(57)【要約】【課題】簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる振動素子、振動子及び振動素子の製造方法を提供する。【解決手段】水晶片１１と、水晶片１１を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、一対の励振電極に電気的に接続された一対の接続電極と、を備える水晶振動素子の製造方法であって、水晶片１１における一対の接続電極が設けられる領域の少なくとも一部に第１金属層１１０を形成することと、第１金属層１１０の上を含み、少なくとも一対の励振電極及び一対の接続電極がそれぞれ設けられる水晶片１１の領域に第２金属層１２０を形成することと、第１金属層１１０及び第２金属層１２０が設けられている領域に対して加熱することと、を含み、第１金属層１１０は、第２金属層１２０よりも融点が低い材料からなり、加熱することは、第１金属層１１０にヒロック１３０を形成することを含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動片と、前記振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極に電気的に接続された一対の接続電極と、を備える振動素子の製造方法であって、
前記振動片における前記一対の接続電極が設けられる領域の少なくとも一部に第１金属層を形成することと、
前記第１金属層の上を含み、少なくとも前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極がそれぞれ設けられる前記振動片の領域に第２金属層を形成することと、
前記第１金属層及び前記第２金属層が設けられている領域に対して加熱することと、を含み、
前記第１金属層は、前記第２金属層よりも融点が低い材料からなり、
前記加熱することは、前記第１金属層にヒロックを形成することを含む、振動素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１金属層は、前記第２金属層よりも融点が低い材料からなる、請求項１に記載の振動素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１金属層の厚みは、５００ｎｍ以上５μｍ以下である、請求項１又は２に記載の振動素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１金属層は、Ａｌ層であり、
前記第２金属層は、Ａｕ層である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項５】
前記ヒロックを形成することは、２００℃以上３５０℃以下の熱処理を行うことを含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項６】
前記ヒロックを形成することは、０．５℃／ｓ以上の昇温速度を用いて加熱することを含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１金属層を形成する前に、少なくとも前記振動片における前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極がそれぞれ設けられる前記振動片の領域に、下地層を形成することをさらに含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項８】
少なくとも前記振動片における前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極がそれぞれ設けられる前記振動片の領域に形成されている下地層、前記第１金属層及び前記第２金属層をパターニングすることにより、前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極を形成することをさらに含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項９】
前記振動片は、水晶片である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
【請求項１０】
振動片と、
前記振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、
前記一対の励振電極に電気的に接続され、少なくとも一部に第１金属層を含む一対の接続電極と、
を備え、
前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極のそれぞれは、第２金属層を有し、
前記一対の接続電極の前記少なくとも一部において、前記第２金属層が、前記第１金属層の上に設けられ、前記第１金属層は前記第２金属層よりも融点が低い材料からなり、前記第２金属層の表面に凹凸部が形成された、
振動素子。
【請求項１１】
前記第２金属層は、Ａｕ層であり、
前記第１金属層は、Ａｌ層であり、
前記第１金属層の厚みは、５００ｎｍ以上５μｍ以下である、請求項１０に記載の振動素子。
【請求項１２】
前記振動片は、水晶片である、請求項１０又は１１に記載の振動素子。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の振動素子と、
厚み方向の一方側にて、導電性保持部材を介して前記振動素子の前記凹凸部と連結することで、前記振動素子を励振可能に支持するベース部と、
前記厚み方向の他方側にて、前記振動素子を覆う蓋部と、
