JP2001044785A - 圧電振動子 - Google Patents
圧電振動子Info
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- JP2001044785A JP2001044785A JP11211304A JP21130499A JP2001044785A JP 2001044785 A JP2001044785 A JP 2001044785A JP 11211304 A JP11211304 A JP 11211304A JP 21130499 A JP21130499 A JP 21130499A JP 2001044785 A JP2001044785 A JP 2001044785A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セラミックパッケージの封止材として低融点
ガラスを用いた圧電振動子のエージング特性を改善する
手段を得る。 【解決手段】 圧電基板の両主面の対向した位置に電極
を形成した圧電振動子であって、前記電極材料に銀とパ
ラジュウームと銅の合金、あるいは銀とパラジュウーム
とチタンの合金を用いる。
ガラスを用いた圧電振動子のエージング特性を改善する
手段を得る。 【解決手段】 圧電基板の両主面の対向した位置に電極
を形成した圧電振動子であって、前記電極材料に銀とパ
ラジュウームと銅の合金、あるいは銀とパラジュウーム
とチタンの合金を用いる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動子に関し、
特に電極材料に三元素系合金を用いて、エージング特性
と蒸着工程とを改善した圧電振動子に関する。
特に電極材料に三元素系合金を用いて、エージング特性
と蒸着工程とを改善した圧電振動子に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電振動子、例えばATカット水晶振動
子は小型であること、高精度、高安定な周波数が容易に
得られること等のため、近年では携帯電話端末からパー
ソナルコンピュータまで広範囲に使用されている。図3
(a)、(b)はそれぞれ従来の表面実装型水晶振動子
(SMD水晶振動子)に用いる水晶振動素子Xの構成を示
す平面図及びQ−Qにおける断面図である。短冊状に切り
出されたATカット水晶基板11の両主面の対向する位置
に、部分電極12a、12bをそれぞれ付着すると共に、それ
ぞれの電極12a、12bから基板11の端部に向けてリード電
極13a、13bを延在して、水晶振動素子Xを形成する。そ
して、該水晶振動素子Xをセラミックパッケージ(図示
しない)に収容し、そのリード電極13a、13bをパッケー
ジの端子電極に導電性接着剤等を用いて導通固定し、セ
ラミック蓋をガラスシール材を用いて気密封止して水晶
振動子を構成する。
子は小型であること、高精度、高安定な周波数が容易に
得られること等のため、近年では携帯電話端末からパー
ソナルコンピュータまで広範囲に使用されている。図3
(a)、(b)はそれぞれ従来の表面実装型水晶振動子
(SMD水晶振動子)に用いる水晶振動素子Xの構成を示
す平面図及びQ−Qにおける断面図である。短冊状に切り
出されたATカット水晶基板11の両主面の対向する位置
に、部分電極12a、12bをそれぞれ付着すると共に、それ
ぞれの電極12a、12bから基板11の端部に向けてリード電
極13a、13bを延在して、水晶振動素子Xを形成する。そ
して、該水晶振動素子Xをセラミックパッケージ(図示
しない)に収容し、そのリード電極13a、13bをパッケー
ジの端子電極に導電性接着剤等を用いて導通固定し、セ
ラミック蓋をガラスシール材を用いて気密封止して水晶
振動子を構成する。
【0003】前記セラミックパッケージと蓋とを低融点
のガラスシール材にて気密封止するには380℃以上の窒
素(N2)雰囲気中で約10分間保持し、蓋に若干の加圧が
必要である。ところが、気密封止のため380℃以上の温
度を10分程度加えると、パッケージ内の水晶振動素子の
電極部やリード電極も同程度の温度まで上昇するため共
振周波数の変動量が増大する等の影響を受けるという問
題が生じていた。この問題は、例えば特開平6−112
758に開示されているように水晶基板上の電極を構成
する銀の蒸着膜が熱によって蒸発・飛散することが原因
と考えられる。そして、この文献には銀の蒸発を防止す
るための電極膜構造が提案されている。即ち、図4に電
極の積層構造の部分断面図を示すように、水晶基板11の
上にニッケル(Ni)からなる下地メッキ層14を薄く形成
