JP2002050937A - Method for manufacturing quartz oscillator chip, and quartz device - Google Patents
Method for manufacturing quartz oscillator chip, and quartz deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶デバイスのパ
ッケージ内に収容される水晶振動片を製造する方法の改
良と、そのような製造方法による水晶振動片を使用した
水晶デバイスに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a method for manufacturing a crystal resonator element housed in a package of a crystal device, and to a crystal device using the crystal resonator element by such a manufacturing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１８は、水晶振動子等の水晶デバイス
に使用される水晶振動片を製造する場合の従来の製造工
程を簡単に示すフローチャートである。2. Description of the Related Art FIG. 18 is a flowchart schematically showing a conventional manufacturing process for manufacturing a crystal resonator element used for a crystal device such as a crystal resonator.
【０００３】図において、先ず、電圧を印加することに
より、振動を生じる圧電材料として、所定の結晶成長工
程により得た人工水晶の原石を切断し、水晶ウエハを形
成する。そして、この水晶ウエハを研磨して、ウエハの
表裏両面の平行度を高めると共に、決められた厚みに調
整する。そして、加工後の水晶ウエハを切断して、水晶
振動片を形成するためのチップの大きさとすると共に、
切断端面を研磨して、水晶片を得る（ＳＴ１）。In the figure, first, a rough quartz crystal obtained by a predetermined crystal growth process is cut as a piezoelectric material that generates vibration by applying a voltage, thereby forming a quartz wafer. Then, the quartz wafer is polished to increase the parallelism of the front and back surfaces of the wafer, and is adjusted to a predetermined thickness. Then, the crystal wafer after processing is cut to have a chip size for forming a crystal vibrating piece,
The cut end face is polished to obtain a crystal piece (ST1).
【０００４】次いで、この水晶片の表面（表裏両面）
に、蒸着等により電極膜を形成する。すなわち、圧電体
である水晶片に電極を形成して、所定の振動を生じさせ
るために、その表面には励振電極と、この励振電極と外
部から駆動電圧を供給するための外部電極を接続するた
めの引き出し電極が設けられる（ＳＴ２）。Next, the surface (both front and back) of this crystal blank
Next, an electrode film is formed by vapor deposition or the like. That is, in order to form an electrode on a quartz crystal piece which is a piezoelectric body and generate a predetermined vibration, an excitation electrode and an external electrode for supplying a drive voltage from the outside to the excitation electrode are connected to the surface thereof. Electrodes are provided (ST2).
【０００５】図１９（ａ）は、上記電極膜８の膜構造を
示している。水晶片２の上には、先ず下地層としてＣｒ
が蒸着等により成膜され、その上に上層として、例えば
銀による電極層４が形成される。FIG. 19A shows a film structure of the electrode film 8. On the crystal blank 2, first, as an underlayer, Cr
Is formed by vapor deposition or the like, and an electrode layer 4 made of, for example, silver is formed thereon as an upper layer.
【０００６】次に、図２１に示すように、外部電極であ
る給電電極６を半田を用いて接合し（ＳＴ３）、続い
て、アニール処理をして、この接合工程迄に加えられた
内部応力を除去する（ＳＴ４）。Next, as shown in FIG. 21, the power supply electrode 6, which is an external electrode, is joined by using solder (ST3), and subsequently, an annealing process is performed to apply an internal stress applied up to this joining step. Is removed (ST4).
【０００７】そして、ＳＴ２で形成した電極膜８の質量
を調整して、つまり、電極層４の成分を追加して重りつ
けしたり、あるいは電子ビームやイオンビームもしくは
レーザ光を照射したり、反応性ガスプラズマを用いた化
学反応等の手段によって、電極層４の金属被膜を微妙に
除去してその質量を削減する周波数調整する（ＳＴ
５）。すなわち、水晶振動片の所望の周波数に対して、
実際の振動周波数を調整して、その所望の振動性能に合
わせ込みを行う。Then, the mass of the electrode film 8 formed in ST2 is adjusted, that is, the components of the electrode layer 4 are added and weighted, or an electron beam, an ion beam, or a laser beam is irradiated, or The frequency is adjusted to reduce the mass by delicately removing the metal film of the electrode layer 4 by means such as a chemical reaction using reactive gas plasma (ST).
5). In other words, for a desired frequency of the quartz vibrating piece,
The actual vibration frequency is adjusted to match the desired vibration performance.
【０００８】周波数調整が終了したら、真空中や窒素雰
囲気中で、パッケージ内に水晶振動片を封止し（ＳＴ
６）、水晶振動子が形成され、実装の態様により、面実
装の場合には、この水晶振動子を樹脂モールドする（Ｓ
Ｔ７）。この時、水晶振動片には、加熱ストレスがかか
ることになる。After the frequency adjustment is completed, the crystal resonator element is sealed in a package in a vacuum or nitrogen atmosphere (ST
6) A quartz oscillator is formed, and in the case of surface mounting, this quartz oscillator is resin-molded depending on the mounting mode (S).
T7). At this time, heating stress is applied to the crystal vibrating piece.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな製造工程により作られた圧電振動片を利用した圧電
デバイスでは、図２０に示すように、その製品が高い温
度環境、例えば、摂氏１２５度程度の環境にあると、振
動周波数が変化してしまうという問題があった。By the way, in the case of a piezoelectric device using the piezoelectric vibrating reed manufactured by the above-described manufacturing process, as shown in FIG. 20, the product is placed in a high temperature environment, for example, 125 degrees Celsius. Under such an environment, there is a problem that the vibration frequency changes.
【００１０】この場合、圧電振動片の振動周波数は、低
くなるように変化している。これにより、所望の振動性
能が保持できないという問題がある。In this case, the vibration frequency of the piezoelectric vibrating piece changes so as to be lower. As a result, there is a problem that desired vibration performance cannot be maintained.
【００１１】そして、このような変動の原因として、上
述した製造工程上の問題が考えられる。As a cause of such a variation, the above-described problem in the manufacturing process can be considered.
【００１２】すなわち、上記ＳＴ３の給電電極（リー
ド）６の半田接合工程以降において、圧電振動片に熱が
加わる（ＳＴ４、ＳＴ７）と、図２１のような過程が進
行すると考えられる。先ず、給電電極６は、半田成分が
熱により電極膜８の表面に拡散して接合が行われる。と
ころが、この半田成分は、接合後に上述した製造工程の
例えばＳＴ４のアニール処理や、ＳＴ７のモールド工程
等において、高温環境に置かれると、矢印に示すよう
に、電極層４の中にさらに拡散していく。That is, when heat is applied to the piezoelectric vibrating reed (ST4, ST7) after the soldering step of the power supply electrode (lead) 6 in ST3, it is considered that the process shown in FIG. 21 proceeds. First, the power supply electrode 6 is joined by diffusing the solder component to the surface of the electrode film 8 by heat. However, this solder component further diffuses into the electrode layer 4 as shown by an arrow when placed in a high-temperature environment in the above-described manufacturing process such as the annealing process in ST4 or the molding process in ST7 after the joining, for example. To go.
【００１３】この場合、半田成分は、矢印に示すよう
に、主として電極層４の表面に先ず拡散し、この拡散し
た半田成分が電極膜８の質量を増加させて、上述したよ
うな周波数の変化となって悪影響を及ぼしている。In this case, as indicated by the arrow, the solder component first diffuses mainly on the surface of the electrode layer 4, and the diffused solder component increases the mass of the electrode film 8, thereby causing the above-mentioned change in frequency. This has had an adverse effect.
【００１４】これに対して、図１９（ｂ）や図２１に示
されているように、この高温下では、下地層３のクロム
成分も、これと接する上層の電極層４に拡散して、拡散
層５を形成している。これにより、図２１の右側に示す
ように、下地層３の上にわずかにクロム成分が拡散して
いるが、電極層４の表面には、殆ど影響を与えていな
い。On the other hand, as shown in FIG. 19 (b) and FIG. 21, at this high temperature, the chromium component of the underlayer 3 also diffuses into the upper electrode layer 4 in contact with the underlayer. The diffusion layer 5 is formed. Thereby, as shown on the right side of FIG. 21, the chromium component is slightly diffused on the underlayer 3, but hardly affects the surface of the electrode layer 4.
【００１５】ここで、電極層４内に、クロム等のある種
の金属成分が拡散していた場合に、上記半田成分の拡散
が防止できることが判明している。しかしながら、図１
９のような電極膜８の構造では、クロム成分は、下地層
３の接する領域の近傍にしか拡散せず、一方、半田成分
は、下地層３のある側とは反対の電極層４の表面に多く
拡散するため、クロムの拡散による上述したような半田
拡散の抑止効果が期待できない。本発明は、上記課題を
解消して、電極膜中に高融点金属成分を十分に拡散混合
させて、振動特性の悪化を阻止することができる水晶振
動片の製造方法と、そのような特性をもつ水晶振動片を
使用した水晶デバイスを提供することを目的とする。Here, it has been found that when a certain metal component such as chromium diffuses into the electrode layer 4, the diffusion of the solder component can be prevented. However, FIG.
In the structure of the electrode film 8 as shown in FIG. 9, the chromium component diffuses only in the vicinity of the region where the underlayer 3 is in contact, while the solder component is dispersed on the surface of the electrode layer 4 opposite to the side of the underlayer 3. Therefore, the effect of suppressing the diffusion of solder as described above due to the diffusion of chromium cannot be expected. The present invention solves the above-mentioned problems, sufficiently diffuses and mixes a high-melting-point metal component in an electrode film, and prevents a deterioration in vibration characteristics. It is an object of the present invention to provide a crystal device using a crystal resonator element having the same.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１の
発明によれば、水晶片の表面に駆動電圧が印加される励
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、水晶ブロックを切断して
得た水晶ウエハから前記水晶片を形成し、この水晶片の
表面に、高融点金属による下地層と、下地層の上に設け
られ、前記高融点金属と導体金属との混合層でなる中間
層と、この中間層の上に設けられ、前記導体金属からな
る上層とを備えた電極膜を形成し、前記電極膜の接続電
極に前記給電電極を当接して半田により接合し、次い
で、熱処理することにより、前記接合工程までに前記水
晶片に加わった応力を緩和すると共に、前記中間層の材
料成分（高融点金属成分）を前記上層に拡散させて、こ
の上層の表面に析出させ、さらに、前記電極膜の表面に
対して、質量増加または質量削減処理を行うことで周波
数調整する、水晶振動片の製造方法により、達成され
る。According to the first aspect of the present invention, there is provided an excitation electrode to which a driving voltage is applied to the surface of a crystal blank, and a connection which is connected to the excitation electrode via an extraction electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating reed in which a power supply electrode for applying a driving voltage from the outside is joined to the connection electrode, wherein the crystal wafer is obtained by cutting a crystal block. Forming a crystal blank, on the surface of the crystal blank, a base layer of a high melting point metal, an intermediate layer provided on the base layer, and a mixed layer of the high melting point metal and the conductive metal, Forming an electrode film including an upper layer formed of the conductive metal, and abutting the power supply electrode to a connection electrode of the electrode film and bonding the same by soldering; Stress applied to the crystal blank by At the same time, the material component (the high melting point metal component) of the intermediate layer is diffused into the upper layer and deposited on the surface of the upper layer, and the surface of the electrode film is subjected to a mass increase or mass reduction treatment. This is achieved by a method of manufacturing a crystal vibrating piece that adjusts the frequency by performing.
