(57)【要約】【課題】温度変化により発生するＣＩディップや、ＣＩ値の上昇を抑制する圧電振動素子を提供する。【解決手段】厚みすべり振動を主振動とした矩形状の圧電基板２と、圧電基板２の両主面にそれぞれ形成される励振電極３と、励振電極３と接続され圧電基板２の少なくとも一方の短辺の端縁に引き出したリード電極４と、リード電極４の端部に設けられた接続パッド５と、接続パッド５が配置された圧電基板２の短辺側の両側角部に配置され、接続パッド５より導電性接着剤の接着力が弱い金属酸化膜６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みすべり振動を主振動とした矩形状の圧電基板と、該圧電基板の両主面にそれぞれ形成される励振電極と、該励振電極に接続され、前記圧電基板の少なくとも一方の短辺側に引き出したリード電極と、該リード電極の端部に設けられた接続パッドと、該接続パッドが配置された前記圧電基板の短辺側の両側角部に配置され、前記接続パッドより導電性接着剤の接着力が弱い金属酸化膜と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
前記金属酸化膜は、ニッケル酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項３】
前記金属酸化膜は、クロム酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の圧電振動素子と、少なくとも前記圧電振動素子の接続パッドとの間を導電性接着剤により接合される素子搭載用パッドを備えた絶縁基板と、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
圧電基板上に形成する励振電極、リード電極、接続パッド及び金属酸化膜の各領域に第１の金属を成膜する第１の成膜工程と、
前記金属酸化膜の領域を除く前記第１の金属上に第２の金属を成膜する第２の成膜工程と、
前記金属酸化膜の領域の前記第１の金属を酸化させて酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
を含むことを特徴とする圧電振動素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２の成膜工程と前記酸化膜形成工程とを一体化したことを特徴とする請求項５に記載の圧電振動素子の製造方法。
【請求項７】
圧電基板上に形成する励振電極、リード電極、及び接続パッドの各領域に第１の金属を成膜する第１の成膜工程と、
前記第１の金属上に第２の金属を成膜する第２の成膜工程と、
前記第２の金属上の金属酸化膜の領域に第３の金属を成膜する第３の成膜工程と、
前記第３の金属を酸化させて酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、を含むことを特徴とする圧電振動素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みすべり振動を主振動とした圧電振動素子、圧電振動子、及び圧電振動素子の製造方法に関わり、特に温度変化によるクリスタルインピーダンス（以下、「ＣＩ値」と称する）の悪化を改善するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の各種電子機器においては、表面実装型の圧電振動子が広く使用されている。このような圧電振動子では、一般に厚みすべり振動を主振動とした矩形状のＡＴカット水晶振動素子が搭載されている。
ところで、ＡＴカット水晶振動素子（以下、単に「水晶振動素子」と表記する）を搭載した圧電振動子では、主振動である厚みすべり振動の他に、輪郭振動の高次モードのスプリアスが発生し、このスプリアスが主振動である厚みすべり振動に結合して共振周波数が著しく変動するという不具合が発生する。
このため、特許文献１では、短冊型水晶振動子の端部短辺方向に付着部材を帯状に塗布することにより、輪郭振動のスプリアスを抑制して、安定した発振周波数を得ることができる短冊型圧電振動子が開示されている。
【０００３】
また、水晶振動素子では、圧電基板の中央に配置されている励振電極の振動が、圧電基板の外周部へと伝播されるが、圧電基板の外周部はパッケージ等に固着されて保持されているため、外周部へと伝播された振動が抑制される。これが水晶振動素子の主振動である厚みすべり振動に影響を及ぼし、水晶振動素子のＣＩ特性が悪化したり、或いは他の振動モードを誘発して発振周波数の安定度が低下したりする。
