JPH11145758A

JPH11145758A - 圧電素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11145758A
Application number: JP30471497A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nakagawa; 哲男中川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: JP3603571B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極膜を構成する貴金属電極層を除去しなく
ても絶縁性の表面保護膜を広い範囲にわたって形成する
ことを可能にして、ウイスカーなどに起因する短絡の防
止と、電極膜の低抵抗化と、ＣＩ値の経時的な増大や周
波数の変化の抑制を図ることのできる圧電素子を提供す
る。【解決手段】圧電素子１は音叉型水晶振動子であり、
圧電素子片２の両面には、それぞれ所定のギャップ１０
を隔てて２つの電極膜４０が形成されている。電極膜４
０では、金電極層４２Ａが下地金属膜４１表面に積層さ
れ、かつ、金電極層４２Ａの表面は、その表面に形成さ
れたチオール処理膜４４と、絶縁性の表面保護膜４５と
によって覆われている。表面保護膜４５は、金属アルコ
キシドの縮合膜、またはポリシラザンの熱処理膜であ
り、プラグ３０の内部端子３２と圧電素子片２とのはん
だ接続部分も覆っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子などの圧
電素子、およびその製造方法に関するものである。さら
に詳しくは、当該圧電素子に用いた圧電素子片上での短
絡防止技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種圧電素子のうち、音叉型水晶振動子
は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基部２１から２
つの腕部２２、２３が延びた薄板状の水晶片からなる圧
電素子片２と、この圧電素子片２の基部２１に対して内
部端子３１が接続されたプラグ３０と、圧電素子片２を
収納したケース３５とから構成され、このケース３５と
プラグ３０とによって内部が気密状態に保たれている。
圧電素子片２の両面には、それぞれ所定のギャップ１０
を隔てて２つの電極膜４０が形成され、これらの電極膜
４０の各々にプラグ３０の外部端子３３から交流電圧を
印加することによって腕部２２、２３が所定の周波数で
振動する。なお、２つの電極膜４０を区別するために、
一方の電極膜４０には右上がりの斜線を付し、他方の電
極膜４０には右下がりの斜線を付して、それぞれを図示
してある。図７（Ｃ）に示すように、電極膜４０はクロ
ム膜からなる下地金属層４１（狭いピッチで斜線を付し
てそれを図示してある。）と金電極層４２Ａ（広いピッ
チで斜線を付してそれを図示してある。）との２層構造
になっている。

【０００３】このように構成した圧電素子１Ａ（水晶振
動子）の腕部２２、２３では、各電極膜４０間のギャッ
プ１０が約１５μｍと極めて狭いため、電極膜４０間で
短絡が発生しやすい。そこで、従来は、電極膜４０の表
面にシリコン酸化膜からなる表面保護膜４５Ａをスパッ
タ形成している。但し、シリコン酸化膜は金電極層４２
Ａへの密着性が悪いため、腕部２２、２３の側では金電
極層４２Ａを部分的に除去してクロム膜からなる下地金
属層４１を露出させ、この下地金属層４１上に表面保護
膜４５Ａを積層した構造になっている。なお、腕部２
２、２３の側では、金電極層４２Ａの全部を除去してク
ロム膜からなる下地金属層４１の全面を露出させ、この
クロム電極層にシリコン酸化膜からなる表面保護膜４５
Ａが積層する構造とする場合もある。これに対して、基
部２１の側では、図７（Ｄ）に示すように、プラグ３０
の内部端子３１との半田付けを行うことから、金電極層
４２Ａが必要である。このため、基部２１の側では電極
膜４０間のギャップ１０が広いとして、シリコン酸化膜
からなる表面保護膜４５Ａの形成を行っていない。

【０００４】このような構成の圧電素子１Ａの製造方法
を、図８および図９を参照して説明する。ここで説明す
る製造プロセスは、半導体プロセスと共通する部分があ
るが、半導体プロセスと違って、水晶振動子の場合には
ウエーハの両面に同一パターンを形成していく。

【０００５】まず、図８（Ａ）に示すように切り出した
水晶ウェーハ２０に研磨加工、洗浄を行った後、図８
（Ｂ）に示すように、クロム層Ｃｒおよび金層Ａｕをそ
れぞれ真空蒸着する。

【０００６】次に、図８（Ｃ）に示すように、フォトレ
ジストＲを音叉形状のパターンに焼付け、現像し、音叉
外形のフォトレジストＲを残す。次に、図８（Ｄ）に示
すように、フォトレジストＲをマスクとして金層Ａｕお
よびクロム層Ｃｒにエッチングを行い、金層Ａｕおよび
クロム層Ｃｒを音叉形状に残す。次に、金層Ａｕおよび
クロム層Ｃｒをマスクとして水晶ウェーハ２０のエッチ
ングを行い、図８（Ｅ）に示すように、水晶を音叉形状
に成形する。これが圧電素子片２である。

【０００７】次に、圧電素子片２上の金層Ａｕおよびク
ロム層Ｃｒを全て除去し、図８（Ｆ）に示すように、改
めて、電極膜４０を形成するためのクロム層Ｃｒおよび
金層Ａｕを形成する。

【０００８】次に、図８（Ｇ）に示すように、フォトレ
ジストＲを各電極膜４０のパターン形状に焼付け、現像
し、各電極膜４０の外形をしたフォトレジストＲを残
す。

【０００９】しかる後には、図８（Ｈ）に示すように、
フォトレジストＲをマスクとして金層Ａｕおよびクロム
層Ｃｒにエッチングを行い、金層Ａｕおよびクロム層Ｃ
ｒを電極膜４０のパターン形状に残す。このようにして
クロム膜からなる下地金属層４１と金電極層４２Ａとか
らなる電極膜４０を形成する。

【００１０】次に、電極膜４０の金電極層４２Ａについ
ては、所定のパターンに焼付け、現像したフォトレジス
トをマスクとして金電極層４２Ａのみにエッチングを行
い、図７（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を参照して説明したよ
うに、シリコン酸化膜からなる表面保護膜４５Ａを形成
する部分の金電極層４２Ａを部分的に、あるいは腕部２
２、２３側の金電極層４２Ａを全て除去する（図８
（Ｉ））。

