JP2015213230A - Electronic component, manufacturing method of the same, electronic apparatus and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品、電子部品の製造方法、この電子部品を備えている電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to an electronic component, a method for manufacturing the electronic component, an electronic device including the electronic component, and a moving body.
水晶等の圧電材料を用いた圧電デバイスは、圧電振動子、共振器、フィルターといった電子部品として多くの分野で用いられている。
このうち、圧電振動子は、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として、電子機器類に多用されている。圧電振動子は、圧電振動片と、圧電振動片の振動領域の両主面に設けられた励振電極と、を備えている。この励振電極にはバンプ等が接合され、このバンプ等を介して励振電極に電圧が印加されることにより、圧電振動片が励振する。
Piezoelectric devices using piezoelectric materials such as quartz are used in many fields as electronic components such as piezoelectric vibrators, resonators, and filters.
Among them, the piezoelectric vibrator is frequently used in electronic devices as a time source, a timing source such as a control signal, a reference signal source, and the like. The piezoelectric vibrator includes a piezoelectric vibrating piece and excitation electrodes provided on both main surfaces of the vibration region of the piezoelectric vibrating piece. A bump or the like is bonded to the excitation electrode, and a voltage is applied to the excitation electrode via the bump or the like, so that the piezoelectric vibrating piece is excited.
特許文献1には、水晶からなる圧電基板の表面にクロムやニッケルからなる下地電極を設け、その上に銀やチタンからなるバリア層を設け、さらにその上に金からなる主電極を設けた3層構造の電極を備えた振動子が開示されている。このようなバリア層を設けたことにより、下地電極の材料が主電極表面に析出するのを抑制し、主電極とバンプとの間を安定して接合することを試みている。
また、特許文献2では、圧電片の表面に下地層を形成し、その表面にスパッタリング法による第1成膜方法で第1金層を成膜し、その第1金層の表面に第1成膜方法とは異なる真空蒸着法による第2成膜方法で第2金層を成膜する励振電極を備えた振動子が開示されている。このような2種類の成膜方法で金層を成膜することにより、下地層の拡散を第1金層で防ぎ、第2金層まで及ばない良好な励振電極を得ている。
In
Further, in
しかしながら、特許文献1におけるバリア層に用いられる銀やチタンといった金属元素も、加熱処理などによって主電極の表面に析出する虞がある。また、特許文献2についても第1金層と第2金層との間には金以外の化合物が存在しないため、下地層に用いた金属元素が加熱処理などによって第1金層を介し第2金層の表面に析出する虞がある。従って、バリア層や下地層の金属元素が金属層の表面に析出するとともに、表面に析出したバリア層や下地層の金属元素の酸化反応が生じるため、それによって主電極とバンプとの間の安定的な接合が阻害されるという虞がある。
However, metal elements such as silver and titanium used for the barrier layer in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る電子部品は、基板と、前記基板の表面から下地層、中間層および上層が順に積層されている電極層と、を有し、前記中間層は、前記下地層の主成分と前記上層の主成分とを含み、前記中間層の前記上層側の面は、前記下地層の主成分の酸化物又は窒化物を有する第1領域と、前記上層の主成分を有する第2領域と、を含んでいる電子部品において、前記第2領域の平均粒径が15nm以上35nm以下であることを特徴とする。 Application Example 1 An electronic component according to this application example includes a substrate and an electrode layer in which a base layer, an intermediate layer, and an upper layer are sequentially stacked from the surface of the substrate, and the intermediate layer includes the lower layer A main layer of the base layer and a main component of the upper layer, and the surface on the upper layer side of the intermediate layer includes a first region having an oxide or nitride as a main component of the base layer, and a main component of the upper layer. And an electronic component including the second region, wherein the second region has an average particle size of 15 nm to 35 nm.
本適用例によれば、中間層を構成する第2領域の粒子状組織の平均粒径が15nm以上35nm以下とすることにより、平均粒径が35nmより大きい粒子状組織で構成された中間層に比べ、粒子状組織間の結晶粒界距離を長くすることができるため、下地層の主成分が第2領域の粒子状組織間の粒界を拡散経路として伝わり拡散することが抑制され、中間層や上層の表面に析出することを低減することができる。そのため、下地層の主成分が上層の表面へ析出する量も低減され、上層とバンプ等の接合相手との接合強度の低下が抑制されるとともに、第2領域によって中間層と上層との間の接触抵抗の減少および層間密着強度の向上を図ることができる。また、下地層の主成分が上層へ析出する量が低減するため、上層の表面へ析出した下地層の主成分の酸化又は窒化による電極層の質量変化を低減することができるため、電極層質量の経時変化を低減することができる。よって、高い接合強度と高い電気伝導性とを両立させ、かつ、経時的な共振周波数の変化(周波数ドリフト)を低減し得る構造の電極層を備えた電子部品が得られるという効果がある。 According to this application example, the average particle diameter of the particulate structure in the second region constituting the intermediate layer is set to 15 nm or more and 35 nm or less, whereby the intermediate layer formed of the particulate structure having an average particle diameter larger than 35 nm is formed. In comparison, since the grain boundary distance between the particulate structures can be increased, it is possible to prevent the main component of the underlayer from diffusing through the grain boundaries between the particulate structures in the second region as a diffusion path. And precipitation on the surface of the upper layer can be reduced. Therefore, the amount of the main component of the underlayer deposited on the surface of the upper layer is also reduced, and a decrease in bonding strength between the upper layer and a bonding partner such as a bump is suppressed, and between the intermediate layer and the upper layer by the second region. Reduction of contact resistance and improvement of interlayer adhesion strength can be achieved. In addition, since the amount of the main component of the underlayer deposited on the upper layer is reduced, the mass change of the electrode layer due to oxidation or nitridation of the main component of the underlayer deposited on the surface of the upper layer can be reduced. The change with time can be reduced. Therefore, there is an effect that it is possible to obtain an electronic component including an electrode layer having a structure that can achieve both high bonding strength and high electrical conductivity and can reduce a change in resonant frequency over time (frequency drift).
[適用例2]上記適用例に記載の電子部品において、前記第2領域の平均粒径が15nm以上20nm以下であることを特徴とする。 Application Example 2 In the electronic component according to the application example, the average particle diameter of the second region is 15 nm or more and 20 nm or less.
本適用例によれば、第2領域の平均粒径を20nm以下とすることで、第2領域の結晶粒界距離をより長くすることができるため、下地層の主成分が第2領域の結晶粒界を伝わり拡散することがより抑制され、中間層の表面に析出することをより低減することができる。そのため、下地層の主成分が上層の表面へ析出する量もより低減され、上層と接合相手との接合強度の低下をより抑制し、より良好な経時変化特性を有することができるという効果がある。 According to this application example, by setting the average grain size of the second region to 20 nm or less, the crystal grain boundary distance of the second region can be further increased. Propagation through the grain boundary is further suppressed, and precipitation on the surface of the intermediate layer can be further reduced. Therefore, the amount of the main component of the underlayer deposited on the surface of the upper layer is further reduced, and it is possible to further suppress a decrease in the bonding strength between the upper layer and the bonding partner and to have better aging characteristics. .
[適用例3]上記適用例に記載の電子部品において、前記中間層は、前記中間層の前記下地層側の面から前記上層側の面の間に前記下地層の主成分を有するとともに、前記中間層の前記上層側の面には、部分的に前記下地層の主成分の酸化物又は窒化物を有することを特徴とする。 Application Example 3 In the electronic component according to the application example described above, the intermediate layer has a main component of the base layer between a surface on the base layer side and a surface on the upper layer side of the intermediate layer. The upper layer side surface of the intermediate layer partially includes an oxide or nitride as a main component of the underlayer.
