(57)【要約】【課題】  、静電気の放電反応により放電突起を介して空気または真空中に静電荷を放電する放電保護機能を有する圧電デバイス（５０）を提供する。【解決手段】  圧電デバイス（５０）は、水晶振動片（２０）と、この水晶振動片を実装し、第１および第２外部端子（８２）を有する絶縁性パッケージ（５１）と、絶縁性パッケージ表面に形成され第１および第２外部端子から水晶振動片へ配線する第１および第２配線パターン（８１）と、第１配線パターンに形成され、第２配線パターンへと形成された放電突起（８５）と、を有する。【選択図】図３
2008099143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動片と、
この水晶振動片を実装し、第１および第２外部端子を有する絶縁性パッケージと、
前記絶縁性パッケージ表面に形成され、前記第１および第２外部端子から前記水晶振動片へ配線する第１および第２配線パターンと、
前記第１配線パターンに形成され、前記第２配線パターンへと形成された放電突起と
を有する圧電デバイス。
【請求項２】
前記放電突起と前記第２配線パターンとの間隔は、１μｍから２０μｍを有す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】
前記放電突起は、高融点金属からなる導電ペーストで形成され、さらにこの導電ペーストがメッキ処理されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記配線パターンは、３μｍから２０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記放電突起が、複数形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記絶縁性パッケージは、底面用セラミック層と壁用セラミック層とを有し、前記放電突起が底面用セラミック層または壁用セラミック層の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記水晶振動片の表面に、前記第１および第２配線パターンと導通する第一および第二の金属層が形成され、
前記第一の金属層と前記第二の金属層との一番狭い間隔は、前記放電突起と前記第２配線パターンの間隔より広いことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記絶縁性パッケージは、前記水晶振動片と導通を有する電子素子を実装し、前記第１および第２外部端子とは異なる第３および第４外部端子を有し、
前記絶縁性パッケージ表面に形成され、前記第３および第４外部端子から前記電子素子へ配線する第３および第４配線パターンと、
前記第３配線パターンに形成され、前記第４配線パターンへと形成された第２放電突起と
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記第２放電突起は、前記電子素子の静電気耐圧に合わせて前記第２放電突起と前記第４配線パターンの間隔を設定することを特徴とする請求項８に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電気放電（ＥＳＤ, Electrostatic Discharge）の保護機能を有する水晶振動子または水晶発振器に関し、より詳細には放電突起を通して空気または真空中に静電気を放電する水晶振動子などの圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動片を使った圧電デバイスが、圧電時計やコンピュータ、携帯電話などの圧電機器のクロック源、または角速度測定用として広く採用されている。近年、圧電部品の集積度が上がり、それに伴い圧電デバイスの小型化が一段と要求されてきている。圧電デバイスの小型化は、静電気耐性を弱めることにもなってきている。
【０００３】
圧電デバイスは、人体に蓄えられた静電気によってデバイスが破壊しないようにしなければならない。このため、ＥＳＤ試験は、ＨＢＭ( ヒューマン・ボディ・モデル )試験が行われる。また、圧電デバイスの組み立て装置などに溜まった静電気によって圧電デバイスが破壊しないように、
ＭＭ( マシーン・モデル )試験が行われている。最近は、さらなる水晶振動片または圧電デバイスの小型化から、デバイス固有の容量に帯電した電荷が電位ポテンシャルの異なる導体に接近もしくは接触する時に急速な電荷移動が起こることが問題となっており、ＣＤＭ( チャージド・デバイス・モデル ) 試験も行われている。
【０００４】
水晶振動片を使った圧電デバイスのＥＳＤ耐圧は５００Ｖ程度であり、他の圧電部品と比べて低い値を示している。このため、圧電デバイスのＥＳＤ耐圧を向上させることが要求されている。特に圧電デバイスの小型化に伴い、細い配線パターンにおいて、静電気放電でパターンが破壊されることが多い。また、ある種の圧電デバイス、たとえば表面実装型の水晶発振器は、水晶振動片の他にＩＣ（集積回路）素子またはコンデンサなどの電子部品素子を有している。このような圧電デバイス内のＩＣ素子または電子部品素子に対しても、静電気によって破壊しないようにする必要がある。
