JP3925199B2 - 水晶振動デバイス - 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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
従来の構成例として、表面実装型の水晶振動子を挙げ、図１２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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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い。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。
【０００７】
こうした接着強度の低下を補うために、従来では、例えば特開平３−１９０４１０号公報、特開平７−２８３６８３号公報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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００９】
【発明を解決するための手段】
本発明の水晶振動デバイスは、上記課題を解決するために創案されたものであり、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り、以下の各構成によって実現される。
【００１０】
まず、上記励振電極及び引出電極のうち、少なくとも引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層、Ｃｒ薄膜層の順に積層されてなり、これらの各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されていることによって特徴付けられる。
【００１１】
この構成により、引出電極の最上層にＣｒ薄膜層が形成されているので、シリコン系導電接着剤を用いた場合、比較的酸化しやすいＣｒによる接合強度の向上と、Ａｕ膜による良好な導通性の両作用を得ることができる。
【００１２】
上記構成において、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構成としてもよい。
【００１３】
この構成では、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。
【００１４】
また、上記電極パッドの他の構成として、上記べース上にタングステンからなるメタライズ層、Ｎｉ膜層、Ａｕ膜層の順に積層されてなり、このＮｉ膜層上のＡｕ膜層にはＮｉが拡散されている構成としてもよい。
【００１５】
この構成では、電極パッドの最上層であるＡｕ膜層にＮｉが拡散されているので、電極パッド全体の膜厚を増加させることなく、シリコン系導電接着剤による接着強度を向上させることができる。しかも、この拡散は比較的簡単な熱処理によって行なうことができる。
【００１６】
本発明では、上記したように、引出電極側の両方の最上層にＡｕのみではなくＣｒが、また、電極パッド側の両方の最上層にはＡｕのみではなく、ＡｇまたはＡｌまたはＮｉなどの比較的酸化しやすい金属が存在するので、引出電極、電極パッドのそれぞれととシリコン系導電接着剤との接合は良好とされ、接着強度が向上する。
【００１７】
本発明の他の水晶振動デバイスとして、上記励振電極及び引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層の順に積層されてなるとともに、上記べースと対向する引出電極及び励振電極のうち少なくとも引出電極には当該引出電極のＡｕ膜層上にＣｒ薄膜層が積層されており、これら各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されている構成をあげることができる。
【００１８】
この構成によれば、べースと対向する引出電極及び励振電極のうち少なくとも引出電極にはその最上層にＣｒ薄膜層が積層されているので、比較的酸化しやすいＣｒによる接合強度の向上と、Ａｕ膜による良好な導通性の両作用を得ることができる。
【００１９】
また、水晶振動板の裏面、すなわちべースの電極パッド側にのみＣｒ膜を形成しており、水晶振動板の表面にはＣｒ膜を形成していない構成であるので、表面のＡｕ膜に対して、効率よく周波数調整を行なうことができるとともに、電気的特性も向上する。
【００２０】
この構成において、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膜層の順に積層されているとともに、上記シリコン系導電接着剤が塗布される少なくとも当該電極パッドのＡｕ膜層には、上記Ｎｉ膜層のＮｉが拡散されている構成としてもよい。
【００２１】
あるいは、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構成としてもよい。
【００２２】
また、本発明の水晶振動デバイスにおいては、上記Ｃｒ薄膜層の膜厚は５〜５０オングストロームであることを含む。
【００２３】
引出電極あるいは励振電極の最上層のＣｒ薄膜層の膜厚は、５オングストローム以下になると、これらの薄膜層を形成した効果を得ることができず、接着強度の低下が認められた。一方、５０オングストロームを超えると水晶振動デバイスのＣＩ値が高くなりすぎ、振動特性に悪影響を及ぼすことが認められた。従って、最上層のＣｒ薄膜層の膜厚を、上記の範囲とすることにより、耐衝撃性を向上させることができるとともに、ＣＩ値などの電気的特性を良好な状態に保つことができる。
【００２４】
更に、この水晶振動デバイスは、上記水晶振動板の両主面にそれぞれ形成されている引出電極を、電極のパターン形状または大きさが互いに異なるように構成してもよい。
