JP7307397B2 - 振動素子、振動子及び振動素子の製造方法 - Google Patents

振動素子、振動子及び振動素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、振動素子、振動子及び振動素子の製造方法に関する。
近年、水晶振動子の小型化に伴い、水晶振動素子とそれを収容するケースの内面との間隙が狭くなっている。そのため、水晶振動素子とベース部との接合が不良である場合に、水晶振動素子がケース内面と接触しやすくなる。その結果、水晶振動素子の自由振動が阻害されて、水晶振動子の振動特性に影響が生じてしまう。このため、良好な接合性を有する水晶振動素子が求められている。
例えば、特許文献1には、導電性接着剤の濡れ広がりを抑えるために、振動領域と、該振動領域と連設一体化された被接続領域と、を備えた圧電基板であって、被接続領域の一面には、凹部、或いは貫通穴から成る接着剤収容部を形成したことを特徴とする圧電基板が開示されている。
また、例えば、特許文献2には、水晶振動素子の接合強度を高めるために、両主面の励振電極から引出電極の延出した外周部を導電性接着剤によって実装基板の水晶端子上に固着してなる水晶振動子において、引出電極の延出した水晶片の外周部に平面方向の凹凸を設けたことを特徴とする水晶振動子が開示されている。
特開2007-288644号公報 特開2008-109538号公報
しかしながら、特許文献1の圧電基板及び特許文献2の水晶振動子とも、水晶片自体に導電接着剤を浸入させるための凹凸を加工している。また、このような場合において、導電接着剤流れ込み量及び接合強度を調整するために、精密な加工、すなわちフォトリソ及びエッチングプロセスを実施する必要がある。よって、加工の工夫やコストが増大され、生産性が悪くなってしまう。
本発明はこのような事情に鑑みて発明されたものであり、本発明の目的は、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる振動素子、振動子及び振動素子の製造方法を提供することである。
本発明の一側面に係る振動素子の製造方法は、振動片と、振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、一対の励振電極に電気的に接続された一対の接続電極と、を備える振動素子の製造方法であって、振動片における一対の接続電極が設けられる領域の少なくとも一部に第1金属層を形成することと、第1金属層の上を含み、少なくとも一対の励振電極及び一対の接続電極がそれぞれ設けられる振動片の領域に第2金属層を形成することと、第1金属層及び第2金属層が設けられている領域に対して加熱することと、を含み、第1金属層は、第2金属層よりも融点が低い材料からなり、加熱することは、第1金属層にヒロックを形成することを含む。
本発明によれば、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる振動素子、振動子及び振動素子の製造方法を提供することが可能となる。
本実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。 図1のII-II線断面図である。 本実施形態に係る水晶振動素子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3のステップS11に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。 図3のステップS12に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。 図3のステップS13に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。 図3のステップS14に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。 図3のステップS15に係る水晶振動素子の製造方法を詳細に説明するための図である。 本実施形態に係るヒロックの形状を説明するための図である。 本実施形態に係る昇温速度とヒロック数との関係を説明するための図である。
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
[実施形態]
<水晶振動子1>
まず、図1及び図2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。なお、図2において、水晶振動素子10の各種電極の図示は省略されている。
本実施形態に係る水晶振動子1は、圧電振動子の一例である。この水晶振動子1は、水晶振動素子(Quartz Crystal Resonator)10と、蓋部20と、ベース部30とを備える。ここで、水晶振動素子10は圧電振動素子の一例である。蓋部20及びベース部30は封止容器を構成する。また、水晶振動子1は、導電性保持部材36a,36bと、封止枠37と、接合部材40とをさらに備える。
水晶振動素子10は導電性保持部材36a,36bを介してベース部30に搭載されている。また、蓋部20は、封止枠37及び接合部材40を介して水晶振動素子10を覆うようにベース部30と接合されている。こうして、水晶振動素子10が、蓋部20及びベース部30によって構成される封止容器の内部空間26に収容して封止される。
水晶振動素子10は、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に形成されている一対の励振電極14a,14b、接続電極16a,16b及び引出電極15a,15bとを備える。
