特開 2024-4971 水晶振動子用の水晶ウエハ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024004971

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】水晶振動子用の水晶ウエハ

(51)【国際特許分類】

   H03H 3/02 20060101AFI20240110BHJP

   H03H 3/04 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H03H3/02 C

H03H3/04 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022104904

(22)【出願日】2022-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】桜庭 肇

(72)【発明者】

【氏名】瀧澤 彩香

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108BB02

5J108CC04

5J108KK05

5J108MM11

5J108MM14

5J108NA02

5J108NB06

(57)【要約】

【課題】多数の水晶振動片１０ａと、これらを連結しているフレーム１０ｂと、水晶振動片それぞれからフレームに個別に引き出されていて水晶振動片の特性検査のための測定用電極１０ｃと、を備え、水晶振動片の厚みｔがフレームの厚みＴより薄い水晶ウエハ１０において、水晶振動片の特性検査を所望の通り行える構造を提供する。
【解決手段】各水晶振動片は、フレームに片持ち支持されている。フレームの表裏面の少なくとも一方の面の、水晶振動片それぞれに近接する領域に、底面１１ｄａが水晶振動片の主面１０ａａと面一になっている凹部１０ｄを備え、かつ、測定用電極１０ｃは凹部を含む領域に設けてある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水晶振動子用の多数の水晶振動片と、これら水晶振動片を連結していて前記水晶振動片の厚さより厚みが厚いフレームと、前記水晶振動片それぞれから前記フレームに個別に引き出されていて前記水晶振動片の特性検査のための測定用電極と、を備える水晶ウエハにおいて、
前記フレームの表裏面の少なくとも一方の面の、前記水晶振動片それぞれに近接する領域に、底面が前記水晶振動片の主面と面一になっている凹部を備え、かつ、前記測定用電極は前記凹部を含む領域に設けてあることを特徴とする水晶ウエハ。

【請求項2】

前記水晶ウエハの、前記水晶振動片と前記フレームとの境界領域に設けられ前記水晶振動片を水晶ウエハから折り取るためのスリットと、このスリットの両端に前記水晶振動片及び前記フレームを連結している連結部と、を備え、前記測定用電極は前記連結部上に配線してあることを特徴とする請求項１に記載の水晶ウエハ。

【請求項3】

前記凹部を前記フレームの一方の面に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶ウエハ。

【請求項4】

前記凹部を前記フレームの双方の面に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶ウエハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水晶振動子用の水晶振動片を多数備えた水晶ウエハに関する。

【背景技術】

【0002】

水晶振動子の小型化が進むに従い、水晶振動子用の水晶振動片は、フォトリソグラフィ技術によって、ウエハの状態で製造されることが増えている。すなわち、所定のカットの水晶ウエハ素板に、フォトリソグラフィ技術及び成膜技術を用いて、水晶振動子用の水晶振動片を、典型的にはマトリクス状に、多数形成することが増えている。

【0003】

水晶振動子用の水晶振動片をマトリクス状に多数備えた水晶ウエハの従来例は、例えば、特許文献１、特許文献２等に記載されている。以下、特許文献２に開示された水晶ウエハに着目し、かつ、図６を参照して、従来の水晶ウエハの概要について説明する。ここで、図６（Ａ）は、水晶振動子用の水晶振動片８０ａがフレーム８０ｂに連結された状態で多数形成された水晶ウエハ８０の平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中の１個の水晶振動片８０ａおよびその近傍のフレーム８０ｂに着目した拡大平面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）中の破線Ｐ又は破線Ｑに沿う部分的な断面図である。

【0004】

水晶振動子を製造する場合、完成した水晶ウエハ８０から各水晶振動片８０ａが、図６（Ｂ）中の破線Ｒを境にして折り取られ、水晶振動子用の容器（図示せず）に実装されて、最終的な水晶振動子が製造される。ただし、水晶振動片８０ａの折り取りがされる前に、水晶ウエハ８０の状態で、各水晶振動片８０ａの特性検査が行われることが多い。そのため、各水晶振動片８０ａからフレーム８０ｂに、測定用電極８０ｃを引き回してある。具体的には、水晶振動片８０ａの励振用電極８０ｄから引出電極８０ｅを経て測定用電極８０ｃがフレーム８０ｂに引き回してある。そして、測定用電極８０ｃに、測定プローブ（図示せず）を当てて、目的の特性検査が行われる。
また、水晶ウエハ８０から折り取られ個片化された水晶振動片８０ａは、引出電極８０ｅの位置で水晶振動子用の容器（図示せず）に導電性接着剤等によって接続固定される。

