JP4825952B2 - Piezoelectric wafer etching method and piezoelectric device - Google Patents
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Description
本発明は、圧電ウエハのエッチング加工方法および圧電デバイスに関するものである。 The present invention relates to a method for etching a piezoelectric wafer and a piezoelectric device.
圧電振動片の外形は、この振動片の振動等の特性や機械的強度を確保するために、振動片の表面に対して垂直な側面を有するのが好ましい。この圧電振動片は、圧電ウエハをエッチングして複数の圧電基板を形成し、この圧電基板の表面に電極パターンを形成することにより製造される。そして圧電ウエハをエッチングするときは、圧電基板(圧電振動片)の形状に対応したマスクを圧電ウエハの表面に形成し、マスクの開口部をエッチングしている。 The outer shape of the piezoelectric vibrating piece preferably has a side surface perpendicular to the surface of the vibrating piece in order to ensure characteristics such as vibration and mechanical strength of the vibrating piece. This piezoelectric vibrating piece is manufactured by etching a piezoelectric wafer to form a plurality of piezoelectric substrates and forming an electrode pattern on the surface of the piezoelectric substrate. When the piezoelectric wafer is etched, a mask corresponding to the shape of the piezoelectric substrate (piezoelectric vibrating piece) is formed on the surface of the piezoelectric wafer, and the opening of the mask is etched.
ところで水晶を初めとする圧電材料の多くは結晶に異方性を持っているので、この結晶の異方性に起因して結晶の軸方向によって異なるエッチングレートを持つことが知られている。そして圧電ウエハとしてATカットされた水晶ウエハを用いると、エッチングによって生じる溝の断面形状は台形となる。すなわち溝は、水晶ウエハの表面に直角な側面と、結晶軸を表すZ軸に沿う側面を有する。 By the way, since many of piezoelectric materials including quartz have anisotropy in the crystal, it is known that the etching rate varies depending on the axial direction of the crystal due to the anisotropy of the crystal. When an AT-cut quartz crystal wafer is used as the piezoelectric wafer, the cross-sectional shape of the groove produced by etching becomes a trapezoid. That is, the groove has a side surface perpendicular to the surface of the quartz wafer and a side surface along the Z axis representing the crystal axis.
このようなことから特許文献1には、ATカットされた水晶ウエハの表面に一定の条件に基づいて耐食膜を形成することにより、エッチング加工面を水晶ウエハの表面に対してほぼ直角に形成できることが開示されている。また特許文献2には、回転Y板の上下面に形成される保護膜の一方の上面端部と他方の下面端部を結ぶ延長線をZ軸方向にするとともに、これらの間隔をt/tanθだけずらすことにより、エッチング時間を短縮し、水晶振動子の特性を良好にしたことが開示されている。
しかしながら特許文献1に開示された発明について実験してみると、圧電ウエハがマスクで覆われている部分も横方向のエッチング(オーバーエッチング)によって除去されてしまい、エッチングされる部分がマスクの開口部よりも大きくなってしまうこともあった。このため圧電振動片を製造する場合には、予めオーバーエッチングされる量を見込んで、所望の圧電基板の形状よりも大きなマスクを圧電ウエハ上に形成する必要があるので、1枚の圧電ウエハから得られる圧電基板(圧電振動片)の数を少なくしなければならなかった。
However, when the experiment disclosed in the
また特許文献2に開示された発明では、エッチングによって得られる圧電基板の側面が斜めになっている。すなわち圧電基板の表面に対して垂直な側面は得られない。このため特許文献2に開示された発明から得られる圧電振動片は、安定した周波数を発振できないので安定した特性を得ることができず、また側面が尖っているのでワレやカケが発生しやすくなる等の欠点を有することになる。
In the invention disclosed in
また従来から、圧電基板の側面を表面に対して垂直に形成するように努力されている。特にATカット水晶振動片では、Z(Z’)方向の水晶基板(水晶振動片)の形状、すなわちX軸に沿う水晶基板の側面が表面に対して垂直になるように努力されている。これは、X軸に沿う水晶基板の側面が水晶振動片の振動特性により影響を与えるからである。ところが近年は、圧電振動片が小型化されているので、圧電振動片の振動特性を確保するためには、Z(Z’)方向の圧電基板の形状のみばかりでなく、X方向の圧電基板の形状、すなわちZ’軸に沿う圧電基板の側面の形状も圧電基板表面に対して垂直にした方が好ましい。 Conventionally, efforts have been made to form the side surface of the piezoelectric substrate perpendicular to the surface. Particularly in an AT-cut quartz crystal resonator element, an effort is made to make the shape of the crystal substrate (crystal resonator element) in the Z (Z ′) direction, that is, the side surface of the crystal substrate along the X axis perpendicular to the surface. This is because the side surface of the quartz substrate along the X axis has an effect on the vibration characteristics of the quartz crystal vibrating piece. However, in recent years, since the piezoelectric vibrating piece has been reduced in size, not only the shape of the piezoelectric substrate in the Z (Z ′) direction but also the piezoelectric substrate in the X direction can be secured in order to ensure the vibration characteristics of the piezoelectric vibrating piece. It is preferable that the shape, that is, the shape of the side surface of the piezoelectric substrate along the Z ′ axis is also perpendicular to the surface of the piezoelectric substrate.
