JP2005020141A

JP2005020141A - Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece and method for manufacturing piezoelectric device

Info

Publication number: JP2005020141A
Application number: JP2003179195A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Ogura; 誠一郎小倉; Hideaki Nakamura; 英明中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】励振部において厚さが一定な部分をより広くすることができ、圧電振動片の周波数特性を向上することができると共に、圧電振動片の小型化を図ることができる圧電振動片の製造方法及び圧電デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は前記機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の補強枠部９に沿った凹陥部１０ａ，１０ｂを形成すべき部分に溝を形成するための手段を用いて、それぞれ機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は前記機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の補強枠部９に沿った部分に溝９９を形成する溝形成ステップを有する。
【選択図】図４Manufacturing of a piezoelectric vibrating piece capable of making a portion having a constant thickness in an excitation part wider, improving the frequency characteristics of the piezoelectric vibrating piece, and reducing the size of the piezoelectric vibrating piece A method and a method for manufacturing a piezoelectric device are provided.
The optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and / or the optical axis (Z axis) viewed from the plus side of the mechanical axis (Y axis). The optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) using means for forming grooves in the portions where the recessed portions 10a, 10b along the side reinforcing frame 9 should be formed. A groove forming step of forming a groove 99 in a portion along the reinforcing frame portion 9 on the minus side of the optical axis (Z axis) viewed from the plus side of the optical axis and / or the plus side of the mechanical axis (Y axis).
[Selection] Figure 4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェットエッチングによって圧電素子片の少なくとも一方の面に凹陥部を形成して構成された薄肉の励振部及び、前記励振部の周囲に形成された補強枠部を有する圧電振動片の製造方法及び圧電デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、様々な電子機器に電子回路のクロック源等として圧電振動子等の圧電デバイスが広く使用されている。最近は、電子機器の小型化・薄型化に伴い、圧電デバイスの小型化・薄型化が要求され、装置の回路基板への実装に適した表面実装型のものが多く採用されている。
【０００３】
図１４（Ａ）は、従来の圧電振動片１３０の構成例を示す平面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示す圧電振動片１３０のＣ−Ｃ断面図であり、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）に示す圧電振動片１３０のＤ−Ｄ断面図である。尚、図１４においては励振電極の図示を省略している。
この圧電振動片１３０は、いわゆる逆メサ型水晶振動片であり、例えば矩形の薄板状のＡＴカット水晶素子片の表裏両主面にそれぞれ矩形の凹陥部を形成することにより、薄肉の励振部１１１及び励振部１１１の周辺に厚肉の補強枠部１０９が設けられている。
【０００４】
励振部１１１の表裏面には、図示しない一対の励振電極が形成され、一対の励振電極は、それぞれ図示しないリードを介して補強枠部１０９の長手方向の端部に設けられた引出電極と電気的に接続されている。これら励振電極、リード及び引出電極は、一般に電極材料のスパッタリング又は蒸着により水晶素子片の表面に電極膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより形成される。
【０００５】
励振部１１１は、外部から引出電極に入力する電気信号により励振電極間に電界が形成されると、逆圧電効果によるすべり歪みによって、その形状・寸法により決定される所定の周波数で振動する。励振部１１１は、図１４（Ｂ）に示す板厚ｄにより振動周波数が決まり、板厚ｄに反比例して周波数が高くなるが一方で、板厚ｄが薄くなるほど研磨等の機械加工は困難となり、強度も弱くなる。このため、高い周波数で振動させる圧電振動片１３０は、中央部に位置する励振部を薄くして、その周囲を厚くした逆メサ型とすることにより、高い振動周波数を得ると共に機械強度も保持するように構成されている。
【０００６】
従来の圧電振動片１３０は以上のような構成であり、次にその製造方法について説明する。
図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、それぞれ圧電振動片１３０の製造方法の手順を示す断面図である。尚、これらの断面図は、図１４（Ａ）のＣ−Ｃ断面に相当する断面図である。
【０００７】
まず、圧電体片の表裏全面に耐蝕膜を形成し、その上にフォトレジストを塗布する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、図１５（Ａ）に示す上記補強枠部１０９に相当する部分が圧電体片１６３上に残るよう、フォトレジスト１６４により耐蝕膜１６２を形成する。そして、エッチング液として、例えばフッ酸を使用して、ウェットエッチングを行う。これにより、図１５（Ｂ）に示すように圧電素子片１６１の中央部分の箇所だけをエッチングにより薄くし、図１５（Ｃ）に示すように逆メサ部１１０ａを形成して構成した板厚の励振部１１１を形成する。そして、図１５（Ｄ）に示すようにフォトレジスト１６４や耐蝕膜１６２を剥離して、図示しない励振電極を励振部１１１に形成することで圧電振動片１３０が完成する。
【０００８】
このようにして製造された圧電振動片１３０は、一見すると、逆メサ部１１０ａ，１１０ｂによって平坦な励振部１１１が形成されているように見える。しかし、この平坦に見える励振部１１１には、エッチングの際の異方性に起因する異形形状としての急斜面１１４が形成されてしまう。このような急斜面１１４は、励振部１１１における板厚ｄが一定な部分の範囲を狭めてしまうおそれがあり、圧電振動片１３０は、所定の振動周波数の振動を発生する有効な励振部１１１の面積が減少してしまい、振動周波数の特性が悪くなっていた。
【０００９】