【0005】

ところで、水晶振動片８０ａを多数備えた水晶ウエハの中には、厚み滑り振動で振動する水晶振動片を備えたものがある。厚み滑り振動する水晶振動片の場合、水晶振動片の周波数が高くなるに従い水晶振動片の振動領域の厚さは薄くなるので、振動領域の厚さが薄くなることによる水晶ウエハの破損等を軽減するために、フレームは水晶ウエハ素板のときの厚さＴ（図６（Ｃ）参照）のままにし、水晶振動片８０ａの領域のみをフレーム８０ｂの厚みより薄い、振動周波数に応じた厚さｔ（＜Ｔ）にする構造が採られる場合がある（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２－１４２９０９号公報

【特許文献2】特開２０１６－１９７７７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、水晶振動片の厚みがフレームの厚みより薄くされた構造を有した水晶ウエハ８０の場合、以下に説明するような問題が生じることがある。
水晶振動子用の水晶振動片８０ａを多数備えた水晶ウエハ８０では、ウエハ状態で特性検査ができるよう、上記したように、それぞれの水晶振動片８０ａから特性検査用の測定用電極８０ｃを、フレーム８０ｂに引き回す。しかし、フレーム８０ｂと水晶振動片８０ａとの境界部分に、両者の厚みが違うことに起因する段差８０ｆ（図６（Ｃ）参照）が生じる。しかも、この段差８０ｆの稜線８０ｆａは、水晶の結晶性からナイフエッジ状になるため、測定用電極８０ｄによるカバレージが難しく、段差８０ｆの稜線８０ｆａの箇所で、測定用電極８０ｃの断線が起きやすい。断線が起きると、フレーム８０ｂ上の測定用電極８０ｃに測定用プローブを当てても目的の測定ができない。従って、水晶振動片８０ａ自体は正常であっても不良と誤測定されてしまう。
この出願は上記の点に鑑みなされたものであり、従ってこの発明の目的は、水晶振動子用の水晶振動片を多数備えた水晶ウエハであって、水晶振動片の厚みがフレームの厚みより薄い水晶ウエハにおいて、ウエハ状態で水晶振動片の特性検査を所望の通り行える構造を有した水晶ウエハを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的の達成を図るため、この発明によれば、水晶振動子用の多数の水晶振動片と、これら水晶振動片を連結していて水晶振動片の厚さより厚みが厚いフレームと、水晶振動片それぞれからフレームに個別に引き出されていて、水晶振動片の特性検査のための測定用電極と、を備える水晶ウエハにおいて、
フレームの表裏面の少なくとも一方の面の、水晶振動片それぞれに近接する領域に、底面が水晶振動片の主面と面一になっている凹部を備え、かつ、前記測定用電極は前記凹部を含む領域に設けてあることを特徴とする。

【0009】

この水晶ウエハの発明を実施するに当たり、水晶ウエハの、水晶振動片とフレームとの境界領域に設けられ水晶振動片を水晶ウエハから折り取るためのスリットと、このスリットの両端に水晶振動片及びフレームを連結している連結部と、を備え、前記測定用電極は前記連結部に配線してあることが好ましい。
この水晶ウエハの発明を実施するに当たり、前記凹部を前記フレームの一方の面に備えることが好ましい。
この水晶ウエハの発明を実施するに当たり、前記凹部を前記フレームの双方の面に備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

この発明の水晶ウエハによれば、フレームの所定領域に、底面が水晶振動片の主面と面一である凹部を備え、かつ、この凹部を含む領域に測定用電極を設けてあるので、測定用電極は水晶振動片からフレームの所定領域まで連続した平面に設けられたものになる。すなわち、測定用電極は水晶振動片から段差を経由することなくフレームに引き出される構造になる。従って、従来は水晶振動片とフレームとの境界の段差があったために生じるおそれがあった測定用電極の断線を、本発明では防止できる。さらに、測定用電極、引出電極及び励振用電極は面一の面に設けられる構造になるので、これら電極をパターニングする精度も向上する。
また、水晶ウエハの、水晶振動片とフレームとの境界領域に水晶振動片を水晶ウエハから折り取るためスリットを備え、かつ、このスリットの両端に水晶振動片とフレームとを連結している連結部を備える構成の場合、水晶振動片の水晶ウエハからの折り取りを良好に行えると共に、水晶振動片と凹部との境界領域の配線引き回しも良好に行えるので、好ましい。
また、凹部をフレームの表裏面の一方の面に設ける構成の場合、フレームの厚みが薄くなる箇所はフレームの一方の面の凹部を設けた部分のみで済むので、フレームの強度の低下を抑えることができるため、好ましい。
また、凹部をフレームの表裏面の双方の面に設ける構成の場合、測定用電極を形成する面が増えるので、測定用電極を形成する自由度が高まるので、好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態の水晶ウエハ１０の説明図である。

