圧電振動片、圧電振動片を有する圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法
【課題】 振動領域における励振電極及び引出電極が均一の厚さで形成され、不要な振動の発生及び振動特性の劣化が防止できる圧電振動片を提供することを目的とする。
【解決手段】 圧電振動片（１０）は、第１厚さ（ｄ１）の励振電極（１０２ａ、１０２ｂ）が中央領域に形成された振動部（１０１）と、振動部を囲み振動部と空隙（１０５）を介して形成された外枠部（１０８）と、振動部と外枠部とを連結する連結部（１０４ａ、１０４ｂ）と、振動部、連結部及び外枠部に形成され励振電極から引き出された引出電極（１０３ａ、１０３ｂ）と、を備える。引出電極は、振動部ですべてが第１厚さを有し外枠部では第１厚さよりも厚い第２厚さ（ｄ２）を有する。
【解決手段】 圧電振動片（１０）は、第１厚さ（ｄ１）の励振電極（１０２ａ、１０２ｂ）が中央領域に形成された振動部（１０１）と、振動部を囲み振動部と空隙（１０５）を介して形成された外枠部（１０８）と、振動部と外枠部とを連結する連結部（１０４ａ、１０４ｂ）と、振動部、連結部及び外枠部に形成され励振電極から引き出された引出電極（１０３ａ、１０３ｂ）と、を備える。引出電極は、振動部ですべてが第１厚さを有し外枠部では第１厚さよりも厚い第２厚さ（ｄ２）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の圧電振動片がウエハ状態で製造できる圧電振動片、圧電振動片を有する圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動片をセラミックパッケージに載置した後、圧電振動片における励振電極の厚さを薄くすることで、圧電振動片の周波数を調整する技術が知られている。しかし、励振電極と同じ形状の開口部を有するマスクで圧電振動片における励振電極の厚さを薄くすると、励振電極の外周が中央部より厚くなり外周に段差部が形成される。これにより、不要な振動が発生し、振動特性が劣化してしまう。
【０００３】
特許文献１に開示された圧電デバイスでは、上述の問題を解決するために、薄くされる一方の励振電極を他方の励振電極より大きく形成し、一方の励振電極より小さく他方の励振電極より大きい開口部を有するマスクを用いて一方の励振電極を薄くする。これにより、薄くされた一方の励振電極における他方の励振電極に対応する領域が均一の厚さに形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９９９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の圧電デバイスは、マスクの開口部が一方の励振電極より小さく形成されるので、振動領域における励振電極から引き出された引出電極には段差部が形成される。そのため、引出電極の段差部により境界条件ができて、不要な振動が発生し、振動特性が劣化してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、振動領域における励振電極及び引出電極が均一の厚さで形成され、不要な振動の発生及び振動特性の劣化が防止できる圧電振動片を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１観点の圧電振動片は、第１厚さの励振電極が中央領域に形成された振動部と、振動部を囲み振動部と空隙を介して形成された外枠部と、振動部と外枠部とを連結する連結部と、振動部、連結部及び外枠部に形成され励振電極から引き出された引出電極と、を備える。引出電極は、振動部ですべてが第１厚さを有し外枠部では第１厚さよりも厚い第２厚さを有する。
【０００８】
第２観点の圧電振動片において、引出電極は連結部の少なくとも一部が第１厚さである。
第３観点の圧電振動片において、引出電極は外枠部の少なくとも一部が第１厚さである。
【０００９】
第４観点の圧電振動片において、第１厚さの励振電極は振動部の一方の片面に形成され、振動部の他方の片面には第１厚さの励振電極と対応するように第２厚さの励振電極が形成されている。
【００１０】
第５観点の圧電振動片は、メサ型、プラノメサ型、逆メサ型、プラノ逆メサ型のいずれかである。
【００１１】
第６観点の圧電デバイスは、第１観点から第４観点のいずれか一項の圧電振動片を備える。さらに、圧電デバイスは外枠部の一方の片面に接合する第１板と、外枠部の他方の片面に接合する第２板とを備える。
【００１２】
第７観点の圧電デバイスの製造方法は振動部と振動部を囲み振動部と空隙を介して形成された外枠部と振動部と外枠部とを連結する連結部とを含み圧電振動片を複数有する圧電ウエハを用意する工程と、振動部の中央領域に励振電極を形成し振動部、連結部及び外枠部に励振電極から引き出された引出電極を形成する電極形成工程と、圧電振動片の各々の振動周波数を測定する測定工程と、励振電極及び振動部の引出電極のすべての電極の厚さを薄くする工程と、を備える。
【００１３】
第８観点の圧電デバイスの製造方法において、電極を薄くする工程は、連結部の引出電極の少なくとも一部の電極を薄くする。
【００１４】
第９観点の圧電デバイスの製造方法において、電極を薄くする工程は、イオンを励振電極及び引出電極に照射するイオンミリングを含み、イオンを照射するマスク開口の一部が連結部と重なり合う。
【００１５】
第１０観点の圧電デバイスの製造方法の圧電ウエハを用意する工程及び電極形成工程において、振動部及び励振電極は所定周波数よりも低くなるように形成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の製造方法によれば、振動領域における励振電極及び引出電極が同じ厚さで形成され、不要な振動の発生及び振動特性の劣化が防止できる圧電振動片が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】水晶振動子１００の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の透明図である。 （ｃ）は、＋Ｚ’軸側から見た水晶振動片１０の側面図である。
【図３】（ａ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の透明図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】水晶振動子１００の製造を示したフローチャートである。
【図６】＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの平面図である。
【図７】＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの透明図である。
【図８】−Ｙ’軸側から見たリッドウエハ１１Ｗの平面図である。
【図９】＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの平面図である。
【図１０】＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの透明図である。
【図１１】（ａ）は、マスクの開口部ＭＯの形状の範囲を説明する図である。 （ｂ）は、マスクの開口部ＭＯの一例を示した図である。 （ｃ）は、マスクの開口部ＭＯの別の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施形態では、圧電振動片としてＡＴカットの水晶振動片が使われている。つまり、ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。このため、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイスとしての水晶振動子の長手方向をＸ軸方向、水晶振動子の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。
【００１９】
＜水晶振動子１００の全体構成＞
図１は水晶振動子１００の分解斜視図である。なお、図１では封止材である低融点ガラスＬＧを省略して描かれている。
【００２０】
図１に示されたように、水晶振動子１００は、リッド凹部１１１を有するリッド部１１と、ベース凹部１２１を有するベース部１２と、リッド部１１及びベース部１２に挟まれる矩形の水晶振動片１０とを備える。
【００２１】
＜＜水晶振動片１０の構成＞＞
水晶振動片１０の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の平面図で、図２（ｂ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の透明図で、図２（ｃ）は＋Ｚ’軸側から見た水晶振動片１０の側面図である。
