JP4324948B2

JP4324948B2 - 高周波圧電振動デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP4324948B2
Application number: JP20313699A
Authority: JP
Inventors: 俊介佐藤
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001036369A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は通信機器の受信部、あるいはマイクロコンピュータのクロック源として用いられる水晶振動子、水晶フィルタ等の圧電振動デバイスに関し、特に薄型で、高周波化に対応した圧電振動デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信機器の高周波数化、あるいはマイクロコンピュータの動作周波数の高周波数化に伴い、水晶振動子、水晶フィルタ等の圧電振動デバイスも高周波数化対応が求められている。一般に、高周波数化に対応した水晶板として、ＡＴカット水晶板の厚みすべり振動がよく用いられており、周知のとおりその周波数は厚さで決定され、周波数と厚さは反比例する。例えば、基本振動周波数で１００ＭＨｚの周波数を得る場合、約１６μｍの極薄圧電振動板が必要となる。このような極薄板の加工は、研磨作業が難しく製造歩留まりを向上させることが困難となっていた。
【０００３】
このような問題を解決するために、図６（ｆ）に示すように、水晶板の中央部分に凹部を設け、この凹部の底部に薄肉加工した振動領域９１を設定し、その周囲の厚肉部分で振動領域を補強する補強部９２を有する構成が発明されている。図６（ｆ）は従来例を示す内部断面図であり、薄肉化された凹部の振動領域９１とその周囲に形成された厚肉の補強部９２を有する水晶板９において、振動領域９１に複数の励振電極９ａを形成し、図示していないが電極を凹部から厚肉部端部まで引き出した構成を示している。このような構成を採用することにより、全体的な機械的強度を維持して振動領域を従来よりもかなり薄くすることができ、上述した従来の単一厚の圧電振動板に比べて、１６μｍあるいはそれ以下の厚さの振動領域の形成も良好な歩留まりで形成できていた。
【０００４】
このような構成の圧電振動子を得るには、例えば図６各図に示すようなフォトリソグラフィー技術を用いた製造工程による。図６（ａ）に示すように、水晶板９の表裏面（両主面）に保護膜として、Ｃｒ膜９３とＡｕ膜９４を順に真空蒸着法等により形成する。図６（ｂ）に示すように、凹部を形成する表面（一方の主面）にレジスト液を塗布した後、パターニング露光し、所定パターンのレジスト膜９５を得る。このレジスト膜９５をマスクとして、保護膜であるＡｕ膜、Ｃｒ膜の一部をエッチングし、凹部に対応したパターンを有する保護膜を得る。その後、レジスト膜を除去し、図６（ｄ）に示すように、前記保護膜をマスクとして、水晶板の一部をエッチングし凹部を形成する。その後、前記保護膜を剥離除去した後、図６（ｆ）に示すように励振電極を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の製造方法によれば、水晶板の凹部を形成しない側の主面においても保護膜を形成する必要があり、この保護膜は実際の製造工程上、凹部形成に用いた保護膜とともに最終的に除去されてしまう。保護膜の厚さは要求される周波数すなわち水晶板のエッチング時間によって決定される。例えばＡｕ膜は数百〜数千オングストローム程度必要となるが、これらが最終的に除去されてしまうことになり、製造コストの引き上げ要因となっていた。
【０００６】
またエッチング時等において、エッチングをバラツキなく効率的に行うためには、水晶板を所定の間隔を持って治具に設置し、エッチング液に浸漬する必要があるが、単位面積あたりの設置数が限定されてしまい、量産効率を低下させるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、製造コストを抑制するとともに、製造効率を上げることのできる高周波圧電振動デバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項１に示すように、厚さにより周波数が決定されるＡＴカット水晶板の一方の主面の中央部分に凹部を形成することにより、中央部分に薄肉の圧電振動領域を形成するとともに、この圧電振動領域の周囲に設けられた厚肉の補強部を形成してなる高周波圧電振動デバイスの製造方法であって、２枚のＡＴカット水晶板の、それぞれ凹部を形成しない主面どうしを貼り合わせ、当該貼り合わせ面に金属保護膜を形成し、かつ凹部を形成する主面に対し所定の凹部が形成されるようマスキングを行った状態で、エッチング液に浸漬し凹部を形成した後、当該２枚のＡＴカット水晶板を分離することを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成により貼り合わせ面においてエッチング液による耐腐食性を向上させることができる。
