JP2001345656A - Method of manufacturing crystal vibrator and crystal device - Google Patents

Method of manufacturing crystal vibrator and crystal device

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JP2001345656A
JP2001345656A JP2000166342A JP2000166342A JP2001345656A JP 2001345656 A JP2001345656 A JP 2001345656A JP 2000166342 A JP2000166342 A JP 2000166342A JP 2000166342 A JP2000166342 A JP 2000166342A JP 2001345656 A JP2001345656 A JP 2001345656A
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layer
crystal
upper layer
intermediate layer
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Tetsuo Nakagawa
哲男 中川
Takanori Niwa
孝典 丹羽
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a crystal vibrator containing a component diffused and mixed in an electrode film enough to block solder from diffusing, and a crystal device using a crystal vibrator having such characteristics. SOLUTION: A crystal vibrator 11 comprises a drive electrode 19 for applying a drive voltage, and connecting electrodes 13, 14 connected through leading electrodes 14a to the drive electrode on the surface of a crystal 21. A feed electrode 17a is bonded to the connecting electrodes for applying the drive voltage from the outside, and the crystal is formed from a crystal block. An electrode film 25 is composed of a Cr base layer 22, an intermediate layer 23 made of a mixture of copper with a conductive metal on the base layer, an upper layer 24 made of the conductive metal on the intermediate layer on the surface of the crystal piece. The connecting electrodes of the electrode film are butted to the feed electrode, soldered and heat treated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶デバイスのパ
ッケージ内に収容される水晶振動片を製造する方法の改
良と、そのような製造方法による水晶振動片を使用した
水晶デバイスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a method for manufacturing a crystal resonator element housed in a package of a crystal device, and to a crystal device using the crystal resonator element by such a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】図18は、水晶振動子等の水晶デバイス
に使用される水晶振動片を製造する場合の従来の製造工
程を簡単に示すフローチャートである。
2. Description of the Related Art FIG. 18 is a flowchart schematically showing a conventional manufacturing process for manufacturing a crystal resonator element used for a crystal device such as a crystal resonator.

【0003】図において、先ず、電圧を印加することに
より、振動を生じる圧電材料として、所定の結晶成長工
程により得た人工水晶の原石を切断し、水晶ウエハを形
成する。そして、この水晶ウエハを研磨して、ウエハの
表裏両面の平行度を高めると共に、決められた厚みに調
整する。そして、加工後の水晶ウエハを切断して、水晶
振動片を形成するためのチップの大きさとすると共に、
切断端面を研磨して、水晶片を得る(ST1)。
In the figure, first, a rough quartz crystal obtained by a predetermined crystal growth process is cut as a piezoelectric material that generates vibration by applying a voltage, thereby forming a quartz wafer. Then, the quartz wafer is polished to increase the parallelism of the front and back surfaces of the wafer, and is adjusted to a predetermined thickness. Then, the crystal wafer after processing is cut to have a chip size for forming a crystal vibrating piece,
The cut end face is polished to obtain a crystal piece (ST1).

【0004】次いで、この水晶片の表面(表裏両面)
に、蒸着等により電極膜を形成する。すなわち、圧電体
である水晶片に電極を形成して、所定の振動を生じさせ
るために、その表面には励振電極と、この励振電極と外
部から駆動電圧を供給するための外部電極を接続するた
めの引き出し電極が設けられる(ST2)。
Next, the surface (both front and back) of this crystal blank
Next, an electrode film is formed by vapor deposition or the like. That is, in order to form an electrode on a quartz crystal piece which is a piezoelectric body and generate a predetermined vibration, an excitation electrode and an external electrode for supplying a drive voltage from the outside to the excitation electrode are connected to the surface thereof. Electrodes are provided (ST2).

【0005】図19(a)は、上記電極膜8の膜構造を
示している。水晶片2の上には、先ず下地層3としてC
rが蒸着等により成膜され、その上に上層として、例え
ば銀による電極層4が形成される。
FIG. 19A shows a film structure of the electrode film 8. On the crystal blank 2, first, C
r is deposited by vapor deposition or the like, and an electrode layer 4 of, for example, silver is formed thereon as an upper layer.

【0006】次に、図21に示すように、外部電極であ
る給電電極6を半田を用いて接合し(ST3)、続い
て、アニール処理をして、この接合工程迄に加えられた
内部応力を除去する(ST4)。
Next, as shown in FIG. 21, the power supply electrode 6, which is an external electrode, is joined by using solder (ST3), and subsequently, an annealing process is performed to apply an internal stress applied up to this joining step. Is removed (ST4).

【0007】そして、ST2で形成した電極膜8の質量
を調整して、つまり、電極層4の成分を追加して重りつ
けしたり、あるいは電子ビームやイオンビームもしくは
レーザ光を照射したりして、電極層4の金属被膜を微妙
に除去してその質量を削減する周波数調整する(ST
5)。すなわち、水晶振動片の所望の周波数に対して、
実際の振動周波数を調整して、その所望の振動性能に合
わせ込みを行う。
Then, the mass of the electrode film 8 formed in ST2 is adjusted, that is, the components of the electrode layer 4 are added and weighted, or an electron beam, an ion beam, or a laser beam is irradiated. The frequency is adjusted so that the metal film of the electrode layer 4 is delicately removed to reduce the mass (ST).
5). In other words, for a desired frequency of the quartz vibrating piece,
The actual vibration frequency is adjusted to match the desired vibration performance.

【0008】周波数調整が終了したら、真空中や窒素雰
囲気中で、パッケージ内に水晶振動片を封止し、水晶振
動子が完成する(ST6)。そして、面実装の場合に
は、さらに水晶振動子を樹脂モールドする(ST7)。
この時、水晶振動片には、加熱ストレスがかかることに
なる。
When the frequency adjustment is completed, the crystal resonator element is sealed in a package in a vacuum or nitrogen atmosphere to complete the crystal resonator (ST6). Then, in the case of surface mounting, the crystal unit is further resin-molded (ST7).
At this time, heating stress is applied to the crystal vibrating piece.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな製造工程により作られた圧電振動片を利用した圧電
デバイスでは、図20に示すように、その製品が高い温
度環境、例えば、摂氏125度程度の環境にあると、振
動周波数が変化してしまうという問題があった。
By the way, in the case of a piezoelectric device using the piezoelectric vibrating reed manufactured by the above-described manufacturing process, as shown in FIG. 20, the product is placed in a high temperature environment, for example, 125 degrees Celsius. Under such an environment, there is a problem that the vibration frequency changes.

【0010】この場合、圧電振動片の振動周波数は、低
くなるように変化している。これにより、所望の振動性
能が保持できないという問題がある。
In this case, the vibration frequency of the piezoelectric vibrating piece changes so as to be lower. As a result, there is a problem that desired vibration performance cannot be maintained.

【0011】そして、このような変動の原因として、上
述した製造工程上の問題が考えられる。
As a cause of such a variation, the above-described problem in the manufacturing process can be considered.

【0012】すなわち、上記ST3の給電電極(リー
ド)6の半田接合工程以降において、圧電振動片に熱が
加わる(ST4ないしST7)と、図21のような過程
が進行すると考えられる。先ず、給電電極6は、半田成
分が熱により電極膜8の表面に拡散して接合が行われ
る。ところが、この半田成分は、接合後に上述した製造
工程の例えばST4のアニール処理や、ST7のモール
ド工程等において、高温環境に置かれると、図21の矢
印に示すように、電極層4の中にさらに拡散していく。
That is, if heat is applied to the piezoelectric vibrating reed (ST4 to ST7) after the soldering step of the power supply electrode (lead) 6 in ST3, it is considered that the process shown in FIG. 21 proceeds. First, the power supply electrode 6 is joined by diffusing the solder component to the surface of the electrode film 8 by heat. However, when this solder component is placed in a high-temperature environment in the above-described manufacturing process such as the annealing process of ST4 or the molding process of ST7 after bonding, as shown by an arrow in FIG. It spreads further.

【0013】この場合、拡散した半田成分が電極膜8の
重量を増加させて、上述したような周波数の変化となっ
て悪影響を及ぼしている。
In this case, the diffused solder component increases the weight of the electrode film 8, resulting in a change in frequency as described above, which has an adverse effect.

【0014】また、図19(b)に示されているよう
に、この高温下では、下地層3のクロム成分も、これと
接する上層の電極層4に拡散して拡散層5を形成してい
るが、電極層4の表面には、殆ど影響を与えていない。
As shown in FIG. 19B, at this high temperature, the chromium component of the underlayer 3 also diffuses into the upper electrode layer 4 in contact with the underlayer 3 to form a diffusion layer 5. However, the surface of the electrode layer 4 is hardly affected.

【0015】ここで、電極層4内に、クロム等の高融点
金属成分が拡散していた場合に、上記半田成分の拡散が
防止できることが判明している。しかしながら、図19
(a)のような電極膜8の構造では、クロム成分は、下
地層3の接する領域の近傍にしか拡散せず、一方、半田
成分は、下地層3のある側とは反対の電極層4の表面に
多く拡散するため、クロムの拡散による上述したような
半田拡散の抑止効果が期待できない。
Here, it has been found that when a high melting point metal component such as chromium is diffused into the electrode layer 4, the diffusion of the solder component can be prevented. However, FIG.
In the structure of the electrode film 8 as shown in (a), the chromium component diffuses only in the vicinity of the region where the underlayer 3 contacts, while the solder component is Therefore, the effect of suppressing the solder diffusion as described above due to the diffusion of chromium cannot be expected.

【0016】そこで、図19(a)の電極膜構造におい
て、下地層3と上層4の間に中間層(図示せず)を設
け、この中間層に上記クロム成分を含有させるという方
法も考えられる。
Therefore, in the electrode film structure shown in FIG. 19A, a method of providing an intermediate layer (not shown) between the underlayer 3 and the upper layer 4 and making the intermediate layer contain the chromium component is also conceivable. .

【0017】そこで、このような試みについて、具体的
に検討を行ったが、その結果、クロム成分を導体金属と
混合させたこのような中間層を設けて、そのクロム成分
を上層に十分に拡散させ、上述した周波数変化を5pp
m程度に抑えるには、中間層のクロム含有量を原子量で
4パーセント以上とする必要がある。
Therefore, such an attempt was specifically studied. As a result, such an intermediate layer in which a chromium component was mixed with a conductive metal was provided, and the chromium component was sufficiently diffused into the upper layer. And the above frequency change is 5pp
In order to suppress the chromium content to about m, the chromium content of the intermediate layer must be at least 4% in atomic weight.

