JP2011061416A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば水晶からなる圧電振動片を封止してなる圧電デバイスに関する。特に、共晶合金にてスルーホールを封止する圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device formed by sealing a piezoelectric vibrating piece made of, for example, quartz. In particular, the present invention relates to a piezoelectric device that seals a through hole with a eutectic alloy.
移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動素子も、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。従来、パッケージに設けられたスルーホールを鉛フリーハンダにて気密封止する際のリフロー工程、もしくは圧電振動片をパッケージに接合する工程で、共晶合金成分が圧電振動片の電極膜への拡散及び電極膜の金（Ａｕ）を吸出が発生してＣＩ値のバラツキ、又は発振周波数のバラツキが生じていた。 As mobile communication devices, OA devices, and the like become smaller and lighter and have higher frequencies, the piezoelectric vibration elements used for them are required to respond to further miniaturization and higher frequencies. Conventionally, the eutectic alloy component diffuses into the electrode film of the piezoelectric vibrating piece in the reflow process when the through hole provided in the package is hermetically sealed with lead-free solder or the process of joining the piezoelectric vibrating piece to the package. In addition, the gold (Au) of the electrode film was sucked out, resulting in variations in CI value or variations in oscillation frequency.
特許文献１によれば、上記問題を解決するために、圧電振動片のリード部の側面及び主電極の側面を構成する金属膜の材料をクロムのみとして、金層を必要とするマウントパッド部及び錘部のみに金層を形成している。特許文献２によれば、圧電振動片の接合電極は五層から成り、一層目を下地電極、二層目を導通電極、三層目を拡散電極、四層目を遮蔽電極、五層目に接合電極を形成している。特許文献３によれば、各接合電極表層の金層が鉛フリーハンダ内に拡散する金量を、使用する鉛フリーハンダ量に対して７．５Ｗｔ％以下に抑えるようにしている。 According to Patent Document 1, in order to solve the above-described problem, a mount pad portion that requires a gold layer using only the chromium as the material of the metal film constituting the side surface of the lead portion of the piezoelectric vibrating piece and the side surface of the main electrode, and A gold layer is formed only on the weight portion. According to Patent Document 2, the bonding electrode of the piezoelectric vibrating piece is composed of five layers, the first layer is a base electrode, the second layer is a conduction electrode, the third layer is a diffusion electrode, the fourth layer is a shielding electrode, and the fifth layer is A junction electrode is formed. According to Patent Document 3, the amount of gold diffused into the lead-free solder by the gold layer of each joining electrode surface layer is suppressed to 7.5 Wt% or less with respect to the amount of lead-free solder used.
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の方法では、明らかに工程数が増大し、複雑化するため生産性の低下やコストアップを招く。特許文献３の方法では、接合電極表層の金層の厚さ調整や、鉛フリーハンダ量のバラツキを個々に調整することを必要としている。 However, the methods of Patent Document 1 and Patent Document 2 obviously increase the number of steps and become complicated, leading to a decrease in productivity and an increase in cost. In the method of Patent Document 3, it is necessary to individually adjust the thickness of the gold layer on the surface of the bonding electrode and the variation in the amount of lead-free solder.
本発明は、圧電振動片の励振電極と外部電極とを接続する引出電極又は接続電極に、電極安定部を形成し、更にスルーホール配線に接続する接続端子から電極安定部までの引出電極の第二金属層が、スルーホールを封止する封止材と同じ共晶金属で形成される。そして、スルーホールを封止する共晶金属成分が圧電振動片の電極膜へ拡散し、又は電極膜の金（Ａｕ）が吸出される影響を抑制して、安定した周波数を持つ圧電デバイスを提供する。 According to the present invention, an electrode stabilizing portion is formed on an extraction electrode or a connection electrode that connects an excitation electrode and an external electrode of a piezoelectric vibrating piece, and the extraction electrode is connected to the through-hole wiring from the connection terminal to the electrode stabilization portion. The bimetallic layer is formed of the same eutectic metal as the sealing material for sealing the through hole. Then, a piezoelectric device having a stable frequency is provided by suppressing the influence of the eutectic metal component sealing the through hole diffusing into the electrode film of the piezoelectric vibrating piece or the gold (Au) of the electrode film being sucked out. To do.
第一の観点による圧電デバイスは、励振電極を有する振動片と振動片の周囲に形成され且つ励振電極から伸びた引出電極が形成された外枠部とを有する圧電フレームと、封止材が挿入される貫通孔と、引出電極と接続され貫通孔に形成されたスルーホール配線とを有するベースと、を備える。そして引出電極は、圧電フレームに形成される下地層と該下地層とは異なる材料で下地層の上面に形成される第１金属層とを含み、第１金属層はスルーホール配線に接続される位置から所定の位置まで封止材と同じ材料で形成されている。 A piezoelectric device according to a first aspect includes a piezoelectric frame having a vibrating piece having an excitation electrode, an outer frame portion formed around the vibrating piece and having an extraction electrode extending from the excitation electrode, and a sealing material inserted And a base having a through-hole wiring connected to the extraction electrode and formed in the through-hole. The extraction electrode includes an underlayer formed on the piezoelectric frame and a first metal layer formed on the upper surface of the underlayer with a material different from the underlayer, and the first metal layer is connected to the through-hole wiring. It is formed of the same material as the sealing material from a position to a predetermined position.
第二の観点による圧電デバイスにおいて、引出電極は、所定の位置から一定の距離だけ下地層のみで形成され、一定の距離を隔てた位置から励振電極までは、下地層と第１金属層とは異なる材料の第２金属層が形成される。 In the piezoelectric device according to the second aspect, the extraction electrode is formed of only the base layer at a predetermined distance from the predetermined position, and the base layer and the first metal layer are separated from the position separated by a predetermined distance from the excitation electrode. A second metal layer of a different material is formed.
第三の観点による圧電デバイスは、励振電極を有する振動片と振動片の周囲に形成され且つ励振電極から伸びた引出電極が形成された外枠部とを有する圧電フレームと、封止材が挿入される貫通孔と、引出電極と接続され貫通孔に形成されたスルーホール配線とを有するベースと、を備える。そして引出電極は、圧電フレームに形成される下地層と該下地層とは異なる材料で下地層の上面に形成される第２金属層とを含み、第２金属層はスルーホール配線に接続される位置から所定の位置まで形成され、所定位置から一定の距離だけ下地層のみで形成されている。 A piezoelectric device according to a third aspect includes a piezoelectric frame having a vibrating piece having an excitation electrode, an outer frame portion formed around the vibrating piece and having an extraction electrode extending from the excitation electrode, and a sealing material inserted And a base having a through-hole wiring connected to the extraction electrode and formed in the through-hole. The extraction electrode includes an underlayer formed on the piezoelectric frame and a second metal layer formed on the upper surface of the underlayer with a material different from the underlayer, and the second metal layer is connected to the through-hole wiring. It is formed from a position to a predetermined position, and is formed of only a base layer by a certain distance from the predetermined position.
第四の観点による圧電デバイスは、下地層と第１金属層との間に、第２金属層が形成される。 In the piezoelectric device according to the fourth aspect, the second metal layer is formed between the base layer and the first metal layer.
第五の観点による圧電デバイスのスルーホール配線は、下地層と第１金属層とを含む。
第六の観点による圧電デバイスにおいて、所定の位置から一定の距離における下地層の幅が、スルーホール配線に接続される位置から所定の位置までの下地層の幅より広く形成されている。
第七の観点による圧電デバイスの封止材は、金と他の金属とを材料とする共晶金属である。
The through-hole wiring of the piezoelectric device according to the fifth aspect includes a base layer and a first metal layer.
In the piezoelectric device according to the sixth aspect, the width of the underlayer at a predetermined distance from the predetermined position is formed wider than the width of the underlayer from the position connected to the through-hole wiring to the predetermined position.
The sealing material of the piezoelectric device according to the seventh aspect is a eutectic metal made of gold and another metal.
本発明の圧電デバイスは、スルーホールなどに金と他の金属との共晶金属で封止を行っても、共晶金属成分が圧電振動片の電極膜へ拡散することを減少させる。また、圧電デバイスは、励振電極の構成金属が吸収されることも抑制する。このため、安定した周波数を有する圧電デバイスが提供される。 The piezoelectric device of the present invention reduces the diffusion of the eutectic metal component to the electrode film of the piezoelectric vibrating piece even when the through hole or the like is sealed with a eutectic metal of gold and another metal. The piezoelectric device also suppresses absorption of the constituent metal of the excitation electrode. For this reason, a piezoelectric device having a stable frequency is provided.
