JP2009159000A - 逆メサ型圧電振動片、逆メサ型圧電デバイスおよび逆メサ型圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉になっている平坦領域を広げつつ強度を確保することにより小型化した逆メサ型圧電振動片、逆メサ型圧電デバイスおよび逆メサ型圧電デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】逆メサ型圧電振動片は、圧電素板１２と電極パターンを有している。この圧電素板１２の一方の主面１４には、その周縁部に厚肉部２０を設けることにより、厚肉部２０によって囲まれる凹陥部１８を形成している。また圧電素板１２の他方の主面１６には、エッチング残渣が最も大きくなる辺に交差する方向に沿い、且つ、凹陥部１８の底面１８ａに対向した溝部２４を設けている。そして凹陥部１８の底面１８ａと溝部２４との対向部分が薄肉部２８（平坦領域）となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆メサ型圧電振動片、逆メサ型圧電デバイスおよび逆メサ型圧電デバイスの製造方法に関するものである。

逆メサ型圧電振動片は、圧電素板を備えている。この圧電素板は、振動領域になる薄肉部と、この薄肉部よりも厚く形成するとともに薄肉部の周囲に設けた厚肉部とを備えている。そして圧電素板には、これの片方の主面に凹陥部を設けて、この凹陥部の底面を薄肉部としたものがある（特許文献１を参照）。また圧電素板には、これの両方の主面における対向する位置に凹陥部を設けて、各凹陥部の底面に挟まれる部分を薄肉部としたものがある（特許文献２を参照）。
特開２００４−１６５７４３号公報 特開２００２−３７４１４６号公報

図５はＡＴカット水晶素板を逆メサ型にしたものの説明図である。そして図５（Ａ）は逆メサ型の水晶素板の平面図、図５（Ｂ）は片側に凹陥部を設けた水晶素板の断面図、図５（Ｃ）は両側に凹陥部を設けた水晶素板の断面図である。前述した圧電素板には、ＡＴカット水晶素板が用いられることがある。そして水晶素板は、結晶の方向によってエッチングレートが異なっている。このためＡＴカット水晶素板を逆メサ形状にウエットエッチングすると、図５に示すように、結晶軸のＺ軸をＸ軸回りに回転させたＺ’軸方向には、広いエッチング残渣１（最も緩やかな傾斜面）が残ってしまう。これは圧電素板の片面に凹陥部を形成して額縁加工した場合でも、圧電素板の両面を額縁加工した場合でも、同様になっている。

そして圧電素板の片面を額縁加工する場合と、両面を額縁加工する場合において、同じ厚さの圧電素板から同じ厚さの薄肉部を形成するときは、片面を額縁加工するときに生じる広いエッチング残渣１が両面を額縁加工するときに比べて半分になる。ところが両面に額縁加工する場合は、図５（Ｃ）に示すように、表面と裏面に設けた凹陥部のそれぞれに広いエッチング残渣１が発生し、この広いエッチング残渣１の出る向きは表裏で異なっている。このため片面のみに凹陥部を設けたときの広いエッチング残渣１の面積と、両面に凹陥部を設けてそれぞれの広いエッチング残渣１の面積を足した合計面積とは変わらなくなる。すなわち凹陥部の底面に生じる平坦な部分（平坦領域）は、片面のみに凹陥部を設けたものの平坦領域の面積と、両面に凹陥部を設けたものの平坦領域の面積とが同じになる。

さらにエッチング残渣の幅は圧電素板の厚さ（エッチング時間）で決まるため、圧電素板を薄くすることで平坦領域を広げることもできる。しかしながら、この場合には、厚肉部の全体が薄くなるので強度が落ちてしまう。
以上のことから、逆メサ型圧電振動片の平面サイズの小型化には限界がある。