水晶片11は、振動片の一例であり、例えば、ATカットの水晶片であり、水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に35度15分±1分30秒回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合、X軸及びZ´軸によって特定される面と平行な面(以下、「XZ´面」とする。他の軸によって特定される面についても同様である。)を主面として人工水晶(Synthetic Quartz Crystal)から切り出されたものである。ATカットの水晶片11を採用する水晶振動素子10は、厚みすべり振動モードを主要振動とする。また、本実施形態に係る水晶片11では、厚み方向がY´軸方向と平行する。このY´軸方向に沿って水晶片11を平面視すると、水晶片11のXZ´面の形状は矩形状をなしており、長辺がX軸方向と平行し、短辺がZ´軸方向に平行する。なお、本実施形態では、圧電基板の材料を水晶のような単結晶構成を有する圧電体として説明したが、圧電基板の材料はセラミックス等の多結晶構成を有する圧電体であってもよい。
なお、以下の説明では、ATカットのXY´Z´軸方向を基準として水晶振動子1の各構成を説明する。また、特別な説明がない場合において、「平面視する」は、水晶振動子1(各構成)の厚み方向(Y´軸方向)に沿ってこれらの構成を平面視することを意味する。二つ以上の軸方向に沿ってこれらの構成を平面視する場合は、方向を区別するために、「XZ´面において」、「XY´面において」、「Y´Z´面において」と記載する。また、水晶振動素子10、蓋部20及びベース部30が組み立てられて水晶振動子1を構成する状態を「組立状態」とすることがある。
また、水晶片11は、板状部材である。この水晶片11は、厚み方向の両側に、互いに対向するXZ´面である第1主面12a及び第2主面12bと、第1主面12a又は第2主面12bに対して垂直に形成されている側面12cとを有する。
一対の励振電極14a,14bは、電圧が印加されることで水晶片11を厚みすべり振動をさせるための電極であり、それぞれの励振電極14a,14bは互いに同じ構成をなしている。また、励振電極14a,14bは、水晶片11を挟んで互いに対向するように第1主面12a及び第2主面12bに設けられている。言い換えれば、励振電極14a,14bは、平面視する場合において、実質的に全体が略重なり合うように配置されている。なお、一対の励振電極14a,14bを区別しない場合では、「励振電極14」とする。
接続電極16a,16bは、水晶振動素子10をベース部30の接続電極33a,33bに電気的に接続するための端子である。また、接続電極16a及び接続電極16bは、水晶片11の第2主面12bのX軸負方向側の短辺に沿って配列されている。こうして、水晶振動素子10では、水晶片11の接続電極16a,16bが設けられている短辺端が固定端となり、その他の端が自由端となっている。すなわち、水晶振動素子10(水晶片11)は、片持構成を有する。なお、以下の説明では、接続電極16a,16bを区別しない場合では、「接続電極16」とする。
引出電極15aは、励振電極14aを接続電極16aに電気的に接続するための電極であり、引出電極15bは、励振電極14bを接続電極16bに電気的に接続するための電極である。具体的には、引出電極15aは、第1主面12aにある励振電極14aと第2主面12bにある接続電極16aとを連結するように形成され、引出電極15bは、第2主面12bにある励振電極14b及び接続電極16bを連結するように形成されている。なお、引出電極15a,15bを区別しない場合では、「引出電極15」とする。
また、励振電極14、引出電極15及び接続電極16とも、複数層を有する金属膜である。励振電極14、引出電極15及び接続電極16の詳細について、後述する。
蓋部20は、ベース部30と接合する側に開口が形成されている箱状をなしており、平面視形状が水晶振動素子10の平面視形状よりも大きく形成されている矩形状である。この蓋部20は、天面部21と、この天面部21の外縁から突起するように形成されている側壁部22とを有する。また、蓋部20は、天面部21、側壁部22の内側の面によって構成される凹状の内面24を有する。この内面24におけるXY´Z´軸方向の各寸法は、水晶振動素子10に比べて、大きく形成されている。
ここで、蓋部20の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属等の導電材料で構成される。これによれば、蓋部20を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。また、蓋部20は、γ線よりも波長が大きい任意の波長帯の照射光を遮断する材料によって構成されてもよい。さらに、蓋部20は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。
ベース部30は、平板な板状をなしており、平面視形状が蓋部20の平面視形状よりも大きく形成されている矩形状である。また、ベース部30は、水晶振動素子10を励振可能に支持するものであり、基体31と、この基体31に設けられている複数の電極とを有する。複数の電極は、接続電極33a,33b、ビア電極34a,34b及び外部電極35a,35b,35c,35dを含む。
