JP6112505B2 - 圧電ウエハおよび圧電振動素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電デバイスに用いられる圧電振動素子，圧電ウエハおよび圧電振動素子の製造方法に関するものである。

従来より、電子機器に組み込まれるタイミングデバイスとして、圧電デバイスが幅広く用いられている。また、電子機器は小型化が進み、電子機器に搭載される圧電デバイスにおいても同様に小型化が要求されている。例えば、圧電デバイスの一つである圧電振動子は、凹部を有する素子搭載部材と、素子搭載部材の凹部内に搭載された圧電振動素子と、圧電振動素子を気密に封止するための蓋部材とで構成されている。

圧電振動素子は、平板状の圧電基板と、圧電基板の両主面に設けられた励振電極と、圧電基板の両主面に設けられており励振電極に電気的に接続された端子電極とを備えている。このような、圧電振動素子の製造方法は、例えば個片化された平板状の圧電基板の主面を所望の周波数の厚さまで研磨する工程と、圧電基板の研磨面に励振電極や端子電極となる金属を蒸着する工程を有している。しかし、この従来の製造方法で小型化された圧電基板を製造する場合は、個片化された圧電基板の主面を所望の周波数の厚さまでの研磨や励振電極および端子電極等の加工の処理が難しく煩雑であった。そのため、小型化された圧電振動素子は、個片にされるまでの工程を複数の圧電基板が形成された圧電ウエハ単位で製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、この方法は、圧電ウエハに同一形状の圧電振動素子を複数個形成することができるため、生産性の高い方法である。

特開平１０−２０９７８５号公報

しかしながら、従来は、製造効率を上げるため一つの圧電ウエハに一種類の素子しか形成していなかった。そのため、異なる形状の素子を製造する場合は、他の圧電ウエハを用いて製造していた。しかし、このような場合、同じような製造工程でありながら同じ製造装置をそれぞれの形状に対応させて用意する必要があるため、生産性が悪化する要因となっていた。そこで、本発明は、前記問題を解決し生産性が良い圧電振動素子を圧電ウエハに形成することを課題とする。

本発明は、板状の圧電板に複数の圧電振動素子が設けられた圧電ウエハであって、圧電振動素子が、平板形状の圧電基板部と、圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、圧電基板部に支持部を介して接続されており、圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電振動素子と、圧電基板部に設けられた励振電極と、圧電基板部の支持部が形成された端部に設けられており、励振電極部と電気的に接続された第１端子電極と、台座部に設けられており、第１端子電極と電気的に接続された第２端子電極と、圧電基板部と支持部とが接する部分に設けられた第１割断溝とを備え、台座部が板状の圧電板に接続されており、題材部と板状の圧電板とが接する部分に第２割断溝が設けられている。

また本発明は、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とにより、板状の圧電板に圧電基板部と、支持部と、台座部とで構成された複数の圧電素子の外形と、貫通孔と、第１割溝と、第２割溝とを同時に形成する外形形成工程と、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とを用いて支持部からそれぞれ圧電基板部に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに圧電基板部を形成する所定厚さ形成工程と、圧電基板部に励振電極となる部分と、第1端子電極となる部分と、第２端子電極となる部分と、支持部とに金属膜を形成する金属膜形成工程と、板状の圧電板から第１割溝または第２割溝のところで折り取って個片にする工程とを含んでいる。

本発明による圧電振動素子は、平板形状の圧電基板部と、圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、圧電基板部に支持部を介して接続されており、圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、圧電素子の圧電基板部に設けられた励振電極と、圧電素子の支持部が形成された一方の端部に設けられており、励振電極と電気的に接続された第１端子電極と、圧電素子の台座部に設けられており、第１端子電極と電気的に接続された第２端子電極と、圧電素子の圧電基板部と圧電素子の支持部とが接する部分に設けられた第１割溝とを備えていることにより、圧電基板部の一方の端部に台座部が設けられた圧電振動素子が設けられることとなる。また、圧電基板部と支持部とが接する部分に設けられた第１割溝で割断することにより、平板形状の圧電振動素子ができる。よって、本発明による圧電振動素子は、１つの形状の圧電振動素子から異なる２つの形状の圧電振動素子を形成することができる。

