(57)【要約】【課題】  水晶片に形成された電極と導電性接着剤との接合強度を保持しつつ、周波数エージング特性を良好にすることができる水晶振動子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  水晶板１の両面に形成された電極が、第１のＣｒ層２と、Ａｕ層３とが積層され、導電性接着剤５に接着する部分及びその近傍のみに第２のＣｒ層４が形成された構成の水晶振動子であり、また、水晶板１の両面に第１のＣｒ層２を形成し、更にＡｕ層３を積層して形成し、Ａｕ層３の一部分のみを局所的に加熱して第２のＣｒ層４を形成し、積層された電極膜をパターニングして電極を形成し、第２のＣｒ層４が形成された部分を導電性接着剤５により端子と接着する水晶振動子の製造方法としている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶板の表面に電極が形成された水晶片が導電性接着剤によって端子に接着された水晶振動子であって、
前記電極が、下地金属から成る第１の下地金属層と、仕上げ金属から成る仕上げ金属層とが積層されて構成されると共に、
前記導電性接着剤と接着する部分には、更に、前記仕上げ金属層の表面上に前記下地金属が析出した第２の下地金属層が形成されていることを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
第２の下地金属層が酸化されていることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
【請求項３】
下地金属が、クロム、ニッケル、チタン、バナジウムのいずれか又はこれらの合金であり、
仕上げ金属が、金又は銀であることを特徴とする請求項１又は２記載の水晶振動子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の水晶振動子と、発振回路を備えたＩＣとを有することを特徴とする水晶発振器。
【請求項５】
水晶板の表面に電極が形成された水晶片を有する水晶振動子の製造方法であって、
前記水晶板に前記電極の下地金属から成る第１の下地金属層を形成する工程と、
前記第１の下地金属層の表面に前記電極の仕上げ金属から成る仕上げ金属層を積層する工程と、
前記仕上げ金属層の一部を局所的に加熱して、前記仕上げ金属層の一部表面に第２の下地金属層を形成する工程と、
前記積層された膜をパターニングして電極を形成する工程と、
前記第２の下地金属層が形成され、前記パターニングされた部分を導電性接着剤で端子に接着する工程とを有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項６】
スポットヒータ又はレーザを用いて局所的に加熱することを特徴とする請求項５記載の水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子及びその製造方法に係り、特に水晶片に形成された電極と導電性接着剤との接合強度を保持しつつ、周波数エージング特性を良好にすることができる水晶振動子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
水晶振動子は、情報端末や携帯電話機等の種々の機器においてタイミングデバイスやリファレンス信号源として広く用いられている。
水晶振動子は、圧電材料である水晶板を音叉型等の所定の形状にエッチングし、その表面及び裏面に金属薄膜を形成し、励振電極や実装端子等の形状にパターニングして各電極を形成する。
【０００３】
電極の材料としては、Ａｕ（金）やＡｇ（銀）が用いられるが、Ａｕ，Ａｇと水晶板（ＳｉＯ２）とは接合性が悪く、十分な接合強度が得られない。
また、電極が形成された水晶片をパッケージに実装する際には、パッケージに形成されたバンプ上に、Ａｇ（銀）を含む導電性接着剤によって水晶片を固定すると共に電気的に接続するが、電極材料の金と接着剤に含まれるＡｇとの接合性もよくない。
【０００４】
そこで、電極材としてのＡｕ薄膜の下に、水晶及びＡｇと良好な接合性が得られるＣｒ（クロム）から成る下地金属層を形成して水晶板との接合強度を確保し、更に、加熱処理することにより、ＣｒをＡｕ膜の表面に析出させて、導電性接着剤との接合強度も良好にすることが行われている。
Ｃｒを熱拡散させるクロム拡散を行うことにより、水晶との結合強度を増大させ、導電性接着剤において樹脂リッチ層が発生するのを抑制することができるものである。
【０００５】
しかし、Ｃｒは、表面拡散をする性質を持っており、クロム拡散を行うことにより、薄膜層の表面にＣｒが析出し、それが酸化されることにより、周波数エージング特性が劣化する。
また、固定通信向けの装置に適用される水晶振動子は、長期に亘って連続使用されることが多く、そのため、高い周波数エージング特性が要求される。
【０００６】
