JP5397336B2 - Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器などに用いられる圧電振動片およびそれを用いた圧電振動子に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece used for an electronic device or the like and a piezoelectric vibrator using the same.
圧電振動子に代表される圧電振動デバイスは、携帯電話など移動体通信機などに広く用いられている。前記圧電振動子に用いられる圧電振動片の一つとして水晶振動片がある。水晶振動片は表裏主面に励振電極とこれらの励振電極を水晶振動片の端部に延出するための引出電極などが形成されている。このような水晶振動片は、上部が開口した箱状のパッケージ内部に形成された端子電極と、水晶振動片の引出電極の端部に形成された接合部（接続電極）とを導電性接合材を介して接合され、前記開口部分を蓋で気密封止することで表面実装型の水晶振動子が構成される。 Piezoelectric vibration devices represented by piezoelectric vibrators are widely used in mobile communication devices such as mobile phones. One of the piezoelectric vibrating pieces used in the piezoelectric vibrator is a quartz vibrating piece. The quartz crystal vibrating piece is formed with excitation electrodes on the front and back main surfaces and an extraction electrode for extending these excitation electrodes to the ends of the quartz crystal vibrating piece. Such a crystal vibrating piece is a conductive bonding material in which a terminal electrode formed inside a box-shaped package having an open top and a joint (connection electrode) formed at an end of the extraction electrode of the crystal vibrating piece The surface-mount type crystal resonator is configured by airtightly sealing the opening portion with a lid.
例えば特許文献１に示す水晶振動子では、水晶振動板とパッケージとを金属バンプなどの導電性接合材で電気機械的に接合しており、お互いの接合強度向上するために、水晶振動板に形成される励振電極と接続電極とで下地電極の材料と電極形成方法とを異ならせたものが開示されている。 For example, in the crystal resonator disclosed in Patent Document 1, the crystal diaphragm and the package are electromechanically bonded to each other with a conductive bonding material such as a metal bump, and are formed on the crystal diaphragm in order to improve mutual bonding strength. A material in which the material of the base electrode and the electrode forming method are different between the excitation electrode and the connection electrode are disclosed.
しかしながら、特許文献１の構成では、電極作成のための製造工程が増えるだけでなく、電極構造も複雑なものとなる。結果としてコスト高となるだけでなく、より簡易な構成が望ましい小型化された圧電振動子には不向きな構成であった。 However, in the configuration of Patent Document 1, not only the number of manufacturing steps for electrode production increases, but also the electrode structure becomes complicated. As a result, not only is the cost high, but the configuration is unsuitable for a miniaturized piezoelectric vibrator in which a simpler configuration is desirable.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、より安価で小型化に有利な圧電振動デバイスの接合構造が得られる圧電振動片および圧電振動子を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator that can obtain a bonded structure of a piezoelectric vibrating device that is more inexpensive and advantageous for downsizing. .
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の構成によると、少なくとも一対の励振電極が形成され、これらの励振電極を端子電極と電気機械的に接合させるために前記励振電極からそれぞれ引き出された少なくとも一対の引出電極が形成された圧電振動片において、前記引出電極の先端部が前記圧電振動片の一主面の一端部近傍に引き出された接続電極を有し、前記接続電極の上面には前記接続電極より表面粗さが粗く平面積が小さな第1金属膜を有しており、前記第１金属膜と前記接続電極の間には前記接続電極より表面粗さが粗く、前記第１金属膜と同材質でかつ前記第1金属膜より厚みの薄い第２金属膜が形成された状態で、前記第1金属膜により端子電極と超音波接合により電気機械的に接合してなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least a pair of excitation electrodes are formed, and the excitation electrodes are respectively drawn out from the excitation electrodes to be electromechanically joined to the terminal electrodes. In the piezoelectric vibrating piece in which at least a pair of extraction electrodes is formed, the leading end portion of the extraction electrode has a connection electrode drawn out in the vicinity of one end portion of one main surface of the piezoelectric vibration piece, and the upper surface of the connection electrode Has a first metal film with a rougher surface roughness and a smaller planar area than the connection electrode, and the surface roughness between the first metal film and the connection electrode is rougher than that of the connection electrode. The second metal film is formed of the same material as the first metal film and is thinner than the first metal film, and is electromechanically bonded to the terminal electrode by ultrasonic bonding with the first metal film. It is characterized by.
