JP3915117B2 - Piezoelectric vibration device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子等に代表される圧電振動デバイスに係る。特に、主振動部を備えた中央部と、この中央部を囲むように形成された外枠部と、前記中央部と前記外枠部をつなぐ段差部が圧電材料により一体形成された、メサ構造または逆メサ構造で構成されてなる圧電振動デバイスの電極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
通信機器の高周波数化やマイクロコンピュータの動作周波数の高周波数化に伴って、水晶振動子や水晶フィルタ等の圧電振動デバイスも高周波数化が要求されつつある。一般に、高周波数化に対応した水晶振動板(水晶板)として、ATカット水晶板の厚みすべり振動がよく用いられており、周知のとおりその周波数は水晶振動板の厚さで決定され、周波数と厚さとは反比例する。例えば、基本振動周波数として600MHzを得ようとした場合、3μm以下の極薄型の水晶振動板が必要になる。このような極薄板の加工は、研磨作業が難しく製造歩留まりを向上させることが困難であった。
【0003】
この課題を解決するために、特許文献1に開示されているように、水晶振動板の中央部分にエッチング等の加工技術によって凹部を設け、この凹部の底部に薄肉加工した主振動部(中央部)を構成し、段差部を介して、その周囲の厚肉の補強部(外枠部)によって振動領域を補強した所謂逆メサ型と呼ばれる構成が提案されている。この種の水晶振動板は、薄肉化された主振動部とその周囲に形成された補強部とを有する水晶振動板に、励振電極及び引出電極を形成した構成となっている。このような構成を採用することにより、主振動部を従来のものよりもかなり薄くすることができ、また、歩留まりの向上も図ることができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平2−231808号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような水晶振動板では、引出電極を前記主振動部と前記外枠部をつなぐ段差部を有しており、当該引出電極が細い場合、製造時等に、この段差部の頂部(稜部)において、前記引出電極の断線を招くことがあった。特に水晶振動板は異方性圧電結晶体であるのでエッチングされる方向(結晶軸)によってエッチングされる速度が異なる。エッチングされる速度の早い順番は、Z’>+X>−X>Y’となる(ATカット水晶の場合、Z軸からθ°ずれた新たな軸をZ’と称し、Y軸からθ°ずれた新たな軸をY’と称している。)。このため、方向によって段差部の傾斜角度が異なるので、鋭角になる頂部(稜部)と鈍角になる頂部(稜部)が混在し、鋭角になる段差部における引出電極の断線率は極めて高いものであった。特許文献1では、凹部が形成される側の全面に電極を構成することで、上述の断線を防止することを提案している。
【0006】
しかしながら、特許文献1の構成では、一方の主面の電極が全面電極であるので、励振電極以外の引出電極部分でも電極が対向する領域が存在するため、これらの電極の位置ずれや面積ばらつきにより、CI値(クリスタルインピーダンス)等の電気的特性に悪影響を与え、より安定した電気的特性が得にくいという問題がある。また、一方の主面の電極が全面電極であるので、励振電極や引出電極などの設計自由度も制限される。
【0007】
さらに、特許文献1の構成では、一方の主面のみに凹部を構成するものにしか適用できないので、主振動部を薄肉加工する場合、両方の主面に凹部を構成するのにくらべてより段部の深さが深くなるため、より高周波化(主振動部の薄型化)されるになるにしたがい加工時間が長くなり、主振動部の面荒れによる歩留まり低下を招きやすい。
【0008】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高周波化に対応できる主振動部と外枠部をつなぐ段差部を有した圧電振動デバイスにおいて、引出電極の断線を防止するとともにより設計自由度の高い電極形成が行え、かつより電気的特性の安定した信頼性の高い圧電振動デバイスを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、主振動部を備えた中央部と、この中央部を囲むように形成された外枠部と、前記中央部と前記外枠部をつなぐ段差部が圧電材料により一体形成されてなる圧電振動デバイスであって、
圧電振動デバイスの中央部に形成された励振電極と、当該励振電極の端部から延出され、かつ圧電振動デバイスの少なくとも中央部と外枠部に形成された第1の引出電極と、圧電振動デバイスの中央部と外枠部に形成された第2の引出電極とを有し、
前記第1の引出電極は、前記励振電極の端部から面方向の異なる段差部がお互い近接する特定領域に向かって延出され、
前記第2の引出電極は、前記特定領域で前記第1の引出電極の上面に形成され電気的に接続されており、かつ、この特定領域から前記面方向の異なるそれぞれの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成され外部接続端子を構成してなることを特徴とする。
【0010】
より具体的には、前記中央部が多角形状からなり、前記面方向の異なる段差部がお互い近接する特定領域が、前記中央部の角部分であることを特徴とする。
【0011】
また、主振動部を備えた中央部と、この中央部を囲むように形成された外枠部と、前記中央部と前記外枠部をつなぐ段差部が圧電材料により一体形成されてなる圧電振動デバイスであって、
前記中央部の一部が、前記外枠部の端縁近傍にまで延出された中央延出部が形成されており、
圧電振動デバイスの中央部に形成された励振電極と、当該励振電極の端部から延出され、かつ圧電振動デバイスの少なくとも中央部と中央延出部に形成された第1の引出電極と、圧電振動デバイスの中央延出部と外枠部に形成された第2の引出電極とを有し、
前記第1の引出電極は、前記励振電極の端部から前記中央延出部の特定領域に向かって延出され、
