JP5799811B2 - リード型圧電振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、リード型圧電振動デバイスに関する。

リード型圧電振動デバイスは、圧電振動片と、圧電振動片を保持する一対のリード端子と、リード端子を植設し、圧電振動片を搭載するベースと、ベースに搭載した圧電振動片を気密封止する蓋とが設けられてなる。このリード端子圧電振動デバイスでは、ベースと蓋とからパッケージが構成され、ベースと蓋とが接合されて、気密封止された内部空間が形成される。内部空間では、水晶振動片が、半田などを用いてリード端子に電気機械的に接合される（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−３７００３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のリード端子圧電振動デバイスでは、リフロー時（ベースと蓋との接合時や、当該リード端子圧電振動デバイスをプリント基板などの外部基板上に載せる時など）に発生する熱によって、半田が溶融し、圧電振動片がリード端子から外れて倒れてしまうといった問題があった。

特に、鉛フリー材料からなる半田（以下、鉛フリー半田とする）を用いる場合、鉛フリー半田の耐熱性が低く、鉛フリー半田のみではリフロー時に圧電振動片がリード端子から外れて倒れる。

そこで、現在、樹脂接着剤を用いて、リフロー時に圧電振動片がリード端子から外れるのを防止して、リード端子圧電振動デバイスの信頼性を確保する技術があるが、この場合、樹脂接着剤に起因するガスが発生し、このガス発生により圧電振動デバイスの特性を低下させるという別の問題が生じる。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、リフロー時であっても圧電振動片がリード端子から外れるのを抑え、耐熱性に優れた良好な特性を有するリード型圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかるリード型圧電振動デバイスは、圧電振動片と、前記圧電振動片を支持するリード端子とが設けられ、前記圧電振動片に、前記リード端子と電気的に接続する端子電極が形成され、前記リード端子に、前記圧電振動片と電気的に接続する接合層が形成され、前記接合層には、ＳｎとＣｕとからなる金属化合物が予め含有され、当該接合層は、Ｃｕからなる第１接合層と、前記第１接合層上にＣｕとＳｎとからなる第２接合層とから構成され、前記圧電振動片と前記リード端子とが、前記端子電極と前記接合層とによって電気機械的に接合され、前記端子電極と前記接合層との接合によって、前記端子電極と前記接合層とからＳｎ−Ｃｕ金属間化合物を含む接合材が形成され、前記リード端子の前記第１接合層付近と、前記圧電振動片と前記リード端子との間の最も狭いギャップおよびその付近とに、前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物が偏在することを特徴とする。

本発明によれば、鉛フリー半田などと比べて溶融温度が高い前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物を含む前記接合材によって、前記端子電極と前記接合層との接合を行うので、前記接合材の耐熱性を向上させることが可能となる。よって、リフロー時であっても少なくとも前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物によって前記リード端子に前記圧電振動片を支持することが可能となる。そのため、本発明によれば、リフロー時であっても、前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物を含む前記接合材によって前記圧電振動片が前記リード端子から外れるのを抑えることが可能となる。また、本発明によれば、前記圧電振動片を前記リード端子に支持させるために、従来技術のように樹脂接着剤を用いないので、本リード型圧電振動デバイスの特性低下を抑制することができる。

また、前記リード端子の前記第１接合層付近と、前記圧電振動片と前記リード端子との間の最も狭いギャップおよびその付近とに、前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物が偏在するので、偏在する前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物によりリフロー時の環境温度に耐えて前記圧電振動片と前記リード端子とを電気機械的に接合することが可能となる。
この場合、前記接合層は、Ｃｕからなる前記第１接合層と、前記第１接合層上にＣｕとＳｎとからなる前記第２接合層とから構成されるので、接合時（加熱時）に前記第２接合層のＳｎに対して前記第１接合層からＣｕが供給される。その結果、新たな前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物の生成が促進され、前記接合材の耐熱性を向上させることが可能となる。また、この場合、前記接合層は、ＣｕとＳｎとを含んでいるので、前記端子電極と前記接合層との接合の際に、前記接合層中に分散しているＣｕとＳｎとが結合し（例えばＣｕ ₆ Ｓｎ ₅ やＣｕ ₃ Ｓｎ）、かつ、ＣｕとＳｎとからなる前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物が偏在する。また、接合層のＣｕとＳｎとが既に結合している場合（前記Ｓｎ−Ｃｕ金属化合物が既に存在している場合）、このＣｕとＳｎとからなる前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物が偏在する。