上述の構成により、圧電振動片を搭載する基板に形成された端子電極などの外部電極と圧電振動片の接続電極との接合に関して、接合材を用いることなく第１金属膜により超音波接合することができるので、より小型化された端子電極や接続電極に対しても位置ずれやはみ出しが生じることない。また接続電極より表面粗さが粗く平面積が小さな第1金属膜を用いているので、外部電極に対して第１金属膜がより安定した状態で熱拡散接合され電気的機械的な接合が安定する。また第１金属膜と接続電極の間には接続電極より表面粗さが粗く、第１金属膜と同材質でかつ第1金属膜より厚みの薄い第２金属膜が形成されているので、第１金属膜より鏡面の接続電極に対しては第１金属膜より厚みの薄い第２金属膜が接合されていることで、接続電極と第２金属膜の接合強度が高まりより安定したものとなる。加えて接続電極との接合強度が高く安定した第２金属膜に対して同材質の第1金属膜が接合されていることで、第１金属膜と第２金属膜の接合強度も高まり安定したものとなる。つまり、より厚みの薄い第２金属膜を第1金属膜と接続電極の間に介在させることで、第1金属膜を直接接続電極に接合するよりも強度が向上しより安定したものとなる。特に接合用の金属膜（本発明では第1金属膜）と接続電極との間でお互いの接合強度が弱いと、超音波接合する際、あるいは接続電極との接合後に落下などの衝撃が加わった際に、接合用の金属膜（本発明では第1金属膜）と接続電極との間で機械的な応力が生じて、クラックが生じることがあり、断線するなどの不具合が生じることがあるが、本発明ではこのような不具合が生じることもない。 With the above-described configuration, ultrasonic bonding is performed using the first metal film without using a bonding material for bonding the external electrode such as the terminal electrode formed on the substrate on which the piezoelectric vibrating piece is mounted and the connection electrode of the piezoelectric vibrating piece. As a result, positional displacement and protrusion do not occur even with respect to the terminal electrodes and connection electrodes that are miniaturized. In addition, since the first metal film with a rougher surface roughness and smaller flat area than the connection electrode is used, the first metal film is more stable to the external electrode by thermal diffusion bonding and stable electromechanical bonding. To do. Further, a second metal film having a surface roughness rougher than that of the connection electrode, the same material as the first metal film, and thinner than the first metal film is formed between the first metal film and the connection electrode. Since the second metal film having a thickness smaller than that of the first metal film is bonded to the connection electrode having a mirror surface from the first metal film, the bonding strength between the connection electrode and the second metal film is increased and the connection electrode is more stable. . In addition, the bonding strength between the first metal film and the second metal film is increased and stabilized by bonding the first metal film of the same material to the stable second metal film having a high bonding strength with the connection electrode. It will be a thing. That is, by interposing the thinner second metal film between the first metal film and the connection electrode, the strength is improved and more stable than when the first metal film is directly bonded to the connection electrode. In particular, if the bonding strength between the bonding metal film (in the present invention, the first metal film) and the connection electrode is weak, an impact such as dropping was applied during ultrasonic bonding or after bonding with the connection electrode. At this time, mechanical stress may be generated between the bonding metal film (the first metal film in the present invention) and the connection electrode, cracks may be generated, and problems such as disconnection may occur. In the present invention, such a problem does not occur.
また、請求項２の構成のように、前記第２金属膜は、前記第１金属膜より平面積が大きくかつ前記接続電極より平面積が小さく形成されていてもよい。この構成により上述の作用効果に加え、接続電極の上部に位置ズレなど影響が生じにくい状態で第２金属膜がより安定して形成することができ、第２金属膜の上部に位置ズレなど影響が生じにくい状態で第１金属膜がより安定して形成することができる。また第1金属膜の接続電極側の接合領域全体に第２金属膜が介在しており、接続電極に対する第1金属膜の領域ごとの接合状態もより均一な状態となる。第２金属膜の平面積は第１金属膜より大きく形成することができるので、第２金属膜と接続電極との接合領域が拡がりお互いの接合強度も高められる。
以上の点から、第１金属膜から第２金属膜、第２金属膜から接続電極にいたる全体としての接合強度もより一層高く安定したものとすることができる。また超音波接合する際、あるいは接続電極との接合後に落下などの衝撃が加わった際に、介在用の金属膜（本発明では第２金属膜）が接合用の金属膜（本発明では第1金属膜）と接続電極との間で機械的な応力が生じも、応力を分散させクラックなどが生じる危険性がより一層なくなる。
According to a second aspect of the present invention, the second metal film may be formed to have a larger planar area than the first metal film and a smaller planar area than the connection electrode. With this configuration, in addition to the above-described effects, the second metal film can be more stably formed on the upper part of the connection electrode in a state where the influence of the positional deviation is less likely to occur. Thus, the first metal film can be more stably formed in a state where the occurrence of the occurrence of the problem is difficult. Further, the second metal film is interposed in the entire bonding region on the connection electrode side of the first metal film, and the bonding state for each region of the first metal film with respect to the connection electrode becomes more uniform. Since the planar area of the second metal film can be formed larger than that of the first metal film, the bonding region between the second metal film and the connection electrode is expanded, and the bonding strength between them is increased.
