JP2005026847A

JP2005026847A - 圧電振動素子の製造方法

Info

Publication number: JP2005026847A
Application number: JP2003188196A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sato; 健二佐藤
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】小型化（薄型化）に対応し、且つ、歩留まりを向上させる圧電振動素子の製造方法を提供する。
【解決手段】圧電基板の周縁よりも中央部分の厚みを大きくして該圧肉部分を振動部とした圧電振動素子の製造方法であって、大型の圧電基板の前記圧電振動素子に相当する素子領域と、該素子領域と第１の間隙を隔てて配置した支持部領域と、該支持部領域と第２の間隙を隔てて配置した枠部領域と、を保護膜で覆い、圧電基板の前記間隙にエッチングを施す第１のエッチング工程と、前記振動部に相当する振動領域と前記支持部領域と前記枠部領域とを保護膜で覆い、圧電基板にエッチングを施す第２のエッチング工程と、を有し、前記第１及び第２のエッチング工程により前記素子領域と前記支持部領域とを繋ぐ細幅の連結部を残して前記第１の間隙を貫通した後、前記連結部を折り割ることにより個片の圧電振動素子を得ることを特徴とする圧電振動素子の製造方法。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子やフィルタ等に使用される圧電振動素子の製造方法に関し、特に薄板化した圧電振動素子の電極形成工程に発生する種々の不具合を解決した圧電振動素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化および小型化の急激な進展により、これらの通信機器に使用される水晶振動子に対しても低価格化、小型化の要求が高まっており、水晶振動子の高周波化、即ち水晶振動素子の薄板化の傾向を辿っている。
【０００３】
以下、従来の水晶振動子（水晶振動素子）について説明する。
従来の水晶振動子には、例えば特開平８−３３０８８３号公報で開示されたようなものがあり、図１６はその構成を示す斜視図である。
水晶基板１０１の両主面に形成した励振電極１０２と該励振電極１０２から延出する引き出し電極１０３とをエッチング用マスクと見立てて、励振電極１０２及び引き出し電極１０３の非形成部位１０４（表面に水晶の露出している部位）をウエットエッチングにより厚みを薄く成形した水晶振動素子１００である。
【０００４】
前記水晶振動子１００の製造方法は、所望の共振周波数に対応した厚みに加工した前記水晶基板１０１の両主面の中央部に相対面して蒸着（ＣＶＤ及びＰＶＤ）により前記励振電極１０２を形成し、該励振電極１０２夫々から互いに反対方向の端縁部へ延出した前記引き出し電極１０３を形成している。そして、このまま水晶基板１０１をエッチング液に浸漬する。この種の目的に用いるエッチング液としてはフッ化水素、フッ化アンモニウム等の飽和水溶液が知られている。このようにすれば励振電極１０２及び引き出し電極１０３はマスクとなりエッチング液に浸してもこれらの電極部分はエッチングされない。したがって、前記非形成部位１０４のみがエッチングされて該非形成部位１０４の厚みは薄くなり電極の形成部位との間に段差を生じると共に、エッチングによって（厚み加工時に形成された）加工変質層は取り除かれ、それによって良好な振動特性を得ることができる。
【０００５】
【特許文献】特開平８−３３０８８３号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な水晶振動素子の製造方法、特に前記励振電極及び前記引き出し電極の形成方法は、図１７に示すように、前記水晶基板１０１とほぼ同一の厚みを有する中板１１１が備える水晶基板１０１の平面外形と略一致する複数の貫通孔に水晶基板１０１を挿入し、水晶基板１０１の一方主面に形成する前記励振電極パターン及び前記引き出し電極パターンに相当する開口を有する上板１１２と水晶基板１０１の他方主面に形成する前記励振電極パターン及び前記引き出し電極パターンに相当する開口を有する下板１１３とを中板１１１を挟んで対向配置した上で、中板１１１と上板１１２と下板１１３との位置決め治具である枠板１１４に固定し、蒸着により前記励振電極１０２及び前記引き出し電極１０３を形成する。しかしながら、薄板の水晶基板１０１は機械的強度が低くため、水晶基板１０１の把持及び前記貫通孔への挿入時に水晶基板１０１を破損する虞があり、その取り扱いは極めて困難である。