そこで、従来の圧電振動片１３０では、所定の振動周波数で振動させるべき励振部１１１を、逆メサ部１１０ａにおける急斜面１１４からの影響を切り離すため、圧電振動片１３０の製造プロセス後に逆メサ部１１０ａ内の励振部１１１に形成された斜面にスリットを形成するようにしていた（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−８７０８７号公報（第２図、第３図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の手法では、スリットの存在により逆メサ部における斜面による影響を切り離すことができるものの、逆メサ部内に形成された斜面に対応させてスリットを形成することは少なからずとも励振部１１１の振動周波数に影響を与えるという問題点があった。またこれ以外にも、近年、圧電振動片の小型化が望まれているものの、従来の手法では、上記スリットを形成し完成後もスリットが残るため、圧電振動片の小型化を図ることができない問題点があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消して、励振部において厚さが一定な部分をより広くすることができ、圧電振動片の周波数特性を向上することができると共に、圧電振動片の小型化を図ることができる圧電振動片の製造方法及び圧電デバイスの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、ウェットエッチングによって圧電素子片の少なくとも一方の面に凹陥部を形成して構成された薄肉の励振部及び、前記励振部の周囲に形成された補強枠部を有する圧電振動片の製造方法であって、機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は前記機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の前記補強枠部に沿った前記凹陥部を形成すべき部分に溝を形成するための手段を用いて、それぞれ前記機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は前記機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の前記補強枠部に沿った部分に前記溝を形成する溝形成ステップと、ウェットエッチングにより、前記溝が形成された部分を含む前記凹陥部が形成されるべき部分をエッチングし、前記圧電素子片の少なくとも一方の面に前記凹陥部を形成して薄肉の前記励振部を形成する励振部形成ステップと、前記励振部の表裏面に一対の励振電極を形成する励振電極形成ステップとを有することを特徴とする圧電振動片の製造方法により、達成される。
上記構成によれば、機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の補強枠部に沿った凹陥部が形成されるべき部分に溝を形成した後に、ウェットエッチングを施して凹陥部を形成すると、凹陥部の底部が傾斜して形成されなくなる。このため、圧電振動片は、凹陥部を形成することで構成された励振部において、その厚さが一定の部分が広くなる。従って、圧電振動片は、励振部において厚さが一定の部分が広くなるため、圧電振動片の周波数特性を向上すると共に、励振部に形成する例えば励振電極のサイズが同じであれば、従来よりも小型化を図ることができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記励振部形成ステップでは、前記圧電素子片の両面にそれぞれ前記凹陥部を形成することを特徴とする。
上記構成によれば、圧電素子片の両面における一対の凹陥部を形成して励振部を構成するので、さらに励振部において厚さが一定の部分をより広く構成することができる。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明のいずれかの構成において、前記溝形成ステップでは、前記溝の底部がウェットエッチングの際に前記凹陥部内に異形形状として形成されるテーパ面に沿うように、前記溝を形成することを特徴とする。
上記構成によれば、圧電素子片をウェットエッチングして凹陥部を形成すると凹陥部内がより平坦となり、凹陥部によって構成された励振部の板厚が一定な部分がより広くなる。
【００１６】
上述の目的は、第４の発明によれば、ウェットエッチングによって圧電素子片の少なくとも一方の面に凹陥部を形成することで構成された薄肉の励振部及び、前記励振部の周囲に形成された補強枠部を有する圧電振動片を備える圧電デバイスの製造方法であって、機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は前記機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の前記補強枠部に沿った前記凹陥部を形成すべき部分に溝を形成するための手段を用いて、それぞれ前記機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は前記機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の前記補強枠部に沿った部分に前記溝を形成する溝形成ステップと、ウェットエッチングにより、前記溝が形成された部分を含む前記凹陥部が形成されるべき部分をエッチングし、前記圧電素子片の少なくとも一方の面に前記凹陥部を形成して薄肉の前記励振部を形成する励振部形成ステップと、前記励振部の表裏面に一対の励振電極を形成する励振電極形成ステップと、前記圧電振動片をパッケージに固定する固定ステップと、前記パッケージを蓋体により封止する封止ステップとを有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法により、達成される。
上記構成によれば、機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の補強枠部に沿った凹陥部が形成されるべき部分に溝を形成した後に、ウェットエッチングを施して凹陥部を形成すると、凹陥部の底部が傾斜して形成されなくなる。このため、圧電振動片を備える圧電デバイスは、凹陥部を形成することで構成された励振部において、その厚さが一定の部分が広くなる。従って、圧電振動片を備える圧電デバイスは、励振部において厚さが一定の部分が広くなるため、圧電振動片の周波数特性を向上すると共に、励振部に形成する例えば励振電極のサイズが同じであれば、従来よりも小型化を図ることができる。
【００１７】
【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。
図１は、本発明の好ましい実施形態としての圧電振動片の製造方法により製造された圧電振動片３０の構成例を示す斜視図である。
図２（Ａ）は、図１の圧電振動片３０の平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。尚、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）では、主として圧電素子片６１を図示し、励振電極を省略している。
【００１８】
図１の圧電振動片３０は、いわゆる逆メサ型水晶振動片であり、例えば矩形の薄板状のＡＴカット水晶素子片の表裏両主面にそれぞれ矩形の凹部でなる逆メサ部１０ａを形成することにより、薄肉の励振部１１及びその周辺に厚肉の補強枠部９が設けられている。尚、逆メサ部１０ａは、少なくとも一方の面に設けられている構成であっても良い。
【００１９】
この圧電振動片３０の圧電素子片６１は、例えば水晶を、そのＸ軸回りにＺ軸から所定の約３５度のカットアングルで切り出した水晶ウエハ（後述する水晶ウェハ６３）を矩形に切断して構成されている。また、圧電素子片６１の励振部１１の表裏面には、一対の励振電極２０，２０が形成されており、一対の励振電極２０，２０は、それぞれリード２１を介して補強枠部９の長手方向の端部に設けられた引出電極２２，２２と電気的に接続されている。これら励振電極２０，２０、リード２１及び引出電極２２，２２は、一般に電極材料のスパッタリング又は蒸着により水晶素子片６１の表面に電極膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより形成されている。
【００２０】
圧電振動片３０は以上のような構成であり、次に圧電振動片３０の動作例について説明する。
図１の励振部１１は、引出電極２２，２２に電気信号が入力され一対の励振電極２０，２０間に電界が形成されると、逆圧電効果によるすべり歪みに応じて、その形状・寸法により決定される所定の周波数で振動する。
【００２１】
励振部１１は、図２（Ｂ）や図２（Ｃ）に示す板厚ｄに応じて振動周波数が決まり、板厚ｄに反比例して周波数が高くなるが、一方で、板厚ｄが薄くなるほど研磨等の機械加工は困難となり、強度も弱くなる。このため、例えば高い周波数で振動させる圧電振動片３０は、中央部に位置する励振部１１を薄くして、その周囲を厚くした逆メサ型とすることにより、高い振動周波数を得ると共に機械強度も保持するように構成されている。
【００２２】
図３は、圧電振動片３０の結晶軸を表した一例を示す図である。
