説明

水晶振動子の製造方法

【課題】 高精度なチップへと切り出しが可能な水晶振動子の製造方法を提供することである。
【解決手段】 水晶振動子の製造方法であって、所定厚みの水晶板を準備する水晶板準備ステップと、準備した該水晶板の厚みと所望の周波数を発振するための水晶振動子チップの体積とに基づいて、切り出すべき水晶振動子チップの寸法を算出する寸法算出ステップと、該寸法算出ステップで算出した寸法に基づいて、該水晶板に対して透過性を有する波長のレーザビームをその集光点を該水晶板の内部に位置付けて照射して該水晶板内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した後、該水晶板に外力を付与して個々の水晶振動子チップへと分割する分割ステップと、を具備したことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば電子回路のクロック源として利用される水晶振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、携帯電話等の情報通信機器やコンピュータ等のOA機器、電子時計等の民生機器を含む様々な電子機器には、電子回路のクロック源として水晶振動子が広く採用されている。
【0003】
特に、携帯電話等による情報通信の分野では、情報伝送の大容量化及び高速化に伴う通信周波数の高周波数化、システムの高速化に対応するため、従来の数十MHz程度よりも高い周波数で動作する振動子が要求されている。水晶振動子の高周波数化を図るためには、水晶振動子チップの厚さをより薄くする必要があり、所望の周波数を発振するためには所定の体積を有する必要がある。
【0004】
従来は、水晶板を所定の厚みまで研磨した後、或いは研磨に続いてウエットエッチングを施した後、ワイヤーソーやスライサー、切削装置の切削ブレードを用いて所定寸法の水晶振動子チップに切り出していた。
【0005】
ワイヤーソーやスライサー、切削ブレードによる切り出しでは、寸法ばらつきを1μmオーダーで制御することが難しいため、水晶板をワイヤーソーやスライサー、切削ブレードで所定寸法に切り出した後、更に切り出し面を研磨して所定寸法に仕上げていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2002−171008号公報
【特許文献2】特開2007−335433号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、水晶板をワイヤーソー、スライサー、又は切削ブレードを用いて所定寸法の水晶振動子チップに切り出す方法では、加工に時間がかかる上、更に切り出し面を研磨する必要があり、非常に生産性が悪いという問題がある。
【0008】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高精度なチップへと切り出しが可能な水晶振動子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明によると、水晶振動子の製造方法であって、所定厚みの水晶板を準備する水晶板準備ステップと、準備した該水晶板の厚みと所望の周波数を発振するための水晶振動子チップの体積とに基づいて、切り出すべき水晶振動子チップの寸法を算出する寸法算出ステップと、該寸法算出ステップで算出した寸法に基づいて、該水晶板に対して透過性を有する波長のレーザビームを該レーザビームの集光点を該水晶板の内部に位置付けて照射して該水晶板内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した後、該水晶板に外力を付与して個々の水晶振動子チップへと分割する分割ステップと、を具備したことを特徴とする水晶振動子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明の製造方法によると、所望の周波数を発振するために必要な体積と準備した水晶板の厚みから切り出し寸法を算出し、算出した寸法に基づいて水晶板に対して透過性を有するレーザビームを照射して水晶板内部に改質層を形成した後、水晶板に外力を付与して水晶板を改質層に沿って個々の水晶振動子チップに分割するため、高精度な切り出しが可能であり、更に切り出し後の研磨が不要となる。
【0011】
更に、本発明の製造方法では、レーザビームを用いて個々の水晶振動子チップに切り出すため、ワイヤーソーやスライサー、切削ブレードに比較して加工時間を大幅に短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の製造方法を実施するのに適したレーザ加工装置の斜視図である。
【図2】レーザビーム発生ユニットのブロック図である。
【図3】準備した水晶板の斜視図である。
【図4】改質層形成ステップを示す斜視図である。
【図5】改質層形成ステップを示す一部断面側面図である。
【図6】分割ステップを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、本発明の水晶振動子の製造方法を実施するのに適したレーザ加工装置2の斜視図が示されている。レーザ加工装置2は、静止基台4上にX軸方向に移動可能に搭載された第1スライドブロック6を含んでいる。
【0014】
第1スライドブロック6は、ボールねじ8及びパルスモータ10から構成される加工送り手段12により一対のガイドレール14に沿って加工送り方向、即ちX軸方向に移動される。
【0015】
第1スライドブロック6上には第2スライドブロック16がY軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第2スライドブロック16はボールねじ18及びパルスモータ20から構成される割り出し送り手段22により一対のガイドレール24に沿って割り出し方向、すなわちY軸方向に移動される。
【0016】