を備える、振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子、振動子及び振動素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水晶振動子の小型化に伴い、水晶振動素子とそれを収容するケースの内面との間隙が狭くなっている。そのため、水晶振動素子とベース部との接合が不良である場合に、水晶振動素子がケース内面と接触しやすくなる。その結果、水晶振動素子の自由振動が阻害されて、水晶振動子の振動特性に影響が生じてしまう。このため、良好な接合性を有する水晶振動素子が求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、導電性接着剤の濡れ広がりを抑えるために、振動領域と、該振動領域と連設一体化された被接続領域と、を備えた圧電基板であって、被接続領域の一面には、凹部、或いは貫通穴から成る接着剤収容部を形成したことを特徴とする圧電基板が開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、水晶振動素子の接合強度を高めるために、両主面の励振電極から引出電極の延出した外周部を導電性接着剤によって実装基板の水晶端子上に固着してなる水晶振動子において、引出電極の延出した水晶片の外周部に平面方向の凹凸を設けたことを特徴とする水晶振動子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８８６４４号公報
【特許文献２】特開２００８−１０９５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の圧電基板及び特許文献２の水晶振動子とも、水晶片自体に導電接着剤を浸入させるための凹凸を加工している。また、このような場合において、導電接着剤流れ込み量及び接合強度を調整するために、精密な加工、すなわちフォトリソ及びエッチングプロセスを実施する必要がある。よって、加工の工夫やコストが増大され、生産性が悪くなってしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて発明されたものであり、本発明の目的は、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる振動素子、振動子及び振動素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る振動素子の製造方法は、振動片と、振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、一対の励振電極に電気的に接続された一対の接続電極と、を備える振動素子の製造方法であって、振動片における一対の接続電極が設けられる領域の少なくとも一部に第１金属層を形成することと、第１金属層の上を含み、少なくとも一対の励振電極及び一対の接続電極がそれぞれ設けられる振動片の領域に第２金属層を形成することと、第１金属層及び第２金属層が設けられている領域に対して加熱することと、を含み、第１金属層は、第２金属層よりも融点が低い材料からなり、加熱することは、第１金属層にヒロックを形成することを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる振動素子、振動子及び振動素子の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本実施形態に係る水晶振動素子の製造方法を説明するためのフローチャート図である。
【図４Ａ】図３のステップＳ１１に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。
【図４Ｂ】図３のステップＳ１２に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。
【図４Ｃ】図３のステップＳ１３に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。
【図４Ｄ】図３のステップＳ１４に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。
【図４Ｅ】図３のステップＳ１５に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。
【図５】本実施形態に係るヒロックの形状を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係る昇温速度とヒロック数との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
［実施形態］
＜水晶振動子１＞
まず、図１及び図２を参照しつつ、本実施形態に係る水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｕｎｉｔ）１を説明する。ここで、図１は、水晶振動子１の分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、図２において、水晶振動素子１０の各種電極の図示は省略されている。
【００１２】
本実施形態に係る水晶振動子１は、圧電振動子の一例である。この水晶振動子１は、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）１０と、蓋部２０と、ベース部３０とを備える。ここで、水晶振動素子１０は圧電振動素子の一例である。蓋部２０及びベース部３０は封止容器を構成する。また、水晶振動子１は、導電性保持部材３６ａ，３６ｂと、封止枠３７と、接合部材４０とをさらに備える。
【００１３】
水晶振動素子１０は導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部３０に搭載されている。また、蓋部２０は、封止枠３７及び接合部材４０を介して水晶振動素子１０を覆うようにベース部３０と接合されている。こうして、水晶振動素子１０が、蓋部２０及びベース部３０によって構成される封止容器の内部空間２６に収容して封止される。