From the above points, the overall bonding strength from the first metal film to the second metal film, and from the second metal film to the connection electrode can be made higher and more stable. Further, when ultrasonic bonding is performed, or when an impact such as dropping is applied after bonding with the connection electrode, the intervening metal film (second metal film in the present invention) becomes the bonding metal film (first film in the present invention). Even if a mechanical stress is generated between the metal film) and the connection electrode, the risk that the stress is dispersed and cracks are generated is further reduced.
また、請求項３の構成のように、前記第1金属膜と第２金属膜はメッキ法により形成され、前記接続電極は蒸着法もしくはスパッタリング法により形成してもよい。この手法で構成することにより上述の作用効果に加え、接続電極に対して第1金属膜と第２金属膜の表面粗さを容易に粗く形成することができる。厚みの薄い第２金属膜はより鏡面の接続電極の上部であっても安定してメッキ膜を形成することができ、厚みの厚い第１金属膜であっても前記粗面の第２金属膜の上部に形成することで、膜境界でのメッキ膜の成長速度差の影響を小さくし安定してメッキ膜を成長させることができる。また第1金属膜と第２金属膜を形成する際に、圧電振動片に対して機械的な応力負荷を生じさせることなく、バッチ処理により行うことができより安価に作成することができ、表面面積や形状、厚みの設計自由度が極めて高くなる。 According to a third aspect of the present invention, the first metal film and the second metal film may be formed by a plating method, and the connection electrode may be formed by an evaporation method or a sputtering method. By using this method, in addition to the above-described effects, the surface roughness of the first metal film and the second metal film can be easily roughened with respect to the connection electrode. The thin second metal film can stably form a plating film even on the upper part of the mirror-like connection electrode, and the rough second metal film can be formed even if the first metal film is thick. By forming the upper portion of the film, the influence of the difference in the growth rate of the plating film at the film boundary can be reduced and the plating film can be stably grown. Moreover, when forming the first metal film and the second metal film, it can be performed by batch processing without causing mechanical stress load on the piezoelectric vibrating piece, and can be produced at a lower cost. The degree of freedom in designing the area, shape, and thickness is extremely high.
また、請求項４の構成のように、上述の圧電振動片を基板の端子電極に接合したことを特徴とする圧電振動子であってもよい。この構成により上述の作用効果が得られる圧電振動子が得られるので、安価に特性も安定したより信頼性の高い小型化にも有利な圧電振動子を提供することができる。 A piezoelectric vibrator characterized in that the above-described piezoelectric vibrating piece is bonded to a terminal electrode of a substrate as in the configuration of claim 4. With this configuration, a piezoelectric vibrator capable of obtaining the above-described effects can be obtained. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric vibrator that is inexpensive and has stable characteristics and is more reliable and more advantageous for downsizing.
以上のように、本発明によれば、安価に特性も安定したより信頼性の高い小型化にも有利な圧電振動片および圧電振動子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator that are advantageous for miniaturization with high reliability and stable characteristics at low cost.
以下、音叉型水晶振動子を例に挙げて図面とともに説明する。本実施形態で使用される音叉型水晶振動子１は、ベース３と図示しない蓋とが封止部材Ｈを介して接合されて筐体が構成される。具体的には、上部が開口したベースの電極パッド３２上に音叉型水晶振動片２がメッキバンプなどの第1金属膜Ｍ１を介して接合され、前記ベースの開口部に対して封止部材Ｈを介して板状の蓋で接合した構成となっている。ここで、本実施形態では音叉型水晶振動子の公称周波数は３２．７６８ｋＨｚとなっている。なお、前記公称周波数は一例であり、他の周波数にも適用可能である。
Hereinafter, a tuning fork type crystal resonator will be described as an example with reference to the drawings. The tuning fork type crystal resonator 1 used in the present embodiment includes a