前記構成において、前記圧電振動片と前記リード端子との間の最も狭いギャップは３〜２０μｍであってもよい。

この場合、前記最も狭いギャップが３〜２０μｍであるので、前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物が、前記最も狭いギャップの部分に良好な状態で偏在し、さらに前記接合材の形状は接合に良好なフィレットを維持することが可能となる。よって、本構成によれば、前記圧電振動片と前記リード端子とを前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物を含む接合材を介して強く接合させることが可能となり、当該リード型圧電振動デバイスの小型化に好適である。これに対して、前記最も狭いギャップが３μｍ未満の場合、このギャップの部分が脆くなり、前記接合材の強度が低下する。また、前記最も狭いギャップが２０μｍを越える場合、前記圧電振動片に形成される前記接合材のフィレットが小さくなり、前記圧電振動片と前記リード端子との接合強度が低下する。また、前記接合材における前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物の生成量が相対的に少なくなることがあり、耐熱性が低下する。

前記構成において、前記端子電極の最上層に、ＣｕからなるＣｕ層が形成されてもよい。

この場合、前記端子電極の最上層に、ＣｕからなるＣｕ層が形成されるので、前記端子電極と前記接合層との接合の際に、前記接合層のＳｎが前記端子電極のＣｕ層に拡散していき、前記接合層の前記Ｓｎと前記端子電極のＣｕ層のＣｕとによって、リフロー時の環境温度に対して耐熱性を有する前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物を形成することが可能となる。

前記構成において、前記端子電極には、Ｃｒ層とＣｒ−Ｓｎ層とが形成され、前記Ｃｒ層と前記Ｃｒ−Ｓｎ層との間に、Ｓｎの拡散を遮断するためのバリア層が形成されてもよい。

この場合、前記端子電極には、前記Ｃｒ層と前記Ｃｒ−Ｓｎ層との間に前記バリア層が形成されているので、前記端子電極と前記接合層との接合の際に、前記接合層のＳｎが前記端子電極のＣｒ層に拡散するのを前記バリア層によって防ぐことが可能となる。その結果、前記接合層や端子電極のＳｎによって前記端子電極の下層となる前記Ｃｒ層が喰われることが無くなり、前記Ｃｒ層が前記Ｓｎに喰われることによって前記圧電振動片から前記端子電極が剥がれるのを抑えることが可能となる。

前記構成において、前記接合材には、Ｓｎが含まれ、前記圧電振動片の励振電極は、前記励振電極よりも濡れ性が低い薄膜を介して前記端子電極に接続されてもよい。

この場合、前記接合材のＳｎが前記端子電極から前記薄膜を介して前記励振電極を浸食するのを抑制することが可能となる。

本発明によれば、リフロー時であっても圧電振動片がリード端子から外れて倒れるのを抑えることが可能となる。

図１は、本実施の形態にかかる、内部空間を公開した水晶振動子の概略側面図である。 図２は、本実施の形態にかかる水晶振動片の引出電極および端子電極のパターンを示した水晶振動片の概略一部拡大平面図である。 図３は、本実施の形態にかかるリード端子の、図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 図４は、本実施の形態にかかる水晶振動片とリード端子との接続状態を示した、図１に示すＢ−Ｂ線拡大断面図である。 図５は、本実施の形態にかかる水晶振動片とリード端子との接続状態を示した概略側面図である。 図６は、本実験例にかかる水晶振動片とリード端子との接続状態を示したＳＥＭ画像である。 図７は、他の実施の形態にかかる水晶振動片とリード端子との接続状態を示した、図４に対応する拡大断面図である。 図８は、他の実施の形態にかかる水晶振動片とリード端子との接続状態を示した、図４に対応する拡大断面図である。 図９は、他の実施の形態にかかる水晶振動片の表側主面に形成された引出電極および端子電極のパターンを示した水晶振動片の概略斜視図である。 図１０は、他の実施の形態にかかる水晶振動片の裏側主面に形成された引出電極および端子電極のパターンを示した水晶振動片の概略斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、リード型圧電振動デバイスとしてリード型水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。

本実施の形態にかかるリード型水晶振動子（以下、水晶振動子１とする）には、図１に示すように、音叉型水晶振動片（本発明でいう圧電振動片であり、以下、水晶振動片２とする）と、水晶振動片２を支持する一対のリード端子３１，３２と、リード端子３１，３２を植設し、水晶振動片２を搭載するベース３と、ベース３に搭載した水晶振動片２を気密封止する蓋４とが設けられている。

水晶振動子１では、ベース３と蓋４とからパッケージが構成され、ベース３と蓋４とが接合されて、気密封止された内部空間１１が形成される。内部空間１１では、水晶振動片２がリード端子３１，３２のみに電気機械的に接合されている。本実施の形態では、水晶振動片２はベース３に直接接していない。

次に、この水晶振動子１の各構成について図１〜３を用いて説明する。

−水晶振動片２−
水晶振動片２は、異方性材料の水晶素板（図示省略）からフォトリソグラフィー技術を用いてウェットエッチング形成された水晶Ｚ板であり、この水晶振動片２は量産に好適である。