【特許文献１】特開２００１−２３５４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、水晶振動片または圧電デバイス内の電子素子が静電気の放電反応により損傷されることを回避するために、静電気の放電反応により放電突起を介して空気または真空中に静電荷を放電する放電保護機能を有する圧電デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点の圧電デバイスは、水晶振動片と、この水晶振動片を実装し、第１および第２外部端子を有する絶縁性パッケージと、絶縁性パッケージ表面に形成され第１および第２外部端子から水晶振動片へ配線する第１および第２配線パターンと、第１配線パターンに形成され、第２配線パターンへと形成された放電突起と、を有する。
上記構成によれば、放電突起に集まった静電荷と空気または真空中の誘導電荷との間で電荷を打ち消し合う。つまり、圧電デバイスの静電荷は、放電突起を通して空気または真空中の粒子と静電気放電反応を起こす。このため、ＨＢＭ試験、ＭＭ試験またはＣＤＭ試験においても、十分に試験をパスできる圧電デバイスとなる。また、実際に圧電デバイスが使用されている装置においても、静電気耐性を備える圧電デバイスとなる。
【０００７】
第２の観点の圧電デバイスは、放電突起と第２配線パターンとの間隔が１μｍから２０μｍを有する。
圧電デバイス内に実装された水晶振動片の電極パターンの最小間隔は、２０μｍ程度である。このため上記構成によれば、水晶振動片の電極パターンに静電荷が集まるのではなく、１μｍから２０μｍの間隔である放電突起に集まる。そして圧電デバイスの静電荷は、放電突起を通して空気または真空中の粒子と静電気放電反応を起こすので、水晶振動片が静電荷により破損することが少なくなる。
【０００８】
第３の観点の圧電デバイスは、配線パターンが高融点金属からなる導電ペーストで形成され、さらにこの導電ペーストがメッキ処理されている。
上記構成によれば、絶縁性パッケージに使用される外部端子などと同じ材料で放電突起を形成することができるため、特別な材料を用意することなくまた特別な工程を増やすことなく、放電突起を形成できる。導電ペーストは、タングステンまたはモリブデンなどがあり、ニッケルまたは金などでメッキされる。
【０００９】
第４の観点の圧電デバイスは、放電突起は、３μｍから２０μｍの厚さを有する。
静電気放電反応では、放電突起の電荷と空気または真空中の誘導電荷で電気エネルギーを放出し、エレクトロマイグレーション現象が生じて放電突起の温度を上昇させる。この際に、配線パターンの厚さが３μｍから２０μｍであるので、図９に示すように複数回の静電気放電反応があっても、放電突起が昇華することは少ない。
【００１０】
第５の観点の圧電デバイスは、第４の観点において、放電突起が複数形成されている。
配線パターンが３μｍから２０μｍの厚さを有するので、放電突起が複数形成されているので、放電突起が昇華することは少ないが、複数の放電突起を有していれば仮に放電突起の先端が昇華してしまっても別の放電突起が代用できる。
【００１１】
第６の観点の圧電デバイスによれば、絶縁性パッケージは、底面用セラミック層と壁用セラミック層とを有し、放電突起が底面用セラミック層または壁用セラミック層の少なくとも一方に形成されている。
上記構成によれば、絶縁性パッケージ表面のスペースを有する面であれば、どこにでも放電突起を形成することができる。
【００１２】
第７の観点の圧電デバイスは、水晶振動片の表面に、第１および第２配線パターンと導通する第一および第二の金属層が形成され、第一の金属層と第二の金属層との一番狭い間隔は、放電突起と第２配線パターンの間隔より広い。
エレクトロマイグレーション現象が生じやすい一番間隔が狭い放電突起において静電気放電が最初に生じる。上記構成によれば、水晶振動片に形成された第一の金属層と第二の金属層との一番狭い間隔よりも放電突起が形成された箇所の間隔よりも広い。このため、静電気のサージが発生しても放電突起において静電気放電が生じ、水晶振動片の第一の金属層と第二の金属層に影響を及ぼさない。
【００１３】
また第８の観点において、絶縁性パッケージが水晶振動片と導通を有する電子素子を実装し、第１および第２外部端子とは異なる第３および第４外部端子を有し、圧電デバイスが、絶縁性パッケージ表面に形成され、第３および第４外部端子から電子素子へ配線する第３および第４配線パターンと、第３配線パターンに形成され、第４配線パターンへと形成された第２放電突起と、を有する。
上記構成によれば、電子素子を実装した圧電デバイスは、静電気放電反応により電子素子が破壊されないように、第２放電突起で静電気放電反応を生じさせることができる。
【００１４】
また第９の観点の圧電デバイスは、第２放電突起は、電子素子の静電気耐圧に合わせて第２放電突起と第４配線パターンの間隔を設定する。
電子素子の種類により静電気耐圧が異なるが、その静電気耐圧に応じて第２放電突起と第４配線パターンの間隔の調整が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、圧電デバイス内の放電突起で、静電荷と空気または真空中の誘導電荷との間で静電気放電反応を生じさせる。このため圧電デバイスのＥＳＤ耐圧を向上させることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜水晶振動子５０の構成＞
以下、本発明の各実施形態にかかる水晶振動子５０について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一実施形態にかかる水晶振動子５０の概略図を示している。図１（ａ）は全体斜視図であり、図１（ｂ）は断面図であり、図１（ｃ）は金属蓋体７１を取り外した上面図である。
【００１７】