前記第2の引出電極は、前記特定領域で前記第1の引出電極の上面に形成され電気的に接続されており、かつ、この特定領域から前記面方向の異なるそれぞれの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成され外部接続端子を構成してなることを特徴とする。
【0012】
【発明の効果】
本発明の特許請求項1によれば、圧電振動デバイスの励振電極を外部接続端子へ延出する引出電極を励振電極と一体に形成される第1の引出電極と、段差部を経由して外部接続端子を構成する第2の引出電極を別々に構成するとともにこれらを電気的に接続することで、別工程での電極形成が可能となるため、より断線を起こしにくい引出電極の形成が行える。
【0013】
また、第1の引出電極と第2の引出電極は、面方向の異なる段差部がお互い近接する特定領域のみに延出され、お互いに電気的に接続されているので、励振電極以外の領域で異極の電極が表裏面で対向することがなく、電極形成時のばらつきにより、CI値(クリスタルインピーダンス)等の電気的特性に悪影響を及ぼすことがなく、より安定した電気的特性が得られるとともに、より設計自由度の高い電極形成が行える。
【0014】
また、第2の引出電極は面方向の異なるそれぞれの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成されているので、1つの段差部の頂部(稜部)において、前記第2の引出電極の一部が断線することがあっても、他の段差部で導通を確保することができる。特に水晶振動板の場合では、前記第2の引出電極が、鋭角になる段差部の頂部のみを経由するのでなく、より鈍角になる段差部の頂部も経由するので、当該鈍角側の段差部の頂部では第2の引出電極が断線することがなく、安定した導通を確保できる。
【0015】
本発明の特許請求項2によれば、上述の作用効果に加えて、前記中央部が多角形状からなり、当該中央部の角部分を前記面方向の異なる段差部がお互い近接する特定領域とすることで、前記各引出電極の形成する際の位置決めが容易であり、精度の高い電極形成が行えるとともに、段差部の頂部中央に比べて、機械的な接触が起こりにくく、断線の危険性が極めて低い構成となる。
【0016】
本発明の特許請求項3によれば、圧電振動デバイスの励振電極を外部接続端子へ延出する引出電極を励振電極と一体に形成される第1の引出電極と、段差部を経由して外部接続端子を構成する第2の引出電極を別々に構成するとともにこれらを電気的に接続することで、別工程での電極形成が可能となるため、より断線を起こしにくい引出電極の形成が行える。
【0017】
また、第1の引出電極と第2の引出電極は、中央延出部の特定領域のみに延出され、お互いに電気的に接続されているので、励振電極以外の領域で異極の電極が表裏面で対向することがなく、電極形成時のばらつきにより、CI値(クリスタルインピーダンス)等の電気的特性に悪影響を及ぼすことがなく、より安定した電気的特性が得られるとともに、より設計自由度の高い電極形成が行える。
【0018】
さらに、第1の引出電極と第2の引出電極は、前記中央部の一部が、前記外枠部の端縁近傍にまで延出された中央延出部に形成されているので、面方向の異なる段差部が前記各引出電極に近接した状態で配置され、段差部の頂部における機械的な接触が起こりにくく、断線の危険性が飛躍的に低減できる構成となる。前記中央部の一部が、前記外枠部の端縁近傍にまで延出された中央延出部に形成されているので、中央部に形成された励振電極に悪影響を及ぼすことなく、第2の引出電極が形成できる。
【0019】
また、第2の引出電極は中央延出部の面方向の異なるそれぞれの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成されているので、1つの段差部の頂部(稜部)において、前記第2の引出電極の一部が断線することがあっても、他の段差部で導通を確保することができる。特に水晶振動板の場合では、前記第2の引出電極が、鋭角になる段差部の頂部のみを経由するのでなく、より鈍角になる段差部の頂部も経由するので、当該鈍角側の段差部の頂部では第2の引出電極が断線することがなく、安定した導通を確保できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、圧電振動デバイスとしてATカット水晶振動子を構成する水晶振動板に本発明を適用した場合について説明する。
【0021】
(第1実施形態)
−水晶振動板1の構成−
図1は、本発明の第1の形態に係る水晶振動板1の平面図、図2は図1の底面図。図3は図1におけるA−A線に沿った断面図である。図4〜図6は本形態の製造方法を示した図である。
【0022】
本形態に係る水晶振動板1は、例えば平面矩形状のATカットの水晶振動板からなり、逆メサ構造の中央部11と、これを取り囲む外枠部12と、前記中央部と前記外枠部をつなぐ内部側壁としての段差部13,14とが一体的に構成されている。
【0023】
前記中央部11は、表面側の段差部13として、例えば、面方向の異なる段差部131,132,133,134が形成され、裏面側の段差部14として、例えば、面方向の異なる段差部141,142,143,144が形成され、各表裏主面に極薄肉の主振動部(圧電振動領域)を構成する方形状の凹部が形成されている。前記外枠部12は、前記中央部に比較して数倍の厚さ寸法を有する補強部として形成されている。なお、本発明の水晶振動板では、表裏方向をY軸方向であり(表側を+Y’軸とし、裏側を−Y軸とする)、前記段差部131と133が延在する方向が水晶振動板のX軸方向であり(前記段差部131の方向を+X軸とし、前記段差部133の方向を−X軸とする)、前記段差部132と134が延在する方向が水晶振動板のZ’軸方向である(前記段差部132の方向を+Z軸とし、前記段差部134の方向を−Z’軸とする)。このような凹部の成形は後述するウェットエッチング法により行われる。
【0024】