【００１７】請求項１の構成によれば、この製造方法に
よる水晶振動片は、電極膜の膜構成として、高融点金属
による下地層と、下地層の上に設けられ、前記高融点金
属と導体金属との混合層でなる中間層と、この中間層の
上に設けられ、前記導体金属からなる上層とを有してい
る。According to the structure of the first aspect, the quartz vibrating reed by this manufacturing method is provided as a film configuration of the electrode film, a base layer made of a high melting point metal, and provided on the base layer. It has an intermediate layer made of a mixed layer with a metal, and an upper layer provided on the intermediate layer and made of the conductive metal.
【００１８】そして、この電極膜の接続電極に前記給電
電極を当接して半田により接合し、次いで、熱処理する
ことにより、前記接合工程までに前記水晶片に加わった
応力を緩和すると共に、前記中間層の材料成分を前記上
層に拡散させて、この上層の表面に析出させている。Then, the power supply electrode is brought into contact with the connection electrode of the electrode film and joined by soldering, and then, by heat treatment, the stress applied to the crystal blank until the joining step is relieved, and The material components of the layer are diffused into the upper layer and deposited on the surface of the upper layer.
【００１９】ここで、高融点金属とは、後述するよう
に、電極層に拡散させることで、半田の拡散を妨げる作
用があるものであり、クロム等後述する金属材料が含ま
れる。Here, as described later, the high-melting point metal has a function of preventing diffusion of solder by being diffused into the electrode layer, and includes a metal material described later such as chromium.
【００２０】本発明等は、特に、下地層の高融点金属成
分を、電極膜の厚み方向に積極的に拡散させる条件を検
討した結果、前記高融点金属と導体金属との混合層でな
る中間層を設けることと、接合工程の後で、積極的に熱
処理を行うことを案出した。つまり、製造後、もしくは
電極膜形成後に高温度環境に置くことは、上述したよう
に接合で利用した半田成分を電極膜に拡散させることに
つながる。したがって、単純な熱処理工程の追加は、課
題解決にはならない。本発明者等は、高融点金属成分の
拡散のための熱処理工程を導入しつつ、半田の拡散を阻
止する条件を種々検討し、本発明では、上述したよう
に、下地層の上に中間層を設け、この下地層及び中間層
の高融点金属成分を積極的に電極層の上まで析出させる
ような熱処理工程を工夫することで、これをなし得たも
のである。According to the present invention and the like, in particular, as a result of examining conditions for positively diffusing the high melting point metal component of the underlayer in the thickness direction of the electrode film, the intermediate layer composed of the mixed layer of the high melting point metal and the conductive metal is examined. It has been proposed to provide a layer and to actively perform a heat treatment after the bonding step. In other words, placing the device in a high temperature environment after manufacturing or after forming the electrode film leads to diffusion of the solder component used for bonding into the electrode film as described above. Therefore, the addition of a simple heat treatment step does not solve the problem. The present inventors have studied various conditions for preventing the diffusion of solder while introducing a heat treatment step for diffusing the refractory metal component. In the present invention, as described above, the intermediate layer This was achieved by devising a heat treatment step for positively depositing the high melting point metal component of the underlayer and the intermediate layer onto the electrode layer.
【００２１】これにより、電極膜の表面まで析出した高
融点金属成分があることから、この電極膜の表面まで、
高融点金属が混合していると考えられる。これにより、
半田成分は、以後の実装工程等における高温度環境下に
おいても、電極膜表面にそって拡散されにくく、拡散し
た半田成分が電極膜の質量増加となってしまうことがな
い。As a result, since there is a high melting point metal component deposited on the surface of the electrode film,
It is considered that the refractory metal is mixed. This allows
The solder component is not easily diffused along the surface of the electrode film even in a high temperature environment in a subsequent mounting process or the like, and the diffused solder component does not increase the mass of the electrode film.
【００２２】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、前記高融点金属として、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｒのうちの１種が用いられ、
前記導体金属として、ＡｕまたはＡｇのどちらか１種が
用いられることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, Ti, V, Cr, Nb, T
a, Hf, Mo, Ni, or Zr is used,
One of Au and Ag is used as the conductive metal.
【００２３】請求項２の構成によれば、これらの各金属
は、後述するように、半田拡散を有効に防止することが
できる。According to the configuration of claim 2, each of these metals can effectively prevent the diffusion of solder as described later.
【００２４】請求項３の発明は、請求項１または２の構
成において、前記下地層の膜厚が５ｎｍ以上で、前記中
間層の前記高融点金属と導体金属との混合比が、高融点
金属の原子比が４パーセント以上、４０パーセント以下
であり、かつ、前記中間層と前記上層とを合わせた膜厚
が１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下で、前記上層のみの膜
厚が３０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下であることを特徴とす
る。According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the underlayer has a thickness of 5 nm or more, and the mixing ratio of the high melting point metal and the conductor metal in the intermediate layer is high melting point metal. The atomic ratio is 4% or more and 40% or less, and the total thickness of the intermediate layer and the upper layer is 150 nm or more and 500 nm or less, and the thickness of only the upper layer is 30 nm or more and 180 nm or less. Features.
【００２５】請求項３の構成によれば、下地層の膜厚が
５ｎｍ未満であると、水晶と中間層との密着強度が不足
する。下地層の膜厚に上限はないが、例えば真空蒸着等
の既存の製法の範囲内で製品を製造する上で、自ずから
膜厚には制約が生じる。According to the third aspect, when the thickness of the underlayer is less than 5 nm, the adhesion strength between the quartz and the intermediate layer is insufficient. Although there is no upper limit to the thickness of the underlayer, there is naturally a restriction on the film thickness when manufacturing a product within the range of an existing manufacturing method such as vacuum evaporation.
【００２６】また中間層の前記高融点金属と導体金属と
の混合比は、高融点金属の原子比が４パーセント以上、
４０パーセント以下である。高融点金属が原子比で４パ
ーセント未満であると、上記半田拡散防止効果が低下も
しくは失われる。高融点金属が原子比で４０パーセント
を越えると、製品の完成後の時間経過により周波数変化
が生じたりＣＩ値の悪影響が生じる。The mixing ratio of the high melting point metal and the conductor metal in the intermediate layer is such that the atomic ratio of the high melting point metal is at least 4%,
Less than 40 percent. If the high melting point metal is less than 4% in atomic ratio, the above-mentioned solder diffusion preventing effect is reduced or lost. If the refractory metal exceeds 40% in atomic ratio, the frequency will change over time after the completion of the product, or the CI value will be adversely affected.
【００２７】また、前記中間層と前記上層とを合わせた
膜厚が１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である点について
は、この範囲においては、製品のＣＩ（クリスタルイン
ピーダンス）値に関して、この範囲であれば問題がな
い。In addition, the point that the total film thickness of the intermediate layer and the upper layer is 150 nm or more and 500 nm or less is within this range with respect to the CI (crystal impedance) value of the product. Absent.
【００２８】さらに、前記上層のみの膜厚が３０ｎｍ以
上ないと、電極機能が不十分となり、１８０ｎｍを越え
ると、高融点金属成分の膜厚方向への拡散が不十分にな
る。If the thickness of the upper layer alone is not more than 30 nm, the electrode function becomes insufficient, and if it exceeds 180 nm, the diffusion of the refractory metal component in the thickness direction becomes insufficient.
【００２９】上記目的は、請求項４の発明によれば、水
晶片の表面に駆動電圧が印加される励振電極と、この励
振電極と引き出し電極を介して接続された接続電極とを
備え、この接続電極に対して、外部からの駆動電圧を印
加するための給電電極が接合される水晶振動片の製造方
法であって、水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハか
ら前記水晶片を形成し、この水晶片の表面に、高融点金
属による下地層と、下地層の上に設けられ、導体金属で
なる上層とを備えた電極膜を形成し、前記電極膜の接続
電極に前記給電電極を当接して半田により接合し、前記
電極膜の少なくとも前記励振電極部分の前記上層の上に
前記高融点金属により最表面層を形成し、次いで、熱処
理することにより、前記接合工程までに前記水晶片に加
わった応力を緩和すると共に、前記下地層の材料成分を
前記上層に拡散させるとともに、前記最表面層の材料成
分を前記上層に拡散させ、さらに、前記電極膜の表面に
対して、質量増加または質量削減処理を行うことで周波
数調整する、水晶振動片の製造方法により、達成され
る。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an excitation electrode to which a driving voltage is applied to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating reed in which a power supply electrode for applying an external drive voltage is connected to a connection electrode, wherein the crystal reed is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, An electrode film including a base layer made of a high melting point metal and an upper layer provided on the base layer and made of a conductive metal is formed on the surface of the crystal blank, and the power supply electrode is applied to a connection electrode of the electrode film. In contact with and joined by solder, forming an outermost surface layer of the refractory metal on the upper layer of at least the excitation electrode portion of the electrode film, and then performing a heat treatment on the crystal blank by the joining step. Relieves applied stress At the same time, the material component of the underlayer is diffused into the upper layer, and the material component of the outermost layer is diffused into the upper layer. Further, the surface of the electrode film is subjected to a mass increase or mass reduction process. This is achieved by a method of manufacturing a crystal vibrating piece that adjusts the frequency.
【００３０】請求項４の構成によれば、この水晶振動片
は、高融点金属による下地層と、下地層の上に設けた導
体金属でなる上層を有する他、電極膜の少なくとも前記
励振電極部分の前記上層の上に前記高融点金属により最
表面層を備えている点が請求項１の構成と異なってい
る。According to the fourth aspect of the present invention, the quartz-crystal vibrating reed has an underlayer made of a high-melting-point metal, an upper layer made of a conductive metal provided on the underlayer, and at least the excitation electrode portion of an electrode film. The point different from the structure of claim 1 is that an uppermost surface layer is provided on the upper layer by the refractory metal.
【００３１】そして、この最表面層を形成した後で、積
極的に熱処理して、最表面層の材料成分を、それより下
の前記上層に拡散させるので、請求項１の場合と異な
り、高融点金属成分は、下地層からは上方へ、最表面層
からは下方へと、膜厚の方向へ拡散する。After the outermost layer is formed, heat treatment is actively performed to diffuse the material components of the outermost layer into the upper layer below the outermost layer. The melting point metal component diffuses upward from the underlayer and downward from the outermost layer in the thickness direction.
