JP2015130641A - 圧電デバイス - Google Patents

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巧 有路
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邦夫 森田
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智之 落合
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Abstract

【課題】ハンダで基板に実装した場合に、ハンダが励振電極まで浸食することを回避できる圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電デバイス100は、励振電極128が形成された励振部124、枠部122、及び励振電極から引き出される引出電極130を有する圧電振動片120と、枠部と対向する主面の反対面に形成された実装端子142、側面に形成された切欠き部148、及び切欠き部に形成される切欠き部電極144を有するベース140と、を備える。引出電極は、切欠き部電極に接続される切欠き部領域130Aと、励振電極に接続される励振電極接続領域130Cと、切欠き部領域及び励振電極接続領域の間に形成される浸食防止領域130Bと、により構成される。浸食防止領域は金(Au)及び銀(Ag)を含まずに形成され、切欠き部領域及び励振電極接続領域は金(Au)又は銀(Ag)の少なくとも一方を含んで形成される。【選択図】図2

Description

本発明は圧電デバイスに関する。特に、ハンダの浸食を抑制できる圧電デバイスに関する。
携帯電話やパーソナルコンピュータなどの様々な電子機器には、主に周波数の選択や制御のために圧電デバイスが広く使われている。圧電デバイスは機能によって圧電振動子、圧電発振器、SAWデバイスや光学デバイス等に分類できる。そして、圧電素子に水晶を用いた水晶振動子や水晶発振器等が広く知られており、一般的に使われている。
ここで水晶振動子として、例えば、特許文献1では次のようなものが開示されている。まず、両主面に励振電極が形成された振動部と、振動部と接続して、当該振動部の周囲を囲む枠部がある。枠部には板状のベースが接合する。ベースの側面には切欠き部が形成され、ベースの裏面(枠部と接合する面の反対面)には実装端子が形成される。ここで、励振電極からは、枠部まで伸びるように引出電極が形成される。引出電極は、ベースの切欠き部に対向する領域まで伸びる。そして、実装端子は、切欠き部の側面に形成された電極を経由して引出電極に導通する。
特開2013−017163号公報
しかし、当該水晶振動子が、ハンダによって基板に実装された場合、ハンダが引出電極を浸食して、励振電極まで到達するおそれがあった。特に、電子機器の製造のために、当該水晶振動子を実装した基板を複数回加熱することが必要な場合がある。また、ハンダを構成する金属と引出電極を構成する金属とが合金を形成しやすい場合がある。この場合に、この際にハンダが励振電極まで到達するおそれが顕著になるという問題があった。
以上のような事情に鑑みて、本発明は圧電デバイスをハンダで基板に実装した場合に、ハンダが励振電極まで浸食することを回避できる圧電デバイスの提供を目的とする。
本発明の第1観点の圧電デバイスは、圧電材料からなり、励振部、励振部の周囲を囲む枠部、励振部と枠部とを接続する接続部、励振部の両主面に形成された励振電極、及び励振電極と接続して枠部まで伸びる引出電極、を有する枠付き圧電振動片と、枠部と接合材で接合し、枠部と対向する主面の反対面に形成された実装端子、側面に形成された切欠き部、及び切欠き部に形成されて実装端子及び引出電極と接続する切欠き部電極を有するベースと、を備える。引出電極は、切欠き部電極に接続される切欠き部領域と、励振電極に接続される励振電極接続領域と、切欠き部領域及び励振電極接続領域の間に形成されハンダの浸食を防止する為の浸食防止領域と、により構成され、また、浸食防止領域における引出電極は金(Au)及び銀(Ag)を含まずに形成され、切欠き部領域及び励振電極接続領域の引出電極は金(Au)又は銀(Ag)の少なくとも一方を含んで形成される。
本発明の第2観点の圧電デバイスは、第1観点の圧電デバイスにおいて、浸食防止領域が枠部に形成される。
本発明の第3観点の圧電デバイスは、第1観点又は第2観点の圧電デバイスにおいて、圧電材料からなり、両主面に形成される励振電極及び励振電極から引き出される引出電極を有する圧電振動片と、側面に形成された切欠き部、圧電振動片を載置する主面に形成され引出電極に電気的に接続される接続電極、圧電振動片を載置する主面とは反対側の主面に形成される実装端子、及び切欠き部に形成され接続電極と実装端子とを接続する切欠き部電極を有するベースと、を備える。接続電極は、切欠き部電極に接続される切欠き部領域と、引出電極を介して励振電極に電気的に接続される励振電極接続領域と、切欠き部領域及び励振電極接続領域の間に形成されハンダの浸食を防止する為の浸食防止領域と、により構成される。また、浸食防止領域における接続電極は金(Au)及び銀(Ag)を含まずに形成され、切欠き部領域及び励振電極接続領域の接続電極は金(Au)又は銀(Ag)の少なくとも一方を含んで形成される。
本発明の第4観点の圧電デバイスは、第1観点から第3観点の圧電デバイスにおいて、浸食防止領域がクロム(Cr)層、ニッケル(Ni)層、タングステン(W)層、モリブデン(Mo)層、ニッケルタングステン(NiW)層、チタン(Ti)層、又はクロム(Cr)層とニッケルタングステン(NiW)層との2層により形成され、切欠き部領域及び励振電極接続領域では表面に金(Au)層又は銀(Ag)層が形成されている。
本発明の第5観点の圧電デバイスは、第3観点の圧電デバイスにおいて、さらに、圧電振動片を覆うリッドを備える。また、浸食防止領域はリッドとベースとを接合する非導電性の接合材より形成される。
本発明の第6観点の圧電デバイスは、第1観点又は第2観点の圧電デバイスにおいて、浸食防止領域がベースと圧電振動片の枠部とを接合する非導電性の接合材より形成される。
本発明の第7観点の圧電デバイスは、第1観点から第6観点の圧電デバイスにおいて、切欠き部領域及び励振電極接続領域が、クロム(Cr)層と、クロム(Cr)層の表面に形成されるニッケルタングステン(NiW)層と、ニッケルタングステン(NiW)層の表面に形成される金(Au)層と、により形成される。
本発明の圧電デバイスによれば、圧電デバイスをハンダで基板に実装した場合に、ハンダが励振電極まで浸食することを回避できる。