【００１０】
また、貼り合わせ面の端面周囲に、貼り合わせに用いる接着剤を回り込ませ、エッチング液の貼り合わせ部分への浸透を防ぐ構成を採用してもよい。
【００１１】
本発明によれば、２枚の圧電振動板を貼り合わせることにより、凹部形成に必要な主面のみをエッチング処理することができる。従って、従来のように、凹部形成に関与しない他の主面にもＡｕ膜等の保護膜を形成する必要がなくなる。
【００１２】
またレジスト膜および保護膜形成、あるいはエッチング処理時において２枚１組に一体化された圧電振動板を用いるので、製造上取り扱いが容易となり、また製造効率を向上させることができる。
【００１３】
【実施の形態】
本発明の第１の実施の形態についてＡＴカット水晶板を用いたＭＣＦ（モノリシッククリスタルフィルタ）を例にとり、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明による製造方法を示す図であり、図２は大型のウェハに対し、多数個の水晶板を得るよう加工した状態を示す斜視図である。
図１は２枚の水晶板を用い、両者に凹部を形成した後、電極形成を行うまでの製造工程を示している。図１（ａ）は、水晶板１と水晶板２の凹部を形成しない主面どうしを接着剤３で貼り合わせ、その後貼り合わせ面以外の主面上に金属膜（保護膜）１０，２０を形成した状態を示している。各水晶板１，２の厚さは約５０μｍであり、その両主面はポリッシュ加工により鏡面化されている。接着剤３はこの実施の形態においてはノボラック系の高分子樹脂を用いているが、他にアクリレート系、ヒドロキシスチレン系等の高分子樹脂であっても良いし、エポキシ系の接着剤，ＵＶ（紫外線）硬化型の接着剤であっても良い。金属膜１０、２０は真空蒸着法等の薄膜形成手段を用いて形成され、水晶板１，２に接してＣｒ膜１１，２１が形成され、その上面にＡｕ膜１２，２２が形成される。
【００１５】
図１（ｂ）は金属膜の表面に形成したレジスト膜の形成について示している。この例ではレジスト膜に東京応化工業社製ＯＦＰＲ−８００のポジ型を用いている。金属膜１０，２０上にスピナー等によりフォトレジストを均一に塗布し、図示していないが所定のマスクパターンのフォトマスクを介して露光する。その後現像工程等を経て不要なレジスト４１を除去し、所定のマスクパターンを有するレジスト膜４を得ている。
【００１６】
その後当該レジスト膜４をマスクとして金属膜１０，２０の一部をエッチングし、水晶板に凹部１ａ，２ａを形成するためのマスクパターンを有する金属膜１０ａ，２０ａを得る。図１（ｃ）はパターン形成された金属膜１０ａ，２０ａをマスクとしてエッチングにより水晶板に凹部１ａ，２ａを形成した状態を示している。凹部のエッチング深さはエッチング液の種類、周囲環境、エッチング時間等のパラメータにより制御されるが、本例においてはエッチング液にフッ酸とフッ化アンモニウムの混合液を用い、約４時間エッチングを行うことにより、約３５μｍのエッチング量を得ている。これにより凹部の薄肉の圧電振動領域は約１５μｍの厚さを得ている。
【００１７】
図１（ｄ）はエッチング終了後、金属膜１０ａ，２０ａを金属剥離液に浸漬することにより除去するとともに、接着剤３を樹脂剥離液に浸漬することにより除去して、水晶板１，２を分離した状態を示している。これにより厚肉の補強部１３，２３と薄肉の圧電振動領域１４，２４を有する２つの水晶板を得ることができる。
【００１８】
その後図１（ｅ）に示すように、圧電振動領域１４，２４に励振電極並びに引出電極（図示せず）を形成する。本例においてはＭＣＦを得るために、励振電極として各々分割電極１５，１６，２５，２６と共通電極１７，２７をマスキング手段を用いた真空蒸着法等により形成している。
【００１９】
なお、上記製造例では２枚の水晶板を貼り付けた例を示したが、実際の製造にあたっては、効率面から大きなウェハを用いて一括処理することが多い。図２は大きな水晶ウェハＷ１，Ｗ２を２枚貼り合わせ、凹部１０を有する水晶板１を多数個得る例を示しており、各水晶板の周囲には小割用の深溝Ｗ１１、Ｗ２１が縦横に形成されている。なお、この深溝を形成しなくてもダイシング等により小割切断することももちろん可能である。
【００２０】
第２の実施の形態について、図３とともに説明する。なお上記実施の形態の説明と同じ構造部分については同番号を用いて説明するとともに、同じ構成、製法部分については一部説明を省略する。