以下、図面及び実施形態に基づいた本発明について、詳しく説明する。しかし、当該図面及び実施形態は本発明の最良の実施形態を示すことだけで、本発明を限定するものではない。当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において下記の実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。 Hereinafter, the present invention based on the drawings and embodiments will be described in detail. However, the drawings and the embodiments are merely illustrative of the best embodiments of the present invention, and do not limit the present invention. As will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be implemented by adding various modifications and variations to the following embodiments within the technical scope thereof.
＜第一実施形態：第一圧電デバイス１００の構成＞
図１は、本実施例の音叉型水晶振動片３０を備えた第一圧電デバイス１００の概略を示す図面である。図１（ａ）は、分割した状態の第一圧電デバイス１００を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図である。図１（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面で第一圧電デバイス１００の断面構成図である。
<First Embodiment: Configuration of First Piezoelectric Device 100>
FIG. 1 is a schematic view of a first piezoelectric device 100 including a tuning fork type crystal vibrating piece 30 according to this embodiment. FIG. 1A is a perspective view of the divided first piezoelectric device 100 as seen from the lid portion side of the lid 10. FIG. 1B is a cross-sectional configuration diagram of the first piezoelectric device 100 taken along the line AA in FIG.
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、第一圧電デバイス１００は、最上部のリッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０から構成される。リッド１０及びベース４０は水晶材料から形成される。第一圧電フレーム２０は、エッチングにより形成された音叉型水晶振動片３０及びその音叉型水晶振動片３０の周囲を囲むように形成された外枠部２９を有している。本実施例で音叉型圧電振動片３０を有する第１圧電フレーム２０は、水晶により形成されたが、水晶以外にもニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the first piezoelectric device 100 includes an uppermost lid 10, a first piezoelectric frame 20, and a base 40. The lid 10 and the base 40 are made of a quartz material. The first piezoelectric frame 20 includes a tuning fork type crystal vibrating piece 30 formed by etching and an outer frame portion 29 formed so as to surround the tuning fork type crystal vibrating piece 30. In the present embodiment, the first piezoelectric frame 20 having the tuning fork type piezoelectric vibrating piece 30 is formed of quartz, but various piezoelectric single crystal materials such as lithium niobate can be used in addition to quartz.
第一圧電デバイス１００は、音叉型水晶振動片３０を備えた第一圧電フレーム２０を中心に、その第一圧電フレーム２０の上にリッド１０が接合され、第一圧電フレーム２０の下にベース４０が接合される。外枠部２９、リッド１０及びベース４０がパッケージ８０を形成する。つまり、リッド１０は第一圧電フレーム２０の上に、ベース４０は第一圧電フレーム２０の下にシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）する。シロキサン結合以外にも、リッド１０と、第一圧電フレーム２０と、ベース４０との形成材料に応じて、陽極接合又は樹脂接合により接合されることもある。 In the first piezoelectric device 100, the lid 10 is bonded on the first piezoelectric frame 20 around the first piezoelectric frame 20 including the tuning fork type crystal vibrating piece 30, and the base 40 is disposed below the first piezoelectric frame 20. Are joined. The outer frame portion 29, the lid 10 and the base 40 form a package 80. That is, the lid 10 is bonded to the first piezoelectric frame 20 and the base 40 is bonded to the lower surface of the first piezoelectric frame 20 by siloxane bonding (Si—O—Si). In addition to the siloxane bond, bonding may be performed by anodic bonding or resin bonding depending on the forming material of the lid 10, the first piezoelectric frame 20, and the base 40.
第一圧電フレーム２０は、その中央部に音叉型水晶振動片３０を有しており、音叉型水晶振動片３０と外枠部２９との間には空間部２２が形成されている。音叉型水晶振動片３０の外形を規定する空間部２２はウエットエッチングにより形成されている。音叉型水晶振動片３０は支持腕２６を介して外枠部２９と接続されている。本実施例で音叉型水晶振動片３０は、外枠部２９と同じ厚さで形成されている。音叉型水晶振動片３０は、外枠部２９より少し薄くなるように形成されてもよい。 The first piezoelectric frame 20 has a tuning fork type crystal vibrating piece 30 at the center thereof, and a space 22 is formed between the tuning fork type crystal vibrating piece 30 and the outer frame part 29. The space 22 that defines the outer shape of the tuning-fork type crystal vibrating piece 30 is formed by wet etching. The tuning fork type crystal vibrating piece 30 is connected to the outer frame portion 29 through the support arm 26. In this embodiment, the tuning fork type crystal vibrating piece 30 is formed with the same thickness as the outer frame portion 29. The tuning fork type crystal vibrating piece 30 may be formed to be slightly thinner than the outer frame portion 29.
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、音叉型水晶振動片３０は、基部２３と基部２３から伸びる一対の振動腕２１と支持腕２６とを有している。基部２３と振動腕２１と支持腕２６とは、水晶エッチングにより音叉型水晶振動片３０の外形を規定する空間部２２を形成することで形成される。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the tuning fork type crystal vibrating piece 30 includes a base portion 23, a pair of vibrating arms 21 extending from the base portion 23, and a support arm 26. The base 23, the vibrating arm 21, and the support arm 26 are formed by forming a space 22 that defines the outer shape of the tuning-fork type crystal vibrating piece 30 by crystal etching.
第一圧電フレーム２０は、外枠部２９と基部２３と支持腕２６とに第一引出電極３１及び第二引出電極３２を備える。第一引出電極３１は、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとから成り、第二引出電極３２は、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとからなる。第一圧電フレーム２０は、外枠部２９に第一接続端子３５及び第二接続端子３６を備えている。第一Ａ引出電極３１Ａ，第一Ｂ引出電極３１Ｂ、第二Ａ引出電極３２Ａ，第二Ｂ引出電極３２Ｂ、第一接続端子３５及び第二接続端子３６は、第一圧電フレーム２０の両面に形成される。 The first piezoelectric frame 20 includes a first extraction electrode 31 and a second extraction electrode 32 on an outer frame portion 29, a base portion 23, and a support arm 26. The first extraction electrode 31 includes a first A extraction electrode 31A and a first B extraction electrode 31B, and the second extraction electrode 32 includes a second A extraction electrode 32A and a second B extraction electrode 32B. The first piezoelectric frame 20 includes a first connection terminal 35 and a second connection terminal 36 in the outer frame portion 29. The first A extraction electrode 31A, the first B extraction electrode 31B, the second A extraction electrode 32A, the second B extraction electrode 32B, the first connection terminal 35 and the second connection terminal 36 are formed on both surfaces of the first piezoelectric frame 20. Is done.
リッド１０は、第一圧電フレーム２０側にリッド側凹部１７を備える。ベース４０は、第一圧電フレーム２０側にベース側凹部４７を備える。ベース４０には、それを貫通する第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３、並びに段差部４９が形成されている。段差部４９には、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３と接続する第一接続電極４２及び第二接続電極４４が形成されている。ベース４０は、底面にメタライジングされた第一外部電極４５及び第二外部電極４６を備えている。 The lid 10 includes a lid-side recess 17 on the first piezoelectric frame 20 side. The base 40 includes a base-side recess 47 on the first piezoelectric frame 20 side. The base 40 is formed with a first through hole 41 and a second through hole 43 passing through the base 40 and a stepped portion 49. A first connection electrode 42 and a second connection electrode 44 connected to the first through hole 41 and the second through hole 43 are formed in the stepped portion 49. The base 40 includes a first external electrode 45 and a second external electrode 46 that are metallized on the bottom surface.
第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３は、その内面にスルーホール配線１５（金属膜）が形成されている。第一接続電極４２は、第一スルーホール４１のスルーホール配線１５を通じてベース４０に設けた第一外部電極４５に電気的に接続する。第二接続電極４４は、第二スルーホール４３のスルーホール配線１５を通じてベース４０に設けた第二外部電極４６に電気的に接続する。 The first through hole 41 and the second through hole 43 have a through hole wiring 15 (metal film) formed on the inner surface thereof. The first connection electrode 42 is electrically connected to the first external electrode 45 provided on the base 40 through the through hole wiring 15 of the first through hole 41. The second connection electrode 44 is electrically connected to the second external electrode 46 provided on the base 40 through the through-hole wiring 15 of the second through-hole 43.
