JP5152012B2 - 圧電振動デバイスおよび圧電振動デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電振動デバイスと、圧電振動デバイスの製造方法に関するものである。

近年、電子機器等に用いられる圧電振動デバイスにおいて超小型化および薄型化が進行している。例えば圧電振動デバイスとして水晶振動子を例に挙げると、圧電振動を行う水晶振動板が、上部が開口した容器体（パッケージ部材）の内部に導電性接着材を介して接合され、開口部分を平板状の蓋で気密封止した構造が一般的である。ここで、水晶振動子の経時変化の向上や、前記接着材供給ノズル内の接着材の詰まりの問題から、接着材に替えて金属ロウ材が用いられている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１の圧電振動デバイス（水晶発振器）では、水晶片およびＩＣチップが、容器体（パッケージ部材）に、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）の合金によって電気機械的に接続されている。。特許文献１の第２実施例では、金と錫とが高熱炉内での加熱溶融によって錫が金に拡散し、金と錫の合金を形成している。しかしながら、上記構成において、溶融した錫が、水晶片表裏の励振電極から引き出された引出電極を経由して水晶片側へ拡散し、励振電極にまで及ぶ危険性がある。拡散によって錫が励振電極にまで及ぶと、水晶振動子の特性に悪影響を及ぼすことになる。また、金と錫の金属ロウ材を加熱溶融させて合金を形成させる際に、金属ロウ材の周囲にある内部配線導体（例えば金膜で形成）等の金属を取り込んでしまう不具合（所謂、「金食われ」）も懸念される。

特開２００２−１３５０５４号

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属ロウ材の溶融時の金属拡散を抑制し、信頼性の高い圧電振動デバイスと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ものである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、圧電振動板とパッケージ部材とが、金属ロウ材によって電気機械的に接続された圧電振動デバイスであって、前記金属ロウ材の内部で、金錫合金が形成され、該金属ロウ材の外周領域は金または金リッチな状態となっている。

上記構成によれば、金属ロウ材の内部で金錫合金が形成され、該金属ロウ材の外周領域が金または金リッチな状態となっているため、金属ロウ材の溶融時の錫の拡散を抑制することができる。具体的に、金属ロウ材の外周領域は金または金リッチな状態となっているため、前記外周領域の金が障壁となって錫の周囲への拡散を抑制することができる。なお、「金リッチ」な状態とは、金錫共晶合金（金：錫＝８０：２０）よりも金の比率が高い合金状態のことをいう。

また、上記目的を達成するために、請求項２の発明は、前記圧電振動板と前記パッケージ部材とは、前記金属ロウ材の内部で、金錫合金の状態で繋がっている。つまり、圧電振動板とパッケージ部材とは、金属ロウ材の外周領域が金または金リッチな状態で電気機械的に接続されているとともに、金属ロウ材の内部の金錫合金によっても電気機械的に接続されている。このように、金属ロウ材の外周領域が金または金リッチな状態となっているため、金属ロウ材内部の金錫合金は金比率の高い状態となっている。金比率が高くなっているため、共晶点（共晶温度）が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。これにより、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込むのを防止することができるとともに、錫が周囲へ拡散するのを抑制することができる。

また、上記目的を達成するために、請求項３の発明は、圧電振動板とパッケージ部材とが、金属ロウ材によって電気機械的に接続された圧電振動デバイスの製造方法であって、圧電振動板あるいはパッケージ部材のいずれか一方に、融点が異なる２種類の金属または、融点が異なる金属と合金で構成され、高融点の一方の金属が、低融点の他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の外側に配置された第１金属ロウ材を形成し、前記第１金属ロウ材が形成されていない圧電振動板あるいはパッケージ部材に、前記一方の金属と同材料からなる第２金属ロウ材を形成する金属ロウ材形成工程と、金属ロウ材形成工程後に、加熱溶融によって第１金属ロウ材と第２金属ロウ材とを一体化させて圧電振動板とパッケージ部材とを接合する接合工程とを、有する圧電振動デバイスの製造方法となっている。

上記製造方法によれば、前記金属ロウ材形成工程において、第１金属ロウ材は一方の金属が他方の金属の外側に配置された構造となっている。そして、第１金属ロウ材は、融点が異なる２種類の金属または、融点が異なる金属と合金とで構成され、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の方が、一方の金属よりも融点が低くなっている。また、一方の金属と同材料からなる第２金属ロウ材が形成されているので、金属ロウ材の加熱溶融時に金属ロウ材全体では一方の金属の比率が増大する。これにより、共晶点が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。したがって、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込むのを防止することができる。また、第１金属ロウ材の内側領域にある低融点金属（他方の金属）が溶融によって、周囲（具体的に圧電振動板側やパッケージ部材側）へ拡散するのを抑制することができる。

また上記製造方法によれば、前記第１金属ロウ材は一方の金属が、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の外側に配置された構造となっているので、金属ロウ材の加熱溶融後には、圧電振動板とパッケージ部材とは金属ロウ材の外周領域が一方の金属の比率が高い状態で接合された状態にすることができる。

