JP6322400B2 - 圧電振動片、圧電振動片の製造方法及び圧電振動子 - Google Patents
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Description
即ち、従来技術では、基部と支持腕部との隙間に生じるエッチング残りの「残り量」及び「非対称形状」に起因して、所望の振動特性を得られないという課題がある。
また、エッチング残りの量を低減できるので、従来技術と比較すると、基部の側縁の自室的な長さ(エッチング残りを除いた部分の長さ)を左右の側縁でほぼ同じとするこが可能になり、圧電振動片の形状の対称性を実現することができる。
尚、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
尚、図1から図10までの説明においてはXYZ座標系を設定し、このXYZ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、圧電振動片の主面と垂直な方向をZ軸方向、振動腕部の長手方向をY軸方向、Y軸方向とZ軸方向の両方と直交する方向をX軸方向とする。また、基部から振動腕部の先端に向かう方向を+Y方向とする。
(圧電振動片)
まず、本実施形態の圧電振動片1について説明する。
図1,2は、本実施形態の圧電振動片を示す図である。図1は、外観斜視図、図2(A)は平面図、図2(B)は、図2(A)の側面図である。
尚、図1,2においては、後述する圧電振動子に実装する際にパッケージの実装面と対向する対向面(一面)18aが上側(+Z方向側)となるようにして表している。
圧電振動片1の面に垂直な方向の厚さ(Z軸方向長さ)としては、例えば、30μmとすることができる。
次に、圧電振動片1を用いた圧電振動子の一実施形態として、セラミックパッケージタイプの表面実装型振動子について説明する。
図3から6は、本実施形態の圧電振動子500を示す図であり、図3は外観斜視図、図4は圧電振動子の内部構成を示す、封口板を取り外した状態の平面図、図5は図4におけるA−A断面図、図6は圧電振動子500の分解斜視図である。
第一ベース基板550は、平面視略長方形状に形成されたセラミックス製の基板とされている。第二ベース基板560は、第一ベース基板550と同じ外形形状である平面視略長方形状に形成されたセラミックス製の基板とされており、第一ベース基板550上に重ねられた状態で焼結等によって一体的に接合されている。
また、第二ベース基板560の上面は、圧電振動片1がマウントされる実装面560aとされている。
具体的には、シールリング570は、銀ロウ等のロウ材や半田材等による焼付けによって実装面560a上に接合、あるいは、実装面560a上に形成(例えば、電解メッキや無電解メッキの他、蒸着やスパッタリング法等により)された金属接合層に対する溶着等によって接合されている。
シールリング570に対する接合は、そして、この封口板540とシールリング570と第二ベース基板560の実装面560aとで画成された空間が、気密に封止された前述したキャビティCとして機能する。
凸部81の上面は、実装面560aと平行である。凸部81は、実装面560aにおける、後述する凹部660の−Y方向側に、実装面560aの幅方向(X軸方向)の中心を挟んで2つ、対称の位置に設けられている。凸部81の上面には、圧電振動片1との接続電極である一対の電極パッド610A,610Bがそれぞれ形成されている。
これら電極パッド610A,610B及び外部電極620A,620Bは、例えば、蒸着やスパッタリング法等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜であり、互いにそれぞれ導通している。
図5に示すように、第一ベース基板550には一方の外部電極620Aに導通し、第一ベース基板550を厚さ方向に貫通する一方の第一貫通電極630Aが形成されているとともに、第二ベース基板560には一方の電極パッド610Aに導通し、第二ベース基板560を厚さ方向に貫通する一方の第二貫通電極640Aが形成されている。そして、第一ベース基板550と第二ベース基板560との間には、一方の第一貫通電極630Aと一方の第二貫通電極640Aとを接続する一方の接続電極650Aが形成されている。これにより、一方の電極パッド610Aと一方の外部電極620Aとは、互いに導通している。
尚、他方の接続電極650Bは、後述する凹部660を回避するように、例えばシールリング570の下方をシールリング570に沿って延在するようにパターニングされている。
図7は、本実施形態の圧電振動片1を圧電振動子500に実装する手順を示す断面図であり、図4におけるA−A断面と同様の断面を示している。尚、図7においては、圧電振動子500の構成要素を適宜省略して図示している。
未硬化の導電性接着剤64は、圧電振動片1を第二ベース基板560上に接着できる範囲内において、特に限定されない。本実施形態においては、熱硬化性を有する接着剤である。
このとき、圧電振動片1における支持腕部15,16のマウント部15a,16aを、第二ベース基板560の凸部81上に設けられた電極パッド610A,610Bの上面610Aa,610Baに対向するようにして、未硬化の導電性接着剤64に当接させる。これにより、圧電振動片1が、圧電振動片1の対向面18aと、実装面560aと、が平行な姿勢で、第二ベース基板560上に設置される。
この工程により、硬化した導電性接着剤80によって、圧電振動片1のマウント部15a,16aと、第二ベース基板560の凸部81上に設けられた電極パッド610A,610Bと、がそれぞれ固着される。
