JP5026574B2 - 圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は共晶合金を用いて封止した圧電デバイスまたはプリント基板等に表面実装される圧電デバイスを技術分野とし、特に共晶合金による容器部材の封止面（接合面）および実装端子での電極構造に関する。

（発明の背景）
圧電デバイスは周波数制御及び選択素子として知られ、各種の通信機器を含み民生用のデジタル制御機器に不可欠なものとして内蔵される。圧電デバイスには、例えばベース基板をセラミックの代わりにガラス及び自らの製造する水晶とした表面実装用の水晶振動子があり、近年では、需要の増大等に伴ってさらなる廉価を求められている。

（従来技術の一例、特許文献１及び２参照）
図１０は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）はベース基板の平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。

水晶振動子は平面視矩形状としたベース基板１とカバー２とからなるパッケージ３に圧電振動片としての水晶片４を密閉封入してなる。ここでは、ベース基板１及びカバー２はいずれも同一成分のガラス例えば一般的なホウ珪酸ガラスとし、ベース基板１は平板状とし、カバー２は凹状とする。ベース基板１の内底面の一端側には一対の水晶保持端子５を、内底面の表面外周には枠状金属膜６ａを有する。ベース基板１の外底面の両端側には表面実装用の実装端子７を有する。

一対の水晶保持端子５はベース基板１の予め設けられた貫通孔の内周に金属膜を有する貫通電極８を経て外底面の実装端子７と電気的に接続する。水晶保持端子５、貫通電極８及び実装端子７を含む回路パターンはフォトエッチングによって形成される。貫通電極８には金属を充填して封止する。枠状金属膜６ａ、実装端子７及び回路パターンは例えばクロム（Ｃｒ）を下地層として表面層を金（Ａｕ）とする。なお、ベース基板１は平板状とすることから、例えば凹状とした場合に比較し、表面を平坦として回路パターンの形成を容易にする。

水晶片４は厚みすべり振動姿態とする例えばＡＴカットとして両主面に励振電極４ａを有し、一端部両側に引出電極４ｂを延出する。引出電極４ｂの延出した水晶片４の一端部両側は導電性接着剤９等によって内底面の水晶保持端子５に固着され、電気的・機械的に接続する。導電性接着剤９は例えば加熱硬化型としてシリコン系とし、硬化温度を概ね２８０℃と、硬化時間を９０分とする。凹状カバー２の開口端面にはベース基板１の枠状金属膜６ａに対応した枠状金属膜６ｂを有する。

枠状金属膜６ｂはベース基板１と同様に、下地層をＣｒとして表面層をＡｕとする。いずれの場合も、下地層をＣｒとするのは表面層のＡｕが言わば鏡面状のガラス表面に対する密着性が悪いことに起因する。また、表面層をＡｕとするのは化学的に安定であることに起因する。これは、水晶片４の励振及び引出電極４（ａｂ）の場合も同様の理由で、下地層をＣｒとして表面層をＡｕとする。

このようなものでは、ベース基板１に対する水晶片４の固着後に、ベース基板１の外周表面と凹状カバー２の開口端面との枠状金属膜６（ａｂ）の間を、例えばＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ及びＡｕＳｉ等の共晶合金１０であるハンダによって接合する。これらの場合、例えば図１１に示したように、ベース基板１や凹状カバー２に相当する矩形状領域が縦横に並べられて集合した単一のベース基板ウェハ１Ａ及びカバーウェハ２Ａを形成する。なお、図１１（ａ）はベース基板ウェハの平面図、同図（ｂ）はカバーウェハの開口端面側の平面図である。

そして、特許文献３〜７では、ベース基板ウェハ１Ａ及びカバーウェハ２Ａの状態で、枠状金属膜６（ａｂ）間に配置されたボール状とした共晶合金（以下、共晶ボールとする）１０Ａの加熱溶融によって両者を接合し、生産性を高めるとしている。このうち、特許文献３では共晶合金１０の溶融金属を枠状金属膜６ａ又は６ｂ上に滴下して共晶ボール１０Ａを形成し、特許文献４〜７では予め形成された共晶ボール１０Ａを枠状金属膜６ａ又は６ｂ上に配置する。

この中でも、例えば特許文献７（図１１に相当）では、ベース基板ウェハ１Ａ及びカバーウェハ２Ａの枠状金属膜６（ａｂ）の形成された各ベース基板１及び凹状カバー２に相当する矩形状領域の４角部が隣接する交差点域に共晶ボール１０Ａを配置する。各交差点域では枠状金属膜６（ａｂ）の４角部が環状の金属膜によって電気的に接続し、中心部には位置決用の小穴１１を有してガラスの素地が露出する。