表面実装型の水晶振動子５０は、絶縁性のセラミックパッケージ５１と水晶振動子５０のパッケージを覆う金属蓋体７１とからなる。金属蓋体７１は、コバール（鉄（Ｆｅ）／ニッケル（Ｎｉ）／コバルト（Ｃｏ）合金）製である。セラミックパッケージ５１は、アルミナを主原料とするセラミック粉末およびバインダ等を含むスラリーを用いたグリーンシートからプレス抜きされた底面用セラミック層５１ａ、壁用セラミック層５１ｂおよび台座用底面用セラミック層５１ｃからなる。パッケージを構成するセラミックパッケージ５１の材料として、アルミナを主原料とするセラミック粉末の代わりにガラスセラミックを使用したり、無収縮ガラスセラミック基板を用いたりしてもよい。図１（ｂ）から理解されるように、これら複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃから構成されたパッケージは、キャビティ５８を形成し、このキャビティ５８内に、水晶振動片２０を実装する。
【００１８】
音叉型水晶振動片２０は、腕部２１および基部２９に電極パターンを形成している。基部２９の配線パターンは、導電性接着剤３１と導通接続する接着領域３３を有している。音叉型水晶振動片２０は、底面用セラミック層５１ａと水平になるように導電性接着剤３１で接着されて、所定の振動を発生する。
【００１９】
台座用セラミック層５１ｃの上面の一部には、音叉型水晶振動片２０の接着領域３３と導通を取る配線層８１が形成されている。セラミックパッケージ５１の下面に形成された少なくとも２つの端子電極８２は、不図示のプリント基板に表面実装された際の外部端子である。また、内部配線８３は配線層８１、端子電極８２を接続する電気的導通部である。壁用セラミック層５１ｂの上端にはメタライズ層があり、金属蓋体７１の接合のために、メタライズ層上に形成された低温金属ろう材からなる封止材３７が形成されている。壁用セラミック層５１ｂと金属蓋体７１は、封止材３７を介して溶着されている。
【００２０】
＜セラミックパッケージ５１の製造方法＞
次に、セラミックパッケージ５１の製造方法について説明する。
グリーンシートから所定寸法の複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃを成形する。この複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃは、予め設定された圧縮率に基づいた寸法となるように外形をプレス抜きされる。次に、複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃを、予め定められた枚数を組み合わせで積層圧着させる。この積層工程は、例えば、２００〜２５０度Ｃで一定時間にわたってプレス圧着することによって行うことができる。このようにして、キャビティ５８を有するセラミックパッケージ５１を形成できる。なお、実施には同時に、多数個のセラミックパッケージ５１を一度に形成する。
【００２１】
次に、セラミックパッケージ５１の表裏面の導通をとるためのスルーホール９３を、積層圧着されたセラミックパッケージ５１形成する。スルーホール９３等に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなる導電ペーストを充填して内部配線８３を形成する。続いて、高融点金属からなる導電ペーストを厚く塗布することにより、表面側の配線層８１、裏面側の端子電極８２、および後述する静電気放電の配線パターン８５を形成する。この段階では、セラミックパッケージ５１の配線層８１、端子電極８２、内部配線８３および静電気放電の配線パターン８５は、相互に接続されている。その後、電気メッキにより配線層８１、端子電極８２、内部配線８３および静電気放電の配線パターン８５上に金（Ａｕ）メッキが施され、配線等として機能する。
【００２２】
次に、以上のようにして形成したセラミックパッケージ５１を、水素雰囲気中において約１５５０〜１６５０度Ｃで焼成する。この焼成で約２０％寸法が収縮するとともに、キャビティ５８、配線層８１、端子電極８２、内部配線８３、および静電気放電の配線パターン８５等が形成されたセラミックパッケージ５１が完成する。
＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
【００２３】
図２（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した図であり、(ｂ)は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。音叉型水晶振動片２０の母材は、Ｚカットに加工された水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図２（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片２０は、基部２９と、この基部２９から図２において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。
【００２４】
音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ＫＨｚで信号を発信する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが２．０ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏面には、溝部２１１が形成されている。一本の振動腕２１の表面に２つの溝部２１１が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの溝部２１１が形成されている。溝部２１１は、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。