【００１４】
水晶振動素子１０は、板状をなしている。また、水晶振動素子１０は、水晶片１１と、この水晶片１１に形成されている一対の励振電極１４ａ，１４ｂ、接続電極１６ａ，１６ｂ及び引出電極１５ａ，１５ｂとを備える。
【００１５】
水晶片１１は、振動片の一例であり、例えば、ＡＴカットの水晶片であり、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＺ´面」とする。他の軸によって特定される面についても同様である。）を主面として人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ）から切り出されたものである。ＡＴカットの水晶片１１を採用する水晶振動素子１０は、厚みすべり振動モードを主要振動とする。また、本実施形態に係る水晶片１１では、厚み方向がＹ´軸方向と平行する。このＹ´軸方向に沿って水晶片１１を平面視すると、水晶片１１のＸＺ´面の形状は矩形状をなしており、長辺がＸ軸方向と平行し、短辺がＺ´軸方向に平行する。なお、本実施形態では、圧電基板の材料を水晶のような単結晶構成を有する圧電体として説明したが、圧電基板の材料はセラミックス等の多結晶構成を有する圧電体であってもよい。
【００１６】
なお、以下の説明では、ＡＴカットのＸＹ´Ｚ´軸方向を基準として水晶振動子１の各構成を説明する。また、特別な説明がない場合において、「平面視する」は、水晶振動子１（各構成）の厚み方向（Ｙ´軸方向）に沿ってこれらの構成を平面視することを意味する。二つ以上の軸方向に沿ってこれらの構成を平面視する場合は、方向を区別するために、「ＸＺ´面において」、「ＸＹ´面において」、「Ｙ´Ｚ´面において」と記載する。また、水晶振動素子１０、蓋部２０及びベース部３０が組み立てられて水晶振動子１を構成する状態を「組立状態」とすることがある。
【００１７】
また、水晶片１１は、板状部材である。この水晶片１１は、厚み方向の両側に、互いに対向するＸＺ´面である第１主面１２a及び第２主面１２ｂと、第１主面１２a又は第２主面１２ｂに対して垂直に形成されている側面１２ｃとを有する。
【００１８】
一対の励振電極１４ａ，１４ｂは、電圧が印加されることで水晶片１１を厚みすべり振動をさせるための電極であり、それぞれの励振電極１４ａ，１４ｂは互いに同じ構成をなしている。また、励振電極１４ａ，１４ｂは、水晶片１１を挟んで互いに対向するように第１主面１２a及び第２主面１２ｂに設けられている。言い換えれば、励振電極１４ａ，１４ｂは、平面視する場合において、実質的に全体が略重なり合うように配置されている。なお、一対の励振電極１４ａ，１４ｂを区別しない場合では、「励振電極１４」とする。
【００１９】
接続電極１６ａ，１６ｂは、水晶振動素子１０をベース部３０の接続電極３３ａ，３３ｂに電気的に接続するための端子である。また、接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂは、水晶片１１の第２主面１２ｂのＸ軸負方向側の短辺に沿って配列されている。こうして、水晶振動素子１０では、水晶片１１の接続電極１６ａ，１６ｂが設けられている短辺端が固定端となり、その他の端が自由端となっている。すなわち、水晶振動素子１０（水晶片１１）は、片持構成を有する。なお、以下の説明では、接続電極１６ａ，１６ｂを区別しない場合では、「接続電極１６」とする。
【００２０】
引出電極１５ａは、励振電極１４ａを接続電極１６ａに電気的に接続するための電極であり、引出電極１５ｂは、励振電極１４ｂを接続電極１６ｂに電気的に接続するための電極である。具体的には、引出電極１５ａは、第１主面１２ａにある励振電極１４ａと第２主面１２ｂにある接続電極１６ａとを連結するように形成され、引出電極１５ｂは、第２主面１２ｂにある励振電極１４ｂ及び接続電極１６ｂを連結するように形成されている。なお、引出電極１５ａ，１５ｂを区別しない場合では、「引出電極１５」とする。
【００２１】
また、励振電極１４、引出電極１５及び接続電極１６とも、複数層を有する金属膜である。励振電極１４、引出電極１５及び接続電極１６の詳細について、後述する。
【００２２】
蓋部２０は、ベース部３０と接合する側に開口が形成されている箱状をなしており、平面視形状が水晶振動素子１０の平面視形状よりも大きく形成されている矩形状である。この蓋部２０は、天面部２１と、この天面部２１の外縁から突起するように形成されている側壁部２２とを有する。また、蓋部２０は、天面部２１、側壁部２２の内側の面によって構成される凹状の内面２４を有する。この内面２４におけるＸＹ´Ｚ´軸方向の各寸法は、水晶振動素子１０に比べて、大きく形成されている。
【００２３】
ここで、蓋部２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属等の導電材料で構成される。これによれば、蓋部２０を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。また、蓋部２０は、γ線よりも波長が大きい任意の波長帯の照射光を遮断する材料によって構成されてもよい。さらに、蓋部２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。
【００２４】
ベース部３０は、平板な板状をなしており、平面視形状が蓋部２０の平面視形状よりも大きく形成されている矩形状である。また、ベース部３０は、水晶振動素子１０を励振可能に支持するものであり、基体３１と、この基体３１に設けられている複数の電極とを有する。複数の電極は、接続電極３３ａ，３３ｂ、ビア電極３４ａ，３４ｂ及び外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを含む。