【００２５】
この構成により、電極が形成された水晶振動板の表裏の判別を容易に行なうことができる。この結果、例えば、水晶振動子の電気的特性を良好にするには、裏面の最上層のＣｒ膜を薄く形成することが好ましい。このような場合、このＣｒ膜の有無について、目視あるいはデジタルカメラなどによる画像処理技術を用いてもその判断が困難となることが多い。しかし、この構成とすれば、明確に判断することが可能になり、自動機などを用いた製造においても効率的であり、製造歩留りを向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、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。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
各電極パッド１２（１６）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の順にメッキなどの方法により形成された構成である。さらに、少なくとも電極パッドのシリコン系導電接着剤が塗布される領域には、加熱処理により、Ａｕ膜層１２３の下層に位置するＮｉ膜層１２２のＮｉが表面にあるＡｕ膜層１２３に拡散された構成となっている。この実施の形態においては、以下に示す各電極を形成した後、パッケージ全体を真空雰囲気中で約３００℃、２時間の加熱を行なうことにより、ＮｉがＡｕ膜層１２３に拡散された構成を得ることができた。
【００３１】
なお、この加熱処理は、レーザービーム等により、必要な部分のみに局部的に行なうことも可能である。
【００３２】
この電極パッド１２（１６）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は、引出電極２１０（２３０）、２２０（２４０）により、各電極パッド１２（１６）部分に引き出されている。励振電極２１、２２と引出電極２１０（２３０）、２２０（２４０）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り、各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法などにより形成されている。電極パッド１２（１６）と引出電極２１０（２３０）、２２０（２４０）とがシリコン系導電接着剤３０により導電接合される。この実施の形態では、シリコン系導電接着剤３０が水晶振動板２の片面にのみ塗布された構成となっている。 なお、この第２のＣｒ膜層を、引出電極にのみ形成する構成であってもよい。この場合、励振電極部分の最上層はＡｕ膜であり、比較的硬質なＣｒ膜に比べ、軟質な材料であるのでイオンミーリングなどの金属膜厚調整によって特性調整を行なう際、その調整レートを向上させることができる。
【００３３】
金属蓋３は、コバールを母材とし、その表面にＮｉメッキが施されている。また、金属層１１上に沿って銀ろう材４０が形成される。そして、真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で、金属蓋３を金属層１１上に銀ろう材４０を介して搭載し、この状態でビーム溶接、シーム溶接あるいは高周波誘導加熱などの局部加熱法によって加熱し、ろう接する。これにより、セラミックパッケージ１は気密封止される。
＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。第１の実施の形態と同様の構成には同符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態では、引出電極の構成が第１の実施の形態と異なる。
【００３５】
電極パッド１２（１６）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の順に形成された構成である。さらに、シリコン系導電接着剤が塗布される少なくとも電極パッド１２（１６）のＡｕ膜層１２３の所定領域は、Ｎｉ膜層１２２のＮｉが拡散された構成となっている。
【００３６】
一方、電極パッド１２（１６）上に搭載される水晶振動板２に形成されている励振電極２１及び引出電極２１０は、厚さ約１６Åの第１のＣｒ膜層、厚さ約５０００ÅのＡｕ膜層がこの順に積層されてなり、表面にＡｕ膜層が露出した構造である。また、引出電極２１０、２３０の角部分において、水晶振動板２の素地が一部分露出した露出部２３、２４が形成されている。この構造により、シリコン系導電接着剤３０がこの露出部２３、２４に及ぶように塗布することにより、接着強度を確保するものである。
＜第３の実施の形態＞
図５は、本発明の第３の実施の形態を示す平面図、図６は図５におけるＡ−Ａ断面図、図７は第３の実施の形態の要部拡大断面図である。
【００３７】
第１の実施の形態と同様の構成には同符号を付し、その説明は省略する。 本実施の形態では、励振電極及び引出電極の構成が第１の実施の形態と異なる。
【００３８】
水晶振動板２の両主面にはそれぞれ励振電極２１、２２が形成され、励振電極２１から、引出電極２１８、２１９が各電極パッド１６、１２部分に引き出されている。引出電極２１８、２１９の電極パッド１６、１２との接合部分の反対面には、それぞれ引出電極２０９、２１０が形成されている。これら引出電極２１８、２１９はそれぞれ引出電極２０９、２１０と、直接導電膜により導通接続してもよい。
【００３９】
