JP5900135B2 - Piezoelectric vibration device - Google Patents

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Description

本発明は通信機器等に使用される圧電振動デバイスに関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibration device used for communication equipment and the like.

水晶振動子に代表される圧電振動デバイスは携帯電話や移動体通信機器等に広く用いられている。例えば水晶振動子は、水晶振動片と、水晶振動片を収容する凹部を備えた容器と、当該容器との接合により前記凹部を気密に封止する蓋が主要構成部材となっている。前記容器と蓋との接合は、凹部を包囲する堤部の上面に形成された金属膜と、蓋に形成された金属膜（ロウ材等からなる接合材）とが接触した状態で、加熱雰囲気下でこれらの金属膜を溶融・一体化させることによって行われる。このような金属溶融による気密封止を行う水晶振動子は例えば特許文献１に開示されている。   Piezoelectric vibration devices typified by quartz resonators are widely used in mobile phones and mobile communication devices. For example, a crystal resonator includes a crystal vibrating piece, a container having a recess for housing the crystal vibrating piece, and a lid that hermetically seals the recess by joining the container. The container and the lid are joined in a heated atmosphere in a state where a metal film formed on the upper surface of the bank portion surrounding the recess and a metal film (joint material made of brazing material) formed on the lid are in contact with each other. This is done by melting and integrating these metal films below. For example, Patent Literature 1 discloses a crystal resonator that performs hermetic sealing by melting metal.

特開２００６−２８７４２３号JP 2006-287423 A

前記金属溶融による容器と蓋との気密封止において、例えば容器側に形成される金属膜に金めっき層を、蓋側に形成される金属膜に金錫合金をそれぞれ用い、前記金錫合金を接合材として使用することによって容器と蓋との接合を行う方法がある。   In the hermetic sealing of the container and the lid by melting the metal, for example, a gold plating layer is used for the metal film formed on the container side, and a gold-tin alloy is used for the metal film formed on the lid side. There is a method of joining a container and a lid by using it as a joining material.

前述した容器と蓋との接合方法において、容器側の金めっき層と蓋側の金錫合金とを接触させた状態で所定温度で加熱し、これらの金属を溶融させると、金めっき層の金が金錫合金に取り込まれる（拡散する），いわゆる“金喰われ”が発生することがある。
最近では圧電振動デバイスの超小型化により、前記堤部の幅が非常に狭くなり、堤部上面の金属膜の形成幅も非常に狭くなってきている。これより気密性確保のために堤部上面に形成する金属膜は或る程度、厚膜状態にしておく必要がある。 In the above-described method of joining the container and the lid, when the gold plating layer on the container side and the gold-tin alloy on the lid side are in contact with each other and heated at a predetermined temperature to melt these metals, the gold of the gold plating layer May be taken up (diffused) into the gold-tin alloy, and so-called "gold erosion" may occur.
Recently, due to the miniaturization of the piezoelectric vibration device, the width of the bank is extremely narrow, and the width of the metal film formed on the upper surface of the bank is also very narrow. In order to ensure airtightness, the metal film formed on the upper surface of the bank portion needs to be thick to some extent.

前記金錫合金への金の拡散は、金めっき層の厚みが厚いほど、金めっき層中の金が鉛直方向へ拡散するのに時間を要するため、溶融した金めっき層が水平方向へ流動しにくくなる。つまり金の鉛直方向への拡散が水平方向への拡散よりも優位となり、溶融によって金を取り込んだ金錫合金が蓋側に滞留しやすくなる（図６参照）。その結果、図６に示すように溶融した金錫合金（符号８）が容器側（符号２）の封止領域（符号２４０で示す堤部上面）へ流動しにくくなる。この現象を防止するために金めっき層の厚みを薄くし過ぎると、前記問題は改善されたとしても圧電振動デバイスの特性が劣化してしまう問題が発生する。   The diffusion of gold into the gold-tin alloy requires a longer time for the gold in the gold plating layer to diffuse in the vertical direction as the thickness of the gold plating layer increases, so that the molten gold plating layer flows in the horizontal direction. It becomes difficult. That is, the diffusion of gold in the vertical direction is superior to the diffusion in the horizontal direction, and the gold-tin alloy that has taken in gold by melting is likely to stay on the lid side (see FIG. 6). As a result, as shown in FIG. 6, the molten gold-tin alloy (reference numeral 8) is less likely to flow to the sealing region (upper surface indicated by reference numeral 240) on the container side (reference numeral 2). If the thickness of the gold plating layer is made too thin in order to prevent this phenomenon, even if the above problem is improved, there arises a problem that the characteristics of the piezoelectric vibrating device deteriorate.

また、前記金めっき層の下層にニッケル層が存在する場合は、加熱処理によってニッケルが金めっき層内に拡散しやすくなる。そしてニッケルが拡散した金めっき層と金錫合金とが溶融によって混ざり合うと、容器の堤部上面に形成された金属膜に対する濡れ性が低下してしまう。以上のことにより、溶融した金錫合金が封止領域に充分に行き渡らなくなって気密不良や接合強度の低下といった問題が発生するおそれがある。また、容器側に形成される金めっき層は、或る程度厚膜状態にしておく必要があるためコストも高くなってしまう。   Moreover, when a nickel layer exists in the lower layer of the said gold plating layer, nickel becomes easy to spread | diffuse in a gold plating layer by heat processing. When the gold plating layer in which nickel is diffused and the gold-tin alloy are mixed by melting, the wettability with respect to the metal film formed on the upper surface of the bank portion of the container is lowered. As a result, the molten gold-tin alloy does not spread sufficiently to the sealing region, and there is a possibility that problems such as poor airtightness and reduced bonding strength may occur. Further, since the gold plating layer formed on the container side needs to be in a thick film state to some extent, the cost becomes high.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、気密信頼性が高く、かつコストを低減することができる圧電振動デバイスを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration device that has high hermetic reliability and can reduce costs.

