JP2983408B2 - 水晶への金属層形成方法及び水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水晶に金属層を形成する
方法に関し、特に水晶振動子用人工水晶表面に半導体層
を形成して金属層を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水晶は振動子の素材等として広く
用いられており、その用途によってこの水晶表面に金属
層を形成する技術が研究されている。

【０００３】特に、水晶振動子においては上記のように
水晶に金属層を形成して電極付けを行うことが必要であ
る。現在、この電極付けは以下のように行われている。

【０００４】まず、所定の寸法に仕上がった水晶基板を
強酸（王水等）で洗浄し、その後に電極膜形状のマスク
をかける。次に、真空中で電極膜を蒸着させた後に電極
膜の膜厚を微調整することにより所定の周波数に合わせ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水晶に金属層
を形成する際にその密着性等を高くすることは難しい。
例えば上記のように真空蒸着法によって水晶振動子に電
極付けを行う場合、以下のような問題点がある。

【０００６】（１）真空蒸着法により形成された電極膜
は密着性が悪く、はんだ付け時や電圧を負荷したときな
どに剥離を起こす場合がある。

【０００７】（２）真空蒸着方法はバッチ処理のため、
処理数量に限りがある。

【０００８】（３）処理数量を増やしてしまうと、ター
ゲットからの位置により個々の電極膜の膜厚にばらつき
が生ずる。このため、現在では所定の周波数に合わせる
ために個々の電極膜の膜厚の微調整を行う必要がある。

【０００９】（４）蒸着による方法では、電極膜の膜厚
が不均一となってしまう。

【００１０】上記問題点を解決するには無電解めっき法
を採用することが考えられる。

【００１１】その一例として、図１にセラミックスのよ
うな絶縁性基板に無電解めっきを施して金属層を形成す
る場合の作業工程を示す。

【００１２】この図に示されるように従来の無電解めっ
き法においては水晶を脱脂してエッチングを行った後に
プリディップ（表面調整）により水晶表面に凹凸をつけ
る。その後触媒付与及び触媒活性を行った後に無電解め
っきを行っている。

【００１３】しかし、このような従来のめっき方法では
水晶に金属層を形成することは非常に困難であった。

【００１４】本発明は上記背景の下になされたものであ
り、水晶上に均一で密着性に優れた金属層を形成するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するため、請求項１記載の発明は半導体層形成溶液に超
音波を作用させてこの半導体層形成溶液を霧状化した後
に、この霧状化した半導体層形成溶液と水晶とを接触さ
せることにより前記水晶上に半導体層を形成し、更にこ
の半導体層に金属イオンを接触させて前記半導体層上に
前記金属を析出させることを特徴とする水晶への金属層
形成方法を提供する。

【００１６】上記のように半導体層形成溶液に超音波を
作用させて霧状とした後に水晶と接触させることによ
り、半導体層形成溶液を効率的に用いることができる。

【００１７】従って、通常法（例えば半導体層形成溶液
をガススプレーして水晶と接触させる方法等）に比較し
て半導体層の形成に要する半導体層形成溶液量を小さく
抑えることができる。

【００１８】また、半導体層形成溶液に超音波を作用さ
せて霧状して水晶に接触させた場合には半導体層形成溶
液が周囲に飛び散ったりすることが少ない。従って常法
に比較して水晶と半導体層形成溶液との接触領域を適宜
調整することが容易である。

【００１９】尚、水晶と霧状の半導体層形成溶液とを接
触させる方法としては例えば霧状の半導体層形成溶液を
水晶に吹き付ける方法（スプレーパイロリシス法）等が
ある。

【００２０】上記のように形成された半導体層と金属イ
オンとを接触させると、半導体層の金属（または半金
属）がイオン化し、金属イオンは還元されて半導体層上
に析出して金属層を形成する。これにより水晶基板上に
密着性の高い金属層を形成することができる。この金属
イオンは例えば適切な金属塩溶液のかたちで提供するこ
とができる。