励振電極２１、２２と引出電極２１８、２１９、２０９、２１０は、水晶振動板２の各主面上に、厚さ約１６Åの第１のＣｒ膜層２１６、２２５、厚さ約５０００ÅのＡｕ膜層２１５、２２６がこの順に積層されてなり、各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法などにより形成されている。さらに、電極パッド１２（１６）側の励振電極２２及び引出電極２１０の上面には厚さ約１０Åの第２のＣｒ膜層２２７が形成されている。そして、電極パッド１２（１６）と引出電極２１０（２０９）とがシリコン系導電接着剤３０により導電接合される。この実施の形態でも、シリコン系導電接着剤３０が水晶振動板２の裏面にのみ塗布された構成となっている。これは低背化された圧電振動子が求められる場合、収納空間を低く抑える構成として有効である。
＜第４の実施の形態＞
図８（ａ）は、本発明の第４の実施の形態を示す平面図、図８（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の水晶振動板をべース側から見た図、図９は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図で要部を示す図である。
【００４０】
第１の実施の形態と同様の構成には同符号を付し、その説明は省略する。 本実施の形態では、励振電極及び引出電極の構成が第１の実施の形態と異なる。
【００４１】
水晶振動板２の両主面にはそれぞれ励振電極２１、２２が形成され、励振電極２１から、引出電極１５０、１５１が各電極パッド１２、１６部分に引き出されている。引出電極１５０、１５１の電極パッド１２、１６との接合部分の反対面には、それぞれ引出電極２５０、２５１が形成されている。
【００４２】
図８（ａ）に示すように、一方の主面に形成された引出電極１５０、１５１は大きさ及び形状が互いに異なる。また、図８（ｂ）に示すように、他方の主面に形成された引出電極２５０、２５１は電極パターンが同一となっている。この構成では、各主面に形成された引出電極は全体として互いに異なる電極パターンとなる。このように、大きさあるいは形状の違いを、例えばデジタルカメラを用いた画像処理技術により検出することにより、各電極が搭載された水晶振動板の表裏を判別することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、励振電極２１および引出電極１５０、１５１、２５０、２５１は、水晶振動板２の各主面上に、厚さ約１６Åの第１のＣｒ膜層２１６、２２５、厚さ約５０００ÅのＡｕ膜層２１５、２２６がこの順に積層されている。さらに、引出電極２５０、２５１のシリコン系導電接着剤３０を介して電極パッド１２、１６との接続部分にのみ厚さ約１０Åの第２のＣｒ膜層２２８が形成されている。
【００４４】
以上のように、各主面に形成される引出電極の電極パターンを互いに異なるように構成する例として、図１０（ａ）に第１変形例、図１０（ｂ）に第２変形例をそれぞれ平面図で示す。
【００４５】
第１変形例では、一方の電極パッド側の引出電極を表裏の各主面で異なるように構成されている。つまり、表側の主面に形成された引出電極２６０と裏側の主面に形成された引出電極１６１の大きさ及び形状が異なる。この例では他方の電極パッド側の表側の主面に形成された引出電極２６０と裏側の主面に形成された引出電極２６１は同一パターンである。
【００４６】
第２変形例では、引出電極１７１、２７０を反対の主面側に回し込まず、引出電極１７１、２７０の形状が異なるように構成されている。
【００４７】
以上説明した第４の実施の形態では、引出電極の表裏の判別をその電極パターンの形状、大きさに基づいて行うが、水晶振動板は透明であるため、一方の主面側からでも他方の主面に形成された引出電極の電極パターンの形状、大きさの判別が容易である。
【００４８】
以上、本実施の形態では水晶振動デバイスの例として水晶振動子を示したが、これに限ることなく、水晶フィルタ、水晶発振器などの水晶振動デバイスにも適用できる。
［実施例］
図１１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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、実施例Ａ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５μｍのＮｉメッキ膜層、厚さ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の第１Ｃｒスパッタ膜層、厚さ５０００ÅのＡｕスパッタ膜層、厚さ５Åの第２Ｃｒスパッタ膜層の順で積層されてなる。そして、セラミックパッケージ全体を、真空雰囲気中で約３００℃、２時間の加熱処理を行なったものである。
【００５２】
以下、実施例Ｂ〜Ｇのサンプルは、実施例Ａとは第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さが異なるだけで、構成は実施例Ａと同様である。実施例Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの各サンプルでは、その第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さはそれぞれ１０Å、２０Å、３０Å、４０Å、５０Å、６０Åである。
【００５３】
実施例Ｉ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５μｍのＮｉメッキ膜層、厚さ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の第１Ｃｒ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おり、電極パッド側の引出電極部分にのみ、厚さ１０Åの第２Ｃｒスパッタ膜層が形成されてなる。そして、セラミックパッケージ全体を、真空雰囲気中で約３００℃、２時間の加熱処理を行なったものである。
【００５４】
