JP4244383B2

JP4244383B2 - 圧電振動片の電極及び圧電振動子

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Publication number: JP4244383B2
Application number: JP2004039549A
Authority: JP
Inventors: 哲章永田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP2005236359A

Description

本発明は、圧電振動片の電極及び圧電振動子に係り、特に圧電基板に１層構造の電極を採用する場合に好適な圧電振動片の電極及び圧電振動子に関する。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来、圧電振動片１に形成される電極（電極膜）は、ニッケル（Ｎｉ）若しくはクロム（Ｃｒ）からなる下地層４に対し、銀（Ａｇ）若しくは金（Ａｕ）からなる電極層（表面層）３を成膜するという２層構造によって形成されていた。これは、水晶等の圧電基板２に対するＡｇ、Ａｕの密着性が悪いという問題からであり、ＡｇやＡｕを圧電基板２に直接成膜した場合、製造段階あるいは完成後に電極が剥離してしまうという場合がある。

また、上記のように、２層構造、あるいはそれ以上の積層構造から成る圧電基板２の電極は、圧電振動子等の製造段階において高温に晒された場合、下地層４であるＮｉやＣｒが表面層３に析出（拡散）し、特性劣化を起こす場合がある。また、表面層にＡｇを成膜した場合、高温に晒された時にＡｇの粒成長を誘発し、表面層のＡｇが粒状化する現象が起き、特性劣化を起こす場合があり、エージング特性に不利であるという問題がある。図５に電極が２層構造から成る圧電振動子のエージング特性を示す。

このような構造の圧電振動片の電極に対し、特許文献１には次のような圧電振動片の電極を採用した圧電振動子が提案されている。特許文献１に提案されている圧電振動片は、銀を主成分としてパラジウムと銅を添加した合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）あるいは銀を主成分としてパラジウムとチタンを添加した合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｔｉ）を電極の材料として採用し、蒸着法あるいはスパッタ法によって前記圧電基板に１層構造の電極膜を形成するというものである。

特許文献１に提案された圧電振動片の電極によれば、水晶基板等に対する密着強度が強く、従来の２層構造の電極に比べ、エージング特性が優れており、製造工程も少なくなるという特徴がある。
特開２００１−４４７８５号公報

上記のように、特許文献１に提案されている圧電振動子に使用されている圧電振動片の電極は、その特徴からすれば従来の電極よりも優れているといえる。しかし、特許文献１に記載の電極材料には、主成分および添加物の一部に貴金属を使用しており、電極材料自体が高価なものになってしまうという問題がある。また、近年では、添加物の一つであるパラジウム（Ｐｄ）の価格高騰等があり、Ｐｄの定値安定供給の不安から、Ｐｄの割合を減らしたり、Ｐｄを含有しない低抵抗値の金属を電極材料として採用する研究が進められている。しかし、低抵抗金属は、高価な貴金属以外では、銅やニッケル、アルミニウムといった酸化しやすい金属がほとんどである他、水晶基板等への密着性の問題もある。

本発明では、比較的安価に、かつ安定した価格で取引することが可能な物質から構成される材料により、圧電基板への密着性が良好であり、耐食性等の環境特性に優れた電極、および前記電極を採用した圧電振動片を実装した圧電振動子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る圧電振動片の電極は、圧電振動片を構成する圧電基板の表面に形成される電極であって、銅を主成分としてモリブデンを添加した合金を電極材料として前記合金１層により構成することを特徴とする。

上記銅を主成分としてモリブデンを添加した合金を電極材料とすることにより、安定して、安価で供給できる貴金属以外の金属から成る圧電振動片の電極とすることができる。また、電極を水晶等の圧電基板に対して、１層構造で形成した場合であっても、良好な密着性を得られる。また、耐食性（耐酸化性）の他、電気伝導性、耐熱性等も良好である。また、上記２元素系合金（Ｃｕ−Ｍｏ）は、銅の良性（電気伝導性等）を残しつつ、耐食性、耐酸素プラズマアッシング性、ＵＶ／Ｏ _３耐性、エッチング容易性等を改善することができる。また、電極を形成する成膜プロセスを従来の下地層＋電極層といった２段階の工程から、電極層１層のみという１段階の工程へと簡略化することが可能となる。これにより、生産効率の向上および生産コストの削減を図ることができる。よって、性能・コストパフォーマンスに優れた圧電振動片の電極を提供することができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る圧電振動片の電極は、圧電振動片を構成する圧電基板の表面に形成される電極であって、銅を主成分としてモリブデンとアルミニウムを添加した合金を電極材料として前記合金１層により構成することを特徴とするものであっても良い。このような構成であっても、上記の圧電振動片の電極と同様の効果を得ることができる。また、アルミニウムを添加することにより、電極を構成する合金の耐熱温度を高くすることができる。