前記接合工程において、加熱溶融によって第２金属ロウ材と前記他方の金属との合金が形成されていてもよい。このように合金を形成することによって、圧電振動板とパッケージ部材間の良好な導通（内部配線導体を経由した励振電極とパッケージ部材底面の外部端子との導通）を確保することができる。

また、前述のように金属ロウ材の外周領域は加熱溶融後に一方の金属の比率が高い状態となっているため、金属ロウ材内部の第２金属ロウ材と前記他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金は、一方の金属の比率が高い状態となっている。一方の金属の比率が高くなっているため、共晶点（共晶温度）が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。これにより、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込むのを防止することができるとともに、他方の金属が周囲へ拡散するのを抑制することができる。

前記金属ロウ材形成工程において、前記第１金属ロウ材は、一方の金属が他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の外周面を包囲するように配置されていてもよい。このような構成においても、加熱溶融によって他方の金属と第２金属ロウ材とで合金が形成される。そして、一方の金属が他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の外周面を包囲するように配置されているので、金属ロウ材の外周領域は加熱溶融後に一方の金属の比率が高い状態となり、金属ロウ材内部の第２金属ロウ材と前記他方の金属との合金を一方の金属の比率の高い状態にすることができる。このように一方の金属の比率が高くなっているため、共晶点（共晶温度）が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。これにより、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込むのを防止することができるとともに、他方の金属が周囲へ拡散するのを抑制することができる。

前記金属ロウ材形成工程において、前記第１金属ロウ材は、一方の金属が他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の全体を被覆するように配置されていてもよい。このような構成においては、第１金属ロウ材の，他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の上面にも一方の金属が存在しているため、例えば超音波印加による圧電振動板とパッケージ部材とを仮止め接合する場合でも下記効果が得られる。つまり、第１金属ロウ材の上面は一方の金属で覆われており、第２金属ロウ材と同一元素となっているので、超音波と荷重を印加して圧電振動板とパッケージ部材とを仮止め接合する際、金属原子同士が結合しやすく、弱荷重の印加で前記仮止め接合を行うことができる。すなわち、異種金属同士を仮止め接合する場合よりも与える荷重が少なくて済む。これにより、超音波印加による仮止め接合時の部材の“すべり”を抑制することができる。

なお、前記一方の金属と第２金属ロウ材とは、表面に酸化物が形成されにくく、かつ展性に富んだ金属が好ましい。その一例として、金が好ましい。

前記金属ロウ材形成工程において、前記第１金属ロウ材が、一方の金属が、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の全体を被覆するように配置され、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の、上面部分を被覆する一方の金属の厚みよりも、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の、側面部分を被覆する一方の金属の幅の方が大きく形成されていてもよい。

上記構成であれば、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の側面部分を被覆する一方の金属の幅の方が、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の上面部分を被覆する一方の金属の厚みよりも大きく形成されているので、横方向（水平方向）への他方の金属の拡散抑制効果をより高めることができる。また、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の側面の両外側に同一幅で一方の金属を形成するだけでなく、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の側面の両外側で異なる幅となるように一方の金属を形成してもよい。この場合、例えば金属ロウ材の，励振電極に近い側の一方の金属の幅が大きくなるように配置することで、圧電振動デバイスの内部方向への他方の金属の拡散をより効果的に抑制することできる。

以上のように、本発明によれば、金属ロウ材の溶融時の金属拡散を抑制し、信頼性の高い圧電振動デバイスと圧電振動デバイスの製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の断面模式図。 図１のＡ部拡大図。 本発明の第１の実施形態における水晶振動板と下パッケージ部材の部分拡大図。 本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の断面模式図。 図４のＢ部拡大図。 本発明の第２の実施形態における水晶振動板と下パッケージ部材の部分拡大図。 本発明の第２の実施形態における第１金属ロウ材の断面模式図。

−第１の実施形態−
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態においては、圧電振動板として水晶板が使用された水晶振動子を例に挙げて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す水晶振動子の断面模式図である。水晶振動子１は平面視矩形状で略直方体形状の圧電振動デバイスであり、水晶振動板２と、水晶振動板２を内部に収容する下パッケージ部材３（本実施形態では以下、ベースと略記）と、ベース３の開口部を気密封止する上パッケージ部材４（本実施形態では以下、蓋体と略記）とが主要構成部材となっている。セラミックからなるベース３の堤部３０の上面と、金属製の蓋体４の外周部とは接合材５を介して接合されている。そして、蓋体とベースとの接合によって内部空間１０が形成され、内部空間１０に水晶振動板２が収容されている。具体的に、水晶振動板２はベース３とは金属ロウ材６によって電気機械的に接続された状態となっている。

