JP6944665B2 - 振動子及び振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
<水晶振動子1>
まず、図1乃至図4Bを参照しつつ、本実施形態に係る水晶振動子(Quartz Crystal Resonator Unit)1を説明する。ここで、図1は、水晶振動子1の分解斜視図であり、図2は図1のII−II線断面図である。また、図3A及び図3Bは、水晶振動素子10を説明するための図であり、図3Aは、水晶振動素子10の表面側の構成を説明するための図であり、図3Bは水晶振動素子10の裏面側の構成を説明するための図である。図4A及び図4Bは、本実施形態に係るベース部30を説明するための図であり、図4Aは、ベース部30の表面側の構成を説明するための図であり、図4Bは、ベース部30の裏面側の構成を説明するための図である。なお、図2において、一部の電極の図示は省略されている。
水晶振動素子10は、平板状をなしている。また、水晶振動素子10は、水晶片11と、この水晶片11の厚み方向の両側にある主面のそれぞれに設けられている金属層100a及び金属層100bとを有する。
蓋部20は、平板状をなしている。また、蓋部20は、蓋部水晶片21と、この蓋部水晶片21に設けられている第2封止枠202bとを有する。
ベース部30は、平板状をなしている。また、ベース部30は、ベース部水晶片31と、このベース部水晶片31の厚み方向の両側にある主面に設けられている金属層200aと、金属層200bとを有する。
また、水晶振動子1では、ベース部30の外部電極106a,106bを介して、水晶振動素子10の一対の励振電極101a,101bの間に交番電界を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって水晶片11の中央部11aが振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
次に、図1及び図2を参照しつつ、本実施形態に係る第1金属層100、第2封止枠202及び封止層40の詳細について説明する。以下では、接合により合金化される前の第1金属層100及び第2封止枠202のそれぞれの材質等を説明した上で、接合により合金化される後の封止層40について説明する。
続いて、図1、図5乃至図8Bを参照しつつ、本実施形態に係る水晶振動子1の製造方法の一例について詳細に説明する。ここで、図5は、本実施形態に係る水晶振動子1の製造方法を説明するためのフローチャート図である。図6A乃至図6Dは、水晶振動素子10の製造方法を詳細に説明するための図であり、図6Aは、図5のステップS10の詳細を説明する図であり、図6Bは、図5のステップS11の詳細を説明する図であり、図6Cは、図5のステップS12の詳細を説明する図であり、図6Dは、図5のステップS13の詳細を説明する図である。また、図7A乃至図7Cは、蓋部20及びベース部30の製造方法を詳細に説明するための図であり、図7Aは、図5のステップS20及びS30の詳細を説明する図であり、図7Bは、図5のステップS21及びS31の詳細を説明する図であり、図7Cは、図5のステップS22及びS32の詳細を説明する図である。また、図8A及び図8Bは、図5のステップS40に係る水晶振動子1の製造方法を詳細に説明するための図である。
まず、水晶片11を準備する(S10)。
具体的には、水晶ウエハをウェットエッチング又はドライエッチングして、図6Aに示すような平板状の水晶片11を形成する。
具体的には、図6Bに示すように、ステップS10において準備された平板状の水晶片11に対して、ウェットエッチング又はドライエッチング処理を介して、水晶片11に、この水晶片11を貫通する凹字状の切り欠き(図1参照)を形成する。この凹字状の切り欠きによって、水晶片11は、中央部11aと、この中央部11aの周囲にて中央部11aを囲むように設けられている周辺部11bと、中央部11a及び周辺部11bを連結する連結部11cとを有するように形成する。
