(57)【要約】【課題】本発明は、時間経過による周波数特性に優れ、かつ圧電素子とパッケージベース内の電極パッドとの固着部において、耐衝撃性、及び接合強度に優れた圧電デバイスを安価に提供することを目的とする。【解決手段】圧電基板の両主面上に励振電極と、前記励振電極から前記圧電基板端部へ引 出された引出電極とを備えて成る圧電素子が、パッケージベース内に設けられた電極パッドに導電性接着剤を介して電気的に接合されて成る圧電デバイスにおいて、前記励振電極、及び前記引出電極のうち少なくとも前記励振電極の領域が、前記圧電基板表面に形成した Ｎｉ−Ａｇの混合膜層と、最上面に形成したＡｕ薄膜層とを含む多層膜構造を有していることを特徴とする圧電デバイス。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の両主面上に励振電極と、前記励振電極から前記圧電基板端部へ引出された 
引出電極とを備えて成る圧電素子が、パッケージベース内に設けられた電極パッドに導 
電性接着剤を介して電気的に接合されて成る圧電デバイスにおいて、前記励振電極と前 
記引出電極のうち少なくとも前記励振電極の領域が、前記圧電基板表面に形成したＮｉ
−Ａｇの混合膜層と、最上面に形成したＡｕ薄膜層とを含む多層膜構造を有しているこ
とを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記多層膜は前記Ｎｉ−Ａｇ混合膜層と前記Ａｕ薄膜層との二層構造であることを特
徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記引出電極の少なくとも圧電基板端縁近傍が前記励振電極を構成する前記Ｎｉ−Ａ 
ｇ混合膜層と一体的に形成したＮｉ−Ａｇ混合膜層のみで構成されていることを特徴と 
する請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記圧電基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれ 
かに記載の圧電デバイス。
【請求項５】
圧電基板の両主面上に励振電極と、前記励振電極から前記圧電基板端部へ引出された 
引出電極とを備えて成る圧電素子の製造方法であって、前記圧電基板表面の前記励振電 
極と前記引出電極の領域にＮｉ−Ａｇ混合膜層を形成する工程と、Ｎｉ−Ａｇ混合膜層 
の上面であって少なくとも前記励振電極の領域にＡｕ薄膜層を形成する工程とを備えた 
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項６】
圧電基板の両主面上に励振電極と、前記励振電極から前記圧電基板端部へ引出された 
引出電極とを備えて成る圧電素子が、パッケージベース内に設けられた電極パッドに導
電性接着剤を介して電気的に接合されて成る圧電デバイスの製造方法であって、前記圧
電基板表面の前記励振電極と前記引出電極の領域にＮｉ−Ａｇ混合膜層を形成する工程 
と、Ｎｉ−Ａｇ混合層膜の上面であって少なくとも前記励振電極の領域にＡｕ薄膜層を 
形成する工程と、前記引出電極の圧電基板端縁近傍のＮｉ−Ａｇ混合膜層露出部分とパ 
ッケージベース内の電極パッドとの間を導電性接着剤にて接着する工程とを備えたこと 
を特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ内の電極パッドと該電極パッドに導電接合される圧電素子間との支持強度に優れ、かつ時間経過による周波数特性に優れた圧電デバイスの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、周波数発生源等の機能を有する電子部品には圧電材料を用いたものがあり、種々の圧電材料の中でも特に共振特性に優れている水晶を使用した圧電振動子が多用されている。水晶を用いた圧電振動子（水晶振動子）は、コンピューター等のＯＡ機器や携帯電話に代表される移動体通信機器等に搭載されており、近年、悪環境下においても使用可能となるよう信頼性に優れ、かつ安価で周波数特性の良好な水晶振動子への要求が強まっている。
【０００３】