【0018】しかし、このような膜構造とすると、CI
(クリスタルインピーダンス)値が増大することから、
その膜厚を1500nm以上とする必要がある。尚、上
記のように周波数変化を抑制するためにクロム成分を上
層に十分拡散させた場合、半田流れが不十分になるとい
う別の問題を生じてしまう。本発明は、上記課題を解消
して、電極膜中に半田成分の拡散を防止できる成分を十
分に拡散混合させて、振動特性の悪化を阻止することが
できる水晶振動片の製造方法と、そのような特性をもつ
水晶振動片を使用した水晶デバイスを提供することを目
的とする。
However, with such a film structure, CI
(Crystal impedance) value increases,
It is necessary that the film thickness be 1500 nm or more. If the chromium component is sufficiently diffused into the upper layer in order to suppress the frequency change as described above, another problem that the solder flow becomes insufficient occurs. The present invention solves the above-mentioned problems, and a method of manufacturing a crystal vibrating piece capable of preventing a deterioration in vibration characteristics by sufficiently diffusing and mixing a component capable of preventing the diffusion of a solder component in an electrode film. It is an object of the present invention to provide a crystal device using a crystal resonator element having such characteristics.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項1の
発明によれば、水晶片の表面に駆動電圧が印加される励
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、水晶ブロックを切断して
得た水晶ウエハから前記水晶片を形成し、この水晶片の
表面に、Ti、Cr、Niのうちの1種よりなる下地層
と、下地層の上に設けられ、Cuと導体金属との混合層
でなる中間層と、この中間層の上に設けられ、前記導体
金属からなる上層とを備えた電極膜を形成し、前記電極
膜の接続電極に前記給電電極を当接して半田により接合
し、次いで、熱処理することにより、前記接合工程まで
に前記水晶片に加わった応力を緩和すると共に、前記中
間層の材料成分を前記上層に拡散させて、この上層の表
面に析出させ、さらに、前記電極膜の表面に対して、質
量増加または質量削減処理を行うことで周波数調整す
る、水晶振動片の製造方法により、達成される。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an excitation electrode to which a driving voltage is applied to the surface of a crystal blank, and a connection which is connected to the excitation electrode via an extraction electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating reed in which a power supply electrode for applying a driving voltage from the outside is joined to the connection electrode, wherein the crystal wafer is obtained by cutting a crystal block. A crystal blank is formed, and on the surface of the crystal blank, an underlayer made of one of Ti, Cr and Ni, and an intermediate layer provided on the underlayer and made of a mixed layer of Cu and a conductive metal. Forming an electrode film provided on the intermediate layer and having an upper layer made of the conductive metal, contacting the power supply electrode with a connection electrode of the electrode film, joining the power supply electrode with solder, and then performing heat treatment. By the bonding process, And the material component of the intermediate layer is diffused into the upper layer and deposited on the surface of the upper layer, and further, the surface of the electrode film is subjected to a mass increase or mass reduction process. This is achieved by a method for manufacturing a crystal vibrating piece, which adjusts the frequency by using the above method.

【0020】請求項1の構成によれば、この製造方法に
よる水晶振動片は、電極膜の膜構成として、Ti、C
r、Niのうちの1種よりなる下地層と、下地層の上に
設けられ、Cuと導体金属との混合層でなる中間層と、
この中間層の上に設けられ、前記導体金属からなる上層
とを有している。
According to the first aspect of the present invention, the quartz vibrating reed by this manufacturing method is composed of Ti, C
an underlayer made of one of r and Ni, an intermediate layer provided on the underlayer, and made of a mixed layer of Cu and a conductive metal;
An upper layer provided on the intermediate layer and made of the conductor metal.

【0021】そして、この電極膜の接続電極に前記給電
電極を当接して半田により接合し、次いで、熱処理する
ことにより、前記接合工程までに前記水晶片に加わった
応力を緩和すると共に、前記中間層の材料成分を前記上
層に拡散させて、この上層の表面に析出させている。
Then, the power supply electrode is brought into contact with the connection electrode of the electrode film and bonded by soldering, and then heat-treated to relieve the stress applied to the crystal blank by the bonding step and to reduce the stress applied to the intermediate piece. The material components of the layer are diffused into the upper layer and deposited on the surface of the upper layer.

【0022】つまり、この発明では、前記下地層の成分
は、Ti、Cr、Niのうちの1種より選ばれている
が、これらの成分は、上層内に拡散することは期待され
ていない。つまり、特にこれらの成分を上層の導体金属
に拡散させて、半田の拡散を防止する効果を得るように
意図されたものではなく、前記下地層の成分は、水晶と
導体金属との接合に適したものが選ばれている。
That is, in the present invention, the components of the underlayer are selected from one of Ti, Cr and Ni, but these components are not expected to diffuse into the upper layer. In other words, it is not intended to obtain the effect of preventing the diffusion of solder by diffusing these components into the conductive metal of the upper layer, and the components of the base layer are suitable for bonding the crystal and the conductive metal. Are selected.

【0023】これに対して、高融点金属以外の効果ある
成分を、電極膜の厚み方向に積極的に拡散させる条件を
種々検討した結果、前記Cu成分と導体金属との混合層
でなる中間層を設けることと、接合工程の後で、積極的
に熱処理を行うことを案出した。
On the other hand, as a result of various studies on conditions for actively diffusing an effective component other than the refractory metal in the thickness direction of the electrode film, an intermediate layer comprising a mixed layer of the Cu component and the conductive metal was found. And actively performing heat treatment after the bonding step.

【0024】つまり、製造後、もしくは電極膜形成後に
高温度環境に置くことは、上述したように接合で利用し
た半田成分を電極膜に拡散させることにつながる。した
がって、単純な熱処理工程の追加は、課題解決にはなら
ない。本発明者等は、高融点金属成分以外の成分の拡散
のための熱処理工程を導入しつつ、半田の拡散を阻止す
る条件を種々検討し、本発明では、上述したように、下
地層の上に中間層を設け、この中間層の前記Cu成分を
積極的に電極層の上まで析出させるような熱処理工程を
工夫することで、これをなし得たものである。
That is, placing the device in a high temperature environment after manufacturing or after forming the electrode film leads to diffusion of the solder component used for bonding into the electrode film as described above. Therefore, the addition of a simple heat treatment step does not solve the problem. The present inventors have studied various conditions for preventing the diffusion of solder while introducing a heat treatment step for diffusion of components other than the high melting point metal component, and in the present invention, as described above, This was achieved by devising a heat treatment process in which an intermediate layer was provided and the Cu component of the intermediate layer was positively deposited on the electrode layer.

【0025】これにより、電極膜の表面まで析出したC
u成分があることから、この電極膜の表面近くまで、C
u成分が混合していると考えられる。これにより、半田
成分は、以後の実装工程等における高温度環境下におい
ても、電極膜表面にそって拡散されにくく、拡散した半
田成分が、電極膜の重量を増加させることがない。
Thus, C deposited to the surface of the electrode film
Because of the presence of the u component, C
It is considered that the u component is mixed. Accordingly, the solder component is not easily diffused along the electrode film surface even in a high temperature environment in a subsequent mounting step or the like, and the diffused solder component does not increase the weight of the electrode film.

【0026】しかも、この電極膜の表面に析出する程混
合されたCu成分は、CI値の上昇をともなわないの
で、CI値上昇のための対策を行う必要がなく、半田拡
散以外の別の問題を生じることもない。
Moreover, since the Cu component mixed enough to precipitate on the surface of the electrode film does not increase the CI value, it is not necessary to take measures for increasing the CI value, and there is another problem other than the solder diffusion. Does not occur.

【0027】上記目的は、請求項2の発明によれば、水
晶片の表面に駆動電圧が印加される励振電極と、この励
振電極と引き出し電極を介して接続された接続電極とを
備え、この接続電極に対して、外部からの駆動電圧を印
加するための給電電極が接合される水晶振動片の製造方
法であって、水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハか
ら前記水晶片を形成し、この水晶片の表面に、Ti、C
r、Niのうちの1種よりなる下地層と、下地層の上に
設けられ、Cuと導体金属との混合層でなる中間層と、
この中間層の上に設けられ、前記導体金属からなる上層
とを備えた電極膜を形成し、前記電極膜の接続電極に前
記給電電極を当接して半田により接合し、さらに、少な
くとも前記励振電極上に、Alによる最表面層を形成
し、次いで、熱処理することにより、前記接合工程まで
に前記水晶片に加わった応力を緩和し、かつ、前記中間
層の材料成分を前記上層に拡散させてこの上層の表面に
析出させると共に、前記最表面層のAlを前記上層に拡
散させ、さらに、前記電極膜の表面に対して、質量増加
または質量削減処理を行うことで周波数調整する、水晶
振動片の製造方法により、達成される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an excitation electrode for applying a drive voltage to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via a lead electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating reed in which a power supply electrode for applying an external drive voltage is connected to a connection electrode, wherein the crystal reed is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, Ti, C on the surface of this crystal blank
an underlayer made of one of r and Ni, an intermediate layer provided on the underlayer, and made of a mixed layer of Cu and a conductive metal;
Forming an electrode film provided on the intermediate layer and having an upper layer made of the conductive metal, contacting the power supply electrode with a connection electrode of the electrode film and joining it by soldering, and further forming at least the excitation electrode On top, an outermost surface layer of Al is formed, and then, by heat treatment, the stress applied to the crystal blank before the bonding step is relaxed, and the material component of the intermediate layer is diffused into the upper layer. A crystal vibrating piece that is deposited on the surface of the upper layer, diffuses Al of the outermost surface layer into the upper layer, and further adjusts the frequency by performing a mass increase or mass reduction process on the surface of the electrode film. Is achieved.

【0028】請求項2の構成によれば、この水晶振動片
は、請求項1の発明と同じように、Ti、Cr、Niの
うちの1種よりなる下地層と、下地層の上に設けられ、
Cuと導体金属との混合層でなる中間層と、この中間層
の上に設けられ、前記導体金属からなる上層とを有して
いる電極膜の少なくとも前記励振電極部分の前記上層の
上にAlによる最表面層を備えている点が請求項1の構
成と異なっている。
According to the structure of the second aspect, the quartz-crystal vibrating piece is provided on the underlayer made of one of Ti, Cr and Ni, as in the first aspect of the invention. And
Al is formed on the upper layer of at least the excitation electrode portion of the electrode film having an intermediate layer formed of a mixed layer of Cu and a conductive metal, and an upper layer provided on the intermediate layer and formed of the conductive metal. Is different from the configuration of claim 1 in that the outermost layer is provided.

【0029】ここで、最表面層として、アルミニウム
(Al)を選択するのは、導体金属上にAlを成膜し、
かつ導体金属(AgあるいはAu)にAlを拡散するこ
とにより、半田の導体金属への拡散を抑制できること、
Al成分はCI値の上昇を伴わないこと、周波数調整工
程以前において、励振電極上に、予め質量増加させてお
くために、重り層を形成するが、この時、導体金属と重
り層との接着層の役割を果たすことができること等の理
由による。
Here, aluminum (Al) is selected as the outermost surface layer because Al is formed on a conductive metal,
In addition, by diffusing Al into the conductor metal (Ag or Au), diffusion of the solder into the conductor metal can be suppressed;
A weight layer is formed on the excitation electrode before the frequency adjustment step in order to increase the mass in advance before the frequency adjustment step, but at this time, the adhesion between the conductor metal and the weight layer is prevented. This is because the layer can play a role.

【0030】そして、この最表面層を形成した後で、積
極的に熱処理して、最表面層の材料成分を、それより下
の前記上層に拡散させるので、請求項1の場合と異な
り、Cu成分は、中間層からは上方へ、Al成分は最表
面層からは下方へと、膜厚の方向へ拡散する。
After the formation of the outermost surface layer, heat treatment is actively performed to diffuse the material components of the outermost surface layer into the upper layer below the outermost layer. The component diffuses upward from the intermediate layer, and the Al component diffuses downward from the outermost surface layer in the thickness direction.