【００２５】
音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体がほぼ板状に形成されている。振動腕２１に対する基部２９の長さは、約３６％となっている。音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および基部２９には、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とが形成されている。第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とはともに、５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に４００オングストローム〜３０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、１層からなる場合もあり、このときは、たとえばＡｌ（アルミ）層が用いられる。
【００２６】
音叉型水晶振動片２０の基部２９には、図２（ａ）に示すように、第１基部電極２３ａと第２基部電極２５ａとが形成され、腕部２１の溝部２１１には、第１溝電極２３ｄ，第２溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図２（ｂ）に示すように、（ａ）の左側の腕部２１の両側面には、第２側面電極２５ｃが形成されている。図示しない右側の腕部２１の両側面には、第１側面電極２３ｃが形成されている。
【００２７】
この第１側面電極２３ｃ、第２側面電極２５ｃは、第１接続電極２３ｂ、第２接続電極２５ｂを介して基部電極２３ａ，基部電極２５ａに接続されている。なお、音叉型水晶振動片２０の裏面も、鏡面対象の第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とが形成されている。音叉型水晶振動片２０は小型であるため、図２（ｂ）に示すように、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの隙間ＷＡは２０μｍ前後である。また、第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの隙間ＷＢも２０μｍ前後である。このため、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとがショートしたり、第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとがショートしたりして、ＥＳＤ試験で不良品が出やすい。
【００２８】
＜静電気放電の配線パターン＞
図３は、セラミックパッケージ５１を拡大した図であり、水晶振動子５０の実施形態１の静電気放電の配線パターンを示している。図４は、水晶振動子５０の実施形態２の静電気放電の配線パターンを示している。図５は水晶振動子５０の実施形態３の静電気放電の配線パターンを示している。図６は水晶振動子１５０の実施形態４の静電気放電の配線パターンを示している。図７は水晶発振器２５０の実施形態５の静電気放電の配線パターンを示している。
【００２９】
＜＜実施形態１＞＞
図３（ａ）は、水晶振動片２０が実装される前のセラミックパッケージ５１であり、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ｂ）は、セラミックパッケージ５１の上面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＣ−Ｃ方向から見た断面図である。
台座用セラミック層５１ｃには、配線層８１が形成されている。この配線層８１は、音叉型水晶振動片２０を実装する際に、導電性接着剤３１を塗布される。導電性接着剤３１の塗布量が多いと、音叉型水晶振動片２０の一方の電極と他方の電極とが導電性接着剤３１がはみ出ることでショートしてしまうことがある。これを防止するために、配線層８１は台座用セラミック層５１ｃに形成される。また、台座用セラミック層５１ｃは、音叉型水晶振動片２０が斜めに倒れてキャビティ５８の底面に接することを防ぐ。
【００３０】
一対の配線層８１から、静電気放電用の一対の配線パターン８５−１が形成されている。一対の配線パターン８５−１は、台座用セラミック層５１ｃに沿ってセラミック層５１ａに伸びている。そしてキャビティ５８の底面であるセラミック層５１ａの上面に、櫛歯状突起の配線パターン８５−１が形成される。互いに向かい合う一対の配線パターン８５−１の突起間隔ＷＣは、１μｍないし２０μｍである。好ましくは間隔ＷＣは、１μｍないし１０μｍである。音叉型水晶振動片２０の側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの隙間ＷＡまたは第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの隙間ＷＢはともに、約２０μｍである。このため、突起間隔ＷＣは、２０μｍよりも狭くしなければならない。突起間隔ＷＣが２０μｍよりも広いと、静電荷が、配線パターン８５−１ではなく、音叉型水晶振動片２０の隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの付近で集積されてしまうからである。配線パターンの間隔ＷＣは、音叉型水晶振動片２０の最小電極パターン間隔などで決まる耐電圧または耐電流によって適宜変更可能である。