【００３２】これにより、請求項１とほぼ同様の作用が
発揮されて、半田成分の電極膜（上層）への拡散が抑止
される。Thus, substantially the same effect as in the first aspect is exhibited, and diffusion of the solder component into the electrode film (upper layer) is suppressed.
【００３３】また、上記目的は、請求項５の発明によれ
ば、水晶片の表面に駆動電圧が印加される励振電極と、
この励振電極と引き出し電極を介して接続された接続電
極とを備え、この接続電極に対して、外部からの駆動電
圧を印加するための給電電極が接合される水晶振動片の
製造方法であって、水晶ブロックを切断して得た水晶ウ
エハから前記水晶片を形成し、この水晶片の表面に、高
融点金属による下地層と、下地層の上に設けられ、導体
金属でなる上層とを備えた電極膜を形成し、前記電極膜
の接続電極に前記給電電極を当接して半田により接合
し、この電極膜の少なくとも前記引き出し電極部分の前
記上層の上に前記高融点金属により最表面層を形成し、
次いで、熱処理することにより、前記接合工程までに前
記水晶片に加わった応力を緩和すると共に、前記下地層
の材料成分を前記上層に拡散させるとともに、前記最表
面層の材料成分を前記上層に拡散させ、さらに、前記励
振電極の一部を除去して質量削減方式による周波数調整
を行う、水晶振動片の製造方法により、達成される。[0033] Further, according to the fifth aspect of the present invention, there is provided an excitation electrode to which a driving voltage is applied to a surface of a crystal blank;
A method for manufacturing a quartz vibrating reed, comprising: a connection electrode connected via an excitation electrode and an extraction electrode; and a power supply electrode for applying an external drive voltage to the connection electrode. Forming the quartz piece from a quartz wafer obtained by cutting a quartz block, on the surface of the quartz piece, a base layer made of a high melting point metal, and an upper layer provided on the base layer and made of a conductive metal, An electrode film is formed, and the power supply electrode is brought into contact with a connection electrode of the electrode film and joined by soldering. The outermost surface layer of the refractory metal is formed on at least the upper layer of the extraction electrode portion of the electrode film. Forming
Next, by performing a heat treatment, the stress applied to the crystal blank before the bonding step is relieved, and the material component of the underlayer is diffused into the upper layer, and the material component of the outermost layer is diffused into the upper layer. Further, the present invention is achieved by a method of manufacturing a quartz vibrating reed in which a part of the excitation electrode is removed and frequency adjustment is performed by a mass reduction method.
【００３４】請求項５の構成によれば、この水晶振動片
は、高融点金属による下地層と、下地層の上に設けた導
体金属でなる上層を有する他、電極膜の少なくとも引き
出し電極部分の前記上層の上に前記高融点金属により最
表面層を形成している点が請求項１の構成と異なってい
る。According to the fifth aspect of the present invention, this quartz vibrating reed has a base layer made of a high melting point metal, an upper layer made of a conductive metal provided on the base layer, and at least a lead electrode portion of the electrode film. The point that the outermost surface layer is formed of the high melting point metal on the upper layer is different from the configuration of claim 1.
【００３５】そして、この最表面層を形成した後で、積
極的に熱処理して、最表面層の材料成分を、それより下
の前記上層に拡散させるので、請求項１の場合と異な
り、高融点金属成分は、下地層からは上方へ、最表面層
からは下方へと、膜厚の方向へ拡散する。特に、請求項
５では、外部電極である給電電極が半田で接合される接
続電極とつながった引き出し電極部分に上記最表面層が
形成されているので、半田が励振電極につたわる限られ
た経路中に選択的に高融点金属成分を拡散させている。After the outermost layer is formed, heat treatment is positively performed to diffuse the material components of the outermost layer into the upper layer below the outermost layer. The melting point metal component diffuses upward from the underlayer and downward from the outermost layer in the thickness direction. In particular, in claim 5, the outermost surface layer is formed at the extraction electrode portion where the power supply electrode, which is the external electrode, is connected to the connection electrode to be joined by solder, so that the solder passes through the limited path along the excitation electrode. The high melting point metal component is selectively diffused.
【００３６】これにより、請求項１とほぼ同様の作用が
発揮されて、半田成分の電極膜（上層）への拡散が抑止
される。Thus, substantially the same effect as in the first aspect is exhibited, and diffusion of the solder component into the electrode film (upper layer) is suppressed.
【００３７】請求項６の発明は、請求項４または５の構
成において、前記高融点金属として、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｒのうちの１種が用
いられ、前記導体金属として、ＡｕまたはＡｇのどちら
か１種が用いられることを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth or fifth aspect, Ti, V, Cr,
One of Nb, Ta, Hf, Mo, Ni, and Zr is used, and one of Au and Ag is used as the conductive metal.
【００３８】請求項７の発明は、請求項４ないし６の構
成において、前記下地層の膜厚が５ｎｍ以上で、前記上
層の膜厚が１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、前
記最表面層の厚みが５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the configuration of the fourth to sixth aspects, the thickness of the underlayer is 5 nm or more, the thickness of the upper layer is 100 nm or more and 500 nm or less, and the thickness of the outermost layer is Is 5 nm or more and 30 nm or less.
【００３９】請求項７の構成によれば、下地層の膜厚が
５ｎｍ未満であると、水晶と上層との密着強度が不足す
る。下地層の膜厚に上限はないが、例えば真空蒸着等の
既存の製法の範囲内で製品を製造する上で、自ずから膜
厚には制約が生じる。According to the seventh aspect, when the thickness of the underlayer is less than 5 nm, the adhesion strength between the quartz and the upper layer is insufficient. Although there is no upper limit to the thickness of the underlayer, there is naturally a restriction on the film thickness when manufacturing a product within the range of an existing manufacturing method such as vacuum evaporation.
【００４０】また、前記上層の膜厚が１００ｎｍ以上５
００ｎｍ以下である点については、この範囲において
は、製品のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値に関し
て、この範囲であれば問題がない。The thickness of the upper layer is 100 nm or more.
Regarding the point of not more than 00 nm, there is no problem in this range with respect to the CI (crystal impedance) value of the product in this range.
【００４１】また、前記最表面層の厚みが５ｎｍ以上な
いと、後述するような周波数変化低減効果が表れない。
また、最表面層の厚みが３０ｎｍでこの効果が一定とな
ることから、その上限としたものである。If the thickness of the outermost surface layer is not more than 5 nm, the effect of reducing the frequency change as described later cannot be obtained.
Further, since this effect is constant when the thickness of the outermost surface layer is 30 nm, the upper limit is set.
【００４２】請求項８の発明は、請求項１ないし７のい
ずれかの構成において、前記熱処理の温度が摂氏２００
度以上摂氏３００度以下であることを特徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect, the temperature of the heat treatment is 200 degrees Celsius.
The temperature is not less than 300 degrees Celsius and not less than degrees Celsius.
【００４３】請求項８の構成によれば、熱処理温度が摂
氏２００度以上でないと、半田拡散効果が得られない。
また、熱処理温度が摂氏３００度以下でないと、マウン
ト強度が十分維持できない。According to the configuration of the eighth aspect, the solder diffusion effect cannot be obtained unless the heat treatment temperature is 200 ° C. or higher.
If the heat treatment temperature is not higher than 300 degrees Celsius, the mount strength cannot be sufficiently maintained.
【００４４】また、上記目的は、請求項９の発明によれ
ば、パッケージ内の水晶振動片が収容されて封止された
水晶デバイスであって、前記水晶振動片は、表面に駆動
電圧が印加される励振電極と、この励振電極と引き出し
電極を介して接続された接続電極とを備え、この接続電
極に対して、外部からの駆動電圧を印加するための給電
電極が半田により接合されており、前記電極膜が、導体
金属による第１の層と、少なくとも高融点金属を含んだ
第２の層とを備えていて、この第２の層の高融点金属成
分が、第１の層に対して、電極膜の厚み方向に拡散され
ている、水晶デバイスにより、達成される。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a crystal device in which a crystal vibrating piece in a package is housed and sealed, wherein a driving voltage is applied to a surface of the crystal vibrating piece. An excitation electrode to be provided, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode, and a power supply electrode for applying an external drive voltage to the connection electrode is soldered. The electrode film includes a first layer made of a conductive metal and a second layer containing at least a high-melting-point metal, and the high-melting-point metal component of the second layer is different from the first layer. This is achieved by a crystal device that is diffused in the thickness direction of the electrode film.
【００４５】[0045]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４６】図１は、本発明の実施形態による水晶振動
片を利用した水晶デバイスの一例としての水晶振動子を
示す斜視図であり、図２はその概略平面図、図３は概略
断面図である。FIG. 1 is a perspective view showing a crystal resonator as an example of a crystal device using a crystal resonator element according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view thereof, and FIG. 3 is a schematic sectional view thereof. is there.
【００４７】これらの図において、この水晶振動子１０
は、空間部１２ａが形成されたパッケージ１２と、この
パッケージ内に密封される一方向に長い板状の水晶振動
片１１を備えている。In these figures, the quartz oscillator 10
Includes a package 12 in which a space 12a is formed, and a plate-shaped crystal vibrating piece 11 which is sealed in the package and is long in one direction.
【００４８】水晶振動片１１は、例えば水晶により短冊
状に形成された板体であり、この水晶振動片１１上に
は、後述する製造工程において、励振電極１９と、接続
電極１３，１４が形成されている。励振電極１９は外部
から駆動電圧を印加されることで、圧電作用に基づい
て、水晶に所定の厚みすべり振動を生じさせるためのも
のである。この励振電極１９と接続電極とは引き出し電
極により接続されている。The quartz-crystal vibrating piece 11 is a plate formed of, for example, quartz in the shape of a strip. On the quartz-crystal vibrating piece 11, an excitation electrode 19 and connection electrodes 13 and 14 are formed in a manufacturing process described later. Have been. The excitation electrode 19 is for applying a drive voltage from the outside to generate a predetermined thickness shear vibration in the quartz crystal based on the piezoelectric action. The excitation electrode 19 and the connection electrode are connected by a lead electrode.
【００４９】励振電極１９は、図１の裏面にも同様に形
成されており、接続電極１４は、表面側に形成した励振
電極１９との間に引き出し電極１４ａを介して接続され
ている。接続電極１３は、裏面側に形成した同じ形状の
励振電極（図示せず）との間に引き出し電極１３ａを介
して接続されている。The excitation electrode 19 is similarly formed on the back surface of FIG. 1, and the connection electrode 14 is connected to the excitation electrode 19 formed on the front surface side via an extraction electrode 14a. The connection electrode 13 is connected to an excitation electrode (not shown) of the same shape formed on the back surface side via a lead electrode 13a.