そして、先ず、例えばベース基板ウェハ１Ａの各交差点域の小穴１１に共晶ボール１０Ａを配置する。次に、ベース基板ウェハ１Ａにカバーウェハ２Ａを対面し、カバーウェハ２Ａの小穴内に共晶ボール１０Ａを位置決めし、両者を重ね合わせる「図１２（ａ）」。次に、重ね合わせた状態で、共晶ボール１０Ａを溶融する。

これにより、共晶ボール１０Ａが各交差点域から矢印で示すように各辺の枠状金属膜６ａ、６ｂの間上に溢れて浸透（流出）する「図１２（ｂ）」。そして、ベース基板ウェハ１Ａとカバーウェハ２Ａとの枠状金属膜６（ａｂ）間を接合し、振動子ウェハ（パッケージウェハ）を形成する。

その後、パッケージウェハを縦横のＸ−Ｘ及びＹ−Ｙ線に沿って個々のパッケージ３に分割して多数の表面実装振動子を得ることを開示している。この例では、ベース基板ウェハ１Ａ及びカバーウェハ２Ａの外周表面に設けた枠状金属膜６（ａｂ）は互いに離間する。これにより、ガラスの素地を露出するので、切断を容易にする。なお、小穴１１の底面を露出するのも同理由による。

特許第３６２１４３５号公報 特開２００９−１９４０９１号公報 国際公開ＷＯ２００８／１４００３３号公報 特願２００９−２１３９２５号 特願２００９−２１３９２６号 特願２００９−２１８７０３号 特願２０１０−４２４７１号 特開２００３−３３２８７６号公報（段落００１３） 特許第４２７５３９６号公報（段落００１９）

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶振動子（共晶ボールの加熱溶融による封止）では、気密性が損なわれる問題があった。そこで、例えばベース基板ウェハ１Ａの各交差点域に配置した共晶ボール１０Ａの加熱による溶融金属を枠状金属膜６ａの表面上に流出させると「図１３（ａ）」の結果となった。なお、図１３（ａ）は共晶ボールの溶融前の交差点域の一部断面図、同図（ｂ）は溶融後の同一部平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

すなわち、交差点域の共晶ボール１０Ａを加熱溶融すると、枠状金属膜６ａの流出方向に対して交差点域を厚み最大として除々に減少する厚み傾度を有する。そして、特に共晶ボール１０Ａを配置した交差点域の近傍ではガラスの素子が露出した間隙孔１２を有する結果となった「図１３（ｂ，ｃ）」。これらは、共晶ボール１０Ａを大きくして量を増加しても同様であった。これらから、溶融した共晶合金１０の厚みが最小となる各辺の中央部近傍での封止が損なわれることが判明した。

また、間隙孔１２が形成された場合、枠状金属膜６ａとベース基板１との接合強度が弱くなり、衝撃によって枠状金属膜６ａがベース基板１から剥がれるという問題があった。図で示さないが、圧電デバイスがプリント基板等にハンダにより実装される場合、実装端子７にハンダが拡散して同様に間隙孔が形成されて実装端子７とベース基板１との接合強度が弱くなり、実装端子７がベース基板から剥がれやすくなるという問題があった。

（発明の目的）
本発明は枠状金属膜及び実装端子の少なくとも一方をクロム層（Ｃｒ）とクロム層の表面に形成されるＮｉＷ合金層（ＮｉＷ）とＮｉＷ合金層の表面に形成される金層（Ａｕ）とにより形成することにより封止不良または接合強度の弱体化を抑制した圧電デバイスを提供することを目的とする。

（着目点及び問題点の原因及び適用）
本発明は、従来の問題点である厚み傾度と、共晶ボール１０Ａの拡散する枠状金属膜６ａ（及び６ｂ）との間の因果関係に着目した。すなわち、枠状金属膜６ａは、回路パターンとともに例えばスパッタによる同一工程で形成され、Ｃｒを下地層としてＡｕを表面層として積層する。このため、少なくともＡｕを含む共晶ボール１０Ａを加熱溶融すると、枠状金属膜６ａのＡｕ（表面層）が共晶ボール１０Ａに吸い出される。

この場合、加熱によって枠状金属膜６ａの下地層のＣｒが表面層のＡｕに拡散することから、表面層（Ａｕ）とともに下地層（Ｃｒ）が共晶ボール１０Ａに吸い出されて、これらの混在層１３を生ずる「図１３（ｃ）」。したがって、共晶ボール１０Ａの配置された交差点域の近傍では素地のガラス表面が露出して間隙孔１２を生ずる。そして、共晶ボール１０Ａの加熱による溶融金属は交差点域から離れるほど、各辺の表面上を流れにくくなる。これにより、溶融後の共晶合金１０は交差点域を最大厚みとして除々に減少する厚み傾度を有する。これらの点から、本発明では例えば特許文献８や９での遮蔽層なる考えを適用した。