【００３１】
水晶振動子５０が人体または他の装置と接触した場合、静電荷は櫛歯状突起の配線パターン８５−１に誘起される。静電荷は電界を形成するために櫛歯状突起の配線パターン８５−１の突起に集中する。静電荷がある程度、櫛葉状突起の配線パターン８５−１に集積される故に、空気または真空中の粒子の反対電荷は誘導される。この時点で、静電気放電反応が櫛葉状突起の配線パターン８５−１の静電荷と空気または真空中の誘導電荷との間で生じ、両者の担持している電荷を打ち消し合う。換言すると、水晶振動子５０の静電荷は、櫛歯状突起の配線パターン８５−１を通して空気または真空中の粒子と静電気放電反応をなす。
【００３２】
静電気放電反応で、櫛歯状突起の配線パターン８５−１の電荷と空気または真空中の誘導電荷は電気エネルギーを放出し、エレクトロマイグレーション（electro migration）現象が生じる。放出された電気エネルギーは櫛葉状突起の配線パターン８５−１の温度を上昇させる。タングステン、モリブデン等の高融点金属からなる導電ペーストで櫛歯状突起の配線パターン８５−１は形成され、またその厚みは３μｍないし２０μｍである、このため、櫛葉状突起の配線パターン８５−１で生じた静電気放電反応の高熱で、櫛葉状突起の配線パターン８５−１が昇華することは少ない。図９に示すように、人体からの放電電流波形図には２つのサージピークがあり、最初のピークは手や腕の部分からの放電で、次のピークが胴体からの放電である。このような複数のサージピークに対しても、櫛葉状突起の配線パターン８５−１は昇華が少ないので何度も対応できる。
【００３３】
櫛歯状突起の配線パターン８５−１は、静電気放電反応の高熱で配線パターンが昇華することが少ないため、一つの突起部を有する配線パターンであっても良い。ただし、導電ペーストの配線パターン８５−１の厚みが３μｍ程度の場合には、配線パターンの昇華により配線パターンの間隔が広くなってしなうので、櫛歯状の突起のようには複数の突起が形成された方が良い。また、図３では一対の櫛歯状突起の配線パターン８５−１で説明したが、一方のみ櫛歯状突起の配線パターン８５−１を形成し、他方は放電突起を形成していなくてもよい。
【００３４】
＜＜実施形態２＞＞
図４（ａ）は、水晶振動片２０が実装される前のセラミックパッケージ５１であり、図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ｂ）は、セラミックパッケージ５１の上面図である。
台座用セラミック層５１ｃには、配線層８１が形成されている。この配線層８１には、音叉型水晶振動片２０が、導電性接着剤３１により接着領域３３を介して接着され実装される。
【００３５】
三角突起を有する配線パターン８５−２が内部配線８３から伸びている。実施形態１とは異なり、配線層８１から直接静電気放電の配線パターンは形成されていない。実施形態１では、台座用セラミック層５１ｃの上面および側面に高融点金属からなる導電ペーストを塗布して配線パターン８５−１を形成しなければならず、製造に困難が伴う。しかし、三角突起を有する配線パターン８５−２は底面用セラミック層５１ａの表面に高融点金属からなる導電ペーストを塗布すればよいので、容易に製造できる。
【００３６】
一対の配線パターン８５−２の三角突起の間隔ＷＣは、１μｍないし２０μｍである。好ましくは間隔ＷＣは、１μｍないし２０μｍである。好ましくは間隔ＷＣは、１μｍないし１０μｍである。突起間隔ＷＣが２０μｍよりも広いと、静電荷が、配線パターン８５−２ではなく、音叉型水晶振動片２０の隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの付近で集積されてしまうからである。配線パターンの間隔ＷＣは、音叉型水晶振動片２０の最小電極パターン間隔などで決まる耐電圧または耐電流によって適宜変更可能である。
【００３７】
水晶振動子５０が人体または他の装置と接触した場合、静電荷は三角突起の配線パターン８５−２に誘起される。静電荷は電界を形成するために三角突起の配線パターン８５−２の突起に集中する。静電荷がある程度、配線パターン８５−２に集積される故に、空気または真空中の粒子の反対電荷は誘導される。この配線パターン８５−２も、厚みが３μｍないし２０μｍである、このため、三角突起の配線パターン８５−２で生じた静電気放電反応の高熱で、三角突起の配線パターン８５−１が昇華することは少ない。これにより、水晶振動片２０のＥＳＤ対策を完全に行うことができる。なお、三角突起の配線パターン８５−２の先端はできるだけ厚い方が好ましく、２０〜４０μｍ厚さでもよい。複数回もの静電気放電反応であっても、厚み方向に三角突起の先端が残るからである。
【００３８】
＜＜実施形態３＞＞
図５（ａ）は、水晶振動片２０が実装される前のセラミックパッケージ５１であり、図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ｂ）は、セラミックパッケージ５１の上面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＣ−Ｃ方向から見た断面図である。
