JP4933866B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は圧電振動子の製造方法に関するものである。

圧電振動子は、水晶の圧電現象を利用した振動子であり、水晶特有な安定した発振源であるため、時計用の基準発振源として多くの分野で使用されている。近年、ユーザーからは信頼性の高い圧電振動子の要求が強くなってきている。

図３は圧電振動子の斜視図であり、図４は圧電振動片の斜視図である。音叉型の水晶からなる振動片１は、その表面に電極が形成されており、気密端子４の２本のリード線２と振動片１上に形成された電極とがハンダ３により固定される。振動片１に形成される電極は、振動片１の主面および側面の脚部に形成される励振電極６と音叉の基部に形成され固定用電極７、音叉の基部に形成され励振電極６と固定用電極７を電気的に接続する接続電極８で構成されている。電極の材料としては例えば下地金属層としてクロム、表面金属層としては金等が用いられる。

音叉型圧電振動子の製造方法を説明する。図５は圧電振動子の製造方法を説明するための図である。まず、気密端子４の２本のリード線２間のガラス５上面にハンダ３をスクリーン印刷等の手段により塗布する。次に、振動片１を２本のリード線２の間に載置する。この状態では振動片１がハンダ３上に載った状態となる。そして、この状態でハンダ３を加熱すると、ハンダ３は溶融されその表面張力とぬれ性によりリード線２や振動片１に形成された電極に付着し、振動片１とリード線２とが接合される。次いで、振動片１上の電極の一部を除去する等の手段により周波数の調整をし、真空中で振動片１が搭載された気密端子４を封止管（不図示）により気密封止して圧電振動子の完成となる（例えば、特許文献１参照）。

ところで、このようなハンダ等の金属ロー材によりリード線と振動片が接合された圧電振動子は、ハンダ３を溶融し振動片１とリード線２を接合する際に、ハンダ３が振動片１上の励振電極６にぬれ上がり、圧電振動子の振動バランスが崩れ、Ｑ値、発振周波数の安定性、耐衝撃性等の特性劣化することが課題となっている。特に、回路実装時のリフローに対応した高融点タイプの圧電振動子においては、高融点の錫−鉛ハンダに代わり鉛フリー化に対応した錫−銀ハンダや錫−銅ハンダ等の鉛フリーハンダを使用した場合に、そのリフロー工程においてハンダが溶融され、励振電極にぬれ上がってしまいリフローの前後で周波数の変化が発生することが課題となっている。

このような励振電極へのハンダのぬれ上がりを防止する手段としては、例えば、リード線と振動片の接合部周囲の電極を、クロム等のハンダと共晶し難い下地金属層のみの電極パターンとした下地金属層露出部を形成した構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−３３５９７１号公報 特開平２−２９８１１０号公報

特許文献２に記載されるような、振動片とリード線の接合部周囲の電極をハンダ等の金属ろう材と共晶し難い金属層のみの構成とした下地金属層露出部を有する圧電振動子の製造方法としては、まず振動片１上に蒸着等の手段により、励振電極６、固定用電極７および接続電極８に対応する位置にまず下地金属層を形成し、その後、下地金属層露出部を除いた下地金属層上に表面金属層を蒸着等の手段に形成する製造方法が一般的である。しかし、一般に下地金属層として広く用いられているクロムやニッケル等の金属は、その表面層に酸化皮膜を形成しやすいことが知られている。このため、下地金属層形成後に下地金属層露出部を除く下地金属層上に表面金属層を形成する前述の製造方法であると、下地金属層形成後に、下地金属層形成用のメタルマスクを表面金属層形成用のメタルマスクと交換する必要があり、その際に下地金属層が外気に触れ下地金属層上に酸化皮膜が形成されてしまい、その後下地金属層上に形成される表面金属層が、下地金属層と充分な密着性が得られないことがある。

そこで本発明は上記課題に鑑み、振動片上の電極に下地金属層露出部を有する圧電振動子において、振動片上の電極を形成する下地金属層と表面金属層とを密着性良く形成でき、信頼性の高い水晶振動子を提供するものである。

圧電振動片上に励振電極および前記励振電極と接続される固定用電極が形成され、前記励振電極および固定用電極は、金属ロー材と共晶し難い下地金属層と前記下地金属層上に形成された表面金属層からなり、前記固定用電極の周囲に前記下地金属層のみにより形成された下地金属層露出部が形成された圧電振動片の製造方法であって、
少なくとも、
前記下地金属層露出部に対応する開口部が形成された第一のメタルマスクを用いて、前記圧電振動片上に前記下地金属層露出部に対応する位置に前記下地金属層を形成する第一下地金属層形成工程と、
前記第一下地金属層形成工程の後に、前記下地金属層露出部以外の電極パターンに対応する開口部が形成された第二のメタルマスクを用いて、前記励振電極および前記固定用電極に対応し、前記下地金属層露出部を除く位置に、前記下地金属層を形成する第二下地金属層形成工程と、
前記第二のメタルマスクを用いて、前記第二下地金属層形成工程で形成された前記下地金属層上に前記表面金属層を形成する表面金属層形成工程と、
を有する圧電振動子の製造方法とする。

本発明の製造方法により、中間金属層あるいは表面金属層が形成される下地金属層の表層に酸化皮膜が形成されなくなり、下地金属層上に形成される中間金属層あるい表面金属層を下地金属層と密着性良く良好に形成でき、信頼性の高い振動子を提供することができる。