ベース３はセラミック焼成体からなる箱状体であり、平面視では矩形状となっている。ベース３の内底面３０１の一方向端部寄りの位置には、金属からなる一対の搭載パッド７，７が形成されている。ベース３の底面３０２には、外部機器等と半田等によって接合される外部端子３４が形成されている。搭載パッド７と外部端子３４とは図示しない内部配線導体によって電気的に接続されている。なお、搭載パッド７はセラミックシート上にタングステン、ニッケルの順でそれぞれ印刷技術によって積層されて形成されている。また、内底面３０１上には絶縁性材料からなる枕８が形成されている。

水晶振動板２は平面視矩形状のＡＴカット水晶板であり、表裏主面（２１，２２）には水晶板を駆動させる一対の励振電極２３，２３が各々形成されている。そして励振電極２３からは一対の引出電極２４，２４が表裏主面（２１，２２）それぞれに延出形成されている。水晶板の一主面２１側の引出電極２４は一主面２１の端部まで延出されており、水晶板の他主面２２側の引出電極２４は他主面２２の端部から水晶板の側端部を経由して一主面２１の端部まで引き回されている。これらの引出電極は平面視では重ならない位置関係となっており、それぞれ水晶板の一短辺の両端部付近まで引き出されている。なお、図１は水晶振動子の長辺方向で、他主面２２側の引出電極２４を通る直線における断面図となっている。

水晶振動板の引出電極２４の終端部と、ベースの搭載パッド７とは金属ロウ材６で接合されており、図１におけるＡ部の拡大図を図２に示す。図２に示すように、金属ロウ材６の内部では、金錫合金（ＡｕＳｎ）が形成され、該金属ロウ材の外周領域は金（または金リッチ）の領域となっている。そして金（外周領域）と金錫合金領域の間の領域には、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）の金属間化合物等が形成されていると発明者は思料している。なお、前述の「金リッチ」とは、金錫共晶合金（Ａｕ：Ｓｎ＝８０：２０）よりも金の比率が高い合金状態のことをいう。

図２に示すように、金錫合金（ＡuＳｎ）が形成された領域は、引出電極２４と搭載パッド７とを繋ぐように金属ロウ材６の内部で縦貫形成されており、これによって水晶振動板とベース間の良好な導通（内部配線導体を経由した励振電極とベース底面の外部端子との導通）を確保することができる。

また、上記構成によれば金属ロウ材６の内部で金錫合金が形成され、該金属ロウ材の外周領域が金または金リッチな状態となっているため、金属ロウ材の溶融時の錫の拡散を抑制することができる。具体的に、金属ロウ材の外周領域は金または金リッチな状態となっているため、外周領域の金が障壁となって錫の周囲への拡散を抑制することができる。

さらに、水晶振動板２とベース３とは、金属ロウ材６の外周領域が金または金リッチな状態で電気機械的に接続されているため、金属ロウ材内部の金錫合金は金比率の高い状態となっている。このように金比率が高くなることで、共晶点（共晶温度）が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の引出電極の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。これにより、溶融した金属ロウ材が周囲の引出電極の金属を取り込むのを防止することができるとともに、錫が周囲へ拡散するのを抑制することができる。

次に、本発明の第１の実施形態における水晶振動子の製造方法について、水晶振動板とベースとを接合する工程を中心に説明する。図３は本発明の第１の実施形態における水晶振動板と下パッケージ部材（ベース）の部分拡大図である。べースの内底面３０１に形成された搭載パッド７の上には第１金属ロウ材６１が形成されている。そして第１金属ロウ材６１の上面には金フラッシュメッキ層６１０が形成されている。ここで金フラッシュメッキ層６１０は金で形成された極薄状態の金属薄膜であり、後述する仮止め接合工程において、超音波印加による圧電振動板とパッケージ部材との仮止め接合を容易に行うために形成されている。

（金属ロウ材形成工程）
第１金属ロウ材６１は、融点の異なる２種離の金属で構成されている。具体的に、外側に高融点材料の一方の金属（６１１）が形成され、一方の金属の内側には低融点材料の他方の金属（６１２）が形成されている。ここで、一方の金属６１１には金が、他方の金属６１２には錫が使用されており、ともに電解メッキ法によって所定の膜厚で成膜されている。ここで、他方の金属６１２（錫）の表面には、図示しない極薄の金ストライクメッキ層（錫メッキ層上に金をメッキ形成する際のシード層の役割）が形成されている。そして、第１金属ロウ材６１の上面に金フラッシュメッキ層６１０を電解メッキ法によって形成する。ここで、金フラッシュメッキ層および金ストライクメッキ層の厚みは、一方の金属および他方の金属の形成厚みに比べて非常に薄く形成されている。一方、水晶振動板については、水晶素板に一対の励振電極２３および引出電極２４を真空蒸着法によって形成し、水晶振動板２の一主面２１側の一端に引き出された引出電極２４，２４の端部に電解メッキ法によって第２金属ロウ材６２を所定の膜厚で成膜する。