【0031】これにより、請求項1を越える作用が発揮
されて、半田成分の電極膜(上層)への拡散が抑止され
る。
Thus, an effect exceeding the first aspect is exhibited, and diffusion of the solder component into the electrode film (upper layer) is suppressed.

【0032】また、上記目的は、請求項3の発明によれ
ば、水晶片の表面に駆動電圧が印加される励振電極と、
この励振電極と引き出し電極を介して接続された接続電
極とを備え、この接続電極に対して、外部からの駆動電
圧を印加するための給電電極が接合される水晶振動片の
製造方法であって、水晶ブロックを切断して得た水晶ウ
エハから前記水晶片を形成し、この水晶片の表面に、T
i、Cr、Niのうちの1種よりなる下地層と、下地層
の上に設けられ、Cuと導体金属との混合層でなる中間
層と、この中間層の上に設けられ、前記導体金属からな
る上層とを備えた電極膜を形成し、前記電極膜の接続電
極に前記給電電極を当接して半田により接合し、さら
に、少なくとも前記引出し電極上に、Alによる最表面
層を形成し、次いで、熱処理することにより、前記接合
工程までに前記水晶片に加わった応力を緩和し、かつ、
前記中間層の材料成分を前記上層に拡散させてこの上層
の表面に析出させると共に、前記最表面層のAlを前記
上層に拡散させ、さらに、前記電極膜の表面に対して、
質量増加または質量削減処理を行うことで周波数調整す
る、水晶振動片の製造方法により、達成される。
According to the third aspect of the present invention, there is provided an excitation electrode for applying a drive voltage to a surface of a crystal blank,
A method for manufacturing a quartz vibrating reed, comprising: a connection electrode connected via an excitation electrode and an extraction electrode; and a power supply electrode for applying an external drive voltage to the connection electrode. The crystal blank is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, and the surface of the crystal blank is
an underlayer made of one of i, Cr, and Ni; an intermediate layer provided on the underlayer, which is a mixed layer of Cu and a conductive metal; and an intermediate layer provided on the intermediate layer. Forming an electrode film having an upper layer consisting of: an upper layer made of Al, a power supply electrode is brought into contact with a connection electrode of the electrode film and joined by soldering, and at least on the extraction electrode, an outermost surface layer of Al is formed; Next, by performing a heat treatment, the stress applied to the crystal blank until the bonding step is reduced, and
While diffusing the material component of the intermediate layer into the upper layer and depositing it on the surface of the upper layer, Al of the outermost surface layer is diffused into the upper layer, and further, with respect to the surface of the electrode film,
This is achieved by a method of manufacturing a crystal vibrating piece that adjusts the frequency by performing a mass increase or mass reduction process.

【0033】請求項3の構成によれば、この水晶振動片
は、請求項1の発明と同じように、Ti、Cr、Niの
うちの1種よりなる下地層と、下地層の上に設けられ、
Cuと導体金属との混合層でなる中間層と、この中間層
の上に設けられ、前記導体金属からなる上層とを有して
いて、この電極膜の少なくとも前記引出し電極部分の前
記上層の上にAlによる最表面層を備えている点が請求
項1の構成と異なっている。
According to the third aspect of the present invention, this quartz vibrating reed is provided on the underlayer made of one of Ti, Cr and Ni, as in the first aspect of the present invention. And
An intermediate layer formed of a mixed layer of Cu and a conductive metal, and an upper layer provided on the intermediate layer and formed of the conductive metal, wherein at least the upper layer of the extraction electrode portion of the electrode film Is provided with an outermost surface layer made of Al.

【0034】そして、この最表面層を形成した後で、積
極的に熱処理して、最表面層の材料成分を、それより下
の前記上層に拡散させるので、請求項1の場合と異な
り、Cu成分は、中間層からは上方へ、最表面層からは
下方へと、膜厚の方向へ拡散する。特に、請求項3で
は、外部電極である給電電極が半田で接合される接続電
極とつながった引き出し電極部分に上記最表面層が形成
されているので、半田が励振電極につたわる限られた経
路中に選択的にCuに加えAl成分も拡散させている。
After the outermost layer is formed, heat treatment is actively performed to diffuse the material components of the outermost layer into the upper layer below the outermost layer. The components diffuse upward in the thickness direction from the intermediate layer and downward from the outermost layer. In particular, in the third aspect, since the outermost surface layer is formed at the extraction electrode portion connected to the connection electrode to which the power supply electrode serving as the external electrode is connected by solder, the solder has a limited path along the excitation electrode. Al is selectively diffused in addition to Cu.

【0035】これにより、請求項1を越える作用が発揮
されて、半田成分の電極膜(上層)への拡散が抑止され
る。
Thus, an effect exceeding the first aspect is exhibited, and diffusion of the solder component into the electrode film (upper layer) is suppressed.

【0036】請求項4の発明は、請求項1ないし3のい
ずれかの構成において、前記下地層の膜厚が50nm以
上、300nm以下で、前記中間層のCuと導体金属と
の混合比が、Cuの原子比で30パーセント以上、60
パーセント以下であり、前記上層の膜厚が200nm以
上、1800nm以下であり、前記上層と中間層を合わ
せた膜厚が1000nm以上、5000nm以下である
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the structure of any one of the first to third aspects, the thickness of the underlayer is 50 nm or more and 300 nm or less, and the mixing ratio between Cu and the conductive metal of the intermediate layer is: 30% or more by atomic ratio of Cu, 60
% Or less, the upper layer has a thickness of 200 nm or more and 1800 nm or less, and the total thickness of the upper layer and the intermediate layer is 1000 nm or more and 5000 nm or less.

【0037】請求項4の構成において、前記下地層の膜
厚が50nm以上、300nm以下とするのは、膜厚が
50nm未満であると、電極膜の密着強度が不足してし
まうからで、膜厚が300nmを越えると、CI値が許
容できない範囲に上昇するからである。
In the structure of the fourth aspect, the reason why the thickness of the underlayer is not less than 50 nm and not more than 300 nm is that if the thickness is less than 50 nm, the adhesion strength of the electrode film becomes insufficient. If the thickness exceeds 300 nm, the CI value increases to an unacceptable range.

【0038】Cu(銅)が原子比で30パーセント未満
であると、後述する半田拡散防止効果が低下もしくは失
われる。銅が原子比で60パーセントを越えると、製品
の完成後の時間経過により周波数変化が生じる。
When the atomic ratio of Cu (copper) is less than 30%, the effect of preventing solder diffusion, described later, is reduced or lost. If the atomic ratio of copper exceeds 60%, the frequency changes with the lapse of time after completion of the product.

【0039】また、中間層と上層とを合わせた膜厚が1
000nm以上5000nm以下としたのは、この範囲
においては、製品のCI(クリスタルインピーダンス)
値に関して、この範囲であれば問題がないからである。
The total thickness of the intermediate layer and the upper layer is 1
The range of 000 nm or more and 5000 nm or less is that in this range, the CI (crystal impedance) of the product is used.
This is because there is no problem with the value in this range.

【0040】さらに、上層のみの膜厚が200nm以上
ないと、接続電極と給電電極の接合強度が不十分とな
り、1800nmを越えると、銅(Cu)成分の膜厚方
向への拡散が不十分になるおそれがある。
Further, if the thickness of only the upper layer is not more than 200 nm, the bonding strength between the connection electrode and the power supply electrode is insufficient, and if it exceeds 1800 nm, the diffusion of copper (Cu) component in the thickness direction is insufficient. Could be.

【0041】請求項5の発明は、請求項2ないし4のい
ずれかの構成において、前記最表面層の膜厚が、50n
m以上、300nm以下であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the second to fourth aspects, the thickness of the outermost surface layer is 50n.
m or more and 300 nm or less.

【0042】請求項5の構成によれば、前記最表面層の
厚みが50nm以上ないと、後述するような周波数変化
低減効果が表れない。また、最表面層の厚みが300n
mでこの効果が一定となることから、その上限としたも
のである。
According to the structure of the fifth aspect, if the thickness of the outermost surface layer is not more than 50 nm, the effect of reducing the frequency change as described later cannot be obtained. In addition, the thickness of the outermost surface layer is 300 n.
Since this effect is constant at m, the upper limit is set.

【0043】請求項6の発明は、請求項1ないし5のい
ずれかの構成において、前記熱処理の温度が摂氏200
度以上摂氏300度以下で、処理時間が2分以上1.5
時間以下であることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the first to fifth aspects, the temperature of the heat treatment is 200 degrees Celsius.
Degrees not less than 300 degrees Celsius and processing time is not less than 2 minutes and 1.5 degrees
It is characterized by being less than an hour.

【0044】請求項6の構成によれば、摂氏200度以
上で2分以上加熱しないと、前工程における応力緩和を
とともに、必要なCu成分の拡散が困難となるからであ
り、摂氏300度以上で、1.5時間以上熱処理する
と、電極の接合強度が不足することがある。また、上記
目的は、請求項9の発明によれば、パッケージ内の水晶
振動片が収容されて封止された水晶デバイスであって、
前記水晶振動片は、表面に駆動電圧が印加される励振電
極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続された
接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部からの
駆動電圧を印加するための給電電極が半田により接合さ
れており、前記電極膜が、導体金属による第1の層と、
少なくともCuを含んだ第2の層とを備えていて、この
第2の層のCu成分が、第1の層に対して、電極膜の厚
み方向に拡散されている、水晶デバイスにより、達成さ
れる。
According to the configuration of the sixth aspect, if the heating is not performed at 200 ° C. or more for 2 minutes or more, the stress in the previous process is relaxed and the diffusion of the necessary Cu component becomes difficult. If the heat treatment is performed for 1.5 hours or more, the bonding strength of the electrode may be insufficient. Further, according to the invention of claim 9, the above object is a crystal device in which a crystal resonator element in a package is housed and sealed,
The quartz vibrating reed includes an excitation electrode to which a drive voltage is applied to a surface, and a connection electrode connected to the excitation electrode via a lead electrode, and applies an external drive voltage to the connection electrode. A power supply electrode for soldering, the electrode film is formed of a first layer made of a conductive metal,
A second layer containing at least Cu, wherein the Cu component of the second layer is diffused with respect to the first layer in the thickness direction of the electrode film. You.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0046】図1は、本発明の実施形態による水晶振動
片を利用した水晶デバイスの一例としての水晶振動子を
示す斜視図であり、図2はその概略平面図、図3は概略
断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a crystal resonator as an example of a crystal device using a crystal resonator element according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view thereof, and FIG. 3 is a schematic sectional view thereof. is there.

【0047】これらの図において、この水晶振動子10
は、空間部12aが形成されたパッケージ12と、この
パッケージ内に密封される一方向に長い板状の水晶振動
片11を備えている。
In these figures, the quartz oscillator 10
Includes a package 12 in which a space 12a is formed, and a plate-shaped crystal vibrating piece 11 which is sealed in the package and is long in one direction.