水晶振動片２は、図１，２に示すように、基部２１と、振動部である２本の脚部２２，２３とから構成されている。２本の脚部２２，２３は、基部２１の一端から同一方向に突出して成形されている。この水晶振動片２では、水晶振動片２を湿式でエッチング成形する際、水晶の結晶方向（Ｘ，Ｙ方向）へのエッチングスピードが異なるため、その側面２４が主面２５に対して傾斜している（図示省略）。なお、この水晶振動片２の加工は、上記のフォトリソグラフィー技術を用いたウェットエッチング以外に、周知のワイヤーソーを用いた機械加工により行ってもよい。

各脚部２２，２３には、異電位で構成された一対の励振電極５１，５２と、外部電極（本実施の形態では一対のリード端子３１，３２）に電気的に接続する一対の端子電極６１，６２と、励振電極５１，５２を端子電極６１，６２にそれぞれ引き出す一対の引出電極７１，７２とが設けられている。

励振電極５１は、脚部２２の両主面２５と脚部２３の両側面２４とに形成され、励振電極５２は、脚部２３の両主面２５と脚部２２の両側面２４とに形成されている。これら励振電極５１，５２は、金属蒸着によって、各脚部２２，２３上にＣｒからなるＣｒ層が形成され、Ｃｒ層上にＣｒとＳｎとからなるＣｒ−Ｓｎ層が形成され、Ｃｒ−Ｓｎ層上にＳｎとからなるＳｎ層が形成され、Ｓｎ層上にＡｇからなるＡｇ層が形成された薄膜で構成される。

引出電極７１，７２は、励振電極５１，５２から引出し形成された電極パターンであり、励振電極５１，５２と同時に基部２１および脚部２２，２３に形成される電極パターンと、励振電極５１，５２と同時に形成されない電極パターンとから構成されている。

励振電極５１，５２と同時に形成される電極パターンの引出電極７１，７２は、各脚部２２，２３の両主面２５および両側面２４と、基部２１の両主面２５および両側面２４とに形成されている。これら励振電極５１，５２と同時に形成される電極パターンの引出電極７１，７２は、金属蒸着によって、各脚部２２，２３および基部２１上にＣｒからなるＣｒ層が形成され、Ｃｒ層上にＣｒとＳｎとからなるＣｒ−Ｓｎ層が形成され、Ｃｒ−Ｓｎ層上にＳｎとからなるＳｎ層が形成され、Ｓｎ層上にＡｇからなるＡｇ層が形成された薄膜７３で構成される。薄膜７３は、励振電極５１，５２と同一の厚さを有する。

励振電極５１，５２と同時に形成されない電極パターンの引出電極７１，７２は、金属蒸着によって基部２１上にＣｒからなるＣｒ層が形成された薄膜７４である。薄膜７４の一部は、図２に示すように薄膜７３上に形成される。

端子電極６１は、基部２１の一主面２５に形成され、端子電極６２は、基部２１の他主面２５に形成され、これら端子電極６１，６２は、基部２１の両主面２５に対向せずに形成されている。端子電極６１，６２は、金属蒸着によって、基部２１の両主面２５上にＣｒからなるＣｒ層が形成され、Ｃｒ層上にＣｒとＳｎとからなるＣｒ−Ｓｎ層が形成され、Ｃｒ−Ｓｎ層上にＳｎとからなるＳｎ層が形成され、Ｓｎ層上にＡｇからなるＡｇ層が形成された薄膜６３と、金属蒸着によって薄膜６３と基部２１との上にＣｒからなるＣｒ層が形成された薄膜６４とから構成される。端子電極６１，６２の薄膜６３は、励振電極５１，５２や引出電極７１，７２の薄膜７３と同時に基部２１に形成され、励振電極５１，５２や引出電極７１，７２の薄膜７３と同一の厚さを有する。端子電極６１，６２の薄膜６４は、引出電極７１，７２の薄膜７４と同時に基部２１に形成され、引出電極７１，７２の薄膜７４と同一の厚さを有する。

また、各脚部２２，２３の先端部２６には、図１に示すように、周波数調整用錘としての錘薄膜８がそれぞれ形成されている。錘薄膜８は、励振電極５１，５２とそれぞれ電気的に接続されている。錘薄膜８は、金属蒸着によって、各脚部２２，２３上にＣｒからなるＣｒ層が形成され、Ｃｒ層上にＣｒとＳｎとからなるＣｒ−Ｓｎ層が形成され、Ｃｒ−Ｓｎ層上にＳｎとからなるＳｎ層が形成され、Ｓｎ層上にＡｇからなるＡｇ層が形成された薄膜で構成される。錘薄膜８は、励振電極５１，５２と同時に各脚部２２，２３上に形成され、励振電極５１，５２と同一の厚さを有する。