本適用例によれば、第1領域を形成し易いという利点がある。すなわち、中間層における下地層の主成分の拡散によって拡散経路を形成した後、中間層の上面に露出している領域(下地層の主成分の拡散経路の最表面)を部分的に酸化又は窒化させることにより、第1領域とそれ以外の第2領域とを容易かつ確実に形成することができる。 According to this application example, there is an advantage that the first region can be easily formed. That is, after the diffusion path is formed by the diffusion of the main component of the underlayer in the intermediate layer, the region exposed on the upper surface of the intermediate layer (the outermost surface of the diffusion path of the main component of the underlayer) is partially oxidized or nitrided By doing so, the first region and the other second region can be formed easily and reliably.
[適用例4]上記適用例に記載の電子部品において、前記中間層は、前記下地層の主成分が前記上層の主成分の粒界に有することを特徴とする。 Application Example 4 In the electronic component according to the application example described above, the intermediate layer has a main component of the base layer at a grain boundary of the main component of the upper layer.
本適用例によれば、中間層は、上層の主成分の金属結晶の存在によってそれ自体の機械的特性が向上し、電極構造の層間の密着性を特に高めることができる。また、上層の主成分の金属結晶の存在は、中間層の電気伝導性の向上につながる。このため、厚さ方向の内部抵抗を特に抑制し、電極構造の電気伝導性を特に高めることができるという効果がある。 According to this application example, the intermediate layer has its own mechanical characteristics improved by the presence of the metal crystal as the main component of the upper layer, and can particularly improve the adhesion between the layers of the electrode structure. In addition, the presence of the metal crystal as the main component of the upper layer leads to an improvement in electrical conductivity of the intermediate layer. For this reason, the internal resistance in the thickness direction is particularly suppressed, and the electrical conductivity of the electrode structure can be particularly enhanced.
[適用例5]上記適用例に記載の電子部品において、前記中間層は、厚さ方向に沿って前記上層側から前記下地層側に向かって酸素含有率が低下する酸素分布又は窒素含有率が低下する窒素分布を有していることを特徴とする。 Application Example 5 In the electronic component according to the application example described above, the intermediate layer has an oxygen distribution or a nitrogen content that decreases in oxygen content from the upper layer side toward the base layer side along the thickness direction. It has a decreasing nitrogen distribution.
本適用例によれば、第1領域を構成する下地層の主成分の酸化物又は窒化物は、中間層から剥離することなく強固に密着するものとなるため、第1領域は、下地層の主成分の拡散を抑制するという機能をより十分に発揮し得るものとなる。 According to this application example, the oxide or nitride as the main component of the base layer constituting the first region is firmly adhered without being peeled off from the intermediate layer. The function of suppressing the diffusion of the main component can be more fully exhibited.
[適用例6]上記適用例に記載の電子部品において、前記基板は圧電基板であり、前記中間層および前記上層は金又は金を主成分とする金属であり、前記電極層により前記圧電基板が励振される振動片であることを特徴とする。 Application Example 6 In the electronic component according to the application example described above, the substrate is a piezoelectric substrate, the intermediate layer and the upper layer are gold or a metal containing gold as a main component, and the piezoelectric substrate is formed by the electrode layer. It is a vibrating piece to be excited.
本適用例によれば、高い接合強度と高い電気伝導性とを両立させ得る電極構造を備えた信頼性の高い振動子が得られる。 According to this application example, it is possible to obtain a highly reliable vibrator having an electrode structure that can achieve both high bonding strength and high electrical conductivity.
[適用例7]上記適用例に記載の電子部品において、前記振動片を発振させる発振回路を備えていることを特徴とする。 Application Example 7 In the electronic component according to the application example described above, an oscillation circuit that oscillates the vibration piece is provided.
本適用例によれば、高い接合強度と高い電気伝導性とを両立させ得る電極構造を備えた信頼性の高い発振器が得られる。 According to this application example, it is possible to obtain a highly reliable oscillator including an electrode structure that can achieve both high bonding strength and high electrical conductivity.
[適用例8]本適用例に係る電子部品の製造方法は、基板を準備する工程と、前記基板の表面に下地層を形成する工程と、前記下地層の表面に、成膜時の前記基板の温度を−10℃以上150℃以下の範囲で、前記成膜時に前記基板が配置される領域の気体圧力を0.3Pa以上0.6Pa以下の範囲で、スパッタリングにより中間層を形成する工程と、前記下地層の主成分を前記中間層へ拡散させる工程と、前記下地層の主成分を酸化又は窒化させる工程と、前記中間層の表面に上層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 8 An electronic component manufacturing method according to this application example includes a step of preparing a substrate, a step of forming a base layer on the surface of the substrate, and the substrate at the time of film formation on the surface of the base layer. Forming an intermediate layer by sputtering in a range of −10 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, a gas pressure in a region where the substrate is disposed at the time of film formation being 0.3 Pa or higher and 0.6 Pa or lower; A step of diffusing the main component of the base layer into the intermediate layer, a step of oxidizing or nitriding the main component of the base layer, and a step of forming an upper layer on the surface of the intermediate layer. To do.
本適用例によれば、高い接合強度と高い電気伝導性とを両立させ得る電極構造を備えた電子部品を容易に製造することができる。 According to this application example, it is possible to easily manufacture an electronic component having an electrode structure that can achieve both high bonding strength and high electrical conductivity.
[適用例9]上記適用例に記載の電子部品の製造方法において、前記基板は圧電基板であり、前記中間層および前記上層は金又は金を主成分とする金属であることを特徴とする。 Application Example 9 In the method of manufacturing an electronic component according to the application example described above, the substrate is a piezoelectric substrate, and the intermediate layer and the upper layer are gold or a metal containing gold as a main component.
本適用例によれば、高い接合強度と高い電気伝導性とを両立させ得る電極構造を備えた圧電振動片を容易に製造することができる。 According to this application example, it is possible to easily manufacture a piezoelectric vibrating piece having an electrode structure that can achieve both high bonding strength and high electrical conductivity.
[適用例10]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の電子部品を備えていることを特徴とする。 Application Example 10 An electronic device according to this application example includes the electronic component described in the application example.
本適用例によれば、本発明の電子部品を備えていることにより、信頼性の高い電子機器が得られる。 According to this application example, a highly reliable electronic device can be obtained by including the electronic component of the present invention.
[適用例11]本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の電子部品を備えていることを特徴とする。 Application Example 11 A moving object according to this application example includes the electronic component described in the application example.
本適用例によれば、本発明の電子部品を備えていることにより、信頼性の高い移動体が得られる。 According to this application example, a highly reliable moving body can be obtained by including the electronic component of the present invention.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure shown below, the size and ratio of each component may be described differently from the actual component in order to make each component large enough to be recognized on the drawing. is there.
