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JP7344490B2 - 水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、振動子及びその製造方法に関し、特に高い発振周波数の発振出力が得られる水晶振動子及びその製造方法に関する。
従来の水晶振動子の構造は大まかに、圧電材料の水晶（石英）からなる振動基板と、外部に電気的に接続するように該振動板の相対する２つの表面にそれぞれ形成される２つの電極と、を含む。振動基板に用いられる圧電材料の水晶が薄ければ薄いほど水晶振動子はより高い発振周波数の発振出力が得られるため、業界では通常、所望の周波数の発振周波数が得られるように該振動基板に対して薄化加工を行う。また、振動基板が薄化されたことによる強度不足のため外力に耐えられなくて後続の製造過程で割れることを防げるため、業界では通常、振動基板を部分的に薄化し、これにより、振動基板の周縁に、該振動基板と同一材料からなり、厚さのより厚いフレームが形成される。該フレームは、挟持でき、外部の電子部品に電気的に接続する接続区として使用でき、又は薄化された振動基板の機械的支持力を強化することもできる。
例えば、特許文献１に記載の振動素子の基板は、平板状の振動部と、該振動部と一体であって振動部より厚さの厚い厚肉部（フレームに相当）と、を有する。厚肉部は振動素子の支持力を強化することができる以外、所定の周波数の発振出力が得られるように基板全体の厚さをコントロールすることができる。
特開第２０１４－１５４９９４号公報
しかしながら、振動基板の周縁の一部を厚く形成してフレームとして構成する場合、２つの電極の外部と接続する端子はフレームをまたぐ必要があるため、振動部とフレームとの間の高低差によって電極の歩留まりは低下し、水晶振動子の性能にも影響を与える。
従って、本発明の目的は、従来技術の少なくとも一つの短所を改善することができる水晶振動子及びその製造方法を提供することである。
本発明の水晶振動子は、第１の表面と、該第１の表面の反対側にある第２の表面と、前記第１の表面及び前記第２の表面を繋ぐ側面と、を有する圧電基板と、フォトレジストからなり、少なくとも一部が前記圧電基板の前記側面と前記第２の表面とが繋がる側縁の内の所定の側縁と間隔をおくように前記圧電基板の前記第２の表面に設けられて、前記第２の表面を前記所定の側縁に隣接する周縁部と、該周縁部の反対側にある主振動部と、に区切るフレームと、前記圧電基板の前記第１の表面に形成される第１のメイン電極部、及び前記第１のメイン電極部から前記側面及び前記所定の側縁を経由して前記第２の表面の前記周縁部まで延伸する第１の延伸電極部を有する第１の電極と、前記圧電基板の前記第２の表面の前記主振動部に形成され、前記第１のメイン電極部の前記第２の表面における正投影範囲の少なくとも一部と重なる第２のメイン電極部及び前記第２のメイン電極部から前記周縁部を経由し前記所定の側縁まで延伸する第２の延伸電極部を有する第２の電極と、を含む。
本発明の水晶振動子の製造方法は、第１の表面と、該第１の表面の反対側にある第２の表面と、前記第１の表面及び前記第２の表面を繋ぐ側面と、を有する圧電基板の前記第１の表面に第１のメイン電極部を形成する、第１の電極形成ステップと、前記圧電基板の前記第２の表面に対して薄化加工を実行する、薄化ステップと、薄化された前記圧電基板の前記第２の表面に、前記第１のメイン電極部の前記第２の表面における正投影範囲の少なくとも一部と重なる第２のメイン電極部、及び前記第２のメイン電極部から前記側面と前記第２の表面とが繋がる側縁の内の所定の側縁まで延伸する第２の延伸電極部を有する第２の電極と、前記第１の表面における前記第１のメイン電極部から前記側面及び前記所定の側縁を経由して前記第２の表面まで延伸する第１の延伸電極部と、を形成する、第２の電極形成ステップと、フォトレジストからなるフレームを、前記第２の延伸電極部の一部を覆いながら、前記第２の表面を前記所定の側縁に隣接する周縁部と、該周縁部の反対側にあって、且つ、前記第２のメイン電極部により覆われる主振動部と、に仕切るように形成する、フレーム形成ステップと、を含む。