本発明は、圧電ウエハの表面に対して垂直なエッチング面を短時間で形成する圧電ウエハのエッチング加工方法を提供することを目的とする。
また本発明は、このエッチング加工方法によって得られた圧電基板を利用する圧電デバイスを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for etching a piezoelectric wafer in which an etching surface perpendicular to the surface of the piezoelectric wafer is formed in a short time.
Another object of the present invention is to provide a piezoelectric device using a piezoelectric substrate obtained by this etching method.
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
第1の形態の圧電ウエハのエッチング加工方法は、圧電ウエハの一方の面および他方の面に開口部を有するマスクを形成し、前記開口部から露出した前記圧電ウエハをエッチングして貫通溝を形成する圧電ウエハのエッチング加工方法において、前記一方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するZ’軸方向の端部を、前記他方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するZ’軸方向の端部に対して、前記圧電ウエハの+Z’方向に前記圧電ウエハの板厚の50±10%ずらすと共に、前記一方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するX軸方向の前記端部を、前記他方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するX軸方向の前記端部に対して、前記圧電ウエハの+X方向に前記圧電ウエハの前記板厚の10±5%ずらしたことを特徴とする圧電ウエハのエッチング加工方法。
第2の形態の圧電ウエハのエッチング加工方法は、前記一方の面は、前記他方の面よりも+Y’方向にあることを特徴とする第1の形態に記載の圧電ウエハのエッチング加工方法。
第3の形態の圧電ウエハのエッチング加工方法は、前記マスクの前記開口部は、前記圧電ウエハの前記板厚に対して1.5倍以上の幅を有することを特徴とする第1または第2の形態に記載の圧電ウエハのエッチング加工方法。
第4の形態の圧電ウエハのエッチング加工方法は、前記圧電ウエハは、水晶ウエハであることを特徴とする請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の圧電ウエハのエッチング加工方法。
第5の形態の圧電ウエハのエッチング加工方法は、前記水晶ウエハは、水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、前記Y’軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶ウエハであることを特徴とする請求項4に記載の圧電ウエハのエッチング加工方法。
[適用例1]本適用例は、圧電ウエハの一方の面および他方の面に開口部を有するマスクを形成し、前記開口部をエッチングして貫通溝を形成する圧電ウエハのエッチング加工方法において、前記一方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するZ’軸方向の端部を、前記他方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するZ’軸方向の端部に対して、前記圧電ウエハの+Z’方向に前記圧電ウエハの板厚の50±10%ずらした、ことを特徴とする圧電ウエハのエッチング加工方法である。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
According to a first aspect of the piezoelectric wafer etching method, a mask having openings is formed on one surface and the other surface of a piezoelectric wafer, and the piezoelectric wafer exposed from the openings is etched to form a through groove. In the piezoelectric wafer etching method, an end in the Z′-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the one surface is formed in the opening in the mask formed on the other surface. A shift of 50 ± 10% of the thickness of the piezoelectric wafer in the + Z ′ direction of the piezoelectric wafer with respect to the adjacent end in the Z′-axis direction, and the opening in the mask formed on the one surface The adjacent end in the X-axis direction is set in the + X direction of the piezoelectric wafer with respect to the end in the X-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the other surface. Etching method of a piezoelectric wafer, wherein the shifted 10 ± 5% of the thickness of the conductive wafer.