基体31は、絶縁性セラミック、例えばアルミナである複数のシートを積層して焼結した焼結体である。あるいは、基体31は、ガラス材料、水晶材料又はガラスエポキシ樹脂等で形成してもよい。ガラス材料は、例えば、ケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料である。水晶材料は、例えばATカット水晶である。ここで、基体31は、耐熱性材料から構成されることが好ましい。さらに、基体31は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、最表層に形成された絶縁層を含む。
また、基体31は、互いに対向するXZ´面である第1主面32aと、第2主面32bと、基体31のX軸負方向側の短辺付近にかつこの基体31をY´軸方向に貫通する2つのビアホール32cとを有する。組立状態において、第1主面32aは、蓋部20の内面24に向かって、この内面24とともに水晶振動素子10を収容する内部空間26を構成する。第2主面32bは、図示しない水晶振動子1が実装される実装基板に向かうように構成されている。
第1主面32aのX軸負方向側の短辺付近には、接続電極33a,33bが設けられている。第2主面32bの4つの角部には、外部電極35a,35b,35c,35dが設けられている。2つのビアホール32cには、ビア電極34a,34bが形成されている。また、外部電極35aは、ビア電極34aによって接続電極33aと電気的に接続され、外部電極35bは、ビア電極34bによって接続電極33bと電気的に接続されている。このような電気的接続が図れるように、外部電極35a,35bは接続電極33a,33bに対してY´方向の対向位置に設けられている。
ここで、接続電極33a,33b及び外部電極35a乃至35dは、いずれも金属膜であり、例えば下層から上層にかけてモリブデン(Mo)層、ニッケル(Ni)層及び金(Au)層が積層された構成されている。ビア電極34a,34bは、例えばビアホール32cにモリブデン等の金属材料を充填して形成されている。
また、接続電極33aは、水晶振動素子10の接続電極16aと電気的に接続するための端子であり、接続電極33bは、水晶振動素子10の接続電極16bと電気的に接続するための端子である。また、外部電極35a乃至35dは、図示しない実装基板と電気的に接続するための端子である。本実施形態では、外部電極35a,35bは、水晶振動素子10の入出力信号が供給される入出力電極であり、外部電極35c,35dは、水晶振動素子10の入出力信号が供給されない電極である。また、外部電極35c,35dには、図示しない実装基板上の他の電子素子の入出力信号も供給されない。あるいは、外部電極35c,35dの少なくとも何れか一方は、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。接地用電極である外部電極に蓋部20を接続することによって、蓋部20のシールド効果向上を図ることができる。
導電性保持部材36aは、水晶振動素子10の接続電極16aをベース部30の接続電極33aに電極に電気的に接続する。同様に、導電性保持部材36bは、水晶振動素子10の接続電極16bをベース部30の接続電極33bに電極に電気的に接続する。また、導電性保持部材36a,36bは、例えば導電性接着剤が熱硬化して形成されたものである。本実施形態では、導電性保持部材36によって、水晶振動素子10は、ベース部30の第1主面32aに励振可能に支持されている。なお、導電性保持部材36a,36bを、区別しない場合では、「導電性保持部材36」とする。
封止枠37は、接合部材40とともに蓋部20とベース部30とを接合する。また、封止枠37は、第1主面32aに形成され、平面視する場合において、接続電極33a,33bを囲むように接続電極33a,33bの外側に形成されている矩形の枠状をなしている。この封止枠37は、導電性を有する金属膜等の材料、例えばモリブデン(Mo)層又はモリブデン(Mo)層、ニッケル(Ni)層及び金(Au)層の積層によって構成されている。
接合部材40は、封止枠37とともに蓋部20とベース部30とを接合する。また、接合部材40は、封止枠37上に設けられている。この接合部材40は、例えばろう部材であり、金(Au)‐錫(Sn)共晶合金等によって構成されている。こうして、蓋部20とベース部30とを金属接合とする。金属接合によれば、蓋部20とベース部30との封止性を向上させることができる。なお、接合部材40は、導電材料に限らず、例えば低融点ガラス等のガラス接着材料又は樹脂接着剤等の絶縁性材料であってもよい。これによれば、金属に比べて酸化の影響が小さく、また加熱温度を抑えることができ、製造工程の簡易化を図ることができる。
本実施形態に係る水晶振動子1においては、ベース部30の外部電極35a,35bを介して、水晶振動素子10の一対の励振電極14a,14b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等の所定の振動モードによって水晶片11が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
<励振電極14、引出電極15及び接続電極16の詳細>
続いて、図1、図2及び図5を参照しつつ、本実施形態に係る励振電極14、引出電極15及び接続電極16の詳細について説明する。図5は、本実施形態に係るヒロック130の形状を説明するための図である。ここで、引出電極15aは、励振電極14と同じ材料を有する。また、引出電極15bは、励振電極14側の一部が励振電極14の同じ材料を有し、接続電極16側の他の一部が接続電極16の同じ材料を有する。以下では、励振電極14及び接続電極16の材料を中心に説明し、引出電極15の材料の説明を省略する。