前記表裏面の凹部の中央部には、それぞれ励振電極21,22が形成されている。前記励振電極21は、第1の引出電極23により、端部から面方向の異なる段差部131,132がお互い近接する中央部の角部分151に向かって延出されており、前記角部に近接する段差部131,132を経由して、外枠部12の角部121へと形成されている。前記励振電極22は、第1の引出電極24により、端部から面方向の異なる段差部141,144がお互い近接する中央部の角部分164に向かって延出されており、前記角部に近接する段差部141,144を経由して、外枠部12の角部122へと形成されている。これらの電極は、真空蒸着法等により行われ、各電極材料としては、例えば、クロムの上面に金が積層されたものからなる。
【0025】
また、前記表裏面の外枠部の角部121,122には、前記励振電極21,22と電気的に接続され、外部接続端子を構成する第2の引出電曲25,26が形成されている。これらの第2の引出電極は、前記励振電極と第1の引出電極が形成された後、別工程により形成される。前記第2の引出電極25は、前記第1の引出電極23の一部と上部で重なるように、前記中央部の角部分151の近傍から前記角部に近接する段差部131,132を経由して、外枠部12の角部121へと形成され外部接続端子を構成してなる。前記第2の引出電極26は、前記第1の引出電極24の一部と上部で重なるように、前記中央部の角部分163の近傍から前記角部に近接する段差部143,144を経由して、外枠部12の角部122へと形成され外部接続端子を構成してなる。これらの電極は、真空蒸着法等により行われ、各電極材料としては、例えば、クロムの上面に銀、さらに上面にクロムが積層されたものからなる。これらの第2の引出電極は、前記第1の引出電極の幅より広く形成する事が好ましい。
【0026】
以上の構成により、第1の引出電極と第2の引出電極を別々に構成しているので、例えば、第2の引出電極をより最終工程に近くの別工程での電極形成が可能となるため、より断線を起こしにくい引出電極の形成が行える。また、第2の引出電極は面方向の異なる2つの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成されているので、1つの段差部の頂部(稜部)において、前記第2の引出電極の一部が断線することがあっても、他の段差部で導通を確保することができる。特に本実施形態のように水晶振動板を用いたの場合では、前記第2の引出電極が、鋭角になる段差部132,144の頂部の頂部のみを経由するのでなく、より鈍角になる段差部131,143の頂部も経由するので、当該鈍角側の段差部の頂部では第2の引出電極が断線することがなく、安定した導通を確保できる。
【0027】
なお、前記第2の引出電極の役割としては、第1の引出電極との導通し、外部接続端子として導電性接合材を介して後述するセラミックパッケージの外部電極パッドと接続される。従って、本願発明のように励振電極と第1の引出電極材料をクロム+金で構成し、第2の引出電極をクロム+銀+クロムとする事で、第1の引出電極と第2の引出電極との導通が安定し、かつ、導電性接合材(特にシリコン系)とのなじみもよいのでセラミックパッケージの外部電極パッドと導通も安定する。
【0028】
そして、図示していないが、このような圧電振動デバイスをアルミナ等のセラミックスからなるパッケージに収納し、前記各外部接続端子を外部に導出するためにセラミックパッケージの外部電極パッドと電気的接続を行い、蓋板にてパッケージ上面と気密接合することによって表面実装型の水晶振動子を得ることができる。
【0029】
なお、上記実施形態では、面方向の異なる段差部がお互い近接する特定領域として、方形状の中央部の1つの角部分にのみ、第1の引出電極を延出し、第2の引出電極と電気的に接続しているが、中央部として他の多角形状であってもよく、さらに複数の角部に第1の引出電極を延出し、第2の引出電極と電気的に接続してもよい。
【0030】
−水晶振動板1の加工方法−
次に、上記形態に係る水晶振動板1の加工方法について図4、図5、図6とともに説明する。
【0031】
図4<水晶振動板のエッチング>
1−水晶振動板1の表裏面の全面に対してCr及びAuの2層構造で成るレジスト膜MRを蒸着する。
2−その上面にネガティブタイプのレジスト膜NRを形成する。
3−フォトリソ技術を用いて、前記水晶振動板1の表裏面の中央部11に相当する領域を除く領域を露光、現像する。
4−前記中央部11に相当する領域のレジスト膜MR(AuとCr)をエッチング液によってメタルエッチングを行う。
5−前記ネガティブタイプのレジスト膜NRを除去して、フッ酸+フッ化アンモニウム溶液等のエッチング液によるウェットエッチングを行うことで、薄肉の中央部11、段差部13,14(図示せず)、及び外枠部12が形成される。
6−前記レジスト膜MRについて、エッチング液によって全面的にメタルエッチングを行う。
【0032】
図5<励振電極と第1の引出電極形成>
7−上述の工程後、前記水晶振動板1の表裏面の全面に対してCr及びAuの2層構造で成る電極膜M1を蒸着する。
8−その上面にポジティブタイプのレジスト膜PRを形成する。
9−フォトリソ技術を用いて、前記励振電極21,22(図示せず)と第1の引出電極23,24(図示せず)に相当する領域を除く領域を露光、現像する。
10−当該領域の電極膜M1(AuとCr)をエッチング液によってメタルエッチングを行う。
11−前記ポジティブタイプのレジスト膜PRを除去する。
【0033】
図6<第2の電極形成>
12−上述の工程後、前記水晶振動板1の中央部の角部分151、あるいは164(図示せず)の近傍から外枠部12の角部121、あるいは122(図示せず)にかけてCr、Ag及びCrの3層構造で成る電極膜M2を蒸着し、第2の引出電極25,26を形成する。この際、当該第2の引出電極は水晶振動板の外枠部の側端面にも形成されているので、外部接続端子として取り扱いが容易な構成となっている。
【0034】
以上の工程により図1〜図3に示すように、中央部11とそれを囲む段差部13,14によって連結された外枠部12を有する水晶振動板1が形成される。