第１観点の圧電デバイスは、表面実装される圧電デバイスであって、所定の周波数で振動する圧電振動片と、ガラス又は圧電材料からなるカバー及びベース基板を少なくとも有し圧電振動片を封入するパッケージと、を備える。パッケージは、ハンダによる封止用にカバー又はベース基板の周囲に形成される枠状金属膜、及びベース基板の外底面に形成された実装端子を有し、枠状金属膜及び実装端子の少なくとも一方は、ガラス又は圧電材料の表面に形成されるクロム層とクロム層の表面に形成されるＮｉＷ合金層とＮｉＷ合金層の表面に形成される金層とを有する。

第２観点の圧電デバイスは、第１観点において、カバーが枠状金属膜を有し、ベース基板が枠状金属膜を有し、それぞれの枠状金属膜がハンダが溶融し固化することによって、カバーとベース基板とが接合される。

第３観点の圧電デバイスは、第１観点において、パッケージが圧電振動片の外周を包囲する枠部を含み、カバーが枠状金属膜を有し、ベース基板が枠状金属膜を有し、枠部の両主面に枠状金属膜を有し、枠状金属膜との間でハンダが溶融し固化することによって、カバーとベース基板と枠部とが接合する。

第４観点の圧電デバイスは、第２観点および第３観点において、枠状金属膜に形成されるＮｉＷ合金層はクロム層又は金層よりも厚みが小さくされている。例えばＣｒ膜（下地層）は１０００Å、Ａｕ膜（表面層）は２０００Åとして、ＮｉＷ膜（遮蔽層）は３００Åとする。これは、ＮｉＷ自体がＡｕ及びＣｒには拡散しにくい金属なので、これらよりも厚みを小さくできる。

なお、例えば特許文献８や９では遮蔽電極として例えばＣｒを掲げているが、この場合は遮蔽電極Ｃｒの厚みを例えば２０００Åとして下地電極（Ｃｒ）や導通電極（Ａｕ）よりも厚くする。これにより、遮蔽電極Ｃｒの表面層の一部は吸い出されても全体的にはＣｒが残るので、遮蔽電極として機能する。

第５観点の圧電デバイスは、第１観点から第４観点において、実装端子に形成されるＮｉＷ合金層はクロム層よりも厚みが大きくされている。

第６観点の圧電デバイスは、第１観点から第５観点において、ベース基板にキャスタレーションが形成され、実装端子はキャスタレーションに形成される側面電極を含む。

第７観点の圧電デバイスは、第６観点において、金層の表面にＮｉ層が形成され、Ｎｉ層の表面に金層が形成される。

第８観点の圧電デバイスは、第７観点において、Ｎｉ層が無電解メッキにより３μｍから５μｍの厚さに形成され、Ｎｉ層の表面に形成される金層が無電解メッキにより３μｍから５μｍに形成される。

第９観点の圧電デバイスは、第１観点から第８観点において、ハンダに共晶合金を含む。

本発明によれば、ハンダの加熱溶融時には、遮蔽層としてのＮｉＷは実験の結果から表面層のＡｕに対して拡散しにくい。したがって、加熱溶融した共晶ボールの溶融金属が、表面層のＡｕを吸い出されたとしても、遮蔽層のＮｉＷによって少なくとも容器部材の表面には露出しない。したがって、従来のように素地が露出した間隙孔の形成を抑制する。これらにより、ハンダは枠状金属膜上又は実装電極を万遍なく流出して厚み傾度を平坦にする。

本実施例の第１実施形態を説明する図で、同図（ａ）は共晶ボールの溶融前の交差点域のベース基板ウェハの特に枠状金属膜の構成を示す一部断面図、同図（ｂ）は溶融後の一部平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態の特に枠状金属膜の他例を示すベース基板ウェハの平面図である。 本実施例の第１実施形態の特に枠状金属膜のさらに他の例を示すベース基板ウェハの平面図で、同図（ｂ）は同図（ａ）の点線枠の拡大図である。 本発明の第２実施形態を説明する水晶振動子の断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の点線枠部の拡大図である。 本発明の第２実施形態を説明する図で、同図（ａ）は枠状水晶片の平面図、同図（ｂ）はベース基板の内底面側の平面図である。 水晶振動子３００の分解斜視図である。 （ａ）は、プリント基板５１に実装された水晶振動子３００の断面図である。 （ｂ）は、図７（ａ）の点線Ｂの拡大図である。 （ａ）は、水晶振動子３００ａの断面図である。 （ｂ）は、図８（ａ）の点線Ｃの拡大図である。 （ａ）は、水晶振動子３００ｂの断面図である。 （ｂ）は、実装端子７が形成される前の図９（ａ）の点線Ｄの拡大図である。 （ｃ）は、実装端子７が形成された後の図９（ａ）の点線Ｄの拡大図である。 一従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の断面図、同図（ｂ）はベース基板の平面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 一従来例を説明する図で、同図（ａ）はベース基板ウェハの平面図、同図（ｂ）はカバーウェハの開口端面側の平面図である。 一従来例を説明する図で、同図（ａ）は共晶ボールの位置決された一部拡大断面図、同図（ｂ）は共晶ボールの流出を示すベース基板ウェハの平面図である。 一従来例の問題点を説明する図で、同図（ａ）は共晶ボールの溶融前の交差点域の一部断面図、同図（ｂ）は溶融後の同一部平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態を図１（ベース基板ウェハにおける交差点域の一部図）によって説明する。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