【００２５】
基体３１は、絶縁性セラミック、例えばアルミナである複数のシートを積層して焼結した焼結体である。あるいは、基体３１は、ガラス材料、水晶材料又はガラスエポキシ樹脂等で形成してもよい。ガラス材料は、例えば、ケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料である。水晶材料は、例えばＡＴカット水晶である。ここで、基体３１は、耐熱性材料から構成されることが好ましい。さらに、基体３１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、最表層に形成された絶縁層を含む。
【００２６】
また、基体３１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面３２ａと、第２主面３２ｂと、基体３１のＸ軸負方向側の短辺付近にかつこの基体３１をＹ´軸方向に貫通する２つのビアホール３２ｃとを有する。組立状態において、第１主面３２ａは、蓋部２０の内面２４に向かって、この内面２４とともに水晶振動素子１０を収容する内部空間２６を構成する。第２主面３２ｂは、図示しない水晶振動子１が実装される実装基板に向かうように構成されている。
【００２７】
第１主面３２ａのＸ軸負方向側の短辺付近には、接続電極３３ａ，３３ｂが設けられている。第２主面３２ｂの４つの角部には、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが設けられている。２つのビアホール３２ｃには、ビア電極３４ａ，３４ｂが形成されている。また、外部電極３５ａは、ビア電極３４ａによって接続電極３３ａと電気的に接続され、外部電極３５ｂは、ビア電極３４ｂによって接続電極３３ｂと電気的に接続されている。このような電気的接続が図れるように、外部電極３５ａ，３５ｂは接続電極３３ａ，３３ｂに対してＹ´方向の対向位置に設けられている。
【００２８】
ここで、接続電極３３ａ，３３ｂ及び外部電極３５ａ乃至３５ｄは、いずれも金属膜であり、例えば下層から上層にかけてモリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層された構成されている。ビア電極３４ａ，３４ｂは、例えばビアホール３２ｃにモリブデン等の金属材料を充填して形成されている。
【００２９】
また、接続電極３３ａは、水晶振動素子１０の接続電極１６ａと電気的に接続するための端子であり、接続電極３３ｂは、水晶振動素子１０の接続電極１６ｂと電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ乃至３５ｄは、図示しない実装基板と電気的に接続するための端子である。本実施形態では、外部電極３５ａ，３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極であり、外部電極３５ｃ，３５ｄは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給されない電極である。また、外部電極３５ｃ，３５ｄには、図示しない実装基板上の他の電子素子の入出力信号も供給されない。あるいは、外部電極３５ｃ，３５ｄの少なくとも何れか一方は、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。接地用電極である外部電極に蓋部２０を接続することによって、蓋部２０のシールド効果向上を図ることができる。
【００３０】
導電性保持部材３６ａは、水晶振動素子１０の接続電極１６ａをベース部３０の接続電極３３ａに電極に電気的に接続する。同様に、導電性保持部材３６ｂは、水晶振動素子１０の接続電極１６ｂをベース部３０の接続電極３３ｂに電極に電気的に接続する。また、導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、例えば導電性接着剤が熱硬化して形成されたものである。本実施形態では、導電性保持部材３６によって、水晶振動素子１０は、ベース部３０の第１主面３２ａに励振可能に支持されている。なお、導電性保持部材３６ａ，３６ｂを、区別しない場合では、「導電性保持部材３６」とする。
【００３１】
封止枠３７は、接合部材４０とともに蓋部２０とベース部３０とを接合する。また、封止枠３７は、第１主面３２ａに形成され、平面視する場合において、接続電極３３ａ，３３ｂを囲むように接続電極３３ａ，３３ｂの外側に形成されている矩形の枠状をなしている。この封止枠３７は、導電性を有する金属膜等の材料、例えばモリブデン（Ｍｏ）層又はモリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層の積層によって構成されている。
【００３２】
接合部材４０は、封止枠３７とともに蓋部２０とベース部３０とを接合する。また、接合部材４０は、封止枠３７上に設けられている。この接合部材４０は、例えばろう部材であり、金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金等によって構成されている。こうして、蓋部２０とベース部３０とを金属接合とする。金属接合によれば、蓋部２０とベース部３０との封止性を向上させることができる。なお、接合部材４０は、導電材料に限らず、例えば低融点ガラス等のガラス接着材料又は樹脂接着剤等の絶縁性材料であってもよい。これによれば、金属に比べて酸化の影響が小さく、また加熱温度を抑えることができ、製造工程の簡易化を図ることができる。
【００３３】