【0048】水晶振動片11は、例えば水晶により短冊
状に形成された板体であり、この水晶振動片11上に
は、後述する製造工程において、励振電極19と、接続
電極13,14が形成されている。励振電極19は外部
から駆動電圧を印加されることで、圧電作用に基づい
て、水晶に所定の厚みすべり振動を生じさせるためのも
のである。この励振電極19と接続電極とは引き出し電
極13a,14aにより接続されている。
The quartz-crystal vibrating piece 11 is a plate formed of, for example, quartz in the shape of a strip. On the quartz-crystal vibrating piece 11, an excitation electrode 19 and connection electrodes 13 and 14 are formed in a manufacturing process described later. Have been. The excitation electrode 19 is for applying a drive voltage from the outside to generate a predetermined thickness shear vibration in the quartz crystal based on the piezoelectric action. The excitation electrode 19 and the connection electrode are connected by extraction electrodes 13a and 14a.

【0049】励振電極19は、図1の裏面にも同様に形
成されており、接続電極14は、表面側に形成した励振
電極19との間に引き出し電極14aを介して接続され
ている。接続電極13は、裏面側に形成した同じ形状の
励振電極(図示せず)との間に引き出し電極13aを介
して接続されている。
The excitation electrode 19 is similarly formed on the back surface of FIG. 1, and the connection electrode 14 is connected to the excitation electrode 19 formed on the front surface side via an extraction electrode 14a. The connection electrode 13 is connected to an excitation electrode (not shown) of the same shape formed on the back surface side via a lead electrode 13a.

【0050】パッケージ12は、例えば金属材料によ
り、形成されている。具体的には、パッケージ12は、
加工のしやすい洋白や、より好ましくはコバール等によ
り形成されており、図1において手前側が開放され、奥
側に底部23を有する中空の筒体として形成されてい
る。
The package 12 is formed of, for example, a metal material. Specifically, the package 12
It is made of easy-to-process nickel silver or more preferably Kovar or the like, and is formed as a hollow cylinder having an open front side and a bottom portion 23 at the back in FIG.

【0051】パッケージ12の開放端18aから上記空
間部12a内には、水晶振動片11が挿入され、その一
端部には、上記接続電極13,14上に、パッケージ外
部から引き込まれる給電電極としてのリード端子17,
17の各先端,すなわちインナーリード17a,17a
が、半田15,16を用いてそれぞれ接合されている。
The quartz vibrating reed 11 is inserted from the open end 18a of the package 12 into the space 12a. One end of the quartz vibrating reed 11 is provided on the connection electrodes 13 and 14 as a power supply electrode drawn from outside the package. Lead terminal 17,
17, the inner leads 17a, 17a
Are joined using solders 15 and 16, respectively.

【0052】そして、パッケージ12の開放端18a
は、プラグ18を嵌入されて、密閉されている。このプ
ラグ18は、図2及び図3に示すように、パッケージ1
2の開放端18aの内周部に嵌入される金属製のリング
18bと、このリング18bの内側に配置される例えば
ガラス材料等でなる絶縁部材18cとを有している。
Then, the open end 18a of the package 12
Is sealed with a plug 18 fitted therein. The plug 18 is connected to the package 1 as shown in FIGS.
It has a metal ring 18b fitted into the inner periphery of the second open end 18a, and an insulating member 18c made of, for example, a glass material and arranged inside the ring 18b.

【0053】このプラグ18を介して、水晶振動片11
の一端側が固定され、奥側が自由端21とされることに
より、水晶振動片11は片持ち方式で支持された構造と
なっている。そして、プラグ18の絶縁部材18cは、
これを貫通するリード端子17,17どうしを絶縁して
いる。
The crystal vibrating reed 11 is
Is fixed at one end, and the free end 21 is at the back, so that the crystal resonator element 11 is supported in a cantilever manner. The insulating member 18c of the plug 18
The lead terminals 17 penetrating therethrough are insulated from each other.

【0054】このように、本発明の水晶振動片は、例え
ば、水晶振動子や、これに集積回路を付加した構成の水
晶発振器等の種々の水晶デバイスに適用される。
As described above, the crystal resonator element of the present invention is applied to various crystal devices such as a crystal oscillator and a crystal oscillator having an integrated circuit added thereto.

【0055】次に、上記水晶振動片11の製造方法を説
明する。
Next, a method of manufacturing the above-described crystal resonator element 11 will be described.

【0056】図4は、本発明の第1の実施形態である水
晶振動片の製造方法を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a crystal resonator element according to the first embodiment of the present invention.

【0057】先ず、所定の結晶成長工程により得た人工
水晶の原石を切断し、水晶ウエハを形成する。そして、
この水晶ウエハを研磨して、ウエハの表裏両面の平行度
を高めると共に、決められた厚みに調整する。そして、
加工後の水晶ウエハを切断して、水晶振動片を形成する
ためのチップの大きさとすると共に、切断端面を研磨し
て、水晶片21を得る(ST10)。尚、図1ないし3
の水晶振動片11の電極膜が形成されていない状態が水
晶片21である。
First, an artificial quartz ore obtained by a predetermined crystal growth step is cut to form a quartz wafer. And
The quartz wafer is polished to increase the parallelism between the front and back surfaces of the wafer, and is adjusted to a predetermined thickness. And
The processed crystal wafer is cut to have a chip size for forming a crystal vibrating piece, and the cut end face is polished to obtain a crystal piece 21 (ST10). 1 to 3
The state where the electrode film of the crystal vibrating piece 11 is not formed is the crystal piece 21.

【0058】次いで、図5に示すように、この水晶片の
表面(表裏両面)に、蒸着等により電極膜25を形成す
る。水晶片21の表面に、図1で説明した励振電極19
と、この励振電極と外部から駆動電圧を供給するための
外部電極を接続するための接続電極13,14が設けら
れる(ST11)。
Next, as shown in FIG. 5, an electrode film 25 is formed on the surface (both front and back) of the crystal blank by vapor deposition or the like. The excitation electrode 19 described with reference to FIG.
And connection electrodes 13 and 14 for connecting the excitation electrodes to external electrodes for supplying a drive voltage from the outside (ST11).

【0059】図5は、上記電極膜25の膜構造を示して
いる。水晶片11の上には、先ず下地としてTi、C
r、Niのうちの1種より下地層22を蒸着等により成
膜する。ここで、Ti、Cr、Niのうちの1種を用い
るのは、導体金属としての金や銀と密着性がよく、かつ
後述する中間層の機能を阻害しないで、CI値の上昇を
回避できる性質からである。次に、下地層22の上に中
間層として、導体金属と上記銅(Cu)との混合層23
を蒸着等により形成する。次いで、中間層23の上に導
体金属,例えば、金(Au)や銀(Ag)により電極層
である上層24を蒸着等により成膜する。この実施形態
では、上層24に銀を選択する。
FIG. 5 shows the film structure of the electrode film 25. On the crystal blank 11, first, Ti, C
The underlayer 22 is formed from one of r and Ni by vapor deposition or the like. Here, one of Ti, Cr and Ni is used because it has good adhesion to gold or silver as a conductor metal and can avoid an increase in CI value without impairing the function of an intermediate layer described later. Because of nature. Next, a mixed layer 23 of a conductive metal and the above-mentioned copper (Cu) is formed as an intermediate layer
Is formed by vapor deposition or the like. Next, an upper layer 24 serving as an electrode layer is formed on the intermediate layer 23 with a conductive metal, for example, gold (Au) or silver (Ag) by vapor deposition or the like. In this embodiment, silver is selected for the upper layer 24.

【0060】次に、電極膜25を成膜した後で、図7に
示すように、給電電極(インナーリード)17aを上記
電極膜25の上に当接させた状態にて、半田15,16
を介して接合する(ST12)。半田15,16は、通
常の半田としてPbSnでも鉛フリー半田として、例え
ばSnCuでもよい。ここで、鉛フリー半田を用いる
と、環境に対して鉛の汚染の影響を生じることがない。
Next, after forming the electrode film 25, as shown in FIG. 7, the solders 15, 16 are placed in a state where the power supply electrode (inner lead) 17 a is in contact with the electrode film 25.
(ST12). The solders 15 and 16 may be PbSn as normal solder or SnCu, for example, as lead-free solder. Here, if lead-free solder is used, the influence of lead contamination on the environment does not occur.

【0061】さらに、上記接合後、熱処理を行う(ST
13)。この熱処理は、例えば、恒温槽内に、電極膜2
5を形成した水晶片21を収容して行う。
Further, after the bonding, a heat treatment is performed (ST).
13). This heat treatment is performed, for example, by placing the electrode film 2 in a thermostat.
This is performed by accommodating the crystal piece 21 on which the crystal 5 is formed.

【0062】この場合、熱処理は、ST12の接合工程
までに水晶片21に加わった応力を緩和すると共に、図
5及び図6に示すように、中間層23のCu成分を上層
24に拡散させて、この上層24の表面に成分26とし
て析出させるために行う。
In this case, the heat treatment relaxes the stress applied to the crystal blank 21 up to the bonding step of ST12, and diffuses the Cu component of the intermediate layer 23 into the upper layer 24 as shown in FIGS. This is performed in order to precipitate as a component 26 on the surface of the upper layer 24.

【0063】これにより、本実施形態では、下地層22
の上に中間層23を設け、この中間層23のCu成分を
積極的に上層方向に拡散させる。そして、図5及び図6
に示すように、、上層である電極層24の上まで析出さ
せ、電極層24をその表面付近に銅(Cu)成分26が
確実に存在する拡散混合層27とする処理をしている。
Thus, in the present embodiment, the underlayer 22
And an intermediate layer 23 is provided thereon, and the Cu component of the intermediate layer 23 is positively diffused in the upper layer direction. 5 and 6
As shown in (2), the electrode layer 24 is deposited up to the upper electrode layer 24, and the electrode layer 24 is treated as a diffusion mixed layer 27 in which a copper (Cu) component 26 is surely present near its surface.

【0064】ここで、上記ST11の電極膜25の成膜
条件として、本実施形態では、好ましくは、下地層22
の膜厚が50nm以上で300nm以下、中間層23の
銅と導体金属,例えば銀との混合比に関して、銅の原子
比が30パーセント以上、60パーセント以下であり、
かつ、中間層22と上層24とを合わせた膜厚が100
0nm以上5000nm以下で、上層24のみの膜厚が
200nm以上1800nm以下に設定する。
Here, in the present embodiment, the film forming conditions of the electrode film 25 in ST11 are preferably the underlayer 22.
Has a film thickness of 50 nm or more and 300 nm or less, and an atomic ratio of copper is 30% or more and 60% or less with respect to a mixing ratio of copper and a conductive metal such as silver in the intermediate layer 23,
The total thickness of the intermediate layer 22 and the upper layer 24 is 100
The thickness of only the upper layer 24 is set to 200 nm or more and 1800 nm or less.

【0065】すなわち、下地層22の膜厚が50nm未
満であると、水晶21と中間層23との密着強度が不足
する。下地層22の膜厚が300nmを越えると、CI
値が上昇しすぎて許容範囲を越えるおそれがあるからで
ある。
That is, if the thickness of the underlayer 22 is less than 50 nm, the adhesion strength between the quartz crystal 21 and the intermediate layer 23 is insufficient. If the thickness of the underlayer 22 exceeds 300 nm, CI
This is because the value may increase excessively and exceed the allowable range.

