(57)【要約】      （修正有）【課題】電極膜を形成する前に圧電振動片の外形形成を調整して周波数の合わせ込みを行うにあたって、その周波数の合わせ込みを精度よく行うことができ、これにより歩留まりの低下を避けることができる圧電振動子の製造方法を提供すること。【解決手段】圧電振動片の外形形成のためのエッチングと溝部の形成のためのエッチングとを同時に行い、溝部形成後に、当該溝部を金属膜で覆った状態で溝部と同じ深さから圧電振動片の外形形成を再開し、外形形成後、続けて圧電振動片の外形側面をエッチングすることで周波数の合わせ込みを行う。このような構成にすることでエッチングレートが遅い状態で周波数の合わせ込みを行うことができるので、容易に高い精度で周波数の合わせ込みを行うことができる。【選択図】図３
2008028592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされると共に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、振動腕部に溝部を形成すると共に前記溝部と同じ深さまで圧電振動片の外形を形成する工程と、
しかる後、基板表面に残っている金属膜を全て剥離する工程と、
基板表面に金属膜を形成する工程と、
この基板の表面に、外形のエッチングのみを行うために、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、圧電振動片の外形形成の続きを行い、圧電振動片の外形を形成する工程と、
続いて圧電振動片の外形側面をエッチングし、基板から切り出された複数の圧電振動片の中のいくつかの圧電振動片について電極を形成して発振周波数を測定し、外形側面のエッチング量を調整することで周波数の合わせ込みを行う工程と、を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされると共に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、振動腕部の溝部を形成すると共に前記溝部と同じ深さまで圧電振動片の外形を形成する工程と、
しかる後、振動腕部の溝部に相当する部分に開口している金属膜の開口領域を金属膜により塞ぐ工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、圧電振動片の外形形成の続きを行い、圧電振動片の外形を形成する工程と、
続いて圧電振動片の外形側面をエッチングし、基板から切り出された複数の圧電振動片の中のいくつかの圧電振動片について電極を形成して発振周波数を測定し、外形側面のエッチング量を調整することで周波数の合わせ込みを行う工程と、を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法によって製造されたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
請求項３に記載された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水晶等からなる圧電基板を用いて、例えば音叉型の圧電振動子を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉型の水晶振動子は、小型、安価で低消費電力であることから、従来から腕時計の歩度を刻む信号源として採用され、更にその用途が広がろうとしている。この水晶振動子としては、電力損失を抑えるために、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値をより小さくすることが要求され、このため水晶振動子に溝部を形成して振動効率を高めたものが用いられている。
【０００３】
この水晶振動子は図７に示すように基部１に一対の振動腕部２ａ及び２ｂが設けられ、各振動腕部２ａ，２ｂにおける両主面には溝部３１，３２が夫々設けられている。これらの溝部３１，３２及び各振動腕部２ａ，２ｂには、屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための励振電極が形成されている。
【０００４】
上述した水晶振動子は、以下の工程によって製造される（特許文献１参照）。なお、図８及び図９は図７のＡ−Ａ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された水晶ウエハ１０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜１１を形成する（図８（ａ））。この金属膜１１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
【０００５】
続いてこのような金属膜１１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図８（ｂ））、このフォトレジストを水晶片１０の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜１２を形成する（図８（ｃ））。そしてこの後にエッチングによって、レジスト膜１２で覆われていない金属膜１１の部分を除去し、水晶ウエハ１０に残っているレジスト膜１２を全て剥離する（図８（ｄ））。
【０００６】
次に水晶ウエハ１０の全面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、このフォトレジストを露光及び現像してレジスト膜１３を形成する（図８（ｅ））。そして水晶片の外形が残るようにレジスト膜１３を剥離させると共に、図７に示す溝部３１，３２に相当する部分のレジスト膜１３を剥離させる（図９（ｆ））。
【０００７】