−リード端子３１，３２−
一対のリード端子３１，３２は、図１に示すように金属材料からなる細長い円柱形状に成形され、断面形状は図３に示すように円形となっている。リード端子３１，３２は、図３に示すように、コバールからなる芯部３３と、芯部３３を覆うようにその外周に形成され、水晶振動片２（端子電極６１，６２）と電気機械的に接合する接合層とから構成される。接合層は、Ｃｕからなる第１接合層３４と、第１接合層３４を覆うようにその外周に形成された第２接合層３５とから構成される。本実施の形態では、芯部３３の径が０．２５ｎｍとされ、第１接合層３４の厚みが５μｍとされ、第２接合層３５の厚みが１０μｍとされる。なお、リード端子３１，３２のうち、ベース３と蓋４とによって気密封止された部分をインナーリードとし、外部機器などに電気的に接続する部分をアウターリードとする。

第２接合層３５は、図３に示すように、ＳｎとＣｕとからなる金属化合物３７を含有したＳｎ３６からなる鉛フリーのＳｎ−Ｃｕ層であり、第１接合層３４上にメッキ形成されている。

また、第２接合層３５は、Ｃｕリッチな状態（７〜１３％Ｃｕ）となっている。そのため、ベース３と蓋４とを圧着した状態でベース３と蓋４とを接合する際に、ベース３と蓋４との圧着をスムーズに行うことができ、内部空間１１が気密状態となる。これに対して、第２接合層３５のＣｕ含有率が１３％を超えた場合、ベース３と蓋４との圧着をスムーズに行うことができず、内部空間１１が気密不良となる。また、第２接合層３５のＣｕ含有率が７％未満の場合、金属間化合物（下記の金属間化合物９１参照）の生成が行われ難くなり、接合材７の耐熱性が低下する。

−ベース３−
ベース３は、図１に示すように、４２アロイ（鉄ニッケル合金）等からなり、全体として低背の長円柱形状に成形されている。このベース３の表面には、下地層としてＣｕメッキが形成され、その上層にＳｎ−Ｃｕメッキが電解メッキ法等により形成される。

ベース３の中心部には、リード端子３１，３２を植設する孔部３９が形成されている。この孔部３９にリード端子３１，３２を通した状態で絶縁ガラス３８を充填させ、絶縁ガラス３８を硬化させることによって、リード端子３１，３２を絶縁ガラス３８を介してベース３に植設する。このように、ベース３では、リード端子３１，３２を絶縁ガラス３８を介してベース３の中心部に植設するため、リード端子３１，３２は、ベース３に対して電気的に独立する。またリード端子３１，３２にも第１接合層３４に対応するＣｕメッキが形成され、その上層にＳｎ−Ｃｕメッキが電解メッキ法等により形成される。なお、当該Ｓｎ−Ｃｕメッキでは、メッキ形成時からＳｎとＣｕからなる金属間化合物３７が存在している。

−蓋−
蓋４は、例えば洋白（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ合金）からなり、下面を開口し中空を有する長円柱形状に成形されている。蓋４の表面には、Ｎｉからなる腐食防止用の膜（図示省略）がメッキなどの手法により形成されている。

以上の構成からなる水晶振動子１では、水晶振動片２をリード端子３１，３２のみに電気機械的に接合し、リード端子３１，３２に電気機械的に接合した水晶振動片２を覆うように、ベース３に蓋４を配し、ベース３と蓋４とを圧着した状態で抵抗溶接などによりベース３と蓋４とを接合して水晶振動片２を気密封止する。この時の水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合について、以下に説明する。

−水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合−
水晶振動片２とリード端子３１，３２とは、水晶振動片２の端子電極６１，６２の一部と、リード端子３１，３２の第１接合層３４の一部および第２接合層３５とによって電気機械的に接合され、この接合によって、端子電極６１，６２と第１接合層３４と第２接合層３５とからＳｎ−Ｃｕ合金（Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１）を含む接合材９が形成され、第２接合層３５中の金属間化合物３７が、水晶振動片２（具体的には端子電極６１，６２の最下層となるＣｒ層）とリード端子３１，３２（具体的には第１接合層３４）との間の最も狭いギャップに集まる（偏在する）。具体的には、図２に示す水晶振動片２の端子電極６１，６２のＳｎと、図３に示すリード端子３１，３２の第２接合層３５のＣｕ，Ｓｎとが、図４，５に示すように金属間接合され、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１を含む接合材９が形成される。この接合材９を介した水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップは、３〜２０μｍとされる。