本実施形態では、第1下地層110は、励振電極101、第1封止枠102、引出電極103及び接続電極104(図1参照)を構成する合金層の下地層である。具体的には、図6Cに示すように、ステップS11において形成された水晶片11の中央部11aの各中央部主面111、周辺部11bの各周辺部主面112、及び連結部11cの連結部主面113に、スパッタ工法によって、Ti層又はCr層である第1下地層110を形成する。
本実施形態では、第1表層120は、励振電極101、第1封止枠102、引出電極103及び接続電極104を構成する合金層の表層である。具体的には、図6Dに示すように、ステップS12において形成された水晶片11の中央部11aの各中央部主面111、周辺部11bの各周辺部主面112、及び連結部11cの連結部主面113に形成された各第1下地層110の上に、スパッタ工法によって、Au層である第1表層120を形成する。
まず、蓋部水晶片21を準備する(S20)。
具体的には、水晶ウエハをウェットエッチング又はドライエッチングして、図7Aに示すような平板状の蓋部水晶片21を形成する。
本実施形態では、第2下地層210は、第2封止枠202を構成する合金層の下地層である。具体的には、図7Bに示すように、ステップS20において準備された蓋部水晶片21の主面22bに、無電解または電解めっき工法によって、Ni層である第2下地層210を形成する。
本実施形態では、第2表層220は、第2封止枠202を構成する合金層の表層である。具体的には、図7Cに示すように、ステップS21において形成された蓋部水晶片21の主面22bに形成された第2下地層210の上に、金属ペースを加熱または蒸着することによって、AuSn層である第2表層220を形成する。また、この第2表層220の厚みは、第2下地層210よりも薄くなるように形成される。
まず、ベース部水晶片31を準備する(S30)。
具体的には、水晶ウエハをウェットエッチング又はドライエッチングして、図7Aに示すような平板状のベース部水晶片31を形成する。
本実施形態では、第2下地層210は、第2封止枠202及び接続電極204を構成する合金層の下地層である。また、このベース部30の第2下地層210の形成方法、材質及び材質の厚みは、上述蓋部20の第2下地層210と同様であるため、ここで詳細の説明を省略する。
本実施形態では、第2表層220は、第2封止枠202及び接続電極204を構成する合金層の表層である。また、このベース部30の第2表層220の形成方法、材質及び材質の厚みは、上述蓋部20の第2表層220と同様であるため、ここで詳細の説明を省略する。
その後、蓋部20及びベース部30を水晶振動素子10に接合することで、水晶振動素子10を封止する(S40)。
具体的には、図8A及び図8Bに示すように、蓋部20及びベース部30のそれぞれの第2封止枠202の第2表層220が加熱溶融されることで、水晶振動素子10の各主面12の第1封止枠102の第1表層120の上に濡れ広がる。これによって、蓋部20の第2封止枠202の第2表層220と、水晶振動素子10の第1主面12aの第1封止枠102の第1表層120とが接合され、ベース部30の第2封止枠202の第2表層220と、水晶振動素子10の第2主面12bの第1封止枠102の第1表層120とが接合されることによって、水晶振動素子10が封止される。すなわち、蓋部20及び水晶振動素子10と、ベース部30及び水晶振動素子10とのそれぞれが、第2封止枠202及び第1封止枠102が合金化されることで形成された封止層40によって接合されている。
また、本実施形態では、第2封止枠202のNi層である第2下地層210は、第1封止枠102のAu層である第1表層120よりも厚く形成されることにより、蓋部20及び水晶振動素子10の間隔と、ベース部30及び水晶振動素子10の間隔とが、Ni層である第2下地層210によって調整することできる。これによって、水晶振動素子10の中央部11aが振動する際に、この中央部11aが蓋部20及びベース部30との干渉による振動特性への影響を抑制することができる。また、貴金属であるAuの使用量を低減することができる。これによって、水晶振動子1の振動特性の向上を実現するとともに、材料原価の低減による生産性の向上及び貴金属であるAuの製造における環境負荷の低減を実現することができる。