［従来の水晶振動子の製造方法：図４］
従来の水晶振動子の製造方法について図４を用いて説明する。図４は、従来の水晶振動子の製造方法を示すプロセス説明図である。
図４（ａ）に示すように、まず、所望の形状に切り出した水晶板１の両面に蒸着やスパッタリング等により、下地金属層となる第１のＣｒ層２を形成する。これにより、電極と水晶板１との接合は良好となる。
そして、第１のＣｒ層２に仕上げ金属層となるＡｕ層３を積層する（図４（ａ）参照）。
【０００７】
その後、全体を加熱してＣｒを熱拡散させ、水晶板１、第１のＣｒ層２、Ａｕ層３を強く結合させると共に、Ａｕ層３の表面にＣｒを析出させて、第２のＣｒ層４を形成する（図４（ｂ）参照）。
更に、第１のＣｒ層２、Ａｕ層３、第２のＣｒ層４が積層された金属膜を、フォトリソグラフィ及びエッチングで所定の形状にパターニングし、電極が形成される。
【０００８】
そして、完成した水晶片を導電性接着剤５によりパッケージ側の配線パターン（又は端子）６に接着する（図４（ｃ）参照）。
電極表面には導電性接着剤５に含まれるＡｇと相性がよいＣｒが析出しているので、導電性接着剤と電極との結合は十分な強度となり、また、容量を発生させる導電性接着剤５における樹脂リッチ層の生成を抑制できるものである。
【０００９】
しかしながら、この水晶振動子を長期に亘って使用する間に、第２のＣｒ層４が酸素７によって酸化されて表面に酸化物（酸化クロム）が生成し（図４（ｄ））、周波数が変動する。具体的には、当初の周波数に比べて周波数が低下してしまう。尚、図では酸素７が表面を覆っているように模式的に表しているが、実際には酸化クロムが生成している。
【００１０】
［関連技術］
尚、水晶振動子の電極に関する技術としては、特開２００３−１８８６７７号公報「圧電デバイスとその製造方法及び圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び圧電デバイスを利用した電子機器」（セイコーエプソン株式会社、特許文献１）、特開２００８−０４２８７３号公報「電極構造および圧電結晶発振器」（台湾晶技股▲ふん▼有限公司、特許文献２）、特開２０１０−１８３５３９号公報「圧電振動片、圧電振動子、及び圧電振動子の製造方法、並びに発振器、電子機器及び電波時計」（セイコーインスツル株式会社、特許文献３）がある。
【００１１】
特許文献１には、圧電振動片において、パッケージの電極と接合する引き出し電極が、Ｃｒから成る下地層とＡｕから成る貴金属層とを備え、パッケージの電極と対向する部分では、部分的に下地層が露出している構成が記載されている。
【００１２】
特許文献２には、圧電結晶発振器において、金銀合金をクロム金属の上に積層した構成で、高温下で安定し、導電性に優れた電極を備えることが記載されている。
また、特許文献３には、圧電振動片において、Ｃｒが表面に拡散するのを防ぐために、Ｃｒ層とＡｕ層との間にバリアメタル層を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１８８６７７号公報
【特許文献２】特開２００８−０４２８７３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８３５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の水晶振動子及びその製造方法では、水晶板と電極、及び電極と導電性接着剤との結合を強くするためにクロム拡散を行うと、Ｃｒが電極表面に析出し、経年変化で表面にＣｒの酸化膜が形成されることにより周波数に影響を与え、周波数エージング特性が劣化するという問題点があった。
【００１５】
尚、特許文献１〜３には、水晶振動子において、Ａｕ層とＣｒ層の２層薄膜を形成し、スポットヒータやレーザ等により一部だけを加熱して、表面の一部にＣｒを拡散させ、Ｃｒが析出した部分を導電性接着剤により接着することは記載されていない。
【００１６】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、水晶片の電極と導電性接着剤との結合を良好にすると共に、周波数エージング特性を向上させることができる水晶振動子及びその製造方法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】