【0035】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本形態は、中央部2の形状の変形例であって、その他の構成は上述した第1実施形態のものと同様である。従って、ここでは第1実施形態との相違点についてのみ説明する。
【0036】
図7は、本発明の第2の形態に係る水晶振動板1の平面図、図8は図7の底面図。図9は図7におけるB−B線に沿った断面図である。
この図に示すように、本形態に係る水晶振動板1は、逆メサ構造の中央部11と、これを取り囲む外枠部12と、前記中央部と前記外枠部をつなぐ段差部13,14とが一体的に構成されており、中央部11の一部が当該中央部の一方の主面と同一平面で外枠部12の端縁近傍にまで延出された中央延出部111,112を具備してなる。
【0037】
前記中央延出部111は、表面側の段差部131と132の近接する部分から当該段差部131,132に連続して段差部1311と1312が形成され、さらに外枠部の角部121の近傍に段差部1313が形成されることで、中央部の一部が当該中央部の表側と同一平面(同じ深さ)で外枠部の端縁近傍にまで延出されている。
【0038】
前記中央延出部112は、表面側の段差部141と144の近接する部分から当該段差部141,144に連続して段差部1441と1442が形成され、さらに外枠部の角部122の近傍に段差部1443が形成されることで、中央部の一部が当該中央部の裏側と同一平面(同じ深さ)で外枠部の端縁近傍にまで延出されている。
【0039】
このように、本形態に係る水晶振動板1は、各表裏主面に極薄肉の主振動部(圧電振動領域)を構成する方形状の凹部と、この凹部の一部が外枠部の端縁近傍にまで延出された凹部が形成されている。このような凹部の成形はウェットエッチング法により行われる。
【0040】
前記表裏面の凹部の中央部には、それぞれ励振電極21,22が形成されている。前記励振電極21は、第1の引出電極23により、端部から前記中央延出部112の端部である段差部1313に向かって延出されている。前記励振電極22は、第1の引出電極24により、端部から前記中央延出部112の端部である段差部1443に向かって延出されている。これらの電極は、真空蒸着法等により行われ、各電極材料としては、例えば、クロムの上面に金が積層されたものからなる。
【0041】
また、前記表裏面の外枠部の角部121,122には、前記励振電極21,22と電気的に接続され、外部接続端子を構成する第2の引出電曲25,26が形成されている。これらの第2の引出電極は、前記励振電極と第1の引出電極が形成された後別工程により形成される。前記第2の引出電極25は、前記第1の引出電極23の一部と上部で重なるように、前記中央部延出部111の端部近傍から当該中央延出部の端部に近接する段差部1311,1312,1313を経由して、外枠部12の角部121へと形成され外部接続端子を構成してなる。前記第2の引出電極26は、前記第1の引出電極24の一部と上部で重なるように、前記中央部延出部112の端部近傍から当該中央延出部の端部に近接する段差部1441,1442,1443を経由して、外枠部12の角部122へと形成され外部接続端子を構成してなる。これらの電極は、真空蒸着法等により行われ、各電極材料としては、例えば、クロムの上面に銀、さらに上面にクロムが積層されたものからなる。これらの第2の引出電極は、前記第1の引出電極の幅より広く形成する事が好ましい。
【0042】
以上の構成により、第1の引出電極と第2の引出電極を別々に構成しているので、例えば、第2の引出電極をより最終工程に近くの別工程での電極形成が可能となるため、より断線を起こしにくい引出電極の形成が行える。また、第2の引出電極は中央延出部の端部に近接する面方向の異なる3つの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成されているので、1つの段差部の頂部(稜部)において、前記第2の引出電極の一部が断線することがあっても、他の段差部で導通を確保することができる。特に本実施形態では、前記中央部の一部が、前記外枠部の端縁近傍にまで延出された中央延出部に形成されているので、面方向の異なる段差部が前記各引出電極に近接した状態で配置され、段差部の頂部における機械的な接触が起こりにくく、断線の危険性が飛躍的に低減できる構成となる。前記中央部の一部が、前記外枠部の端縁近傍にまで延出された中央延出部に形成されているので、中央部に形成された励振電極に悪影響を及ぼすことなく、第2の引出電極が形成できる。
【0043】
なお、上記実施形態では、方形状の中央部の1つ角部に中央延出部を形成したものを例にしているが、方形状の中央部の辺部に中央延出部を形成してもよい、さらに複数の中央延出部を形成してもよく、かつ複数の中央延出部に第1の引出電極を延出し、第2の引出電極と電気的に接続してもよい。
【0044】
−その他の実施形態−
以上説明した各実施形態は何れも、表裏主面に凹部(段差部)を構成するについて説明しているが、表裏のうち一方の主面にのみ凹部(段差部)を構成するものにも適用できる。加えて、薄肉の中央部と、この中央部を囲むように形成された厚肉の外枠部と、前記中央部と前記外枠部をつなぐ段差部が水晶振動板により一体形成された逆メサ構造のものについて説明したが、厚肉の中央部と、この中央部を囲むように形成された薄肉の外枠部と、前記中央部と前記外枠部をつなぐ段差部が水晶振動板により一体形成されたメサ構造のものにも適用可能である。また、中央部と外枠部との間には階段状の内部側壁としての段差部を形成してよく、外枠部に応力が作用した場合であっても、それを容易に緩和することができ局部的な応力集中を回避できる。更に、上述した各実施形態では圧電振動デバイスとして水晶振動板を採用した場合について説明した。本発明はこれに限らずその他の圧電材料で成る圧電振動デバイスに対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る水晶振動板の平面図。
【図2】図1の底面図。
【図3】図1におけるA−A線に沿った断面図。
【図4】第1実施形態の製造方法を示した図。
【図5】第1実施形態の製造方法を示した図。
【図6】第1実施形態の製造方法を示した図。
