圧電振動片、圧電振動デバイス、及び圧電振動デバイスの製造方法
【課題】 圧電振動デバイスの製造に際し、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後のさらなる熱処理により大幅に増加することを抑制する。
【解決手段】圧電材料からなる圧電振動片１において、前記圧電材料に接合する第１金属と、この第１金属に接合する第２金属とにより励振電極２６，２７を形成する。ここで、前記第２金属は前記第１金属よりも高い導電性を有するものとし、且つ、前記第２金属に対する前記第１金属の重量比を、５．９％超〜３０．３％以下とする。
【解決手段】圧電材料からなる圧電振動片１において、前記圧電材料に接合する第１金属と、この第１金属に接合する第２金属とにより励振電極２６，２７を形成する。ここで、前記第２金属は前記第１金属よりも高い導電性を有するものとし、且つ、前記第２金属に対する前記第１金属の重量比を、５．９％超〜３０．３％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電材料からなる圧電振動片、この圧電振動片が搭載された圧電振動デバイス、及びこの圧電振動デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、圧電振動デバイスとして、例えば、音叉型水晶振動子（以下、水晶振動子という）などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体であるパッケージがベースと蓋とから構成され、筐体内部は気密封止されている。また、この筐体内部では、圧電振動片（水晶振動片）が、ベース上の電極パッドに導電性接着剤又は導電性バンプを介して接合されている。
【０００３】
この水晶振動片は、その基板が、基部と、この基部から突出した２本の脚部とから構成されてなり、異電位で構成された励振電極が脚部に形成されている。また、基板には、基部において励振電極を電極パッドと電気的に接続させるための引出電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記した特許文献１には、水晶振動片の引出電極とベースの電極パッドとを、メッキバンプを介してＦＣＢ法により超音波接合して、水晶振動片をベースに搭載した後、ベースに搭載した水晶振動片の周波数を微調整する最終の周波数調整を行ってから、ベースに蓋を加熱溶融接合等の手法により封止材を介して接合し、水晶振動片をベースと蓋とで構成された内部空間に気密封止する水晶振動子の製造方法が開示されている。
【０００５】
このような水晶振動子の製造工程においては、水晶振動片に対し、最終の周波数調整を施す前に、アニール処理を施す。また、最終の周波数調整を施した後において、ベースに搭載した水晶振動片に対し、封止工程、リフロー工程、エージング工程等の製造工程を実施する。このような最終の周波数調整後の製造工程では、水晶振動片に熱履歴をかけることとなる。つまり、水晶振動子を製造する際に、水晶振動片には、アニール処理による熱処理を含めて合計２回以上の熱処理を施す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８４０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、現在、圧電振動片は、圧電振動片を搭載する圧電振動デバイスの小型化にともない、小型化を図る必要があるが、圧電振動片のサイズを小さくすると、直列共振抵抗値（ＣＩ値）が大きくなるという不都合が生じる。
【０００８】
そこで、上記した圧電振動デバイスの製造工程においては、アニール処理を圧電振動片に施してＣＩ値を減少させている。しかしながら、上述の通り、アニール処理後に実施される最終の周波数調整後には、封止工程、リフロー工程、エージング工程等で直接的又は間接的に圧電振動片に熱履歴をかける必要があり、このような熱履歴によって、ＣＩ値は大幅に増加する。
【０００９】
即ち、圧電振動デバイスの製造において、アニール処理を施して圧電振動片のＣＩ値を減少させても、アニール処理後のさらなる熱処理により、ＣＩ値は、大幅に増加してしまっていた。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、圧電振動デバイスの製造に際し、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後のさらなる熱処理により大幅に増加することが抑制された圧電振動片、この圧電振動片が搭載された圧電振動デバイス、及びこの圧電振動デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電振動片は、圧電材料からなる圧電振動片であって、前記圧電材料に接合する第１金属と、この第１金属に接合する第２金属とにより励振電極が形成されており、前記第２金属が前記第１金属よりも高い導電性を有し、且つ、前記第２金属に対する前記第１金属の重量比が、５．９％超〜３０．３％以下であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、圧電振動片に形成されている励振電極を構成する第２金属に対する第１金属の重量比が５．９％超〜３０．３％以下とされているから、当該圧電振動片を用いて圧電振動デバイスを製造する際に生じるアニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加の度合いを低減させることができる。即ち、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後の熱処理により大幅に増加することを抑制することができる。なお、本明細書中で、第２金属に対する第１金属の重量比（％）とは、励振電極を構成する第１金属の重量を、その励振電極を構成する第２金属の重量で除し、百分率に換算した数値をいうものとする。
【００１３】
本発明の圧電振動片において、前記第１金属はクロム、ニッケル、モリブデン、チタン、又はタングステンであってよい。
【００１４】
この構成によれば、圧電材料と第１金属との接合性を十分に確保することができる。また、圧電材料への第１金属の蒸着による膜形成を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の圧電振動片において、前記第２金属は金であってよい。
【００１６】
この構成によれば、電極膜の酸化による励振電極の劣化を防止することができる。また、第２金属の導通抵抗を下げて、ＣＩ値を下げることができる。
【００１７】
また、本発明の圧電振動デバイスは、上記した本発明の圧電振動片が搭載されている圧電振動デバイスであって、前記圧電振動片と、この圧電振動片の前記励振電極を気密封止するための第１封止部材及び第２封止部材とを備えることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、圧電振動デバイスは、上記した本発明の圧電振動片を用いて製造されたものであるから、当該圧電振動デバイスを製造する際に生じるアニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加の度合いが低減されたものとなる。即ち、アニール処理により減少させたＣＩ値がほぼ維持されたものとなる。
【００１９】
本発明の圧電振動デバイスの製造方法は、上記した本発明の圧電振動デバイスを製造するための製造方法であって、前記第１封止部材に前記圧電振動片を搭載する搭載工程と、
前記圧電振動片にアニール処理を施すアニール処理工程と、前記圧電振動片に対して最終の周波数調整を行う周波数調整工程と、前記搭載工程及び前記アニール処理工程の後、前記周波数調整工程の前に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す事前熱処理工程と、前記周波数調整工程の後に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す後熱処理工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
このような製造方法によれば、アニール処理工程を備えるため、アニール処理によりＣＩ値を減少させることができる。そして、アニール処理工程の後、周波数調整の工程の前に、事前熱処理工程を備えるから、最終の周波数調整後に、ＣＩ値が熱処理により変動することを抑制することができる。加えて、上記した本発明に係る圧電振動片を使用するから、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後のさらなる熱処理により大幅に増加することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、圧電振動デバイスの製造に際し、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後のさらなる熱処理により大幅に増加することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶振動片が搭載された水晶振動子の内部を公開した概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水晶振動片の概略構成を示す平面図である。