The piezoelectric wafer etching method according to the first embodiment is characterized in that the one surface is in a + Y ′ direction with respect to the other surface.
According to a third aspect of the piezoelectric wafer etching method, the opening of the mask has a width of 1.5 times or more the plate thickness of the piezoelectric wafer. The method for etching a piezoelectric wafer according to the embodiment.
4. The piezoelectric wafer etching method according to
According to a fifth embodiment of the piezoelectric wafer etching method, the quartz wafer includes a crystal axis of quartz, an X axis as an electrical axis, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis. An axis obtained by inclining the Z axis in the −Y direction of the Y axis with the X axis of the orthogonal coordinate system as the center as a Z ′ axis, and an axis inclining the Y axis in the + Z direction of the Z axis as Y ′. 5. The piezoelectric wafer according to claim 4, wherein the piezoelectric wafer is an AT-cut quartz crystal wafer having a thickness parallel to the X ′ axis and the Z ′ axis and having a thickness parallel to the Y ′ axis. Etching method.
Application Example 1 This application example is a method for etching a piezoelectric wafer in which a mask having an opening is formed on one surface and the other surface of a piezoelectric wafer, and the opening is etched to form a through groove. An end in the Z′-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the one surface is an end in the Z′-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the other surface. On the other hand, the piezoelectric wafer etching method is characterized by being shifted by 50 ± 10% of the thickness of the piezoelectric wafer in the + Z ′ direction of the piezoelectric wafer.
マスクの開口部に露出した圧電ウエハをエッチングすると、このエッチングによって得られるX軸に沿う側面を圧電ウエハの表面に対して垂直にすることができる。そしてこの方法を用いて圧電基板を形成すると、圧電基板の表面に対して垂直な側面(X軸に沿う側面)を得ることができる。よって側面にワレやカケが発生し難くなり、機械的強度を向上させることができる。 When the piezoelectric wafer exposed in the opening of the mask is etched, the side surface along the X-axis obtained by this etching can be made perpendicular to the surface of the piezoelectric wafer. When a piezoelectric substrate is formed using this method, a side surface (side surface along the X axis) perpendicular to the surface of the piezoelectric substrate can be obtained. Accordingly, cracks and burrs are less likely to occur on the side surfaces, and the mechanical strength can be improved.
また圧電ウエハ上にマスクをずらして設けることにより、圧電ウエハの表面に対して貫通溝の側面を垂直にするまでのエッチング時間が短くなるので、エッチングによって形成される貫通溝の幅が広くなるのを防止できる。したがって圧電ウエハから圧電基板を得る場合、圧電基板の外形形状が小さくなるのを防止できるので、1枚の圧電ウエハから得られる圧電基板の数を多くすることができる。 In addition, by shifting the mask on the piezoelectric wafer, the etching time until the side surface of the through groove is perpendicular to the surface of the piezoelectric wafer is shortened, so that the width of the through groove formed by etching is widened. Can be prevented. Therefore, when the piezoelectric substrate is obtained from the piezoelectric wafer, it is possible to prevent the outer shape of the piezoelectric substrate from being reduced, so that the number of piezoelectric substrates obtained from one piezoelectric wafer can be increased.
[適用例2]本適用例は、前記一方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するX軸方向の前記端部を、前記他方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するX軸方向の前記端部に対して、前記圧電ウエハの+X方向に前記圧電ウエハの前記板厚の10±5%ずらしたことを特徴とする圧電ウエハのエッチング加工方法である。 Application Example 2 In this application example, the end in the X-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the one surface is used as the opening in the mask formed on the other surface. The piezoelectric wafer etching method is characterized by being shifted by 10 ± 5% of the thickness of the piezoelectric wafer in the + X direction of the piezoelectric wafer with respect to the end portion in the X-axis direction adjacent to the piezoelectric wafer.
