JP5302776B2 - 水晶片集合基板 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動素子となる複数の水晶片が集合して一体で構成された水晶片集合基板に関する。

電子部品の一つである水晶振動子や水晶発振器の内部には水晶振動素子が搭載されている。水晶振動素子は、水晶片とその水晶片の表面に設けられた励振用電極、接続用電極及び導配線パターンにより構成されている。水晶片は薄板であり、平面視の外形形状が例えば円形状、四角形状又は音叉形状をしている。励振用電極は水晶片表面の所定の位置に設けられており、少なくとも水晶片の一部分を励振させる。導配線パターンは、例えば所定の励振用電極と後述する所定の接続用電極とを電気的に接続するように水晶片の表面に設けられている。接続用電極は水晶片表面の所定の位置に設けられており、水晶振動素子を搭載する容器と電気的に接続する。このような水晶振動素子となる水晶片を製造する場合、複数の水晶片が集合して一体で構成された水晶片集合基板が用いられる。

図１０は従来の水晶片集合基板の一例を示した平面図である。図１１は図１０のＤ部拡大図である。図１２は図１１のＥ部拡大図である。図１０に示すように、水晶片集合基板８００は、水晶板８０１と折取部８１０と水晶片８２０とより構成される。

図１０及び図１１に示すように、水晶板８０１の外形は平面視略四角形であり、厚さは例えば約１００μｍである。この水晶板８０１には、開口部の形状が長方形の貫通部８０２が例えば３つ設けられている。各貫通部８０２は水晶板８０１内に等間隔で並んで設けられている。尚、この貫通部８０２の大きさは、その貫通部８０２の内に、所望する数の後述する折取部８１０及び水晶片８２０が整列配置できる大きさとなっている。

図１２に示すように、折取部８１０は平面視台形形状であり、その長辺側面が各貫通部８０２の側面のうちの一つの面に一体で繋がるように複数設けられている。又、折取部８１０の短辺側面は、後述する水晶片８２０と一体で繋がっている。尚、折取部８１０と水晶片８２０との境界部分は、水晶片８２０を折取部８１０から分離する際の折取線ＢＬ２となる。

図１０及び図１１に示すように、水晶片８２０は、平面視略長方形の基部８２１と、基部８２１の一辺から同一方向に延設された第一の振動腕部８２２と第二の振動腕部８２３から成る音叉形状に概略構成される。この第一の振動腕部８２２及び第二の振動腕部８２３の表裏両主面には、基部８２１との境界部分からそれぞれの振動腕部の先端に向って、所定の長さを有する溝部８２４が設けられている。尚、この水晶片８２０全体としての長さは例えば約２ｍｍであり、幅は例えば約０．５ｍｍである。又、図１１及び図１２に示すように、水晶片８２０は、基部８２１の第一の振動腕部８２２及び第二の振動腕部８２３が延設した辺と対向する辺の中央部分で、折取部８２０の短辺側面と一体で繋がっている（例えば、特許文献１参照）。

このような水晶片集合基板８００は、例えば、以下のような方法で製造される。
まず、平板で平面視略長方形の水晶板の表裏主面全面に耐食性膜を形成する。その耐食性膜上全面にレジスト膜を形成する。そのレジスト膜のうち、貫通部８０２となる部分及び水晶片８２０の各振動腕部に設けられる溝部８２４となる部分にあるレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により耐食性膜上から除去する。

その後、レジスト膜が除去された部分の耐食性膜をエッチング技術により水晶板より除去し、更に残った耐食性膜上にあるレジスト膜を除去する。そして耐食性膜が除去された部分のうち、溝部８２４となる部分の水晶板をハーフエッチングして溝部８２４を形成すると同時に、それ以外の耐食性膜が形成されていない水晶板部分をエッチングして貫通部８０２を形成する。この貫通部８０２を形成することにより折取部８１０及び水晶片８２０の外形が形成される。その後、水晶板の表面に残っている耐食性膜を除去する。このような方法により水晶片集合基板８００は製造される（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１９８２９９号公報（図６、図７、図１６及び図１７） 特開２００８−６０９５２号公報