また、水晶基板１０１の厚み（共振周波数）毎にそれに対応する前記中板１１１を用意する必要がある。
【０００７】
生産効率を鑑みバッチ処理にて実施するために大型水晶基板を採用し、該大型水晶基板に区画形成した水晶振動素子を分割、個片化することで複数の水晶振動素子を得る製造方法がある。しかし、大型水晶基板を所望の共振周波数に対応するために、例えば１００ＭＨｚ〜２０８ＭＨｚの共振周波数を得るためには前記水晶基板１０１の厚みを１６．７〜８．０３μｍ（０．０１６７〜０．００８０ｍｍ）に加工すると共に、発振波形を安定させるために大型水晶基板の両主面の平行度を限りなく０（バラツキ無し）に近く制御することが極めて困難である。
また、薄板の前記大型水晶基板は機械的強度が低く、前記電極を形成するための大型水晶基板用の大型上板、大型下板及び大型枠板（大型中板は不要となる。）を取り付け又は取り外しする時や前記エッチング液に浸漬させる時の大型水晶基板のハンドリングで破損する虞があり、薄板の大型水晶基板の取り扱いは極めて困難である。
さらに、前記非形成部位１０４に更なる加工、例えばフォトリソプロセスで段差を施す場合など、レジストをスピンナーでコーティングする際、該スピンナーによる吸引固定によって大型水晶基板に反りが発生しレジスト膜厚が不均一になり、所望の加工が実施できない虞がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小型化（薄型化）に対応し、且つ、歩留まりを向上させる圧電振動素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係わる請求項１記載の発明は、圧電基板の周縁よりも中央部分の厚みを大きくして該圧肉部分を振動部とした圧電振動素子の製造方法であって、大型の圧電基板の前記圧電振動素子に相当する素子領域と、該素子領域と第１の間隙を隔てて配置した支持部領域と、該支持部領域と第２の間隙を隔てて配置した枠部領域と、を保護膜で覆い、圧電基板の前記間隙にエッチングを施す第１のエッチング工程と、前記振動部に相当する振動領域と前記支持部領域と前記枠部領域とを保護膜で覆い、圧電基板にエッチングを施す第２のエッチング工程と、を有し、前記第１及び第２のエッチング工程により前記素子領域と前記支持部領域とを繋ぐ細幅の連結部を残して前記第１の間隙を貫通した後、前記連結部を折り割ることにより個片の圧電振動素子を得ることを特徴とする。
【００１０】
また請求項２記載の発明は、請求項１において、前記枠部領域の一方の面を保護膜で覆い、圧電基板にエッチングを施す第３のエッチング工程と、第３のエッチング工程にて保護膜で覆った前記枠部領域を位置合わせの基準として電極用マスクを圧電基板に装着する工程と、電極用マスクを介して電極膜を成膜する成膜工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また請求項３記載の発明は、請求項１において、前記保護膜として金属膜を用い、該金属膜を前記振動領域に主電極として残して他の金属膜を除去する工程と、引き出し電極用マスクを用いて前記主電極から前記素子領域の端部まで延びる引き出し電極を蒸着若しくはスパッタリングにて成膜する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記素子領域に開口を有する折り割り用マスクを、前記素子領域と前記連結部との接続部に開口端部が位置するように圧電基板に装着して前記連結部を折り割ることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図示した本発明の実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）は本発明の実施形態に係わる圧電振動素子としての水晶振動素子の平面図、図１（ｂ）はその側面図であって、図２（ａ）は本発明の実施形態の製造方法の折り割り（個片化）工程前の大型圧電基板としての大型水晶基板の一部を示す上面図、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ縦断面図である。