本発明は、薄肉になっている平坦領域を広げつつ強度を確保することにより小型化した逆メサ型圧電振動片、逆メサ型圧電デバイスおよび逆メサ型圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］圧電素板における一方の主面の周縁部に第１厚肉部を設けて、前記第１厚肉部によって囲まれる凹陥部を設け、前記圧電素板の他方の主面には、残渣が最も大きくなる辺に交差する方向に沿い、前記第１厚肉部に対向した第２厚肉部を少なくとも１つ設け、前記第２厚肉部が側壁となることによって形成される溝部は、前記凹陥部に対向し、且つ、前記残渣が最も大きくなる辺を切り欠いて前記圧電素板の側面に露出した、ことを特徴とする逆メサ型圧電振動片。
これにより１つの第２厚肉部によって形成される溝部または２つの第２厚肉部によって形成される溝部が他方の主面に形成される。この溝部の一部は、凹陥部に対向することになるので、この凹陥部は浅くなる。このため凹陥部の側面の一部を構成する最も緩やかな傾斜面は小さくなる。また溝部は、圧電素板の側面に露出しているので、他方の主面には、凹陥部のように最も緩やかな傾斜面ができない。よって凹陥部の底面と溝部とが対向した平坦領域を広げることができる。
さらに逆メサ型圧電振動片は、凹陥部の側壁を形成する第１厚肉部と、溝部の側壁を形成する第２厚肉部を備えているので、強度が弱くなることを防止できる。これにより逆メサ型圧電振動片の平面サイズを小型化できる。

［適用例２］前記圧電素板における前記第２厚肉部を設けた縁部を支持部としたことを特徴とする適用例１に記載の逆メサ型圧電振動片。
これにより第２厚肉部が１つ設けられている場合には、その第２厚肉部またはこの第２厚肉部に対向した第１厚肉部が支持部となる。また第２厚肉部が２つ設けられている場合には、少なくともいずれか一方の第２厚肉部またはこの第２厚肉部に対向した第１厚肉部が支持部となる。したがって逆メサ型圧電振動片は、第１厚肉部および第２厚肉部のいずれか一方が支持部となり、片持ち状に支持される。

［適用例３］前記圧電素板は、水晶結晶軸のＸ軸と、Ｚ軸をＸ軸回りに回転させたＺ’軸とで形成されるＸＺ’平面内のＡＴカット水晶素板であり、前記第１厚肉部はＸ軸とＺ’軸に沿い、前記第２厚肉部はＺ’軸に沿う、ことを特徴とする適用例１または２に記載の逆メサ型圧電振動片。
これにより逆メサ型圧電振動片は、圧電素板としてＡＴカット水晶素板を用いている場合でも、平坦領域を広げることができ、また平面サイズを小型化できる。

［適用例４］適用例１ないし３のいずれかに記載の圧電振動片をパッケージに搭載したことを特徴とする逆メサ型圧電デバイス。
これにより逆メサ型の圧電振動片を電子機器に容易に搭載できる。
また第２厚肉部が２つ設けられている場合、圧電デバイスに衝撃が加わって逆メサ型圧電振動片を支持する部分とは反対側（先端側）が振れたとしても、溝部の側壁を形成する部分（第２厚肉部）がパッケージに接触して逆メサ型圧電振動片を支えるようになる。これにより逆メサ型圧電振動片が振れてパッケージに衝突してしまい、破損等が生じるのを防止できる。

［適用例５］圧電ウエハをウエットエッチングして圧電振動片を形成する領域毎の一方の主面に凹陥部を形成するとともに、他方の主面には、前記凹陥部の側壁を構成する第１厚肉部に対向し、且つ、ウエットエッチングによって前記圧電ウエハに形成される残渣が最も大きくなる辺に交差する方向に第２厚肉部を少なくとも１つ形成して、前記第２厚肉部が側壁となる溝部を前記凹陥部に対向して配置したウエハ状になっている圧電振動片を得て、その後、前記圧電ウエハを前記圧電振動片毎に個片化して、前記溝部を圧電振動片
の側面に露出する、ことを特徴とする逆メサ型圧電デバイスの製造方法。
圧電素板の両主面をウエットエッチングしているので、片面のみからエッチングして凹陥部を形成するときに比べて、凹陥部の底面と溝部とを形成するときのエッチング量を減らすことができる。また溝部の端部が圧電振動片の側面に露出するので、この溝部に最も傾斜が緩くなる面が形成されない。このため凹陥部の側面に形成される最も緩やかな傾斜面を小さくでき、凹陥部の底面と溝部とで挟まれた平坦領域の面積を広げることができる。
さらに逆メサ型圧電振動片は、第１厚肉部と第２厚肉部を備えているので、強度が弱くなることを防止できる。このため逆メサ型圧電振動片の平面サイズを小型化できる。

