JP2001251154A - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電振動片の振動周波数を目的とする振動周
波数に高精度に調整することができる圧電振動片の製造
方法を提供すること。 【解決手段】 振動部３１の中央部が薄板化された圧電
振動片３０を製造する際、前記振動部の一部に第１の電
極３２を形成し、前記第１の電極に電圧を印加し前記振
動部を振動させて振動周波数を測定し、前記振動部の振
動が前記目的振動周波数となるように測定によって得ら
れた測定振動周波数に基づいて前記振動部の中央部の部
分を除去し、前記振動部の中央部に第２の電極３３を形
成する。このように、製造工程内で振動部の振動周波数
を直接測定して振動部を修正するようにしているので、
目的とする振動周波数に高精度に調整することができ
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、圧電振動片の製造
方法に関し、特に振動周波数の調整を高精度に行うこと
ができる圧電振動片の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動片は、振動部と励振電極及び引
き出し電極で概略構成されている。このような構成の圧
電振動片は、振動部の板厚により振動周波数が決定され
る。振動部の板厚と振動周波数は反比例の関係にあり、
例えば振動部の板厚が１００μｍのときの振動周波数は
１７．５ＭＨｚとなり、振動部の板厚が５０μｍのとき
の振動周波数は３５ＭＨｚとなる。

【０００３】ところが、振動部の板厚が薄くなるほど、
機械的な研磨加工は困難になり、また振動に対する強度
は弱くなり、振動部が破損し易くなる。このため、高周
波数の圧電振動片は、振動部の中央部のみを薄く加工
し、外周部を補強枠として厚く加工した、いわゆる逆メ
サ型の形状に作製されている。振動部の中央部の薄板化
は、機械的な研磨で行う場合もあるが、殆どがウエット
エッチングで行われている。

【０００４】図１０（Ａ）、（Ｂ）は、一般的な逆メサ
型圧電振動片の一例を示す斜視図及びそのＡ−Ａ線断面
図である。

【０００５】この逆メサ型圧電振動片１０は、矩形板状
の振動部１１の中央部のみが薄く加工され、外周部が厚
く加工されている。そして、振動部１１の中央部の表裏
面には励振電極１２が形成され、外周部の一端には各励
振電極１２に通電するための引き出し電極１３が形成さ
れている。

【０００６】このような逆メサ型圧電振動片１０の製造
方法としては、基板に複数のエッチングパターンをフォ
トリソグラフィで形成して所定の厚さまでウエットエッ
チングし、複数のチップをウエットエッチング等で分割
して振動部１１とする。そして、励振電極１２及び引き
出し電極１３をスパッタリング等で形成して最終的な逆
メサ型圧電振動片１０とする方法が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の逆メサ
型圧電振動片１０の振動周波数を目的とする振動周波数
に調整する方法としては、振動部１１の厚みを実測して
振動周波数に換算することにより、目的とする振動周波
数になるまで振動部１１の厚みをウエットエッチングす
る方法と、非接触のダミー電極により振動部１１を振動
させて振動周波数を測定することにより、目的とする振
動周波数になるまで振動部１１の厚みをウエットエッチ
ングする方法と、励振電極１２の厚みを研磨等で減少さ
せることにより目的とする振動周波数にする方法が採ら
れている。

【０００８】ところが、振動部１１の厚みを実測して振
動周波数に換算する方法では、振動部１１の厚みが薄い
ために厚み測定が困難であり、また、厚み測定装置の接
触により振動部１１を破損させるおそれがあるという欠
点があった。非接触のダミー電極により振動部１１を振
動させて振動周波数を測定する方法では、クリスタルイ
ンピーダンスが大きい材料の場合は振動周波数測定が困
難であり、また、振動周波数測定装置の位置合わせが悪
いと振動部１１を破損させるおそれがあるという欠点が
あった。励振電極１２の厚みを研磨等で減少させる方法
では、励振電極１２の厚みが極薄であるため、逆メサ型
圧電振動片１０の振動周波数の調整量に限界が生じ、目
的とする振動周波数に調整することができない場合があ
るという欠点があった。