第１実施形態では、前述したように（図１０）、外底面に実装端子７を有して水晶片４を収容した平板状のベース基板１に凹状のカバー２を共晶合金１０によって接合（封止）してなる。ベース基板１及びカバー２はいずれもガラス例えば一般的なホウ珪酸ガラス又は水晶からなる。これらは、ベース基板１及びカバー２を集合したベース基板ウェハ１Ａ及びカバーウェハ２Ａの状態で、共晶ボール１０Ａを用いた接合によって一体的に形成される。

すなわち、ベース基板ウェハ１Ａの各ベース基板１に相当した矩形状領域の４角部が隣接した交差点域に共晶ボール１０Ａを配置する（図１２）。但し、各ベース基板１の水晶保持端子５に水晶片４の一端部両側が予め固着される。また、各ベース基板１とカバー２に相当した矩形状領域の外周表面には交差点域を含む枠状金属膜６ａを有する。交差点域の中心部は無電極として共晶ボール１０Ａの位置決用としての小穴１１を有する。そして、ベース基板ウェハ１Ａに対応したカバーウェハ２Ａを位置決し、各ベース基板１とカバー２の外周表面を共晶ボール１０Ａの加熱による溶融金属の流出によって接合する。その後、縦横に分割して個々の水晶振動子を得る。

ちなみに、ベース基板ウェハ１Ａにおける各ベース基板１の平面外形は３．２×１．５ｍｍ、枠状金属膜６ａの幅は５０〜２５０μｍとし、位置決用の小穴１１の表面外周の直径は２０〜５０μｍとする。また、カバーウェハ２Ａの各カバー２はこれらに対応した寸法とし、枠部幅は５０〜２５０μｍとする。また、共晶ボール１０Ａの直径は２００〜２６０μｍとする。

ここでは、ベース基板１及びカバー２の交差点域を含む枠状金属膜６ａ，６ｂは下地層のＣｒ及び表面層のＡｕに加え、両者間にＮｉＷとした遮蔽層を設ける（図１）。そして、下地層（Ｃｒ）、遮蔽層（ＮｉＷ）及び表面層（Ａｕ）の膜厚は、１０００Å、３００Å及び２０００Åとし、遮蔽層（ＮｉＷ）は下地層（Ｃｒ）及び表面層（Ａｕ）の厚みよりも各段に小さくする。共晶ボール１０Ａは例えば配合比（重量比）を８０：２０としたＡｕＳｎ（融点２８０℃）、９６．８５：３．１５としたＡｕＳｉ（同３６３℃）あるいは８８：１２のＡｕＧｅ（融点３５６℃）等とする。

この場合、共晶ボール１０Ａは、基本的には、水晶振動子のセット基板に対する表面実装時の鉛フリーを含むハンダ等の融点よりも高く、水晶の転移点温度５７３℃よりも低い融点であればよい。但し、導電性接着剤の硬化温度（２８０℃）よりも融点が高いと、導電性接着剤（シリコン系）の樹脂が破壊されて例えば強度が低下する。この点から、この例では、前述の中でも融点が最も低い２８０℃としたＡｕＳｎとする。

このようなものでは、ベース基板ウェハ１Ａの交差点域の小穴１１に位置決めされた共晶ボール１０Ａ（ＡｕＳｎ）を融点以上の温度例えば３８０℃で加熱溶融すると、次の結果となった。すなわち、共晶ボールの溶融金属は従来例と同様に各辺の枠状金属膜上に同心円状に流出するとともに「図１（ｂ）」、ここでは各交差点域からほぼ均一の厚みで流出した「図１（ｃ）」。そして、従来例に生じた、ベース基板のガラス下地を露出する間隙孔（図１３（ｂ）参照）も見受けられなかった。