しかる後、レジスト膜１３をマスクにして水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行うことで水晶片の外形を形成する（図９（ｇ））。なお、図９中の１４及び１５は振動腕部２ａ，２ｂに相当する部位であり、図９中の１６及び１７は、一枚の水晶片を水晶ウエハから抜き取るために便宜上記載した外枠部分である。続いてレジスト膜１３をマスクにして水晶ウエハ１０をヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、図７に示す溝部３１，３２に相当する部分の金属膜１１を除去する（図９（ｈ））。そしてこの水晶ウエハ１０をフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行う。これによって水晶片１０の両主面に溝部３１，３２が形成される（図９（ｉ））。
【０００８】
そして次に、水晶ウエハ１０をフッ酸中に浸漬して水晶片１０の外形側面と溝部３１，３２とを再加工することで所定の周波数に合わせ込む周波数合わせ込み工程が行われる。この周波数合わせ込み工程は、フッ酸中に水晶ウエハ１０を浸漬し、ある設定時間に達した時にウエットエッチングを止めて、電極パターンが形成されていない状態の原型から一つ水晶片を切り出して、この水晶片に電極を形成し、この電極に所定の電圧を印加して、その発振周波数ｆを検出し、当該発振周波数ｆが所定の周波数範囲内にあるか判断している。つまりこの工程の後、水晶片１０の表面に電極パターンが形成され、前記振動腕部の先端部に形成されている金属膜を削って、その厚さを調整することにより発振周波数の調整が行われるため、水晶ウエハ１０をフッ酸中に浸漬して水晶片１０の外形側面と溝部３１，３２とを再加工することで発振周波数の粗調整を行っている。
【０００９】
しかし、水晶振動子の発振周波数は、図７に示す振動腕部２ａ，２ｂの長さ及び幅や溝部３１，３２の長さ、幅及び深さ等に依存して決まってくるため、上述した電極パターン形成前の周波数合わせ込み工程においては、水晶片１０の外形側面と溝部３１，３２とが同時にエッチングされるため、周波数変化が非常に大きく、エッチング処理を所定の周波数となる最適なポイントでエッチングを止めることが困難である。その結果、電極パターンを形成した後の周波数調整工程においても周波数の微調整が悪くなり、歩留まりが低下するという問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−７６８０６（段落００９４〜段落０１１３、図９〜図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電極膜を形成する前に圧電振動片の外形形成を調整して周波数の合わせ込みを行うにあたって、その周波数の合わせ込みを精度よく行うことができ、これにより歩留まりの低下を避けることのできる圧電振動子の製造方法及びこの圧電振動子を有する電子部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされると共に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、振動腕部に溝部を形成すると共に前記溝部と同じ深さまで圧電振動片の外形を形成する工程と、
しかる後、基板表面に残っている金属膜を全て剥離する工程と、
基板表面に金属膜を形成する工程と、
この基板の表面に、外形のエッチングのみを行うために、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、圧電振動片の外形形成の続きを行い、圧電振動片の外形を形成する工程と、
続いて圧電振動片の外形側面をエッチングし、基板から切り出された複数の圧電振動片の中のいくつかの圧電振動片について電極を形成して発振周波数を測定し、外形側面のエッチング量を調整することで周波数の合わせ込みを行う工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明は、圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされると共に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、振動腕部の溝部を形成すると共に前記溝部と同じ深さまで圧電振動片の外形を形成する工程と、
しかる後、振動腕部の溝部に相当する部分に開口している金属膜の開口領域を金属膜により塞ぐ工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、圧電振動片の外形形成の続きを行い、圧電振動片の外形を形成する工程と、
続いて圧電振動片の外形側面をエッチングし、基板から切り出された複数の圧電振動片の中のいくつかの圧電振動片について電極を形成して発振周波数を測定し、外形側面のエッチング量を調整することで周波数の合わせ込みを行う工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また本発明の圧電振動子は、上述した方法によって製造されたことを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明の電子部品は、上述した方法によって製造された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧電振動片の外形形成のためのエッチングと溝部の形成のためのエッチングとを同時に行い、溝部形成後に、当該溝部を金属膜で覆った状態で溝部と同じ深さから圧電振動片の外形形成を再開し、外形形成後、続けて圧電振動片の外形側面をエッチングすることで周波数の合わせ込みを行っている。従って、圧電振動片の外形側面のみを加工することで周波数の合わせ込みができるため、従来のように圧電振動片の外形側面と振動腕部に形成された溝部とを同時に加工して周波数の合わせ込みを行う場合に比べて、エッチングレートが遅い状態で周波数の合わせ込みを行うことができるので、容易に高い精度で周波数の合わせ込みを行うことができる。このため後に電極パターンを形成して周波数の調整作業を行うときの調整範囲に収まる確実性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態として圧電振動子である音叉型の水晶振動子の製造方法について説明する。この実施の形態に係る水晶振動子の構造に関しては、従来技術の項のところで図７を用いて説明した水晶振動子と同一であるため、同一である部分の説明を省略する。