この水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合の工程を説明すると、ベース３に植設したリード端子３１，３２に、水晶振動片２をソフトビームで接着し、水晶振動片２をリード端子３１，３２に電気的に接合する。その後、窒素ガス雰囲気下で２００〜２３０度で数時間熱処理を行い、図４，５に示す水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合状態となる接合材９を形成する。

接合材９は、リフロー時の環境温度（例えば、２６０℃以上）よりも高い融点を有する。この接合材９では、リード端子３１，３２の第１接合層３４付近と、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップおよびその付近とに、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が偏在する。接合材９のそれ以外（Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が生成された部位以外）の部位に、Ｃｕと金属間接合しなかったＳｎ９２が偏在する。具体的に、Ｓｎ９２は、リード端子３１，３２の第１接合層３４の外周に形成されたＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１の外方と、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間であって最も狭いギャップ付近以外の位置とに偏在する。

上記の水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合によって形成された接合材９の実験例を図６に示す。

図６に示す実験例では、水晶振動片２とリード端子３１，３２とを接合している接合材９のうち、色の薄い部分がＳｎ９２に対応し、色の濃い部分がＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１に対応する。なお、図６に示す実験例では、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップは、約１２〜１３μｍである。

本実施の形態にかかる水晶振動子１によれば、鉛フリー半田などと比べて溶融温度が高い金属間化合物（Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１）を含む接合材９によって、少なくとも端子電極６１，６２と接合層（第１接合層３４，第２接合層３５）との接合を行うので、接合材９の耐熱性を向上させることができる。よって、リフロー時であっても少なくともＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１によってリード端子３１，３２に水晶振動片２を支持することができる。そのため、本実施の形態によれば、リフロー時であっても、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１を含む接合材９によって水晶振動片２がリード端子３１，３２から外れるのを抑えることができる。また、本実施の形態によれば、水晶振動片２をリード端子３１，３２に支持させるために、従来技術のように樹脂接着剤を用いないので、水晶振動子１の特性低下を抑制することができる。

ところで、本実施の形態と異なり、導電性接着剤を用いてリード端子３１，３２に水晶振動片２を接合した場合、リフロー時であっても水晶振動片２がリード端子３１，３２から外れるのを抑えることはできる。しかしながら、導電性接着剤を用いてリード端子３１，３２に水晶振動片２を接合した場合、導電性接着剤からガスが発生するため、このガスが原因となって水晶振動片２の振動特性を劣化させる。そのため、リード端子３１，３２と水晶振動片２とを接合させる手段として導電性接着剤を用いることは、好ましくない。

また、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップおよびその付近に、金属間化合物（Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１）が偏在するので、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１によりリフロー時の環境温度に耐えて水晶振動片２とリード端子３１，３２とを電気機械的に接合することができる。

また、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップが３〜２０μｍであるので、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が、最も狭いギャップの部分に良好な状態で偏在し、さらに接合材９の形状は接合に良好なフィレットを維持することができる。よって、本実施の形態によれば、水晶振動片２とリード端子３１，３２とをＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１を含む接合材９を介して強く接合させることができ、当該水晶振動子１の小型化に好適である。これに対して、最も狭いギャップが３μｍ未満の場合、このギャップの部分が脆くなり、接合材９の強度が低下する。また、最も狭いギャップが２０μｍを越える場合、水晶振動片２に形成される接合材９のフィレットが小さくなり、水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合強度が低下する。また、接合材９におけるＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１の生成量が相対的に少なくなることがあり、耐熱性が低下する。

また、接合層（第１接合層３４，第２接合層３５）は、ＣｕとＳｎとを含んでいるので、端子電極６１，６２と接合層との接合の際に、接合層中に分散しているＣｕとＳｎとが結合し（例えばＣｕ₆Ｓｎ₅やＣｕ₃Ｓｎ）、ＣｕとＳｎとからなるＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が偏在する。また、接合層のＣｕとＳｎとが既に結合している場合（Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が第２接合層３５に既に存在している場合）、このＣｕとＳｎとからなるＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が偏在する。

また、接合層は、Ｃｕからなる第１接合層３４と、第１接合層３４上にＣｕとＳｎとからなる第２接合層３５とから構成されるので、接合時（加熱時）に第２接合層３５のＳｎに対して第１接合層３４からＣｕが供給される。その結果、新たな金属間化合物（Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１）の生成が促進され、接合材９の耐熱性を向上させることができる。

また、端子電極６１，６２の最上層に、ＣｕからなるＣｕ層が形成されるので、端子電極６１，６２と接合層（第１接合層３４，第２接合層３５）との接合の際に、接合層のＳｎが端子電極６１，６２のＣｕ層に拡散していき、接合層のＳｎと端子電極６１，６２のＣｕ層のＣｕとによって、リフロー時の環境温度に対して耐熱性を有するＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１を形成することができる。