【0066】また中間層23の銅と銀との混合比に関し
ては、銅が原子比で30パーセント未満であると、後述
する半田拡散防止効果が低下もしくは失われる。銅が原
子比で60パーセントを越えると、製品の完成後の時間
経過により周波数変化が生じる。
Regarding the mixing ratio of copper and silver in the intermediate layer 23, if the atomic ratio of copper is less than 30%, the effect of preventing solder diffusion described below will be reduced or lost. If the atomic ratio of copper exceeds 60%, the frequency changes with the lapse of time after completion of the product.

【0067】また、中間層23と上層24とを合わせた
膜厚が1000nm以上5000nm以下としたのは、
この範囲においては、製品のCI(クリスタルインピー
ダンス)値に関して、この範囲であれば問題がないから
である。
The reason why the total film thickness of the intermediate layer 23 and the upper layer 24 is 1000 nm or more and 5000 nm or less is as follows.
This is because there is no problem with the CI (crystal impedance) value of the product in this range.

【0068】さらに、上層24のみの膜厚が200nm
以上ないと、接続電極と給電電極の接合強度が不十分と
なり、1800nmを越えると、銅(Cu)成分の図7
の上層24への拡散が不十分になるおそれがある。
Further, only the upper layer 24 has a thickness of 200 nm.
Otherwise, the bonding strength between the connection electrode and the power supply electrode becomes insufficient, and if it exceeds 1800 nm, the copper (Cu) component shown in FIG.
May be insufficiently diffused into the upper layer 24.

【0069】また、ST13における熱処理において
は、例えば、その温度が摂氏200度以上摂氏300度
以下で、処理時間が2分以上1.5時間以下とされる。
In the heat treatment in ST13, for example, the temperature is set to 200 degrees Celsius to 300 degrees Celsius, and the processing time is set to 2 minutes to 1.5 hours.

【0070】すなわち、摂氏200度以上で2分以上加
熱しないと、前工程における応力緩和をとともに、必要
なCu成分の拡散が困難となるからであり、摂氏300
度以上で、1.5時間以上熱処理すると、電極の接合強
度が不足するからである。
That is, if the heating is not performed at 200 ° C. or more for 2 minutes or more, the stress in the previous process is relaxed and the diffusion of the necessary Cu component becomes difficult.
This is because if the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than 1.5 degrees and the heat treatment is performed for 1.5 hours or more, the bonding strength of the electrodes becomes insufficient.

【0071】次に、ST11で形成した電極膜25の質
量を調整して、つまり、電極層24の成分を、さらに蒸
着することで追加して重量増加したり、あるいは電子ビ
ームやイオンビームもしくはレーザ光を照射したりし
て、電極層24の金属被膜を微妙に除去してその質量を
削減する周波数調整を行う(ST14)。すなわち、水
晶振動片11の所望の周波数に対して、実際の振動周波
数を調整して、その所望の振動性能に合わせ込みを行
う。
Next, the mass of the electrode film 25 formed in step ST11 is adjusted, that is, the component of the electrode layer 24 is further evaporated by further vapor deposition, or the electron beam, ion beam or laser A frequency adjustment is performed by irradiating light or the like to finely remove the metal film of the electrode layer 24 to reduce its mass (ST14). That is, the actual vibration frequency is adjusted with respect to the desired frequency of the crystal vibrating reed 11 so as to match the desired vibration performance.

【0072】周波数調整が終了したら、真空中や窒素雰
囲気中で、図1で説明したパッケージ12内に水晶振動
片を封止して、水晶振動子を完成させ(ST15)、面
実装の場合には、さらに、水晶振動子を樹脂モールドす
る(ST16)。
After the frequency adjustment is completed, the crystal resonator element is sealed in the package 12 described in FIG. 1 in a vacuum or nitrogen atmosphere to complete the crystal resonator (ST15). Then, the quartz oscillator is resin-molded (ST16).

【0073】本実施形態は、以上のように構成されてお
り、電極膜25の接続電極13に給電電極17aを当接
して半田15,16により接合した後で、ST13の熱
処理をすることにより、接合工程までに前記水晶片21
に加わった応力を緩和すると共に、中間層23の銅(C
u)成分を上層24内に拡散させ、さらにその表面に析
出させている。
The present embodiment is configured as described above. After the power supply electrode 17a is brought into contact with the connection electrode 13 of the electrode film 25 and joined by the solders 15 and 16, the heat treatment of ST13 is performed. By the joining process, the quartz piece 21
And the copper (C) in the intermediate layer 23
The u) component is diffused into the upper layer 24 and further deposited on the surface.

【0074】これにより、電極層である上層24の表面
まで析出した銅(Cu)成分が存在することから、半田
15,16の成分は、以後の実装工程等における高温度
環境下においても、電極膜25表面にそって拡散されに
くく、拡散した半田成分が電極膜25の重量増加となっ
てしまうことがない。
As a result, since there is a copper (Cu) component precipitated up to the surface of the upper layer 24 as an electrode layer, the components of the solders 15 and 16 can be used even in a high temperature environment in a subsequent mounting process or the like. It is difficult to be diffused along the surface of the film 25, and the diffused solder component does not increase the weight of the electrode film 25.

【0075】特に、図6の拡散混合層27と析出層26
が形成されることで、従来の下地層と上層の界面及び上
層と空気層との界面における半田拡散が抑止される。そ
して、拡散混合層27における半田拡散も抑止される。
In particular, the diffusion mixed layer 27 and the deposited layer 26 shown in FIG.
Is formed, diffusion of solder at the conventional interface between the underlayer and the upper layer and at the interface between the upper layer and the air layer is suppressed. Then, the diffusion of the solder in the diffusion mixed layer 27 is also suppressed.

【0076】このため、電極膜25の重量増加により、
水晶振動片11の振動周波数が所望の周波数より低くず
れてしまうということが有効に防止される。
Therefore, the weight of the electrode film 25 increases,
It is effectively prevented that the vibration frequency of the crystal vibrating piece 11 shifts below the desired frequency.

【0077】しかも、中間層23から拡散されるCu成
分は、電気抵抗が低い成分であるから、図6の拡散混合
層27は、銀と銅との合金となって、抵抗値が低く、こ
のためCI値を低く抑えることができる。
Further, since the Cu component diffused from the intermediate layer 23 is a component having a low electric resistance, the diffusion mixed layer 27 shown in FIG. 6 becomes an alloy of silver and copper and has a low resistance value. Therefore, the CI value can be kept low.

【0078】図8は、本発明の第2の実施形態である水
晶振動片の製造方法を示すフローチャートである。図9
に第2の実施形態に対応した水晶振動片30の概略平面
図を示すが、この図において、図1ないし3の水晶振動
片11と同一の符号を付した箇所は共通する構成であ
り、重複する説明は省略する。
FIG. 8 is a flow chart showing a method for manufacturing a crystal resonator element according to a second embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view of a quartz-crystal vibrating piece 30 corresponding to the second embodiment. In this figure, portions denoted by the same reference numerals as those of the quartz-crystal vibrating piece 11 of FIGS. The description of the operation will be omitted.

【0079】先ず、図4のST10と同じ工程で水晶片
21を得る(ST21)。
First, a crystal blank 21 is obtained in the same step as ST10 in FIG. 4 (ST21).

【0080】次いで、図10に示すように、この水晶片
の表面(表裏両面)に、蒸着等により電極膜36を形成
する(ST22)。
Next, as shown in FIG. 10, an electrode film 36 is formed on the front surface (both front and back surfaces) of the quartz piece by vapor deposition or the like (ST22).

【0081】図10(a)は、上記電極膜36のうち少
なくとも励振電極19の領域の構造36aを示し、図1
0(b)は上記電極膜36のうち励振電極19以外の領
域の構造36bを示している。
FIG. 10A shows a structure 36 a of at least the region of the excitation electrode 19 in the electrode film 36.
0 (b) shows a structure 36b in a region other than the excitation electrode 19 in the electrode film 36.

【0082】これらの図において、水晶片21の上に
は、先ず下地としてTi、Cr、Niのうちの1種より
なる下地層32を蒸着等により成膜する。この下地層3
2は、第1の実施形態の下地層22と同じである。
In these figures, a base layer 32 made of one of Ti, Cr, and Ni is formed as a base on the quartz piece 21 by vapor deposition or the like. This underlayer 3
2 is the same as the underlayer 22 of the first embodiment.

【0083】次に、下地層32の上に、導体金属,例え
ば、金(Au)や銀(Ag)と銅(Cu)の混合層であ
る中間層33を蒸着等により成膜する。
Next, an intermediate layer 33 which is a mixed layer of a conductive metal, for example, gold (Au) or silver (Ag) and copper (Cu) is formed on the underlayer 32 by vapor deposition or the like.

【0084】次いで、電極層となる上層34を成膜す
る。この上層34は、第1の実施形態の上層と同じもの
であり、導体金属,例えば、金(Au)や銀(Ag)に
より形成される。この実施形態では、上層34として銀
を選択する。
Next, an upper layer 34 serving as an electrode layer is formed. The upper layer 34 is the same as the upper layer of the first embodiment, and is formed of a conductive metal, for example, gold (Au) or silver (Ag). In this embodiment, silver is selected for the upper layer 34.

【0085】さらに、上層34を成膜した後で、図12
に示すように、給電電極(インナーリード)17aを上
記電極膜36aの上に当接させた状態にて、半田15,
16を介して接合する(ST23)。半田15,16
は、通常の半田としてPbSnでも鉛フリー半田とし
て、例えばSnCuでもよい。ここで、鉛フリー半田を
用いると、環境に対して鉛の汚染の影響を生じることが
ない。
Further, after forming the upper layer 34, FIG.
As shown in FIG. 3, the solder 15 and the inner electrode 15a are in contact with the electrode film 36a.
16 (ST23). Solder 15,16
May be PbSn as a normal solder or SnCu as a lead-free solder. Here, if lead-free solder is used, the influence of lead contamination on the environment does not occur.

【0086】さらに、本実施形態では、図9に示すよう
に、少なくとも励振電極19の上に、さらに最表面層3
5を形成する(ST24)。この最表面層34は、アル
ミニウム(Al)が選択されて、蒸着等により成膜す
る。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 9, the outermost surface layer 3
5 is formed (ST24). The outermost layer 34 is formed by vapor deposition or the like with aluminum (Al) selected.

【0087】ここで、最表面層35として、アルミニウ
ム(Al)を選択するのは、導体金属上にAlを成膜
し、かつ導体金属(AgあるいはAu)にAlを拡散す
ることにより、半田の導体金属への拡散を抑制できるこ
と、Al成分はCI値の上昇を伴わないこと、周波数調
整工程以前において、励振電極上に、予め質量増加させ
ておくために、重り層を形成するが、この時、導体金属
と重り層との接着層の役割を果たすことができること等
の理由による。
Here, aluminum (Al) is selected as the outermost surface layer 35 because aluminum is formed on a conductive metal and Al is diffused into the conductive metal (Ag or Au) to form a solder. A weight layer is formed on the excitation electrode before the frequency adjustment step in order to increase the mass in advance, which can suppress diffusion into the conductor metal, that the Al component does not increase the CI value, For example, it can serve as an adhesive layer between the conductive metal and the weight layer.