これは、発明の効果の欄でも記載するように、遮蔽層としてのＮｉＷは表面層のＡｕに対して拡散しにくい。したがって、共晶ボール１０Ａの溶融金属が、表面層のＡｕを吸い出されたとしても（混在層１３′を形成しても）、遮蔽層のＮｉＷ及び下地層のＣｒはそのまま残り「図１（ｃ）」、ベース基板１の素地（ガラス）が表面に露出しない。これらにより、共晶ボール１０Ａの溶融金属は表面層のＡｕを吸い出しながら、ＮｉＷ上を万遍なく流出して厚み傾度を平坦にする。したがって、ベース基板とカバーとの共晶合金による封止を確実にする。

そして、結果からすると、遮蔽層としてのＮｉＷは表面層のＡｕ及び下地層のＣｒとの間の相互拡散を基本的に抑止する。したがって、従来例（特許文献８や９）のように遮蔽電極の厚みを表面層（Ａｕ：２０００Å）や下地層（Ｃｒ：１０００Å）より大きくすることなく、本実施形態での遮蔽電極ＮｉＷでは、これらよりも小さい厚み（３００Å）に設定できる。さらには、ベース基板１及びカバー２はガラスとして下地層はＣｒとする。この場合、ガラスの表面は鏡面状なのでＣｒとすることによって密着性を高める。

なお、共晶ボール１０Ａはベース基板ウェハ１Ａの各交差点域に配置したが、例えば図２に示したように、各矩形状領域の隣接する各辺の中央領域に位置決用の小穴１１を設けてそこに配置してもよい。また、図３に示したように、共晶ボール１０Ａは枠状金属膜６ａ内の例えば各角部に設けた位置決用の小穴１１に配置してもよい「図３（ａ）」。小穴１１の底は露出せず電極が全面的に形成されてもよい。これらの場合（図３）、枠状金属膜６ａの各角部を内方に突出させて面積を大きくし、共晶ボール１０Ａを大きくすることもできる。そして、枠状金属膜６ａあるいは６ｂ間は全領域にて素地が露出するので切断を容易にする。但し、交差点域に配置した方が共晶ボール１０Ａの数を１／４にできるので効率的である。

（第２実施形態）
以下、図４（水晶振動子の断面図）及び図５（枠付水晶板及びベース基板の平面図）によって、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

第２実施形態では枠付水晶板１４、ベース基板１５及びカバー１６から水晶振動子を形成する。枠付水晶板１４は例えばＡＴカットとし、水晶片１４ａの外周を枠部１４ｂが包囲して一端部の連結棒１４ｃによって結合する「図５（ａ）」。水晶片１４ａの両主面には前述同様に励振電極４ａを有して引出電極４ｂが連結棒１４ｃを経て一組の対角部の水晶引出端子４ｃと接続する。

一組の対角部の水晶引出端子４ｃはいずれも他主面に形成され、一主面の引出電極４ｂは貫通電極８によって水晶引出端子４ｃと電気的に接続する。但し、水晶引出端子は両主面に形成されてそれぞれ貫通電極８によって電気的に接続されてあってもよい。そして、枠部１４ｂの両主面の外周表面には枠状金属膜６ｃ、６ｄを有する。

ベース基板１５及びカバー１６は例えば枠付水晶板１４と同一切断角度のＡＴカットとし、いずれも水晶片１４ａと対向する領域に窪みを設けて外周を肉厚部とした凹状とする「図４（ａ）」。但し、ベース基板１５及びカバー１６はＡＴカットのみならず、Ｚカットとすることもできる。そして、ベース基板１５及びカバー１６の厚みの大きい外周表面には枠付水晶板１４の枠部１４ｂに設けた枠状金属膜６ｃ、６ｄと対向した枠状金属膜６ａ、６ｂを有する。

各枠状金属膜６ａ〜６ｄは前述同様に下地層をＣｒとして表面層をＡｕとして、両者間に遮蔽層としてのＮｉＷを介在させる。ベース基板１の一組の対角部には枠付水晶板１４の枠部１４ｂの一組の対角部に設けた水晶引出端子４ｃに対応した接続端子１７を有し、貫通電極８によって外底面の実装端子７と電気的に接続する「図４（ｂ）」。

ここでは、先ず、ベース基板１５及び枠付水晶板１４の上面側となる枠状金属膜６ａ、６ｃの各４角部、及びベース基板１５の一組の対角部の接続端子１７上に共晶ボール１０Ａを配置する。次に、ベース基板１５上に枠付水晶板１４を、さらにその上にカバー１６を位置決めして積層する。