【図7】第2実施形態に係る水晶振動板の平面図。
【図8】図7の底面図。
【図9】図7におけるB−B線に沿った断面図。
【符号の説明】
1 水晶振動板
11 中央部
12 外枠部
13,14 段差部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibration device typified by a crystal resonator or the like. In particular, a mesa structure in which a central portion including a main vibration portion, an outer frame portion formed so as to surround the central portion, and a step portion connecting the central portion and the outer frame portion are integrally formed of a piezoelectric material. Or it is related with the electrode structure of the piezoelectric vibration device comprised by the reverse mesa structure.
[0002]
[Prior art]
With the increase in the frequency of communication equipment and the increase in the operating frequency of microcomputers, piezoelectric vibration devices such as crystal resonators and crystal filters are also required to have higher frequencies. In general, the thickness shear vibration of an AT-cut quartz plate is often used as a quartz plate (quartz plate) that supports high frequency. As is well known, the frequency is determined by the thickness of the quartz plate, Thickness is inversely proportional. For example, when an attempt is made to obtain 600 MHz as the fundamental vibration frequency, an ultra-thin crystal diaphragm of 3 μm or less is required. Such an ultra-thin plate processing is difficult to polish and it is difficult to improve the manufacturing yield.
[0003]
In order to solve this problem, as disclosed in
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-231808
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the crystal diaphragm as described above, the extraction electrode has a stepped portion connecting the main vibration portion and the outer frame portion, and when the extraction electrode is thin, the top portion of the stepped portion is produced at the time of manufacture or the like. In the (ridge portion), the lead electrode may be disconnected. In particular, since the quartz diaphragm is an anisotropic piezoelectric crystal, the etching speed varies depending on the etching direction (crystal axis). The order of the etching speed is Z ′> + X>−X> Y ′ (in the case of an AT-cut quartz crystal, a new axis shifted by θ ° from the Z axis is referred to as Z ′, and θ ° shifted from the Y axis. The new axis is called Y '.) For this reason, since the inclination angle of the stepped portion differs depending on the direction, the apex portion (ridge portion) having an acute angle and the apex portion (ridge portion) having an obtuse angle are mixed, and the disconnection rate of the extraction electrode in the step portion having an acute angle is extremely high. Met.