以下に、本発明に係る逆メサ型圧電振動片、逆メサ型圧電デバイスおよび逆メサ型圧電デバイスの製造方法の最良の実施形態について説明する。図１は逆メサ型の圧電素板の説明図である。ここで図１（Ａ）は圧電素板の斜視図、図１（Ｂ）は側面図、図１（Ｃ）は断面図である。

逆メサ型圧電振動片１０は圧電素板１２を有しており、図２に示すような電極パターン３０（励振電極３０ａやマウント電極３０ｂ）を圧電素板１２に設けている。この圧電素板１２は、図１に示すように、一方の主面１４に凹陥部１８を備えている。また圧電素板１２における一方の主面１４の周縁部（薄肉部２８の周囲）には、凹陥部１８の側壁を形成する第１厚肉部２０を設けている。

この凹陥部１８は、圧電素板１２をウエットエッチングすることにより形成している。このため圧電素板１２が結晶方位により異なるエッチング速度を有しているならば、凹陥部１８の側面には傾斜した面（エッチング残渣）が形成される。そして圧電素板１２がＡＴカット水晶素板であれば、凹陥部１８のうちＸ軸に沿う側面は、図１（Ｃ）に示すように、最も緩やかな斜面を持つ面１８ｂ（図１（Ｃ）の右側に示す斜面）と、略垂直な面１８ｃ（図１（Ｃ）の左側に示す斜面）を有することになる。なおＡＴカット水晶素板は、水晶の結晶軸のうちＸ軸と、このＸ軸回りにＺ軸を約３５°回転させたＺ’軸とで形成されるＸＺ’平面内の素板である。また凹陥部１８のうちＺ’軸に沿う側面１８ｄは、図１（Ｂ）に示すように、斜面となっている。さらに第１厚肉部２０の形状は、四角形に限定されることはない。

また圧電素板１２は、他方の主面１６に溝部２４を備えている。溝部２４は、エッチング残渣が最も大きくなる辺に交差する方向に沿っており、圧電素板１２の一方の側面から対向する側面まで切りかかれている。したがって圧電素板１２がＡＴカット水晶素板であり、且つ、面内回転させていないものであれば、溝部２４はＺ’軸に沿うことになり、凹陥部１８の側面に形成されるような最も傾斜が緩やかな面が溝部２４に形成されることがない。

そして溝部２４の側面を構成する第２厚肉部２６は第１厚肉部２０に対向しているので、溝部２４の一部は凹陥部１８に対向することになる。この凹陥部１８と溝部２４が対向している領域は薄肉になっており、またエッチング残渣の傾斜面が形成されていない薄肉部２８（平坦領域）になっている。また第１厚肉部２０の幅と第２厚肉部２６の幅との関係は、任意の関係であればよい。したがって第２厚肉部２６は、第１厚肉部２０と幅が同じであってもよく、第１厚肉部２０よりも幅が狭くてもよい。さらに凹陥部１８の側面のように最も傾斜が緩やかな面が形成されないように溝部２４が形成されていれば、第２厚肉部２６の形状は、直線状に限定されることはない。