圧電デバイス100の分解斜視図である。 図1のA−A断面図である。 (a)は、圧電振動片120の上面図である。 (b)は、圧電振動片120の下面図である。 ベース140の下面図である。 (a)は、圧電デバイス100の一部を拡大した断面図である。 (b)は、図5(a)の点線181の拡大図である。 圧電デバイス100の製造方法が示されたフローチャートである。 圧電ウエハW120の平面図である。 (a)は、クロム(Cr)のブロック154が形成されたベアウエハの枠部122の部分断面図である。 (b)は、励振電極128及び引出電極130が形成された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。 (c)は、浸食防止領域130Bの金(Au)層が除去された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。 (a)は、ベースウエハW140の平面図である。 (b)は、リッドウエハW110の平面図である。 (a)は、励振電極128及び引出電極130が形成された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。 (b)は、浸食防止領域130Bの金(Au)層が除去された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。 (c)は、圧電デバイス100aの一部を拡大した断面図である。 (a)は、浸食防止領域130Bにおいて第1層191Aから第3層191Cが除去された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。 (b)は、浸食防止領域130Bにクロム(Cr)層155が形成された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。 (c)は、圧電デバイス100bの一部を拡大した断面図である。 圧電デバイス200の分解斜視図である。 (a)は、図12のB−B断面図である。 (b)は、図13(a)の点線182の拡大図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
(第1実施形態)
<圧電デバイス100の全体構成>
図1は、圧電デバイス100の分解斜視図である。圧電デバイス100は外形が直方体状の圧電振動子である。圧電デバイス100は図1に示される通り、ベース140と、枠付き圧電振動片120と、リッド110とが積層された構成になっている。圧電振動片120には、例えばATカットの水晶振動片が用いられる。ATカットの水晶振動片は、主面(YZ面)が結晶軸(XYZ)のY軸に対して、X軸を中心としてZ軸からY軸方向に35度15分傾斜されている。以下の説明では、ATカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をY’軸及びZ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス100において、圧電デバイス100の長手方向をX軸方向、圧電デバイス100の高さ方向をY’軸方向、X軸方向及びY’軸方向に垂直な方向をZ’軸方向として説明する。
枠付き水晶振動片120は、中央に矩形状の振動部124が設けられる。振動部124の外側には、振動部124と離間して振動部124を囲む枠部122が設けられる。振動部124と枠部122とは、振動部124の−X軸側から−X軸方向に伸びて枠部122に到達する接続部126によって、接続される。
振動部124の両主面である+Y’軸側の面及び−Y’軸側の面には、図1に示される通り、互いに対向する励振電極128が形成される。また、各励振電極128からは、接続部126を介して枠部122に引出電極130が引き出されている。
ベース140は平板状に形成され、枠部122の−Y’軸側の面に接合される。ベース140は振動部124に対向するように配置される。ベース140はガラス又は水晶等を基材として形成される。また、ベース140の−X軸側の+Z’軸側及び+X軸側の−Z’軸側の角には、ベース140の角が切り取られるように形成される切欠き部148が形成されている。ベース140には電極が形成されるが、図1では示されていない。ベース140に形成される電極に関しては、図2、図4、図5(a)、及び図5(b)で説明される。
リッド110は平板状に形成され、枠部122の+Y’軸側の面に接合される。リッド110は振動部124に対向するように配置される。リッド110はガラス又は水晶等で形成される。
図2は、図1のA−A断面図である。リッド110と枠部122とは、ポリイミド等の樹脂接着剤又は低融点ガラス等の非導電性の接合材151で接合される。また、ベース140と枠部122とは、ポリイミド等の樹脂接着剤又は低融点ガラス等の非導電性の接合材150で接合される。こうして振動部124は、リッド110、枠部122、及びベース140で囲まれた空間に密閉封入される。また、振動部124は、圧電デバイス100の周波数を調整するため、及び振動部124がリッド110及びベース140に接触しないように枠部122よりも薄く形成される。
ベース140の−Y’軸側の面には一対の実装端子142が形成される。また、切欠き部148の側面には切欠き部電極144が形成され、引出電極130に接続されるように端部電極146が形成されている。実装端子142の一方はベース140の+X軸側に形成され、実装端子142の他方はベース140の−X軸側に形成される。それぞれの実装端子142は切欠き部148まで伸びて切欠き部電極144に接続される。また、切欠き部電極144は、枠部122の−Y’軸側の面に伸びて端部電極146に接続される。これにより、実装端子142は励振電極128に電気的に接続される。
図3(a)は、圧電振動片120の上面図である。振動部124と枠部122との間には圧電振動片120をY’軸方向に貫通する貫通溝132が形成されている。また、振動部124と枠部122とは接続部126を介して接続されている。振動部124には励振電極128が形成されており、励振電極128からは接続部126を介して枠部122に引出電極130が引き出されている。引出電極130は、貫通溝132の側面134を介して枠部122の−Y’軸側の面に引き出されている。
図3(b)は、圧電振動片120の下面図である。−Y’軸側の面に形成された励振電極128からは、引出電極130が引き出されている。引出電極130は、−Y’軸側の面の励振電極128から−X軸方向に伸び、枠部122の−X軸側及び−Z’軸側の部分を通って、枠部122の−Y’軸側の面であって、−Z’軸側かつ+X軸側の角部まで伸びる。
また、+Y’軸側の面に形成された励振電極128から引き出される引出電極130は、貫通溝132の側面134を介して枠部122の−Y’軸側の面に引き出されている。−Y’軸側の面に引き出された引出電極130は、枠部122の−Y’軸側の面であって、+Z’軸側かつ−X軸側の角部まで伸びる。
