JP5472058B2

JP5472058B2 - 圧電振動子

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Publication number: JP5472058B2
Application number: JP2010259781A
Authority: JP
Inventors: 忠孝古賀
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-11-22
Also published as: JP2012114536A

Description

本発明は、圧電振動子に関するものである。

圧電振動子は、通信機器の基準発振源、あるいはマイクロコンピュータのクロック源として用いられる。例えば特許文献１に示すようなシリンダー型の圧電振動子では、金属製のシェルに絶縁ガラスが充填され、当該絶縁ガラスにリード端子が貫通固定されたベースを用い、ベース上面に圧電振動片を取着し、キャップをベースに圧入することにより、圧電振動片等を気密封止する構成である。このような圧電振動片とリード端子（ベースの接合部）との接合には、圧電振動片に対する熱的な悪影響を与えないようにするため、３５０℃以下のはんだ材や低融点金属ろう材が用いられている。

特開平１−６８００７号

錫（Ｓｎ）を主成分とするはんだ材や低融点金属ろう材による接合構成では、比較的低融点で圧電振動片にダメージを与えないものが多く、ヌレ性や接合強度も高く、クラックなどが生じにくいといった優位点があるものの、電極材料によって接合強度がばらついたり、電気的特性にも影響が生じやすいといった問題点あった。例えばクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）など水晶などに対して密着性の高い下地電極膜の上面に、銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）などの導通性の高い表面電極膜を構成した電極に対して、錫（Ｓｎ）を主成分とするはんだ材や低融点金属ろう材を用いると、下地電極膜と表面電極膜との金属間結合力に比べて、表面電極膜とはんだ材や金属ろう材との金属間結合力が非常に強くなり、接合後に下地電極膜と表面電極膜の間の膜剥がれが生じることがあった。このため圧電振動子の接合部分における耐衝撃性能が著しく低下し、導通不良を招く可能性があった。また前記錫によって表面電極膜のくわれ現象が早められたり、前記錫が経年変化とともに表面電極膜中で拡散することによる電気的特性の劣化を生じさせることもあった。

なお、近年の電子部品の鉛フリー要請により、上述の圧電振動子においても鉛フリー製品が求められている。このような要請に対応して、圧電振動片を支持するはんだ材や低融点金属ろう材も鉛フリー製品が採用されるようになっている。このような錫を主成分とする鉛フリー製品では、上述した問題点がより顕著となっているのが現状である。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、錫系の低融点金属ろう材による接合強度を安定させながら、電気的特性の劣化させることがないより信頼性の高い電極構造が得られる圧電振動子を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項１に示すように、ベースと、励振電極と電極パッドが形成された圧電振動片とを有し、前記ベースの圧電振動片接合部と圧電振動片の電極パッドとを錫系の低融点金属ろう材により電気機械的に接合してベースに圧電振動片を搭載してなる圧電振動子であって、前記励振電極と電極パッドとは下地金属層の上面に導電金属層が形成され、前記励振電極は前記下地金属層と前記導電金属層の間に錫層が介在した状態で形成され、前記電極パッドは前記下地金属層と前記導電金属層との間に当該下地金属と導電金属からなる合金層が介在した状態で形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、前記励振電極は前記下地金属層と前記導電金属層の間に錫層が介在した状態で形成されていることで、軟質の錫層が導電金属層による圧電振動片の振動への悪影響を和らげ、結果として直列共振抵抗値（ＣＩ値）を向上させることができる。
前記電極パッドは前記下地金属層と前記導電金属層との間に当該下地金属と導電金属からなる合金層が介在した状態で形成されていることで、前記合金層が前記下地金属層と前記導電金属層との金属間結合を向上させる介在層として機能することができる。結果として、錫系の低融点金属ろう材による接合後に下地電極膜と表面電極膜の間の膜剥がれが生じることがなくなり、耐衝撃性能を高める。また電極パッドの領域の導電金属層の下には錫層が存在していないため、錫によって表面電極膜のくわれ現象が抑えられ、前記錫が経年変化とともに表面電極膜中で拡散することによる電気的特性の劣化を生じさせることも抑制される。