【００２１】尚、本明細書においてはＺn等の金属、及
びＧe等の半金属を一括して金属と記載する。

【００２２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の水
晶への金属層形成方法において、前記半導体層を形成す
る際に前記水晶の半導体層形成領域外にマスキングを行
った後に所定形状の半導体層を形成し、この半導体層を
前記金属イオンと接触させて所定形状の金属層を得るこ
とを特徴とする水晶への金属層形成方法を提供する。

【００２３】上記のようにマスキングを行うことで必要
に応じた形状の金属層を容易に形成することができる。

【００２４】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の水晶への金属層形成方法において、前記半導体層
形成溶液として亜鉛塩溶液を用いることを特徴とする水
晶への金属層形成方法を提供する。

【００２５】上記のように半導体層形成溶液として亜鉛
塩溶液（亜鉛イオンを含有する溶液）を用いることによ
り、上記半導体層としてＺnＯ層が水晶上に形成され
る。

【００２６】このＺnＯ半導体層は適切な金属イオンを
含む溶液中で容易にその一部が溶解すると共に上記金属
塩が半導体層上に析出して金属層が形成される。従って
請求項１または２記載の水晶への金属層形成方法におけ
る半導体層形成溶液として好適に用いることができる。

【００２７】請求項４記載の発明は、請求項１または２
または３記載の水晶への金属層形成方法において、前記
半導体層形成溶液として酢酸亜鉛水溶液を用いるととも
に、前記金属イオンとしてパラジウムイオンを用いるこ
とを特徴とする水晶への金属層形成方法を提供する。

【００２８】上記のように酢酸亜鉛水溶液を用いて半導
体層を形成することにより水晶上に容易かつ安価に半導
体層を形成することができ、また比較的厚い半導体層を
得ることもできる。

【００２９】上記酢酸亜鉛水溶液は引火性等もないので
安全性にも優れている。また、この酢酸亜鉛は比較的安
価なのでコスト的にも有利である。

【００３０】更に、パラジウムは半導体層上に析出させ
る金属として好適に用いることができるうえ、このパラ
ジウム層上に比較的容易にめっきを行うことができる。
このパラジウムはパラジウム塩溶液のかたちで用いるこ
とができ、好ましくはＰdＣl₂を用いる。

【００３１】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項記載の水晶への金属層形成方法によって水晶
基板上に金属層を形成し、更にこの金属層上に無電解め
っきを行うことにより前記水晶基板に電極膜を形成する
ことを特徴とする水晶振動子の製造方法を提供する。

【００３２】上記請求項１〜４のいずれか１項記載の水
晶への金属層形成方法によれば水晶基板上に密着性に優
れた金属層を形成することができる。従って例えばこの
金属層上にめっき金属層を形成することで密着性に優れ
た電極を有する水晶振動子を得ることができる。

【００３３】また、水晶振動子においては電極の厚さを
調整することで所望の周波数特性を得ることができる
が、上記製造方法を用いると半導体層の厚さ等を調整す
る等の方法により容易に電極膜の厚さを調整することが
できる。従って所望の周波数特性を有する水晶振動子を
容易に得ることができる。

【００３４】尚、上記各発明において、半導体層として
はＺnＯを用いることが好ましい。このＺnＯは適切な金
属塩を含む溶液中で溶解反応が進行し、かつこの金属を
析出させることができるので、上記各製造方法における
半導体層として好適に使用できる。

【００３５】

【実施例】本実施例においては半導体層形成溶液として
酢酸亜鉛水溶液を用いて水晶振動子用人工水晶基板に半
導体層を形成した。更にこの半導体層上に金属を析出さ
せた後にこの金属層上に無電解めっきによりＮiめっき
層を形成して電極膜を得た。

【００３６】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の一
実施例に係る人工水晶への導電性金属層形成方法の説明
図である。この図において、１は水晶基板、２はＺnＯ
半導体層、３はマスク、４は無電解めっきの触媒となる
Ｐd層、５は無電解めっきにより形成された導電性を有
するめっき金属層である。

【００３７】まず、水晶振動子用人工水晶の基板を３０
０〜５００℃に加熱したホットプレート上に置き、その
上に所定の電極形状が露出するようにマスク３をセット
する。

【００３８】このマスク３の上から0.025(mol/l)の酢酸
亜鉛水溶液に超音波をかけて生成した霧を噴霧して水晶
基板１上にＺnＯ半導体層２を形成する（図２
（ａ））。

