JP2001036160A - 電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は移動体通信機等に使用される振動子
の製造方法において、生産性の向上した振動子の製造方
法を提供する。 【解決手段】 同材料の単結晶の回転Ｙ板からなる振動
板１および保持板２を互いに分極軸が＋となるＸ軸の結
晶軸の面を接合し接合体３を除去し、接合体３の保持板
２の所定位置に開口部７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機等で
使用される振動子やフィルタ等に用いられる電子部品の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動子やフィルタ等の電子部品は、厚み
すべり振動や厚み縦振動等の数ＭＨｚ以上の振動子で用
いられる振動モードにおいて、その発振周波数は振動子
の振動部分の厚みに反比例する。つまり、高い周波数で
は振動子を構成する振動板を薄くする必要があり、例え
ば厚みすべり振動で１００ＭＨｚ以上といった高い周波
数領域の振動子に用いる振動板を製造するには２０μｍ
以下の厚みにする必要がある。このような薄い振動板を
得るために、予め、厚い保持板と振動板を接合してお
き、振動板を機械的に研磨あるいは化学的に腐食させ
る。その後、厚みすべり振動や、厚み縦振動などの振動
モードを利用するために振動板の上下面に電極を形成
し、振動板にダメージを与えずに下面の保持板を除去し
なければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、振動板が薄
いために機械的な手段で除去することは難しくまた、化
学的に腐食させる手段をとる場合には、保持板の材料を
振動板の材料と異なるものとして、保持板を腐食するが
振動板は腐食しないような腐食液あるいは腐食ガスなど
を用いることにより、振動板には化学的にダメージを与
えずに保持板を除去することも難しく生産性が劣るとい
う課題を有していた。

【０００４】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、生産性の向上した電子部品の製造方法を提供するも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、接合する振動板と保持板は同じ回転Ｙ板の
ニオブ酸リチウムあるいはタンタル酸リチウムを用い、
熱膨張係数を合わせるために両方の板における面内の結
晶軸のうち少なくともＸ軸方向は合致させて接合し、接
合する互いの面は、どちらも分極方向が＋となる面とす
るものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、同材料の単結晶の回転Ｙ板からなる振動板および保
持板を互いに分極方向が＋となるＸ軸の結晶軸の面を接
合し接合体を形成する第１の工程と、この接合体の振動
板を薄板化する第２の工程と、この薄板化した接合体の
上下面に金属または有機物からなる保護膜を形成する第
３の工程と、この保護膜を有する接合体の保持板の所定
位置に開口部を形成する第４の工程とからなるもので、
熱膨張係数が同じ保持板と接合して振動板を薄板化する
ために、機械的強度が増し、取り扱いも容易で周囲の温
度変化に対してそることがないため、所望の厚みを高い
精度で得ることができるとともに、接合体の保持板側の
表面は分極が−となる面のために化学的に腐食する速度
が速く、保持板の除去が終了して振動板がむき出しにな
った時には振動板の分極＋側の面が露出し、この面につ
いては腐食の速度が遅いため、ここで腐食が止まること
になるので、振動板の面内で振動部となる部分の下面に
あたる保持板を、振動板にダメージを与えずに除去する
ことができるという作用をする。

【０００７】また請求項２に記載の発明は、同材料の単
結晶の回転Ｙ板からなる振動板および保持板を互いに分
極方向が＋となるＸ軸の結晶軸の面を接合し接合体を形
成する第１の工程と、この接合体の振動板を薄板化する
第２の工程と、この薄板化した接合体の振動板の表面に
保護膜を形成する第３の工程と、この保護膜を有する振
動板にスリット部を形成する工程と、前記接合体の保持
板の表面に保護膜を形成する工程と、この保護膜を有す
る接合体の保持板の所定位置に開口部を形成する第４の
工程とからなるもので、パッケージにこの振動子あるい
はフィルタを実装したときに、パッケージとの熱膨張の
差によるストレスを緩和する作用を有する。