ベース３は例えばセラミック材料からなる容器体であり、焼成によって形成されている。ベース３は周囲に堤部３０を有しかつ上部が開口した断面視凹形状で、当該ベース３の内部（収納部）には音叉型水晶振動片を搭載するための段差部３１が形成されている。そして前記段差部の上面には、一対の電極パッド３２，３２（一方のみ図示）が形成されている。一対の電極パッド３２，３２はベース内部に形成された図示しない配線パターンを介してベース底面（裏面）に形成されている２つ以上の端子電極３３，３３と電気的に接続されている。ベース３の堤部３０の周囲にはメタライズ層（封止部材Hの一部を構成）３４が周状に形成されている。前記電極パッド３２，３２や端子電極３３，３３、メタライズ層３４は例えば３層から構成されており、下からタングステン、ニッケル、金の順で積層されている。タングステンはメタライズ技術により、セラミック焼成時に一体的に形成され、ニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。なお、前記タングステンの層にモリブデンを使用してもよい。
The
図示しない蓋は、例えば金属材料やセラミック材料、ガラス材料などからなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋の下面には封止材（封止部材Ｈの一部を構成）が形成されている。この蓋はシーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合などの手法により封止材を介してベース３に接合されて、蓋とベース３とによる水晶振動子１の筐体が構成される。
The lid (not shown) is made of, for example, a metal material, a ceramic material, or a glass material, and is formed into a single plate having a rectangular shape in plan view. A sealing material (constituting a part of the sealing member H) is formed on the lower surface of the lid. The lid is joined to the
音叉型水晶振動片２は、図示していないが、異方性材料の水晶Ｚ板からなる１枚の水晶ウェハに、多数個の音叉型水晶振動片がマトリックス状に一括形成されている。前記音叉型水晶振動片２の外形は、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジストまたは金属膜をマスクとして例えばウェットエッチングによって一括的に成形されている。
Although the tuning fork type
音叉型水晶振動片２は、図２に示すように、振動部である２本の第１脚部２１および第２脚部２２と、外部（本実施例ではベース３の電極パッド３２，３２）と接合する接合部２３と、これら第１脚部２１および第２脚部２２と接合部２３を突出して設けた基部２５とから構成された外形からなる。
As shown in FIG. 2, the tuning-fork type
基部２５は、平面視左右対称形状とされ、図２に示すように、振動部（第１脚部２１，第２脚部２２）より幅広に形成されている。また、基部２５の他端面２５２付近が、一端面２５１から他端面２５２にかけて幅狭になるように漸次段差形成されている。このため振動部である第１脚部２１および第２脚部２２の振動により発生した漏れ振動を他端面２５２により減衰させることができ、接合部２３へ漏れ振動が伝わるのを抑制することができ、音響リーク（振動漏れ）を更に低減するのに好ましい。
The
２本の第１脚部２１および第２脚部２２は、図２に示すように、基部２５の一端面２５１から突出して隙間部２５３を介して並設されている。なお、ここでいう隙間部２５３は、一端面２５１の幅方向の中央位置（中央領域）に設けられている。これら第１脚部２１および第２脚部２２の先端部２１１，２２１は、第１脚部２１および第２脚部２２の他の部位と比べて突出方向に対して直交する方向に幅広に成形され（以下、脚部の幅広領域と称する）、さらにそれぞれ隅部は曲面形成されている。このように先端部２１１，２２１を幅広に成形することで、先端部２１１，２２１（先端領域）を有効に利用することができ、音叉型水晶振動片２の小型化に有用であり、低周波数化にも有用である。また、それぞれ先端部２１１，２２１の隅部を曲面形成することで、外力を受けた時などに堤部などに接触するのを防止することができる。
As shown in FIG. 2, the two
また、２つの第１脚部２１および第２脚部２２の一主面２６１と他主面２６２には、音叉型水晶振動片２の小型化により劣化する直列共振抵抗値（本実施例ではＣＩ値、以下同様）を改善させるために、溝部２７がそれぞれ形成されている。また、音叉型水晶振動片２の外形のうち側面２８は一主面２６１と他主面２６２に対して傾斜して成形されている。これは、音叉型水晶振動片２を湿式でエッチング成形する際に基板材料の結晶方向（Ｘ，Ｙ方向）へのエッチングスピードが異なることに起因している。
In addition, on the
接合部２３は、図２に示すように、下記する引出電極２９３，２９４を外部電極（本発明でいう外部であり、本実施例ではベース３の電極パッド３２，３２）と電気機械的に接合するためのものである。具体的に、接合部２３は、２本の第１脚部２１および第２脚部２２が突出した基部２５の一端面２５１と対向する他端面２５２の幅方向の中央位置（中央領域）から突出形成されている。すなわち、２本の第１脚部２１と第２脚部２２との間に配された隙間部２５３と正対向する位置に、接合部２３が突出形成されている。
As shown in FIG. 2, the joining portion 23 electromechanically joins the following
接合部２３は、基部２５の他端面２５２に対して平面視垂直方向に突出した他端面２５２よりも幅狭な短辺部２３１と、短辺部２３１の先端部と連なり短辺部２３１の先端部において平面視直角に折曲されて基部２５の幅方向に延出する長辺部２３２とから構成され、接合部２３の先端部２３３は基部２５の幅方向に向いている。すなわち、接合部２３は、平面視Ｌ字状に成形され、平面視Ｌ字状に成形された折曲箇所である折曲部２３４が短辺部２３１の先端部に対応する。このように基部２５の他端面２５２よりも短辺部２３１が幅狭な状態で形成されているので、振動漏れのさらなる抑制の効果が高まる。
The joint portion 23 is connected to the
また、本実施例では、接合部２３の基端部にあたる短辺部２３１の折曲部２３４が、外部と接合する接合領域とされ、接合部２３の先端部２３３にあたる長辺部２３２の先端部が、外部と接合する接合領域とされる。そして、接合部２３の基端部である短辺部２３１には下記する第２励振電極２９２から短辺部２３１の端部（一端部へ）引き出された引出電極２９４（本発明でいう接続電極）が形成され、接合部の先端部である長辺部２３２に、下記する第１励振電極２９１から長辺部２３２の端部（一端部へ）引き出された引出電極２９３（本発明でいう接続電極）が形成されている。
Further, in this embodiment, the bent portion 234 of the