本発明実施例に係わる水晶振動素子１０は、振動部１ａと該振動部１ａの外端面の略中央を囲繞する薄肉の段差部１ｂとを備える略矩形状の水晶振動素子本体、例えばＡＴカット水晶基板１と、該振動部１ａの略中央に配設する励振電極２と、該励振電極２夫々から長手方向の一方端部に延在するリード電極３と、を備えたメサ型水晶振動素子である。
複数の前記水晶振動素子１０を区画形成した大型水晶基板２１（一部のみ図示）は、水晶振動素子１０と、該水晶振動素子１０の対向する短辺端部の略中央から外方向へ延出する連結部２２と、該連結部２２と機械的に接続する枠部２３と、該枠部２３の一部、例えば大型水晶基板２１が略矩形状であれば対角に配置し且つ互いに反対の主面に形成した突起部２３ａと、各連結部２２の略中央に形成すると共に水晶振動素子１０の短辺とほぼ同一の長さを有する支持部２４と、水晶振動素子１０と隣接するその他の水晶振動素子（不図示）との間隙（両主面間を貫通する。）２５と、を備えたものである。振動部１ａ、支持部２４及び突起部２３ａを除く枠部２３は同一の厚さを有すると共に、連結部２２は段差部１ｂより更に薄くなっている。図２（ｂ）中右側の前記突起部２３ａの一方主面（上面）は上方に厚く（下面は支持部２４の下面と略一致する。）なると共に、左側の突起部２３ａの他方主面（下面）は下方に厚く（上面は支持部２４の上面と略一致する。）なっている。
【００１５】
以下、図１及び２を参照しつつ図３乃至図１５に基づいて、本発明の実施形態の水晶振動子の製造方法を説明する。
図３に示すように、ポリッシュ加工した大型水晶基板３１の両主面に対して金／クロムの金属膜を真空蒸着により付着する。該金属膜のそれぞれに対してフォトリソプロセスを用いて、前記水晶振動素子１０になる部分（素子領域１０ｚ）にエッチング用のマスクパターン３２ａと前記枠部２３になる部分（枠部領域２３ｚ）にエッチング用のマスクパターン３２ｂと前記突起部２３ａになる部分（突起部領域２３ａｚ）にエッチング用のマスクパターン３２ｃと前記支持部２４になる部分（支持部領域２４ｚ）にエッチング用のマスクパターン３２ｄとを形成する、即ち前記連結部２２及び前記間隙（不図示）になる部分（連結部領域２２ｚ及び間隙領域）の金属膜を除去する。
次に、両主面の前記段差部１ｂになる部分（段差部領域１ｂｚ）の前記マスクパターン３２ａ、同図中右側の一方主面（上面）側の前記マスクパターン３２ｃ及び同図中左側の他方主面（下面）側の前記マスクパターン３２ｃにスピンナー等でコーティングした第１のフォトレジスト（感光性樹脂）３３を被着する。さらに、両主面夫々に露出する前記振動部１ａになる部分（振動部領域１ａｚ）の前記マスクパターン３２ａ及び前記マスクパターン３２ｂ乃至ｄに、スピンナー等でコーティングした第２のフォトレジスト（感光性樹脂）３４を被着する（保護膜形成工程）、即ち両主面の前記段差部領域１ｂｚに被着した第１のフォトレジスト３３と前記連結部領域２２ｚ及び前記間隙領域の水晶面とが露出した大型水晶基板となる。
【００１６】
図４に示すように、両主面に露出する水晶面、即ち前記連結部領域２２ｚ及び前記間隙領域（不図示）にエッチングを施す（第１の水晶エッチング工程）。
図５に示すように、両主面に露出する（前記段差部領域１ｂｚに被着した）前記第１のフォトレジスト３３を剥離する（第１のフォトレジスト剥離工程）。
図６に示すように、第１のフォトレジスト３３を剥離したことで両主面に露出した部分のマスクパターン（前記マスクパターン３２ａの一部）にエッチングを施す（第１のマスクパターンのエッチング工程）ことで、両主面の前記連結部領域２２ｚ、前記段差部領域１ｂｚ及び前記間隙領域（不図示）の水晶面が露出した大型水晶基板となる。
【００１７】
図７に示すように、両主面に露出する水晶面（前記連結部領域２２ｚ、前記段差部領域１ｂｚ及び前記間隙領域）に更なるエッチングを施す（第２の水晶エッチング工程）。