【００１８】
図１に示すように、この水晶振動子には、一対をなす一方の電極と他方の電極とが存在する。先ず振動腕部２のうち振動腕部２ａに着目すると、振動腕部２ａの２つの溝部３１，３２の内面全体とこれら溝部３１，３２の間とに一方の励振電極４１が形成されている。即ち、溝部３１，３２の間に相当するいわば橋部に形成された励振電極４１により、振動腕部２ａの各溝部３１，３２内の励振電極４１同士が互に接続されている。そしてこの振動腕部２ａの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には他方の励振電極５１が形成されている。更にまた振動腕部２ａにおける先端部には、その重量を調整することにより発振周波数を調整するための金属膜である調整用錘５０が設けられている。この調整用錘５０は励振電極５１の一部をなすものであるが、その他の部位の電極とは例えば膜厚や電極材料を変えている。なお、図１において励振電極４１，５１は図面を見易くするために斜線と黒の点在領域とを使い分けて表している。従って、図１の斜線は水晶片の断面を示すものではない。
【００１９】
また振動腕部２ｂに着目すると、振動腕部２ｂの２つの溝部３１，３２の内面全体と、これら溝部３１，３２の各々の間と、に他方の励振電極５１が形成されている。そしてこの振動腕部２ｂの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には一方の励振電極４１が形成されている。なお、振動腕部２ａにおける先端部においても、同様にその重量を調整することにより発振周波数を調整するための調整用錘４０が設けられている。また振動腕部２ａ，２ｂに設けられた電極の配置は、励振電極４１，５１が互に逆の関係であることを除くと互に同一である。そしてこれら一方の励振電極４１同士が電気的に接続されるように基部１の表面に引き出し電極４２からなる電極パターンが形成されていると共に、他方の励振電極５１同士が接続されるように基部１の表面に引き出し電極５２からなる電極パターンが形成されている。
【００２０】
次に、図１に示す水晶振動子の製造方法について図２〜図４を参照しながら説明する。なお、水晶振動子は一枚の圧電基板から多数の水晶振動子が作成されるが、図２〜図４は一枚の圧電基板のある一部分に作成される一個の水晶振動子について説明したものである。また図２〜図４は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された基板である水晶ウエハ６０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜６１を形成する（図２（ａ））。この金属膜６１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
【００２１】
続いてこのような金属膜６１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図２（ｂ））、このフォトレジストを水晶片の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように、また振動腕部に形成される溝部のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜６２を形成すると共に当該レジスト膜６２に振動腕部の溝パターンを形成する（図２（ｃ））。そしてこの後、前記レジスト膜６２をマスクにして水晶ウエハ６０をヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６２に覆われていない金属膜６１の部分を除去する（図２（ｄ））。
【００２２】
そしてこの水晶ウエハ６０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行って、図１に示す振動腕部２ａ，２ｂの溝部３１，３２を形成すると共に前記溝部３１，３２と同じ深さまで水晶片６５の外形を形成する（図２（ｅ））。こうして圧電基板である水晶ウエハ６０に複数個の水晶片６５が形成される。次に水晶ウエハ６０表面に残っている金属膜６１を全て剥離した後、水晶ウエハ６０表面に同様にしてスパッタ法で新たな金属膜６３を形成する（図３（ｆ））。
【００２３】
続いて水晶ウエハ６０の表面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図３（ｇ））、このフォトレジストを水晶片の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜６４を形成する（図３（ｈ））。この水晶ウエハ６０をＫＩ溶液に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６２に覆われていない金属膜６３の部分を除去する（図３（ｉ））。
【００２４】
しかる後、この水晶ウエハ６０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行うことによって、溝部３１，３２と同じ深さから水晶片６５の外形形成の続きが行われ、水晶片６５の外形が形成された後、続けて水晶片６５の外形側面をエッチングする周波数の合わせ込みが行われる（図３（ｊ））。
【００２５】
この周波数合わせ込みは、フッ酸中に水晶ウエハ６０を浸漬し、ある設定時間に達した時にウエットエッチングを止めて、図５に示す電極パターンが形成されていない状態の原型６から一つ水晶片６５を切り出して、この水晶片６５に電極を形成し、この電極に所定の電圧を印加して、その発振周波数ｆを検出し、当該発振周波数ｆが所定の周波数範囲内にあるか判断する。この時、発振周波数ｆが所定の周波数範囲内にない場合には、さらにフッ酸中に水晶ウエハ６０を浸漬し、ウエットエッチングを行う。そしてある設定時間に達した時にウエットエッチングを止めて、同様に電極パターンが形成されていない状態の原型６から一つ水晶片６５を切り出して、この水晶片６５に電極を形成し、この電極に所定の電圧を印加して、その発振周波数ｆを検出し、当該発振周波数ｆが所定の周波数範囲内にあるか判断する。このようにして水晶ウエハ６０をフッ酸によってエッチングする時間を微調整しながら周波数の合わせ込みが行われる。その後、水晶ウエハ６０に残っている金属膜６３を除去する。