【図３】重量比（Ｃｒ／Ａｕ）とアニール処理後の事前熱処理によるＣＩ値の増加率との関係を示すグラフ図である。
【図４】重量比（Ｃｒ／Ａｕ）とアニール処理によるＣＩ値の減少率との関係を示すグラフ図である。
【図５】重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と封止処理によるＣＩ値の変動率との関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る水晶振動片の概略構成を示す平面図である。
【図７】図６に示す水晶振動片が搭載された水晶振動子の概略構成を示す図であり、水晶振動片が図６のＡ−Ａ線に沿って切断された状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片として水晶振動片に本発明を適用した場合を示す。しかしながら、これは好適な例であり、本発明の圧電振動片は、水晶振動片に限定されるものではなく、圧電材料を用いた圧電振動片であればよい。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る水晶振動片が搭載された水晶振動子の内部を公開した概略側面図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る水晶振動片の概略構成を示す平面図である。
【００２５】
本実施の形態に係る水晶振動子１（本発明でいう圧電振動デバイスであり、以下、水晶振動子という。）は、図１及び図２に示すように、異電位で構成された第１及び第２の励振電極（第１の励振電極を２６、第２の励振電極を２７と表記する。なお、区別する必要がない場合は励振電極２６，２７とする。）が形成された水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を搭載するベース３（本発明でいう第１封止部材）と、ベース３に搭載した水晶振動片２の励振電極２６，２７を気密封止するための蓋４（本発明でいう第２封止部材）とが設けられて構成されている。
【００２６】
この水晶振動子１では、ベース３と蓋４とが接合されて本体筐体が構成されている。これらベース３と蓋４とが封止材３３を介して接合され、この接合により本体筐体の内部空間１１が形成されている。そして、この本体筐体の内部空間１１内のベース３上に、金属バンプ５を介して水晶振動片２が保持接合されているとともに、本体筐体の内部空間１１が気密封止されている。なお、本明細書中でいう金属バンプ５には、ワイヤーから作製されたスタッドバンプの他、メッキ処理されたメッキバンプ等が含まれる。
【００２７】
ベース３は、図１に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した壁部３２とから構成される箱状体に形成されている。このベース３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料からなる中空を有する直方体状の板を積層して一体的に焼成することにより、凹状とされている。また、壁部３２は、底部３１の平面視外周に沿って成形されている。この壁部３２の上面は、蓋４との接合領域であり、この接合領域には、蓋４と接合するための封止材３３の一部を構成するメタライズ層（例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル，金の順でメッキした構成、または錫と金、錫と銀とからなる構成）が設けられている。なお、メタライズ層の代わりにガラス層を設けてもよい。このベース３には、水晶振動片２の励振電極２６，２７それぞれと電気的に接合する複数の電極パッド（図示省略）が形成されている。これら電極パッドは、ベース３の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの端子電極および電極パッドは、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース３と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極および電極パッドのうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。
【００２８】
蓋４は、金属材料からなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋４の下面には、封止材３３の一部が形成されている。この蓋４は、シーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合等の手法により封止材３３を介してベース３に接合されて、蓋４とベース３とによる水晶振動子１の本体筐体が構成される。
【００２９】
なお、本実施の形態では、ベース３の材料としてセラミック材料を用いているが、ベース３は、セラミック材料を用いて構成されたものに限定されるものではなく、例えば、水晶、ガラス等の材料を用いて構成されたものであってもよい。また、本実施の形態では、蓋４の材料として、金属材料を用いているが、蓋４は金属材料からなるものに限定されるものではなく、例えば、セラミック材料やガラス材料からなるものであってもよい。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係る水晶振動片の具体的な構成について説明する。
【００３１】
図２に示すように、本実施の形態に係る圧電振動片は、フォトリソグラフィ法で成形された音叉型の水晶振動片２である。具体的には、水晶振動片２は、異方性材料の水晶片である水晶素板（図示省略）から、ウエットエッチング形成された水晶Ｚ板である。
【００３２】
この水晶振動片２の基板２０は、図２に示すように、２本の脚部２１，２２と基部２３とから構成されており、２本の脚部２１，２２は基部２３から突出して形成されている。また、２本の脚部２１，２２の両主面には、ＣＩ値を改善させるために、溝部２５が形成されている。
【００３３】
各脚部２１，２２には、異電位で構成された第１及び第２の励振電極２６，２７と、これら励振電極２６，２７をベース３の電極パッド（図示省略）に電気的に接合させるための引出電極２８とが形成されており、引出電極２８は励振電極２６，２７から基部２３に引き出されている。
【００３４】
第１の励振電極２６は、一方の脚部２１の両主面と、他方の脚部２２の両側面とに形成されている。同様に、第２の励振電極２７は、他方の脚部２２の両主面と、一方の脚部２１の両側面とに形成されている。
【００３５】
これらの励振電極２６，２７は、第１金属と第２金属とから形成された薄膜であり、より具体的には、脚部２１，２２の両主面及び両側面上に第１金属からなる下地電極層が形成され、この下地電極層上に第２金属からなる上部電極層が形成されて構成された薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により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。
【００３６】
ここで、第１金属としては、水晶（本発明でいう圧電材料）への接合性が良好な金属を用いる。第１金属の好適な具体例としては、クロム、ニッケル、モリブデン、チタン、又はタングステンを挙げることができ、これらの第１金属によれば、当該第１金属の水晶への蒸着による膜形成を容易に行うことができる。
【００３７】
第２金属としては、第１金属への接合性が良好で、且つ、第１金属よりも高い導電性を有する金属を用いる。また、第２金属としては、酸化し難い金属が使用されることが好ましく、具体例としては、金を挙げることができる。第２金属として金を用いると、第２金属の導通抵抗を下げて、ＣＩ値を下げることができる。
【００３８】
また、励振電極２６，２７を構成する第２金属に対する第１金属の重量比は、５．９％超〜３０．３％以下の範囲内とされる。第２金属に対する第１金属の重量比が５．９％以下の場合、水晶振動片２にアニール処理を施すことによりＣＩ値を減少させても、アニール処理後にさらに熱処理が施されることによりＣＩ値が大幅に増加してしまうおそれがある。また、第２金属に対する第１金属の重量比が３０．３％を超えると、導電性の低下により、電気的特性の低下（例えば、ＣＩ値の増加等）を生じる。
【００３９】
さらに、アニール処理によるＣＩ値の減少効果を十分に得るには、励振電極２６，２７を構成する第２金属に対する第１金属の重量比が、５．９％超〜１２．９％以下であることが好ましく、７．１％以上〜１０．７％以下であることが特に好ましい。