（仮止め工程）
次に、第１金属ロウ材６１が形成されたベース３に、水晶振動板２を仮止め接合する。具体的に、第１金属ロウ材６１上に、第２金属ロウ材６２が平面視で略一致するように水晶振動板２がベース３上に画像認識手段によって位置決め載置される。前記位置決め載置後に、超音波ホーンを水晶振動板に接触させた状態で加圧しながら超音波を印加する。これにより、第１金属ロウ材６１と第２金属ロウ材６２とが仮止め接合される。なお、前述の金フラッシュメッキ層６１０は、表層の金属を第２金属ロウ材６２と同種金属とすることによって金属原子同士が結合しやすく、弱荷重の印加で前記仮止め接合を行うことができる。また、フラッシュメッキ層６１０と第２金属ロウ材６２に使用されている金は、表面に酸化物が形成されにくく、かつ展性に富んでいるため、前記仮止め接合に好適である。以上のように、同種金属同士を仮止め接合する方が、異種金属同士を仮止め接合する場合よりも与える荷重が少なくて済む。これにより、超音波印加による仮止め接合時の部材の“すべり”を抑制することができる。

（接合工程）
仮止め工程の後、所定温度に加熱された雰囲気中にて、加熱溶融によって第１金属ロウ材６１と第２金属ロウ材６２とを一体化させる。これにより、水晶振動板２とベース３とを接合する（本実施形態では水晶振動板を片持ち接合）。このとき低融点材料である他方の金属６１２（錫）は加熱溶融によって金属ロウ材６の内部で拡散が生じるとともに、他方の金属６１２（金）と接した一方の金属６１１（錫）も溶融し、金属ロウ材６の内部で拡散する。さらに、金フラッシュメッキ層を介して隣接した第２金属ロウ材６２も溶融し、金属ロウ材６の内部で拡散する。前記加熱雰囲気は所定温度と所定時間に管理された温度プロファイルおよびその他諸条件によって管理されており、これにより、金属ロウ材６の内部では金錫合金が形成され、金属ロウ材６の外周領域は金または金リッチな状態に変化する。

前記接合工程の後、励振電極の質量を調整することによる周波数の微調整等を行い、ベース上部の開口部を接合材５を介して蓋体４で気密封止する。接合材５には金錫合金等の金属ロウ材が用いられる。

本発明の第１の実施形態において、図３では第２金属ロウ材６２の形成幅は、第１金属ロウ材６１の形成幅と略同一となっているが、これに限定されるものではなく、第２金属ロウ材６２と第１金属ロウ材６１の形成幅は異なっていてもよい。例えば第２金属ロウ材６２の形成幅の方を第１金属ロウ材６１の形成幅よりも大きく形成すれば、水晶振動板のベース（第１金属ロウ材６１）上への位置決め載置をより行いやすくすることができる。

本発明の製造方法によれば、前記金属ロウ材形成工程において、第１金属ロウ材６１は一方の金属６１１が他方の金属６１２の外側に配置された構造となっている。そして、第１金属ロウ材６１は、融点が異なる２種類の金属で構成され、他方の金属６１２の方が一方の金属６１１よりも融点が低くなっている。また、一方の金属６１１と同材料からなる第２金属ロウ材６２が形成されているので、金属ロウ材の加熱溶融時に金属ロウ材全体では一方の金属６１１の比率が増大する。これにより、共晶点が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の引出電極等の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。したがって、溶融した金属ロウ材が周囲の引出電極等の金属を取り込むのを防止することができる。また、第１金属ロウ材６１の内側領域にある低融点金属（他方の金属６１２）が溶融によって、周囲（具体的に水晶振動板側やベース側）へ拡散するのを抑制することができる。

また、本発明の製造方法によれば、第１金属ロウ材６１は一方の金属６１１が他方の金属６１２の外側に配置された構造となっているので、金属ロウ材の加熱溶融後には、水晶振動板とベースとは金属ロウ材６の外周領域が金または金リッチな状態で接合された状態にすることができる。

加熱溶融によって第２金属ロウ材と前記他方の金属との合金が形成されていてもよい。このように合金を形成することによって、圧電振動板とパッケージ部材間の良好な導通（内部配線導体を経由した励振電極とパッケージ部材底面の外部端子との導通）を確保することができる。

また、前述のように金属ロウ材の外周領域は加熱溶融後に金または金リッチな状態となっているため、金属ロウ材内部の金錫合金は金比率の高い状態となっている。金比率が高くなっているため、共晶点（共晶温度）が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。これにより、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込むのを防止することができるとともに、錫が周囲へ拡散するのを抑制することができる。