【００２２】
図１及び図２に示されたように、水晶振動片１０は矩形の振動部１０１と、振動部１０１を囲む外枠部１０８とで構成されている。また、振動部１０１と外枠部１０８との間には、振動部１０１から−Ｘ軸方向に沿って伸びるように外枠部１０８と連結した一対の連結部１０４ａ、１０４ｂを有している。このため、振動部１０１と外枠部１０８との間には水晶振動片１０を貫通した貫通開口部１０５が形成される。水晶振動片１０のＸ軸方向の両側に配置されたＺ’軸方向に伸びる両辺には、角丸長方形の貫通孔ＣＨ（図６及び図７を参照）を形成した際のキャスタレーション１０６ａ〜１０６ｄが２つずつ形成されている。具体的には、−Ｘ軸方向に一対のキャスタレーション１０６ａ、１０６ｂが形成され、＋Ｘ軸方向に一対のキャスタレーション１０６ｃ、１０６ｄが形成されている。キャスタレーション１０６ａ〜１０６ｄには側面電極１０７ａ〜１０７ｄがそれぞれ形成されている。
【００２３】
図２（ａ）に示されたように、振動部１０１の表面Ｍｅにおける中央領域には矩形の励振電極１０２ａが形成されている。また、振動部１０１の縁部、連結部１０４ａ及び外枠部１０８には、励振電極１０２ａと水晶振動片１０の−Ｘ軸方向の一辺の＋Ｚ側に形成された側面電極１０７ａとを接続する引出電極１０３ａが形成されている。ここで、側面電極１０７ａは水晶振動片１０の裏面Ｍｉにまで伸びて接続パッド１０７Ｍが形成されることが好ましい（図２（ｂ）を参照）。
【００２４】
図２（ｂ）に示されたように、振動部１０１の裏面Ｍｉにおける中央領域には矩形の励振電極１０２ｂが形成されている。また、振動部１０１の縁部、連結部１０４ｂ及び外枠部１０８には、励振電極１０２ｂと水晶振動片１０の＋Ｘ軸方向の他辺の−Ｚ側に形成された側面電極１０７ｃとを接続する引出電極１０３ｂが形成されている。ここで、側面電極１０７ｃは水晶振動片１０の表面Ｍｅにまで伸びて接続パッド１０７Ｍが形成されることが好ましい（図２（ａ）を参照）。
【００２５】
なお、励振電極１０２ａ、１０２ｂ及び引出電極１０３ａ、１０３ｂは例えば下地としてのクロム層が用いられ、クロム層の上面に金層が用いられる。
【００２６】
図２（ｃ）に示されたように、表面Ｍｅに形成される励振電極１０２ａは、第１厚さｄ１で構成される。振動部１０１の縁部に形成される引出電極１０３ａ及び連結部１０４ａに形成される引出電極１０３ａの一部（振動部１０１側）は、第１厚さｄ１で構成される。また、水晶振動片１０におけるそのほかの各電極（例えば、励振電極１０２ｂ、引出電極１０３ａの一部及び引出電極１０３ｂ）は第２厚さｄ２で構成される。
【００２７】
なお、第１厚さｄ１及び第２厚さｄ２において、下地としてのクロム層は同じ厚さであるが、クロム層の上面に形成される金層の厚さが異なる。すなわち、第１厚さｄ１の金層は第２厚さｄ２の金層より薄い。このため、第１厚さｄ１が第２厚さｄ２より薄く形成される。
【００２８】
ここで、水晶振動片１０はメサ型、プラノメサ型、逆メサ型、プラノ逆メサ型でもよい。
また、本実施形態の水晶振動片１０は引出電極１０３ａが連結部１４ａで第１厚さｄ１から第２厚さｄ２に厚くなるが、振動部１０１のみで第１厚さｄ１に構成され、そのほかの箇所で第２厚さｄ２に構成されてもよい。
さらに、引出電極１０３ａが振動部１０１の縁部及び連結部１０４ａ全体で第１厚さｄ１に構成され、外枠部１０８で第２厚さｄ２に構成されてよい。また、引出電極１０３ａが振動部１０１の縁部、連結部１０４ａ全体及び外枠１０８の一部（連結部１０４ａ側）で第１厚さｄ１に構成され、外枠部１０８の別の箇所（外周）で第２厚さｄ２に構成されてよい。
【００２９】
＜＜ベース部１２の構成＞＞
ベース部１２の構成について、図１及び図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の平面図で、図３（ｂ）は＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の透明図である。
【００３０】
図３（ａ）に示されたように、ベース部１２はガラス又は水晶材料より構成され、表面（＋Ｙ’側の面）にベース凹部１２１（図１を参照）の周囲に形成された第２端面Ｍ２を有している。また、ベース部１２はＸ軸方向の両辺に貫通孔ＢＨ（図９及び図１０を参照）を形成した際のキャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄが２つずつ形成されている。具体的には、−Ｘ軸側に一対のキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂが形成され、＋Ｘ軸側に一対のキャスタレーション１２２ｃ、１２２ｄが形成されている。さらに、キャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄには側面電極１２３ａ〜１２３ｄがそれぞれ形成されている（図１を参照）。ここで、少なくとも対角線に配置される側面電極１２３ａ、１２３ｃは、ベース部１２の第２端面Ｍ２にまで伸びて接続パッド１２３Ｍが形成されることが好ましい。
【００３１】
図３（ｂ）に示されたように、ベース部１２はその実装面Ｍ３にキャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄに接続される実装端子１２５ａ〜１２５ｄがそれぞれ形成される。実装端子１２５ａ〜１２５ｄにおいて、対角線に形成される一対の実装端子１２５ａ、１２５ｃ（以下は外部電極１２５ａ、１２５ｃと称する）は外部電極の役割をしている。すなわち、外部電極１２５ａ、１２５ｃは図示しない外部電源に接続されて水晶振動片１０を振動させる。また、対角線に形成される別の一対の実装端子１２５ｂ、１２５ｄ（以下はアース電極１２５ｂ、１２５ｄと称する）はアース電極の役割をしている。すなわち、アース電極１２５ｂ、１２５ｄには外部電源（図示しない）から電圧が印加されない。
【００３２】
なお、一対の外部電極１２５ａ、１２５ｃ及び一対のアース電極１２５ｂ、１２５ｄは、それぞれに離れて形成されている。また、外部電極１２５ａ及びアース電極１２５ｄはベース部１２の＋Ｚ’側の一辺と離れ、アース電極１２５ｂ及び外部電極１２５ｃはベース部１２の−Ｚ’側の他辺と離れて形成されている。
【００３３】
＜＜リッド部１１の構成＞＞
図１に示されたように、リッド部１１はガラス又は水晶材料で形成され、その−Ｙ’側の面の外周に第２端面Ｍ２を有している。また、第２端面Ｍ２の全周の内側にはＹ’軸方向で第２端面Ｍ２から凹んだリッド凹部１１１が形成されている。
【００３４】
＜＜水晶振動子１００の組み立て＞＞
水晶振動子１００の組み立てについて、図１〜図４を参照しながら説明する。図４は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１及び図４に示されたように、リッド部１１が封止材である低融点ガラスＬＧにより水晶振動片１０の＋Ｙ’軸側に接合され、ベース部１２が封止材である低融点ガラスＬＧにより水晶振動片１０の−Ｙ’軸側に接合される。これにより、リッド部１１、水晶振動片１０の外枠部１０８及びベース部１２で水晶振動片１０の振動部１０１を収納するキャビティＣＴが形成される。キャビティＣＴは、窒素ガスで満たされたり又は真空状態にされたりする。
【００３５】
ここで、低融点ガラスＬＧは、３５０℃〜４１０℃で溶融する鉛フリーのバナジウム系ガラスを含む。バナジウム系ガラスはバインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。また、このバナジウム系ガラスは接着時の気密性と耐水性・耐湿性などの信頼性が高い。さらに、バナジウム系ガラスはガラス構造を制御することにより熱膨張係数も柔軟に制御できる。
【００３６】
ベース部１２において、外部電極１２５ａは側面電極１２３ａ（接続パッド１２３Ｍ）と導電され、外部電極１２５ｃは側面電極１２３ｃ（接続パッド１２３Ｍ）と導電されている。水晶振動片１０において、励振電極１０２ａは引出電極１０３ａを介して側面電極１０７ａ（接続パッド１０７Ｍ）に導電され、励振電極１０２ｂは引出電極１０３ｂを介して側面電極１０７ｃ（接続パッド１０７Ｍ）に導電されている。
【００３７】
図４に示されたように、水晶振動片１０とベース部１２とは、側面電極１０７ａ、１０７ｃの接続パッド１０７Ｍと側面電極１２３ａ、１２３ｃの接続パッド１２３Ｍとが導電されるように低融点ガラスＬＧにより接合される。つまり、ベース部１２の実装面Ｍ３に形成される外部電極１２５ａと水晶振動片１０の励振電極１０２ａとが導電され、ベース部１２の実装面Ｍ３に形成される外部電極１２５ｃと水晶振動片１０の励振電極１０２ｂとが導電される。これにより、図示しない外部電源により外部電極１２５ａ、１２５ｃに交番電圧（正負を交番する電位）が印加されると、振動部１０１が厚みすべり振動することができる。