上記の水晶振動子によれば、フレームは圧電基板とは異なる材料のフォトレジストからなり、フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術を用いて、フレームの幅、形状、分布位置などを精確に制御することができ、水晶振動子が所望の周波数の発振出力が得られると共に、従来技術の少なくとも一つの短所を改善することができる。
上記の水晶振動子の製造方法によれば、フレーム形成ステップにおいて、フレームは圧電基板とは異なる材料のフォトレジストからなり、フォトリソグラフィ技術を用いて、フレームの幅、形状、分布位置などを精確に制御することができる。従って、本発明の水晶振動子の製造方法で製造された水晶振動子は、所望の周波数の発振出力が得られると共に、従来技術の少なくとも一つの短所を改善することができる。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照する以下の実施形態の詳細な説明において明白になる。
本発明の水晶振動子の実施例１が示されている上面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の水晶振動子の製造方法の実施例１が示されるフローチャートである。 水晶振動子の製造方法の実施例１を説明するための断面図である。 水晶振動子の製造方法の実施例１を説明するための断面図である。
本発明を詳細に説明する前に、以下の説明では、類似な構成要素は同一の参照符号で示されていることに留意されたい。また、本発明の技術内容、特徴、及び効果については、図面を参照する以下の実施例の詳細な説明において明白になる。なお、本発明の図面は各構成要素の間の構造や位置の相対関係を示すものに過ぎず、各構成要素の実際のサイズを精確に示すものではないことに留意されたい。
図１から図３は、本発明の水晶振動子２００の実施例１が示されている。本実施例において、水晶振動子２００は、圧電基板２と、第１の電極３と、第２の電極４と、フレーム５と、を含む。
圧電基板２は、第１の表面２１と、該第１の表面２１の反対側にある第２の表面２２と、前記第１の表面２１及び前記第２の表面２２を繋ぐ側面２０と、を有する。圧電基板２は全体の厚さ（第１の表面２１と第２の表面２２の間の距離）が均一であり、本実施例においては厚さが５０μｍ以下の水晶（石英）が用いられている。好ましくは、圧電基板２の厚さは１０μｍ以下である。
フレーム５は、フォトレジストからなり、少なくとも一部が圧電基板２の側面２０と第２の表面２２とが繋がる側縁の内の所定の側縁２４と間隔をおくように圧電基板２の第２の表面２２に設けられて、第２の表面２２を該所定の側縁２４に隣接する周縁部２２１と、該周縁部２２１の反対側にある主振動部２２２と、に区切る。
フレーム５に用いられるフォトレジストは、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストであってもよい。フレーム５の厚さは１０μｍから１００μｍである。
第１の電極３は、圧電基板２の第１の表面２１に形成される第１のメイン電極部３１と、該第１のメイン電極部３１から圧電基板２の側面２０及び所定の側縁２４を経由して第２の表面２２の周縁部２２１まで延伸する第１の延伸電極部３２と、を有する。
第２の電極４は、圧電基板２の第２の表面２２の主振動部２２２に形成され、第１のメイン電極部３１の第２の表面２２における正投影範囲の少なくとも一部と重なる第２のメイン電極部４１と、該第２のメイン電極部４１から周縁部２２１を経由して所定の側縁２４まで延伸する第２の延伸電極部４２と、を有する。
第１の電極３及び第２の電極４としては、金、銀、又はアルミニウムなどの互いに同じ又は異なる導電材料を用いることができる