このため、特許文献２では、厚みすべり振動を主振動とする圧電振動素子において、圧電素子の中心部から外周部への振動の伝播を抑制するための複数の溝を、少なくとも圧電素子の一方の主面の中心部を囲む概周状に設けることにより、圧電素子の全ての方向に対して振動を主面の中心部から外周部に向かって段階的に減衰させ、急激な振動の減衰による主振動の電気的特性に影響を与えるのを防ぎ、周波数可変量を確保するようにした圧電振動素子が開示されている。
【特許文献１】実開昭６１−３３５２１号公報
【特許文献２】特開２００６−１６６３９０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したような従来の水晶振動素子は、水晶基板（水晶素板）の外形寸法によっては、ある温度範囲においてＣＩ値が上昇（悪化）する所謂ＣＩディップや、ある温度範囲において周波数が著しく変動する所謂周波数ジャンプといった不具合が生じることが知られている。このような不具合は、水晶振動素子の主振動である厚みすべり振動と不要振動である輪郭系の振動（以下、輪郭振動と称する）の周波数が接近し、互いの振動が音響結合することにより発生する。輪郭振動とは、矩形状の水晶振動素子を上面からみたときに、その輪郭が変化する振動であり、輪郭振動の周波数は水晶基板の長辺と短辺の長さ等によって決定される。このため、従来の水晶振動素子では、厚みすべり振動と、輪郭振動とが周波数の接近により音響結合しないように水晶素板の外形寸法を選定するようにしていた。
しかしながら、厚みすべり振動と輪郭振動とは、周波数温度特性が異なるため、ある温度で、厚みすべり振動の周波数と、輪郭振動の周波数が接近し、音響結合して、ＣＩディップが発生するという問題点があった。
また水晶振動素子を搭載した水晶振動子は、温度が低くなるに従ってＣＩ値が高くなり、ＣＩ値のスペック（規格）を満たさなくなるという問題点があった。
本発明は、上記したような問題点を鑑みてなされたものであり、温度変化により発生するＣＩディップや、ＣＩ値の悪化を改善することができる圧電振動素子、圧電振動子、及び圧電振動素子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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の圧電振動素子は、厚みすべり振動を主振動とした矩形状の圧電基板と、該圧電基板の両主面にそれぞれ形成される励振電極と、該励振電極に接続され、前記圧電基板の少なくとも一方の短辺側に引き出したリード電極と、該リード電極の端部に設けられた接続パッドと、該接続パッドが配置された前記圧電基板の短辺側の両側角部に配置され、前記接続パッドより導電性接着剤の接着力が弱い金属酸化膜と、を備えたことを特徴とする。
このような本発明では、圧電基板の一方の短辺側に接続パッドを設けると共に、この接続パッドが配置された短辺側の両側角部に接続パッドより導電性接着剤の接着力が弱い金属酸化膜を設けるようにした。このように構成すると、本発明の圧電振動素子を導電性接着剤によってパッケージの素子搭載用パッドに接着したときに、接続パッドが配置されている中央部分に比べて金属酸化膜が配置されている両角部の接着強度を弱くできる。こうすることで水晶振動素子において発生する輪郭振動を抑制できるので、輪郭振動が厚みすべり振動と結合するのを防止することができる。
また、圧電基板における導電性接着剤の接着面積も小さくできるため、導電性接着剤による厚みすべり振動の影響を最小限にできる。これにより、温度を変化させたときに或る温度範囲においてＣＩ値が上昇するＣＩディップの発生や、温度低下に伴うＣＩ値の上昇を抑制することが可能になる。
【０００６】
また本発明の圧電振動素子は、金属酸化膜がニッケル酸化膜であることを特徴とする。
このような本発明によれば、金属酸化膜をニッケル酸化膜とすることで、導電性接着剤の接着強度を、接続パッドより弱くすることができる。
また本発明の圧電振動素子は、金属酸化膜がクロム酸化膜であることを特徴とする。
このような本発明によれば、金属酸化膜をクロム酸化膜とすることで、導電性接着剤の接着強度を、接続パッドより弱くすることができる。
【０００７】
また本発明の圧電振動子は、本発明の圧電振動素子と、少なくとも前記圧電振動素子の接続パッドとの間を導電性接着剤により接合される素子搭載用パッドを備えた絶縁基板と、を備えたことを特徴とする。