し、その上に銀(Ag)からなる電極層15が所定の厚さで
形成される。そして、電極層15の上にニッケル(Ni)か
らなる被覆層16を薄く形成し、銀の電極層15が被覆層16
によって覆われる構造としている。このように銀の電極
層15をニッケルの層16で被覆することにより、気密封止
による共振周波数の変動量は±10ppmまでに減少できる
ことが開示されている。ちなみに、下地のニッケル層14
は水晶と銀との接合強度を向上させるためのものであ
る。
のガラスシール材にて気密封止するには380℃以上の窒
素(N2)雰囲気中で約10分間保持し、蓋に若干の加圧が
必要である。ところが、気密封止のため380℃以上の温
度を10分程度加えると、パッケージ内の水晶振動素子の
電極部やリード電極も同程度の温度まで上昇するため共
振周波数の変動量が増大する等の影響を受けるという問
題が生じていた。この問題は、例えば特開平6−112
758に開示されているように水晶基板上の電極を構成
する銀の蒸着膜が熱によって蒸発・飛散することが原因
と考えられる。そして、この文献には銀の蒸発を防止す
るための電極膜構造が提案されている。即ち、図4に電
極の積層構造の部分断面図を示すように、水晶基板11の
上にニッケル(Ni)からなる下地メッキ層14を薄く形成
し、その上に銀(Ag)からなる電極層15が所定の厚さで
形成される。そして、電極層15の上にニッケル(Ni)か
らなる被覆層16を薄く形成し、銀の電極層15が被覆層16
によって覆われる構造としている。このように銀の電極
層15をニッケルの層16で被覆することにより、気密封止
による共振周波数の変動量は±10ppmまでに減少できる
ことが開示されている。ちなみに、下地のニッケル層14
は水晶と銀との接合強度を向上させるためのものであ
る。
【0004】しかし、上記の低融点ガラスシール材を用
いた封止方式では、Agの飛散を防止するために、電極
をNi+Ag+Niの三層構造にする必要があるため成膜工程
が煩雑になること、380℃以上もの高温中にて長時間保
持するために、水晶振動素子をパッケージの端子電極に
固定する際に軟質なシリコン系の接着剤が使えず、硬質
なポリイミド系のものしか使えない等の問題があった。
この問題を解決するため、ガラスシール材を改良し、32
0℃程度の窒素雰囲気中で10秒程度の保持で気密封止で
きる封止方式が提案されている。図5(a)、(b)、
(c)はそれぞれ低融点ガラスシール材21を焼き付けた
セラミック蓋22の斜視図、該蓋22を反転したセラミック
蓋の斜視図及びパッケージ23に水晶振動素子Xを収容
し、導電性接着剤24で固定と導通を図った場合の斜視図
である。この封止方式を用いれば、銀の蒸着膜が熱によ
って蒸発・飛散する量も極めて少なく、図6に電極の積
層構造の部分断面図を示すように、ニッケル薄膜による
被覆も必要なくNi+Agの二層電極構造でよく、また比較
的柔軟性のあるシリコン系の接着剤も使えるようになっ
た。
いた封止方式では、Agの飛散を防止するために、電極
をNi+Ag+Niの三層構造にする必要があるため成膜工程
が煩雑になること、380℃以上もの高温中にて長時間保
持するために、水晶振動素子をパッケージの端子電極に
固定する際に軟質なシリコン系の接着剤が使えず、硬質
なポリイミド系のものしか使えない等の問題があった。
この問題を解決するため、ガラスシール材を改良し、32
0℃程度の窒素雰囲気中で10秒程度の保持で気密封止で
きる封止方式が提案されている。図5(a)、(b)、
(c)はそれぞれ低融点ガラスシール材21を焼き付けた
セラミック蓋22の斜視図、該蓋22を反転したセラミック
蓋の斜視図及びパッケージ23に水晶振動素子Xを収容
し、導電性接着剤24で固定と導通を図った場合の斜視図
である。この封止方式を用いれば、銀の蒸着膜が熱によ
って蒸発・飛散する量も極めて少なく、図6に電極の積
層構造の部分断面図を示すように、ニッケル薄膜による
被覆も必要なくNi+Agの二層電極構造でよく、また比較
的柔軟性のあるシリコン系の接着剤も使えるようになっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極膜
は依然としてニッケルと銀とによる二層構造を採らざる
を得ず、工程が煩雑であり製造コストが増大するという
問題があった。さらに、この水晶振動子20個の85℃に
おける高温エージング特性は、図7に示すように、周波
数が日数の経過と共に低下する傾向があり、高精度な発
振源を必要とするGPS等にこの振動子を用いる場合、所
定の日数を経過すると位置精度を確保するために周波数
