(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の水晶基板の主面に励振電極及び引き出し電極となる領域にＣｒ層又はＮｉ層からなる下地金属層、Ａｕ層を順次被着形成する工程と、
前記励振電極となる領域を覆い且つ引き出し電極となる領域を露出する開口部を有するマスクを、前記水晶基板上に配置する工程と、
前記開口部より露出する領域に熱風を照射することにより、この領域のＡｕ層の表面に前記下地金属層の金属を析出させてなる表面析出層を形成する工程と、
電極パッドを形成した基体を準備する工程と、
前記電極パッド上にシリコーン系導電性接着部材を塗布し、その上部に前記水晶基板に設けた引き出し電極を位置させて、前記水晶基板を搭載・固定する工程と、を含む水晶デバイスの製造方法。
【請求項２】
矩形状の水晶基板の主面に励振電極及び引き出し電極となる領域にＣｒ層又はＮｉ層からなる下地金属層、Ａｕ層を順次被着形成する工程と、
前記引き出し電極となる領域にブロック状に形成したヒーターを当接させることにより、この領域のＡｕ層の表面に前記下地金属層の金属を析出させてなる表面析出層を形成する工程と、
電極パッドを形成した基体を準備する工程と、
前記電極パッド上にシリコーン系導電性接着部材を塗布し、その上部に前記水晶基板に設けた引き出し電極を位置させて、前記水晶基板を搭載・固定する工程と、を含む水晶デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子を平板状または筐体状の基体にシリコーン系の導電性ペーストを硬化して得られるシリコーン導電性接着部材を介して接合した水晶デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水晶デバイスである水晶デバイス５１は、図７に示すように、電極パッド５２５を有するセラミックパッケージに水晶振動子５３を配置していた。
【０００３】
セラミックパッケージ５２はアルミナ等の平板状セラミック絶縁層と枠状セラミック層を積層して成り、その内部に水晶振動子５３を収容するキャビティ５２０が形成されている。
【０００４】
また、セラミックパッケージ５２の下面には外部端子電極５２６が形成され、セラミックパッケージ５２の内部には長手方向の両端部に幅方向に分離し、外部へ端子電極などと接続する電極パッド５２５が形成され、該電極パッド５２５の上部には幅方向に直線状に形成される帯状のバンプ５２５ａなどが形成されていた。
【０００５】
また、水晶振動子５３は、矩形状の水晶基板の両面主面に互いに対向する励振電極５３１、５３３及び励振電極５３１、５３２から水晶基板の一方短辺側の両主面に延びる引き出し電極５３２、５３４が形成されている。この各電極パターン（不図示）は蒸着、スパッタ等の手段を用いて形成されている。尚、符号５３２１、５３４１は引き出し電極５３２、５３４のち水晶基板の一方主面に形成した電極パッドであり、５３２２、５３２４は、引き出し電極５３２、５３４のち水晶基板の他方主面に形成した電極パッドである。
【０００６】
このような水晶振動子を用いた水晶デバイスは、以下の製造工程を経て製造される。
【０００７】
まず、水晶基板５３０の両主面に蒸着やスパッタなどの手法により、例えば、励振電極５３３及び引き出し電極５３２２を形成する領域に一層目にＣｒやＮｉなどの下地金属層５３３ａ及び５３２２ａ、さらにその上面に二層目のＡｕ層５３３ｂ、５３２２ｂを形成し、励振電極５３１、５３３及び引き出し電極５３２、５３４を形成し、水晶振動子５３とする（以下、下地金属層としてＣｒを用いて説明する。）尚、もう一方の引き出し電極５３４も同様、さらに、水晶基板５３０の上面側も同様である。
【０００８】
その後、水晶振動子５３に例えば２００℃で１時間以上の加熱処理を行い、一層目の下地金属層５３３ａ、５３３２ａを二層目のＡｕ層５３３ｂ、５３２２ｂ内部に拡散させ、さらにＡｕ層５３３ｂ、５３２２ｂの表面に析出させて、表面析出層５３３ｃ、５３２２ｃを形成する。