【００３８】
＜水晶振動子１００の製造方法＞
図５は、水晶振動子１００の製造を示したフローチャートである。図５において、水晶振動片１０の製造ステップＳ１０と、リッド部１１の製造ステップＳ１１と、ベース部１２の製造ステップＳ１２とは並行して製造することができる。また、図６は＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの平面図で、図７は＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの透明図である。図８は、−Ｙ’軸側から見たリッドウエハ１１Ｗの平面図である。図９は＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの平面図で、図１０は＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの透明図である。
【００３９】
ステップＳ１０では、水晶振動片１０が製造される。ステップＳ１０はステップＳ１０１及びＳ１０２を含んでいる。
ステップＳ１０１において、図６及び図７に示されたように、均一の水晶ウエハ１０Ｗにエッチングにより複数の水晶振動片１０の外形が形成される。具体的には、各水晶振動片１０に振動部１０１、連結部１０４ａ、１０４ｂ及び外枠部１０８が形成するように、水晶ウエハ１０Ｗを貫通した貫通開口部１０５が形成される。同時に、各水晶振動片１０のＸ軸方向の両辺に水晶ウエハ１０Ｗを貫通した角丸長方形の貫通孔ＣＨが２つずつ形成される。ここで、貫通孔ＣＨが半分に分割されると１つのキャスタレーション１０６ａ〜１０６ｄ（図１を参照）になる。
【００４０】
ステップＳ１０２において、まずスパッタリングまたは真空蒸着によって水晶ウエハ１０Ｗの両面及び側面にクロム（Ｃｒ）層及び金（Ａｕ）層が順に形成される。そして、金属層の全面にフォトレジストが均一に塗布される。その後、露光装置（図示しない）を用いて、フォトマスクに描かれた励振電極、引出電極のパターンが水晶ウエハ１０Ｗに露光される。次に、フォトレジストから露出した金属層がエッチングされる。これにより、図６及び図７に示されたように水晶ウエハ１０Ｗにおける振動部１０１の中央領域の両面に励振電極１０２ａ、１０２ｂが形成され、振動部１０１の縁部、連結部１０４ａ、１０４ｂ及び外枠部１０８に引出電極１０３ａ、１０３ｂ及び電極パッド１０７Ｍが形成される。同時に、貫通孔ＣＨに側面電極１０７ａ、１０７ｂが形成される。
【００４１】
ここで、水晶ウエハ１０Ｗの表面Ｍｅに形成される励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａの金（Ａｕ）層は、各水晶振動片１０の周波数が希望する所定の周波数より低くなるように、厚めに形成される。
【００４２】
また、各水晶振動子１０において、励振電極１０２ａと励振電極１０２ｂとはそれぞれに対角線に配置した貫通孔ＣＨの側面電極１０７ａ、１０７ｃに導電されている。つまり、励振電極１０２ａと励振電極１０２ｂとはそれぞれに絶縁されている。
【００４３】
ステップＳ１１では、リッド部１１が製造される。ステップＳ１１はステップＳ１１１及びＳ１１２を含んでいる。
ステップＳ１１１において、図８に示されたように、均一厚さの水晶平板のリッドウエハ１１Ｗに複数のリッド部１１の外形が形成される。具体的には、リッド凹部１１１が数百から数千個形成される。リッドウエハ１１Ｗには、エッチング又は機械加工によりリッド凹部１１１が形成され、リッド凹部１１１の周囲には第１端面Ｍ１が形成される。
【００４４】
ステップＳ１１２において、スクリーン印刷でリッドウエハ１１Ｗの第１端面Ｍ１に低融点ガラスＬＧが印刷される。その後、低融点ガラスＬＧを仮硬化することで、低融点ガラスＬＧ膜がリッドウエハ１１Ｗの第１端面Ｍ１に形成される。低融点ガラス膜は水晶ウエハ１０Ｗの貫通孔ＣＨ（図６及び図７を参照）に対応する箇所１１２には形成されていない。
【００４５】
ステップＳ１２では、ベース部１２が製造される。ステップＳ１２はステップＳ１２１〜Ｓ１２３を含んでいる。
ステップＳ１２１において、図９及び図１０に示されたように、均一厚さの水晶平板のベースウエハ１２Ｗに複数のベース部１２の外形が形成される。具体的には、エッチング又は機械加工により各ベース部１２の中央にベース凹部１２１が形成され、各ベース部１２のＸ軸方向の両辺にベースウエハ１２Ｗを貫通した角丸長方形の貫通孔ＢＨが２つずつ形成される。ここで、貫通孔ＢＨが半分に分割されると１つのキャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄ（図１を参照）になる。
【００４６】
ステップＳ１２２において、スパッタリングまたは真空蒸着によってベースウエハ１２Ｗの両面にクロム（Ｃｒ）層を下地としてその表面に金（Ａｕ）層が形成される。その後、エッチングされることで、図９及び図１０に示されたように実装面Ｍ３に外部電極１２５ａ、１２５ｃ及びアース電極１２５ｂ、１２５ｄが形成され、貫通孔ＢＨに側面電極１２３ａ〜１２３ｄが形成され、第２端面Ｍ２に接続パッド１２３Ｍが形成される。
【００４７】
ここで、図１０に示されたようにＸ軸方向に隣り合うベース部１２に形成された外部電極１２５ａとアース電極１２５ｄとが一体となり、外部電極１２５ｃとアース電極１２５ｂとが一体となっている。また、Ｚ’軸方向に隣り合う外部電極１２５ａ、１２５ｃとアース電極１２５ｂ、１２５ｄとは所定の距離離れて形成されている。つまり、例えば外部電極１２５ａはＸ軸方向に隣り合うアース電極１２５ｄのみに導電され、外部電極１２５ｃはＸ軸方向に隣り合うアース電極１２５ｂのみに導電されている。換言すれば、外部電極１２５ａと外部電極１２５ｃとはそれぞれに絶縁されている。
【００４８】
ステップＳ１２３において、スクリーン印刷でベースウエハ１２Ｗの第２端面Ｍ２に低融点ガラスＬＧが印刷される。その後、低融点ガラスＬＧを仮硬化することで、低融点ガラスＬＧ膜がベースウエハ１２Ｗの第２端面Ｍ２に形成される。ここで、低融点ガラス膜は第２端面Ｍ２の接続パッド１２３Ｍに対応する箇所には形成されないことが好ましい。
【００４９】
ステップＳ１３では、低融点ガラスＬＧを加熱することで、ステップＳ１０で製造された水晶ウエハ１０ＷとステップＳ１２で製造されたベースウエハ１２Ｗとが接合される。このとき、水晶ウエハ１０Ｗの接続パッド１０７Ｍとベースウエハ１２Ｗの接続パッド１２３Ｍとが接するように、水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが接合される（図４を参照）。
【００５０】
ステップＳ１４では、一対の周波数測定用のプローブＰＢ１，ＰＢ２（図６を参照）を同じ水晶振動片１０の励振電極１０２ａに接続される引出電極１０３ａと励振電極１０２ｂに接続される電極パッド１０７Ｍ（引出電極１０３ｂに導電される）とにそれぞれ当接し、１つ１つの水晶振動片１０の振動周波数が測定される。
【００５１】
ここで、ステップＳ１０２で説明したように、水晶ウエハ１０Ｗにおいては引出電極１０２ａ、１０２ｂ同士、及び引出電極１０３ａ、１０３ｂ同士がそれぞれに絶縁されている。また、ステップＳ１２２で説明したように、ベースウエハ１２Ｗにおいては外部電極１２５ａ、１２５ｂ同士がそれぞれに絶縁されている。そのため、隣り合う水晶振動片からの影響を受けずにより確実に水晶振動片の周波数を測定することができる。
【００５２】
ステップＳ１５では、振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａの厚さを薄くすることで、水晶振動片１０の周波数が高く調整される。具体的には、周波数の調整方法において開口部ＭＯ（図６を参照）を有するマスク（図示しない）を用いて励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａにイオンを照射するイオンミリングが含まれる。
【００５３】
本実施形態では、図６の点線に示されたように矩形の開口部ＭＯを有するマスクが用いられる。ここで、開口部ＭＯの＋Ｘ軸側及び±Ｚ’軸側は振動部１０１の外周とほぼ一致している。また、開口部ＭＯの−Ｘ軸側が連結部１０４ａ、１０４ｂの領域まで伸びで形成される。これにより、図２（ｃ）及び図４に示されたように開口部ＭＯ内（振動部１０１領域）の励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａがイオンミリングにより薄く形成される。なお、振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さで形成されるので、不要な振動及び特性の劣化などの発生を防止することができる。また、本実施形態では開口部ＭＯの−Ｘ軸側が連結部１０４ａ、１０４ｂと一致しているが、振動部１０１と一致するようにしてもよい。
