電振動片の構成概略を示す図であり、（１）は斜視図であり、（２）は先端部分の側面の断面図である。本実施形態に係る音叉型圧電振動片１０は、基部１２と、振動腕と、発振周波数調整用の金属膜と、を主な基本構成としている。
【００１９】
基部１２は音叉型圧電振動片１０を、圧電振動子を構成するパッケージ（不図示）上の載置箇所に支持固定する台座となる。
基部１２からは一対の第１及び第２の振動腕１４、１６が延出されている。第１及び第２の振動腕１４、１６には振動腕を発振させるための第１及び第２の励振電極１８、２０が形成されている。第１の励振電極１８は、第１の振動腕１４の一方及び他方の主面２６、２８と第２の振動腕１６の側面に形成され、それぞれ電気的に接続されている。また第２の励振電極２０は、第２の振動腕１６の一方及び他方の主面２６、２８と第１の振動腕１４の側面に形成され、それぞれ電気的に接続されている。第１及び第２の励振電極１８、２０は、Ｃｒ（クロム）、Ａｕ（金）などをスパッタした後、レジスト塗布、露光、エッチング、レジスト除去工程を経て形成することができる。第１及び第２の振動腕１４、１６の先端部分には、発振周波数調整用の金属膜が形成されている。発振周波数調整用の金属膜を構成する第１及び第２の金属膜２２、２４は第１及び第２の励振電極１８、２０と同様に、電極パターンを形成した後、Ａｇ、Ａｕなどで蒸着マスクを用いて金属蒸着により形成することができる。本実施形態の音叉型圧電振動片１０は、第１及び第２の金属膜２２、２４を第１及び第２の振動腕１４、１６の一方及び他方の主面２６、２８のみ形成する構成とし、側面には第１及び第２の金属膜２２、２４が形成されていない。
【００２０】
第１及び第２の金属膜２２、２４は、後述する加工手段のレーザー光照射によってその一部が除去されて、その質量が低減し、音叉型圧電振動片１０の発振周波数を調整することができる。図１に示す発振周波数調整用の第１及び第２の金属膜２２、２４は、第１及び第２の振動腕１４、１６の先端部分に長手方向に沿って成膜の長さを同じ長さに形成している。これにより従来の発振周波数調整用の金属膜を一方の主面のみに形成していた圧電振動片と比べて、本実施形態に係る音叉型圧電振動片１０は厚み方向のバランスを保つことができ、Ｚ方向の振動変位が増大するおそれがない。
【００２１】
図２は実施形態に係る音叉型圧電振動片の変形例の説明図である。図示のように変形例の音叉型圧電振動片は、発振周波数調整用の第１及び第２の金属膜の成膜量が異なっている。その他の構成は図１に示す音叉型圧電振動片１０と同様の構成であり、その詳細な説明を省略する。音叉型圧電振動片は、第１及び第２の振動腕１４、１６の一方及び他方の主面２６、２８のみに長手方向に沿って形成された第１及び第２の金属膜２２Ａ、２４Ａの成膜の長さが異なっている。図２に示す第１及び第２の金属膜２２Ａ、２４Ａは、一方の主面２６の第１の金属膜２２Ａが他方の主面２８の第２の金属膜２４Ａよりも成膜の長さが長くなるように形成されている。
【００２２】
これにより、変形例の音叉型圧電振動片を平面視すると、振動片の一方及び他方の主面２６、２８で第１及び第２の金属膜２２Ａ、２４Ａが重ならない箇所（図中ａ）が生じる。この重ならない箇所にレーザー光を照射する際、成膜の長さが長い金属膜には他方の主面側から、他方の主面に形成された金属膜がさえぎることなく、レーザー光を照射できる。これにより、レーザー光を一方の主面側から導入し、その位置を微小移動させることによって、裏面側の金属膜に照射することができる。特に、レーザー光の透過率の低い金属膜を用いる場合は、レーザー光源に近い金属膜にさえぎられることなく、他方の金属膜に照射できるのでレーザー光源をそれぞれ２方向に用意する必要がない。
【００２３】
また、レーザー光を照射する一方の主面２６の金属膜を他方の主面２８の金属膜よりも成膜の長さが短くなるように形成することによって振動腕の一方の主面の金属膜がない領域であって、他方の主面の金属膜が存在する箇所をレーザー光の照射位置として特定することができる。
【００２４】
上記構成による圧電振動片の製造方法について以下説明する。図３は実施形態に係る圧電ウェハ４０の概略平面図である。実施形態に係る音叉型圧電振動片１０は圧電ウェハ４０をエッチングして形成することができる。まず圧電ウェハ４０の表面に金属を成膜した後、この金属上にフォトレジスト膜を塗布する。そしてフォトマスクを介してフォトレジストを露光した後に現像して、音叉型圧電振動片１０の形状に対応した外形が描かれる。次にレジストパターンで覆われていない部分の金属をエッチングし、この金属上のレジストパターンを除去すれば音叉型圧電振動片１０の形状に対応した保護膜が圧電ウェハ４０上に形成される。音叉型圧電振動片１０は、このような圧電ウェハ４０をエッチング液に浸漬して不要な部分をエッチングした後、保護膜を除去して形成することができる。