また、板状の圧電板に複数の圧電振動素子が設けられた圧電ウエハであって、圧電振動素子が、平板形状の圧電基板部と、圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、圧電基板部に支持部を介して接続されており、圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、圧電基板部に設けられた励振電極と、圧電基板部の支持部が形成された端部に設けられており、励振電極と電気的に接続された第１端子電極と、台座部に設けられており、第１端子電極と電気的に接続された第２端子電極と、圧電基板部と支持部とが接する部分に設けられた第１割溝とを備え、台座部が板状の圧電板に接続されており、台座部と板状の圧電板とが接する部分に第２割溝が設けられていることにより、一つの板状の圧電板に異なる２つの形状の圧電振動素子を複数個形成することができる。よって、圧電振動素子の生産性が向上する。

また、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とにより、板状の圧電板に圧電基板部と、支持部と、台座部とで構成された複数の圧電素子の外形と、貫通孔と、第１割溝と、第２割溝とを同時に形成する外形形成工程と、フォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術とを用いて支持部からそれぞれ圧電基板部に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに圧電基板部を形成する所定厚さ形成工程と、圧電基板部に励振電極となる部分と、第1端子電極となる部分と、第２端子電極となる部分と、支持部とに金属膜を形成する金属膜形成工程と、板状の圧電板から第１割溝または第２割溝のところで折り取って個片にする工程とを含んでいることにより、効率よく圧電振動素子を製造することができる。

本発明の実施形態における圧電振動素子を示す斜視図である。 本発明の実施形態における圧電素子を示す斜視図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態における圧電振動素子の製造工程を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態における圧電ウエハの一部を示す斜視図である。 圧電ウエハに形成されている圧電振動素子を第１割溝で割断された状態の一例を示す斜視図である。 圧電振動素子に形成されている支持部の変形例を示す斜視図である。 圧電振動素子の他の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。また、構成を明確にするために誇張して図示している。

図１，図２および図３（ａ），（ｂ）に示されているように、本発明の実施形態における圧電振動素子１００は、圧電素子７０，励振電極１１ａ，１１ｂ，第１端子電極１２ａ，１２ｂ，第２端子電極３１ａ，３１ｂから構成されている。また、圧電素子７０は、圧電基板部１０，支持部２０ａ，２０ｂ，台座部３０，第１割溝４０から構成されている。また、圧電基板部１０の一方の主面と、支持部２０ａ，２０ｂの一方の主面と、台座部３０の一方の主面とは同一面で構成されており、その面内に第１割溝４０が形成されている。なお、圧電振動素子１００は、例えば結晶軸に対し所定の角度で切断された圧電板２００を用いてフォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術によって製造される。また、圧電基板部１０と、支持部２０ａ，２０ｂと、台座部３０と、第１割溝４０は、例えばウエットエッチング技術によって一体的に形成される。

図２に示すように、圧電基板部１０は、平板形状の水晶よりなり、平面視で長方形状を有している。また、圧電基板部１０の両主面には、励振電極１１ａ，１１ｂが設けられおり、励振電極１１ａ，１１ｂに電気的に接続された第１端子電極１２ａ，１２ｂとを有している。また、圧電基板部１０に設けられた励振電極１１ａおよび励振電極１１ｂは、外部より電圧が加わることにより、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。なお、圧電基板部１０は、圧電材料で形成されていてもよい。

図１および図３（ｂ）に示すように、励振電極１１ａ，１１ｂは、Ｃｒ(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、例えば金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料より形成されている。また、励振電極１１ａ，１１ｂは、平面透視において、圧電基板部１０の中央部にそれぞれ配置されている。また、励振電極１１ａは、第１端子電極１２ａに電気的に接続されており、励振電極１１ｂは、第１端子電極１２ｂに電気的に接続されている。

図１に示すように、第１端子電極１２ａ，１２ｂは、励振電極１１ａ，１１ｂと同様にＣｒ(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料より形成されている。また、第１端子電極１２ａ，１２ｂは、平面視において圧電基板部１０の短辺部の端部に設けられている。また、第１端子電極１２ａは、圧電基板部１０の励振電極１１ａが設けられた面から励振電極１１ｂが設けられた面まで引き回されている。また、第１端子電極１２ｂは、圧電基板部１０の励振電極１１ｂが設けられた面から励振電極１１ａが設けられた面まで引き回されている。