【０００９】本発明の目的は、上記課題を解消して、圧
電振動片の振動周波数を目的とする振動周波数に高精度
に調整することができる圧電振動片の製造方法を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、振動
部の中央部が薄板化された圧電振動片の製造方法におい
て、前記振動部の一部に第１の電極を形成し、前記第１
の電極に電圧を印加し前記振動部を振動させて振動周波
数を測定し、前記振動部の振動が設定振動周波数となる
ように測定によって得られた測定振動周波数に基づいて
前記振動部の中央部の部分を除去し、前記振動部の中央
部に第２の電極を形成することを特徴とする圧電振動片
の製造方法である。

【００１１】この請求項１の発明では、第１の電極によ
り振動部の現状の振動周波数を実測して目的とする振動
周波数との差を求め、この差が零となる振動部の厚さを
求める。そして、この厚さとなるように振動部を加工
し、その後に第２の電極を形成して最終的な圧電振動片
としている。このように、製造工程内で振動部の振動周
波数を直接測定して振動部を修正するようにしているの
で、目的とする振動周波数に高精度に調整することがで
きる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載の構成
において、前記第１の電極を、前記振動部の中央部から
外周部にかけて形成する圧電振動片の製造方法である。

【００１３】この請求項２の発明では、請求項１の発明
の作用に加え、振動部の中央部から外周部にかけて第１
の電極を形成しているので、この第１の電極を引き出し
電極として利用することができ、工数の増加を抑えるこ
とができる。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１または２に記
載の構成において、前記振動部の中央部を、ドライエッ
チングにより除去する圧電振動片の製造方法である。

【００１５】この請求項３の発明では、請求項１または
２の発明の作用に加え、ガスエッチングにより振動部の
中央部の部分除去を行うことができるので、作業を簡易
とすることができ、工数を低減させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。

【００１７】図１〜図６は、本発明の圧電振動片の製造
方法の実施形態を示す工程図である。

【００１８】先ず、サイズが３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．
１ｍｍの水晶で成るＡＴカット基板（３５度１５分 回
転Ｙ板）２１を用意して表面をポリッシュ仕上げする
（図１（Ａ））。そして、このＡＴカット基板２１の両
面にＣｒを厚さ０．０５μｍとなるまでスパッタリング
あるいは蒸着してＣｒ膜２２を成膜し、さらにＡｕを厚
さ０．１μｍとなるまでスパッタリングあるいは蒸着し
てＡｕ膜２３を成膜してフッ酸の耐蝕膜とする（図１
（Ｂ））。そして、Ａｕ膜２３の表面にフォトレジスト
を塗布し乾燥させてフォトレジスト膜２４を成膜する
（図１（Ｃ））。

【００１９】次に、フォトレジスト膜２４上に振動部３
１（図３参照）の外形を形成するためのエッチングパタ
ーンが描画されたフォトマスク２５を配置し、紫外線で
露光してフォトマスク２５のエッチングパターンをフォ
トレジスト膜２４に転写する（図１（Ｄ））。そして、
フォトレジスト膜２４の感光部分を現像液で現像して除
去し、Ａｕ膜２３を露出させる（図１（Ｅ））。

【００２０】次に、露出したＡｕ膜２３を例えばヨウ素
（Ｉ２ ）とヨウ化カリウム（ＫＩ）の水溶液で成るＡ
ｕ用のエッチング液でエッチングし、Ｃｒ膜２２を露出
させ、さらに露出したＣｒ膜２２をＣｒ用のエッチング
液でエッチングし、ＡＴカット基板２１を露出させる
（図２（Ａ））。そして、残存しているフォトレジスト
膜２４を剥離する（図２（Ｂ））。続いて、露出したＡ
Ｔカット基板２１と残存しているＣｒ膜２２、Ａｕ膜２
３を全て覆うようにフォトレジストを再度塗布し乾燥さ
せてフォトレジスト膜２６を成膜する（図２（Ｃ））。

