JPH04294622A - 圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶等圧電材料を用い
た圧電振動子、圧電フィルター等の圧電素子の製造方法
に関する。特に一枚の圧電基板からフォトエッチング加
工により同時に複数個の圧電素子を形成する圧電素子の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一枚のウェハーからフォトエッチング加
工により同時に複数個の圧電素子を形成する方法は、従
来からその量産性の高さが評価されている。

【０００３】従来の製造方法について、ＡＴカット水晶
振動子の例で説明する。従来のＡＴカット水晶振動子製
造の工程は大まかに（１）ウェハー切断、（２）ウェハ
ー研磨、（３）金属膜形成、（４）外形形状フォトエッ
チング、（５）電極膜形成、（６）振動片マウント、（
７）周波数調整、（８）封止、に分かれている。

【０００４】ウェハー切断工程では、水晶原石を所定の
カットアングルで、ウェハー状に切断する。切断にはワ
イヤーソーが使用される。ウェハーの大きさは、水晶原
石の大きさにもよるが、３０ｍｍ角程度の大きさであり
、一枚の水晶ウェハーから４０個から１００個程度の矩
形状水晶振動片がとれる大きさである。

【０００５】ウェハー研磨工程では、ウェハーを研磨剤
で、所定の厚み及び必要とされる平坦度に磨く。研磨剤
は最初、砥粒の大きいものを使用し、徐々に砥粒の細か
いものへ移行して目的の厚み及び平坦度に仕上げる。

【０００６】金属膜形成工程では、ウェハー研磨した水
晶ウェハーを洗浄した後、スパッタリング法により、ク
ロム及び金をウェハー表面に形成する。

【０００７】外形形状フォトエッチング工程では、まず
感光性レジストをウェハー表面に塗布した後、外形パタ
ーンを露光機にて感光させる。その後、レジスト膜を現
像し、金、クロムをエッチングする。次に金、クロム膜
を耐食膜として水晶をエッチングする。これにより、レ
ジスト膜に露光した水晶振動片の外形パターンが実際の
水晶振動片の形状となって形成される。水晶エッチング
後は、レジスト膜、金、クロム膜を剥離する。

【０００８】電極膜形成工程では水晶振動片が複数形成
されている水晶ウェハーの表裏に金属マスクをセットし
、クロム及び銀を蒸着する。金属マスクは電極形成部分
に穴があいており、水晶振動片の所定の箇所にクロム、
銀が付着し、電極が形成される。

【０００９】振動片マウント工程では、水晶振動片が複
数形成されている水晶ウェハーから個々の水晶振動片を
タイバー部分より折り取り、プラグのリードに半田付け
固定する。

【００１０】周波数調整工程では、プラグの２本のリー
ドで周波数を測定しながら水晶振動片の電極部分に銀を
蒸着して、所定の周波数にする。

【００１１】封止工程では、ケースをプラグに圧入する
ことにより真空封止する。以上で水晶振動子が完成する
。

【００１２】図２は、従来の水晶振動片形成状態の水晶
ウェハー平面図である。１は水晶振動片であって、水晶
ウェハー中に複数個形成されている。２は各水晶振動片
をウェハー状態に形成しておくためのフレームである。

【００１３】図３（ａ）は、従来の水晶振動片形成状態
の水晶ウェハー拡大平面図である。１は水晶振動片、２
はフレーム、３は水晶振動片１とフレーム２を接続して
いるタイバーである。振動片マウント時に、タイバー３
部で、水晶振動片１をフレーム２から切り離す。４、５
は水晶振動片上に形成された励振電極及びマウント電極
である。プラグのリードとマウント電極５を半田付けす
ることにより水晶振動片１をプラグに固定支持する。

【００１４】図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ′での
断面図であり、各部の名称は図３（ａ）と同じである。 各部の水晶の厚みは均一である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、厚みすべり振
動モードを用いる圧電素子の場合、高周波帯の振動を得
るには圧電基板をそれに合わせて薄くする必要がある。 この場合、前述の従来技術ではウェハーが薄くなってし
まい、機械的強度が不足する結果ウェハーが工程途中で
割れてしまうという課題を有する。特に薄い圧電基板を
精度良く研磨することは至難の技である。

【００１６】そこで本発明はこのような課題を解決する
もので、その目的とするところは高周波帯の圧電基板を
薄くする必要がある圧電素子においても安定してウェハ
ー加工ができる製造方法を提供するところにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子の製造
方法は、一枚の圧電基板から複数の圧電素子をエッチン
グ加工により一括製造する圧電素子の製造方法において
、少なくとも圧電素子の励振部分の厚みがフレーム部分
より薄くなるようにエッチングする工程を有することを
特徴とする。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例におけるＡＴカット水晶振動
子製造の工程は以下のようである。（１）ウェハー切断
、（２）ウェハー研磨、（３）金属膜形成、（４）外形
形状フォトエッチング、（５）励振部金属膜除去、（６
）励振部水晶ハーフエッチング、（７）電極膜形成、（
８）振動片マウント、（９）周波数調整、（１０）封止
。

【００１９】ウェハー切断工程は従来技術と同様である
。

【００２０】ウェハー研磨工程では、従来技術と同様に
研磨剤を用いて所定の厚み及び平坦度に磨くわけである
が、目的の周波数が得られる厚みまで薄く磨く必要はな
い。なぜならば、後の工程で、周波数を決定する励振部
の水晶をハーフエッチングして、薄くするからである。 従来にくらべて、５ミクロン以上厚くてよい。従って、
従来に較べてウェハー研磨工程は楽である。ウェハーが
薄い場合、たとえ５ミクロンでも歩留り、工数はかなり
異なるからである。

