JP2000156626A - 圧電共振子及びその製造方法 - Google Patents

圧電共振子及びその製造方法

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JP2000156626A JP10328503A JP32850398A JP2000156626A JP 2000156626 A JP2000156626 A JP 2000156626A JP 10328503 A JP10328503 A JP 10328503A JP 32850398 A JP32850398 A JP 32850398A JP 2000156626 A JP2000156626 A JP 2000156626A
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piezoelectric resonator
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groove
electrode
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Yasuhiro Itasaka
康浩 板坂
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電共振子の表面に切込んだ溝により、圧電
基板の表面に形成された電極を分割した圧電共振子にお
いて、溝の深さのばらつきによる共振周波数の変動を抑
制する。 【解決手段】 圧電基板２の両面全体に電極を形成した
後、一方の電極を圧電基板２の表面に切込んだ溝５で複
数領域に分割し、分割された電極３ａ、３ｂのうち中央
の電極３ａと裏面の電極４を圧電共振子１の電極とす
る。ここで、電極３ａを囲む溝５の外縁間の差し渡し距
離Ａと圧電基板の１辺の長さＬの比Ａ／Ｌが０.５以上
０.５５以下となるように溝５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電共振子及びその
製造方法に関する。特に、本発明は発振子、フィルタ、
ディスクリミネータ、ラダー型フィルタ等に使用される
拡がり振動モードの圧電共振子とその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】（従来の圧電共振子）従来の拡がり振動
モードの圧電共振子の構造を図１４に示す。この拡がり
振動モードの圧電共振子５１の電極構造は、平面視正方
形の圧電基板５２の両主面のうち一方の主面の中央部に
形成された部分電極５３と、他方の主面全体に形成され
た全面電極５４とからなっている。
【０００３】このような圧電共振子５１の共振特性は、
共振周波数によって特徴付けられ、またラダーフィルタ
等に用いられたときの減衰特性は圧電共振子５１の静電
容量によって決まる。従って、当該圧電共振子５１を製
造する場合には、その共振周波数や静電容量の値の制御
が重要となる。そして、この静電容量は、部分電極５３
の面積によって制御されている。
【０００４】しかし、このような圧電共振子５１は、圧
電基板５２の両主面に導電ペーストを焼き付けて電極を
形成した後、エッチングによって一方の電極をパターニ
ングすることによって部分電極５３を形成する必要があ
る。そのため、電極をエッチングする際に用いられるレ
ジストインクのにじみ、かすれによって部分電極５３の
輪郭がぼやけたり、レジストインクの印刷パターンの歪
みによって部分電極５３が変形したりし、圧電共振子５
１の電気特性が劣化する恐れがあった。さらに、レジス
トインクをエッチングマスクとして電極をエッチングす
ることにより部分電極５３を形成しているので、圧電基
板５２がエッチング液に浸食され、圧電共振子５１の電
気特性が劣化する恐れがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そのため、本発明の発
明者らは、圧電基板６２の両主面に形成された電極をエ
ッチングすることなく、圧電基板６２に溝６４を切込む
ことにより電極を入出力用の電極６３ａ（部分電極）と
それ以外の電極６３ｂ（電気信号の流れない電極）とに
分離した、図１５のような構造の圧電共振子６１を提案
している。
【０００６】このような構造の圧電共振子６１によれ
ば、電極のエッチングに伴う上記のような問題を解決す
ることができる。そして、このような構造の圧電共振子
６１では、所定の静電容量や機械結合係数が得られるよ
うに溝の間隔（中心線間距離）Ｂを設計し、また所定の
共振周波数が得られるように圧電共振子の１辺の長さＬ
を設計していた。さらに、圧電共振子毎の特性バラツキ
を無くすため、溝の幅や深さは一定条件で固定してい
た。
【０００７】ところで、このような構造の圧電共振子６
１に一定深さの溝６４をカットする場合には、圧電共振
子６１を定盤の上に置き、カッティングソーのような精