【００５４】
マスクの開口部ＭＯの範囲について、図１１（ａ）を参照しながら説明する。図１１（ａ）は、図６の点線Ｃで囲まれた部分の拡大図で、マスクの開口部ＭＯの形状の範囲を説明する図である。図１１（ａ）に示されたように、開口部ＭＯのＸ軸方向での最小長さＬｍｉｎは励振電極１０２ａの＋Ｘ軸方向の端部から振動部１０１の−Ｘ軸側の端部までの長さである。開口部ＭＯのＺ’軸方向での最小幅Ｗｍｉｎは励振電極１０２ａの−Ｚ’軸側の端部から振動部１０１における引出電極１０３ａの＋Ｚ’軸側の端部までの幅である。つまり、この最小長さＬｍｉｎ及び最小幅Ｗｍｉｎを確保すれば、水晶振動片１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さに薄くできる。
【００５５】
したがって、マスクの開口部ＭＯは様々な形状及び寸法が可能である。図１１（ｂ）は、図６の点線Ｃで囲まれた部分の拡大図で、マスクの開口部ＭＯの一例を示した図である。図１１（ｂ）に示されたように、矩形の開口部ＭＯの＋Ｘ軸側及び±Ｚ’軸側の辺は振動部１０１の外周とほぼ一致している。また、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の辺が外枠部１０８の領域まで伸びて形成される。これにより、開口部ＭＯ内（振動部１０１及び連結部１０４ａの領域）の励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａがイオンミリングにより薄く形成される。特に図示しないが、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の辺が外枠部１０８のキャスタレーションの領域まで伸びて形成されてもよい。振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さで形成されるので、不要な振動及び特性の劣化などの発生を防止することができる。
【００５６】
そのほか、マスクの開口部ＭＯは矩形でなく、別の形状となってもよい。図１１（ｃ）は、図６の点線Ｃで囲まれた部分の拡大図で、マスクの開口部ＭＯ別の一例を示した図である。図１１（ｃ）に示されたように、開口部ＭＯの＋Ｘ軸側の一部は励振電極１０２ａの＋Ｘ軸側及び±Ｚ’軸側の辺とほぼ一致で少し大きく形成される。また、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の一部は振動部１０１の両主面に形成された引出電極１０３ａ、１０３ｂの形状と一致している。すなわち、開口部ＭＯは−Ｘ軸方向に沿ってＺ’軸方向の幅が次第に広くなる台形となっている。さらに、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の端部が連結部１０４ａ、１０４ｂの領域まで伸びで形成される。これにより、開口部ＭＯ内の励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａがイオンミリングにより薄く形成される。なお、振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さで形成されるので、不要な振動及び特性の劣化などの発生を防止することができる。
【００５７】
図５に戻り、ステップＳ１６では、低融点ガラスＬＧを加熱させリッドウエハ１１Ｗとベースウエハ１２Ｗとが加圧される。これによりリッドウエハ１１Ｗとベースウエハ１２Ｗとが低融点ガラスＬＧにより接合されて水晶振動片１０の振動部１０１がキャビティＣＴ（図４を参照）内に封止される。
【００５８】
ステップＳ１７では、接合されたリッドウエハ１１Ｗと、ベースウエハ１２Ｗとが個々に切断される。切断工程では、レーザーを用いたダイシング装置、または切断用ブレードを用いたダイシング装置などを用いて図６〜図１０に示された一点鎖線のスクライブラインＳＬに沿って水晶振動子１００を単位として個片化する。これにより、数百から数千の水晶振動子１００が製造される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【００６０】
例えば、本明細書では低融点ガラスによりベースウエハと、水晶ウエハと、リッドウエハとが接合されているが、低融点ガラスの代わりにポリイミド樹脂を用いられてもよい。ポリイミド樹脂が用いられる場合においては、スクリーン印刷でもよいし、感光性のポリイミド樹脂を全面に塗布した後に露光することもできる。
【００６１】
また、本明細書では水晶振動片が使用されたが、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を利用することができる。さらに圧電デバイスとして、発振回路を組み込んだＩＣなどをパッケージ内に配置させた圧電発振器にも本発明は適用できる。
【００６２】
さらに、本明細書ではＡＴカットされた水晶振動片を一例として説明したが、一対の振動腕を有する音叉型水晶振動片にも適用される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ … 水晶振動片、 １０Ｗ … 水晶ウエハ
１１ … リッド部、 １１Ｗ … リッドウエハ
１２ … ベース部、 １２Ｗ … ベースウエハ
１００ 水晶振動子
１０１ … 振動部
１０２ａ、１０２ｂ … 励振電極
１０３ａ、１０３ｂ … 引出電極
１０４ａ、１０４ｂ … 連結部
１０５ … 貫通開口部
１０６ａ〜１０６ｄ、１２２ａ〜１２２ｄ … キャスタレーション
１０７ａ〜１０７ｄ、１２３ａ〜１２３ｄ … 側面電極
１０７Ｍ、１２３Ｍ … 接続パッド
１０８ … 外枠部
１１１、１２１ … 凹部
１２５ａ〜１２５ｄ … 実装端子
ＢＨ、ＣＨ … 貫通孔
ＣＴ … キャビティ
ＬＧ … 低融点ガラス
Ｌｍｉｎ … 開口部のＸ軸方向の最小長さ
ＭＯ … マスクの開口部
Ｗｍｉｎ … 開口部のＺ’軸方向の最小幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の圧電振動片がウエハ状態で製造できる圧電振動片、圧電振動片を有する圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動片をセラミックパッケージに載置した後、圧電振動片における励振電極の厚さを薄くすることで、圧電振動片の周波数を調整する技術が知られている。しかし、励振電極と同じ形状の開口部を有するマスクで圧電振動片における励振電極の厚さを薄くすると、励振電極の外周が中央部より厚くなり外周に段差部が形成される。これにより、不要な振動が発生し、振動特性が劣化してしまう。
【０００３】
特許文献１に開示された圧電デバイスでは、上述の問題を解決するために、薄くされる一方の励振電極を他方の励振電極より大きく形成し、一方の励振電極より小さく他方の励振電極より大きい開口部を有するマスクを用いて一方の励振電極を薄くする。これにより、薄くされた一方の励振電極における他方の励振電極に対応する領域が均一の厚さに形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９９９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の圧電デバイスは、マスクの開口部が一方の励振電極より小さく形成されるので、振動領域における励振電極から引き出された引出電極には段差部が形成される。そのため、引出電極の段差部により境界条件ができて、不要な振動が発生し、振動特性が劣化してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、振動領域における励振電極及び引出電極が均一の厚さで形成され、不要な振動の発生及び振動特性の劣化が防止できる圧電振動片を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１観点の圧電振動片は、第１厚さの励振電極が中央領域に形成された振動部と、振動部を囲み振動部と空隙を介して形成された外枠部と、振動部と外枠部とを連結する連結部と、振動部、連結部及び外枠部に形成され励振電極から引き出された引出電極と、を備える。引出電極は、振動部ですべてが第１厚さを有し外枠部では第１厚さよりも厚い第２厚さを有する。
【０００８】
第２観点の圧電振動片において、引出電極は連結部の少なくとも一部が第１厚さである。
