(57)【要約】【課題】  下地層と電極層の界面において部分的剥離が生じることを防止し、成膜後にＣＩ値が増大することを有効に回避することができる励振電極の構造と形成法を提供すること。【解決手段】  圧電材料の表面にスパッタリングにより金属膜を成膜して圧電振動片の駆動電極である励振電極を形成する電極形成方法において、前記圧電材料の表面にスパッタリングにてクロムによる下地層５２を形成し、前記下地層の表面に、銀もしくは金のいずれかの金属５３と、クロム５４とをそれぞれ極小の膜厚で順次スパッタリングにより成膜し、前記銀または金、およびクロムの成膜後にさらにその表面に必要な膜厚で銀または金による電極層５６を形成し、前記連続するスパッタリング工程を経ることにより、前記下地層と前記電極層との間において、銀または金にクロムが拡散された拡散層５５を形成する。【選択図】  図４
2005136575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料の表面にスパッタリングにより金属膜を成膜して圧電振動片の駆動電極である励振電極を形成する電極形成方法において、
前記圧電材料の表面にスパッタリングにてクロムによる下地層を形成し、
前記下地層の表面に、銀もしくは金のいずれかの金属と、クロムとをそれぞれ極小の膜厚で順次スパッタリングにより成膜し、
前記銀または金、およびクロムの成膜後にさらにその表面に必要な膜厚で銀または金による電極層を形成し、
前記連続するスパッタリング工程を経ることにより、前記下地層と前記電極層との間において、銀または金にクロムが拡散された拡散層を形成する
ことを特徴とする、電極形成方法。
【請求項２】
前記極小の膜厚が、スパッタリングにより成膜する金属の粒径とほぼ一致する膜厚とされることを特徴とする請求項１に記載の電極形成方法。
【請求項３】
気密状態としたスパッタ室と、
前記スパッタ室内に設けられ、圧電材料を加工して形成した圧電チップを搬送するための搬送手段と、
前記搬送手段の搬送方向に沿って、順次配置されたクロムによる第１のターゲット材、銀または金による第２のターゲット材、クロムによる第３のターゲット材、銀または金による第４の各ターゲット材と、
前記搬送手段の搬送スピードを制御する制御手段と
を備えており、
前記制御手段が前記第１のターゲット材に対応した領域においては、下地層の形成に対応した第１の速度に前記搬送スピードを設定し、前記下地層の表面に、銀もしくは金のいずれかの金属と、クロムとをそれぞれ成膜するために、前記第２および第３のターゲット材に対応した領域では、前記第１の速度よりも数倍のスピードである第２のスピードに前記搬送スピードを設定することを特徴とする、電極成膜装置。
【請求項４】
前記制御手段は前記搬送装置の搬送方向を切り替えて往復運転されるとともに、前記第１のターゲット材と前記第３のターゲット材、第２のターゲット材と第４のターゲット材がそれぞれ兼用されるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電極成膜装置。
【請求項５】
圧電材料をエッチングして形成した圧電チップの表面に駆動電極である励振電極を備えた圧電振動片であって、
前記励振電極が、
圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、
前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、
前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層と
を備えることを特徴とする、圧電振動片。
【請求項６】
パッケージまたはケース内に圧電振動片が収容された圧電デバイスであって、
前記圧電振動片には、駆動用の電極としての励振電極が設けられており、
前記励振電極が、
圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、
前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、
前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層と
を備えることを特徴とする、圧電デバイス。
【請求項７】
パッケージまたはケース内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記圧電振動片には、駆動用の電極としての励振電極が設けられており、
前記励振電極が、
圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、
前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、
前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層と
を備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。
【請求項８】
パッケージまたはケース内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した電子機器であって、
前記圧電振動片には、駆動用の電極としての励振電極が設けられており、
前記励振電極が、
圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、
前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、
前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層と