【００１１】次に、シリコン酸化膜を形成した後、所定
のパターンに焼付け、現像したフォトレジストをマスク
としてシリコン酸化膜にエッチングを行い、図７
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を参照して説明したように、シ
リコン酸化膜からなる表面保護膜４５Ａを形成する（図
８（Ｊ））。

【００１２】このようにして製造した圧電素子片２につ
いては、図９に示すように、その基部２１にプラグ３０
の内部端子３１をはんだ接続する（図７（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）参照）。

【００１３】次に、この段階での圧電素子片２の周波数
調整を腕部２２、２３の先端部に対するレーザトリミン
グにより行った後、真空チャンバー内でプラグ３０をケ
ース３５を圧入し、圧電素子１Ａをケース３５内に収納
する。しかる後には、圧電素子１Ａの特性検査を行う。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水晶振動子では、圧電素子片２の基部２１の側には表面
保護膜４５Ａを一切形成していないので、図７（Ｂ）に
示すように、はんだ接続部分３８からウイスカー３９が
成長して反対側の電極膜４０に届くおそれがある。この
ようして発生した短絡は、水晶振動子の発振不能という
致命的な不具合の原因となる。また、従来の水晶振動子
のように、腕部２２、２３の側から金電極層４２Ａを部
分的に除去した構成では、その分、電極膜４０の電気的
抵抗値が高く、ＣＩ値（クルスタルインピーダンス／振
動子の機械的振動を抵抗Ｒ、容量Ｃ１、インダクタンス
Ｌの直列共振回路とこの直列共振回路に対する並列容量
Ｃ２とによって等価回路として表したときの抵抗Ｒの
値）が経時的に増加しやすいという問題点もある。

【００１５】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
電極膜の上層を構成する貴金属電極層を除去しなくても
絶縁性の表面保護膜を広い範囲にわたって形成すること
を可能にして、ウイスカーなどに起因する短絡の防止
と、電極膜の低抵抗化とを図ることのできる圧電素子を
提供することにある。

【００１６】また、本発明の課題は、圧電素子片の電極
膜とプラグの内部端子との接続部分まで覆うように表面
保護膜を形成することにより、この接続部分でのウイス
カーに起因する短絡を防止することのできる圧電素子の
製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、所定のギャップを隔てて２つ以上の電
極膜が形成された圧電素子片と、該圧電素子片が搭載さ
れたプラグとを有する圧電素子において、前記電極膜
は、前記圧電素子片表面に積層された下地金属膜と、該
下地金属膜表面に積層された金電極層とを備え、当該金
電極層の表面は、その表面に形成されたチオール処理膜
と、該チオール処理膜の表面側に形成された絶縁性の表
面保護膜とによって覆われていることを特徴とする。

【００１８】ここでいうチオール処理膜とは、Ｘ_m−Ｒ
−ＳＨ（但し、Ｘは水酸基あるいはエポキシ基であり、
Ｒは（ＣＨ₂ ）_n であり、ｍは１、２あるいは３、ｎは
１以上の整数である。）で表されるチオールまたはその
誘導体を金電極層あるいは後述する銀電極層の表面に定
着させた層をいう。

【００１９】本発明では、金電極層の表面には表面保護
膜の下地膜としてチオール処理膜を形成してあり、この
チオール処理膜を形成しておけば、金電極層の表面側に
絶縁性の表面保護膜を高い密着性をもって形成できる。
それ故、電極膜の金電極を除去しなくてもよいので、絶
縁性の表面保護膜を広い範囲にわたって形成できる。従
って、ウイスカーなどに起因する短絡を防止できる。ま
た、金電極層を下地金属膜表面に形成したまま、すなわ
ち、金電極層を広い範囲にわたって形成したまま表面保
護膜を形成できるので、金電極層を除去する必要がない
分、電極膜の電気的抵抗値を低下させることができる。
それ故、ＣＩ値の経時的な増大を抑えることができる。

【００２０】本発明では、上記金電極層に代えて、銀電
極層としてもよい。すなわち、本発明の別の形態では、
所定のギャップを隔てて２つ以上の電極膜が形成された
圧電素子片と、該圧電素子片が搭載されたプラグとを有
する圧電素子において、前記電極膜は、前記圧電素子片
表面に積層された下地金属膜と、該下地金属膜表面に積
層された銀電極層とを備え、当該銀電極層の表面は、そ
の表面に形成されたチオール処理膜と、該チオール処理
膜の表面側に形成された絶縁性の表面保護膜とによって
覆われていることを特徴とする。

【００２１】本発明のさらに別の形態では、電極膜に用
いた銀電極の特性を活かして、前記チオール処理膜を形
成せずに、絶縁性の表面保護膜を広い範囲にわたって形
成する。すなわち、所定のギャップを隔てて２つ以上の
電極膜が形成された圧電素子片と、該圧電素子片が搭載
されたプラグとを有する圧電素子において、前記電極膜
は、前記圧電素子片表面に積層された下地金属膜と、該
下地金属膜表面に積層された銀電極層とを備え、該銀電
極層の表面は絶縁性の表面保護膜によって覆われている
ことを特徴とする。すなわち、銀電極層はそのままでも
シリコン膜などの絶縁性の表面保護膜との密着性が高い
という特有の性質を活かして、本形態では、下地金属膜
表面に銀電極層を積層したまま、該銀電極層の表面を絶
縁性の表面保護膜で直に覆う。従って、ウイスカーなど
に起因する短絡を防止できるとともに、銀電極層を除去
する必要がない分、電極膜の電気的抵抗値を低下させる
ことができるので、ＣＩ値の経時的な増大を抑えること
ができる。