励振電極14は、二種類の金属によって構成された複数層を有する金属膜である。具体的には、図2に示すように、励振電極14は、第1主面12a及び第2主面12bのそれぞれに設けられている下地層100と、この下地層100の上に設けられている第2金属層120とを有する。ここで、下地層100は、例えば、Ti層又はCr層である。第2金属層120は、主電極層を構成し、例えば、Au層である。また、励振電極14の構成する下地層100及び第2金属層120とも、第1主面12aまた第2主面12bに沿って形成された平面膜である。
接続電極16は、三種類の金属によって構成された複数層を有する金属膜である。具体的には、図2に示すように、接続電極16は、第1主面12a及び第2主面12bのそれぞれに設けられている下地層100と、下地層100の上に設けられている第1金属層110と、第1金属層110に設けられている第2金属層120とを有する。接続電極16の下地層100と励振電極14の下地層100とは同じ構成であるため、説明を省略する。
接続電極16の第1金属層110は、第2金属層120よりも融点が低い材料からなる。本実施形態に係る第1金属層110は、例えば、Au層である第2金属層120に対して、融点が低いAlからなるAl層である。この第1金属層110に、図5に示すように、第2主面12bから離れる方向に向かって突起している複数のヒロック130が形成されている。
ここで、ヒロック130の特徴を簡単に説明する。ヒロック130は、第1金属層110の表面に発生する半球状の突起物である。言い換えれば、ヒロック130は、加熱により、第1金属層110のAl層の原子が圧縮応力によって結晶粒界の間から表面に押し出される現象である。このようなヒロック130の発生は、第1金属層110の厚みとの依存性がある。第1金属層110の厚みが薄くなると、圧縮応力緩和に必要な転位エネルギが大きくなり、ヒロック130は発生しにくくなる。このため、ヒロック130の発生を確保するために、第1金属層の厚みは、500nm以上5μm以下であることが好ましい。
接続電極16の第2金属層120は、励振電極14の第2金属層120と同じ材料を有するが、異なる表面形状を有する。この接続電極16の第2金属層120は、接続電極16の第1金属層110のヒロック130の発生によって、表面に凹凸部140が形成されている。この凹凸部140は、接続電極16と導電性保持部材36a,36bとを接合する部分となる。また、凹凸部140によって、接続電極16の表面積、すなわち、導電性保持部材36a,36bとの接触面積が大きくなっている。このため、凹凸部140によるアンカー効果を介して、接続電極16と導電性保持部材36a,36bとの密着性が向上され、両者間の接合強度や、水晶振動素子10が導電性保持部材36a,36bを保持する保持力が増大される。
<水晶振動素子10の製造工程>
次に、図3乃至図6を参照しつつ、水晶振動素子10の製造工程の一例について説明する。ここで、図3は本実施形態に係る水晶振動素子10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4A乃至図4Eは、水晶振動素子10の製造工程の一例を説明する図であり、図4Aは、図3のステップS11を説明する図であり、図4Bは、図3のステップS12を説明する図であり、図4Cは、図3のステップS13を説明する図であり、図4Dは、図3のステップS14を説明する図であり、図4Eは、図3のステップS15を説明する図である。また、図6は、本実施形態に係る昇温速度とヒロック130の数との関係を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、平板状の水晶片11を形成する。
次に、水晶片11の第1主面12a及び第2主面12bのそれぞれに下地層100を形成する(S11)。
本実施形態では、下地層100は、励振電極14、引出電極15及び接続電極16(図1参照)を構成する複数層を有する金属膜の下地層である。具体的には、図4A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、第1主面12a及び第2主面12bのそれぞれに、スパッタ工法によって、Ti層又はCr層である下地層100を全面に形成する。
また、下地層100の厚みは特に限定されていないが、後述する第1金属層と水晶片との密着性を確保するために、下地層100は、数nmの厚みを有することが好ましい。なお、以下の説明では、水晶片11の第1主面12aに形成された下地層100を「第1主面12aの下地層100」とし、第2主面12bに形成された下地層100を「第2主面12bの下地層100」とする。
続いて、水晶片11の第2主面12bの下地層100の上の一部領域に、第1金属層110を形成する(S12)。
具体的には、ステップS11において下地層100が形成されてた水晶片11に対して、水晶片11における一対の接続電極16が形成される領域以外の領域をメタルマスクで挟む。そして、図4Bに示すように、メタルマスクにカバーされていない第2主面12bの下地層100の上に、Al層である第1金属層110を形成する。この第1金属層の厚みは、500nm以上5μm以下である。