より具体的に説明すると、本実施例において、フレーム５は、圧電基板２の第２の表面２２を周縁部２２１と主振動部２２２とに区切り、第２のメイン電極部４１を囲む本体部５１と、該本体部５１から周縁部２２１の一部を経由して所定の側縁２４まで延伸して該周縁部２２１を第１の周縁区２２１１及び第２の周縁区２２１２に仕切る延伸部５２と、を有する。第１の延伸電極部３２は、第１の表面２１にある第１のメイン電極部３１から側面２０及び所定の側縁２４を経由して、第２の表面２２の周縁部２２１の第１の周縁区２２１１まで延伸する。第２の延伸電極部４２は、第２のメイン電極部４１からフレーム５の本体部５１と圧電基板２との間及び周縁部２２１の第２の周縁区２２１２を経由して所定の側縁２４まで延伸する。これにより、第２の延伸電極部４２の少なくとも一部がフレーム５の外側にある。
上記構成によれば、第１の延伸電極部３２と第２の延伸電極部４２とが、同一表面（すなわち、第２の表面２２）に位置し、同一側縁（すなわち、所定の側縁２４）に臨むため、第１の延伸電極部３２と第２の延伸電極部４２とにより水晶振動子２００を外部の電子部品に接続させるための工程は容易になる。
なお、本実施例において、フレーム５は環状体であるが、フレーム５の幅、形状、設置位置などはニーズ又はデサインによって異なってもよい。例えば、フレーム５は、第２の表面２２の相対する側部にそれぞれ設けられた1つ又は複数の長条状構造であってもよく、或いは開口を有する略環状体であってもよく、厚さを増やして機械的支持力が強化されて対応するクランプが挟持しやすい形状であれば、特に制限はない。
上記のように、本発明の水晶振動子２００は、フレーム５が圧電基板２とは異なる材料のフォトレジストからなるので、フォトリソグラフィ技術を用いて、フレーム５の幅、形状、分布位置などを精確に制御することができ、水晶振動子が所望の周波数の発振出力が得られると共に、従来技術の少なくとも一つの短所を改善することができることによって、本発明の目的を実現する。
図４から図６は、上記の水晶振動子２００を製造する水晶振動子の製造方法の実施例１が示されている。図４は本発明の水晶振動子の製造方法の実施例１のフローチャートであり、図５及び図６は、図１において水晶振動子２００を横切るＩＩ－ＩＩ線の箇所における、水晶振動子の製造方法の実施例１の各ステップに対応する断面図である。本実施例において、水晶振動子の製造方法は、第１の電極形成ステップＳ８１と、貼合ステップＳ８２と、薄化ステップＳ８３と、第２の電極形成ステップＳ８４と、フレーム形成ステップＳ８５と、除去ステップＳ８６と、を含む。
第１の電極形成ステップＳ８１では、圧電基板２に第１のメイン電極部３１を形成する。詳しく説明すると、圧電基板２としては水晶材料から作成されて第１の表面２１と、該第１の表面２１の反対側にある第２の表面２２と、第１の表面２１及び第２の表面２２を繋ぐ側面２０と、を有するものを使用し、該圧電基板２の第１の表面２１に、導電材料を用いて堆積又は印刷方法を採用して第１のメイン電極部３１を形成し、半製品３００を得る。
貼合ステップＳ８２では、該半製品３００の第１のメイン電極部３１に仮基板６を貼り合わせる。仮基板６は、ガラス、アクリル樹脂、セラミックなどからなってもよく、支持効果を提供し、圧電基板２が後続の製造過程で、例えば、圧電基板２の強度不足により薄化ステップ８３の途中で割れてしまう状況を防げる。
薄化ステップＳ８３では、研削又は化学エッチング方法を採用して、該半製品３００の圧電基板２の第２の表面２２の全体に対して薄化加工を実行する。なお、薄化された圧電基板２は、適用対象の所望の発振出力に応じて厚さを設定し、且つ、均一な厚さを有する。短波（ＨＦ）に適用する場合において、圧電基板２の厚さは１０μｍ以下であるが、圧電基板２の厚さが５０μｍ以下であれば、本発明としての効果を発揮することができる。
第２の電極形成ステップＳ８４では、薄化された圧電基板２の第２の表面２２に、第１のメイン電極部３１の第２の表面２２における正投影範囲の少なくとも一部と重なる第２のメイン電極部４１、及び該第２のメイン電極部４１から第２の表面２２の所定の側縁２４まで延伸する第２の延伸電極部４２を有する第２の電極４と、第１の表面２１における第１のメイン電極部３１から側面２０及び所定の側縁２４を経由して第２の表面２２まで延伸する第１の延伸電極部３２と、を形成する。これにより、第１の延伸電極部３２と第２の延伸電極部４２とは、同一表面（すなわち、第２の表面２２）に形成され、同一側縁（すなわち、所定の側縁２４）に臨むため、第１の延伸電極部３２と第２の延伸電極部４２とにより製造された水晶振動子２００を外部の電子部品に接続させる工程は容易になる。