【０００８】また請求項３に記載の発明は、請求項１記
載の第２の工程と第３の工程との間に、薄板化した接合
体の振動板の面に前記振動板と同材料からなる第２の振
動板を接合し、この第２の振動板を薄板化する工程を含
むもので、振動部が分極を反転して貼りあわせた構造を
持つ薄板の振動子が作成できるので、最低次の振動を２
次のモードとして異常発振の可能性のない振動子、ある
いは帯域幅の広いフィルタを製造することができる作用
を有する。

【０００９】また請求項４に記載の発明は請求項２に記
載の第３の工程と接合体の保持板の表面に保護膜を形成
する工程を同時に行うもので、生産性が向上するという
作用を有する。

【００１０】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１における電子部品の製造方法について、振動子を例
にとり説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態１における振動
子の製造方法を説明する図である。

【００１２】まず、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸
リチウム等の同材料の単結晶の回転Ｙ板からなる振動板
１および保持板２を所定の厚みになるまで、鏡面研磨
し、強酸と強アルカリの酸化性の洗浄液で洗浄して表面
を活性化し乾燥させる。

【００１３】次に、図１（ａ）に示すように、振動板１
と保持板２との分極軸が＋となるＸ軸の結晶軸の面をク
リーンルーム等の清浄な雰囲気中で重ね合わせて接合
し、接合体３を形成する。図１（ａ）中の矢印４は、振
動板１および保持板２の分極軸を示すものである。その
後、振動板１と保持板２との接着力を向上するために、
約３００℃の温度まで加熱する。

【００１４】振動板１も保持板２の厚みはできる限り薄
いほうがよい。３インチΦの大きさの板を用いた場合、
取扱いも考慮すれば、１００μｍ程度が望ましい。ま
た、保持板については、面内の厚みばらつきが小さいほ
うがよく、１μｍ以下が望ましい。

【００１５】次に、図１（ｂ）に示すように、接合体３
の振動板１を機械的あるいは化学的な方法で所定の厚み
ｔ１まで薄板化する。この厚みｔ１は、所望の周波数ｆ
１の逆数に比例し、その比例定数は利用する振動モード
によって決まった値を持つ。薄板化の方法はたとえば、
片面研磨による遊離砥粒による加工法や平面研磨盤等に
よる固定砥粒によって行うことができる。いずれにして
も、接合体３の保持板２側を固定して振動板１側を研磨
あるいは研削することになるのでこの面が加工の基準と
なり、振動板１の厚みの制御を行う。したがって、保持
板２としての材料は厚みばらつきが非常に小さいことが
要求される。そしてさらに研磨機あるいは研削機につい
ては、接合体３を固定する固定治具の面は高精度な平面
となっている必要がある。また、面全体をむらなく固定
するために上記固定治具を構成する材料として１０μｍ
程度の気孔が全面に均一にあいているセラミック材料な
どを用い、真空で引くことにより固定するとよい。ま
た、平面研磨盤を用いる場合、薄板化加工に使用する砥
石と同じ砥石で予めこの固定治具を研削しておくと、面
内の厚みばらつきを解消することができ、大きな板から
多数個の振動子を製造する際に歩留まりを向上すること
ができる。振動板１は保持板２によって裏打ちされ全体
の剛性が高くなっているので振動板１を数μｍまで薄く
することが可能である。

【００１６】次に、図１（ｃ）に示すように、接合体３
の振動板１側の表面にクロムと金の２層からなる保護膜
５を形成する。この保護膜５は、接合体３を腐食液に浸
すときに振動板１部分を表面から侵すことを防ぐために
形成するものである。したがって、この保護膜５の材料
は後の保持板腐食工程に耐える材料であれば、有機物で
あってもよい。ここでクロムと金の２層にする理由は次
の通りである。金単体ではニオブ酸リチウム、タンタル
酸リチウムには密着させることができず、クロムの膜を
まず下地として１００Åから１００Å程度真空蒸着やス
パッタなどの方法で形成して密着層とし、この上に金の
膜を２０００Å〜１μｍ程度の膜厚でやはり真空蒸着や
スパッタなどの方法で形成する。下地としては、他にチ
タンなども考えられるが、ふっ酸と硝酸の混酸に耐える
必要があるので、耐性の強いクロムとした。