【００２２】本発明において、前記表面保護膜は、金属
アルコキシドの縮合膜およびポリシラザンの熱処理膜の
いずれかであることが好ましい。ポリシラザンは、
（（ＳｉＨ_aＮ_b ）_n 、但し、ａ＝１〜３、ｂ＝０ある
いは１）で表され、主鎖である−Ｓｉ−Ｎ−構造に側鎖
として水素のみが結合しているセラミックスである。金
属アルコキシドは４属あるいは５属の金属アルコキシド
である。このような表面処理膜は緻密性が高く、かつ、
絶縁抵抗値が高いので、薄膜化が可能であり、ＣＩ値の
増大を抑えることができるなど、表面保護膜として適し
ている。また、これらの表面処理膜は、ガス吸着量が低
いので、圧電素子を長期間放置しても、ＣＩ値の増大
（ΔＣＩ）や発振周波数変化量（ΔＦ）の増大を抑える
ことができる。また、このような表面処理膜であれば、
後述するように、スパッタ成膜やフォトリソグラフィ技
術といった半導体プロセスを行わなくても形成できるの
で、前記電極膜を形成した前記圧電素子片を前記プラグ
上に搭載した後であっても、表面保護膜を形成すること
ができる。従って、前記圧電素子片の前記電極膜と前記
プラグの内部端子との接続部分まで覆うように表面保護
膜を形成できるので、接続部分でのウイスカーに起因す
る短絡を防止することができる。

【００２３】本発明において、所定のギャップを隔てて
２つ以上の電極膜が形成された圧電素子片と、該圧電素
子片が搭載されたプラグとを有する圧電素子の製造方法
においては、前記圧電素子片のうち、前記電極膜の表面
にチオール溶液からチオールを付着させてチオール処理
膜を形成する第１の工程と、金属アルコキシドの縮合膜
またはポリシラザンの熱処理膜を形成するための前駆体
溶液への前記圧電素子片の浸漬処理、および該浸漬処理
を施した前記圧電素子片への熱処理を行って前記チオー
ル処理膜の表面全体に金属アルコキシドの縮合膜または
ポリシラザンの熱処理膜からなる表面保護膜を積層する
第２の工程とを行なうことを特徴とする。この第２の工
程において、浸漬処理と熱処理とをそれぞれ１回ずつ行
なっただけでは表面保護膜を所定の膜厚で形成できない
場合には、所定の膜厚が得られるまで、浸漬処理と熱処
理とを交互に、あるいは浸漬処理の方だけを必要な回数
繰り返す。

【００２４】この場合には、前記電極膜を形成した前記
圧電素子片を前記プラグ上に搭載した後、前記第１の工
程と前記第２の工程とを行なうことにより、前記圧電素
子片の前記電極膜と前記プラグの内部端子との接続部分
まで覆うように前記表面保護膜を形成することが好まし
い。すなわち、半導体プロセスと同様な方法で圧電素子
を形成していくとすれば、前記電極膜を形成した前記圧
電素子片を前記プラグ上に搭載した後に表面保護膜を形
成するのは、プラグが邪魔で不可能、あるいは大変な工
程数が必要となるが、本発明のように、前駆体溶液への
圧電素子片の浸漬処理や圧電素子片への熱処理とによっ
て表面保護膜を形成していくのであれば、前駆体溶液へ
の圧電素子片の浸漬深さを調整すれば、前記圧電素子片
の前記電極膜と前記プラグの内部端子との接続部分まで
覆うように緻密な表面保護膜を形成することができる。
従って、この製造方法によれば、接続部分でのウイスカ
ーに起因する短絡を防止することができる素子構造を容
易に構成できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の好適な実施の形態を説明する。

【００２６】〔実施の形態１〕図１（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、本形態の圧電素子の全体構
成を示す斜視図、この圧電素子に用いた圧電素子片の電
極膜形成パターンを示す圧電素子片の平面図、この圧電
素子片の腕部のＡ−Ａ′線における断面図、および圧電
素子片の基部のＢ−Ｂ′線における断面図である。な
お、これらの図において、２つの電極膜の一方には右
上がりの斜線を付し、他方には右下がりの斜線を付し
て、それぞれの領域がわかるように図示してある。ま
た、本形態の圧電素子の構成要素のうち、従来の圧電素
子と共通する部分には同一の符号を付してある。

【００２７】図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本形態
の圧電素子１は音叉型水晶振動子であり、基部２１から
２つの腕部２２、２３が延びた薄板状の水晶片からなる
圧電素子片２と、この圧電素子片２の基部２１に対して
内部端子３１がはんだ接続されたプラグ３０と、圧電素
子片２を収納したケース３５とから構成され、このケー
ス３５とプラグ３０とによって内部が気密状態に保たれ
ている。圧電素子片２の両面には、それぞれ所定のギャ
ップ１０を隔てて２つの電極膜４０が形成され、これら
の電極膜４０の各々にプラグ３０の外部端子３３から交
流電圧を印加することによって腕部２２、２３が所定の
周波数で振動する。

【００２８】この状態のままでは、腕部２２、２３の側
において電極膜４０間のギャップ１０が約１５μｍと極
めて狭いため、電極膜４０間で短絡が発生しやすく、ま
た、基部２１の側では、電極膜４０間のギャップ１０が
広いといっても、電極膜４０が露出していると、はんだ
接続部分３８からのウイスカーに起因する短絡が発生す
るおそれがある。

【００２９】そこで、本形態では以下の短絡防止構造を
採用しているが、図１（Ｃ）に示すように、本形態で
も、電極膜４０は、圧電素子片２表面に積層されたクロ
ム膜からなる下地金属膜４１と、該下地金属膜４１の表
面に積層された金電極層４２Ａとの２層構造になってお
り、この点では従来と同様である。