しかしながら、水晶振動子の薄型化が進むにつれ、その内部に搭載する水晶振動素子を構成する水晶片８２０も薄型化が必要になる。水晶片８２０を備える水晶片集合基板８００では、その製造工程上、水晶片８２０が薄くなるのと同時に、水晶片８２０以外の水晶板８０１及び折取部８１０も薄くなってしまい、水晶板８０１、折取部８１０の機械的強度が低下する。

例えば、水晶片集合基板８００は、その製造工程において適宜超音波洗浄が行われる。水晶片集合基板８００に超音波洗浄を施した場合、超音波振動で発生した気泡の崩壊時の衝撃による荷重が、主に水晶板８０１及び折取部８１０の主面方向から加わる。このような従来の水晶片集合基板８００を薄くした場合は、その荷重により水晶板８０１に外周部分から内部に向かう亀裂が生じることがあった。又、水晶片集合基板８００では、この亀裂から水晶板８０１が折れてしまうことがあった。更に、折取部８１０にも前記荷重により亀裂が生じることがあり、その亀裂により折取部８１０が折れて、水晶片８２０が水晶片集合基板８００より脱落してしまうことがあった。

このような問題に対して超音波洗浄時の超音波振動を低減し荷重を低下させると、水晶片集合基板８００表面に付着した異物が除去できなくなる恐れがある。又、水晶板８０１及び折取部８１０の厚さを水晶片８２０より厚くして機械的強度を増すことも考えられる。しかし、その場合は、水晶片集合基板８００内に水晶片８２０とは厚さの異なる部分を作るためのフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を増やす必要があり、水晶片集合基板８００の製造コストを増大させてしまう問題がある。
本発明の目的は、水晶板及び折取部の折れを低減し、又製造工数を増やすことなく製造できる水晶片集合基板を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、少なくとも一つの貫通部が設けられた水晶板と、前記貫通部の側面に設けられた複数の折取部と、それぞれの前記折取部に繋がった接続部と、前記接続部に繋がった水晶片とを備え、前記水晶板には、少なくとも一方の主面に所定の間隔を空けて２個一対の第一の溝部が形成されており、前記第一の溝部の間にあって且つ前記第一の溝部と直交する方向に所定の間隔を空けて２個一対の第二の溝部が形成されており、前記貫通部が、前記第一の溝部と前記第二の溝部とで囲われた部分に形成されており、前記折取部と前記接続部との少なくとも一方の主面に、前記折取部から前記接続部に至る第三の溝部が設けられていることを特徴とする水晶片集合基板である。

又、本発明は、前記水晶片の外形形状が四角形状、音叉形状、Ｈ型形状のいずれかであることを特徴とする水晶片集合基板でもある。

本発明に係る水晶片集合基板によれば、水晶板の少なくとも一方の主面に２個一対の第一の溝部を所定の間隔を空けて設け、この第一の溝部の間にあって、且つ第一の溝部と直交する方向に２個一対の第二の溝部を所定の間隔を空けて設けることにより、水晶板の主面方向からの荷重に対する機械的強度を向上させることができる。

又、折取部と接続部との少なくとも一方の主面に、折取部から接続部に至る第三の溝部を設けることにより、折取部及び接続部の主面方向からの荷重に対する機械的強度を向上させることができる。

更に、第一の溝部、第二の溝部及び第三の溝部は、水晶片の振動腕部に従来からある溝部を形成する工程中で同時に形成することができるので、第一の溝部、第二の溝部及び第三の溝部を形成するための新たな工程を設ける必要がなく、水晶片集合基板の製造工数が従来より増加することがない。
これにより、本発明は、水晶板及び折取部の折れを低減させ、又製造工数を増やすことなく水晶片集合基板を製造することができる。