ここで、移動体通信機器等に一般的に用いられているフラットパッケージ型の水晶振動子の構造について、図５、図６を用いて説明する。図５（ａ）は従来の水晶振動子の構造を説明するための断面図であり、図５（ｂ）は従来の水晶振動子（蓋を外した状態）の平面図を表す。また、図６は図５（ａ）におけるパッケージベース（容器）と水晶振動素子との接合部分の拡大図を示したものである。
【０００４】
図５、図６において水晶振動子３０は、上側を開口とする凹所を備えた矩形状のパッケージベース１０と、前記パッケージベース１０の凹所内底面１３に設けられた１対の電極パッド１１と前記パッケージベース１０内に収納された平板状の水晶振動素子３１と、前記電極パッド１１に前記水晶振動素子３１を固着するための導電性接着剤１２とを備え、前記水晶振動素子３１の固着側とは反対側端部を固定しない片持ち支持構造を成している。
そして、本振動子の最終形態は、パッケージベース１０の前記開口部を金属製の蓋体１４で被覆して内部を気密に封止する。
【０００５】
水晶振動素子３１は、ＡＴカット水晶基板２０と前記水晶基板２０上の両主面に設けられた一対の励振電極２１、２２、及び前記励振電極２１、２２より前記水晶基板２０の端部まで引出された引出電極２３、２４とによって成り、前記各電極２１、２２、２３、２４は、前記水晶基板２０の表面より下地電極層２０１、表面電極層２０２の順に積層され形成されている。
水晶振動子３０は、水晶振動素子３１が水晶基板２０に設けられた引出電極２３、２４において、パッケージベース１０内の底面１３に設けられた１対の電極パッド１１上と、例えばシリコン系樹脂の導電性接着剤１２を介して固着されている。  
【０００６】
前述の水晶振動子３０の励振電極２１、２２、及び引出電極２３、２４を構成する下地電極層２０１の材料としては、水晶基板との接合性に優れるクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）が使用され、前記下地電極層２０１の上層には表面電極層２０２として金（Ａｕ）成膜、または銀（Ａｇ）成膜が施され各層を形成する。Ａｕはその性質上、大気中で安定であり、酸化し難い性質から水晶基板２０上に設けられた励振電極部２３、２４の変質が原因となる時間経過に伴う周波数変動特性に対して優れた特性を有する。
一方、ＡｇはＡｕに比べて安価であり、かつ、大気中で酸化しやすい性質であることから、パッケージベース１０内の電極パッド１１と水晶基板２０上に設けられた引出電極２３、２４とを電気的に接合する際に介在させるシリコン系導電性接着剤１２と科学的に結合し、前記水晶基板２０と前記電極パッド１１間との支持強度に優れた特性を有しているため、前記表面電極層２０２に使用する電極材料は、水晶振動子の使用環境や使用目的により使い分けられている。また、前記電極パッド１１はタングステン等から成るメタライズ層の上層にＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層が順に積層され構成される。
【０００７】
ところが、前記のような従来の電極構造では表面電極層２０２としてＡｕを成膜した場合、水晶基板２０上の引出電極２３、２４とパッケージベース１０内の電極パッド１１間とにおいて、シリコン系導電性接着剤１２を介して接合した際、Ａｕは他物質との化学反応が生じ難い性質から、前記導電性接着剤１２との科学的な結合力が弱いため、前記引出電極２３、２４、及び前記電極パッド１１間と前記導電性接着剤１２との接合力が低下してしまう。特に片持ち支持構造の水晶振動子では、構造的に前記引出電極２３、２４と前記電極パッド部１１との接合部分に支持荷重や落下等による衝撃が加わるため、水晶振動素子３１が前記電極パッド１１より剥離する虞があった。また、前記引出電極２３、２４と前記電極パッド１１間との導通抵抗を低減するためにＡｕ膜を十分厚く設ける必要があり、製造コストが高価になるという問題点があった。
一方、表面電極層２０２としてＡｇを成膜した場合、Ａｇは大気中に放置すると酸化しやすい性質から、水晶基板２０上に設けられた励振電極２１、２２が時間経過と共に変質し、水晶振動子の周波数が大きく変動するという問題点があった。
【０００８】