【００３０】本形態において、金電極層４２Ａは下地金
属膜４１表面の全面に積層され、かつ、金電極層４２Ａ
の表面は、その表面に形成されたチオール処理膜４４
と、該チオール処理膜４４の表面側に形成された絶縁性
の表面保護膜４５とによって覆われている。ここで、チ
オール処理膜４４は、Ｘ_m −Ｒ−ＳＨ（但し、Ｘは水酸
基あるいはエポキシ基であり、Ｒは（ＣＨ₂ ）_n であ
り、ｍは１、２あるいは３、ｎは１以上の整数であ
る。）で表されるチオールまたはその誘導体を金電極層
４２Ａ、あるいは後述する銀電極層の表面に定着させた
層であり、金電極層４２Ａと表面保護膜４５との密着性
を高める機能を有する。そこで、本形態では、このチオ
ール処理膜４４の性質を利用して、下地金属膜４１表面
の全面に金電極層４２Ａを積層したまま、この金電極層
４２Ａの表面側全体に絶縁性の表面保護膜４５を形成し
てある。

【００３１】ここで、表面保護膜４５は、金属アルコキ
シドの縮合膜、またはポリシラザンの熱処理膜のいずれ
かである。ポリシラザンは、（（ＳｉＨ_a Ｎ_b ）_n 、但
し、ａ＝１〜３、ｂ＝０あるいは１）で表され、主鎖で
ある−Ｓｉ−Ｎ−構造に側鎖として水素のみが結合して
いるセラミックスである。金属アルコキシドは４属ある
いは５属の金属のアルコキシドである。このような表面
保護膜４５は緻密性が高く、かつ、絶縁抵抗値が高いの
で、薄膜化が可能であり、ＣＩ値の増大を抑えることが
できるなど、圧電素子片２の表面保護用に適している。
また、これらの表面保護膜４１は、ガス吸着量が低いの
で、圧電素子１を長期間放置しても、ＣＩ値の増大（Δ
ＣＩ）や発振周波数変化量（ΔＦ）の増大を抑えること
ができる。しかも、このような表面保護膜４１は、後述
するように、半導体プロセスのようなプロセスを行わな
くても形成できる。そこで、本形態では、電極膜４０を
形成した圧電素子片２をプラグ３０上に搭載した後に表
面保護膜４５を形成することによって、圧電素子片２の
電極膜４０とプラグ３０の内部端子３１との各はんだ接
続部分３８まで覆うように表面保護膜４５を形成してあ
る。

【００３２】このように構成した圧電素子１では、金電
極層４２Ａの表面には表面保護膜４５の下地膜としてチ
オール処理膜４４を形成してあり、このチオール処理膜
４４によれば、金電極層４２Ａの露出部分全体に絶縁性
の表面保護膜４５を高い密着性をもって形成できる。従
って、電極膜４０の金電極層４２Ａを除去することな
く、絶縁性の表面保護膜４５を広い範囲にわたって形成
できるので、腕部２２、２３の電極膜４０間の狭いギャ
ップ１０も表面保護膜４５で埋めることができ、かつ、
基部２１の電極膜４０間の広いギャップ１０も表面保護
膜４５で埋めることができる。また、電極膜４０には露
出部分が一切ない。従って、腕部２２、２３の電極膜４
０間で導電性異物に起因する短絡が発生しないととも
に、たとえはんだ接続部分３８からウイスカーが成長し
ても、このウイスカーに起因する短絡も防止できる。

【００３３】また、金電極層４２Ａを下地金属膜４１表
面の全面に形成したまま、すなわち、金電極層４２Ａを
広い範囲にわたって形成したまま、表面保護膜４５を形
成してあるので、金電極層４２Ａを除去する必要がない
分、電極膜４０の電気的抵抗値を低下させることができ
る。それ故、ＣＩ値の低減を図ることができる。

【００３４】また、本形態では、圧電素子片２の前記電
極膜４０と前記プラグ３０の内部端子３１とのはんだ接
続部分３８まで覆うように表面保護膜４５を形成し、し
かも、この表面保護膜４５は緻密性の高い金属アルコキ
シドの縮合膜、またはポリシラザンであるので、はんだ
接続部分３８でのウイスカーに起因する短絡を防止する
ことができる。

【００３５】このような構成の水晶振動子の製造方法
を、図２ないし図４を参照して説明する。ここで説明す
る製造プロセスは、半導体プロセスと共通する部分があ
るが、半導体プロセスと違って、水晶振動子の場合には
ウエーハの両面に同一パターンを形成していく。なお、
図２の工程断面図は、音叉形状の２つの腕部２２、２３
のそれぞれの断面に相当する。

【００３６】まず、図２（Ａ）に示すように切り出した
水晶ウェーハ２０に研磨加工、洗浄を行った後、図２
（Ｂ）に示すように、クロム層Ｃｒおよび金層Ａｕをそ
れぞれ数百オングストーム〜約２０００オングストーム
の膜厚で真空蒸着する。ここで、クロム層Ｃｒを形成す
るのは金層Ａｕだけでは水晶ウェーハ２０に対する密着
性が悪いからである。

【００３７】次に、フォトレジストＲを形成した後、そ
れを図２（Ｃ）に示すように、音叉形状のパターンで焼
付け、現像し、音叉形状にフォトレジストＲを残す。次
に、図２（Ｄ）に示すように、フォトレジストＲをマス
クとして金層Ａｕおよびクロム層Ｃｒにエッチングを行
い、金層Ａｕおよびクロム層Ｃｒを音叉形状に残す。次
に、金層Ａｕおよびクロム層Ｃｒをマスクとして、フッ
酸およびフッ化アンモニウムを用いたエッチング液で水
晶ウェーハ２０のエッチングを行い、図２（Ｅ）に示す
ように、水晶を音叉形状に成形する。これが圧電素子片
２である。

【００３８】次に、圧電素子片２上の金層Ａｕおよびク
ロム層Ｃｒを全て除去し、図２（Ｆ）に示すように、改
めて、電極膜４０を形成するためのクロム層Ｃｒおよび
金層Ａｕを形成する。

【００３９】次に、フォトレジストＲを形成した後、そ
れを各電極膜４０のパターン形状に焼付け、現像し、図
２（Ｇ）に示すように、フォトレジストＲを各電極膜４
０のパターン形状に残す。