図２に示すように、支持部２０ａ，２０ｂは、水晶よりなり、圧電基板部１０の第１端子電極１２ａ，１２ｂが形成された端部に設けられている。また、支持部２０ａ，２０ｂは、圧電基板部１０の短辺側の両角部に形成されている。また、支持部２０ａは、圧電基板部１０の第１端子電極１２ａが形成されている側に設けられており、平面視において圧電基板部１０の第１端子電極１２ａと同一の幅を有している。また、支持部２０ａの一方の主面は、圧電基板部１０の一方の主面と台座部３０の一方の主面とで同一平面を形成しており、支持部２０ａの他方の主面は、圧電基板部１０の他方の主面から台座部３０の他方の主面に向かい斜めに形成されている。また、支持部２０ｂは、圧電基板部１０の第１端子電極１２ｂが形成されている側に設けられており、平面視において圧電基板部１０の第１端子電極１２ｂと同一の幅を有している。また、支持部２０ｂの一方の主面は、圧電基板部１０の一方の主面と台座部３０の一方の主面とで同一平面を形成しており、支持部２０ｂの他方の主面は、圧電基板部１０の他方の主面から台座部３０の他方の主面に向かい厚さが増すように斜めに形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、支持部２０ａと支持部２０ｂの間には、貫通孔６０が設けられている。

また、図１および図３（ａ）に示すように、支持部２０ａの側面は、第１端子電極１２ａと同様にＣｒ(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料によって覆われている。また、支持部２０ａを覆っている金属材料は、第１端子電極１２ａと電気的に接続されている。また、支持部２０ｂの側面は、第１端子電極１２ｂと同様にＣｒ(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料によって覆われている。また、支持部２０ｂを覆っている金属材料は、第１端子電極１２ｂと電気的に接続されている。

図２および図３（ａ）に示すように、台座部３０は、支持部２０ａ，２０ｂと同様に水晶よりなり、側面視において圧電基板部１０の厚さよりも厚く形成されている。また、台座部３０は、支持部２０ａ，２０ｂの圧電基板部１０が設けられた側と相対する側に設けられており、第２端子電極３１ａ，３１ｂを有している。

図１に示すように、第２端子電極３１ａ，３１ｂは、支持部２０ａ，２０ｂと同様にＣｒ(クロム)などの下地金属膜の上に設けられ、金、銀、アルミ等のいずれかの金属材料より形成されている。また、第２端子電極３１ａ，３１ｂは、台座部３０の両主面の短辺部の両端にそれぞれ設けられている。また、台座部３０の両主面の短辺部に形成された第２端子電極３１ａの幅は、支持部２０ａの幅と同じ幅で両主面に形成されており、第２端子電極３１ａは、台座部３０の一方の面から台座部３０の他方の面まで引き回されている。また、台座部３０の両主面の短辺部に形成された第２端子電極３１ｂの幅は、支持部２０ｂの幅と同じ幅で両主面に形成されており、第２端子電極３１ｂは、台座部３０の一方の面から台座部３０の他方の面までそれぞれ引き回されている。また、第２端子電極３１ａは、支持部２０ａを覆っている金属材料を介して第１端子電極１２ａに電気的に接続されている。また、第２端子電極３１ｂは、支持部２０ｂを覆っている金属材料を介して第１端子電極１２ｂに電気的に接続されている。

第１割溝４０は、同一面で構成された圧電基板部１０と、支持部２０ａ，２０ｂとの境に形成されており、所定の深さだけ掘り下げて略Ｖ字状の断面を形成している。

このように、本発明の実施形態における圧電振動素子１００は、平板形状の圧電基板部１０と、圧電基板部１０の一方の端部に設けられた支持部２０ａ，２０ｂと、圧電基板部１０に支持部２０ａ，２０ｂを介して接続されており、圧電基板部１０より厚く形成された台座部３０とを有した圧電素子７０と、圧電基板部１０に設けられた励振電極１１ａ，１１ｂと、圧電基板部１０の支持部２０ａおよび支持部２０ｂが形成された端部に設けられており、励振電極１１ａ，１１ｂと電気的に接続された第１端子電極１２ａ，１２ｂと、台座部３０に設けられており、第１端子電極１２ａ，１２ｂと電気的に接続された第２端子電極３１ａ、３１ｂと、圧電基板部１０と支持部２０ａおよび支持部２０ｂとが接する部分に設けられた第１割溝４０とを備えている。また、圧電振動素子１００は、圧電基板部１０の一方の主面と、支持部２０ａ，２０ｂの一方の主面と、台座部３０の一方の主面とは同一面で構成されており、その面上に第１割溝４０が形成されている。このことにより、圧電振動素子１００は、圧電基板部１０の一方の端部に台座３０が設けられており、圧電基板部１０と台座部３０とに段差が形成された圧電振動素子１００ができることとなる。また、圧電基板部１０と支持部２０ａ，２０ｂとが接する部分に設けられた第１割溝４０で割断することにより、平板形状の圧電振動素子１００ができる。よって、本発明による圧電振動素子１００は、１つの形状の圧電振動素子１００から異なる２つの形状の圧電振動素子１００を形成することができる。