以下、実施例Ｊ，Ｋのサンプルは、実施例Ｉとは電極パッド側の引出電極部分にのみ、形成される第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さが異なるだけで、構成は実施例Ｉと同様である。実施例Ｊ及び実施例Ｋの各サンプルでは、その第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さはそれぞれ２０Å、３０Åである。
【００５５】
図１１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。このようにＣｒ膜層の膜厚は５Å以上であると耐衝撃性は向上する。ただし、この膜厚が必要以上に厚くなり過ぎると導通性が低下したり、振動を阻害する要因となるおそれがあり、これらの関連から、膜厚を設定する必要がある。なお、最上層のＣｒ膜の厚さは平均膜厚である。
【００５６】
以上述べた従来品のサンプル及び実施例Ａ〜Ｇの励振電極や引き出し電極における最上層に位置するＣｒ膜厚によるＣＩ値の変化を図４に示す。
【００５７】
ＣＩ値は各サンプルの平均値をプロットしたものである。図４から明らかなように、Ｃｒ膜厚が５０Åを超えた所定値からＣＩ値が指数関数的に増加し、ＣＩ値は悪化する。また、図示していないが、そのバラツキも大きくなる傾向にある。図４からＣｒ膜厚が５０Å以下であると比較的良好なＣＩ値を確保することができ、３０Å以下であるとより好ましいＣＩ値を確保できると判断できる。
【００５８】
以上の検証データから、励振電極や引き出し電極における最上層に位置するＣｒ膜厚は、５〜５０Å程度とすることが適当であり、５〜３０Åとすることがより好ましい。なお、膜厚は平均膜厚である。
【００５９】
次に、水晶振動板の両主面に励振電極と引出電極との最上層にＣｒ膜を形成した場合（実施例Ｃ）と電極パッド側の引出電極部分にのみＣｒ膜を形成した場合（実施例Ｊ）についての周波数調整時のミーリングレートの検証試験及びその結果を説明する。
【００６０】
実施例Ｃと実施例Ｊの水晶振動子を、Ａｒガスを用いたイオンミーリングにより電極膜厚を減少させ、所定の周波数調整を行い、その時間を測定した。検証に用いたサンプルは１４４個を１ロットとし、５ロット分について検証した。また、目標周波数は２４．５７６ＭＨｚとし、各サンプルは平均的に目標周波数より２０〜３０ＫＨｚ低い状態、すなわち電極膜厚が厚い状態となっている。
【００６１】
検証試験の結果、実施例Ｊの各ロットは、実施例Ｃの各ロットに比較して、平均２１０秒早く処理が終了していた。これをサンプル１個当たりの処理時間で比較すると約１．４６秒早く処理されており、周波数調整速度、すなわち、ミーリングレートが向上していることを確認した。これは、既に酸化されＣｒＯ2 に変化したものも含めＣｒ膜は、硬い材料であり、Ａｕ膜に比べても硬いことから、ミーリングレートが低くなるためと考えられる。従って、このようなＣｒ膜が水晶振動板の両主面に形成されている実施例Ｃは、片方の主面にしか形成されていない実施例Ｊに比べ、ミーリング処理に時間がかかることが裏付けられる。
【００６２】
【発明の効果】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す断面図
【図２】 図１における要部拡大断面図
【図３】 本発明の第２の実施の形態を示す平面図
【図４】 水晶振動デバイスにおける最上層のＣｒ膜層の膜厚とＣＩ値との関係を示す図
【図５】 本発明の第３の実施の形態を示す平面図
【図６】 図５におけるＡ−Ａ断面図
【図７】 第３の実施の形態の要部拡大断面図
【図８】 図８（ａ）は、本発明の第４の実施の形態を示す平面図、図８（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の水晶振動板をべース側から見た図
【図９】 図８（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図で要部を示す図
【図１０】 図１０（ａ）は、第４の実施の形態の第１変形例、図１０（ｂ）は、第２変形例を示す平面図
【図１１】 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
【図１２】 従来例を示す断面図
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
従来の構成例として、表面実装型の水晶振動子を挙げ、図１２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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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い。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。
【０００７】
こうした接着強度の低下を補うために、従来では、例えば特開平３−１９０４１０号公報、特開平７−２８３６８３号公報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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００９】
【発明を解決するための手段】
本発明の水晶振動デバイスは、上記課題を解決するために創案されたものであり、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り、以下の各構成によって実現される。
【００１０】
まず、上記励振電極及び引出電極のうち、少なくとも引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層、Ｃｒ薄膜層の順に積層されてなり、これらの各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されていることによって特徴付けられる。