【００１７】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水晶板の表面に電極が形成された水晶片が導電性接着剤によって端子に接着された水晶振動子であって、電極が、下地金属から成る第１の下地金属層と、仕上げ金属から成る仕上げ金属層とが積層されて構成されると共に、導電性接着剤と接着する部分には、更に、仕上げ金属層の表面上に下地金属が析出した第２の下地金属層が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、上記水晶振動子において、第２の下地金属層が酸化されていることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、上記水晶振動子において、下地金属が、クロム、ニッケル、チタン、バナジウムのいずれか又はこれらの合金であり、仕上げ金属が、金又は銀であることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明は、発振回路において、上記水晶振動子と、発振回路を備えたＩＣとを有することを特徴としている。
【００２１】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水晶板の表面に電極が形成された水晶片を有する水晶振動子の製造方法であって、水晶板に電極の下地金属から成る第１の下地金属層を形成する工程と、第１の下地金属層の表面に電極の仕上げ金属から成る仕上げ金属層を積層する工程と、仕上げ金属層の一部を局所的に加熱して、仕上げ金属層の一部表面に第２の下地金属層を形成する工程と、積層された膜をパターニングして電極を形成する工程と、第２の下地金属層が形成され、パターニングされた部分を導電性接着剤で端子に接着する工程とを有することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明は、上記製造方法において、スポットヒータ又はレーザを用いて局所的に加熱することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、水晶板の表面に電極が形成された水晶片が導電性接着剤によって端子に接着された水晶振動子であって、電極が、下地金属から成る第１の下地金属層と、仕上げ金属から成る仕上げ金属層とが積層されて構成されると共に、導電性接着剤と接着する部分には、更に、仕上げ金属層の表面上に下地金属が析出した第２の下地金属層が形成されている水晶振動子としているので、第２の下地金属層によって導電性接着剤と電極との接合を良好にすると共に、経年変化によって第２の下地金属層が酸化されて酸化膜が形成される範囲を狭くして、周波数に与える影響を抑え、周波数エージング特性を良好にすることができる効果がある。
【００２４】
また、本発明によれば、上記水晶振動子と、発振回路を備えたＩＣとを有する発振回路としているので、周波数エージング特性の良好な発振回路を実現することができる効果がある。
【００２５】
また、本発明によれば、水晶板の表面に電極が形成された水晶片を有する水晶振動子の製造方法であって、水晶板に電極の下地金属から成る第１の下地金属層を形成する工程と、第１の下地金属層の表面に電極の仕上げ金属から成る仕上げ金属層を積層する工程と、仕上げ金属層の一部を局所的に加熱して、仕上げ金属層の一部表面に第２の下地金属層を形成する工程と、積層された膜をパターニングして電極を形成する工程と、第２の下地金属層が形成され、パターニングされた部分を導電性接着剤で端子に接着する工程とを有する水晶振動子の製造方法としているので、第２の下地金属層によって導電性接着剤と電極との接合を良好にすると共に、経年変化によって第２の下地金属層が酸化されて酸化膜が形成される範囲を狭くして、周波数に与える影響を抑え、周波数エージング特性を良好にする水晶振動子を製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に係る水晶振動子の概略断面説明図である。
【図２】本水晶振動子の製造方法を示すプロセス説明図である。
【図３】本実施の形態に係る水晶発振器の構成を示す概略断面説明図である。
【図４】従来の水晶振動子の製造方法を示すプロセス説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る水晶振動子は、水晶板上に形成された第１のＣｒ層と、その上に積層されたＡｕ層とを備え、導電性接着剤と接合される部分を含む表面の一部にＡｕ層の上に、クロム拡散によってＣｒが析出した第２のＣｒ層が形成され、他の表面にはＣｒ層が形成されていないものであり、第２のＣｒ層によって導電性接着剤と電極との接合を良好にすることができ、また、他の部分には第２のＣｒ層が形成されていないので、Ｃｒが酸化されることによる周波数変化を防ぎ、周波数エージング特性の劣化を抑えることができるものである。
【００２８】
また、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法は、水晶板上に第１のＣｒ層を形成し、更にＡｕ層を形成して積層し、Ａｕ層の一部をスポットヒータやレーザ等により部分的に加熱して表面にＣｒを析出させて第２のＣｒ層を形成し、水晶片をパッケージに搭載する際に、第２のＣｒ層が形成された部分を導電性接着剤によって接合する方法であり、導電性接着剤と電極との接合を良好にすることができ、また、他の部分には第２のＣｒ層を形成しないことにより、Ｃｒの酸化によって起こる周波数エージング特性の劣化を防ぐことができるものである。
