(57)【要約】【課題】  断線のおそれもなく安定した周波数をもつ圧電デバイスの製造方法及び圧電デバイスを提供することである。【解決手段】  圧電振動片の製造方法は圧電体ウエハから圧電振動片（２０）を形成する。その製造方法は、圧電振動片（３０）の形状を形成する形成工程（Ｓ１１０）と、圧電振動片の表面にＣｒの第１の金属膜を成膜する第１金属膜成膜工程（Ｓ１１４）と、第１の金属膜を酸化させる酸化工程（Ｓ１１６）と、酸化された第１の金属膜に、さらにＣｒの下地膜を成膜する下地膜成膜工程（Ｓ１１８）と、下地膜上にＡｕの第２の金属膜を成膜する第２金属膜成膜工程（Ｓ１２０）と、第１及び第２の金属膜に電極パタ−ンを形成する電極パタ−ン形成工程（Ｓ１２４）と、圧電振動片の所定箇所において電極パタ−ンの第２の金属膜を除去する除去工程（Ｓ１３０）と、を備えた。【選択図】    図４
2010135973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体ウエハから圧電振動片を形成する圧電振動片の製造方法であって、
前記圧電振動片の形状を形成する形成工程と、
前記圧電振動片の表面にＣｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｗ（タングステン）のうち少なくとも１つの金属により第１の金属膜を成膜する第１金属膜成膜工程と、
前記第１の金属膜を酸化させる酸化工程と、
酸化された第１の金属膜に、さらにＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの金属により下地膜を成膜する下地膜成膜工程と、
前記下地膜上にＡｕ（金）又はＡｇ（銀）のうち少なくとも１つの金属により第２の金属膜を成膜する第２金属膜成膜工程と、
前記第１及び前記第２の金属膜に電極パタ−ンを形成する電極パタ−ン形成工程と、
前記圧電振動片の所定箇所において前記電極パタ−ンの第２の金属膜を除去する除去工程と、
を備えたこと特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項２】
前記電極パタ−ン形成工程は、
前記第２の金属膜上にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
前記レジストを前記電極パタ−ンの形状に感光させる第１感光工程と、
感光されたレジストを除去し前記第１及び前記第２の金属膜をエッチングで除去する第１除去工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項３】
前記除去工程は、
前記第１除去工程を行った後でも残っているレジストに対して前記所定箇所の形状を感光させる第２感光工程と、
感光されたレジストを除去し前記第２の金属膜をエッチングで除去する第２除去工程と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項４】
前記圧電振動片は、基部と、この基部から伸びる一対の振動腕と、前記振動腕の両外側で前記基部から伸びる一対の支持腕と、この支持腕と連結するとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠とを有し、
前記所定箇所は前記支持腕であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項５】
前記電極パタ−ンは、前記振動腕に形成された励振電極と、前記基部、前記支持腕及び前記外枠に形成された引出電極と、前記外枠に形成され前記引出電極と導通する接続端子とを含み、
前記励振電極と前記接続端子とに前記第１及び前記第２の金属膜が形成され、それら以外は前記第１金属膜とその酸化膜のみが形成されていることを特徴とする請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項６】
励振電極が形成された一対の振動腕と、
前記振動腕と連結する基部と、
前記振動腕の両外側で前記基部から伸びる一対の支持腕と、
前記支持腕と連結するとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠と、
前記励振電極と導通し、前記基部、前記支持腕及び前記外枠に形成された引出電極と、を備え、
前記励振電極及び前記引出電極は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの第１の金属膜と、前記第１の金属膜が酸化された酸化膜と、前記酸化膜上に形成されたＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうちいずれか１つの金属により下地膜と、前記下地膜に形成されたＡｕ又はＡｇのうち少なくとも１つの金属の第２の金属膜とからなり、
前記引出電極の所定箇所において前記第２の金属膜が除去されていることを特徴とする音叉型圧電振動片。
【請求項７】
前記外枠に形成され前記引出電極と導通する接続端子とを含み、
前記接続端子に前記第１金属膜及び前記第２の金属膜が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項８】
励振電極が形成された一対の振動腕と、
前記振動腕と連結する基部と、
前記振動腕の両外側で前記基部から伸びる一対の支持腕と、
前記支持腕と連結するとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠と、
前記励振電極と導通し、前記基部、前記支持腕及び前記外枠に形成された引出電極と、
前記外枠に形成され前記引出電極と導通する接続端子と、
を備え、