を備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片と、その励振電極の構造、および電極形成方法、ならびにパッケージやケースなどに圧電振動片を収容した圧電デバイスと圧電デバイスを利用した携帯電話および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、パッケージ内に、例えば、圧電材料で形成した圧電振動片を収容している。
圧電振動片は、例えば水晶ウエハを矩形にエッチングして駆動用の電極を設けることにより形成されており、図１１は、このような圧電振動片の部分断面図である。
図において、圧電振動片１は、水晶材料２の表面に、駆動用の電極としての励振電極７が、成膜されている。励振電極７は、例えば、水晶材料２の表面に下地層３としてクロムを成膜し、その表面に電極層４として銀または金を成膜することにより形成されている。
【０００３】
ここで、圧電振動片の電極構造に関して、複数の金属層を成膜する技術は種々知られており、例えば第１の例（特許文献１）では、下地層の上に電極層を成膜し、その上に下地層と同じ金属層を成膜する構造が示されている。
また、第２の例（特許文献２）では、電極膜を形成する上で、クロム−銀クロム混在層−銀−クロムといった４層構造に成膜する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４４２８１
【特許文献２】特開平５−３３５８８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１１で示すような電極構造においては、水晶材料２の表面に上述した励振電極７を形成する前に、材料が大気に暴露されることによって、あるいは積極的な工程を経て、ＳｉＯ２でなる酸化膜２ａが形成されている。この酸化膜のＯ２成分がＣｒと結びつき、酸化クロムＣｒＯ２が形成されて、酸化膜２ａと下地層３との界面を接合させる。
一方、電極層４を構成する銀または金の金属粒子の間には、極微の隙間があり、この隙間を通して、大気が侵入し、下地層３と電極層４の境界に達すると、ここでも酸化クロムが形成される。ところが、酸化クロムは銀や金等の金属と接合しにくいため、図１２に示すように、接合が離れた個所に浮き６，６として、部分的な剥離個所が発生する。通常、水晶材料をエッチングして水晶チップを形成し、電極を成膜して圧電振動片１を完成した後、これをパッケージなどにマウントするまでは、大気中に保管されることから、この保管中に上述の反応が進行することになる。
【０００６】
図１３はこのような浮き６が部分的に発生した状態の圧電振動片を示す顕微鏡写真である。また、図１４は、左半分が電極層と下地層の間に浮き６を生じない圧電振動片１のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を示しており、右半分が電極層と下地層の間に、部分的に浮き６を生じた圧電振動片１のＣＩ値を示している。すなわち、圧電振動片１に上述の浮き６が発生すると、ＣＩ値が大きく変化してしまう。
【０００７】
これに対して、上述した第１の例（特許文献１）の技術では、電極層の上に下地層と同じ金属で金属層を形成することによって、パッケージに形成した電極部に対して、導電性接着剤により圧電振動片を接合するに当り、上述したパッケージ電極部との導通性能を向上させようとするもので、上述した本願の課題を解決することは意図されていない。
【０００８】
また、上記第２の例（特許文献２）では、電極膜を形成する上で、クロム−銀クロム混在層−銀−クロムといった４層構造に成膜する技術が開示されている。この技術では、圧電振動片の全体に関して、このような４層構造の金属膜を成膜しており、例えば、引出し電極（接続電極ランド）の個所では、これらの層を部分的に剥離して、導電性接着剤との導通性を向上させることが意図されている。すなわち、電極全体を多数の層で形成しておき、これらの層を必要に応じて部分的に露出させ、圧電振動片の電極膜の各部の特性を向上させようとするもので、やはり、上述した本願の課題とは異なる課題を対象としており、下地層と電極層の部分的な剥離を解決できるものではない。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、下地層と電極層の界面において部分的剥離が生じることを防止し、成膜後にＣＩ値が増大することを有効に回避することができる励振電極の構造とその形成方法および電極成膜装置、ならびにそのようにした励振電極を備える圧電振動片およびこれを利用した圧電デバイス、ならびにその製造方法と、さらには圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を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】