マスクの開口部に露出した圧電ウエハをエッチングすると、このエッチングによって得られるZ’軸に沿う側面を圧電ウエハの表面に対して垂直にすることができる。そしてこの方法を用いて圧電基板を形成すると、圧電基板の表面に対して垂直な側面(Z’軸に沿う側面)を得ることができる。よって側面にワレやカケが発生し難くなり、機械的強度を向上させることができる。 When the piezoelectric wafer exposed in the opening of the mask is etched, the side surface along the Z ′ axis obtained by this etching can be made perpendicular to the surface of the piezoelectric wafer. When this method is used to form a piezoelectric substrate, a side surface (side surface along the Z ′ axis) perpendicular to the surface of the piezoelectric substrate can be obtained. Accordingly, cracks and burrs are less likely to occur on the side surfaces, and the mechanical strength can be improved.
また圧電ウエハ上にマスクをずらして設けることにより、圧電ウエハの表面に対して貫通溝の側面を垂直にするまでのエッチング時間が短くなるので、エッチングによって形成される貫通溝の幅が広くなるのを防止できる。したがって圧電ウエハから圧電基板を得る場合、圧電基板の外形形状が小さくなるのを防止できるので、1枚の圧電ウエハから得られる圧電基板の数を多くすることができる。 In addition, by shifting the mask on the piezoelectric wafer, the etching time until the side surface of the through groove is perpendicular to the surface of the piezoelectric wafer is shortened, so that the width of the through groove formed by etching is widened. Can be prevented. Therefore, when the piezoelectric substrate is obtained from the piezoelectric wafer, it is possible to prevent the outer shape of the piezoelectric substrate from being reduced, so that the number of piezoelectric substrates obtained from one piezoelectric wafer can be increased.
また圧電ウエハの一方の面に設けられるマスクと他方の面に設けられるマスクを、+Z’方向に圧電ウエハの板厚の50±10%ずらすとともに、+X方向に圧電ウエハの板厚の10±5%ずらせば、同じエッチング時間でX軸に沿う垂直な側面とZ’軸に沿う垂直な側面を有する圧電基板を得ることができる。 Further, the mask provided on one surface of the piezoelectric wafer and the mask provided on the other surface are shifted by 50 ± 10% of the thickness of the piezoelectric wafer in the + Z ′ direction and 10 ± 5 of the thickness of the piezoelectric wafer in the + X direction. % Shift, a piezoelectric substrate having a vertical side surface along the X-axis and a vertical side surface along the Z′-axis can be obtained with the same etching time.
[適用例3]本適用例に係る圧電ウエハのエッチング加工方法における前記マスクの前記開口部は、前記圧電ウエハの前記板厚に対して1.5倍以上の幅を有することを特徴としている。この場合、Z’軸方向に対しても、X軸方向に対しても、前記圧電ウエハの板厚に対して1.5倍以上の前記開口部の幅を有している。これにより開口部に露出している圧電ウエハを確実にエッチングすることができる。 Application Example 3 In the piezoelectric wafer etching method according to this application example , the opening of the mask has a width of 1.5 times or more the plate thickness of the piezoelectric wafer. In this case, the width of the opening is at least 1.5 times the plate thickness of the piezoelectric wafer in both the Z′-axis direction and the X-axis direction. Thereby, the piezoelectric wafer exposed to the opening can be reliably etched.
[適用例4]本適用例に係る圧電ウエハのエッチング加工方法における前記圧電ウエハは、ATカット水晶であることを特徴としている。これにより表面に対して垂直な側面を有するATカット水晶基板を得ることができる。 Application Example 4 In the piezoelectric wafer etching method according to this application example , the piezoelectric wafer is an AT cut crystal. Thereby, an AT-cut quartz substrate having a side surface perpendicular to the surface can be obtained.
[適用例5]本適用例は、前述した特徴を有する圧電ウエハのエッチング加工方法を用いて前記圧電ウエハをチップ化し、このチップ化した圧電基板に電極パターンを設けたことを特徴とする圧電デバイスである。これにより圧電デバイスは、圧電振動片を構成することができる。この圧電振動子に用いられる圧電基板は、表面に対して垂直な側面を有することができる。よって圧電デバイスは、安定した周波数を発振することができ、またワレやカケが発生し難くなるので機械的強度を向上させることができる。 Application Example 5 This application example is a piezoelectric device characterized in that the piezoelectric wafer is chipped using the piezoelectric wafer etching method having the characteristics described above, and an electrode pattern is provided on the chipped piezoelectric substrate. It is . Thus, the piezoelectric device can constitute a piezoelectric vibrating piece. The piezoelectric substrate used for this piezoelectric vibrator can have a side surface perpendicular to the surface. Therefore, the piezoelectric device can oscillate at a stable frequency, and it is difficult for cracking and chipping to occur, so that the mechanical strength can be improved.