【００２１】次に、フォトレジスト膜２６上に振動部３
１の形状を形成するためのエッチングパターンが描画さ
れたフォトマスク２７を配置し、紫外線で露光してフォ
トマスク２７のエッチングパターンをフォトレジスト膜
２６に転写する（図２（Ｄ））。そして、フォトレジス
ト膜２６の感光部分を現像液で現像して除去し、ＡＴカ
ット基板２１及びＡｕ膜２３を露出させる（図３
（Ａ））。

【００２２】次に、露出したＡＴカット基板２１を例え
ばフッ化水素酸（ＨＦ）とフッ化アンモニウム（ＮＨ４
Ｆ）が１：１の混合液（緩衝フッ酸）で成る水晶用の
エッチング液を５０°Ｃにして１時間エッチングし、サ
イズが３ｍｍ×２ｍｍの振動部３１を形成する（図３
（Ｂ））。一方、露出したＡｕ膜２３を上述したＡｕ用
のエッチング液でエッチングし、Ｃｒ膜２２を露出さ
せ、さらに露出したＣｒ膜２２を上述したＣｒ用のエッ
チング液でエッチングし、ＡＴカット基板２１を露出さ
せる（図３（Ｃ））。

【００２３】次に、露出したＡＴカット基板２１を上述
した水晶用のエッチング液でハーフエッチングし、振動
部３１の中央部を厚さ８μｍに形成する（図３
（Ｄ））。そして、残存しているフォトレジスト膜２６
とＣｒ膜２２、Ａｕ膜２３を剥離する。これにより、複
数の振動部３１が完成する（図３（Ｅ））。

【００２４】次に、振動部３１の両面上に第１の電極３
２を形成するための電極パターン３２が描画されたマス
ク２８ａを配置し（図４（Ａ））、振動部３１の両面に
Ｃｒを厚さ２０ｎｍとなるまでスパッタリングしてＣｒ
膜を成膜し、さらにＡｕを厚さ５０ｎｍとなるまでスパ
ッタリングしてＡｕ膜を成膜して第１の電極３２とする
（図４（Ｂ））。

【００２５】次に、第１の電極３２を振動周波数測定装
置４０に接続し、第１の電極３２に通電して振動部３１
を振動させ振動周波数を測定する。この時点における振
動周波数は、例えば１６６．３ＭＨｚとなる。そして、
この測定した振動周波数と目的とする振動周波数との差
を求め、この差が零となる振動部３１の厚さを求める
（図５（Ａ））。

【００２６】次に、振動部３１をドライエッチング装置
５０にセットし、振動部３１の両面上に振動部３１をド
ライエッチングするためのマスク２９を配置する。そし
て、ドライエッチング装置５０内にＣＦ４ を流量が８
×１０−５ｍ３ ／ｍｉｎ、振動部３１への到達圧力が
０．００２Ｐａ、ガス導入後の圧力が２Ｐａとなるよう
に流し、プラズマの発生パワーが１００Ｗ、周波数が１
３．５６ＭＨｚで振動部３１を１００ｓｅｃドライエッ
チングする（図５（Ｂ））。

【００２７】尚、このときのドライエッチング装置５０
によるエッチング時間（ｓｅｃ）と振動周波数変化（Ｍ
Ｈｚ）との関係は、ドライエッチング装置５０によるプ
ラズマの発生パワーが１００Ｗのときは図７の黒丸に示
すように緩やかであるが、プラズマの発生パワーが２０
０Ｗのときは図７の黒四角に示すように急峻となる。よ
って、エッチング時間（ｓｅｃ）の短縮化及び振動周波
数調整の高精度化を図る場合は、初期段階ではプラズマ
の発生パワーを高くし、最終段階ではプラズマの発生パ
ワーを低くして行うようにすればよい。

【００２８】次に、振動部３１の両面上に第２の電極３
３を形成するための電極パターンが描画されたマスク２
８ｂを配置し（図６（Ａ））、振動部３１の両面にＣｒ
を厚さ１０ｎｍとなるまでスパッタリングしてＣｒ膜を
成膜し、さらにＡｕを厚さ２０ｎｍとなるまでスパッタ
リングしてＡｕ膜を成膜して第２の電極３３とする（図
６（Ｂ））。