[電子部品]
<振動子>
先ず、本発明の電子部品の実施形態を適用した振動子1について説明する。
図1は、本発明の電子部品の実施形態を適用した振動子を示す平面図である。図2は、図1中のA−A線の断面図である。図3は、図1に示す振動子が有する振動片の平面図である。なお、説明の便宜上、図1ではリッド130の図示を一部省略している。また、以下の説明では、図2中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。
図1および図2に示すように、振動子1は、パッケージ110と、パッケージ110内に収容された振動片190と、を有している。
[Electronic parts]
<Oscillator>
First, a
FIG. 1 is a plan view showing a vibrator to which an embodiment of an electronic component of the present invention is applied. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a plan view of a resonator element included in the vibrator illustrated in FIG. 1. For convenience of explanation, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
(振動片)
図3(a)及び図3(b)に示すように、振動片190は、平面視形状が長方形(矩形)の板状をなす圧電基板191と、圧電基板191の表面に形成された導電性を有する一対の電極層193,195と、を有している。振動片190は、電極層193,195に所定の交流電圧を印加することで励振する。なお、図3(a)は、振動片190の上面を上方から見た平面図であり、図3(b)は、振動片190の下面を上方から見た透過図(平面図)である。
(Vibration piece)
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
圧電基板191は、主として厚み滑り振動をする水晶素板である。
本実施形態では、圧電基板191としてATカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板を用いている。なお、ATカットとは、水晶の結晶軸であるX軸とZ軸とを含む平面(Y面)をX軸回りにZ軸から反時計方向に約35度15分程度回転させて得られる主面(X軸とZ’軸とを含む主面)を有するように切り出されていることをいう。
また、圧電基板191は、その長手方向が水晶の結晶軸であるX軸と一致している。
The
In the present embodiment, a quartz base plate cut at a cut angle called AT cut is used as the
The longitudinal direction of the
電極層193は、圧電基板191の上面に形成された励振電極193aと、圧電基板191の下面に形成されたボンディングパッド193bと、励振電極193aとボンディングパッド193bとを電気的に接続する配線193cと、を有している。
一方、電極層195は、圧電基板191の下面に形成された励振電極195aと、圧電基板191の下面に形成されたボンディングパッド195bと、励振電極195aおよびボンディングパッド195bを電気的に接続する配線195cと、を有している。
The
On the other hand, the
励振電極193aおよび励振電極195aは、圧電基板191を介して互いに対向して設けられ、互いにほぼ同じ形状をなしている。すなわち、圧電基板191を平面視したとき(圧電基板191の厚さ方向からみたとき)、励振電極193aおよび励振電極195aは、互いに重なるように位置し、かつ、互いの輪郭がほぼ一致するように形成されている。
また、ボンディングパッド193b,195bは、圧電基板191の下面の図3中右側の端部に互いに離間して形成されている。
The
Also, the
このような電極層193,195は、それぞれ下地層と中間層と上層とで構成された3層構造を有している。なお、この電極層193,195については、後に詳述する。また、上記説明では、ATカットの水晶素板を例に説明しているが、このカット角は特に限定されるものではなく、ZカットやBTカット等であってもよい。また、圧電基板191の形状は、特に限定されず、二脚音叉、H型音叉、三脚音叉、くし歯型、直交型、角柱型等の形状であってもよい。なお、振動片190としては、ATカット、Zカット、BTカット以外にも、基板材料として水晶を用いた水晶振動片、例えば、SCカットの水晶振動片でもよいし、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子片や、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動片や、その他の基板材料を用いた振動片であってもよい。また、振動片190や、SAW共振子片や、MEMS振動片の基板材料としては、水晶の他、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いてもよい。振動片190や、SAW共振子片や、MEMS振動片の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
Such electrode layers 193 and 195 each have a three-layer structure including a base layer, an intermediate layer, and an upper layer. The electrode layers 193 and 195 will be described in detail later. In the above description, an AT-cut quartz base plate is described as an example, but this cut angle is not particularly limited, and may be a Z-cut, a BT-cut, or the like. The shape of the
(パッケージ)
図1および図2に示すように、パッケージ110は、上面に開放する凹部121を有するベース120と、凹部121の開口を塞ぐリッド130(蓋体)とを有している。このようなパッケージ110では、リッド130により塞がれた凹部121の内側が前述した振動片190を収納する収納空間Sとして用いられる。
(package)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ベース120は、板状の基部123と、基部123の上面に設けられた枠状の側壁124と、を有し、これによりベース120の上面の中央部に開放する凹部121が形成されている。
ベース120の構成材料としては、絶縁性を有していれば特に限定されず、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物系セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物系セラミックス、炭化珪素等の炭化物系セラミックス等の各種セラミックスや、ガラスや、樹脂等を用いることができる。
The
The constituent material of the
基部123の上面には、一対の接続電極141,151が形成されている。一方、基部123の下面には、一対の外部実装電極142,152が形成されている。そして、基部123には、その厚さ方向に貫通する貫通電極143,153が形成されており、貫通電極143を介して接続電極141と外部実装電極142とが電気的に接続され、貫通電極153を介して接続電極151と外部実装電極152とが電気的に接続されている。
A pair of
接続電極141,151、外部実装電極142,152および貫通電極143,153の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金(Au)、金合金、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銀(Ag)、銀合金、クロム(Cr)、クロム合金、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、およびそれらを組み合わせた合金等の金属材料を用いることができる。
The constituent materials of the
また、側壁124の上面には、枠状のメタライズ層170が設けられている。このメタライズ層170は、後述するろう材180との密着性を高めるものである。これにより、ろう材180によるベース120とリッド130との接合強度を高めることができる。
メタライズ層170の構成材料としては、ろう材180との密着性を高めることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、前述した接続電極141,151等の構成材料で挙げたような金属材料を用いることができる。
A frame-
The constituent material of the metallized
リッド130は、金属平板やガラスやセラミックスを加工したものであって、主に平板状をなしている。
また、リッド130の構成材料(金属材料)としては、特に限定されないが、ベース120の構成材料と線膨張係数が近似する金属材料を用いることが好ましい。従って、例えば、ベース120をセラミックス基板とした場合には、リッド130の構成材料としてはコバール等のFe−Ni−Co系合金、42アロイ等のFe−Ni系合金等の合金を用いることが好ましい。
リッド130をベース120に対して接合する方法としては、特に限定されないが、例えば、リッド130をベース120上に載置した状態で、リッド130の縁部にレーザーを照射し、メタライズ層170およびろう材180を加熱、溶融させ、これにより、リッド130をベース120に接合する方法が挙げられる。
The
The constituent material (metal material) of the
The method of joining the
このようなリッド130の下面には、ろう材180が設けられている。本実施形態では、ろう材180は、リッド130の下面の全域に亘って設けられている。なお、ろう材180は、リッド130の下面の外周部のみに設けられていてもよい。
そして、リッド130は、ろう材180とメタライズ層170との溶着によりベース120に接合されている。
ろう材180としては、特に限定されず、例えば、金ろう、銀ろう、はんだ等を用いることができるが、銀ろうを用いるのが好ましい。また、ろう材180の融点としては、特に限定されないが、例えば、800℃以上1000℃以下程度であるのが好ましい。
A
The
The
このようなパッケージ110の収納空間Sには、前述した振動片190が収納されている。収納空間Sに収納された振動片190は、一対の導電性接着剤161,162を介してベース120に片持ち支持されている。
導電性接着剤161は、接続電極141とボンディングパッド193bとに接触して設けられており、これにより、接続電極141とボンディングパッド193bとを電気的に接続している。同様に、導電性接着剤162は、接続電極151とボンディングパッド195bとに接触して設けられており、これにより、接続電極151とボンディングパッド195bとを電気的に接続している。
なお、導電性接着剤161,162は、それぞれ導電性金属材料で代替することもできる。導電性金属材料としては、特に限定されないが、例えば、前述した接続電極141,151等の構成材料で挙げたような金属材料やはんだが挙げられる。
In the storage space S of such a
The
The
(電極層)
図4は、図2の一部を拡大して示す部分拡大図である。なお、図4では、図2とは上下を反転させている。
図4(a)に示す振動片190の電極層193は、それぞれ、圧電基板191の表面に形成された下地層196と、下地層196の表面に形成された中間層197と、中間層197の表面に形成された上層198と、で構成された3層構造を有している。
このうち、中間層197は、下地層196の主成分である下地層主成分と、上層198の主成分である上層主成分と、を含んでいる。また、中間層197の上層198に隣接する面は、主として下地層196の酸化物又は窒化物で占められている第1領域1971と、主として上層主成分で占められている第2領域1972と、を含んでいる。
(Electrode layer)
FIG. 4 is a partially enlarged view showing a part of FIG. 2 in an enlarged manner. In FIG. 4, the top and bottom are reversed from those in FIG. 2.