また請求項２に示すように、ベースと、励振電極と電極パッドが形成された圧電振動片とを有し、前記ベースの圧電振動片接合部と圧電振動片の電極パッドとを錫系の低融点金属ろう材により電気機械的に接合してベースに圧電振動片を搭載してなる圧電振動子であって、前記圧電振動片が２つの主面と２つの側面とを有した基部とこの基部一端部から突出し、２つの主面と２つの側面とを有する複数本の脚部とから構成され、前記励振電極と電極パッドとは下地金属層の上面に導電金属層が形成され、前記基部と脚部の側面に形成された励振電極は前記下地金属層と前記導電金属層の間に錫層が介在した状態で形成され、前記基部と脚部の主面に形成された励振電極と電極パッドは前記下地金属層と前記導電金属層との間に当該下地金属と導電金属からなる合金層が介在した状態で形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、前記基部と脚部の２つの側面に形成された励振電極は前記下地金属層と前記導電金属層の間に錫層が介在した状態で形成されていることで、軟質の錫層が導電金属層による圧電振動片の振動への悪影響を和らげ、結果として直列共振抵抗値（ＣＩ値）を向上させることができる。
特に複数の脚部が側面方向に屈曲振動してなる音叉圧電型振動片では、主面の励振電極よりも側面の励振電極による影響が強くなる傾向にあり、直列共振抵抗値（ＣＩ値）の向上に関係する。
前記基部と脚部の２つの主面に形成された励振電極と電極パッドは前記下地金属層と前記導電金属層との間に当該下地金属と導電金属からなる合金層が介在した状態で形成されていることで、前記合金層が前記下地金属層と前記導電金属層との金属間結合を向上させる介在層として機能することができる。結果として、錫系の低融点金属ろう材による接合後に下地電極膜と表面電極膜の間の膜剥がれが生じることがなくなり、耐衝撃性能を高める。また電極パッドの領域の導電金属層の下には錫層が存在していないため、錫によって表面電極膜のくわれ現象が抑えられ、前記錫が経年変化とともに表面電極膜中で拡散することによる電気的特性の劣化を生じさせることも抑制される。
特に複数の脚部が側面方向に屈曲振動してなる音叉圧電型振動片では、上述のような接合の信頼性を高めながら、基部の主面に形成された電極パッドで、リード端子と錫系の低融点金属ろう材により電気機械的に接合することができるため、音叉型圧電振動片の振動も阻害しにくい保持形態とすることができる。

また請求項３に示すように、上記構成において、前記励振電極と電極パッドとはお互いが離間した状態で形成し、接続電極は前記離間した励振電極と電極パッドとの上面に一部が重なった状態でお互いを接続するとともに、前記励振電極と電極パッドより低融点金属ろう材の濡れ性の低い電極膜で形成してもよい。

上記構成によれば、上述の作用効果に加え、前記錫が経年変化とともに励振電極に拡散することによる電気的特性の劣化を生じさせることも抑制される。錫系の低融点金属ろう材が前記電極パッド内でのみ濡れ拡がり、ベースの圧電振動片接合部との接合強度も安定する。

本発明によれば、錫系の低融点金属ろう材による接合強度を安定させながら、電気的特性の劣化させることがなく、しかも圧電振動片の直列共振抵抗値を向上させることができるより信頼性の高い電極構造が得られる圧電振動子を提供することができる。

本発明による実施形態を示す音叉型圧電振動子の分解側面図。図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図。図１のＹ−Ｙ線に沿った断面図。図１の圧電振動片をベースに搭載した状態の斜視図。図１の変形例を示す圧電振動片をベースに搭載した状態の斜視図。図１の変形例を示す圧電振動片の斜視図。他の実施形態を示す圧電振動片の斜視図。図７のＺ−Ｚ線に沿った断面図。

以下、本発明による好ましい実施形態について音叉型圧電振動子を例にとり、図面に基づいて説明する。本発明の音叉型圧電振動子は、音叉型振動片（圧電振動片）１と、この音叉型振動片が搭載され接合されるリード端子２１，２２（２２については図示せず）を有するベース２と、音叉型振動片１とリード端子２１，２２とを接合する錫系の低融点金属ろう材としての鉛フリーはんだ材Ｈ、図示しないキャップとから構成されている。