第３観点の圧電振動片において、引出電極は外枠部の少なくとも一部が第１厚さである。
【０００９】
第４観点の圧電振動片において、第１厚さの励振電極は振動部の一方の片面に形成され、振動部の他方の片面には第１厚さの励振電極と対応するように第２厚さの励振電極が形成されている。
【００１０】
第５観点の圧電振動片は、メサ型、プラノメサ型、逆メサ型、プラノ逆メサ型のいずれかである。
【００１１】
第６観点の圧電デバイスは、第１観点から第４観点のいずれか一項の圧電振動片を備える。さらに、圧電デバイスは外枠部の一方の片面に接合する第１板と、外枠部の他方の片面に接合する第２板とを備える。
【００１２】
第７観点の圧電デバイスの製造方法は振動部と振動部を囲み振動部と空隙を介して形成された外枠部と振動部と外枠部とを連結する連結部とを含み圧電振動片を複数有する圧電ウエハを用意する工程と、振動部の中央領域に励振電極を形成し振動部、連結部及び外枠部に励振電極から引き出された引出電極を形成する電極形成工程と、圧電振動片の各々の振動周波数を測定する測定工程と、励振電極及び振動部の引出電極のすべての電極の厚さを薄くする工程と、を備える。
【００１３】
第８観点の圧電デバイスの製造方法において、電極を薄くする工程は、連結部の引出電極の少なくとも一部の電極を薄くする。
【００１４】
第９観点の圧電デバイスの製造方法において、電極を薄くする工程は、イオンを励振電極及び引出電極に照射するイオンミリングを含み、イオンを照射するマスク開口の一部が連結部と重なり合う。
【００１５】
第１０観点の圧電デバイスの製造方法の圧電ウエハを用意する工程及び電極形成工程において、振動部及び励振電極は所定周波数よりも低くなるように形成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の製造方法によれば、振動領域における励振電極及び引出電極が同じ厚さで形成され、不要な振動の発生及び振動特性の劣化が防止できる圧電振動片が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】水晶振動子１００の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の透明図である。 （ｃ）は、＋Ｚ’軸側から見た水晶振動片１０の側面図である。
【図３】（ａ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の平面図である。 （ｂ）は、＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の透明図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】水晶振動子１００の製造を示したフローチャートである。
【図６】＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの平面図である。
【図７】＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの透明図である。
【図８】−Ｙ’軸側から見たリッドウエハ１１Ｗの平面図である。
【図９】＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの平面図である。
【図１０】＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの透明図である。
【図１１】（ａ）は、マスクの開口部ＭＯの形状の範囲を説明する図である。 （ｂ）は、マスクの開口部ＭＯの一例を示した図である。 （ｃ）は、マスクの開口部ＭＯの別の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施形態では、圧電振動片としてＡＴカットの水晶振動片が使われている。つまり、ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。このため、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイスとしての水晶振動子の長手方向をＸ軸方向、水晶振動子の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。
【００１９】
＜水晶振動子１００の全体構成＞
図１は水晶振動子１００の分解斜視図である。なお、図１では封止材である低融点ガラスＬＧを省略して描かれている。
【００２０】
図１に示されたように、水晶振動子１００は、リッド凹部１１１を有するリッド部１１と、ベース凹部１２１を有するベース部１２と、リッド部１１及びベース部１２に挟まれる矩形の水晶振動片１０とを備える。
【００２１】
＜＜水晶振動片１０の構成＞＞
水晶振動片１０の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の平面図で、図２（ｂ）は＋Ｙ’軸側から見た水晶振動片１０の透明図で、図２（ｃ）は＋Ｚ’軸側から見た水晶振動片１０の側面図である。
【００２２】
図１及び図２に示されたように、水晶振動片１０は矩形の振動部１０１と、振動部１０１を囲む外枠部１０８とで構成されている。また、振動部１０１と外枠部１０８との間には、振動部１０１から−Ｘ軸方向に沿って伸びるように外枠部１０８と連結した一対の連結部１０４ａ、１０４ｂを有している。このため、振動部１０１と外枠部１０８との間には水晶振動片１０を貫通した貫通開口部１０５が形成される。水晶振動片１０のＸ軸方向の両側に配置されたＺ’軸方向に伸びる両辺には、角丸長方形の貫通孔ＣＨ（図６及び図７を参照）を形成した際のキャスタレーション１０６ａ〜１０６ｄが２つずつ形成されている。具体的には、−Ｘ軸方向に一対のキャスタレーション１０６ａ、１０６ｂが形成され、＋Ｘ軸方向に一対のキャスタレーション１０６ｃ、１０６ｄが形成されている。キャスタレーション１０６ａ〜１０６ｄには側面電極１０７ａ〜１０７ｄがそれぞれ形成されている。
【００２３】
図２（ａ）に示されたように、振動部１０１の表面Ｍｅにおける中央領域には矩形の励振電極１０２ａが形成されている。また、振動部１０１の縁部、連結部１０４ａ及び外枠部１０８には、励振電極１０２ａと水晶振動片１０の−Ｘ軸方向の一辺の＋Ｚ側に形成された側面電極１０７ａとを接続する引出電極１０３ａが形成されている。ここで、側面電極１０７ａは水晶振動片１０の裏面Ｍｉにまで伸びて接続パッド１０７Ｍが形成されることが好ましい（図２（ｂ）を参照）。
【００２４】
図２（ｂ）に示されたように、振動部１０１の裏面Ｍｉにおける中央領域には矩形の励振電極１０２ｂが形成されている。また、振動部１０１の縁部、連結部１０４ｂ及び外枠部１０８には、励振電極１０２ｂと水晶振動片１０の＋Ｘ軸方向の他辺の−Ｚ側に形成された側面電極１０７ｃとを接続する引出電極１０３ｂが形成されている。ここで、側面電極１０７ｃは水晶振動片１０の表面Ｍｅにまで伸びて接続パッド１０７Ｍが形成されることが好ましい（図２（ａ）を参照）。
【００２５】
なお、励振電極１０２ａ、１０２ｂ及び引出電極１０３ａ、１０３ｂは例えば下地としてのクロム層が用いられ、クロム層の上面に金層が用いられる。
【００２６】
図２（ｃ）に示されたように、表面Ｍｅに形成される励振電極１０２ａは、第１厚さｄ１で構成される。振動部１０１の縁部に形成される引出電極１０３ａ及び連結部１０４ａに形成される引出電極１０３ａの一部（振動部１０１側）は、第１厚さｄ１で構成される。また、水晶振動片１０におけるそのほかの各電極（例えば、励振電極１０２ｂ、引出電極１０３ａの一部及び引出電極１０３ｂ）は第２厚さｄ２で構成される。
【００２７】
なお、第１厚さｄ１及び第２厚さｄ２において、下地としてのクロム層は同じ厚さであるが、クロム層の上面に形成される金層の厚さが異なる。すなわち、第１厚さｄ１の金層は第２厚さｄ２の金層より薄い。このため、第１厚さｄ１が第２厚さｄ２より薄く形成される。
【００２８】
ここで、水晶振動片１０はメサ型、プラノメサ型、逆メサ型、プラノ逆メサ型でもよい。
また、本実施形態の水晶振動片１０は引出電極１０３ａが連結部１４ａで第１厚さｄ１から第２厚さｄ２に厚くなるが、振動部１０１のみで第１厚さｄ１に構成され、そのほかの箇所で第２厚さｄ２に構成されてもよい。
さらに、引出電極１０３ａが振動部１０１の縁部及び連結部１０４ａ全体で第１厚さｄ１に構成され、外枠部１０８で第２厚さｄ２に構成されてよい。また、引出電極１０３ａが振動部１０１の縁部、連結部１０４ａ全体及び外枠１０８の一部（連結部１０４ａ側）で第１厚さｄ１に構成され、外枠部１０８の別の箇所（外周）で第２厚さｄ２に構成されてよい。
【００２９】
＜＜ベース部１２の構成＞＞