The
Among these, the
下地層196と中間層197との間は、従来の下地層と上層との間の密着性と同等の密着性を有し、中間層197と上層198との間は、中間層197の第2領域1972と上層主成分とが同一成分であることから、従来の下地層と上層との間の密着性よりも高い密着性を有する。
また、このような中間層197によれば、導電性接着剤161,162に代えて導電性金属材料を用いた場合、電極層193,195と導電性金属材料との融着による接合強度をより高めることができる。これは、中間層197の上面に、主として下地層主成分の酸化物で占められている第1領域1971を設けたことによるものである。具体的には、下地層主成分と上層主成分とが隣接している場合、従来の電極構造では、下地層主成分が上層側に拡散し、電極層と導電性金属材料との融着を阻害するという問題があった。これに対し、中間層197を設けた後に、中間層197の表面を酸化又は窒化することで、中間層197の上面に下地層主成分の酸化物又は窒化物で占められている第1領域1971を設けることにより、下地層主成分が第1領域1971によって遮られ、それ以上は上層198側に拡散し難くなる。このため、上層198では上層主成分の含有率が高く維持されることとなり、電極層193,195と導電性金属材料との融着において下地層主成分の悪影響を受けることなく接合強度を高めることができる。
The
Further, according to such an
さらには、このような中間層197によれば、電極層193,195の厚さ方向における電気伝導性をより高めることができる。これは、中間層197の上面に、第1領域1971と第2領域1972とを併設したことによるものである。具体的には、第2領域1972は、上層198の主成分である上層主成分で占められた領域であることから、この第2領域1972と上層198との接触抵抗の低下を図ることができる。このため、上層198から中間層197を経て下地層196に至る経路における内部抵抗を最小限に抑え、電極層193,195の厚さ方向の電気伝導性を高めることができる。なお、電極層193,195の厚さ方向の電気伝導性を高めることにより、振動片190の電気的な等価回路における等価直列抵抗(CI)値の低下を図ることができる。これにより、振動片190が振動し易くなり、振動子1の振動安定性をより高めることができる。
Furthermore, according to such an
下地層196の構成材料である下地層主成分としては、圧電基板191に対して密着性を有する材料が挙げられ、具体的には、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)等が挙げられる。従って、下地層196の構成材料には、これらの金属元素の1種又は2種以上の混合物(合金を含む。)が用いられる。また、下地層196の構成材料には、クロム又はニッケルの単体又はこれらのいずれかを含む混合物(合金を含む。)が好ましく用いられる。なお、下地層196の構成材料には、下地層主成分の他に上記とは別の金属元素および非金属元素(例えば、Si、C、B等)を含んでいてもよいが、その場合、下地層196における下地層主成分の含有率は50質量%以上であるのが好ましい。
下地層196の平均厚さは、特に限定されないが、3nm以上300nm以下程度であるのが好ましく、3nm以上250nm以下程度であるのがより好ましい。下地層196の平均厚さを3nm以上300nm以下の範囲内に設定することにより、圧電基板191に対して十分な密着性が確保される。
As a base layer main component which is a constituent material of the
The average thickness of the
一方、上層198の構成材料である上層主成分としては、電気伝導性が特に高い材料が挙げられ、具体的には、金(Au)、白金(Pt))、銀(Ag)のような貴金属元素が挙げられる。従って、上層198の構成材料には、これらの貴金属元素の1種又は2種以上を含む混合物(合金を含む)が用いられる。なお、上層198の構成材料には、上層主成分の他に上記とは別の金属元素および非金属元素(例えば、Si、C、B等)を含んでいてもよいが、その場合、上層198における上層主成分の含有率は50質量%以上であるのが好ましい。
On the other hand, the main component of the upper layer which is a constituent material of the
上層198の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上1000nm以下程度であるのが好ましく、20nm以上800nm以下程度であるのがより好ましい。上層198の平均厚さを10nm以上1000nm以下の範囲内に設定することにより、電極層193,195と導電性接着剤161,162との接触抵抗を抑え、両者間の電気伝導性を高めることができる。また、導電性接着剤161,162に代えて導電性金属材料を用いた場合、電極層193,195と導電性金属材料との接合強度をより高めることができる。
中間層197は、前述したように、下地層196の主成分である下地層主成分と、上層198の主成分である上層主成分と、を含んでいる。具体的には、中間層197には、上層主成分と下地層主成分とが固溶することなく、それぞれがある程度凝集しつつ相互に拡散しているのが好ましい。
The average thickness of the
As described above, the
図4(b)は、図4(a)をさらに拡大して示す部分拡大図である。
図4(b)に示す中間層197は、主として上層主成分の結晶で構成された粒子状組織である第2領域1972と、第2領域1972同士の隙間を埋めるように分布し、主として下地層主成分で構成された粒界組織である第3領域1974と、を有している。つまり、中間層197は、上層198の主成分で構成された第2領域1972と第2領域1972との粒界に下地層196の主成分が拡散した状態である。
第3領域1974のうち、中間層197の上面に露出している領域であって、下地層主成分の酸化物で構成されている領域が、前述した第1領域1971となる。
FIG. 4B is a partially enlarged view showing FIG. 4A further enlarged.
The
Of the
中間層197が上述したような第2領域1972と第3領域1974とを有していることにより、中間層197が奏する前述した効果がより顕著なものとなる。すなわち、上層主成分の金属結晶で構成された第2領域1972が含まれているため、中間層197自体の機械的特性が向上し、電極層193,195の層間の密着性を特に高めることができる。
また、中間層197を設けることにより上層198内への下地層主成分の拡散が抑制され、上層における上層主成分の金属結晶成分の占有率低下を抑えられるため、従来構造のような上層への電気伝導性の低い下地層主成分の拡散による電気伝導性の低下が抑制される。従って、電極層193,195の電気伝導性を特に高めることができる。
Since the
Further, the provision of the
なお、上層主成分と下地層主成分との混在形態は、上記のものに限定されず、いかなる形態であってもよい。 The mixed form of the upper layer main component and the base layer main component is not limited to the above, and may be any form.
中間層197における粒子状組織である第2領域1972の粒径Dの平均粒径は、15nm以上35nm以下であるのが好ましく、15nm以上20nm以下であるのがより好ましい。この平均粒径は、例えば、中間層197の断面を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡により観察し、画像上で第2領域1972の円相当径を求め、100個の測定値の平均値として求めることができる。
The average particle diameter D of the
ここで、厚み滑り振動をする水晶素板の場合には、その共振周波数が水晶素板の板厚に反比例するため、水晶素板の板厚を薄くすると高い共振周波数を得ることができる。そのため、水晶素板の上下面に励振電極193a,195aとして形成された3層構造の電極層193の上層198の表面に下地層主成分が析出すると、下地層主成分が酸化又は窒化されることで、酸素原子又は窒素原子が励振電極193a,195aの表面近傍に付着したものとみなされる。そのため、励振電極193a,195aの質量が増したこととなり水晶素板の板厚が増したものと同等となり、共振周波数が低下し、振動子の共振周波数が変化してしまい問題となる。
Here, in the case of a quartz base plate that undergoes thickness shear vibration, the resonance frequency is inversely proportional to the thickness of the quartz base plate, so that a high resonance frequency can be obtained by reducing the thickness of the quartz base plate. Therefore, if the base layer main component is deposited on the surface of the
そこで、第2領域1972の粒子状組織の平均粒径を35nm以下とすることで、粒子状組織の結晶粒界距離を長くすることができるため、下地層主成分が第2領域1972の粒子状組織間の結晶粒界を拡散経路として伝わり拡散することを抑制し、上層198の表面に析出することを低減することができる。そのため、下地層主成分の酸化又は窒化に伴う共振周波数の低下による経時的な共振周波数の変化(周波数ドリフト)を共振周波数32MHz以下の振動子において、20ppm以内に収めることができる。
Therefore, by setting the average grain size of the particulate structure in the