音叉型振動片１は、水晶からなりＸＹカットやＮＴカットなどの屈曲振動する切断角度のものが用いられ、基部１０と当該基部の一端部側１０１から同一方向へ平行にのびる２本の脚部１１，１２を構成している。基部１０は脚部１１，１２とつながる２つの主面１０３，１０４と２つの側面１０５，１０６とを有している。脚部１１，１２には異極の励振電極である第１励振電極１３と第２励振電極１４とが形成されている。脚部１１には表裏主面に第１励振電極１３ａ，１３ｂと両側面に第２励振電極１４ｃ，１４ｄが形成され、脚部１２には表裏主面に第２励振電極１４ａ，１４ｂと両側面に第１励振電極１３ｃ，１３ｄが形成されている。このうち脚部１１の表裏主面の第１励振電極１３ａ，１３ｂと脚部１２の両側面の第１励振電極１３ｃ，１３ｄとが後述する引き回し電極により同極で共通接続され、脚部１２の表裏主面の第２励振電極１４ａ，１４ｂと脚部１１の両側面の第２励振電極１４ｃ，１４ｄとが後述する引き回し電極により同極で共通接続されている。

基部１０には表裏主面に後述するベース２のリード端子２１，２２（圧電振動片接合部）と後述する鉛フリーはんだ材Ｈを用いて導電接合されるとともに前記第１励振電極と第２励振電極とを個別に導出する電極パッド１７，１８が基部の主面１０３，１０４のうち他端部側１０２の端部に接した状態かあるいは端部近傍（基部他端部あたり）に形成されている。図１では基部端部近傍に形成している。また、図１に示すように、これらの電極パッド１７，１８のうち基部の一端部側１０１（音叉型振動片の基部の脚部側）の端部位置Ａは、側面の励振電極１３ｄ，１４ｃ（１４ｃについては図示せず）のうち基部の他端部側（音叉型振動片の底面側）１０２の端部位置Ｂに対して基部の他端部側（音叉型振動片の底面側）１０２の位置に配置している。

上述の各励振電極と各電極パッドとはお互いが離間した状態で以下に説明する複数の引き回し電極と接続電極により共通接続されている。また図１に示す音叉型振動片１の基部１０を下側に配置した状態から表裏反転した状態に配置される裏面側の各電極は、図１に示す表面側の各電極と同様の配置や同様の形状で構成しているので、反転させた際に同位置に配置される電極については図中括弧書きで補足的に記載している。

第１励振電極１３は脚部１１の表裏主面の第１励振電極１３ａ，１３ｂと脚部１２の両側面の第１励振電極１３ｃ，１３ｄにより構成されており、脚部１１，１２から離間した基部１０に形成された電極パッド１７へと導出されている。このうち表裏主面の第１励振電極１３ａと第１励振電極１３ｂとは脚部１１の先端付近に形成された引き回し電極１５ａ，１５ｂにより接続されており、第１励振電極１３ａと第１励振電極１３ｃとは脚部１２の付根付近に形成された引き回し電極１５ｃにより接続され、第１励振電極１３ａと第１励振電極１３ｄとは基部１０に形成された接続電極１５ｄ，１５ｅおよび電極パッド１７により接続されている。

接続電極１５ｄは離間した第１励振電極１３ａと電極パッド１７との上面に一部が重なった状態でお互いを接続しており、接続電極１５ｅはお互いに離間した側面１０６の第１励振電極１３ｄと主面１０３の電極パッド１７との上面に一部が重なった状態でお互いを接続している。

接続電極１５ｅは基部の主面１０３から側面１０６に面方向が変更された状態で形成されているとともに、基部の他端部側１０２の側面１０６にはその他端部に接した状態かあるいはその他端部近傍に（基部他端部あたりに）接続電極１５ｅのみが形成されている。図１では接続電極１５ｅを基部他端部近傍に形成している。接続電極１５ｅはつまり音叉型振動片の基部の他端部側１０２では、その主面１０３の端部近傍に電極パッド１７と接続電極１５ｅの重なり部分のみが形成された端子領域を構成し、その側面１０６の端部近傍に接続電極１５ｅのみが形成された端子領域を構成している。