本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の一例を示す平面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図２のＢ−Ｂ部断面図である。 図２のＣ部拡大図である。 本発明の実施形態に係る水晶片集合基板を成す水晶片から構成される水晶振動素子の一部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の第一の変形例を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の第二の変形例を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係る水晶片集合基板のさらなる変形例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る水晶片集合基板のさらなる変形例を示す斜視図である。 従来の水晶片集合基板を示す平面図である。 図１０のＤ部拡大図である。 図１１のＥ部拡大図である。

以下に、本発明における水晶片集合基板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に図３、図５、図６、図７、図８及び図９の厚さ寸法は誇張して図示している。

図１は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板を示す平面図である。図２は、図１のＡ部拡大図である。図３は、図２のＢ−Ｂ部断面図である。図４は、図２のＣ部拡大図である。図５は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板を成す水晶片から構成される水晶振動素子の一部を示す斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係る水晶振動素子の第一の変形例を示す部分断面図である。図７は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の第二の変形例を示す部分断面図である。図８は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板のさらなる変形例を示す斜視図である。図９は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板のさらなる変形例を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、水晶片集合基板１００は、水晶板１０１と、折取部１１０と、接続部１２０と、水晶片１３０とから概略構成される。

図１に示すように、水晶板１０１は平面視略長方形であり、厚さが例えば約１００μｍである。水晶板１０１の表裏主面には、各主面で２個一対の第一の溝部１０２が設けられている。各主面に設けられた第一の溝部１０２は、水晶板１０１の対向する外周二辺に沿って、その外周二辺近傍にそれぞれ１個ずつ設けられている。又、図３に示すように、第一の溝部１０２は、水晶板１０１の表主面に設けられた第一の溝部１０２の底面と、その表主面の第一の溝部１０２に対応する水晶板１０１の裏主面に設けられた第一の溝部１０２の底面とが対向するように設けられている。

又、図１に示すように、水晶板１０１の表裏主面には、各主面で２個一対の第二の溝部１０３が設けられている。各主面に設けられた第二の溝部１０３は、第一の溝部１０２が沿って設けられた水晶板１０１の外周二辺とは異なる外周二辺に沿って、その沿った外周二辺の近傍であり且つ同じ主面に設けられている２個の第一の溝部１０２の間にそれぞれ１つずつ設けられている。つまり、第一の溝部１０２と第二の溝部１０３は互いに直交する方向で設けられている。又、第二の溝部１０３は、水晶板１０１の表主面に設けられた第二の溝部１０３の底面と、その表主面の第二の溝部１０３に対応する水晶板１０１の裏主面に設けられた第二の溝部１０３の底面とが対向するように設けられている（図示せず）。

水晶板１０１の第一の溝部１０２と第二の溝部１０３とにより囲われた部分には、開口部の形状が長方形の貫通部１０４が例えば３つ設けられている。この貫通部１０４は水晶板１０１内に等間隔で並んで設けられている。尚、この貫通部１０４の大きさは、その貫通部１０４の内に、所望する数の後述する折取部１１０、接続部１２０及び水晶片１３０が整列配置できる大きさである。尚、本実施形態において水晶板１０１に設けられている貫通部１０４の数は３つであるが、水晶板１０１の大きさに対応して貫通部１０４を複数設けても良い。

図４に示すように、折取部１１０は例えば平面視台形形状であり、その長辺側面が各貫通部１０４の側面のうちの一つの面に一体で繋がるように複数設けられている。又、折取部１１０の短辺側面は後述する接続部１２０と一体で繋がる。