しかし、共振周波数32MHzより高い振動子においては、共振周波数32MHz以下の振動子に比べ、水晶素板の板厚が薄くなり、同量の酸素原子又は窒素原子が付着した場合、水晶素板の板厚に対する質量比が大きくなるため、経時的な共振周波数の変化(周波数ドリフト)を20ppm以内に収めることができない。そのため、第2領域1972の粒子状組織の平均粒径を20nm以下とすることで、粒子状組織の結晶粒界距離をさらに長くすることにより、下地層主成分が上層198の表面に析出することを低減することで、共振周波数32MHz以上52MHz以下の振動子において、経時的な共振周波数の変化(周波数ドリフト)を20ppm以内に収めることができる。
However, in a vibrator having a resonance frequency higher than 32 MHz, the thickness of the crystal element plate is thinner than that of a resonator having a resonance frequency of 32 MHz or less, and when the same amount of oxygen atoms or nitrogen atoms adheres, Since the mass ratio with respect to the thickness becomes large, the change in the resonant frequency over time (frequency drift) cannot be kept within 20 ppm. Therefore, by setting the average grain size of the particulate structure in the
なお、第2領域1972の粒子状組織の平均粒径を15nm以上としているのは、15nm未満にすると、薄膜成長上、製造が非常に難しく、たとえ成膜できたとしても電極膜の比抵抗が大きくなり、振動子としてのCI値が大きくなってしまうのを低減するためである。
The average particle size of the particulate structure in the
また、第3領域1974は、図4(b)に示すように、中間層197を厚さ方向に貫通するよう分布している。この第3領域1974のうち、中間層197の上面に露出している領域(第1領域1971)は、部分的に下地層主成分の酸化物又は窒化物等で構成されている。第3領域1974が中間層197を厚さ方向に貫通していることにより、第1領域1971および第2領域1972を形成し易いという利点がある。すなわち、第3領域1974は、下地層主成分が下地層196から上層198へと拡散する際の拡散経路となり得るが、このような下地層主成分の拡散によって拡散経路を形成した後、中間層197の上面に露出している領域を部分的に酸化又は窒化させることにより、拡散経路を通じて下地層主成分がそれ以上拡散するのを抑制することができる。従って、この方法により、上面近傍には下地層主成分の酸化物又は窒化物、すなわち第1領域1971が容易かつ確実に形成され、この酸化物又は窒化物が下地層主成分の拡散を抑制し得る拡散抑止機能を担う一方、それより下方では下地層主成分が酸化又は窒化することなく存在し得るため、この非酸化物又は非窒化物が中間層197と下地層196との密着性を確保する機能を担う。また、第2領域1972は、下地層主成分の拡散経路にはなり難いため、中間層197の上面に第2領域1972が露出している領域が第2領域1972となる。よって、第3領域1974が中間層197の厚さ方向に貫通していることで、第1領域1971と第2領域1972とを容易かつ確実に形成可能になるという利点がある。
なお、第3領域1974は、中間層197の厚さ方向を貫通しておらず、例えば中間層197の下面には露出していなくてもよい。この場合であっても、上述したような効果が得られる。
Further, as shown in FIG. 4B, the
Note that the
また、第3領域1974の酸素(窒素)含有率は、中間層197の厚さ方向において上層198側から下地層196側に向かって徐々に低下するよう分布しているのが好ましい。すなわち、第3領域1974では、特に第1領域1971の酸素(窒素)含有率が相対的に高くなっており、そこから下地層196側に向かうにつれて酸素(窒素)含有率が徐々に低下しているのが好ましい。これにより、第1領域1971を構成する下地層主成分の酸化物(窒化物)は、第3領域1974中において剥離することなく強固に密着するものとなるため、第1領域1971は、下地層主成分の拡散を抑制するという機能をより十分に発揮し得るものとなる。すなわち、第3領域1974の酸素(窒素)含有率がこのように分布していることで、電極層193の層間の密着性の低下を抑制し、下地層主成分の拡散をより抑制することができる。
In addition, the oxygen (nitrogen) content in the
なお、第3領域1974の酸素(窒素)含有率の分布は、電極層193の断面について定性定量分析の線分析又は面分析、あるいは、電極層193を厚さ方向に少しずつ除去しながら定性定量分析を行うことで特定することができる。定性定量分析としては、例えばX線光電子分光分析法、2次イオン質量分析法、電子線マイクロ分析法、オージェ電子分光分析法、蛍光X線分析法等が用いられる。
また、第2領域1972における上層主成分の含有率は、80質量%以上であるのが好ましく、90質量%以上であるのがより好ましい。
一方、第3領域1974における下地層主成分の含有率も、80質量%以上であるのが好ましく、90質量%以上であるのがより好ましい。
Note that the distribution of the oxygen (nitrogen) content in the
The content of the upper layer main component in the
On the other hand, the content of the base layer main component in the
図5は、図4に示す中間層197の上面を模式的に示す平面図である。
中間層197の上面には、図5に示すように、第1領域1971と第2領域1972とが露出している。前述したように、これら2つの領域が併存していることで、電極層193,195の層間の密着性と、電極層193,195の厚さ方向の電気伝導性と、を両立させることができる。
FIG. 5 is a plan view schematically showing the upper surface of the
As shown in FIG. 5, the
ここで、中間層197の上面における第1領域1971と第2領域1972との面積比は、特に限定されないが、1:9以上9:1以下であるのが好ましく、2:8以上8:2以下であるのがより好ましく、3:7以上7:3以下であるのがさらに好ましい。このような比率であれば、電極層193,195の層間の密着性と、電極層193,195の厚さ方向の電気伝導性と、をより高度に両立させることができる。すなわち、第1領域1971と第2領域1972との面積比が前記下限値(1:9)を下回る場合、中間層197の上面では上層主成分が支配的になるため、電気伝導性の向上が図られる一方、下地層主成分の拡散を十分に抑制することができず、経時的に上層198へ向かって下地層主成分が拡散してしまい、経時的に電気伝導性が低下したり電極層193,195と導電性接着剤161,162との密着性が低下したりするおそれがある。一方、第1領域1971と第2領域1972との面積比が前記上限値(9:1)を上回る場合、中間層197の上面では下地層主成分が支配的になるため、電気伝導性が低下するおそれがある。
Here, the area ratio between the
なお、中間層197の上面における第1領域1971と第2領域1972との面積比は、定性定量分析の線分析又は面分析を行うことで特定することができる。定性定量分析としては、例えば前述した酸素(窒素)含有率の分布の特定方法と同様の方法が用いられる。また、電極層193,195の縦断面に対して定性定量分析を行い、中間層197の上面近傍についての分析結果(原子比)から、第1領域1971と第2領域1972との面積比を間接的に求めるようにしてもよい。
The area ratio between the
中間層197の平均厚さは、上層198の平均厚さの5%以上200%以下であるのが好ましく、10%以上150%以下であるのがより好ましく、20%以上120%以下であるのがさらに好ましい。中間層197の平均厚さを5%以上200%以下の範囲内に設定することで、中間層197の機能がいかんなく発揮されることとなる。
また、中間層197の平均厚さは、好ましくは5nm以上300nm以下程度とされ、より好ましくは10nm以上100nm以下程度とされる。
なお、中間層197の平均厚さも、やはり定性定量分析の線分析又は面分析を行うことで特定することができ、定性定量分析としては、例えば前述した酸素(窒素)含有率の分布の特定方法と同様の方法が用いられる。
The average thickness of the
The average thickness of the
The average thickness of the
次に、本実施形態に係る電極層の厚さ方向における酸素(窒素)含有率の分布について、述べる。
図6は、電極層と圧電基板との厚さ方向における定性定量分析結果を示す図である。本実施形態に係る電極層193,195は、図6に示すように、圧電基板191上に下地層196としてクロム(Cr)が形成され、その上に中間層197として金(Au)が形成された後、大気下で加熱処理が施され、中間層197の表面全体が酸化処理を施された後、その中間層197上に金(Au)が形成されている。電極層193,195の縦断面における酸素の含有率は、中間層197と上層198との間に多く表れ、酸化処理によって生じた第1領域1971に相当する酸化クロム(Cr2O3)があることがわかる。この酸化クロム(Cr2O3)が生じることによって、前述した第2領域1972間の粒界組織を拡散して上層198の表面近傍にクロム(Cr)が析出するのを抑制している。従って、上層198の表面近傍においてクロム(Cr)が検出されていない。なお、中間層197は、厚さ方向に沿って上層198側から下地層196側に向かって酸素含有率が低下する酸素分布を示している。また、窒化処理を施した場合には、酸化処理の場合と同様に、中間層197は、厚さ方向に沿って上層198側から下地層196側に向かって窒素含有率が低下する窒素分布を示すこととなる。
Next, the distribution of oxygen (nitrogen) content in the thickness direction of the electrode layer according to this embodiment will be described.