第２励振電極１４は脚部１２の表裏主面の第２励振電極１４ａ，１４ｂと脚部１１の両側面の第２励振電極１４ｃ，１４ｄにより構成されており、脚部１１，１２から離間した基部１０に形成された電極パッド１８へと導出されている。このうち表裏主面の第２励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂとは脚部１２の先端付近に形成された引き回し電極１６ａ，１６ｂにより接続されており、第２励振電極１４ｂと第２励振電極１４ｄとは脚部１１の付根付近に形成された引き回し電極１６ｃ（図示せず）により接続され、第２励振電極１４ｂと第２励振電極１４ｃとは基部１０に形成された接続電極１６ｄ，１６ｅおよび電極パッド１８（図示せず）により接続されている。

接続電極１６ｄ（図示せず）は離間した第２励振電極１４ｂと電極パッド１８との上面に一部が重なった状態でお互いを接続しており、接続電極１６ｅはお互いに離間した側面１０５の第２励振電極１４ｃと主面１０４の電極パッド１８との上面に一部が重なった状態でお互いを接続している。

接続電極１６ｅは基部の主面１０４から側面１０５に面方向が変更された状態で形成されているとともに、基部の他端部側１０２の側面１０５にはその他端部に接した状態かあるいはその他端部近傍に（他端部あたりに）接続電極１６ｅのみが形成されている。つまり音叉型振動片の基部の他端部側１０２では、その主面１０４の端部近傍に電極パッド１８と接続電極１６ｅの重なり部分のみが形成された端子領域を構成し、その側面１０５の端部近傍に接続電極１６ｅのみが形成された端子領域を構成している。

上述の各励振電極や各引き回し電極は、図２に示すように、マスク治具を用いるパターンニングによる手法やフォトリソグラフィー技術によるメタルエッチングなどによる手法で形成される。例えば、クロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）など水晶などに対して密着性の高い下地金属層Ｍ１が形成され、その上面に錫（Ｓｎ）層Ｍ２が形成され、その上面に銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）などの導通性の高い導電金属層Ｍ３が形成された少なくとも３層以上の金属薄膜であり、真空蒸着法やスパッタリング法などにより形成されている。なお、導電金属層としては銀（Ａｇ）が導電性能とコスト面で優れて望ましく、これにクロム（Ｃｒ）の下地金属層と、錫（Ｓｎ）の中間層を組み合わせたものが、直列共振抵抗値（ＣＩ値）を劣化させることなくコストも抑制することができるので、最も好ましい最適材料の組み合わせとなる。本形態では前記下地金属層と錫（Ｓｎ）層の間に、これら下地金属と錫（Ｓｎ）の合金層Ｍ４が形成された４層構成としている。この構成では下地金属層と錫（Ｓｎ）層との金属間接合をさらに高めることができ、膜剥がれの悪影響をなくすより望ましい形態としている。なお、本形態に限らず、前記錫（Ｓｎ）層と導電金属層の間には、これら錫（Ｓｎ）層と導電金属の合金層がさらに形成された５層構成としてもよい。この構成では錫（Ｓｎ）層と導電金属層との金属間接合をさらに高めることができる。

これに対して、図３に示すように、各電極パッド１７，１８は、同様の手法で、例えば、クロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）など水晶などに対して密着性の高い下地金属層Ｍ１が形成され、最上面に銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）などの導通性の高い導電金属層Ｍ３が形成されるとともに、前記下地金属層と前記導電金属層との間に、これら下地金属と導電金属の合金層Ｍ５が介在した状態で形成された３層構成の金属薄膜である。なお、導電金属層としては銀（Ａｇ）が導電性能とコスト面で優れて望ましく、これにクロム（Ｃｒ）の下地金属層と、これら合金層の中間層を含めた組み合わせたものが、直列共振抵抗値（ＣＩ値）を劣化させることなくコストも抑制することができるので、最も好ましい最適材料の組み合わせとなる。

また、一部図３に示すように、接続電極１５ｄ，１５ｅ，１６ｄ，１６ｅ（１５ｄ，１６ｄについては図示せず）は、マスク治具を用いる手法で、例えば、クロム（Ｃｒ）の電極層Ｍ６のみから構成された単層構成の金属薄膜であり、真空蒸着法やスパッタリング法などにより形成されている。これは後述する錫系の鉛フリーはんだ材Ｈの濡れ性の低い電極膜として形成されている。