【０００９】
次に、セラミックパッケージ５２を用意する。
【００１０】
次に、電極パッド５２５表面のバンプ５２５ａにシリコーン系の導電性接着材５７となる導電性樹脂ペーストを塗布し、この塗布した導電性樹脂ペースト上に、水晶振動子５３の引き出し電極が位置するように搭載する。
【００１１】
その後、導電性樹脂ペーストを硬化して、セラミックパッケージ５２と圧電振動子５３とを固定し、さらに、水晶振動子５３を気密封止にすべく、セラミックパッケージ５２上に蓋体５６を被着していた（特開２０００−１５１３４５号）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の製造方法を用いて水晶デバイスを作製し、水晶振動子５３全体を加熱すると、図６に示すように、引き出し電極だけでなく励振電極においても一層目のＣｒ層やＮｉ層は析出していた。即ち、符号５３２２aは例えはＣｒ層であり、５３２２ｂはＡｕ層であり、５３２２ｃはＣｒの表面析出層である。
【００１３】
また、上述のように水晶振動子全体を加熱する方法では生産効率を高めるために、アニール炉などに投入し、バッチ処理するのが可能であった。しかし、このように多量の水晶振動子を一度に加熱する方法では加熱後に、セラミックパッケージ５２の電極パッド５２５やバンプ５２５ａ上へ搭載する工程を水晶振動子夫々に対して順次行っていくことになり、水晶振動子によっては３〜４時間経過してから、導電性樹脂ペースト５４上に載置されることになり、特に励振電極表面の表面析出層５３２２ｃが酸化してしまい、これによりＡｕ層５３２２ｂと電極パッド５２５やバンプ５２５ａとの間に付加容量を持たせたり、励振電極及び引き出し電極の硬さや厚みを変化してしまう。
【００１４】
その結果、電気的特性、高温、例えば５０℃程度において、付加容量の変化や励振電極及び引き出し電極の硬さや厚みが影響し、１００Ω以上にＣＩ値が変化してしまい発振停止の危険が起こってくるという問題があった。
【００１５】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、温度を変えても電気的特性が良好で、安定している水晶デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、矩形状の水晶基板の主面に励振電極及び引き出し電極となる領域にＣｒ層又はＮｉ層からなる下地金属層、Ａｕ層を順次被着形成する工程と、前記励振電極となる領域を覆い且つ引き出し電極となる領域を露出する開口部を有するマスクを、前記水晶基板上に配置する工程と、前記開口部より露出する領域に熱風を照射することにより、この領域のＡｕ層の表面に前記下地金属層の金属を析出させてなる表面析出層を形成する工程と、電極パッドを形成した基体を準備する工程と、前記電極パッド上にシリコーン系導電性接着部材を塗布し、その上部に前記水晶基板に設けた引き出し電極を位置させて、前記水晶基板を搭載・固定する工程と、を含む水晶デバイスの製造方法。
【００１７】
また本発明は、矩形状の水晶基板の主面に励振電極及び引き出し電極となる領域にＣｒ層又はＮｉ層からなる下地金属層、Ａｕ層を順次被着形成する工程と、前記引き出し電極となる領域にブロック状に形成したヒーターを当接させることにより、この領域のＡｕ層の表面に前記下地金属層の金属を析出させてなる表面析出層を形成する工程と、電極パッドを形成した基体を準備する工程と、前記電極パッド上にシリコーン系導電性接着部材を塗布し、その上部に前記水晶基板に設けた引き出し電極を位置させて、前記水晶基板を搭載・固定する工程と、を含む水晶デバイスの製造方法である。
【００１８】
また、励振電極においては、その表面が実質的にＡｕ層が維持できるため、表面析出層の形成を有効に抑えることができ、酸化しにくい状態を維持できる。このため、電気的特性、高温、例えば５０℃程度において、付加容量の変化や励振電極及び引き出し電極の硬さや厚みが影響してＣＩ値が変化してしまうことを有効に抑えることができる。