【００４０】しかる後には、図２（Ｈ）に示すように、
フォトレジストＲをマスクとして金層Ａｕおよびクロム
層Ｃｒにエッチングを行い、金層Ａｕおよびクロム層Ｃ
ｒを電極膜４０のパターン形状に残して、図１（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）を参照して説明したクロム膜からなる下
地金属膜４１および金電極層４２Ａからなる電極膜４０
を形成する。なお、図示を省略するが、後述する周波数
調整のための錘部分を圧電素子片２の腕部２２、２３先
端側に金膜として形成しておく。

【００４１】このようにして電極膜４０を形成した圧電
素子片２については、図３に示すように、マウント工程
として、その基部２１にプラグ３０の内部端子３１をは
んだ接続する（図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）参
照）。

【００４２】次に、絶縁性の表面保護膜４５を形成す
る。

【００４３】それには、まず、図４（Ａ）に示すよう
に、プラグ３０に搭載した圧電素子片２全体をチオール
溶液（チオールまたはその誘導体のアルコール溶液）に
浸漬した後、この溶液と同じ溶媒（アルコール）で濯い
で余剰なチオール溶液を除去する。それでも、圧電素子
片２に形成したある金電極層４２Ａの表面には、チオー
ル溶液に配合されていたチオールまたはその誘導体が、
たとえば単分子層の状態で付着する。次に、圧電素子片
２に乾燥処理を行って、金電極層４２Ａの表面にチオー
ルまたはその誘導体を定着させ、金電極層４２Ａの表面
にチオール処理膜４４を形成する（第１の工程）。

【００４４】次に、図４（Ｂ）に示すような金属アルコ
キシドの縮合膜、またはポリシラザンを形成するための
前駆体溶液への圧電素子片２の浸漬処理と、この浸漬処
理を施した圧電素子片２への熱処理とを行って、圧電素
子片２の腕部２２、２３、基部２１、さらには、圧電素
子片２の電極膜４０とプラグ３０の内部端子３１とのは
んだ接続部分３８まで覆うように金属アルコキシドの縮
合膜またはポリシラザンからなる絶縁性の表面保護膜４
５を形成する（第２の工程）。第２の工程において、浸
漬処理と熱処理とをそれぞれ１回ずつ行なっただけでは
表面保護膜４５を所定の膜厚で形成できない場合には、
所定の膜厚が得られるまで、浸漬処理と熱処理とを交互
に、あるいは浸漬処理の方だけを必要な回数繰り返す。

【００４５】次に、この段階での圧電素子片２の周波数
調整を圧電素子片２の腕部２２、２３先端に形成してあ
る錘部分へのレーザトリミングにより行った後、真空チ
ャンバー内でケース３５へプラグ３０を圧入し、圧電素
子１を製造する。

【００４６】しかる後には、圧電素子１の特性検査を行
う。

【００４７】このように、本形態では、圧電素子片２に
電極膜４０を形成するまでは、半導体プロセスと概ね同
様な方法を用いるが、圧電素子片２に電極膜４０を形成
した後は、チオール容液への圧電素子片２の浸漬、金属
アルコキシドの縮合膜またはポリシラザンの前駆体溶液
への圧電素子片２の浸漬処理、および圧電素子片２への
熱処理を行って表面保護膜４５を形成していく。この方
法によれば、前駆体溶液などへの圧電素子片２の浸漬深
さを調整すれば、圧電素子片２の前記電極膜４０と前記
プラグ３０の内部端子３１とのはんだ接続部分３８まで
覆うように表面保護膜４５を形成することができる。従
って、この方法によれば、はんだ接続部分３８でのウイ
スカーに起因する短絡を防止することができる素子構造
を容易に構成できる。

【００４８】〔実施の形態２〕実施の形態１に係る圧電
素子１では、電極膜４０をクロム層Ｃｒからなる下地金
属膜４１と金電極層４２Ａとによって構成したが、本形
態では、金電極層４２Ａに代えて、銀電極層４２Ｂを形
成する点を除けば、実施の形態１と同様である。従っ
て、圧電素子１全体の構造や圧電素子片２に形成した電
極構造などは、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）と
同様であるので、その説明を省略する。

【００４９】本形態に係る圧電素子１では、図１
（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、銀電極層４２Ｂの表面に
は表面保護膜４５の下地膜としてチオール処理膜４４を
形成してあり、このチオール処理膜４４の表面には緻密
性の高い金属アルコキシドの縮合膜、またはポリシラザ
ンからなる表面保護膜４５が形成されている。このた
め、銀電極層４２Ｂの表面と表面保護膜４５とも密着性
が高いので、銀電極層４２Ｂが酸化していても、高い信
頼性を得ることができる。それ故、表面保護膜４５を形
成する際には、銀電極層４２Ｂ表面の酸化膜を除去する
必要がない。

【００５０】また、本形態でも、腕部２２、２３の側お
よび基部２１の側のいずれにおいても電極膜４０には露
出部分がないので、ウイスカーなどに起因する短絡を防
止できる。また、銀電極層４２Ｂを下地金属膜４１表面
の全面に形成したまま、すなわち、銀電極層４２Ｂを広
い範囲にわたって形成したまま、表面保護膜４５を形成
できるので、銀電極層４２Ｂを除去する必要がない分、
電極膜４０の電気的抵抗値を低下させることができる。
それ故、電気的抵抗値を低下させることができるなど、
実施の形態１と同様な効果を奏する。

【００５１】なお、このような構成の水晶振動子の製造
方法は、図２ないし図４を参照して説明した実施の形態
１に係る水晶振動子の製造方法において、金層Ａｕに代
えて銀層を形成する点だけが相違するので、それらの説
明を省略する。

【００５２】〔実施の形態３〕図５（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、本形態の圧電素子の全体構
成を示す斜視図、この圧電素子に用いた圧電素子片の電
極膜形成パターンを示す圧電素子片の平面図、この圧電
素子片の腕部のＡ−Ａ′線における断面図、および圧電
素子片の基部のＢ−Ｂ′線における断面図である。