上記目的を達成するために本発明は、電子部品素子を収容する容器が、蓋と接合された圧電振動デバイスであって、
前記容器の前記蓋との接合領域には、複数の異種金属の積層膜からなるめっき層が形成され、
前記蓋の一主面には前記めっき層と対応した金錫合金層が形成されてなり、
前記めっき層は最下層側から順に、第１の金属層、第２の金属層、第３の金属層で構成され、
前記第１の金属層は、前記めっき層内で最も厚膜に形成され、
前記第２の金属層は、ニッケルめっき層からなり、
前記第３の金属層は、金めっき層であり、
第２の金属層と第３の金属層の間には、第２の金属層と第３の金属層の間の金属拡散を抑制するためのパラジウムめっき層または金ストライクめっき層からなる拡散抑制層が設けられ、
少なくとも前記第３の金属層と前記金錫合金層とが溶融によって一体化することで、容器と蓋とが接合されている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a piezoelectric vibration device in which a container for accommodating an electronic component element is joined to a lid,
A plating layer formed of a laminated film of a plurality of different metals is formed in the bonding region of the container with the lid,
A gold tin alloy layer corresponding to the plating layer is formed on one main surface of the lid,
The plating layer is composed of a first metal layer, a second metal layer, and a third metal layer in order from the lowest layer side,
The first metal layer is formed in the thickest film in the plating layer,
The second metal layer comprises a nickel plating layer ;
The third metal layer is a gold plating layer ;
A diffusion suppression layer comprising a palladium plating layer or a gold strike plating layer for suppressing metal diffusion between the second metal layer and the third metal layer between the second metal layer and the third metal layer. Is provided,
At least the third metal layer and the gold-tin alloy layer are integrated by melting, so that the container and the lid are joined.

上記発明によれば、封止時に溶融した金属を、容器と蓋との封止領域に速やかに配することができる。これは次の理由による。めっき層は蓋との接合領域（封止領域）に形成されており、当該めっき層の最上層が第３の金属層となっている。この第３の金属層はめっき層内の第１の金属層よりも薄く形成されている。そして第２の金属層と第３の金属層の間には拡散抑制層が形成されている。   According to the said invention, the metal fuse | melted at the time of sealing can be rapidly distribute | arranged to the sealing area | region of a container and a lid | cover. This is due to the following reason. The plating layer is formed in a bonding region (sealing region) with the lid, and the uppermost layer of the plating layer is a third metal layer. The third metal layer is formed thinner than the first metal layer in the plating layer. A diffusion suppression layer is formed between the second metal layer and the third metal layer.

前記第３の金属層はめっき層の最上層であり、金錫合金層を構成する金属の一つと同種の金めっき層であるため金錫合金層内へ拡散しやすい。そしてパラジウムめっき層または金ストライクめっき層からなる拡散抑制層によって、ニッケルめっき層からなる第２の金属層が、金めっき層からなる第３の金属層へ拡散するのを抑制することができる。これにより金錫合金層の第３の金属層に対する濡れ性が低下しないため、溶融した金錫合金層が第３の金属層に対して滑るように配されるためである。つまり、或る程度厚膜状態を維持する必要があるめっき層を、複数の異種金属の積層膜で構成し、第１の金属層をめっき層内で最も厚く設定することにより、第３の金属層の厚みを圧電振動デバイスの特性を劣化させない程度に薄くすることができる。これは拡散抑制層が第２の金属層と第３の金属層の間に存在することによるものである。 It said third metal layer is a top layer of the plated layer, and easily diffuses into the gold-tin alloy layer for gold plating layer of one and the same metal constituting the gold-tin alloy layer. And it can suppress that the 2nd metal layer which consists of a nickel plating layer diffuses into the 3rd metal layer which consists of a gold plating layer by the diffusion suppression layer which consists of a palladium plating layer or a gold strike plating layer . This is because the wettability of the gold-tin alloy layer with respect to the third metal layer does not decrease, so that the molten gold-tin alloy layer is arranged to slide with respect to the third metal layer. That is, the third metal is formed by forming a plating layer that needs to maintain a thick film state to a certain degree by a laminated film of a plurality of different metals and setting the first metal layer to be the thickest in the plating layer. The thickness of the layer can be reduced to such an extent that the characteristics of the piezoelectric vibration device are not deteriorated. This is because the diffusion suppression layer exists between the second metal layer and the third metal layer.

第３の金属層を薄くすることができる結果、めっき層の金属の金錫合金層内への拡散、つまり、めっき層の金属が鉛直方向へ拡散する時間を短縮することができる。その結果、溶融によってめっき層の金属を取り込んだ金錫合金層が蓋側に滞留しにくくなり、溶融した金錫合金を容器側（封止領域）へ速やかに配することができる。 As a result of reducing the thickness of the third metal layer, the diffusion of the metal of the plating layer into the gold-tin alloy layer, that is, the time for the metal of the plating layer to diffuse in the vertical direction can be shortened. As a result, the gold-tin alloy layer that has taken in the metal of the plating layer by melting is less likely to stay on the lid side, and the molten gold-tin alloy can be quickly disposed on the container side (sealing region).

上記目的を達成するために、前記蓋において、容器と接合される主面の周縁には、蓋の側面から内側に傾斜した傾斜面が形成され、当該傾斜面から前記拡散抑制層にかけて、前記金錫合金層と前記めっき層の溶融物からなるメニスカスが形成されていてもよい。 In order to achieve the above object, in the lid, an inclined surface inclined inward from the side surface of the lid is formed at the periphery of the main surface joined to the container, and the gold is applied from the inclined surface to the diffusion suppression layer. A meniscus made of a melt of a tin alloy layer and the plating layer may be formed.