【００５０】パッケージ１２は、例えば金属材料によ
り、形成されている。具体的には、パッケージ１２は、
加工のしやすい洋白や、より好ましくはコバール等によ
り形成されており、図１において手前側が開放され、奥
側に底部２３を有する中空の筒体として形成されてい
る。The package 12 is formed of, for example, a metal material. Specifically, the package 12
It is made of easy-to-process nickel silver or more preferably Kovar or the like, and is formed as a hollow cylinder having an open front side and a bottom portion 23 at the back in FIG.
【００５１】パッケージ１２の開放端１８ａから上記空
間部１２ａ内には、水晶振動片１１が挿入され、その一
端部には、上記接続電極１３，１４上に、パッケージ外
部から引き込まれる給電電極としてのリード端子１７，
１７の各先端，すなわちインナーリード１７ａ，１７ａ
が、半田１５，１６を用いてそれぞれ接合されている。The quartz vibrating reed 11 is inserted from the open end 18a of the package 12 into the space 12a. One end of the quartz vibrating reed 11 is provided on the connection electrodes 13 and 14 as a power supply electrode drawn from outside the package. Lead terminal 17,
17, the inner leads 17a, 17a
Are joined using solders 15 and 16, respectively.
【００５２】そして、パッケージ１２の開放端１８ａ
は、プラグ１８を嵌入されて、密閉されている。このプ
ラグ１８は、図２及び図３に示すように、パッケージ１
２の開放端１８ａの内周部に嵌入される金属製のリング
１８ｂと、このリング１８ｂの内側に配置される例えば
ガラス材料等でなる絶縁部材１８ｃとを有している。Then, the open end 18a of the package 12
Is sealed with a plug 18 fitted therein. The plug 18 is connected to the package 1 as shown in FIGS.
It has a metal ring 18b fitted into the inner periphery of the second open end 18a, and an insulating member 18c made of, for example, a glass material and arranged inside the ring 18b.
【００５３】このプラグ１８を介して、水晶振動片１１
の一端側が固定され、奥側が自由端１１ａとされること
により、水晶振動片１１は片持ち方式で支持された構造
となっている。そして、プラグ１８の絶縁部材１８ｃ
は、これを貫通するリード端子１７，１７どうしを絶縁
している。The crystal vibrating reed 11 is
Is fixed at one end, and the free end 11a is at the back, so that the crystal vibrating piece 11 is supported in a cantilever manner. Then, the insulating member 18c of the plug 18
Insulates the lead terminals 17, 17 penetrating therethrough.
【００５４】このように、本発明の水晶振動片は、例え
ば、水晶振動子や、これに集積回路を付加した構成の水
晶発振器等の種々の水晶デバイスに適用される。As described above, the crystal resonator element of the present invention is applied to various crystal devices such as a crystal oscillator and a crystal oscillator having an integrated circuit added thereto.
【００５５】次に、上記水晶振動片１１の製造方法を説
明する。Next, a method of manufacturing the above-described crystal resonator element 11 will be described.
【００５６】図４は、本発明の第１の実施形態である水
晶振動片の製造方法を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a crystal resonator element according to the first embodiment of the present invention.
【００５７】先ず、所定の結晶成長工程により得た人工
水晶の原石を切断し、水晶ウエハを形成する。そして、
この水晶ウエハを研磨して、ウエハの表裏両面の平行度
を高めると共に、決められた厚みに調整する。そして、
加工後の水晶ウエハを切断して、水晶振動片を形成する
ためのチップの大きさとすると共に、切断端面を研磨し
て、水晶片２１を得る（ＳＴ１０）。尚、図１ないし３
の水晶振動片１１の電極膜が形成されていない状態が水
晶片２１である。First, an artificial quartz ore obtained by a predetermined crystal growth step is cut to form a quartz wafer. And
The quartz wafer is polished to increase the parallelism between the front and back surfaces of the wafer, and is adjusted to a predetermined thickness. And
The processed crystal wafer is cut to have a chip size for forming a crystal vibrating piece, and the cut end face is polished to obtain a crystal piece 21 (ST10). 1 to 3
The state where the electrode film of the crystal vibrating piece 11 is not formed is the crystal piece 21.
【００５８】次いで、図５に示すように、この水晶片の
表面（表裏両面）に、蒸着等により電極膜２５を形成す
る。水晶片２１の表面に、図１で説明した励振電極１９
と、引き出し電極１３ａ，１４ａ及びこの励振電極１９
と外部から駆動電圧を供給するための外部電極とを接続
するための接続電極１３，１４が設けられる（ＳＴ１
１）。Next, as shown in FIG. 5, an electrode film 25 is formed on the surface (both front and back) of the crystal blank by vapor deposition or the like. The excitation electrode 19 described with reference to FIG.
And the extraction electrodes 13a and 14a and the excitation electrode 19
And connection electrodes 13 and 14 for connecting the external electrodes for supplying a drive voltage from the outside (ST1).
1).
【００５９】図５は、上記電極膜２５の膜構造を示して
いる。水晶片２１の上には、先ず下地として高融点金属
による下地層２２を蒸着等により成膜する。ここで、高
融点金属を用いるのは、導体金属としての金や銀と密着
性がよく、かつ拡散して合金を形成でき、半田の拡散の
防止作用があるからである。この高融点金属としては、
好ましくは、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍ
ｏ，Ｎｉ，Ｚｒのいずれか１種が選択される。この実施
形態では、Ｃｒ（クロム）を例にとって説明する。次
に、下地層２２の上に中間層として、導体金属と上記高
融点金属との混合層２３を蒸着等により形成する。次い
で、中間層２３の上に導体金属，例えば、金（Ａｕ）や
銀（Ａｇ）により電極層である上層２４を蒸着等により
成膜する。FIG. 5 shows the film structure of the electrode film 25. First, a base layer 22 of a high melting point metal is formed as a base on the crystal blank 21 by vapor deposition or the like. Here, the reason why the high melting point metal is used is that it has good adhesion to gold or silver as a conductive metal, and can diffuse and form an alloy, and has an effect of preventing diffusion of solder. As this refractory metal,
Preferably, Ti, V, Cr, Nb, Ta, Hf, M
Any one of o, Ni, and Zr is selected. In this embodiment, a description will be given using Cr (chromium) as an example. Next, a mixed layer 23 of a conductive metal and the high melting point metal is formed as an intermediate layer on the base layer 22 by vapor deposition or the like. Next, an upper layer 24 serving as an electrode layer is formed on the intermediate layer 23 with a conductive metal, for example, gold (Au) or silver (Ag) by vapor deposition or the like.
【００６０】次に、電極膜２５を成膜した後で、図７に
示すように、給電電極（インナーリード）１７ａを上記
電極膜２５の上に当接させた状態にて、半田１５，１６
を介して接合する（ＳＴ１２）。半田１５，１６は、通
常の半田としてＰｂＳｎでも鉛フリー半田として、例え
ばＳｎＣｕでもよい。ここで、鉛フリー半田を用いる
と、環境に対して鉛の汚染の影響を生じることがない。Next, after forming the electrode film 25, as shown in FIG. 7, the solders 15, 16 are placed in a state where the power supply electrode (inner lead) 17 a is in contact with the electrode film 25.
(ST12). The solders 15 and 16 may be PbSn as normal solder or SnCu, for example, as lead-free solder. Here, if lead-free solder is used, the influence of lead contamination on the environment does not occur.
【００６１】さらに、上記接合後、熱処理を行う（ＳＴ
１３）。この熱処理は、例えば、真空恒温槽内に、電極
膜２５を形成した水晶片２１を収容して行う。Further, after the bonding, a heat treatment is performed (ST).
13). This heat treatment is performed, for example, by housing the crystal piece 21 on which the electrode film 25 is formed in a vacuum oven.
【００６２】この場合、熱処理は、ＳＴ１２の接合工程
までに水晶片２１に加わった応力を緩和すると共に、図
６及び図７に示すように、中間層２３の材料成分を上層
２４に拡散させて、この上層２４の表面に成分２６とし
て析出させるために行う。In this case, the heat treatment relaxes the stress applied to the crystal blank 21 up to the bonding step of ST12, and diffuses the material components of the intermediate layer 23 into the upper layer 24 as shown in FIGS. This is performed in order to precipitate as a component 26 on the surface of the upper layer 24.
【００６３】これにより、本実施形態では、下地層２２
の上に中間層２３を設け、この下地層２２及び中間層２
３のクロム成分を積極的に膜厚方向に拡散させ、上層で
ある電極層２４の上まで析出させ、電極層２４をその表
面付近にクロム成分２６が確実に存在させる処理をして
いる。Thus, in the present embodiment, the underlayer 22
An intermediate layer 23 is provided on the underlayer 22 and the intermediate layer 2.
The chromium component of No. 3 is actively diffused in the film thickness direction, is deposited on the upper electrode layer 24, and the electrode layer 24 is treated so that the chromium component 26 is surely present near the surface thereof.
【００６４】ここで、上記ＳＴ１１の電極膜２５の成膜
条件として、本実施形態では、好ましくは、下地層２２
の膜厚が５ｎｍ以上で、中間層２３の前記高融点金属，
例えばクロムと導体金属，例えば銀との混合比に関し
て、クロムの原子比が４パーセント以上、４０パーセン
ト以下であり、かつ、中間層２３と上層２４とを合わせ
た膜厚が１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下で、上層２４の
みの膜厚が３０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下に設定する。Here, in the present embodiment, the film forming conditions of the electrode film 25 in ST11 are preferably the underlayer 22.
Having a film thickness of 5 nm or more,
For example, with respect to the mixing ratio of chromium and a conductive metal, for example, silver, the atomic ratio of chromium is 4% or more and 40% or less, and the total film thickness of the intermediate layer 23 and the upper layer 24 is 150 nm or more and 500 nm or less, The thickness of only the upper layer 24 is set to 30 nm or more and 180 nm or less.
【００６５】すなわち、下地層２２の膜厚が５ｎｍ未満
であると、水晶２１と中間層２３との密着強度が不足す
る。下地層２２の膜厚に上限はないが、例えば真空蒸着
等の既存の製法の範囲内で製品を製造する上で、自ずか
ら膜厚には制約が生じる。That is, if the thickness of the underlayer 22 is less than 5 nm, the adhesion strength between the quartz crystal 21 and the intermediate layer 23 is insufficient. Although there is no upper limit on the thickness of the underlayer 22, there is a natural limitation on the film thickness when manufacturing a product within the range of an existing manufacturing method such as vacuum evaporation.
【００６６】また中間層２３のクロムと銀との混合比に
関しては、クロムが原子比で４パーセント未満である
と、後述する半田拡散防止効果が低下もしくは失われ
る。クロムが原子比で４０パーセントを越えると、製品
の完成後の時間経過により周波数変化が生じたり、ＣＩ
値の悪影響が生じる。Regarding the mixing ratio of chromium and silver in the intermediate layer 23, if the chromium content is less than 4% in atomic ratio, the effect of preventing solder diffusion described below will be reduced or lost. If the chromium content exceeds 40% in atomic ratio, the frequency changes due to the lapse of time after the product is completed,
The value has an adverse effect.