第２のメイン電極部４１と第２の延伸電極部４２とは、導電材料を用いて、堆積又は印刷方法を採用して形成される。第１の延伸電極部３２は、導電材料を用いて印刷又はコーティング方法を採用して形成される。
なお、第２の電極形成ステップＳ８４において、第２の電極４と第１の延伸電極部３２とを形成する順番について、特に制限はない。必要に応じて、第２の電極４を形成してから第１の延伸電極部３２を形成してもよく、又は第１の延伸電極部３２を形成してから第２の電極４を形成してもよい。
フレーム形成ステップＳ８５では、フォトレジストからなるフレーム５を、第２の延伸電極部４２の一部を覆いながら、第２の表面２２を所定の側縁２４に隣接する周縁部２２１と、該周縁部２２１の反対側にあって、且つ、第２のメイン電極部４１により覆われる主振動部２２２と、に仕切るように形成する。
より具体的に説明すると、本実施例において、薄化された圧電基板２の第２の表面２２に、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストを塗布して、所定の厚さを有するフォトレジスト層７を形成し（図６を参照）、そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、該フォトレジスト層７を部分的に除去し、薄化された圧電基板２の第２の表面２２に、所定の形状を有する厚さが１０μｍから１００μｍの範囲内にあるフレーム５を形成する。
本発明は、フォトレジストをフレーム５の構成材料として使用したため、塗布工程のパラメータ及びフォトリソグラフィ工程のフォトマスクのパターンを調整することによって、デザインニーズに合わせて、フレーム５の厚さ、幅、形状、及び分布位置を精確にコントロールできる。なお、塗布工程及びフォトリソグラフィ工程に関する詳細及び条件パラメータ（例えば、フィルムの厚さ、露光の波長や強度や時間、又はフォトマスクのパターンの形成方法など）は、使用したフォトレジストによって異なるが、当技術分野で周知されているため、ここで詳しい説明を省略する
最後に、除去ステップＳ８６では、仮基板６を薄化された圧電基板２から除去し、水晶振動子２００を得る。除去ステップＳ８６では、貼合ステップＳ８２の半製品３００に仮基板６を貼り合わせる方法に応じて、対応の仮基板６を除去する方法を使用する。例えば、仮基板６を光分解性又は熱分解性の接着剤を用いて半製品３００に貼り合わせる場合において、除去ステップＳ８６は、半製品３００と仮基板６とに光を当てる又は半製品３００と仮基板６とを加熱する方法を用いて、仮基板６を除去する。
上記のように、本発明の水晶振動子の製造方法は、フレーム形成ステップＳ８５において、フレーム５は圧電基板２とは異なる材料のフォトレジストからなり、フォトリソグラフィ技術を用いて、フレームの幅、形状、分布位置などを精確に制御することができる。従って、本発明の水晶振動子の製造方法で製造された水晶振動子２００全体の厚さ（圧電基板２とフレーム５を含む）を制御し、所望の周波数の発振出力が得られると共に、従来技術の少なくとも一つの短所を改善することができ、本発明の目的を実現する。
以上、本発明の好ましい実施形態および変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。
２００ 水晶振動子
３００ 半製品
２ 圧電基板
２０ 側面
２１ 第１の表面
２２ 第２の表面
２２１ 周縁部
２２１１ 第１の周縁区
２２１２ 第２の周縁区
２２２ 主振動部
２４ 所定の側縁
３ 第１の電極
３１ 第１のメイン電極部
３２ 第１の延伸電極部
４ 第２の電極
４１ 第２のメイン電極部
４２ 第２の延伸電極部
５ フレーム
５１ 本体部
５２ 延伸部
６ 仮基板
７ フォトレジスト層
Ｓ８１ 第１の電極形成ステップ
Ｓ８２ 貼合ステップ
Ｓ８３ 薄化ステップ
Ｓ８４ 第２の電極形成ステップ
Ｓ８５ フレーム形成ステップ
Ｓ８６ 除去ステップ

Claims (9)

  1. 第１の表面と、該第１の表面の反対側にある第２の表面と、前記第１の表面及び前記第２の表面を繋ぐ側面と、を有する圧電基板と、