上記構成によれば、蓋の側面から内側に傾斜した傾斜面が形成されることにより、前記傾斜面から前記拡散抑制層にかけて溶融金属のメニスカスが形成されやすくなる。メニスカスが形成されることによって溶融金属で濡れる領域が拡大するため、より確実な気密封止を行うことができる。このとき本発明の構成であれば、溶融によって第３の金属層を取り込んだ金錫合金層が蓋の傾斜面側に滞留するのを抑制し、溶融した金錫合金を容器側の封止領域へ速やかに配することができる。その結果、溶融した金錫合金を封止領域に充分に行き渡らせることができるため、気密不良や接合強度の低下を防止することができる。 According to the said structure, the inclined surface inclined inward from the side surface of the lid | cover forms, and it becomes easy to form the meniscus of a molten metal from the said inclined surface to the said diffusion suppression layer. By forming the meniscus, the area wetted by the molten metal is expanded, so that more reliable hermetic sealing can be performed. If it is the structure of this invention at this time, it will suppress that the gold-tin alloy layer which took in the 3rd metal layer by melting will stay on the inclined surface side of a lid | cover, and the molten gold-tin alloy will be sealed in the container side Can be arranged promptly. As a result, since the molten gold-tin alloy can be sufficiently distributed to the sealing region, it is possible to prevent poor airtightness and a decrease in bonding strength.

以上のように本発明によれば、気密信頼性が高く、かつコストを低減することができる圧電振動デバイスを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric vibration device that has high hermetic reliability and can reduce the cost.

本発明の実施形態を示す水晶振動子の断面模式図Schematic cross-sectional view of a crystal resonator showing an embodiment of the present invention 本発明の実施形態を示す水晶振動子の分解模式図1 is an exploded schematic view of a crystal resonator showing an embodiment of the present invention. 図１のＡ部拡大図Part A enlarged view of FIG. 図２のＢ部拡大図B part enlarged view of FIG. 本発明の実施形態を示す水晶振動子の接合領域の拡大模式図The enlarged schematic diagram of the junction area | region of the crystal oscillator which shows embodiment of this invention 従来の水晶振動子の接合後における拡大模式図Enlarged schematic diagram after bonding of conventional crystal unit

以下、圧電振動デバイスとして水晶振動子を例に挙げ、図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態における水晶振動子１は、凹部２０を備えた容器２と、凹部２０の内部に接合部材６を介して接合される水晶振動片３と、凹部２０を封止する蓋４が主要構成部材となっている。水晶振動片３は、蓋４と容器２とが接合材８を介して接合されることによって生まれる内部空間９に収容され、外部環境から保護されている。   Hereinafter, a crystal resonator will be described as an example of a piezoelectric vibration device, and will be described with reference to the drawings. The crystal resonator 1 according to the embodiment of the present invention includes a container 2 having a recess 20, a crystal vibrating piece 3 bonded to the inside of the recess 20 via a bonding member 6, and a lid 4 that seals the recess 20. It is a major component. The quartz crystal resonator element 3 is accommodated in an internal space 9 created by joining the lid 4 and the container 2 via the joining material 8 and is protected from the external environment.

図１において容器２はホウケイ酸ガラスを基材とする箱状体であり、平面視略長方形となっている。容器２は水晶振動片を収容するための凹部２０と、凹部２０を包囲する環状の堤部２４を有している。平面視略長方形の凹部２０の内部には、水晶振動片が搭載される段部２５が凹部２０の一短辺全体に沿って形成されている。そして段部２５よりもさらに薄肉の領域が凹部の内底面２１となっている。凹部２０はガラスウエハをフォトリソグラフィ技術およびウエットエッチングを用いることにより、平面視略長方形に成形されている。なお図１においてウエットエッチングによって掘り込まれた領域の側面は容器の基材がガラスであるため傾斜面となっている。   In FIG. 1, the container 2 is a box-shaped body made of borosilicate glass as a base material and has a substantially rectangular shape in plan view. The container 2 has a recess 20 for accommodating the crystal vibrating piece and an annular bank portion 24 surrounding the recess 20. A step portion 25 on which the crystal vibrating piece is mounted is formed along the entire short side of the recess portion 20 in the recess portion 20 that is substantially rectangular in plan view. A thinner region than the step portion 25 is an inner bottom surface 21 of the recess. The recess 20 is formed into a substantially rectangular shape in plan view by using a photolithography technique and wet etching on a glass wafer. In FIG. 1, the side surface of the region dug by wet etching is an inclined surface because the base material of the container is glass.

図１に示すように凹部２０には、内底面２１から段部上面２５０にかけて内部配線パターン５０が形成されている。内部配線パターン５０の段部上面２５０における端部には一対の搭載パッド５，５が形成されており、この搭載パッド５の上に接合部材６を介して水晶振動片３の一端側が片持ち接合される。なお本実施形態では接合部材６に導電性のバンプ（金からなるバンプ）が使用されている。   As shown in FIG. 1, an internal wiring pattern 50 is formed in the recess 20 from the inner bottom surface 21 to the stepped portion upper surface 250. A pair of mounting pads 5, 5 are formed at the end of the stepped upper surface 250 of the internal wiring pattern 50, and one end side of the crystal vibrating piece 3 is cantilevered via the bonding member 6 on the mounting pad 5. Is done. In the present embodiment, conductive bumps (bumps made of gold) are used for the bonding member 6.

凹部の内底面２１と容器の外底面２２に挟まれた容器基材部分（説明の便宜上、底板部２３と表記）には図示しない貫通電極が一対で形成されている。前記一対の貫通電極は、底板部２３の一主面（内底面２１）と他主面（容器外底面２２）を貫く一対の貫通孔内壁にスパッタ膜が被着され、当該スパッタ膜の内側に樹脂材が充填された構造となっている。   A pair of penetrating electrodes (not shown) is formed on a container base portion (denoted as a bottom plate portion 23 for convenience of explanation) sandwiched between the inner bottom surface 21 of the recess and the outer bottom surface 22 of the container. In the pair of through electrodes, a sputtered film is deposited on a pair of through hole inner walls penetrating one main surface (inner bottom surface 21) and the other main surface (outer container bottom surface 22) of the bottom plate portion 23, and inside the sputtered film. It has a structure filled with resin material.