枠部122の一部は、ベース140に接続された場合にベース140の切欠き部148に面する(図2参照)。図3(b)では、枠部122における切欠き部148に面する領域である切欠き部対向領域170が示されている。枠部122における切欠き部対向領域170の少なくとも一部には、各引出電極130が形成されている。
引出電極130は、切欠き部領域130A、浸食防止領域130B、及び励振電極接続領域130Cの3つの領域に分けて説明される。切欠き部領域130Aは、ベース140の切欠き部148に面する切欠き部対向領域170を含む領域である。励振電極接続領域130Cは励振電極128に接続される領域である。浸食防止領域130Bは、切欠き部領域130A及び励振電極接続領域130Cの間に形成される領域であり、切欠き部領域130Aと励振電極接続領域130Cとを分断するように形成されている。なお、励振電極接続領域130Cは、図3(a)に示される励振電極128に接続される引出電極130も含まれる。
枠部122の−Y’軸側の面に形成される切欠き部領域130Aは、Z’軸方向の長さがL2であり、X軸方向の長さがL1である。圧電振動片120では、L2は後述される図4のL4に等しい。またL1は図4のL3より大きい。
図4は、ベース140の下面図である。ベース140は、主面が略長方形に形成されており、−X軸側の+Z’軸側及び+X軸側の−Z’軸側の角には切欠き部148が形成されている。ベース140の−Y’軸側の面の+X軸側及び−X軸側にはそれぞれ実装端子142が形成されている。また、切欠き部148の側面には切欠き部電極144が形成される。切欠き部148のXZ’平面の大きさは、Z’軸方向の長さをL4とし、X方向の長さをL3としたとき、L3が例えば0.08mmであり、L4が例えば0.4mmである。
<圧電デバイス100の電極>
図5(a)は、圧電デバイス100の一部を拡大した断面図である。図5(a)では、図2の点線180で囲まれた領域が示されている。また、図5(a)では、圧電デバイス100が基板160に載置された状態の断面図として示されている。以下に、図5(a)を参照して引出電極130、及び、引出電極130と実装端子142との導通について説明する。
圧電デバイス100は、例えば基板160に実装されることにより用いられる。この場合、圧電デバイス100の実装端子142は、基板160上に形成される基板電極161にハンダ152を介して接合され、電気的に接続される。また、図5(a)に示されるように、ハンダ152の濡れ性によってハンダ152は切欠き電極144、端部電極146、及び引出電極130にも接触する場合がある。
実装端子142は、ベース140の基材上に形成される実装端子142Aと実装端子142Aの表面に形成される実装端子142Bとの2層で形成される。また、切欠き部電極144は切欠き部電極144Aと切欠き部電極144Aの表面に形成される切欠き電極144Bとの2層で構成され、端部電極146は端部電極146Aと端部電極146Aの表面に形成される端部電極146Bとの2層で構成される。端部電極146は、枠部122の切欠き部148に面する切欠き部対向領域170に形成される引出電極130の切欠き部領域130Aに接続されている。
実装端子142A、切欠き部電極144A、及び端部電極146Aは一体的に形成されている。また、実装端子142B、切欠き部電極144B、及び端部電極146Bが一体的に形成されている。実装端子142A、切欠き部電極144A、及び端部電極146Aはスパッタ又は蒸着などで形成される。実装端子142B、切欠き部電極144B及び端部電極146Bは、無電解メッキで形成される。実装端子142B、切欠き部電極144B及び端部電極146Bは、実装端子142A、切欠き部電極144A、及び端部電極146Aより厚く形成される。これにより、実装端子142、切欠き部電極144、及び端部電極146の全体が厚く形成されるため、実装端子142と引出電極130との断線が防止され、導通が確保される。
図5(b)は、図5(a)の点線181の拡大図である。切欠き部電極144Aは、さらに3層からなる。ベース140の基材に接する層である切欠き部電極144Aの第1層193Aは、例えばクロム(Cr)層として形成される。当該第1層193Aの表面に形成される第2層193Bは、ニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金であるニッケルタングステン(NiW)層として形成される。当該第2層193Bの表面に形成される第3層193Cは、金(Au)層として形成される。実装端子142A及び端部電極146Aは切欠き部電極144Aと一体的に形成されるため、実装端子142A及び端部電極146Aも切欠き部電極144Aと同様に第1層193A、第2層193B、及び第3層193Cにより形成される。
また、切欠き部電極144Bは2層からなる。切欠き部電極144Aの表面に接するように形成される層である切欠き部電極144Bの第1層194Aは、ニッケル(Ni)層として形成される。当該第1層194Aの表面に形成される第2層194Bは金(Au)層として形成される。そして、当該第2層194Bが切欠き部電極144の表面に露出する。実装端子142B及び端部電極146Bは切欠き部電極144Bと一体的に形成されるため、実装端子142B及び端部電極146Bも切欠き部電極144Bと同様に第1層194A及び第2層194Bにより形成される。
引出電極130の切欠き部領域130A及び励振電極接続領域130Cは、3層からなる。圧電振動片120の基材である水晶の表面には、第1層191Aとしてクロム(Cr)層が形成される。当該第1層191Aの表面に形成される第2層191Bは、ニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金であるニッケルタングステン(NiW)層として形成される。当該第2層191Bの表面に形成される第3層191Cは、金(Au)層として形成される。一方、浸食防止領域130Bはクロム(Cr)のみからなる。なお、クロム(Cr)の表面にニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金であるニッケルタングステン(NiW)層が形成されていてもよい。
浸食防止領域130Bは、圧電振動片120の基材となる水晶との付着強度が強く、ハンダ152に浸食され難く、導電性を有する金属により形成されることができる。そのため、浸食防止領域130Bは、例えば、クロム(Cr)の代わりに、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、ニッケルタングステン(NiW)、モリブデン(Mo)、又はチタン(Ti)等により形成されても良い。