上述の目的は、第１の発明にあっては、圧電材料の表面にスパッタリングにより金属膜を成膜して圧電振動片の駆動電極である励振電極を形成する電極形成方法において、前記圧電材料の表面にスパッタリングにてクロムによる下地層を形成し、前記下地層の表面に、銀もしくは金のいずれかの金属と、クロムとをそれぞれ極小の膜厚で順次スパッタリングにより成膜し、前記銀または金、およびクロムの成膜後にさらにその表面に必要な膜厚で銀または金による電極層を形成し、前記連続するスパッタリング工程を経ることにより、前記下地層と前記電極層との間において、銀または金にクロムが拡散された拡散層を形成する、電極形成方法により、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、電極を形成する対象である圧電材料の表面に、スパッタリングにより、順次成膜を行うようにしている。この場合、先ず、クロムによる下地層を成膜した後で、その表面に銀または金の金属層と、クロム層とを極小の膜厚でそれぞれ成膜する点が大きな特徴である。すなわち、銀または金の金属層を成膜する場合、その膜厚をきわめて薄くすることで、下地層の表面には、銀または金が付着しない領域を部分的に残しつつ、成膜が行われる。さらにその上にクロム層をきわめて薄く成膜する過程では、クロムが付着した領域と付着しない領域が形成される。このような状態において、電極層としての銀または金を必要な膜厚でスパッタリングにて成膜すると、比較的厚い電極層の成膜の完了時には、電極層の下層に、きわめて薄く成膜した銀または金による金属層にクロムが拡散した銀クロム拡散層、もしくは金クロム拡散層を適切に形成することができる。
これにより、電極層の金属粒子どうしの間の極微の隙間から入り込んだ大気または大気中の酸素成分は、前記拡散層に阻まれることにより、下地層と反応して、酸化クロムを形成することがなく、前記下地層と拡散層の界面は良好な接合を保つことができる。このため、部分的に剥離状態となることがない電極を得ることができる。
【００１２】
第２の発明は第１の発明の構成において、前記極小の膜厚が、スパッタリングにより成膜する金属の粒径とほぼ一致する膜厚とされることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記銀または金の金属層とその表面のクロム層とが可能な限り薄く成膜されることにより、前記銀クロム拡散層、もしくは金クロム拡散層を形成する上できわめて好適な条件を作ることができる。
【００１３】
上述の目的は、第３の発明にあっては、気密状態としたスパッタ室と、前記スパッタ室内に設けられ、圧電材料を加工して形成した圧電チップを搬送するための搬送手段と、前記搬送手段の搬送方向に沿って、順次配置されたクロムによる第１のターゲット材、銀または金による第２のターゲット材、クロムによる第３のターゲット材、銀または金による第４の各ターゲット材と、前記搬送手段の搬送スピードを制御する制御手段とを備えており、前記制御手段が前記第１のターゲット材に対応した領域においては、下地層の形成に対応した第１の速度に前記搬送スピードを設定し、前記下地層の表面に、銀もしくは金のいずれかの金属と、クロムとをそれぞれ成膜するために、前記第２および第３のターゲット材に対応した領域では、前記第１の速度よりも数倍のスピードである第２のスピードに前記搬送スピードを設定する、電極成膜装置により、達成される。
第３の発明の構成によれば、スパッタ室内の搬送手段が第１のターゲット材により圧電チップ表面にクロムの下地層を形成した後で、この下地層を形成する際の搬送スピードの数倍のスピードで搬送することで、前記下地層の表面に、銀もしくは金のいずれかの金属と、クロムとをそれぞれ極小の膜厚で成膜することができる。このような金属層とクロム層を形成後に、電極層を形成することにより、電極層の完成時には、その下層に銀クロム拡散層、もしくは金クロム拡散層を好適に形成することができる。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明の構成において、前記制御手段は前記搬送装置の搬送方向を切り替えて往復運転されるとともに、前記第１のターゲット材と前記第３のターゲット材、第２のターゲット材と第４のターゲット材がそれぞれ兼用されるようにしたことを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記制御手段は前記搬送装置の搬送方向を切り替えて往復運転されるとともに、前記第１のターゲット材と前記第３のターゲット材、第２のターゲット材と第４のターゲット材がそれぞれ兼用されるようにしたことで、第１ないし第４のターゲット材を順次直線的に配置する場合と比べて、スパッタ室の全長を短くすることができコンパクトな構成の成膜装置とすることができる。
【００１５】
上述の目的は、第５の発明にあっては、圧電材料をエッチングして形成した圧電チップの表面に駆動電極である励振電極を備えた圧電振動片であって、前記励振電極が、圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層とを備える、圧電振動片により、達成される。
第５の発明の構成によれば、圧電チップの表面の励振電極が、電極層の下層に銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散してなる拡散層を有している。このため、電極層の金属粒子どうしの間の極微の隙間から入り込んだ大気または大気中の酸素成分は、前記拡散層に阻まれることにより、下地層と反応して、酸化クロムを形成することがなく、前記下地層と拡散層の界面は良好な接合を保つことができる。このため、この発明の圧電振動片は、部分的に剥離状態となることがない励振電極を備えることとなり、このような部分的な剥離を原因としたＣＩ値の変動がない圧電振動片を得ることができる。
【００１６】
さらにまた、上述の目的は、第６の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片が収容された圧電デバイスであって、前記圧電振動片には、駆動用の電極としての励振電極が設けられており、前記励振電極が、圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層とを備える、圧電デバイスにより、達成される。