【００１１】
この構成により、引出電極の最上層にＣｒ薄膜層が形成されているので、シリコン系導電接着剤を用いた場合、比較的酸化しやすいＣｒによる接合強度の向上と、Ａｕ膜による良好な導通性の両作用を得ることができる。
【００１２】
上記構成において、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構成としてもよい。
【００１３】
この構成では、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。
【００１４】
また、上記電極パッドの他の構成として、上記べース上にタングステンからなるメタライズ層、Ｎｉ膜層、Ａｕ膜層の順に積層されてなり、このＮｉ膜層上のＡｕ膜層にはＮｉが拡散されている構成としてもよい。
【００１５】
この構成では、電極パッドの最上層であるＡｕ膜層にＮｉが拡散されているので、電極パッド全体の膜厚を増加させることなく、シリコン系導電接着剤による接着強度を向上させることができる。しかも、この拡散は比較的簡単な熱処理によって行なうことができる。
【００１６】
本発明では、上記したように、引出電極側の両方の最上層にＡｕのみではなくＣｒが、また、電極パッド側の両方の最上層にはＡｕのみではなく、ＡｇまたはＡｌまたはＮｉなどの比較的酸化しやすい金属が存在するので、引出電極、電極パッドのそれぞれととシリコン系導電接着剤との接合は良好とされ、接着強度が向上する。
【００１７】
本発明の他の水晶振動デバイスとして、上記励振電極及び引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層の順に積層されてなるとともに、上記べースと対向する引出電極及び励振電極のうち少なくとも引出電極には当該引出電極のＡｕ膜層上にＣｒ薄膜層が積層されており、これら各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されている構成をあげることができる。
【００１８】
この構成によれば、べースと対向する引出電極及び励振電極のうち少なくとも引出電極にはその最上層にＣｒ薄膜層が積層されているので、比較的酸化しやすいＣｒによる接合強度の向上と、Ａｕ膜による良好な導通性の両作用を得ることができる。
【００１９】
また、水晶振動板の裏面、すなわちべースの電極パッド側にのみＣｒ膜を形成しており、水晶振動板の表面にはＣｒ膜を形成していない構成であるので、表面のＡｕ膜に対して、効率よく周波数調整を行なうことができるとともに、電気的特性も向上する。
【００２０】
この構成において、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膜層の順に積層されているとともに、上記シリコン系導電接着剤が塗布される少なくとも当該電極パッドのＡｕ膜層には、上記Ｎｉ膜層のＮｉが拡散されている構成としてもよい。
【００２１】
あるいは、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構成としてもよい。
【００２２】
また、本発明の水晶振動デバイスにおいては、上記Ｃｒ薄膜層の膜厚は５〜５０オングストロームであることを含む。
【００２３】
引出電極あるいは励振電極の最上層のＣｒ薄膜層の膜厚は、５オングストローム以下になると、これらの薄膜層を形成した効果を得ることができず、接着強度の低下が認められた。一方、５０オングストロームを超えると水晶振動デバイスのＣＩ値が高くなりすぎ、振動特性に悪影響を及ぼすことが認められた。従って、最上層のＣｒ薄膜層の膜厚を、上記の範囲とすることにより、耐衝撃性を向上させることができるとともに、ＣＩ値などの電気的特性を良好な状態に保つことができる。
【００２４】
更に、この水晶振動デバイスは、上記水晶振動板の両主面にそれぞれ形成されている引出電極を、電極のパターン形状または大きさが互いに異なるように構成してもよい。
【００２５】
この構成により、電極が形成された水晶振動板の表裏の判別を容易に行なうことができる。この結果、例えば、水晶振動子の電気的特性を良好にするには、裏面の最上層のＣｒ膜を薄く形成することが好ましい。このような場合、このＣｒ膜の有無について、目視あるいはデジタルカメラなどによる画像処理技術を用いてもその判断が困難となることが多い。しかし、この構成とすれば、明確に判断することが可能になり、自動機などを用いた製造においても効率的であり、製造歩留りを向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、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。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
各電極パッド１２（１６）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の順にメッキなどの方法により形成された構成である。さらに、少なくとも電極パッドのシリコン系導電接着剤が塗布される領域には、加熱処理により、Ａｕ膜層１２３の下層に位置するＮｉ膜層１２２のＮｉが表面にあるＡｕ膜層１２３に拡散された構成となっている。この実施の形態においては、以下に示す各電極を形成した後、パッケージ全体を真空雰囲気中で約３００℃、２時間の加熱を行なうことにより、ＮｉがＡｕ膜層１２３に拡散された構成を得ることができた。
【００３１】
なお、この加熱処理は、レーザービーム等により、必要な部分のみに局部的に行なうことも可能である。
【００３２】