第2スライドブロック16上には円筒支持部材26を介してチャックテーブル28が搭載されており、チャックテーブル28は加工送り手段12及び割り出し送り手段22によりX軸方向及びY軸方向に移動可能である。チャックテーブル28には、チャックテーブル28に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランプ30が設けられている。
【0017】
静止基台4にはコラム32が立設されており、このコラム32にレーザビーム照射ユニット34が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット34は、ケーシング33中に収容された図2に示すレーザビーム発生ユニット35と、ケーシング33の先端に取り付けられた集光器37とを含んでいる。
【0018】
レーザビーム発生ユニット35は、図2に示すように、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器62と、繰り返し周波数設定手段64と、パルス幅調整手段66と、パワー調整手段68とを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器62はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器62から出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。
【0019】
再び図1を参照すると、ケーシング33の先端部には、集光器37とX軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段39が配設されている。撮像手段39は、可視光によって被加工物の加工領域を撮像する通常のCCD等の撮像素子を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ(制御手段)40に送信される。
【0020】
コントローラ40はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)42と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ(ROM)44と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)46と、カウンタ48と、入力インターフェイス50と、出力インターフェイス52とを備えている。
【0021】
56は案内レール14に沿って配設されたリニアスケール54と、第1スライドブロック6に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段56の検出信号はコントローラ40の入力エンターフェイス50に入力される。
【0022】
60はガイドレール24に沿って配設されたリニアスケール58と第2スライドブロック16に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段60の検出信号はコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。
【0023】
撮像手段39で撮像した画像信号もコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。一方、コントローラ40の出力インターフェイス52からはパルスモータ10、パルスモータ20、レーザビーム照射ユニット34等に制御信号が出力される。
【0024】
このようなレーザ加工装置2を使用した本発明実施形態の水晶振動子の製造方法について以下に説明する。本発明実施形態の水晶振動子の製造方法では、まず図3に示すような、所定厚みにt1を有する水晶板11を準備する水晶板準備ステップを実施する。具体的には、人工水晶から所定寸法及び所定形状のウエーハを切り出し、これをラッピング加工して所望の厚さt1にした後、ウエーハを切断して水晶板11を製造する。
【0025】
次いで、準備した水晶板11の厚みと所望の周波数を発振するための水晶振動子チップの体積に基づいて、水晶板11から切り出すべき水晶板振動子チップの寸法を算出する(寸法算出ステップ)。
【0026】
次いで、寸法算出ステップで算出した寸法に基づいて、水晶板11に対して透過性を有する波長のレーザビームをその集光点を水晶板11の内部に位置付けて照射して、水晶板11内部に改質層を形成する改質層形成ステップを実施する。
【0027】
この改質層形成ステップを実施するには、図4に示すように、水晶板11を粘着テープTに貼着し、粘着テープTの外周部を環状フレームFに貼着して、粘着テープTを介して環状フレームFで水晶板11を支持する。これにより、水晶板11のハンドリングが容易になる。
【0028】
図4に示したレーザ加工装置のレーザビーム照射ユニット34は円筒形状のケーシング33Aを有しているが、ケーシング33Aの形状を除いては図1に示したレーザビーム照射ユニット34と同様である。このケーシング33A内には図2に示したのと同様なレーザビーム発生ユニット35が収容されている。
【0029】
レーザ加工装置2を用いて水晶板11内に改質層を形成するには、図4に示すように、レーザ加工装置2のチャックテーブル28上に粘着テープTを下側にして水晶板11を載置する。
【0030】
そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル28上に粘着テープTを介して水晶板11を吸引保持する。更に、図1に示したクランプ30で環状フレームFをクランプする。図4では、クランプ30は省略されている。
【0031】
水晶板11を吸引保持したチャックテーブル28は、加工送り手段12及び割り出し送り手段22を駆動することにより、水晶板11の一方のエッジ11aが撮像手段39の直下に位置づけられ、撮像手段39で水晶板11のエッジ11a近辺を撮像する。撮像手段39の撮像画像から水晶板11のエッジ11aを検出して、チャックテーブル28をθ回転することにより、水晶板11のエッジ11aをX軸と平行に位置づける。
【0032】