図４に示すように、接続部１２０は各折取部１１０の短辺側面に一体で繋がるように設けられている。尚、図４において、紙面に対して縦方向を接続部１２０の長さ方向とし、紙面に対して横方向を接続部１２０の幅方向とする。この接続部１２０の折取部１１０と繋がっている長さ方向の一方端の幅寸法は、折取部１１０の短辺寸法と同じである。接続部１２０の平面視における形状は、例えば長さ方向の一方端から他方端に向かうにつれ幅寸法が広くなっており、所定の幅寸法となった位置から長さ方向の他方端までの幅寸法が一定の形状となっている。尚、折取部１１０と接続部１２０との境界部分は、接続部１２０と水晶片１３０とを折取部１１０から分離する際の折取線ＢＬ１となる。この接続部１２０を設けることにより、折取部１１０から後述する水晶片１３０を分離する際に、水晶片１３０を成す基部１３１に直接カケや亀裂が生じることを防止することができる。

図１及び図２に示すように、水晶片１３０は、平面視四角形の基部１３１と、基部１３１の一辺から同一方向に延設された第一の振動腕部１３２と第二の振動腕部１３３から成る音叉形状に概略構成される。この第一の振動腕部１３２及び第二の振動腕部１３３の表裏両主面には、基部１３１との境界部分からそれぞれの振動腕部の先端に向って、所定の長さを有する溝部１３４が振動腕部毎に２本平行に設けられている。尚、この水晶片１３０全体としての長さは例えば約２ｍｍであり、幅は例えば約０．５ｍｍである。又、図４に示すように、水晶片１３０は、基部１３１の第一の振動腕部１３２及び第二の振動腕部１３３が延設した辺と対向する辺側面の中央部分で、接続部１２０の長さ方向の他方端と一体で繋がっている。つまり、水晶片１３０は、接続部１２０を介して折取部１１０と一体で繋がっている。

図４に示すように、この折取部１１０と接続部１２０の両主面には、折取部１１０から接続部１２０に至る、第三の溝部１１１が設けられている。この第三の溝部１１１は、折取部１１０と接続部１２０の両主面において、図２に示す水晶片１３０の幅の中心軸ＣＬ１に第三の溝部１１１の幅の中心軸ＣＬ２を合致させて設けられている。
w 尚、第一の溝部１０２、第二の溝部１０３、第三の溝部１１１及び水晶片の各振動腕部に設けられた溝部１３４以外の水晶板１０１、折取部１１０、接続部１２０及び水晶片１３０の厚さは、同一の厚さとなっている。

このような水晶片集合基板１００は、例えば、以下のような方法で製造される。
まず、平板で平面視略長方形の水晶板の表裏主面全面に耐食性膜を形成する。その耐食性膜上全面にレジスト膜を形成する。そのレジスト膜のうち、貫通部１０４となる部分、各第一の溝部１０２となる部分、各第二の溝部１０３となる部分、各第三の溝部１１１となる部分、及び水晶片の各振動腕部に設けられる溝部１２４となる部分にあるレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により耐食性膜上より除去する。

その後、レジスト膜が除去された部分の耐食性膜をエッチング技術により水晶板より除去し、更に残った耐食性膜上にあるレジスト膜を除去する。そして耐食性膜が除去された部分のうち、第一の溝部１０２となる部分、第二の溝部１０３となる部分、第三の溝部１１１となる部分、及び水晶片の各振動腕部に設けられる溝部１３４となる部分の水晶板をハーフエッチングして前記各溝部を形成すると同時に、それ以外の水晶板の耐食性膜が設けられていない部分をエッチングして貫通部１０４を形成する。この貫通部１０４を形成することにより折取部１１０、接続部１２０及び水晶片１３０の外形が形成される。その後、水晶板の表面に残っている耐食性膜を除去する。このような方法により水晶片集合基板１００は製造される。

このような水晶片集合基板１００によれば、水晶板１０１の表裏主面に２個一対の第一の溝部１０２を設け、この第一の溝部１０２の間にあって、且つ第一の溝部１０２と直交する方向に２個一対の第二の溝部１０３を設けることにより、水晶板１０１の主面方向からの荷重に対する機械的強度を向上させることができる。又、折取部１１０と接続部１２０の表裏主面に、折取部１１０から接続部１２０に至る第三の溝部１１１を設けることにより、折取部１１０及び接続部１２０の主面方向からの荷重に対する機械的強度を向上させることができる。