第６の発明の構成によれば、パッケージまたはケース内に収容された圧電振動片の励振電極が、電極層の下層に銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散してなる拡散層を有している。このため、電極層の金属粒子どうしの間の極微の隙間から入り込んだ大気または大気中の酸素成分は、前記拡散層に阻まれることにより、下地層と反応して、酸化クロムを形成することがなく、前記下地層と拡散層の界面は良好な接合を保つことができる。このため、前記圧電振動片は、部分的に剥離状態となることがない励振電極を備えることとなり、このような部分的な剥離を原因としたＣＩ値の変動がない圧電振動片を得ることができることから、圧電デバイスの信頼性が向上する。
【００１７】
また、上述の目的は、第７の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記圧電振動片には、駆動用の電極としての励振電極が設けられており、前記励振電極が、圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層とを備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした携帯電話装置により、達成される。
【００１８】
また、上述の目的は、第８の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記圧電振動片には、駆動用の電極としての励振電極が設けられており、前記励振電極が、圧電材料の表面に形成された下地層としてのクロム層と、前記クロムの下地層の表面に形成された、銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散した拡散層と、前記拡散層の表面に形成された銀または金でなる電極層とを備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした電子機器により、達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１および図２は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図１は圧電デバイスの一部を切断して内部を示した概略斜視図、図２は図１の圧電デバイスの概略縦断面図であり、図３は図１の圧電デバイスに使用される圧電振動片の概略斜視図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片を収容している。
具体的には、圧電デバイス３０は、図２に示すように、第１の基板３４と、この第１の基板３４に積層された第２の基板３５を含むパッケージ３６内に圧電振動片３１を収容している。
【００２０】
パッケージ３６を構成する第１の基板３４は絶縁基体であり、その上に電極部３２が形成されている。図１において、電極部は符号３２，３２に示されているように、パッケージ３６の端部において、第１の基板３４の幅方向の両端部に一対設けられている。
第１の基板３４と第２の基板３５は絶縁材料で形成され、セラミックが適している。特に、好ましい材料としては圧電振動片３１や後述する蓋体の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが選択され、この実施形態では、例えば、グリーンシートを焼成したセラミックが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
【００２１】
第１の基板３４と第２の基板３５は、図示する形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成することができる。この場合、第１の基板３４は、パッケージ３６の底部を構成する基板で、これに重ねられる第２の基板３５は、上述したグリーンシートを板状として、内部の材料を除去して、枠状として、図２の内部空間Ｓを形成したもので、この内部空間Ｓを利用して、圧電振動片３１を収容するようにしている。このパッケージ３６には、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体３７がロウ材３７ａを介して接合されることにより、パッケージ３６は気密に封止されている。
【００２２】
第１の基板３４上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、第１及び第２の基板の焼結をした後で、ニッケルおよび金もしくは銀などを順次メッキして、上述した電極部３２，３２が形成されている。図２に示すように、電極部３２は、パッケージ３６の底面に露出した実装端子４１，４１と導電パターン３２ａにより接続されている。この電極部３２と実装端子４１とを接続するための導電パターンは、パッケージ３６の形成時に利用されるキャスタレーションの表面に形成して、パッケージ３６の外面を引き回してもよいし、あるいは図２に符号３２ｂで示すように、第１の基板３４を貫通する導電スルーホールなどにより接続してもよい。
【００２３】
圧電振動片３１は、図２に示すように、例えば圧電材料により形成されたウエハを厚みの薄い矩形に加工した、所謂、ＡＴカット振動片により、圧電チップである振動片個片が形成されている。圧電材料として、例えば、この実施形態では水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。また、圧電チップの形態も、ＡＴカット振動片に限らず、コンベックスタイプや、逆メサ型の振動片を用いることができるし、さらに、水晶Ｚ板でなるウエハを、例えば、フッ酸溶液を用いてウエットエッチングしたり、あるいはドライエッチングすることで、所謂音叉型とした振動片等を使用してもよい。