【００４０】
また、第１金属からなる下地電極層の厚みは、特に、限定されるものではないが、１０ｎｍ以上〜２６ｎｍ以下であると、アニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加量をより少なくすることができる。
【００４１】
さらに、第２金属からなる上部電極層の厚みは、特に、限定されるものではないが、３０ｎｍ以上〜７２ｎｍ以下であると、アニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加量をより少なくすることができる上に、良好な導通を得ることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態に係る水晶振動片２において、励振電極２６，２７の層構成は、アニール処理等の熱処理が全く施されていない状態では、上記した通り、第１金属層の上に第２金属が積層した２層構成となっているが、熱処理が施されることにより、第１金属は、第２金属層中に拡散し、第１金属と第２金属とからなる励振電極２６，２７の層構成は変化する。
【００４３】
また、水晶振動片２の引出電極２８は、上記した励振電極２６，２７と同様の薄膜で構成されていても、異なる薄膜で構成されていてもよく、例えば、クロムの下地電極層と、金の上部電極層とから構成された積層薄膜とされてもよい。この薄膜は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により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。
【００４４】
なお、引出電極２８の上部電極層を金で構成し、金属バンプ５として、金バンプを用いると、金属バンプ５と引出電極２８との良好な密着性を確保することができる。
【００４５】
次に、上記した構成からなる当該水晶振動子１の製造方法について概略説明する。
【００４６】
まず、水晶振動片２に対し周波数の粗調整を行う。具体的には、脚部２１，２２の先端部に形成された金属膜２１１，２２１に対してレーザ除去、イオンミーリング法、又は金属蒸着などにより金属量の増減を行う。
【００４７】
このようにして水晶振動片２への周波数の粗調整を終えた後、水晶振動片２の引出電極２８と、ベース３の電極パッドとを、金属バンプ５を介してＦＣＢ法により超音波接合して、金属バンプ５によりこれら引出電極２８と電極パッドとを電気的に接合し、この接合により水晶振動片２をベース３に搭載する（本発明でいう搭載工程）。
【００４８】
そして、ベース３に水晶振動片２を搭載した後に、アニール処理を施して、電極構成を安定させ（本発明でいうアニール処理工程）、ＣＩ値を減少させる。なお、ＣＩ値を十分に減少させるためには、高真空下、２５０〜４００℃の温度で１〜４時間程度、アニール処理を行うことが好ましい。
【００４９】
次いで、最終の周波数調整（後述する周波数調整工程）及び後述する後熱処理の前に、さらに、熱処理を施す（本発明でいう事前熱処理工程）。なお、この熱処理は、窒素雰囲気下で行われ、水晶振動片２に加えられる熱の温度は、アニール処理の温度より低く、且つ、後述する後熱処理工程で水晶振動片２に加わる温度よりも高い温度とされている。このような熱処理により、ＣＩ値は若干増加するが、後述する最終の周波数調整に先立って行うことで、最終の周波数調整後の熱処理によるＣＩ値の変動量が抑制される。
【００５０】
次いで、ベース３に搭載した水晶振動片２への最終の周波数調整、即ち、周波数の微調整を行う（本発明でいう周波数調整工程）。具体的には、脚部２１，２２の先端部に形成された金属膜２１１，２２１に対してイオンミーリング法又は金属蒸着法などにより金属量の増減を行う。
【００５１】
そして、ベース３に搭載した水晶振動片２への最終の周波数調整を終えた後に、ベース３に蓋４を封止材３３を介して接合して水晶振動片２を内部空間１１に気密封止し、熱をかける封止工程、さらに熱をかけるリフロー工程、及びエージング特性を測るエージング工程といった後熱処理工程を実施し、水晶振動子１を製造する。
【００５２】
なお、本発明でいう後熱処理工程とは、第１封止部材へ搭載された圧電振動片に対する最終の周波数調整の後、圧電振動片に直接的又は間接的に熱が加えられる工程をいい、封止工程、リフロー工程、及びエージング工程に限定されるものではない。また、本発明でいう事前熱処理工程とは、アニール処理工程の後、最終の周波数調整工程及び後熱処理工程の前に、圧電振動片に直接的又は間接的に熱を加える工程をいう。
【００５３】
本実施の形態では、ベース３に搭載した水晶振動片２への最終の周波数調整後の封止工程、リフロー工程、及びエージング工程において、水晶振動片２にベース３及び蓋４を介して間接的に熱を加えている。
【００５４】
以下に、本発明に係る実施例１〜８の圧電振動片、及び比較例１〜３の圧電振動片を用いて、圧電振動デバイスの製造に際して生じるＣＩ値の変動に関する実験を行った結果を、説明する。
＜実施例１〜８、比較例１〜３＞
実施例１〜８、及び比較例１〜３に係る圧電振動片は、いずれも、上記した図２に示す構成の水晶振動片２である。これらの実施例１〜８、及び比較例１〜３に係る水晶振動片において、励振電極２６，２７は、脚部２１，２２の両主面及び両側面上にクロムからなる下地電極層（Ｃｒ層）を形成し、この下地電極層上に金からなる上部電極層（Ａｕ層）を形成して構成された薄膜であり、熱処理が全く施されていない状態でのＣｒ層及びＡｕ層の膜厚は、以下の表１及び表２に示す通りとなっている。なお、表１及び表２には、励振電極２６，２７を構成する金（第２金属）に対するクロム（第１金属）の重量比を重量比（Ｃｒ／Ａｕ）として示している。また、比較例２及び３は、従来の圧電振動片として一般に適用されている水晶振動片である。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
これら実施例１〜８、及び比較例１〜３に係る水晶振動片２を、それぞれ、図１に示すように、ＦＣＢ法によりベース３へ搭載した。そして、ベース３に搭載した水晶振動片２にアニール処理（高真空下、３５０℃で１時間）を施した。さらに、アニール処理の後、ベース３に搭載した水晶振動片２に熱処理（窒素雰囲気下、３００℃で２時間）を施した。そして、水晶振動片２に対して周波数の微調整（最終の周波数調整）を行った後、ベース３に蓋４を加熱溶融接合して水晶振動片２を気密封止し、封止処理を行った。
【００５８】
上記工程から、アニール処理後のＣＩ値に対する事前熱処理後のＣＩ値の増加率（％）、ベース搭載直後のＣＩ値に対するアニール処理後のＣＩ値の減少率（％）、事前熱処理後のＣＩ値に対する封止処理後のＣＩ値の変動率（％）を算出した。これらの算出結果を、それぞれ、アニール処理後の事前熱処理によるＣＩ値の増加率（％）、アニール処理によるＣＩ値の減少率（％）、封止処理によるＣＩ値の変動率（％）として、表１及び２に示す。
【００５９】
さらに、図３に、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と、アニール処理後の事前熱処理によるＣＩ値の増加率（％）との関係を示し、図４に上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と、アニール処理によるＣＩ値の減少率（％）との関係を示す。また、図５に、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と、封止処理によるＣＩ値の変動率（％）との関係を示す。
【００６０】
表１及び表２のアニール処理によるＣＩ値の減少率（％）に示されるように、実施例１〜８及び比較例１〜３のいずれの水晶振動片２においても、アニール処理によりＣＩ値が減少することが認められた。さらに、アニール処理により減少したＣＩ値は、実施例１〜８及び比較例１〜３のいずれの水晶振動片２においてもアニール処理後、周波数調整前の事前熱処理により増加することが認められるが、その増加率は、比較例２及び３に係る従来の水晶振動片２よりも、実施例１〜８に係る水晶振動片２の方が少ないことが認められた。
【００６１】
より具体的には、図３に示すグラフより、アニール処理後のＣＩ値に対する事前熱処理後のＣＩ値の増加率は、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が５．９％の時に最大となり、５．９％を超えると減少する傾向にあることが認められた。
【００６２】
また、図４に示すグラフより、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が５．９％超〜１２．９％以下の時に、アニール処理により１５％以上ＣＩ値を減少させることができることが認められ、重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が７．１％以上〜１０．７％以下の時にアニール処理によりほぼ２５％以上ＣＩ値を減少させることができることが認められた。