なお、本実施の形態にかかる水晶振動片２の脚部２２，２３の両主面２５には、水晶振動片２の小型化により劣化する直列共振抵抗値（本実施の形態ではＣＩ値）を改善させるために、凹部が形成され、励振電極５１，５２の一部は、凹部の内部にそれぞれ形成されてもよい。この場合、水晶振動片２を小型化しても脚部２２，２３の振動損失が抑制され、ＣＩ値を低く抑えることができる。

また、本実施の形態にかかる励振電極５１，５２は、Ｃｒ層、Ｃｒ−Ｓｎ層、Ｓｎ層、Ａｇ層の順に積層した薄膜で構成しているが、これに限定されるものではなく、ＣｒからなるＣｒ層、ＡｕからなるＡｕ層の順に積層した薄膜であってもよい。またＣｒからなるＣｒ層、ＣｒおよびＡｇからなるＣｒ−Ａｇ層、ＡｇからなるＡｇ層の順に積層した薄膜であってもよい。

また、本実施の形態にかかる引出電極７１，７２は、２つのパターンの薄膜で構成しているが、これに限定されるものではなく、１つのパターンの薄膜で構成してもよい。また、引出電極７１，７２は、Ｃｒ層、Ｃｒ−Ｓｎ層、Ｓｎ層、Ａｇ層の順に積層した薄膜や、Ｃｒ層からなる薄膜によって構成しているが、これに限定されるものではなく、ＣｒからなるＣｒ層、ＡｕからなるＡｕ層の順に積層した薄膜であってもよい。

また、本実施の形態では、接合層を第１接合層３４と第２接合層３５とから構成しているが、ＣｕとＳｎとからなる層であれば、これに限定されることはなく他の形態であってもよい。

また、本実施の形態では、水晶振動片２の端子電極６１，６２にＣｒを用いているが、これに限定されるものではなく、Ｃｒの代わりにＮｉを用いてもよい。

また、本実施の形態では、Ｃｒ層，Ｃｒ−Ｓｎ層，Ｓｎ層，Ａｇ層をベース３の基部２１上に順に積層して端子電極６１，６２を形成しているが、これに限定されるものではなく、Ａｇ層の代わりに、Ａｇ層にＣｕを含有させたＡｇ−Ｃｕ層を用いてもよい。

また、本実施の形態にかかる端子電極６１，６２は、２つのパターンの薄膜で構成しているが、これに限定されるものではなく、１つのパターンの薄膜（例えば薄膜６３）で構成してもよい。

また、本実施の形態では、Ｃｒ層，Ｃｒ−Ｓｎ層，Ｓｎ層，Ａｇ層をベース３の基部２１上に順に積層して端子電極６１，６２の薄膜６３を形成しているが、これに限定されるものではなく、Ａｇ層の上にさらにＣｕからなるＣｕ層を積層してもよい。

この場合、端子電極６１，６２の上層にＣｕ層が形成されるので、端子電極６１，６２と接合層（第１接合層３４，第２接合層３５）との接合の際に、接合層のＳｎ３６が端子電極６１，６２のＣｕ層に拡散していき、接合層のＳｎと端子電極６１，６２のＣｕ層のＣｕとによって、耐熱性を有する金属間化合物（Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１）を形成することができる。この構成による水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合状態の模式図を図７に示す。図７に示す接合状態と、図４に示す接合状態とを比較すると、図７に示す接合状態の接合材９の方が、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップおよびその付近に、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が偏在することが分かる。そのため、図７に示す接合状態の接合材９の方が、図４に示す接合状態の接合材に比べて耐熱性に勝り、より好ましい。

また、本実施の形態では、Ｃｒ層，Ｃｒ−Ｓｎ層，Ｓｎ層，Ａｇ層をベース３の基部２１上に順に積層して端子電極６１，６２の薄膜６３を形成しているが、これに限定されるものではなく、Ｃｒ層とＣｒ−Ｓｎ層との間に、Ｓｎの拡散を遮断するためのバリア層が形成されてもよい。バリア層としては、例えば、ＣｒとＡｇとからなるＣｒ−Ａｇ層が好適である。この構成によれば、リード端子３１，３２と水晶振動片２とを金属間接合した後、水晶振動片２とＳｎ−Ｃｕ金属間化合物９１との間にＡｇが存在する。