ここで、第1金属層110の形成領域は、水晶片11における一対の接続電極16が形成される領域であるが、必ずしも一対の接続電極16の大きさと完全に一致する必要がない。この第1金属層110の形成領域は、水晶片11における一対の接続電極16が形成される領域を含み、かつ励振電極14によって励振される水晶片11の部分が除かれた領域であればよい。
また、第1金属層110の形成方法は特に限定されていないが、低温で成膜する方法が好ましい。このような低温で成膜する方法を用いて第1金属層110を形成すると、他の形成方法に比べて、第1金属層110に印加される圧縮応力が大きい。なお、以下では、説明の便宜のために、第1金属層110が形成された第2主面12bの下地層100を「第2主面12bの第1複数層」とし、この第2主面12bの第1複数層のうちの第1金属層110が形成された部分を「第1複数層の第1金属層110部分」とし、第1金属層110が形成されていない部分を「第1複数層の下地層100部分」とする。
続いて、水晶片11の第1主面12aの下地層100及び第2主面12bの第1複数層のそれぞれに、第2金属層120を形成する(S13)。
本実施形態では、第2金属層120は、励振電極14、引出電極15及び接続電極16(図1参照)を構成する複数層を有する金属膜の主電極層である。具体的には、図4Cに示すように、ステップS11において形成された第1主面12aの下地層100と、ステップS12において形成され第2主面12bの第1複数層とのそれぞれの上に、スパッタ工法によって、Au層である第2金属層120を全面に形成する。
なお、以下の説明では、第2金属層120が形成された第1主面12aの下地層100を「第1主面12aの第2複数層」とし、第2金属層120が形成された第2主面12bの第1複数層を「第2主面12bの第2複数層」とする。また、第2主面12bの第2複数層のうちの、第1複数層の第1金属層110部分に対応する部分を「第2複数層の第1金属層110部分」とし、第1複数層の下地層100部分に対応する部分を「第2複数層の下地層100部分」とする。
続いて、水晶片11の第1主面12aの第2複数層及び第2主面12bの第2複数層のそれぞれに対して、パターニング処理を実施する(S14)。
具体的には、図4Dに示すように、ステップS13において形成された第1主面12aの第2複数層及び第2主面12bの第2複数層のそれぞれに対して、フォトリソプロセスにて、励振電極14、引出電極15及び接続電極16を所定の形状にパターニングする。そして、水晶片11の第1主面12aに設けられている励振電極14a及び引出電極15a(図1参照)と、第2主面12bに設けられている励振電極14b、引出電極15b、接続電極16a及び接続電極16bとが形成される。
このように、励振電極14a及び引出電極15aは、第1主面12aの第2複数層によって形成されているため、下地層100及び第2金属層120を有する。また、同様に、励振電極14b及び引出電極15bの一部は、第2複数層の下地層100部分によって形成されているため、下地層100及び第2金属層120を有する。これらに対して、接続電極16a、接続電極16b及び引出電極15bの他の一部は、第2複数層の第1金属層110部分によって形成されているため、下地層100、第1金属層110及び第2金属層120を有する。
その後、接続電極16a及び接続電極16bに対して、加熱してヒロック130を形成する(S15)。
具体的には、図4Eに示すように、ステップS14において形成された接続電極16a及び接続電極16bに対して熱処理を行う。ここで、熱処理は、ヒロックを形成するための処理である。第1金属層110のAl層が加熱されると、第1金属層110に印加される圧縮応力が、第1金属層110のAl層の原子を結晶粒界の間から表面に押し出す駆動力に変換される。よって、第1金属層110のAl層に、図5に示すように、半球状の突起であるヒロック130が形成される。また、それとともに、第1金属層110の上に形成されている第2金属層120は、このような第1金属層110のヒロック130の突起による力を受け、ヒロック130に対応する部分が同様に突起する。よって、第2金属層120の表面の凹凸部140が形成される。
また、本実施形態では、ヒロック130を形成するための熱処理の温度は、200℃以上350℃以下である。このような熱処理の温度を採用することで、接続電極16にヒロック130を十分に発生させることができるとともに、ヒロック130を発生させる熱が励振電極14及び引出電極15に影響を与えることを抑制することができる。すなわち、励振電極14及び引出電極15にヒロック130の発生を抑制することができる。
また、上述した加熱の温度範囲のみならず、加熱するときの昇温速度にもヒロック130の形成する数に影響を与える。例えば、図6に示すように、本実施形態に係る接続電極16では、加熱しない場合、接続電極16に発生したヒロック130の数は1個である。これに対して、0.5℃/sの昇温速度を採用する場合、接続電極16に発生したヒロック130の数は28個である。この数は、加熱しない場合の28倍である。さらに、3℃/sの昇温速度を採用する場合、接続電極16に発生したヒロック130の数は53個である。この数は、加熱しない場合の53倍であり、0.5℃/sの昇温速度を採用する場合の約2倍である。これらのことから、ヒロック130を形成するための熱処理は、0.5℃/s以上の昇温速度を採用することが好ましい。また、3℃/s以上昇温速度を採用することがより好ましい。