また、接合部の一主面２６１の引出電極２９３，２９４の上面で、ベース３との接合部位となる箇所には、接続電極２９５，２９６より表面粗さが粗く平面積が小さな第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）が形成されている。第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の上面には、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）と同材質で接続電極２９５，２９６より表面粗さが粗く、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）より平面積が小さく、かつ第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）より厚みの厚いメッキバンプとしての第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）が形成されている。
In addition, on the upper surface of the
具体的に、第1金属膜Ｍ１１は接合部の一主面の折曲部２３４の接続電極２９６の上面に、第１金属膜Ｍ１１と同材質で第1金属膜Ｍ１１より平面積が大きくかつ接続電極２９６より平面積が小さく、第1金属膜Ｍ１１より厚みの薄い第２金属膜Ｍ２１を介在した状態で形成されている。第1金属膜Ｍ１２は接合部の一主面の先端部２３３の接続電極２９５の上面に、第１金属膜Ｍ１２と同材質で第１金属膜Ｍ１２より平面積が大きくかつ接続電極２９５より平面積が小さく、第1金属膜Ｍ１２より厚みの薄い第２金属膜Ｍ２２を介在した状態で形成されている。また第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）は、第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の平面積の１．２倍から３倍の大きさで形成されている。例えば第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）は、その厚みが１〜２μｍ程度、一辺が７０μｍ程度で平面積が４９００μｍ2の平面視正方形状で形成されており、第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）は、その厚みが５〜２０μｍ程度、直径が５０μｍ程度で平面積が約１９６２．５μｍ2の平面視円形状で形成されている。なお、超音波接合後（ＦＣＢ後）には少なくとも第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）は面方向に拡がって潰れた状態となり、約半分程度の厚みになる。第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の厚みが５μｍより小さいと、音叉型水晶振動片２の接続電極２９５，２９６とベース３の電極パッド３２，３２との隙間が小さくなり、音叉型水晶振動子の電気的特性に悪影響を生じやすくなる。第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の厚みが２０μｍより大きいと、音叉型水晶振動片２の傾きや位置ずれの影響が生じやすくなり、接合強度としてもばらつきが生じやすくなる。なお、メッキバンプとしての第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の平面視形状、および中間メッキバンプとしての第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の平面視形状は、接続電極などの平面視形状に応じて、円形や楕円形などの円形状のものや、長方形や正方形を含む多角形状のものなど自由に構成することができる。
Specifically, the first metal film M11 is connected to the upper surface of the
接合部２３への第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）および第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の形成に関しては、接合部２３の各領域（接続電極２９５，２９６の上面）に図示しない第２金属膜の形成部（接続電極２９５，２９６より平面積の小さい窓部を有するマスク）をフォトリソグラフィ法により所望の形状（本形態では矩形状の窓部）に形成して、当該第２金属膜の形成部に第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の各領域（第２金属膜Ｍ２の上面）に図示しない第１金属膜の形成部（第２金属膜Ｍ２より平面積の小さい窓部を有するマスク）をフォトリソグラフィ法により所望の形状（本形態では円形状の窓部）に形成して、当該第１金属膜の形成部に第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。
Regarding the formation of the first metal film M1 (M11, M12) and the second metal film M2 (M21, M22) at the junction 23, the first region (not shown) in each region of the junction 23 (upper surfaces of the
なお、上記第２金属膜Ｍ２については、図４の変形例における音叉型水晶振動片の断面図に示すように、第1金属膜Ｍ１と接続電極より平面積が小さく、かつ第1金属膜Ｍ１より厚みの薄い第２金属膜Ｍ２（Ｍ２３，Ｍ２４）を介在した状態で形成してもよい。また図示しないがこの第2金属膜Ｍ２は、１つの第１金属膜Ｍ１の下に２つ以上のものを介在させてもよい。このような構成による第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の形成に関しては、接続電極２９５，２９６と第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の各領域（接続電極と第２金属膜の上面）に図示しない第１金属膜の形成部（第２金属膜Ｍ２より平面積の大きい窓部を有するマスク）をフォトリソグラフィ法により所望の形状に形成して、当該第１金属膜の形成部に第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。以上のような構成では、第２金属膜Ｍ２がアンカーとして機能することで、最終的な第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）と接続電極２９５，２９６との接合強度も高まり安定したものとなる。さらにこのような第２金属膜が複数介在する多点アンカーとすることでその接合強度はより一層高まるものである。
The second metal film M2 has a smaller plane area than the first metal film M1 and the connection electrode and has the first metal film M1 as shown in the sectional view of the tuning-fork type crystal vibrating piece in the modification of FIG. You may form in the state which interposed 2nd metal film M2 (M23, M24) with thinner thickness. Although not shown, two or more second metal films M2 may be interposed under one first metal film M1. Regarding the formation of the first metal film M1 (M11, M12) having such a configuration, each region of the