本実施形態に係る水晶振動子１においては、ベース部３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、水晶振動素子１０の一対の励振電極１４ａ，１４ｂの間に交番電界を印加することにより、厚みすべり振動モード等の所定の振動モードによって水晶片１１が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
【００３４】
＜励振電極１４、引出電極１５及び接続電極１６の詳細＞
続いて、図１、図２及び図５を参照しつつ、本実施形態に係る励振電極１４、引出電極１５及び接続電極１６の詳細について説明する。図５は、本実施形態に係るヒロック１３０の形状を説明するための図である。ここで、引出電極１５ａは、励振電極１４と同じ材料を有する。また、引出電極１５ｂは、励振電極１４側の一部が励振電極１４の同じ材料を有し、接続電極１６側の他の一部が接続電極１６の同じ材料を有する。以下では、励振電極１４及び接続電極１６の材料を中心に説明し、引出電極１５の材料の説明を省略する。
【００３５】
励振電極１４は、二種類の金属によって構成された複数層を有する金属膜である。具体的には、図２に示すように、励振電極１４は、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂのそれぞれに設けられている下地層１００と、この下地層１００の上に設けられている第２金属層１２０とを有する。ここで、下地層１００は、例えば、Ｔｉ層又はＣｒ層である。第２金属層１２０は、主電極層を構成し、例えば、Ａｕ層である。また、励振電極１４の構成する下地層１００及び第２金属層１２０とも、第１主面１２ａまた第２主面１２ｂに沿って形成された平面膜である。
【００３６】
接続電極１６は、三種類の金属によって構成された複数層を有する金属膜である。具体的には、図２に示すように、接続電極１６は、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂのそれぞれに設けられている下地層１００と、下地層１００の上に設けられている第１金属層１１０と、第１金属層１１０に設けられている第２金属層１２０とを有する。接続電極１６の下地層１００と励振電極１４の下地層１００とは同じ構成であるため、説明を省略する。
【００３７】
接続電極１６の第１金属層１１０は、第２金属層１２０よりも融点が低い材料からなる。本実施形態に係る第１金属層１１０は、例えば、Ａｕ層である第２金属層１２０に対して、融点が低いＡｌからなるＡｌ層である。この第１金属層１１０に、図５に示すように、第２主面１２ｂから離れる方向に向かって突起している複数のヒロック１３０が形成されている。
【００３８】
ここで、ヒロック１３０の特徴を簡単に説明する。ヒロック１３０は、第１金属層１１０の表面に発生する半球状の突起物である。言い換えれば、ヒロック１３０は、加熱により、第１金属層１１０のＡｌ層の原子が圧縮応力によって結晶粒界の間から表面に押し出される現象である。このようなヒロック１３０の発生は、第１金属層１１０の厚みとの依存性がある。第１金属層１１０の厚みが薄くなると、圧縮応力緩和に必要な転位エネルギが大きくなり、ヒロック１３０は発生しにくくなる。このため、ヒロック１３０の発生を確保するために、第１金属層の厚みは、５００ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
接続電極１６の第２金属層１２０は、励振電極１４の第２金属層１２０と同じ材料を有するが、異なる表面形状を有する。この接続電極１６の第２金属層１２０は、接続電極１６の第１金属層１１０のヒロック１３０の発生によって、表面に凹凸部１４０が形成されている。この凹凸部１４０は、接続電極１６と導電性保持部材３６ａ，３６ｂとを接合する部分となる。また、凹凸部１４０によって、接続電極１６の表面積、すなわち、導電性保持部材３６ａ，３６ｂとの接触面積が大きくなっている。このため、凹凸部１４０によるアンカー効果を介して、接続電極１６と導電性保持部材３６ａ，３６ｂとの密着性が向上され、両者間の接合強度や、水晶振動素子１０が導電性保持部材３６ａ，３６ｂを保持する保持力が増大される。
【００４０】
＜水晶振動素子１０の製造工程＞
次に、図３乃至図６を参照しつつ、水晶振動素子１０の製造工程の一例について説明する。ここで、図３は本実施形態に係る水晶振動素子１０の製造方法を説明するためのフローチャート図である。図４Ａ乃至図４Ｅは、水晶振動素子１０の製造工程の一例を説明する図であり、図４Ａは、図３のステップＳ１１を説明する図であり、図４Ｂは、図３のステップＳ１２を説明する図であり、図４Ｃは、図３のステップＳ１３を説明する図であり、図４Ｄは、図３のステップＳ１４を説明する図であり、図４Ｅは、図３のステップＳ１５を説明する図である。また、図６は、本実施形態に係る昇温速度とヒロック１３０の数との関係を説明するための図である。
【００４１】
まず、水晶片１１を準備する（Ｓ１０）。
具体的には、水晶ウエハをウェットエッチング又はドライエッチングして、平板状の水晶片１１を形成する。
【００４２】
次に、水晶片１１の第１主面１２a及び第２主面１２ｂのそれぞれに下地層１００を形成する（Ｓ１１）。
本実施形態では、下地層１００は、励振電極１４、引出電極１５及び接続電極１６（図１参照）を構成する複数層を有する金属膜の下地層である。具体的には、図４Ａに示すように、ステップＳ１０において準備された平板状の水晶片１１に対して、第１主面１２a及び第２主面１２ｂのそれぞれに、スパッタ工法によって、Ｔｉ層又はＣｒ層である下地層１００を全面に形成する。
【００４３】