このような、本実施形態では、ヒロック130によって形成された凹凸部140を採用することで、凹凸部140が形成されていない場合に比べて、接続電極16の表面は粗くなっている。すなわち、接続電極16表面に凹凸部140の凹部によって形成されている空隙が増えている。こうして、水晶振動素子10を、導電性保持部材36等の導電性接着剤を介してベース部30に接合するときに、導電性接着剤が水晶振動素子10の接続電極16の空隙に浸入して硬化する。これによって、凹凸部140が形成されていない場合に比べて、導電性接着剤と水晶振動素子10との密着性が向上される。すなわち、本実施形態では、接続電極16の表面粗さを増大させることによるアンカー効果で、導電性接着剤と水晶振動素子10との密着強度を向上させて、水晶振動素子10がベース部30に接合されるときの接合強度及び水晶振動素子10の保持強度を増大させることができる。つまり、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる。
また、ヒロック130及び凹凸部140は、接続電極16を熱処理することで得られる構成であるため、高価なフォトリソプロセスを用いて水晶片11を加工する必要がなく、加工の工夫やコストが低減されるとともに、構造自体が簡易になる。よって、生産性を向上することができる。
さらに、上述したように、発生するヒロック130の数は、加熱するときの昇温速度によって変わる。このため、必要な接合強度に応じて、昇温速度を制御することによって、接合強度を自由に調整することができる。例えば、高い接合強度が必要な場合に、昇温速度を加速すればよい。一方、接合強度を弱めたい場合に、昇温速度を遅らせればよい。このように、簡易な調整によって、接合強度の調整を実現することができる。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。
本発明の一実施形態に係る水晶振動素子10の製造方法では、振動片と、振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、一対の励振電極に電気的に接続された一対の接続電極と、を備える振動素子の製造方法であって、振動片における一対の接続電極が設けられる領域の少なくとも一部に第1金属層を形成することと、第1金属層の上を含み、少なくとも一対の励振電極及び一対の接続電極がそれぞれ設けられる振動片の領域に第2金属層を形成することと、第1金属層及び第2金属層が設けられている領域に対して加熱することと、を含み、第1金属層は、第2金属層よりも融点が低い材料からなり、加熱することは、第1金属層にヒロックを形成することを含む。
上記方法によれば、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる。
また、上記方法において、第1金属層110は、第2金属層120よりも融点が低い材料からなる。
上記方法によれば、ヒロックを発生されることによって、良好な接合性を得ることができる。
また、上記方法において、第1金属層110の厚みは、500nm以上5μm以下である。
上記方法によれば、容易にヒロックを発生させることができる。
また、上記方法において、第1金属層110は、Al層であり、第2金属層120は、Au層である。
上記方法によれば、ヒロックの発生を容易にすることができる。
また、上記方法において、ヒロックを形成することは、200℃以上350℃以下の熱処理を行うことを含む。
上記方法によれば、接続電極にけるヒロックの発生を確保するとともに、励振電極におけるヒロックの発生を抑制することができる。
また、上記方法において、ヒロックを形成することは、0.5℃/s以上の昇温速度を用いて加熱することを含む。
上記方法によれば、発生するヒロックの数を増加することによって、接合強度を向上することができる。
また、上記方法において、第1金属層110を形成する前に、少なくとも水晶片11における一対の励振電極14及び一対の接続電極16がそれぞれ設けられる水晶片11の領域に、下地層100を形成することをさらに含む。
上記構成によれば、第1金属層と振動片との密着性を向上することができる。
また、上記方法において、下地層100、第1金属層110及び第2金属層120をパターニングすることにより、一対の励振電極14及び一対の接続電極16を形成することをさらに含む。
上記方法によれば、励振電極及び接続電極を同時に形成することができ、生産性を向上することができる。
また、上記方法において、振動片の一例である水晶片11の材料は、水晶である。
上記方法によれば、良好な接合性を有する水晶振動素子を得ることができる。
また、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子10では、水晶片11と、水晶片11を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極14と、一対の励振電極14に電気的に接続され、少なくとも一部に第1金属層110を含む一対の接続電極16と、を備え、一対の励振電極14及び一対の接続電極16のそれぞれは、第2金属層120を有し、一対の接続電極16の少なくとも一部において、第2金属層120が、第1金属層110の上に設けられ、第1金属層110は第2金属層120よりも融点が低い材料からなり、第2金属層120の表面に凹凸部140が形成された。
上記構成によれば、簡易な構成を用いて、良好な接合性を得ることができる。
また、上記構成において、第2金属層120は、Au層であり、第1金属層110は、Al層であり、第1金属層110の厚みは、500nm以上5μm以下である。
上記構成によれば、容易にヒロックを発生させることができる。