この電極パッド１２（１６）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は、引出電極２１０（２３０）、２２０（２４０）により、各電極パッド１２（１６）部分に引き出されている。励振電極２１、２２と引出電極２１０（２３０）、２２０（２４０）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り、各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法などにより形成されている。電極パッド１２（１６）と引出電極２１０（２３０）、２２０（２４０）とがシリコン系導電接着剤３０により導電接合される。この実施の形態では、シリコン系導電接着剤３０が水晶振動板２の片面にのみ塗布された構成となっている。 なお、この第２のＣｒ膜層を、引出電極にのみ形成する構成であってもよい。この場合、励振電極部分の最上層はＡｕ膜であり、比較的硬質なＣｒ膜に比べ、軟質な材料であるのでイオンミーリングなどの金属膜厚調整によって特性調整を行なう際、その調整レートを向上させることができる。
【００３３】
金属蓋３は、コバールを母材とし、その表面にＮｉメッキが施されている。また、金属層１１上に沿って銀ろう材４０が形成される。そして、真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で、金属蓋３を金属層１１上に銀ろう材４０を介して搭載し、この状態でビーム溶接、シーム溶接あるいは高周波誘導加熱などの局部加熱法によって加熱し、ろう接する。これにより、セラミックパッケージ１は気密封止される。
＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す平面図である。第１の実施の形態と同様の構成には同符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態では、引出電極の構成が第１の実施の形態と異なる。
【００３５】
電極パッド１２（１６）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の順に形成された構成である。さらに、シリコン系導電接着剤が塗布される少なくとも電極パッド１２（１６）のＡｕ膜層１２３の所定領域は、Ｎｉ膜層１２２のＮｉが拡散された構成となっている。
【００３６】
一方、電極パッド１２（１６）上に搭載される水晶振動板２に形成されている励振電極２１及び引出電極２１０は、厚さ約１６Åの第１のＣｒ膜層、厚さ約５０００ÅのＡｕ膜層がこの順に積層されてなり、表面にＡｕ膜層が露出した構造である。また、引出電極２１０、２３０の角部分において、水晶振動板２の素地が一部分露出した露出部２３、２４が形成されている。この構造により、シリコン系導電接着剤３０がこの露出部２３、２４に及ぶように塗布することにより、接着強度を確保するものである。
＜第３の実施の形態＞
図５は、本発明の第３の実施の形態を示す平面図、図６は図５におけるＡ−Ａ断面図、図７は第３の実施の形態の要部拡大断面図である。
【００３７】
第１の実施の形態と同様の構成には同符号を付し、その説明は省略する。 本実施の形態では、励振電極及び引出電極の構成が第１の実施の形態と異なる。
【００３８】
水晶振動板２の両主面にはそれぞれ励振電極２１、２２が形成され、励振電極２１から、引出電極２１８、２１９が各電極パッド１６、１２部分に引き出されている。引出電極２１８、２１９の電極パッド１６、１２との接合部分の反対面には、それぞれ引出電極２０９、２１０が形成されている。これら引出電極２１８、２１９はそれぞれ引出電極２０９、２１０と、直接導電膜により導通接続してもよい。
【００３９】
励振電極２１、２２と引出電極２１８、２１９、２０９、２１０は、水晶振動板２の各主面上に、厚さ約１６Åの第１のＣｒ膜層２１６、２２５、厚さ約５０００ÅのＡｕ膜層２１５、２２６がこの順に積層されてなり、各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法などにより形成されている。さらに、電極パッド１２（１６）側の励振電極２２及び引出電極２１０の上面には厚さ約１０Åの第２のＣｒ膜層２２７が形成されている。そして、電極パッド１２（１６）と引出電極２１０（２０９）とがシリコン系導電接着剤３０により導電接合される。この実施の形態でも、シリコン系導電接着剤３０が水晶振動板２の裏面にのみ塗布された構成となっている。これは低背化された圧電振動子が求められる場合、収納空間を低く抑える構成として有効である。
＜第４の実施の形態＞
図８（ａ）は、本発明の第４の実施の形態を示す平面図、図８（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の水晶振動板をべース側から見た図、図９は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図で要部を示す図である。
【００４０】
第１の実施の形態と同様の構成には同符号を付し、その説明は省略する。 本実施の形態では、励振電極及び引出電極の構成が第１の実施の形態と異なる。
【００４１】
水晶振動板２の両主面にはそれぞれ励振電極２１、２２が形成され、励振電極２１から、引出電極１５０、１５１が各電極パッド１２、１６部分に引き出されている。引出電極１５０、１５１の電極パッド１２、１６との接合部分の反対面には、それぞれ引出電極２５０、２５１が形成されている。
【００４２】
図８（ａ）に示すように、一方の主面に形成された引出電極１５０、１５１は大きさ及び形状が互いに異なる。また、図８（ｂ）に示すように、他方の主面に形成された引出電極２５０、２５１は電極パターンが同一となっている。この構成では、各主面に形成された引出電極は全体として互いに異なる電極パターンとなる。このように、大きさあるいは形状の違いを、例えばデジタルカメラを用いた画像処理技術により検出することにより、各電極が搭載された水晶振動板の表裏を判別することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、励振電極２１および引出電極１５０、１５１、２５０、２５１は、水晶振動板２の各主面上に、厚さ約１６Åの第１のＣｒ膜層２１６、２２５、厚さ約５０００ÅのＡｕ膜層２１５、２２６がこの順に積層されている。さらに、引出電極２５０、２５１のシリコン系導電接着剤３０を介して電極パッド１２、１６との接続部分にのみ厚さ約１０Åの第２のＣｒ膜層２２８が形成されている。