【００２６】
次に、電極パターンを作成する工程について説明する。先ず、原型６の両面にスパッタ法で電極となる金属膜７１を形成する（図４（ｋ））。この金属膜７１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
【００２７】
続いてこのような金属膜７１の上にフォトレジストをスプレー法で塗布する（図４（ｌ））。そしてフォトリソグラフィーにより電極パターンとなるレジスト膜７２以外のレジスト膜７２を剥離する（図４（ｍ））。しかる後、レジスト膜７２が剥離された箇所の金属膜７１をエッチングして電極パターンを形成する（図４（ｎ））。その後、原型６に残っているレジスト膜７２を全て剥離する（図４（ｏ））。そして電極パターンが形成された原型６から、図１に示す水晶振動子が切り出されることになる。
【００２８】
上述の実施の形態によれば、水晶片６５の外形形成のためのエッチングと溝部３１，３２の形成のためのエッチングとを同時に行い、溝部３１，３２形成後に、当該溝部３１，３２を金属膜６３で覆った状態で溝部３１，３２と同じ深さから水晶片６５の外形形成を再開し、外形形成後、続けて水晶片６５の外形側面をエッチングすることで周波数の合わせ込みを行っている。従って、水晶片６５の外形側面のみを加工することで周波数の合わせ込みができるため、従来のように水晶片の外形側面と振動腕部に形成された溝部とを同時に加工して周波数の合わせ込みを行う場合に比べて、エッチングレートが遅い状態で周波数の合わせ込みを行うことができるので、容易に高い精度で周波数の合わせ込みを行うことができる。このため後に電極パターンを形成して周波数の調整作業を行うときの調整範囲に収まる確実性が高い。
【００２９】
また上述の実施の形態によれば、水晶片６５の外形と溝部３１，３２とを同時に形成し、途中で溝部３１，３２を金属膜６３で塞いで水晶片６５の外形エッチングを続行しているので、水晶振動子の製造工程が複雑化せずシンプルになると共に製造工程の短縮化を図ることができる。
【００３０】
なお、上述の実施の形態では、図３（ｆ）〜図３（ｈ）に示す工程を経て、図３（ｉ）に示すように振動腕部２ａ，２ｂの溝部３１，３２に金属膜６３が形成されるが、図２（ｅ）に示す工程の後、水晶ウエハ６０に形成されている溝部３１，３２と同じ大きさの孔が多数形成されたマスクを用い、このマスクの孔と水晶ウエハ６０に形成されている溝部３１，３２とが夫々重なるように当該マスクを水晶ウエハ６０の上方側に位置させ、このマスクを介して振動腕部２ａ，２ｂの溝部３１，３２のみに金属膜６３を直接形成するようにしてもよい。
【００３１】
また上述した水晶振動子は、例えば図６に示すように、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）構造のセラミックスからなるパッケージ７に格納される。このパッケージ７は、上面が開口している例えばセラミック製のケース体７ａと、例えば金属性の蓋体７ｂとから構成される。前記ケース体７ａと蓋体７ｂとは、例えば溶接材からなるシール材７ｃを介してシーム溶接され、その内部は真空状態となっている。上述した音叉型の水晶振動子７０は、このパッケージ７内の台座７１部分に基部１の引き出し電極４２，５２が導電性接着剤７ｄにより固定され、振動腕部２ａ，２ｂがパッケージ７内部の空間に伸び出した横向きの姿勢で台座７１に固定される。また前記台座７１の表面には、導電路７２，７３（７３は紙面奥側の導電路である）が配線されており、基部１の引き出し電極４２，５２が導電性接着剤７ｄを介して前記導電路７２，７３に接続される。また前記導電路７２，７３は、ケース体７ａの外部底面の長手方向に対向するように設けられた電極７４，７５に夫々接続されており、この結果、電極７４，７５、導電路７２，７３及び導電性接着剤７ｄを通って基部１の引き出し電極４２，５２に電流が印加されることで、前記水晶振動子７０が振動するようになっている。こうしてパッケージ型水晶振動子が構成され、この水晶振動子は、発振回路の回路部品が搭載されている図示しない配線基板に搭載され、これにより電子部品が構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造工程において製造される水晶振動片の原型の一例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を格納した水晶振動子パッケージの一例を示す概略縦断面図及び裏面図である。
【図７】音叉型水晶振動子の一例を示す概略平面図である。
【図８】従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。
【図９】従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    基部
２ａ，２ｂ  振動腕部
８    パッケージ
１０  水晶ウエハ
１１  金属膜
１２  レジスト膜
３１，３２  溝部
４０，５０  調整用錘
４１，５１  励振電極
４２，５２  引き出し電極
６０  水晶ウエハ
６１，６３  金属膜
６２，６４  レジスト膜
【図１】
2008028592.tif 000003
【図２】
2008028592.tif 000004
【図３】
2008028592.tif 000005
【図４】
2008028592.tif 000006
【図５】
2008028592.tif 000007
【図６】
2008028592.tif 000008
【図７】
2008028592.tif 000009
【図８】
2008028592.tif 000010
【図９】
2008028592.tif 000011