−第２の実施形態−
本発明の第２の実施形態を、第１の実施形態と同様に圧電振動板として水晶振動板を用いた水晶振動子を例に挙げて説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４は本発明の第２の実施形態を示す水晶振動子の長辺方向の断面模式図である。本実施形態にかかる水晶振動子１は、図４に示すように水晶振動板２と、水晶振動板２の一主面２１に形成された励振電極２３を気密封止する下パッケージ部材３（以下、下蓋部材と略記）と、水晶振動板２の他主面２２に形成された励振電極２３を気密封止する上パッケージ部材４（以下、上蓋部材と略記）が主要構成部材となっている。なお、下蓋部材３と上蓋部材４は、接合材５を介して水晶振動板２とそれぞれ接合されている。

下蓋部材３は平面視矩形状の平板であり、Ｚ板水晶が使用されている。下蓋部材３は、下蓋部材の一主面３１の外周付近の領域に水晶振動板２との接合領域を有している。下蓋部材３の一主面３１は平坦平滑面（鏡面加工）となっており、前記接合領域には接合材（図示省略）が形成されている。なお、前記接合材は水晶振動板の外周付近に形成された金属膜と加熱溶融によって一体化されて接合材５が形成されるようになっている。前記接合材は複数の金属膜が積層された構成になっており、最下層側からクロム層（図示省略）、金層（図示省略）の順に蒸着法で形成されている。そして、前記金層の上層に錫（図示省略）、金（図示省略）の順にメッキ層が電解メッキ法によって形成されている。なお、前記接合材は最下層側からクロム層と金層とが蒸着形成され、その上に金錫合金のメッキ層が積層された膜構成であってもよい。

下蓋部材３の一主面３１の，水晶振動板２との接合領域よりも内側には、電極パターン３６が形成されている（図５参照）。電極パターン３６のうち、水晶振動板の接合電極（２５）と金属ロウ材を介して接合される部分は接合電極３３となっている。電極パターン３６は、下蓋部材の厚さ方向に貫通形成された貫通導体（ビア）３４と繋がり、下蓋部材３の他主面（底面）３２に形成された外部端子３５と繋がっている。本実施形態において電極パターン３６は、クロム層の上に金層がそれぞれ蒸着法によって成膜された層構成となっている。なお、電極パターン３６と、前述の下蓋部材の外周付近の接合材のクロム層と金層とは同時に形成される。

図５に示すように、下蓋部材の接合電極３３の上には、第１金属ロウ材６１が形成されている。第１金属ロウ材６１は、一方の金属６１１と他方の金属６１２とで構成されている。一方の金属６１１は金、他方の金属６１２は錫で構成されており、ともに電解メッキ法によって形成されている。一方の金属６１１は他方の金属６１２全体を被覆するように配置されている。ここで、他方の金属６１２（錫）の表面には、図示しない極薄の金ストライクメッキ層（錫メッキ層上に金をメッキ形成する際のシード層の役割）が形成されている。図５に示すように、他方の金属６１２の上面部分を被覆する一方の金属６１１の厚みよりも、他方の金属６１２の側面部分を被覆する一方の金属６１１の幅の方が大きく形成されている。そして、他方の金属６１２の側面部分を包囲する一方の金属６１１の幅は略一定となっている。つまり、図５において他方の金属６１２は、一方の金属６１１の幅方向の略中央に配置されている。

図４において水晶振動板２は、所定の角度で切り出されたＡＴカット水晶板である。水晶振動板２は、励振電極２３が形成された薄肉領域の振動部２０と、振動部２０の一主面２１の外周領域に形成された突起部２６と、薄肉部２７と枠部２８とを備え、これらは一体的に成形されている。ここで枠部２８は振動部２０を環状に包囲し、振動部よりも厚肉に形成されている。なお、突起部２６の上面と枠部２８の一主面とは略同一平面上に位置するように成形されている。また、薄肉部２７は振動部２０と枠部２８との間に形成され、振動部２０よりも薄肉に形成されている。

水晶振動板２の振動部２０および突起部２６、薄肉部２７はウエットエッチングによって成形されている。そして、振動部２０の表裏主面（一主面２１と他主面２２）には一対の励振電極２３，２３が蒸着法によって対向形成されている。本実施形態では励振電極２３は振動部２０の表裏主面に、下から順に、クロム，金の膜構成で形成されている。なお、前記電極の膜構成はこれに限定されるものではなく、その他の膜構成であってもよい。

水晶振動板の表裏主面の励振電極２３からは引出電極２４が各々導出形成されている。他主面２２側の励振電極２３から引き出された引出電極２４は、振動部２０を厚さ方向に貫いて一主面２１側へ導出されている。そして、引出電極２４は突起部２６（図４では左側にある突起部）の表面を覆うように該突起部の外側部分まで導出されている。なお、引出電極のうち、突起部２６の表面に形成された導体部分は接合電極２５となっている。一方、一主面２１側の励振電極２３から引き出された引出電極２４は突起部２６（図４では右側にある突起部）の表面を覆うように該突起部の外側部分まで導出されている。なお、引出電極のうち、突起部２６の表面に形成された導体部分は接合電極２５となっている。前述の接合電極２５の上部には第２金属ロウ材６２（図５参照）が形成される。本実施形態では第２金属ロウ材６２は金が電解メッキ法によって形成されている。

