JP3821155B2 - 水晶振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動板をシリコン系導電接着剤を用いて接着支持する構造の水晶振動子デバイスに関する。

水晶振動子、水晶発振器などの水晶振動子は、セラミックパッケージを用いた表面実装タイプが多くを占めるようになりつつあり、また、このタイプにおいても超小型化に対応させるために、水晶振動板の支持に金属支持体からなる弾性支持体を用いない構成が増加している。しかし、弾性支持体を用いない場合でも耐衝撃性を確保するために、水晶振動板をセラミックパッケージに固定する際はシリコン系導電接着剤を用いることが多かった。このシリコン系導電接着剤は、例えばシリコン樹脂系の接着剤に導通フィラーを添加することによって得られる。このシリコン系導電接着剤は、硬化後も柔軟性を有しており、水晶振動板に働く外部応力を緩和することができる点で優れている。

従来の構成例として、表面実装型の水晶振動子を挙げ、図１３を参照しながら説明する。この表面実装型水晶振動子は、外形は略直方体をなし、上部が開口した凹部を有するセラミックパッケージ７と、このセラミックパッケージ７の中に収容される圧電振動素子である矩形水晶振動板８と、セラミックパッケージ７の開口部に接合される金属蓋９とからなる。

セラミックパッケージ７は凹型のセラミック基体７０とこのセラミック基体７０の周壁７０１の上面に沿って形成される金属層７１とからなる。この金属層７１はタングステンなどからなるメタライズ層と、このメタライズ層上にＮｉメッキ層及び極薄いＡｕメッキ層が順に積層されてなる。また、セラミックパッケージ７内の底面には、短辺方向に二つの電極パッド層７２（一方は図示せず）が形成されており、これら電極パッド７２は、それぞれ連結電極７３を介して、パッケージ外部の底面に引出電極７４、７５によって電気的に外部へ引き出されている。

２つの電極パッド７２において、矩形の水晶振動板８の長辺方向の一端が片持ち支持された構成となっている。また、この水晶振動板の表裏面には一対の励振電極８１、８２が形成され、励振電極８１、８２は各々シリコン系導電接着剤３００によって導電接続された状態で電極パッド７２部分に引き出されている。これら励振電極８１、８２は、Ｃｒ膜層、Ａｕ膜層の順で積層されてなり、これらの膜はスパッタリングあるいは真空蒸着によって形成される。さらに、金属層７１上面に金属蓋９を銀ろう４００を介してろう接することにより、気密封止された構造となっている。

ところが、シリコン系導電接着剤はＡｕ面との接着強度が弱く、導通抵抗が増加し、さらに接着面の破断事故が発生することがあった。Ａｕは表面における酸化反応も起こらず、安定な物質であることから、シリコン系導電接着剤との化学的結合が生じにくいことが、接着強度の低下の要因と考えられる。 特に、水晶振動板を片持ち保持する構造では、接着部分に集中的に支持加重あるいは衝撃加重がかかり、破断事故の発生を助長させていた。また、最近では、デバイスの低背化に対応するため、接着剤を接着面側のみに塗布し、水晶振動板の上面側には塗布しない構成が採用されているが、この点も接着強度の低下につながっていた。

こうした接着強度の低下を補うために、従来では、例えば特許文献１及び特許願文献２に開示されているように、接着剤を水晶振動板の素地部分、あるいはべースとなるセラミックパッケージのセラミック素地部分を露出させ、これらの素地部分にも接着剤を塗布し、接着強度を上げる工夫がなされている。
特開平３−１９０４１０号公報 特開平７−２８３６８３号公報