また、上記目的を達成するための、本発明に係る圧電振動子は、圧電基板の表面に電極を形成してなる圧電振動片を実装する圧電振動子であって、前記圧電基板の表面に形成される前記電極は銅を主成分としてモリブデンを添加した合金１層から成ることを特徴とする。

上記のような電極が形成された圧電振動片を実装する圧電振動子は、上記圧電振動片の電極と同様に、性能・コストパフォーマンスに優れた圧電振動子とすることができる。また、圧電振動子を上記構成とすることにより、エージング特性を向上させることができる。

また、上記のような電極が形成された圧電振動片を実装する圧電振動子は、圧電基板の表面に電極を形成してなる圧電振動片を実装する圧電振動子であって、前記圧電基板の表面に形成される前記電極は銅を主成分としてモリブデンとアルミニウムを添加した合金１層から成るようにしても良い。

このような構成であっても、上述した圧電振動子と同様の特徴を有する圧電振動子とすることができる。なお、電極を構成する金属にアルミニウムを添加したことにより、電極の耐熱温度の向上を図ることができる。

以下、本発明の圧電振動片の電極および圧電振動子に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態であって、本発明は、以下に示す実施形態のみに限定されるものではない。

図１は本発明に係る圧電振動子の構造を示す斜視図であり、図２（Ａ）は本発明に係る圧電振動片の電極を採用した圧電振動片１９の平面構造を示す図であり、図２（Ｂ）は同圧電振動片１９のＡ−Ａ断面の構造を示す図である。

本発明の第１の実施形態に係る圧電振動子１０の基本的構成は、箱状体であるベース１４と、前記ベース１４の蓋部となるリッド１２とから形成されるパッケージと、前記パッケージを形成するベース１４の凹部に実装される圧電振動片１９とから成る。

図２（Ａ）に平面構成を示す前記圧電振動片１９は、図２（Ｂ）にその断面構成を示すように、圧電基板１８の両主面の対向する位置に電極１６を備え、かつ電極１６は１層構造としている。また、前記圧電振動片１９は、前記両主面に形成した電極１６から、圧電基板１８の端部へ向けてリード電極１７を延設し、前記圧電基板１８の端部の位置に形成される電極を実装部としている。なお、本実施形態においては、前記リード電極１７は前記圧電基板１８を挟んで点対称な形状に形成することとする。つまり、前記圧電基板１８の表裏面で一対のリード電極１７を形成するのである。

前記圧電振動片１９に形成された電極１６およびリード電極１７の構成材料は、銅（Ｃｕ）を主成分としてモリブデン（Ｍｏ）を添加した２元素系合金である。

電極１６の構成材料である上記２元素系合金（Ｃｕ−Ｍｏ）は、銅の良性（電気伝導性等）を残しつつ、耐食性、耐酸素プラズマアッシング性、ＵＶ／Ｏ₃耐性、エッチング容易性等を改善した金属である。また、前記２元素系合金は、主成分、添加成分共に高価な貴金属を使用していないため、構成材料を安定的に安価で入手することができる。このため、前記２元素系合金自体も安価で作成することができる。

また、前記２元素系合金は、前記圧電基板１８に電極として成膜する場合、抵抗加熱方式、あるいは電子ビーム方式等による蒸着や、スパッタ方式によって行うようにすると良い。また、前記２元素系合金は、水晶等の圧電基板１８に対する密着性が良く、前記圧電基板１８の表面に電極を形成する場合に、下地層を形成しなくとも、圧電基板１８に対する良好な密着性を確保することができる。このため、電極を形成する成膜プロセスを従来の下地層＋電極層といった２段階の工程から、電極層１層のみという１段階の工程へと簡略化することが可能となる。これにより、生産効率の向上および生産コストの削減を図ることができる。また、前記２元素系合金は、耐熱温度が高く、後述する圧電振動子１０の製造段階において４００℃近い高温に晒された場合であっても、融解・粒状化といった現象を起こす事が無い。このため、特性劣化によるエージング特性への悪影響が無い。