前記励振電極、前記引出電極及び接続端子は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの第１の金属膜と、前記第１の金属膜が酸化された酸化膜と、前記酸化膜上に形成されたＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうちいずれか１つの金属により下地膜と、前記下地膜に形成されたＡｕ又はＡｇのうち少なくとも１つの金属の第２の金属膜とからなり、
前記引出電極と導通する側の前記接続端子において前記第２の金属膜が一部除去されていることを特徴とする音叉型圧電振動片。
【請求項９】
前記外枠に形成され前記引出電極と導通する接続端子とを含み、
前記接続端子は前記第２の金属膜が除去されていることを特徴とする請求項６に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
前記外枠の一面に接合されるリッドと、
前記外枠の他面に接合されるベースと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、表面実装用の圧電振動素子のパッケージ構造の改良に関し、共晶合金にて接合した圧電デバイスに発生し易い圧電振動素子の不具合を解消する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動素子も、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）が可能な圧電振動素子が要求されている。
【０００３】
従来、表面実装用にパッケージ化された圧電振動子を鉛フリーハンダにてプリント基板などに固定されるリフロー工程で、鉛フリーハンダの成分が圧電振動片の電極膜への拡散及び、電極膜の金（Ａｕ）を吸出しする現象が発生して発振周波数のバラツキが生じていた。この小型化した圧電振動素子のパッケージング工程で生じる発振周波数のバラツキを抑制する技術を必要としている。
【０００４】
圧電振動片の電極膜は下地がクロム層でその上に金層が形成された積層膜が慣用されている。特許文献１によれば、鉛フリーハンダなどで圧電振動子をプリント基板に固定する際の周波数変動の問題を解決するために、圧電振動片のリード部の側面及び主電極の側面を構成する金属膜の材料をクロムのみとして、金層を必要とするマウントパッド部及び錘部のみに金層を形成している。特許文献２によれば、圧電振動片のリード部側面及び主電極の側面を構成する金属膜の材料をクロム層のみとして、クロムの酸化防止及び配線のパターンがショートして水晶振動子が発振停止することを避けるためシリカ（ＳｉＯ２）からなる保護膜を形成している。
【特許文献１】特開２００３−２９８３８６
【特許文献２】特開２００６−２６２４５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、部分的に金層を形成する工程であるためにスパッタ又は真空蒸着の工程でマスクを毎回用意しなければならず明らかに工程数が増大し複雑化するため生産性の低下やコストアップを招く。特許文献２の方法では、振動腕の励振電極がクロム層のみの構成のためＣＩ値が高くなり周波数調整が難しくなっている。
【０００６】
特許文献１で開示された発明を逆に考えて、下地がクロム層でその上に金層が形成された積層膜から単純に金層のみを部分的にエッチングすることも考えられる。しかしクロム層と金層とからなる電極は、熱処理などによりクロムが金層に拡散している。金層のみを部分的にエッチングしようとすると、金層に拡散したクロムも金層とともにエッチングされ、クロム層は当初の１０％程度しか残らない。このためクロム層が極めて薄くなり断線のおそれが生じる。
【０００７】
本発明の目的は、簡易な方法で断線のおそれもなく安定した周波数をもつ圧電デバイスの製造方法及び圧電デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点の圧電振動片の製造方法は圧電体ウエハから圧電振動片を形成する。その製造方法は、圧電振動片の形状を形成する形成工程と、圧電振動片の表面にＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの金属により第１の金属膜を成膜する第１金属膜成膜工程と、第１の金属膜を酸化させる酸化工程と、酸化された第１の金属膜に、さらにＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの金属により下地膜を成膜する下地膜成膜工程と、下地膜上にＡｕ又はＡｇのうち少なくとも１つの金属により第２の金属膜を成膜する第２金属膜成膜工程と、第１及び第２の金属膜に電極パタ−ンを形成する電極パタ−ン形成工程と、圧電振動片の所定箇所において電極パタ−ンの第２の金属膜を除去する除去工程と、を備えた。
この構成により、第２の金属膜を除去する除去工程では圧電振動片の所定箇所において下地膜が同時に除去されることが多いが、酸化された第１の金属膜が確実に残る。このため除去工程を経ても電極パターンに断線が生じることが無い。また、封止する際の共晶金属や圧電デバイスをプリント基板にハンダ付け無鉛ハンダによる金属の拡散などにも対応することができる。したがって、安定した特性を持つ圧電振動片を形成することができる。
【０００９】
第２の観点の電極パタ−ン形成工程は、第２の金属膜上にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、レジストを電極パタ−ンの形状に感光させる第１感光工程と、感光されたレジストを除去し第１及び第２の金属膜をエッチングで除去する第１除去工程と、を有する。
【００１０】
第３の観点の除去工程は、第１除去工程を行った後でも残っているレジストに対して所定箇所の形状を感光させる第２感光工程と、感光されたレジストを除去し第２の金属膜をエッチングで除去する第２除去工程と、を有する。