【００１９】
また、前記下面側引き出し電極が、シリコーン樹脂を含む導電性樹脂ペーストが塗布された電極パッドやバンプの上面に位置するように載置し、導電性樹脂ペーストを加熱することにより硬化している。
【００２０】
このように、水晶振動子をセラミックパッケージに接続・固定させることにより、引き出し電極での電極パッドまたはバンプとの導通抵抗面で良好な接合状態が得られる。
【００２１】
上述のような方法を行うことにより、従来と同様にＡｕ層との界面にシリコン膜が形成させずに、導電性接着部材の導電粒子とＡｕ層を接続することが可能になると同時に、水晶振動子にて加熱するのは引き出し電極のみであるので、加熱に要する時間を短縮することが可能になり、前述の加熱工程と水晶振動子の搭載工程を連続して行うことが可能になる。結局、特性の安定した水晶デバイスを確実に、且つ簡単に製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳説する。
【００２３】
図1水晶デバイスの蓋体を省略した上面図であり、図２は水晶デバイスの側断面図であり、図３は、本発明にかかる水晶振動子の上面図であり、図４は前記水晶振動子を収容・搭載した基体の保持部の要部拡大図である。
【００２４】
水晶デバイス１は、基体であるセラミックパッケージ２、水晶振動子３、導電性接着材４、金属製蓋体６から構成される。
【００２５】
セラミックパッケージ２は、セラミックからなる矩形状の平板状基板２１と、その上面に積層されるセラミックからなる枠体状基板２２と、該枠体状基板２２の開口周囲に周設された封止用導体膜２３と、この封止用動態膜２３に接合されたシールリング２４とから構成されている。そして、全体として、図２に示すように表面側に開口を有するとともに、水晶振動子３が収容される実質的に矩形状のキャビティ２０が形成される。さらにキャビティ２０の底面、即ち平板状基板２１の上面の一方の短辺側（図１では左側の辺）に水晶振動子３と電気的な接続を行う一対の電極パッド２５、２５が形成されている。この電極パッド２５、２５は、短辺の幅方向（図１では上下方向）に分かれて夫々形成されている。その形状は概略矩形状となっている。
【００２６】
上述のシールリング２４は、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏなどの金属からなり、枠状セラミック基板２２の開口周囲に形成された封止用導体膜２３上にろう付けなどにより形成される。
【００２７】
また、セラミックパッケージ２の底面には、この電極パッド２５、２５と電気的に接続し、外部プリント配線基板と接合するための外部端子電極２６が形成されている。この電極パッド２５、２５と外部端子電極２６とは、セラミックパッケージ２の一部を貫くビアホール導体によって接続されている。電極パッド２５、２５と外部端子電極２６の形成位置とが対応しない場合には、キャビティ２０の底面に所定形状の配線導体を形成すれば、ビアホール導体によって簡単に接続することができる。
【００２８】
また、電極パッド２５、２５の表面、特に、キャビティ２０の中央部寄りには、導電性金属ペーストの焼き付け、導電性樹脂ペースト、絶縁性樹脂ペーストの印刷、硬化により形成されるバンプ２５ａが形成してもよい。
【００２９】
上述の電極パッド２５、２５や封止用導体膜２３は、モリブデン、タングステンなどの金属から構成され、その表面にＮｉ、Ａｕメッキ処理されて形成される。
例えば、導電性金属ペーストの焼き付けによりバンプ２５ａを形成する場合、電極パッド２５、２５の下地導体となる導体を上述の金属のペーストにより印刷形成し、乾燥後に、その表面に上述の金属ペーストを用いてバンプ２５ａの形状に応じて印刷形成し、その後両者を焼成処理することにより形成される。
【００３０】
