JP5263778B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、一対の励振電極及びマウント電極は、クロム等からなる下地金属層と金等からなる仕上金属層とが積層されることで形成された積層体である(例えば、特許文献1参照)。
また、絶縁膜を形成する際には、例えばメタルマスクを介してCVD法を行うことにより、所望の領域のみに絶縁膜を形成することが考えられる。しかしながら、絶縁膜の粒子がメタルマスクの開口部を通過し、メタルマスクで保護している領域、具体的にはマウント電極の形成領域まで回り込み、マウント電極の表面に付着する虞がある。
本発明に係る圧電振動子の製造方法は、圧電振動片における実装領域及び振動領域の表面に、クロムからなる下地金属層及び金からなる仕上金属層を積層した積層体を形成する工程と、前記振動領域を被覆するように酸化珪素からなる絶縁膜を形成する工程と、高融点ハンダまたは金からなる接合材料を介して前記圧電振動片をパッケージに実装する工程とを有し、前記圧電振動片を前記パッケージに実装する工程の前に、水酸化カリウム水溶液または弗化水素水溶液からなる第1処理液を用いて前記圧電振動片の表面を処理する第1処理工程と、フェリシアン化カリウム及び水酸化カリウムの水溶液からなる第2処理液を用いて前記圧電振動片の表面を処理する第2処理工程とを有することを特徴としている。
このように、絶縁膜形成時等には圧電振動片が加熱されてクロムが析出したり、絶縁膜の粒子が実装領域上に回り込んだりするが、本発明の構成によれば、絶縁膜形成後の各処理工程において、実装領域の仕上金属層上に析出したクロムや絶縁膜の粒子を除去することができ、実装領域の表面を良好な層に維持することができる。
したがって、パッケージと圧電振動片との接合に高融点ハンダや金からなる接合材料を用いた場合であっても、実装領域上に接合材料が良好に濡れ広がるので、パッケージと圧電振動片との接合性を向上させ、両者を確実に接合させることができる。
この構成によれば、仕上金属層(金)を除去した後に下地金属層上に絶縁膜を形成することで、絶縁膜の密着性を向上させることができ、振動領域における電極間の短絡をより確実に防ぐことができる。
ところで、仕上金属層を除去する際に、振動領域の側面等に付着した仕上金属層は除去されずに僅かながら残存する場合がある。仕上金属層が残存した箇所に絶縁膜を形成しようとすると、絶縁膜との密着性を確保することができず、圧電振動片の完成後に剥離等が生じる虞がある。しかしながら、本発明の構成によれば、第2処理工程において、仕上金属層が残存している箇所が存在している場合に、第2処理液が絶縁膜と仕上金属層との間に入り込んだりして、振動領域の側面等、仕上金属層が残存している箇所に形成された絶縁膜を、製品となる前に予め除去しておくことができる。
フェリシアン化カリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液の濃度が10重量%より高いと、所望の積層体として形成されたクロムまで除去してしまい、圧電振動片の特性が変動する虞があるため好ましくない。一方、濃度が1重量%よりも低いと、実装領域の表面(仕上金属層)に析出したクロムを効果的に除去することができない虞があるため好ましくない。
これに対して、本発明の構成によれば、フェリシアン化カリウム水溶液及び水酸化カリウム水溶液の濃度を、それぞれ1重量%以上10重量%以下の範囲に設定することで、圧電振動片の特性に影響を与えずに、実装領域の表面に析出したクロムを効果的に除去することができる。
(圧電振動子)
図1は、本実施形態に係る圧電振動子の斜視図である。図1に示すように、圧電振動子1は、シリンダパッケージタイプの圧電振動子であって、音叉型の圧電振動片2と、圧電振動片2がマウントされたプラグ4と、プラグ4とともに圧電振動片2を気密封止するケース3とを備えている。
図2,3に示すように、圧電振動片2は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
この圧電振動片2は、平行に配置された一対の振動腕部(振動領域)8,9と、これら一対の振動腕部8,9の基端側を一体的に固定する基部(実装領域)10と、を有する圧電板11と、一対の振動腕部8,9の外表面上に形成されて一対の振動腕部8,9を振動させる第1の励振電極12と第2の励振電極13とからなる励振電極14と、第1の励振電極12及び第2の励振電極13に電気的に接続されたマウント電極15,16とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片2は、一対の振動腕部8,9の両主面上に、振動腕部8,9の基端部から先端部に向かって一定長さL形成された溝部17を備えている。この溝部17は、図4に示すように、振動腕部8,9の基端部から略中間付近まで形成されている。なお、一対の振動腕部8,9の腕幅は共通であり、それぞれWとする。また、基部10において一対の振動腕部8,9の基端部と連結されている部分を股部10aとする。
図6,7に示すように、電極層18は、基部10の両主面上に形成されたクロム(Cr)からなる下地金属層18aと、金(Au)からなる仕上金属層18bとが順次積層されて構成されている。
下地金属層18aは、仕上金属層18bと圧電振動片2との密着性を向上させるためのものであり、マウント電極15,16から引き出し電極19,20、励振電極14に亘って連続的に形成されている。
ステム30は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填材32の材料としては、例えばホウ珪酸ガラスである。また、リード端子31の表面及びステム30の外周には、それぞれ同材料の後述するめっき層35が施されている。
また、ステム30の外周に被膜されためっき層35を介在させながらケース3の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース3の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。
次に、上述した圧電振動子の製造方法について説明する。図8,9は、圧電振動子の製造方法を示すフローチャートである。