図中のＸ軸は電気軸であり、Ｙ軸は機械軸であり、Ｚ軸は光学軸（光軸）である。圧電振動片３０は、図示の座標系におけるＸＺ平面を、Ｘ軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料から切り出された平板である。尚、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸周りにθ回転させて、それぞれＹ’軸及びＺ’軸とする。従って、この圧電振動片３０は、結晶軸（Ｘ，Ｙ’，Ｚ’）を有する。
【００２３】
この圧電振動片３０は、Ｙ’軸に直交する面が励振面（主面）となるので、±Ｙ’側主面の中心部付近に、エッチングにより逆メサ部１０ａを形成して構成されている。逆メサ部１０ａのＺ’方向の両端部には、斜面１４及び略垂直面１６が形成されている。この斜面１４は、上述したように圧電材料が三方晶系であって、Ｚ方向よりＹ方向のエッチングレートが低くなるために形成されるものと考えられる。一方、−Ｚ’側の端部に形成される略垂直面１６は、後述する本発明の実施形態としての圧電振動片３０の製造方法を用いて製造すると傾斜して形成されないものの、用いないでないで製造する場合には、様々な大きさの圧電振動片においても、−Ｚ’側の端部には斜面として形成されている部分である。尚、圧電振動片３０の製造方法については後述する。
【００２４】
圧電振動片３０は以上のような構成であり、次に図１〜図３を参照しつつその製造方法の手順の一例について説明する。
＜圧電振動片の製造方法の概要＞
図４〜図７は、それぞれ圧電振動片３０の製造方法の手順の一部を示す断面図である。尚、図４〜図７は、それぞれ図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図であり、図５〜図７において、図４とほぼ同様の手順は説明を省略する。
【００２５】
本発明の実施形態としての圧電振動片３０の製造方法において特徴的なことは、水晶ウェハ６３に逆メサ部１０ａ等を形成するためにウェットエッチングする前に、例えば機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は機械軸のプラス側から見た光学軸のマイナス側の補強枠部９に沿った逆メサ部１０ａを形成するべき水晶ウェハ６３の部分に、溝９９を形成することである。つまり、そのエッチングの際に形成される異方性に起因する異形形状としての緩斜面が従来形成されていた位置に、図４（Ａ）に示すように溝９９を予め形成しておくことである。この溝９９は、例えばウェットエッチングで形成しても良いし、ドライエッチング或いは機械加工等の方法で形成しても良いことはいうまでもない。尚、以下の説明では、一例として、機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側に溝９９を形成する−Ｙ’側の励振部１１について説明する。
【００２６】
このような溝９９を形成した水晶ウェハ６３は、例えばフッ酸或いはＢＨＦ（フッ酸とフッ化アンモニウム溶液の混合物）でエッチングすると、図４（Ｂ）に示すように水晶ウェハ６３の平面部が深さ方向にエッチングされる。溝９９を形成せずに行う従来の手法では、逆メサ部１０ａとなるべき部分にエッチング直後から緩斜面が発生し始めるものの、本発明の実施形態としての圧電振動片３０の製造方法では、図４（Ｂ）に示すようにエッチング後の平面部の深さが溝９９の深さとなるまで緩斜面１６ａは発生しないようになる。
【００２７】
エッチング後の平面部の深さが図４（Ｃ）に示す溝９９の深さとなると、緩斜面１６ａが発生し始めるものの緩斜面１６ａの発生開始が従来よりも遅くなるため、緩斜面１６ａの長さは図４（Ｄ）に示すように短くなる。尚、溝９９の断面形状が、図４（Ａ）に示すくさび形である代わりに、図５（Ａ）に示すような矩形であっても図５（Ｂ）に示すようにウェットエッチングを行うことで同様に緩斜面１６ａの発生を少なくすることができる。尚、図５（Ｃ）〜図５（Ｅ）に示す手順は、上記図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）に示す手順と同様であるので、説明を省略する。
【００２８】
また、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示すようにウェットエッチングにより溝９９が消滅するのが平面部のエッチング終了点より遅い場合には、図６（Ｄ）に示すように緩斜面は発生しなくなるものの、図６（Ｅ）に示すように溝９９の一部が残存してしまう。また、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示すようにウェットエッチングにより溝９９が消滅するのが平面部のエッチング終了点とほぼ同時である場合には、図７（Ｄ）に示すように緩斜面が発生しない。しかも、溝９９の一部が残存しないことから、励振部１１が平坦となる。従って、図７（Ｅ）に示すように圧電振動片３０に形成される逆メサ部１０ａは、ウェットエッチング前に圧電素子片６１に形成しておく溝９９に応じて、励振部１１において厚さがほぼ等しい領域（以下「電極有効領域」という）Ｗ１を広げることができる。
【００２９】
ここで、溝９９の形状としては、上述のようなくさび状の代わりに、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）にそれぞれ示すようにその底部がエッチング予想ラインＬに接しているのが望ましい。このエッチング予想ラインＬは、ウェットエッチングにより水晶ウェハ６３をエッチングした際の異方性に起因して逆メサ部１０ａ内に異形形状として形成される斜面（テーパ面）に沿うラインである。
【００３０】
このようにすると、水晶ウェハ６３をウェットエッチングした後に逆メサ部１０ａ等内に上述したような緩斜面１６ａを形成しないようにすることができ、励振部１１において電極有効領域Ｗ１がより広くなる。また、溝９９の形状としては、その底部がエッチング予想ラインＬに接する形状であれば、例えば矩形或いは円形を問わず、どのような形状を採用することもできる。
【００３１】
＜圧電振動片の製造方法の詳細＞
次に圧電振動片３０の製造方法の手順の一例について詳細に説明する。
図９〜図１２は、それぞれ圧電振動片３０の製造方法の手順の一例を詳細に示した断面図である。尚、この説明では、本実施形態を圧電振動片３０の表裏両面に上記逆メサ部１０ａ，１０ｂを形成することに適用するものとして例示する。
尚、本実施形態は、表裏いずれか一方の面に上記逆メサ部１０ａを形成する場合に適用するようにしても良いことはいうまでもない。
【００３２】
まず、例えば両面を研磨した図９（Ａ）に示す水晶ウェハ６３（基板）を用意し、次に図９（Ｂ）に示すように水晶ウェハ６３の両面に、例えばＣｒを厚さ５００×１０^−１０ｍ程度となるまで蒸着或いはスパッタリングしてＣｒ膜を成膜し、さらに例えばＡｕを厚さ１０００×１０^−１０ｍ程度となるまで蒸着或いはスパッタリングしてＡｕ膜を成膜してフッ酸の耐蝕膜６２とする。
【００３３】
そして、図９（Ｃ）に示すように耐蝕膜６２の表面には、フォトレジストを塗布して乾燥させてフォトレジスト６４を成膜する。次に図９（Ｄ）に示すように、フォトレジスト６４上に溝９９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６６を配置する。そして、例えば紫外線で露光することでフォトマスク６６のエッチングパターンがフォトレジスト６４に転写される。
【００３４】
そして、図９（Ｅ）に示すようにフォトレジスト６４の感光部分を現像液で現像して除去し、耐蝕膜６２のＡｕ膜を露出させる。次に、露出したＡｕ膜を例えばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液で成るＡｕ用のエッチング液でエッチングし、Ｃｒ膜を露出させ、さらに露出したＣｒ膜を例えば硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸の水溶液で成るＣｒ用のエッチング液でエッチングし、図１０（Ａ）に示すように水晶ウェハ６３の一部を露出させる。
【００３５】
この後、図１０（Ｂ）に示すように一旦フォトレジスト６４を剥離し、図１０（Ｃ）に示すように新しいフォトレジスト６４ａを成膜する。尚、ここで、フォトレジスト６４を剥離し、フォトレジスト６４ａを成膜するのは、一旦Ｃｒ用、Ａｕ用のエッチング液にさらされたフォトレジスト６４の表面に変質層が形成され、この変質層が現像、露光しても取りきれないためである。
【００３６】
また、フォトレジスト６４を剥離して新たにフォトレジスト６４ａを成膜する代わりに、フォトレジスト６４を剥離せず、酸素ラジカル等で、Ａｕ用のエッチング液およびＣｒ用のエッチング液にさらされたことによってフォトレジスト６４の表面に生成したごく薄いフォトレジストの変質層を除去し、同じフォトレジスト６４を再度使用しても良いことはいうまでもない。
【００３７】