残ったレジストを利用して除去工程を行うことができるため、余分な工程を増やすこと無く酸化された第１の金属膜のみを製造することができる。
【００１１】
第４の観点の圧電振動片は、基部と、この基部から伸びる一対の振動腕と、振動腕の両外側で基部から伸びる一対の支持腕と、この支持腕と連結するとともに基部及び振動腕を囲む外枠とを有し、所定箇所は支持腕である。
量産化しやすい支持腕や外枠を含む水晶フレームにおいて、支持腕に酸化された第１の金属膜のみを設けると、封止する際の共晶金属や圧電デバイスをプリント基板にハンダ付け無鉛ハンダによる金属の拡散などにも対応することができる。
【００１２】
第５の観点の電極パタ−ンは、振動腕に形成された励振電極と、基部、支持腕及び外枠に形成された引出電極と、外枠に形成され引出電極と導通する接続端子とを含み、励振電極と接続端子とに第１金属膜及び第２の金属膜が形成され、それら以外は第１金属膜とその酸化膜のみが形成されている。
【００１３】
第６の観点の音叉型圧電振動片は、励振電極が形成された一対の振動腕と、振動腕と連結する基部と、振動腕の両外側で基部から伸びる一対の支持腕と、支持腕と連結するとともに基部及び振動腕を囲む外枠と、励振電極と導通し、基部、支持腕及び外枠に形成された引出電極と、を備え、励振電極及び引出電極は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの第１の金属膜と、第１の金属膜が酸化された酸化膜と、酸化膜上に形成されたＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうちいずれか１つの金属により下地膜と、下地膜に形成されたＡｕ又はＡｇのうち少なくとも１つの金属の第２の金属膜とからなり、引出電極の所定箇所において第２の金属膜が除去されている。
第１の金属膜が酸化された酸化膜が形成されているために、引出電極の所定箇所において第２の金属膜が除去される際に下地膜が除去されても、第１の金属膜は確実に残る。
【００１４】
第７の観点の音叉型圧電振動片は、外枠に形成され引出電極と導通する接続端子とを含み、接続端子に第１金属膜及び第２の金属膜が形成されている。
【００１５】
第８の観点の音叉型圧電振動片は、励振電極が形成された一対の振動腕と、振動腕と連結する基部と、振動腕の両外側で基部から伸びる一対の支持腕と、支持腕と連結するとともに基部及び振動腕を囲む外枠と、励振電極と導通し、基部、支持腕及び外枠に形成された引出電極と、外枠に形成され引出電極と導通する接続端子と、を備える。そして、励振電極、引出電極及び接続端子は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの第１の金属膜と、第１の金属膜が酸化された酸化膜と、酸化膜上に形成されたＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうちいずれか１つの金属により下地膜と、下地膜に形成されたＡｕ又はＡｇのうち少なくとも１つの金属の第２の金属膜とからなり、引出電極と導通する側の接続端子において第２の金属膜が一部除去されている。
【００１６】
第９の観点の音叉型圧電振動片は、外枠に形成され引出電極と導通する接続端子とを含み、接続端子は第２の金属膜が除去されている。
【００１７】
第１０の観点の圧電デバイスは、第６又は第７の観点の音叉型圧電振動片と、外枠の一面に接合されるリッドと、外枠の他面に接合されるベースと、を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動片の励振電極と接続される接続電極とを導通する導通配線をＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗのうち少なくとも１つの第１の金属膜で形成しその第１金属膜に酸化膜が形成される。そして酸化膜の上に下地層と第２の金属膜とが形成されている。このため、第２の金属膜の一部をエッチングで除去しても、下地層が同時に除去されることがあるが、酸化膜の下の第１の金属膜は除去されることがない。また、スルーホールに共晶合金で封止を行っても、リフロー工程で共晶合金成分が圧電振動片の励振電極膜へ拡散することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜第１実施形態；第１圧電デバイス１００の構成＞
図１（ａ）は、表面実装（ＳＭＤ）タイプの第１圧電デバイス１００をリッド１０のリッド部側からみた図である。図１（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面で第１圧電デバイス１００の分離した状態を示した概略断面図である。
【００２０】
図１（ａ）に示されるように第１圧電デバイス１００は、リッド１０と、音叉型水晶振動片３０を備えた第１圧電水晶フレーム２０と、ベース４０との３層でパッケージ８０を形成している。ベース４０は、底面に第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備えている。第１圧電水晶フレーム２０の音叉型水晶振動片３０は、水晶外枠部２２と支持腕２５とを接続する部分に周波数調整するための接続部２６を形成している。第１圧電水晶フレーム２０は、水晶外枠部２２の両面に第１接続端子３５及び第２接続端子３６を備えている。
【００２１】