【００６７】また、中間層２３と上層２４とを合わせた
膜厚が１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としたのは、この
範囲においては、製品のＣＩ（クリスタルインピーダン
ス）値に関して、この範囲であれば問題がないからであ
る。The reason why the total film thickness of the intermediate layer 23 and the upper layer 24 is set to be 150 nm or more and 500 nm or less is that, in this range, there is no problem with respect to the CI (crystal impedance) value of the product as long as it is within this range. Because.
【００６８】さらに、上層２４のみの膜厚が３０ｎｍ以
上ないと、電極機能が不十分となり、１８０ｎｍを越え
ると、クロム成分の図７の矢印Ａで示す膜厚方向への拡
散が不十分になるからである。Further, if the thickness of the upper layer 24 alone is not more than 30 nm, the electrode function becomes insufficient, and if it exceeds 180 nm, the diffusion of the chromium component in the thickness direction indicated by the arrow A in FIG. 7 becomes insufficient. Because.
【００６９】次に、ＳＴ１１で形成した電極膜２５の質
量を調整して、つまり、電極層２４の成分を、さらに蒸
着することで質量を追加したり、あるいは電子ビーム、
イオンビームもしくはレーザ光を照射したり、反応性ガ
スプラズマを用いた化学反応等の手段により、電極層２
４の金属被膜を微妙に除去してその質量を削減する周波
数調整を行う（ＳＴ１４）。すなわち、水晶振動片１１
の所望の周波数に対して、実際の振動周波数を調整し
て、その所望の振動性能に合わせ込みを行う。Next, the mass of the electrode film 25 formed in ST11 is adjusted, that is, the component of the electrode layer 24 is further vapor-deposited to add mass, or the electron beam,
The electrode layer 2 may be formed by irradiating an ion beam or a laser beam, or by a chemical reaction using reactive gas plasma.
The frequency adjustment is performed to reduce the mass by delicately removing the metal coating of No. 4 (ST14). That is, the crystal vibrating piece 11
The actual vibration frequency is adjusted with respect to the desired frequency to adjust to the desired vibration performance.
【００７０】周波数調整が終了したら、真空中や窒素雰
囲気中で、図１で説明したパッケージ１２内に水晶振動
片を封止して、水晶振動子１０を形成し（ＳＴ１５）、
実装の態様により、面実装の場合には、この水晶振動子
１０を樹脂モールドする（ＳＴ１６）。When the frequency adjustment is completed, the crystal resonator element is sealed in the package 12 described in FIG. 1 in a vacuum or nitrogen atmosphere to form the crystal resonator 10 (ST15).
Depending on the mounting mode, in the case of surface mounting, the crystal unit 10 is resin-molded (ST16).
【００７１】本実施形態は、以上のように構成されてお
り、電極膜２５の接続電極１３，１４に給電電極１７ａ
を当接して半田１５，１６により接合した後で、ＳＴ１
３の熱処理をすることにより、接合工程までに前記水晶
片２１に加わった応力を緩和すると共に、中間層２３の
クロム成分を矢印に示す膜厚方向に拡散させて、上層２
４内に拡散させ、さらにその表面に析出させている。The present embodiment is configured as described above, and the power supply electrode 17a is connected to the connection electrodes 13 and 14 of the electrode film 25.
ST1 and after joining by solders 15 and 16, ST1
By performing the heat treatment 3, the stress applied to the crystal blank 21 up to the bonding step is alleviated, and the chromium component of the intermediate layer 23 is diffused in the film thickness direction indicated by the arrow to form the upper layer 2.
4 and is further deposited on the surface.
【００７２】これにより、電極層である上層２４の表面
まで析出したクロム成分が存在することから、半田１
５，１６の成分は、以後の実装工程等における高温度環
境下においても、電極膜２５表面にそって拡散されにく
く、拡散した半田成分が電極膜２５の質量を増加させて
しまうことがない。As a result, since the chromium component deposited up to the surface of the upper layer 24 as the electrode layer exists, the solder 1
The components 5 and 16 are hardly diffused along the surface of the electrode film 25 even in a high temperature environment in a subsequent mounting process or the like, and the diffused solder components do not increase the mass of the electrode film 25.
【００７３】特に、図６の拡散混合層２３と析出層２６
が形成されることで、従来の下地層と上層の界面及び上
層と空気層との界面における半田拡散が抑止される。そ
して、拡散混合層２３における半田拡散も抑止される。In particular, the diffusion mixed layer 23 and the precipitation layer 26 shown in FIG.
Is formed, diffusion of solder at the conventional interface between the underlayer and the upper layer and at the interface between the upper layer and the air layer is suppressed. Then, solder diffusion in the diffusion mixed layer 23 is also suppressed.
【００７４】このため、電極膜２５の重量増加により、
水晶振動片１１の振動周波数が所望の周波数より低くず
れてしまうということが有効に防止される。Therefore, the weight of the electrode film 25 increases,
It is effectively prevented that the vibration frequency of the crystal vibrating piece 11 shifts below the desired frequency.
【００７５】図８は、本発明の第２の実施形態である水
晶振動片の製造方法を示すフローチャートである。図９
に第２の実施形態に対応した水晶振動片３０の概略平面
図を示すが、この図において、図１ないし３の水晶振動
片１１と同一の符号を付した箇所は共通する構成であ
り、重複する説明は省略する。FIG. 8 is a flowchart showing a method for manufacturing a crystal resonator element according to a second embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view of a quartz-crystal vibrating piece 30 corresponding to the second embodiment. In this figure, portions denoted by the same reference numerals as those of the quartz-crystal vibrating piece 11 of FIGS. The description of the operation will be omitted.
【００７６】先ず、図４のＳＴ１１と同じ工程で水晶片
２１を得る（ＳＴ２１）。First, a crystal blank 21 is obtained in the same step as ST11 in FIG. 4 (ST21).
【００７７】次いで、図１０に示すように、この水晶片
の表面（表裏両面）に、蒸着等により電極膜３６ａを形
成する（ＳＴ２２）。Next, as shown in FIG. 10, an electrode film 36a is formed on the surface (both front and back surfaces) of the quartz piece by vapor deposition or the like (ST22).
【００７８】図１０は、上記電極膜３６ａの膜構造を示
している。水晶片２１の上には、先ず下地として高融点
金属による下地層３２を蒸着等により成膜する。この下
地層３２は、第１の実施形態の下地層２２と同じであ
り、高融点金属、好ましくは、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｒのいずれか１種が選択さ
れる。この実施形態では、Ｃｒ（クロム）を例にとって
説明する。FIG. 10 shows the film structure of the electrode film 36a. First, a base layer 32 of a high melting point metal is formed as a base on the crystal blank 21 by vapor deposition or the like. The underlayer 32 is the same as the underlayer 22 of the first embodiment, and has a high melting point metal, preferably Ti, V, Cr, Nb,
Any one of Ta, Hf, Mo, Ni, and Zr is selected. In this embodiment, a description will be given using Cr (chromium) as an example.
【００７９】次に、下地層３２の上に、導体金属，例え
ば、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）により電極層である上層３
５を蒸着等により成膜する。Next, an upper layer 3 serving as an electrode layer is formed on the underlayer 32 by using a conductive metal, for example, gold (Au) or silver (Ag).
5 is formed by vapor deposition or the like.
【００８０】次いで、上層３３を成膜した後で、図１２
に示すように、給電電極（インナーリード）１７ａを上
記電極膜３６ａの上に当接させた状態にて、半田１５，
１６を介して接合する（ＳＴ２３）。半田１５，１６
は、通常の半田としてＰｂＳｎでも鉛フリー半田とし
て、例えばＳｎＣｕでもよい。ここで、鉛フリー半田を
用いると、環境に対して鉛の汚染の影響を生じることが
ない。Next, after forming the upper layer 33, FIG.
As shown in FIG. 3, the solder 15 and the inner electrode 15a are in contact with the electrode film 36a.
16 (ST23). Solder 15,16
May be PbSn as a normal solder or SnCu as a lead-free solder. Here, if lead-free solder is used, the influence of lead contamination on the environment does not occur.
【００８１】さらに、本実施形態では、図９に示すよう
に、少なくとも励振電極１９の上に、さらに最表面層３
４を形成する（ＳＴ２４）。この最表面層３４は、下地
層３２と同じように、高融点金属、好ましくは、Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｒのいず
れか１種、この場合クロムが選択され、蒸着等により成
膜する。Further, in this embodiment, as shown in FIG. 9, at least on the excitation electrode 19,
4 is formed (ST24). The outermost surface layer 34 is made of a high melting point metal, preferably Ti,
Any one of V, Cr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ni, and Zr, in this case, chromium is selected, and a film is formed by vapor deposition or the like.
【００８２】すなわち、この場合、少なくとも励振電極
１９上では、電極膜３６ａは図１０（ａ）に示すように
下地層３２と上層３３と最表面層３４を有し、励振電極
１９以外の電極部では、電極膜３６ｂは、下地層３２と
上層３３を有していて、最表面層３４を有していない。That is, in this case, at least on the excitation electrode 19, the electrode film 36a has a base layer 32, an upper layer 33 and an outermost layer 34 as shown in FIG. In this embodiment, the electrode film 36b has the underlayer 32 and the upper layer 33, but does not have the outermost layer 34.
【００８３】その後、熱処理を行う（ＳＴ２５）。この
熱処理は、例えば、真空恒温槽内に、電極膜３６ａ，３
６ｂを形成した水晶片２１を収容して行う。Thereafter, heat treatment is performed (ST25). This heat treatment is performed, for example, by placing the electrode films 36a and 3a in a vacuum oven.
This is performed by accommodating the crystal piece 21 on which 6b is formed.
【００８４】この場合、熱処理は、ＳＴ２３の接合工程
までに水晶片２１に加わった応力を緩和すると共に、図
１１及び図１２に示す作用を発揮するために行う。In this case, the heat treatment is performed to alleviate the stress applied to the crystal blank 21 up to the bonding step of ST23 and to exert the effects shown in FIGS.
【００８５】この実施形態では、図１１（ａ）で示すよ
うに、励振電極１９の領域では、上層３３に対して、下
地層３２のクロム成分が図１２の矢印Ａ方向に示す膜厚
方向に関して上方に拡散する。それとともに、最表面層
３４のクロム成分が、上層３３に対して、図１２の矢印
Ａ方向に示す膜厚方向に関して下方に拡散し、かくして
拡散混合層３５を形成する。In this embodiment, as shown in FIG. 11A, in the region of the excitation electrode 19, the chromium component of the underlayer 32 is different from the upper layer 33 in the film thickness direction indicated by the arrow A in FIG. Spread upwards. At the same time, the chromium component of the outermost layer 34 diffuses downward with respect to the upper layer 33 in the film thickness direction indicated by the arrow A in FIG. 12, thus forming a diffusion mixed layer 35.