【００５３】図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本形態
の圧電素子１は音叉型水晶振動子であり、基部２１から
２つの腕部２２、２３が延びた薄板状の水晶片からなる
圧電素子片２と、この圧電素子片２の基部２１に対して
内部端子３１が接続されたプラグ３０と、圧電素子片２
を収納したケース３５とから構成され、このケース３５
とプラグ３０とによって内部が気密状態に保たれてい
る。圧電素子片２の両面には、それぞれ所定のギャップ
１０を隔てて２つの電極膜４０が形成されている。

【００５４】この状態のままでは、電極膜４０間のギャ
ップ１０が約１５μｍと極めて狭いため、電極膜４０間
で短絡が発生しやすく、また、基部２１の側では、電極
膜４０間のギャップ１０が広いといっても、電極膜４０
が露出していると、はんだ接続部分３８からのウイスカ
ーに起因する短絡が発生するおそれがある。

【００５５】そこで、本形態では以下の短絡防止構造を
採用しているが、図５（Ｃ）に示すように、本形態で
も、実施の形態２と同様、電極膜４０は、圧電素子片２
表面に積層されたクロム膜からなる下地金属膜４１と、
該下地金属膜４１の表面に積層された銀電極層４２Ｂと
の２層構造になっている。

【００５６】ここで、銀電極層４２Ｂは下地金属膜４１
表面の全面に積層され、かつ、銀電極層４２Ｂの表面は
絶縁性の表面保護膜４５によって直に覆われている。す
なわち、銀電極層４２Ｂはそのままでもシリコン膜など
の絶縁性の表面保護膜４５との密着性が高いという性質
を利用して、本形態では、下地金属膜４１の全面に銀電
極層４２Ｂを積層したまま、該銀電極層４２Ｂの表面を
絶縁性の表面保護膜４５で覆ってある。

【００５７】この表面保護膜４５は、金属アルコキシド
の縮合膜およびポリシラザンの熱処理膜のいずれかであ
り、このような表面処理膜は緻密性が高いなど、表面保
護膜４５として適している。それ故、電極膜４０に銀電
極層４２Ｂを用いても、表面保護膜４５を形成した以降
は、銀電極層４２Ｂの表面が酸化されないなどの利点が
ある。

【００５８】また、このような表面処理膜であれば、後
述するように、半導体プロセスのようなプロセスを行わ
なくても形成できるので、本形態では、電極膜４０を形
成した圧電素子片２をプラグ３０上に搭載した後に表面
保護膜４５を形成することによって、圧電素子片２の電
極膜４０とプラグ３０の内部端子３１とのはんだ接続部
分３８まで覆うように表面保護膜４５を形成してある。

【００５９】このように構成した圧電素子１では、腕部
２２、２３の側および基部２１の側のいずれにおいても
電極膜４０には露出部分がないので、ウイスカーなどに
起因する短絡を防止できる。また、銀電極層４２Ｂを下
地金属膜４１表面の全面に形成したまま、すなわち、銀
電極層４２Ｂを広い範囲にわたって形成したまま、表面
保護膜４５を形成できるので、銀電極層４２Ｂを除去す
る必要がない分、電極膜４０の電気的抵抗値を低下させ
ることができる。それ故、ＣＩ値の低減を図ることがで
きる。

【００６０】また、本形態では、圧電素子片２の電極膜
４０とプラグ３０の内部端子３１とのはんだ接続部分３
８まで覆うように表面保護膜４５を形成し、しかも、こ
の表面保護膜４５は緻密性の高い金属アルコキシドの縮
合膜、またはポリシラザンであるので、はんだ接続部分
３８でのウイスカーに起因する短絡を防止することがで
きる。

【００６１】このような構成の水晶振動子の製造方法
は、実施の形態２と基本的な構成が同一であり、基本的
には表面保護膜４５の形成方法だけが相違する。そこ
で、特徴的な工程のみについて説明する。

【００６２】本形態の圧電素子１の製造方法では、電極
膜４０を形成した圧電素子片２については、銀電極層４
２Ｂの表層を除去して不安定な皮膜を除去した後、図４
（Ａ）に示すようにプラグ３０に搭載する。次に、表面
保護膜４５の形成工程では、図６に示すように、金属ア
ルコキシドの縮合膜またはポリシラザンを形成するため
の前駆体溶液への圧電素子片２の浸漬処理と、この浸漬
処理を施した圧電素子片２への熱処理とを行って、圧電
素子片２の腕部２２、２３、基部２１、さらには、圧電
素子片２の電極膜４０とプラグ３０の内部端子３１との
はんだ接続部分３８まで覆うように金属アルコキシドの
縮合膜またはポリシラザンの熱処理膜からなる絶縁性の
表面保護膜４５を形成する。

【００６３】それ以降の工程は実施の形態１、２と全く
同様なので、説明を省略する。

【００６４】このように、本形態でも、圧電素子片２に
電極膜４０を形成するまでは、半導体プロセスと同様な
方法であるが、圧電素子片２に電極膜４０を形成した後
は、金属アルコキシドの縮合膜またはポリシラザンの前
駆体溶液への圧電素子片２の浸漬処理、および圧電素子
片２への熱処理を行って表面保護膜４５を形成してい
く。この方法によれば、前駆体溶液などへの圧電素子片
２の浸漬深さを調整すれば、圧電素子片２の前記電極膜
４０とプラグ３０の内部端子３１とのはんだ接続部分３
８まで覆うように表面保護膜４５を形成することができ
る。従って、この方法によれば、はんだ接続部分３８で
のウイスカーに起因する短絡を防止することができる素
子構造を容易に構成できる。

【００６５】

【実施例】以上説明した各形態に係る圧電素子１を、以
下に説明するように各種条件で製作して評価したので、
その結果を表１および表２に示す。

【００６６】表１には、本発明の各実施例および比較例
に係る試料の電極材料、チオール処理の有無、保護膜の
形態を示すとともに、各試料の試験後のショート発生率
を示してある。ここでいう試験とは、ケース３５への組
立てまで完了した圧電素子１を１００ｍｍ径、２００ｍ
ｍの高さの密閉円筒内に入れ、２０ＲＰＭで１時間回転
する試験である。