また、切欠き部領域130A及び励振電極接続領域130Cの第3層191C、実装端子142A、端部電極146A、及び切欠き部電極144Aの第3層193C、及び実装端子142B、端部電極146B、及び切欠き部電極144Bの第2層194Bは、金(Au)の代わりに銀(Ag)を用いて銀(Ag)層が形成されても良く、金(Au)、銀(Ag)、及びパラジウム(Pd)の合金により形成される層が形成されても良い。
なお、励振電極128も、引出電極130の切欠き部領域130A及び励振電極接続領域130Cと同様の3層により形成される。すなわち、第1層191Aのクロム(Cr)層、第2層191Bのニッケルタングステン(NiW)層、及び第3層191Cの金(Au)層により形成される。
<圧電デバイス100の基板160への実装方法>
圧電デバイス100は、図5(a)に示されるように、基板160に実装されることにより用いられる。このような実装は次のようにして行われる。まず、基板電極161が形成された基板160を用意する。次に、基板電極161の表面にハンダ152のペーストを塗布する。次に、ハンダ152のペースト上に実装端子142が接触するように基板160に圧電デバイス100を載置する。次に、少なくともハンダ152のペーストを加熱して溶融させることにより、圧電デバイス100が基板160に接合される。ハンダ152のペーストが加熱された際、ハンダ152は、図5(a)に示される通り、切欠き部電極144の表面を這い上がり、端部電極146及び、引出電極130の枠部122の切欠き部対向領域170における外側面に到達する。
ここで、ハンダは鉛(Pb)及びスズ(Sn)を主成分とした合金であり、ハンダの主成分であるスズ(Sn)は、金(Au)と合金を形成しやすい性質があることが知られている。よって、スズ(Sn)と金(Au)とが接触した状態で加熱されると、スズ(Sn)は金(Au)を浸食していく。図5(b)に示されるように、ハンダ152と切欠き部領域130Aの第3層191Cとが接触する場合には、ハンダ152が切欠き部領域130Aの表面の層である第3層191Cを構成する金(Au)を浸食して励振電極128の方向に進む。
従来の圧電デバイスでは、このようにハンダのスズ(Sn)が引出電極に含まれる金(Au)を介して圧電振動片の励振電極に到達し、励振電極をも浸食することで圧電振動片の周波数をずらし、又は圧電振動片の発振を妨げる場合があった。
圧電デバイス100では、引出電極130に浸食防止領域130Bが形成されることにより、ハンダ152が切欠き部領域130Aを浸食していっても、クロム(Cr)からなる浸食防止領域130Bに到達すると、浸食防止領域130Bで浸食が実質的に止まるといえる。また、スズ(Sn)とクロム(Cr)、ニッケル(Ni)、ニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金であるニッケルタングステン(NiW)とは、それぞれ、スズ(Sn)及び金(Au)の場合と比べて合金が形成されにくく、加熱してもスズ(Sn)が、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、及びニッケルタングステン(NiW)を浸食する速度が遅い。したがって、ハンダ152が励振電極接続領域130Cまで到達することがない。これにより、ハンダ152が励振電極128にまで到達することが防がれている。
また、ハンダ152は励振電極128にまで到達しなくても、ベース140に直接固定されない接続部126及び振動部124にまで浸食した場合には、接続部126及び振動部124に形成される引出電極130の重さが変動して周波数が変動する可能性がある。圧電デバイス100では、浸食防止領域130Bが枠部122に形成されていることによりハンダ152が接続部126及び振動部124にまで浸食することが防がれているため好ましい。
以上では、切欠き部領域130Aの外側面から、ハンダ152が浸食することを説明した。しかし、端部電極146から、ハンダ152が切欠き部領域130Aまで浸食することもある。この点を次に説明する。
端部電極146の表面となる、端部電極146Bの第2層194Bは金(Au)の層がある。したがって、ハンダ152は、加熱された際に当該金(Au)の層を浸食して、端部電極146Bの第1層194Aに到達する。ここで、端部電極146Bの第1層194Aはニッケル(Ni)の層であるため、ハンダ152の浸食の速度が遅くなる。しかし、当該第1層194Aは例えば30Åであり薄く形成される。したがって、ハンダ152は当該第1層194Aを浸食して、端部電極146Aに到達することがある。
ここで、端部電極146Aの表面の層である第3層193Cは金(Au)の層である。したがって、ハンダ152は当該第3層193Cを浸食して端部電極146Aの第2層193Bに到達する。ここで、当該第2層193B及び第1層193Aは、それぞれスズ(Sn)の浸食が遅い、ニッケル(Ni)とタングステン(W)との合金の層、及びクロム(Cr)の層である。しかし、当該第2層193B及び第1層193Aは、それぞれ例えば30Åであり薄く形成される。したがって、端部電極146Bの場合と同様に、ハンダ152は、端部電極146Aを浸食していき、引出電極130に到達することがある。
このようにして、ハンダ152は端部電極146を浸食して枠部122の切欠き部148に面する領域170に形成される引出電極130に到達することがある。しかし、このようにハンダ152の浸食が進んでも、ハンダ152の浸食が、クロム(Cr)からなる浸食防止領域130Bに到達すると、浸食防止領域130Bで浸食が実質的に止まるといえる。したがって、ハンダ152が励振電極接続領域130Cまで到達することがない。
以上説明した圧電デバイス100によれば、以下の優れた効果が得られる。切欠き部領域130A及び励振電極接続領域130Cの表面には金(Au)の層が形成される。しかし、切欠き部領域130Aと励振電極接続領域130Cとを分断する領域に、クロム(Cr)からなる浸食防止領域130Bが形成される。
したがって、圧電デバイス100を、ハンダ152で基板160に実装して、ハンダ152が切欠き部領域130Aに浸食した場合であっても、当該浸食は浸食防止領域130Bで止められて、ハンダ152が励振電極128まで到達することを回避できる。特に、図3(b)に示される通り、浸食防止領域130Bは枠部122に形成される。したがって、ハンダ152が、振動部124及び接続部126まで到達することを回避できる。さらに、ハンダ152が、枠部122における、振動部124側の端部まで到達することを回避できる。