次に図１０（Ｄ）に示すようにフォトレジスト６４ａ上に上記逆メサ部１０ａの形状を形成するためのエッチングパターンが形成されたフォトマスク６６ａ（ガラスマスク）が配置され、例えば紫外線で露光してフォトマスク６６ａのエッチングパターンが、フォトレジスト６４ａに転写される。そして、フォトレジスト６４ａの感光部分（例えば逆メサ部１０ａとなる部分に相当）を現像液で現像して除去し、図１０（Ｅ）に示すようにＡｕ膜（耐蝕膜６２の一部）を露出させる。
【００３８】
次に、図１１（Ａ）に示すように本発明の実施形態において特徴的な溝９９を、露出した水晶ウェハ６３に形成する。溝９９の形成方法としては、様々な手法を採用することができるが、ここでは、例えば水晶ウェハ６３をフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液で成る水晶用のエッチング液でエッチングし、溝９９を形成する。一方、逆メサ部１０ａとなるべき部分内に露出したＡｕ膜（耐蝕膜６２の一部）を上述したＡｕ用のエッチング液でエッチングし、Ｃｒ膜を露出させる。さらに、露出したＣｒ膜（耐蝕膜６２の一部）を上述したＣｒ用のエッチング液でエッチングし、図１１（Ｂ）に示すように水晶ウェハ６３を露出させる。
【００３９】
次に、図１１（Ｃ）に示すように露出した水晶ウェハ６３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、圧電振動片３０の逆メサ部１０ａ，１０ｂの形状を形成する。そして、図１２（Ａ）に示すように残存しているフォトレジスト６４ａが除去され、さらに、図１２（Ｂ）に示すようにＣｒ膜やＡｕ膜で成る耐蝕膜６２が剥離される。これにより、励振部１１は、電極有効領域Ｗ１を大きく構成することができる。
【００４０】
次に図１２（Ｃ）に示すように励振電極を構成する材料２０ａを成膜すると共に、フォトレジスト６４ｂを成膜し、電極パターンに対応したフォトマスクを用いて電極パターンに対応したフォトレジスト６４ｂを形成する。次に図１２（Ｄ）に示すように耐蝕膜エッチングによって、電極パターンに対応したフォトレジスト６４ｂの部分以外の電極材料２０ａを除去する。次に図１２（Ｅ）に示すように電極材料２０ａ上のフォトレジスト６４ｂを除去することで、励振部１１に励振電極２０等を形成して圧電振動片３０が完成する。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態によれば、機械軸（Ｙ軸）のマイナス側から見た光学軸（Ｚ軸）のプラス側及び／又は前記機械軸（Ｙ軸）のプラス側から見た前記光学軸（Ｚ軸）のマイナス側の補強枠部９に沿った逆メサ部１０ａ等が形成されるべき水晶ウェハ６３の部分に溝９９を形成した後に、ウェットエッチングにより逆メサ部１０ａを形成すると、従来のように逆メサ部１０ａの底部が傾斜して形成されなくなる。このため、逆メサ部１０ａを形成することで構成された励振部１１において厚さが一定な有効電極領域Ｗ１が広くなり、圧電振動片３０の周波数特性を向上することができる。また、圧電振動片３０は、励振部１１において厚さが一定な有効電極領域Ｗ１の部分が広くなるため、例えば励振部１１に形成する励振電極２０のサイズが同じであれば、従来よりも小型化を図ることができる。
【００４２】
＜適用例＞
上述した圧電振動片３０は、以下のような圧電デバイスに搭載することができる。
図１３（Ａ）は、図１の圧電振動片３０を備える圧電デバイス１の構成例を示す平面図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
図１３（Ａ）に示すパッケージ２は、セラミック材料等により形成されている。また、キャビティ３の底面には電極４及び配線パターンが形成されており、パッケージ２の底面に形成した外部端子から、圧電振動片３０の励振電極２０に通電可能となる。そして、圧電振動片３０を片持ち状態で実装する。
【００４３】
具体的には、電極４の上に導電性接着剤５を塗布し、その上に圧電振動片３０の接続電極２２を配置して固定する。これにより、パッケージ２の底面の外部端子から、圧電振動片３０の励振電極２０に通電可能となる。尚、パッケージ２の上部には蓋部材８を装着して、パッケージ２の内部を窒素雰囲気等に保持する。
【００４４】
この圧電振動片３０は、集積回路素子と組み合わせて発振回路を形成することにより、圧電発振器として使用することができる。例えば圧電デバイス１と集積回路素子とを、配線パターンを形成したモジュール基板上に実装することにより、圧電発振器モジュールを構成することもできる。また、パッケージ２の内部に、圧電振動片３０と共に集積回路素子を封入することにより、圧電発振器パッケージを形成することができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。例えば上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧電振動片の構成例を示す斜視図。
【図２】図１の圧電振動片の平面図及び断面図。
【図３】圧電振動片の結晶軸を図示した一例を示す斜視図。
【図４】圧電振動片の製造方法の手順の一部を示す断面図。
【図５】圧電振動片の製造方法の手順の一部を示す断面図。
【図６】圧電振動片の製造方法の手順の一部を示す断面図。
【図７】圧電振動片の製造方法の手順の一部を示す断面図。
【図８】溝の構成例を示す断面図。
【図９】圧電振動片の製造方法の手順の一例を詳細に示した断面図。
【図１０】圧電振動片の製造方法の手順の一例を詳細に示した断面図。
【図１１】圧電振動片の製造方法の手順の一例を詳細に示した断面図。
【図１２】圧電振動片の製造方法の手順の一例を詳細に示した断面図。
【図１３】圧電デバイスの構成例を示す平面図及び断面図。
【図１４】従来の圧電振動片の構成例を示す平面図及び断面図。
【図１５】従来の圧電振動片の製造方法の手順を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・圧電デバイス、９・・・補強枠部、１０ａ，１０ｂ・・・逆メサ部（凹陥部）、１１・・・励振部、１６・・・略垂直面、１６ａ・・・緩斜面、２０・・・励振電極、３０・・・圧電振動片、９９・・・溝、Ｌ・・・エッチング予想ライン、Ｚ・・・光学軸（光軸）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a piezoelectric vibrating piece having a thin excitation part formed by forming a recess in at least one surface of a piezoelectric element piece by wet etching, and a reinforcing frame part formed around the excitation part. The present invention relates to a method and a method for manufacturing a piezoelectric device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators have been widely used as clock sources for electronic circuits in various electronic devices. Recently, along with miniaturization and thinning of electronic devices, miniaturization and thinning of piezoelectric devices have been demanded, and surface mount type devices suitable for mounting on a circuit board of an apparatus are often employed.
[0003]
14A is a plan view illustrating a configuration example of a conventional piezoelectric vibrating piece 130, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line C-C of the piezoelectric vibrating piece 130 illustrated in FIG. FIG. 14C is a DD cross-sectional view of the piezoelectric vibrating piece 130 illustrated in FIG. In FIG. 14, the excitation electrode is not shown.