このような、圧電基板部１０の一方の端部に台座部３０が設けられており、圧電基板部１０と台座部３０とに段差が形成された圧電振動素子１００であれば、基板に台座部３０と圧電基板部１０との段差が形成されている側を向けて台座部３０を固定した場合、圧電振動素子１００は、台座部３０と圧電基板部１０との段差により、圧電基板部１０に形成された励振電極１１ａが基板から離間された状態となる。よって、安定した周波数特性が得られることとなる。

また、圧電基板部１０と支持部２０ａ，２０ｂとが接する部分に設けられた第１割溝４０で割断することによりできる平板形状の圧電振動素子１００であれば、圧電振動素子１００は、基板に平板形状の圧電振動素子１００を固定した場合、片持ち支持の圧電振動子を製造することができる。

また、本発明の実施形態における圧電振動素子１００は、支持部２０ａと支持部２０ｂの間に設けられた貫通孔６０と、支持部２０ａおよび支持部２０ｂに形成された第１割溝４０とが設けられていることにより、支持部２０ａ，２０ｂから圧電基板部１０を容易に分離することができる。また、励振電極１１ａ，１１ｂより発生した振動エネルギーが、圧電基板部１０の支持部２０ａ，２０ｂが設けられた方向に漏れだしても、支持部２０ａと支持部２０ｂの間に設けられた貫通孔６０と支持部２０ａおよび支持部２０ｂに形成された第１割溝４０とによって振動エネルギーの伝播を遮断することができる。また、支持部２０ａと支持部２０ｂの間に設けられた貫通孔６０は、支持部２０ａを覆っている金属材料と支持部２０ｂを覆っている金属材料との接触を回避している。

本発明の実施形態における圧電振動素子１００は、圧電ウエハ３００に設けられており、この圧電ウエハ３００から個片化されて形成される。また、圧電ウエハ３００は、板状の圧電板２００と複数の圧電振動素子１００とで構成されている。
圧電板２００は、例えば水晶よりなり、アズグロウンの結晶体を水晶の結晶軸に沿って機械加工され、機械加工されたアズグロウンを結晶軸に対し所定の角度で平板状に切断して形成されたものである。また、圧電板２００は、本発明の実施形態における圧電振動素子１００の台座部３０が圧電板２００に接続されており、台座部３０と圧電板２００とが接する部分に第２割溝５０が設けられている。また、圧電板２００には、圧電振動素子１００が複数個形成されている。

第２割溝５０は、同一面で構成された台座部３０と、圧電板２００との境に形成されており、所定の深さだけ掘り下げて略Ｖ字状の断面を形成している。また、第２割溝５０は、同一面で構成された台座部３０と、圧電板２００との境にだけ設けられているのではなく、圧電基板部１０と台座部３０で段差ができている方向の台座部３０と、圧電板２００との境にも形成されている。この第２割溝５０は、台座部３０の短辺部の端部から第２端子部の幅の大きさまで形成されており、所定の深さだけ掘り下げて略Ｖ字状の断面を形成している。

本発明の実施形態における圧電ウエハ３００によれば、アズグロウンの結晶体を水晶の結晶軸に沿って機械加工され、機械加工されたアズグロウンを結晶軸に対し所定の角度で平板状に切断して形成された圧電板２００に圧電振動素子１００が複数個形成されることとなる。よって、同じ周波数温度特性を備えた圧電振動素子１００が複数個形成することができる。

また、本発明の実施形態における圧電ウエハ３００によれば、圧電板２００に形成された圧電振動素子１００は、例えば台座を備えた圧電振動素子１００が必要な場合は、第２割溝５０のところで折り取れば個片化できる。また、平板状の圧電振動素子１００が必要な場合は、第１割溝４０のところで折り取れば個片化できる等、一つの板状の圧電板２００に異なる２つの形状の圧電振動素子１００を複数個形成することができる。よって、本発明の実施形態における圧電ウエハ３００は、圧電振動素子１００の生産性を向上させることができる。