また、電子機器の製造のため、圧電デバイス100が実装された基板160を、さらに1回以上加熱することがある。この場合、ハンダ152の浸食がより進むと考えられる。しかし、浸食防止領域130Bによってハンダ152の浸食が止まるため、ハンダ152が励振電極接続領域130Cまで浸食することを回避できる。なお、浸食防止領域130Bの表面にニッケル(Ni)とタングステン(W)との合金の層がある場合であっても、ニッケル(Ni)とタングステン(W)との合金はハンダの浸食が遅いため、同様の効果が得られる。
<圧電デバイス100の製造方法>
図6は、圧電デバイス100の製造方法が示されたフローチャートである。以下に、図6のフローチャートを参照して圧電デバイス100の製造方法を説明する。
ステップS101では、圧電ウエハW120が用意される。ステップS101は、圧電ウエハを用意する工程である。圧電ウエハW120には、複数の圧電振動片120が形成されている。
図7は、圧電ウエハW120の平面図である。圧電ウエハW120には、複数の圧電振動片120が形成されており、互いに隣接した圧電振動片120の境界にはスクライブライン171が示されている。各圧電振動片120には貫通孔132が形成され、励振電極128及び引出電極130が形成されている。
ステップS101では、まず圧電材料により形成されたベアウエハが用意される。圧電デバイス100では圧電材料として水晶が用いられるため、用意されるベアウエハは水晶のベアウエハである。ベアウエハは、枠付き圧電振動片120となる仮想的な領域(枠付き圧電振動片仮想領域)を複数有している。この枠付き圧電振動片仮想領域は、図7においてはスクライブライン171により囲まれた1つの領域に相当する。
次に、ベアウエハをエッチングして、枠付き圧電振動片仮想領域のそれぞれについて、振動部124及び接続部126の外形を形成する。具体的には、枠部122と、接続部126と、振動部124とで囲まれる領域を貫通させる。この際、振動部124を所定の厚さにして、圧電デバイス100の周波数が所定の値になるように調整する。
次に、エッチングされたベアウエハに励振電極128及び引出電極130を形成する。以下に、図8(a)から図8(c)を参照して電極形成について説明する。
図8(a)は、クロム(Cr)のブロック154が形成されたベアウエハの枠部122の部分断面図である。ベアウエハはエッチングされた後に、ベアウエハの−Y’軸側の全面にクロム(Cr)の膜をスパッタ又は蒸着などで形成する。次に、エッチングによって、枠付き圧電振動片仮想領域における浸食防止領域130Bが形成される領域以外の領域のクロム(Cr)を除去する。その結果、図8(a)に示されるように枠部122の浸食防止領域130Bが形成される領域にクロム(Cr)のブロック154が形成される。
図8(b)は、励振電極128及び引出電極130が形成された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。クロム(Cr)のブロック154が形成されたベアウエハは励振電極128及び引出電極130が形成されることにより圧電ウエハW120として形成される。図8(a)に示されるクロム(Cr)のブロック154が形成されたベアウエハの+Y’軸側及び−Y’軸側の全面に、クロム(Cr)の層、ニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金の層、及び金(Au)の層を、スパッタ又は蒸着などによって、この順序で形成する。これらの層が引出電極130の第1層191A、第2層191B、及び第3層191Cとなる。次に、エッチングによって、励振電極128及び引出電極130を除いた領域の、クロム(Cr)の層、ニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金の層、及び金(Au)の層を除去する。これによって、励振電極128及び引出電極130が形成される。
図8(c)は、浸食防止領域130Bの金(Au)層が除去された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。図8(b)に示される状態では浸食防止領域130Bの表面に金(Au)の層が残っている。そこで、次に、エッチングによって、浸食防止領域130Bの表面に形成された金(Au)の層を除去する。なお、浸食防止領域130Bの表面の金(Au)の層と共にニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金の層を除去してもよい。この場合、浸食防止領域130Bは、図5(b)に示されるようにクロム(Cr)の層のみから形成されることになる。
図6に戻って、ステップS102では、ベースウエハW140が用意される。ベースウエハW140には、複数のベース140が形成される。ステップS102は、ベースウエハW140を用意する工程である。
図9(a)は、ベースウエハW140の平面図である。ベースウエハW140には、複数のベース140が形成されており、互いに隣接したベース140の境界にはスクライブライン171が示されている。ベースウエハW140は、水晶等の圧電材料又はガラス等により形成されている。
ステップS102では、まず圧電材料等により形成されたベアウエハが用意される。圧電デバイス100では、用意されるベアウエハは水晶のベアウエハである。ベアウエハは、ベース140となる仮想的な領域(ベース仮想領域)を複数有する。次に、エッチングによって、ベース仮想領域の切欠き部148となる領域が貫通されて、切欠き部148が形成される。
ステップS103では、リッドウエハW110が用意される。リッドウエハW110には、複数のリッド110が形成される。ステップS103は、リッドウエハW110を用意する工程である。
図9(b)は、リッドウエハW110の平面図である。リッドウエハW110には、複数のリッド110が形成されており、互いに隣接したリッド110の境界にはスクライブライン171が示されている。リッドウエハW110は、水晶等の圧電材料又はガラス等により形成される。ステップS103では、まず圧電材料又はガラス等により形成されたベアウエハが用意される。圧電デバイス100では、用意されるベアウエハは水晶のベアウエハである。ベアウエハは、リッド110となる仮想的な領域(リッド仮想領域)を複数有する。
ステップS104では、接合材150により圧電ウエハW120とベースウエハW140とが接合される。ステップS104は、圧電ウエハとベースウエハとの接合工程である。ステップS104では、圧電ウエハW120の−Y’軸側の面とベースウエハW140の+Y’軸側の面とが、枠付き圧電振動片仮想領域とベース仮想領域とが対向するように接合材150を介して互いに接合される。
ステップS105では、接合材151により圧電ウエハW120とリッドウエハW110とが接合される。ステップS105は、圧電ウエハとリッドウエハとの接合工程である。ステップS105では、圧電ウエハW120の+Y’軸側の面とリッドウエハW110の−Y’軸側の面とが、枠付き圧電振動片仮想領域とリッド仮想領域とが対向するように接合材151を介して互いに接合される。これによって、積層されたウエハが形成される。