まず、図8に示すように、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。続いて、このウエハS(図10参照)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、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハSとする(S10)。
続いて、本実施形態では、後述する電極層形成工程を行う前に一対の振動腕部8,9に溝部17を形成する溝部形成工程を行う(S30)。これにより、ウエハS上に上述した圧電振動片2が複数連結された状態となる。
始めに、図10に示すように、圧電板11上に下地金属層18a及び仕上金属層18bを、蒸着やスパッタリング等により順次成膜する(S41)。
以上の工程を実施することで、電極層形成工程が終了する。
また、絶縁膜34を形成する際に、絶縁膜34の粒子がメタルマスクの開口部を通過し、メタルマスクで保護している領域(積層領域P)まで回り込んで、積層領域P上に付着するという問題がある。この場合、圧電板11上に付着する絶縁膜34の粒子は何ら問題にならないが、マウント電極15,16の仕上金属層18bの表面に絶縁膜34の粒子が付着すると、後述するマウント工程(S74)において仕上膜35b(高融点ハンダ)の濡れ性が低下するという問題がある。なお、以下の説明では、積層領域P上に付着した絶縁膜34の粒子を付着粒子51とする。また、図15では、説明を分かり易くするために付着粒子51を層状に図示している。
具体的には、まず積層領域Pにおける付着粒子51をウェットエッチングにより除去する(S47:第1エッチング工程)。第1エッチング工程で使用する第1エッチャント(第1処理液)としては、水酸化カリウム(KOH)水溶液や弗化水素(HF)水溶液等を用いることが可能であり、本実施形態ではKOH水溶液が好適に用いられている。そして、第1エッチャントが収容された第1エッチング槽内にウエハS全体を浸漬させる。
なお、第1エッチング工程における具体的な条件(KOH水溶液の濃度、温度、エッチング時間)は、例えば以下の通りである。
濃度:約10重量%
温度:約60℃
エッチング時間:約3分
この条件でエッチングを行うことで、図16に示すように、積層領域Pに付着した付着粒子51を除去することができる。
その後、第1エッチング槽からウエハSを取り出し、純水でウエハSを洗浄する(S48)。
なお、第2エッチング工程における具体的な条件(K3[Fe(CN)6]及びKOHの濃度、温度、エッチング時間)は、例えば以下の通りである。
K3[Fe(CN)6]の濃度:1重量%以上10重量%以下(より好ましくは2%程度)
KOHの濃度:1重量%以上10重量%以下(より好ましくは2重量%程度)
温度:常温(例えば、25〜30℃程度)
エッチング時間:約30秒
この条件でエッチングを行うことで、図17に示すように、積層領域P(特に、マウント電極15,16)の仕上金属層18b上に析出した析出クロム50を除去することができる。なお、K3[Fe(CN)6]またはKOHの濃度が10重量%より高いと、所望の電極層18として形成されたクロム(下地金属層18a)まで除去してしまい、圧電振動片2の特性が変動する虞があるため好ましくない。一方、濃度が1重量%よりも低いと、マウント電極15,16の表面(仕上金属層18b)に析出した析出クロム50を効果的に除去することができない虞があるため好ましくない。
これに対して、本発明の構成によれば、K3[Fe(CN)6]及びKOHの濃度を、それぞれ1重量%以上10重量%以下の範囲に設定することで、圧電振動片2の特性に影響を与えずに、マウント電極15,16の表面に析出した析出クロム50を効果的に除去することができる。
続いて、プラグ4のリード端子31の外表面及びステム30の外周に、同一材料のめっき層を湿式めっき法で被膜させるめっき工程を行う(S71)。
このように、下地膜35a及び仕上膜35bからなるめっき層35をリード端子31に被膜することで、インナーリード31aと圧電振動片2との接続を可能にすることができる。また、圧電振動片2の接続だけでなく、ステム30の外周に被膜されためっき層35が柔らかく弾性変形する特性を有しているので、ステム30とケース3との冷間圧接を可能にすることができ、気密接合を行うことができる。
なお、インナーリード31aとマウント電極15,16とを接続する際に、加熱・加圧を行ってマウントしたが、超音波を利用して接続を行っても構わない。
なお、上述した微調及び先に行った粗調の際に、レーザーの照射により重り金属膜21を蒸発させることで、周波数調整を行ったが、レーザーではなくアルゴンイオンを利用しても構わない。この場合には、アルゴンイオンの照射によりスパッタリングを行い、重り金属膜21を除去することで周波数調整を行う。
なお、この工程を行う前に、圧電振動片2、ケース3及びプラグ4を十分に加熱して、表面吸着水分等を脱離させておくことが好ましい。
スクリーニング終了後、内部の電気特性検査を行う(S79)。そして、最後に圧電振動子1の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。この結果、図1に示す圧電振動子1を製造することができる。
この構成によれば、マウント電極15,16をインナーリード31aにマウントする前に第1エッチング工程を行うことで、主として積層領域P(マウント電極15,16)に付着した付着粒子51を除去することができる。さらに、第1エッチング工程に連続して第2エッチング工程を行うことで、主としてマウント電極15,16の表面に析出した析出クロム50を除去することができる。これにより、インナーリード31aが実装されるマウント電極15,16の表面(仕上金属層18b)を、クロムの析出や絶縁膜34の粒子の付着がない良好な状態に保つことができる。
このように、絶縁膜34や重り金属膜21等の形成時には圧電振動片2が加熱されてクロムが析出したり、絶縁膜34の粒子がマウント電極15,16上に回り込んだりするが、本実施形態によれば、各エッチング工程において、マウント電極15,16の仕上金属層18b上に析出した析出クロム50や付着粒子51を除去することができる。
したがって、マウント工程において、仕上金属層18b上における高融点ハンダの濡れ性(仕上膜35b)の濡れ性を向上させることができる。すなわち、高融点ハンダめっきからなる仕上膜35bを用いた場合であっても、マウント電極15,16上に高融点ハンダが良好に濡れ広がるので、インナーリード31aとマウント電極15,16との接合性を向上させ、両者を確実に接合させることができる。