従って、例えば、水晶片集合基板１００に超音波洗浄を行った場合に生じていた、水晶片集合基板１００主面方向からの荷重による水晶板１０１のカケや亀裂の発生を防止することができ、このカケや亀裂から水晶板１０１が折れることも防止することができる。又、折取部１１０及び接続部１２０の亀裂の発生を防止することができ、その亀裂により折取部１１０や接続部１２０が折れて水晶片１３０が水晶片集合基板１００より脱落してしまうことを防止することができる。

又、第一の溝部１０２と第二の溝部１０３と第三の溝部１１１とは、水晶片１３０の各振動腕部に設けられる溝部１３４を形成する工程内で同時に形成することができるので、第一の溝部１０２と第二の溝部１０３と第三の溝部１１１とを形成する新たな工程を設ける必要がなく、水晶片集合基板１００の製造工数が従来より増加することがない。
よって、本発明は、水晶板１０１、折取部１１０及び接続部１２０の折れを低減でき、又製造工数を増やすことなく水晶片集合基板１００を製造することができる。

尚、水晶片集合基板１００内の各水晶片１３０には、水晶片１３０表面の所定の位置に、図５に一部例示したような、励振用電極２０１と接続用電極２０２と導配線パターン２０３とが設けられ水晶振動素子２００が形成される。接続用電極２０２は、水晶振動子を構成する素子搭載部材に設けられた素子接続用電極パッドと電気的接続をするために用いられる。導配線パターン２０２は、励振用電極２０１と接続用電極２０２を電気的に接続する。各水晶振動素子２００は、水晶片集合基板１００の各水晶片１３０に励振用電極２０１と接続用電極２０２と導配線パターン２０３とを形成した後に、折取線ＢＬ１で折取部１１０から分離され個片化される。

（第一の変形例）
次に、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の第一の変形例について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の第一の変形例を示す部分断面図である。尚、図６は、図３と同一箇所の断面図である。発明の実施形態になる水晶片集合基板の第一の変形例は、水晶板１０１の一方の主面のみに、第一の溝部１０２と第二の溝部１０３と第三の溝部１１１が設けられている点で前記実施形態と異なる。尚、このように水晶片集合基板１００の第一の変形例を構成しても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。

（第二の変形例）
次に、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の第二の変形例について説明する。図７は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板の第二の変形例を示す部分断面図である。尚、図７は、図３と同一箇所の断面図である。発明の実施形態になる水晶片集合基板の第二の変形例は、水晶板１０１の表裏主面に設けられた第一の溝部１０２及び第二の溝部１０３において、表主面に設けられた第一の溝部１０２及び第二の溝部１０３の底面と、その第一の溝部１０２及び第二の溝部１０３に対応する裏主面に設けられた第一の溝部１０２と第二の溝部１０３の底面が対向しないように設けられている点で前記実施形態と異なる。尚、このように水晶片集合基板１００の第二の変形例を構成しても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。

（さらなる変形例）
次に、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板１００のさらなる変形例について説明する。前記した実施の形態、第一の変形例及び第二の変形例における水晶片１３０の外形形状は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば、水晶片の外形形状は四角形状や、基部から４つの腕部が延設されたＨ型形状でも良い。