FIG. 6 is a diagram showing a qualitative quantitative analysis result in the thickness direction between the electrode layer and the piezoelectric substrate. As shown in FIG. 6, the electrode layers 193 and 195 according to the present embodiment have chromium (Cr) formed as a
以上のような3層構造を有する電極層193,195によれば、層間の密着性が高いため、機械的特性における信頼性の高い振動子1が得られる。また、中間層197の上面に、第1領域1971と第2領域1972とが存在していることにより、下地層主成分が上層198側に拡散するのを抑制しつつ、電極層193,195の厚さ方向の電気伝導性を確保することができる。従って、本発明によれば、電極層193,195の層間における高い接合強度と厚さ方向の高い電気伝導性とを両立し得るものである。
According to the electrode layers 193 and 195 having the three-layer structure as described above, since the adhesion between the layers is high, the
また、圧電基板191の表面に形成された一対の電極層193,195の質量は、振動片190の振動特性を決定する要素の1つである。従って、電極層193,195の質量を適宜変更することにより、振動片190の振動特性を所望の範囲に調整することができる。例えば、圧電基板191の表面に3層構造を有する電極層193,195を形成した後、電極層193,195の少なくとも一方の上層198の一部を除去することにより、電極層193,195全体としての質量が減少するため、除去前に比べて振動片190の共振周波数を高めることができる。また、電極層193,195の少なくとも一方の上層198の一部を除去する代わりに、例えば、上層198と同種の材質の金属を電極層193,195の少なくとも一方の上層198に付加することにより、電極層193,195全体としても質量を増加させて、付加前に比べて振動片190の共振周波数を低くしてもよい。
このような背景からすると、電極層193,195の質量は、常に一定であることが望まれ、経時的に変化することはできるだけ低減しなければならない。仮に電極層193,195の質量が経時的に変化してしまうと、振動片190の共振周波数も経時的に変化してしまい、タイミング源として不適当であるからである。
The mass of the pair of
From such a background, it is desired that the masses of the electrode layers 193 and 195 are always constant, and the change with time must be reduced as much as possible. This is because if the masses of the electrode layers 193 and 195 change with time, the resonance frequency of the
前述したように、電極層193,195を3層構造であるとともに、中間層197を構成する第2領域1972の粒子状組織の平均粒径が15nm以上35nm以下とすることにより、平均粒径が35nmより大きい粒子状組織で構成された中間層に比べ、粒子状組織結晶粒間の粒界距離を長くすることができる。そのため、下地層主成分が第2領域1972の粒子状組織間の結晶粒界を拡散経路として伝わり拡散することが抑制され、中間層197や上層198の表面に析出することを低減することができる。よって、上層198の表面へ析出した下地層主成分の酸化又は窒化による質量付加によって生じる経時変化を低減することができる。従って、本発明によれば、経時的な共振周波数の変化(周波数ドリフト)を低減し得る振動子1が得られる。
As described above, the electrode layers 193 and 195 have a three-layer structure, and the average particle size of the particulate structure in the
一方、電極層193,195の質量を適宜変更することで、振動片190の振動特性を所望の範囲に調整することができるのは前述の通りであるが、共振周波数の変化量は、電極層193,195の質量の変更量に対して非常に敏感である。従って、共振周波数の調整にあたっては、電極層193,195の質量の変更量を厳密に制御することが必要となる。
On the other hand, as described above, the vibration characteristics of the
上層198の一部を除去するには、先ず、除去対象となる材料の比重をあらかじめ把握しておき、減少させるべき質量とこの比重のデータとに基づいて、除去すべき体積を算出し、その体積の上層198を除去する。従って、上層198の質量の変更量を厳密に制御するには、除去対象となる構成材料の比重を厳密に把握しておくことが重要である。しかしながら、上層198の構成材料が均質でない場合、この把握が困難になる。例えば、上層198に下地層主成分が拡散している場合、上層198では上層主成分と下地層主成分とが混在した状態となる。この混在状態を制御することは非常に多くの困難を伴うことから、必然的に質量の変更量を厳密に制御することも困難になる。
In order to remove a part of the
これに対し、電極層193,195によれば、下地層主成分の上層198への拡散を抑制することができる。このため、上層198を構成する材料は均質であって、かつその比重は形成時の比重からほとんど変化しない。従って、上層198を構成する材料の比重を容易に把握することができ、上層198の質量を変更する際には、質量の変更量に対する共振周波数の変化量の関係(レート)を厳密に制御することが可能になる。よって、本発明によれば、目的とする共振周波数を有する振動子1を容易に得ることができる。
On the other hand, according to the electrode layers 193 and 195, diffusion of the base layer main component into the
<発振器>
次に、本発明の電子部品の実施形態を適用した発振器10について説明する。
図7は、本発明の電子部品の実施形態を適用した発振器を示す断面図である。
以下、発振器10について説明するが、以下の説明では振動子1との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、前述した振動子1と同様の構成には、同一符号を付してある。
<Oscillator>
Next, the
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an oscillator to which an embodiment of the electronic component of the present invention is applied.
Hereinafter, the
図7に示す発振器10は、振動片190と、振動片190を駆動するためのICチップ(チップ部品)80と、を有している。
パッケージ9は、凹部911を有する箱状のベース91と、凹部911の開口を塞ぐ板状のリッド92と、を有している。
ベース91の凹部911は、ベース91の上面に開放する第1凹部911aと、第1凹部911aの底面の中央部に開放する第2凹部911bと、第2凹部911bの底面の中央部に開放する第3凹部911cとを有している。
The
The
The
第1凹部911aの底面には、接続端子95が形成されている。また、第3凹部911cの底面には、ICチップ80が配置されている。ICチップ80は、振動片190の駆動を制御するための駆動回路(発振回路)を有している。ICチップ80によって振動片190の駆動を制御することにより、振動片190から所定の周波数の信号を取り出すことができる。
A
また、第2凹部911bの底面には、ワイヤーを介してICチップ80と電気的に接続された複数の内部端子93が形成されている。これら複数の内部端子93には、ベース91に形成された図示しないビアを介してパッケージ9の底面に形成された外部端子(実装端子)94に電気的に接続された端子と、図示しないビアやワイヤーを介して接続端子95に電気的に接続された端子とが含まれている。
なお、図7の構成では、ICチップ80が収納空間内に配置されている構成について説明したが、ICチップ80の配置は、特に限定されず、例えばパッケージ9の外側(ベースの底面)に配置されていてもよい。また、ICチップ80と内部端子93との電気的な接続は、ワイヤー以外にも、例えば、金(Au)、はんだ等の金属バンプを介して行われていてもよい。
In addition, a plurality of
In the configuration of FIG. 7, the configuration in which the
<半導体素子>
次に、本発明の電子部品の実施形態を適用した半導体素子について説明する。
図8は、本発明の電子部品の実施形態を適用した半導体素子を示す部分断面図である。なお、以下の説明では、図8中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。
以下、半導体素子について説明するが、以下の説明では振動子1との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、前述した振動子1と同様の構成には、同一符号を付してある。
<Semiconductor element>
Next, a semiconductor element to which an embodiment of the electronic component of the present invention is applied will be described.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a semiconductor element to which an embodiment of the electronic component of the present invention is applied. In the following description, the upper side in FIG. 8 is described as “upper” and the lower side is described as “lower”.