The piezoelectric vibrating piece 130 is a so-called inverted mesa type quartz vibrating piece. For example, by forming rectangular concave portions on both the front and back main surfaces of a rectangular thin plate-shaped AT-cut quartz element piece, a thin excitation unit 111 is formed. Further, a thick reinforcing frame portion 109 is provided around the excitation portion 111.
[0004]
A pair of excitation electrodes (not shown) are formed on the front and back surfaces of the excitation unit 111, and the pair of excitation electrodes are electrically connected to an extraction electrode provided at an end in the longitudinal direction of the reinforcing frame portion 109 via a lead (not shown). Connected. These excitation electrodes, leads, and extraction electrodes are generally formed by forming an electrode film on the surface of a crystal element piece by sputtering or vapor deposition of an electrode material and patterning the film using a photolithography technique.
[0005]
When an electric field is formed between the excitation electrodes by an electrical signal input from the outside to the extraction electrode, the excitation unit 111 vibrates at a predetermined frequency determined by its shape and size due to slip distortion due to the inverse piezoelectric effect. The vibration frequency of the excitation unit 111 is determined by the plate thickness d shown in FIG. 14B, and the frequency increases in inverse proportion to the plate thickness d. On the other hand, as the plate thickness d decreases, machining such as polishing becomes difficult. The strength is also weakened. For this reason, the piezoelectric vibrating piece 130 that vibrates at a high frequency obtains a high vibration frequency and retains mechanical strength by making the excitation portion located at the center thin and making the periphery thick. It is configured as follows.
[0006]
The conventional piezoelectric vibrating piece 130 has the above-described configuration, and the manufacturing method thereof will be described next.
FIG. 15A to FIG. 15D are cross-sectional views illustrating the procedure of the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece 130. These cross-sectional views are cross-sectional views corresponding to the CC cross section of FIG.
[0007]
First, a corrosion-resistant film is formed on the entire front and back surfaces of the piezoelectric piece, and a photoresist is applied thereon. Thereafter, using a photolithography technique, a corrosion-resistant film 162 is formed from the photoresist 164 so that a portion corresponding to the reinforcing frame portion 109 shown in FIG. 15A remains on the piezoelectric piece 163. Then, wet etching is performed using, for example, hydrofluoric acid as an etchant. As a result, only the central portion of the piezoelectric element piece 161 is thinned by etching as shown in FIG. 15B, and the reverse mesa portion 110a is formed as shown in FIG. The excitation unit 111 is formed. Then, as shown in FIG. 15D, the photoresist 164 and the corrosion-resistant film 162 are peeled off, and an excitation electrode (not shown) is formed on the excitation portion 111, thereby completing the piezoelectric vibrating piece 130.
[0008]
At first glance, the piezoelectric vibrating piece 130 manufactured in this manner appears to have a flat excitation portion 111 formed by the reverse mesa portions 110a and 110b. However, a steep slope 114 having an irregular shape due to anisotropy at the time of etching is formed in the excitation portion 111 that looks flat. Such a steep slope 114 may reduce the range of a portion where the plate thickness d of the excitation unit 111 is constant, and the piezoelectric vibrating piece 130 is an effective area of the excitation unit 111 that generates vibration at a predetermined vibration frequency. As a result, the vibration frequency characteristics deteriorated.
[0009]
Therefore, in the conventional piezoelectric vibrating piece 130, the excitation unit 111 to be vibrated at a predetermined vibration frequency is separated from the influence from the steep slope 114 in the reverse mesa unit 110a. A slit is formed on the slope formed in the excitation portion 111 (see, for example, Patent Document 1).
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2003-87087 A (FIGS. 2 and 3)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional method, the influence of the inclined surface in the reverse mesa portion can be separated by the presence of the slit, but the slit is formed at least according to the inclined surface formed in the reverse mesa portion. There is a problem that the vibration frequency of the portion 111 is affected. In addition to this, in recent years, there has been a demand for downsizing of the piezoelectric vibrating piece, but in the conventional method, since the slit is formed and the slit remains after completion, the piezoelectric vibrating piece cannot be reduced in size. There was a problem.
[0012]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to make the portion having a constant thickness in the excitation part wider, to improve the frequency characteristics of the piezoelectric vibrating piece, and to improve the frequency characteristics of the piezoelectric vibrating piece. It is an object to provide a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece and a method for manufacturing a piezoelectric device that can be reduced in size.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the thin excitation portion formed by forming a recess in at least one surface of the piezoelectric element piece by wet etching, and the reinforcement formed around the excitation portion. A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece having a frame, which is viewed from the plus side of an optical axis (Z axis) and / or the plus side of the mechanical axis (Y axis) as seen from the minus side of the mechanical axis (Y axis). Further, using means for forming a groove in a portion where the concave portion along the reinforcing frame portion on the minus side of the optical axis (Z axis) is to be formed, the minus side of the mechanical axis (Y axis), respectively. The portion along the reinforcing frame portion on the plus side of the optical axis (Z axis) seen from the above and / or the minus side of the optical axis (Z axis) seen from the plus side of the mechanical axis (Y axis). Pre-groove forming step and wet etching Exciting part forming step of etching the part where the concave part including the part where the groove is formed is to be formed, and forming the concave part on at least one surface of the piezoelectric element piece to form the thin excitation part And an excitation electrode forming step of forming a pair of excitation electrodes on the front and back surfaces of the excitation unit. This is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
According to the above configuration, the plus side of the optical axis (Z axis) seen from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and / or the minus of the optical axis (Z axis) seen from the plus side of the mechanical axis (Y axis). If a recess is formed by performing wet etching after forming a groove in a portion where a recess along the reinforcing frame on the side is to be formed, the bottom of the recess is not inclined and formed. For this reason, the piezoelectric vibrating reed is widened in a portion having a constant thickness in the excitation portion configured by forming the recessed portion. Accordingly, since the piezoelectric vibrating piece has a constant thickness in the excitation part, the frequency characteristic of the piezoelectric vibrating piece is improved and, for example, if the size of the excitation electrode formed on the excitation part is the same, the piezoelectric vibrating piece can be improved. Can also be reduced in size.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the present invention, in the excitation portion forming step, the concave portions are formed on both surfaces of the piezoelectric element piece, respectively.
According to the above configuration, since the excitation portion is configured by forming a pair of concave portions on both surfaces of the piezoelectric element piece, a portion having a constant thickness can be further configured in the excitation portion.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect or the second aspect, in the groove forming step, a bottom surface of the groove is formed in an irregular shape in the recessed portion during wet etching. The groove is formed so as to extend along the line.
According to the above configuration, when the concave portion is formed by wet etching the piezoelectric element piece, the inside of the concave portion becomes flatter, and a portion where the plate thickness of the excitation portion constituted by the concave portion is constant becomes wider.