台座用セラミック層５１ｃには、配線層８１が形成されている。この配線層８１には、音叉型水晶振動片２０が導電性接着剤３１により接着領域３３を介して接着され実装される。
【００３９】
三角突起と櫛歯状突起とを有する配線パターン８５−３が内部配線８３から伸びている。実施形態１とは異なり、配線層８１から直接静電気放電の配線パターンは形成されていない。配線パターン８５−３の三角突起８５−３１は、キャビティ５８内の底面、すなわち底面用セラミック層５１ａの上面に形成されている。また、図５（ｃ）に示すように、配線パターン８５−３の櫛歯状突起８５−３２は、キャビティ５８内の側面、すなわち壁面セラミック層５１ｂに形成されている。このようにキャビティ５８内でスペースがある領域には、各種突起を設けることが可能である。一対の三角突起の配線パターン８５−３１の間隔ＷＣおよび一対の櫛歯状突起の配線パターン８５−３２の間隔ＷＣは、１μｍないし２０μｍである。好ましくは間隔ＷＣは、１μｍないし１０μｍである。これら間隔ＷＣは、音叉型水晶振動片２０の最小電極パターン間隔などで決まる耐電圧または耐電流によって適宜変更可能である。
【００４０】
櫛歯状水晶振動子５０が人体または他の装置と接触した場合、静電荷は三角突起の配線パターン８５−２または櫛歯状突起の配線パターン８５−３２に誘起される。静電荷がある程度、配線パターン８５−３に集積される故に、空気または真空中の粒子の反対電荷は誘導される。この配線パターン８５−３も、厚みが３μｍないし２０μｍである、このため、三角突起の配線パターン８５−３で生じた静電気放電反応の高熱で、三角突起の配線パターン８５−１が昇華することは少ない。これにより、水晶振動片２０のＥＳＤ対策を完全に行うことができる。
【００４１】
＜＜実施形態４＞＞
図６は、水晶振動子１５０の図面であり台座用セラミック層５１ｃが設けられていない。このため、水晶振動子１５０の高さを小さくでき、小型化に適している。図６（ａ）は、その水晶振動子１５０に、水晶振動片２０が実装される前のセラミックパッケージ５１であり、図６（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ｂ）は、セラミックパッケージ５１の上面図である。
図６では、配線層８１がセラミック層５１ａ上に形成されている。この配線層８１に、音叉型水晶振動片２０の接着領域３３が導電性接着剤３１により接着され実装される。この場合、台座用セラミック層５１ｃがないので、音叉型水晶振動片２０が傾かないようにしなければならない。
【００４２】
台座用セラミック層５１ｃがないため、配線層８１を延長した箇所に櫛歯状突起の配線パターン８５−４が設けられている。これまで説明してきたように、櫛歯状突起の配線パターン８５−４の間隔ＷＣは、音叉型水晶振動片２０の最小電極パターン間隔などで決まる耐電圧または耐電流によって適宜変更可能である。
【００４３】
＜＜実施形態５＞＞
図７は、水晶発振器２５０の図面であり、音叉型水晶振動片２０のほかにＩＣチップ４１、電子部品素子４３、４５を有している。図７（ａ）は、水晶振動子２５０に、水晶振動片２０が実装され、金属蓋体７１で封止材３７を介して溶着され封止された断面図である。図７（ｂ）は、金属蓋体７１を取り外したセラミックパッケージ５１の上面図で、特に音叉型水晶振動片２０、ＩＣチップ４１、電子部品素子４３、４５のそれぞれの位置関係を示した図である。図７（ｃ）は、音叉型水晶振動片２０、ＩＣチップ４１などを取り外したセラミックパッケージ５１の配線パターン８１、８７および静電気放電用の配線パターン８５−５を示した図である。水晶振動子５０または１５０は、端子電極８２を２つ有していた。水晶発振器２５０は、端子電極８２を４つ有している。ＩＣ素子４１の入出力のために端子電極８２を５つ以上有していてもよい。
【００４４】
ＩＣチップ４１は、たとえば発振器の制御を行うものであり、増幅手段、温度補償手段、感応手段を具備している。増幅手段として増幅用インバータなどが例示でき、温度補償手段は、演算手段、温度補償データの記憶手段、バリキャップダイオード、負荷容量、抵抗手段などを具備している。
【００４５】
電子部品素子４３、４５としては、たとえばコンデンサが例示できる。電子部品素子４３であるコンデンサは、たとえば、ＩＣチップ４１と外部端子電極８２との間で、一方がグランド電位となるように接続される。これは、出力信号中にノイズとなる直流成分を除去するものである。また、別の電子部品素子４５であるコンデンサは、ＩＣチップ４１と外部端子電極８２との間に接続され、外部端子電極８２に供給される電源電圧に重畳する高周波ノイズを除去するものである。
【００４６】
一対の配線層８１から、静電気放電用の一対の配線パターン８５−５１が形成されている。一対の配線パターン８５−５１は、台座用セラミック層５１ｃに沿ってセラミック層５１ａに伸びている。そしてキャビティ５８の底面であるセラミック層５１ａの上面に、三角突起の配線パターン８５−５１が形成される。互いに向かい合う一対の配線パターン８５−５１の突起間隔ＷＣは、１μｍないし２０μｍである。好ましくは間隔ＷＣは、１μｍないし１０μｍである。配線パターンの間隔ＷＣは、音叉型水晶振動片２０の最小電極パターン間隔などで決まる耐電圧または耐電流によって適宜変更可能である。
【００４７】