【００１７】次に、図１（ｄ）に示すように、接合体３
の保持板２側の表面に保護膜５を形成する。これは前工
程の保護膜５と同じ材料を同じ条件で付けられればよ
く、上記クロム、金の構成であれば、保護膜５の成膜は
一度に行うことができる。

【００１８】次に、図１（ｅ）、図１（ｆ）に示すよう
に、接合体３の両面に感光性の樹脂（本図では、図示せ
ず。）を塗布し、保持板２側に窓部６となるパターンを
焼き付け、現像することで窓部６以外の部分を樹脂で保
持し、窓部６にあたる保護膜５を化学的に腐食する。

【００１９】次に、図１（ｇ）に示すように、窓部６よ
り保持板２を化学腐食して、開口部７を形成する。この
保持板２の化学腐食は混合比が２：１となるふっ酸と硝
酸の混酸を用い温度を７０℃以上の温度に接合体３を浸
すことで行う。この条件であれば、３時間で２０μｍ程
度の腐食量をとることができる。したがって保持板２の
厚みを１００μｍ程度にしておけば、１５時間ほど、こ
の腐食液に浸しておけばよいこととなる。腐食が進み、
振動板１の平面が露出してくると、この面は分極＋側の
面であり、腐食の速度は１／２０以下となるので、この
面が出た時点で化学的腐食は止まる。また、−面側は腐
食が進むにつれ面の表面粗さが急激に悪化するが、＋面
側は、表面粗さはそれほど悪化しないので、かなり時間
を長く浸しても振動板１にダメージを与えることはな
い。しかも、振動板１の厚みも保存されるので狙いの周
波数からはずれることもない。また、振動板１と保持板
２は同じ材料を用い、結晶軸の方向を合わせて接合して
いることで温度の上昇あるいは下降によって応力を受け
ることもなく、振動板１が数μｍ程度の薄いものであっ
ても、保持板２を部分的に除去した後に割れたりするこ
とがないのである。

【００２０】なお、この保持板２の除去については、途
中までを機械的な加工法で除去してもよい。例えば、数
μｍ程度の平均粒径の研磨剤を高圧の空気とともに、接
合体３の保持板２側に吹き付けて途中まで加工する。そ
してその後、上記の腐食液に接合体３を浸して振動板１
の下面が露出するまで化学的に腐食させるのである。こ
の場合、比較的厚い保持板２でも、効率よく保持板２を
除去することができる。この場合、図１（ｅ）で形成さ
れた保持板２側の樹脂については、クロムと金からなる
保護膜５の上にほぼ同一のパターンで樹脂の保護膜も形
成する必要がある。これは、研磨剤による加工によっ
て、開口部７の周囲が加工されないように保護するため
である。ただし、この研磨剤を吹き付ける加工によっ
て、横方向に樹脂の保護膜がダメージを受ける。この結
果保護膜がダメージを受けるので、樹脂の保護膜はこの
金属の保護膜の開口部パターンより１０μｍ程度内側に
いれるほうがよい。

【００２１】最後に、図１（ｈ）および図１（ｉ）に示
すように、この後に表裏面の保護膜５を剥離し、振動子
の振動部となる開口部７の表裏に電極を形成し、パッケ
ージに実装し、周波数を微調整した後に封止して振動子
を製造するものである。

【００２２】なお、本実施の形態では、図１（ａ）に示
した接合工程は振動板１と保持板２とを直接接合を用い
て接合する方法をもって説明したが、厚みばらつきを抑
えることのできる方法であれば他の接着剤などを用いて
接合してもよい。直接接合を用いる場合は、保持板を化
学腐食する際に薬品が接合界面に浸透することがほとん
どなく、また、腐食して保持板を除去したその状態で振
動板の＋面側が直接外部に露出するので、後処理が必要
とならない点でよい。そして、界面になにものも存在し
ないので、保持板側の面を基準として振動板のみの加工
をすることによって厚みを制御することが容易となるか
らである。