また、下地層１００の厚みは特に限定されていないが、後述する第１金属層と水晶片との密着性を確保するために、下地層１００は、数ｎｍの厚みを有することが好ましい。なお、以下の説明では、水晶片１１の第１主面１２ａに形成された下地層１００を「第１主面１２ａの下地層１００」とし、第２主面１２ｂに形成された下地層１００を「第２主面１２ｂの下地層１００」とする。
【００４４】
続いて、水晶片１１の第２主面１２ｂの下地層１００の上の一部領域に、第１金属層１１０を形成する（Ｓ１２）。
具体的には、ステップＳ１１において下地層１００が形成されてた水晶片１１に対して、水晶片１１における一対の接続電極１６が形成される領域以外の領域をメタルマスクで挟む。そして、図４Ｂに示すように、メタルマスクにカバーされていない第２主面１２ｂの下地層１００の上に、Ａｌ層である第１金属層１１０を形成する。この第１金属層の厚みは、５００ｎｍ以上５μｍ以下である。
【００４５】
ここで、第１金属層１１０の形成領域は、水晶片１１における一対の接続電極１６が形成される領域であるが、必ずしも一対の接続電極１６の大きさと完全に一致する必要がない。この第１金属層１１０の形成領域は、水晶片１１における一対の接続電極１６が形成される領域を含み、かつ励振電極１４によって励振される水晶片１１の部分が除かれた領域であればよい。
【００４６】
また、第１金属層１１０の形成方法は特に限定されていないが、低温で成膜する方法が好ましい。このような低温で成膜する方法を用いて第１金属層１１０を形成すると、他の形成方法に比べて、第１金属層１１０に印加される圧縮応力が大きい。なお、以下では、説明の便宜のために、第１金属層１１０が形成された第２主面１２ｂの下地層１００を「第２主面１２ｂの第１複数層」とし、この第２主面１２ｂの第１複数層のうちの第１金属層１１０が形成された部分を「第１複数層の第１金属層１１０部分」とし、第１金属層１１０が形成されていない部分を「第１複数層の下地層１００部分」とする。
【００４７】
続いて、水晶片１１の第１主面１２aの下地層１００及び第２主面１２ｂの第１複数層のそれぞれに、第２金属層１２０を形成する（Ｓ１３）。
本実施形態では、第２金属層１２０は、励振電極１４、引出電極１５及び接続電極１６（図１参照）を構成する複数層を有する金属膜の主電極層である。具体的には、図４Ｃに示すように、ステップＳ１１において形成された第１主面１２aの下地層１００と、ステップＳ１２において形成され第２主面１２ｂの第１複数層とのそれぞれの上に、スパッタ工法によって、Ａｕ層である第２金属層１２０を全面に形成する。
【００４８】
なお、以下の説明では、第２金属層１２０が形成された第１主面１２aの下地層１００を「第１主面１２aの第２複数層」とし、第２金属層１２０が形成された第２主面１２ｂの第１複数層を「第２主面１２ｂの第２複数層」とする。また、第２主面１２ｂの第２複数層のうちの、第１複数層の第１金属層１１０部分に対応する部分を「第２複数層の第１金属層１１０部分」とし、第１複数層の下地層１００部分に対応する部分を「第２複数層の下地層１００部分」とする。
【００４９】
続いて、水晶片１１の第１主面１２aの第２複数層及び第２主面１２ｂの第２複数層のそれぞれに対して、パターニング処理を実施する（Ｓ１４）。
具体的には、図４Ｄに示すように、ステップＳ１３において形成された第１主面１２aの第２複数層及び第２主面１２ｂの第２複数層のそれぞれに対して、フォトリソプロセスにて、励振電極１４、引出電極１５及び接続電極１６を所定の形状にパターニングする。そして、水晶片１１の第１主面１２ａに設けられている励振電極１４ａ及び引出電極１５ａ（図１参照）と、第２主面１２ｂに設けられている励振電極１４ｂ、引出電極１５ｂ、接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂとが形成される。
【００５０】
このように、励振電極１４ａ及び引出電極１５ａは、第１主面１２aの第２複数層によって形成されているため、下地層１００及び第２金属層１２０を有する。また、同様に、励振電極１４ｂ及び引出電極１５ｂの一部は、第２複数層の下地層１００部分によって形成されているため、下地層１００及び第２金属層１２０を有する。これらに対して、接続電極１６ａ、接続電極１６ｂ及び引出電極１５ｂの他の一部は、第２複数層の第１金属層１１０部分によって形成されているため、下地層１００、第１金属層１１０及び第２金属層１２０を有する。
【００５１】
その後、接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂに対して、加熱してヒロック１３０を形成する（Ｓ１５）。
具体的には、図４Ｅに示すように、ステップＳ１４において形成された接続電極１６ａ及び接続電極１６ｂに対して熱処理を行う。ここで、熱処理は、ヒロックを形成するための処理である。第１金属層１１０のＡｌ層が加熱されると、第１金属層１１０に印加される圧縮応力が、第１金属層１１０のＡｌ層の原子を結晶粒界の間から表面に押し出す駆動力に変換される。よって、第１金属層１１０のＡｌ層に、図５に示すように、半球状の突起であるヒロック１３０が形成される。また、それとともに、第１金属層１１０の上に形成されている第２金属層１２０は、このような第１金属層１１０のヒロック１３０の突起による力を受け、ヒロック１３０に対応する部分が同様に突起する。よって、第２金属層１２０の表面の凹凸部１４０が形成される。
【００５２】
また、本実施形態では、ヒロック１３０を形成するための熱処理の温度は、２００℃以上３５０℃以下である。このような熱処理の温度を採用することで、接続電極１６にヒロック１３０を十分に発生させることができるとともに、ヒロック１３０を発生させる熱が励振電極１４及び引出電極１５に影響を与えることを抑制することができる。すなわち、励振電極１４及び引出電極１５にヒロック１３０の発生を抑制することができる。
【００５３】