また、本実施例にかかる音叉型水晶振動片２には、異電位で構成された２つの第１励振電極２９１および第２励振電極２９２と、これら第１励振電極２９１および第２励振電極２９２を電極パッド３２，３２に電気的に接続させるためにこれら第１励振電極２９１および第２励振電極２９２から引き出された引出電極２９３，２９４と、その先端部に金属膜Ｍ１，Ｍ２が形成される接続電極２９５，２９６とが一体的に同時形成されている。なお、本実施例でいう引出電極２９３，２９４は、２つのこれら第１励振電極２９１および第２励振電極２９２から引き出された電極パターンのことをいう。接続電極２９５，２９６は、引出電極２９３，２９４の先端部分のうちベース３との接合部位となる箇所に形成されたものを示している。
In addition, the tuning fork type
また、２つの第１励振電極２９１および第２励振電極２９２の一部は、溝部２７の内部に形成されている。このため、音叉型水晶振動片２を小型化しても第１脚部２１および第２脚部２２の振動損失が抑制され、ＣＩ値を低く抑えることができる。
Further, a part of the two
第１励振電極２９１は、第１脚部２１の両主面（一主面２６１と他主面２６２）と第２脚部２２の両側面２８に形成されている。同様に、第２励振電極２９２は、第２脚部２２の両主面（一主面２６１と他主面２６２）と第１脚部２１の両側面２８に形成されている。
The
上記した音叉型水晶振動片２の第１励振電極２９１および第２励振電極２９２や引出電極２９３，２９４、接続電極２９５，２９６は、金属蒸着によって各第１脚部２１および第２脚部２２上にクロム（Ｃｒ）層が形成され、このクロム層上に金（Ａｕ）層が形成されて構成される薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法などの手法により基板全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成されることで、一体的に同時形成される。なお、第１励振電極２９１，第２励振電極２９２および引出電極２９３，２９４がクロム（Ｃｒ），金（Ａｕ）の順に形成されているが、例えば、クロム（Ｃｒ），銀（Ａｇ）の順や，クロム（Ｃｒ），金（Ａｕ），クロム（Ｃｒ）の順や，クロム（Ｃｒ），銀（Ａｇ），クロム（Ｃｒ）の順などであってもよい。
The
また、各第１脚部２１および第２脚部２２の先端部２１１，２２１の一主面２６１と他主面２６２には、上記した脚部の幅広領域に対してほぼ全面に引出電極２９３，２９４がそれぞれ形成されている。これら一主面２６１の脚部の幅広領域に形成された引出電極２９３，２９４の上面には、レーザービームなどのビーム照射によって金属膜の質量削減を行うことで音叉型水晶振動片２の周波数を調整してなる調整用金属膜（周波数調整用錘）Ｍ３が前記引出電極に対して若干小さな面積で一体形成されている。
In addition, the leading
上記調整用金属膜Ｍ３は、例えば、各領域の引出電極２９３，２９４に調整用金属膜の形成部をフォトリソグラフィ法により所望の形状に形成して、当該調整金属膜の形成部に調整用金属膜Ｍ３を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。これらの金属膜をメッキ形成する際には、上記した第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）あるいは第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の少なくとも１つ以上と同じ工程で同時に構成すると実用上より望ましい。
The adjustment metal film M3 is formed, for example, by forming a formation portion of the adjustment metal film in a desired shape on the
以上のように構成された音叉型水晶振動片２は、上記ウェハの状態の際に各々の音叉型水晶振動片２の周波数を計測した後、各々の音叉型水晶振動片２の調整用金属膜Ｍ３をビーム照射などで減少させたり、パーシャル蒸着により増加させたりすることで、周波数の粗調整している。
The tuning fork type
周波数粗調整が施されウェハから取り出された個片の音叉型水晶振動片２は、その一主面２６１側の接続電極２９５，２９６の上面に形成された第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）とベース３の電極パッド３２，３２とがＦＣＢ法により超音波接合され、ベース３に搭載される。
The individual tuning-fork type
ベース３に搭載された音叉型水晶振動片２は、周波数を再計測した後、音叉型水晶振動片２の調整用金属膜Ｍ３をビーム照射やイオンミーリングなどで減少させることで、周波数の微調整する最終の周波数調整を行っている。
The tuning fork type
その後、最終の周波数調整が行われた音叉型水晶振動片２が搭載されたベース３に対して、図示しない蓋を加熱溶融接合などの手法により封止部材Ｈを介して接合し、音叉型水晶振動片２をベース３と図示しない蓋とで構成された筐体の内部に気密封止する。なお上述の気密封止の手法として、シーム溶接、ビーム溶接、雰囲気加熱などの手法をあげることができる。
Thereafter, a lid (not shown) is joined to the
次に本発明の他の実施形態について図５とともに説明する。図５は本発明の他の実施形態を示す音叉型水晶振動片の一主面側の平面図である。上記実施形態と同様の部分については同番号を付しており説明の一部について割愛している。図５に示す実施形態では、２つの第１脚部２１および第２脚部２２の一主面２６１と他主面２６２（図示せず）には溝部が形成されておらず、２つの第１脚部２１および第２脚部２２の先端部２１１，２２１には脚部の幅広領域が形成されておらずストレート形状の音叉型水晶振動片２を使用している。また音叉型水晶振動片２の接合部２３をなくした構成とするとともに、各脚部２１，２２と基部２５の間には音叉型水晶振動片の側面２８から延出する切り欠き部Ｋ，Ｋが形成されている。また音叉型水晶振動片２の基部２５の領域内部で図示しないベースと接合される。このように構成された音叉型水晶振動片２はよりサイズの大きな音叉型水晶振動片などで用いられることが多く、上述の音叉型水晶振動片２に対してより簡易で安価な構成とすることができる。本発明ではこのように簡易な構成の音叉型水晶振動片２に対しても適用することができる。すなわち、基部２５の一主面２６１の引出電極２９３，２９４の上面で、ベース３との接合部位となる箇所（図５では基部の他端面２５２に接した角部分２５２１，２５２２に近接する位置）には、接続引出電極２９５，２９６より表面粗さが粗く平面積が小さな第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）が形成されている。第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の上面には、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）と同材質で引出電極２９３，２９４より表面粗さが粗く、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）より平面積が小さく、かつ第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）より厚みの厚いメッキバンプとしての第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）が形成されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a plan view of one main surface side of a tuning-fork type crystal vibrating piece showing another embodiment of the present invention. The same parts as those in the above embodiment are given the same reference numerals, and a part of the description is omitted. In the embodiment shown in FIG. 5, no groove is formed on one