したがって、プラグ4と圧電振動片2との導通を確保でき、信頼性の高い圧電振動子1を提供することができる。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図18を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器100は、図18に示すように、圧電振動子1を、集積回路101に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上述した集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図19を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器110を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器110は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図20を参照して説明する。
本実施形態の電波時計130は、図20に示すように、フィルタ部131に電気的に接続された圧電振動子1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
アンテナ132は、40kHz若しくは60kHzの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHz若しくは60kHzの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ133によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部131によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子1は、上述した搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部138、139をそれぞれ備えている。
続いて、波形整形回路135を介してタイムコードが取り出され、CPU136でカウントされる。CPU136では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、RTC137に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部138、139は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
なお、本発明は、上述したシリンダータイプの圧電振動子1に限られず、表面実装型の圧電振動子に本発明を適用することもできる。図21は、表面実装型の圧電振動子を示す断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
図21に示すように、本実施形態の圧電振動子201は、ベース基板202とリッド基板203とで2層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティC内に上述した圧電振動片2が収納されている。
このベース基板202には、ベース基板202を貫通する一対のスルーホール230,231が形成されている。これらスルーホール230,231は、マウントされた圧電振動片2の基部10側に対応した位置に一方のスルーホール230が形成され、振動腕部8,9の先端側に対応した位置に他方のスルーホール231が形成されている。
芯材部207は、導電性を有する金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、この芯材部207を通して貫通電極232,233の電気導通性が確保されている。
また、ベース基板202の下面には、一対の貫通電極232,233に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極238,239が形成されている。
したがって、引き回し電極236,237と圧電振動片2との導通を確保でき、信頼性の高い圧電振動子201を提供することができる。
例えば、上述した実施形態では、圧電振動子の一例として、シリンダパッケージタイプや表面実装型の圧電振動子1,201を例に挙げて説明したが、これら圧電振動子1,201に限定されるものではない。例えば、セラミックパッケージタイプの圧電振動子や、シリンダパッケージタイプの圧電振動子1を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型振動子としても構わない。
また、音叉型の圧電振動片2に限られず、AT型の圧電振動片に本発明を適用することも可能である。
また、第1エッチャントに弗化水素水溶液を用いても構わない。
さらに、上述した各エッチング工程では、ウエハS全体をエッチング槽に浸漬させる場合について説明したが、エッチングする領域のみをエッチング槽に浸漬させてもよい。
Claims (3)
- 圧電振動片における実装領域及び振動領域の表面に、クロムからなる下地金属層及び金からなる仕上金属層を積層した積層体を形成する工程と、
前記振動領域を被覆するように酸化珪素からなる絶縁膜を形成する工程と、
高融点ハンダまたは金からなる接合材料を介して前記圧電振動片をパッケージに実装する工程とを有し、
前記圧電振動片を前記パッケージに実装する工程の前に、水酸化カリウム水溶液または弗化水素水溶液からなる第1処理液を用いて前記圧電振動片の表面に付着した付着粒子を除去する第1処理工程と、
フェリシアン化カリウム及び水酸化カリウムの水溶液からなる第2処理液を用いて前記圧電振動片の表面に析出したクロムを除去する第2処理工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 前記絶縁膜を形成する工程の前に、前記振動領域の前記仕上金属層を除去する工程を有することを特徴とする請求項1記載の圧電振動子の製造方法。
- 前記第2処理液は、フェリシアン化カリウムの濃度が1重量%以上10重量%以下であり、水酸化カリウムの濃度が1重量%以上10重量%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の圧電振動子の製造方法。
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