ベース２は、金属製のシェルと、当該シェル内に充填された絶縁ガラスと、当該絶縁ガラスに貫通固定されたリード端子２１，２２とからなる。シェルは例えば４２アロイを基体としており、上下に貫通した円筒形状を有している。なお、このシェルの材料は４２アロイ以外に、コバールあるいは鉄ニッケル系合金を用いてもよい。

リード端子２１，２２は例えばコバールを基体とし、線状に加工されている。これらリード端子は前記シェル内に所定の間隔をもって貫通配置されている。シェル内に充填された絶縁ガラスは例えばホウケイ酸ガラスからなり、前記シェルとリード端子２１，２２とを各々電気的に独立させた状態で固定されている。

ベースのシェルおよびリード端子２１，２２の表面には次の金属膜が形成される。シェルの基体表面およびリード端子の基体表面には、図示していないが、それぞれＣｕ層からなる下地金属層が形成され、その上面にはＳｎ−Ｃｕ層が形成されている。上記Ｃｕ層は例えば２〜５μｍの厚さで形成され、上記Ｓｎ−Ｃｕ層は９〜１５μｍの厚さで形成される。これら層厚は一例であり、実施形態により適宜調整変更すればよい。なお、下地金属層としてＮｉ層を用いてもよい。このようなＳｎ−Ｃｕ層により鉛フリー（無鉛）対応ができ、また耐熱性を確保することができる。

図４に示すように、このようなベース２のリード端子のインナー側２１ａ，２２ａには前記音叉型水晶振動子片１が電気的機械的に接合される。すなわち基部１０に形成された電極パッド１７，１８とリード端子のインナー側２１ａ，２２ａとがＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈを用いたろう付け等により導電接合される。なお、鉛フリーはんだ材としては錫系の鉛フリー金属ろう材以外に他の材料のものでもよく、さらにはんだ材以外の錫系の鉛フリー低融点金属ろう材であってもよい。本発明では銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）の上部電極からなる導電性の高い電極膜に対して拡散する現象が生じやすくなる錫（Ｓｎ）を主成分として構成される鉛フリーはんだ材や鉛フリー低融点金属ろう材を用いる場合に好適である。

また上述の実施形態に限ることなく、ベースのリード端子のインナー側２１ａ，２２ａ（ベースの圧電振動片接合部）と音叉型水晶振動子片１と接合構成については、上述の実施形態に限ることなく、図５に示すようにシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂、イミド系樹脂などの絶縁性樹脂接着剤Ｊにより音叉型水晶振動片の基部１０の他端部側１０２とベース２の平面部分２０との隙間の一部を埋めるようにお互いを接合することで、機械的な接合強度のさらなる補強を実現した構成としてもよい。

図示しないキャップは洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金）からなり、有底の円筒状を有している。キャップの外周および内周面にはニッケル層が３〜９μｍの厚さでメッキ等の手段により形成されている。

キャップの内径は前記ベースのシェル部分よりも若干小さく設計されており、例えば２〜５％小さな内径に設定されている。このようなキャップを真空雰囲気中で前記音叉型振動片１を被覆し、キャップ開口部をベース２に圧入することにより、ベース２とキャップが強く密着しキャップ内部が真空状態に保たれた気密封止を行うことができる。

本発明では、前記接続電極を、銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）の上部電極からなる導電性の高い電極膜により構成された励振電極１３，１４と電極パッド１７，１８に対して、クロム（Ｃｒ）の電極層のみからなる錫系の鉛フリー低融点金属ろう材の濡れ性の低い電極膜により構成されている。ここで、励振電極１３，１４と電極パッド１７，１８の一部と重なった状態でお互いを接続する接続電極の構成としては、上述の実施形態に限ることなく、図６に示されているような接続構成でもよい。