第一圧電デバイス１００において、第一Ｂ引出電極３１Ｂは、第一接続端子３５を介して第一接続電極４２と接続する。第一接続電極４２は、第一スルーホール４１のスルーホール配線１５と接続し、スルーホール配線１５はベース４０の第一外部電極４５と接続する。第二Ｂ引出電極３２Ｂは、第二接続端子３６を介して第二接続電極４４と接続する。第二接続電極４４は第二スルーホール４３のスルーホール配線１５と接続し、スルーホール配線１５はベース４０の第二外部電極４６と接続する。 In the first piezoelectric device 100, the first B extraction electrode 31 </ b> B is connected to the first connection electrode 42 via the first connection terminal 35. The first connection electrode 42 is connected to the through hole wiring 15 of the first through hole 41, and the through hole wiring 15 is connected to the first external electrode 45 of the base 40. The second B extraction electrode 32 </ b> B is connected to the second connection electrode 44 via the second connection terminal 36. The second connection electrode 44 is connected to the through hole wiring 15 of the second through hole 43, and the through hole wiring 15 is connected to the second external electrode 46 of the base 40.
図１に示されるように、第一接続電極４２と接続する第一接続端子３５は、第一接続電極４２の形成位置と対応するように、外枠部２９の短手辺（Ｘ方向）に形成されている。第一Ｂ引出電極３１Ｂは、長手辺（Ｙ方向）に形成されている。第二接続電極４４と接続する第二接続端子３６は、第二接続電極４４の形成位置と対応するように、外枠部２９の短手辺（Ｘ方向）に形成されている。第二Ｂ引出電極３２Ｂは、長手辺（Ｙ方向）に形成されている。 As shown in FIG. 1, the first connection terminal 35 connected to the first connection electrode 42 is on the short side (X direction) of the outer frame portion 29 so as to correspond to the formation position of the first connection electrode 42. Is formed. The first B extraction electrode 31B is formed on the long side (Y direction). The second connection terminal 36 connected to the second connection electrode 44 is formed on the short side (X direction) of the outer frame portion 29 so as to correspond to the formation position of the second connection electrode 44. The second B extraction electrode 32B is formed on the longitudinal side (Y direction).
第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとの間には、下地層のみからなる下地層領域５０が形成されている。また、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの間にも、下地層のみからなる下地層領域５０が形成されている。下地層領域５０は、以下に説明する共晶金属ボール７０が溶融する際の金属の拡散又は吸収を中断させる。これにより第一圧電デバイス１００は安定した周波数を維持する。この下地層領域５０について後で詳しく説明する。 Between the first A extraction electrode 31 </ b> A and the first B extraction electrode 31 </ b> B, an underlayer region 50 including only an underlayer is formed. In addition, a base layer region 50 including only the base layer is formed between the second A lead electrode 32A and the second B lead electrode 32B. The underlayer region 50 interrupts metal diffusion or absorption when the eutectic metal ball 70 described below melts. Thereby, the first piezoelectric device 100 maintains a stable frequency. The underlayer region 50 will be described in detail later.
第一圧電デバイス１００は、シロキサン結合技術によりパッケージ８０を形成後、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３に共晶金属ボール７０を配置し、真空リフロー炉で一定時間加熱されることで共晶金属ボール７０が溶かされ封止が行われる。封止に用いる共晶金属ボール７０は例えば金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金が使われる。共晶合金である金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金は、その溶解温度が３５６°Ｃである。金・ゲルマニューム合金の成分比を例えばＡｕが８５重量パーセント、Ｇｅが１５重量パーセントに変えたＡｕ１５Ｇｅの合金とすることができる。これにより金・ゲルマニューム（Ａｕ１５Ｇｅ）合金は、３５６°Ｃ以上の溶融温度となる。 In the first piezoelectric device 100, after forming the package 80 by the siloxane bonding technique, the eutectic metal balls 70 are arranged in the first through hole 41 and the second through hole 43 and heated in a vacuum reflow furnace for a certain time. The crystal metal ball 70 is melted and sealed. For example, a gold / germanium (Au12Ge) alloy is used for the eutectic metal ball 70 used for sealing. The eutectic gold / germanium (Au12Ge) alloy has a melting temperature of 356 ° C. For example, an alloy of Au15Ge in which the component ratio of the gold / germanium alloy is changed to 85 weight percent for Au and 15 weight percent for Ge can be used. As a result, the gold / germanium (Au15Ge) alloy has a melting temperature of 356 ° C. or higher.
図２（ａ）は第1圧電フレーム２０の内面図であり、（ｂ）はベース４０の上面図である。図２（ａ）に示されるように、音叉型水晶振動片３０は、第一主面及び第二主面に第一励振電極３３及び第二励振電極３４が形成されている。第一励振電極３３は、基部２３及び支持腕２６に形成された第一Ａ引出電極３１Ａに接続されている。第二励振電極３４は、基部２３及び支持腕２６に形成された第二Ａ引出電極３２Ａに接続されている。 FIG. 2A is an inner surface view of the first piezoelectric frame 20, and FIG. 2B is a top view of the base 40. As shown in FIG. 2A, the tuning fork type crystal vibrating piece 30 has a first excitation electrode 33 and a second excitation electrode 34 formed on a first main surface and a second main surface. The first excitation electrode 33 is connected to a first A extraction electrode 31 </ b> A formed on the base 23 and the support arm 26. The second excitation electrode 34 is connected to a second A extraction electrode 32 </ b> A formed on the base 23 and the support arm 26.
一対の振動腕２１は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２１の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２１の表面には１箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に１箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２７が形成されている。溝部２７の断面は略Ｈ型に形成され、溝部２７は音叉型水晶振動片３０のＣＩ値を低下させる効果がある。なお音叉型水晶振動片３０は一本の振動腕２１に表裏に２箇所の溝部２７を形成しているが、複数箇所の溝部２７を形成しても周波数調整効果を持つことができる。 The pair of vibrating arms 21 extends in the Y direction from one end of the base portion 23, and groove portions 27 are formed on both front and back surfaces of the vibrating arm 21. For example, one groove portion 27 is formed on the surface of one vibrating arm 21, and one groove portion 27 is similarly formed on the back side of the vibrating arm 21. That is, four groove portions 27 are formed in the pair of vibrating arms 21. The cross section of the groove portion 27 is formed in a substantially H shape, and the groove portion 27 has an effect of reducing the CI value of the tuning fork type crystal vibrating piece 30. The tuning-fork type crystal vibrating piece 30 has two groove portions 27 formed on the front and back of one vibrating arm 21. However, even if a plurality of groove portions 27 are formed, a frequency adjusting effect can be obtained.
音叉型水晶振動片３０の振動腕２１の先端には、錘部２８が形成されている。第一引出電極３１及び第二引出電極３２並びに第一励振電極３３及び第二励振電極３４並びに錘部２８は、同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。第一励振電極３３及び第二励振電極３４に電圧が加えられると音叉型水晶振動片３０は所定の周波数で振動する。錘部２８は水晶振動片３０の振動腕２１が振動し易くなるための錘であり、また安定した振動をするために形成されている。 A weight portion 28 is formed at the tip of the vibrating arm 21 of the tuning fork type crystal vibrating piece 30. The first extraction electrode 31, the second extraction electrode 32, the first excitation electrode 33, the second excitation electrode 34, and the weight portion 28 are simultaneously formed by a photolithography process. When a voltage is applied to the first excitation electrode 33 and the second excitation electrode 34, the tuning fork type crystal vibrating piece 30 vibrates at a predetermined frequency. The weight portion 28 is a weight for facilitating the vibration arm 21 of the crystal vibrating piece 30 to vibrate, and is formed for stable vibration.
第一Ａ引出電極３１Ａ、第二Ａ引出電極３２Ａ、第一励振電極３３及び第二励振電極３４は、２層の金属層からなる。下地層は１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層であり、その下地層の上に１０００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成されている。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）層又はチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。 The first A extraction electrode 31A, the second A extraction electrode 32A, the first excitation electrode 33, and the second excitation electrode 34 are composed of two metal layers. The underlayer is a chromium (Cr) layer of 150 Å to 700 Å, and a gold (Au) layer of 1000 Å to 2000 Å is formed on the underlayer. A nickel (Ni) layer or a titanium (Ti) layer may be used instead of the chromium (Cr) layer, and a silver (Ag) layer may be used instead of the gold (Au) layer.