【0088】すなわち、この場合、励振電極19上で
は、電極膜36aは図10(a)に示すように下地層3
2と、中間層33と、上層34と、最表面層35を有
し、励振電極19以外の電極部では、電極膜36bは、
下地層32と、中間層33と、上層34を有していて、
最表面層35を有していない。
That is, in this case, on the excitation electrode 19, as shown in FIG.
2, an intermediate layer 33, an upper layer 34, and an outermost surface layer 35, and in an electrode portion other than the excitation electrode 19, the electrode film 36 b
Having an underlayer 32, an intermediate layer 33, and an upper layer 34,
The outermost layer 35 is not provided.

【0089】その後、熱処理を行う(ST25)。この
熱処理は、例えば、恒温槽内に、電極膜36a,36b
を形成した水晶片21を収容して行う。
Thereafter, a heat treatment is performed (ST25). This heat treatment is performed, for example, by placing the electrode films 36a and 36b in a thermostat.
This is performed by accommodating the crystal piece 21 formed with.

【0090】ここで、熱処理は、ST23の接合工程ま
でに水晶片21に加わった応力を緩和すると共に、図1
1及び図12に示す作用を発揮するために行う。
Here, the heat treatment relieves the stress applied to the crystal blank 21 up to the bonding step of ST23,
1 and 12 are performed.

【0091】この実施形態では、図11(a)で示すよ
うに、励振電極19の領域では、上層34に対して、中
間層33の銅(Cu)成分を拡散する。それとともに、
最表面層35のアルミニウム(Al)成分が上層34に
対して拡散し、かくして拡散混合層37を形成する。ま
た、この拡散混合層37の上にST24で形成された最
表面層35が存在している。
In this embodiment, as shown in FIG. 11A, in the region of the excitation electrode 19, the copper (Cu) component of the intermediate layer 33 is diffused into the upper layer 34. With it,
The aluminum (Al) component of the outermost surface layer 35 diffuses into the upper layer 34, thus forming a diffusion mixed layer 37. Further, the outermost surface layer 35 formed in ST24 exists on the diffusion mixed layer 37.

【0092】また、図11(b)に示すように、励振電
極19の以外の領域では、中間層の銅(Cu)成分を上
層34に拡散させて、拡散混合層37を形成する。すな
わち、上層34は銅(Cu)成分が拡散されて拡散混合
層37とされると共に、さらにその表面に析出されて、
析出層38を構成する。
Further, as shown in FIG. 11B, in a region other than the excitation electrode 19, the copper (Cu) component of the intermediate layer is diffused into the upper layer 34 to form a diffusion mixed layer 37. That is, the copper (Cu) component is diffused into the upper layer 34 to form the diffusion mixed layer 37, and is further deposited on the surface thereof.
The precipitation layer 38 is formed.

【0093】ここで、上記ST22の電極膜の成膜条件
として、本実施形態では、好ましくは、下地層32の膜
厚が50nm以上で300nm以下、中間層33の銅と
導体金属,例えば銀との混合比に関して、銅の原子比が
30パーセント以上、60パーセント以下であり、か
つ、中間層32と上層34とを合わせた膜厚が1000
nm以上5000nm以下で、上層34のみの膜厚が2
00nm以上1800nm以下に設定する。
Here, as the film forming conditions of the electrode film in ST22, in the present embodiment, preferably, the film thickness of the underlayer 32 is 50 nm or more and 300 nm or less, and copper and a conductive metal such as silver of the intermediate layer 33 are used. The atomic ratio of copper is 30% or more and 60% or less, and the total film thickness of the intermediate layer 32 and the upper layer 34 is 1000
not less than 5000 nm and not more than 5000 nm,
It is set to be not less than 00 nm and not more than 1800 nm.

【0094】また、ST25における熱処理において
は、例えば、その温度が摂氏200度以上摂氏300度
以下で、処理時間が2分以上1.5時間以下とされる。
In the heat treatment in ST25, for example, the temperature is set to 200 ° C. to 300 ° C., and the processing time is set to 2 minutes to 1.5 hours.

【0095】これらの条件は第1の実施形態と同じで、
その理由も共通である。
These conditions are the same as in the first embodiment.
The reason is also common.

【0096】ここで、本実施形態では、最表面層35に
関して、好ましくは、その膜厚が、50nm以上、30
0nm以下とされる。
In this embodiment, the outermost surface layer 35 preferably has a thickness of 50 nm or more and 30 nm or more.
0 nm or less.

【0097】すなわち、最表面層35の厚みが50nm
以上ないと、後述するような周波数変化低減効果が表れ
ない。また、最表面層35の厚みが300nmでこの効
果が一定となることから、その上限としたものである。
That is, the thickness of the outermost layer 35 is 50 nm.
Otherwise, the effect of reducing frequency change as described later cannot be obtained. In addition, since this effect is constant when the thickness of the outermost layer 35 is 300 nm, the upper limit is set.

【0098】ST25の熱処理が終了したら、周波数調
整(ST26)を行い、パッケージ12により封止し
(ST27)、必要なモールド処理を行う(ST2
8)。これらの工程は、第1の実施形態の対応するST
14、15、16と同じである。
When the heat treatment in ST25 is completed, frequency adjustment (ST26) is performed, the package is sealed with the package 12 (ST27), and a necessary molding process is performed (ST2).
8). These steps correspond to the corresponding ST of the first embodiment.
Same as 14, 15, and 16.

【0099】かくして、本実施形態においても、半田1
5,16の成分は、以後の実装工程等における高温度環
境下においても、電極膜36a,36bの表面にそって
拡散されにくく、拡散した半田成分が電極膜の重量を増
加させることがない。
Thus, also in this embodiment, the solder 1
The components 5 and 16 are hardly diffused along the surfaces of the electrode films 36a and 36b even in a high temperature environment in a subsequent mounting process or the like, and the diffused solder components do not increase the weight of the electrode films.

【0100】特に、励振電極19の領域では、図11に
示すように、最表面層34及び拡散混合層37が形成さ
れ、それ以外の領域では、拡散混合層37及び析出層3
8が形成されているために、従来の上層と空気層との境
界及び上層と下地層との境界における半田の拡散が抑止
できる。
Particularly, in the region of the excitation electrode 19, as shown in FIG. 11, the outermost surface layer 34 and the diffusion mixed layer 37 are formed, and in the other regions, the diffusion mixed layer 37 and the deposited layer 3 are formed.
Due to the formation of 8, the diffusion of solder at the conventional boundary between the upper layer and the air layer and the boundary between the upper layer and the base layer can be suppressed.

【0101】このため、電極膜36a,36bの重量増
加により、水晶振動片11の振動周波数が所望の周波数
より低くずれてしまうということが有効に防止される。
Therefore, it is possible to effectively prevent the oscillation frequency of the quartz-crystal vibrating reed 11 from being lower than a desired frequency due to an increase in the weight of the electrode films 36a and 36b.

【0102】しかも、この場合、中間層33及び最表面
層35から拡散されるCu成分は、電気抵抗が低い成分
であるから、拡散混合層37は、銀と銅との合金となっ
て、抵抗値が低く、このためCI値を低く抑えることが
できる。
In this case, since the Cu component diffused from the intermediate layer 33 and the outermost surface layer 35 is a component having a low electric resistance, the diffusion mixed layer 37 becomes an alloy of silver and copper, Value is low, so that the CI value can be kept low.

【0103】また、特に、本実施形態では、ST26に
て、最表面層34の上に重量増加方式により新たに蒸着
等により金や銀の重り層を設けた場合において、従来の
ように、金や銀の電極表面に重り層を追加する場合と比
べて、重り層の密着度が向上する。このため、製品の使
用時に、追加した重り層が剥がれ落ちたりすることが未
然に防止できる。さらに、質量削減処理による周波数調
整方法を用いると、Alの存在により、周波数の変化速
度を遅くできるために、精密な周波数調整に適してい
る。
In the present embodiment, in particular, in the case where a gold or silver weight layer is newly provided on the outermost surface layer 34 by evaporation or the like by the weight increasing method in ST26, the gold The adhesion of the weight layer is improved as compared with the case where a weight layer is added to the electrode surface of silver or silver. Therefore, it is possible to prevent the added weight layer from peeling off when the product is used. Further, when the frequency adjustment method using the mass reduction processing is used, the rate of change in frequency can be reduced due to the presence of Al, which is suitable for precise frequency adjustment.

【0104】図13は、本発明の第3の実施形態である
水晶振動片の製造方法を示すフローチャートである。図
14に第3の実施形態に対応した水晶振動片40の概略
平面図を示すが、この図において、図1ないし3の水晶
振動片11と同一の符号を付した箇所は共通する構成で
あり、重複する説明は省略する。
FIG. 13 is a flowchart showing a method of manufacturing a quartz-crystal vibrating piece according to the third embodiment of the present invention. FIG. 14 is a schematic plan view of a quartz-crystal vibrating piece 40 corresponding to the third embodiment. In this figure, the portions denoted by the same reference numerals as those of the quartz-crystal vibrating piece 11 of FIGS. , Overlapping description will be omitted.

【0105】図13において、ST31、32、33の
工程は、図8のST21、22、23で説明した工程で
同じである。
In FIG. 13, the steps of ST31, ST32, ST33 are the same as the steps described in ST21, ST22, ST23 of FIG.

【0106】この実施形態では、接合工程ST23の後
で、図15に示すように、水晶片21の表面及び裏面に
電極膜を形成する。ここで、図15(a)は、図14の
水晶振動片40の引き出し電極の部分の膜構造を示して
おり、図15(b)は、その少なくとも励振電極19の
領域の膜構造を示している。
In this embodiment, after the bonding step ST23, as shown in FIG. 15, an electrode film is formed on the front and back surfaces of the crystal blank 21. Here, FIG. 15A shows the film structure of the portion of the extraction electrode of the crystal vibrating piece 40 of FIG. 14, and FIG. 15B shows the film structure of at least the region of the excitation electrode 19. I have.

【0107】これらの各膜構造に関して、第2の実施形
態と同じ符号を付した箇所は同一の層構造であるから、
重複する説明は省略する。
In each of these film structures, the portions denoted by the same reference numerals as those in the second embodiment have the same layer structure.
Duplicate description will be omitted.

【0108】ST34では、特に、図14に示す引き出
し電極14aの領域(裏側の引き出し電極13aも同
様)の上層34上に、最表面層44を形成する。この場
合最表面層44は、第2の実施形態の最表面層35と同
じく、アルミニウムにより成膜される。
In ST34, the outermost surface layer 44 is formed on the upper layer 34 of the region of the extraction electrode 14a shown in FIG. 14 (the same applies to the back extraction electrode 13a). In this case, the outermost surface layer 44 is formed of aluminum similarly to the outermost surface layer 35 of the second embodiment.

【0109】次いで、ST35にて熱処理を行う。この
熱処理の条件は、第2の実施形態のST25と同じ条件
である。
Next, heat treatment is performed in ST35. The conditions for this heat treatment are the same as those in ST25 of the second embodiment.

【0110】ST35の熱処理後の膜構造を図15
(c)と図15(d)に示す。この場合、図15(c)
は、熱処理後の図14の水晶振動片40の引き出し電極
の部分の膜構造を示しており、図15(d)は、その少
なくとも励振電極19の領域の膜構造を示している。
FIG. 15 shows the film structure after the heat treatment in ST35.
(C) and FIG. 15 (d). In this case, FIG.
14 shows the film structure of the extraction electrode portion of the crystal resonator element 40 of FIG. 14 after the heat treatment, and FIG. 15D shows the film structure of at least the region of the excitation electrode 19.