図６では、前記接続電極１５ｄ，１５ｅと電極パッド１７の重なり領域１５１ｄ，１５１ｅは、電極パッド１７から音叉型振動片の振動領域である励振電極１３，１４の形成された領域に近接しない方向の基部１０の幅方向のみで重なるように構成されている。また前記接続電極１６ｄ，１６ｅと電極パッド１８の重なり領域１６１ｄ，１６１ｅ（図示せず）は、電極パッド１８から音叉型振動片の振動領域である励振電極１３，１４の形成された領域に近接しない方向の基部１０の幅方向のみで重なるように構成されている。すなわち電極パッド１７，１８の基部の一端部側１０１の上端部からはみ出した状態で前記重なり領域１５１ｄ，１５１ｅ，１６１ｄ，１６１ｅ（１６１ｄと１６１ｅについて図示せず）が形成されないように配置されている。加えて接続電極１５ｄ，１６ｄも電極パッド１７，１８より小さく、かつ基部の一端部側１０１の上端部からもはみ出さないように小さく形成されている。また図６では、電極パッド１７，１８とは直接接続されず、表裏主面の励振電極（図では１３ａ）から両側面の励振電極（図では１３ｄ）へ直接接続する接続電極１５ｉ（１６ｉ）が別途形成されている。

上記実施形態により、励振電極１３，１４と電極パッド１７，１８とは同じ金属材料であるクロムやニッケルの下地金属層Ｍ１上面に同じ金属材料である銀や金の導電金属層Ｍ３で形成されていることで、電極材料の増加、および電極形成に伴う工程の増加をなくしてより安価な電極構成とすることができる。励振電極１３，１４は下地金属層Ｍ１と導電金属層Ｍ３の間に錫層Ｍ２が介在した状態で形成されていることで、
軟質の錫層Ｍ２が導電金属層Ｍ３による音叉型振動片１の振動の悪影響を和らげ、結果として直列共振抵抗値（ＣＩ値）を向上させることができる。電極パッド１７，１８は下地金属層Ｍ１と導電金属層Ｍ３との間に前記下地金属材料のクロムやニッケルと前記導電金属材料の銀や金からなる合金層Ｍ５が介在した状態で形成されていることで、合金層Ｍ５が下地金属層Ｍ１と導電金属層Ｍ３との金属間結合を向上させる介在層として機能することができる。結果として、錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）による接合後に、下地金属層Ｍ１と表面の導電金属層Ｍ３の間の膜剥がれが生じることがなくなり、耐衝撃性能を高める。また電極パッド１７，１８の領域の導電金属層Ｍ３の下には錫層Ｍ２が存在していないため、錫によって表面の導電金属層Ｍ３のくわれ現象が抑えられ、前記錫が経年変化とともに表面の導電金属層Ｍ３で拡散することによる電気的特性の劣化を生じさせることも抑制される。

励振電極１３，１４と電極パッド１７，１８とはお互いが離間した状態で形成し、接続電極１５ｄ，１５ｅ，１６ｄ，１６ｅは前記離間した励振電極１３，１４と電極パッド１７，１８との上面に一部が重なった状態でお互いを接続するとともに、励振電極１３，１４と電極パッド１７，１８より錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）の濡れ性の低いクロムの電極層Ｍ６のみから構成で形成しているため、前記錫が経年変化とともに励振電極１３，１４に拡散することによる電気的特性の劣化を生じさせることも抑制される。錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）が電極パッド１７，１８内でのみ濡れ拡がり、リード端子２１，２２との接合強度も安定する。特に図６に示す実施形態では、接続電極と電極パッドとの重なり領域１５１ｄ，１５１ｅ，１６１ｄ，１６１ｅが、電極パッド１７，１８から圧電振動片の振動領域である励振電極１３，１４の形成された領域に近接しない方向の基部１０の幅方向のみで重なるように構成されているので、前記重なり領域の電極パッドと接続電極との界面に錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）が拡散しても、圧電振動子の振動を阻害することがなく、より一層圧電振動子の電気的特性の劣化をなくすことができる。

さらに音叉型振動片の基部１０は主面１０３，１０４と側面１０５，１０６とを有しており、電極パッド１７，１８は基部の主面１０３，１０４のみに形成され、基部の他端部側１０２の側面１０５，１０６には接続電極１５ｅ，１６ｅのみが形成されているので、接続電極１５ｅ，１６ｅは電極パッド１７，１８と側面の励振電極１３ｄ，１４ｃとを接続するだけでなく、主面１０３から側面１０６あるいは主面１０４から側面１０５に面方向が変更されているため、錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）の濡れ拡がりをさらに抑えることができる。

