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JP4060699B2 - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は屈曲水晶振動子の製造方法に関するものである。特に携帯機器用として小型、高性能化に優れる新振動子、電極構造を可能とする屈曲水晶振動子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
音叉型水晶振動子は、腕時計をはじめ各種家庭電気製品や携帯電話などの時間基準源として多量に採用されている。この音叉型水晶振動子の従来用いられている電極形状について、以下図面を用いて説明する。
【0003】
図3は従来の音叉型水晶振動子を示し、(c)は平面図であり、図3の(d)は(c)のA−B断面であり音叉の左腕201と右腕202の電極構造を示す断面図である。
【0004】
図3(c)において、音叉型水晶振動子は基部203から左腕201と右腕202が前方に突出してなり、各腕は紙面に平行に屈曲振動をするものである。
【0005】
図3(d)において、音叉型水晶振動子を屈曲振動させるには、右腕202の側面電極205と平面電極204の間に交流電圧を印加し、左腕201の電極には右腕202とは逆位相の電圧を印加する。電圧を印加すると矢印のように電界が発生し各腕が紙面に平行に屈曲振動する。
【0006】
このような音叉型水晶振動子の製造方法は既に特許文献1に開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平54−13286号
【0008】
一方、近年携帯電話などに使用される音叉型水晶振動子には表面実装型であって且つ超小型が要求される。ちなみに、従来、長さ5mm、幅1.8mmの容器から長さ3mm、幅1.5mmレベルと超小型化している。しかし、図3(d)に示す従来の電極構造では小型になるに伴い、CI値(クリスタルインピーダンス)は上昇する欠点がある。
【0009】
そこで、図2に示すような溝付(以下凹部と称す)構造の音叉型水晶振動子が最近用いられている。図2(a)は平面図であるが、左腕101には左腕凹部103が、右腕102には右腕凹部104が形成されている。
【0010】
図2(b)は図2(a)のA−B断面を示したものである。右腕102には側面電極106と凹部内電極104が形成され、矢印のように水平に電界が働くため駆動効率が上昇し、図3に示す従来品と同一サイズで比較すると大幅にCI値は低下する。すなわち、Q値が上昇するもので良好な振動子が得られるものである。ちなみに本構造は特許文献2あるいは特許文献3にて既に提案されたものである。
【0011】
【特許文献2】
特開昭52−61985号公報(第7−8頁、第4図)
【特許文献3】
国際公開番号 WO00/44092
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
音叉型水晶振動子の両腕部に凹部を設けることで高性能な特性が得られる点は明らかになったが、凹部を形成するための新規製造方法が必要である。例えば、図4を用いて説明すると図2(a)のA−B断面を図2(b)のようにする場合、工程Jの水晶基板300に工程Kにて凹部形成用耐食性膜301により水晶をエッチングし凹部を形成する。しかる後、工程Lにて耐食性膜301を剥離し水晶面302を得る。
【0013】
更に、工程Mにて音叉外形加工用の耐食性膜303を全面に形成する。工程Nでは耐食性膜を音叉型水晶振動子形状にパターン化し、音叉腕部の耐食性膜304を得る方法となり、その後の工程は従来方法(特開昭54−13286号)で可能である。しかし、上記工程によれば、耐食性膜を2回形成する必要があり、コストアップの要因となる。
【0014】
本発明の目的は上記課題を解決するもので、従来の製造方法に新規な内容を盛り込み、耐食性膜の2回形成を1回の形成で可能とさせコストアップを抑制する製造方法を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の要旨は、水晶基板の両面に水晶振動子外形加工用に耐食性膜を薄膜形成しパターン化する工程と、水晶振動子の表、裏面に凹部を形成するためのレジストパターンを形成する工程と、水晶振動子外形を貫通することなくエッチングする工程と、凹部の耐食性膜をエッチングし水晶面を露出させる工程と、水晶外形を再度エッチングし貫通させ、同時に凹部の露出した水晶面をエッチングし凹部を形成する工程と、電極用薄膜を形成する工程と、レジスト及びレジスト上の電極薄膜を剥離する工程と、水晶基板上に残存する耐食性膜をエッチングする工程を有することを特徴とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面にて説明する。図1は本発明による製造工程を工程順に記載したものであり、更に図1は図2におけるA−B断面の部分の製造工程を示した断面図である。
【0017】
本発明の製造技術は半導体分野で用いるフォトリソグラフィー技術を用いており、素板である水晶基板は40〜80mm程度の角もしくは丸型であって、素子のサイズによるが、基板内に400個以上を同時に製造できる方法である。