逆メサ型圧電振動片１０は、前述した圧電素板１２に電極パターン３０を設けている。
図２は逆メサ型圧電振動片の平面図である。電極パターン３０は、励振電極３０ａと、この励振電極３０ａに導通したマウント電極３０ｂとを備えている。励振電極３０ａは、凹陥部１８と溝部２４に設けてあり、それぞれが対向するようになっている。またマウント電極３０ｂは、逆メサ型圧電振動片１０がパッケージ５２（図４参照）と接合する箇所に設けてあり、圧電素板１２の周縁部のうち第２厚肉部２６を設けた部分（縁部）に設けてあればよい。すなわち２つの第２厚肉部２６のうち少なくともいずれか一方が支持部となり、または第２厚肉部２６に対向している部分の第１厚肉部２０が支持部となっていればよい。そして図２に示す場合、マウント電極３０ｂは第２厚肉部２６に設けてある。このマウント電極３０ｂを設けた部分が逆メサ型圧電振動片１０の支持部となる。

そして図２（Ａ）に示す場合のマウント電極３０ｂは、図の下側に並べて配設してある。このとき圧電素板１２がＡＴカット水晶素板であれば、溝部２４はＺ’軸に沿って設けてあるので、マウント電極３０ｂは、２つある第２厚肉部２６のうちのいずれか一方に配設されることになる。また図２（Ｂ）に示す場合のマウント電極３０ｂは、図の左側に並べて配設してある。このとき圧電素板１２がＡＴカット水晶素板であれば、マウント電極３０ｂは、２つある第２厚肉部２６のそれぞれに配設されることになる。なお図２に示す場合、凹陥部１８の底面１８ａに形成された励振電極３０ａは、凹陥部１８の側面や第１厚肉部２０、圧電素板１２の側面を介して、第２厚肉部２６に形成されたマウント電極３０ｂに導通している。

さらに逆メサ型圧電振動片１０は、図２に示す場合、片持ち状に支持されるようになっているので、第２厚肉部２６において、マウント電極３０ｂが配設される箇所とは反対側を「まくら」としている。すなわち図２（Ａ）に示す場合では、マウント電極３０ｂが配設されている一方の第２厚肉部２６とは反対側の他方の第２厚肉部が「まくら」となる。また図２（Ｂ）に示す場合では、各第２厚肉部２６において、マウント電極３０ｂが配設されている箇所（図の左側）とは反対側（図の右側）が「まくら」となる。これにより逆メサ型圧電振動片１０を片持ち状に支持した場合、この逆メサ型圧電振動片１０に衝撃等が加わると振れることになるが、圧電素板１２の先端側の第２厚肉部２６（「まくら」）がパッケージ等に接触して支えられることになり、前記先端側が振れるのを防止している。

次に、逆メサ型圧電振動片１０の製造方法について説明する。図３はウエハ状になっている圧電素板の説明図である。そして図３（Ａ）は上方からの斜視図、図３（Ｂ）は下方からの斜視図である。最初に圧電素板１２の製造工程について説明する。圧電素板１２は、ウエハ状態で形成している。まず平板の圧電ウエハ４０の表面に、エッチング液から圧電ウエハ４０を保護する金属膜を形成する。この金属膜は、例えば圧電ウエハ４０が水晶ウエハの場合、クロムと金を積層させたものであればよい。この後、金属膜の上にレジストを塗布し、一方の主面１４側に逆メサの凹陥部１８、他方の主面１６側に溝部２４を形成するためのレジストのパターンをフォトリソグラフィ技術にて形成する。そしてレジストのパターンから露出している金属膜をエッチングして、圧電ウエハ４０を露出させる。

この後、圧電ウエハ４０をウエットエッチングして凹陥部１８と溝部２４を形成する。このとき凹陥部１８は圧電ウエハ４０の一方の主面１４側からエッチングし、溝部２４は他方の主面１６側からエッチングして形成している。そして凹陥部１８を形成するときは、従来技術のように凹陥部のみで薄肉部を形成する場合に比べてエッチング量が少ないので、エッチング残渣が少なくなる。また溝部２４は、最も緩やかな傾斜面ができないようにしている。このためエッチング残渣によって薄肉部２８（平坦領域）の面積が狭くなることがない。
最後に、金属膜とレジストのパターンを剥離すると、ウエハ状になっている逆メサ型の圧電素板１２を得る。