【００２４】
図３において、振動片の個片である圧電チップの表面には、駆動用の電極として、励振電極５１が形成されている。励振電極５１は、圧電チップを積極的に振動させようとする領域に形成され、圧電材料に駆動電圧を印加することで、材料内に効率よく電界を生じさせ、励振するためのものである。励振電極５１は、図示しない圧電チップの裏面にも同様の形態で形成され、それぞれ圧電振動片３１の長さ方向の端部において、その幅方向の両端にそれぞれ形成された接続電極である引出し電極５１ａ，５１ａに対して、各別に接続されている。
【００２５】
このような圧電振動片３１は、図１に示されているように、パッケージ３６側の各電極部３２，３２の上に導電性接着剤４３，４３を塗布し、その上に圧電振動片３１の図３で説明した各引出し電極５１ａ，５１ａが形成されている基端部３１ａを載置して、これら導電性接着剤４３，４３を硬化させることにより片持ち式に接合されている。
これにより、パッケージ３６の外部から実装端子４１，４１を介して供給された駆動電圧は、パッケージ３６側の電極部３２，３２から導電性接着剤４３，４３および圧電振動片３１の引出し電極５１ａ，５１ａを介して、励振電極５１に印加される。したがって、圧電振動片３１の先端側３１ｂは圧電作用により振動することで、駆動されるようになっている。
【００２６】
ここで、導電性接着剤４３，４３としては、所定の合成樹脂でなるバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を添加したものを使用することができる。また、圧電振動片３１は必ずしも片持ち式でなく、先端側３１ｂの一部をパッケージ３６側に接合した構成としてもよい。
また、第１の基板３４を絶縁基体として、電極を形成し、第２の基板３５を積層することなく、浅い箱状とした蓋体（図示せず）により、圧電振動片３１を気密に封止する形式のパッケージを用いてもよい。あるいは、圧電振動片３１に外部の駆動電圧源と接続したプラグを接続し、一端を閉止した金属製の筒状のケースに圧電振動片３１を差し入れて、このプラグによりケースを気密に封止するようにしてもよい（図示せず）。
【００２７】
図４は図３の圧電振動片３１の励振電極５１の断面構造を示すものである。
図において、圧電振動片３１の圧電材料、この場合水晶５７の表面には、クロムによる下地層５２が形成されている。そして、下地層５２の表面には、拡散層５５が形成され、拡散層５５の上には電極層５６が形成されている。これらの各層は後述するスパッタリングによる工程を経ることにより形成される。
【００２８】
下地層５２は、３０ないし３００オングストロームの膜厚で形成されるものである。一般に、水晶の表面には電極層となる金属層を直接接合できないので、電極層を構成する金属と接合性の良い下地膜が形成される。この実施形態では、クロム（Ｃｒ）による下地層は３０オングストローム程度から極力薄く形成することが好ましい。この実施形態では、下地層５２を例えば、膜厚７０オングストローム程度に形成している。拡散層５５は、下地金属とクロムと電極層を構成する金属について、一方が他方に拡散した構造を備える層で、膜厚５０ないし２００オングストローム程度が好ましく、この実施形態では１７０オングストローム程度に形成している。電極層は銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）により、膜厚１５００ないし３５００オングストローム程度に形成するのが好ましく、後述する工程により、この実施形態では２５００オングストローム程度に形成されている。
なお、水晶５７の表面には、圧電チップ（圧電振動片３１の電極形成前のもの）を形成した後で、電極が形成されるまでの間、大気中で保管すると、酸化膜が形成されることがあるが、図４では酸化膜を図示していない。
【００２９】
図４の拡散層５５は、下地層５２の表面に銀または金の金属層５３と、さらにその表面にクロム層５４とをそれぞれ極小の膜厚でスパッタリングにより成膜することにより形成されている。この極小の膜厚とは、例えば、金属層５３を形成する銀または金の金属粒子と、クロム層５４を形成するクロムの粒子を、それぞれ粒子径に相当する程度の膜厚で形成することで実現される。
【００３０】
本実施形態の圧電デバイス３０は以上のように構成されており、パッケージ３６内に収容された圧電振動片３１の励振電極５１が、電極層５６の下層に銀にクロムが拡散、もしくは金にクロムが拡散してなる拡散層５５を有している。このため、電極層５６の金属粒子どうしの間の極微の隙間から入り込んだ大気または大気中の酸素成分は、それより下層の拡散層５５に阻まれることにより、下地層５２と反応して、酸化クロムを形成することがなく、下地層５２と拡散層５５の界面は良好な接合を保つことができる。このため、圧電振動片３１は、部分的に剥離状態となることがない励振電極５１を備えることとなり、このような部分的な剥離を原因として、図１４で説明したようなＣＩ値の変動がない圧電振動片３１を得ることができることから、圧電デバイス３０の信頼性が向上する。
【００３１】
（圧電デバイスの製造方法）
次に、上述した圧電デバイス３０の製造方法の一例を説明する。
図５は圧電デバイス３０の製造方法の一例について示すフローチャートである。
図１および図２で説明した圧電デバイス３０のパッケージ３６と、圧電振動片３１と、蓋体３７とは別々の工程でそれぞれ形成される。