また、上述した加熱の温度範囲のみならず、加熱するときの昇温速度にもヒロック１３０の形成する数に影響を与える。例えば、図６に示すように、本実施形態に係る接続電極１６では、加熱しない場合、接続電極１６に発生したヒロック１３０の数は１個である。これに対して、０．５℃／ｓの昇温速度を採用する場合、接続電極１６に発生したヒロック１３０の数は２８個である。この数は、加熱しない場合の２８倍である。さらに、３℃／ｓの昇温速度を採用する場合、接続電極１６に発生したヒロック１３０の数は５３個である。この数は、加熱しない場合の５３倍であり、０．５℃／ｓの昇温速度を採用する場合の約２倍である。これらのことから、ヒロック１３０を形成するための熱処理は、０．５℃／ｓ以上の昇温速度を採用することが好ましい。また、３℃／ｓ以上昇温速度を採用することがより好ましい。
【００５４】
このような、本実施形態では、ヒロック１３０によって形成された凹凸部１４０を採用することで、凹凸部１４０が形成されていない場合に比べて、接続電極１６の表面は粗くなっている。すなわち、接続電極１６表面に凹凸部１４０の凹部によって形成されている空隙が増えている。こうして、水晶振動素子１０を、導電性保持部材３６等の導電性接着剤を介してベース部３０に接合するときに、導電性接着剤が水晶振動素子１０の接続電極１６の空隙に浸入して硬化する。これによって、凹凸部１４０が形成されていない場合に比べて、導電性接着剤と水晶振動素子１０との密着性が向上される。すなわち、本実施形態では、接続電極１６の表面粗さを増大させることによるアンカー効果で、導電性接着剤と水晶振動素子１０との密着強度を向上させて、水晶振動素子１０がベース部３０に接合されるときの接合強度及び水晶振動素子１０の保持強度を増大させることができる。つまり、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる。
【００５５】
また、ヒロック１３０及び凹凸部１４０は、接続電極１６を熱処理することで得られる構成であるため、高価なフォトリソプロセスを用いて水晶片１１を加工する必要がなく、加工の工夫やコストが低減されるとともに、構造自体が簡易になる。よって、生産性を向上することができる。
【００５６】
さらに、上述したように、発生するヒロック１３０の数は、加熱するときの昇温速度によって変わる。このため、必要な接合強度に応じて、昇温速度を制御することによって、接合強度を自由に調整することができる。例えば、高い接合強度が必要な場合に、昇温速度を加速すればよい。一方、接合強度を弱めたい場合に、昇温速度を遅らせればよい。このように、簡易な調整によって、接合強度の調整を実現することができる。
【００５７】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。
本発明の一実施形態に係る水晶振動素子１０の製造方法では、振動片と、振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、一対の励振電極に電気的に接続された一対の接続電極と、を備える振動素子の製造方法であって、振動片における一対の接続電極が設けられる領域の少なくとも一部に第１金属層を形成することと、第１金属層の上を含み、少なくとも一対の励振電極及び一対の接続電極がそれぞれ設けられる振動片の領域に第２金属層を形成することと、第１金属層及び第２金属層が設けられている領域に対して加熱することと、を含み、第１金属層は、第２金属層よりも融点が低い材料からなり、加熱することは、第１金属層にヒロックを形成することを含む。
上記方法によれば、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる。
【００５８】
また、上記方法において、第１金属層１１０は、第２金属層１２０よりも融点が低い材料からなる。
上記方法によれば、ヒロックを発生されることによって、良好な接合性を得ることができる。
【００５９】
また、上記方法において、第１金属層１１０の厚みは、５００ｎｍ以上５μｍ以下である。
上記方法によれば、容易にヒロックを発生させることができる。
【００６０】
また、上記方法において、第１金属層１１０は、Ａｌ層であり、第２金属層１２０は、Ａｕ層である。
上記方法によれば、ヒロックの発生を容易にすることができる。
【００６１】
また、上記方法において、ヒロックを形成することは、２００℃以上３５０℃以下の熱処理を行うことを含む。
上記方法によれば、接続電極にけるヒロックの発生を確保するとともに、励振電極におけるヒロックの発生を抑制することができる。
【００６２】
また、上記方法において、ヒロックを形成することは、０．５℃／ｓ以上の昇温速度を用いて加熱することを含む。
上記方法によれば、発生するヒロックの数を増加することによって、接合強度を向上することができる。
【００６３】
また、上記方法において、第１金属層１１０を形成する前に、少なくとも水晶片１１における一対の励振電極１４及び一対の接続電極１６がそれぞれ設けられる水晶片１１の領域に、下地層１００を形成することをさらに含む。
上記構成によれば、第１金属層と振動片との密着性を向上することができる。
【００６４】
また、上記方法において、下地層１００、第１金属層１１０及び第２金属層１２０をパターニングすることにより、一対の励振電極１４及び一対の接続電極１６を形成することをさらに含む。
上記方法によれば、励振電極及び接続電極を同時に形成することができ、生産性を向上することができる。
【００６５】
また、上記方法において、振動片の一例である水晶片１１の材料は、水晶である。
上記方法によれば、良好な接合性を有する水晶振動素子を得ることができる。
【００６６】