【００６３】
さらに、図５に示すグラフより、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が１２．５％を超えた時に、急激に、事前熱処理後のＣＩ値に対する封止処理（後熱処理）後のＣＩ値の変動率が大きくなることが認められ、この封止処理（後熱処理）によるＣＩ値の変動率は、重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が７．１％以上〜８．３％以下の時に特に少ないことが認められた。
【００６４】
以上のことから、アニール処理後のさらなる熱処理（事前熱処理）によるＣＩ値の変動を抑制するには、励振電極２６，２７を構成する第２金属に対する第１金属の重量比が、５．９％超である必要があることが認められた。また、アニール処理によるＣＩ値の減少効果は、第２金属に対する第１金属の重量比が５．９％超〜１２．９％以下の時に十分に得られ、７．１％以上〜１０．７％以下の時に最大となることが認められた。さらに、事前熱処理後のＣＩ値からの最終の周波数調整後の熱処理（後熱処理）によるＣＩ値の変動量は、重量比（Ｃｒ／Ａｕ）を１２．５％未満に限定することで確実に抑制することができることが認められた。
【００６５】
以上、圧電振動デバイスの製造に際して生じるＣＩ値の変動に関し、実施例１〜８を用いて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６６】
なお、上記した本実施の形態では、上記した通り、圧電振動片を構成する圧電材料として水晶が用いられているが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、水晶以外の圧電材料、例えば、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等により圧電振動片が構成されていてもよい。
【００６７】
また、上記した本実施の形態では、上記した通り、圧電振動片は、音叉型の水晶振動片とされているが、本発明の圧電振動片はこれに限定されるものではなく、ＡＴカットの圧電振動片であってもよい。
【００６８】
また、上記の実施の形態において、水晶振動子１は、金属バンプ５を介してベース３上の電極パッドへ接合されているが、本発明の圧電振動デバイスはこれに限定されるものではなく、例えば、圧電振動片は導電性接着剤を介してベースの電極パッドへ接合されていてもよい。
【００６９】
さらに、上記の実施の形態において、水晶振動子１は、ベース３と蓋４とにより構成された内部空間１１内に水晶振動片２（励振電極２６，２７）が気密封止された構成とされているが、本発明に係る圧電振動デバイスは、本発明に係る圧電振動片と、この圧電振動片の前記励振電極を気密封止するための第１封止部材及び第２封止部材とを備える構成であれば、特に限定されるものではなく、他の形態であってもよい。具体的には、図６，７に示すような第１封止部材３ａと第２封止部材４ａとの間に振動部２５ａを有する水晶振動片２ａを挟むことにより、水晶振動片２ａに形成された励振電極が気密封止された構成の水晶振動子１ａであってよい。
【００７０】
図６は、本発明の他の実施形態に係る水晶振動片を示す概略構成図である。また、図７は、図６に示す水晶振動片が搭載された水晶振動子の概略構成を示す図であり、水晶振動片が図６のＡ−Ａ線に沿って切断された状態を示す断面図である。なお、図７では、図面の見易さを考慮して断面部のハッチングを省略している。
【００７１】
図６に示す水晶振動片２ａは、圧電材料である水晶からなる直方体の基板２０ａに、振動部２５ａが形成された構成とされている。振動部２５ａは、２本の脚部２１ａ，２２ａと基部２３ａとから構成されており、２本の脚部２１ａ，２２ａは基部２３ａから突出して形成されている。また、振動部２５ａの外周の一部分２４ａを除く他の部分に隣接する領域２６ａは、中空形成されている。そして、水晶振動片２ａの両主面の平面視主面外周が、それぞれ、第１封止部材３ａ及び第２封止部材４ａとの接合部２７ａ，２８ａとされている。
【００７２】
この振動部２５ａの各脚部２１ａ，２２ａには、異電位で構成された第１及び第２の励振電極（図示省略）と、引出電極（図示省略）とが形成されている。ここで、第１の励振電極は、一方の脚部２１ａの両主面と、他方の脚部２２ａの両側面とに形成されている。同様に、第２の励振電極は、他方の脚部２２ａの両主面と、一方の脚部２１ａの両側面とに形成されている。また、励振電極は、図２に示した水晶振動片２に形成された励振電極２６，２７と同様に、第１金属と第２金属とからなり、この励振電極を構成する第２金属に対する第１金属の重量比は、５．９％超〜３０．３％以下とされている。
【００７３】
また、第１封止部材３ａは、図７に示すように、ガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３ａの一主面３１ａは平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。そして、この第１封止部材３ａの一主面３１ａの平面視主面外周が、水晶振動片２ａとの接合部３２ａとされている。さらに、第１封止部材３ａには、水晶振動片２ａの励振電極と電気的に接続する電極パッド（図示省略）が設けられている。
【００７４】
また、第２封止部材４ａは、図７に示すように、ガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４ａの一主面４１ａは平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。そして、この第２封止部材４ａの一主面４１ａの平面視主面外周が、水晶振動片２ａとの接合部４２ａとされている。
【００７５】
そして、水晶振動片２ａの接合部２７ａを封止材６ａを介して第１封止部材３ａの接合部３２ａに接合して、第１封止部材３ａの上に水晶振動片２ａを搭載し、さらに、水晶振動片２ａの接合部２８ａを封止材７ａを介して第２封止部材４ａの接合部４２ａに接合することで、水晶振動片２ａの振動部２５ａ（励振電極）が気密封止され、水晶振動子１ａが構成されている。
【００７６】
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、上述の実施例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等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。
【符号の説明】
【００７７】
１ 水晶振動子（圧電振動子）
１１ 内部空間
２ 水晶振動片（圧電振動片）
２０ 基板
２１，２２ 脚部
２１１，２２１ 脚部の先端部の金属膜
２３ 基部
２５ 溝部
２６，２７ 励振電極
２８ 引出電極
３ ベース（第１封止部材）
３１ 底部
３２ 壁部
３３ 封止材
４ 蓋（第２封止部材）
５ 金属バンプ
１ａ 水晶振動子（圧電振動子）
２ａ 水晶振動片（圧電振動片）
２０ａ 基板
２１ａ，２２ａ 脚部
２３ａ 基部
２４ａ 振動部の外周の領域の一部
２５ａ 振動部
２６ａ 振動部の外周の領域
２７ａ，２８ａ 水晶振動片の接合部
３ａ 第１封止部材
３１ａ 第１封止部材の一主面
３２ａ 第１封止部材の接合部
４ａ 第２封止部材
４１ａ 第２封止部材の一主面
４２ａ 第２封止部材の接合部
６ａ，７ａ 封止材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電材料からなる圧電振動片、この圧電振動片が搭載された圧電振動デバイス、及びこの圧電振動デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、圧電振動デバイスとして、例えば、音叉型水晶振動子（以下、水晶振動子という）などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体であるパッケージがベースと蓋とから構成され、筐体内部は気密封止されている。また、この筐体内部では、圧電振動片（水晶振動片）が、ベース上の電極パッドに導電性接着剤又は導電性バンプを介して接合されている。
【０００３】
この水晶振動片は、その基板が、基部と、この基部から突出した２本の脚部とから構成されてなり、異電位で構成された励振電極が脚部に形成されている。また、基板には、基部において励振電極を電極パッドと電気的に接続させるための引出電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記した特許文献１には、水晶振動片の引出電極とベースの電極パッドとを、メッキバンプを介してＦＣＢ法により超音波接合して、水晶振動片をベースに搭載した後、ベースに搭載した水晶振動片の周波数を微調整する最終の周波数調整を行ってから、ベースに蓋を加熱溶融接合等の手法により封止材を介して接合し、水晶振動片をベースと蓋とで構成された内部空間に気密封止する水晶振動子の製造方法が開示されている。