ベース部１２の構成について、図１及び図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の平面図で、図３（ｂ）は＋Ｙ’軸側から見たベース部１２の透明図である。
【００３０】
図３（ａ）に示されたように、ベース部１２はガラス又は水晶材料より構成され、表面（＋Ｙ’側の面）にベース凹部１２１（図１を参照）の周囲に形成された第２端面Ｍ２を有している。また、ベース部１２はＸ軸方向の両辺に貫通孔ＢＨ（図９及び図１０を参照）を形成した際のキャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄが２つずつ形成されている。具体的には、−Ｘ軸側に一対のキャスタレーション１２２ａ、１２２ｂが形成され、＋Ｘ軸側に一対のキャスタレーション１２２ｃ、１２２ｄが形成されている。さらに、キャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄには側面電極１２３ａ〜１２３ｄがそれぞれ形成されている（図１を参照）。ここで、少なくとも対角線に配置される側面電極１２３ａ、１２３ｃは、ベース部１２の第２端面Ｍ２にまで伸びて接続パッド１２３Ｍが形成されることが好ましい。
【００３１】
図３（ｂ）に示されたように、ベース部１２はその実装面Ｍ３にキャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄに接続される実装端子１２５ａ〜１２５ｄがそれぞれ形成される。実装端子１２５ａ〜１２５ｄにおいて、対角線に形成される一対の実装端子１２５ａ、１２５ｃ（以下は外部電極１２５ａ、１２５ｃと称する）は外部電極の役割をしている。すなわち、外部電極１２５ａ、１２５ｃは図示しない外部電源に接続されて水晶振動片１０を振動させる。また、対角線に形成される別の一対の実装端子１２５ｂ、１２５ｄ（以下はアース電極１２５ｂ、１２５ｄと称する）はアース電極の役割をしている。すなわち、アース電極１２５ｂ、１２５ｄには外部電源（図示しない）から電圧が印加されない。
【００３２】
なお、一対の外部電極１２５ａ、１２５ｃ及び一対のアース電極１２５ｂ、１２５ｄは、それぞれに離れて形成されている。また、外部電極１２５ａ及びアース電極１２５ｄはベース部１２の＋Ｚ’側の一辺と離れ、アース電極１２５ｂ及び外部電極１２５ｃはベース部１２の−Ｚ’側の他辺と離れて形成されている。
【００３３】
＜＜リッド部１１の構成＞＞
図１に示されたように、リッド部１１はガラス又は水晶材料で形成され、その−Ｙ’側の面の外周に第２端面Ｍ２を有している。また、第２端面Ｍ２の全周の内側にはＹ’軸方向で第２端面Ｍ２から凹んだリッド凹部１１１が形成されている。
【００３４】
＜＜水晶振動子１００の組み立て＞＞
水晶振動子１００の組み立てについて、図１〜図４を参照しながら説明する。図４は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１及び図４に示されたように、リッド部１１が封止材である低融点ガラスＬＧにより水晶振動片１０の＋Ｙ’軸側に接合され、ベース部１２が封止材である低融点ガラスＬＧにより水晶振動片１０の−Ｙ’軸側に接合される。これにより、リッド部１１、水晶振動片１０の外枠部１０８及びベース部１２で水晶振動片１０の振動部１０１を収納するキャビティＣＴが形成される。キャビティＣＴは、窒素ガスで満たされたり又は真空状態にされたりする。
【００３５】
ここで、低融点ガラスＬＧは、３５０℃〜４１０℃で溶融する鉛フリーのバナジウム系ガラスを含む。バナジウム系ガラスはバインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。また、このバナジウム系ガラスは接着時の気密性と耐水性・耐湿性などの信頼性が高い。さらに、バナジウム系ガラスはガラス構造を制御することにより熱膨張係数も柔軟に制御できる。
【００３６】
ベース部１２において、外部電極１２５ａは側面電極１２３ａ（接続パッド１２３Ｍ）と導電され、外部電極１２５ｃは側面電極１２３ｃ（接続パッド１２３Ｍ）と導電されている。水晶振動片１０において、励振電極１０２ａは引出電極１０３ａを介して側面電極１０７ａ（接続パッド１０７Ｍ）に導電され、励振電極１０２ｂは引出電極１０３ｂを介して側面電極１０７ｃ（接続パッド１０７Ｍ）に導電されている。
【００３７】
図４に示されたように、水晶振動片１０とベース部１２とは、側面電極１０７ａ、１０７ｃの接続パッド１０７Ｍと側面電極１２３ａ、１２３ｃの接続パッド１２３Ｍとが導電されるように低融点ガラスＬＧにより接合される。つまり、ベース部１２の実装面Ｍ３に形成される外部電極１２５ａと水晶振動片１０の励振電極１０２ａとが導電され、ベース部１２の実装面Ｍ３に形成される外部電極１２５ｃと水晶振動片１０の励振電極１０２ｂとが導電される。これにより、図示しない外部電源により外部電極１２５ａ、１２５ｃに交番電圧（正負を交番する電位）が印加されると、振動部１０１が厚みすべり振動することができる。
【００３８】
＜水晶振動子１００の製造方法＞
図５は、水晶振動子１００の製造を示したフローチャートである。図５において、水晶振動片１０の製造ステップＳ１０と、リッド部１１の製造ステップＳ１１と、ベース部１２の製造ステップＳ１２とは並行して製造することができる。また、図６は＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの平面図で、図７は＋Ｙ’軸側から見た水晶ウエハ１０Ｗの透明図である。図８は、−Ｙ’軸側から見たリッドウエハ１１Ｗの平面図である。図９は＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの平面図で、図１０は＋Ｙ’軸側から見たベースウエハ１２Ｗの透明図である。
【００３９】
ステップＳ１０では、水晶振動片１０が製造される。ステップＳ１０はステップＳ１０１及びＳ１０２を含んでいる。
ステップＳ１０１において、図６及び図７に示されたように、均一の水晶ウエハ１０Ｗにエッチングにより複数の水晶振動片１０の外形が形成される。具体的には、各水晶振動片１０に振動部１０１、連結部１０４ａ、１０４ｂ及び外枠部１０８が形成するように、水晶ウエハ１０Ｗを貫通した貫通開口部１０５が形成される。同時に、各水晶振動片１０のＸ軸方向の両辺に水晶ウエハ１０Ｗを貫通した角丸長方形の貫通孔ＣＨが２つずつ形成される。ここで、貫通孔ＣＨが半分に分割されると１つのキャスタレーション１０６ａ〜１０６ｄ（図１を参照）になる。
【００４０】
ステップＳ１０２において、まずスパッタリングまたは真空蒸着によって水晶ウエハ１０Ｗの両面及び側面にクロム（Ｃｒ）層及び金（Ａｕ）層が順に形成される。そして、金属層の全面にフォトレジストが均一に塗布される。その後、露光装置（図示しない）を用いて、フォトマスクに描かれた励振電極、引出電極のパターンが水晶ウエハ１０Ｗに露光される。次に、フォトレジストから露出した金属層がエッチングされる。これにより、図６及び図７に示されたように水晶ウエハ１０Ｗにおける振動部１０１の中央領域の両面に励振電極１０２ａ、１０２ｂが形成され、振動部１０１の縁部、連結部１０４ａ、１０４ｂ及び外枠部１０８に引出電極１０３ａ、１０３ｂ及び電極パッド１０７Ｍが形成される。同時に、貫通孔ＣＨに側面電極１０７ａ、１０７ｂが形成される。
【００４１】
ここで、水晶ウエハ１０Ｗの表面Ｍｅに形成される励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａの金（Ａｕ）層は、各水晶振動片１０の周波数が希望する所定の周波数より低くなるように、厚めに形成される。
【００４２】
また、各水晶振動子１０において、励振電極１０２ａと励振電極１０２ｂとはそれぞれに対角線に配置した貫通孔ＣＨの側面電極１０７ａ、１０７ｃに導電されている。つまり、励振電極１０２ａと励振電極１０２ｂとはそれぞれに絶縁されている。
【００４３】
ステップＳ１１では、リッド部１１が製造される。ステップＳ１１はステップＳ１１１及びＳ１１２を含んでいる。
ステップＳ１１１において、図８に示されたように、均一厚さの水晶平板のリッドウエハ１１Ｗに複数のリッド部１１の外形が形成される。具体的には、リッド凹部１１１が数百から数千個形成される。リッドウエハ１１Ｗには、エッチング又は機械加工によりリッド凹部１１１が形成され、リッド凹部１１１の周囲には第１端面Ｍ１が形成される。
【００４４】
ステップＳ１１２において、スクリーン印刷でリッドウエハ１１Ｗの第１端面Ｍ１に低融点ガラスＬＧが印刷される。その後、低融点ガラスＬＧを仮硬化することで、低融点ガラスＬＧ膜がリッドウエハ１１Ｗの第１端面Ｍ１に形成される。低融点ガラス膜は水晶ウエハ１０Ｗの貫通孔ＣＨ（図６及び図７を参照）に対応する箇所１１２には形成されていない。