図８は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板１００のさらなる変形例を示した斜視図であり、水晶片集合基板１００を成す水晶片の外形形状が四角形状である場合の例を示している。
図８（ａ）に示すように、例えば、外形形状が四角形状の水晶片には、結晶軸の一つであるＸ軸に沿った長辺を有する、平板状の水晶板全体で厚さが同じである平板型の水晶片３００がある。第三の溝部１１１が設けられた接続部１２０は、結晶軸の一つであるＺ′軸に沿った水晶片３００の一方の短辺の側面３０１の中央部に、接続部１２０の長さ方向の他方端が一体で繋がっている。
又、図８（ｂ）に示すように、外形形状が四角形状の水晶片には、結晶軸の一つであるＸ軸に沿った長辺を有する平板形状の水晶板３１１の表裏主面に凸部３１２を有し、この凸部３１２を振動部とするいわゆるメサ型の水晶片３１０もある。第三の溝部１１１が設けられた接続部１２０は、結晶軸の一つであるＺ′軸に沿った水晶片３１０の一方の短辺の側面３１３の中央部に、接続部１２０の長さ方向の他方端が一体で繋がっている。
更に、図８（ｃ）に示すように、外形形状が四角形状の水晶片には、結晶軸の一つであるＸ軸に沿った長辺を有する平板状の水晶板３２１の一方の主面側に、開口部が四角形状の凹部３２２を有し、この凹部３２２の底面を振動部とするいわゆる逆メサ型の水晶片３２０もある。第三の溝部１１１が設けられた接続部１２０は、結晶軸の一つであるＺ′軸に沿った水晶片３２０の一方の短辺の側面３２３の中央部に、接続部１２０の長さ方向の他方端が一体で繋がっている。このような水晶片集合基板１００のさらなる変形例を構成しても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。

図９は、本発明の実施形態に係る水晶片集合基板１００のさらなる変形例を示した斜視図であり、水晶片集合基板１００を成す水晶片の外形形状がＨ型形状である場合の例を示している。
外形形状がＨ型形状をした水晶片は、例えば角速度センサ素子の構成部品として用いられている。図８に示すように、例えば水晶片４００は、Ｘ´軸に沿って長辺を有する四角形状の基部４０１と、この基部４０１からＹ´軸に沿って延出する一対の励振用腕部４０２と、この励振用腕部４０２とは反対側に基部４０１から延出する一対の検出用腕部４０３と、この基部４０１には、素子搭載部材に固定するための支持部４０４が一対の検出用腕部４０３の間に設けられている。第三の溝部１１１が設けられた接続部１２０は、この支持部４０４の先端部のＸ′軸に沿った辺の側面４０５の中央部に、接続部１２０の長さ方向の他方端が一体で繋がっている。このような水晶片集合基板１００のさらなる変形例を構成しても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。

又、前記した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、水晶片集合基板における水晶板の大きさ、その水晶板に設けられる貫通部の大きさや数、及び貫通部内に配置される折取部、接続部及び水晶片の数ついては、前記実施形態として開示した水晶片集合基板１０１に限定されるものではない。

１００・・・水晶片集合基板
１０１・・・水晶板
１０２・・・第一の溝部
１０３・・・第二の溝部
１０４・・・貫通部
１１０・・・折取部
１１１・・・第三の溝部
１２０・・・接続部
１３０，３００，３１０，３２０，４００・・・水晶片
１３１・・・基部
１３２・・・第一の振動腕部
１３３・・・第二の振動腕部
１３４・・・溝部

Claims (2)

1. 少なくとも一つの貫通部が設けられた水晶板と、
   前記貫通部の側面に設けられた複数の折取部と、
   それぞれの前記折取部に繋がった接続部と、
   前記接続部に繋がった水晶片とを備え、
   前記水晶板には、少なくとも一方の主面に所定の間隔を空けて２個一対の第一の溝部が形成されており、前記第一の溝部の間にあって且つ前記第一の溝部と直交する方向に所定の間隔を空けて２個一対の第二の溝部が形成されており、
   前記貫通部が、前記第一の溝部と前記第二の溝部とで囲われた部分に形成されており、
   前記折取部と前記接続部との少なくとも一方の主面に、前記折取部から前記接続部に至る第三の溝部が設けられていることを特徴とする水晶片集合基板。
2. 前記水晶片の外形形状が四角形状、音叉形状、Ｈ型形状のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の水晶片集合基板。

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