最後に、共晶ボール１０Ａの加熱溶融し、前述同様に各角部からの溶融金属によって各枠状金属膜６ａ〜６ｄ間が接合される。このとき、接合端子１７上の共晶ボール１０Ａが溶融によって水晶引出端子４ｃと接続するとともに、貫通電極８内に流入して充填されて貫通孔が封止される。

このような構成であっても、枠状金属膜６ａ〜６ｄは下地層（Ｃｒ）と表面層（Ａｕ）との間に遮蔽層としてのＮｉＷを介在させる。したがって、第１実施形態と同様に、枠付水晶板１４、ベース基板１５及びカバー１６の素地（水晶）が露出する間隙孔も形成されず、各枠状金属膜６ａ〜６ｄの角部から共晶ボール１０Ａはほぼ均一の厚みで流出して厚み傾度を平坦にする。

なお、水晶振動子単体での説明としたが、これらは枠付水晶板ウェハ及びベース基板ウェハ、カバーウェハの状態で接合され、個々に分割される。

（第３実施形態）
（（水晶振動子３００））
水晶振動子は実装端子７を介してハンダ（ハンダペースト）によりプリント基板等に実装される。ハンダに用いられる材料には鉛フリーのスズ−銀系及びスズ−亜鉛系の合金等があり、それぞれの融点は一般に約２２０℃及び約１９０℃である。これらの合金と実装端子７とを接合する場合、ハンダが実装端子７の表面の金を吸い出して図１３に示される間隙孔１２のように、実装端子７に間隙孔が形成されることがある。その結果、実装端子７とベース基板３１との接合強度が弱くなる。そのため、第１実施形態及び第２実施形態で説明されたように、金属膜の下地層をクロム（Ｃｒ）、表面層を金（Ａｕ）とし、下地層と表面層との間に遮蔽層（ＮｉＷ）を介在させる構成を、実装端子７に用いる。以下、実装端子７の下地層をクロム（Ｃｒ）、表面層を金（Ａｕ）とし、下地層と表面層との間に遮蔽層（ＮｉＷ）が形成された水晶振動子３００について説明する。

図６は、水晶振動子３００の分解斜視図である。水晶振動子３００は主に、ベース基板３１、カバー３２及び枠付水晶板３４により構成される。枠付水晶板３４は、水晶片３４ａと、水晶片３４ａを囲むように形成される枠部３４ｂとにより構成されている。ベース基板３１及びカバー３２には凹部３１ｅ及び凹部３２ｅが形成されており、水晶片３４ａは凹部３１ｅ及び凹部３２ｅに挟まれるようにして配置される。また、水晶片３４ａには励振電極４ａが形成されており、励振電極４ａは枠部３４ｂに形成される引出電極４ｂと電気的に接続されている。枠部３４ｂの４つの角にはキャスタレーション３４ｃが形成され、キャスタレーション３４ｃには側面電極４ｅが形成されている。ベース基板３１には実装端子７が形成されている。また、ベース基板３１の４つの角にはキャスタレーション３１ｃが形成されており、キャスタレーション３１ｃには側面電極４ｄが形成されている。側面電極４ｄは、実装端子７と電気的に接続されている。

図７（ａ）は、プリント基板５１に実装された水晶振動子３００の断面図である。図７（ａ）の水晶振動子３００は、図６のＡ−Ａ断面図になっている。図７（ａ）では、水晶振動子３００は、プリント基板５１に実装されている様子が示されている。プリント基板５１上にはプリント基板電極５２が形成されており、水晶振動子３００は実装端子７とプリント基板電極５２とがハンダ５０を介して接続されることによりプリント基板５１に実装される。また、水晶振動子３００は、枠付水晶板３４とベース基板３１との間、及び枠付水晶板３４とカバー３２との間に封止材として低融点ガラス４０が用いられることにより接合されている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の点線Ｂの拡大図である。枠付水晶板３４に形成される側面電極４ｅを含んだ引出電極４ｂは、下地層にクロム（Ｃｒ）、表面層に金（Ａｕ）が形成された２層の金属膜により形成されている。また、ベース基板３１の側面電極４ｄを含んだ実装端子７は、下地層（Ｃｒ）、表面層（Ａｕ）及び下地層と表面層との間に形成されている遮蔽層（ＮｉＷ）の３層の金属膜により形成されている。遮蔽層（ＮｉＷ）の膜厚は、厚く形成されることが望ましい。遮蔽層（ＮｉＷ）はスパッタにより形成されるため、その膜厚はスパッタによる最も厚い膜厚となるように１５００Å以上２０００Å以下の範囲で形成されることが望ましい。また、この時の下地層（Ｃｒ）は遮蔽層（ＮｉＷ）の厚さよりも薄くなるように１０００Å以下で形成されることが望ましい。下地層（Ｃｒ）はベース基板３１と金属膜との接合強度を確保するために形成されるため、必要以上の膜厚は必要ないためである。