上記構成の圧電振動片１９を実装する前記ベース１４は、図示しないが一般的には、セラミック等の耐熱製絶縁素材の基板を積層・焼結することにより、箱状体として形成される。また、前記ベース１４の凹部には、図示しない外部電極と電気的に接続された内部実装電極が設けられており、当該内部実装電極に対して、前記圧電振動片１９を実装するように構成されている。なお、圧電振動片１９の実装は導電性接着剤２０等を介して成される。

前記リッド１２は、前記ベース１４と同素材若しくは、ガラス、あるいはメッキを施した金属等によって形成されることが一般的である。当該リッド１２は、前記ベース１４に前記圧電振動片１９を実装し、前記圧電振動片１９の周波数調整を行った後に、前記凹部（実装空間）を気密に封止する。前記封止は、窒素（Ｎ₂）領域中若しくは、真空領域中で行うことが望ましい。パッケージの封止方法は、低融点ガラスをシール材（ロウ材）として使用するものや、コバール等にニッケル等を、電解あるいは無電解メッキした金属蓋をシーム溶接やビーム溶接で接合するようにすれば良い。このような封止工程では、パッケージ温度が４００℃近くになる場合があり、従来のように２層構造の電極を有する圧電振動片では、電極の下地金属が表面層上に析出、拡散といった現象が起きる場合があった。

上記のような構成の圧電振動片１９を有する圧電振動子１０とすることにより、圧電振動片１９に備えられた電極が酸化し難く、高温に晒された場合でも共振周波数の変化が極めて小さい。よって、エージング特性に優れた圧電振動子１０を提供することができる。

図３に本発明の圧電振動片の電極を採用した圧電振動片１９を実装した圧電振動子１０のエージング特性を示す。これによれば、図５に示す従来の圧電振動子に比べ、時間経過後の周波数にバラツキが少なく、エージング特性が優れているということが解る。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と、圧電振動片の電極を構成する金属の組成を異にするものであって、他の構成は第１の実施形態と同様である。よって、図面は同一のものを例に挙げることとし、以下に電極を構成する金属について説明する。

本実施形態に係る圧電振動片１９（図１参照）の電極は、銅（Ｃｕ）を主成分として、モリブデン（Ｍｏ）と、アルミニウム（Ａｌ）とを添加して成る３元素系合金（Ｃｕ−Ｍｏ−Ａｌ）である。

上記のような３元素系合金を圧電基板１８上に形成される電極とした場合、および前記電極を採用した圧電振動片１９を実装した圧電振動子１０とした場合、第１の実施形態と同様の効果を得られると共に、添加物質にアルミニウムを含むことより、電極の耐熱温度が上昇する。

上記実施形態では、ＡＴカット圧電振動片を例に挙げて説明したが、音叉型圧電振動片等の他の圧電振動片に対しても本発明の圧電振動片の電極は適応できる。また、当然にそれらの圧電振動片を実装した圧電振動子も本発明に含まれる。

本発明に係る圧電振動子の構成を示す斜視図である。本発明に係る圧電振動片の電極の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図（Ｂ）はＡ−Ａ断面を示す図である。本発明に係る圧電振動子のエージング特性を示す図である。従来の圧電振動片の電極の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図（Ｂ）はＡ−Ａ断面を示す図である。従来の圧電振動子のエージング特性を示す図である。

符号の説明

１０………圧電振動子、１２………リッド、１４………ベース、１６………電極、１７………リード電極、１８………圧電基板、１９………圧電振動片、２０………導電性接着剤。

Claims

圧電振動片を構成する圧電基板の表面に形成される電極であって、銅を主成分としてモリブデンを添加した合金を電極材料として前記合金１層により構成することを特徴とする圧電振動片の電極。
圧電振動片を構成する圧電基板の表面に形成される電極であって、銅を主成分としてモリブデンとアルミニウムを添加した合金を電極材料として前記合金１層により構成することを特徴とする圧電振動片の電極。
圧電基板の表面に電極を形成してなる圧電振動片を実装する圧電振動子であって、前記圧電基板の表面に形成される前記電極は銅を主成分としてモリブデンを添加した合金１層から成ることを特徴とする圧電振動子。
圧電基板の表面に電極を形成してなる圧電振動片を実装する圧電振動子であって、前記圧電基板の表面に形成される前記電極は銅を主成分としてモリブデンとアルミニウムを添加した合金１層から成ることを特徴とする圧電振動子。