【００２９】
また、本発明の実施の形態に係る発振器は、上述した本実施の形態に係る水晶振動子とＩＣとを備えた構成としているので、導電性接着剤と電極との接合を良好にすることができ、また、周波数エージング特性の劣化を防ぐことができるものである。
【００３０】
［水晶振動子の構成：図１］
本実施の形態に係る水晶振動子の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る水晶振動子の概略断面説明図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る水晶振動子（本水晶振動子）は、ベース基板１１と、水晶片１２と、導電性接着剤１３と、カバー１４とから構成される。
【００３１】
ベース基板１１は、セラミック等で形成され、上面には水晶片を搭載するための配線パターンや端子が形成され、裏面には外部に接続する端子が形成されている。
水晶片１２は、所定の形状に加工された水晶チップの表裏に励振電極が形成された水晶ブランクであり、導電性接着剤１３によって、ベース基板１１の配線パターン又は端子に接続され、保持されている。
更に、ベース基板１１の上に金属等から成るカバー１４が搭載されて、気密に封止されている。
【００３２】
そして、本水晶振動子においては、水晶片１２における電極を構成する金属膜の構成及びその製造方法が従来とは異なっているものである。
具体的には、従来はクロム拡散によってＡｕ層の表面全体に形成されていた第２のＣｒ層が、導電性接着剤と接合する一部分のみに形成されており、他の部分には形成されていないものである。
【００３３】
［本水晶振動子の電極］
本水晶振動子の電極は、水晶板の両面に形成された励振電極であって、主として第１のＣｒ層とＡｕ層とが積層された薄膜から成り、更に、導電性接着剤に接続する水晶板の端部付近では、クロム拡散によってＡｕ層の表面にＣｒが析出した第２のＣｒ層が形成された構成となっている。
【００３４】
［本水晶振動子の製造方法：図２］
本水晶振動子の製造方法について図２を用いて説明する。図２は、本水晶振動子の製造方法を示すプロセス説明図である。
図２に示すように、本水晶振動子の製造方法（本方法）では、まず、従来と同様に、水晶板１の両面に蒸着やスパッタリング等により、下地金属層として第１のＣｒ層２を形成する。その上に仕上げ金属層としてＡｕ層３を形成して積層する（図２（ａ）参照）。尚、Ａｕの代わりにＡｇを用いてもよい。
【００３５】
次に、本方法の特徴として、部分的なクロム拡散を行う。
具体的には、本方法では水晶片全体を加熱するのではなく、導電性接着剤と接合する部分のみを局所的に加熱して、この部分のＣｒのみを熱拡散させる。
一部のみを加熱するため、狭い範囲を加熱可能なスポットヒータやレーザ等を用いて加熱を行う。
【００３６】
これにより、加熱された一部分のみのＣｒが拡散し、Ａｕ層３の表面に第２のＣｒ層４が形成される（図２（ｂ）参照）。加熱されず、Ｃｒが拡散しない領域では第２のＣｒ層４は形成されず、Ａｕ層３が表面に露出している。
【００３７】
つまり、本水晶振動子の電極を構成する電極膜は、第１のＣｒ層２とＡｕ層３とが積層されており、更に、導電性接着剤と接着される部分にはＡｕ層３の上に更に第２のＣｒ層４が形成され、他の部分はＡｕ層３が露出した構成となっている。
【００３８】
尚、従来は水晶片全体を加熱してクロム拡散させ、水晶板１と電極との結合をより強くするようにしていたが、全体にクロム拡散させなくても十分な結合強度が得られることは確認されており、本方法で製造された水晶振動子においても水晶板１と電極との結合は十分良好である。
【００３９】
その後、第１のＣｒ層２とＡｕ層３が（一部は第２のＣｒ層４も）積層された金属膜を、フォトリソグラフィ及びエッチングで所定の形状にパターニングし、電極を形成する。
これにより、水晶片が完成される。
【００４０】
そして、完成した水晶片をベース基板１１の端子６に接着する際には、表面に第２のＣｒ層４が形成された部分を導電性接着剤５で接着する（図２（ｃ）参照）。このようにして本水晶振動子が製造される。
導電性接着剤５に含まれるＡｇとＣｒとは相性がよいので、第２のＣｒ層４が形成された部分を接着することにより、電極と導電性接着剤５との接合を良好にすることができるものである。
【００４１】
そして、図２（ｃ）に示す本水晶振動子を長期に亘って使用して、表面のＣｒ（第２のＣｒ層４）が酸素７によって酸化されたとしても、導電性接着剤近傍の電極のごく一部に酸化クロムの層が形成されるに過ぎず（図２（ｄ）参照）、電極のほとんどの部分は酸化されにくいＡｕ層３が表面を覆っているため、Ｃｒの酸化膜（酸化クロム）による周波数への影響は小さくて済む。尚、図２（ｄ）では酸素が第２のＣｒ層４の表面を覆っているように模式的に示しているが、実際には酸化クロムが生成する。