【図2】第１の実施形態の水晶ウエハ１０の、特に測定用電極の周辺部分の断面構造の説明図である。

【図3】第１の実施形態の水晶ウエハ１０から水晶振動片１０ａを個片化する工程の説明図である。

【図4】他の実施形態の説明図である。

【図5】さらに他の実施形態の説明図である。

【図6】従来技術および課題の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照してこの発明の水晶ウエハの実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

【0013】

１． 第１の実施形態の水晶ウエハ
図１及び図２は、第１の実施形態の水晶ウエハ１０の説明図である。特に、図１（Ａ）は、水晶ウエハ１０の平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＭ部分、すなわち２個の水晶振動片１０ａおよびその付近のフレーム１０ｂの部分を拡大した平面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）中のＮ部分、すなわち１個の水晶振動片１０ａとフレーム１０ｂとの境界付近を拡大して示した斜視図である。また、図２（Ａ）は、図１（Ｃ）中のＰ－Ｐ線に沿った断面図、図２（Ｂ）は、図１（Ｃ）中のＱ－Ｑ線に沿った断面図である。

【0014】

第１の実施形態の水晶ウエハ１０は、平面形状が丸形のＡＴカット水晶ウエハの例を示している。なお、図１（Ａ）に示した座標軸Ｘ，Ｙ′、Ｚ′は、それぞれＡＴカットの水晶ウエハ１０での水晶の結晶軸を示す。なお、ＡＴカット水晶片自体の詳細は、例えば、文献：「水晶デバイスの解説と応用」。日本水晶デバイス工業会２００２年３月第４版第７頁等に記載されているので、ここではその説明を省略する。

【0015】

第１の実施形態の水晶ウエハ１０は、水晶振動子用の多数の水晶振動片１０ａと、これら水晶振動片１０ａを連結していて水晶振動片１０ａの厚さより厚みが厚いフレーム１０ｂと、水晶振動片１０ａそれぞれからフレーム１０ｂに個別に引き出されていて、水晶振動片１０ａの特性検査のための測定用電極１０ｃと、を備えている。すなわち、各水晶振動片１０ａは、フレーム１０ｂに、片持ち支持されており、かつ、各水晶振動片１０ａそれぞれからフレーム１０ｂに測定用電極１０ｃが引き出されている。
しかも、第１の実施形態の水晶ウエハ１０は、フレーム１０ｂの表裏面の一方の面の、水晶振動片１０ａそれぞれに近接する領域に、底面１０ｄａが水晶振動片１０ａの主面１０ａａと面一になる凹部１０ｄを備えている（図１（Ｃ）、図２（Ａ）、（Ｂ）参照）。そして、測定用電極１０ｃは凹部１０ｄを含む領域に設けてある。
なお、水晶振動片１０ａそれぞれは、表裏に設けた励振用電極１０ｆと、それぞれの励振用電極１０ｆから水晶振動片１０ａのフレーム１０ｂ側の端部に引き出した引出電極１０ｇと、を備えている。そして、図１（Ｃ）に示すように、水晶ウエハ１０の裏面側の引出電極から、水晶ウエハ１０の表面側の測定用電極への配線は、スリット１０ｅａの内壁及びスリット１０ｅａの両端の連結部１０ｅｂを介して、実施してある。