また、上記構成において、振動片の一例である水晶片11の材料は、水晶である。
上記構成によれば、良好な接合性を有する水晶振動素子を得ることができる。
また、本発明の一実施形態に係る水晶振動子1では、上述した本発明の何れか一つの実施形態に係る水晶振動素子10と、厚み方向の一方側にて、導電性保持部材36を介して水晶振動素子10の凹凸部140と連結することで、水晶振動素子10を励振可能に支持するベース部30と、厚み方向の他方側にて、水晶振動素子10を覆う蓋部20と、を備える。
上記構成によれば、簡易な構成を用いて、振動素子と導電接着材との密着性を向上させて、良好な接合性を得ることができる。
[変形例]
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。
上記実施形態では、第1金属層110は、水晶片11における接続電極16が形成される領域に設けられるものとして説明したが、上記構成に限定されるものではなく、振動子の様々な用途に応じて、異なる領域に形成されるものであってもよい。例えば、ガスセンサのような表面吸着型センサ用の振動子では、第1金属層110が全ての電極部の下に配置されてもよい。このような配置方法によって、表面吸着型センサの感度を向上することができる。
上記実施形態では、第1金属層110がAl層として説明したが、Al層に限定されるものではなく、他の低融点金属であってもよい。
上記実施形態では、第1金属層110が水晶振動素子10の接続電極16が有する構成として説明したが、上記構成に限定されるものではなく、例えば、第1金属層110がベース部30の接続電極33が有する構成であってもよい。また、第1金属層110が接続電極16及び接続電極33の両方が有する構成であってもよい。
上記実施形態では、振動片の一例である水晶片11を、長辺がX軸と平行し、短辺がZ´軸と平行するATカット水晶片として説明したが、上記構成に限定されるものではなく、例えば、長辺がZ´軸と平行し、短辺がX軸と平行するATカット水晶片を適用してもよい。あるいは、主要振動が厚みすべり振動モードであれば、例えばBTカットなどのATカット以外の異なるカットの水晶片であってもよい。ただし、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性が得られるATカット水晶片が最も好ましい。また、振動片は、水晶片11を採用せず、その他の厚み滑り振動を主振動とする材料を採用してもよい。
上記実施形態では、ベース部30の接続電極33a,33b、ビア電極34a,34b及び外部電極35a~dの各構成の一例を説明したが、ベース部30の接続電極33a,33b、ビア電極34a,34b及び外部電極35a~dの各構成は上記の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、外部電極の個数は4つに限るものではなく、例えば対角上に配置された2つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除くベース部30の何れかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミー電極である他の外部電極35c,35dは形成しなくてもよい。また、ベース部30に第1主面32aから第2主面32bへ引出電極を形成し、両者の電気的導通を図ってもよい。
上記実施形態では、ベース部30が平板であり、蓋部20が凹状であることとして説明したが、ベース部30及び蓋部20の形状は水晶振動素子10を内部空間に収容することができれば特に限定されるものではなく、例えば、ベース部30が凹状であり、蓋部20が平板状であってもよい。また、ベース部30及び蓋部20は、水晶振動素子10を内部空間に収容する構成ではなく、水晶振動素子10をベース部30及び蓋部20の間に挟むことによって、水晶振動素子10を保持してもよい。
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
1…水晶振動子、10…水晶振動素子、11…水晶片、11a…中央部、11b…周辺部、11c…突起部、12a…第1主面、12b…第2主面、14、14a、14b…励振電極、16、16a、16b…接続電極、20…蓋部、30…ベース部、100…下地層、110…第1金属層、120…第2金属層、130…ヒロック、140…凹凸部

Claims (13)

  1. 振動片と、前記振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極に電気的に接続された一対の接続電極と、を備える振動素子の製造方法であって、
    前記振動片における前記一対の接続電極が設けられる領域の少なくとも一部に第1金属層を形成することと、
    前記第1金属層の上を含み、少なくとも前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極がそれぞれ設けられる前記振動片の領域に第2金属層を形成することと、
    前記第1金属層及び前記第2金属層が設けられている領域に対して加熱することと、を含み、
    前記第1金属層は、前記第2金属層よりも融点が低い材料からなり、
    前記加熱することは、前記第1金属層にヒロックを形成することを含む、振動素子の製造方法。
  2. 前記第1金属層は、前記第2金属層よりも融点が低い材料からなる、請求項1に記載の振動素子の製造方法。
  3. 前記第1金属層の厚みは、500nm以上5μm以下である、請求項1又は2に記載の振動素子の製造方法。