【００２３】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２における電子部品の製造方法について、振動子を例
にとり説明する。

【００２４】図２は本発明の実施の形態２における振動
子の製造方法を説明する図である。ここで、本実施の形
態の図２と実施の形態１の図と同一製造方法および同一
構成要素は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００２５】まず、図２（ａ）に示すように、振動板１
と保持板２とを接合して接合体３を形成する。

【００２６】次に、図２（ｂ）に示すように、接合体３
の振動板１を薄板化する。

【００２７】次に、図２（ｃ）に示すように、振動板１
と同材料からなる第２の振動板１１を接合して振動板１
２を形成する。

【００２８】接合体３と第２の振動板１１は、ともに強
酸と強アルカリの酸化性の洗浄液で洗浄して表面を活性
化し乾燥させた後、クリーンルームの清浄な雰囲気で重
ねあわせて接合する。図２（ｃ）における矢印１３は第
２の振動板１１の分極方向を示している。すなわち接合
体３の振動板１側の面と、第２振動板１１の分極方向が
−側となる面を対向するようにして接合する。接合体３
の振動板１側の面は分極方向が−側となる面が出ている
ので、両者を分極方向が−面になる面で接合したことに
なる。こうして、振動板１と第２の振動板１１を新たな
１枚の振動板１２とすると、この振動板１２に分極反転
構造を持たせたこととなる。

【００２９】次に、図２（ｄ）に示すように、接合体３
のうち、第２の振動板１１を薄板化する。これは、振動
板１の薄板化と同様に研削あるいは研磨によって行う。
この薄板化によって、３層接合体の２枚の振動板は両者
の厚みが等しくなるようにする。

【００３０】通常１枚の振動板のみの場合、１次、３
次、５次……の奇数の振動モードで振動することになる
が、このように２枚の振動板を分極を逆転させて張りあ
わせた構造にすると、２次、６次、１０次といった偶数
の振動モードを振動させることができる。厚み縦振動を
利用したニオブ酸リチウムあるいはタンタル酸リチウム
の振動子の場合、１次の振動は電極の下に効率よく振動
エネルギーを閉じ込めることができないため、３次の振
動を利用する。しかし、この場合、１次の振動は３次の
振動より低周波側にあるため発振しやすく、回路の条件
によっては、１次の振動で発振してしまう問題がある。
また、フィルターとして構成した場合、その帯域幅は１
次の振動の１／９と狭くなる。本実施の形態では、この
問題を避けるために２枚の振動板を分極を逆転させて張
りあわせた２次の振動ではこのような問題はなく、電極
下に効率的にエネルギーを閉じ込めることができるた
め、効率よく発振させることができる。しかも、この振
動モードが最低次なので、これ以外の周波数で発振する
ことを避けることは容易である。また、フィルタ特性と
しての帯域幅も３次のモードを利用した場合の９倍と広
くなる。なお、２枚の振動板の厚みが異なると、１次の
振動モードも振動しやすくなり、回路の条件によっては
１次の振動モードで発振してしまう可能性がでてくる。
これを防ぐには、２枚の振動板の厚みの差は全体厚みの
１０％以下にすることが望ましい。

【００３１】以降の工程は実施の形態の図１と、同じ工
程となるので詳細な説明は省略する。

【００３２】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３における電子部品の製造方法について、振動子を例
にとり説明する。

【００３３】図３は本発明の実施の形態３における振動
子の製造方法を説明する図である。ここで、本実施の形
態と実施の形態１における図１と相違する点は振動板に
スリット部を形成する点で相違する。本実施の形態にお
いて、実施の形態１の図１とと同一製造方法および同一
構成要素は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００３４】まず、図３（ａ）に示すように、振動板１
と保持板２とを接合し、接合体３を形成する。