【0016】

ここで、フレーム１０ｂの厚さは、Ｔとしてあり、水晶振動片１０ａの厚さは、ｔ（＜Ｔ）としてある。フレーム１０ｂ厚さＴは、これに限らないが、例えば８０～１５０μｍ程度である。水晶振動片１０ａの厚さｔは、水晶振動片１０ａの周波数によって決まる厚さである。
また、凹部１０ｄの平面形状は四角形状が好ましい。四角形状であると、特性検査時のプロービングが行い易いからである。また、凹部１０ｄの面積は、測定プローブのプロービングに必要な面積としてある。例えば、図１（Ｃ）に示したように、水晶のＸ軸に沿う方向の寸法をａ、水晶のＺ′軸に沿う寸法をｂと表した場合、これに限られないが、寸法ａは、例えば５０～１７０μｍ、寸法ｂは、例えば１００～５００μｍから選ばれた値が好ましい。
さらに、この実施形態の水晶ウエハ１０は、水晶振動片１０ａとフレーム１０ｂとの境界領域に、水晶振動片１０ａを水晶ウエハ１０から折り取るためのスリット１０ｅａを有し、かつ、スリット１０ｅａの両側が水晶振動片１０ａとフレ―ム１０ｂとを繋ぐ連結部１０ｅｂとなっている、折り取り部１０ｅを備えている。従って、測定用電極１０ｃは、厳密には、連結部１０ｅｂの箇所で、水晶振動片１０ａ側の引出電極１０ｇと面一の構造となっている。

【0017】

第１の実施形態の水晶ウエハ１０の場合、ウエハ状態で特性検査をする際は、特性検査機のプローブ（図示せず）を、凹部１０ｄ内の測定用電極１０ｃに当てて行う。測定用電極１０ｃは、凹部１０ｄの作用で、水晶振動片１０ａの主面１０ａａと面一の面上に存在するため、測定用電極１０ｃでは、段差に起因する断線は生じることがないから、特性検査を正確に実施できる。
なお、この水晶ウエハ１０から、水晶振動片１０ａを折り取る際は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、水晶振動片１０ａに所定の力を加えることで、スリット１０ｅａを含む線Ｒに沿った領域で折り取ることで、目的の折り取りを容易に行える。

【0018】

２． 第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明する。図４はその説明図であって、図２（Ａ）に対応する要部断面図である。
第１の実施形態第では、フレーム１０ｂの表裏面のうち一方の面のみに凹部１０ｄを設けていたのに対し、第２の実施形態の水晶ウエハ２０の特徴は、フレーム１０ｂの表裏面の双方に、凹部１０ｄを設けた点である。ただし、図４の例では、測定用電極１０ｃは、フレーム１０ｂの一方の凹部を含む領域にのみに設けある。なお、測定用電極１０ｃは、フレーム１０ｂの表裏の双方の凹部を含む領域に設けても良い。フレームの表裏に凹部を設けた場合、測定用電極を形成する面が増えるので、測定用電極を形成する自由度が高まるので、好ましい。

【0019】

３． 第３の実施形態
次に、第３の実施形態について説明する。図５はその説明図であって、図１（Ｃ）に対応する要部斜視図である。
第１の実施形態及び第２の実施形態では、１個の水晶振動片１０ａに対し、フレーム１０ｂの一方の面に２個の凹部１０ｄを設けていたのに対し、第３の実施形態の水晶ウエハ３０では、フレーム１０ｂの一方の面に１個の凹部１０ｄを設け、この１個の凹部を含む領域に２つの測定用電極１０ｃを設けたものである。
２つの測定用電極に対し、凹部１０ｄを共通化したので、凹部を２個個別に設ける場合に比べ、凹部の平面積を拡張し易いので、好ましい。

【0020】

４． 他の実施形態
上述した実施形態では、測定用電極は凹部内に設けた例を示しているが、測定用電極は、凹部内から凹部周囲のフレーム上に及んで設けても良い。
また、水晶ウエハとしてＡＴカット水晶ウエハを例示したが、水晶ウエハは、他のカットのもの、例えばＺカットとか２回回転カットのものでも良い。また、水晶ウエハの平面形状は丸形に限られず四角形等、他の形状でも良い。
また、実施形態では、水晶振動片１０ａの引出電極１０ｇを水晶の＋Ｘ側とした例を示しているが、引出電極１０ｇを－Ｘ側に引き出した場合でも良い。さらには、水晶振動片のＺ′軸に沿う端部が支持部とされる水晶振動片を多数備える水晶ウエハに対しても、本発明は適用できる。

【符号の説明】

【0021】

１０:第１の実施形態の水晶ウエハ、 １０ａ：水晶振動片、
１０ａａ：水晶振動片の主面 １０ｂ：フレーム、
１０ｃ：測定用電極、 １０ｄ：凹部、
１０ｄａ：凹部の底面 １０ｅ：折り取り部
１０ｅａ：スリット、 １０ｅｂ：連結部、
１０ｇ：引出電極、 １０ｆ：励振用電極
２０：第２の実施形態の水晶ウエハ、 ３０：第３の実施形態の水晶ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】