図８に示すように、前記第２のフォトレジスト３４を剥離する（第２のフォトレジスト剥離工程）ことで、前記マスクパターン３２ａの一部と前記マスクパターン３２ｂと前記マスクパターン３２ｄと同図中右側の下面側の前記マスクパターン３２ｃと同図中左側の上面側の前記マスクパターン３２ｃと両主面の前記連結部領域２２ｚ、前記間隙領域及び前記段差部領域１ｂｚの水晶面と前記マスクパターン３２ｃに被着した前記第１のフォトレジスト３３と前記マスクパターン３２ｃ及び３２ｄとが露出した大型水晶基板となる。
【００１８】
図９に示すように、両主面に露出した前記マスクパターンにエッチングを施す（第２のマスクパターンのエッチング工程）、換言すれば前記突起部領域２３ａｚに被着させた前記マスクパターン３２ｃ及び前記第１のフォトレジスト３３のみを残す。
図１０に示すように、前工程により露出した水晶面に更なるエッチングを施す（第３の水晶エッチング工程）ことで前記振動領域１ａｚを所望の共振周波数に対応した厚みに加工すると共に、前記間隙領域（不図示）の水晶を除去する。
図１１に示すように、前記第１のフォトレジスト３３を剥離する（第３のフォトレジスト剥離工程）。
図１２に示すように、前記マスクパターン３２ｃにエッチングを施す（第３のマスクパターンのエッチング工程）ことで前記突起部２３ａが形成され、図２（ａ）に示す前記大型水晶基板と同一形状であって前記励振電極及び前記リード電極が未形成の大型水晶基板（４０）が完成する。
【００１９】
図１３に示すように、前記大型水晶基板４０に区画形成した複数の前記水晶基板４１（前記励振電極及び前記リード電極が未形成状態の前記水晶振動素子１０）に対応する位置に前記励振電極パターン及びリード電極パターンに相当する開口を有する大型蒸着マスク４５を該大型水晶基板４０の両主面に載置すると共に、平面方向は前記突起部２３ａを基準とし厚み方向は前記支持部２４を基準とし位置決めする。大型蒸着マスク４５同士の固定は、任意の前記間隙に磁石（不図示）を挿入する（該磁石を挟んで大型蒸着マスク４５の内側主面同士を固定する。）か若しくは任意の前記支持部２４の近傍に位置する大型蒸着マスク４５の外主面に磁石４６を載置する（支持部を挟んで大型蒸着マスク４５の内側主面同士を固定する。）ことで可能となる（蒸着マスク装着工程）。
図１４に示すように、前記大型蒸着マスク４５から露出した大型水晶基板４０の両主面（水晶面）に対して両面同時に又は各主面を個別に蒸着により金属薄膜４３を被着する（電極形成工程）ことで、各水晶基板４１の両主面に前記励振電極及びリード電極が形成した、即ち連設する複数の前記水晶振動素子１０（を含む大型水晶基板４０）が形成される。
【００２０】
図１５（ａ）に示すように、前記大型蒸着マスクを取り外し、前記水晶基板に含む複数の前記水晶振動素子の短手方向に一列に並ぶ任意の該水晶振動素子群５１の各水晶振動子の長手方向の端部と該端部のそれぞれと機械的に接続する前記連結部２２との境界に合せて折り割り用マスク５０を載置し、図１５（ｂ）に示すように、該境界を折る作業（折り割り工程）を繰り返すことで複数の前記水晶振動素子１０が得られる。
【００２１】
前記大型蒸着マスク４５を介して前記励振電極及び前記リード電極を同時に形成する方法では、メサ型水晶振動素子の振動特性に影響を及ぼす励振電極同士の位置誤差が、前記大型蒸着マスクの加工精度や大型水晶基板への取付け精度に依存してしまい、製造バラツキが大きくなる（歩留りを悪化させる）虞がある。そこで、大型水晶基板を挟んで前記大型水晶基板４０に区画形成した複数の前記水晶基板４１に対応する位置に少なくとも前記励振電極パターンに相当する開口を有する大型フォトマスクを載置し、両面同時に又は各主面を個別にフォトリソプロセスを実施し前記励振電極を形成することで励振電極の製造バラツキ（位置誤差）を抑止し、振動特性に影響を及ぼさないリード電極は蒸着で形成することで生産性を向上させることが可能となる。
【００２２】
ＡＴカットの水晶振動素子（水晶基板）を用いて本発明を説明したが、本発明はＡＴカットに限定するものではなくＢＴカット、ＣＴカット、ＤＴカット、ＳＣカット、ＧＴカット等のカットアングルの水晶基板に適用できることは云うまでもない。
【００２３】