水晶振動子３は、例えば、所定結晶方位角に従ってカット（ＡＴカット）された矩形状の水晶基板３０と、水晶基板３０の両主面に被着形成された励振電極３１、３３と、一対の励振電極３１、３３から夫々水晶基板３０の短辺方向（図では左側）に延出された引き出し電極３２（図中上面側の電極の符号を３２１で、図中下面側の符号を３２２で示す）、３４（図中上面側の電極の符号を３４１で、図中下面側の符号を３４２で示す）とから構成されている。例えば、上面側励振電極３１から延出する引き出し電極３２１では、上面の短辺近傍に延出され、その短辺近傍の一方の長辺端面（図面では下側の端面）を介して下面側に延出され引き出し電極３２２となっている。逆に、下面側の励振電極３３から延出する引き出し電極３４２は、下面の短辺近傍に延出され、そして、短辺の近傍の他方の長辺端面（図面では上側の端面）を介して上面側に延出され引き出し電極３４１となっている。そして、この引き出し電極３２、３４は、水晶基板３０の両主面に夫々対向しあう位置に形成され、その形状は、所定位置に配置した時に、電極パッド２５、２５に導通し得る形状である。
【００３１】
このような励振電極３１、３３及び引き出し電極３２、３４は、水晶基板３０の両主面に、所定形状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用いて一層目のＣｒやＮｉの下地金属層３５ａを形成し、さらにその上面に二層目のＡｕ層３５ｂが形成されており、それにより水晶振動子３が形成されている。（尚、以降の説明においては、下地金属層の一例としてＣｒを用いて説明する。）
上述のセラミックパッケージ２と水晶振動子３との電気的な接続及び機械的な接続は、接着材としてシリコーン樹脂４１と導電粒子４２を含むシリコーン系の導電性接着材４によって達成される。
【００３２】
具体的には、引き出し電極３２、３４のみ、特に、少なくとも下面側引き出し電極（導電性接着材４が被着される部分）に局所的に熱風を照射することにより加熱し、夫々の水晶振動子に対しては、２５０℃、５分〜10分といった短時間の加熱を行う。その後、キャビティ２０の下面の電極パッド２５、２５上に塗布された導電性樹脂ペースト上に水晶振動子３の引き出し電極３２、３４を載置し、硬化させる。
【００３３】
このように、引き出し電極３２、３４についてのみ二層目のＡｕ層の上にさらに三層目のＣｒ表面析出層を形成し、その後、時間は５〜１０分以内というように短時間のうちに水晶振動子３を導電性樹脂ペースト４を用いてセラミックパッケージ２の電極パッド２５やバンプ２５ａと接続することができるようになり、個々の水晶振動子３に対して短時間での接合が可能になるため、生産性が向上する。
【００３４】
また、従来は水晶振動子を加熱する際に効率よく行うために、バッチ方式で水晶振動子を大量に同時に加熱する手法をとっており、通常は水晶振動子は加熱された後、個別にセラミックパッケージの電極パッドに塗布された導電性樹脂ペースト上に引き出し電極が位置するように載置されていた。この場合、水晶振動子によっては、３〜４時間といった長時間が経過した後に載置されることになり、このように放置された時間の間に励振電極の表面に析出したＣｒが酸化されてきてしまう。それにより、高温時にＣＩ値の著しい悪化という異常を発生させていたが、本発明においては、Ｃｒなどの下地金属層３５ａの厚みを４０Å〜８０Å程度であればよく、例えば、後の工程でリフロー工程など加熱される工程においても、励振電極３１、３３の表面に析出してくるＣｒの量を有効に制限することができ、水晶デバイスとして発振周波数の大きな変化を発生させないようにすることが可能になる。
【００３５】
ここで、Ｃｒである下地金属層３５ａは４０Å〜８０Åであればよい理由としては、下地金属層が４０Å以下である場合、Ａｕ層３５ｂが約２０００Å以上必要であるため、下地金属層３５ａがＡｕ層３５ｂに対し薄すぎるため引き出し電極３２、３４のみ加熱した場合でも、Ｃｒを殆どＡｕ層表面に析出させられなくなる。このため、導電性接着部材４と水晶振動子３の引き出し電極３２、３４との電気的接続をとることが困難になってしまう。
【００３６】