[0016]
According to the fourth aspect of the present invention, the thin-walled excitation portion formed by forming a recess in at least one surface of the piezoelectric element piece by wet etching, and formed around the excitation portion. A method of manufacturing a piezoelectric device including a piezoelectric vibrating piece having a reinforcing frame, the optical axis (Z-axis) plus side and / or the mechanical axis (Y-axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y-axis) Means for forming a groove in a portion where the concave portion along the reinforcing frame portion on the minus side of the optical axis (Z axis) viewed from the plus side of the optical axis (Z axis) is used. The reinforcing frame on the plus side of the optical axis (Z axis) seen from the minus side of the axis) and / or the minus side of the optical axis (Z axis) seen from the plus side of the mechanical axis (Y axis). A groove forming step for forming the groove in a portion along the line; Etching is performed to etch the portion where the recessed portion including the portion where the groove is formed is formed, and form the recessed portion on at least one surface of the piezoelectric element piece to form the thin excitation portion. An excitation part forming step, an excitation electrode forming step for forming a pair of excitation electrodes on the front and back surfaces of the excitation part, a fixing step for fixing the piezoelectric vibrating piece to a package, and a sealing for sealing the package with a lid The method is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric device characterized by comprising steps.
According to the above configuration, the plus side of the optical axis (Z axis) seen from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and / or the minus of the optical axis (Z axis) seen from the plus side of the mechanical axis (Y axis). If a recess is formed by performing wet etching after forming a groove in a portion where a recess along the reinforcing frame on the side is to be formed, the bottom of the recess is not inclined and formed. For this reason, in the piezoelectric device including the piezoelectric vibrating piece, a portion having a constant thickness is widened in the excitation unit configured by forming the recessed portion. Accordingly, in a piezoelectric device including a piezoelectric vibrating piece, a portion having a constant thickness is widened in the excitation unit, so that the frequency characteristics of the piezoelectric vibrating piece can be improved and, for example, the size of the excitation electrode formed on the excitation unit can be the same. Thus, the size can be reduced as compared with the conventional case.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric vibrating piece 30 manufactured by a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece as a preferred embodiment of the present invention.
2A is a plan view of the piezoelectric vibrating piece 30 in FIG. 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A, and FIG. It is BB sectional drawing of (A). 2A to 2C, the piezoelectric element piece 61 is mainly illustrated, and the excitation electrode is omitted.
[0018]
The piezoelectric vibrating piece 30 in FIG. 1 is a so-called inverted mesa type quartz vibrating piece. For example, the inverted mesa portion 10a formed of a rectangular recess is formed on each of the front and back main surfaces of a rectangular thin plate-shaped AT-cut quartz element piece. Thus, the thin excitation portion 11 and the thick reinforcing frame portion 9 are provided in the vicinity thereof. In addition, the structure provided in the at least one surface may be sufficient as the reverse mesa part 10a.
[0019]
The piezoelectric element piece 61 of the piezoelectric vibrating piece 30 is obtained by, for example, cutting a quartz wafer (a quartz wafer 63 described later) into a rectangle by cutting a quartz crystal around the X axis at a predetermined cut angle of about 35 degrees from the Z axis. It is configured. In addition, a pair of excitation electrodes 20, 20 are formed on the front and back surfaces of the excitation portion 11 of the piezoelectric element piece 61, and the pair of excitation electrodes 20, 20 are respectively arranged in the longitudinal direction of the reinforcing frame portion 9 via leads 21. It is electrically connected to the extraction electrodes 22 and 22 provided at the ends in the direction. The excitation electrodes 20 and 20, the lead 21, and the extraction electrodes 22 and 22 are generally formed by forming an electrode film on the surface of the crystal element piece 61 by sputtering or vapor deposition of an electrode material and patterning the film using a photolithography technique. Is formed.
[0020]
The piezoelectric vibrating piece 30 is configured as described above. Next, an operation example of the piezoelectric vibrating piece 30 will be described.
When the electric signal is input to the extraction electrodes 22 and 22 and an electric field is formed between the pair of excitation electrodes 20 and 20, the excitation unit 11 in FIG. Vibrates at a predetermined frequency that is determined.
[0021]
The vibration frequency of the excitation unit 11 is determined according to the plate thickness d shown in FIGS. 2B and 2C, and the frequency increases in inverse proportion to the plate thickness d. On the other hand, the plate thickness d is thin. Indeed, machining such as polishing becomes difficult and the strength becomes weaker. For this reason, for example, the piezoelectric vibrating reed 30 that vibrates at a high frequency is formed as an inverted mesa type in which the excitation unit 11 located at the center is thinned and the periphery thereof is thickened, thereby obtaining a high vibration frequency and mechanical strength. Configured to hold.
[0022]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of crystal axes of the piezoelectric vibrating piece 30.
In the drawing, the X axis is an electrical axis, the Y axis is a mechanical axis, and the Z axis is an optical axis (optical axis). The piezoelectric vibrating piece 30 is a flat plate cut out from a piezoelectric material along a plane obtained by rotating the XZ plane in the illustrated coordinate system by an angle θ around the X axis. The Y-axis and Z-axis are also rotated by θ around the X-axis to become Y′-axis and Z′-axis, respectively. Accordingly, the piezoelectric vibrating piece 30 has crystal axes (X, Y ′, Z ′).
[0023]
The piezoelectric vibrating piece 30 is configured by forming an inverted mesa portion 10a by etching near the center of the ± Y′-side main surface because the surface orthogonal to the Y′-axis is the excitation surface (main surface). Yes. A slope 14 and a substantially vertical surface 16 are formed at both ends in the Z ′ direction of the reverse mesa portion 10a. It is considered that the slope 14 is formed because the piezoelectric material is trigonal as described above and the etching rate in the Y direction is lower than that in the Z direction. On the other hand, the substantially vertical surface 16 formed at the end portion on the −Z ′ side is not formed in an inclined manner when manufactured using the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece 30 as an embodiment of the present invention described later, but is not used. In the case of manufacturing with the above, even in the piezoelectric vibrating reeds of various sizes, it is a portion formed as an inclined surface at the end on the −Z ′ side. A method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece 30 will be described later.
[0024]
The piezoelectric vibrating piece 30 is configured as described above. Next, an example of the procedure of the manufacturing method will be described with reference to FIGS.
<Outline of manufacturing method of piezoelectric vibrating piece>
4-7 is sectional drawing which shows a part of procedure of the manufacturing method of the piezoelectric vibrating piece 30, respectively. 4 to 7 are cross-sectional views corresponding to the AA cross-sectional view of FIG. 2A, respectively, and in FIG. 5 to FIG.
[0025]
A characteristic of the method of manufacturing the piezoelectric vibrating piece 30 according to the embodiment of the present invention is that, for example, minus of the mechanical axis (Y axis) is performed before wet etching to form the reverse mesa portion 10a and the like on the crystal wafer 63. The portion of the crystal wafer 63 to form the reverse mesa portion 10a along the reinforcing frame portion 9 on the plus side of the optical axis (Z axis) seen from the side and / or the minus side of the optical axis seen from the plus side of the mechanical axis In addition, the groove 99 is formed. That is, a groove 99 is formed in advance at a position where a gentle slope as a deformed shape caused by anisotropy formed during the etching is conventionally formed as shown in FIG. is there. Needless to say, the groove 99 may be formed by wet etching, for example, or by dry etching or machining. In the following description, as an example, the excitation unit 11 on the −Y ′ side that forms the groove 99 on the plus side of the optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) will be described.