このような本発明によれば、導電性接着剤によって絶縁基板の素子搭載用パッドに本発明の圧電振動素子を接着したときに、接続パッドが配置されている圧電振動素子の中央部分に比べて金酸化膜が配置されている両角部の接着強度を弱くできる。こうすることで、水晶振動素子において発生する輪郭振動を抑制できるので、輪郭振動が厚みすべり振動と結合するのを防止できる。
圧電振動素子における導電性接着剤の接着面積を小さくできるため、導電性接着剤による圧電振動素子の厚みすべり振動の影響を最小限にできる。これにより、温度を変化させたときに或る温度範囲においてＣＩ値が上昇するＣＩディップの発生や、温度低下に伴うＣＩ値の上昇を抑制することが可能になる。
【０００８】
本発明の圧電振動素子の製造方法は、圧電基板上に形成する励振電極、リード電極、接続パッド及び金属酸化膜の各領域に第１の金属を成膜する第１の成膜工程と、前記金属酸化膜の領域を除く前記第１の金属上に第２の金属を成膜する第２の成膜工程と、前記金属酸化膜の領域の前記第１の金属を酸化させて酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
このような本発明では、励振電極、リード電極、接続パッドの下地電極となる第１の金属を成膜する第１の成膜工程を利用して、金属酸化膜の金属を成膜し、酸化膜形成工程においてその表面を酸化させて金属酸化膜を形成するので、第１の成膜工程と第２の成膜工程において、異なるメタルマスクを使用する以外は従来と同じ製造工程により圧電振動素子を製造することができるという利点がある。
また、本発明の圧電振動素子の製造方法は、第２の成膜工程と、酸化膜形成工程とを一体化したことを特徴とする。本発明によれば、製造工程の簡略化が可能になる。
【０００９】
本発明の圧電振動素子の製造方法は、圧電基板上に形成する励振電極、リード電極、及び接続パッドの各領域に第１の金属を成膜する第１の成膜工程と、第１の金属上に第２の金属を成膜する第２の成膜工程と、第２の金属上の金属酸化膜の領域に第３の金属を成膜する第３の成膜工程と、第３の金属を酸化させて酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、を含むことを特徴とする。このような本発明の圧電振動素子の製造方法によっても、本発明の圧電振動素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、本発明の実施の形態を説明する前に本発明に至った背景について説明する。
本出願人は、水晶振動素子を搭載した圧電振動子において、水晶振動素子の主振動である厚みすべり振動に輪郭振動が結合するのを防止するために、如何に構成すれば水晶振動素子において発生する輪郭振動をキャンセルできるか否かの実験を行った。
実験の結果、圧電振動素子の一端縁を導電性接着剤によってパッケージ内に保持された所謂片持ち構造の圧電振動子では、パッケージ内の２つの素子搭載用パッドの短辺方向内側よりの位置にそれぞれ導電性接着剤を塗布したうえで、圧電振動素子の接続パッドを接続すると、圧電振動素子において発生する輪郭振動を抑制できることがわかった。
また、水晶振動素子は、図５に示すように水晶振動素子１００の接続パッド１０１に付着した導電性接着剤１５の接着長（＝接着塗布量）Ｌが長くなると、換言すれば導電性接着剤１５の接着面積が大きくなると、導電性接着剤１５が水晶振動素子の厚みすべり振動に影響を及ぼしＣＩ特性を悪化させることがわかった。特に低温側ではＣＩ値が上限値（ＭＡＸ）を越えてしまう場合があることがわかった。
これらのことから、温度を変化させたときに水晶振動素子において発生するＣＩディップやＣＩ値が高くなるといった不具合は、導電性接着剤を水晶振動素子の一端縁の中央寄りの位置に小径塗布することで抑制できることがわかった。
しかしながら、実際には、導電性接着剤を塗布する塗布装置の精度には限界があり、小型化が著しい水晶振動素子の短辺の中央寄りに導電性接着剤をより小径に塗布するのは非常に困難であった。そこで、本出願人は以下に説明するような本発明に至った。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る圧電振動素子の概略構成を示した図である。