また本発明は、水晶振動素子（水晶基板）のみに限定するものではなくランガサイト、四方酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電振動素子に適用できることは云うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、小型化（薄型化）に対応し、且つ、歩留まりを向上させる圧電振動素子の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる水晶振動素子の構成図。
（ａ）平面図。
（ｂ）側面図。
【図２】本発明の実施形態に係わる大型水晶基板の構成図。
（ａ）平面図。
（ｂ）Ａ−Ａ縦断面図。
【図３】本発明の製造方法に係わる保護膜形成工程の説明図。
【図４】本発明の製造方法に係わる第１の水晶エッチング工程の説明図。
【図５】本発明の製造方法に係わる第１のフォトレジスト剥離工程の説明図。
【図６】本発明の製造方法に係わる第１のマスクパターンのエッチング工程の説明図。
【図７】本発明の製造方法に係わる第２の水晶エッチング工程の説明図。
【図８】本発明の製造方法に係わる第２のフォトレジスト剥離工程の説明図。
【図９】本発明の製造方法に係わる第２のマスクパターンのエッチング工程の説明図。
【図１０】本発明の製造方法に係わる第３の水晶エッチング工程の説明図。
【図１１】本発明の製造方法に係わる第３のフォトレジスト剥離工程の説明図。
【図１２】本発明の製造方法に係わる第３のマスクパターンのエッチング工程の説明図。
【図１３】本発明の製造方法に係わる蒸着マスク装着工程の説明図。
【図１４】本発明の製造方法に係わる電極形成工程の説明図。
【図１５】本発明の製造方法に係わる折り割り工程の説明図。
（ａ）折り割りマスク載置作業。
（ｂ）折り割り作業。
【図１６】従来の水晶振動素子の斜視図。
【図１７】従来の電極形成工程を説明するための縦断面図。
【符号の説明】
１…水晶基板１ａ…振動部１ｂ…段差部２…励振電極
３…リード電極１０…水晶振動素子
２１…大型水晶基板２２…連結部２３…枠部２３ａ…突起部
２４…支持部２５…間隙
３１…大型水晶基板３２ａ〜３２ｄ…マスクパターン
３３…第１のフォトレジスト３４…第２のフォトレジスト
４０…大型水晶基板４３…金属薄膜４５…大型蒸着マスク
４６…磁石５０…折り割り用マスク
１００…水晶振動素子１０１…水晶基板１０２…励振電極
１０３…引き出し電極１０４…非形成部位
１１１…中板１１２…上板１１３…下板１１４…枠板

Claims

圧電基板の周縁よりも中央部分の厚みを大きくして該厚肉部分を振動部とした圧電振動素子の製造方法であって、
大型の圧電基板の前記圧電振動素子に相当する素子領域と、該素子領域と第１の間隙を隔てて配置した支持部領域と、該支持部領域と第２の間隙を隔てて配置した枠部領域と、を保護膜で覆い、圧電基板の前記間隙にエッチングを施す第１のエッチング工程と、
前記振動部に相当する振動領域と前記支持部領域と前記枠部領域とを保護膜で覆い、圧電基板にエッチングを施す第２のエッチング工程と、
を有し、
前記第１及び第２のエッチング工程により前記素子領域と前記支持部領域とを繋ぐ細幅の連結部を残して前記第１の間隙を貫通した後、前記連結部を折り割ることにより個片の圧電振動素子を得ることを特徴とする圧電振動素子の製造方法。
前記枠部領域の一方の面を保護膜で覆い、圧電基板にエッチングを施す第３のエッチング工程と、
第３のエッチング工程にて保護膜で覆った前記枠部領域を位置合わせの基準として電極用マスクを圧電基板に装着する工程と、
電極用マスクを介して電極膜を成膜する成膜工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子の製造方法。
前記保護膜として金属膜を用い、該金属膜を前記振動領域に主電極として残して他の金属膜を除去する工程と、
引き出し電極用マスクを用いて前記主電極から前記素子領域の端部まで延びる引き出し電極を蒸着若しくはスパッタリングにて成膜する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子の製造方法。
前記素子領域に開口を有する折り割り用マスクを、前記素子領域と前記連結部との接続部に開口端部が位置するように圧電基板に装着して前記連結部を折り割ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動素子の製造方法。