容器の外底面２２には、外部基板と接続される一対の外部接続端子７，７と、外部配線パターン（図示省略）と、樹脂材からなる樹脂パターン（図示省略）とが形成されている。前述の一対の搭載パッド５，５は内部配線パターン５０と、前述の一対の貫通電極（図示省略）および前記外部配線パターンを経由して一対の外部接続端子７，７と各々電気的に接続されている。   A pair of external connection terminals 7 and 7 connected to an external substrate, an external wiring pattern (not shown), and a resin pattern (not shown) made of a resin material are formed on the outer bottom surface 22 of the container. The pair of mounting pads 5 and 5 are electrically connected to the internal wiring pattern 50, the pair of penetration electrodes (not shown) and the pair of external connection terminals 7 and 7 via the external wiring pattern, respectively. ing.

図１乃至２において記載は省略しているが、スパッタ膜が凹部内底面２１の貫通孔の端部周辺と貫通孔内壁面および容器外底面２２に形成されている。ここでスパッタ膜とはスパッタリングによって成膜された膜のことである。本実施形態ではスパッタ膜として、Ｍｏからなるスパッタ膜上にＣｕからなるスパッタ膜が積層された２層構成となっており、スパッタ膜の一部が内部配線パターン５０となっている。   Although not shown in FIGS. 1 and 2, the sputtered film is formed around the end of the through hole of the inner bottom surface 21 of the recess, the inner wall surface of the through hole, and the outer bottom surface 22 of the container. Here, the sputtered film is a film formed by sputtering. In the present embodiment, the sputtered film has a two-layer structure in which a sputtered film made of Cu is laminated on a sputtered film made of Mo, and a part of the sputtered film is an internal wiring pattern 50.

図１において水晶振動片３はＡＴカット切断された平面視略矩形の水晶振動板である。水晶振動片２の表裏主面の中央には対向して一対の励振電極が形成されている（図示省略）。そして前記一対の励振電極の各々から水晶振動片の一短辺側まで、図示しない引出電極が導出されており、引出電極の終端には接続電極（図示省略）が各々形成されている。   In FIG. 1, a quartz crystal vibrating piece 3 is a quartz plate having a substantially rectangular shape in plan view cut by AT cut. A pair of excitation electrodes are formed in the center of the front and back main surfaces of the crystal vibrating piece 2 so as to face each other (not shown). An extraction electrode (not shown) is led out from each of the pair of excitation electrodes to one short side of the quartz crystal vibrating piece, and a connection electrode (not shown) is formed at each end of the extraction electrode.

前記一対の接続電極は、容器２の一対の搭載パッド５，５と対応するように接合部材６を介して各々導電接合される。本実施形態において接合部材６には、金からなるめっきバンプが用いられており、水晶振動片３の前述の一対の接続電極の各々に予め形成される。そして容器２の一対の搭載パッド５，５上に、前記一対のめっきバンプが対応するように水晶振動片３が搭載パッド５上に位置決め載置された後、ＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法によって水晶振動片３が容器２に接合される。なお水晶振動片３と容器２との接合はＦＣＢ法に限定されるものではなく、例えば接合部材として導電性接着材を用い、導電性接着材を加熱硬化させることによって接合する方法や、その他の接合方法であってもよい。また本発明の適用はＡＴカット切断された水晶振動片に限定されるものではなく、他の切断角度を有する水晶振動片であってもよく、例えば音叉型水晶振動片にも適用可能である。また水晶振動片以外の圧電振動片にも本発明は適用可能である。   The pair of connection electrodes are conductively bonded to each other via a bonding member 6 so as to correspond to the pair of mounting pads 5 and 5 of the container 2. In the present embodiment, a plating bump made of gold is used for the bonding member 6, and is formed in advance on each of the pair of connection electrodes of the crystal vibrating piece 3. Then, after the crystal vibrating piece 3 is positioned and mounted on the mounting pad 5 so that the pair of plating bumps correspond to the pair of mounting pads 5 and 5 of the container 2, the crystal is crystallized by the FCB (Flip Chip Bonding) method. The vibrating piece 3 is joined to the container 2. The joining of the crystal vibrating piece 3 and the container 2 is not limited to the FCB method. For example, a conductive adhesive is used as a joining member and the conductive adhesive is joined by heating and curing. A joining method may be used. Further, the application of the present invention is not limited to the quartz-crystal vibrating piece cut by the AT cut, and may be a quartz-crystal vibrating piece having other cutting angles, for example, a tuning-fork type quartz vibrating piece. The present invention can also be applied to piezoelectric vibrating pieces other than the quartz vibrating piece.

図１において蓋４は平面視略矩形となっている。蓋４の一主面４１は平坦面となっており、他主面４２には周縁部分に下方に突出した壁部４３が環状に形成されている。壁部４３の両側面４３１、４３２はテーパー状に成形されている。壁部４３の外側面４３１は、蓋の外側面４４から内側（内部空間側）に傾斜した傾斜面となっている。このような形状はウエットエッチングによって成形されている。   In FIG. 1, the lid 4 has a substantially rectangular shape in plan view. One main surface 41 of the lid 4 is a flat surface, and the other main surface 42 is formed with an annular wall 43 projecting downward at the peripheral edge. Both side surfaces 431 and 432 of the wall portion 43 are formed in a tapered shape. The outer surface 431 of the wall portion 43 is an inclined surface that is inclined inwardly (inner space side) from the outer surface 44 of the lid. Such a shape is formed by wet etching.

蓋４と容器２は接合材８を介して接合されているが、接合前の状態では図２に示すように、蓋４には壁部４３の上面に第１接合層８１が、容器２の堤部上面２４０に第２接合層８２がそれぞれ形成されている。   The lid 4 and the container 2 are joined via the joining material 8, but in the state before joining, as shown in FIG. 2, the lid 4 has a first joining layer 81 on the upper surface of the wall 43, and the container 2. A second bonding layer 82 is formed on the top surface 240 of the bank portion.