  4. 前記第1金属層は、Al層であり、
    前記第2金属層は、Au層である、請求項1乃至3の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  5. 前記ヒロックを形成することは、200℃以上350℃以下の熱処理を行うことを含む、請求項1乃至4の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  6. 前記ヒロックを形成することは、0.5℃/s以上の昇温速度を用いて加熱することを含む、請求項1乃至5の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  7. 前記第1金属層を形成する前に、少なくとも前記振動片における前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極がそれぞれ設けられる前記振動片の領域に、下地層を形成することをさらに含む、請求項1乃至6の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  8. 少なくとも前記振動片における前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極がそれぞれ設けられる前記振動片の領域に形成されている下地層、前記第1金属層及び前記第2金属層をパターニングすることにより、前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極を形成することをさらに含む、請求項1乃至7の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  9. 前記振動片は、水晶片である、請求項1乃至8の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  10. 振動片と、
    前記振動片を挟んで互いに対向して設けられた一対の励振電極と、
    前記一対の励振電極に電気的に接続され、少なくとも一部に第1金属層を含む一対の接続電極と、
    を備え、
    前記一対の励振電極及び前記一対の接続電極のそれぞれは、第2金属層を有し、
    前記一対の接続電極の前記少なくとも一部において、前記第2金属層が、前記第1金属層の上に設けられ、前記第1金属層は前記第2金属層よりも融点が低い材料からなり、
    前記第1金属層にヒロックが形成されており、前記第2金属層は、前記第1金属層の前記ヒロックの形成によって、前記第2金属層の表面に形成された前記ヒロックに対応する凹凸部を有する
    振動素子。
  11. 前記第2金属層は、Au層であり、
    前記第1金属層は、Al層であり、
    前記第1金属層の厚みは、500nm以上5μm以下である、請求項10に記載の振動素子。
  12. 前記振動片は、水晶片である、請求項10又は11に記載の振動素子。
  13. 請求項10乃至12の何れか一項に記載の振動素子と、
    前記振動片の厚み方向の前記第1金属層が設けられている一方側にて、導電性保持部材を介して前記振動素子の前記凹凸部と連結することで、前記振動素子を励振可能に支持するベース部と、
    前記厚み方向の、前記一方側と対向する他方側にて、前記振動素子を覆う蓋部と、
    を備える、振動子。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004297555A (ja) 2003-03-27 2004-10-21 Seiko Epson Corp 圧電デバイスおよび圧電振動片の製造方法
JP2010087650A (ja) 2008-09-30 2010-04-15 Daishinku Corp 表面実装型圧電振動デバイス
JP2012054893A (ja) 2010-09-03 2012-03-15 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 音叉型水晶振動片及び水晶デバイス
JP2017079388A (ja) 2015-10-20 2017-04-27 セイコーエプソン株式会社 圧電振動子、電子機器及び移動体
JP2017152994A (ja) 2016-02-26 2017-08-31 京セラ株式会社 水晶素子および水晶デバイス

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004297555A (ja) 2003-03-27 2004-10-21 Seiko Epson Corp 圧電デバイスおよび圧電振動片の製造方法
JP2010087650A (ja) 2008-09-30 2010-04-15 Daishinku Corp 表面実装型圧電振動デバイス
JP2012054893A (ja) 2010-09-03 2012-03-15 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 音叉型水晶振動片及び水晶デバイス
JP2017079388A (ja) 2015-10-20 2017-04-27 セイコーエプソン株式会社 圧電振動子、電子機器及び移動体
JP2017152994A (ja) 2016-02-26 2017-08-31 京セラ株式会社 水晶素子および水晶デバイス

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