[適用例6]本適用例に係る圧電デバイスは、前記電極パターンが形成された前記圧電基板をパッケージに搭載したことを特徴としている。これにより圧電デバイスは、圧電振動子を構成することができる。よって圧電デバイスからは、周波数が安定した信号を出力することができる。 Application Example 6 A piezoelectric device according to this application example is characterized in that the piezoelectric substrate on which the electrode pattern is formed is mounted on a package. Accordingly, the piezoelectric device can constitute a piezoelectric vibrator. Therefore, a signal with a stable frequency can be output from the piezoelectric device.
以下に、発明に係る圧電ウエハのエッチング加工方法および圧電デバイスの最良の実施形態について説明する。なお本実施形態では、圧電ウエハとしてATカットされた水晶を用いた形態を説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a piezoelectric wafer etching method and a piezoelectric device according to the invention will be described below. In this embodiment, an embodiment using an AT-cut crystal as a piezoelectric wafer will be described.
まず第1の実施形態について説明する。図1はATカットされた水晶ウエハの説明図である。水晶の結晶軸は、X軸、Y軸およびZ軸によって定義される。ATカットされた水晶ウエハ10は、Y軸に垂直に切り出されるXY平面をY板とし、このY板をX軸回りにθ回転させて得られる回転Y板であり、θが35°近傍のものをいう。そしてZ’軸およびY’軸は、Z軸およびY軸をθ回転させたことにより新たに設定した軸である。
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is an explanatory view of an AT-cut quartz crystal wafer. The crystal axis of quartz is defined by the X axis, the Y axis, and the Z axis. The AT-cut
このようなATカットされた水晶ウエハの一方の面および他方の面に開口部を有するマスクを形成し、この開口部をエッチングして貫通溝を形成する加工方法を以下に説明する。Z’軸に沿う方向に形成され、開口部16に隣接するマスク18の端部は、次のように形成される。図2はマスクを設けた水晶ウエハを示し、Z’軸に沿った断面図である。なお図2では、図面の左側が+Z’方向となり、上側が+Y’方向となり、図面の奥から手前に向かって+X方向となっている。
A processing method in which a mask having an opening is formed on one surface and the other surface of such an AT-cut quartz crystal wafer and a through groove is formed by etching the opening will be described below. The end of the
水晶ウエハ10の一方の面12および他方の面14にマスク18を形成し、貫通溝を形成したい部分の水晶ウエハ10の表面を露出しておく。すなわち水晶ウエハ10の一方の面12において、エッチングしたくない部分にマスク18を形成し、貫通溝を形成したい部分をマスク18の開口部16としておく。また水晶ウエハ10の他方の面14において、エッチングしたくない部分にマスク18を形成し、貫通溝を形成したい部分をマスク18の開口部16としておく。なお水晶ウエハ10の一方の面12は、他方の面14よりも+Y’方向に位置している。
A
そして水晶ウエハ10の一方の面12に形成され、開口部16に隣接するマスク18の+Z’方向の端部Aは、他方の面14に形成され、開口部16に隣接するマスク18の+Z’方向の端部Bに対して、水晶ウエハ10の+Z’方向に長さL1ずらされている。また水晶ウエハ10の一方の面12に形成され、開口部16に隣接するマスク18の−Z’方向の端部A’は、他方の面14に形成され、開口部16に隣接するマスク18の−Z’方向の端部B’に対して、水晶ウエハ10の+Z’方向に長さL1ずらされている。この長さL1は、水晶ウエハ10の板厚tの50±10%である。一例としては、板厚tを100μmとすると、マスク18の端部A(A’)と端部B(B’)とのずらし量(長さ)L1は40〜60μmとなる。