蓋４の壁部４３に形成される第１接合層８１は、図３に示すように壁部上面（頂面）４３０から壁部外側面４３１に及んで形成されている。この第１接合層８１は、下地層８１１の上に合金層８１２が形成され、この合金層８１２の上に極薄のストライクめっき層８１３が形成された構成となっている。本実施形態では下地層８１１は、Ｔｉからなるスパッタ膜の上にＣｕからなるスパッタ膜が積層された２層構成となっている。合金層８１２は金錫合金（ＡｕＳｎ）であり、金の方が錫よりも含有率が高く、所定の重量比率で構成されている。この合金層８１２は容器２と蓋４とを接合するための接合材となっている。第１接合層８１の全体の厚みは約０．００６ｍｍとなっており、合金層の厚みは約０．００５ｍｍ、ストライクめっき層は約０．００１ｍｍとなっている。
なお、第１接合層８１の全体の厚みは前記厚みに限定されるものではなく、０．００６ｍｍよりも薄くすることも可能である。図３において下地層８１１は誇張して厚く表示しているが、これは説明の便宜のためであり、実際には非常に薄膜に形成されている（後述する図４における下地層８２１についても同様）。 As shown in FIG. 3, the first bonding layer 81 formed on the wall portion 43 of the lid 4 extends from the wall portion upper surface (top surface) 430 to the wall portion outer surface 431. The first bonding layer 81 has a configuration in which an alloy layer 812 is formed on a base layer 811 and an extremely thin strike plating layer 813 is formed on the alloy layer 812. In this embodiment, the underlayer 811 has a two-layer structure in which a sputtered film made of Cu is laminated on a sputtered film made of Ti. The alloy layer 812 is a gold-tin alloy (AuSn), and gold is higher in content than tin and is configured at a predetermined weight ratio. This alloy layer 812 serves as a bonding material for bonding the container 2 and the lid 4. The entire thickness of the first bonding layer 81 is about 0.006 mm, the thickness of the alloy layer is about 0.005 mm, and the strike plating layer is about 0.001 mm.
Note that the overall thickness of the first bonding layer 81 is not limited to the above thickness, and may be thinner than 0.006 mm. In FIG. 3, the base layer 811 is exaggerated and displayed thick, but this is for convenience of explanation, and is actually formed in a very thin film (the same applies to the base layer 821 in FIG. 4 described later). ).

図３に示すストライクめっき層８１３はＡｕからなり、電解めっき法によって形成されている。ストライクめっき層８１３は、容器２のめっき層の最上層の第３の金属層と同種の金属（Ａｕ）となっており、酸化防止膜として機能している。さらにストライクめっき層８１３は合金層８１２との密着性を向上させるためにも用いられている。なお、本実施形態ではストライクめっき層が合金層の上に形成されているが、ストライクめっき層を形成せず、合金層を最上層としてもよい。   The strike plating layer 813 shown in FIG. 3 is made of Au and is formed by an electrolytic plating method. The strike plating layer 813 is the same kind of metal (Au) as the third metal layer of the uppermost layer of the plating layer of the container 2 and functions as an antioxidant film. Further, the strike plating layer 813 is also used to improve the adhesion with the alloy layer 812. In this embodiment, the strike plating layer is formed on the alloy layer, but the strike plating layer may not be formed and the alloy layer may be the uppermost layer.

図４において堤部２４の上面２４０は平坦面となっており、複数の異種金属からなる第２接合層８２が形成されている。第２接合層８２は、堤部上面２４０に環状に形成されており、第２接合層８２の層構成は、前述した貫通孔の端部周辺を除き、内部配線パターン５０の膜構成と同一となっている。   In FIG. 4, the upper surface 240 of the bank portion 24 is a flat surface, and a second bonding layer 82 made of a plurality of different metals is formed. The second bonding layer 82 is formed in an annular shape on the top surface 240 of the bank portion, and the layer configuration of the second bonding layer 82 is the same as the film configuration of the internal wiring pattern 50 except for the periphery of the end portion of the through hole described above. It has become.

第２接合層８２は、下地層８２１の上に第１の金属層８２２、第２の金属層８２３、拡散抑制層８２４、第３の金属層８２５の順に積層された構成となっている。本実施形態では下地層８２１は、Ｍｏからなるスパッタ膜の上にＣｕからなるスパッタ膜が積層された２層構成となっている。第１の金属層８２２はＣｕめっき層であり、第２の金属層８２３はＮｉめっき層となっている、そして拡散抑制層８２４はＰｄ（パラジウム）めっき層となっており、第３の金属層８２５はＡｕめっき層となっている。これらのめっき層は全て電解めっき法によって成膜されている。本実施形態ではめっき層の全体の厚みは約０．００６ｍｍとなっており、第１の金属層８２２の厚みは約０．００４４ｍｍ、第２の金属層８２３の厚みは約０．００１ｍｍ、拡散抑制層８２４の厚みは約０．０００１〜０．０００３ｍｍ、第３の金属層８２５の厚みは約０．０００１〜０．０００３ｍｍとなっている。   The second bonding layer 82 has a structure in which a first metal layer 822, a second metal layer 823, a diffusion suppression layer 824, and a third metal layer 825 are stacked in this order on the base layer 821. In this embodiment, the underlayer 821 has a two-layer structure in which a sputtered film made of Cu is laminated on a sputtered film made of Mo. The first metal layer 822 is a Cu plating layer, the second metal layer 823 is a Ni plating layer, and the diffusion suppression layer 824 is a Pd (palladium) plating layer, and the third metal layer 825 is an Au plating layer. All of these plating layers are formed by electrolytic plating. In this embodiment, the total thickness of the plating layer is about 0.006 mm, the thickness of the first metal layer 822 is about 0.0044 mm, the thickness of the second metal layer 823 is about 0.001 mm, and diffusion suppression is performed. The thickness of the layer 824 is about 0.0001 to 0.0003 mm, and the thickness of the third metal layer 825 is about 0.0001 to 0.0003 mm.