ステップS106では、実装端子142が形成される。ステップS106は、実装端子形成工程である。当該積層されたウエハの−Y’軸側の面であるベースウエハW140側の面からスパッタ又は蒸着などによって、クロム(Cr)の層、ニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金の層、及び金(Au)の層が順次形成されて、図5(a)に示される実装端子142A、切欠き部電極144A及び端部電極146Aが形成される。次に無電解メッキによって、実装端子142A、切欠き部電極144A及び端部電極146Aの表面に、ニッケル(Ni)の層及び金(Au)の層が順次形成され、実装端子142B、切欠き部電極144B及び端部電極146Bが形成される。
ステップS107では、積層されたウエハがダイシングにより切断される。ステップS107は、切断工程である。当該積層されたウエハは、スクライブライン171に沿ってダイシングされることにより、個片になった圧電デバイス100が形成される。
<浸食防止領域130Bの形成例>
浸食防止領域130Bは、図8(a)から図8(c)で説明された方法とは異なる方法により形成されても良い。以下に、図8(a)から図8(c)で説明された方法とは異なる方法により浸食防止領域130Bを形成する方法について説明する。なお、図10(a)から図10(c)においては圧電デバイス100aについて、図10(a)及び図11(a)から図11(c)においては圧電デバイス100bについて説明される。圧電デバイス100a、100bは、圧電デバイス100と浸食防止領域130Bの構成が異なるのみであり、その他の構成は圧電デバイス100と同様である。
図10(a)は、励振電極128及び引出電極130が形成された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。図10(a)には、図6のステップS101においてエッチングされたベアウエハに励振電極128及び引出電極130が形成された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面が示されている。図10(a)は図8(b)とは異なり、クロム(Cr)のブロック154が形成されていない。
図10(b)は、浸食防止領域130Bの金(Au)層が除去された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。図10(b)における浸食防止領域130Bは、第3層191Cがエッチングされることにより除去される。すなわち、浸食防止領域130Bが第1層191A及び第2層191Bにより形成されることになる。
図10(c)は、圧電デバイス100aの一部を拡大した断面図である。図10(c)は、図5(b)に相当する部分の断面図である。圧電デバイス100aでは、浸食防止領域130Bの第3層191Cが形成されていた空間に接合材150が入り込んでいる。これにより、切欠き部領域130Aにハンダ152が浸食したとしても、第1層191A及び第2層191Bはハンダ152に浸食され難く、接合材150はハンダ152に浸食されないため、ハンダ152の浸食が励振電極接続領域130Cまで及ぶことが防がれる。
図11(a)は、浸食防止領域130Bにおいて第1層191Aから第3層191Cが除去された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。圧電デバイス100bでは、図10(a)の状態から浸食防止領域130Bの第1層191Aから第3層191Cがエッチング等により除去される。
図11(b)は、浸食防止領域130Bにクロム(Cr)層155が形成された圧電ウエハW120の枠部122の部分断面図である。圧電デバイス100bでは、図11(a)の後に、浸食防止領域130Bにクロム(Cr)層155がスパッタ又は蒸着などで形成される。
図11(c)は、圧電デバイス100bの一部を拡大した断面図である。図11(c)は、図5(b)に相当する部分の断面図である。圧電デバイス100bでは、浸食防止領域130Bが、ハンダ152が浸食し難いクロム(Cr)層155のみにより形成されることになる。そのため、切欠き部領域130Aにハンダ152が浸食したとしても、ハンダ152の浸食が励振電極接続領域130Cまで及ぶことが防がれる。
(第2実施形態)
圧電デバイス100は、ベース140、圧電振動片120、及びリッド110が重ね合わされる3枚重ねの圧電デバイスであるが、ベースにリッドが直接接合される2枚重ねの圧電デバイスにおいても励振電極にハンダが浸食するという問題が起こりうる。そのため、2枚重ねの圧電デバイスにおいてもハンダの浸食を防ぐための浸食防止領域が電極に形成されても良い。以下に、浸食防止領域が形成される2枚重ねの圧電デバイス200について説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ部分に関しては第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
<圧電デバイス200の全体構成>
図12は、圧電デバイス200の分解斜視図である。圧電デバイス200は主に、圧電振動片220と、ベース240と、リッド210と、により構成されている。圧電デバイス200では、リッド210及びベース240が、例えば水晶又はガラス材料等を基材として形成されている。また、圧電振動片130には例えばATカットの水晶振動片が用いられる。
圧電デバイス200は、ベース240の+Y’軸側の面上に圧電振動片220が載置される。さらに圧電振動片220を密封するようにリッド210がベース240の+Y’軸側に接合されて圧電デバイス200が形成されている。
圧電振動片220は、+Y’軸側及び−Y’軸側の主面に励振電極221が形成されている。また、各励振電極221からは−X軸方向に引出電極222が引き出されて形成されている。−Y’軸側に形成されている励振電極221に接続されている引出電極222は、−Y’軸側の面の−X軸側の−Z’軸側の端まで引き出されており、さらに−Z’軸側の側面を介して+Y’軸側の面に引き出されている。
また、+Y’軸側に形成されている励振電極221に接続されている引出電極222は、−Y’軸側の面の−X軸側及び+Z’軸側の端まで引き出され、さらに+Z’軸側の側面を介して−Y’軸側の面に引き出されている。圧電振動片220に形成される励振電極221及び引出電極222等の電極は、例えば圧電振動片220にクロム(Cr)層が形成され、クロム(Cr)層の上に金(Au)層が形成されることにより形成されている。