そして、寸法算出ステップで算出した寸法に基づいて、割り出し送り手段22を駆動して集光器37を水晶板11のエッジ11aから所定距離、例えば、算出した寸法の内縦寸法だけ割り出し送りしてから加工送り手段12により集光器37を水晶板11のエッジ11bに位置付け、集光器37から水晶板11に対して透過性を有するパルスレーザビームをその集光点を水晶板11の内部に位置づけて照射しつつ、チャックテーブル28を図4において矢印X方向に所定の送り速度で移動する。集光器37のレーザビーム照射位置が水晶板11の他方のエッジ11cに達したなら、パルスレーザビームの照射を停止するとともにチャックテーブル28の移動を停止する。
【0033】
図5に示すように、パルスレーザビームの集光点Pを水晶板11の内部に合わせることにより、水晶板11の内部に改質層70が形成される。この改質層70は、溶融再硬化層として形成される。改質層70は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なった状態になった領域をいう。この改質層形成ステップに使用するレーザ光源としては、例えば波長1064nmのパルスレーザを発振するYAGレーザ又はYVO4レーザが好ましい。
【0034】
この改質層形成ステップは、寸法算出ステップで算出した所定の縦寸法だけチャックテーブル28を割り出し送りしながら、エッジ11aに対向するエッジ11d近辺まで実施した後、チャックテーブル28を時計回りに90度回転してから、エッジ11cを基準に寸法算出ステップで算出した横寸法だけチャックテーブル28を割り出し送りしながら次々と実施する。
【0035】
本発明の水晶振動子の製造方法では、改質層形成ステップ実施後に、改質層70が形成された水晶板11に外力を付与して、水晶板11を個々の水晶振動子チップに分割する分割ステップを実施する。
【0036】
この分割ステップでは、例えば図6に示すように、円筒72の載置面上に環状フレームFを載置して、クランプ74で環状フレームFをクランプする。そして、バー形状の分割治具76を円筒72内に配設する。
【0037】
分割治具76は上段保持面78aと下段保持面78bとを有しており、下段保持面78bに開口する真空吸引路80が形成されている。分割治具76の詳細構造は、特許第4361516号公報に開示されているので参照されたい。
【0038】
分割治具76による分割ステップを実施するには、分割治具76の真空吸引路80を矢印82で示すように真空吸引しながら、分割治具76の上段保持面78a及び下段保持面78bを下側から粘着テープTに接触させて、分割治具78を矢印A方向に移動する。即ち、分割治具76を分割しようとする改質層79の方向と直交する方向に移動する。
【0039】
これにより、改質層70が分割治具76の上段保持面78aの内側エッジの真上に移動すると、改質層70の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力により水晶板11が改質層70に沿って割断される。
【0040】
第1の方向に伸長する全ての改質層70に沿っての分割が終了すると、分割治具76を90度回転して、或いは円筒72を90度回転して、第1の方向に伸長する改質層70に直交する第2の方向に伸長する改質層70を同様に割断する。これにより、水晶板11を複数の水晶振動子チップ13に分割することができる。図6で15は分割溝である。
【0041】
このように分割ステップを実施して水晶板11を複数の水晶振動子チップ13に分割した後、水晶振動子チップ13をウエットエッチングして周波数を粗調整する。次いで、水晶振動子チップに電極膜を形成してから、チップをパッケージに実装する。このパッケージの状態で水晶振動子チップ13を周波数調整した後に、パッケージを樹脂封止して水晶振動子パッケージが完成する。
【0042】
上述した実施形態の水晶振動子の製造方法によると、まず所望の周波数を発振するために必要な体積と準備した水晶板11の厚みから切り出し寸法を算出する。算出した寸法に基づいて水晶板11に対して透過性を有するレーザビームを照射して水晶板11内部に改質層を形成した後、水晶板11に外力を付与して個々の水晶振動子チップ13に分割するため、高精度な切り出しが可能であり、従来必要であった研磨が不要となる。
【0043】
更に、レーザ加工装置により水晶板11内部に改質層70を形成して所望の寸法に切り出すため、従来技術で使用したワイヤーソー、スライサー、或いは切削ブレードによる切り出しに比較して加工時間を大幅に短縮化することができる。
【符号の説明】
【0044】
2 レーザ加工装置
11 水晶板
13 水晶振動子チップ
28 チャックテーブル
34 レーザビーム照射ユニット
35 レーザビーム発生ユニット
37 集光器
39 撮像手段
70 改質層
76 分割治具

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水晶振動子の製造方法であって、
所定厚みの水晶板を準備する水晶板準備ステップと、
準備した該水晶板の厚みと所望の周波数を発振するための水晶振動子チップの体積とに基づいて、切り出すべき水晶振動子チップの寸法を算出する寸法算出ステップと、
該寸法算出ステップで算出した寸法に基づいて、該水晶板に対して透過性を有する波長のレーザビームを該レーザビームの集光点を該水晶板の内部に位置付けて照射して該水晶板内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、
該改質層形成ステップを実施した後、該水晶板に外力を付与して個々の水晶振動子チップへと分割する分割ステップと、
を具備したことを特徴とする水晶振動子の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2012−165039(P2012−165039A)
【公開日】平成24年8月30日(2012.8.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−21527(P2011−21527)
【出願日】平成23年2月3日(2011.2.3)
【出願人】(000134051)株式会社ディスコ (2,397)
【Fターム(参考)】