図１（ｂ）に示されるように第１圧電デバイス１００は、リッド１０にリッド用凹部１７を第１圧電水晶フレーム２０側の片面に有している。ベース４０にベース用凹部４７を第１圧電水晶フレーム２０側の片面に有している。ベース４０は、スルーホールＴＨと第１接続電極４２及び第２接続電極４４とを備えている。第１接続電極４２は、スルーホールＴＨのスルーホール配線１５を通じてベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続電極４４は、スルーホールＴＨのスルーホール配線１５を通じてベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。
【００２２】
第１圧電水晶フレーム２０の水晶外枠部２２の裏面に形成された第１接続端子３５及び第２接続端子３６は、それぞれベース４０の表面の第１接続電極４２及び第２接続電極４４に接続する。つまり、第１接続端子３５は第１外部電極４５と電気的に接続し、第２接続端子３６は第２外部電極４６と電気的に接続している。
【００２３】
第１圧電デバイス１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた第１圧電水晶フレーム２０を中心として、第１圧電水晶フレーム２０の上にリッド１０が接合され、第１圧電水晶フレーム２０の下にベース４０が接合される。ベース４０は第１圧電水晶フレーム２０に、リッド１０は第１圧電水晶フレーム２０にシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術により接合する。シロキサン結合後、スルーホールＴＨに封止材として金と他の金属との共晶合金７０を充填し、不図示の真空リフロー炉に保持し溶融して封止を行いパッケージ８０が形成される。共晶合金７０は例えば、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）、金・スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）及び金・シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）等が用いられる。なお、図１では１つの第１圧電デバイス１００が描かれているが、実際には水晶ウエハをシロキサン結合するため数千個の第１圧電デバイス１００が水晶ウエハ単位で製造される。
【００２４】
図１（ｂ）に示された第１外部電極４５及び第２外部電極４６は、スルーホールＴＨが共晶合金７０で充填された後、共晶合金７０を覆うように二重三重に金属膜を形成している。しかしながら必ずしも金属膜でスルーホールＴＨの共晶合金７０を覆う必要はない。
【００２５】
≪第１圧電水晶フレーム２０の構成≫
図２は、本発明の第１圧電水晶フレーム２０の上面図である。第１圧電水晶フレーム２０は、基部２３及び振動腕２１からなる音叉型水晶振動片３０と、第１引出電極３１及び第２引出電極３２を備えた水晶外枠部２２と、支持腕２５と、接続部２６とから構成され、同じ厚さの水晶基板で一体に形成されている。音叉型水晶振動片３０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。
【００２６】
一対の振動腕２１は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２１の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２１の表面には１箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に１箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２７が形成されている。溝部２７の断面は略Ｈ型に形成され、音叉型水晶振動片３０のＣＩ値を低下させる効果がある。なお音叉型水晶振動片３０は一本の振動腕２１に１箇所の溝部２７を形成しているが、複数箇所の溝部２７を形成しても周波数調整効果を持つことができる。
【００２７】
振動腕２１の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は金属膜を備えた錘部２８を形成している。錘部２８は振動腕２１に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をするために形成されている。
【００２８】
一対の支持腕２５は、基部２３の一端から振動腕２１が伸びる方向（Ｙ方向）に伸びている。一対の支持腕２５は、振動腕２１の振動を第１圧電デバイス１００の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００２９】
水晶外枠部２２は、接続部２６で支持腕２５と接続している。接続部２６は周波数を調整するために幅広（Ｙ方向）でＸ方向に伸びた設計をする。幅広に設計した接続部２６は最終工程でフェトム秒レーザー(不図示)等の切削技術を用いて接続部２６の一部を削り、所定の周波数になるように幅狭に加工することで、音叉型圧電振動片３０の特性を維持した第１圧電デバイス１００を製造することができる。
【００３０】
以上説明した第１圧電水晶フレーム２０の形状は、公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて水晶ウエハから形成される。次に第１圧電水晶フレーム２０に形成された電極について説明する。
【００３１】
第１圧電水晶フレーム２０は、支持腕２５と接続部２６とを経由して水晶外枠部２２から基部２３までの表面に、第１引出電極３１及び第２引出電極３２が形成されている。水晶外枠部２２に第１接続端子３５及び第２接続端子３６が形成されている。裏面も同様に支持腕２５と接続部２６とを経由して水晶外枠部２２から基部２３までの表面に第１引出電極３１及び第２引出電極３２が形成され、水晶外枠部２２に第１接続端子３５及び第２接続端子３６が形成されている。表裏面の第１接続端子３５及び第２接続端子３６は、それぞれ水晶外枠部２２の内側面で導通されている。