[0006]
However, in the configuration of
[0007]
Furthermore, since the configuration of
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to break a lead electrode in a piezoelectric vibration device having a step portion connecting a main vibration portion and an outer frame portion capable of responding to high frequency. It is an object of the present invention to provide a highly reliable piezoelectric vibration device that can prevent the formation of electrodes and can form electrodes with a higher degree of design freedom, and has more stable electrical characteristics.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a central portion including a main vibration portion, an outer frame portion formed so as to surround the central portion, and a step portion connecting the central portion and the outer frame portion. Is a piezoelectric vibration device integrally formed of a piezoelectric material,
An excitation electrode formed at a central portion of the piezoelectric vibration device; a first extraction electrode extending from an end portion of the excitation electrode and formed at least at the central portion and the outer frame portion of the piezoelectric vibration device; Having a second extraction electrode formed in the central part of the device and the outer frame part,
The first extraction electrode extends from the end portion of the excitation electrode toward a specific region where step portions having different surface directions are close to each other,
The second extraction electrode is formed on and electrically connected to the upper surface of the first extraction electrode in the specific region, and passes through each step portion having a different surface direction from the specific region. It is formed at the end of the outer frame portion of the piezoelectric vibration device and constitutes an external connection terminal.
[0010]
More specifically, the center portion is formed in a polygonal shape, and the specific region where the step portions having different surface directions are close to each other is a corner portion of the center portion.
[0011]
Further, a piezoelectric vibration formed by integrally forming a central portion having a main vibration portion, an outer frame portion formed so as to surround the central portion, and a step portion connecting the central portion and the outer frame portion with a piezoelectric material. A device,
A central extension part is formed in which a part of the central part extends to the vicinity of the edge of the outer frame part,
An excitation electrode formed at a central portion of the piezoelectric vibration device; a first extraction electrode extending from an end portion of the excitation electrode; and formed at least at the central portion and the central extension portion of the piezoelectric vibration device ; A central extension portion of the vibration device and a second extraction electrode formed on the outer frame portion;
The first extraction electrode extends from an end portion of the excitation electrode toward a specific region of the central extension portion,
The second extraction electrode is formed on and electrically connected to the upper surface of the first extraction electrode in the specific region, and passes through each step portion having a different surface direction from the specific region. It is formed at the end of the outer frame portion of the piezoelectric vibration device and constitutes an external connection terminal.
[0012]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the extraction electrode that extends the excitation electrode of the piezoelectric vibration device to the external connection terminal is externally connected to the first extraction electrode formed integrally with the excitation electrode and the stepped portion. By separately configuring and electrically connecting the second extraction electrodes constituting the connection terminal, it is possible to form electrodes in separate processes, and thus it is possible to form extraction electrodes that are less likely to cause disconnection.
[0013]
In addition, since the first extraction electrode and the second extraction electrode are extended only to specific regions where step portions having different plane directions are close to each other and are electrically connected to each other, in the regions other than the excitation electrode, Electrodes with different polarity do not face each other on the front and back sides, and variations in electrode formation do not adversely affect electrical characteristics such as the CI value (crystal impedance), resulting in more stable electrical characteristics. Therefore, it is possible to form an electrode with a higher degree of design freedom.
[0014]
Further, since the second extraction electrode is formed to the end portion of the outer frame portion of the piezoelectric vibration device via the respective step portions having different surface directions, at the top portion (ridge portion) of one step portion, Even if a part of the second extraction electrode is disconnected, conduction can be ensured at another stepped portion. In particular, in the case of a quartz diaphragm, the second extraction electrode does not go through only the top of the stepped portion having an acute angle, but also passes through the top of the stepped portion having a more obtuse angle. At the top, the second extraction electrode is not disconnected, and stable conduction can be ensured.
[0015]
According to
[0016]
According to the third aspect of the present invention, the extraction electrode that extends the excitation electrode of the piezoelectric vibration device to the external connection terminal is externally connected to the first extraction electrode formed integrally with the excitation electrode and the step portion. By separately configuring and electrically connecting the second extraction electrodes constituting the connection terminal, it is possible to form electrodes in separate processes, and thus it is possible to form extraction electrodes that are less likely to cause disconnection.
[0017]
In addition, since the first extraction electrode and the second extraction electrode extend only in a specific region of the central extension portion and are electrically connected to each other, electrodes having different polarities in regions other than the excitation electrode The front and back surfaces do not face each other, and variations in electrode formation do not adversely affect the electrical characteristics such as the CI value (crystal impedance), resulting in more stable electrical characteristics and greater design freedom. High electrode formation can be performed.
[0018]
Further, since the first extraction electrode and the second extraction electrode are formed in a central extension portion in which a part of the central portion extends to the vicinity of the edge of the outer frame portion, Are arranged in the state of being close to each of the extraction electrodes, mechanical contact at the top of the stepped portion hardly occurs, and the risk of disconnection can be drastically reduced. Since a part of the central part is formed in the central extension part extending to the vicinity of the edge of the outer frame part, the second electrode is not adversely affected on the excitation electrode formed in the central part. The extraction electrode can be formed.
[0019]
Moreover, since the 2nd extraction electrode is formed in the edge part of the outer frame part of a piezoelectric vibration device via each level | step difference part from which the surface direction of a center extension part differs, the top part of one level | step-difference part ( Even if a part of the second extraction electrode is disconnected at the ridge portion, conduction can be ensured at another step portion. In particular, in the case of a quartz diaphragm, the second extraction electrode does not go through only the top of the stepped portion having an acute angle, but also passes through the top of the stepped portion having a more obtuse angle. At the top, the second extraction electrode is not disconnected, and stable conduction can be ensured.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a quartz crystal plate constituting an AT-cut quartz crystal resonator as a piezoelectric vibrating device will be described.