またこの側面の接続電極１５ｅ，１６ｅを電極パッド１７，１８が存在しない基部の他端部側１０２の側面に形成された第２電極パッド（端子領域）として活用することができるため、基部の主面１０３，１０４に形成された電極パッド１７，１８と、基部の側面１０５，１０６に形成された第２電極パッドとしての接続電極１５ｅ，１６ｅとを端子として用途に応じて使い分けることができる。例えば機械加工による音叉型振動片１であれば、ベースに搭載する前に音叉型振動片の脚部先端を研削して各脚部の重量バランスを整えながら周波数の粗調整を行う自動バランサー工程がある。この工程を実施する際、クロムからなる傷に強い第２電極パッドとしての接続電極１５ｅ，１６ｅのみに治具の電極端子を接触させることができ、リード端子２１，２２に接合されるとともに、銀や金を主成分とした導電性の高い電極パッド１７，１８を傷つけることがない。ベースのリード端子２１，２２に音叉型振動片１を固着する際に、無傷で導通性能の優れた電極パッド１７，１８を接合することができる。

また電極パッド１７，１８のうち基部の一端部側１０１の端部位置をＡとし、側面の励振電極１３ｄ，１４ｃのうち基部の他端部側１０２の端部位置をＢとした場合、前記Ｂの位置に対して前記Ａの位置を基部の他端部側１０２の位置に配置しているので、錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）の濡れ拡がりを側面の励振電極１３ｄ，１４ｃの形成領域に到らせることなく、接続電極１５ｅ，１６ｅで確実にせき止めることができるので、音叉型圧電振動子の振動を阻害することがより一層抑制され、音叉型圧電振動子の電気的特性の劣化をなくすのにさらに好ましい。

また接続電極１５ｄ，１５ｅ，１６ｄ，１６ｅがクロムで構成されているため、硬質で鉛フリー低融点金属ろう材Ｈの濡れ拡がりにくい材料とすることができ、はんだ拡散防止と端子接触による傷にも強い好ましい電極材料となる。

次に、他の実施形態について図７，図８に基づいて説明する。なお基本構成は上記実施形態と同様であるため、同番号を付すことで説明の一部を割愛するとともに、相違点についてのみ説明する。

本実施形態では、基部１０と脚部１１，１２の２つの側面に形成された励振電極１３ｃ，１３ｄ，１４ｃ，１４ｄと引き回し電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、例えば、クロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）など水晶などに対して密着性の高い下地金属層Ｍ１が形成され、その上面に前記下地金属と錫（Ｓｎ）の合金層Ｍ４が形成され、その上面に錫（Ｓｎ）層Ｍ２が形成され、その上面に銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）などの導通性の高い導電金属層Ｍ３が形成され４層の金属薄膜として構成している。

また、基部１０と脚部１１，１２の２つの主面に形成された励振電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂと引き回し電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ、電極パッド１７，１８は、例えば、クロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）など水晶などに対して密着性の高い下地金属層Ｍ１が形成され、最上面に銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）などの導通性の高い導電金属層Ｍ３が形成されるとともに、前記下地金属層と前記導電金属層との間に、これら下地金属と導電金属の合金層Ｍ５が介在した状態で形成された３層の金属薄膜として構成している。

また、接続電極１５ｄ，１５ｅ，１６ｄ，１６ｅ（１５ｄ，１６ｄについては図示せず）は、例えば、クロム（Ｃｒ）の電極層Ｍ６のみの単層の金属薄膜として構成している。これらの電極形成は、マスク治具を用いるパターンニングによる手法で真空蒸着法やスパッタリング法などにより形成されている。