【００６７】

【表１】

【００６８】表２には、本発明の各実施例および比較例
に係る試料の電極材料、チオール処理膜の有無、表面保
護膜の形態を示すとともに、各試料を１００℃、１００
０時間放置した後の発振周波数変化量（ΔＦ）およびＣ
Ｉ値の変化量（ΔＣＩ）を示してある。

【００６９】

【表２】

【００７０】ここで用いた試料は、実施の形態１に関し
ては試料１、２、３が対応し、実施の形態２に関しては
試料４、５が対応し、実施の形態３に関しては試料６、
７が対応する。なお、比較例としては、比較試料１、
２、３、４、５を用いた。

【００７１】試料１は、実施の形態１に係る圧電素子１
として、クロム膜からなる下地金属膜４１と金電極層４
２Ａからなる電極膜４０の表面にチオール処理膜４４を
形成した後、表面保護膜としてポリシラザンの熱処理膜
を約２００オングストローム形成したものである。試料
２は、実施の形態１に係る圧電素子１として、クロム膜
からなる下地金属膜４１と金電極層４２Ａからなる電極
膜４０の表面にチオール処理膜４４を形成した後、表面
保護膜としてポリシラザンの熱処理膜を約４００オング
ストローム形成したものである。試料３は、実施の形態
１に係る圧電素子１として、クロム膜からなる下地金属
膜４１と金電極層４２Ａからなる電極膜４０の表面にチ
オール処理膜４４を形成した後、表面保護膜としてシリ
コンアルコキシドとチタンアルコキシドの縮合膜を約２
０００オングストローム形成したものである。

【００７２】試料４は、実施の形態２に係る圧電素子１
として、クロム膜からなる下地金属膜４１と銀電極層４
２Ｂからなる電極膜４０の表面にチオール処理膜４４を
形成した後、表面保護膜としてポリシラザンの熱処理膜
を約４００オングストローム形成したものである。試料
５は、実施の形態２に係る圧電素子１として、クロム膜
からなる下地金属膜４１と金電極層４２Ａからなる電極
膜４０の表面にチオール処理膜４４を形成した後、表面
保護膜としてシリコンアルコキシドとチタンアルコキシ
ドの縮合膜を約２０００オングストローム形成したもの
である。

【００７３】試料６は、実施の形態３に係る圧電素子１
として、クロム膜からなる下地金属膜４１と銀電極層４
２Ｂからなる電極膜４０の表面にチオール処理膜４４を
形成せずに、表面保護膜としてポリシラザンの熱処理膜
を約４００オングストローム形成したものである。試料
７は、実施の形態３に係る圧電素子１として、クロム膜
からなる下地金属膜４１と銀電極層４２Ｂからなる電極
膜４０の表面にチオール処理膜４４を形成せずに、表面
保護膜としてシリコンアルコキシドとチタンアルコキシ
ドの縮合膜を約２０００オングストローム形成したもの
である。

【００７４】比較試料１は、従来技術で説明したよう
に、電極膜４０を構成するクロム膜からなる下地金属膜
４１および金電極層４２Ａのうち、金電極層４２Ａを部
分的に剥離した後に、表面保護膜として、シリコン酸化
膜を約５００オングストローム形成したものである。比
較試料２は、従来技術で説明したように、電極膜４０を
構成するクロム膜からなる下地金属膜４１および金電極
層４２Ａのうち、金電極層４２Ａを部分的に剥離した後
に、表面保護膜として、シリコン酸化膜を約１０００オ
ングストローム形成したものである。比較試料３は、従
来技術で説明したように、電極膜４０を構成するクロム
膜からなる下地金属膜４１および銀電極層４２Ｂのう
ち、銀電極層４２Ｂを部分的に剥離した後に、表面保護
膜として、シリコン酸化膜を約１５００オングストロー
ム形成したものである。比較試料４は、従来技術で説明
したように、電極膜４０を構成するクロム膜からなる下
地金属膜４１および金電極層４２Ａのうち、金電極層４
２Ａを部分的に剥離した後に、表面保護膜として、シリ
コンアルコキシドとチタンアルコキシドの縮合膜を約３
０００オングストローム形成したものである。なお、比
較試料５は、あくまで参考試料であり、クロム膜からな
る下地金属膜４１と銀電極層４２Ｂからなる電極膜４０
の表面にチオール処理膜を形成せず、かつ、表面保護膜
を形成しなかったものである。

【００７５】これらの各試料の評価結果を表１に示す値
から比較すると明らかなように、本発明を適用した圧電
素子１では、いずれもショート発生率が約１０ｐｐｍ以
下と著しく低い。

【００７６】また、本発明を適用した圧電素子１では、
表面保護膜が薄くても、比較試料１〜５と比較して、発
振周波数変化量（ΔＦ）およびＣＩ値の変化量（ΔＣ
Ｉ）が小さい傾向にある。特に、本発明の実施の形態
１、２を適用した試料１、２、３、４では、発振周波数
変化量（ΔＦ）およびＣＩ値の変化量（ΔＣＩ）を小さ
く抑えることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
素子では、電極膜を構成する金電極層または銀電極層の
表面には、表面保護膜の下地膜としてチオール処理膜を
形成し、このチオール処理膜によって、金電極層または
銀電極層の表面側に絶縁性の表面保護膜を高い密着性を
もって形成したことに特徴を有する。それ故、電極膜の
金電極層を除去せずに、表面保護膜を広い範囲にわたっ
て形成できるので、ウイスカーなどに起因する短絡を防
止できる。また、金電極層を下地金属膜表面に形成した
まま、すなわち、金電極層を広い範囲にわたって形成し
たまま表面保護膜を形成できるので、金電極層を除去す
る必要がない分、電極膜の電気的抵抗値を低下させるこ
とができる。それ故、ＣＩ値の低減を図ることができ
る。また、表面保護膜はガス吸着量が少ないので、長時
間経過してもＣＩ値の経時的な増大や周波数の変化を抑
えることができる。