逆に、Ｃｒである下地金属層３５ａの膜厚が８０Å以上になると、水晶振動子３の引き出し電極３２、３４のみ局所的に加熱し、導電性接着部材４を用いて電極パッド２５、２５と接続すると電気的に安定した接続は得られるが、後の工程でリフロー工程など加熱される工程において、励振電極３１、３３においてもＣｒのＡｕ層への拡散、Ａｕ層表面への析出が進んでしまい、その結果、発振周波数が低下し、最終的に不良品となってしまう危険がある。
【００３７】
上述の理由により、Ｃｒである下地金属層３５ａの膜厚は４０Å〜８０Åであればよいが、５０Å〜６０Åにすれば、より安定した水晶振動子や水晶デバイスを得ることができる。
また、その後、リフロー工程など加熱される工程においても発振周波数は大きな変化を起こさないため、水晶デバイスとして、電気的特性、例えば高温においてＣＩ値などで異常を起こす危険、即ち発振回路として組み込んだ場合発振停止の危険をなくすことができる。
【００３８】
金属製蓋体６は、実質的に平板状の金属、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。このような金属製蓋体６は、水晶振動子３の収容領域（キャビティ）２０を、窒素ガスや真空などで気密的に封止する。具体的には、所定雰囲気で、金属製蓋体６をセラミックパッケージ２のシールリング２４上に載置して、シールリング２４の表面の金属と金属製蓋体６の金属の一部とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行う。尚、この溶接を確実に行うために、金属製蓋体６の接合面側に、Ａｇろう層などを予め形成しておくとよく、また溶接によって溶融したろう材が、金属製蓋体６の表面側に回り込み、接合に寄与するろう材が減少しないように、金属製蓋体６の表面側に、Ｎｉメッキ層を形成しておいてもよい。
【００３９】
以上のように、水晶振動子３の引き出し電極３２、３４とセラミックパッケージ２の電極パッド２５及びバンプ２５ａとを接続することにより、シリコーン系の導電性接着材４との接合部での導通抵抗を良好にできると同時に、従来、励振電極が酸化し表面に酸化膜を形成することにより、Ａｕ層と電極パッド２５やバンプ２５ａとの間に付加容量の発生や励振電極の硬さや厚みの変化により、温度によって発振周波数の異常な変化を起こすことがあったが、そのような異常の発生を防ぐことができるようになる。
【００４０】
結果として、水晶振動子３を収容し気密的に封止した水晶デバイス１としては導通抵抗が良好で、且つ温度を変化させた場合でも電気的特性が良好な水晶デバイス１を供給することができるようになった。
【００４１】
尚、実際には、水晶振動子３を収容したセラミックパッケージ２を金属製蓋体６を用いて気密的に封止する前に、外部端子電極２６などを用いて水晶振動子３の発振周波数を測定し、必要に応じて水晶振動子３の上面側励振電極３１の表面に、Ａｇなどを蒸着したり、或はＡｒガスを照射し、励振電極表面のＡｕを削除することにより周波数の調整を行う工程などが行われる。
【００４２】
上述の水晶デバイス１は以下のようにして製造される。
【００４３】
まず、基体であるセラミックパッケージ２の底面、即ち、平板状基板２１の表面に一対の電極パッド２５、２５が形成され、また、キャビティ２０の開口周囲の表面に封止用導体膜２３、シールリング２４が形成されたセラミックパッケージ２、水晶基板３０及び金属製蓋体６を用意する。
【００４４】
水晶基板３０の両主面の励振電極３１、３３、一方の短辺側の両主面に延出された引き出し電極３２、３４となる領域にスパッタや蒸着により一層目であるＣｒの下地金属層３５ａを形成し、さらにその上面に二層目のＡｕ層３５ｂを被着形成し、水晶振動子３とする。
【００４５】
その後、該水晶振動子３の引き出し電極３２、３４のみについて（少なくとも下面側の引き出し電極について）局所的に加熱する工程を行う。
【００４６】
第１の加熱方法としては、図５（ａ）に示すようにマスク３６などに嵌合された水晶振動子のマスク３６の開口部から露出した引き出し電極３２、３４に熱風を照射し、加熱を、例えば２５０℃の熱風で５分〜１０分行う。