水晶振動板２の両主面２１，２２および枠部２８の表裏主面は鏡面加工仕上げとなっており、平坦平滑面として成形されている。水晶振動板２では、枠部２８の表裏主面は下蓋部材３と上蓋部材４との接合面として構成され、振動部２０が振動領域として構成される。そして枠部２８の表裏主面には下蓋部材３または上蓋部材４と接合するための接合材（図示省略）が形成されている。ここで枠部２８の表裏主面に各々形成される接合材の形成幅は略同一となっているとともに、同一膜構成となっている。本実施形態では枠部２８の表裏主面に各々形成される接合材は、最下層側からクロム層（図示省略）と金層（図示省略）とが蒸着法によって形成され、その上に金メッキ層（図示省略）が電解メッキ法によって積層された構成となっている。なお、枠部２８の表裏主面にそれぞれ形成される接合材の形成幅は、前述の下蓋部材と後述する上蓋部材の各々の蓋部材の外周付近に形成される接合材と略同一となっている。

図５に示すように、下蓋部材の接合電極３３と、水晶振動板の接合電極２５とは、第１金属ロウ材６１および第２金属ロウ材６２とを介して接合されることになる。

図４において上蓋部材４は平面視矩形状の平板であり、下蓋部材３と同様にＺ板水晶が使用されている。平面視において上蓋部材４の外形寸法は水晶振動板２の外形寸法と略同一となっており、上蓋部材４の水晶振動板２との接合面側は平坦平滑面（鏡面加工）となっている。上蓋部材４の外周付近の水晶振動板２との接合領域には、接合材（図示省略）が形成されている。なお、前記接合材は水晶振動板の外周付近に形成された金属膜と加熱溶融によって一体化されて接合材５が形成されるようになっている。前記接合材は複数の金属膜が積層された構成になっており、最下層側からクロム層（図示省略）と金層（図示省略）の順に蒸着法で形成されている。そして前記金層の上層に錫（図示省略）、金（図示省略）の順にメッキ層が電解メッキ法によって形成されている。なお、前記接合材は最下層側からクロム層と金層とが蒸着形成され、その上に金錫合金のメッキ層が積層された膜構成であってもよい。

次に、本発明の第２の実施形態における水晶振動子１の製造方法について、水晶振動板と蓋部材とを接合する工程を中心に説明する。

まず、多数個の前記下蓋部材が一体成形された，Ｚ板水晶からなるウエハを用意する。次に、前記ウエハの一主面３１に形成された各下蓋材領域の所定位置に、貫通導体３４、下蓋材側の接合材の一部（クロムと金）および電極パターン３６、外部端子３５を形成する（以上、図示省略）。

（金属ロウ材形成工程）
そして、下蓋材側の接合材の一部（金層）の上に電解メッキ法によって、錫メッキ層と金メッキ層を形成する。これにより、下蓋材側の接合材が形成される（図示省略）。一方、電極パターン３６（接合電極３３）の上に電解メッキ法によって、図５のような構造で一方の金属と他方の金属とを形成する。これにより、第１金属ロウ材６１が形成される。ここで、第１金属ロウ材６１は、融点の異なる２種離の金属で構成されている。具体的に、外側に高融点材料の一方の金属６１１が形成され、一方の金属の内側には低融点材料の他方の金属６１２が形成されている。ここで、一方の金属６１１には金が、他方の金属６１２には錫が使用されており、一方の金属６１１が他方の金属６１２全体を被覆するように配置されている。ここで、金フラッシュメッキ層および金ストライクメッキ層の厚みは、一方の金属および他方の金属の形成厚みに比べて非常に薄く形成されており、本実施形態では金フラッシュメッキ層は０．６〜１．４μｍ、金ストライクメッキ層は金フラッシュメッキ層よりもさらに薄膜で形成されている。

前記第１金属ロウ材６１の形成は、まず電極パターン３６（接合電極３３）上に錫（他方の金属）を電解メッキ法によって形成する。このとき、接合電極および下蓋部材の外周部の接合材形成領域以外にはメッキされないようにレジストを用いてマスキング処理が行われる。接合電極上に錫メッキ層を形成した後、レジストを剥離し、下蓋部材の一方の金属を形成する領域および下蓋部材の外周付近の接合材形成領域が開口したレジストを形成する。そして錫メッキ層（他方の金属）の表面および、前記レジスト開口部に、シード層となる金ストライクメッキ層を電解メッキ法によって被着させる。この状態で、電解メッキ法によって金（一方の金属）を形成した後、レジストを剥離する。これにより、第１金属ロウ材６１が形成される。