連結部22には、圧電振動片1の主面の面内(XY平面内)で第一の方向(X軸方向)と直交する第二の方向(Y軸方向)の幅が基部10から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部23t,24tが形成されている。
図9に戻り、テーパー部24tにおけるエッチング残り(図示略)も、基部10の側面には形成されず、目的とするテーパー角度と同じ角度を有するテーパー部の側面と、支持腕部16の連結部24の側の部分の側面とにのみ選択的に形成される。
以下に、図11から14を用いて、本実施形態に係る圧電振動片1の製造方法について説明する。
先ず、水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハSとする。
例えば、所定の角度は、X軸に対して、−5°以上+15°以下である。
次に、ウエハSをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、この後、ポリッシュなどの鏡面研磨加工を行なって所定の厚みとする(図11に示すステップS1)。
例えば、ウエハSの厚みを80μmとする。
エッチング保護膜30は、例えばクロム(Cr)を数10nm成膜したエッチング保護膜31と、金(Au)を数10nm成膜したエッチング保護膜32とが、順次積層された積層膜である。
次いで、エッチング保護膜30上に、スピンコート法などによりレジスト材料を塗布して、外形フォトレジスト膜33を形成する。
尚、本実施形態で用いるレジスト材料としては、環化ゴム(例えば、環化イソプレン)を主体にしたゴム系ネガレジストが好適に用いられている。ゴム系ネガレジストは、環化ゴムを有機溶剤に溶解し、さらにビスアジド感光剤を加えて、ろ過し、不純物を除去することで精製されたものである。
これによって、図12(B)に示すように、外形フォトレジスト膜33に外形パターン33Aを形成する(図11に示すステップS3)。
次に、エッチング加工後に、外形パターン33Aが形成された外形フォトレジスト膜33を剥離する(図11に示すステップS5)。
これらによって、図12(C)に示すように、エッチング保護膜32に外形パターン32Aを形成する。
尚、このパターニングは、複数の圧電振動片1の数だけ、一括して行なう。
これによって、図12(C)に示すように、エッチング保護膜31に外形パターン31Aを形成する。
外形パターン33Aは、目的とする圧電振動片の外形に沿った形状を有し、第三の部分52において目的とするテーパー角度と同じ角度を有するテーパー部53t,54tを有する。
第三の部分52には、外形パターン30Aの主面の面内(XY平面内)で第一の方向(X軸方向)と直交する第二の方向(Y軸方向)の幅が第一の部分40から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部53t,54tが形成されている。
平面視で、第一の部分40の側縁に沿う第一の直線Lm1と、テーパー部53tにおいて第一の部分40の側から傾斜した側面に沿う第二の直線Lm2と、のなす角度をテーパー部53tのテーパー角度θ1mとしたとき、テーパー角度θ1mは30°以上60°以下である。本実施形態のテーパー角度θ1mは40°程度である。なお、ここでいうテーパー角度とは、エッチング残りを除いた部分で定義される角度である。
このエッチング加工は、外形パターン30Aが形成されたウエハSを薬液に浸漬して行うウエットエッチング方式を用いることができる。例えば、水晶からなるウエハは薬液としてフッ酸を用いてエッチングすることができる。例えば、エッチング時間は10時間程度とする。
これによって、図12(E)に示すように、圧電振動片1を形成する。
これにより、1枚のウエハから、圧電振動片1を一度に複数製造する。
以上により、圧電振動片1の製造は終了する。
また、本実施形態に係る圧電振動片1の製造方法によれば、第一の部分40と第二の部分51との間に隙間55が形成され、第三の部分52には、外形パターン30Aの主面の面内(XY平面内)で第一の方向(X軸方向)と直交する第二の方向(Y軸方向)の幅が第一の部分40から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部53t,54tが形成される。
本実施形態によれば、エッチング残りは隙間の小さい部分で顕著に発生しやすいという性質を有するため、エッチング残りが発生する起点を基部10から遠くに配置することができる。そのため、エッチング残りが発生しても、エッチング残りが基部10に形成されることを抑制することができる。よって、基部10に対してエッチング残りが一方の支持腕部15の側と他方の支持腕部16の側とで非対称に形成されることを抑制し、振動漏れの発生を抑制することができる。
これに対し、本実施形態によれば、エッチング残りを上下(+X方向側と−X方向側)で対称とすることができるため、周波数特性(ドライブレベル特性)の低下を抑制し、振動漏れの発生を抑制することができる。
(圧電振動片)
尚、上記実施形態に係る圧電振動片1では、エッチング残りが基部10の側面には形成されず、目的とするテーパー角度と同じ角度を有するテーパー部の側面と、支持腕部の連結部23の側の部分の側面とにのみ選択的に形成されていたが、これに限定されない。例えば、基部10の側縁の長さが上下(+X方向側と−Y方向側)で略同じになる範囲であれば、エッチング残りが基部10の側面に若干形成されていてもよい。