そこで、上記のような問題点を解決する手段として、例えば特開ＷＯ０１−０６７６００号にて、励振電極、及び引出電極が設けられた水晶基板の少なくとも引出電極において、水晶基板表面からＣｒ層、Ａｕ層、Ｃｒ薄膜層またはＡｇ薄膜層を順に積層し、パッケージベース内に設けられたパッケージ電極パッドにおけるＡｕ膜層の所定領域に前記電極パッドを形成するＮｉ膜層のＮｉを拡散させ、前記引出電極と前記パッケージ電極パッドとをシリコン系導電性接着剤により電気的に接合する発明が成されている。前記発明では、水晶基板上に設けられる電極材料として、比較的酸化しやすいＣｒ、或いはＡｇを用いたことにより、水晶基板の引出電極とシリコン系導電性接着剤との接着強度を向上させ、かつパッケージベース内の電極パッドにＮｉを拡散し、電極パッドとシリコン系導電性接着剤の接着強度を向上させることにより、水晶基板上の引出電極とパッケージ電極部との接合強度を向上させている。
【特許文献１】特願２００１−５６６２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述の手法では水晶基板の励振電極、及び引出電極全体にＡｕ膜層を設けており、かつ水晶基板上の引出電極とパッケージベース内の電極パッド間における導通抵抗を減少させるために、Ａｕ膜層の厚みを十分確保する必要があったので、製造時のコストが高くなってしまう問題点があった。また、水晶振動子の共振周波数は、水晶基板の励振電極部における水晶基板の厚みと励振電極の厚みとの総和により決定するが、Ａｕ層の上層に設けられたＣｒ、あるいはＡｇの薄膜層は上述のように大気中において酸化しやすいことから、前記薄膜層が時間経過に伴い変質することにより励振電極部に影響を及ぼし、水晶振動子の共振周波数が大きく変動してしまう虞があった。
本発明は、時間経過による周波数特性に優れ、かつ圧電素子とパッケージベース内の電極パッドとの固着部において、耐衝撃性、及び接合強度に優れた圧電デバイスを安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の目的を達成するために、圧電デバイスの製造方法において、圧電基板の両主面上に設けられた励振電極、及び引出電極の少なくとも励振電極を圧電基板表面上からＮｉ−Ａｇの混合膜層、Ａｕ薄膜層の順で積層し形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る圧電デバイスは、圧電基板の両主面上に設けられた励振電極、及び引出し電極の少なくとも励振電極をＮｉ−Ａｇの混合膜層、Ａｕ薄膜層の積層構造としたので、励振電極の表面において変質せず、時間経過による周波数特性に優れた高精度の圧電デバイスを得ることができる。
さらに、引出電極の下地電極層としてＮｉ−Ａｇの混合膜層用いているので、圧電基板上の引出し電極とパッケージベース内の電極パッドとを導電性接着剤を介して電気的に接合する際、下地電極層のＡｇと導電性接着剤との化学的な結合により各々の接合強度が強まり、かつ下地電極層の効果により表面電極層のＡｕを薄く積層しても、圧電基板上の引出電極とパッケージベース内の電極パッド間における導通抵抗を低減する事ができるため、安価で耐衝撃性にも優れた圧電デバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明第１の実施の形態を表す断面図を示すものであり、図１（ｂ）は本発明第１の実施の形態（蓋を外した状態）を表す平面図、図２は図１（ａ）における水晶振動素子とパッケージベース内の電極パッドとの接合部における拡大図を示したものである。なお、上述の従来例に示したものと同様の構成部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
また、本例の水晶振動子は、パッケージベース内の電極パッドに水晶振動素子の長辺方向端部を片側のみ固着して支持する片持ち支持構造を例として説明する。
【００１３】
本発明における水晶振動子３０は、上側を開口とする凹所を備えた矩形状のパッケージベース１０と、前記パッケージベース１０の凹所内底面１３に設けられた１対の電極パッド１１と前記パッケージベース１０内に収納された平板状の水晶振動素子３１と、前記電極パッド１１に前記水晶振動素子３１を固着するための導電性接着剤１２とを備え、前記水晶振動素子３１の固着側とは反対側端部が固定されない片持ち支持構造を成している。そして、本振動子の最終形態は、パッケージベース１０の前記開口部を金属製の蓋体１４で被覆して内部を気密に封止する。