（仮止め工程）
次に、ウエハの各下蓋部材領域の接合材上に、個片状態の水晶振動板２，２・・・，２を画像認識手段によって、該水晶振動板の一主面２１が下蓋部材の一主面３１と対向するように位置決め載置する。このとき、各下蓋部材３の接合材と、水晶振動板の枠部２８の下蓋部材との接合面側に形成された接合材とは平面視で略一致するように位置決め載置されている。また、下蓋部材３の一主面３１に形成された接合電極３３上の第１金属ロウ材６１と、水晶振動板２の接合電極２５に形成された第２金属ロウ材６２も平面視で略一致するように位置決め載置されている。そして、位置決め載置後に超音波ホーンを水晶振動板２に接触させた状態で加圧しながら超音波を印加する。これにより、第１金属ロウ材６１と第２金属ロウ材６２、下蓋部材３の接合材と水晶振動板の枠部２８の接合材とが仮止め接合される（下蓋部材３と水晶振動板２とが仮止め接合される）（以上、図示省略）。

水晶振動板と下蓋部材との仮止め接合後、水晶振動板２の励振電極の質量を調整することによる周波数の微調整等を行う。その後、上蓋部材４を水晶振動板２に仮止め接合する。具体的に、仮止め接合された各水晶振動板の他主面２２に、上蓋部材の一主面が対向するように個片状態の上蓋部材４，４・・・，４を画像認識手段によって位置決め載置する。このとき、各上蓋部材４の接合材と、各水晶振動板の枠部２８の上蓋部材との接合面側の接合材とは平面視で略一致するように位置決め載置されている。そして、上蓋部材の水晶振動板への位置決め載置後に、超音波ホーンを上蓋部材に接触させた状態で加圧しながら超音波を印加する。これにより、上蓋部材４と水晶振動板２とが仮止め接合される（以上、図示省略）。

（接合工程）
仮止め工程の後、所定温度に加熱された雰囲気中にて、加熱溶融によって第１金属ロウ材６１と第２金属ロウ材６２とを一体化させる。また、同時に水晶振動板と上蓋部材および下蓋部材のそれぞれに形成された接合材も前記加熱溶融によって一体化される。これにより、上蓋部材４と水晶振動板２と下蓋部材３とを接合（接合）する。このとき低融点材料である他方の金属６１２（錫）は加熱溶融によって金属ロウ材６の内部で拡散が生じるとともに、他方の金属６１２（金）と接した一方の金属６１１（錫）も溶融し、金属ロウ材６の内部で拡散する。さらに、一方の金属６１１と接した第２金属ロウ材６２も溶融し、金属ロウ材６の内部で拡散する。前記加熱雰囲気は所定温度と所定時間に管理された温度プロファイルおよびその他諸条件によって管理されており、これにより、金属ロウ材６の内部では金錫合金が形成され、金属ロウ材６の外周領域は金または金リッチな状態に変化する。なお、本実施形態では、真空雰囲気下において下蓋部材３と水晶振動板２と上蓋部材４との仮止接合および接合を行っているが、窒素などの不活性ガス雰囲気中で前記接合を行ってもよい。

（個割り工程）
前記接合工程の後、ウエハ状態で繋がっている下蓋部材をダイシングによって切断する。具体的に、上蓋部材と水晶振動板が接合された下蓋部材の隣接する水晶振動子間をダイシングによって個割り切断することによって、多数個の水晶振動子１，１・・・，１が一括同時に得られる。

本発明の第２の実施形態において、加熱溶融によって他方の金属と第２金属ロウ材とで合金が形成される。そして、一方の金属が他方の金属の外周面を包囲するように配置されているので、金属ロウ材の外周領域は加熱溶融後に金リッチな状態となり、金属ロウ材内部の金錫合金を金比率の高い状態にすることができる。このように金比率が高くなっているため、共晶点（共晶温度）が上昇し、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体（電極パターン３６）等の金属を取り込む前に、金属ロウ材の溶融が終了する。これにより、溶融した金属ロウ材が周囲の内部配線導体等の金属を取り込むのを防止することができるとともに、錫が周囲へ拡散するのを抑制することができる。

本発明の第２の実施形態において、低融点金属（他方の金属）の側面部分を被覆する一方の金属の幅の方が、他方の金属の上面部分を被覆する一方の金属の厚みよりも大きく形成されている。このため、横方向（水平方向）への低融点金属（他方の金属）の拡散抑制効果をより高めることができる。

−第２の実施形態の変形例−
本発明の第２の実施形態の変形例を図６乃至７に示す。図６では、第１金属ロウ材６１は、一方の金属６１１は他方の金属６１２全体を被覆するように配置されている。ここで、第２の実施形態と同様に他方の金属６１２（錫）の表面には、図示しない極薄の金ストライクメッキ層が形成されている。

図７に示すように、他方の金属６１２の上面部分を被覆する一方の金属６１１の厚み（ｃ）よりも、他方の金属６１２の側面部分を被覆する、一方の金属６１１の幅（ａ，ｂ）の方が大きく形成されている。そして、他方の金属６１２の両側面から一方の金属６１１の両外側面までの距離（幅）は、他方の金属金属６１２の左右で異なっている。つまり、図７のａとｂの寸法は不等式では、「ａ＜ｂ」の関係となっている。