以上のような構成により、接合材にメッキバンプとしての第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を用いることで、より小型化された電極パッド３２，３２や接続電極２９５，２９６に対しても位置ずれやはみ出しが生じることない。安定してベース３上に音叉型水晶振動片２を第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）により電気機械的に接合することができる。具体的に、メッキバンプとしての第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を用いることで、音叉型水晶振動片２を外部（ベース３）に搭載する前に、音叉型水晶振動片２にメッキバンプとしての第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を形成することができる。その結果、常に音叉型水晶振動片２の所望の形成位置にメッキバンプとしての第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を形成しているので、例えば、音叉型水晶振動片２の外部（ベース３）への搭載位置が所望位置からずれた場合であっても、音叉型水晶振動片２が外部（ベース３）にバンプがずれた状態で搭載されることを防止することができ、安定したベース３への音叉型水晶振動片２の搭載を行うことができる。また接続電極２９５，２９６より表面粗さが粗く平面積が小さな第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を用いているので、電極パッド３２，３２に対して第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）がより安定した状態で熱拡散接合され電気的機械的な接合が安定する。また第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）と接続電極２９５，２９６の間には接続電極２９５，２９６より表面粗さが粗く、第１金属膜と同材質でかつ第1金属膜より厚みの薄い第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）が介在した状態で形成されているので、接続電極２９５，２９６と第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）の接合強度が高まりより安定したものとなるだけでなく、第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）と第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）の接合強度も高まり安定したものとなる。また、接合領域とされた接合部２３の基端部である短辺部２３１に、フォトリソグラフィ法により第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）および第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）が形成されるので、第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）および第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）を音叉型水晶振動片２に形成する際の位置決め精度を高めて、音叉型水晶振動片２の接合部２３が小さくなった場合であっても、音叉型水晶振動片２の適切な位置へ接合部材として第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を形成することができる。また、第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）、または第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）の少なくとも１つ以上の形成を、音叉型水晶振動片２の他の金属材料の形成と一括して行うことができる。特に音叉型水晶振動片２であれば、第１脚部２１および第２脚部２２の先端に形成される後述する調整用金属膜Ｍ３と第１金属膜Ｍ１あるいは第２金属膜Ｍ３の少なくとも１つ以上と同時形成することで、不要な工程を増加させることがなくなり、タクトを向上させることができる。
With the configuration as described above, the first metal film M1 (M11, M12) as the plating bump is used as the bonding material, so that the position can be reduced with respect to the
また、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）は、第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）より平面積が大きくかつ接続電極２９５，２９６より平面積が小さく形成されているので、接続電極２９５，２９６の上部に位置ズレなど影響が生じにくい状態で第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）がより安定して形成することができ、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の上部に位置ズレなど影響が生じにくい状態で第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）がより安定して形成することができる。また第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の接続電極２９５，２９６側の接合領域全体に第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）が介在しており、接続電極２９５，２９６に対する第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の領域ごとの接合状態もより均一な状態となる。第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）の平面積は第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）より大きく形成することができるので、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）と接続電極２９５，２９６との接合領域が拡がりお互いの接合強度も高められる。以上の点から、第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）から第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）から接続電極２９５，２９６にいたる全体としての接合強度もより一層高く安定したものとすることができる。また超音波接合する際、あるいは接続電極２９５，２９６との接合後に落下などの衝撃が加わった際に、第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）が第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）と接続電極２９５，２９６との間で機械的な応力が生じも、応力を分散させクラックなどが生じる危険性がより一層なくなる。