また、本実施形態では、第1封止枠102のAu層を第1封止枠102のTi層又はCr層よりも厚く形成することによって、AuSn層と接合するための必要となるAu層の厚さを確保することができ、接合の強度や接合の信頼性を向上することができる。よって、AuSn層とAu層との合金接合が確実かつ安定に行われることができ、良好な封止性を得ることが可能となる。
さらに、本実施形態では、蓋部20及びベース部30とも平板状であるため、箱状の蓋部やベース部に比べて、壁部分の上面のような細い部分に第2封止枠202を形成する必要がなくなり、第2封止枠202の形成工程が簡略にすることができる。これによって、生産性の向上を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る水晶振動子1の製造方法では、水晶片11を有する水晶振動素子10と、水晶振動素子10を厚み方向の両側から挟んで封止するベース部30及び蓋部20とを備える水晶振動子1の製造方法であって、水晶片11の厚み方向の両側にある各主面12に、励振電極101、引出電極103、接続電極104及び第1封止枠102を形成する工程と、ベース部30の主面32a及び蓋部20の主面22bのそれぞれに第2封止枠202を形成する工程と、ベース部30の第2封止枠202と水晶振動素子10の第1主面12aの第1封止枠102とを接合し、蓋部20の第2封止枠202と水晶振動素子10の第2主面12bの第1封止枠102とを接合することによって、水晶振動素子10を封止する工程と、を含み、第1封止枠102は、Ti層又はCr層である第1下地層110と、第1下地層110の上に設けられるAu層である第1表層120とを有し、第1下地層110の厚みが第1表層120の厚みよりも薄く、第2封止枠202は、Ni層である第2下地層210と、第2下地層210の上に設けられるAuSn層である第2表層220とを有し、第2下地層210の厚みが第2表層220の厚みよりも厚く、封止する工程は、第1表層120と第2表層220とを合金化することによって、ベース部30及び蓋部20を水晶振動素子10に接合することを含む。
上記方法によれば、生産性の向上の実現とともに、安定なの接合による良好な封止性を得ることができる。
上記方法によれば、箱状のベース部及び蓋部に比べて、封止層の形成が簡易になり、振動子の生産性の向上を実現することができる。
上記方法によれば、良好な振動特性を得ることができる。
上記方法によれば、良好な振動特性を実現することとともに、材料原価の低減による生産性の向上を実現することができる。
ができる。
上記方法によれば、安定なの接合による良好な封止性を得ることができる。
上記方法によれば、安定なの接合による良好な封止性を得ることができるとともに、材料原価の低減による生産性の向上を実現することができる。
上記方法によれば、安定なの接合による良好な封止性を得ることができる。
上記方法によれば、水晶振動子の生産性の向上の実現とともに、安定なの接合による良好な封止性を得ることができる。
上記構成によれば、生産性の向上の実現とともに、安定なの接合による良好な封止性を得ることができる
上記構成によれば、箱状のベース部及び蓋部に比べて、封止層の形成が簡易になり、振動子の生産性の向上を実現することができる。
上記構成によれば、安定なの接合による良好な封止性を得ることができるとともに、材料原価の低減による生産性の向上を実現することができる。
上記構成によれば、水晶振動子の生産性の向上の実現とともに、安定なの接合による良好な封止性を得ることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。以下では、本発明に係る変形例について説明する。
Claims (12)
- 振動片を有する振動素子と、前記振動素子を厚み方向の両側から挟んで封止するベース部及び蓋部とを備える振動子の製造方法であって、
前記振動片の厚み方向の両側にある第1主面及び第2主面のそれぞれに、励振電極、接続電極及び第1封止層を形成する工程と、