【０００５】
このような水晶振動子の製造工程においては、水晶振動片に対し、最終の周波数調整を施す前に、アニール処理を施す。また、最終の周波数調整を施した後において、ベースに搭載した水晶振動片に対し、封止工程、リフロー工程、エージング工程等の製造工程を実施する。このような最終の周波数調整後の製造工程では、水晶振動片に熱履歴をかけることとなる。つまり、水晶振動子を製造する際に、水晶振動片には、アニール処理による熱処理を含めて合計２回以上の熱処理を施す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８４０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、現在、圧電振動片は、圧電振動片を搭載する圧電振動デバイスの小型化にともない、小型化を図る必要があるが、圧電振動片のサイズを小さくすると、直列共振抵抗値（ＣＩ値）が大きくなるという不都合が生じる。
【０００８】
そこで、上記した圧電振動デバイスの製造工程においては、アニール処理を圧電振動片に施してＣＩ値を減少させている。しかしながら、上述の通り、アニール処理後に実施される最終の周波数調整後には、封止工程、リフロー工程、エージング工程等で直接的又は間接的に圧電振動片に熱履歴をかける必要があり、このような熱履歴によって、ＣＩ値は大幅に増加する。
【０００９】
即ち、圧電振動デバイスの製造において、アニール処理を施して圧電振動片のＣＩ値を減少させても、アニール処理後のさらなる熱処理により、ＣＩ値は、大幅に増加してしまっていた。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、圧電振動デバイスの製造に際し、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後のさらなる熱処理により大幅に増加することが抑制された圧電振動片、この圧電振動片が搭載された圧電振動デバイス、及びこの圧電振動デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電振動片は、圧電材料からなる圧電振動片であって、前記圧電材料に接合する第１金属と、この第１金属に接合する第２金属とにより励振電極が形成されており、前記第２金属が前記第１金属よりも高い導電性を有し、且つ、前記第２金属に対する前記第１金属の重量比が、５．９％超〜３０．３％以下であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、圧電振動片に形成されている励振電極を構成する第２金属に対する第１金属の重量比が５．９％超〜３０．３％以下とされているから、当該圧電振動片を用いて圧電振動デバイスを製造する際に生じるアニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加の度合いを低減させることができる。即ち、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後の熱処理により大幅に増加することを抑制することができる。なお、本明細書中で、第２金属に対する第１金属の重量比（％）とは、励振電極を構成する第１金属の重量を、その励振電極を構成する第２金属の重量で除し、百分率に換算した数値をいうものとする。
【００１３】
本発明の圧電振動片において、前記第１金属はクロム、ニッケル、モリブデン、チタン、又はタングステンであってよい。
【００１４】
この構成によれば、圧電材料と第１金属との接合性を十分に確保することができる。また、圧電材料への第１金属の蒸着による膜形成を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の圧電振動片において、前記第２金属は金であってよい。
【００１６】
この構成によれば、電極膜の酸化による励振電極の劣化を防止することができる。また、第２金属の導通抵抗を下げて、ＣＩ値を下げることができる。
【００１７】
また、本発明の圧電振動デバイスは、上記した本発明の圧電振動片が搭載されている圧電振動デバイスであって、前記圧電振動片と、この圧電振動片の前記励振電極を気密封止するための第１封止部材及び第２封止部材とを備えることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、圧電振動デバイスは、上記した本発明の圧電振動片を用いて製造されたものであるから、当該圧電振動デバイスを製造する際に生じるアニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加の度合いが低減されたものとなる。即ち、アニール処理により減少させたＣＩ値がほぼ維持されたものとなる。
【００１９】
本発明の圧電振動デバイスの製造方法は、上記した本発明の圧電振動デバイスを製造するための製造方法であって、前記第１封止部材に前記圧電振動片を搭載する搭載工程と、
前記圧電振動片にアニール処理を施すアニール処理工程と、前記圧電振動片に対して最終の周波数調整を行う周波数調整工程と、前記搭載工程及び前記アニール処理工程の後、前記周波数調整工程の前に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す事前熱処理工程と、前記周波数調整工程の後に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す後熱処理工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
このような製造方法によれば、アニール処理工程を備えるため、アニール処理によりＣＩ値を減少させることができる。そして、アニール処理工程の後、周波数調整の工程の前に、事前熱処理工程を備えるから、最終の周波数調整後に、ＣＩ値が熱処理により変動することを抑制することができる。加えて、上記した本発明に係る圧電振動片を使用するから、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後のさらなる熱処理により大幅に増加することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、圧電振動デバイスの製造に際し、アニール処理により減少させたＣＩ値が、アニール処理後のさらなる熱処理により大幅に増加することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶振動片が搭載された水晶振動子の内部を公開した概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水晶振動片の概略構成を示す平面図である。
【図３】重量比（Ｃｒ／Ａｕ）とアニール処理後の事前熱処理によるＣＩ値の増加率との関係を示すグラフ図である。
【図４】重量比（Ｃｒ／Ａｕ）とアニール処理によるＣＩ値の減少率との関係を示すグラフ図である。
【図５】重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と封止処理によるＣＩ値の変動率との関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る水晶振動片の概略構成を示す平面図である。
【図７】図６に示す水晶振動片が搭載された水晶振動子の概略構成を示す図であり、水晶振動片が図６のＡ−Ａ線に沿って切断された状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片として水晶振動片に本発明を適用した場合を示す。しかしながら、これは好適な例であり、本発明の圧電振動片は、水晶振動片に限定されるものではなく、圧電材料を用いた圧電振動片であればよい。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る水晶振動片が搭載された水晶振動子の内部を公開した概略側面図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る水晶振動片の概略構成を示す平面図である。
【００２５】
本実施の形態に係る水晶振動子１（本発明でいう圧電振動デバイスであり、以下、水晶振動子という。）は、図１及び図２に示すように、異電位で構成された第１及び第２の励振電極（第１の励振電極を２６、第２の励振電極を２７と表記する。なお、区別する必要がない場合は励振電極２６，２７とする。）が形成された水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を搭載するベース３（本発明でいう第１封止部材）と、ベース３に搭載した水晶振動片２の励振電極２６，２７を気密封止するための蓋４（本発明でいう第２封止部材）とが設けられて構成されている。
【００２６】