図１に示す圧電振動素子１は、厚みすべり振動を主振動としたＡＴカットの水晶材料からなる矩形状の圧電基板２と、この圧電基板２の表裏両主面の振動領域に夫々形成した励振電極３と、各励振電極３から夫々圧電基板２の一端縁に引き出したリード電極４と、各リード電極４の端部に設けた接続パッド５と、接続パッド５が設けられた圧電基板２の端縁の両側の角部に配置され、接続パッド５より導電性接着剤の接着力が弱い金属酸化膜６と、を有している。
励振電極３、リード電極４、及び接続パッド５の表面は、例えば金（Ａｕ）等の金属によりメッキが施されている。金属酸化膜６は、例えばニッケル酸化膜（Ｎｉ酸化膜）により形成されている。因みに、導電性接着剤との接着力を弱めるためには、Ｎｉ膜やクロム（Ｃｒ）膜の表面を酸化させることが重要であり、酸化していない場合は、導電性接着剤との接着力を弱めることはできない。一方、例えばＡｕや水晶の表面は、Ｎｉ酸化膜やＣｒ酸化膜よりも導電性接着剤との接着力は強くなる。
【００１２】
図２は、図１に示した圧電振動素子１を備えた圧電振動子の構成を示す外観斜視図、要部平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
図２に示す圧電振動子１０は、図１に示した圧電振動素子１をセラミック等から成る表面実装用のパッケージ１１内に収容して気密的に封止した構成を備えている。
表面実装用のパッケージ１１は、絶縁材料から成るパッケージ本体（絶縁基板）１２と、パッケージ本体１２のキャビティ内に設けた２つの素子搭載用パッド１３と、パッケージ本体１２の底部に設けた複数の実装端子１４等を備えている。各実装端子１４は図示しない内部導体を介して素子搭載用パッド１３やアース導体等と接続されている。
この圧電振動素子１を表面実装用のパッケージ１１に搭載する場合には、パッケージ本体１２に設けたキャビティ内の２つの素子搭載用パッド１３上に導電性接着剤１５を塗布したうえで、導電性接着剤１５によって圧電振動素子側の接続パッド５を電気的機械的に接着する。この後、蓋部材１６をパッケージ本体１２の外枠上面に固定することによってキャビティを気密封止することが行われる。この圧電振動素子１の保持構造は、その一端縁を導電性接着剤１５によってパッケージ内に保持された片持ち構造となっている。
導電性接着剤１５は、例えば銀（Ａｇ）フィラーを含有したシリコーン系の接着剤である。
【００１３】
このように構成される圧電振動子１０では、圧電振動素子１の一方の短辺側の中央よりの位置に接続パッド５を設けると共に、この接続パッド５が設けられている短辺の両側角部に接続パッド５より接着力が弱い金属酸化膜６を設けるようにしている。
このように構成すると、圧電振動素子１を導電性接着剤１５によって素子搭載用パッド１３に接着したときに、圧電振動素子１は接続パッド５が配置されている中央部分に比べて金属酸化膜が配置されている両角部の接着強度を弱くなる。つまり、導電性接着剤１５を水晶振動素子１の端部中央寄りの位置に小径塗布したのと同等の構成となる。このようにすれば、水晶振動素子１において発生する輪郭振動を抑制できるので、輪郭振動が水晶振動素子の厚みすべり振動と結合するのを防止することができる。
また、このように構成した場合は、圧電振動素子１における導電性接着剤１５の接着面積も小さくできるため、導電性接着剤１５による厚みすべり振動の影響を最小限にできる。これにより、温度を変化させたときのＣＩディップの発生と、ＣＩ値の上昇を抑制することが可能になる。
なお、本実施形態では、金属酸化膜６として接続パッド５の表面金属（Ａｕ）より接着力が弱いＮｉ酸化膜を例に挙げて説明したが、接続パッド５の表面金属より接着力が弱い金属酸化膜であれば、例えばクロム（Ｃｒ）酸化膜なども適用可能であり、その場合も上記同様の効果が得られる。
【００１４】
次に、本実施の形態の圧電振動素子及び圧電振動子の製造方法について説明する。
図３は本実施形態の圧電振動素子の製造工程の説明図である。
この場合、まず準備工程Ｓ１として、厚みすべり振動を主振動としたＡＴカットの圧電基板２を準備する。次に、第１の成膜工程Ｓ２として、圧電基板２にメタルマスクを被せて、圧電基板２上に形成する励振電極、リード電極、接続パッド及び金属酸化膜の領域に第１の金属であるニッケル（Ｎｉ）２１を蒸着により成膜する。なお、Ｎｉ２１の代わりにＣｒ等の金属を蒸着により成膜してもよい。このとき使用するメタルマスクには、圧電基板２上に形成する励振電極、リード電極、接続パッド及び金属酸化膜に対応する領域に開口部が形成されている。