Hereinafter, a semiconductor element will be described. In the following description, differences from the
図8に示す半導体素子の電極7は、絶縁基板70とその上面に設けられた導体部72とを備えるパッケージ基板71と、パッケージ基板71の導体部72の上面に形成された電極層193と、電極層193上に設けられたはんだボール73と、を備えている。このような電極7は、例えば図示しないプリント配線基板の導体部への接続に供されるものである。
The electrode 7 of the semiconductor element shown in FIG. 8 includes a
パッケージ基板71とはんだボール73との間に電極層193を用いることにより、はんだボール73の固定強度の向上とはんだボール73とパッケージ基板71との間の電気伝導性の向上とを両立させることができる。従って、本発明によれば、信頼性の高い半導体素子を得ることができる。
なお、はんだボール73は、例えばAu−Snボールのような他の合金製ボールで代替されてもよい。
By using the
The
[電子部品の製造方法]
次に、図4に示す電極層193を形成する方法(本発明の電子部品の製造方法)について説明する。
図9は、本発明の電子部品の実施形態を適用した電極層の形成方法を示すフローチャートである。図10は、図4に示す電極層193の形成方法を説明するための断面図である。
図4に示す電極層193を形成する方法は、圧電基板191を準備する工程と、圧電基板191の表面に下地層196を形成する工程と、下地層196の表面に、上層主成分を含む中間層形成層1970を形成する工程と、下地層主成分を中間層形成層1970へ拡散させる工程と、中間層形成層1970の表面において下地層主成分を部分的に酸化又は窒化させ、中間層197を形成する工程と、中間層197の表面に上層198を形成する工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。
[Method of manufacturing electronic parts]
Next, a method for forming the
FIG. 9 is a flowchart showing a method of forming an electrode layer to which the embodiment of the electronic component of the present invention is applied. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a method of forming the
The method for forming the
[基板準備工程(Step1)]
先ず、電極層193を形成する圧電基板191を準備する。
[Board Preparation Step (Step 1)]
First, a
[下地層形成工程(Step2)]
次に、圧電基板191の表面に下地層196を形成する。下地層196の形成方法は、特に限定されないが、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法のような気相成膜法、めっき法、塗布法、印刷法といった各種成膜方法が挙げられる。また、これらの成膜方法で成膜した後、必要に応じてフォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて、所望の形状にパターニングするようにしてもよい。このようにして下地層196を形成することができる。
[Underlayer forming step (Step 2)]
Next, a
[中間層形成工程(Step3)]
次に、図10(a)に示すように、下地層196の表面に、上層主成分を含む中間層形成層1970を形成する。後述する酸化又は窒化工程により中間層197となる中間層形成層1970は、上層主成分を主とするものであり、上層主成分の含有率は好ましくは90質量%以上とされる。中間層形成層1970は、成膜時の圧電基板191の温度を−10℃以上150℃以下の範囲で、成膜時に圧電基板191が配置される領域の気体圧力を0.3Pa以上0.6Pa以下の範囲で、スパッタリングにより形成する。なお、成膜時の圧電基板191の温度は室温(約25℃)以上150℃以下の範囲がより好ましい。
[Intermediate layer forming step (Step 3)]
Next, as shown in FIG. 10A, an intermediate
ここで、上述した成膜条件の温度と圧力は、「部品・デバイスのための薄膜技術入門」第4章薄膜技術に記載のマグネトロンスパッタリングで得られる金属膜薄膜の微細構造のソーントンモデル(図11)を参照して説明する。
図11は、基板温度Tsと薄膜物質融点Tmとで規格化した規格化温度Ts/Tmと、スパッタリング最中の圧力と、をパラメーターとして膜の構造をZone1、Zone2、Zone3、ZoneTの4つに区分したものである。
Zone1(隙間の広い柱状構造):Ts/Tm<1/3のとき形成される。間に空隙や孔が多い柱状構造であり、密度が低い。
Zone2(粒径の大きな柱状構造):1/3<Ts/Tm<2/3のとき形成される。空隙や孔の少ない柱状構造である。
Zone3(等方性構造):Ts/Tm>2/3のとき形成される。等方的で柱状構造はとらない。Ts/Tmが1に近づくほど通常の固体(バルク)に近い状態となる。
ZoneT(高密度繊維状断面構造):圧力の低い場合には0.1<Ts/Tm<1/3のとき形成される構造であり、断面はZone1の柱状構造よりも細い緻密な繊維的柱状で空隙はない。
Here, the temperature and pressure of the film formation conditions described above are the Thornton model of the fine structure of the metal film thin film obtained by magnetron sputtering described in
FIG. 11 shows the structure of the film in four zones, Zone1, Zone2, Zone3, and ZoneT, with the normalized temperature Ts / Tm normalized by the substrate temperature Ts and the thin film material melting point Tm, and the pressure during sputtering as parameters. It is a division.
Zone 1 (columnar structure with a wide gap): formed when Ts / Tm <1/3. It is a columnar structure with many voids and holes in between, and its density is low.
Zone2 (columnar structure having a large particle size): formed when 1/3 <Ts / Tm <2/3. It is a columnar structure with few voids and holes.
Zone3 (isotropic structure): formed when Ts / Tm> 2/3. Isotropic and does not take columnar structure. The closer Ts / Tm is to 1, the closer to a normal solid (bulk).
ZoneT (high density fibrous cross-sectional structure): a structure formed when 0.1 <Ts / Tm <1/3 when the pressure is low, and the cross section is a dense fibrous columnar shape narrower than the columnar structure of Zone1 There are no voids.
図11より、ZoneT(高密度繊維状断面構造)で形成される膜は、より細い緻密な薄膜であるため、下地層主成分が中間層197や上層198側に拡散することを抑制することができる。そこで、ZoneT(高密度繊維状断面構造)で形成される成膜条件を算出すると、スパッタリングによる成膜時の圧電基板191の温度条件を−10℃以上150℃以下の範囲、成膜時に圧電基板191が配置される領域の気体圧力条件を0.3Pa以上0.6Pa以下の範囲となる。
なお、図10(a)に示す中間層形成層1970は、金属結晶からなる第2領域1972の集合体で構成されている。
As shown in FIG. 11, the film formed of ZoneT (high-density fibrous cross-sectional structure) is a thin and dense thin film, so that it is possible to suppress the diffusion of the base layer main component to the
Note that the intermediate
[拡散工程(Step4)]
次に、図10(b)に示すように、下地層196中の下地層主成分を中間層形成層1970へ拡散させる。これにより、中間層形成層1970中に下地層主成分が分散する。なお、中間層形成層1970中に下地層主成分が拡散する場合、主に粒子同士の隙間といった拡散し易い箇所に集中して拡散する。例えば図10(b)に示すように中間層形成層1970が第2領域1972の集合体で構成されている場合、下地層主成分が第2領域1972同士の隙間にある程度凝集しつつ拡散するため、クラスターが形成される。このような下地層主成分の拡散の結果、中間層形成層1970には、厚さ方向に貫通するよう分布した第3領域1974が形成される。
また、上記のような下地層主成分の拡散を利用する方法に代えて、あらかじめ上側主成分と下地層主成分とが混在した中間層形成層1970を形成するようにしてもよい。
[Diffusion process (Step 4)]
Next, as shown in FIG. 10B, the base layer main component in the
Further, instead of the method using the diffusion of the base layer main component as described above, an intermediate
[酸化又は窒化工程(Step5)]
次に、図10(c)に示すように、下地層主成分が拡散した中間層形成層1970に酸化処理又は窒化処理を施す。例えば、酸化処理は、酸化性雰囲気中で中間層形成層1970を加熱する方法等により行うことができる。また、窒化処理も、窒素含有雰囲気中で中間層形成層1970を加熱する方法等により行うことができる。酸化処理や窒化処理を施すと、中間層形成層1970に拡散した下地層主成分のうち、表面近傍を中心に酸化反応又は窒化反応が生じる。その結果、中間層形成層1970中に分布した第3領域1974の表面近傍に前述した第1領域1971が形成され、中間層197が得られる。
[Oxidation or nitridation step (Step 5)]
Next, as shown in FIG. 10C, the intermediate
なお、前記工程[拡散工程]と本工程[酸化又は窒化工程]とは、異なる工程として行うようにしてもよく、同時に行うようにしてもよい。例えば、中間層形成層1970を加熱することにより、熱エネルギーが駆動力となって下地層主成分を拡散させつつ、さらにその上面近傍を酸化又は窒化させることができる。その結果、第3領域1974と第1領域1971とをほぼ同時に形成することができる。
The step [diffusion step] and the present step [oxidation or nitridation step] may be performed as different steps or may be performed simultaneously. For example, by heating the intermediate
中間層形成層1970を加熱する際の条件は、例えば温度が130℃以上400℃以下程度、時間が1分以上5時間以下程度であるのが好ましく、温度が200℃以上300℃以下程度、時間が5分以上3時間以下程度であるのがより好ましい。このような条件で加熱することにより、第3領域1974のうち、表面近傍を中心に部分的にかつ確実に酸化又は窒化させることができる。その結果、必要かつ十分な厚さの第1領域1971が形成され、第3領域1974がそれ以上拡張することが抑制される。よって、下地層主成分が上層198に拡散することが抑制される。また、このような条件で加熱することにより、下地層主成分が中間層197の上面に沿って広がることが抑制される。
The conditions for heating the intermediate
また、酸化性雰囲気としては、例えば、大気雰囲気、酸素含有雰囲気等が挙げられる。なお、加熱条件を適宜変更することにより、下地層主成分が中間層形成層1970内へどの程度拡散するか、あるいは、中間層197の上面でどの程度広がるかを調整することができる。例えば、加熱温度を高くしたり加熱時間を長くしたりすることで、下地層主成分の拡散する距離が長くなる。一方、加熱温度を低くしたり加熱時間を短くしたりすることで、下地層主成分の拡散する距離を短くすることができる。
Examples of the oxidizing atmosphere include an air atmosphere and an oxygen-containing atmosphere. Note that, by appropriately changing the heating conditions, it is possible to adjust how much the base layer main component diffuses into the intermediate