【００２１】
この例においては２枚の水晶板１，２を保持板５に対向して貼り付けている。保持板は例えばＰｔ、Ａｕ等のエッチング液に対する耐腐食性を有する材料を用いる。また、コア部分が黒鉛でその表面に高純度ＳｉＣをメッキした構成としたり、あるいは水晶をコアとしＣｒ−Ａｕをメッキした構成とし、エッチング液に対する耐腐食性を持たせた構成としてもよい。そして、図３（ａ）に示すように、保持板５の表裏には断面でみて、位置決め凹部５１，５２が形成されている。この位置決め凹部部分に水晶板１，２を接着剤６１，６２により接着するとともに、それぞれＣｒ膜１１，２１、Ａｕ膜１２、２２からなる金属膜１０、２０を形成する。この位置決め凹部は必須ではないが、製造上位置決め固定に有効に機能する。図３（ｂ）に示すようにレジスト膜４を形成し、当該レジスト膜４をマスクとして金属膜１０、２０を所定のパターンにエッチングする。その後図３（ｃ）に示すようにパターン形成された金属膜１０ａ，２０ａをマスクとして、エッチングを行い、水晶板に凹部１ａ，２ａを形成する。
【００２２】
エッチング終了後図３（ｄ）に示すように金属膜１０ａ，２０ａを剥離除去し、また接着剤６１，６２を剥離除去することにより、保持板５から各水晶板１，２を分離する。その後分離した凹部を有する水晶板に励振電極を形成する。この実施の形態においては、水晶振動子を例示しているので、図３（ｅ）に示すように、圧電振動領域の表裏に励振電極７１，７２並びに引出電極（図示せず）を形成する。
【００２３】
なお、上記各実施の形態においては、外形サイズの等しい水晶板を貼り合わせる例を示したが、サイズの異なる水晶板あるいは水晶ウェハを貼り合わせてもよい。この場合、多品種生産に対応できるなど、フレキシブルな製造を行うことができる。ただし、外形サイズの大きい水晶板あるいは水晶ウェハの貼り合わせ面のうち、はみ出した領域にはエッチングに対する保護膜（樹脂または金属膜）等を形成しておく必要がある。
【００２４】
さらに貼り合わせ部分へのエッチング液の浸透を防止するため、図４に示すように、各水晶板１，２の貼り合わせ面に保護膜として薄い金属膜１８，２８を形成したうえで、接着剤３により水晶板を貼り合わせても良い。なお金属膜材料のコストを低減するために、上記保護膜は水晶板の貼り合わせ面の外周近傍にのみ形成しても良い。
【００２５】
また、図５に示すように、接着剤接合の外周近傍において、貼り合わせた水晶板１，２の側面を被覆（２９で図示）するよう接着剤３を塗布することにより、エッチング時において水晶板貼り合わせ面の意図しない腐食を防ぐことができる。この側面の被覆は少なくとも周状の貼り合わせ部分を含むことが必要である。
【００２６】
上記各実施例では圧電体として水晶板を例示したが、タンタル酸リチウム、ランガサイト等の他の圧電体でもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、２枚の圧電振動板を貼り合わせることにより、凹部形成に必要な主面のみをエッチング処理することができる。従って、従来のように、凹部形成に関与しない他の主面にも、エッチング液が直接接液するのに十分耐えうる程度の膜厚のＡｕ膜等の保護膜を形成する必要がなくなる。従って、製造時の材料コストを低減できる。
【００２８】
またレジスト膜および保護膜形成、あるいはエッチング処理時において２枚１組に一体化された圧電振動板を用いるので、製造上取り扱いが容易となり、また製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造工程を示す図。
【図２】本発明による製造方法を示す図。
【図３】本発明による製造方法を示す図。
【図４】本発明による製造方法を示す図。
【図５】本発明による製造方法を示す図。
【図６】従来例を示す図。
【符号の説明】
１、２、９水晶板（圧電振動デバイス）
１０，２０金属膜
１ａ，２ａ凹部
１４，２４，９１圧電振動領域
１３，２３，９２補強部
１５，１６，１７，２５，２６，２７，７１，７２，９ａ励振電極
４レジスト膜
Ｗ１，Ｗ２水晶ウェハ

Claims

厚さにより周波数が決定されるＡＴカット水晶板の一方の主面の中央部分に凹部を形成することにより、中央部分に薄肉の圧電振動領域を形成するとともに、この圧電振動領域の周囲に設けられた厚肉の補強部を形成してなる高周波圧電振動デバイスの製造方法であって、２枚のＡＴカット水晶板の、それぞれ凹部を形成しない主面どうしを貼り合わせ、当該貼り合わせ面に金属保護膜を形成し、かつ凹部を形成する主面に対し所定の凹部が形成されるようマスキングを行った状態で、エッチング液に浸漬し凹部を形成した後、当該２枚のＡＴカット水晶板を分離することを特徴とする高周波圧電振動デバイスの製造方法。