【００４５】
ステップＳ１２では、ベース部１２が製造される。ステップＳ１２はステップＳ１２１〜Ｓ１２３を含んでいる。
ステップＳ１２１において、図９及び図１０に示されたように、均一厚さの水晶平板のベースウエハ１２Ｗに複数のベース部１２の外形が形成される。具体的には、エッチング又は機械加工により各ベース部１２の中央にベース凹部１２１が形成され、各ベース部１２のＸ軸方向の両辺にベースウエハ１２Ｗを貫通した角丸長方形の貫通孔ＢＨが２つずつ形成される。ここで、貫通孔ＢＨが半分に分割されると１つのキャスタレーション１２２ａ〜１２２ｄ（図１を参照）になる。
【００４６】
ステップＳ１２２において、スパッタリングまたは真空蒸着によってベースウエハ１２Ｗの両面にクロム（Ｃｒ）層を下地としてその表面に金（Ａｕ）層が形成される。その後、エッチングされることで、図９及び図１０に示されたように実装面Ｍ３に外部電極１２５ａ、１２５ｃ及びアース電極１２５ｂ、１２５ｄが形成され、貫通孔ＢＨに側面電極１２３ａ〜１２３ｄが形成され、第２端面Ｍ２に接続パッド１２３Ｍが形成される。
【００４７】
ここで、図１０に示されたようにＸ軸方向に隣り合うベース部１２に形成された外部電極１２５ａとアース電極１２５ｄとが一体となり、外部電極１２５ｃとアース電極１２５ｂとが一体となっている。また、Ｚ’軸方向に隣り合う外部電極１２５ａ、１２５ｃとアース電極１２５ｂ、１２５ｄとは所定の距離離れて形成されている。つまり、例えば外部電極１２５ａはＸ軸方向に隣り合うアース電極１２５ｄのみに導電され、外部電極１２５ｃはＸ軸方向に隣り合うアース電極１２５ｂのみに導電されている。換言すれば、外部電極１２５ａと外部電極１２５ｃとはそれぞれに絶縁されている。
【００４８】
ステップＳ１２３において、スクリーン印刷でベースウエハ１２Ｗの第２端面Ｍ２に低融点ガラスＬＧが印刷される。その後、低融点ガラスＬＧを仮硬化することで、低融点ガラスＬＧ膜がベースウエハ１２Ｗの第２端面Ｍ２に形成される。ここで、低融点ガラス膜は第２端面Ｍ２の接続パッド１２３Ｍに対応する箇所には形成されないことが好ましい。
【００４９】
ステップＳ１３では、低融点ガラスＬＧを加熱することで、ステップＳ１０で製造された水晶ウエハ１０ＷとステップＳ１２で製造されたベースウエハ１２Ｗとが接合される。このとき、水晶ウエハ１０Ｗの接続パッド１０７Ｍとベースウエハ１２Ｗの接続パッド１２３Ｍとが接するように、水晶ウエハ１０Ｗとベースウエハ１２Ｗとが接合される（図４を参照）。
【００５０】
ステップＳ１４では、一対の周波数測定用のプローブＰＢ１，ＰＢ２（図６を参照）を同じ水晶振動片１０の励振電極１０２ａに接続される引出電極１０３ａと励振電極１０２ｂに接続される電極パッド１０７Ｍ（引出電極１０３ｂに導電される）とにそれぞれ当接し、１つ１つの水晶振動片１０の振動周波数が測定される。
【００５１】
ここで、ステップＳ１０２で説明したように、水晶ウエハ１０Ｗにおいては引出電極１０２ａ、１０２ｂ同士、及び引出電極１０３ａ、１０３ｂ同士がそれぞれに絶縁されている。また、ステップＳ１２２で説明したように、ベースウエハ１２Ｗにおいては外部電極１２５ａ、１２５ｂ同士がそれぞれに絶縁されている。そのため、隣り合う水晶振動片からの影響を受けずにより確実に水晶振動片の周波数を測定することができる。
【００５２】
ステップＳ１５では、振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａの厚さを薄くすることで、水晶振動片１０の周波数が高く調整される。具体的には、周波数の調整方法において開口部ＭＯ（図６を参照）を有するマスク（図示しない）を用いて励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａにイオンを照射するイオンミリングが含まれる。
【００５３】
本実施形態では、図６の点線に示されたように矩形の開口部ＭＯを有するマスクが用いられる。ここで、開口部ＭＯの＋Ｘ軸側及び±Ｚ’軸側は振動部１０１の外周とほぼ一致している。また、開口部ＭＯの−Ｘ軸側が連結部１０４ａ、１０４ｂの領域まで伸びで形成される。これにより、図２（ｃ）及び図４に示されたように開口部ＭＯ内（振動部１０１領域）の励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａがイオンミリングにより薄く形成される。なお、振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さで形成されるので、不要な振動及び特性の劣化などの発生を防止することができる。また、本実施形態では開口部ＭＯの−Ｘ軸側が連結部１０４ａ、１０４ｂと一致しているが、振動部１０１と一致するようにしてもよい。
【００５４】
マスクの開口部ＭＯの範囲について、図１１（ａ）を参照しながら説明する。図１１（ａ）は、図６の点線Ｃで囲まれた部分の拡大図で、マスクの開口部ＭＯの形状の範囲を説明する図である。図１１（ａ）に示されたように、開口部ＭＯのＸ軸方向での最小長さＬｍｉｎは励振電極１０２ａの＋Ｘ軸方向の端部から振動部１０１の−Ｘ軸側の端部までの長さである。開口部ＭＯのＺ’軸方向での最小幅Ｗｍｉｎは励振電極１０２ａの−Ｚ’軸側の端部から振動部１０１における引出電極１０３ａの＋Ｚ’軸側の端部までの幅である。つまり、この最小長さＬｍｉｎ及び最小幅Ｗｍｉｎを確保すれば、水晶振動片１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さに薄くできる。
【００５５】
したがって、マスクの開口部ＭＯは様々な形状及び寸法が可能である。図１１（ｂ）は、図６の点線Ｃで囲まれた部分の拡大図で、マスクの開口部ＭＯの一例を示した図である。図１１（ｂ）に示されたように、矩形の開口部ＭＯの＋Ｘ軸側及び±Ｚ’軸側の辺は振動部１０１の外周とほぼ一致している。また、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の辺が外枠部１０８の領域まで伸びて形成される。これにより、開口部ＭＯ内（振動部１０１及び連結部１０４ａの領域）の励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａがイオンミリングにより薄く形成される。特に図示しないが、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の辺が外枠部１０８のキャスタレーションの領域まで伸びて形成されてもよい。振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さで形成されるので、不要な振動及び特性の劣化などの発生を防止することができる。
【００５６】
そのほか、マスクの開口部ＭＯは矩形でなく、別の形状となってもよい。図１１（ｃ）は、図６の点線Ｃで囲まれた部分の拡大図で、マスクの開口部ＭＯ別の一例を示した図である。図１１（ｃ）に示されたように、開口部ＭＯの＋Ｘ軸側の一部は励振電極１０２ａの＋Ｘ軸側及び±Ｚ’軸側の辺とほぼ一致で少し大きく形成される。また、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の一部は振動部１０１の両主面に形成された引出電極１０３ａ、１０３ｂの形状と一致している。すなわち、開口部ＭＯは−Ｘ軸方向に沿ってＺ’軸方向の幅が次第に広くなる台形となっている。さらに、開口部ＭＯの−Ｘ軸側の端部が連結部１０４ａ、１０４ｂの領域まで伸びで形成される。これにより、開口部ＭＯ内の励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａがイオンミリングにより薄く形成される。なお、振動部１０１における励振電極１０２ａ及び引出電極１０３ａが均一の厚さで形成されるので、不要な振動及び特性の劣化などの発生を防止することができる。
【００５７】
図５に戻り、ステップＳ１６では、低融点ガラスＬＧを加熱させリッドウエハ１１Ｗとベースウエハ１２Ｗとが加圧される。これによりリッドウエハ１１Ｗとベースウエハ１２Ｗとが低融点ガラスＬＧにより接合されて水晶振動片１０の振動部１０１がキャビティＣＴ（図４を参照）内に封止される。
【００５８】
ステップＳ１７では、接合されたリッドウエハ１１Ｗと、ベースウエハ１２Ｗとが個々に切断される。切断工程では、レーザーを用いたダイシング装置、または切断用ブレードを用いたダイシング装置などを用いて図６〜図１０に示された一点鎖線のスクライブラインＳＬに沿って水晶振動子１００を単位として個片化する。これにより、数百から数千の水晶振動子１００が製造される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【００６０】