【００２９】以上の工程により、図８に示すような最終
的な逆メサ型圧電振動片３０を得ることができる。この
逆メサ型圧電振動片３０は、矩形板状の振動部３１の中
央部のみが薄く加工され、外周部が厚く加工されてい
る。そして、振動部３１の中央部から外周部の一端にか
けての表裏面には第１の電極３２が形成され、振動部３
１の中央部の表裏面には、第１の電極６２に一部が接続
された第２の電極３３が形成されている。第１の電極３
２は、振動部３１への通電用の引き出し電極として機能
し、第２の電極３３は、振動部３１の励振用の励振電極
として機能する。

【００３０】振動部３１は、例えば水晶で作成されてい
るが、他に例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３ ）
やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ
３）等で作成してもよい。第１の電極３２及び第２の電
極３３は、例えばクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）がこの順
で積層成膜されている。第１の電極３２の厚みは第２の
電極３３の厚みよりも厚くなるように成膜されている。

【００３１】尚、本実施形態により製造される逆メサ型
圧電振動片としては、図８に示すような形状に限られる
ものではなく、例えば図９に示す逆メサ型圧電振動片６
０のように、振動部３１の中央部の外縁部から外周部の
一端にかけての表裏面には第１の電極６２が形成され、
振動部３１の中央部の内部の表裏面には、第１の電極６
２に一部が接続される第２の電極６３が形成されてい
る。

【００３２】このような形状によれば、第１の電極６２
に通電して振動部６１を振動させたときの振動周波数を
より正確に測定することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１の
電極により振動部の現状の振動周波数を実測して目的と
する振動周波数との差を求め、この差が零となる振動部
の厚さを求め、この厚さとなるように振動部を加工し、
その後に第２の電極を形成して最終的な圧電振動片とし
ている。したがって、製造工程内で振動部の振動周波数
を直接測定して振動部を修正することができるので、目
的とする振動周波数に高精度に調整することができる。
さらに、振動部に直接接触することがないので、接続部
の破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第１の工程図。

【図２】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第２の工程図。

【図３】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第３の工程図。

【図４】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第４の工程図。

【図５】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第５の工程図。

【図６】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第６の工程図。

【図７】本発明の圧電振動片の製造方法におけるドライ
エッチング装置によるエッチング時間（ｓｅｃ）と振動
周波数変化（ＭＨｚ）との関係を示す図。

【図８】本発明の圧電振動片の製造方法により製造され
た逆メサ型圧電振動片を示す斜視図。

【図９】本発明の圧電振動片の製造方法により製造され
た別の逆メサ型圧電振動片を示す斜視図。

【図１０】従来の逆メサ型圧電振動片の一例を示す斜視
図及びそのＡ−Ａ線断面図。

【符号の説明】

１０、３０、６０ 逆メサ型圧電振動片 １１、３１、６１ 振動部 １２ 励振電極 １３ 接続電極 ３２、６２ 第１の電極 ３３、６３ 第２の電極 ２１ ＡＴカット基板 ２２ Ｃｒ膜 ２３ Ａｕ膜 ２４、２６ フォトレジスト膜 ２５、２７ フォトマスク ２８ａ、２８ｂ、２９ マスク ４０ 振動周波数測定装置 ５０ ドライエッチング装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動部の中央部が薄板化された圧電振動
   片の製造方法において、 前記振動部の一部に第１の電極を形成し、 前記第１の電極に電圧を印加し前記振動部を振動させて
   振動周波数を測定し、 前記振動部の振動が設定振動周波数となるように測定に
   よって得られた測定振動周波数に基づいて前記振動部の
   中央部の部分を除去し、 前記振動部の中央部に第２の電極を形成することを特徴
   とする圧電振動片の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の電極を、前記振動部の中央部
   から外周部にかけて形成する請求項１に記載の圧電振動
   片の製造方法。
3. 【請求項３】 前記振動部の中央部を、ドライエッチン
   グにより除去する請求項１または２に記載の圧電振動片
   の製造方法。