また、ＩＣ素子４１または電子部品素子４３などに導通する配線層８７から、静電気放電用の一対の配線パターン８５−５２が形成されている。一対の配線パターン８５−５２は、キャビティ５８の底面であるセラミック層５１ａの上面に、三角突起の配線パターン８５−５２を形成する。一対の配線パターン８５−５２の突起間隔ＷＣは、１μｍないし１０μｍである。この配線パターン８５−５２の間隔ＷＣは、ＩＣ素子４１、電子部品素子４３または電子部品素子４５の最小電極パターン間隔などで決まる耐電圧または耐電流によって適宜変更可能である。
【００４８】
水晶振動子５０が人体または他の装置と接触した場合、静電荷は三角突起の配線パターン８５−５１または三角突起の配線パターン８５−５２（以下、まとめて８５−５という）に誘起される。静電荷は電界を形成するために三角突起の配線パターン８５−５の突起に集中する。静電荷がある程度、三角突起の配線パターン８５−５に集積されると、空気または真空中の粒子の反対電荷は誘導される。この時点で、静電気放電反応が三角突起の配線パターン８５−５の静電荷と空気または真空中の誘導電荷との間で生じ、両者の担持している電荷を打ち消し合う。換言すると、水晶発振器２５０の静電荷は、三角突起の配線パターン８５−５を通して空気または真空中の粒子と静電気放電反応をなす。ＩＣチップ４１、電子部品素子４３、４５は、その素子自体で静電気対策がなされているが、実施形態５の水晶発振器２５０では、ＩＣチップ４１、電子部品素子４３、４５自体のＥＳＤ耐圧が不十分な場合には有効である。
【００４９】
本発明では、水晶振動子５０、１５０または水晶発振器２５０などの圧電デバイス内の静電荷を、配線パターンの突起などに集中し、それにより配線パターン領域が電気的に妨害されることを防ぐ。更に、空気または真空中の電荷が放電突起の電界に引き寄せられる。放電突起のある強度の電界を生ずる静電荷がある程度集積されると、それらは空気または真空中の粒子と静電気放電反応をなす。水晶振動子５０、１５０または水晶発振器２５０内の音叉型水晶振動片２０、またはＩＣチップ４１などを損傷せず、実質的にＥＳＤ耐圧を向上させる。
【００５０】
＜音叉型水晶振動子または水晶発振器の製造工程＞
図８は、図３ないし図６で説明したセラミックパッケージされる音叉型水晶振動子５０，１５０の製造の全工程を示したフローチャートである。音叉型水晶発振器２５０も、ＩＣチップ４１などを実装する工程を加えれば、ほぼ同じフローである。
＜＜水晶振動片の外形形成の工程＞＞
ステップＳ１１２では、水晶単結晶ウエハ１０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単結晶ウエハ１０を使用する場合に、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金属膜を使用する。
【００５１】
ステップＳ１１４では、クロム層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ１０に、フォトレジスト層を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層としては、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。
【００５２】
次に、ステップＳ１１６では、露光装置を用いて、第１フォトマスクに描かれた音叉型水晶振動片２０のパターンをフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。ステップＳ１１６では、両面露光装置を使って３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて両面を露光する。
【００５３】
ステップＳ１１８では、水晶単結晶ウエハ１０のフォトレジスト層を現像して、感光したフォトレジスト層を除去する。さらに、フォトレジスト層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。次に、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層および耐蝕膜から露出した水晶材料を、音叉型水晶振動片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。
【００５４】
ステップＳ１２０では、不要となったフォトレジスト層と耐蝕膜を除去することによりに、図２で示した音叉型水晶振動片２０が形成される。
＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ１２２では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。この金属膜は、下地となるクロム層と、金層とで構成する。たとえば、クロム層の厚みは５０〜７００オングストロームに、金層の厚みは４００〜３０００オングストロームにする。
【００５５】
ステップＳ１２４では、全面にフォトレジストをスプレーにより塗布する。
ステップＳ１２６では、配線パターンと対応した第２フォトマスクを用意して、配線パターンをフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。この配線パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、ステップＳ１２６では、露光光を用いて音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。両面露光装置を使って水晶振動片２０の両面を一度に露光することもでき、また、片面露光装置を使って水晶振動片２０の片面を露光し、水晶振動片２０を裏返して他方の片面を露光することもできる。