【００３２】
一対の振動腕２１は、表面、裏面及び側面に第１励振電極３３及び第２励振電極３４が形成されており、第１励振電極３３は第１接続端子３５につながっており、第２励振電極３４は第２接続端子３６につながっている。
【００３３】
第１接続端子３５及び第２接続端子３６は、１５０オングストローム〜７００オングストロームの第１クロム（Ｃｒ）層の上に酸化膜が形成されている。その上に薄い第２クロム層が形成され、その第２クロム層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。第１クロム層又は第２クロム層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）のうち少なくとも１つの金属膜を使用してもよく、また金層の代わりに銀（Ａｇ）層を使用してもよい。第１励振電極３３及び第２励振電極３４も同様に１５０オングストローム〜７００オングストロームの第１クロム（Ｃｒ）層の上に酸化膜が形成され、その上に薄い第２クロム層が形成され、その第２クロム層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金層が形成された構成である。錘部２８も同様である。
【００３４】
第１引出電極３１及び第２引出電極３２は、１５０オングストローム〜７００オングストロームの第１クロム（Ｃｒ）層及び酸化膜のみからなる。第１引出電極３１及び第２引出電極３２の形成工程は、図４と図５とを用いて後述する。
【００３５】
水晶外枠部２２に形成された第１接続端子３５及び第２接続端子３６は、リフロー工程でスルーホールＴＨ(図１参照)を共晶合金７０で封止を行う際に、共晶合金７０が金・ゲルマニューム（ＡｕＧｅ）であると、ゲルマニュームの成分が第１接続端子３５及び第２接続端子３６に拡散してくる。また金の成分が第１接続端子３５及び第２接続端子３６から共晶合金７０に吸い出される。
【００３６】
仮に、水晶外枠部２２の第１引出電極３１及び第２引出電極３２にクロム層及び金層の２層から成る金属膜を用いると仮定すると、リフロー工程でゲルマニュームが第１接続端子３５及び第２接続端子３６から第１引出電極３１及び第２引出電極３２を経由して、第１励振電極３３及び第２励振電極３４にも拡散する。逆に第１励振電極３３及び第２励振電極３４の金成分が共晶合金７０まで吸い出される。この結果、リフロー工程後の周波数は、リフロー前に比較して相対的に高くなりバラツキを生ずる。
【００３７】
第１引出電極３１及び第２引出電極３２が第１クロム層及び酸化膜のみからなると、ゲルマニューム成分の拡散又は金成分の吸い出しが遮断される。つまり、第１励振電極３３及び第２励振電極３４へゲルマニューム成分の拡散することがなく、第１励振電極３３及び第２励振電極３４から金成分の吸い出されることがない。この結果、リフロー工程後の大きな周波数のシフト発生が抑制される。
【００３８】
以上説明した励振電極及び引出電極は、公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて第１圧電水晶フレーム２０に電極が形成される。これらの処理を経て図２に示された第１圧電水晶フレーム２０が完成する。
【００３９】
＜第１圧電デバイス１００の製造工程＞
図３ないし図５は、図２で示した第１圧電水晶フレーム２０を使って図１に示した第１圧電デバイス１００を製造する工程を示したフローチャートである。図３は圧電振動片の外形形成の工程を示したフローチャートであり、図４は電極パターン形成の工程を示したフローチャートであり、図５は電極形成及びパッケージングの工程を示したフローチャートである。
【００４０】
≪圧電振動片の外形形成の工程≫
図３は圧電振動片の外形形成の工程を示したフローチャートである。
ステップ１０２では、所定の厚みに研磨し表面変質層が除去された水晶ウエハを用意する。水晶ウエハの全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての水晶ウエハには、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた耐蝕膜を使用する。
【００４１】
ステップＳ１０４では、クロム層および金層が形成された水晶ウエハに、フォトレジスト膜を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト膜としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。
【００４２】
次に、ステップＳ１０６では、不図示の露光装置を用いて、外形フォトマスクのパターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶ウエハに露光する。水晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶ウエハの両面に露光する。
【００４３】
ステップＳ１０８では、水晶ウエハのフォトレジスト膜を現像して、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。音叉型水晶振動片３０を有する第１圧電水晶フレーム２０の外形パターンの水晶ウエハが現れる。
【００４４】
ステップＳ１１０では、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト膜および耐蝕膜から露出した水晶ウエハを、音叉型水晶振動片３０を有する第１圧電水晶フレーム２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類・温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。