【0111】図15(a)と図15(c)の比較により
わかるように、引き出し電極14a(13a)上では、
上層34に対して、中間層33の銅(Cu)成分が膜厚
方向に関して上方に拡散する。それとともに、最表面層
44のアルミニウム(Al)成分が、上層34に対して
膜厚方向に関して下方に拡散し、かくして拡散混合層3
7を形成する。
As can be seen from a comparison between FIG. 15A and FIG. 15C, on the extraction electrode 14a (13a),
The copper (Cu) component of the intermediate layer 33 diffuses upward with respect to the upper layer 34 in the film thickness direction. At the same time, the aluminum (Al) component of the outermost layer 44 diffuses downward with respect to the upper layer 34 in the film thickness direction, and thus the diffusion mixed layer 3
7 is formed.

【0112】また、図15(b)と図15(d)の比較
によりわかるように、励振電極19の領域では、中間層
33の銅(Cu)成分を上層34に膜厚方向に拡散させ
て、拡散混合層37を形成する。すなわち、上層34は
銅(Cu)成分が拡散されて拡散混合層37とされると
ともに、その成分が表面に析出して析出層38を形成す
る。
Further, as can be seen from a comparison between FIG. 15B and FIG. 15D, in the region of the excitation electrode 19, the copper (Cu) component of the intermediate layer 33 is diffused into the upper layer 34 in the film thickness direction. , A diffusion mixed layer 37 is formed. That is, in the upper layer 34, the copper (Cu) component is diffused to form the diffusion mixed layer 37, and the component is deposited on the surface to form the deposited layer 38.

【0113】次に、周波数調整が行われる(ST3
6)。この工程が特に重要であり、本実施形態では、周
波数調整は、励振電極19の領域の拡散混合層37に対
して、例えば、電子ビームやイオンビームもしくはレー
ザ光を照射したりして、拡散混合層37の金属被膜を微
妙に除去してその質量を削減する周波数調整を行う。
Next, frequency adjustment is performed (ST3).
6). This step is particularly important. In the present embodiment, the frequency adjustment is performed by irradiating the diffusion mixing layer 37 in the region of the excitation electrode 19 with, for example, an electron beam, an ion beam, or a laser beam. A frequency adjustment is performed to delicately remove the metal film of the layer 37 to reduce its mass.

【0114】これは次の理由による。This is for the following reason.

【0115】この実施形態では、引き出し電極14a
(13a)の表面には、最表面層44が形成されてお
り、この領域は、特に、膜厚方向に関して、この最表面
層44と中間層33とから上層34に向かって上下の各
方向に銅(Cu)とアルミニウム(Al)成分が拡散さ
れ、半田成分の拡散防止が行われている。特に、半田
は、図14の接続電極13,14に適用されることか
ら、この引き出し電極14a(13a)の箇所を選択的
に処理しておけば、半田拡散のほとんどを有効に阻止で
きるので、他の実施形態と同様の作用効果が発揮され
る。
In this embodiment, the extraction electrode 14a
The outermost surface layer 44 is formed on the surface of (13a), and this region is formed in each of the upper and lower directions from the outermost surface layer 44 and the intermediate layer 33 toward the upper layer 34, particularly in the film thickness direction. Copper (Cu) and aluminum (Al) components are diffused, and diffusion of solder components is prevented. In particular, since the solder is applied to the connection electrodes 13 and 14 in FIG. 14, if the location of the lead electrode 14a (13a) is selectively treated, most of the solder diffusion can be effectively prevented. Functions and effects similar to those of the other embodiments are exhibited.

【0116】一方、励振電極19の領域には、上記最表
面層44を形成していないため、この領域の拡散混合層
37の銀と銅の合金といった除去効率の高い金属を選択
的に除去することができる。すなわち、励振電極19の
領域には、アルミニウムによる強靱な酸化膜(酸化アル
ミニウム)が存在しないことから、短時間で質量削減方
式の周波数調整を行うことができる。
On the other hand, since the outermost surface layer 44 is not formed in the region of the excitation electrode 19, a metal having a high removal efficiency, such as an alloy of silver and copper, of the diffusion mixed layer 37 in this region is selectively removed. be able to. That is, since there is no tough oxide film (aluminum oxide) made of aluminum in the region of the excitation electrode 19, the frequency adjustment of the mass reduction method can be performed in a short time.

【0117】これにより、周波数調整時間を短くするこ
とで、周波数調整時に大きく温度上昇しないで済み、終
了後の温度下降との関係で過大な周波数変化を生じるこ
とがなく、周波数調整により調整した周波数が後で大き
く変動する事態を有効に防止することができる。
Thus, by shortening the frequency adjustment time, the temperature does not increase significantly during the frequency adjustment, and does not cause an excessive frequency change in relation to the temperature decrease after the end of the frequency adjustment. Can be effectively prevented from greatly changing later.

【0118】周波数調整が終了したら、真空中や窒素雰
囲気中で、図1で説明したパッケージ12内に水晶振動
片を封止し、水晶振動子を完成させ(ST37)、面実
装の場合には、さらにこの水晶振動子を樹脂モールドす
る(ST38)。
When the frequency adjustment is completed, the crystal resonator element is sealed in the package 12 described in FIG. 1 in a vacuum or nitrogen atmosphere to complete the crystal resonator (ST37). Then, this crystal resonator is resin-molded (ST38).

【0119】図16は、水晶振動片をいくつかの製造方
法により製造したサンプルに関してまとめた表である。
この表中において、サンプル1とサンプル2は本発明と
は異なる従来の製造方法により製造した比較例であり、
他のサンプルについては、全て本発明の各実施形態を適
用したものである。そして、この表では、各サンプルに
関して、その各下地層や中間層等上述した各条件を当て
はめた詳細を示しており、このうちサンプル3ないし7
までは、第1の実施形態の製造方法を適用しその条件を
種々変更したものである。サンプル8は上記第2の実施
形態により、サンプル9は上記第3の実施形態によるも
のである。
FIG. 16 is a table summarizing the samples in which the quartz-crystal vibrating pieces were manufactured by several manufacturing methods.
In this table, Sample 1 and Sample 2 are comparative examples manufactured by a conventional manufacturing method different from the present invention,
All the other samples were obtained by applying each embodiment of the present invention. This table shows the details of each sample under the above-described conditions such as each underlayer and intermediate layer.
Up to this, the manufacturing method of the first embodiment is applied and the conditions are variously changed. Sample 8 is based on the second embodiment, and sample 9 is based on the third embodiment.

【0120】図17は、図16の各サンプルに関して、
その性能をテストした結果を示している。
FIG. 17 shows, for each sample of FIG.
The results of testing its performance are shown.

【0121】製造後、摂氏125度で1000時間試し
たエージング特性に関しては、本発明のサンプル3ない
し9は、その周波数変化がマイナス5ppm以下、サン
プル14,15がマイナス2ppm以下と良好な結果を
示し、CI値変化は、いずれも5Ω以下と良好であっ
た。本発明は上述の実施形態に限定されない。上述の各
実施形態の各構成は、省略したり、適宜任意に組み合わ
せることができる。
With respect to the aging characteristics, which were tested at 125 degrees Celsius for 1000 hours after the production, Samples 3 to 9 of the present invention showed good results with a frequency change of -5 ppm or less and Samples 14 and 15 of -2 ppm or less. , And CI values were as good as 5Ω or less. The invention is not limited to the embodiments described above. Each configuration of each of the above-described embodiments can be omitted or arbitrarily combined as appropriate.

【0122】また、本発明の水晶振動片とその製造方法
は、水晶振動子や水晶発振器に限らず、水晶振動片を用
いたあらゆる水晶デバイスに適用することができる。
Further, the quartz-crystal vibrating reed and the method of manufacturing the same according to the present invention can be applied not only to the quartz-crystal vibrator and the crystal oscillator but also to any quartz-crystal device using the quartz-crystal vibrating reed.

【0123】[0123]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
極膜中に半田成分の拡散を防止できる成分を十分に拡散
混合させて、振動特性の悪化を阻止することができる水
晶振動片の製造方法と、そのような特性をもつ水晶振動
片を使用した水晶デバイスを提供することができる。
As described above, according to the present invention, a crystal vibrating reed can be prevented from deteriorating vibration characteristics by sufficiently diffusing and mixing a component capable of preventing the diffusion of a solder component into an electrode film. And a crystal device using a crystal vibrating piece having such characteristics can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る水晶デバイスとしての
水晶振動子の一例を示す概略斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a crystal resonator as a crystal device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の水晶振動子の概略水平断面図。FIG. 2 is a schematic horizontal sectional view of the crystal unit shown in FIG.

【図3】図1の水晶振動子の概略垂直断面図。FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of the crystal unit shown in FIG. 1;

【図4】本発明の水晶振動片の製造方法の第1の実施形
態を説明するためのフローチャート。
FIG. 4 is a flowchart for explaining a first embodiment of a method for manufacturing a crystal resonator element according to the present invention.

【図5】図4の製造方法による電極膜の膜構造を示す概
略断面図。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a film structure of an electrode film according to the manufacturing method of FIG. 4;

【図6】図4の製造方法による熱処理後の電極膜の膜構
造を示す概略断面図。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a film structure of an electrode film after heat treatment by the manufacturing method of FIG. 4;

【図7】図4の製造方法による電極膜の高融点金属成分
が拡散する原理を示す概略断面図。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the principle of diffusing a high melting point metal component of an electrode film by the manufacturing method of FIG.

【図8】本発明の水晶振動片の製造方法の第2の実施形
態を説明するためのフローチャート。
FIG. 8 is a flowchart for explaining a second embodiment of the method for manufacturing a crystal resonator element according to the present invention.

【図9】図8の製造方法により製造される水晶振動片を
示す概略平面図。
FIG. 9 is a schematic plan view showing a crystal resonator element manufactured by the manufacturing method of FIG.

【図10】図8の製造方法による電極膜の膜構造を示
し、(a)励振電極の領域の膜構造の概略断面図、
(b)励振電極以外の領域の膜構造の概略断面図。
10 shows a film structure of an electrode film according to the manufacturing method of FIG. 8, and (a) a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of an excitation electrode;
(B) Schematic sectional view of the film structure in a region other than the excitation electrode.

【図11】図8の製造方法による電極膜の熱処理後の膜
構造を示し、(a)励振電極の領域の膜構造の概略断面
図、(b)励振電極以外の領域の膜構造の概略断面図。
11 shows a film structure of the electrode film after the heat treatment by the manufacturing method of FIG. 8; FIG. 11 (a) is a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of an excitation electrode; FIG.

【図12】図8の製造方法による電極膜の銅やAl成分
が拡散する原理を示す概略断面図。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the principle of diffusion of copper and Al components of an electrode film by the manufacturing method of FIG.

【図13】本発明の水晶振動片の製造方法の第3の実施
形態を説明するためのフローチャート。
FIG. 13 is a flowchart for explaining a third embodiment of the method for manufacturing a crystal resonator element according to the present invention.