【００５６】
ステップＳ１２８では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジストを除去する。残るフォトレジストは配線パターンと対応したフォトレジストになる。次いで、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、配線パターンと対応したフォトレジスト層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でエッチングし、次に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。続いて、ステップＳ１３０でフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に励振電極などが正確な位置および電極幅で形成される。それから、水晶単結晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片２０を切り取る。必要があれば、連結部２８が基部２９の端部より外側で切り取られていないかをチェックする。
【００５７】
＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極が形成された音叉型水晶振動片２０が得られたため、ステップＳ１３２では、図３ないし図７で示した線電気放電用の放電突起を有する配線パターンが形成されたセラミック製のパッケージ５１に音叉型水晶振動片２０を接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９の接着領域３３に導電性接着剤３１を塗布して音叉型水晶振動片２０を実装する。その後、導電性接着剤３１を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤３１を本硬化する。
【００５８】
ステップＳ１３４では、さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１にレーザ光を照射して、振動腕２１の水晶単結晶ウエハ１０の一部または錘金属を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。
【００５９】
次に、ステップＳ１３６で、真空チャンバ内などに水晶振動片２０を収容したセラミックパッケージ５１を移し、封止材３７により金属蓋体７１を封止する。続いてステップＳ１３８で、最後に音叉型水晶振動子５０の駆動特性などの検査を行い、音叉型水晶振動子５０を完成させる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
上記実施形態では、音叉型水晶振動子で説明してきたがこれに限定されることはなく、円形型または矩形型などの他の形状の水晶振動子であってもよい。図には示さないが、放電突起がＹ方向から４５度または９０度傾いた方向であってもよい。また、実施形態では放電突起はパッケージの内側に形成されたが、内側でなくパッケージの外側に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる水晶振動子５０の概略図を示している。
【図２】（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した図であり、(ｂ)は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】水晶振動子５０の静電気放電の配線パターンを示した実施形態１の図である。
【図４】水晶振動子５０の静電気放電の配線パターンを示した実施形態２の図である。
【図５】水晶振動子５０の静電気放電の配線パターンを示した実施形態３の図である。
【図６】音叉型水晶振動子１５０に使用されるパッケージ５１の配線パターンを示した実施形態４の図である。
【図７】音叉型水晶発振器２５０に使用されるパッケージ５１の配線パターンを示した実施形態５の図である。
【図８】音叉型水晶振動子５０の製造の全工程を示したフローチャートである。
【図９】人体からの静電気の放電電流波形の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  …  水晶単結晶ウエハ
２０  …  音叉型水晶振動片
８１  …  配線層
８２  …  端子電極
８３  …  内部配線
８５  …  静電気放電用の配線パターン
５０，１５０  …  音叉型水晶振動子
２５０  …  音叉型水晶発振器
ＷＡ  …  側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの一番狭い隙間
ＷＢ  …  第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの一番狭い間隔
ＷＣ  …  セラミックパッケージ５１の放電突起における一番広い間隔
【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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【図７】
2008099143.tif 000009
【図８】
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【図９】
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