[0021]
(First embodiment)
-Configuration of crystal diaphragm 1-
FIG. 1 is a plan view of a
[0022]
The
[0023]
For example,
[0024]
[0025]
In addition, the
[0026]
With the above configuration, since the first extraction electrode and the second extraction electrode are configured separately, for example, the second extraction electrode can be formed in a separate process closer to the final process. Thus, it is possible to form an extraction electrode that is less likely to cause disconnection. Further, since the second extraction electrode is formed to the end portion of the outer frame portion of the piezoelectric vibration device via two step portions having different plane directions, at the top portion (ridge portion) of one step portion, Even if a part of the second extraction electrode is disconnected, conduction can be ensured at another stepped portion. In particular, in the case where a quartz diaphragm is used as in the present embodiment, the second extraction electrode does not go through only the tops of the tops of the stepped
[0027]
The role of the second lead electrode is to conduct with the first lead electrode and to be connected to an external electrode pad of a ceramic package, which will be described later, through a conductive bonding material as an external connection terminal. Accordingly, the excitation electrode and the first extraction electrode material are made of chromium + gold and the second extraction electrode is made of chromium + silver + chromium as in the present invention, so that the first extraction electrode and the second extraction electrode are made. The conduction with the electrode is stable, and the compatibility with the conductive bonding material (especially silicon) is good, so the conduction with the external electrode pad of the ceramic package is also stable.
[0028]
Although not shown, such a piezoelectric vibration device is housed in a package made of ceramics such as alumina, and is electrically connected to external electrode pads of the ceramic package in order to lead each external connection terminal to the outside. Then, a surface-mounted crystal resonator can be obtained by airtightly bonding the upper surface of the package with a cover plate.
[0029]
In the above-described embodiment, the first extraction electrode is extended only to one corner portion of the square central portion as the specific region where the step portions having different plane directions are close to each other, and the second extraction electrode and the second extraction electrode are electrically connected to each other. However, the central portion may have another polygonal shape, and the first extraction electrode may be extended to a plurality of corner portions and electrically connected to the second extraction electrode. .
[0030]
-Machining method of crystal diaphragm 1-
Next, a method for processing the
[0031]
Fig. 4 <Etching of crystal diaphragm>
1—A resist film MR having a two-layer structure of Cr and Au is deposited on the entire front and back surfaces of the
2- A negative type resist film NR is formed on the upper surface.
Using a 3-photolithography technique, an area excluding the area corresponding to the
4- The resist film MR (Au and Cr) in the region corresponding to the
5- By removing the negative type resist film NR and performing wet etching with an etching solution such as hydrofluoric acid + ammonium fluoride solution, the thin
6—Metal etching is performed on the entire surface of the resist film MR with an etchant.
[0032]
FIG. 5 <Formation of excitation electrode and first extraction electrode>
7-After the above-described steps, an electrode film M1 having a two-layer structure of Cr and Au is deposited on the entire front and back surfaces of the
8—Positive type resist film PR is formed on the upper surface thereof.
9- Photolitho technology is used to expose and develop areas excluding the areas corresponding to the
10—Metal etching is performed on the electrode film M1 (Au and Cr) in the region with an etchant.
11—Remove the positive type resist film PR.
[0033]
FIG. 6 <Formation of Second Electrode>
12-After the above-described steps, Cr, Ag is applied from the vicinity of the
[0034]
As shown in FIGS. 1 to 3, the
[0035]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The present embodiment is a modification of the shape of the
[0036]
FIG. 7 is a plan view of the
As shown in this figure, the
[0037]
The central extending portion 111 is formed with step portions 1311 and 1312 continuously from the adjacent portions of the
[0038]
The central extending portion 112 has step portions 1441 and 1442 formed continuously from the adjacent portions of the
[0039]
As described above, the
[0040]
[0041]
In addition, the
[0042]
With the above configuration, since the first extraction electrode and the second extraction electrode are configured separately, for example, the second extraction electrode can be formed in a separate process closer to the final process. Thus, it is possible to form an extraction electrode that is less likely to cause disconnection. In addition, since the second extraction electrode is formed to the end portion of the outer frame portion of the piezoelectric vibration device via three step portions having different surface directions close to the end portion of the central extension portion, Even if a part of the second extraction electrode is disconnected at the top (ridge) of the stepped portion, conduction can be ensured at the other stepped portion. In particular, in the present embodiment, a part of the central portion is formed in the central extension portion that extends to the vicinity of the edge of the outer frame portion, so that the step portions having different surface directions are formed on the extraction electrodes. The mechanical contact at the top of the stepped portion hardly occurs and the risk of disconnection can be drastically reduced. Since a part of the central part is formed in the central extension part extending to the vicinity of the edge of the outer frame part, the second electrode is not adversely affected on the excitation electrode formed in the central part. The extraction electrode can be formed.