次に、図２に示すような電極パターン３０を圧電素板１２毎に形成する。この電極パターン３０は、蒸着やスパッタ等の成膜法を用いて電極材料となる金属を圧電素板１２の表面に成膜して形成すればよい。

次に、圧電ウエハ４０を圧電素板１２毎に劈開または切断することにより、図２に示すような、個片化された逆メサ型圧電振動片１０を得る。なお圧電ウエハ４０を劈開または切断することにより、溝部２４が圧電素板１２の側面に露出することになる。

このような逆メサ型圧電振動片１０によれば、凹陥部１８の底面１８ａと溝部２４とを対向させて薄肉部２８（平坦領域）を形成しており、且つ、他方の主面１６には緩やかな傾斜面ができないので、平坦領域を広げることができる。また圧電素板１２は、第２厚肉部２６を備えているので、強度が弱くなることを防止できる。したがって従来と同じ厚さの圧電素板１２を用いた場合であっても、強度を確保する額縁（第１厚肉部２０および第２厚肉部２６）の厚さを変えず、平坦領域を広げることができる。また従来に比べて薄い圧電素板１２を用いた場合は、平坦領域をより広くすることができる。

また額縁の一部に薄くなる部分が生じるが、全体的な額縁構造が残ることと、溝部２４を形成する方向（ＡＴカット水晶素板で面内回転させていないものであればＺ’軸方向）に長いチップにすれば、額縁の薄い部分の割合を減らすことができる。よって強度等が弱くなるのを防止でき、逆メサ型圧電振動片１０の平面サイズを小型化できる。
さらに逆メサ型圧電振動片１０の製造工程は従来と同じ工程でよく、フォトリソグラフィ工程におけるフォトマスクの変更のみで対応できる。

なお前述した逆メサ型圧電振動片１０は、第２厚肉部２６を２つ設け、その間に溝部２４を形成した構成である。しかし本発明の逆メサ型圧電振動片は、第２厚肉部２６を１つ設け、この第２厚肉部２６が側壁となるような溝部２４を形成した構成であってもよい。このような逆メサ型圧電振動片であっても、第１厚肉部２０と第２厚肉部２６とが対向し、凹陥部１８と溝部２４の一部とが対向する。すなわち第２厚肉部２６は、ウエットエッチング時に残渣が最も大きくなる辺に交差する方向に沿って設けてある。そして他方の主面１６において、前記残渣が最も大きくなる辺は溝部２４によって切り欠かれ、溝部２４が圧電素板１２の側面に露出することになる。そして、この場合、第２厚肉部２６またはこの第２厚肉部２６に対向している部分の第１厚肉部２０が支持部となればよい。

次に、前述した逆メサ型圧電振動片１０を搭載した圧電デバイスについて説明する。図４は圧電デバイスの断面図である。なお図４では励振電極３０ａやマウント電極３０ｂの記載を省略している。圧電デバイス５０は、パッケージ５２を備えている。このパッケージ５２は、パッケージベース５４および蓋体６２を有している。パッケージベース５４は、上方に向けて開口した凹部５６を備えており、この凹部５６の底面５６ａに一対のパッケージ側マウント電極５８が形成してある。またパッケージベース５４の裏面には外部端子６４が形成してあり、パッケージ側マウント電極５８と１対１に導通している。そしてパッケージ側マウント電極５８の上には導電性接着剤６０を塗布した後、この導電性接着剤６０の上に逆メサ型圧電振動片１０を配置して、パッケージベース５４と逆メサ型圧電振動片１０を接合する。このときパッケージ側マウント電極５８と逆メサ型圧電振動片１０の前記マウント電極３０ｂとが、導電性接着剤６０を介して導通するようになっている。なお図４に示す場合では、逆メサ型圧電振動片１０の凹陥部１８がパッケージベース５４の上方（凹部５６の開口側）に向いている。この後、パッケージベース５４の上面に蓋体６２を接合して、凹部５６を気密封止する。