【００４５】
ステップＳ１１２では、不要となったフォトレジスト膜と耐蝕膜とを除去することによりに、音叉型水晶振動片３０を有する第１圧電水晶フレーム２０が多数形成された水晶ウエハが得られる。
【００４６】
≪電極パターン形成の工程≫
図４は、電極パターン形成の工程を示したフローチャートである。
ステップＳ１１４では、第１圧電水晶フレーム２０を純水で洗浄し、水晶ウエハの全面に、第１クロム層をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。第１クロム層は１５０オングストローム〜７００オングストロームの厚さで形成される。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）のうち少なくとも１つの金属膜を使用してもよい。
【００４７】
ステップＳ１１６では、スパッタリングもしくは蒸着などの手法に用いられた不図示の真空スパッタ装置又は化学気相成長装置を真空雰囲気から大気雰囲気に開放して、第１クロム層に酸化膜を形成させる。クロム酸化膜が形成された第１クロム層は、以下に説明するステップＳ１３０で金層を除去する際にも除去されない。
【００４８】
ステップＳ１１８では、クロム酸化膜の上に第２クロム層を形成する。クロム酸化膜の上に金層を成膜すると膜の密着強度が不十分となり剥離を起こす可能性がある。第２クロム層は、１００オングストローム〜１５０オングストロームの厚さで形成される。第２クロム層の厚さは第１クロム層の厚さよりも薄くてもよい。
【００４９】
ステップＳ１２０では、第２金属膜として金層を第２クロム層の上に形成する。金層は、４００オングストローム〜２０００オングストロームの厚さで形成される。金層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。銀層を用いる場合は、酸化を防止するため、さらに金層の薄膜を形成するのが好ましい。また金と銀との合金でもよい。
【００５０】
ステップＳ１２２では、第２クロム層及び第２金属膜の金層が形成された水晶ウエハに、フォトレジスト膜を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト膜としては、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用する。
【００５１】
ステップＳ１２４では、不図示の露光装置を用いて、電極フォトマスクのパターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶ウエハに露光する。水晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶ウエハの両面に露光する。
【００５２】
ステップＳ１２６では、水晶ウエハのフォトレジスト膜を現像して、第１除去工程を行う。第１除去工程は、先ず、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出した第２クロム層を、たとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。一旦、酸化膜があるためにエッチングが停滞するが、水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して酸化膜の下の第１クロム層もエッチングする。これで第１クロム層及び第２クロム層も除去することができる。励振電極及び引出電極などの電極パターンが形成された第１圧電水晶フレーム２０の水晶ウエハが現れる。
【００５３】
図５は電極形成及びパッケージングの工程を示したフローチャートである。
ステップＳ１２８では、第１除去工程を行った後でも電極パターンに残っているレジスト膜に対して、第１引出電極３１及び第２引出電極３２の形状を感光させるフォトマスクのパターンを露光する第２感光工程を行う。第２感光工程は、水晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶ウエハの両面に露光する。
【００５４】
ステップＳ１３０では、水晶ウエハのフォトレジスト膜を現像して、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、金層をエッチングする第２除去工程を行う。第２除去工程は、フォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いてエッチングする。第２クロム層の上に形成された金層には、第２クロム層が拡散していることが多い。このため金層がエッチングされると金層に拡散した第２クロム層も同時にエッチングされてしまう。つまり、第２クロム層が１００オングストローム〜１５０オングストロームの厚さで形成されたにもかかわらず、金層をエッチングすると第２クロム層が１０オングストローム〜３０オングストロームぐらいの厚さしか残っておらず、薄い箇所はいわゆる断線状態になってしまう。
【００５５】
しかしながら、第１クロム層の上に酸化膜があるために、第１クロム層は金層に拡散しない。そして金層がエッチングされても、第１クロム層の１５０オングストローム〜７００オングストロームの厚さは維持されている。したがって第１接続端子３５及び第２接続端子３６から第１励振電極３３及び第２励振電極３４への導通は確保される。これにより、第２除去工程で金層が除去されても第１クロム層は所定の厚さで残り、第１引出電極３１及び第２引出電極３２の断線状態は生じない。
【００５６】
ステップＳ１３２では、不要となったフォトレジスト膜を除去することによりに、電極が形成された第１圧電水晶フレーム２０を多数備えた水晶ウエハが得られる。