【００８６】また、図１１（ｂ）に示すように、励振電
極１９の以外の領域では、下地層のクロム成分を上層３
３に膜厚方向（図１２のＡ方向上側）に拡散させて、拡
散混合層３５を形成する。すなわち、上層３３はクロム
成分が拡散されて拡散混合層３５とされる。Further, as shown in FIG. 11B, in a region other than the excitation electrode 19, the chromium component
3 is diffused in the film thickness direction (upper direction A in FIG. 12) to form a diffusion mixed layer 35. That is, the chromium component is diffused into the upper layer 33 to form the diffusion mixed layer 35.
【００８７】ここで、この実施形態では、好ましくは、
下地層３２の膜厚が５ｎｍ以上で、上層３３の膜厚が１
００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下、最表面層３４の厚みが
５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下に設定される。In this embodiment, preferably,
The thickness of the underlayer 32 is 5 nm or more, and the thickness of the upper layer 33 is 1
00 nm or more and 500 nm or less, and the thickness of the outermost layer 34 is set to 5 nm or more and 30 nm or less.
【００８８】すなわち、下地層３２の膜厚が５ｎｍ未満
であると、水晶片２１と上層３３との密着強度が不足す
る。下地層３２の膜厚に上限はないが、例えば真空蒸着
等の既存の製法の範囲内で製品を製造する上で、自ずか
ら膜厚には制約が生じる。That is, when the thickness of the underlayer 32 is less than 5 nm, the adhesion strength between the crystal piece 21 and the upper layer 33 is insufficient. Although there is no upper limit on the thickness of the underlayer 32, there is naturally a limitation on the thickness when manufacturing a product within the range of an existing manufacturing method such as vacuum evaporation.
【００８９】また、前記上層３３の膜厚を１００ｎｍ以
上５００ｎｍ以下に設定したのは、この範囲において
は、製品のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値に関し
て、この範囲であれば問題がないからである。The reason why the thickness of the upper layer 33 is set to be 100 nm or more and 500 nm or less is that there is no problem in this range with respect to the CI (crystal impedance) value of the product.
【００９０】さらに、最表面層３４の厚みが５ｎｍ以上
ないと、後述するような周波数変化低減効果が表れな
い。また、最表面層３４の厚みが３０ｎｍでこの効果が
一定となることから、その上限としたものである。Further, if the thickness of the outermost surface layer 34 is not more than 5 nm, the effect of reducing the frequency change as described later cannot be obtained. Further, since this effect is constant when the thickness of the outermost surface layer 34 is 30 nm, the upper limit is set.
【００９１】また、ＳＴ２５の熱処理の温度は、好まし
くは、半田拡散抑止効果が得られる摂氏２００度以上か
ら、耐熱半田によるマウント強度を十分維持できる摂氏
３００度以下である。The temperature of the heat treatment in ST25 is preferably from 200 ° C. or more at which the effect of suppressing solder diffusion is obtained to 300 ° C. or less at which mount strength by heat-resistant solder can be sufficiently maintained.
【００９２】ＳＴ２５の熱処理が終了したら、周波数調
整（ＳＴ２６）を行い、パッケージ１２により封止し
（ＳＴ２７）、必要なモールド処理を行う（ＳＴ２
８）。これらの工程は、第１の実施形態の対応するＳＴ
１４、１５、１６と同じである。When the heat treatment in ST25 is completed, frequency adjustment (ST26) is performed, the package is sealed with the package 12 (ST27), and a necessary molding process is performed (ST2).
8). These steps correspond to the corresponding ST of the first embodiment.
Same as 14, 15, and 16.
【００９３】かくして、本実施形態においても、半田１
５，１６の成分は、以後の実装工程等における高温度環
境下においても、電極膜３６ａ，３６ｂの表面にそって
拡散されにくく、拡散した半田成分が電極膜の質量増加
となってしまうことがない。特に、励振電極１９の領域
では、図１１に示すように、最表面層３４及び拡散混合
層３５が形成され、それ以外の領域では、拡散混合層３
５が形成されているために、従来の上層と空気層との境
界における半田の拡散が抑止できる。そして、もちろ
ん、拡散混合層３５における半田拡散も抑止される。Thus, also in the present embodiment, the solder 1
The components 5 and 16 are unlikely to be diffused along the surfaces of the electrode films 36a and 36b even under a high temperature environment in a subsequent mounting process or the like, and the diffused solder components may increase the mass of the electrode film. Absent. In particular, in the region of the excitation electrode 19, as shown in FIG. 11, the outermost surface layer 34 and the diffusion mixed layer 35 are formed, and in the other region, the diffusion mixed layer 3 is formed.
5, the diffusion of the solder at the boundary between the conventional upper layer and the air layer can be suppressed. And, of course, the diffusion of the solder in the diffusion mixed layer 35 is also suppressed.
【００９４】このため、電極膜３６ａ，３６ｂの重量増
加により、水晶振動片１１の振動周波数が所望の周波数
より低くずれてしまうということが有効に防止される。Therefore, it is possible to effectively prevent the oscillation frequency of the quartz-crystal vibrating piece 11 from being lower than a desired frequency due to an increase in the weight of the electrode films 36a and 36b.
【００９５】特に、本実施形態では、ＳＴ２６にて、最
表面層３４の上に重量増加方式により新たに蒸着等によ
り金や銀の重り層を設けた場合において、従来のよう
に、金や銀の電極表面に重り層を追加する場合と比べ
て、重り層の密着度が向上する。このため、製品の使用
時に、追加した重り層が剥がれ落ちたりすることが未然
に防止できる。In particular, in the present embodiment, when a weight layer of gold or silver is newly provided on the outermost surface layer 34 by evaporation or the like in ST26, the gold or silver The adhesion of the weight layer is improved as compared with the case where a weight layer is added to the electrode surface. Therefore, it is possible to prevent the added weight layer from peeling off when the product is used.
【００９６】図１３は、本発明の第３の実施形態である
水晶振動片の製造方法を示すフローチャートである。図
１４に第３の実施形態に対応した水晶振動片４０の概略
平面図を示すが、この図において、図１ないし３の水晶
振動片１１と同一の符号を付した箇所は共通する構成で
あり、重複する説明は省略する。FIG. 13 is a flowchart showing a method for manufacturing a crystal resonator element according to the third embodiment of the present invention. FIG. 14 is a schematic plan view of a quartz-crystal vibrating piece 40 corresponding to the third embodiment. In this figure, the portions denoted by the same reference numerals as those of the quartz-crystal vibrating piece 11 of FIGS. , Overlapping description will be omitted.
【００９７】図１３において、ＳＴ３１、３２、３３の
工程は、図８のＳＴ２１、２２、２３で説明した工程で
同じである。In FIG. 13, the steps of ST31, 32 and 33 are the same as the steps described in ST21, ST22 and ST23 of FIG.
【００９８】この実施形態では、接合工程ＳＴ３３の後
で、図１５に示すように、水晶片２１の表面及び裏面に
電極膜を形成する。ここで、図１５（ａ）は、図１４の
水晶振動片４０の引き出し電極の部分の膜構造を示して
おり、図１５（ｂ）は、その少なくとも励振電極１９の
領域の膜構造を示している。In this embodiment, after the bonding step ST33, as shown in FIG. 15, an electrode film is formed on the front and back surfaces of the crystal blank 21. Here, FIG. 15A shows the film structure of the portion of the extraction electrode of the crystal vibrating piece 40 of FIG. 14, and FIG. 15B shows the film structure of at least the region of the excitation electrode 19. I have.
【００９９】これらの各膜構造に関して、第２の実施形
態と同じ符号を付した箇所は同一の層構造であるから、
重複する説明は省略する。Regarding these film structures, the portions denoted by the same reference numerals as those in the second embodiment have the same layer structure.
Duplicate description will be omitted.
【０１００】ＳＴ３４では、特に、図１４に示す引き出
し電極１４ａの領域（裏側の引き出し電極１３ａも同
様）の上層３３上に、最表面層４４を形成する。この場
合最表面層４４は、下地層３２と同じであり、高融点金
属、好ましくは、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，
Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｒのいずれか１種が選択される。この実
施形態では、Ｃｒ（クロム）を例にとって説明する。In ST34, the outermost surface layer 44 is formed on the upper layer 33 of the region of the extraction electrode 14a shown in FIG. 14 (the same applies to the back extraction electrode 13a). In this case, the outermost surface layer 44 is the same as the underlayer 32 and has a high melting point metal, preferably Ti, V, Cr, Nb, Ta, Hf,
Any one of Mo, Ni, and Zr is selected. In this embodiment, a description will be given using Cr (chromium) as an example.
【０１０１】次いで、ＳＴ３５にて熱処理を行う。この
熱処理の条件は、第２の実施形態のＳＴ２５と同じ条件
である。Next, heat treatment is performed in ST35. The conditions for this heat treatment are the same as those in ST25 of the second embodiment.
【０１０２】ＳＴ３５の熱処理後の膜構造を図１５
（ｃ）と図１５（ｄ）に示す。この場合、図１５（ｃ）
は、熱処理後の図１４の水晶振動片４０の引き出し電極
の部分の膜構造を示しており、図１５（ｄ）は、その少
なくとも励振電極１９の領域の膜構造を示している。FIG. 15 shows the film structure after the heat treatment in ST35.
(C) and FIG. 15 (d). In this case, FIG.
14 shows the film structure of the extraction electrode portion of the crystal resonator element 40 of FIG. 14 after the heat treatment, and FIG. 15D shows the film structure of at least the region of the excitation electrode 19.
【０１０３】図１５（ａ）と図１５（ｃ）の比較により
わかるように、引き出し電極１４ａ（１３ａ）上では、
上層３３に対して、下地層３２のクロム成分が膜厚方向
に関して上方に拡散する。それとともに、最表面層４４
のクロム成分が、上層３３に対して膜厚方向に関して下
方に拡散し、かくして拡散混合層３５を形成する。As can be seen from a comparison between FIG. 15A and FIG. 15C, on the extraction electrode 14a (13a),
The chromium component of the underlayer 32 diffuses upward with respect to the upper layer 33 in the film thickness direction. At the same time, the outermost layer 44
Is diffused downward in the film thickness direction with respect to the upper layer 33, thus forming a diffusion mixed layer 35.
【０１０４】また、図１５（ｂ）と図１５（ｄ）の比較
によりわかるように、励振電極１９の領域では、下地層
３２のクロム成分を上層３３に膜厚方向に拡散させて、
拡散混合層３５を形成する。すなわち、上層３３はクロ
ム成分が拡散されて拡散混合層３５とされる。As can be seen from a comparison between FIG. 15B and FIG. 15D, in the region of the excitation electrode 19, the chromium component of the underlayer 32 is diffused into the upper layer 33 in the thickness direction.
A diffusion mixed layer 35 is formed. That is, the chromium component is diffused into the upper layer 33 to form the diffusion mixed layer 35.