しかしながら、水晶振動デバイスの小型化に伴い、水晶振動板の小型化、さらに引出電極面積の狭小化が進む昨今の状況において、上記した従来技術では、引出電極をさらに小さくすると、ドライブレベルの変動に対して、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）が大きく変動するという問題がある。 本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、シリコン系導電接着剤を用いてべースの電極パッドに水晶振動板を接合しても、良好な接着状態ならびに接着強度を維持できるとともに、耐衝撃性に優れ、しかも後工程の周波数調整の容易な水晶振動デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の水晶振動デバイスは、両主面に励振電極とそれぞれの励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動板と、べース上に形成された電極パッドとがシリコン系導電接着剤を介して上記引出電極に電気的に接続されてなる水晶振動デバイスであって、上記電極パッドは、上記べース上にタングステンまたはモリブデンからなるメタライズ層、Ｎｉ膜層、Ａｕ膜層、Ａｇ薄膜層またはＡｌ薄膜層の順に積層されてなることによって特徴付けられる。

この構成により、電極パッドの最上層にＡｇ薄膜層またはＡｌ薄膜層が形成されているので、電極パッドの膜厚は増加するものの、最上層にＡｕ膜層が形成されている場合に比較してシリコン系導電接着剤との接着強度を向上させることができる。

以上のように、本発明の水晶振動デバイスは、シリコン系導電接着剤を用いた片持ち支持構造の水晶振動デバイスにおいて、その支持強度及び耐衝撃性に優れ、耐久性を備えた点で優れている。また、後工程で行なわれる周波数調整を効率的に行なうことができる点で、工業生産における生産率向上に寄与するものでもある。

以下、本発明の実施形態について、表面実装型の水晶振動子を例に挙げて、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態を示す断面図、図２は図１における要部拡大断面図である。

本表面実装型水晶振動子は、外形形状は直方体をなし、べースとなる凹部を有するセラミックパッケージ１と、このセラミックパッケージ１の内部に収容される圧電振動素子として搭載される矩形水晶振動板２と、セラミックパッケージ１の開口部に接合される金属蓋３とからなる。

セラミックパッケージ１は、凹形のセラミック基体１０と、セラミック基体１０の周壁１０１の上面に沿って形成される金属層１１とからなる。金属層１１はＷ（タングステン）からなるメタライズ層と、このメタライズ層上に積層されるＮｉメッキ層と、このＮｉメッキ層上に積層される極薄いＡｕメッキ層とからなる。各層の厚さは、例えば、メタライズ層が約１０〜２０μｍ，Ｎｉメッキ層が約２〜６μｍ，Ａｕメッキ層が約０．５〜１．０μｍである。

また、セラミックパッケージ１のべースを構成する内部底面には、短辺方向に電極パッド１２、１６が並んで形成されている。これらの電極パッドは、連結電極１３、１７を介して、セラミックパッケージ１の外部底面の長手方向に対向した引出電極１４、１５に電気的に引き出されている。また、図示していないが、セラミックパッケージ１の外部底面には、金属層１１と電気的に接続されたアース電極が形成されている。

電極パッド１２は、Ｗ（タングステン）あるいはＭｏ（モリブデン）からなるメタライズ層１２１，Ｎｉ膜層１２２、Ａｕ膜層１２３、Ａｇ膜層１２４の順にメッキなどの方法により形成された４層構成である。

この電極パッド１２には水晶振動板２が搭載され、長辺方向の一端を片持ち支持する構成となっている。水晶振動板２の表裏面には一対の励振電極２１、２２が形成され、これらの励振電極２１、２２が引出電極２１０、２２０により、各電極パッド１２部分に引き出されている。励振電極２１、２２と引出電極２１０、２２０は、水晶振動板２の各主面上、厚さ約１６Åの第１のＣｒ膜層２１１、２２１、厚さ約５０００ÅのＡｕ膜層２１２，２２２，厚さ約１０Åの第２のＣｒ膜層２１３，２２３がこの順に積層されてなる。これらの電極パッド１２と引出電極２１０、２２０とがシリコン系導電接着剤３０により導電接合される。