第一Ｂ引出電極３１Ｂ、第二Ｂ引出電極３２Ｂ、第一接続端子３５、第二接続端子３６、第一接続電極４２及び第二接続電極４４は、２層の金属層からなる。下地層は１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層であり、その下地層の上に、１０００オングストローム〜２０００オングストロームの封止材と同一成分からなる金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が形成された構成である。 The first B extraction electrode 31B, the second B extraction electrode 32B, the first connection terminal 35, the second connection terminal 36, the first connection electrode 42, and the second connection electrode 44 are composed of two metal layers. The underlayer is a chromium (Cr) layer of 150 Å to 700 Å, and a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer made of the same component as the sealing material of 1000 Å to 2000 Å is formed on the underlayer. It is a configuration.
リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０は、シロキサン結合するため接合面を鏡面状態にして酸素含有雰囲気中で短波長の紫外線を照射し、清浄な状態にしておく。この時のシロキサン結合温度は、１００°Ｃから２５０°Ｃである。シロキサン結合は、電極の厚み（３０００Åから４０００Å）でさえ接合不良の原因となる。このため、外枠部２９の裏面に形成した第一接続端子３５及び第二接続端子３６と対向する面はその配線電極の厚み程度の段差部４９を形成する必要がある。 The lid 10, the first piezoelectric frame 20, and the base 40 are in a clean state by irradiating short wavelength ultraviolet rays in an oxygen-containing atmosphere with a bonded surface in a mirror state for siloxane bonding. The siloxane bonding temperature at this time is 100 ° C. to 250 ° C. Siloxane bonds cause poor bonding even at electrode thicknesses (3000 to 4000 mm). For this reason, it is necessary to form the step part 49 about the thickness of the wiring electrode on the surface facing the first connection terminal 35 and the second connection terminal 36 formed on the back surface of the outer frame part 29.
また、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとの間には下地層領域５０が形成されている。同様に第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの間には下地層領域５０が形成されている。これらの下地層領域５０は、１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層であり、この下地層領域５０には、金（Ａｕ）層又は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などは形成されない。 An underlayer region 50 is formed between the first A extraction electrode 31A and the first B extraction electrode 31B. Similarly, a base layer region 50 is formed between the second A extraction electrode 32A and the second B extraction electrode 32B. The underlayer region 50 is a chromium (Cr) layer of 150 Å to 700 Å, and a gold (Au) layer or a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer is not formed in the underlayer region 50.
図２（ｂ）に示されるように、段差部４９はベース４０の表面に形成した第一接続電極４２及び第二接続電極４４はその接続電極の厚み分だけの深さで形成されている。つまり、接合面のシロキサン結合を阻害しないように、第一接続電極４２及び第二接続電極４４は段差部４９に形成される。 As shown in FIG. 2B, the stepped portion 49 is formed with a depth corresponding to the thickness of the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 formed on the surface of the base 40. That is, the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 are formed in the stepped portion 49 so as not to inhibit the siloxane bond on the bonding surface.
ベース４０に設けられた段差部４９の高さは、ウエットエッチングなどによって２５００Å〜３０００Åに形成されている。外枠部２９に形成された第一接続端子３５及び第二接続端子３６の厚さも１５００Å〜２０００Åである。また、ベース４０に形成された第一接続電極４２及び第二接続電極４４の厚さも１５００Å〜２０００Åである。すなわち、外枠部２９に形成された第一接続電極の厚さとベース４０に形成された第二接続電極の厚さを合計すると３０００Åから４０００Åである。 The height of the stepped portion 49 provided on the base 40 is formed to 2500 mm to 3000 mm by wet etching or the like. The thickness of the first connection terminal 35 and the second connection terminal 36 formed on the outer frame portion 29 is also 1500 mm to 2000 mm. The thickness of the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 formed on the base 40 is also 1500 mm to 2000 mm. That is, the sum of the thickness of the first connection electrode formed on the outer frame portion 29 and the thickness of the second connection electrode formed on the base 40 is 3000 mm to 4000 mm.
ベース４０と外枠部２９とを接合しようとすると、最初に第一接続端子３５と第一接続電極４２及び第二接続端子３６と第二接続電極４４とが接触する。このときに外枠部２９の底面とベース４０の上面との隙間は５００Å〜１０００Åぐらいとなる。この状態で水晶のシロキサン結合を行うと、第一接続端子３５及び第二接続端子３６の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層と第一接続電極４２及び第二接続電極４４の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層とが互いに結合する。 When the base 40 and the outer frame portion 29 are to be joined, the first connection terminal 35, the first connection electrode 42, the second connection terminal 36, and the second connection electrode 44 are first contacted. At this time, the gap between the bottom surface of the outer frame portion 29 and the upper surface of the base 40 is about 500 mm to 1000 mm. In this state, when siloxane bonding of quartz is performed, the gold / germanium (Au12Ge) alloy layer of the first connection terminal 35 and the second connection terminal 36 and the gold / germanium (Au12Ge) of the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 are used. The alloy layer is bonded to each other.
リッド１０、第1圧電フレーム２０及びベース４０をシロキサン結合するため接合面を鏡面状態にして清浄な状態にする別の実施例として、例えば、ウエハなどの大面積を処理するのに適したＳＷＰ(Surface Wave Plasma)型ＲＩＥ方式のプラズマ処理装置を用いて行うことができる。このプラズマ処理装置は、誘電体とプラズマとの界面に沿って伝播する表面波を利用したものである。このプラズマ処理装置により、例えば、１３．５６ＭＨｚから２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いてプラズマを生成し処理チャンバー内に導入した反応ガスを励起する。反応ガスとしてＡｒ、Ｏ２及びＯ２とＮ２との混合ガスなどを使用する。励起された反応ガスに暴露されたウエハは、均一に活性化される。リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０の接合面が活性化されたウエハを位置合わせして重ね合わせ、常温から１００°Ｃ程度の比較的低温に加熱した状態で加圧することによりシロキサン結合で強固に結合する。 As another embodiment in which the bonding surface of the lid 10, the first piezoelectric frame 20, and the base 40 is bonded to a siloxane surface to make the surface clean, a SWP (suitable for processing a large area such as a wafer) is used. Surface Wave Plasma) type RIE type plasma processing apparatus can be used. This plasma processing apparatus utilizes surface waves that propagate along the interface between a dielectric and plasma. With this plasma processing apparatus, for example, plasma is generated using microwaves of 13.56 MHz to 2.45 GHz, and the reaction gas introduced into the processing chamber is excited. Ar, O 2 and a mixed gas of O 2 and N 2 are used as the reaction gas. Wafers exposed to the excited reaction gas are uniformly activated. Wafers whose bonding surfaces of the lid 10, the first piezoelectric frame 20, and the base 40 are activated are aligned and overlapped, and pressed in a state of being heated from a normal temperature to a relatively low temperature of about 100 ° C. to form a siloxane bond. Bond firmly.
別の実施例では、プラズマ処理に代えてイオンビームを照射することにより、リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０の接合面を活性化することができる。このイオンビーム処理は、真空雰囲気中に保たれたリッド１０、第1圧電フレーム２０及びベース４０の接合面にＡｒイオンビームを照射することで接合面が活性化される。イオンビーム処理によって表面活性化されたウエハを位置合わせして重ね合わせ、２００°Ｃ程度の比較的低温に加熱した状態で加圧することによりシロキサン結合で強固に結合する。 In another embodiment, the bonding surface of the lid 10, the first piezoelectric frame 20, and the base 40 can be activated by irradiating an ion beam instead of the plasma treatment. In this ion beam treatment, the bonding surface is activated by irradiating the bonding surface of the lid 10, the first piezoelectric frame 20 and the base 40 maintained in a vacuum atmosphere with an Ar ion beam. Wafers that have been surface-activated by ion beam processing are aligned and overlapped, and are bonded firmly by siloxane bonds by pressing in a state of being heated to a relatively low temperature of about 200 ° C.