この水晶振動子１では、ベース３と蓋４とが接合されて本体筐体が構成されている。これらベース３と蓋４とが封止材３３を介して接合され、この接合により本体筐体の内部空間１１が形成されている。そして、この本体筐体の内部空間１１内のベース３上に、金属バンプ５を介して水晶振動片２が保持接合されているとともに、本体筐体の内部空間１１が気密封止されている。なお、本明細書中でいう金属バンプ５には、ワイヤーから作製されたスタッドバンプの他、メッキ処理されたメッキバンプ等が含まれる。
【００２７】
ベース３は、図１に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した壁部３２とから構成される箱状体に形成されている。このベース３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料からなる中空を有する直方体状の板を積層して一体的に焼成することにより、凹状とされている。また、壁部３２は、底部３１の平面視外周に沿って成形されている。この壁部３２の上面は、蓋４との接合領域であり、この接合領域には、蓋４と接合するための封止材３３の一部を構成するメタライズ層（例えば、タングステンメタライズ層上にニッケル，金の順でメッキした構成、または錫と金、錫と銀とからなる構成）が設けられている。なお、メタライズ層の代わりにガラス層を設けてもよい。このベース３には、水晶振動片２の励振電極２６，２７それぞれと電気的に接合する複数の電極パッド（図示省略）が形成されている。これら電極パッドは、ベース３の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気的に接合されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの端子電極および電極パッドは、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース３と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極および電極パッドのうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。
【００２８】
蓋４は、金属材料からなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋４の下面には、封止材３３の一部が形成されている。この蓋４は、シーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合等の手法により封止材３３を介してベース３に接合されて、蓋４とベース３とによる水晶振動子１の本体筐体が構成される。
【００２９】
なお、本実施の形態では、ベース３の材料としてセラミック材料を用いているが、ベース３は、セラミック材料を用いて構成されたものに限定されるものではなく、例えば、水晶、ガラス等の材料を用いて構成されたものであってもよい。また、本実施の形態では、蓋４の材料として、金属材料を用いているが、蓋４は金属材料からなるものに限定されるものではなく、例えば、セラミック材料やガラス材料からなるものであってもよい。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係る水晶振動片の具体的な構成について説明する。
【００３１】
図２に示すように、本実施の形態に係る圧電振動片は、フォトリソグラフィ法で成形された音叉型の水晶振動片２である。具体的には、水晶振動片２は、異方性材料の水晶片である水晶素板（図示省略）から、ウエットエッチング形成された水晶Ｚ板である。
【００３２】
この水晶振動片２の基板２０は、図２に示すように、２本の脚部２１，２２と基部２３とから構成されており、２本の脚部２１，２２は基部２３から突出して形成されている。また、２本の脚部２１，２２の両主面には、ＣＩ値を改善させるために、溝部２５が形成されている。
【００３３】
各脚部２１，２２には、異電位で構成された第１及び第２の励振電極２６，２７と、これら励振電極２６，２７をベース３の電極パッド（図示省略）に電気的に接合させるための引出電極２８とが形成されており、引出電極２８は励振電極２６，２７から基部２３に引き出されている。
【００３４】
第１の励振電極２６は、一方の脚部２１の両主面と、他方の脚部２２の両側面とに形成されている。同様に、第２の励振電極２７は、他方の脚部２２の両主面と、一方の脚部２１の両側面とに形成されている。
【００３５】
これらの励振電極２６，２７は、第１金属と第２金属とから形成された薄膜であり、より具体的には、脚部２１，２２の両主面及び両側面上に第１金属からなる下地電極層が形成され、この下地電極層上に第２金属からなる上部電極層が形成されて構成された薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により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。
【００３６】
ここで、第１金属としては、水晶（本発明でいう圧電材料）への接合性が良好な金属を用いる。第１金属の好適な具体例としては、クロム、ニッケル、モリブデン、チタン、又はタングステンを挙げることができ、これらの第１金属によれば、当該第１金属の水晶への蒸着による膜形成を容易に行うことができる。
【００３７】
第２金属としては、第１金属への接合性が良好で、且つ、第１金属よりも高い導電性を有する金属を用いる。また、第２金属としては、酸化し難い金属が使用されることが好ましく、具体例としては、金を挙げることができる。第２金属として金を用いると、第２金属の導通抵抗を下げて、ＣＩ値を下げることができる。
【００３８】
また、励振電極２６，２７を構成する第２金属に対する第１金属の重量比は、５．９％超〜３０．３％以下の範囲内とされる。第２金属に対する第１金属の重量比が５．９％以下の場合、水晶振動片２にアニール処理を施すことによりＣＩ値を減少させても、アニール処理後にさらに熱処理が施されることによりＣＩ値が大幅に増加してしまうおそれがある。また、第２金属に対する第１金属の重量比が３０．３％を超えると、導電性の低下により、電気的特性の低下（例えば、ＣＩ値の増加等）を生じる。
【００３９】
さらに、アニール処理によるＣＩ値の減少効果を十分に得るには、励振電極２６，２７を構成する第２金属に対する第１金属の重量比が、５．９％超〜１２．９％以下であることが好ましく、７．１％以上〜１０．７％以下であることが特に好ましい。
【００４０】
また、第１金属からなる下地電極層の厚みは、特に、限定されるものではないが、１０ｎｍ以上〜２６ｎｍ以下であると、アニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加量をより少なくすることができる。
【００４１】
さらに、第２金属からなる上部電極層の厚みは、特に、限定されるものではないが、３０ｎｍ以上〜７２ｎｍ以下であると、アニール処理後のさらなる熱処理によるＣＩ値の増加量をより少なくすることができる上に、良好な導通を得ることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態に係る水晶振動片２において、励振電極２６，２７の層構成は、アニール処理等の熱処理が全く施されていない状態では、上記した通り、第１金属層の上に第２金属が積層した２層構成となっているが、熱処理が施されることにより、第１金属は、第２金属層中に拡散し、第１金属と第２金属とからなる励振電極２６，２７の層構成は変化する。
【００４３】
また、水晶振動片２の引出電極２８は、上記した励振電極２６，２７と同様の薄膜で構成されていても、異なる薄膜で構成されていてもよく、例えば、クロムの下地電極層と、金の上部電極層とから構成された積層薄膜とされてもよい。この薄膜は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により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。
【００４４】
なお、引出電極２８の上部電極層を金で構成し、金属バンプ５として、金バンプを用いると、金属バンプ５と引出電極２８との良好な密着性を確保することができる。
【００４５】
次に、上記した構成からなる当該水晶振動子１の製造方法について概略説明する。
【００４６】
まず、水晶振動片２に対し周波数の粗調整を行う。具体的には、脚部２１，２２の先端部に形成された金属膜２１１，２２１に対してレーザ除去、イオンミーリング法、又は金属蒸着などにより金属量の増減を行う。
【００４７】
このようにして水晶振動片２への周波数の粗調整を終えた後、水晶振動片２の引出電極２８と、ベース３の電極パッドとを、金属バンプ５を介してＦＣＢ法により超音波接合して、金属バンプ５によりこれら引出電極２８と電極パッドとを電気的に接合し、この接合により水晶振動片２をベース３に搭載する（本発明でいう搭載工程）。
【００４８】