【００２１】金属膜形成工程は従来と同様である。

【００２２】外形形状フォトエッチング工程は、ほぼ従
来と同様であるが、水晶エッチング後はレジスト膜のみ
を剥離し、金、クロム膜は残す。

【００２３】励振部金属膜除去工程では、ウェハー表面
に再度感光性レジストを塗布し、今度は励振部の形状を
露光機にて感光させる。励振部とは図３（ａ）で、水晶
振動片１の概ねマウント電極部分を除く部分である。次
にレジストを現象して励振部分のレジストを除去し、さ
らに、励振部の金、クロム膜を除去する。このとき、フ
レーム部分は金、クロム膜が残っている。

【００２４】励振部水晶ハーフエッチング工程では、金
、クロム膜を耐食膜として励振部の水晶をエッンチグす
る。エッチング液はフッ酸あるいはフッ酸とフッ化アン
モニウムの混合液を使う。この時、エッチング液による
水晶エッチング速度は、予めわかっているので、所定の
厚みが水晶振動片の励振部として残るように、時間管理
を行う。所定時間エッチング液に浸漬した後、洗浄し、
励振部以外に形成してあるレジスト膜、金、クロム膜を
剥離する。

【００２５】電極膜形成工程、振動片マウント工程、周
波数調整工程、封止工程は、従来の技術と同様である。

【００２６】図１（ａ）は本発明の実施例における製造
方法を用いたＡＴカット水晶振動片形成状態の水晶ウェ
ハー拡大平面図である。図１（ａ）において、１１は水
晶振動片、１２はフレーム、１３はタイバー、１４は励
振電極、１５はマウント電極である。

【００２７】図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂでの断
面図であり、各部の記号及び名称は図１（ａ）と同じで
ある。図１（ａ）、（ｂ）において各部の働きは従来の
技術と同じである。

【００２８】図１（ｂ）において、水晶振動片１１のマ
ウント電極１５が形成されている部分の水晶振動片厚み
より薄くなっている部分が励振部であり、励振電極１４
に電圧を印加し、水晶振動片励振部の水晶に電界をかけ
ることにより圧電作用が発生する。マウント電極１５を
通じて発振回路を接続することにより、励振部に厚みす
べり振動が発生し、安定振動する。厚みすべり振動は、
励振部の水晶厚みによりほぼ決定し、厚みが薄いほど高
周波振動となる。

【００２９】フレーム１２、タイバー１３、マウント電
極１５部の水晶振動片の厚みは、水晶振動片１１の励振
部の厚みより厚く、水晶振動片外形形状エッチング後の
工程でウェハーを取り扱っても、ウェハーが割れない機
械的強度をもっている。

【００３０】図１（ａ）、（ｂ）では、励振部のみをハ
ーフエッチングしているが、マウント電極１５部を含め
た水晶振動片１１全体をハーフエッチングしてもよい。 またタイバー１３部分を含めても良い。

【００３１】以上の実施例では、片持ち支持の矩形状Ａ
Ｔカット水晶振動子の製造方法について説明したが、両
持ち支持形状あるいはディスク状であってもかまわない
。また、水晶振動子でなくとも、水晶フィルター、他の
圧電材料（タンタル酸リチウム等）を用いた圧電素子で
あってもよい。

【００３２】また、実施例では、エッチング液を用いた
ウェットエッチングを用いたが、ドライエッチング、あ
るいは、イオンビームスパッタ、エキシマレーザー等を
用いた圧電材料の薄板化技術を用いても同じである。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、少な
くとも圧電素子の励振部分の厚みがフレーム部分より薄
くなるようにエッチングする工程を有しているので、特
に圧電基板を薄くする必要のある厚みすべり振動モード
を用いた圧電素子を製造する場合、極端に難しい薄板の
研磨工程を楽にでき、またウェハー強度向上により、ウ
ェハー加工にかかわる他の工程でのウェハーのわれを軽
減できた。従って、全体的に補留向上が実現できた。

【００３４】さらに、今まで、不可能であった高周波体
の圧電素子、例えば、５０ＭＨｚ基本波ＡＴカット水晶
振動子、水晶板厚−約３０μｍのウェハー加工が実現で
きた。

【００３５】本発明は、ウェハー加工の量産性を確保し
ながら、さらに広い周波数体の圧電素子を実現するもの
であり、大きな効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における製造方法を用いたＡＴ
カット水晶振動片形成状態の水晶ウェハーを示す拡大図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂでの
断面図である。

【図２】従来の水晶振動片形成状態の水晶ウェハー平面
図である。

【図３】従来の水晶振動片形成状態の水晶ウェハー拡大
図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａで
の断面図である。

【符号の説明】

１、１１　　水晶振動片 ２、１２　　フレーム ３、１３　　タイバー ４、１４　　励振電極 ５、１５　　マウント電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一枚の圧電基板から複数の圧電素子をエッ
   チング加工により一括製造する圧電素子の製造方法にお
   いて、少なくとも圧電素子の励振部分の厚みがフレーム
   部分より薄くなるようにエッチングする工程を有するこ
   とを特徴とする圧電素子の製造方法。