【0018】
図1において、工程Aは水晶基板10であって、厚みは50〜150ミクロン程度である。また、仕上げ面は鏡面もしくはラッピング後にエッチングした面でも良い。工程Bは図2の音叉左腕101と右腕102のA−B断面を記載したものであり、音叉の外形加工用である耐食性膜11を表、裏の全面に形成した後、フォトエッチング法にてパターン化したものである。耐食性膜11の材料はCrを用いている。
【0019】
工程Cは両腕部に凹部を形成するため、耐食性膜12上にフォトレジスト12をパターン化したものである。このレジストパターンにより、両腕部には、凹部となる部位が作成される。
【0020】
工程Dでは水晶基板10の露出した部分をフッ化水素酸系のエッチング液に浸してエッチングするもので、耐食性膜11をマスクにしている。本工程では、水晶基板10を貫通することなく、途中でエッチング行為を停止し、希望の深さまでエッチングする。これにより、音叉スリット部14と外形部13が図示するように薄くなる。
【0021】
工程Eでは、図2(a)記載の音叉左腕103と右腕凹部104を作成するもので、工程Dで図示した耐食性膜11のCrがフォトレジスト12をマスクにエッチングされることで、凹部となる部位に水晶面が露出する。
【0022】
工程Fは、再度水晶基板10をエッチングするもので、音叉スリット部14及び外形部13はエッチングで除去される。一方、工程Eにて露出した水晶面15も同時にエッチングするため、凹部となる部位が左右両腕部の凹部として形成される。本工程では、表・裏に凹部を作成したが、片方でもよい。また、必要により貫通も可能である。また、凹部の底面部16は、結晶異方性から生じるサイドエッチングにより、必ずしも図示した直角ではなく、深さによりV字にすることも可能である。エッチング深さは、水晶振動子特性から最適な深さを選択すればよい。
【0023】
工程Gでは、エッチングにより露出した水晶面(水晶振動子外形の両腕部両側面部と凹部内)とフォトレジスト12上に電極膜17を真空薄膜形成する。通常膜圧は1000オングストローム前後であり、Ti+Pdの2層膜やTi+Auを用いる。
【0024】
工程Hでは工程Gのフォトレジスト12を溶液にて除去することで、フォトレジスト12上の電極膜17が同時に除去され、水晶面に形成した電極膜17はそのまま残存する。また、フォトレジスト12の下部に存在する耐食性膜11は露出する。このようなパターン形成方法は通常リフトオフ法と呼ぶ。
【0025】
工程Iでは工程Hの耐食性膜11をエッチングする。この場合はCrをエッチングする。この時にTi+Pdなどからなる電極膜17はCrのエッチング液に腐食されないため、そのまま残り、これが電極膜として成立する。
【0026】
上記に記載した方法により、耐食性膜の形成は1回にて凹部の形成が可能となり、成膜のコスト上昇を防止できるものである。また、耐食性膜は1回の形成であるため、水晶をフッ化水素酸系のエッチング液で加工する際に生じるピンホールなどの欠陥は皆無に等しく高歩留まりが達成できる。
【0027】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば音叉の腕に設けた溝部(凹部)に電極膜を形成し腕の側面に有する電極膜に対して水平に電界を加える構造は水晶振動子のインピーダンスを大幅に低下できるものであり、従来製品より更に小型化が出来る。このような水晶振動子に本発明の製造方法を適用すれば、従来製品に対して製造工程の増加を最小限にしコスト上昇を防止するもので発明の効果は極めて大きい。また、本発明の適用を音叉型水晶振動子にて説明したが、腕が3本を有する三叉型水晶振動子にも適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による音叉型水晶振動子の製造工程を示す断面図である。
【図2】本発明により得られた音叉型水晶振動子の電極部を示す(a)は平面、(b)は断面図である。
【図3】従来の音叉型水晶振動子の電極部を示す(c)は平面、(d)は断面図である。
【図4】従来の凹部形成方法の一例を示す断面図。
【符号の説明】
10 水晶基板
11 耐食性膜
12 フォトレジスト
17 電極膜

Claims (1)

  1. 水晶基板の両面に水晶振動子外形加工用の耐食性膜を薄膜形成しパターン化する工程と、前記耐食性膜上に前記水晶振動子両腕部に凹部を形成するためのレジストパターンを形成して凹部となる部位を作成する工程と、前記水晶振動子の外形をエッチングする工程と、前記凹部となる部位にある前記耐食性膜をエッチングし水晶面を露出させる工程と、露出している前記水晶振動子外形と前記凹部となる部位の水晶部分を再度エッチングし前記水晶振動子の外形を除去するとともに前記両腕部に前記凹部を作成する工程と、露出している前記水晶振動子外形の両腕部両側面部と前記凹部内に電極膜を形成する工程と、前記レジストパターン及びこれを覆う前記電極膜を剥離し水晶面に形成した前記電極膜だけを残存させる工程と、水晶基板上に残存する前記耐食性膜をエッチングする工程を有することを特徴とする音叉型水晶振動子の製造方法。
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