また、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子１０では、水晶片１１と、水晶片１１を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極１４と、一対の励振電極１４に電気的に接続され、少なくとも一部に第１金属層１１０を含む一対の接続電極１６と、を備え、一対の励振電極１４及び一対の接続電極１６のそれぞれは、第２金属層１２０を有し、一対の接続電極１６の少なくとも一部において、第２金属層１２０が、第１金属層１１０の上に設けられ、第１金属層１１０は第２金属層１２０よりも融点が低い材料からなり、第２金属層１２０の表面に凹凸部１４０が形成された。
上記構成によれば、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる。
【００６７】
また、上記構成において、第２金属層１２０は、Ａｕ層であり、第１金属層１１０は、Ａｌ層であり、第１金属層１１０の厚みは、５００ｎｍ以上５μｍ以下である。
上記構成によれば、容易にヒロックを発生させることができる。
【００６８】
また、上記構成において、振動片の一例である水晶片１１の材料は、水晶である。
上記構成によれば、良好な接合性を有する水晶振動素子を得ることができる。
【００６９】
また、本発明の一実施形態に係る水晶振動子１では、上述した本発明の何れか一つの実施形態に係る水晶振動素子１０と、厚み方向の一方側にて、導電性保持部材３６を介して水晶振動素子１０の凹凸部１４０と連結することで、水晶振動素子１０を励振可能に支持するベース部３０と、厚み方向の他方側にて、水晶振動素子１０を覆う蓋部２０と、を備える。
上記構成によれば、簡易な構成を用いて、振動素子と導電接着材との密着性を向上させて、良好な接合性を得ることができる。
【００７０】
［変形例］
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。以下では、本発明に係る変形例について説明する。
【００７１】
上記実施形態では、第１金属層１１０は、水晶片１１における接続電極１６が形成される領域に設けられるものとして説明したが、上記構成に限定されるものではなく、振動子の様々な用途に応じて、異なる領域に形成されるものであってもよい。例えば、ガスセンサのような表面吸着型センサ用の振動子では、第１金属層１１０が全ての電極部の下に配置されてもよい。このような配置方法によって、表面吸着型センサの感度を向上することができる。
【００７２】
上記実施形態では、第１金属層１１０がＡｌ層として説明したが、Ａｌ層に限定されるものではなく、他の低融点金属であってもよい。
【００７３】
上記実施形態では、第１金属層１１０が水晶振動素子１０の接続電極１６が有する構成として説明したが、上記構成に限定されるものではなく、例えば、第１金属層１１０がベース部３０の接続電極３３が有する構成であってもよい。また、第１金属層１１０が接続電極１６及び接続電極３３の両方が有する構成であってもよい。
【００７４】
上記実施形態では、振動片の一例である水晶片１１を、長辺がＸ軸と平行し、短辺がＺ´軸と平行するＡＴカット水晶片として説明したが、上記構成に限定されるものではなく、例えば、長辺がＺ´軸と平行し、短辺がＸ軸と平行するＡＴカット水晶片を適用してもよい。あるいは、主要振動が厚みすべり振動モードであれば、例えばＢＴカットなどのＡＴカット以外の異なるカットの水晶片であってもよい。ただし、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性が得られるＡＴカット水晶片が最も好ましい。また、振動片は、水晶片１１を採用せず、その他の厚み滑り振動を主振動とする材料を採用してもよい。
【００７５】
上記実施形態では、ベース部３０の接続電極３３ａ，３３ｂ、ビア電極３４ａ，３４ｂ及び外部電極３５ａ〜ｄの各構成の一例を説明したが、ベース部３０の接続電極３３ａ，３３ｂ、ビア電極３４ａ，３４ｂ及び外部電極３５ａ〜ｄの各構成は上記の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除くベース部３０の何れかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミー電極である他の外部電極３５ｃ，３５ｄは形成しなくてもよい。また、ベース部３０に第１主面３２ａから第２主面３２ｂへ引出電極を形成し、両者の電気的導通を図ってもよい。
【００７６】
上記実施形態では、ベース部３０が平板であり、蓋部２０が凹状であることとして説明したが、ベース部３０及び蓋部２０の形状は水晶振動素子１０を内部空間に収容することができれば特に限定されるものではなく、例えば、ベース部３０が凹状であり、蓋部２０が平板状であってもよい。また、ベース部３０及び蓋部２０は、水晶振動素子１０を内部空間に収容する構成ではなく、水晶振動素子１０をベース部３０及び蓋部２０の間に挟むことによって、水晶振動素子１０を保持してもよい。
【００７７】
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７８】
１…水晶振動子、１０…水晶振動素子、１１…水晶片、１１ａ…中央部、１１ｂ…周辺部、１１ｃ…突起部、１２ａ…第１主面、１２ｂ…第２主面、１４、１４ａ、１４ｂ…励振電極、１６、１６ａ、１６ｂ…接続電極、２０…蓋部、３０…ベース部、１００…下地層、１１０…第１金属層、１２０…第２金属層、１３０…ヒロック、１４０…凹凸部
【図１】
2020167584.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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