[0043]
In the above embodiment, an example in which a central extension portion is formed at one corner of a square central portion is taken as an example, but a central extension portion is formed on a side portion of the square central portion. Further, a plurality of center extending portions may be formed, and the first extraction electrode may be extended to the plurality of center extending portions and electrically connected to the second extraction electrode.
[0044]
-Other embodiments-
Each of the embodiments described above describes the formation of a recess (stepped portion) on the front and back main surfaces, but is also applicable to a configuration in which a recess (stepped portion) is formed only on one of the front and back surfaces it can. In addition, an inverted mesa in which a thin central portion, a thick outer frame portion formed so as to surround the central portion, and a step portion connecting the central portion and the outer frame portion are integrally formed by a crystal diaphragm. Although the structure is described, a thick central part, a thin outer frame part formed so as to surround the central part, and a step part connecting the central part and the outer frame part are integrated by a crystal diaphragm. The present invention can also be applied to a formed mesa structure. Further, a stepped portion as a stepped inner side wall may be formed between the central portion and the outer frame portion, and even if stress acts on the outer frame portion, it can be easily relaxed. And local stress concentration can be avoided. Further, in each of the above-described embodiments, the case where a crystal diaphragm is employed as the piezoelectric vibration device has been described. The present invention is not limited to this, and can also be applied to piezoelectric vibration devices made of other piezoelectric materials.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a crystal diaphragm according to a first embodiment.
FIG. 2 is a bottom view of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 shows a manufacturing method according to the first embodiment.
FIG. 5 shows a manufacturing method according to the first embodiment.
FIG. 6 is a view showing the manufacturing method of the first embodiment.
FIG. 7 is a plan view of a crystal diaphragm according to a second embodiment.
8 is a bottom view of FIG.
9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
圧電振動デバイスの中央部に形成された励振電極と、当該励振電極の端部から延出され、かつ圧電振動デバイスの少なくとも中央部と外枠部に形成された第1の引出電極と、圧電振動デバイスの中央部と外枠部に形成された第2の引出電極とを有し、
前記第1の引出電極は、前記励振電極の端部から面方向の異なる段差部がお互い近接する特定領域に向かって延出され、
前記第2の引出電極は、前記特定領域で前記第1の引出電極の上面に形成され電気的に接続されており、かつ、この特定領域から前記面方向の異なるそれぞれの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成され外部接続端子を構成してなることを特徴とする圧電振動デバイス。A piezoelectric vibration device in which a central portion having a main vibration portion, an outer frame portion formed so as to surround the central portion, and a step portion connecting the central portion and the outer frame portion are integrally formed of a piezoelectric material. There,
An excitation electrode formed at a central portion of the piezoelectric vibration device; a first extraction electrode extending from an end portion of the excitation electrode and formed at least at the central portion and the outer frame portion of the piezoelectric vibration device; Having a second extraction electrode formed in the central part of the device and the outer frame part,
The first extraction electrode extends from the end portion of the excitation electrode toward a specific region where step portions having different surface directions are close to each other,
The second extraction electrode is formed on and electrically connected to the upper surface of the first extraction electrode in the specific region, and passes through each step portion having a different surface direction from the specific region. A piezoelectric vibration device formed on an end portion of an outer frame portion of the piezoelectric vibration device to constitute an external connection terminal.
前記中央部の一部が、前記外枠部の端縁近傍にまで延出された中央延出部が形成されており、
圧電振動デバイスの中央部に形成された励振電極と、当該励振電極の端部から延出され、かつ圧電振動デバイスの少なくとも中央部と中央延出部に形成された第1の引出電極と、圧電振動デバイスの中央延出部と外枠部に形成された第2の引出電極とを有し、
前記第1の引出電極は、前記励振電極の端部から前記中央延出部の特定領域に向かって延出され、
前記第2の引出電極は、前記特定領域で前記第1の引出電極の上面に形成され電気的に接続されており、かつ、この特定領域から前記面方向の異なるそれぞれの段差部を経由して圧電振動デバイスの外枠部の端部へと形成され外部接続端子を構成してなることを特徴とする圧電振動デバイス。A piezoelectric vibration device in which a central portion including a main vibration portion, an outer frame portion formed so as to surround the central portion, and a step portion connecting the central portion and the outer frame portion are integrally formed of a piezoelectric material. There,
A central extension part is formed in which a part of the central part extends to the vicinity of the edge of the outer frame part,
An excitation electrode formed at a central portion of the piezoelectric vibration device; a first extraction electrode extending from an end portion of the excitation electrode; and formed at least at the central portion and the central extension portion of the piezoelectric vibration device ; A central extension portion of the vibration device and a second extraction electrode formed on the outer frame portion;
The first extraction electrode extends from an end portion of the excitation electrode toward a specific region of the central extension portion,
The second extraction electrode is formed on and electrically connected to the upper surface of the first extraction electrode in the specific region, and passes through each step portion having a different surface direction from the specific region. A piezoelectric vibration device formed on an end portion of an outer frame portion of the piezoelectric vibration device to constitute an external connection terminal.
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