【００４４】
以上のように、各主面に形成される引出電極の電極パターンを互いに異なるように構成する例として、図１０（ａ）に第１変形例、図１０（ｂ）に第２変形例をそれぞれ平面図で示す。
【００４５】
第１変形例では、一方の電極パッド側の引出電極を表裏の各主面で異なるように構成されている。つまり、表側の主面に形成された引出電極２６０と裏側の主面に形成された引出電極１６１の大きさ及び形状が異なる。この例では他方の電極パッド側の表側の主面に形成された引出電極２６０と裏側の主面に形成された引出電極２６１は同一パターンである。
【００４６】
第２変形例では、引出電極１７１、２７０を反対の主面側に回し込まず、引出電極１７１、２７０の形状が異なるように構成されている。
【００４７】
以上説明した第４の実施の形態では、引出電極の表裏の判別をその電極パターンの形状、大きさに基づいて行うが、水晶振動板は透明であるため、一方の主面側からでも他方の主面に形成された引出電極の電極パターンの形状、大きさの判別が容易である。
【００４８】
以上、本実施の形態では水晶振動デバイスの例として水晶振動子を示したが、これに限ることなく、水晶フィルタ、水晶発振器などの水晶振動デバイスにも適用できる。
［実施例］
図１１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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、実施例Ａ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５μｍのＮｉメッキ膜層、厚さ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の第１Ｃｒスパッタ膜層、厚さ５０００ÅのＡｕスパッタ膜層、厚さ５Åの第２Ｃｒスパッタ膜層の順で積層されてなる。そして、セラミックパッケージ全体を、真空雰囲気中で約３００℃、２時間の加熱処理を行なったものである。
【００５２】
以下、実施例Ｂ〜Ｇのサンプルは、実施例Ａとは第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さが異なるだけで、構成は実施例Ａと同様である。実施例Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの各サンプルでは、その第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さはそれぞれ１０Å、２０Å、３０Å、４０Å、５０Å、６０Åである。
【００５３】
実施例Ｉ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５μｍのＮｉメッキ膜層、厚さ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の第１Ｃｒ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おり、電極パッド側の引出電極部分にのみ、厚さ１０Åの第２Ｃｒスパッタ膜層が形成されてなる。そして、セラミックパッケージ全体を、真空雰囲気中で約３００℃、２時間の加熱処理を行なったものである。
【００５４】
以下、実施例Ｊ，Ｋのサンプルは、実施例Ｉとは電極パッド側の引出電極部分にのみ、形成される第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さが異なるだけで、構成は実施例Ｉと同様である。実施例Ｊ及び実施例Ｋの各サンプルでは、その第２Ｃｒスパッタ膜層の厚さはそれぞれ２０Å、３０Åである。
【００５５】
図１１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。このようにＣｒ膜層の膜厚は５Å以上であると耐衝撃性は向上する。ただし、この膜厚が必要以上に厚くなり過ぎると導通性が低下したり、振動を阻害する要因となるおそれがあり、これらの関連から、膜厚を設定する必要がある。なお、最上層のＣｒ膜の厚さは平均膜厚である。
【００５６】
以上述べた従来品のサンプル及び実施例Ａ〜Ｇの励振電極や引き出し電極における最上層に位置するＣｒ膜厚によるＣＩ値の変化を図４に示す。
【００５７】
ＣＩ値は各サンプルの平均値をプロットしたものである。図４から明らかなように、Ｃｒ膜厚が５０Åを超えた所定値からＣＩ値が指数関数的に増加し、ＣＩ値は悪化する。また、図示していないが、そのバラツキも大きくなる傾向にある。図４からＣｒ膜厚が５０Å以下であると比較的良好なＣＩ値を確保することができ、３０Å以下であるとより好ましいＣＩ値を確保できると判断できる。
【００５８】
以上の検証データから、励振電極や引き出し電極における最上層に位置するＣｒ膜厚は、５〜５０Å程度とすることが適当であり、５〜３０Åとすることがより好ましい。なお、膜厚は平均膜厚である。
【００５９】
次に、水晶振動板の両主面に励振電極と引出電極との最上層にＣｒ膜を形成した場合（実施例Ｃ）と電極パッド側の引出電極部分にのみＣｒ膜を形成した場合（実施例Ｊ）についての周波数調整時のミーリングレートの検証試験及びその結果を説明する。
【００６０】