[上層形成工程(Step6)]
次に、図10(d)に示すように、中間層197の表面に上層198を形成する。これにより、電極層193が形成される。なお、上層198の成膜条件は、前記工程[中間層形成工程]と同じである。また、上層198および中間層197(中間層形成層1970)の構成材料は、上述したように金(Au)又は金(Au)を主成分とする金属等である。
[Upper layer forming step (Step 6)]
Next, as shown in FIG. 10D, an
[電子機器]
次いで、本発明の電子部品を備える電子機器(本発明の電子機器)について、図12〜 図14に基づき、詳細に説明する。
図12は、本発明の電子部品を備える電子機器を適用したモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子(電子部品)1が内蔵されている。
[Electronics]
Next, an electronic device including the electronic component of the present invention (electronic device of the present invention) will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 12 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device including the electronic component of the present invention is applied. In this figure, a
図13は、本発明の電子部品を備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器等として機能する振動子(電子部品)1が内蔵されている。
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a mobile phone (including PHS) to which an electronic apparatus including the electronic component of the present invention is applied. In this figure, a
図14は、本発明の電子部品を備える電子機器を適用したディジタルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
FIG. 14 is a perspective view showing a configuration of a digital camera to which an electronic apparatus including the electronic component of the present invention is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown. Here, a normal camera sensitizes a silver salt photographic film with a light image of a subject, whereas a
ディジタルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部100が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部100は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
A
撮影者が表示部100に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このディジタルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルカメラ1300には、フィルター、共振器等として機能する振動子(電子部品)1が内蔵されている。
When the photographer confirms the subject image displayed on the
なお、本発明の電子部品を備える電子機器は、図12のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)1100、図13の携帯電話機1200、図14のディジタルカメラ1300の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、PDR(歩行者位置方位計測)等に適用することができる。
Note that an electronic apparatus including the electronic component of the present invention includes, for example, an ink jet type ejection device in addition to the personal computer (mobile personal computer) 1100 in FIG. 12, the
[移動体]
次に、本発明の電子部品を備える移動体(本発明の移動体)について説明する。
図15は、本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には、振動子(電子部品)1が搭載されている。振動子1は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ブレーキシステム、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
[Moving object]
Next, a moving body (the moving body of the present invention) including the electronic component of the present invention will be described.
FIG. 15 is a perspective view schematically showing an automobile as an example of the moving object of the present invention. A vibrator (electronic component) 1 is mounted on the
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、本発明においては、上述した実施形態に任意の構成物が付加されていてもよく、各実施形態が適宜組み合わされていてもよい。
また、本発明の電子部品は、前記実施形態において説明した振動子1、発振器10および半導体素子の他、いかなる電子部品であってもよい。具体的には、抵抗素子、コンデンサー、コイル、加速度センサーおよびジャイロセンサー等の慣性センサー、および傾斜センサー等の力センサー素子、発光素子、受光素子、圧電素子、MEMS素子、セラミックス、ガラス、樹脂等の絶縁性基板上に形成された回路素子等が挙げられる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to this, The structure of each part can be substituted by the thing of the arbitrary structures which have the same function. .
Moreover, in this invention, arbitrary structures may be added to embodiment mentioned above, and each embodiment may be combined suitably.
The electronic component of the present invention may be any electronic component other than the
1…振動子、7…電極、9…パッケージ、10…発振器、70…絶縁基板、71…パッケージ基板、72…導体部、73…はんだボール、80…ICチップ、91…ベース、92…リッド、93…内部端子、94…外部端子、95…接続端子、110…パッケージ、120…ベース、121…凹部、123…基部、124…側壁、130…リッド、141…接続電極、142…外部実装電極、143…貫通電極、151…接続電極、152…外部実装電極、153…貫通電極、161…導電性接着剤、162…導電性接着剤、170…メタライズ層、180…ろう材、190…振動片、191…圧電基板、193…電極層、193a……励振電極、193b…ボンディングパッド、193c…配線、195…電極層、195a…励振電極、195b…ボンディングパッド、195c…配線、196…下地層、197…中間層、198…上層、911…凹部、911a…第1凹部、911b…第2凹部、911c…第3凹部、1100…パーソナルコンピューター、1200…携帯電話機、1300…ディジタルカメラ、1500…自動車、1970…中間層形成層、1971…第1領域、1972…第2領域、1974…第3領域、D…粒径、S…収納空間。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記基板の表面から下地層、中間層および上層が順に積層されている電極層と、
を有し、
前記中間層は、前記下地層の主成分と前記上層の主成分とを含み、
前記中間層の前記上層側の面は、前記下地層の主成分の酸化物又は窒化物を有す第1領域と、前記上層の主成分を有す第2領域と、を含んでいる電子部品において、
前記第2領域の平均粒径が15nm以上35nm以下であることを特徴とする電子部品。 A substrate,
An electrode layer in which an underlayer, an intermediate layer, and an upper layer are sequentially laminated from the surface of the substrate;
Have
The intermediate layer includes a main component of the base layer and a main component of the upper layer,
The upper layer side surface of the intermediate layer includes a first region having a main component oxide or nitride of the underlayer and a second region having the upper layer main component. In
An electronic component having an average particle size of 15 nm or more and 35 nm or less in the second region.
前記中間層の前記上層側の面には、部分的に前記下地層の主成分の酸化物又は窒化物を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品。 The intermediate layer has the main component of the underlayer between the surface of the intermediate layer and the surface on the upper layer side of the intermediate layer,
3. The electronic component according to claim 1, wherein the surface on the upper layer side of the intermediate layer partially includes an oxide or nitride as a main component of the base layer.
前記基板の表面に下地層を形成する工程と、
前記下地層の表面に、成膜時の前記基板の温度を−10℃以上150℃以下の範囲で、前記成膜時に前記基板が配置される領域の気体圧力を0.3Pa以上0.6Pa以下の範囲で、スパッタリングにより中間層を形成する工程と、
前記下地層の主成分を前記中間層へ拡散させる工程と、
前記下地層の主成分を酸化又は窒化させる工程と、
前記中間層の表面に上層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。 Preparing a substrate;
Forming a base layer on the surface of the substrate;
On the surface of the underlayer, the temperature of the substrate during film formation ranges from −10 ° C. to 150 ° C., and the gas pressure in the region where the substrate is disposed during film formation ranges from 0.3 Pa to 0.6 Pa. In the range of, the step of forming the intermediate layer by sputtering,
Diffusing the main component of the underlayer into the intermediate layer;
Oxidizing or nitriding the main component of the underlayer;
Forming an upper layer on the surface of the intermediate layer;
The manufacturing method of the electronic component characterized by including.
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