An end A in the + Z ′ direction of the
また水晶ウエハ10の一方の面12に形成されるマスク18の開口部16のZ’軸に沿う方向の幅と、他方の面14に形成されるマスク18の開口部16のZ’軸に沿う方向の幅は同じ長さL3となっている。この長さL3は、水晶ウエハ10の板厚tの1.5倍以上である。一例としては、板厚tを100μmとすると、マスク18の開口部16の長さL3は150μm以上となる。
Further, the width in the direction along the Z ′ axis of the
またX軸に沿う方向に形成されるマスク18の端部は、次のように形成される。図3はマスクを設けた水晶ウエハを示し、X軸に沿った断面図である。なお図3では、図面の左側が+X方向となり、上側が+Y’方向となり、手前から図面の奥に向かって+Z’方向となっている。なお図3においても、水晶ウエハ10の一方の面12は、他方の面14よりも+Y’方向に位置している。
Further, the end portion of the
そして水晶ウエハ10の一方の面12に形成され、開口部16に隣接するマスク18の+X方向の端部Cは、他方の面14に形成され、開口部16に隣接するマスク18の+X方向の端部Dに対して、水晶ウエハ10の+X方向に長さL2ずらされている。また水晶ウエハ10の一方の面12に形成され、開口部16に隣接するマスク18の−X方向の端部C’は、他方の面14に形成され、開口部16に隣接するマスク18の−X方向の端部D’に対して、水晶ウエハ10の+X方向に長さL2ずらされている。この長さL2は、水晶ウエハ10の板厚tの10±5%である。一例としては、板厚tを100μmとすると、マスク18の端部C(C’)と端部D(D’)とのずらし量(長さ)L2は5〜15μmとなる。また水晶ウエハ10の一方の面12に形成されるマスク18の開口部16のX軸に沿う方向の幅と、他方の面14に形成されるマスク18の開口部16のX軸に沿う方向の幅は同じ長さL3となっている。この長さL3は、水晶ウエハ10の板厚tの1.5倍以上である。一例としては、板厚tを100μmとすると、マスク18の開口部16の長さL3は150μm以上となる。
An end C in the + X direction of the
そして1枚の水晶ウエハ10から複数の水晶基板(圧電基板)を形成する場合は、水晶ウエハ10の一方の面12および他方の面14に上述した関係を備えたマスク18を複数形成すればよい。図4は一方の面に形成されるマスクと他方の面に形成されるマスクの位置関係を説明する平面図である。この図4は1枚の水晶ウエハから水晶基板を得るときの一例であり、水晶基板1枚分のマスク18(18a,18b)の位置関係を示している。そして図4において、図面の左側が+X方向となり、上側が+Z’方向となり、図面の奥から手前に向かって+Y’方向となっている。なお図4では、水晶ウエハの記載は省略している。そして一方の面12に形成されるマスク18aが実線で示され、他方の面14に形成されるマスク18bが破線で示されている。
When a plurality of crystal substrates (piezoelectric substrates) are formed from one
図4に示されるように、一方の面12に形成されるマスク18aは、他方の面14に形成されるマスク18bに対して+X方向に長さL1ずらされるとともに、+Z’方向に長さL2ずらされている。この長さL1およびL2は、前述したように、それぞれ水晶ウエハ10の板厚tの50±10%および板厚tの10±5%となっている。
As shown in FIG. 4, the
このようにしてマスク18が形成された水晶ウエハ10をエッチングすると、マスク18の開口部16がエッチングされて貫通溝が形成される。図5はエッチングによって得られた水晶基板を示し、Z’軸に沿った断面図である。なお図5では、図面の右側が+Z’方向となり、手前から図面の奥に向かって+X方向となっている。エッチング加工されて得られた貫通溝の側面は水晶基板20の側面となる。このため図5に示される場合では、水晶基板20の左側および右側の側面が貫通溝の側面となっている。
When the
そして前述したように、長さL1を水晶ウエハ10の板厚tの50±10%としてマスク18を形成した場合におけるZ’方向の水晶基板20の側面22(X軸に沿っている水晶基板20の側面22)は、図5(B)に示されるように表面24に対して垂直になる。なおここで垂直な面には、表面24に対して略垂直な面も含み、僅かの残さや僅かの入り込みがあっても、垂直とみなすことができる。なお図示はしていないが、長さL2を板厚tの10±5%としてマスク18を形成した場合におけるX方向の水晶基板20の側面(Z’軸に沿っている水晶基板20の側面)は、Z’方向の水晶基板20の側面22と同様に表面24に対して垂直になる。