【００２５】
次に音叉型圧電振動片１０に励振電極などの電極パターン（不図示）を形成する。電極パターンを形成するためには、まず圧電ウェハ４０表面に電極パターンとなる金属膜を形成する。この後、金属膜上にフォトレジストを塗布する。そしてフォトマスクを介してフォトレジストを露光し、これを現像して電極パターンの形状に対応した外形が描かれる。次にレジストパターンに覆われていない部分の金属膜をエッチングした後、金属膜上のレジストパターンを除去すれば、電極パターンが音叉型圧電振動片１０上に形成される。
【００２６】
次に発振周波数調整用の第１及び第２の金属膜２２、２４を形成する。実施形態に係る第１及び第２の金属膜２２、２４の形成は、金属蒸着により成膜している。図４は発振周波数調整用の金属膜の形成に用いるメタルマスクの説明図である。図示のようにメタルマスク５０は、平面視して少なくとも圧電ウェハ４０上に並列配置された音叉型圧電振動片１０を覆う大きさであって、第１及び第２の振動腕１４、１６の第１及び第２の金属膜２２、２４を形成する箇所と重なる位置（対向する位置）に開口部５２を備えている。
【００２７】
上記メタルマスク５０を用いた金属膜の形成は、音叉型圧電振動片１０に電極パターンを形成した後、圧電ウェハ４０の一方の主面２６上にメタルマスク５０を載置して、メタルマスク５０の開口部５２を第１及び第２の振動腕１４、１６の金属膜形成箇所に位置合わせを行なう。そしてＡｇ、Ａｕなどの金属蒸着により第１及び第２の金属膜２２、２４を形成することができる。ついで圧電ウェハ４０の他方の主面２８上にメタルマスク５０を載置し、同様の工程で金属膜を形成することができる。これにより開口部５２に面していない振動腕の側面には金属蒸着されないため、第１及び第２の振動腕１４、１６の一方及び他方の主面２６、２８（表裏）のみに金属膜を形成することができる。
【００２８】
図５は変形例の音叉型圧電振動片に適用可能なメタルマスクの説明図であり、（１）は一方の主面のメタルマスクの説明図であり、（２）は他方の主面のメタルマスクの説明図である。変形例の音叉型圧電振動片の第１及び第２の金属膜２２Ａ、２４Ａは、一方及び他方の主面２６、２８に載置するメタルマスク５０、５０Ａの開口部５２、５２Ａの開口面積を変えることによって形成することができる。図５に示す開口部は、一方の主面２６に載置するメタルマスク５０の開口部５２が他方の主面２８に載置するメタルマスク５０Ａの開口部５２Ａよりも開口面積が大きくなるように形成している。このようなメタルマスク５０、５０Ａを用いて金属蒸着することにより、一方又は他方の主面２６、２８において第１及び第２の振動腕１４、１６の長手方向に沿って成膜の長さが異なる第１及び第２の金属膜２２Ａ、２４Ａを形成することができる。なお開口部５２の開口面積は任意に設定変更することができる。また第１及び第２の金属膜２２、２４は、一例として下地層をＡｇとし、その表面にＡｕ層を形成した積層構造とすることもできる。
【００２９】
発振周波数調整用の金属膜を形成した後、音叉型圧電振動片１０を圧電ウェハ４０から切り離すことにより個片化された振動片が形成される。
次に上記構成による本実施形態の音叉型圧電振動片の発振周波数の調整方法について以下説明する。図６は音叉型圧電振動片のレーザー光の照射位置の説明図である。
【００３０】
実施形態に係る音叉型圧電振動片１０の発振周波数の調整は、第１及び第２の粗調整工程と、微調整工程とからなる。粗調整は圧電振動片を目標とする発振周波数の範囲に近い範囲に予め調整する工程であり、微調整工程は、目標とする発振周波数に調整する工程である。
【００３１】
発振周波数調整に用いる加工手段は、レーザー光発生部と、このレーザー光発生部から出射されるレーザー光が入射するパワー減少部と、このパワー減少部から出射するレーザー光の光路を変更する光路変更部と、光路変更部からのレーザー光が入射する光収束部とから構成されており、圧電振動片に形成された発振周波数調整用金属膜に向けてレーザー光を照射することで、前記金属膜の一部を振動片から除去するものである。なおレーザー光発生部は、レーザー光源を有しており、レーザー光源としては、一例としてＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）レーザーや、ＬＤレーザー（半導体レーザー）等を用いることができる。