リッド210は、−Y’軸側の面に+Y’軸側に凹んでいる凹部211が形成されている。また、凹部211の周囲には接合面212が形成されている。リッド210は、接合面212においてベース240に接合される。
ベース240は、−X軸側の+Z’軸側及び+X軸側の−Z’軸側の角には、ベース240の角が切り取られるように切欠き部248が形成されている。ベース240の+Y’軸側の面には、圧電振動片220の引出電極222に電気的に接続される一対の接続電極230が形成されている。また、切欠き部248には切欠き部電極244が形成され、ベース240の−Y’軸側の面には実装端子242が形成されている。
接続電極230は、切欠き部電極244に接続される切欠き部領域230A、導電性接着剤を介して圧電振動片が載置されることにより励振電極に電気的に接続される励振電極接続領域230C、及び切欠き部領域230Aと励振電極接続領域230Cとの間に形成される浸食防止領域230Bにより形成される。また、実装端子242は、ベース240の基材の表面に形成される実装端子242Aと、実装端子242Aの表面に形成される実装端子242Bと、により形成され、切欠き部電極244は、ベース240の基材の表面に形成される切欠き部電極244Aと、切欠き部電極244Aの表面に形成される切欠き部電極244Bと、により形成されている。
図13(a)は、図12のB−B断面図である。リッド210はベース240に接合材150を介して接合されることにより圧電デバイス200内に密封されたキャビティ201が形成される。圧電デバイス200では、導電性接着剤156を介して励振電極接続領域230Cに引出電極222が接続されることにより、圧電振動片220がキャビティ201に載置される。
ベース240に形成される接続電極230、切欠き部電極244A、及び実装端子242Aは、ベース240とリッド210とが接合される前にスパッタ又は蒸着等により形成される。切欠き部電極244B及び実装端子242Bは、ベース240とリッド210とが接合された後に無電解メッキにより形成される。
図13(b)は、図13(a)の点線182の拡大図である。図13(b)では、圧電デバイス200がハンダ152で基板160に接合された場合の拡大図として示されている。
接続電極230の切欠き部領域230A及び励振電極接続領域230Cは、ベース240の基材の表面に形成される第1層291A、第1層291Aの表面に形成される第2層291B、及び第2層291Bの表面に形成される第3層291Cにより形成されている。また、切欠き部電極244Aは、ベース240の基材の表面に形成される第1層293A、第1層293Aの表面に形成される第2層293B、及び第2層293Bの表面に形成される第3層293Cにより形成されている。
切欠き部領域230Aの第1層291Aと切欠き部電極244Aの第1層293Aとはクロム(Cr)の層として一体的に形成されており、切欠き部領域230Aの第2層291Bと切欠き部電極244Aの第2層293Bとはニッケル(Ni)及びタングステン(W)の合金の層として一体的に形成されており、切欠き部領域230Aの第3層291Cと切欠き部電極244Aの第3層293Cとは金(Au)の層として一体的に形成されている。また、浸食防止領域230Bは、図5(b)の浸食防止領域130Bと同様に、クロム(Cr)により形成される。
(コメント:図13(b)も図5(b)と同様の修正をしました。)
切欠き部電極244Bは、切欠き部電極244Aの表面に形成される第1層294Aと第1層294Aの表面に形成されている第2層294Bとにより形成されている。第1層294Aはニッケル(Ni)の層であり、第2層294Bは金(Au)の層である。
ハンダ152は、加熱された際に金(Au)の層である第2層294Bを浸食して、切欠き部電極244Bの第1層294Aに到達する。ここで、切欠き部電極244Bの第1層294Aはニッケル(Ni)の層であるため、ハンダ152の浸食の速度が遅くなる。しかし、当該第1層294Aは例えば30Åであり薄く形成される。したがって、ハンダ152は当該第1層294Aを浸食して、切欠き部電極244Aに到達することがある。
切欠き部電極244Aに到達したハンダ152は導電性接着剤156に達する。導電性接着剤は、主に圧電振動片を固定するためのバインダーと、電気伝導性を持たせるための導電フィラーとにより構成される。導電フィラーは、例えば銀(Ag)の粒子により構成される。ハンダ152に含まれるスズ(Sn)は、銀(Ag)に対しても浸食するため、ハンダ152は導電性接着剤156を介して圧電振動片220の引出電極222及び励振電極221に達する可能性がある。
圧電デバイス200では、接続電極230に浸食防止領域230Bが形成されることにより、ハンダ152が励振電極接続領域230Cに達することが防がれている。これにより、ハンダ152が圧電振動片220に達することが防がれている。
図13(b)では、浸食防止領域230Bがキャビティ201内に露出した状態で形成されているが、浸食防止領域230Bは接合材150の−Y’軸側に形成されていても良い。また、接続電極230では、切欠き部領域230Aを形成せずに励振電極接続領域230C及び浸食防止領域230Bのみで形成されても良い。この場合、浸食防止領域230Bが切欠き部電極244Aに接続されることになる。さらに、浸食防止領域230Bは、第1実施形態で示された浸食防止領域130Bと同様の様々な形状、構成に形成されることができる。
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、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。また、各実施形態の特徴を様々に組み合わせて実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、引出電極及び接続電極の切欠き部領域及び励振電極接続領域が、第1層のクロム(Cr)の層、第2層のニッケル(Ni)とタングステン(W)の合金の層、及び、第3層の金(Au)の層からなっていた。しかし、当該第1層及び第2層の代わりに他の金属の層を形成してもよい。具体的には当該第3層の金属、及び、圧電振動片を構成する圧電材料と一定の接合強度を確保できる金属を用いた層を形成してもよい。
上記の実施形態では、引出電極及び接続電極の切欠き部領域及び励振電極接続領域及び励振電極の表面の層である第3層は金(Au)からなる。しかし、金(Au)の代わりに、銀(Ag)、又は金(Au)、銀(Ag)、及びパラジウム(Pd)の合金を用いてもよい。銀(Ag)も、金(Au)と同様にハンダ152の浸食が進みやすい。しかし、上記の通り、当該浸食は引出電極及び接続電極の浸食防止領域で止められる。