図７では、励振電極に近い側の一方の金属６１１の幅（ｂ）を、励振電極から遠い側の一方の金属６１１の幅（ａ）よりも大きくなるように、他方の金属６１２の両側面外側に一方の金属６１１を配置されている。一方の金属６１１をこのような配置にすることによって、水晶振動子の内部方向への、他方の金属６１２（低融点金属）の拡散をより効果的に抑制することできる。つまり、他方の金属６１２を第１金属ロウ材６１内で、より励振電極から離間する方向に位置させることによって、励振電極までの経路長を拡大できるためである。

本発明の第２の実施形態において、振動部２０は外周に突起部２６が形成された逆メサ形状であり、振動部２０の外側に薄肉部２７が形成された構造となっているが、本発明の適用は前記構造に限定されるものではない。例えば、薄肉部を形成せず、枠部の内側を平板とし、部分的に貫通孔を設けた形状であってもよい。また、振動部の外周に突起部が形成されていない構造に対しても本発明は適用可能である。

また、本発明の第２の実施形態では、２つのパッケージ部材（上蓋部材および下蓋部材）の材料として水晶が使用されているが、水晶以外にガラスやサファイアを使用してもよい。

上述した本発明の第１および第２の実施形態では、第１金属ロウ材の，一方の金属に金を、他方の金属に錫を用い、第２金属ロウ材に金を用いている。つまり金と錫の組み合わせとなっているが、本発明の適用は前記組み合わせに限定されるものではなく、他の組み合わせであってもよい。すなわち、共晶合金を形成する他の金属の組み合わせであってもよく、例えば金とゲルマニウム、金とシリコン、銀とゲルマニウム、銀とシリコン等の組み合わせであってもよい。また、他方の金属は低融点の単一元素の金属だけでなく、一方の金属と他方の金属の合金であってもよい。例えば一方の金属に金を、他方の金属に金錫を用いてもよい。

本発明の実施形態では表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、集積回路等の電子部品に水晶振動子を組み込んだ水晶発振器など、電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスの製造方法にも適用可能である。

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、上述の実施の形態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。

圧電振動デバイスの量産に適用できる。

１ 水晶振動子
２ 水晶振動板
２３ 励振電極
２４ 引出電極
２５，３３ 接合電極
３ 下パッケージ部材
３５ 外部端子
４ 上パッケージ部材
５ 接合材
６ 金属ロウ材
６１ 第１金属ロウ材
６１１ 一方の金属
６１２ 他方の金属
６２ 第２金属ロウ材
７ 搭載パッド

Claims (7)

1. 圧電振動板とパッケージ部材とが、金属ロウ材によって電気機械的に接続された圧電振動デバイスであって、
   前記金属ロウ材の内部で、金錫合金が形成され、該金属ロウ材の外周領域は金または金リッチな状態となっていることを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 前記圧電振動板と前記パッケージ部材とは、前記金属ロウ材の内部で、金錫合金の状態で繋がっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動デバイス。
3. 圧電振動板とパッケージ部材とが、金属ロウ材によって電気機械的に接続された圧電振動デバイスの製造方法であって、
   圧電振動板あるいはパッケージ部材のいずれか一方に、融点が異なる２種類の金属または、融点が異なる金属と合金で構成され、高融点の一方の金属が、低融点の他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の外側に配置された第１金属ロウ材を形成し、
   前記第１金属ロウ材が形成されていない圧電振動板あるいはパッケージ部材に、前記一方の金属と同材料からなる第２金属ロウ材を形成する金属ロウ材形成工程と、
   金属ロウ材形成工程後に、加熱溶融によって第１金属ロウ材と第２金属ロウ材とを一体化させて圧電振動板とパッケージ部材とを接合する接合工程とを、
   有する圧電振動デバイスの製造方法。
4. 前記接合工程において、加熱溶融によって前記第２金属ロウ材と前記他方の金属との合金が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電振動デバイスの製造方法。
5. 前記金属ロウ材形成工程において、前記第１金属ロウ材は、一方の金属が、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の外周面を包囲するように配置されていることを特徴とする請求項３乃至４に記載の圧電振動デバイスの製造方法。
6. 前記金属ロウ材形成工程において、前記第１金属ロウ材は、一方の金属が、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の全体を被覆するように配置されていることを特徴とする請求項３乃至４に記載の圧電振動デバイスの製造方法。
7. 前記金属ロウ材形成工程において、前記第１金属ロウ材が、一方の金属が、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の全体を被覆するように配置され、
   他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の、上面部分を被覆する一方の金属の厚みよりも、他方の金属もしくは一方の金属と他方の金属の合金の、側面部分を被覆する一方の金属の幅の方が大きく形成されていることを特徴とする請求項６に記載の圧電振動デバイスの製造方法。

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