第一圧電デバイス１００は、シロキサン結合技術によりパッケージ８０を形成後、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３に共晶金属ボール７０（図１参照）を配置し、真空中又は不活性ガス雰囲気中の真空リフロー炉で一定時間加熱されることで封止が行われる。 In the first piezoelectric device 100, after forming the package 80 by the siloxane bonding technique, the eutectic metal balls 70 (see FIG. 1) are disposed in the first through hole 41 and the second through hole 43, and are in a vacuum or an inert gas atmosphere. Sealing is performed by heating for a certain period of time in a vacuum reflow furnace.
＜引出電極、下地層領域について＞
以下、第一引出電極３１、第二引出電極３２及び下地層領域５０の構造及び作用について詳しく説明する。
<About the extraction electrode and the underlayer region>
Hereinafter, the structure and operation of the first extraction electrode 31, the second extraction electrode 32, and the underlayer region 50 will be described in detail.
図３はシロキサン結合され且つ封止された後の第一圧電デバイス１００を、図２のＢ−Ｂ断面に従った断面図である。なお、第一引出電極３１、第二引出電極３２、第一接続電極４２及び第二接続電極４４を強調して描いてあるので、リッド１０、第一圧電フレーム２０及びベース４０の一部がシロキサン結合されていないように描かれる箇所がある。図４は図３の点線枠Ｃを拡大した図である。また、図示されていない第一スルーホール４１付近の構造も同様であるので説明は省略する。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the first piezoelectric device 100 after siloxane bonding and sealing according to the BB cross section of FIG. Since the first extraction electrode 31, the second extraction electrode 32, the first connection electrode 42, and the second connection electrode 44 are drawn with emphasis, a part of the lid 10, the first piezoelectric frame 20, and the base 40 is siloxane. Some parts are drawn as if they were not joined. 4 is an enlarged view of the dotted frame C in FIG. Further, the structure in the vicinity of the first through hole 41 (not shown) is the same, and the description thereof is omitted.
図３に示されるように、第二Ａ引出電極３２Ａは下地層３２Ａ１と第２金属層３２Ａ２との２層からなる。下地層３２Ａ１は、上述したようにクロム（Ｃｒ）層などからなる。第２金属層３２Ａ２は金（Ａｕ）層からなる。第二Ｂ引出電極３２Ｂは下地層３２Ｂ１と第１金属層３２Ｂ２との２層からなる。下地層３２Ｂ１は、クロム（Ｃｒ）層などからなる。第１金属層３２Ｂ２は、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などからなる。第二接続端子３６は下地層３６１と第１金属層３６２との２層からなる。第二Ｂ引出電極３２Ｂと同じく、下地層３６１はクロム（Ｃｒ）層などからなり第１金属層３６２は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などからなる。 As shown in FIG. 3, the second A extraction electrode 32A is composed of two layers of a base layer 32A1 and a second metal layer 32A2. As described above, the base layer 32A1 is made of a chromium (Cr) layer or the like. The second metal layer 32A2 is made of a gold (Au) layer. The second B lead electrode 32B is composed of two layers of a base layer 32B1 and a first metal layer 32B2. The underlayer 32B1 is made of a chromium (Cr) layer or the like. The first metal layer 32B2 is made of a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer or the like. The second connection terminal 36 includes two layers, a base layer 361 and a first metal layer 362. Similar to the second B lead electrode 32B, the base layer 361 is made of a chromium (Cr) layer or the like, and the first metal layer 362 is made of a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer or the like.
また、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの間には下地層領域５０が形成されている。これらの下地層領域５０はクロム（Ｃｒ）層などである。下地層３２Ａ１、下地層３２Ｂ１、下地層３６１及び下地層領域５０は、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてそれら引出電極などのパターン形状が形成される。 An underlayer region 50 is formed between the second A extraction electrode 32A and the second B extraction electrode 32B. These underlayer regions 50 are chrome (Cr) layers or the like. The underlayer 32A1, the underlayer 32B1, the underlayer 361, and the underlayer region 50 are simultaneously formed by sputtering or a vacuum evaporation apparatus. And pattern shape, such as these extraction electrodes, is formed using a photolithographic technique.
ベース４０に形成される第二接続電極４４は下地層４４１と金属層４４２との２層からなる。金属層４４２は、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層からなる。第二接続電極４４の下地層４４１と金属層４４２との合計厚さは、略１５００Å〜２０００Åである。 The second connection electrode 44 formed on the base 40 is composed of two layers of a base layer 441 and a metal layer 442. The metal layer 442 is made of a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer. The total thickness of the base layer 441 and the metal layer 442 of the second connection electrode 44 is approximately 1500 mm to 2000 mm.
また、スルーホール配線１５も下地層１５１と金属層１５２との２層からなる。下地層１５１は、クロム（Ｃｒ）層であり、金属層１５２は、金・ゲルマニューム合金（Ａｕ１２Ｇｅ）層である。
また、第二外部電極４６も下地層４６１と金属層４６２との２層からなる。下地層４６１として、クロム（Ｃｒ）層であり、金属層４６２は、金・ゲルマニューム合金（Ａｕ１２Ｇｅ）層である。
Further, the through-hole wiring 15 is also composed of two layers of a base layer 151 and a metal layer 152. The underlayer 151 is a chromium (Cr) layer, and the metal layer 152 is a gold / germanium alloy (Au12Ge) layer.
The second external electrode 46 is also composed of two layers, a base layer 461 and a metal layer 462. The base layer 461 is a chromium (Cr) layer, and the metal layer 462 is a gold / germanium alloy (Au12Ge) layer.
これら第二接続電極４４、スルーホール配線１５及び第二外部電極４６は、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてそれら引出電極などのパターン形状が形成される。またこれら下地層のクロム（Ｃｒ）層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）層又はチタン（Ｔｉ）層が使用されることもある。金属層して金・ゲルマニューム合金（Ａｕ１２Ｇｅ）の代わりに金（Ａｕ）層が用いられても良い。 The second connection electrode 44, the through-hole wiring 15 and the second external electrode 46 are simultaneously formed by sputtering or a vacuum evaporation apparatus. And pattern shape, such as these extraction electrodes, is formed using a photolithographic technique. In addition, a nickel (Ni) layer or a titanium (Ti) layer may be used instead of the chromium (Cr) layer of the underlayer. A gold (Au) layer may be used instead of the gold / germanium alloy (Au12Ge) as the metal layer.
ベース４０と第1圧電フレーム２０とが接合されると、第二接続端子３６の第１金属層３６２が、第二接続電極４４の金属層４４２と接続される。つまり、第二接続端子３６の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層と第二接続電極４４の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層とが互いに結合する。 When the base 40 and the first piezoelectric frame 20 are joined, the first metal layer 362 of the second connection terminal 36 is connected to the metal layer 442 of the second connection electrode 44. That is, the gold / germanium (Au12Ge) alloy layer of the second connection terminal 36 and the gold / germanium (Au12Ge) alloy layer of the second connection electrode 44 are bonded to each other.
第二スルーホール４３は、スルーホールの封止のために共晶金属ボール７０が配置される。共晶金属ボール７０は、真空中又は不活性ガス雰囲気中の真空リフロー炉で一定時間加熱されることで溶融されて、第二スルーホール４３の封止を行う。共晶金属ボール７０は、溶融されてスルーホール配線１５の金属層１５２に及び第二Ｂ引出電極３２Ｂに広がって、第二スルーホール４３が封止される。図示されないが、第一スルーホール４１も同様である。 The eutectic metal ball 70 is disposed in the second through hole 43 for sealing the through hole. The eutectic metal ball 70 is melted by being heated for a certain time in a vacuum reflow furnace in a vacuum or in an inert gas atmosphere, thereby sealing the second through-hole 43. The eutectic metal ball 70 is melted and spreads over the metal layer 152 of the through-hole wiring 15 and the second B extraction electrode 32B, and the second through-hole 43 is sealed. Although not shown, the same applies to the first through hole 41.