【００５７】
ステップＳ１３４では、第１圧電水晶フレーム２０が形成された水晶ウエハと、ベース４０が形成された水晶ウエハと、リッド１０が形成された水晶ウエハとをシロキサン結合技術により接合する。３枚の水晶ウエハは、結合面を鏡面状態にしてプラズマ処理又はイオンビーム照射することにより、水晶ウエハの接合面を活性化する。正確に位置合わせして重ねあわされた水晶ウエハは、１００°Ｃから２００°Ｃ程度に加熱した状態で加圧する。これにより３枚の水晶ウエハはシロキサン結合する。図１で示されたように、水晶ウエハ同士のシロキサン結合の際に、第１接続端子３５は、第１接続電極４２及び第１外部電極４５と電気的に接続し、第２接続端子３６は第２接続電極４４及び第２外部電極４６と電気的に接続する。
【００５８】
周波数調整は、例えばフェトム秒レーザーＦＬを用いて接続部２６のＹ方向の一部を削ることで調整が可能である。フェトム秒レーザーＦＬを用いて、所定の発振周波数になるように所望の切削幅だけ切削され、両側の接続部２６の幅を幅狭にすることにより行われる。
【００５９】
ステップＳ１３６では、シロキサン結合した３枚の水晶ウエハを真空中あるいは不活性ガス中でスルーホールＴＨを共晶合金７０で封止する。このようにしてパッケージ８０が形成される。
【００６０】
スルーホールＴＨの封止は、スルーホールＴＨにボール状の共晶合金７０を配置し真空中又は不活性ガス雰囲気中の不図示の真空リフロー炉で一定時間所定の温度で加熱されることで共晶合金７０が溶融し封止が行われる。Ａｕ１２Ｇｅ合金の場合は、４００°Ｃの真空中もしくは不活性ガス中の真空リフロー炉に保持し封止する。Ａｕ２０Ｓｎ合金の場合は、３００°Ｃの真空中もしくは不活性ガス中の真空リフロー炉に保持し封止する。これにより、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第１圧電デバイス１００が完成する。
【００６１】
ステップＳ１３８では、パッケージ内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第１圧電デバイス１００が形成された水晶ウエハをダイシングソー又はレーザソーで切断して切り離し、個々の第１圧電デバイス１００を完成する。第１圧電デバイス１００は、振動腕の励振電極が第1クロム層、下地層及び金層で構成されているためＣＩ値が低く周波数調整が容易となり、安定した周波数をもつ圧電デバイスである。
【００６２】
＜第２実施形態＞
≪第２圧電水晶フレーム２０Ａ、第２圧電デバイス１１０の構成≫
図６は、第２圧電水晶フレーム２０Ａの上面図である。第１実施形態と第２実施形態とが異なる点は、第２実施形態では第１引出電極３１及び第２引出電極３２の基部２３の領域に金層が形成された金層引出電極３１ａ及び金層引出電極３２ａが形成されている点である。以下、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、第１実施形態と異なる点を説明する。
【００６３】
基部２３に形成された金層引出電極３１ａ及び金層引出電極３２ａは、１５０オングストローム〜７００オングストロームの第１クロム層の上に酸化膜が形成されている。その上に薄い第２クロム層が形成され、その第２クロム層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。水晶外枠部２２、接続部２６及び支持腕２５に形成された第１引出電極３１及び第２引出電極３２は、第１クロム層及び酸化膜のみで形成される。第１引出電極３１及び第２引出電極３２は、図５のステップ１３０で述べたように第２除去工程で金層が除去されても第１クロム層は所定の厚さで残り、引出電極の断線が生じない。また、第１引出電極３１及び第２引出電極３２が第１クロム層及び酸化膜のみからなると、ゲルマニューム成分の拡散又は金成分の吸い出しが遮断される。つまり、第１励振電極３３及び第２励振電極３４へゲルマニューム成分の拡散することがなく、第１励振電極３３及び第２励振電極３４から金成分の吸い出されることがない。
【００６４】
第２圧電水晶フレーム２０Ａは、図３ないし図５に示した製造工程に従って製造される。第２圧電デバイス１１０は、図５のステップ１３０の第２除去工程で金層が除去される領域が異なる点でのみ製造工程が異なり、それ以外は同じである。以下の第３実施形態から第５実施形態でも同じである。
【００６５】
＜第３実施形態＞
≪第３圧電水晶フレーム２０Ｂ、第３圧電デバイス１２０の構成≫
図７は、第３圧電水晶フレーム２０Ｂの上面図である。第１実施形態と第２実施形態とが異なる点は、第２実施形態では第１引出電極３１及び第２引出電極３２の基部２３、支持腕２５及び接続部２６の領域に金層が形成された金層引出電極３１ｂ及び金層引出電極３２ｂが形成されている点である。以下、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、第１実施形態と異なる点を説明する。
【００６６】
基部２３、支持腕２５及び接続部２６に形成された金層引出電極３１ｂ及び金層引出電極３２ｂは、１５０オングストローム〜７００オングストロームの第１クロム層の上に酸化膜が形成されている。その上に薄い第２クロム層が形成され、その第２クロム層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。水晶外枠部２２に形成された第１引出電極３１及び第２引出電極３２は、第１クロム層及び酸化膜のみで形成される。第１引出電極３１及び第２引出電極３２は、図５のステップ１３０で述べたように第２除去工程で金層が除去されても第１クロム層は所定の厚さで残り、引出電極の断線が生じない。
【００６７】
＜第４実施形態＞
≪第４圧電水晶フレーム２０Ｃ、第４圧電デバイス１３０の構成≫