精度のチェックと調整が必要であるという問題があっ
た。本発明は上記問題を解決するためになされたもので
あって、エージング特性が良好であると共に、一回の蒸
着のみで電極を形成できる水晶振動子を提供することを
目的とする。
は依然としてニッケルと銀とによる二層構造を採らざる
を得ず、工程が煩雑であり製造コストが増大するという
問題があった。さらに、この水晶振動子20個の85℃に
おける高温エージング特性は、図7に示すように、周波
数が日数の経過と共に低下する傾向があり、高精度な発
振源を必要とするGPS等にこの振動子を用いる場合、所
定の日数を経過すると位置精度を確保するために周波数
精度のチェックと調整が必要であるという問題があっ
た。本発明は上記問題を解決するためになされたもので
あって、エージング特性が良好であると共に、一回の蒸
着のみで電極を形成できる水晶振動子を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る圧電振動子の請求項1記載の発明は、圧
電基板の両主面の対向した位置に電極を形成してなる圧
電振動子において、前記電極材料として銀を主成分とし
パラジュウームと銅とを添加した合金、あるいは銀を主
成分としパラジュウームとチタンとを添加した合金を用
いたことを特徴とする圧電振動子である。
に本発明に係る圧電振動子の請求項1記載の発明は、圧
電基板の両主面の対向した位置に電極を形成してなる圧
電振動子において、前記電極材料として銀を主成分とし
パラジュウームと銅とを添加した合金、あるいは銀を主
成分としパラジュウームとチタンとを添加した合金を用
いたことを特徴とする圧電振動子である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1(a)、(b)は
それぞれ本発明に係るSMD水晶振動子に用いる水晶振動
素子Xの構成を示す平面図、Q−Qにおける断面図であ
る。短冊状に切り出されたATカット水晶基板1の両主
面に対向する部分電極2a、2bを付着すると共に、それぞ
れの電極2a、2bから基板1の端部に向けてリード電極3
a、3bを延在して、水晶振動素子Xを形成する。該水晶
振動素子Xをセラミックパッケージ(図示しない)に収
容し、そのリード電極3a、3bをパッケージの端子電極に
導電性接着剤等を用いて導通固定する。そして、パッケ
ージに収容した水晶振動子を真空槽に入れ、所定の周波
数に微調整し、蓋の周辺に低融点ガラスシール材を焼き
付けたセラミック蓋をパッケージ上部に乗せ320℃程度
の窒素雰囲気中で気密封止して水晶振動子を構成する。
形態に基づいて詳細に説明する。図1(a)、(b)は
それぞれ本発明に係るSMD水晶振動子に用いる水晶振動
素子Xの構成を示す平面図、Q−Qにおける断面図であ
る。短冊状に切り出されたATカット水晶基板1の両主
面に対向する部分電極2a、2bを付着すると共に、それぞ
れの電極2a、2bから基板1の端部に向けてリード電極3
a、3bを延在して、水晶振動素子Xを形成する。該水晶
振動素子Xをセラミックパッケージ(図示しない)に収
容し、そのリード電極3a、3bをパッケージの端子電極に
導電性接着剤等を用いて導通固定する。そして、パッケ
ージに収容した水晶振動子を真空槽に入れ、所定の周波
数に微調整し、蓋の周辺に低融点ガラスシール材を焼き
付けたセラミック蓋をパッケージ上部に乗せ320℃程度
の窒素雰囲気中で気密封止して水晶振動子を構成する。
【0008】本発明の特徴は電極2a、2b及びリード電極
3a、3bの材質にある。即ち、従来のニッケル下地に純銀
(99.9%〜99.99%)の電極構成に代えて銀(Ag)を主成
分とし、パラジューム(Pd)、銅(Cu)を添加した合
金、あるいは銀(Ag)を主成分とし、パラジューム(P
d)、チタン(Ti)を添加した合金を用いたことであ
る。(Ag+Pd+Cu)合金、あるいは(Ag+Pd+Ti)合金
を水晶振動子のベース電極の電極材として、また微調用
電極材として用いることにより、従来の電極材より電極
が酸化されにくいこと、320℃という高温で10秒間保持
という封止条件でも共振周波数の変化が従来の電極材に
比べて極めて小さいこと等の優れた特性を有している。
さらに、(Ag+Pd+Cu)あるいは(Ag+Pd+Ti)合金膜
と水晶基板の密着強度が強いため、ニッケル等の下地電
極を必要とせず、水晶基板に前記合金の電極膜を直接形
成することが可能となった。
3a、3bの材質にある。即ち、従来のニッケル下地に純銀
(99.9%〜99.99%)の電極構成に代えて銀(Ag)を主成
分とし、パラジューム(Pd)、銅(Cu)を添加した合