【００４７】
また、第２の方法としては、図５（ｂ）に示すように引き出し電極３２、３４にブロック状に形成したヒーター７を例えば２５０℃、５分〜１０分当接させる。
【００４８】
このように第１の方法または第２の方法を用いて水晶振動子３の少なくとも下面側の引き出し電極３２、３４について加熱を行い、下地金属層３５ａのＣｒをＡｕ層３５ｂ内に拡散させ、Ａｕ層３５ｂの表面に析出させる。ここで、表面には表面析出層３５ｃが形成される。また、必要に応じてもう一方主面も同様に局部加熱処理を行なっても構わない。
【００４９】
次に、電極パッド２５、２５にシリコーン系であり、硬化されて導電性接着部材４となる導電性樹脂ペーストをディスペンサーなどで供給・塗布する。
【００５０】
次に、水晶振動子３を前述のように供給された導電性樹脂ペースト上に載置する。具体的には、導電性樹脂ペーストの供給した部分に、下面側引き出し電極３２、３４が当接するように水晶振動子３を載置する。
【００５１】
次に、導電性樹脂ペーストを硬化して、セラミックパッケージ２と水晶振動子３を接合固定する。具体的には、熱の印加により硬化する。
その後、シールリング２４に金属製蓋体６を載置し、両者にシーム溶接を行う。
【００５２】
尚、上述の実施例では、下地金属層３５ａとして、Ｃｒを用いたが、Ｃｒに代えてＮｉを用いても構わない。また、基体として上述の実施例では、筺体状のセラミックパッケージで説明したが、基体として平板状のセラミック基板を用いても構わない。この場合、蓋体6の形状を、水晶振動子3を被覆できる筺体状とすればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、水晶振動子の両主面の引き出し電極及び励振電極となる領域に、ＣｒやＮｉによる下地金属層及びその上面にＡｕ層を被着形成し、引き出し電極を局所的に加熱し、この引き出し電極部分を下地金属層をＡｕ層内部に拡散させ、Ａｕ層表面に析出させたので、通電性を良好になり、また、特性の変動を少なくすることができる。
【００５４】
さらに、引き出し電極のみを熱風照射またはヒーター加熱により局所的に加熱しているため、従来のように水晶振動子全体をバッチ処理にて加熱する必要がなくなり、引き出し電極の加熱工程とその後の基体とのシリコーン系導電性接着部材を用いての接合工程を個々の水晶振動子に対して連続して行うことが容易になる。
【００５５】
このように生産の効率を飛躍的に向上させた水晶デバイス及び該水晶デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水晶デバイスの蓋体を省略した状態の上面図である。
【図２】本発明の水晶デバイスの側断面図である。
【図３】本発明の水晶デバイスに用いられる水晶振動子の上面図である。
【図４】本発明の水晶デバイスに用いられる水晶振動子の要部拡大断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の水晶振動子の引き出し電極を熱風照射により加熱している状態の断面図であり、（ｂ）はヒーター加熱により加熱している状態の断面図である。
【図６】従来の水晶デバイスに用いられる水晶振動子の引き出し電極及び励振電極について下地金属層が析出された状態の要部拡大断面図である。
【図７】従来の水晶デバイスの側断面図である。
【符号の説明】
１・・・水晶デバイス
２・・・セラミックパッケージ
３・・・水晶振動子
３１、３３    励振電極
３２、３４    引き出し電極
３５ａ    下地金属層
３５ｂ    Ａｕ層
３５ｃ    表面析出層
４・・・シリコーン系導電性接着部材
４１・・・シリコーン樹脂
４２・・・導電粒子
６・・・金属製蓋体
７・・・ブロック状ヒーター
【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】
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