【００１４】
図1、図２に示したように水晶振動素子３１は、ＡＴカット水晶基板２０と前記水晶基板２０の両主面上に設けられた励振電極２１、２２、及びパッケージベース１０内の電極パッド１１と前記水晶振動素子３１とが電気的に接合されるよう前記励振電極２１、２２より前記水晶基板２０の端部まで引出された引出電極２３、２４とにより構成されている。
前記の各電極２１、２２、２３、２４は、水晶基板１０の基板表面から下地電極層２０１としてニッケル（Ｎｉ）−銀（Ａｇ）から成る混合層が厚さ約５００〜１０００Åの膜厚となるよう真空蒸着法、またはスパッタリング等の手法により形成され、その後、前記下地電極層２０１の上層に厚さ約１００〜３００Åの金（Ａｕ）薄膜層から成る表面電極層２０２が前記下地電極層２０１と同様の手法により形成される。
水晶振動素子３１は、水晶基板２０上に設けられた引出し電極２３、２４とパッケージベース１０内の電極パッド１１とが、電気的に接合されるようシリコン系の樹脂から成る導電性接着剤１２により固着されている。なお、前記電極パッド１１はタングステン等から成るメタライズ層の上層にＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層が順に積層され構成される。
【００１５】
前述のように、水晶基板２０上の引出電極２３、２４を構成する下地電極層２０１に含まれるＡｇ成分は、大気中において酸化しやすい性質を有すことから、シリコン系樹脂の導電性接着剤１２内の含有物質と科学的に結合し、その結果、前記下地電極層２０１と前記導電性接着剤１２との間において強固な接合強度が得られるため、前記電極パッド１１と前記引出電極２３、２４との固着部において、水晶振動素子３１が前記電極パッド１１から剥離する虞はなくなる。
また、励振電極２１、２２及び引出電極２３、２４の表面電極層２０２としてＡｕの薄膜層を形成したことにより、Ａｕは大気中で安定であることから、励振電極部２１、２２において酸化等による電極の変質は生じ難いため、時間経過に伴う周波数特性において良好な特性を得ることができる。
さらに、パッケージベース１０内の電極パッド１１と水晶基板２０上に設けられた引出電極２３、２４との間に生じる導通抵抗を低減するため、Ａｕ膜層の電極膜厚は従来、５００Å以上の膜厚を必要としていたが、本発明によれば、下地電極層２０１としてＡｕと同程度の抵抗値であるＡｇを含むＮｉ−Ａｇの混合層を５００〜１０００Åの厚さで形成したことにより、表面電極層２０２であるＡｕ膜は１００〜３００Å程度の膜厚を確保できれば、前述の導通抵抗を従来と同等にすることができるので、Ａｕの使用量を低減でき、低コストにて水晶振動子の製造が可能となる。
以上のように、水晶基板の両主面上に設けられた励振電極、及び引出電極をＮｉ−Ａｇの混合層膜、Ａｕ薄膜層の順にて形成することにより、支持強度、及び耐衝撃性に優れ、かつ時間経過による周波数特性に優れた水晶振動子を低コストにて得ることができる。
【００１６】
＜第２の実施の形態＞
図３（ａ）は本発明第２の実施の形態を表す断面図を示すものであり、図３（ｂ）は本発明第２の実施の形態（蓋を外した状態）を表す平面図、図４は図３（ａ）における水晶振動素子とパッケージベース内の電極パッド部との接合部における拡大図を示したものである。
【００１７】
本発明における水晶振動子３０は、上側を開口とする凹所を備えた矩形状のパッケージベース１０と、前記パッケージベース１０の凹所内底面１３に設けられた１対の電極パッド１１と前記パッケージベース１０内に収納された平板状の水晶振動素子３１と、前記電極パッド１１に前記水晶振動素子３１を固着するための導電性接着剤１２とを備え、前記水晶振動素子３１の固着側とは反対側端部が固定されない片持ち支持構造を成している。そして、本振動子の最終形態は、パッケージベース１０の前記開口部を金属製の蓋体１４で被覆して内部を気密に封止する。
【００１８】
図３、図４に示したように水晶振動素子３１は、ＡＴカット水晶基板２０と前記水晶基板２０の両主面上に設けられた励振電極２１、２２、及びパッケージベース１０内の電極パッド１１と前記水晶振動素子３１とが接合されるよう前記励振電極２１、２２より前記水晶基板２０の端部まで引出された引出電極２３，２４とにより構成されている。