パッケージ３６は、既に詳しく説明したように、グリーンシートを焼成したセラミックを利用して形成することができる（ＳＴ１１）。また、圧電振動片３１は、この実施形態では、既に説明したように、水晶ウエハを矩形にカットしたり（ＡＴ振動片）、エッチングすることにより（音叉型振動片）水晶チップを形成し（ＳＴ２１）、その後、水晶チップの表面に、駆動電極を形成する（ＳＴ２２）ことにより、製造することができる。この電極形成工程については後で詳しく説明する。さらに、蓋体３７は、これを透明なガラス材料で形成する場合には、硼珪酸ガラスやコバールガラスなどを所定の大きさと厚みを備えた板体としたり、あるいはコバールなどの金属板により形成することができる（ＳＴ３１）。
【００３２】
次いで、完成したパッケージ３６の電極部３２，３２に圧電振動片３１を接合する（ＳＴ１２）（接合工程）。
すなわち、図１で説明したように、パッケージ３６側の各電極部３２，３２の上に導電性接着剤４３，４３を塗布し、その上に圧電振動片３１の図３で説明した各引出し電極５１ａ，５１ａが形成されている基端部３１ａを載置して、これら導電性接着剤４３，４３を硬化させる。
【００３３】
次いで、真空中において、パッケージ３６の上端もしくは、蓋体３７の接合面にロウ材を塗布して、この蓋体３７をパッケージ３６の上端に接合する。あるいは、蓋体３７がコバールなどの金属である場合には、シーム溶接などの手段により、パッケージ３６に蓋体を接合することにより、パッケージ３６を気密に封止する（ＳＴ１３）。その後、必要な周波数調整を行い、圧電デバイス３０を駆動して所定の検査を行い（ＳＴ１４）、圧電デバイス３０が完成する（ＳＴ１５）。
【００３４】
次に、圧電振動片３１の電極を形成する工程（ＳＴ２２）を詳しく説明するが、その前に、電極形成工程に使用する電極成膜装置の構成を先ず説明する。
（電極成膜装置）
図６の電極成膜装置は、インターバック式のスパッタ装置である。装置種類としては、インターバック式に限らず、インラインタイプであれば、本実施形態の電極形成工程とほぼ同様の工程を実行することができる。
図６において、電極成膜装置６０は、気密構造のスパッタ室６７と、このスパッタ室６７に隣接して設けたロード室６１とを有している。
【００３５】
ロード室６１は、ワークの仕込み室と取り出し室を兼ねた気密構造の空間である。ロード室には、外部側の第１のゲートバルブ６２と、ロード室６１とスパッタ室（本室）との間に設けられた第２のゲートバルブ６５とが設けられている。
ロード室６１内には、図３で説明した圧電振動片３１であって、未だ励振電極５１等の電極を成膜する前の振動片、すなわち圧電チップを複数個同時に収容でき、かつ個々の圧電チップについて、電極が形成されるべき領域だけを露出するようにしたマスクをセットできる金属製のスパッタ治具６６が、所定個数スタックされるようになっている。
ロード室６１には、内部を真空排気するための真空ポンプなどを含む第１の排気手段６３と、真空破壊用の不活性ガスとしての窒素をロード室６１内に導入するために窒素ガスの供給源と接続された第１の窒素ガス送り手段６４とを備えている。
【００３６】
スパッタ室６７は、第２のゲートバルブ６５によって、ロード室６１と接続された気密チャンバーである。スパッタ室６７内には、上述したスパッタ治具６６を成膜工程に沿って送る搬送コンベヤなどでなる搬送手段７６が配置されている。搬送手段７６は、スパッタ治具６６を送り方向Ａに沿って搬送するようになっており、搬送用モータ等を逆転させて戻り方向Ｂに沿って後退させることができるようになっている。また、スパッタ室６７内には、それぞれ金属層を成膜する順に第１、第２、第３、第４のターゲット材が配置される。この場合、搬送手段６７を挟んで、互いに対向して配置された一対のクロム（Ｃｒ）によるターゲット材６８，６９が配置され、これらは第１および第３のターゲット材を兼ねている。また、搬送手段７６の搬送方向Ａに関して、これよりも下流にて、互いに対向して配置された一対の銀（Ａｇ）によるターゲット材７１，７２が配置され、これらは第２および第４のターゲット材を兼ねている。
【００３７】
各ターゲット材６８，６９，７１，７２には、マグネット６８ａ，６９ａ，７１ａ，７２ａが固定されている。これらマグネット６８ａ，６９ａ，７１ａ，７２ａは、図示するように、Ｎ極と、Ｓ極が交互に多極着磁されており、さらにマグネット６８ａ，６９ａ，７１ａ，７２ａには図示しない電圧制御手段を介して、図示のようにマイナス電圧が印加されることによって、マグネトロンカソードが構成されている。これにより、各マグネットの磁束は、各対となったターゲット材６８と６９、およびターゲット材７１と７２とをそれぞれ通る磁界を形成するようになっている。
【００３８】
さらに、スパッタ室６７には、内部を真空排気するための第２の排気手段７３と、真空破壊用の不活性ガスとしての窒素をスパッタ室６７内に導入するために窒素ガスの供給源と接続された第２の窒素ガス送り手段７４と、イオン形成用のアルゴンガスを導入するためのアルゴンガス送り手段７５とを備えている。
さらに、電極成膜装置６０には、各駆動部分を制御するための制御手段８１が取付けられている。この制御手段８１は、電極成膜装置６０に組み込まれたり、後付されたりすることで、成膜工程を制御するものであり、例えば、電極成膜装置６０に汎用のパソコンなどを後付して、所定のソフトウエアにより駆動できるようにして設けてもよく、あるいは所定のシーケンス回路を電極成膜装置６０に組み込むことなどにより構成することができる。
【００３９】
図７は制御手段８１を中心とした電極成膜装置６０の制御構造を示すブロック図である。制御手段８１には、図６に示したロード室６１の第１の排気手段６３と、第１の窒素ガス送り手段６４と、第１のゲートバルブ（駆動手段）６２と、第２のゲートバルブ（駆動手段）６５とが接続されている。さらに、制御手段８１には搬送手段７６の駆動用の送りモータ駆動手段８２が接続されている。