【００３５】次に、図３（ｂ）に示すように、接合体３
の振動板１を薄板化する。

【００３６】次に、図３（ｃ）に示すように、接合体３
の振動板１の表面に感光性樹脂等により保護膜５を形成
する。

【００３７】次に、図３（ｄ）に示すように、振動板１
にスリット部２１を形成する。

【００３８】このスリット部２１はパターンを露光し現
像することで設けることができる。このスリット部２１
を通して接合体３の振動板１から、たとえば、数μｍ程
度の平均粒径の研磨剤を高圧の空気とともに接合体３の
振動板側に吹き付ける方法を用いて加工してできた振動
板１のスリットである。この時の加工深さは接合体３の
うち振動板１部分を貫通する程度で十分である。他にも
上記スリット部２１を形成する方法としては、保護膜５
を作成する工程は省略してスリットのパターン通りにレ
ーザーを照射する方法がある。また、保護膜５をクロム
と金の積層膜とし、さらに保持板２側にも全面にこの保
護膜５をつけ、化学腐食する方法でもスリットを形成す
ることが可能である。この場合、振動板１は薄いのでふ
っ酸と硝酸の２：１の混合液で７０℃以上にあげれば、
２時間程度でスリット２１を形成できる。

【００３９】以降の工程は本発明の実施の形態１に示し
た工程と同じであるので詳細説明は省略する。

【００４０】以上のように、振動子を加工することで、
振動部の外周部にスリットを設け、振動部６とその外周
部を分離することができる。このことによってパッケー
ジにこの振動子を実装したときに生じる応力や、実装後
の温度変化でパッケージと振動子の熱膨張係数の差によ
って発生する応力が振動部に直接伝わることが避けられ
るので、信頼性の高い振動子を得ることができるのであ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明は、熱膨張係数が同
じ保持板と接合して振動板を薄板化するために、機械的
強度が増し、取り扱いも容易で周囲の温度変化に対して
そることがないため、所望の厚みを高い精度で得ること
ができるとともに、接合体の保持板側の表面は分極が−
となる面のために化学的に腐食する速度が速く、保持板
の除去が終了して振動板がむき出しになった時には振動
板の分極＋側の面が露出し、この面については腐食の速
度が遅いため、ここで腐食が止まることになるので、振
動板の面内で振動部となる部分の裏面にあたる保持板
を、振動板にダメージを与えずに除去することができ生
産性が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における振動子の製造方
法を説明する図

【図２】本発明の実施の形態２における振動子の製造方
法を説明する図

【図３】本発明の実施の形態３における振動子の製造方
法を説明する図

【符号の説明】

１ 振動板 ２ 保持板 ３ 接合体 ５ 保護膜 ７ 開口部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同材料の単結晶の回転Ｙ板からなる振動
   板および保持板を互いに分極方向が＋となるＸ軸の結晶
   軸の面を接合し接合体を形成する第１の工程と、この接
   合体の振動板を薄板化する第２の工程と、この薄板化し
   た接合体の上下面に金属または有機物からなる保護膜を
   形成する第３の工程と、この保護膜を有する接合体の保
   持板の所定位置に開口部を形成する第４の工程とからな
   る電子部品の製造方法。
2. 【請求項２】 同材料の単結晶の回転Ｙ板からなる振動
   板および保持板を互いに分極方向が＋となるＸ軸の結晶
   軸の面を接合し接合体を形成する第１の工程と、この接
   合体の振動板を薄板化する第２の工程と、この薄板化し
   た接合体の振動板の表面に保護膜を形成する第３の工程
   と、この保護膜を有する振動板にスリット部を形成する
   工程と、前記接合体の保持板の表面に保護膜を形成する
   工程と、この保護膜を有する接合体の保持板の所定位置
   に開口部を形成する第４の工程とからなる電子部品の製
   造方法。
3. 【請求項３】 第２の工程と第３の工程との間に、薄板
   化した接合体の振動板の面に前記振動板と同材料からな
   る第２の振動板を接合し、この第２の振動板を薄板化す
   る工程を含む請求項１記載の電子部品の製造方法。
4. 【請求項４】 第３の工程と接合体の保持板の表面に保
   護膜を形成する工程を同時に行う請求項２記載の電子部
   品の製造方法。