前記ベース部及び前記蓋部のそれぞれの主面に第2封止層を形成する工程と、
前記ベース部の前記第2封止層と前記振動片の前記第2主面の前記第1封止層とを接合し、前記蓋部の前記第2封止層と前記振動片の前記第1主面の前記第1封止層とを接合することによって、前記振動素子を封止する工程と、を含み、
前記第1封止層は、Ti層又はCr層である第1下地層と、前記第1下地層の上に設けられるAu層である第1表層とを有し、前記第1下地層の厚みが前記第1表層の厚みよりも薄く、
前記第2封止層は、Ni層である第2下地層と、前記第2下地層の上に設けられるAuSn層である第2表層とを有し、前記第2下地層の厚みが前記第2表層の厚みよりも厚く、
前記封止する工程は、前記第1表層と前記第2表層とを合金化することによって、前記ベース部及び前記蓋部を前記振動素子に接合することを含む、
振動子の製造方法。 - 前記ベース部及び前記蓋部の少なくとも一方は平板状である、請求項1に記載の振動子の製造方法。
- 前記振動片の前記第2主面における前記励振電極と前記ベース部との間隔は、前記ベース部の前記第2封止層の厚みと同じであり、
前記ベース部の前記第2封止層の厚みは、前記振動素子が振動する際に、前記振動素子における前記励振電極が互いに対向して構成された振動部分を前記ベース部と干渉させないような厚みであり、
前記振動片の前記第1主面における前記励振電極と前記蓋部との間隔は、前記蓋部の前記第2封止層の厚みと同じであり、
前記蓋部の前記第2封止層の厚みは、前記振動素子が振動する際に、前記振動素子における前記励振電極が互いに対向して構成された振動部分を前記蓋部と干渉させないような厚みである、請求項1又は2に記載の振動子の製造方法。 - 前記第2下地層の厚みは、前記第1表層の厚みよりも厚い、請求項1乃至3の何れかの一項に記載の振動子の製造方法。
- 前記第1下地層の厚みは、1nm〜20nmであり、
前記第1表層の厚みは、50nm〜500nmであり、
前記第2下地層の厚みは、500nm〜5000nmである、請求項1乃至4の何れかの一項に記載の振動子の製造方法。 - 前記第2下地層の厚みは、前記第1表層の厚みの5倍以上である、請求項5に記載の振動子の製造方法。
- 前記振動素子は、平板状であり、
前記振動素子を平面視するときに、前記第1封止層及び前記第2封止層の形状は、互いに対応する枠状である、請求項1乃至6の何れかの一項に記載の振動子の製造方法。 - 前記振動素子、前記ベース部及び前記蓋部の材料は、水晶である、請求項1乃至7の何れかの一項に記載の振動子の製造方法。
- 振動片と、前記振動片の厚み方向の両側にある第1主面及び第2主面のそれぞれに設けられる励振電極及び接続電極と、を有する振動素子と、
前記振動素子を厚み方向の両側から挟んで封止するベース部及び蓋部と、を備え、
前記ベース部及び前記蓋部のそれぞれと前記振動素子との間に、前記ベース部及び前記蓋部のそれぞれを前記振動素子に接合するための封止層が設けられており、
前記封止層は、前記振動素子から前記ベース部又は前記蓋部に向かって、Ti層又はCr層である第1下地層と、Au層である第1表層と、AuSn層である第2表層と、Ni層である第2下地層と、を有し、
前記第1表層と前記第2表層との間に、前記第1表層の一部が前記第2表層と合金化された合金層を有し、
前記第1下地層の厚みが前記第1表層の厚みよりも薄く、前記第2下地層の厚みが前記第2表層の厚みよりも厚い、
振動子。 - 前記ベース部及び前記蓋部の少なくとも一方は平板状である、請求項9に記載の振動子。
- 前記第1下地層の厚みは、1nm〜20nmであり、
前記第1表層の厚みは、50nm〜500nmであり、
前記第2下地層の厚みは、500nm〜5000nm、かつ、前記第1表層の厚みの5倍以上である、請求項10に記載の振動子。 - 前記振動素子は、平板状であり、
前記振動素子、前記ベース部及び前記蓋部の材料は、水晶である、請求項9乃至11の何れかの一項に記載の振動子。
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