【０１０５】次に、周波数調整が行われる（ＳＴ３
６）。この工程が特に重要であり、本実施形態では、周
波数調整は、励振電極１９の領域の上層３３（拡散混合
層３５）に対して、例えば、電子ビームやイオンビーム
もしくはレーザ光を照射したりして、上層３３（拡散混
合層３５）の金属被膜を微妙に除去してその質量を削減
する周波数調整を行う。Next, frequency adjustment is performed (ST3).
6). This step is particularly important. In the present embodiment, the frequency adjustment is performed by, for example, irradiating the upper layer 33 (diffusion / mixing layer 35) in the region of the excitation electrode 19 with an electron beam, an ion beam, or a laser beam. Then, frequency adjustment is performed so that the metal film of the upper layer 33 (diffusion mixed layer 35) is delicately removed to reduce the mass.
【０１０６】これは次の理由による。This is for the following reason.
【０１０７】この実施形態では、引き出し電極１４ａ
（１３ａ）の表面には、最表面層４４が形成されてお
り、この領域は、特に、膜厚方向に関して、この最表面
層４４と下地層３２とから上層３３に向かって上下の各
方向にクロム成分が拡散され、半田成分の拡散防止が行
われている。特に、半田は、図１４の接続電極１３，１
４に適用されることから、この引き出し電極１４ａ（１
３ａ）の箇所を選択的に処理しておけば、半田拡散のほ
とんどを有効に阻止できるので、他の実施形態と同様の
作用効果が発揮される。In this embodiment, the extraction electrode 14a
The outermost surface layer 44 is formed on the surface of (13a), and this region is formed in each of the upper and lower directions from the outermost surface layer 44 and the underlayer 32 toward the upper layer 33, particularly in the film thickness direction. The chromium component is diffused, and the diffusion of the solder component is prevented. In particular, the solder is applied to the connection electrodes 13 and 1 in FIG.
4, the extraction electrode 14a (1
If the portion 3a) is selectively treated, most of the solder diffusion can be effectively prevented, and the same operation and effect as in the other embodiments can be exhibited.
【０１０８】一方、励振電極１９の領域には、上記最表
面層４４を形成していないため、この領域の上層３３
（拡散混合層３５）の金や銀といった除去効率の高い金
属を選択的に除去することができる。すなわち、励振電
極１９の領域には、高融点金属による強靱な酸化膜が存
在しないことから、短時間で質量削減方式の周波数調整
を行うことができる。On the other hand, since the outermost surface layer 44 is not formed in the region of the excitation electrode 19, the upper layer 33 of this region is not formed.
Metals with high removal efficiency, such as gold and silver, of the (diffusion mixed layer 35) can be selectively removed. That is, since there is no tough oxide film of the high melting point metal in the region of the excitation electrode 19, the frequency adjustment of the mass reduction method can be performed in a short time.
【０１０９】これにより、周波数調整時間を短くするこ
とで、周波数調整時に大きく温度上昇しないで済み、終
了後の温度下降との関係で過大な温度変化を生じること
がなく、周波数調整により調整した周波数が後で大きく
変動する事態を有効に防止することができる。Thus, by shortening the frequency adjustment time, the temperature does not increase significantly during the frequency adjustment, and no excessive temperature change occurs in relation to the temperature decrease after the completion of the frequency adjustment. Can be effectively prevented from greatly changing later.
【０１１０】周波数調整が終了したら、真空中や窒素雰
囲気中で、図１で説明したパッケージ１２内に水晶振動
片を封止して、水晶振動子１０を形成し（ＳＴ３７）、
実装の態様により、面実装の場合には、この水晶振動子
１０を樹脂モールドする（ＳＴ３８）。After the frequency adjustment is completed, the crystal resonator element is sealed in the package 12 described in FIG. 1 in a vacuum or nitrogen atmosphere to form the crystal resonator 10 (ST37).
Depending on the mounting mode, in the case of surface mounting, the crystal unit 10 is resin-molded (ST38).
【０１１１】図１６は、水晶振動片をいくつかの製造方
法により製造したサンプルに関してまとめた表である
（厚みと膜厚の単位はｎｍである）。この表中におい
て、サンプル１とサンプル２は本発明とは異なる従来の
製造方法により製造した比較例であり、他のサンプルに
ついては、全て本発明の各実施形態を適用したものであ
る。そして、この表では、各サンプルに関して、その各
下地層や中間層等上述した各条件を当てはめた詳細を示
しており、このうちサンプル３ないし１３までは、第１
の実施形態の製造方法を適用しその条件を種々変更した
ものである。サンプル１４は上記第２の実施形態によ
り、サンプル１５は上記第３の実施形態によるものであ
る。FIG. 16 is a table summarizing samples obtained by manufacturing quartz vibrating reeds by several manufacturing methods (the unit of thickness and film thickness is nm). In this table, Sample 1 and Sample 2 are comparative examples manufactured by a conventional manufacturing method different from the present invention, and all the other samples apply the respective embodiments of the present invention. In this table, details of the respective samples under the above-described conditions, such as the respective underlying layers and intermediate layers, are shown.
The manufacturing method of the embodiment is applied and the conditions are variously changed. Sample 14 is according to the second embodiment, and sample 15 is according to the third embodiment.
【０１１２】図１７は、図１６の各サンプルに関して、
その性能を周波数エージング特性で評価したしたもので
ある。従来の製造方法により製造したサンプル１，２と
比較し、周波数変化が著しく小さいことが理解できる。FIG. 17 shows, for each sample in FIG.
The performance was evaluated by frequency aging characteristics. It can be understood that the frequency change is remarkably small as compared with Samples 1 and 2 manufactured by the conventional manufacturing method.
【０１１３】製造後摂氏１２５度で１０００時間試した
エージング特性に関しては、本発明のサンプル３ないし
１３は、その周波数変化がマイナス５ｐｐｍ以下、サン
プル１４，１５がマイナス２ｐｐｍ以下と良好な結果を
示し、ＣＩ値変化は、いずれも５Ω以下と良好であっ
た。本発明は上述の実施形態に限定されない。上述の各
実施形態の各構成は、省略したり、適宜任意に組み合わ
せることができる。With respect to the aging characteristics, which were tested at 125 degrees Celsius for 1000 hours after the production, Samples 3 to 13 of the present invention showed good results in which the frequency change was -5 ppm or less, and Samples 14 and 15 were -2 ppm or less. The change in CI value was as good as 5Ω or less in each case. The invention is not limited to the embodiments described above. Each configuration of each of the above-described embodiments can be omitted or arbitrarily combined as appropriate.
【０１１４】また、本発明の水晶振動片とその製造方法
は、水晶振動子や水晶発振器に限らず、水晶振動片を用
いたあらゆる水晶デバイスに適用することができる。The quartz-crystal vibrating reed and the method of manufacturing the same according to the present invention can be applied not only to quartz-crystal resonators and crystal oscillators but also to any quartz-crystal device using a quartz-crystal vibrating reed.
【０１１５】[0115]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
極膜中に高融点金属成分を十分に拡散混合させて、振動
特性の悪化を阻止することができる水晶振動片の製造方
法と、そのような特性をもつ水晶振動片を使用した水晶
デバイスを提供することができる。As described above, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a crystal vibrating piece which can sufficiently diffuse and mix a high melting point metal component in an electrode film to prevent deterioration of vibration characteristics. A crystal device using a crystal resonator element having such characteristics can be provided.
【図１】本発明の実施形態に係る水晶デバイスとしての
水晶振動子の一例を示す概略斜視図。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a crystal resonator as a crystal device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の水晶振動子の概略水平断面図。FIG. 2 is a schematic horizontal sectional view of the crystal unit shown in FIG.
【図３】図１の水晶振動子の概略垂直断面図。FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of the crystal unit shown in FIG. 1;
【図４】本発明の水晶振動片の製造方法の第１の実施形
態を説明するためのフローチャート。FIG. 4 is a flowchart for explaining a first embodiment of a method for manufacturing a crystal resonator element according to the present invention.
【図５】図４の製造方法による電極膜の膜構造を示す概
略断面図。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a film structure of an electrode film according to the manufacturing method of FIG. 4;
【図６】図４の製造方法による熱処理後の電極膜の膜構
造を示す概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a film structure of an electrode film after heat treatment by the manufacturing method of FIG. 4;
【図７】図４の製造方法による電極膜の高融点金属成分
が拡散する原理を示す概略断面図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the principle of diffusing a high melting point metal component of an electrode film by the manufacturing method of FIG.
【図８】本発明の水晶振動片の製造方法の第２の実施形
態を説明するためのフローチャート。FIG. 8 is a flowchart for explaining a second embodiment of the method for manufacturing a crystal resonator element according to the present invention.
【図９】図８の製造方法により製造される水晶振動片を
示す概略平面図。FIG. 9 is a schematic plan view showing a crystal resonator element manufactured by the manufacturing method of FIG.
【図１０】図８の製造方法による電極膜の膜構造を示
し、（ａ）励振電極の領域の膜構造の概略断面図、
（ｂ）励振電極以外の領域の膜構造の概略断面図。10 shows a film structure of an electrode film according to the manufacturing method of FIG. 8, and (a) a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of an excitation electrode;
(B) Schematic sectional view of the film structure in a region other than the excitation electrode.
【図１１】図８の製造方法による電極膜の熱処理後の膜
構造を示し、（ａ）励振電極の領域の膜構造の概略断面
図、（ｂ）励振電極以外の領域の膜構造の概略断面図。11 shows a film structure of the electrode film after the heat treatment by the manufacturing method of FIG. 8; FIG. 11 (a) is a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of an excitation electrode; FIG.
【図１２】図８の製造方法による電極膜の高融点金属成
分が拡散する原理を示す概略断面図。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the principle of diffusing a high melting point metal component of an electrode film by the manufacturing method of FIG.
【図１３】本発明の水晶振動片の製造方法の第３の実施
形態を説明するためのフローチャート。FIG. 13 is a flowchart for explaining a third embodiment of the method for manufacturing a crystal resonator element according to the present invention.
【図１４】図１３の製造方法により製造される水晶振動
片を示す概略平面図。FIG. 14 is a schematic plan view showing a crystal resonator element manufactured by the manufacturing method of FIG. 13;
【図１５】（ａ）図１３の製造方法による電極膜の引き
出し電極の領域の膜構造の概略断面図、（ｂ）その励振
電極の領域の膜構造の概略断面図、（ｃ）図１３の製造
方法による熱処理後の電極膜の引き出し電極の領域の膜
構造の概略断面図、（ｄ）その励振電極の領域の膜構造
の概略断面図。15A is a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of an extraction electrode of an electrode film by the manufacturing method of FIG. 13, FIG. 15B is a schematic cross-sectional view of a film structure of a region of an excitation electrode thereof, and FIG. FIG. 3D is a schematic cross-sectional view of a film structure in a region of a lead electrode of an electrode film after heat treatment by a manufacturing method, and FIG.