【００７８】また、本発明の別の形態では、銀電極層は
そのままでもシリコン膜などの絶縁性の表面保護膜との
密着性が高いという特有の性質を活かして、下地金属膜
表面に銀電極層を積層したまま、銀電極層の表面を絶縁
性の表面保護膜で直に覆うことに特徴を有する。従っ
て、本発明によれば、ウイスカーなどに起因する短絡を
防止できるとともに、銀電極層を除去する必要がない
分、電極膜の電気的抵抗値を低下させることができるの
で、ＣＩ値の低減を図ることができ、かつ、表面保護膜
はガス吸着量が少ないので、長時間経過してもＣＩ値の
経時的な増大や周波数の変化を抑えることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、
本発明の実施の形態１に係る圧電素子の全体構成を示す
斜視図、この圧電素子に用いた圧電素子片の電極膜形成
パターンを示す圧電素子片の平面図、この圧電素子片の
腕部のＡ１−Ａ１′線における断面図、および圧電素子
片の基部のＢ１−Ｂ１′線における断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１の圧電素子の製造方法に
おいて、圧電素子片に電極膜などを形成するまでの製造
工程図である。

【図３】本発明の実施の形態１の圧電素子の製造方法に
おいて、圧電素子片に電極膜などを形成した以降の工程
図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形
態１に係る圧電素子の製造方法において、チオール処理
膜を形成するための工程を示す説明図、および表面保護
膜を形成する工程を示す説明図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、
本発明の実施の形態２に係る圧電素子の全体構成を示す
斜視図、この圧電素子に用いた圧電素子片の電極膜形成
パターンを示す圧電素子片の平面図、この圧電素子片の
腕部のＡ２−Ａ２′線における断面図、および圧電素子
片の基部のＢ２−Ｂ２′線における断面図である。

【図６】本発明の実施の形態２に係る圧電素子の製造方
法において、表面保護膜を形成する工程を示す説明図で
ある。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、
従来の圧電素子の全体構成を示す斜視図、この圧電素子
に用いた圧電素子片の電極膜形成パターンを示す圧電素
子片の平面図、この圧電素子片の腕部のＡ３−Ａ３′線
における断面図、および圧電素子片の基部のＢ３−Ｂ
３′線における断面図である。

【図８】従来の圧電素子の製造方法において、圧電素子
片に電極膜などを形成するまでの製造工程図である。

【図９】従来の圧電素子の製造方法において、圧電素子
片に電極膜などを形成した以降の工程図である。

【符合の説明】

１圧電素子（音叉型水晶振動子）１０電極膜間のギャップ２１圧電素子の基部２２、２３圧電素子の腕部３０プラグ３１プラグの内部端子３３プラグの外部端子３５ケース３８はんだ接続部分４０電極膜４１クロム膜からなる下地金属膜４２Ａ金電極層４２Ｂ銀電極層４４チオール処理膜４５、４５Ａ表面保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のギャップを隔てて２つ以上の電極
膜が形成された圧電素子片と、該圧電素子片が搭載され
たプラグとを有する圧電素子において、前記電極膜は、前記圧電素子片表面に積層された下地金
属膜と、該下地金属膜表面に積層された金電極層とを備
え、当該金電極層の表面は、その表面に形成されたチオール
処理膜と、該チオール処理膜の表面側に形成された絶縁
性の表面保護膜とによって覆われていることを特徴とす
る圧電素子。
【請求項２】所定のギャップを隔てて２つ以上の電極
膜が形成された圧電素子片と、該圧電素子片が搭載され
たプラグとを有する圧電素子において、前記電極膜は、前記圧電素子片表面に積層された下地金
属膜と、該下地金属膜表面に積層された銀電極層とを備
え、当該銀電極層の表面は、その表面に形成されたチオール
処理膜と、該チオール処理膜の表面側に形成された絶縁
性の表面保護膜とによって覆われていることを特徴とす
る圧電素子。
【請求項３】所定のギャップを隔てて２つ以上の電極
膜が形成された圧電素子片と、該圧電素子片が搭載され
たプラグとを有する圧電素子において、前記電極膜は、前記圧電素子片表面に積層された下地金
属膜と、該下地金属膜表面に積層された銀電極層とを備
え、該銀電極層の表面は絶縁性の表面保護膜によって覆われ
ていることを特徴とする圧電素子。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記表面保護膜は、金属アルコキシドの縮合膜およびポ
リシラザンの熱処理膜のいずれかであることを特徴とす
る圧電素子。
【請求項５】請求項４において、前記表面保護膜は、
前記圧電素子片の前記電極膜と前記プラグの内部端子と
の接続部分まで覆うように形成されていることを特徴と
する圧電素子。
【請求項６】所定のギャップを隔てて２つ以上の電極
膜が形成された圧電素子片と、該圧電素子片が搭載され
たプラグとを有する圧電素子の製造方法において、前記圧電素子片のうち、前記電極膜の表面にチオール溶
液を用いてチオールを付着させてチオール処理膜を形成
する第１の工程と、金属アルコキシドの縮合膜またはポリシラザンの熱処理
膜を形成するための前駆体溶液への前記圧電素子片の浸
漬処理、および該浸漬処理を施した前記圧電素子片への
熱処理を行って前記チオール処理膜の表面全体に金属ア
ルコキシドの縮合膜またはポリシラザンの熱処理膜から
なる表面保護膜を積層する第２工程とを行なうことを特
徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項７】請求項６において、前記電極膜を形成し
た前記圧電素子片を前記プラグ上に搭載した後に前記第
１の工程と前記第２の工程とを行うことにより、前記圧
電素子片の前記電極膜と前記プラグの内部端子との接続
部分まで覆うように前記表面保護膜を形成することを特
徴とする圧電素子の製造方法。