このような圧電デバイス５０に衝撃が加わって逆メサ型圧電振動片１０の支持部とは反
対側（先端側）が振れたとしても、第２厚肉部２６が凹部５６の底面５６ａに接触して逆メサ型圧電振動片１０を支えるようになる。すなわち第２厚肉部２６の先端側は、逆メサ型圧電振動片１０を支える「まくら」にすることができる。したがって逆メサ型圧電振動片１０に第２厚肉部２６を設けることにより、逆メサ型圧電振動片１０が振れてしまい、破損等が生じるのを防止できる。
また圧電デバイス５０は、逆メサ型圧電振動片１０を電子機器に容易に搭載することができる。

なお圧電デバイス５０は、図４に示すような圧電振動子の形態ばかりでなく、逆メサ型圧電振動片１０とともに発振回路をパッケージ５２内に収容した圧電発振器の形態にすることもできる。また圧電デバイス５０は、前記発振回路の他に電圧制御回路をパッケージ５２に搭載することにより、外部から入力される制御電圧に応じて出力周波数を可変する電圧制御型圧電発振器の構成にすることもできる。さらに圧電デバイス５０は、前記発振回路の他に温度補償回路をパッケージ５２に搭載することにより、周囲温度の変化による出力周波数の変化が少なくなるようにした温度補償型圧電発振器の構成にすることもできる。

逆メサ型の圧電素板の説明図である。 逆メサ型圧電振動片の平面図である。 ウエハ状になっている圧電素板の説明図である。 圧電デバイスの断面図である。 ＡＴカット水晶素板を逆メサ型にしたものの説明図である。

符号の説明

１０………逆メサ型圧電振動片、１２………圧電素板、１４………一方の主面、１６………他方の主面、１８………凹陥部、２０………第１厚肉部、２４………溝部、２６………第２厚肉部、２８………薄肉部、４０………圧電ウエハ、５０………圧電デバイス。

Claims (5)

1. 圧電素板における一方の主面の周縁部に第１厚肉部を設けて、前記第１厚肉部によって囲まれる凹陥部を設け、
   前記圧電素板の他方の主面には、残渣が最も大きくなる辺に交差する方向に沿い、前記第１厚肉部に対向した第２厚肉部を少なくとも１つ設け、
   前記第２厚肉部が側壁となることによって形成される溝部は、前記凹陥部に対向し、且つ、前記残渣が最も大きくなる辺を切り欠いて前記圧電素板の側面に露出した、
   ことを特徴とする逆メサ型圧電振動片。
2. 前記圧電素板における前記第２厚肉部を設けた縁部を支持部としたことを特徴とする請求項１に記載の逆メサ型圧電振動片。
3. 前記圧電素板は、水晶結晶軸のＸ軸と、Ｚ軸をＸ軸回りに回転させたＺ’軸とで形成されるＸＺ’平面内のＡＴカット水晶素板であり、
   前記第１厚肉部はＸ軸とＺ’軸に沿い、前記第２厚肉部はＺ’軸に沿う、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の逆メサ型圧電振動片。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電振動片をパッケージに搭載したことを特徴とする逆メサ型圧電デバイス。
5. 圧電ウエハをウエットエッチングして圧電振動片を形成する領域毎の一方の主面に凹陥部を形成するとともに、他方の主面には、前記凹陥部の側壁を構成する第１厚肉部に対向し、且つ、ウエットエッチングによって前記圧電ウエハに形成される残渣が最も大きくなる辺に交差する方向に第２厚肉部を少なくとも１つ形成して、前記第２厚肉部が側壁となる溝部を前記凹陥部に対向して配置したウエハ状になっている圧電振動片を得て、
   その後、前記圧電ウエハを前記圧電振動片毎に個片化して、前記溝部を圧電振動片の側面に露出する、
   ことを特徴とする逆メサ型圧電デバイスの製造方法。

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