また、制御手段８１には、スパッタ室６７の第２の排気手段７３と、第２の窒素ガス送り手段７４と、アルゴンガス送り手段７５と、電圧制御手段８３が接続されている。なお、電極成膜装置６０としては、制御手段８１に搬送速度の制御だけ行わせ、他の構成は手動などにより駆動してもよい。
さらに、電極成膜装置６０には、ロード室６１以外にスパッタ室６７を挟んで、もうひとつのロード室を形成してインラインタイプの成膜装置としてもよい。また、この場合、スパッタ室６７内には、第１ないし第４のスパッタ材を各別設けて順次並べて配置してもよい。しかしながら、この実施形態のように、成膜装置をインターバック式とし、スパッタ材の機能を兼用するようにすれば、装置をコンパクトに形成できる利点がある。
この実施形態の電極成膜装置６０は以上のように構成されており、次に、この電極成膜装置６０による電極成膜工程としての圧電振動片の電極形成工程を説明する。
【００４０】
（電極形成工程）
図８はこの電極形成工程を簡単に説明するためのフローチャートであり、図６および図７の構成と、図８を参照しながら、電極形成工程について説明する。
図８に示されているように、図６、図７の制御手段８１の指令により、第１のゲートバルブ６２を開く。そして、ロード室６１内に圧電チップをセットした基板状の治具６６を所定数スタックする（ＳＴ５１）。
第１のゲートバルブ６２が制御手段８１により閉止され（ＳＴ５２）、続いて第１の排気手段６３に指示が出されることにより、ロード室６１内が所定の真空度（５×１０の−３乗Ｐａ（パスカル）程度）となるまで真空排気される（ＳＴ５３）。
【００４１】
次に、制御手段８１は第２のゲートバルブ６５を開き、スパッタ治具６６とともに、電極形成すべき圧電チップをスパッタ室６７内に図示しない手段で送り、搬送手段７６に配置し、第２のゲートバルブ６５を閉止する（ＳＴ５４）。
この時点までに、ＳＴ５４に先行して、制御手段８１は、第２の排気手段７３に指示を出して真空引きするとともに、アルゴンガス送り手段７５により、アルゴンガスを導入し、スパッタ室６７内を所定の真空度（４×１０の−１乗Ｐａ（パスカル）程度）としておく（ＳＴ５５）。
【００４２】
そして、制御手段８１は、搬送手段７６の送りモータ駆動手段８２に指示を出して、スパッタ治具６６を矢印Ａ方向に送りながら、スパッタリングによる成膜を行う（ＳＴ５６）。この場合、電圧制御手段８３により各ターゲットはマイナス電位に帯電されており、かつ上述した磁界が形成されているので、これらの磁界と、陰極となった各ターゲットのマイナス電圧、および陽極として働くスパッタ治具６６作用により、スパッタ室６７内に充填されているアルゴンガスがプラズマ化してプラスイオンとなる。このプラスイオンとなったアルゴンイオンは各ターゲットに衝突し、各ターゲットからは種類に応じた金属粒子が反跳されて飛び出す。この金属粒子はスパッタ治具６６に保持された圧電チップの露出面に付着して金属膜が成膜される。
【００４３】
ここで、成膜される各金属層は、飛んでくる上記金属粒子にさらされた時間の長さに対応して膜厚が決められることになる。そして、制御手段８１は、スパッタ治具６６がターゲット材６８，６９の領域を通過する際には、例えば、電圧制御手段８３により電圧を決めて、放電電流が例えば０．５Ａ（アンペア）程度となるようにし、さらに、図４の下地層５２の膜厚に対応したスパッタリングが行われる速度としての第１の速度となるように、送りモータ駆動手段８２に指示を出す。具体的には、例えば、そのモータ回転数が４８００回転毎分程度とされる。これにより、下地層５２の膜厚は７０オングストローム程度とされる。
次に、制御手段８１は、スパッタ治具６６をＡ１の方向に送り、ターゲット材７１，７２の領域を通過する際には、例えば、電圧制御手段８３により電圧を決めて、放電電流が例えば１Ａ（アンペア）程度となるようにし、さらに、図４の銀による金属層（拡散層）５３の膜厚に対応したスパッタリングが行われる速度としての第２の速度となるように、送りモータ駆動手段８２に指示を出す。具体的には、第１の速度の数倍とするために、例えば、そのモータ回転数が１９５００回転毎分程度とされる。これにより、銀による金属層５３の膜厚は１５０オングストローム程度とされる。
【００４４】
次いで、制御手段８１は、送りモータ駆動手段８２に指示を出して、極めて速い逆転をかけてスパッタ治具６６をＢ方向に送って、初期位置まで戻し、ふたたびスパッタリングを行う。つまり、制御手段８１は、スパッタ治具６６をＡ２の方向に送り、ふたたびターゲット材６８，６９の領域を通過する際には、例えば、電圧制御手段８３により電圧を決めて、放電電流が例えば０．５Ａ（アンペア）程度となるようにし、さらに、図４のクロム層（拡散層）５４の膜厚に対応したスパッタリングが行われる速度としての上記第２の速度と同じ速度となるように、送りモータ駆動手段８２に指示を出す。具体的には、例えば、そのモータ回転数が１９５００回転毎分程度とされる。これにより、クロム層５４の膜厚は２０オングストローム程度とされる。
最後に、制御手段８１は、スパッタ治具６６がふたたびターゲット材７１，７２の領域を通過する際には、例えば、電圧制御手段８３により電圧を決めて、放電電流が例えば１Ａ（アンペア）程度となるようにし、さらに、図４の銀による電極層５６の膜厚に対応したスパッタリングが行われる速度としてのきわめてゆっくりとした速度（第３の速度）となるように、送りモータ駆動手段８２に指示を出す。具体的には、第１の速度の数分の一とするために、例えば、そのモータ回転数が１０５０回転毎分程度とされる。これにより、銀による電極層５６の膜厚は２５００オングストローム程度とされる。
【００４５】