Further, since the second metal film M2 (M21, M22) has a larger planar area than the first metal film M1 (M11, M12) and a smaller planar area than the
また、第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）と第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）はメッキ法により形成され、接続電極２９５，２９６は真空蒸着法もしくはスパッタリング法により形成しているので、接続電極２９５，２９６に対して第1金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）と第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）の表面粗さを容易に粗く形成することができる。厚みの薄い第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）はより鏡面の接続電極２９５，２９６の上部であっても安定してメッキ膜を形成することができ、厚みの厚い第１金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）であっても前記粗面の第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）の上部に形成することで、膜境界でのメッキ膜の成長速度差の影響を小さくし安定してメッキ膜を成長させることができる。また第1金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２）と第２金属膜Ｍ２（Ｍ２１，Ｍ２２、あるいはＭ２３，Ｍ２４）を形成する際に、音叉型水晶振動片２に対して機械的な応力負荷を生じさせることなく、バッチ処理により行うことができより安価に作成することができ、表面面積や形状、厚みの設計自由度が極めて高くなる。
The first metal film M1 (M11, M12) and the second metal film M2 (M21, M22, or M23, M24) are formed by plating, and the
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均など範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。本発明は、屈曲振動してなる音叉型圧電振動片に限らず、ＡＴカットなどの厚みすべり振動系や他の振動モードの圧電振動片、あるいは平板形状や逆メサ形状などの他の形状の圧電振動片にも適用できる。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the scope of the claims are within the scope of the present invention. The present invention is not limited to a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece formed by bending vibration, but a thickness-shear vibration system such as an AT cut, a piezoelectric vibrating piece of another vibration mode, or a piezoelectric plate having another shape such as a flat plate shape or an inverted mesa shape. It can also be applied to vibrating pieces.
本発明は、音叉型水晶振動子などの圧電振動デバイスに適用できる。 The present invention can be applied to a piezoelectric vibration device such as a tuning fork type crystal resonator.
１ 音叉型水晶振動子
２ 音叉型水晶振動片
３ ベース
1 Tuning
Claims (4)
前記引出電極の先端部が前記圧電振動片の一主面の一端部近傍に引き出された接続電極を有し、
前記接続電極の上面には前記接続電極より表面粗さが粗く平面積が小さな第1金属膜を有しており、
前記第１金属膜と前記接続電極の間には前記接続電極より表面粗さが粗く、前記第１金属膜と同材質でかつ前記第1金属膜より厚みの薄い第２金属膜が形成された状態で、前記第1金属膜により端子電極と超音波接合により電気機械的に接合してなることを特徴とする圧電振動片。 In the piezoelectric vibrating piece in which at least a pair of excitation electrodes are formed, and at least a pair of extraction electrodes respectively extracted from the excitation electrodes to electromechanically join these excitation electrodes with the terminal electrodes,
A leading end of the lead electrode has a connection electrode drawn near one end of one main surface of the piezoelectric vibrating piece;
The upper surface of the connection electrode has a first metal film with a rougher surface roughness and a smaller plane area than the connection electrode,
Between the first metal film and the connection electrode, a second metal film having a surface roughness rougher than that of the connection electrode, the same material as the first metal film, and thinner than the first metal film is formed. In this state, the piezoelectric vibrating piece is formed by being electromechanically bonded to the terminal electrode by ultrasonic bonding with the first metal film.
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