As described above, when the
これに対し長さL1が、前述した長さよりも短い場合、例えば長さL1が零の場合におけるZ’方向の水晶基板20の側面22は、図5(A)に示されるように大きな残さ26が残る。なお図示はしていないが、長さL2を前述した長さよりも短くした場合におけるX方向の水晶基板20の側面も、Z’方向の水晶基板20の側面22と同様に残さが残る。そして、この残さ26を除去するためにはさらにエッチングを行えばよいが、横方向のエッチングによって水晶基板20の幅が小さくなってしまう。
On the other hand, when the length L1 is shorter than the length described above, for example, when the length L1 is zero, the
また長さL1が、前述した長さよりも長い場合、例えば水晶の板厚tと同じ長さの場合におけるZ’方向の水晶基板20の側面22は、図5(C)に示されるように大きな入り込み28が発生する。なお図示はしていないが、長さL2を前述した長さよりも長くした場合におけるX方向の水晶基板20の側面も、Z’方向の水晶基板20の側面22と同様に大きな入り込みが発生する。
Further, when the length L1 is longer than the length described above, for example, the
このような水晶ウエハ10のエッチング加工方法によれば、一方の面12に形成されるマスク18を他方の面14に形成されるマスク18に対してZ’軸方向に水晶ウエハ10の板厚tの50±10%ずらすことにより、マスク18の開口部16をエッチングして得られるX軸に沿う側面22を表面に対して垂直にすることができる。また一方の面12に形成されるマスク18を他方の面14に形成されるマスク18に対してX軸方向に水晶ウエハ10の板厚tの10±5%ずらすことにより、マスク18の開口部16をエッチングして得られるZ’軸に沿う側面を表面に対して垂直にすることができる。そして長さL1、L2を前述したように設定すれば、同一のエッチング時間で表面に対して垂直なX軸に沿う側面22とZ’軸に沿う側面を有する水晶基板20を得ることができる。したがって水晶基板20は、側面が表面に対して垂直に形成されているのでワレやカケが発生し難くなり、機械的強度を向上させることができる。
According to such an etching method of the
また前述したように水晶ウエハ10上にマスク18をずらして設ければ、マスク18をずらさないで設ける場合に比べて、約3倍早く垂直な側面の水晶基板20を形成することができる。そして水晶基板20上にマスク18をずらして設ければ、マスク18をずらさないで設ける場合に比べて、貫通溝を形成するためのエッチング時間が短くなるので、外形形状の大きい水晶基板20を得ることができるとともに、生産スピードも向上することができる。したがって、1枚の水晶ウエハ10から得られる水晶基板20の個数を多くすることができる。
As described above, if the
また開口部16の長さL3を水晶ウエハ10の厚さtの1.5倍以上としているので、水晶ウエハ10の表面とエッチング液を確実に接触することができる。したがって水晶ウエハ10に貫通溝を形成することができる。
In addition, since the length L3 of the
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、第1の実施形態で説明した水晶ウエハのエッチング加工方法を用いて1枚の水晶ウエハから複数の水晶基板を形成し、この水晶基板を用いて圧電デバイスを形成する構成について説明する。図6は圧電デバイスの説明図である。ここで図6(A)は水晶振動片の平面図、図6(B)は水晶振動子の断面図である。 Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, a plurality of crystal substrates are formed from one crystal wafer using the crystal wafer etching method described in the first embodiment, and a piezoelectric device is formed using the crystal substrates. Will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram of a piezoelectric device. Here, FIG. 6A is a plan view of the crystal resonator element, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the crystal resonator.