そして、ベース３に水晶振動片２を搭載した後に、アニール処理を施して、電極構成を安定させ（本発明でいうアニール処理工程）、ＣＩ値を減少させる。なお、ＣＩ値を十分に減少させるためには、高真空下、２５０〜４００℃の温度で１〜４時間程度、アニール処理を行うことが好ましい。
【００４９】
次いで、最終の周波数調整（後述する周波数調整工程）及び後述する後熱処理の前に、さらに、熱処理を施す（本発明でいう事前熱処理工程）。なお、この熱処理は、窒素雰囲気下で行われ、水晶振動片２に加えられる熱の温度は、アニール処理の温度より低く、且つ、後述する後熱処理工程で水晶振動片２に加わる温度よりも高い温度とされている。このような熱処理により、ＣＩ値は若干増加するが、後述する最終の周波数調整に先立って行うことで、最終の周波数調整後の熱処理によるＣＩ値の変動量が抑制される。
【００５０】
次いで、ベース３に搭載した水晶振動片２への最終の周波数調整、即ち、周波数の微調整を行う（本発明でいう周波数調整工程）。具体的には、脚部２１，２２の先端部に形成された金属膜２１１，２２１に対してイオンミーリング法又は金属蒸着法などにより金属量の増減を行う。
【００５１】
そして、ベース３に搭載した水晶振動片２への最終の周波数調整を終えた後に、ベース３に蓋４を封止材３３を介して接合して水晶振動片２を内部空間１１に気密封止し、熱をかける封止工程、さらに熱をかけるリフロー工程、及びエージング特性を測るエージング工程といった後熱処理工程を実施し、水晶振動子１を製造する。
【００５２】
なお、本発明でいう後熱処理工程とは、第１封止部材へ搭載された圧電振動片に対する最終の周波数調整の後、圧電振動片に直接的又は間接的に熱が加えられる工程をいい、封止工程、リフロー工程、及びエージング工程に限定されるものではない。また、本発明でいう事前熱処理工程とは、アニール処理工程の後、最終の周波数調整工程及び後熱処理工程の前に、圧電振動片に直接的又は間接的に熱を加える工程をいう。
【００５３】
本実施の形態では、ベース３に搭載した水晶振動片２への最終の周波数調整後の封止工程、リフロー工程、及びエージング工程において、水晶振動片２にベース３及び蓋４を介して間接的に熱を加えている。
【００５４】
以下に、本発明に係る実施例１〜８の圧電振動片、及び比較例１〜３の圧電振動片を用いて、圧電振動デバイスの製造に際して生じるＣＩ値の変動に関する実験を行った結果を、説明する。
＜実施例１〜８、比較例１〜３＞
実施例１〜８、及び比較例１〜３に係る圧電振動片は、いずれも、上記した図２に示す構成の水晶振動片２である。これらの実施例１〜８、及び比較例１〜３に係る水晶振動片において、励振電極２６，２７は、脚部２１，２２の両主面及び両側面上にクロムからなる下地電極層（Ｃｒ層）を形成し、この下地電極層上に金からなる上部電極層（Ａｕ層）を形成して構成された薄膜であり、熱処理が全く施されていない状態でのＣｒ層及びＡｕ層の膜厚は、以下の表１及び表２に示す通りとなっている。なお、表１及び表２には、励振電極２６，２７を構成する金（第２金属）に対するクロム（第１金属）の重量比を重量比（Ｃｒ／Ａｕ）として示している。また、比較例２及び３は、従来の圧電振動片として一般に適用されている水晶振動片である。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
これら実施例１〜８、及び比較例１〜３に係る水晶振動片２を、それぞれ、図１に示すように、ＦＣＢ法によりベース３へ搭載した。そして、ベース３に搭載した水晶振動片２にアニール処理（高真空下、３５０℃で１時間）を施した。さらに、アニール処理の後、ベース３に搭載した水晶振動片２に熱処理（窒素雰囲気下、３００℃で２時間）を施した。そして、水晶振動片２に対して周波数の微調整（最終の周波数調整）を行った後、ベース３に蓋４を加熱溶融接合して水晶振動片２を気密封止し、封止処理を行った。
【００５８】
上記工程から、アニール処理後のＣＩ値に対する事前熱処理後のＣＩ値の増加率（％）、ベース搭載直後のＣＩ値に対するアニール処理後のＣＩ値の減少率（％）、事前熱処理後のＣＩ値に対する封止処理後のＣＩ値の変動率（％）を算出した。これらの算出結果を、それぞれ、アニール処理後の事前熱処理によるＣＩ値の増加率（％）、アニール処理によるＣＩ値の減少率（％）、封止処理によるＣＩ値の変動率（％）として、表１及び２に示す。
【００５９】
さらに、図３に、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と、アニール処理後の事前熱処理によるＣＩ値の増加率（％）との関係を示し、図４に上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と、アニール処理によるＣＩ値の減少率（％）との関係を示す。また、図５に、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）と、封止処理によるＣＩ値の変動率（％）との関係を示す。
【００６０】
表１及び表２のアニール処理によるＣＩ値の減少率（％）に示されるように、実施例１〜８及び比較例１〜３のいずれの水晶振動片２においても、アニール処理によりＣＩ値が減少することが認められた。さらに、アニール処理により減少したＣＩ値は、実施例１〜８及び比較例１〜３のいずれの水晶振動片２においてもアニール処理後、周波数調整前の事前熱処理により増加することが認められるが、その増加率は、比較例２及び３に係る従来の水晶振動片２よりも、実施例１〜８に係る水晶振動片２の方が少ないことが認められた。
【００６１】
より具体的には、図３に示すグラフより、アニール処理後のＣＩ値に対する事前熱処理後のＣＩ値の増加率は、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が５．９％の時に最大となり、５．９％を超えると減少する傾向にあることが認められた。
【００６２】
また、図４に示すグラフより、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が５．９％超〜１２．９％以下の時に、アニール処理により１５％以上ＣＩ値を減少させることができることが認められ、重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が７．１％以上〜１０．７％以下の時にアニール処理によりほぼ２５％以上ＣＩ値を減少させることができることが認められた。
【００６３】
さらに、図５に示すグラフより、上記した重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が１２．５％を超えた時に、急激に、事前熱処理後のＣＩ値に対する封止処理（後熱処理）後のＣＩ値の変動率が大きくなることが認められ、この封止処理（後熱処理）によるＣＩ値の変動率は、重量比（Ｃｒ／Ａｕ）が７．１％以上〜８．３％以下の時に特に少ないことが認められた。
【００６４】
以上のことから、アニール処理後のさらなる熱処理（事前熱処理）によるＣＩ値の変動を抑制するには、励振電極２６，２７を構成する第２金属に対する第１金属の重量比が、５．９％超である必要があることが認められた。また、アニール処理によるＣＩ値の減少効果は、第２金属に対する第１金属の重量比が５．９％超〜１２．９％以下の時に十分に得られ、７．１％以上〜１０．７％以下の時に最大となることが認められた。さらに、事前熱処理後のＣＩ値からの最終の周波数調整後の熱処理（後熱処理）によるＣＩ値の変動量は、重量比（Ｃｒ／Ａｕ）を１２．５％未満に限定することで確実に抑制することができることが認められた。
【００６５】
以上、圧電振動デバイスの製造に際して生じるＣＩ値の変動に関し、実施例１〜８を用いて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６６】
なお、上記した本実施の形態では、上記した通り、圧電振動片を構成する圧電材料として水晶が用いられているが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、水晶以外の圧電材料、例えば、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等により圧電振動片が構成されていてもよい。
【００６７】
また、上記した本実施の形態では、上記した通り、圧電振動片は、音叉型の水晶振動片とされているが、本発明の圧電振動片はこれに限定されるものではなく、ＡＴカットの圧電振動片であってもよい。
【００６８】
また、上記の実施の形態において、水晶振動子１は、金属バンプ５を介してベース３上の電極パッドへ接合されているが、本発明の圧電振動デバイスはこれに限定されるものではなく、例えば、圧電振動片は導電性接着剤を介してベースの電極パッドへ接合されていてもよい。
【００６９】