本実施の形態では、電極パッド１２０の最上層に位置するＡｇ膜と、励振電極２１、２２の最上層に位置する第２のＣｒ膜は、シリコン系導電接着剤との接合強度を向上させ、水晶振動デバイスの耐衝撃性向上に寄与する構成となっている。
［実施例］
図３は、本発明に係る実施例と従来例について、落下試験を行い、その結果を良品率で示した図である。以下に、その試験方法と各実施例及び従来例として用いたサンプルの形態を説明する。

この試験で用いた水晶振動子は、図１に示す構成とし、共通の構成を採用した。すなわち、セラミックパッケージ１内の底部に形成された電極パッド１２（１６）と、励振電極２１、２２ならびに引出電極２１０、２２０（２３０、２４０）が形成された水晶振動板２の引出電極２１０、２２０（２３０、２４０）とを、シリコン系導電接着剤３０で接合することにより、電気的及び機械的に接続し、ベーキング処理した後、気密雰囲気を窒素ガスを封入することにより形成し、この雰囲気中で、金属蓋３を銀ろうを介して気密封止して得られた構成である。なお、シリコン系導電接着剤３０として、藤倉化成社製のＸＡ−６７０Ｗ（型名）を用いた。以上の基本構成の水晶振動子について、下記に示すような構成を限定したサンプルを１００個用意し、これらについて落下試験を行い、その良品率を求めた。

落下試験は直方体形状で重さ１００ｇの落下評価用基準治具に水晶振動子を取り付け、６面の各方向を落下方向とする試験を１サイクルとし、これを２０サイクル実施する。良品率（％）については、周波数変動率（Δｆ／ｆ）が±２ｐｐｍ以内で、かつＣＩ値の変動が２Ω以内のものを良品とみなした。以下に各サンプルの形態を説明する。

従来品のサンプルにおいて、セラミックパッケージの電極パッドはＷ（タングステン）からなるメタライズ層、厚さ約５μｍのＮｉメッキ膜層、厚さ約１μｍのＡｕメッキ膜層の順で積層されてなる。引出電極及び励振電極は水晶振動板の両主面に、厚さ１６ÅのＣｒスパッタ膜層、厚さ５０００ÅのＡｕスパッタ膜層の順で積層されてなる。

実施例のサンプルにおいて、パッケージの電極パッドはＷ（タングステン）からなるメタライズ層、厚さ５μｍのＮｉメッキ膜層、厚さ１μｍのＡｕメッキ膜層，厚さ３０ÅのＡｇ膜層の順で積層されてなる。引出電極及び励振電極は水晶振動板の両主面に、厚さ１６Åの第１Ｃｒスパッタ膜層、厚さ５０００ÅのＡｕスパッタ膜層、厚さ１０Åの第２Ｃｒスパッタ膜層の順で積層されてなる。

図３から明らかなように、本実施例は従来品に比べ耐衝撃性が向上しており、引出電極の最上層のＣｒ膜層の厚さが増加するに従って、耐衝撃性が向上していることが理解できる。

本発明の実施の形態を示す断面図である。 図１における要部拡大断面図である。 本実施例と従来例における落下試験の結果を、良品率で示した図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

２１，２２ 励振電極
２ 矩形水晶振動板
１０ セラミック基体
１２，１６ 電極パッド
３０ シリコン系導電接着剤
１２１ メタライズ層
１２２ Ｎｉ膜層
１２３ Ａｕ膜層
１２４ Ａｇ膜層
２１０，２２０ 引出電極

Claims (1)

1. 両主面に励振電極とそれぞれの励振電極から引き出された引出電極が形成された水晶振動板と、べース上に形成された電極パッドとがシリコン系導電接着剤を介して上記引出電極に電気的に接続されてなる水晶振動デバイスであって、上記電極パッドは、上記べース上にタングステンまたはモリブデンからなるメタライズ層、Ｎｉ膜層、Ａｕ膜層、Ａｇ薄膜層またはＡｌ薄膜層の順に積層されてなることを特徴とする水晶振動デバイス。

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