本実施形態において第１の金属層８２２は、第２接合層８２の中で最も厚膜に形成されている。本実施形態では第１の金属層８２２としてＣｕめっきが用いられている。第１の金属層８２２にＣｕめっきを用いるとともに、Ｃｕめっき層を第２接合層８２の中で最も厚膜状態で形成することによって、熱伝導率が良好な金属であるＣｕで多くの熱容量を確保することができる。つまり、接合時の加熱雰囲気の熱が第１の金属層８２２によって速やかに第２の金属層側へ伝導され、第２接合層８２全体の温度を速やかに上昇させることができる。これにより、第３の金属層８２５と合金層８１２の溶融を早めることができる。そして第３の金属層８２５と合金層８１２の溶融を早めることにより、溶融によって第３の金属層８２５を取り込んだ合金層８１２の蓋側への滞留を抑制することができる。   In the present embodiment, the first metal layer 822 is formed as the thickest film in the second bonding layer 82. In this embodiment, Cu plating is used as the first metal layer 822. By using Cu plating for the first metal layer 822 and forming the Cu plating layer in the thickest film state in the second bonding layer 82, a large heat capacity can be obtained with Cu, which is a metal with good thermal conductivity. Can be secured. That is, the heat of the heating atmosphere at the time of bonding is quickly conducted to the second metal layer side by the first metal layer 822, and the temperature of the entire second bonding layer 82 can be quickly raised. Thereby, melting of the third metal layer 825 and the alloy layer 812 can be accelerated. By accelerating the melting of the third metal layer 825 and the alloy layer 812, retention of the alloy layer 812 that has taken in the third metal layer 825 by melting on the lid side can be suppressed.

また第１の金属層８２２を第２接合層８２の中で最も厚膜に形成することによって次の効果も得られる。例えば蓋と容器とを、超音波を用いた金属拡散による仮止め接合（いわゆるＦＣＢ法（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ））を行う場合、第１の金属層８２２として、ＣｕやＡｇ等の延性・展性に富んだ金属材料を使用することによって、より確実な仮止め接合を行うことができる。これは厚膜状態で形成されたＣｕやＡｇが、前記ＦＣＢ法による接合時に加わる荷重に対して緩衝機能を有するためである。また、蓋と容器との接合後の状態において、蓋や容器の熱膨張に起因した接合領域に加わる応力を、厚膜状態で形成されたＣｕやＡｇによって分散させることができる。   Further, the following effects can be obtained by forming the first metal layer 822 in the thickest film in the second bonding layer 82. For example, when performing temporary bonding (so-called FCB method (Flip Chip Bonding)) by metal diffusion using ultrasonic waves, the lid and the container are made to be ductile and malleable such as Cu or Ag as the first metal layer 822. By using a rich metal material, it is possible to perform more reliable temporary bonding. This is because Cu or Ag formed in a thick film state has a buffering function against a load applied at the time of joining by the FCB method. Further, in the state after the lid and the container are joined, the stress applied to the joining region due to the thermal expansion of the lid and the container can be dispersed by Cu or Ag formed in a thick film state.

本実施形態ではＣｕからなるスパッタ膜の上にＣｕめっき層が積層されている。すなわち第１の金属層には、下地層との密着性の点から、下地層８２１の最上層の金属と同種の金属が用いられている。しかしながら本発明は前記組合せに限定されるものではなく、他の組合せにも適用可能である。例えば下地層８２１の最上層をＡｇスパッタ膜とし、第１の金属層８２２をＡｇめっき層としてもよい。   In this embodiment, a Cu plating layer is laminated on a sputtered film made of Cu. That is, for the first metal layer, the same kind of metal as that of the uppermost layer of the base layer 821 is used from the viewpoint of adhesion to the base layer. However, the present invention is not limited to the above combinations and can be applied to other combinations. For example, the uppermost layer of the base layer 821 may be an Ag sputtered film, and the first metal layer 822 may be an Ag plated layer.

第２の金属層８２３には、蓋に形成された第１接合層８１の合金層８１２（ＡｕＳｎ）との溶融時の濡れ性が低い金属（Ｎｉ）が用いられている。本実施形態ではＣｕめっきからなる第１の金属層８２２の上に、電解めっき法によってＡｕめっき層（第３の金属層８２５）を直接形成することが困難であるため、Ｎｉめっき層（第２の金属層８２３）を第１の金属層８２２の上に形成している。ここでＮｉめっき層の上にＡｕめっき層（第３の金属層８２５）を形成すると、蓋と容器との接合時の熱によってＮｉがＡｕめっき層内に拡散してしまう。Ｎｉが拡散したＡｕめっき層と、蓋のＡｕＳｎとが溶融によって混ざり合うと、封止領域の金属膜に対する濡れ性が低下してしまう。このためＮｉめっき層とＡｕめっき層の間に、ＮｉとＡｕの相互拡散を抑制するための拡散抑制層８２４が設けられている。   For the second metal layer 823, a metal (Ni) having low wettability when melted with the alloy layer 812 (AuSn) of the first bonding layer 81 formed on the lid is used. In this embodiment, it is difficult to directly form an Au plating layer (third metal layer 825) on the first metal layer 822 made of Cu plating by an electrolytic plating method. The metal layer 823) is formed on the first metal layer 822. Here, if an Au plating layer (third metal layer 825) is formed on the Ni plating layer, Ni diffuses into the Au plating layer due to heat generated when the lid and the container are joined. When the Au plating layer in which Ni is diffused and AuSn of the lid are mixed by melting, the wettability with respect to the metal film in the sealing region is lowered. For this reason, a diffusion suppression layer 824 for suppressing the mutual diffusion of Ni and Au is provided between the Ni plating layer and the Au plating layer.

Ｎｉめっき層（第２の金属層８２３）の上には、Ｐｄからなる拡散抑制層８２４が形成されている。そして拡散抑制層８２４上にＡｕめっき層（第３の金属層８２５）が形成されている。この拡散抑制層８２４は、第３の金属層８２５を形成するためのシード層の役割を担っているとともに、第２の金属層８２３（Ｎｉ）と第３の金属層８２５（Ａｕ）の間の金属拡散を抑制する機能を備えている。なお拡散抑制層８２４として、Ｐｄめっき層以外にＡｕストライクめっき層も使用可能である。   On the Ni plating layer (second metal layer 823), a diffusion suppression layer 824 made of Pd is formed. An Au plating layer (third metal layer 825) is formed on the diffusion suppression layer 824. The diffusion suppression layer 824 serves as a seed layer for forming the third metal layer 825, and between the second metal layer 823 (Ni) and the third metal layer 825 (Au). It has a function to suppress metal diffusion. As the diffusion suppressing layer 824, an Au strike plating layer can be used in addition to the Pd plating layer.