このようにして、電極成膜装置６０のスパッタリング工程では、搬送手段７６が第１のターゲット材６８，６９により圧電チップ表面にクロムの下地層５２を形成した後で、この下地層５２を形成する際の搬送スピードの数倍のスピードで搬送することで、下地層５２の表面に、銀の金属層（拡散層）５３とクロム層（拡散層）５４とをそれぞれ極小の膜厚で成膜することができる。このような金属層とクロム層を形成後に、電極層５６を形成することにより、電極層５６の完成時には、その下層に銀クロム拡散層５５を好適に形成することができる。
すなわち、先ず、クロムによる下地層５２を成膜した後で、銀の金属層５３を成膜する場合、その膜厚をきわめて薄くすることができる。このため、下地層５２の表面には、銀が付着しない領域を部分的に残しつつ、成膜が行われる。さらにその上にクロム層５４をきわめて薄く成膜する過程では、クロムが付着した領域と付着しない領域が形成される。このような状態において、電極層５６としての銀を比較的厚い膜厚でスパッタリングにて成膜すると、比較的厚い電極層５６の成膜の完了時には、電極層５６の下層に、きわめて薄く成膜した銀にクロムが拡散した銀クロム拡散層５５を適切に形成することができるのである。
【００４６】
所定のスパッタ治具６６について、電極の成膜が完了したら、第２のゲートバルブ６５を開いて、ロード室６１内に引き込み、ロード室６１内にスタックされている未処理のスパッタ治具６６を、上述と同様にスパッタ室６７に送って、上述の成膜工程を繰り返す（ＳＴ５７）。
ロード室６１にスタックされた全てのスパッタ治具（基板）６６の処理を完了したら、制御手段８１に指示により、第１の窒素ガス送り手段６４により不活性ガスである窒素をロード室６１内に送り込んで、大気解放と同様の状態とし、第１のゲートバルブ６２を開いて、処理を終えた圧電振動片を取り出すことができる（ＳＴ５８）。
【００４７】
図９は、従来の圧電振動片と、図３の圧電振動片３１とを図示の横軸の日数で大気に晒し、その電極部の部分的剥離である図１４で説明したような浮きの発生状態を記録したグラフである。従来の圧電振動片はＱＡに示すように、２日を超えると次第に電極部に部分的剥離が生じているが、本実施形態の圧電振動片３１では、符号ＱＢで示すように、一週間程度放置した場合においても、電極部の部分的剥離はほとんど見られない。
【００４８】
図１０は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段（メモリ）３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電振動子に限らず所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００４９】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００５０】
このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した各実施形態に係る圧電デバイスを利用することができる。この場合、内部に収容される圧電振動片３１が、電極部に部分的剥離を生じることがなく、そのＣＩ値性能が優れているから製品の信頼性が向上する。
【００５１】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージに被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電デバイスの一部を切断して内部構造を示した概略斜視図。
【図２】図１の圧電デバイスの概略断面図。
【図３】図１の圧電デバイスに収容されている圧電振動片の実施形態を示す概略斜視図。
【図４】図３の圧電振動片の電極構造を示す部分概略断面図。
【図５】図１の圧電デバイスの製造方法の一例を示すフローチャート。
【図６】図４の電極構造を形成するための電極成膜装置の実施形態の概略構成図。
【図７】図６の電極成膜装置の制御構造の一例を示すブロック図。
【図８】図６の電極成膜装置の成膜工程の一例を示すフローチャート。
【図９】本発明の実施形態に係る圧電振動片と従来の圧電振動片についてその電極部の部分的剥離の状態を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１１】従来の圧電デバイスに利用される圧電振動片の電極部の部分断面図。
【図１２】図１１の圧電振動片の電極部に部分的な剥離が生じている状態を説明する断面図。
【図１３】図１１の圧電振動片の電極部に部分的な剥離が生じている状態を示す顕微鏡写真。
【図１４】圧電振動片の電極部に部分的な剥離が生じているものと、生じていないものに関して、そのＣＩ値性能を比較したグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
３０・・・圧電デバイス、３１・・・圧電振動片、３６・・・パッケージ、５１・・・励振電極、５２・・・下地層、５３・・・金属層、５４・・・クロム層、５６・・・電極層、６０・・・電極成膜装置、６１・・・ロード室、６７・・・スパッタ室。
【図１】
2005136575.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005136575.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005136575.tif 000009
【図８】
2005136575.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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