金、あるいは銀(Ag)を主成分とし、パラジューム(P
d)、チタン(Ti)を添加した合金を用いたことであ
る。(Ag+Pd+Cu)合金、あるいは(Ag+Pd+Ti)合金
を水晶振動子のベース電極の電極材として、また微調用
電極材として用いることにより、従来の電極材より電極
が酸化されにくいこと、320℃という高温で10秒間保持
という封止条件でも共振周波数の変化が従来の電極材に
比べて極めて小さいこと等の優れた特性を有している。
さらに、(Ag+Pd+Cu)あるいは(Ag+Pd+Ti)合金膜
と水晶基板の密着強度が強いため、ニッケル等の下地電
極を必要とせず、水晶基板に前記合金の電極膜を直接形
成することが可能となった。
【0009】電極膜2a、2bは抵抗加熱方式あるい電子ビ
ーム方式等による蒸着で形成するか、あるいは、電極膜
2a、2bを強固にするためにはスパッタ方式、即ち真空装
置の真空度を5×10-5Torr程度に排気し、アルゴンガ
スを導入し内圧を10-3Torr程度に保ちながら、高電圧
を印加して電極膜を形成する方式を用いて成膜する。
ーム方式等による蒸着で形成するか、あるいは、電極膜
2a、2bを強固にするためにはスパッタ方式、即ち真空装
置の真空度を5×10-5Torr程度に排気し、アルゴンガ
スを導入し内圧を10-3Torr程度に保ちながら、高電圧
を印加して電極膜を形成する方式を用いて成膜する。
【0010】図2は、短冊水晶基板に(Ag+Pd+Cu)合
金の電極を形成した水晶振動子20個を85℃の恒温槽に
収容し、エージング特性を測定した図である。この図か
ら明らかなように、図7の従来のニッケル下地に銀を付
着した電極の水晶振動子の高温エージング特性より改善
されていることが確認できる。
金の電極を形成した水晶振動子20個を85℃の恒温槽に
収容し、エージング特性を測定した図である。この図か
ら明らかなように、図7の従来のニッケル下地に銀を付
着した電極の水晶振動子の高温エージング特性より改善
されていることが確認できる。
【0011】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、本発明に係る圧電振動子は1回の蒸着のみで電極
が形成でき、蒸着工程が短縮でるという効果がある。さ
らに、本発明に係る振動子は従来の振動子に比べてはる
かにエージング特性が優れており、該振動子をGPS等の
機器に搭載すれば、基準周波数をチェックする間隔を大
幅に延ばすことが可能であり、機器のメンテナンスが極
めて容易であるという効果を奏す。
ので、本発明に係る圧電振動子は1回の蒸着のみで電極
が形成でき、蒸着工程が短縮でるという効果がある。さ
らに、本発明に係る振動子は従来の振動子に比べてはる
かにエージング特性が優れており、該振動子をGPS等の
機器に搭載すれば、基準周波数をチェックする間隔を大
幅に延ばすことが可能であり、機器のメンテナンスが極
めて容易であるという効果を奏す。
【図1】本発明に係る圧電振動子の、(a)は平面図、
(b)はQ−Qにおける断面図である。
(b)はQ−Qにおける断面図である。
【図2】本発明に係る水晶振動子の高温エージング特性
を示す図である。
を示す図である。
【図3】従来の水晶振動子の、(a)は平面図、(b)
はQ−Qにおける断面図である。
はQ−Qにおける断面図である。
【図4】電極をニッケル、銀、ニッケルの積層構造で形
成した場合の部分断面図である。
成した場合の部分断面図である。
【図5】従来の低融点ガラスシール材を用いたパッケー
ジの斜視図で、(a)はガラスシール材を焼き付けたセ
ラミック蓋の斜視図、(b)はガラスシール材の付着の
様子を示すために蓋を反転した斜視図、(c)はパッケ
ージに水晶振動子を収容したときの斜視図である。
ジの斜視図で、(a)はガラスシール材を焼き付けたセ
ラミック蓋の斜視図、(b)はガラスシール材の付着の
様子を示すために蓋を反転した斜視図、(c)はパッケ
ージに水晶振動子を収容したときの斜視図である。
【図6】従来のニッケル、銀の二層電極構造を示す部分
断面図である。
断面図である。
【図7】従来の水晶振動子の高温エージングを示す図で
ある。
ある。
1・・圧電基板 2a、2b・・電極 3a、3b・・リード電極 X・・圧電振動素子
Claims (1)
- 【請求項1】 圧電基板の両主面の対向した位置に電極
を形成してなる圧電振動子において、前記電極材料とし
て銀を主成分としパラジュウームと銅とを添加した合
金、あるいは銀を主成分としパラジュウームとチタンと