以上のような層構成とすることで、めっき層を金めっき層からなる単層（下地層を除く）で構成した場合と比べ、Ａｕの使用量を大幅に低減することできる。その結果、圧電振動デバイスの製造コストを低減することができる。   By using the layer configuration as described above, the amount of Au used can be greatly reduced as compared with the case where the plating layer is formed of a single layer (excluding the base layer) made of a gold plating layer. As a result, the manufacturing cost of the piezoelectric vibration device can be reduced.

本実施形態において、蓋４と容器２との接合は、蓋側の第１接合層８１と容器側の第２接合層８２とが対応するように位置決め配置された状態で、加熱雰囲気下にて行われる。具体的には、第１接合層８１と第２接合層８２は、各々の接合層の最上層であるストライクめっき層８１３と、第３の金属層８２５とが接触した状態で３００〜３２０℃の温度環境下で加熱されることによって接合される。   In the present embodiment, the lid 4 and the container 2 are joined in a heated atmosphere in a state where the lid-side first joining layer 81 and the container-side second joining layer 82 are positioned and arranged to correspond to each other. Done. Specifically, the first bonding layer 81 and the second bonding layer 82 are 300 to 320 ° C. in a state where the strike plating layer 813 which is the uppermost layer of each bonding layer and the third metal layer 825 are in contact with each other. Bonding is performed by heating in a temperature environment.

蓋４と容器２の接合後の状態は図５に示す模式図のようになっている。第３の金属層８２５（Ａｕ）は加熱溶融によって合金層８１２の内部に拡散し、一体化している。この一体化した部分を図５では溶融後合金層８３として表している。図５に示すように拡散抑制層８２４が存在することにより、第２の金属層８２３および第１の金属層８２２が、拡散抑制層８２４よりも上層側へ拡散するのを抑制することができる。また、拡散抑制層８２４よりも下層の、第２の金属層８２３および第１の金属層８２２は雰囲気温度よりも高融点であるため溶融しない。なお第２接合層８２のうち、最上層の第３の金属層だけでなく、他の金属層も加熱溶融によって合金層８１２と一体化されていてもよい。   The state after the lid 4 and the container 2 are joined is as shown in the schematic diagram of FIG. The third metal layer 825 (Au) is diffused and integrated into the alloy layer 812 by heating and melting. In FIG. 5, this integrated part is shown as a molten alloy layer 83. As shown in FIG. 5, the presence of the diffusion suppression layer 824 can suppress the diffusion of the second metal layer 823 and the first metal layer 822 to the upper layer side than the diffusion suppression layer 824. In addition, the second metal layer 823 and the first metal layer 822 below the diffusion suppression layer 824 have a melting point higher than the ambient temperature and thus do not melt. Of the second bonding layer 82, not only the uppermost third metal layer but also other metal layers may be integrated with the alloy layer 812 by heating and melting.

本発明の実施形態によれば、封止時に溶融した金属を、容器２と蓋４との封止領域に速やかに配することができる。これは次の理由による。第２接合層８２は蓋との接合領域（封止領域）に形成されており、第２接合層８２の最上層が第３の金属層８２５となっている。第３の金属層８２５は第１の金属層８２２よりも薄く形成されている。そして第２の金属層８２３と第３の金属層８２５の間には拡散抑制層８２４が形成されている。   According to the embodiment of the present invention, the metal melted at the time of sealing can be quickly arranged in the sealing region between the container 2 and the lid 4. This is due to the following reason. The second bonding layer 82 is formed in a bonding region (sealing region) with the lid, and the uppermost layer of the second bonding layer 82 is a third metal layer 825. The third metal layer 825 is formed thinner than the first metal layer 822. A diffusion suppression layer 824 is formed between the second metal layer 823 and the third metal layer 825.

第３の金属層８２５は最上層であるため合金層８１２の内部へ拡散しやすい。そして拡散抑制層８２４によって、合金層８１２との溶融時の濡れ性が低い第２の金属層８２３が、第３の金属層８２５へ拡散するのを抑制することができる。これにより合金層の第３の金属層に対する濡れ性が低下しないため、溶融した合金層が第３の金属層に対して滑るように配されるためである。つまり、或る程度厚膜状態を維持する必要がある第２接合層８２を、複数の異種金属の積層膜で構成し、第１の金属層８２２を第２接合層８２内で最も厚く設定することにより、第３の金属層８２５の厚みを水晶振動子の特性を劣化させない程度に薄くすることができる。これは拡散抑制層８２４が第２の金属層８２３と第３の金属層８２５の間に存在することによるものである。   Since the third metal layer 825 is the uppermost layer, it is easy to diffuse into the alloy layer 812. The diffusion suppression layer 824 can suppress the diffusion of the second metal layer 823 having low wettability with the alloy layer 812 into the third metal layer 825. This is because the wettability of the alloy layer with respect to the third metal layer does not decrease, so that the molten alloy layer is arranged to slide with respect to the third metal layer. That is, the second bonding layer 82 that needs to maintain a thick film state to some extent is configured by a laminated film of a plurality of different metals, and the first metal layer 822 is set to be the thickest in the second bonding layer 82. Thus, the thickness of the third metal layer 825 can be reduced to such an extent that the characteristics of the crystal resonator are not deteriorated. This is because the diffusion suppression layer 824 exists between the second metal layer 823 and the third metal layer 825.