    フォトレジストからなり、少なくとも一部が前記圧電基板の前記側面と前記第２の表面とが繋がる側縁の内の所定の側縁と間隔をおくように前記圧電基板の前記第２の表面に設けられて、前記第２の表面を前記所定の側縁に隣接する周縁部と、該周縁部の反対側にある主振動部と、に区切るフレームと、
    前記圧電基板の前記第１の表面に形成される第１のメイン電極部、及び前記第１のメイン電極部から前記側面及び前記所定の側縁を経由して前記第２の表面の前記周縁部まで延伸する第１の延伸電極部を有する第１の電極と、
    前記圧電基板の前記第２の表面の前記主振動部に形成され、前記第１のメイン電極部の前記第２の表面における正投影範囲の少なくとも一部と重なる第２のメイン電極部、及び前記第２のメイン電極部から前記周縁部を経由して前記所定の側縁まで延伸する第２の延伸電極部を有する第２の電極と、を含む、水晶振動子。
  2. 前記フレームの厚さは１０μｍから１００μｍである、請求項１に記載の水晶振動子。
  3. 前記フレームは、前記圧電基板の前記第２の表面を前記周縁部と前記主振動部とに区切る本体部と、該本体部から前記周縁部の一部を経由して前記所定の側縁まで延伸して前記周縁部を第１の周縁区と第２の周縁区とに仕切る延伸部と、を有し、
    前記第１の延伸電極部は前記側面及び前記所定の側縁を経由して前記周縁部の前記第１の周縁区まで延伸し、
    前記第２の延伸電極部は、前記フレームの前記本体部と前記圧電基板との間及び前記第２の周縁区を経由して所定の側縁まで延伸する、請求項１又は２に記載の水晶振動子。
  4. 第１の表面と、該第１の表面の反対側にある第２の表面と、前記第１の表面及び前記第２の表面を繋ぐ側面と、を有する圧電基板の前記第１の表面に第１のメイン電極部を形成する、第１の電極形成ステップと、
    前記圧電基板の前記第２の表面に対して薄化加工を実行する、薄化ステップと、
    薄化された前記圧電基板の前記第２の表面に、前記第１のメイン電極部の前記第２の表面における正投影範囲の少なくとも一部と重なる第２のメイン電極部、及び前記第２のメイン電極部から前記側面と前記第２の表面とが繋がる側縁の内の所定の側縁まで延伸する第２の延伸電極部を有する第２の電極と、前記第１の表面における前記第１のメイン電極部から前記側面及び前記所定の側縁を経由して前記第２の表面まで延伸する第１の延伸電極部と、を形成する、第２の電極形成ステップと、
    フォトレジストからなるフレームを、前記第２の延伸電極部の一部を覆いながら、前記第２の表面を前記所定の側縁に隣接する周縁部と、該周縁部の反対側にあって、且つ、前記第２のメイン電極部により覆われる主振動部と、に仕切るように形成する、フレーム形成ステップと、を含む、水晶振動子の製造方法。
  5. 前記薄化ステップの前に、前記第１のメイン電極部に仮基板を貼り合わせる貼合ステップをさらに含む、請求項４に記載の水晶振動子の製造方法。
  6. 前記フレーム形成ステップの後に、前記仮基板を除去する除去ステップをさらに含む、請求項５に記載の水晶振動子の製造方法。
  7. 前記フレーム形成ステップで使用される前記フォトレジストは、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストである、請求項４に記載の水晶振動子の製造方法。
  8. 前記フレーム形成ステップにおいて、前記フレームを厚さが１０μｍ～１００μｍの範囲内にあるように形成する、請求項４～７のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
  9. 前記第１のメイン電極部と前記第２のメイン電極部と前記第２の延伸電極部とは、堆積又は印刷を用いて形成され、前記第１の延伸電極部は、印刷又はコーティングを用いて形成され、前記第１のメイン電極部と前記第１の延伸電極部と前記第２のメイン電極部と前記第２の延伸電極部とはそれぞれ、金、銀、及びアルミニウムからなる群より選択された互いに同じ又は異なる導電材料が用いられる、請求項４に記載の水晶振動子の製造方法。
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