【００４２】
このように、本水晶振動子では、クロム拡散による第２のＣｒ層４をごく一部のみに形成させ、その部分で導電性接着剤と接着させることにより、電極と導電性接着剤との接合を良好にすると共に、Ｃｒの酸化による周波数の変動を抑え、周波数エージング特性を良好にすることができるものである。
【００４３】
尚、ここでは、下地金属としてＣｒを用いたが、Ｃｒの代わりに、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、若しくは、これらの合金を用いてもよく、同様の効果が得られるものである。
【００４４】
［発振器への適用：図３］
次に、本水晶振動子及び本製造方法を発振器に適用した場合について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る水晶発振器の構成を示す概略断面説明図である。
本実施の形態に係る水晶発振器（本発振器）は、上述した本水晶振動子を用いて構成されたものであり、図３に示すように、パッケージ２１の中に形成された凹部空間に、上述した水晶片２２と、発振回路等を備えたＩＣ２３とが格納されている。
【００４５】
水晶片２２は、導電性接着剤２４によってパッケージの電極に接着されている。また、ＩＣ２３は、バンプ２６によってパッケージの配線パターン２５に接続されている。
水晶片２２とＩＣ２３とは、パッケージ内壁に形成された配線又はスルーホールによって接続されており、発振器を構成している。
【００４６】
そして、パッケージの側面に搭載されたシールリング２７と、リッド２８とによって封止された構成となっている。
尚、ここでは、パッケージ２１内部の１つの空間に水晶振動子２２とＩＣ２３とを一緒に格納しているが、例えばＨ型のパッケージの上下に形成された奥部に、水晶振動子２２とＩＣ２３とを分けて搭載した構成としてもよい。
【００４７】
本発振器においても、水晶片２２の電極膜を、第１のＣｒ層とＡｕ層が積層され、導電性接着剤２４と接着される部分のみに第２のＣｒ層が形成された構成としているので、導電性接着剤と電極との接合を良好にすると共に、Ｃｒが酸化される領域を小さくして、周波数に与える影響を低減し、周波数エージング特性を良好にすることができるものである。
【００４８】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る水晶振動子によれば、水晶板１の両面に形成された電極が、第１のＣｒ層２と、Ａｕ層３とが積層され、導電性接着剤５に接着する部分及びその近傍のみに第２のＣｒ層４が形成された構成の水晶振動子としているので、導電性接着剤と電極との接合を良好にできると共に、酸化クロムが形成される部分を小さくして周波数への影響を抑え、周波数エージング特性を向上させることができる効果がある。
【００４９】
また、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法によれば、水晶板１の両面に第１のＣｒ層２を形成し、更にＡｕ層３を積層して形成し、Ａｕ層３の一部分のみを局所的に加熱して第２のＣｒ層４を形成し、積層された電極膜をパターニングして電極を形成し、第２のＣｒ層４が形成された部分を導電性接着剤５と接着する水晶振動子の製造方法としているので、導電性接着剤と電極との接合を良好にできると共に、酸化クロムが形成される部分を小さくして周波数への影響を抑え、周波数エージング特性を向上させることができる効果がある。
【００５０】
また、本発明の実施の形態に係る水晶発振器によれば、本実施の形態に係る水晶振動子２２とＩＣ２３とを備えた発振器としているので、水晶振動子の電極と導電性接着剤との接合を良好にし、発振器の周波数エージング特性を向上させることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、特に水晶片に形成された電極と導電性接着剤との接合強度を保持しつつ、周波数エージング特性を良好にすることができる水晶振動子及びその製造方法に適している。
【符号の説明】
【００５２】
１...水晶板、  ２...第１のＣｒ層、  ３...Ａｕ層、  ４...第２のＣｒ層、  ５，１３，２４...導電性接着剤、  ６，２５...配線パターン、  ７...酸素、  １１...ベース基板、  １２，２２...水晶片、  １４...カバー、  ２１...パッケージ、  ２３...ＩＣ、  ２６...バンプ、  ２７...シールリング、  ２８...リッド
【図１】
2013150157.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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