第３の金属層８２５を薄くすることができる結果、第３の金属層８２５の合金層８１２の内部への拡散、つまり、Ａｕめっき層のＡｕが鉛直上方へ拡散する時間を短縮することができる。その結果、溶融によって第３の金属層８２５のＡｕを取り込んだＡｕＳｎ合金が蓋側に滞留しにくくなり、溶融した合金を容器側（封止領域）へ速やかに配することができる。   As a result of thinning the third metal layer 825, diffusion of the third metal layer 825 into the alloy layer 812, that is, time for Au of the Au plating layer to diffuse vertically upward can be shortened. . As a result, the AuSn alloy that has taken in the Au of the third metal layer 825 by melting is less likely to stay on the lid side, and the molten alloy can be quickly disposed on the container side (sealing region).

また上記構成によれば、蓋４には蓋外側面４４から内側（内部空間９）に傾斜した傾斜面からなる壁部外側面４３１が形成されている。これにより、前記傾斜面から拡散抑制層８２４にかけて、溶融金属のメニスカスＭが形成されやすくなる。メニスカスが形成されることによって溶融金属で濡れる領域が拡大するため、より確実な気密封止を行うことができる。このとき本発明の構成であれば、溶融によって第３の金属層８２５を取り込んだ合金層８１２が蓋の傾斜面側（蓋外側面４３１）に滞留するのを抑制し、溶融した合金を容器側の封止領域へ速やかに配することができる。その結果、溶融した合金を封止領域に充分に行き渡らせることができるため、気密不良や接合強度の低下を防止することができる。   Further, according to the above configuration, the lid 4 is formed with the wall outer surface 431 formed of an inclined surface inclined inward (internal space 9) from the lid outer surface 44. As a result, a meniscus M of molten metal is easily formed from the inclined surface to the diffusion suppression layer 824. By forming the meniscus, the area wetted by the molten metal is expanded, so that more reliable hermetic sealing can be performed. At this time, with the configuration of the present invention, the alloy layer 812 that has taken in the third metal layer 825 by melting is prevented from staying on the inclined surface side (lid outer surface 431) of the lid, and the molten alloy is removed from the container side. Can be quickly arranged in the sealing region. As a result, the melted alloy can be sufficiently distributed to the sealing region, so that it is possible to prevent a hermetic failure and a decrease in bonding strength.

本発明の実施形態では電子部品素子として水晶振動片を例に挙げ、当該水晶振動片が収容された水晶振動子について説明しているが、電子部品素子として水晶振動片に加えＩＣやサーミスタ等の素子も実装された水晶発振器や、水晶フィルタ等へも適用可能である。   In the embodiment of the present invention, a quartz crystal resonator element is taken as an example of an electronic component element, and a crystal resonator in which the quartz crystal resonator element is accommodated is described. However, in addition to the quartz crystal resonator element, an IC, a thermistor, etc. The present invention can also be applied to a crystal oscillator on which elements are mounted, a crystal filter, or the like.

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。   The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

圧電振動デバイスの量産に適用できる。   It can be applied to mass production of piezoelectric vibration devices.

１ 水晶振動子
２ 容器
３ 水晶振動片
４ 蓋
８ 接合材
Ｍ メニスカス
２４ 堤部
４３ 壁部
８１ 第１接合層
８１２ 合金層
８１３ ストライクめっき層
８２ 第２接合層
８２２ 第１の金属層
８２３ 第２の金属層
８２４ 拡散抑制層
８２５ 第３の金属層
８３ 溶解後合金層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quartz crystal resonator 2 Container 3 Crystal vibrating piece 4 Lid 8 Bonding material M Meniscus 24 Bank part 43 Wall part 81 1st joining layer 812 Alloy layer 813 Strike plating layer 82 2nd joining layer 822 1st metal layer 823 2nd Metal layer 824 Diffusion suppression layer 825 Third metal layer 83 Alloy layer after melting

Claims (2)

電子部品素子を収容する容器が、蓋と接合された圧電振動デバイスであって、
前記容器の前記蓋との接合領域には、複数の異種金属の積層膜からなるめっき層が形成され、
前記蓋の一主面には前記めっき層と対応した金錫合金層が形成されてなり、
前記めっき層は最下層側から順に、第１の金属層、第２の金属層、第３の金属層で構成され、
前記第１の金属層は、前記めっき層内で最も厚膜に形成され、
前記第２の金属層は、ニッケルめっき層からなり、
前記第３の金属層は、金めっき層であり、
第２の金属層と第３の金属層の間には、第２の金属層と第３の金属層の間の金属拡散を抑制するためのパラジウムめっき層または金ストライクめっき層からなる拡散抑制層が設けられ、
少なくとも前記第３の金属層と前記金錫合金層とが溶融によって一体化することで、容器と蓋とが接合されていることを特徴とする圧電振動デバイス。 A container for accommodating an electronic component element is a piezoelectric vibration device joined to a lid,
A plating layer formed of a laminated film of a plurality of different metals is formed in the bonding region of the container with the lid,
A gold tin alloy layer corresponding to the plating layer is formed on one main surface of the lid,
The plating layer is composed of a first metal layer, a second metal layer, and a third metal layer in order from the lowest layer side,
The first metal layer is formed in the thickest film in the plating layer,
The second metal layer comprises a nickel plating layer ;
The third metal layer is a gold plating layer ;
A diffusion suppression layer comprising a palladium plating layer or a gold strike plating layer for suppressing metal diffusion between the second metal layer and the third metal layer between the second metal layer and the third metal layer. Is provided,
A piezoelectric vibration device characterized in that at least the third metal layer and the gold-tin alloy layer are integrated by fusion so that a container and a lid are joined. 前記蓋において、容器と接合される主面の周縁には、蓋の側面から内側に傾斜した傾斜面が形成され、当該傾斜面から前記拡散抑制層にかけて、前記金錫合金層と前記めっき層の溶融物からなるメニスカスが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動デバイス。 In the lid, an inclined surface inclined inward from a side surface of the lid is formed on a peripheral edge of the main surface joined to the container, and the gold-tin alloy layer and the plating layer are formed from the inclined surface to the diffusion suppression layer. The piezoelectric vibration device according to claim 1, wherein a meniscus made of a melt is formed.
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