共晶金属ボール７０の共晶金属として、第二Ｂ引出電極３２Ｂの第１金属層３２Ｂ２を構成する金属を一部として含有している限り、特に限定はない。具体的に例えば、金・ゲルマニューム合金、金・スズ合金、又は金・シリコン合金等の金（Ａｕ）を含有する合金を使用することができる。具体的に金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金（溶融温度３６５°Ｃ）、金・スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金（溶融温度２７８°Ｃ）、又は金・シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金（溶融温度３６３°Ｃ）を挙げることができる。
以下、代表的な例として、共晶金属ボール７０が金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金が使用される例について説明する。
The eutectic metal of the eutectic metal ball 70 is not particularly limited as long as it contains a part of the metal constituting the first metal layer 32B2 of the second B extraction electrode 32B. Specifically, for example, an alloy containing gold (Au) such as a gold / germanium alloy, a gold / tin alloy, or a gold / silicon alloy can be used. Specifically, a gold / germanium (Au12Ge) alloy (melting temperature 365 ° C.), a gold / tin (Au20Sn) alloy (melting temperature 278 ° C.), or a gold / silicon (Au 3.15Si) alloy (melting temperature 363 ° C.) Can be mentioned.
Hereinafter, as a typical example, an example in which a eutectic metal ball 70 is made of a gold / germanium (Au12Ge) alloy will be described.
図４に示されるように、共晶金属ボール７０が溶融されるとゲルマニュームと金とが溶け出す。その周りの金属層の割合と、ゲルマニュームの割合又は金の割合との関係で、ゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり、金属層からゲルマニューム又は金が吸出されたりする。しかし、第二Ｂ引出電極３２Ｂの第１金属層３２Ｂ２は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が使用されているため、ゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されたりすることが少ない。 As shown in FIG. 4, when the eutectic metal ball 70 is melted, germanium and gold are melted. Depending on the relationship between the ratio of the surrounding metal layer and the ratio of germanium or gold, germanium or gold diffuses into the metal layer, or germanium or gold is sucked out of the metal layer. However, since the first metal layer 32B2 of the second B extraction electrode 32B uses a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer, germanium or gold is rarely diffused or sucked out into the metal layer.
一方、共晶金属ボール７０の合金の割合によって、又は第１金属層３２Ｂ２の合金の割合によって、ゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されたりする可能性がある。また、クロム層からなる下地層に対しての第１金属層３２Ｂ２の合金が拡散する。このため、第１金属層３２Ｂ２は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が使用されても、共晶金属ボール７０が溶融されてゲルマニューム又は金が金属層３２Ｂ２に拡散したり又は吸い出されたりする可能性もある。 On the other hand, depending on the proportion of the eutectic metal ball 70 alloy or the proportion of the first metal layer 32B2 alloy, germanium or gold may be diffused or sucked into the metal layer. Further, the alloy of the first metal layer 32B2 diffuses with respect to the base layer made of the chromium layer. For this reason, even if a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer is used for the first metal layer 32B2, the eutectic metal balls 70 can be melted and the germanium or gold can be diffused or sucked into the metal layer 32B2. There is also sex.
そこで、ゲルマニューム又は金が第１金属層３２Ｂ２に拡散したり又は吸い出されたりすることを中断させるために、図４に示されるように、下地層領域５０が設けられている。下地層領域５０がクロム（Ｃｒ）層のみからなるため、ゲルマニューム又は金が第１金属層３２Ｂ２に拡散したり又は吸い出されたりことを中断させることができる。下地層領域５０は、第二接続電極４４の金属層４４２と接続する領域でない限り特に限定はない。しかしながら、第二Ｂ引出電極３２Ｂの第１金属層３２Ｂ２が金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層であると、第二Ａ引出電極３２Ａの第２金属層３２Ａ２の金（Ａｕ）層と比べて単位断面積の電気抵抗が大きくなる。このため、電気抵抗が大きいクロム層の距離を短くするため、下地層領域５０は、第二接続端子３６に近い位置に形成されることが望ましい。 Therefore, as shown in FIG. 4, an underlayer region 50 is provided in order to interrupt the diffusion or sucking of germanium or gold into the first metal layer 32B2. Since the underlayer region 50 is made of only a chromium (Cr) layer, it is possible to interrupt the diffusion or sucking of germanium or gold into the first metal layer 32B2. The underlying layer region 50 is not particularly limited as long as it is not a region connected to the metal layer 442 of the second connection electrode 44. However, when the first metal layer 32B2 of the second B lead electrode 32B is a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer, the unit breakage is smaller than the gold (Au) layer of the second metal layer 32A2 of the second A lead electrode 32A. The electrical resistance of the area increases. For this reason, in order to shorten the distance of the chromium layer having a large electric resistance, the base layer region 50 is desirably formed at a position close to the second connection terminal 36.
図５（ａ）は，下地層領域５０の位置が示された第一圧電デバイス１００の第一圧電フレーム２０の内面図である。図５（ｂ）は、側面から見た図５（ａ）のＤ部の拡大斜視図である。図５（ａ）の符号は、図２（ａ）と同一であるので説明を省略する。 FIG. 5A is an inner view of the first piezoelectric frame 20 of the first piezoelectric device 100 in which the position of the underlayer region 50 is shown. FIG. 5B is an enlarged perspective view of a portion D in FIG. 5A viewed from the side. The reference numerals in FIG. 5A are the same as those in FIG.
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、第一圧電フレーム２０の下地層領域５０は、第一圧電フレーム２０の外枠部２９と支持腕２６との接続部分、即ち、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとのほぼ中間位置に形成される。また、下地層領域５０は、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの中間位置にも形成される。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the base layer region 50 of the first piezoelectric frame 20 is a connection portion between the outer frame portion 29 of the first piezoelectric frame 20 and the support arm 26, that is, The first A extraction electrode 31A and the first B extraction electrode 31B are formed at substantially the middle position. The underlayer region 50 is also formed at an intermediate position between the second A extraction electrode 32A and the second B extraction electrode 32B.
図５（ｂ）に示されるように、下地層領域５０には金（Ａｕ）層又は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などは形成されない。共晶金属ボール７０が溶融されてゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されても、第二Ｂ引出電極３２Ｂの金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層を介して第二Ａ引出電極３２Ａに拡散したり吸い出されたりしない。 As shown in FIG. 5B, no gold (Au) layer or gold / germanium (Au12Ge) alloy layer is formed in the underlayer region 50. Even if the eutectic metal ball 70 is melted and germanium or gold is diffused or sucked into the metal layer, the second A extraction electrode 32A is passed through the gold / germanium (Au12Ge) alloy layer of the second B extraction electrode 32B. Will not spread or be sucked out.
下地層領域５０の幅及び長さは、第一圧電デバイス１００の周波数に影響を与えない限り、特に限定はない。しかし、第二Ｂ引出電極３２Ｂの幅のよりも幅広く形成することが好ましい。下地層領域５０の長さは短い方が好ましい。下地層領域５０は、クロム（Ｃｒ）層のみなので、その幅を短くすると電気抵抗が大きくなり、その長さを長くすると電気抵抗が大きくなる。そこで下地層領域５０の幅が広く且つ長さが短い方が望ましい。 The width and length of the underlayer region 50 are not particularly limited as long as the frequency of the first piezoelectric device 100 is not affected. However, it is preferable to form the second B extraction electrode 32B wider than the width. The length of the underlayer region 50 is preferably shorter. Since the underlayer region 50 includes only a chromium (Cr) layer, the electrical resistance increases when the width is shortened, and the electrical resistance increases when the length is increased. Therefore, it is desirable that the width of the underlayer region 50 is wide and the length is short.
第二Ａ引出電極３２Ａは、励振電極３４に接続されるため電気抵抗はできるだけ小さいほうが好ましい。そのため第１金属層３２Ａ２は金（Ａｕ）層である。また第二Ａ引出電極３２Ａは、支持腕２６の幅（XY平面）においてできるだけ幅を広くした方が良い。第１金属層３２Ａ２には、下地層領域５０のみが形成されているため、共晶金属ボール７０が溶融された際にゲルマニューム又は金が、第１金属層３２Ａ２に拡散したり又は吸い出されたりすることはない。換言すれば第１金属層３２Ａ２はゲルマニューム又は金の拡散又は吸出しの影響を受けない。これにより励振電極３４に影響を与えないため、第一圧電デバイス１００の周波数に変動を与えない。 Since the second A extraction electrode 32A is connected to the excitation electrode 34, the electrical resistance is preferably as small as possible. Therefore, the first metal layer 32A2 is a gold (Au) layer. The second A extraction electrode 32A is preferably as wide as possible in the width of the support arm 26 (XY plane). Since only the underlayer region 50 is formed in the first metal layer 32A2, when the eutectic metal ball 70 is melted, germanium or gold is diffused or sucked into the first metal layer 32A2. Never do. In other words, the first metal layer 32A2 is not affected by the diffusion or suction of germanium or gold. Thereby, since the excitation electrode 34 is not affected, the frequency of the first piezoelectric device 100 is not changed.