例えば、本明細書では低融点ガラスによりベースウエハと、水晶ウエハと、リッドウエハとが接合されているが、低融点ガラスの代わりにポリイミド樹脂を用いられてもよい。ポリイミド樹脂が用いられる場合においては、スクリーン印刷でもよいし、感光性のポリイミド樹脂を全面に塗布した後に露光することもできる。
【００６１】
また、本明細書では水晶振動片が使用されたが、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を利用することができる。さらに圧電デバイスとして、発振回路を組み込んだＩＣなどをパッケージ内に配置させた圧電発振器にも本発明は適用できる。
【００６２】
さらに、本明細書ではＡＴカットされた水晶振動片を一例として説明したが、一対の振動腕を有する音叉型水晶振動片にも適用される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ … 水晶振動片、 １０Ｗ … 水晶ウエハ
１１ … リッド部、 １１Ｗ … リッドウエハ
１２ … ベース部、 １２Ｗ … ベースウエハ
１００ 水晶振動子
１０１ … 振動部
１０２ａ、１０２ｂ … 励振電極
１０３ａ、１０３ｂ … 引出電極
１０４ａ、１０４ｂ … 連結部
１０５ … 貫通開口部
１０６ａ〜１０６ｄ、１２２ａ〜１２２ｄ … キャスタレーション
１０７ａ〜１０７ｄ、１２３ａ〜１２３ｄ … 側面電極
１０７Ｍ、１２３Ｍ … 接続パッド
１０８ … 外枠部
１１１、１２１ … 凹部
１２５ａ〜１２５ｄ … 実装端子
ＢＨ、ＣＨ … 貫通孔
ＣＴ … キャビティ
ＬＧ … 低融点ガラス
Ｌｍｉｎ … 開口部のＸ軸方向の最小長さ
ＭＯ … マスクの開口部
Ｗｍｉｎ … 開口部のＺ’軸方向の最小幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１厚さの励振電極が中央領域に形成された振動部と、
前記振動部を囲み前記振動部と空隙を介して形成された外枠部と、
前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部と、
前記振動部、前記連結部及び前記外枠部に形成され、前記励振電極から引き出された引出電極と、を備え、
前記引出電極は、前記振動部ですべてが前記第１厚さを有し前記外枠部では前記第１厚さよりも厚い第２厚さを有する圧電振動片。
【請求項２】
前記引出電極は、前記連結部の少なくとも一部が前記第１厚さである請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項３】
前記引出電極は、前記外枠部の少なくとも一部が前記第１厚さである請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項４】
前記第１厚さの励振電極は前記振動部の一方の片面に形成され、
前記振動部の他方の片面には、前記第１厚さの励振電極と対応するように前記第２厚さの励振電極が形成されている請求項１請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項５】
前記圧電振動片は、メサ型、プラノメサ型、逆メサ型、プラノ逆メサ型のいずれかである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項の圧電振動片を備える圧電デバイスであって、
前記外枠部の一方の片面に接合する第１板と、
前記外枠部の他方の片面に接合する第２板と、を備える圧電デバイス。
【請求項７】
振動部と、前記振動部を囲み前記振動部と空隙を介して形成された外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部とを含み圧電振動片を複数有する圧電ウエハを用意する工程と、
前記振動部の中央領域に励振電極を形成し、前記振動部、連結部及び前記外枠部に前記励振電極から引き出された引出電極を形成する電極形成工程と、
前記圧電振動片の各々の振動周波数を測定する測定工程と、
前記励振電極及び前記振動部の前記引出電極のすべての電極の厚さを薄くする工程と、
を備える圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記電極を薄くする工程は、前記連結部の前記引出電極の少なくとも一部の電極を薄くする請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記電極を薄くする工程は、イオンを前記励振電極及び前記引出電極に照射するイオンミリングを含み、
前記イオンを照射するマスク開口の一部が前記連結部と重なり合う請求項７又は請求項８に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項１０】
前記圧電ウエハを用意する工程及び前記電極形成工程において、前記振動部及び前記励振電極は所定周波数よりも低くなるように形成される請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項１】
第１厚さの励振電極が中央領域に形成された振動部と、
前記振動部を囲み前記振動部と空隙を介して形成された外枠部と、
前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部と、
前記振動部、前記連結部及び前記外枠部に形成され、前記励振電極から引き出された引出電極と、を備え、
前記引出電極は、前記振動部ですべてが前記第１厚さを有し前記外枠部では前記第１厚さよりも厚い第２厚さを有する圧電振動片。
【請求項２】
前記引出電極は、前記連結部の少なくとも一部が前記第１厚さである請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項３】
前記引出電極は、前記外枠部の少なくとも一部が前記第１厚さである請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項４】
前記第１厚さの励振電極は前記振動部の一方の片面に形成され、
前記振動部の他方の片面には、前記第１厚さの励振電極と対応するように前記第２厚さの励振電極が形成されている請求項１請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項５】
前記圧電振動片は、メサ型、プラノメサ型、逆メサ型、プラノ逆メサ型のいずれかである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項の圧電振動片を備える圧電デバイスであって、
前記外枠部の一方の片面に接合する第１板と、
前記外枠部の他方の片面に接合する第２板と、を備える圧電デバイス。
【請求項７】
振動部と、前記振動部を囲み前記振動部と空隙を介して形成された外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する連結部とを含み圧電振動片を複数有する圧電ウエハを用意する工程と、
前記振動部の中央領域に励振電極を形成し、前記振動部、連結部及び前記外枠部に前記励振電極から引き出された引出電極を形成する電極形成工程と、
前記圧電振動片の各々の振動周波数を測定する測定工程と、
前記励振電極及び前記振動部の前記引出電極のすべての電極の厚さを薄くする工程と、
を備える圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記電極を薄くする工程は、前記連結部の前記引出電極の少なくとも一部の電極を薄くする請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記電極を薄くする工程は、イオンを前記励振電極及び前記引出電極に照射するイオンミリングを含み、
前記イオンを照射するマスク開口の一部が前記連結部と重なり合う請求項７又は請求項８に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項１０】
前記圧電ウエハを用意する工程及び前記電極形成工程において、前記振動部及び前記励振電極は所定周波数よりも低くなるように形成される請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３５３６５（Ｐ２０１２−２３５３６５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３３６６（Ｐ２０１１−１０３３６６）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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