[0026]
When the crystal wafer 63 in which such a groove 99 is formed is etched with, for example, hydrofluoric acid or BHF (a mixture of hydrofluoric acid and ammonium fluoride solution), as shown in FIG. Etched in the vertical direction. In the conventional method performed without forming the groove 99, a gentle slope starts to occur immediately after etching in the portion to be the reverse mesa portion 10a. However, in the method of manufacturing the piezoelectric vibrating piece 30 according to the embodiment of the present invention, FIG. As shown in FIG. 4B, the gentle slope 16a does not occur until the depth of the planar portion after etching reaches the depth of the groove 99.
[0027]
When the depth of the planar portion after etching reaches the depth of the groove 99 shown in FIG. 4C, although the gentle slope 16a starts to occur, the start of the gentle slope 16a becomes slower than before, so the length of the gentle slope 16a is increased. The length becomes shorter as shown in FIG. Note that, even if the groove 99 has a rectangular shape as shown in FIG. 5A instead of the wedge shape as shown in FIG. 4A, wet etching is performed as shown in FIG. 5B. Thus, the generation of the gentle slope 16a can be reduced similarly. Note that the procedure shown in FIGS. 5C to 5E is the same as the procedure shown in FIGS. 4B to 4D and will not be described.
[0028]
Further, as shown in FIGS. 6A to 6D, when the groove 99 disappears by wet etching later than the etching end point of the flat portion, a gentle slope as shown in FIG. However, as shown in FIG. 6E, a part of the groove 99 remains. Further, as shown in FIGS. 7A to 7D, when the groove 99 disappears by wet etching almost at the same time as the etching end point of the planar portion, as shown in FIG. 7D. There is no gentle slope. In addition, since a part of the groove 99 does not remain, the excitation unit 11 becomes flat. Accordingly, as shown in FIG. 7E, the reverse mesa portion 10a formed in the piezoelectric vibrating piece 30 has a thickness in the excitation portion 11 in accordance with the groove 99 formed in the piezoelectric element piece 61 before wet etching. Can be widened (hereinafter referred to as “electrode effective region”) W1.
[0029]
Here, as the shape of the groove 99, it is desirable that the bottom portion thereof is in contact with the predicted etching line L as shown in FIGS. 8A to 8C instead of the wedge shape as described above. . This predicted etching line L is a line along a slope (tapered surface) formed as an irregular shape in the reverse mesa portion 10a due to anisotropy when the crystal wafer 63 is etched by wet etching.
[0030]
In this way, it is possible to prevent the gentle slope 16a as described above from being formed in the reverse mesa portion 10a and the like after the quartz wafer 63 is wet etched, and the electrode effective region W1 becomes wider in the excitation portion 11. As the shape of the groove 99, any shape can be adopted regardless of whether it is a rectangle or a circle, for example, as long as the bottom of the groove 99 is in contact with the predicted etching line L.
[0031]
<Details of manufacturing method of piezoelectric vibrating piece>
Next, an example of the procedure of the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece 30 will be described in detail.
9 to 12 are cross-sectional views showing in detail an example of the procedure of the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece 30. In this description, the present embodiment is illustrated as being applied to the formation of the reverse mesa portions 10 a and 10 b on both the front and back surfaces of the piezoelectric vibrating piece 30.
Needless to say, this embodiment may be applied to the case where the reverse mesa portion 10a is formed on either one of the front and back surfaces.
[0032]
First, for example, a quartz wafer 63 (substrate) shown in FIG. 9A with both sides polished is prepared, and then, for example, Cr is formed on both sides of the quartz wafer 63 with a thickness of 500 × 10 5 as shown in FIG. 9B. ^-10 A Cr film is formed by vapor deposition or sputtering until the thickness reaches about m. ^-10 An Au film is formed by vapor deposition or sputtering until it reaches about m, thereby forming a hydrofluoric acid corrosion-resistant film 62.
[0033]
Then, as shown in FIG. 9C, a photoresist 64 is formed on the surface of the corrosion-resistant film 62 by applying a photoresist and drying it. Next, as shown in FIG. 9D, a photomask 66 on which an etching pattern for forming a groove 99 is drawn is disposed on the photoresist 64. Then, for example, the etching pattern of the photomask 66 is transferred to the photoresist 64 by exposure with ultraviolet rays.
[0034]
Then, as shown in FIG. 9E, the photosensitive portion of the photoresist 64 is developed and removed with a developing solution to expose the Au film of the corrosion resistant film 62. Next, the exposed Au film is etched with an etching solution for Au made of an aqueous solution of iodine and potassium iodide, for example, to expose the Cr film, and further, the exposed Cr film is made of, for example, ceric ammonium nitrate and perchloric acid. Etching is performed with an etching solution for Cr, which is an aqueous solution, to expose a portion of the crystal wafer 63 as shown in FIG.
[0035]
Thereafter, the photoresist 64 is temporarily peeled off as shown in FIG. 10B, and a new photoresist 64a is formed as shown in FIG. 10C. Here, the photoresist 64 is peeled off and the photoresist 64a is formed by forming an altered layer on the surface of the photoresist 64 once exposed to the etching solution for Cr and Au. This is because the film cannot be completely removed even after development and exposure.
[0036]
Also, instead of peeling off the photoresist 64 and newly forming a photoresist 64a, the photoresist 64 was not peeled off and exposed to an etching solution for Au and an etching solution for Cr with oxygen radicals or the like. It goes without saying that the very thin photoresist alteration layer formed on the surface of the photoresist 64 may be removed and the same photoresist 64 may be used again.
[0037]
Next, as shown in FIG. 10D, a photomask 66a (glass mask) in which an etching pattern for forming the shape of the reverse mesa portion 10a is formed on the photoresist 64a, which is exposed with, for example, ultraviolet rays. Then, the etching pattern of the photomask 66a is transferred to the photoresist 64a. Then, the photosensitive portion of the photoresist 64a (e.g., corresponding to the portion that becomes the reverse mesa portion 10a) is developed and removed with a developer, and the Au film (part of the corrosion-resistant film 62) is removed as shown in FIG. Expose.
[0038]
Next, as shown in FIG. 11A, a groove 99 characteristic in the embodiment of the present invention is formed in the exposed quartz wafer 63. Various methods can be adopted as a method for forming the groove 99. Here, for example, the crystal wafer 63 is etched with a crystal etching solution made of a mixed liquid of hydrofluoric acid and ammonium fluoride, and the groove is formed. 99 is formed. On the other hand, the Au film (a part of the corrosion-resistant film 62) exposed in the portion to be the reverse mesa portion 10a is etched with the above-described etching solution for Au to expose the Cr film. Further, the exposed Cr film (a part of the corrosion-resistant film 62) is etched with the above-described Cr etchant to expose the crystal wafer 63 as shown in FIG.