この場合、端子電極６１，６２には、Ｃｒ層とＣｒ−Ｓｎ層との間にバリア層が形成されるので、端子電極６１，６２とリード端子３１，３２の接合層（第１接合層３４，第２接合層３５）との接合の際に、接合層のＳｎ３６が端子電極６１，６２のＣｒ層に拡散するのをバリア層によって防ぐことができる。その結果、接合層のＳｎ３６や端子電極６１，６２のＳｎによって水晶振動片２から端子電極６１，６２の最下層となるＣｒ層が喰われることが無くなり、Ｃｒ層がＳｎが喰われることによって水晶振動片２から端子電極６１，６２が剥がれるのを抑えることができる。この構成による水晶振動片２とリード端子３１，３２との接合状態の模式図を図８に示す。図８に示す接合状態と、図４に示す接合状態とを比較すると、図８に示す接合状態の接合材９の方が、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップおよびその付近に、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物９１が偏在することが分かる。そのため、図８に示す接合状態の接合材９の方が、図４に示す接合状態の接合材に比べて耐熱性に勝り、より好ましい。

また、本実施の形態では、水晶振動片２とリード端子３１，３２との間の最も狭いギャップを、水晶振動片２の端子電極６１，６２の最下層となるＣｒ層とリード端子３１，３２の第１接合層３４との間の最も狭いギャップとしているが、これに限定されるものではなく、金属化合物（本実施の形態ではＳｎ−Ｃｕ）が生成されない水晶振動片２とリード端子３１，３２との間のことをいう。

また、本実施の形態にかかる接合材９に、さらにＮｉやＣｏが含有されることが望ましい。この場合、接合材９を生成後に熱履歴がかかっても（リフロー試験や、経年熱履歴等）、ＮｉやＣｏの存在により、接合材９のＳｎが端子電極６１，６２と反応して端子電極６１，６２を浸食するのを防ぐことができ、その結果、接合材９が水晶振動片２から剥がれるのを抑制することができる。具体的な形態として、例えば、接合材９を生成する前の端子電極６１，６２の最上層にＮｉやＣｏの金属層を形成することが挙げられる。なお、このＮｉやＣｏは最上層でなくても端子電極６１，６２に内在する構成（例えば、端子電極６１，６２の中間層として構成）であってもよい。

また、本実施の形態にかかる接合材９に、さらにＡｕやＡｇが含有されることが望ましい。この場合、接合材９を生成後に熱履歴がかかっても（リフロー試験や、経年熱履歴等）、ＡｕやＡｇと、接合材９のＳｎとが先に反応し、Ｓｎが端子電極６１，６２を構成する金属材料と反応するのを抑制することができ、その結果、接合材９が水晶振動片２から剥がれるのを抑制することができる。具体的な形態として、例えば、接合材９を生成する前の端子電極６１，６２の最上層にＡｕやＡｇを形成することや、リード端子３１，３２の表面にＡｕやＡｇを形成することが挙げられる。なお、当該ＡｕやＡｇは、メッキ、真空蒸着により形成したり、ＡｕペーストやＡｇペーストを塗布することにより形成することができる。

また、本実施の形態にかかる接合材９の表面に、ＡｕやＡｇやＣｕの金属層を形成することが望ましい。この場合、接合材９を生成後に熱履歴がかかっても（リフロー試験や、経年熱履歴等）、ＡｕやＡｇやＣｕと、接合材９のＳｎとが先に反応し、Ｓｎが端子電極６１，６２と反応するのを抑制することができる。その結果、接合材９が水晶振動片２から剥がれるのを抑制することができる。具体的な形態として、例えば、接合材９を生成後に、接合材９上にＡｕやＡｇやＣｕの金属層を形成することが挙げられる。当該ＡｕやＡｇやＣｕは、メッキ、真空蒸着により形成したり、これら金属を含有するペーストを塗布することにより形成することができる。

また、本実施の形態にかかる端子電極６１，６２に関して、基部２１の両主面２５上にＣｒ層、Ｃｒ−Ｓｎ層、Ｓｎ層、およびＡｇ層が順に形成されているが、これに限定されるものではなく、基部２１の両主面２５上にＣｒ層、Ｃｒ−Ａｇ層、Ａｇ層、およびＣｕ層が順に形成されてもよく、また、基部２１の両主面２５上にＣｒ層、Ｃｒ−Ａｇ層、Ａｇ層、Ｃｕ層、およびＡｇ層が順に形成されてもよい。この場合、端子電極６１，６２にＳｎが含まれないので、Ｓｎによる不具合（例えば、Ｓｎによる浸食）を解消することができる。

また、本実施の形態にかかる水晶振動片２のパターンは、これに限定されるものではなく、他のパターンであってもよく、例えば図９，１０に示すパターンであってもよい。

励振電極５１は、引き出し電極７１によって端子電極６１に引き出され、引き出し電極７１は、表側の主面２５に形成された薄膜７４と側面２４に形成された薄膜７５とを介して、端子電極６１に接続されている。ここでいう薄膜７４，７５とは、同一構成からなり、励振電極５１や引き出し電極７１に比べて濡れ性が低い材料が用いられ、具体的に図９，１０に示す形態ではＣｒが用いられている。ここでいう濡れ性が低いとは、励振電極５１や引き出し電極７１と比べて濡れ性が低いといった相対的なことである。