図15は本変形例に係る圧電振動片101における連結部122に形成されたテーパー部123t,124tを説明するための平面図、図16は本変形例に係るテーパー部123tを示す平面図である。
尚、第一実施形態に係る圧電振動片1と同様の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
連結部122には、圧電振動片101の主面の面内(XY平面内)で第一の方向(X軸方向)と直交する第二の方向(Y軸方向)の幅が基部10から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部123t,124tが形成されている。
図15に戻り、テーパー部124tにおけるエッチング残り(図示略)も、基部10の側面に若干形成されるものの、第一のテーパー部の側面と、第二のテーパー部の側面とに大部分が形成される。
本変形例に係る圧電振動片101の製造方法は、マスク形成工程で形成される外形パターン130Aを除き、第一実施形態に係る圧電振動片1の製造方法と同様の製造工程を有するため、その詳細な説明を省略する。
以下に、図17,18を用いて、本変形例に係る外形パターン130Aについて説明する。
図17は本変形例に係る圧電振動片101を形成するための外形パターン130Aを示す平面図、図18は本変形例に係る外形パターン130Aにおける第三の部分152に形成されたテーパー部153tを示す平面図である。
尚、第一実施形態に係る外形パターン30Aと同様の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
外形パターン130Aは、目的とする圧電振動片の外形に沿った形状を有し、第三の部分152において目的とするテーパー角度と同じ角度を有するテーパー部153t,154tを有する。
第三の部分152には、外形パターン130Aの主面の面内(XY平面内)で第一の方向(X軸方向)と直交する第二の方向(Y軸方向)の幅が第一の部分40から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部153t,154tが形成されている。
Claims (5)
- 第一の方向に並んで配置された一対の振動腕部を有する振動部と、
前記一対の振動腕部の端部同士を接続する基部と、
前記第一の方向において前記一対の振動部の両側に配置された一対の支持腕部と、
前記基部と前記支持腕部とを連結する連結部と、を含む圧電振動片であって、
前記基部と前記支持腕部との間には隙間が形成されており、該隙間において、前記連結部には、前記圧電振動片の主面の面内で前記第一の方向と直交する第二の方向の幅が前記基部から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部が形成され、
前記隙間にエッチング残りが形成され、かつ前記エッチング残りは前記基部の側面には形成されず、
前記基部において、一方の前記支持腕部側の側縁の長さが、他方の前記支持腕部側の側縁の長さと等しい、
圧電振動片。 - 第一の方向に並んで配置された一対の振動腕部を有する振動部と、
前記一対の振動腕部の端部同士を接続する基部と、
前記第一の方向において前記一対の振動部の両側に配置された一対の支持腕部と、
前記基部と前記支持腕部とを連結する連結部と、を含む圧電振動片であって、
前記基部と前記支持腕部との間には隙間が形成されており、該隙間において、前記連結部には、前記圧電振動片の主面の面内で前記第一の方向と直交する第二の方向の幅が前記基部から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部が形成され、
前記隙間にエッチング残りが形成され、かつ前記エッチング残りは前記基部の側面にまで形成され、
前記基部において、一方の前記支持腕部側の側縁の長さが、他方の前記支持腕部の側の側縁の長さと等しい、
圧電振動片。 - 前記圧電振動片の主面に垂直な方向から見て、前記基部の側縁に沿う第一の直線と、前記テーパー部において前記基部の側から傾斜した側面に沿う第二の直線と、のなす角度を前記テーパー部のテーパー角度としたとき、
前記テーパー角度が30°以上60°以下である請求項1または2に記載の圧電振動片。 - 第一の方向に並んで配置された一対の振動腕部を有する振動部と、
前記一対の振動腕部の端部同士を接続する基部と、
前記第一の方向において前記振動部の両側に配置された一対の支持腕部を有する支持部と、
前記基部と前記支持部とを連結する連結部と、を含む圧電振動片の製造方法であって、
ウエハの両主面に、前記圧電振動片を形成するためのマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクが形成された前記ウエハに対しウエットエッチングを行うエッチング工程と、
前記マスクを除去するマスク除去工程と、を含み、
前記マスクは、前記基部に対応する第一の部分と、前記支持部に対応する第二の部分と、前記連結部に対応する第三の部分と、を有し、
前記第一の部分と前記第二の部分との間に隙間が形成され、
前記第三の部分には、前記マスクの主面の面内で前記第一の方向と直交する第二の方向の幅が前記第一の部分から遠ざかるに従って小さくなるテーパー部が形成されている圧電振動片の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電振動片を備える圧電振動子。
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