[0039]
Next, as shown in FIG. 11C, the exposed quartz wafer 63 is half-etched with the above-described quartz etching solution to form the shapes of the reverse mesa portions 10 a and 10 b of the piezoelectric vibrating piece 30. Then, the remaining photoresist 64a is removed as shown in FIG. 12A, and the corrosion resistant film 62 made of Cr film or Au film is peeled off as shown in FIG. 12B. Thereby, the excitation part 11 can comprise the electrode effective area | region W1 large.
[0040]
Next, as shown in FIG. 12C, a material 20a constituting the excitation electrode is formed, a photoresist 64b is formed, and a photoresist 64b corresponding to the electrode pattern is formed using a photomask corresponding to the electrode pattern. Form. Next, as shown in FIG. 12D, the electrode material 20a other than the portion of the photoresist 64b corresponding to the electrode pattern is removed by etching with a corrosion resistant film. Next, as shown in FIG. 12E, by removing the photoresist 64b on the electrode material 20a, the excitation electrode 20 and the like are formed on the excitation unit 11, and the piezoelectric vibrating piece 30 is completed.
[0041]
According to a preferred embodiment of the present invention, the optical axis viewed from the plus side of the optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and / or the plus side of the mechanical axis (Y axis). When the reverse mesa portion 10a is formed by wet etching after the groove 99 is formed in the portion of the crystal wafer 63 where the reverse mesa portion 10a or the like along the negative reinforcing frame portion 9 of (Z axis) is to be formed, Thus, the bottom of the inverted mesa portion 10a is not inclined and formed. For this reason, in the excitation part 11 comprised by forming the reverse mesa part 10a, the effective electrode area | region W1 with constant thickness becomes wide, and the frequency characteristic of the piezoelectric vibrating piece 30 can be improved. Further, since the portion of the effective electrode region W1 having a constant thickness is widened in the excitation unit 11, the piezoelectric vibrating piece 30 is smaller than the conventional one if the size of the excitation electrode 20 formed in the excitation unit 11 is the same, for example. Can be achieved.
[0042]
<Application example>
The piezoelectric vibrating piece 30 described above can be mounted on the following piezoelectric device.
13A is a plan view illustrating a configuration example of the piezoelectric device 1 including the piezoelectric vibrating piece 30 in FIG. 1, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
A package 2 illustrated in FIG. 13A is formed of a ceramic material or the like. In addition, the electrode 4 and the wiring pattern are formed on the bottom surface of the cavity 3, and the excitation electrode 20 of the piezoelectric vibrating piece 30 can be energized from the external terminal formed on the bottom surface of the package 2. Then, the piezoelectric vibrating piece 30 is mounted in a cantilever state.
[0043]
Specifically, the conductive adhesive 5 is applied on the electrode 4, and the connection electrode 22 of the piezoelectric vibrating piece 30 is arranged and fixed thereon. As a result, the excitation electrode 20 of the piezoelectric vibrating piece 30 can be energized from the external terminal on the bottom surface of the package 2. A lid member 8 is attached to the upper part of the package 2 to keep the inside of the package 2 in a nitrogen atmosphere or the like.
[0044]
The piezoelectric vibrating piece 30 can be used as a piezoelectric oscillator by forming an oscillation circuit in combination with an integrated circuit element. For example, a piezoelectric oscillator module can be configured by mounting the piezoelectric device 1 and an integrated circuit element on a module substrate on which a wiring pattern is formed. Further, by encapsulating the integrated circuit element together with the piezoelectric vibrating piece 30 in the package 2, a piezoelectric oscillator package can be formed.
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims. For example, a part of each configuration of the above embodiment can be omitted, or can be arbitrarily combined so as to be different from the above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration example of a piezoelectric vibrating piece.
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the piezoelectric vibrating piece in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an example illustrating a crystal axis of a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of a groove.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing in detail an example of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing in detail an example of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing in detail an example of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing in detail an example of a procedure of a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
13A and 13B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration example of a piezoelectric device.
14A and 14B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration example of a conventional piezoelectric vibrating piece.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a procedure of a conventional method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric device, 9 ... Reinforcement frame part, 10a, 10b ... Reverse mesa part (concave part), 11 ... Excitation part, 16 ... Substantially vertical surface, 16a ... Slow slope 20 ... excitation electrode, 30 ... piezoelectric vibrating piece, 99 ... groove, L ... etching prediction line, Z ... optical axis (optical axis)

Claims

A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece having a thin-walled excitation portion formed by forming a recessed portion on at least one surface of a piezoelectric element piece by wet etching, and a reinforcing frame portion formed around the excitation portion. ,
The reinforcement on the plus side of the optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and / or on the minus side of the optical axis (Z axis) seen from the plus side of the mechanical axis (Y axis). Using means for forming a groove in the portion where the concave portion along the frame is to be formed, the plus side of the optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and A groove forming step of forming the groove in a portion along the reinforcing frame portion on the minus side of the optical axis (Z axis) viewed from the plus side of the mechanical axis (Y axis);
Etching a portion where the concave portion including the portion where the groove is formed is formed by wet etching, and forming the concave portion on at least one surface of the piezoelectric element piece to form the thin excitation portion Exciter forming step,
A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, comprising: an excitation electrode forming step of forming a pair of excitation electrodes on the front and back surfaces of the excitation unit.

2. The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein, in the excitation portion forming step, the recessed portions are formed on both surfaces of the piezoelectric element piece, respectively.

3. The groove forming step, wherein the groove is formed so that a bottom portion of the groove follows a tapered surface formed as a deformed shape in the recessed portion during wet etching. A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to any one of the above.

A piezoelectric device comprising a piezoelectric vibrating piece having a thin-walled excitation portion formed by forming a recessed portion on at least one surface of a piezoelectric element piece by wet etching, and a reinforcing frame portion formed around the excitation portion. A manufacturing method comprising:
The reinforcement on the plus side of the optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and / or on the minus side of the optical axis (Z axis) seen from the plus side of the mechanical axis (Y axis). Using means for forming a groove in the portion where the concave portion along the frame is to be formed, the plus side of the optical axis (Z axis) viewed from the minus side of the mechanical axis (Y axis) and A groove forming step of forming the groove in a portion along the reinforcing frame portion on the minus side of the optical axis (Z axis) viewed from the plus side of the mechanical axis (Y axis);
Etching a portion where the concave portion including the portion where the groove is formed is formed by wet etching, and forming the concave portion on at least one surface of the piezoelectric element piece to form the thin excitation portion Exciter forming step,
An excitation electrode forming step of forming a pair of excitation electrodes on the front and back surfaces of the excitation unit;
A fixing step of fixing the piezoelectric vibrating piece to a package;
And a sealing step of sealing the package with a lid.