実施例Ｃと実施例Ｊの水晶振動子を、Ａｒガスを用いたイオンミーリングにより電極膜厚を減少させ、所定の周波数調整を行い、その時間を測定した。検証に用いたサンプルは１４４個を１ロットとし、５ロット分について検証した。また、目標周波数は２４．５７６ＭＨｚとし、各サンプルは平均的に目標周波数より２０〜３０ＫＨｚ低い状態、すなわち電極膜厚が厚い状態となっている。
【００６１】
検証試験の結果、実施例Ｊの各ロットは、実施例Ｃの各ロットに比較して、平均２１０秒早く処理が終了していた。これをサンプル１個当たりの処理時間で比較すると約１．４６秒早く処理されており、周波数調整速度、すなわち、ミーリングレートが向上していることを確認した。これは、既に酸化されＣｒＯ2 に変化したものも含めＣｒ膜は、硬い材料であり、Ａｕ膜に比べても硬いことから、ミーリングレートが低くなるためと考えられる。従って、このようなＣｒ膜が水晶振動板の両主面に形成されている実施例Ｃは、片方の主面にしか形成されていない実施例Ｊに比べ、ミーリング処理に時間がかかることが裏付けられる。
【００６２】
【発明の効果】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す断面図
【図２】 図１における要部拡大断面図
【図３】 本発明の第２の実施の形態を示す平面図
【図４】 水晶振動デバイスにおける最上層のＣｒ膜層の膜厚とＣＩ値との関係を示す図
【図５】 本発明の第３の実施の形態を示す平面図
【図６】 図５におけるＡ−Ａ断面図
【図７】 第３の実施の形態の要部拡大断面図
【図８】 図８（ａ）は、本発明の第４の実施の形態を示す平面図、図８（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の水晶振動板をべース側から見た図
【図９】 図８（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図で要部を示す図
【図１０】 図１０（ａ）は、第４の実施の形態の第１変形例、図１０（ｂ）は、第２変形例を示す平面図
【図１１】 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
【図１２】 従来例を示す断面図
Claims (9)
- 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、上記励振電極及び引出電極のうち、少なくとも引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層、Ｃｒ薄膜層の順に積層されてなり、これらの各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されていることを特徴とする水晶振動デバイス。
- 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、上記励振電極及び引出電極のうち、少なくとも引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層、Ｃｒ薄膜層の順に積層されてなり、これらの各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されており、上記Ｃｒ薄膜層の膜厚は５〜５０オングストロームであることを特徴とする水晶振動デバイス。
- 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請求項１または２に記載の水晶振動デバイス。
- 上記電極パッドは、上記べース上にタングステンからなるメタライズ層、Ｎｉ膜層、Ａｕ膜層の順に積層されてなり、このＮｉ膜層上のＡｕ膜層にはＮｉが拡散されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水晶振動デバイス。
- 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、上記励振電極及び引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層の順に積層されてなるとともに、上記べースと対向する引出電極及び励振電極のうち少なくとも引出電極には当該引出電極のＡｕ膜層上にＣｒ薄膜層が積層されており、これらの各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されていることを特徴とする水晶振動デバイス。
- 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、上記励振電極及び引出電極は、上記水晶振動板上にＣｒ膜層、Ａｕ膜層の順に積層されてなるとともに、上記べースと対向する引出電極及び励振電極のうち少なくとも引出電極には当該引出電極のＡｕ膜層上にＣｒ薄膜層が積層されており、これらの各膜層はスパッタリング法または真空蒸着法により形成されており、上記Ｃｒ薄膜層の膜厚は５〜５０オングストロームであることを特徴とする水晶振動デバイス。
- 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膜層の順に積層されているとともに、上記シリコン系導電接着剤が塗布される少なくとも当該電極パッドのＡｕ膜層の所定領域は、上記Ｎｉ膜層のＮｉが拡散されていることを特徴とする請求の範囲第５項または第６項に記載の水晶振動デバイス。
- 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請求の範囲第５項または第６項に記載の水晶振動デバイス。
- 上記水晶振動板の両主面にそれぞれ形成されている引出電極は、電極のパターン形状あるいは大きさが互いに異なることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の水晶振動デバイス。
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