圧電振動片上に、金属ロー材と共晶し難い下地金属層と前記下地金属層上に形成された表面金属層からなる、励振電極および前記励振電極と接続される固定用電極が形成されており、前記励振電極および固定用電極の少なくとも一部に前記下地金属層のみにより形成された下地金属層露出部が形成された圧電振動片の製造方法であって、少なくとも、前記圧電振動片上に前記下地金属層露出部に対応する位置に前記下地金属層を形成する第一下地金属層露出部形成工程と、前記第一下地金属層形成工程の後に、前記励振電極および前記固定用電極に対応する位置に前記下地金属層を形成する第二下地金属層形成工程と、前記第二下地金属層形成工程で形成された前記下地金属層上に前記表面金属層を形成する表面金属層形成工程と、を有する圧電振動子の製造方法とする。

図２は本発明の実施例における圧電振動子を示す図である。水晶からなる振動片１１は、基部１２から平行に延びる２つの音叉脚部１３の主面と側面に励振電極１４と、固定用電極１５、励振電極１４と固定用電極１５を電気的に接続する接続電極１６、および周波数調整用電極１７を有する。励振電極１４、固定用電極１５、接続電極１６、および周波数調整用電極１７は、振動片１１表面にクロムよりなる下地金属層と、この金属層の表面に錫の中間金属層、さらにその表面に銀の表面金属層とにより構成される。また接続電極１６の一部には、クロムからなる下地金属層のみで形成された下地金属層露出部１６ａが形成されている。

図１は、本発明の圧電振動子の製造方法を示す図である。振動片１１上の電極は以下の工程により形成される。まず第１工程として、振動片１１上の下地金属層露出部１６ａおよび下地金属層露出部１６ａと繋がる接続電極の一部に対応する開口部が形成されたメタルマスクを用い、下地金属層１６ａおよび下地金属層露出部１６ａと繋がる接続電極の一部に対応する位置にクロムの金属層を蒸着する（図１（ａ））。次に第２の工程として、下地金属層露出部１６ａを除く電極パターンに対応する開口部が形成されたメタルマスクを用い、下地金属層露出部１６ａ以外の電極パターン部にクロムよりなる下地金属層を形成する（図１（ｂ））。次に、第２の工程で形成した下地金属層上に、第２の工程と同様のメタルマスクを用い、錫の中間金属層、銀の表面金属層を順次蒸着する（図１（ｃ））。このように形成された振動片１１は、従来技術に示される製造方法により気密端子に搭載され、封止管により気密封止され圧電振動子が完成される。

本実施例の製造工程により圧電振動子を形成することで、中間金属層や表面金属層とその下部に形成される下地金属層は、同一のメタルマスクを用い形成することができ、メタルマスクを交換する必要がないため、下地金属層露出部１６ａを除いた下地金属層が外気に触れることがない。したがって、中間金属層あるいは表面金属層が形成される下地金属層の表層に酸化皮膜が形成されなくなり、下地金属層上の中間金属層あるい表面金属層を下地金属層上に密着性良く形成でき、信頼性の高い振動子を提供することができる。

また、本実施例では、第１工程において下地金属層露出部１６ａと繋がる接続電極の一部まで金属層を形成し、第２工程で下地金属層露出部１６ａ以外の電極パターン部に金属層を蒸着することで、第１工程と第２工程で重複して金属層が形成される部分ができ、第１工程で形成した金属層と第２工程で形成した金属層の電気的接続を確実にすることができる。

なお、本実施例では下地金属層の材料としてクロムを挙げているが、振動片の母材と密着し、チタンやニッケルのようにハンダ等の金属ろう材と共晶し難い導電材料の中から適宜選択すれば良く、中間金属層、表面電極層についても本実施例に限定されるものではない。さらに電極は、下地金属層、中間金属層、表面金属層からなる３層構造ではなく、下地金属層と表面金属層の２層構造とする構成としても良い。

本発明の圧電振動子の製造方法を示す図。 本発明の実施例における圧電振動子を示す図。 圧電振動子の斜視図。 圧電振動片の斜視図。 圧電振動子の製造方法を説明するための図。

符号の説明

１ 振動片
２ リード線
３ ハンダ
４ 気密端子
５ ガラス
６ 励振電極
７ 固定用電極
８ 接続電極
１１ 振動片
１２ 基部
１３ 音叉脚部
１４ 励振電極
１５ 固定用電極
１６ 接続電極
１６ａ 下地金属層露出部
１７ 周波数調整用電極

Claims (1)

1. 圧電振動片上に励振電極および前記励振電極と接続される固定用電極が形成され、前記励振電極および固定用電極は、金属ロー材と共晶し難い下地金属層と前記下地金属層上に形成された表面金属層からなり、前記固定用電極の周囲に前記下地金属層のみにより形成された下地金属層露出部が形成された圧電振動片の製造方法であって、
   少なくとも、
   前記下地金属層露出部に対応する開口部が形成された第一のメタルマスクを用いて、前記圧電振動片上に前記下地金属層露出部に対応する位置に前記下地金属層を形成する第一下地金属層形成工程と、
   前記第一下地金属層形成工程の後に、前記下地金属層露出部以外の電極パターンに対応する開口部が形成された第二のメタルマスクを用いて、前記励振電極および前記固定用電極に対応し、前記下地金属層露出部を除く位置に、前記下地金属層を形成する第二下地金属層形成工程と、
   前記第二のメタルマスクを用いて、前記第二下地金属層形成工程で形成された前記下地金属層上に前記表面金属層を形成する表面金属層形成工程と、
   を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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