図８は、第４圧電水晶フレーム２０Ｃの上面図である。第１実施形態と第４実施形態とが異なる点は、第４実施形態では第１引出電極３１及び第２引出電極３２の基部２３、支持腕２５、接続部２６及び水晶外枠部２２の領域に、金層が形成された金層引出電極３１ｃ及び金層引出電極３２ｃが形成されている。一方で第１接続端子３５及び第２接続端子３６は、接続端子の約半分が第１クロム層及び酸化膜のみで形成されている。以下、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、第１実施形態と異なる点を説明する。
【００６８】
基部２３、支持腕２５、接続部２６及び水晶外枠部２２の領域に形成された金層引出電極３１ｃ及び金層引出電極３２ｃは、第１クロム層の上に酸化膜が形成されている。その上に薄い第２クロム層が形成され、その第２クロム層の上に金（Ａｕ）層が形成された構成である。金層引出電極３１ｃ及び金層引出電極３２ｃ側の第１接続端子３５ｃ及び第２接続端子３６ｃの約半分ぐらいが第１クロム層及び酸化膜のみで形成されている。第１接続端子３５ｃ及び第２接続端子３６ｃの約半分ぐらいが第１クロム層及び酸化膜のみからなると、ゲルマニューム成分の拡散又は金成分の吸い出しが遮断される。つまり、第１励振電極３３及び第２励振電極３４へゲルマニューム成分の拡散することがなく、第１励振電極３３及び第２励振電極３４から金成分の吸い出されることがない。
【００６９】
＜第５実施形態＞
≪第５圧電水晶フレーム２０Ｄ、第５圧電デバイス１４０の構成≫
図９は、第５圧電水晶フレーム２０Ｄの上面図である。第５実施形態では基部２３の第１引出電極３１及び第２引出電極３２で金層が形成された金層引出電極３１ｃ及び金層引出電極３２ｃが形成されている。第１接続端子３５及び第２接続端子３６から基部２３にいたる第１引出電極３１及び第２引出電極３２までが第１クロム層及び酸化膜のみで形成されている。
【００７０】
第１接続端子３５及び第２接続端子３６から基部２３にいたる第１引出電極３１及び第２引出電極３２までが第１クロム層及び酸化膜のみからなると、ゲルマニューム成分の拡散又は金成分の吸い出しが遮断される。つまり、第１励振電極３３及び第２励振電極３４へゲルマニューム成分の拡散することがなく、第１励振電極３３及び第２励振電極３４から金成分の吸い出されることがない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片２１を有する第１圧電水晶フレーム２０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。また、本発明では、リッド及びベースに水晶ウエハを用いシロキサン結合したが、リッド及びベースにガラスを用い陽極接合で接合することができる。
【００７２】
さらに、セラミックパッケージ内に音叉型水晶振動片を載置する圧電振動片でも適用できる。すなわち図２に示されたような支持腕及び外枠を有する水晶フレームではなく、音叉型水晶振動片の単体に対しても本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】（ａ）は、本発明の第１圧電デバイス１００の構成を示す斜視図である。  （ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面で第１圧電デバイス１００の分離した状態を示した概略断面図である。
【図２】第１圧電水晶フレーム２０の上面図である。
【図３】圧電振動片の外形形成の工程を示したフローチャートである。
【図４】電極パターン形成の工程を示したフローチャートである。
【図５】電極形成及びパッケージングの工程を示したフローチャートである。
【図６】第２圧電水晶フレーム２０Ａの上面図である。
【図７】第３圧電水晶フレーム２０Ｂの上面図である。
【図８】第４圧電水晶フレーム２０Ｃの上面図である。
【図９】第５圧電水晶フレーム２０Ｄの上面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  …  リッド
１５  …  スルーホール配線
１７  …  リッド用凹部
２０  …  第１圧電水晶フレーム、２０Ａ  …  第２圧電水晶フレーム、
２０Ｂ  …  第３圧電水晶フレーム
２１  …  振動腕
２２  …  水晶外枠部
２３  …  基部
２５  …  支持腕
２６  …  接続部
２７  …  溝部
２８  …  錘部
３０  …  音叉型水晶振動片
３１  …  第１引出電極
３２  …  第２引出電極
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ  …  金層引出電極
３３  …  第１励振電極、３４  …  第２励振電極
３５  …  第１接続端子、３６  …  第２接続端子
４０  …  ベース
４２  …  第１接続電極、４４  …  第２接続電極
４５  …  第１外部電極，４６  …  第２外部電極
４７  …  ベース用凹部
７０  …  共晶合金
８０  …  パッケージ
１００  …  第１圧電デバイス、１１０  …  第２圧電デバイス
１２０  …  第３圧電デバイス
ＴＨ  …  スルーホール
【図１】
2010135973.tif 000003
【図２】
2010135973.tif 000004
【図３】
2010135973.tif 000005
【図４】
2010135973.tif 000006
【図５】
2010135973.tif 000007
【図６】
2010135973.tif 000008
【図７】
2010135973.tif 000009
【図８】
2010135973.tif 000010
【図９】
2010135973.tif 000011