図6(A)に示される水晶振動片30(圧電振動片、圧電デバイス)は、水晶基板20の表面に電極パターン32を設けた構成である。この電極パターン32は、励振電極34、接続電極36および引き出し電極38を有している。励振電極34は、水晶基板20の一方の面12および他方の面14における中央部に設けられている。また接続電極36は、水晶基板20のある1つの辺における両端部に設けられている。この接続電極36は、各端部において一方の面12と他方の面14のそれぞれに形成されており、側面を介して接続されている。そして励振電極34と接続電極36は、引き出し電極38によって1対1に接続されている。このようにして、図6(A)に示される厚みすべり振動を生じるATカットの水晶振動片30が得られる。
The crystal vibrating piece 30 (piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device) shown in FIG. 6A has a configuration in which an
この水晶振動片30の側面は表面に対して垂直に形成されているので、水晶振動片30の振動特性が向上し、安定した周波数を発振することができる。そして水晶振動片30を小型化した場合であっても、水晶振動片30は安定した周波数を発振することができる。また水晶振動片30の側面は垂直なので、ワレやカケが発生し難くなり、機械的強度を向上させることができる。
Since the side surface of the quartz
そして、このような水晶振動片30はパッケージ42に搭載されて、図6(B)に示されるような水晶振動子40(圧電振動子、圧電デバイス)を構成することができる。パッケージ42は、パッケージベース44と蓋体46を有している。このパッケージベース44の裏面に外部端子48が設けられている。またパッケージベース44は、上側に向けて開口した凹部50を有している。この凹部50の底面にマウント電極52が設けられており、このマウント電極52は外部端子48と導通している。そしてマウント電極52の上に導電性接合材54を介して水晶振動片30が設けられている。具体的には、マウント電極52の上に導電性接合材54が設けられた後、この導電性接合材54と水晶振動片30の接続電極36が接合するように、水晶振動片30がパッケージベース44に搭載される。そして水晶振動片30が搭載されたパッケージベース44の上面に蓋体46が接合されて、凹部50を気密封止している。この気密封止は、凹部50を真空に封止するもの、または窒素等の不活性ガスにより封止するものであればよい。これにより水晶振動子40からは、周波数が安定した信号を出力することができる。
Such a
なお前述したパッケージ42に、水晶振動片30を発振させる回路を搭載して水晶発振器とすることもできる。また水晶振動片30を発振させる回路とともに、水晶振動片30の温度に対する周波数の安定度を高める温度補償回路や水晶振動片30の出力周波数を設定電圧に応じて制御する回路をパッケージ42に搭載して、温度補償型水晶発振器や電圧制御型水晶発振器とすることもできる。
It should be noted that a circuit for oscillating the
10………水晶ウエハ、12………一方の面、14………他方の面、16………開口部、18………マスク、20………水晶基板、30………水晶振動片、32………電極パターン、40………水晶振動子、42………パッケージ。 10 ......... Quartz wafer, 12 ......... One surface, 14 ......... Other surface, 16 ......... Opening, 18 ......... Mask, 20 ......... Quartz substrate, 30 ......... Crystal vibrating piece , 32... Electrode pattern, 40... Quartz crystal, 42.
Claims (5)
前記一方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するZ’軸方向の端部を、前記他方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するZ’軸方向の端部に対して、前記圧電ウエハの+Z’方向に前記圧電ウエハの板厚の50±10%ずらすと共に、
前記一方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するX軸方向の前記端部を、前記他方の面に形成された前記マスクにおける前記開口部に隣接するX軸方向の前記端部に対して、前記圧電ウエハの+X方向に前記圧電ウエハの前記板厚の10±5%ずらしたことを特徴とする圧電ウエハのエッチング加工方法。 In a method for etching a piezoelectric wafer , a mask having an opening is formed on one surface and the other surface of the piezoelectric wafer, and the piezoelectric wafer exposed from the opening is etched to form a through groove.
An end in the Z′-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the one surface is an end in the Z′-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the other surface. In contrast, the piezoelectric wafer is shifted by 50 ± 10% of the thickness of the piezoelectric wafer in the + Z ′ direction of the piezoelectric wafer,
The end in the X-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the one surface is the end in the X-axis direction adjacent to the opening in the mask formed on the other surface. In contrast, a method for etching a piezoelectric wafer, wherein the piezoelectric wafer is shifted by 10 ± 5% of the thickness of the piezoelectric wafer in the + X direction of the piezoelectric wafer.
水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、前記Y’軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶ウエハであることを特徴とする請求項4に記載の圧電ウエハのエッチング加工方法。 Centering on the X axis of an orthogonal coordinate system consisting of an X axis as an electric axis, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis, which are crystal axes of quartz, the Z axis is the Y axis. The axis tilted in the −Y direction is the Z ′ axis, the Y axis is tilted in the + Z direction of the Z axis, the Y ′ axis, and is configured by planes parallel to the X axis and the Z ′ axis. 5. The method for etching a piezoelectric wafer according to claim 4, wherein the wafer is an AT-cut quartz wafer having a thickness in a direction parallel to the Y ′ axis.
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