＜第二実施形態：第二圧電デバイス１１０の構成＞
図６（ａ）は，下地層領域５０の位置が示された第二圧電デバイス１１０の第二圧電フレーム２０ａの内面図である。図６（ｂ）は、側面から見た図６（ａ）のＥ部の拡大斜視図である。第二圧電デバイス１１０は、第二圧電フレーム２０ａの下地層領域５０の位置を除いて、第一圧電デバイス１００の構造と同じである。図６（ａ）の符号は、図２（ａ）と同一であるので説明を省略する。
<Second Embodiment: Configuration of Second Piezoelectric Device 110>
FIG. 6A is an internal view of the second piezoelectric frame 20a of the second piezoelectric device 110 in which the position of the underlayer region 50 is shown. FIG. 6B is an enlarged perspective view of the portion E in FIG. 6A viewed from the side. The second piezoelectric device 110 has the same structure as that of the first piezoelectric device 100 except for the position of the base layer region 50 of the second piezoelectric frame 20a. The reference numerals in FIG. 6A are the same as those in FIG.
第二圧電デバイス１１０は、リッド１０、第二圧電フレーム２０ａ及びベース４０の接合面が活性化されたウエハを位置合わせして重ね合わせ、シロキサン結合技術によりパッケージ８０を形成する。パッケージ８０を形成した後、第一スルーホール４１及び第二スルーホール４３に共晶金属ボール７０として共晶金属の金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金を配置し、真空中又は不活性ガス雰囲気中の真空リフロー炉で一定時間加熱されることで封止が行われる。 The second piezoelectric device 110 aligns and superimposes wafers on which the bonding surfaces of the lid 10, the second piezoelectric frame 20a, and the base 40 are activated, and forms a package 80 by a siloxane bonding technique. After the package 80 is formed, a gold / germanium (Au12Ge) alloy of eutectic metal is disposed as the eutectic metal ball 70 in the first through hole 41 and the second through hole 43, and vacuum or vacuum in an inert gas atmosphere is provided. Sealing is performed by heating for a certain time in a reflow furnace.
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、第二圧電フレーム２０ａに下地層領域５０が形成されている。本実施例においても、第二圧電フレーム２０ａの下地層領域５０は、第二圧電フレーム２０ａの外枠部２９に形成された第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｂ引出電極３１Ｂとの中間に形成される。また、外枠部２９に形成された第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｂ引出電極３２Ｂとの中間に形成される。第一圧電フレーム２０と第二圧電フレーム２０ａとの違いは、第二圧電フレーム２０ａでは下地層領域５０が外枠部２９に形成され、第一接続端子３５及び第二接続端子３６により近い位置に幅広に形成されている点である。つまり、第二圧電フレーム２０ａは第一Ｂ引出電極３１Ｂ及び第二Ｂ引出電極３２Ｂの長さが短くなる。このことは金層に比べ電気抵抗が大きい金・ゲルマニューム合金層が短くなることになり、第二圧電フレーム２０ａの電気抵抗が小さくなるメリットがある。 As shown in FIGS. 6A and 6B, a base layer region 50 is formed in the second piezoelectric frame 20a. Also in this embodiment, the base layer region 50 of the second piezoelectric frame 20a is formed between the first A extraction electrode 31A and the first B extraction electrode 31B formed on the outer frame portion 29 of the second piezoelectric frame 20a. Is done. Further, it is formed between the second A extraction electrode 32 </ b> A and the second B extraction electrode 32 </ b> B formed on the outer frame portion 29. The difference between the first piezoelectric frame 20 and the second piezoelectric frame 20a is that the base layer region 50 is formed in the outer frame portion 29 in the second piezoelectric frame 20a and is closer to the first connection terminal 35 and the second connection terminal 36. It is the point formed widely. That is, in the second piezoelectric frame 20a, the lengths of the first B extraction electrode 31B and the second B extraction electrode 32B are shortened. This is advantageous in that the gold / germanium alloy layer having a larger electric resistance than the gold layer is shortened, and the electric resistance of the second piezoelectric frame 20a is reduced.
図６（ｂ）に示されるように、下地層領域５０のクロム（Ｃｒ）層は、第二Ｂ引出電極３２Ｂの下地層３２Ｂ１の幅よりも拡張されている。クロム層は金層よりも単位断面積当たりの電気抵抗が大きいため、電気抵抗を小さくするためにこの下地層領域５０の幅は金層第二Ｂ引出電極３２Ｂの幅の約２倍にしてある。 As shown in FIG. 6B, the chromium (Cr) layer in the foundation layer region 50 is expanded more than the width of the foundation layer 32B1 of the second B extraction electrode 32B. Since the chromium layer has a larger electric resistance per unit cross-sectional area than the gold layer, in order to reduce the electric resistance, the width of the base layer region 50 is about twice the width of the gold layer second B extraction electrode 32B. .
＜第三実施形態：第三圧電フレーム２０ｂの構成＞
図７（ａ）は，下地層領域５０が示された第三圧電デバイスの第三圧電フレーム２０ｂの内面図である。図７（ｂ）は、側面から見た図７（ａ）のＦ部の拡大斜視図である。第三圧電フレーム２０ｂと第一圧電フレーム２０との違いは３層と２層構造との違いである。つまり、第一圧電フレーム２０の第一Ｂ引出電極３１Ｂ及び第二Ｂ引出電極３２Ｂは２層の構成であるのに対し、第三圧電フレーム２０ｂの第一Ｃ引出電極３１Ｃ及び第二Ｃ引出電極３２Ｃは３層である。その他符号は、図５（ａ）と同一であるので説明を省略する。
<Third Embodiment: Configuration of Third Piezoelectric Frame 20b>
FIG. 7A is an inner view of the third piezoelectric frame 20b of the third piezoelectric device in which the underlayer region 50 is shown. FIG. 7B is an enlarged perspective view of the F portion of FIG. 7A viewed from the side. The difference between the third piezoelectric frame 20b and the first piezoelectric frame 20 is the difference between the three-layer structure and the two-layer structure. That is, the first B extraction electrode 31B and the second B extraction electrode 32B of the first piezoelectric frame 20 have a two-layer structure, whereas the first C extraction electrode 31C and the second C extraction electrode of the third piezoelectric frame 20b. 32C has three layers. Other reference numerals are the same as those in FIG.
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、下地層領域５０は、第一圧電フレーム２０の外枠部２９と支持腕２６との接続部分、即ち、第一Ａ引出電極３１Ａと第一Ｃ引出電極３１Ｃとのほぼ中間位置に形成される。また、下地層領域５０は、第二Ａ引出電極３２Ａと第二Ｃ引出電極３２Ｃとの中間位置にも形成される。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the base layer region 50 is a connecting portion between the outer frame portion 29 of the first piezoelectric frame 20 and the support arm 26, that is, the first A extraction electrode 31A. And the first C extraction electrode 31C. The underlayer region 50 is also formed at an intermediate position between the second A extraction electrode 32A and the second C extraction electrode 32C.
図７（ｂ）に示されるように、第三圧電フレーム２０ｂの第一Ｃ引出電極３１Ｃ及び第二Ｃ引出電極３２Ｃは、下地層３２Ｃ１と第３金属層３２Ｃ２との厚さ方向の中間に第４金属層３２Ｃ３が形成される。図示されないが第一接続端子３５及び第二接続端子３６も３層から構成される。下地層３２Ｃ１はクロム（Ｃｒ）層であり、第３金属層３２Ｃ２は金・ゲルマニューム合金層であり、第４金属層３２Ｃ３は金（Ａｕ）層である。第二Ｃ引出電極３２Ｃは、金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層に加え金（Ａｕ）層も有しているため、電気抵抗が小さくなる。 As shown in FIG. 7B, the first C extraction electrode 31C and the second C extraction electrode 32C of the third piezoelectric frame 20b are arranged in the middle in the thickness direction between the base layer 32C1 and the third metal layer 32C2. Four metal layers 32C3 are formed. Although not shown, the first connection terminal 35 and the second connection terminal 36 are also composed of three layers. The base layer 32C1 is a chromium (Cr) layer, the third metal layer 32C2 is a gold / germanium alloy layer, and the fourth metal layer 32C3 is a gold (Au) layer. Since the second C extraction electrode 32C has a gold (Au) layer in addition to a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer, the electric resistance is reduced.