【図１６】本発明の各実施形態の製造方法を利用したサ
ンプルの製造条件と比較例のサンプルの製造条件を示す
表。FIG. 16 is a table showing manufacturing conditions of a sample using the manufacturing method of each embodiment of the present invention and manufacturing conditions of a sample of a comparative example.
【図１７】図１６の各サンプルの性能を比較した表。FIG. 17 is a table comparing the performance of each sample of FIG. 16;
【図１８】従来の水晶振動片の製造方法を説明するため
のフローチャート。FIG. 18 is a flowchart for explaining a conventional method for manufacturing a crystal resonator element.
【図１９】従来の水晶振動片の電極膜の構造を示し、
（ａ）製造時の膜構造を示す概略断面図、（ｂ）製造後
の熱的影響による電極膜構造の変化を示す概略断面図。FIG. 19 shows a structure of an electrode film of a conventional quartz-crystal vibrating piece.
(A) Schematic sectional view showing a film structure at the time of manufacture, (b) Schematic sectional view showing a change in an electrode film structure due to thermal influence after manufacture.
【図２０】従来の水晶振動片の製造後の熱的影響による
周波数変化の様子を示すグラフ。FIG. 20 is a graph showing a state of a frequency change due to a thermal influence after manufacturing a conventional crystal resonator element.
【図２１】従来の水晶振動片の製造後の熱的影響による
半田成分の拡散の様子を示す概略断面図。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a state of diffusion of a solder component due to a thermal effect after manufacturing a conventional crystal resonator element.
１０ 水晶振動子 １１ 水晶振動片 １２ パッケージ １３ 接続電極 １３ａ 引き出し電極 １４ 接続電極 １４ａ 引き出し電極 １５ 半田 １６ 半田 １７ａ 給電電極 １９ 励振電極 ２１ 水晶片 ２２ 下地層 ２３ 中間層 ２４ 上層（電極層） ２５ 電極膜 REFERENCE SIGNS LIST 10 crystal resonator 11 crystal resonator element 12 package 13 connection electrode 13 a extraction electrode 14 connection electrode 14 a extraction electrode 15 solder 16 solder 17 a power supply electrode 19 excitation electrode 21 crystal piece 22 underlayer 23 intermediate layer 24 upper layer (electrode layer) 25 electrode film
Claims (9)
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、 水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハから前記水晶片
を形成し、 この水晶片の表面に、高融点金属による下地層と、下地
層の上に設けられ、前記高融点金属と導体金属との混合
層でなる中間層と、この中間層の上に設けられ、前記導
体金属からなる上層とを備えた電極膜を形成し、 前記電極膜の接続電極に前記給電電極を当接して半田に
より接合し、 次いで、熱処理することにより、前記接合工程までに前
記水晶片に加わった応力を緩和すると共に、前記中間層
の材料成分を前記上層に拡散させて、この上層の表面に
析出させ、 さらに、前記電極膜の表面に対して、質量増加または質
量削減処理を行うことで周波数調整することを特徴とす
る、水晶振動片の製造方法。An excitation electrode to which a driving voltage is applied to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode, wherein an external driving voltage is applied to the connection electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating reed to which a power supply electrode for applying a voltage is applied, wherein the crystal reed is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, and the surface of the crystal reed is made of a high melting point metal. An electrode film comprising: a base layer; an intermediate layer provided on the base layer, the mixed layer being a mixture of the refractory metal and the conductive metal; and an upper layer provided on the intermediate layer and formed of the conductive metal. Is formed, and the power supply electrode is brought into contact with the connection electrode of the electrode film and joined by soldering. Then, by performing a heat treatment, the stress applied to the crystal blank before the joining step is reduced, and the intermediate layer is formed. The material components of the upper layer Is diffused, it is deposited on the upper surface, and further, to the surface of the electrode film, characterized in that the frequency adjustment by performing a mass increase or mass reduction process, method for producing the quartz crystal resonator element.
ｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｒのうちの１種
が用いられ、前記導体金属として、ＡｕまたはＡｇのど
ちらか１種が用いられることを特徴とする、請求項１に
記載の水晶振動片の製造方法。2. The method according to claim 2, wherein the refractory metal is Ti, V, C
2. The method according to claim 1, wherein one of r, Nb, Ta, Hf, Mo, Ni, and Zr is used, and one of Au and Ag is used as the conductive metal. Manufacturing method of crystal vibrating piece.
高融点金属の原子比が４パーセント以上、４０パーセン
ト以下であり、 かつ、前記中間層と前記上層とを合わせた膜厚が１５０
ｎｍ以上５００ｎｍ以下で、前記上層のみの膜厚が３０
ｎｍ以上１８０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求
項１または２に記載の水晶振動片の製造方法。3. The film thickness of the underlayer is 5 nm or more, and the mixing ratio of the high melting point metal and the conductive metal of the intermediate layer is:
The atomic ratio of the refractory metal is 4% or more and 40% or less, and the total film thickness of the intermediate layer and the upper layer is 150%.
not less than 500 nm and not more than 500 nm, and
The method for manufacturing a crystal resonator element according to claim 1, wherein the thickness is not less than 180 nm and not more than 180 nm.
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、 水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハから前記水晶片
を形成し、 この水晶片の表面に、高融点金属による下地層と、下地
層の上に設けられ、導体金属でなる上層とを備えた電極
膜を形成し、 前記電極膜の接続電極に前記給電電極を当接して半田に
より接合し、 前記電極膜の少なくとも前記励振電極部分の前記上層の
上に前記高融点金属により最表面層を形成し、 次いで、熱処理することにより、前記接合工程までに前
記水晶片に加わった応力を緩和すると共に、前記下地層
の材料成分を前記上層に拡散させるとともに、前記最表
面層の材料成分を前記上層に拡散させ、 さらに、前記電極膜の表面に対して、質量増加または質
量削減処理を行うことで周波数調整することを特徴とす
る、水晶振動片の製造方法。4. An excitation electrode for applying a drive voltage to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode, and an external drive voltage is applied to the connection electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating reed to which a power supply electrode for applying a voltage is applied, comprising: forming a quartz crystal piece from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block; Forming an electrode film including a base layer and an upper layer provided on the base layer and made of a conductive metal, abutting the power supply electrode to a connection electrode of the electrode film, and bonding with a solder; Forming a top surface layer of the refractory metal on at least the upper layer of the excitation electrode portion, and then performing a heat treatment to alleviate the stress applied to the quartz piece up to the bonding step and to form the base layer Material composition of While diffusing into the upper layer, the material component of the outermost layer is diffused into the upper layer, and further, the frequency is adjusted by performing a mass increase or mass reduction process on the surface of the electrode film. , A method of manufacturing a crystal resonator element.
振電極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続さ
れた接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部か
らの駆動電圧を印加するための給電電極が接合される水
晶振動片の製造方法であって、 水晶ブロックを切断して得た水晶ウエハから前記水晶片
を形成し、 この水晶片の表面に、高融点金属による下地層と、下地
層の上に設けられ、導体金属でなる上層とを備えた電極
膜を形成し、 前記電極膜の接続電極に前記給電電極を当接して半田に
より接合し、 この電極膜の少なくとも前記引き出し電極部分の前記上
層の上に前記高融点金属により最表面層を形成し、 次いで、熱処理することにより、前記接合工程までに前
記水晶片に加わった応力を緩和すると共に、前記下地層
の材料成分を前記上層に拡散させるとともに、前記最表
面層の材料成分を前記上層に拡散させ、 さらに、前記励振電極の一部を除去して質量削減方式に
よる周波数調整を行うことを特徴とする、水晶振動片の
製造方法。5. An excitation electrode to which a drive voltage is applied to the surface of a crystal blank, and a connection electrode connected to the excitation electrode via an extraction electrode, and an external drive voltage is applied to the connection electrode. A method for manufacturing a crystal vibrating reed to which a power supply electrode for applying a voltage is applied, wherein the crystal reed is formed from a crystal wafer obtained by cutting a crystal block, and the surface of the crystal reed is made of a high melting point metal. Forming an electrode film including a base layer and an upper layer provided on the base layer and made of a conductive metal, contacting the power supply electrode with a connection electrode of the electrode film, and bonding with a solder; Forming a top surface layer of the refractory metal on at least the upper layer of the extraction electrode portion, and then performing a heat treatment to alleviate the stress applied to the crystal blank by the bonding step and to form the base layer Material And a material component of the outermost surface layer is diffused into the upper layer, and a part of the excitation electrode is removed to perform frequency adjustment by a mass reduction method. A method for manufacturing a resonator element.
ｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｚｒのうちの１種
が用いられ、前記導体金属として、ＡｕまたはＡｇのど
ちらか１種が用いられることを特徴とする、請求項４ま
たは５のいずれかに記載の水晶振動片の製造方法。6. The high melting point metal as Ti, V, C
6. The method according to claim 4, wherein one of r, Nb, Ta, Hf, Mo, Ni, and Zr is used, and one of Au and Ag is used as the conductive metal. A method for manufacturing the quartz resonator blank according to any one of the above.
り、 前記最表面層の厚みが５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である
ことを特徴とする、請求項４ないし６のいずれかに記載
の水晶振動片の製造方法。7. The film thickness of the underlayer is 5 nm or more, the film thickness of the upper layer is 100 nm or more and 500 nm or less, and the thickness of the outermost layer is 5 nm or more and 30 nm or less, A method for manufacturing the quartz vibrating reed according to claim 4.
氏３００度以下であることを特徴とする、請求項１ない
し７のいずれかに記載の水晶振動片の製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is not less than 200 degrees Celsius and not more than 300 degrees Celsius.
封止された水晶デバイスであって、 前記水晶振動片は、表面に駆動電圧が印加される励振電
極と、この励振電極と引き出し電極を介して接続された
接続電極とを備え、この接続電極に対して、外部からの
駆動電圧を印加するための給電電極が半田により接合さ
れており、 前記電極膜が、導体金属による第１の層と、少なくとも
高融点金属を含んだ第２の層とを備えていて、この第２
の層の高融点金属成分が、第１の層に対して、電極膜の
厚み方向に拡散されていることを特徴とする、水晶デバ
イス。9. A crystal device in which a crystal vibrating piece in a package is housed and sealed, wherein the crystal vibrating piece includes an excitation electrode to which a drive voltage is applied to a surface, and an excitation electrode and a lead electrode. A power supply electrode for applying an external drive voltage to the connection electrode by soldering, and the electrode film is formed of a first layer made of a conductive metal. And at least a second layer containing a high melting point metal,
Wherein the high melting point metal component of the layer is diffused in the thickness direction of the electrode film with respect to the first layer.
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|---|---|---|---|---|
| US8288925B2 (en) | 2008-09-17 | 2012-10-16 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Method of manufacturing quartz resonator element, quartz resonator element, quartz resonator, and quartz oscillator |
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