【図14】図13の製造方法により製造される水晶振動
片を示す概略平面図。
FIG. 14 is a schematic plan view showing a crystal resonator element manufactured by the manufacturing method of FIG. 13;

【図15】(a)図13の製造方法による電極膜の引き
出し電極の領域の膜構造の概略断面図、(b)その励振
電極の領域の膜構造の概略断面図、(c)図13の製造
方法による熱処理後の電極膜の引き出し電極の領域の膜
構造の概略断面図、(d)その励振電極の領域の膜構造
の概略断面図。
15A is a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of an extraction electrode of an electrode film by the manufacturing method of FIG. 13, FIG. 15B is a schematic cross-sectional view of a film structure of a region of an excitation electrode thereof, and FIG. FIG. 3D is a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of a lead electrode of an electrode film after heat treatment by a manufacturing method, and FIG.

【図16】本発明の各実施形態の製造方法を利用したサ
ンプルの製造条件と比較例のサンプルの製造条件を示す
表。
FIG. 16 is a table showing manufacturing conditions of a sample using the manufacturing method of each embodiment of the present invention and manufacturing conditions of a sample of a comparative example.

【図17】図16の各サンプルの性能を比較した表。FIG. 17 is a table comparing the performance of each sample of FIG. 16;

【図18】従来の水晶振動片の製造方法を説明するため
のフローチャート。
FIG. 18 is a flowchart for explaining a conventional method for manufacturing a crystal resonator element.

【図19】従来の水晶振動片の電極膜の構造を示し、
(a)製造時の膜構造を示す概略断面図、(b)製造後
の熱的影響による電極膜構造の変化を示す概略断面図。
FIG. 19 shows a structure of an electrode film of a conventional quartz-crystal vibrating piece.
(A) Schematic sectional view showing a film structure at the time of manufacture, (b) Schematic sectional view showing a change in an electrode film structure due to thermal influence after manufacture.

【図20】従来の水晶振動片の製造後の熱的影響による
周波数変化の様子を示すグラフ。
FIG. 20 is a graph showing a state of a frequency change due to a thermal influence after manufacturing a conventional crystal resonator element.

【図21】従来の水晶振動片の製造後の熱的影響による
半田成分の拡散の様子を示す概略断面図。
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a state of diffusion of a solder component due to a thermal effect after manufacturing a conventional crystal resonator element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 水晶振動子 11 水晶振動片 12 パッケージ 13 接続電極 13a 引き出し電極 14 接続電極 14a 引き出し電極 15 半田 16 半田 17a 給電電極 19 励振電極 21 水晶片 22 下地層 23 中間層 24 上層(電極層) 25 電極膜 REFERENCE SIGNS LIST 10 crystal resonator 11 crystal resonator element 12 package 13 connection electrode 13 a extraction electrode 14 connection electrode 14 a extraction electrode 15 solder 16 solder 17 a power supply electrode 19 excitation electrode 21 crystal piece 22 base layer 23 intermediate layer 24 upper layer (electrode layer) 25 electrode film

フロントページの続き Fターム(参考) 5J108 BB02 CC04 DD02 EE02 EE11 FF03 FF04 FF05 FF07 FF08 FF10 FF15 GG06 KK02 KK05 MM14 NB02 NB03 Continued on front page F term (reference) 5J108 BB02 CC04 DD02 EE02 EE11 FF03 FF04 FF05 FF07 FF08 FF10 FF15 GG06 KK02 KK05 MM14 NB02 NB03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水晶片の表面に駆動電圧が印加される励
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、 水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハから前記水晶片
を形成し、 この水晶片の表面に、Ti、Cr、Niのうちの1種よ
りなる下地層と、下地層の上に設けられ、Cuと導体金
属との混合層でなる中間層と、この中間層の上に設けら
れ、前記導体金属からなる上層とを備えた電極膜を形成
し、 前記電極膜の接続電極に前記給電電極を当接して半田に
より接合し、 次いで、熱処理することにより、前記接合工程までに前
記水晶片に加わった応力を緩和すると共に、前記中間層
の材料成分を前記上層に拡散させて、この上層の表面に
析出させ、 さらに、前記電極膜の表面に対して、質量増加または質
量削減処理を行うことで周波数調整することを特徴とす
る、水晶振動片の製造方法。
An excitation electrode to which a driving voltage is applied to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode, wherein an external driving voltage is applied to the connection electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating piece to which a power supply electrode for applying a voltage is applied, wherein the crystal piece is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, and Ti, Cr, A base layer made of one of Ni, an intermediate layer provided on the base layer, the mixed layer of Cu and the conductive metal, and an upper layer provided on the intermediate layer and made of the conductive metal; Forming an electrode film having the following structure. The power supply electrode is brought into contact with a connection electrode of the electrode film and joined by soldering. Then, heat treatment is performed to relieve the stress applied to the crystal blank until the joining step. Together with the material components of the intermediate layer Manufacturing a quartz-crystal vibrating reed by diffusing into the upper layer, depositing on the surface of the upper layer, and further adjusting the frequency by performing a mass increase or mass reduction process on the surface of the electrode film. Method.
【請求項2】 水晶片の表面に駆動電圧が印加される励
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、 水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハから前記水晶片
を形成し、 この水晶片の表面に、Ti、Cr、Niのうちの1種よ
りなる下地層と、下地層の上に設けられ、Cuと導体金
属との混合層でなる中間層と、この中間層の上に設けら
れ、前記導体金属からなる上層とを備えた電極膜を形成
し、 前記電極膜の接続電極に前記給電電極を当接して半田に
より接合し、 さらに、少なくとも前記励振電極上に、Alによる最表
面層を形成し、 次いで、熱処理することにより、前記接合工程までに前
記水晶片に加わった応力を緩和し、かつ、前記中間層の
材料成分を前記上層に拡散させてこの上層の表面に析出
させると共に、前記最表面層のAlを前記上層に拡散さ
せ、 さらに、前記電極膜の表面に対して、質量増加または質
量削減処理を行うことで周波数調整することを特徴とす
る、水晶振動片の製造方法。
2. An excitation electrode for applying a drive voltage to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode, and an external drive voltage is applied to the connection electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating piece to which a power supply electrode for applying a voltage is applied, wherein the crystal piece is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, and Ti, Cr, A base layer made of one of Ni, an intermediate layer provided on the base layer, the mixed layer of Cu and the conductive metal, and an upper layer provided on the intermediate layer and made of the conductive metal; Is formed, and the power supply electrode is brought into contact with the connection electrode of the electrode film and joined by soldering. Further, at least on the excitation electrode, an outermost surface layer of Al is formed, and then heat treatment is performed. By this, up to the joining process Relaxing the stress applied to the crystal blank, and diffusing the material component of the intermediate layer into the upper layer and depositing it on the surface of the upper layer, and diffusing Al of the outermost layer into the upper layer, A method of manufacturing a quartz vibrating piece, wherein the frequency is adjusted by performing a mass increase or mass reduction process on the surface of the electrode film.
【請求項3】 水晶片の表面に駆動電圧が印加される励
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、 水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハから前記水晶片
を形成し、 この水晶片の表面に、Ti、Cr、Niのうちの1種よ
りなる下地層と、下地層の上に設けられ、Cuと導体金
属との混合層でなる中間層と、この中間層の上に設けら
れ、前記導体金属からなる上層とを備えた電極膜を形成
し、 前記電極膜の接続電極に前記給電電極を当接して半田に
より接合し、 さらに、少なくとも前記引出し電極上に、Alによる最
表面層を形成し、 次いで、熱処理することにより、前記接合工程までに前
記水晶片に加わった応力を緩和し、かつ、前記中間層の
材料成分を前記上層に拡散させてこの上層の表面に析出
させると共に、前記最表面層のAlを前記上層に拡散さ
せ、 さらに、前記電極膜の表面に対して、質量増加または質
量削減処理を行うことで周波数調整することを特徴とす
る、水晶振動片の製造方法。
3. An excitation electrode to which a drive voltage is applied to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode, and an external drive voltage is applied to the connection electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating piece to which a power supply electrode for applying a voltage is applied, wherein the crystal piece is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, and Ti, Cr, A base layer made of one of Ni, an intermediate layer provided on the base layer, the mixed layer of Cu and the conductive metal, and an upper layer provided on the intermediate layer and made of the conductive metal; Is formed, and the power supply electrode is brought into contact with the connection electrode of the electrode film and joined by soldering. Further, an outermost surface layer of Al is formed on at least the extraction electrode, and then heat treatment is performed. By doing so, The stress applied to the crystal blank is alleviated, and the material component of the intermediate layer is diffused into the upper layer to precipitate on the surface of the upper layer, and the Al of the outermost surface layer is diffused into the upper layer. A method for producing a quartz-crystal vibrating piece, wherein the frequency is adjusted by performing a mass increase or mass reduction process on the surface of the electrode film.
【請求項4】 前記下地層の膜厚が50nm以上、30
0nm以下で、 前記中間層のCuと導体金属との混合比が、Cuの原子
比で30パーセント以上、60パーセント以下であり、 前記上層の膜厚が200nm以上、1800nm以下で
あり、 前記上層と中間層を合わせた膜厚が1000nm以上、
5000nm以下であることを特徴とする、請求項1な
いし3のいずれかに記載の水晶振動片の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the thickness of the underlayer is 50 nm or more, and
0 nm or less, the mixing ratio of Cu and the conductive metal of the intermediate layer is 30% or more and 60% or less in atomic ratio of Cu, and the film thickness of the upper layer is 200 nm or more and 1800 nm or less; The combined film thickness of the intermediate layer is 1000 nm or more,
4. The method for manufacturing a quartz vibrating reed according to claim 1, wherein the thickness is 5000 nm or less.
【請求項5】 前記最表面層の膜厚が、50nm以上、
300nm以下であることを特徴とする、請求項2ない
し4のいずれかに記載の水晶振動片の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the outermost surface layer has a thickness of 50 nm or more.
The method according to claim 2, wherein the thickness is 300 nm or less.
【請求項6】 前記熱処理の温度が摂氏200度以上摂
氏300度以下で、処理時間が2分以上1.5時間以下
であることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか
に記載の水晶振動片の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is not less than 200 degrees Celsius and not more than 300 degrees Celsius, and the treatment time is not less than 2 minutes and not more than 1.5 hours. Manufacturing method of crystal vibrating piece.
【請求項7】 パッケージ内の水晶振動片が収容されて
封止された水晶デバイスであって、 前記水晶振動片は、表面に駆動電圧が印加される励振電
極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続された
接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部からの
駆動電圧を印加するための給電電極が半田により接合さ
れており、 前記電極膜が、導体金属による第1の層と、少なくとも
Cuを含んだ第2の層とを備えていて、この第2の層の
Cu成分が、第1の層に対して、電極膜の厚み方向に拡
散されていることを特徴とする、水晶デバイス。
7. A crystal device in which a crystal vibrating piece in a package is housed and sealed, wherein the crystal vibrating piece includes an excitation electrode to which a drive voltage is applied to a surface, and an excitation electrode and a lead electrode. A power supply electrode for applying an external drive voltage to the connection electrode by soldering, and the electrode film is formed of a first layer made of a conductive metal. And a second layer containing at least Cu, wherein a Cu component of the second layer is diffused in the thickness direction of the electrode film with respect to the first layer. , Crystal devices.
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Cited By (5)

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