下地層３２Ａ１、下地層３２Ｃ１及び下地層領域５０はクロム層であり、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてそれら引出電極などのパターン形状が形成される。また、第２金属層３２Ａ２と第４金属層とは金（Ａｕ）層であり、スパッタリング又は真空蒸着装置により同時に成膜される。そして、第二Ｃ引出電極３２Ｃのみに第３金属層３２Ｃ２である金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層が形成される。 The underlayer 32A1, the underlayer 32C1, and the underlayer region 50 are chrome layers and are simultaneously formed by sputtering or a vacuum evaporation apparatus. And pattern shape, such as these extraction electrodes, is formed using a photolithographic technique. The second metal layer 32A2 and the fourth metal layer are gold (Au) layers and are simultaneously formed by sputtering or a vacuum evaporation apparatus. Then, a gold / germanium (Au12Ge) alloy layer as the third metal layer 32C2 is formed only on the second C extraction electrode 32C.
図７（ｂ）に示されるように、下地層領域５０は、図５（ｂ）で示した下地層領域５０と同じく、下地層領域５０には金（Ａｕ）層又は金・ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金層などは形成されない。共晶金属ボール７０が溶融されて第二Ｃ引出電極３２Ｃのゲルマニューム又は金が金属層に拡散したり又は吸い出されたりしても、下地層領域５０が第二Ａ引出電極３２Ａへの拡散又は吸い出しを遮断する。 As shown in FIG. 7B, the underlayer region 50 is similar to the underlayer region 50 shown in FIG. 5B, and the underlayer region 50 includes a gold (Au) layer or gold / germanium (Au12Ge). An alloy layer or the like is not formed. Even if the eutectic metal ball 70 is melted and the germanium or gold of the second C extraction electrode 32C is diffused or sucked into the metal layer, the underlying layer region 50 is diffused or diffused into the second A extraction electrode 32A. Shut off suction.
下地層領域５０は、クロム（Ｃｒ）層のみなのでその幅を短くすると電気抵抗が大きくなり、その長さを長くすると電気抵抗が大きくなる。そこで下地層領域５０の幅が広く且つ長さが短い方が望ましい。第三圧電フレーム２０ｂは、第一Ｃ引出電極３１Ｃ及び第二Ｃ引出電極３２Ｃにおける電気抵抗が小さくなるメリットがある。 Since the underlayer region 50 includes only a chromium (Cr) layer, the electrical resistance increases when the width is shortened, and the electrical resistance increases when the length is increased. Therefore, it is desirable that the width of the underlayer region 50 is wide and the length is short. The third piezoelectric frame 20b has an advantage that the electric resistance in the first C extraction electrode 31C and the second C extraction electrode 32C is reduced.
以上で、本発明の最良の実施形態である圧電デバイスについて説明したが、圧電デバイスの周波数に与える影響を確実に防止することができる。以上の説明で、音叉型の水晶振動子を用いて実施例を述べたが、他の厚み滑り振動を用いたＡＴカット水晶板を用いた水晶振動子でも同様の効果が得られる。 Although the piezoelectric device which is the best embodiment of the present invention has been described above, the influence on the frequency of the piezoelectric device can be reliably prevented. In the above description, the embodiment has been described using a tuning fork type crystal resonator. However, the same effect can be obtained with a crystal resonator using an AT-cut quartz plate using another thickness-shear vibration.
１０ … リッド、１５ スルーホール配線
１７ … リッド側凹部
２０ … 第一圧電フレーム、２０ａ … 第二圧電フレーム
２０ｂ … 第三圧電フレーム
２１ … 励振腕、２２ … 空間部、２３ … 基部
２６ … 支持腕、２８ … 錘部、２９ … 外枠部
３０ … 音叉型水晶振動片
３１ … 第一引出電極（３１Ａ … 第一Ａ引出電極、３１Ｂ … 第一Ｂ引出電極、３１Ｃ … 第一Ｃ引出電極）
３２ … 第二引出電極（３２Ａ … 第二Ａ引出電極、３２Ｂ … 第二Ｂ引出電極、３２Ｃ … 第二Ｃ引出電極）
３３ … 第一励振電極、３４ … 第二励振電極
３５ … 第一接続端子、３６ … 第二接続端子
４０ … ベース
４１ … 第一スルーホール、４３ … 第二スルーホール
４２ … 第一接続電極、 ４４ … 第二接続電極
４５ … 第一外部電極、 ４６ … 第二外部電極
４７ … ベース側凹部
４９ … 段差部
５０ … 下地層領域
７０ … 共晶金属ボール
８０ … パッケージ
１００ … 第一圧電デバイス、１１０ … 第二圧電デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Lid, 15 Through-hole wiring 17 ... Lid side recessed part 20 ... 1st piezoelectric frame, 20a ... 2nd piezoelectric frame 20b ... 3rd piezoelectric frame 21 ... Excitation arm, 22 ... Space part, 23 ... Base part 26 ... Support arm, 28 ... weight part, 29 ... outer frame part 30 ... tuning fork type crystal vibrating piece 31 ... first extraction electrode (31A ... first A extraction electrode, 31B ... first B extraction electrode, 31C ... first C extraction electrode)
32 ... 2nd extraction electrode (32A ... 2nd A extraction electrode, 32B ... 2nd B extraction electrode, 32C ... 2nd C extraction electrode)
33 ... 1st excitation electrode, 34 ... 2nd excitation electrode 35 ... 1st connection terminal, 36 ... 2nd connection terminal 40 ... Base 41 ... 1st through hole, 43 ... 2nd through hole 42 ... 1st connection electrode, 44 ... second connection electrode 45 ... first external electrode, 46 ... second external electrode 47 ... base side concave portion 49 ... stepped portion 50 ... foundation layer region
70 ... Eutectic metal ball 80 ... Package 100 ... First piezoelectric device, 110 ... Second piezoelectric device
Claims (9)
封止材が挿入される貫通孔と、前記引出電極と接続され前記貫通孔に形成されたスルーホール配線とを有するベースと、を備え、
前記引出電極は、前記圧電フレームに形成される下地層と該下地層とは異なる材料で前記下地層の上面に形成される第１金属層とを含み、前記第１金属層は前記スルーホール配線に接続される位置から所定の位置まで前記封止材と同じ材料で形成されている圧電デバイス。 A piezoelectric frame having a vibrating piece having an excitation electrode, and an outer frame portion formed around the vibrating piece and formed with an extraction electrode extending from the excitation electrode;
A base having a through-hole into which a sealing material is inserted and a through-hole wiring connected to the extraction electrode and formed in the through-hole,
The extraction electrode includes a base layer formed on the piezoelectric frame and a first metal layer formed on a top surface of the base layer with a material different from the base layer, and the first metal layer is formed through the through-hole wiring. A piezoelectric device formed of the same material as the sealing material from a position connected to a predetermined position.
封止材が挿入される貫通孔と、前記引出電極と接続され前記貫通孔に形成されたスルーホール配線とを有するベースと、を備え、
前記引出電極は、前記圧電フレームに形成される下地層と該下地層とは異なる材料で前記下地層の上面に形成される第２金属層とを含み、前記第２金属層は前記スルーホール配線に接続される位置から所定の位置まで形成され、前記所定位置から一定の距離だけ前記下地層のみで形成されている圧電デバイス。 A piezoelectric frame having a vibrating piece having an excitation electrode, and an outer frame portion formed around the vibrating piece and formed with an extraction electrode extending from the excitation electrode;
A base having a through-hole into which a sealing material is inserted and a through-hole wiring connected to the extraction electrode and formed in the through-hole,
The extraction electrode includes a base layer formed on the piezoelectric frame and a second metal layer formed on an upper surface of the base layer with a material different from the base layer, and the second metal layer is formed through the through-hole wiring. A piezoelectric device that is formed from a position connected to a predetermined position to a predetermined position, and is formed of only the base layer by a certain distance from the predetermined position.
The piezoelectric device according to claim 2, wherein the second metal layer is a gold (Au) layer.
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