また、薄膜７４，７５は、図９，１０に示すように、引き出し電極７１と端子電極６１とにそれぞれ一部を重ねて主面２５や側面２４に形成されている。

励振電極５２、引き出し電極７２、および端子電極６２は、図１０に示すように、裏側の主面２５および側面２４に形成され、上記の励振電極５１、引き出し電極７１、端子電極６１と対称の構成からなり、また、同様の材料からなる。そのため、ここでの説明は省略する。なお、引き出し電極７２と端子電極６２との接続に、薄膜７４，７５が用いられている。

図９，１０に示すようなパターンでは、薄膜７４，７５が基部２１に形成されることで、接合材９のＳｎが端子電極６１，６２から薄膜７４，７５を介して励振電極５１，５２（引き出し電極７１，７２を含む）を浸食するのを抑制することができる。

ところで、例えば機械加工によって水晶振動片２を製造する工程には、ベース３に搭載する前に水晶振動片２の脚部２２，２３先端を研削して脚部２２，２３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含まれる。この自動バランサー工程を実施する際、Ｃｒを主成分とした傷に強い側面２４の薄膜７５のみに治具の電極端子を接触させるので、ＡｇやＡｕを主成分とした導電性の高い端子電極６１，６２や励振電極５１，５２や引き出し電極７１，７２などを傷つけることがない。その結果、ベース３のリード端子３１，３２に水晶振動片２を固着する際に、無傷で導通性能の優れた端子電極６１，６２を接合することができる。

なお、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。

また、この出願は、２００９年１２月４日に日本で出願された特願２００９−２７６７１８号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。

本発明は、水晶を用いた圧電振動デバイスに好適である。

１ 水晶振動子
１１ 内部空間
２ 水晶振動片
２１ 基部
２２，２３ 脚部
２４ 側面
２５ 主面
２６ 先端部
３ ベース
３１，３２リード端子
３３ 芯部
３４ 第１接合層
３５ 第２接合層
３６ Ｓｎ
３７ 金属化合物
３８ 絶縁ガラス
３９ 孔部
４ 蓋
５１，５２ 励振電極
６１，６２ 端子電極
６３ 薄膜
６４ 薄膜
７１，７２ 引出電極
７３ 薄膜
７４ 薄膜
７５ 薄膜
８ 錘薄膜
９ 接合材
９１ Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物
９２ Ｓｎ

Claims (5)

1. リード型圧電振動デバイスにおいて、
   圧電振動片と、前記圧電振動片を支持するリード端子とが設けられ、
   前記圧電振動片に、前記リード端子と電気的に接続する端子電極が形成され、
   前記リード端子に、前記圧電振動片と電気的に接続する接合層が形成され、
   前記接合層には、ＳｎとＣｕとからなる金属化合物が予め含有され、当該接合層は、Ｃｕからなる第１接合層と、前記第１接合層上にＣｕとＳｎとからなる第２接合層とから構成され、
   前記圧電振動片と前記リード端子とが、前記端子電極と前記接合層とによって電気機械的に接合され、
   前記端子電極と前記接合層との接合によって、前記端子電極と前記接合層とからＳｎ−Ｃｕ金属間化合物を含む接合材が形成され、
   前記リード端子の前記第１接合層付近と、前記圧電振動片と前記リード端子との間の最も狭いギャップおよびその付近とに、前記Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物が偏在することを特徴とするリード型圧電振動デバイス。
2. 請求項１に記載のリード型圧電振動デバイスにおいて、
   前記圧電振動片と前記リード端子との間の最も狭いギャップは、３〜２０μｍであることを特徴とするリード型圧電振動デバイス。
3. 請求項１または２に記載のリード型圧電振動デバイスにおいて、
   前記端子電極の最上層に、ＣｕからなるＣｕ層が形成されたことを特徴とするリード型圧電振動デバイス。
4. 請求項３に記載のリード型圧電振動デバイスにおいて、
   前記端子電極には、Ｃｒ層とＣｒ−Ｓｎ層とが形成され、前記Ｃｒ層と前記Ｃｒ−Ｓｎ層との間に、Ｓｎの拡散を遮断するためのバリア層が形成されたことを特徴とするリード型圧電振動デバイス。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載のリード型圧電振動デバイスにおいて、
   前記接合材には、Ｓｎが含まれ、
   前記圧電振動片の励振電極は、前記励振電極よりも濡れ性が低い薄膜を介して前記端子電極に接続されたことを特徴とするリード型圧電振動デバイス。

Images