【００３９】この操作により形成されたＺnＯ半導体層
２の膜厚はほぼ0.01〜0.5μｍであった。また水晶基板
との密着性も高く、２Ｈの硬度を持つ鉛筆の芯でこすっ
ても損傷をうけなかった。

【００４０】次に、上記のように半導体層を形成した水
晶基板を0.001(mol/l)のＰｄＣｌ₂水溶液に１分間浸漬
して上記半導体層上にＰdを析出させる。この際、前記
半導体層の一部が溶解しながらＰdが析出してＰd層４が
形成される。(図２（ｂ）) 更に、上記のようにＰd層４を形成した水晶基板を６０
℃に保って１分間無電解めっき液に浸漬し、Ｎi無電解
めっきを行ってめっき金属層５を得た。（図２（ｃ））
尚、無電解めっき液としては奥野製薬工業（株）製のト
ップケミアロイ６６（pＨ6.5）を用いた。

【００４１】上記製造工程のフローチャートを図３に示
す。この製造方法によって形成したＮiめっき金属層は
水晶振動子の電極膜としても実用に耐え得るものであっ
た。 尚、上記金属層の形成方法においては半導体層形成時に
酢酸亜鉛水溶液のスプレー時間を変えることでその厚さ
を調整することができる。従って、水晶振動子の電極を
形成を上記方法にて行う場合には適宜電極形成時間を調
整して膜厚を変えることにより求める特性を得ることが
できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明においては半導体形成溶液に超音
波をかけて霧状とし、この霧状の半導体形成溶液を水晶
に接触させているので半導体形成溶液の使用量を小さく
抑えることができる。従ってコスト面でも有利である。

【００４３】また、従来の無電解めっき法に比べて作業
工程数が少ないので作業が簡略化されるとともにコスト
面でも有利である。また工程条件も簡単に行うことがで
きるので製造工程を容易にライン化することができる。

【００４４】特に、上記金属層は水晶との密着性が高
く、電極付け工程が簡単で大量に処理することができる
うえ均一な厚さの金属層を得ることができる。

【００４５】従って、この水晶への金属層形成方法を用
いて水晶振動子の電極膜を形成すると、大量に電極膜を
形成した場合でも個々の導電性金属層の膜厚のばらつき
を抑えることができる。また、均一な膜厚の導電性金属
層が得られるので水晶振動子用電極として高精度の電極
膜が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法に係る無電解めっき工程の説明図。

【図２】本発明の一実施例に係る水晶上への金属層の形
成方法の説明図。

【図３】本発明の一実施例に係る水晶上への金属層の形
成方法の説明図。

【符号の説明】

１…水晶基板 ２…ＺnＯ半導体層 ３…マスク ４…Ｐd析出層 ５…めっき金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 28/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体層成形溶液に超音波を作用させて
   この半導体層形成溶液を霧状化した後に、この霧状化し
   た半導体層形成溶液と水晶とを接触させることにより前
   記水晶上に半導体層を形成し、更にこの半導体層に金属
   イオンを接触させて前記半導体層上に前記金属を析出さ
   せることを特徴とする水晶への金属層形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の水晶への金属層形成方法
   において、 前記半導体層を形成する際に前記水晶の半導体層形成領
   域外にマスキングを行って所定形状の半導体層を形成し
   た後に、この半導体層を前記金属イオンと接触させて所
   定形状の金属層を得ることを特徴とする水晶への金属層
   形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の水晶への金属層
   形成方法において、 前記半導体層形成溶液として亜鉛塩溶液を用いることを
   特徴とする水晶への金属層形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２または３記載の水晶へ
   の金属層形成方法において、 前記半導体層形成溶液として酢酸亜鉛水溶液を用いると
   ともに、前記金属イオンとしてパラジウムイオンを用い
   ることを特徴とする水晶への金属層形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の水
   晶への金属層形成方法を用いて水晶基板上に金属層を形
   成し、更にこの金属層上に無電解めっきを行うことによ
   り前記水晶基板に電極膜を形成することを特徴とする水
   晶振動子の製造方法。