第1実施形態では、浸食防止領域130Bが枠部122に形成された。しかし、浸食防止領域130Bの形成箇所はこれに限定されず、例えば接続部126に形成されてもよい。この場合も、ハンダ152の浸食は浸食防止領域130Bで止められるため、ハンダ152が振動部124まで浸食することを回避できる。
また、浸食防止領域130Bの一部が切欠き部対向領域170と重なっていてもよい。こ場合であっても、浸食防止領域130Bが、切欠き部対向領域170と励振電極接続領域130Cとを分断する領域まで伸びていれば、ハンダ152が励振電極128まで浸食することを防止できる。
また、上記の実施形態では、振動部は矩形であってが、音叉型、楕円形、円形など他の形状であってもよい。また、圧電振動片はATカットの水晶であったが、Zカット又はBTカットなどの水晶を用いてもよい。また、圧電デバイス100、200は水晶振動子であったが、発振回路を備えたICを搭載した圧電発振器であってもよい。また、圧電振動片120、220は水晶で形成されたが、水晶以外の圧電材料、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックを用いてもよい。
100、200 … 圧電デバイス
110、210 … リッド
120、220 … 圧電振動片
122 … 枠部
124 … 振動部
126 … 接続部
128、221 … 励振電極
130、222 … 引出電極
130A、230A … 切欠き部領域
130B、230B … 浸食防止領域
130C、230C … 励振電極接続領域
132 … 貫通溝
134 … 貫通溝132の側面
140、240 … ベース
142、142A、B、242、242A、242B … 実装端子
144、144A、B、244、244A、244B … 切欠き部電極
146、146A、B … 端部電極
148、248 … 切欠き部
150、151 … 接合材
152 … ハンダ
154 … クロム(Cr)のブロック
155 … クロム(Cr)層
156 … 導電性接着剤
160 … 基板
161 … 基板電極
170 … 切欠き部対向領域
171 … スクライブライン
191A、291A … 切欠き部領域及び励振電極接続領域の第1層
191B、291B … 切欠き部領域及び励振電極接続領域の第2層
191C、291C … 切欠き部領域及び励振電極接続領域の第3層
193A … 実装端子142A、切欠き部電極144A、及び端部電極146Aの第1層
193B … 実装端子142A、切欠き部電極144A、及び端部電極146Aの第2層
193C … 実装端子142A、切欠き部電極144A、及び端部電極146Aの第3層
194A … 実装端子142B、切欠き部電極144B、及び端部電極146Bの第1層
194B … 実装端子142B、切欠き部電極144B、及び端部電極146Bの第2層
201 … キャビティ
211 … 凹部
212 … 接合面
230 … 接続電極
L1 … 切欠き部領域130AのX軸方向の長さ
L2 … 切欠き部領域130AのZ’軸方向の長さ
L3 … 切欠き部電極144のX方向の長さ
L4 … 切欠き部電極144のZ’軸方向の長さ
W110 … リッドウエハ
W120 … 圧電ウエハ
W140 … ベースウエハ

Claims (7)

  1. 圧電材料からなり、励振部と、前記励振部の周囲を囲む枠部と、前記励振部と前記枠部とを接続する接続部と、前記励振部の両主面に形成された励振電極と、前記励振電極と接続して前記枠部まで伸びる引出電極と、を有する枠付き圧電振動片と、
    前記枠部と接合材で接合し、前記枠部と対向する主面の反対面に形成された実装端子と、側面に形成された切欠き部と、前記切欠き部に形成されて前記実装端子及び前記引出電極と接続する切欠き部電極と、を有するベースと、を備え、
    前記引出電極は、前記切欠き部電極に接続される切欠き部領域と、前記励振電極に接続される励振電極接続領域と、前記切欠き部領域及び前記励振電極接続領域の間に形成されハンダの浸食を防止する為の浸食防止領域と、により構成され、
    前記浸食防止領域における前記引出電極は金(Au)及び銀(Ag)を含まずに形成され、前記切欠き部領域及び前記励振電極接続領域の前記引出電極は金(Au)又は銀(Ag)の少なくとも一方を含んで形成される圧電デバイス。
  2. 前記浸食防止領域は、前記枠部に形成された請求項1に記載の圧電デバイス。
  3. 圧電材料からなり、両主面に形成される励振電極及び前記励振電極から引き出される引出電極を有する圧電振動片と、
    側面に形成された切欠き部と、前記圧電振動片を載置する主面に形成され前記引出電極に電気的に接続される接続電極と、前記圧電振動片を載置する主面とは反対側の主面に形成される実装端子と、前記切欠き部に形成され前記接続電極と前記実装端子とを接続する切欠き部電極と、を有するベースと、を備え、
    前記接続電極は、前記切欠き部電極に接続される切欠き部領域と、前記引出電極を介して前記励振電極に電気的に接続される励振電極接続領域と、前記切欠き部領域及び前記励振電極接続領域の間に形成されハンダの浸食を防止する為の浸食防止領域と、により構成され、
    前記浸食防止領域における前記接続電極は金(Au)及び銀(Ag)を含まずに形成され、前記切欠き部領域及び前記励振電極接続領域の前記接続電極は金(Au)又は銀(Ag)の少なくとも一方を含んで形成される圧電デバイス。
  4. 前記浸食防止領域はクロム(Cr)層、ニッケル(Ni)層、タングステン(W)層、モリブデン(Mo)層、ニッケルタングステン(NiW)層、チタン(Ti)層、又はクロム(Cr)層とニッケルタングステン(NiW)層との2層により形成され、前記切欠き部領域及び前記励振電極接続領域では表面に金(Au)層又は銀(Ag)層が形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
  5. さらに、前記圧電振動片を覆うリッドを備え、
    前記浸食防止領域は前記リッドと前記ベースとを接合する非導電性の接合材より形成される請求項3に記載の圧電デバイス。
  6. 前記浸食防止領域は前記ベースと前記圧電振動片の枠部とを接合する非導電性の接合材より形成される請求項1又は請求項2に記載の圧電デバイス。
  7. 前記切欠き部領域及び前記励振電極接続領域は、クロム(Cr)層と、前記クロム(Cr)層の表面に形成されるニッケルタングステン(NiW)層と、前記ニッケルタングステン(NiW)層の表面に形成される金(Au)層と、により形成される請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
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