さらに、上記の実施の形態において、水晶振動子１は、ベース３と蓋４とにより構成された内部空間１１内に水晶振動片２（励振電極２６，２７）が気密封止された構成とされているが、本発明に係る圧電振動デバイスは、本発明に係る圧電振動片と、この圧電振動片の前記励振電極を気密封止するための第１封止部材及び第２封止部材とを備える構成であれば、特に限定されるものではなく、他の形態であってもよい。具体的には、図６，７に示すような第１封止部材３ａと第２封止部材４ａとの間に振動部２５ａを有する水晶振動片２ａを挟むことにより、水晶振動片２ａに形成された励振電極が気密封止された構成の水晶振動子１ａであってよい。
【００７０】
図６は、本発明の他の実施形態に係る水晶振動片を示す概略構成図である。また、図７は、図６に示す水晶振動片が搭載された水晶振動子の概略構成を示す図であり、水晶振動片が図６のＡ−Ａ線に沿って切断された状態を示す断面図である。なお、図７では、図面の見易さを考慮して断面部のハッチングを省略している。
【００７１】
図６に示す水晶振動片２ａは、圧電材料である水晶からなる直方体の基板２０ａに、振動部２５ａが形成された構成とされている。振動部２５ａは、２本の脚部２１ａ，２２ａと基部２３ａとから構成されており、２本の脚部２１ａ，２２ａは基部２３ａから突出して形成されている。また、振動部２５ａの外周の一部分２４ａを除く他の部分に隣接する領域２６ａは、中空形成されている。そして、水晶振動片２ａの両主面の平面視主面外周が、それぞれ、第１封止部材３ａ及び第２封止部材４ａとの接合部２７ａ，２８ａとされている。
【００７２】
この振動部２５ａの各脚部２１ａ，２２ａには、異電位で構成された第１及び第２の励振電極（図示省略）と、引出電極（図示省略）とが形成されている。ここで、第１の励振電極は、一方の脚部２１ａの両主面と、他方の脚部２２ａの両側面とに形成されている。同様に、第２の励振電極は、他方の脚部２２ａの両主面と、一方の脚部２１ａの両側面とに形成されている。また、励振電極は、図２に示した水晶振動片２に形成された励振電極２６，２７と同様に、第１金属と第２金属とからなり、この励振電極を構成する第２金属に対する第１金属の重量比は、５．９％超〜３０．３％以下とされている。
【００７３】
また、第１封止部材３ａは、図７に示すように、ガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３ａの一主面３１ａは平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。そして、この第１封止部材３ａの一主面３１ａの平面視主面外周が、水晶振動片２ａとの接合部３２ａとされている。さらに、第１封止部材３ａには、水晶振動片２ａの励振電極と電気的に接続する電極パッド（図示省略）が設けられている。
【００７４】
また、第２封止部材４ａは、図７に示すように、ガラスウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４ａの一主面４１ａは平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。そして、この第２封止部材４ａの一主面４１ａの平面視主面外周が、水晶振動片２ａとの接合部４２ａとされている。
【００７５】
そして、水晶振動片２ａの接合部２７ａを封止材６ａを介して第１封止部材３ａの接合部３２ａに接合して、第１封止部材３ａの上に水晶振動片２ａを搭載し、さらに、水晶振動片２ａの接合部２８ａを封止材７ａを介して第２封止部材４ａの接合部４２ａに接合することで、水晶振動片２ａの振動部２５ａ（励振電極）が気密封止され、水晶振動子１ａが構成されている。
【００７６】
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、上述の実施例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等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。
【符号の説明】
【００７７】
１ 水晶振動子（圧電振動子）
１１ 内部空間
２ 水晶振動片（圧電振動片）
２０ 基板
２１，２２ 脚部
２１１，２２１ 脚部の先端部の金属膜
２３ 基部
２５ 溝部
２６，２７ 励振電極
２８ 引出電極
３ ベース（第１封止部材）
３１ 底部
３２ 壁部
３３ 封止材
４ 蓋（第２封止部材）
５ 金属バンプ
１ａ 水晶振動子（圧電振動子）
２ａ 水晶振動片（圧電振動片）
２０ａ 基板
２１ａ，２２ａ 脚部
２３ａ 基部
２４ａ 振動部の外周の領域の一部
２５ａ 振動部
２６ａ 振動部の外周の領域
２７ａ，２８ａ 水晶振動片の接合部
３ａ 第１封止部材
３１ａ 第１封止部材の一主面
３２ａ 第１封止部材の接合部
４ａ 第２封止部材
４１ａ 第２封止部材の一主面
４２ａ 第２封止部材の接合部
６ａ，７ａ 封止材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料からなる圧電振動片であって、
前記圧電材料に接合する第１金属と、この第１金属に接合する第２金属とにより励振電極が形成されており、
前記第２金属が前記第１金属よりも高い導電性を有し、且つ、前記第２金属に対する前記第１金属の重量比が、５．９％超〜３０．３％以下である
ことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片であって、
前記第１金属がクロム、ニッケル、モリブデン、チタン、又はタングステンであることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電振動片であって、
前記第２金属が金であることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧電振動片が搭載されている圧電振動デバイスであって、
前記圧電振動片と、
この圧電振動片の前記励振電極を気密封止するための第１封止部材及び第２封止部材と
を備えることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電振動デバイスの製造方法であって、
前記第１封止部材に前記圧電振動片を搭載する搭載工程と、
前記圧電振動片にアニール処理を施すアニール処理工程と、
前記圧電振動片に対して最終の周波数調整を行う周波数調整工程と、
前記搭載工程及び前記アニール処理工程の後、前記周波数調整工程の前に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す事前熱処理工程と、
前記周波数調整工程の後に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す後熱処理工程と
を備えることを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項１】
圧電材料からなる圧電振動片であって、
前記圧電材料に接合する第１金属と、この第１金属に接合する第２金属とにより励振電極が形成されており、
前記第２金属が前記第１金属よりも高い導電性を有し、且つ、前記第２金属に対する前記第１金属の重量比が、５．９％超〜３０．３％以下である
ことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片であって、
前記第１金属がクロム、ニッケル、モリブデン、チタン、又はタングステンであることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電振動片であって、
前記第２金属が金であることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧電振動片が搭載されている圧電振動デバイスであって、
前記圧電振動片と、
この圧電振動片の前記励振電極を気密封止するための第１封止部材及び第２封止部材と
を備えることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電振動デバイスの製造方法であって、
前記第１封止部材に前記圧電振動片を搭載する搭載工程と、
前記圧電振動片にアニール処理を施すアニール処理工程と、
前記圧電振動片に対して最終の周波数調整を行う周波数調整工程と、
前記搭載工程及び前記アニール処理工程の後、前記周波数調整工程の前に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す事前熱処理工程と、
前記周波数調整工程の後に、前記圧電振動片に対して熱処理を施す後熱処理工程と
を備えることを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１６００９５（Ｐ２０１１−１６００９５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７５８（Ｐ２０１０−１８７５８）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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