水晶振動子３００は、実装端子７に厚い膜厚により形成された遮蔽層（ＮｉＷ）により、ハンダ５０が実装端子７に拡散して間隙孔が形成されることが防がれている。そのため、実装端子７とベース基板３１との接合強度が弱くなりにくくなる。

（（水晶振動子３００ａ））
水晶振動子３００では、引出電極４ｂと実装端子７との間に接続不良が起こり、製品が不良品となってしまう場合がある。このような接続不良が起こったとしても製品を不良品とさせないように実装端子７及び引出電極４ｂの表面にさらにメッキ層が形成されても良い。以下に、実装端子７及び引出電極４ｂの表面にさらにメッキ層５３が形成された水晶振動子３００ａについて説明する。

図８（ａ）は、水晶振動子３００ａの断面図である。以下、水晶振動子３００と同じ構成の部分には同様の符号を付してその説明を省略する。水晶振動子３００ａは、水晶振動子３００を形成した後に、無電解メッキにより実装端子７及び引出電極４ｂの一部である側面電極４ｅにメッキ層５３が形成されている。点線Ｃで囲まれた領域には、例として、実装端子７と引出電極４ｂとが接続されていない状態が示されている。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の点線Ｃの拡大図である。引出電極４ｂと実装端子７とは直接接合されることが好ましいが、図８（ｂ）では直接接合されていない。しかし、水晶振動子３００ａでは、実装端子７及び側面電極４ｅの表面にメッキ層５３が形成されているため、メッキ層５３を通して実装端子７と側面電極４ｅとの間の電気的に接続されている。メッキ層５３はニッケル（Ｎｉ）により形成される第１メッキ層５３ａと、金（Ａｕ）により形成される第２メッキ層５３ｂとの２層により形成されている。第１メッキ層５３ａは実装端子７及び側面電極４ｅを覆うように無電解メッキによりＮｉをメッキすることにより形成されている。また、第２メッキ層５３ｂは、第１メッキ層５３ａの表面を覆うように無電解メッキによりＡｕをメッキすることにより形成されている。第１メッキ層５３ａ及び第２メッキ層５３ｂは実装端子７及び側面電極４ｅとの間の電気的接続が遮断されることを防止するために形成される。このため、メッキ層５３は断線しにくいように層の厚さが厚い方が良く、第１メッキ層５３ａ及び第２メッキ層５３ｂがそれぞれ３〜５μｍの厚さであることが好ましい。実装端子７の遮蔽層（ＮｉＷ）は、Ｎｉにより形成された第１メッキ層５３ａが実装端子７の下地層（Ｃｒ）に拡散することを防いでいる。また、遮蔽層（ＮｉＷ）は第１メッキ層５３ａが引出電極４ｂの下地層（Ｃｒ）に拡散しない役目も有している。そのため、実装端子７の遮蔽層（ＮｉＷ）は、厚い膜厚となるように形成されることが望ましい。

（（水晶振動子３００ｂ））
水晶振動子３００は、ベース基板３１、枠付水晶板３４及びカバー３２が互いに接合された後に実装端子７を形成するようにしても良い。以下に、ベース基板３１、枠付水晶板３４及びカバー３２が互いに接合された後に実装端子７が形成される水晶振動子３００ｂについて説明する。

図９（ａ）は、水晶振動子３００ｂの断面図である。以下、水晶振動子３００と同じ構成の部分には同様の符号を付してその説明を省略する。水晶振動子３００ｂは、ベース基板３１と枠付水晶板３４とが接合され、枠付水晶板３４とカバー３２とが接合された後に、実装端子７が形成される。水晶振動子３００ｂでは、枠部３４ｂにキャスタレーション３４ｃが形成されていない。水晶振動子３００で枠部３４ｂの上面及び下面に形成された引出電極４ｂは、水晶振動子３００ｂでは枠部３４ｂの下部のみに形成されている。そのため、引出電極４ｂの一部はベース基板３１と枠付水晶板３４とが接合された後に枠部３４ｂの下部で露出されている。引出電極４ｂは、枠部３４ｂの下部で露出されている領域で実装端子７と電気的に接続されている。また、実装端子７の表面にはメッキ層５３が形成されている。

図９（ｂ）は、実装端子７が形成される前の図９（ａ）の点線Ｄの拡大図である。図９（ｂ）では、ベース基板３１と枠付水晶板３４とが接合されているが、実装端子７は形成されていない。また、引出電極４ｂは水晶振動子３００ｂの外部に露出する部分を有するように形成されている。