前記の各電極２１、２２、２３、２４は、水晶基板１０の基板表面から下地電極層２０１としてＮｉ−Ａｇから成る混合層が厚さ約５００〜１０００Åの膜厚となるよう真空蒸着法、またはスパッタリング等の手法により形成され、その後、励振電極２１、２２のみ前記下地電極層２０１の上層に厚さ約１００〜３００ÅのＡｕ薄膜層が、表面電極層２０１として前記下地電極層２０１と同様の手法により形成される。
水晶振動素子３１は水晶基板２０上の引出し電極２３、２４とパッケージベース１０内の電極パッド１１とが、電気的に接合されるようシリコン系の樹脂から成る導電性接着剤１２により固着されている。なお、前記電極パッド１１はタングステン等から成るメタライズ層の上層にＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層が順に積層され構成される。
【００１９】
前述のように、水晶基板２０上に設けられた引出電極２３、２４を構成する下地電極層２０１に含まれるＡｇ成分は、大気中において酸化しやすい性質を有すことから、シリコン系の導電性接着剤１２内の含有物質と化学的に結合し、その結果、前記下地電極層２０１と前記導電性接着剤１２との間において強固な接合強度が得られるため、前記電極パッド１１と前記引出電極２３、２４との固着部において、水晶振動素子３１が前記電極パッド１１から剥離する虞はなくなる。
また、励振電極部２１、２２にのみＡｕ薄膜層による表面電極層２０２を設けたため、前記励振電極部２１、２２において酸化等による電極の変質は生じ難く、時間経過に対して良好な周波数特性を得ることができ、さらに、前記表面電極層２０２の材料であるＡｕの使用量を削減できるため、低コストにて水晶振動子の製造が可能となる。
以上のように、水晶基板の両主面上に励振電極をＮｉ−Ａｇの混合層膜、Ａｕ薄膜層の順にて形成し、引出電極はＮｉ−Ａｇの混合層膜にて形成することにより、低コストで支持強度、及び耐衝撃性に優れ、かつ時間経過による周波数特性に優れた水晶振動子を得ることができる。
以上の実施例においては片持ち支持構造の水晶振動子を例に説明したが、本発明はこれに限るものでなく、水晶以外の圧電材料を用いたものであってもよく、例えば圧電基板の端部両側を支持する両持ち支持型の圧電振動子のような他の支持構造を有するものに適用しても良いことは明らかである。また、水晶基板上の励振電極をＮｉ−Ａｇ混合膜層、Ａｕ薄膜層の順に積層した２層構造としたが、前記各膜層との間にＣｒやＮｉ等の金属から成る膜層を挿入した多層構造としても適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明に係る圧電デバイスの第１の実施例の断面図を示すものである。            （ｂ）本発明に係る圧電デバイスの第１の実施例の平面図を示すものである。
【図２】本発明に係る圧電デバイスの第１の実施例における水晶振動素子とパッケージベース内の電極パッドとの接合部の拡大図を示すものである。
【図３】（ａ）本発明に係る圧電デバイスの第２の実施例の断面図を示すものである。            （ｂ）本発明に係る圧電デバイスの第２の実施例の平面図を示すものである。
【図４】本発明に係る圧電デバイスの第２の実施例における水晶振動素子とパッケージベース内の電極パッドとの接合部の拡大図を示すものである。
【図５】（ａ）従来の水晶振動子の断面図を示すものである。          （ｂ）従来の水晶振動子の平面図を示すものである。
【図６】従来の水晶振動子の水晶振動素子とパッケージベース内の電極パッドとの接合部の拡大図を示すものである。
【符号の説明】
【００２１】
１０ パッケージベース（容器）
１１ 電極パッド
１２ 導電性接着剤
１３ 内部底面
１４ 蓋体
２０ 水晶基板（圧電基板）
２１ 励振電極（素板上面）
２２ 励振電極（素板下面）
２３ 引出電極（素板上面）
２４ 引出電極（素板下面）
３０ 水晶振動子
３１ 水晶振動素子
２０１下地電極層
２０２表面電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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