上記他の実施形態により、励振電極１３，１４と電極パッド１７，１８とは同じ金属材料であるクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）の下地金属層Ｍ１上面に同じ金属材料である銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）の導電金属層Ｍ３で形成されていることで、電極材料の増加、および電極形成に伴う工程の増加をなくしてより安価な電極構成とすることができる。基部１０と脚部１１，１２の２つの側面に形成された励振電極１３ｃ，１３ｄ，１４ｃ，１４ｄと引き回し電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、下地金属層Ｍ１と導電金属層Ｍ３の間に錫（Ｓｎ）層Ｍ２が介在した状態で形成されていることで、軟質の錫層Ｍ２が導電金属層Ｍ３による音叉型振動片１の振動の悪影響を和らげ、結果として直列共振抵抗値（ＣＩ値）を向上させることができる。特に脚部１１，１２が側面方向に屈曲振動してなる音叉圧電型振動片１では、主面の励振電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂよりも側面の励振電極１３ｃ，１３ｄ，１４ｃ，１４ｄによる影響が強くなる傾向にあり、必要最小限の材料変更により直列共振抵抗値（ＣＩ値）の向上させることができる。基部１０と脚部１１，１２の２つの主面に形成された励振電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂと引き回し電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ、電極パッド１７，１８は、下地金属層Ｍ１と導電金属層Ｍ３との間に前記下地金属材料のクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）と前記導電金属材料の銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）からなる合金層Ｍ５が介在した状態で形成されていることで、合金層Ｍ５が下地金属層Ｍ１と導電金属層Ｍ３との金属間結合を向上させる介在層として機能することができる。結果として、錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）による接合後に、下地金属層Ｍ１と表面の導電金属層Ｍ３の間の膜剥がれが生じることがなくなり、耐衝撃性能を高める。また電極パッド１７，１８の領域の導電金属層Ｍ３の下には錫層Ｍ２が存在していないため、錫（Ｓｎ）によって表面の導電金属層Ｍ３のくわれ現象が抑えられ、前記錫（Ｓｎ）が経年変化とともに表面の導電金属層Ｍ３で拡散することによる電気的特性の劣化を生じさせることも抑制される。特に脚部１１，１２が側面方向に屈曲振動してなる音叉圧電型振動片１では、上述のような接合の信頼性を高めながら、基部１０の２つの主面１０３，１０４に形成された電極パッド１７，１８で、リード端子２１，２２と錫系の低融点金属ろう材（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ等の錫系の鉛フリーはんだ材Ｈ）により電気機械的に接合することができるため、音叉型圧電振動片１の振動も阻害しにくい保持形態とすることができる。なお、上記実施形態と同様の構成部分については、上記実施形態と同様の効果を有するとともに変形例で開示した内容についても適用できる。

なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。屈曲振動してなる音叉型振動片に限らず他の形状、他の振動モードの圧電振動片にも適用できる。またリードタイプの圧電振動子に限らず、表面実装型の圧電振動子にも適用できる。

水晶振動子等の圧電振動デバイスの量産に適用できる。

１音叉型振動片
２ベース

Claims

ベースと、励振電極と電極パッドが形成された圧電振動片とを有し、前記ベースの圧電振動片接合部と圧電振動片の電極パッドとを錫系の低融点金属ろう材により電気機械的に接合してベースに圧電振動片を搭載してなる圧電振動子であって、
前記励振電極と電極パッドとは下地金属層の上面に導電金属層が形成され、
前記励振電極は前記下地金属層と前記導電金属層の間に錫層が介在した状態で形成され、
前記電極パッドは前記下地金属層と前記導電金属層との間に当該下地金属と導電金属からなる合金層が介在した状態で形成されていることを特徴とする圧電振動子。
ベースと、励振電極と電極パッドが形成された圧電振動片とを有し、前記ベースの圧電振動片接合部と圧電振動片の電極パッドとを錫系の低融点金属ろう材により電気機械的に接合してベースに圧電振動片を搭載してなる圧電振動子であって、
前記圧電振動片が２つの主面と２つの側面とを有した基部とこの基部一端部から突出し、２つの主面と２つの側面とを有する複数本の脚部とから構成され、
前記励振電極と電極パッドとは下地金属層の上面に導電金属層が形成され、
前記基部と脚部の側面に形成された励振電極は前記下地金属層と前記導電金属層の間に錫層が介在した状態で形成され、
前記基部と脚部の主面に形成された励振電極と電極パッドは前記下地金属層と前記導電金属層との間に当該下地金属と導電金属からなる合金層が介在した状態で形成されていることを特徴とする圧電振動子。
前記励振電極と電極パッドとはお互いが離間した状態で形成し、接続電極は前記離間した励振電極と電極パッドとの上面に一部が重なった状態でお互いを接続するとともに、前記励振電極と電極パッドより前記低融点金属ろう材の濡れ性の低い電極膜で形成されたことを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動子。