次に、本発明の実施形態における圧電振動素子１００の製造方法について説明する。図４に示されているように、圧電振動素子１００の製造においては、結晶軸に対し所定の角度で切断された大判の水晶からなる板状の圧電板２００を準備する（Ｓ１）。次にフォトリソグラフィ技術とウエットエッチング技術により、板状の圧電板２００に圧電基板部１０，支持部２０ａ，２０ｂおよび台座部３０で構成された複数の圧電素子７０の外形と、貫通孔６０と、第１割溝４０と、第２割溝５０を同時に形成する（Ｓ２）。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて支持部２０ａおよび支持部２０ｂからそれぞれ圧電基板部１０に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに圧電基板部１０を形成する（Ｓ３）。次に、圧電基板部１０に励振電極１１ａおよび励振電極１１ｂ，第1端子電極１２ａおよび第１端子電極１２ｂ，第２端子電極３１ａおよび第２端子電極３１ｂ、支持部２０ａと支持部２０ｂをそれぞれ覆う金属膜を形成する（Ｓ４）。最後に、個片化は、例えば台座を備えた圧電振動素子１００が必要な場合は、第２割溝５０のところで折り取れば個片化できる。また、平板状の圧電振動素子１００が必要な場合は、第１割溝４０のところで折り取れば個片化できる。このように、所望の形状に合わせて板状の圧電板２００からそれぞれ個片化する（Ｓ５）。このようにして、圧電振動素子１００を製造する。

本発明の実施形態における圧電振動素子１００の製造方法によれば、圧電素子７０の外形と、貫通孔６０と、第１割溝４０と、第２割溝５０を同時に形成することができるので、効率よく圧電素子７０を製造することができる。また、各電極形成も容易にできるので効率よく圧電振動素子１００を製造することができる。

また、本発明の実施形態における圧電振動素子１００の製造方法によれば、二種類の圧電振動素子１００を選択することができる構成になっているので、圧電振動素子１００の搭載状況に応じて圧電振動素子１００の形状が選べることができる。よって、圧電デバイスの設計の自由度が増すこととなる。

また、図５および図６に示されているように、本発明の実施形態における圧電ウエハ３００は、圧電振動素子１００を圧電板２００に複数個形成することにより、圧電板２００に異なる形状にできる圧電振動素子１００を複数個形成することができる。よって、圧電振動素子１００の生産性が向上する。

なお、本発明はこれに限定されず、適宜変更可能である。
例えば、図７に示されているように、本発明の実施形態の変形例として、支持部２０ａおよび支持部２０ｂが、側面視において圧電基板部１０と同じ厚さに形成されていてもよい。

また、例えば、図８に示されているように、本発明の実施形態の変形例として、支持部２０ａおよび支持部２０ｂが、側面視において圧電基板部１０と同じ厚さに形成されており、圧電基板部１０が、側面視において台座部３０の厚さ方向を二等分する位置に設けられていてもよい。

１００ 圧電振動素子
１０ 圧電基板部
１１ａ、１１ｂ 励振電極
１２ａ、１２ｂ 第１端子電極
２０ａ、２０ｂ 支持部
３０ 台座部
３１ａ、３１ｂ 第２端子電極
４０ 第１割溝
５０ 第２割溝
６０ 貫通孔
７０ 圧電素子
２００ 圧電板
３００ 圧電ウエハ

Claims (2)

1. 板状の圧電板に複数の圧電振動素子が設けられた圧電ウエハであって、
   前記圧電振動素子が、
   平板形状の圧電基板部と、前記圧電基板部の一方の端部に設けられた支持部と、前記圧電基板部に前記支持部を介して接続されており、前記圧電基板部より厚く形成された台座部とを有した圧電素子と、
   前記圧電基板部に設けられた励振電極と、
   前記圧電基板部の前記支持部が形成された端部に設けられており、前記励振電極と電気的に接続された第一端子電極と、
   前記台座部に設けられており、前記第１端子電極と電気的に接続された第２端子電極と、
   前記圧電基板部と前記支持部とが接する部分に設けられた第１割断溝と、
   を備え、
   前記台座部に接続された状態で前記圧電振動素子が板状の圧電板に設けられており、
   前記台座部と前記圧電板とが接する部分に第二割断溝が設けられている
   ことを特徴とする圧電ウエハ。
2. フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、板状の圧電板に圧電基板部と、支持部と、台座部とで構成された複数の圧電素子の外形と、貫通孔と、第１割断溝と、第２割断溝とを同時に形成する外形形成工程と、
   フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより前記支持部からそれぞれ前記圧電基板部に向かって設けられた傾斜と、所定の周波数が得られる厚さに前記圧電基板部を形成する所定の厚さ形成工程と、
   前記圧電基板部に励振電極となる部分、第１端子電極となる部分、第２端子電極となる部分と、前記支持部とに金属膜を形成する金属膜形成工程と、
   前記板状の圧電基板から前記第１割断溝または前記第２割断溝のところで折り取って個片にする工程と、
   を含むことを特徴とする圧電振動素子の製造方法。

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