【００３２】
第１の粗調整工程は、圧電ウェハ４０上に音叉型圧電振動片１０を形成した後に行っている。図６に示すように第１の粗調整工程におけるレーザー光を照射する位置は、第１及び第２の振動腕１４、１６の先端領域３０である。先端領域３０は金属膜の質量削減による周波数変化が最も大きい領域である。第１の粗調整工程ではまず、圧電ウェハ４０上に形成された複数の音叉型圧電振動片１０の各々にプローブを当てて発振周波数を測定し、目標となる発振周波数の範囲との差分を算出し、予め必要な調整量を求める。次に加工手段によって先端領域３０にレーザー光を照射して必要な調整量の相当する金属膜を削除する。これにより圧電ウェハ４０上の音叉型圧電振動片１０の発振周波数の粗調整を行うことができる。
【００３３】
第２の粗調整工程及び微調整工程は、個片化された音叉型圧電振動片１０をパッケージ（不図示）に搭載した後に行っている。
図６に示すように第２の粗調整工程におけるレーザー光を照射する位置は、第１及び第２の振動腕１４、１６の第２の粗調整領域３２である。第２の粗調整領域３２は金属膜の質量削減による周波数変化が前述の先端領域３０よりも小さい領域である。なお図１に示す第１及び第２の金属膜２２、２４の第２の粗調整領域３２は、第１及び第２の金属膜２２、２４を平面視して基部１２側の領域となる。また図２に示す第２の粗調整領域３２は、第１及び第２の金属膜２２、２４を平面視して、一方及び他方の主面２６、２８で互いに重なり合わない領域（図２中のａ）となる。
【００３４】
第２の粗調整工程では、音叉型圧電振動片１０がパッケージ（不図示）上に実装された後、パッケージ下部の電極パッドにプローブを当てて発振周波数を測定し、目標となる発振周波数の範囲との差分を算出し、予め必要な調整量を求める。次に加工手段によって第２の粗調整領域３２にレーザー光を照射して必要な調整量に相当する金属膜を削除する。これによりパッケージ上の音叉型圧電振動片１０の発振周波数の第２の粗調整を行うことができる。また図２に示す一方又は他方の主面２６、２８の成膜の長さが異なる金属膜の場合には、レーザー光による照射が一方又は他方の主面２６、２８のみとなるため、例えば成膜の長さが長い金属膜には他方の主面側から、他方の主面に形成された金属膜がさえぎることなく、レーザー光を照射できる。
【００３５】
次に微調整工程は、図６に示すように音叉型圧電振動片１０の第１及び第２の金属膜２２、２４よりも基部１２側の電極パターン３４にレーザー光を照射している。電極パターン３４の一部削除による発振周波数の調整は微量であり、第１及び第２の粗調整で目標とする周波数の設定範囲に近い発振周波数を目標とする発振周波数に合わせることができる。
【００３６】
このような本実施形態に係る圧電振動片及び圧電ウェハによれば、小型化を要請された圧電振動片であっても、発振周波数調整用の金属膜を表裏（一方及び他方の主面）にバランス良く形成することができる。従って圧電振動片を実装した後にＺ方向の振動変位が増大するおそれがない。
【００３７】
また金属膜を振動片の表裏面のみに形成しているため、側面にも金属膜が形成された振動片と比べて、レーザー加工後の膜剥がれなどを容易に低減することができる。さらに振動腕の長手方向に沿って、複数の金属膜の長さが互いに異なるように形成しているため、成膜の長さが長い金属膜には他方の主面側から、他方の主面に形成された金属膜がさえぎることなく、レーザー光を照射できる。これにより、レーザー光を一方の主面側から導入し、その位置を微小移動させることによって、裏面側の金属膜に照射することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０………音叉型圧電振動片、１２………基部、１４………第１の振動腕、１６………第２の振動腕、１８………第１の励振電極、２０………第２の励振電極、２２、２２Ａ………第１の金属膜、２４、２４Ａ………第２の金属膜、２６………一方の主面、２８………他方の主面、３０………先端領域、３２………第２の粗調整領域、３４………電極パターン、４０………圧電ウェハ、５０………メタルマスク、５２、５２Ａ………開口部、１０１………調整用金属膜、１０２………表主面金属膜、１０４………裏主面金属膜、１０６………内側面金属膜、１０８………外側面金属膜。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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