を添加した合金を用いたことを特徴とする圧電振動子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11211304A JP2001044785A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11211304A JP2001044785A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 圧電振動子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001044785A true JP2001044785A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16603736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11211304A Withdrawn JP2001044785A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 圧電振動子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001044785A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014011650A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Kyocera Crystal Device Corp | 水晶振動素子 |
WO2015060032A1 (ja) * | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 株式会社大真空 | 圧電振動素子と当該圧電振動素子を用いた圧電デバイスおよび、前記圧電振動素子の製造方法と当該圧電振動素子を用いた圧電デバイスの製造方法 |
WO2023008112A1 (ja) * | 2021-07-28 | 2023-02-02 | 京セラ株式会社 | 水晶素子及び水晶デバイス |
-
1999
- 1999-07-26 JP JP11211304A patent/JP2001044785A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014011650A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Kyocera Crystal Device Corp | 水晶振動素子 |
WO2015060032A1 (ja) * | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 株式会社大真空 | 圧電振動素子と当該圧電振動素子を用いた圧電デバイスおよび、前記圧電振動素子の製造方法と当該圧電振動素子を用いた圧電デバイスの製造方法 |
CN105706364A (zh) * | 2013-10-22 | 2016-06-22 | 株式会社大真空 | 压电振动元件和使用该压电振动元件的压电设备,以及上述压电振动元件的制造方法和使用该压电振动元件的压电设备的制造方法 |
US10270024B2 (en) | 2013-10-22 | 2019-04-23 | Daishinku Corporation | Piezoelectric resonator element, piezoelectric device using the piezoelectric resonator element, method for producing the piezoelectric resonator element, and method for producing the piezoelectric device using the piezoelectric resonator element |
WO2023008112A1 (ja) * | 2021-07-28 | 2023-02-02 | 京セラ株式会社 | 水晶素子及び水晶デバイス |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060627 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060627 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090707 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090721 |