次に、第２の成膜工程Ｓ３として、Ｎｉ２１を成膜した圧電基板２に前記メタルマスクとは異なるメタルマスクを被せて、金属酸化膜の領域を除くＮｉ２１上に第２の金属である金（Ａｕ）２２をスパッタ成膜する。このとき使用するメタルマスクには、圧電基板２上に形成する励振電極、リード電極、及び接続パッドに対応する領域に開口部が形成されている。つまり、第１の成膜工程において使用するメタルマスクと第２の成膜工程において使用するメタルマスクの違いは金属酸化膜に対応する領域の開口を有するか否かである。
この後、酸化膜形成工程Ｓ４としてアニール処理（熱処理）を施すことで、Ｎｉ２１上にＡｕ２２を成膜した領域では、Ｎｉ２１がＡｕ２２の中に拡散してＮｉ２１とＡｕ２２が結合する。一方、Ｎｉ２１上にＡｕ２２を成膜していない領域では、露出状態にあるＮｉ２１が拡散して、その表面が酸化する。これにより、Ｎｉ酸化膜からなる金属酸化膜６が形成され、本実施の形態の圧電振動素子１が完成する。なお、酸化膜形成工程Ｓ４は、必ずしも第２の成膜工程Ｓ３の直後に行う必要はなく、他の工程を行った後でもよい。
このように本実施形態では、励振電極３、リード電極４、接続パッド５の下地電極となるＮｉ２１を成膜する第１の成膜工程を利用して、金属酸化膜６の金属を成膜し、酸化膜形成工程（アニール工程）Ｓ４において、Ｎｉ（又はＣｒ）２１の表面を酸化させてＮｉ酸化膜（Ｃｒ酸化膜）６を形成するようにした。このようにすれば、従来は第１の成膜工程Ｓ２と第２の成膜工程Ｓ３において同じであったメタルマスクを、異なるメタルマスクとするだけで、従来と同じ製造工程により圧電振動素子を製造できるという利点がある。
【００１５】
また、本実施の形態では、酸化膜形成工程Ｓ４を第２の成膜工程Ｓ３とは別に行うようにしているが、第２の成膜工程Ｓ３においてスパッタ成膜を行ったときに熱処理をあわせて行うようにしてもよい。そうすれば、第２の成膜工程Ｓ３と酸化膜形成工程Ｓ４とを一体化することができ、製造工程をより簡略化することができる。
また、本実施の形態では、第１の成膜工程において成膜したＮｉ２１を利用して金属酸化膜６を形成するようにしているが、例えば、圧電基板２上にＮｉ２１、Ａｕ２２を順次成膜して、励振電極３、リード電極４、接続パッド５を形成した後、接続パッド５上の所定領域に第３の成膜工程においてＮｉ（又はＣｒ）を成膜し、さらに成膜したＮｉ（又はＣｒ）を酸化させて金属酸化膜６を形成することで本実施形態の圧電振動素子１を作製するようにしてもよい。
【００１６】
図４は本実施の形態の圧電振動子の製造工程の説明図である。
この場合、まず工程Ｓ１１として、パッケージ本体１２を準備する。次に、工程Ｓ１２として、パッケージ本体１２に設けた２つの素子搭載用パッド１３に導電性接着剤１５を塗布する。このとき、導電性接着剤１５は素子搭載用パッド１３の内側に塗布することが望ましい。次に工程Ｓ１３として、導電性接着剤１５を塗布した素子搭載用パッド１３上に圧電振動素子１を搭載する。この後、図示しないがパッケージ本体１２の外枠上面に蓋部材１６を固定してパッケージ本体１２内を気密封止することで、本実施形態の圧電振動子１０を構成することができる。このような圧電振動子の製造工程は、従来の製造工程をそのまま利用できるのでコストアップなしで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧電振動素子の概略構成を示した図である。
【図２】本実施形態の圧電振動素子を備えた圧電振動子の構成を示す外観斜視図、要部平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態の圧電振動素子の製造工程の説明図である。
【図４】本実施形態の圧電振動子の製造工程の説明図である。
【図５】導電性接着剤の接着長ＬとＣＩ値の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１…圧電振動素子、２…圧電基板、３…励振電極、４…リード電極、５…接続パッド、６…金属酸化膜、１０…圧電振動子、１１…パッケージ、１２…パッケージ本体（絶縁基板）、１３…素子搭載用パッド、１４…実装端子、１５…導電性接着剤、１６…蓋部材、２１…Ｎｉ、２２…Ａｕ
【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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