図９（ｃ）は、実装端子７が形成された後の図９（ａ）の点線Ｄの拡大図である。図９（ｃ）は図９（ｂ）の水晶振動子３００ｂに実装端子７を形成し、さらにその後にメッキ層５３が形成されている。実装端子７は、下地層（Ｃｒ）、遮蔽層（ＮｉＷ）、表面層（Ａｕ）の順に、スパッタにより形成される。また、メッキ層５３はＮｉにより形成される第１メッキ層５３ａが実装端子７の表面に形成され、第１メッキ層５３ａの表面にＡｕにより形成される第２メッキ層５３ｂが形成されている。第１メッキ層５３ａ及び第２メッキ層５３ｂは無電解メッキにより形成され、各層の厚さはそれぞれ３〜５μｍであることが望ましい。

水晶振動子３００ｂでは、実装端子７の表面に厚いメッキ層５３が形成されることにより水晶振動子３００ｂの使用環境により材料の収縮等で断線が発生する可能性を低減させることができる。

また、上記各実施形態では水晶振動子に関して説明した。ここで、水晶片は例えば厚みすべり振動のＡＴカット及び音叉振動のＺカットである。またこれらのカットに限らず、各種カットのものが対象となる。さらに、圧電素子は水晶のみならず、圧電デバイスとして例えばタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムあるいは圧電セラミックを含む圧電材に基本的に適用できる。また、例えば水晶片とともにＩＣチップを搭載した水晶発振器等にも適用できる。

１、１５、３１ ベース基板、１Ａ ベース基板ウェハ、２、１６、３２ カバー、２Ａ カバーウェハ、３ パッケージ、４、１４ａ、３４ａ 水晶片、４ａ 励振電極、４ｂ 引出電極、４ｄ、４ｅ 側面電極、５ 水晶保持端子、６ 枠状金属膜、７ 実装端子、８ 貫通電極、９ 導電性接着剤、１０ 共晶合金、１０Ａ 共晶ボール、１１ 小穴、１２ 間隙孔、１３、１３′ 混在層、１４、３４ 枠付水晶板、１４ｂ、３４ｂ 枠部、１４ｃ 連結棒、１８ 接続端子、３１ｃ、３４ｃ キャスタレーション、４０ 低融点ガラス、５０ ハンダ、５１ プリント基板、５２ プリント基板電極、５３ メッキ層、３００ 水晶振動子

Claims (9)

1. 表面実装される圧電デバイスであって、
   所定の周波数で振動する圧電振動片と、
   ガラス又は圧電材料からなるカバー及びベース基板を少なくとも有し前記圧電振動片を封入するパッケージと、を備え、
   前記パッケージは、ハンダによる封止用に前記カバー又はベース基板の周囲に形成される枠状金属膜、及び前記ベース基板の外底面に形成された実装端子を有し、
   前記枠状金属膜及び前記実装端子の少なくとも一方は、前記ガラス又は前記圧電材料の表面に形成されるクロム層と前記クロム層の表面に形成されるＮｉＷ合金層と前記ＮｉＷ合金層の表面に形成される金層とを有する圧電デバイス。
   
2. 前記カバーは前記枠状金属膜を有し、前記ベース基板は前記枠状金属膜を有し、
   それぞれの枠状金属膜はハンダが溶融し固化することによって、前記カバーと前記ベース基板とを接合する請求項１に記載の圧電デバイス。
   
3. 前記パッケージは前記圧電振動片の外周を包囲する枠部を含み、
   前記カバーは前記枠状金属膜を有し、前記ベース基板は前記枠状金属膜を有し、前記枠部の両主面に前記枠状金属膜を有し、
   前記枠状金属膜との間でハンダが溶融し固化することによって、前記カバーと前記ベース基板と前記枠部とが接合する請求項１に記載の圧電デバイス。
4. 前記枠状金属膜に形成される前記ＮｉＷ合金層は前記クロム層又は前記金層よりも厚みを小さくした請求項２又は請求項３に記載の圧電デバイス。
5. 前記実装端子に形成される前記ＮｉＷ合金層は前記クロム層よりも厚みを大きくした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
6. 前記ベース基板にはキャスタレーションが形成され、前記実装端子は前記キャスタレーションに形成される側面電極を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
7. 前記金層の表面にＮｉ層が形成され、前記Ｎｉ層の表面に金層が形成される請求項６に記載の圧電デバイス。
8. 前記Ｎｉ層が無電解メッキにより３μｍから５μｍの厚さに形成され、前記Ｎｉ層の表面に形成される金層が無電解メッキにより３μｍから５μｍに形成される請求項７に記載の圧電デバイス。
9. 前記ハンダは共晶合金を含む請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の圧電デバイス。