密なカット機器の刃を水平に移動させることにより、定
盤の表面を基準として所定高さまで圧電共振子６１に溝
６４を切り込んでいる。これは図１６に示すように、圧
電共振子６１の厚みＴから圧電共振子６１の切り残し量
Ｎ（＝定盤の表面から溝６４の切込み最下点までの距
離）を引いたものが溝６４の深さＤに等しいからであ
り、圧電共振子６１に溝加工する都度、圧電共振子６１
表面の位置（圧電基板の厚み）を検出することは量産工
程では煩雑であり、困難であるためである。
【０００８】しかしながら、このような圧電共振子６１
にあっては、圧電基板６２の厚みばらつきが比較的大き
く、図１７（ａ）に示すように圧電共振子の厚みＴ１が
薄かったり、図１７（ｂ）に示すように圧電共振子６１
の厚みＴ２が厚かったりすると、上記のようにして圧電
共振子６１に溝加工していると、圧電基板６２の厚みば
らつきのため、図１７（ａ）のように圧電共振子６１の
溝６４の深さＤ１が浅くなったり、図１７（ｂ）のよう
に圧電共振子６１の溝６４の深さＤ２が深くなったりし
て、溝６４の深さもばらつく。また、図１７（ｃ）に示
すように、圧電基板６２が湾曲しているような場合に
も、圧電共振子６１に切り込んだ溝６４の深さがばらつ
く。その結果、圧電共振子６１の共振周波数もばらつく
という問題があった。そのため、上記のような方法で
は、圧電共振子を製作した後の共振周波数調整作業を必
要とし、生産効率が悪いという問題があった。
【０００９】本発明は上記の技術的問題点を解決するた
めなされたものであり、その目的とするところは、製造
工程における共振周波数のばらつきの小さな圧電共振子
とその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【発明の開示】請求項１に記載の圧電共振子は、圧電基
板の両主面に電極を形成され、少なくとも一方の主面に
おいて、電極が圧電基板の表面に形成された溝によって
複数領域に分割された拡がり振動モードの圧電共振子で
あって、前記溝によって複数領域に分割された電極のう
ち、信号入出力用の電極を囲む溝の外縁間の最大距離
が、圧電基板の辺の長さに対して０.５以上０.５５以下
の比率となっていることを特徴としている。なお、最大
距離とは、たとえば信号入出力用の電極が円形の場合に
は、その電極の直径に溝幅の２倍を加えた寸法をさすも
のである。
【００１１】信号入出力用の電極を囲む溝の外縁間の最
大距離の、圧電基板の辺の長さに対する比率と、共振周
波数と、圧電共振子に設けた溝の深さ及び溝幅との関係
を調べた。その結果、溝幅が同一である場合には、入出
力用の電極を囲む溝の外縁間の最大距離の、圧電基板の
辺の長さに対する比率が０.５以上０.５５以下の領域で
は、溝の深さに対する共振周波数の依存性は小さいこと
が明らかとなった。
【００１２】したがって、圧電共振子に溝を設けるにあ
たって、入出力用の電極を囲む溝の外縁間の最大距離
の、圧電基板の辺の長さに対する比率が０.５以上０.５
５以下となるようにすれば、圧電共振子の共振周波数
の、溝の深さに対する依存性を極力小さくすることがで
き、製造工程における共振周波数のばらつきを小さくす
ることができ、圧電共振子の共振周波数を安定させるこ
とができる。また、圧電共振子の製造後における共振周
波数の調整作業も頻度を少なくすることができる。
【００１３】請求項２に記載の圧電共振子の製造方法
は、圧電基板の両主面に電極を形成された拡がり振動モ
ードの圧電共振子の製造方法であって、圧電親基板の両
主面のほぼ全体に電極を形成した後、圧電親基板の少な
くとも一方の主面に複数本の溝を切入することによって
当該主面の電極を信号入出力用の電極とそれ以外の電極
とに分離すると同時に、あるいはその後に、１辺の長さ
が前記信号入出力用の電極を囲む溝の外縁間の最大距離
に対して１／０.５５以上２以下となるように圧電親基
板を分割することを特徴としている。
【００１４】この製造方法は、請求項１に記載した圧電
共振子を一度に複数個製造する方法であって、この方法
によれば、請求項１に記載した圧電共振子を効率的に量
産することができる。特に、圧電親基板の部分部分で厚
みがばらついている場合にも、均一な共振周波数の圧電
共振子を複数個同時に製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】（圧電共振子）図１は本発明の一
実施形態による拡がり振動モードの圧電共振子１を示す
斜視図である。この圧電共振子１にあっては、分極処理
された圧電セラミック材料からなる圧電基板２の両主面
全面に電極が形成されている。圧電基板２の一方主面に
は、圧電基板２に切り込まれた、複数本の直線の溝５に
よって複数領域に分割された電極３ａ，３ｂが形成され
ている。このとき溝５は、信号入出力用の電極３ａを囲
む溝５の外縁間の（差し渡し）距離Ａと圧電基板の１辺
の長さＬとの比（以下、比Ａ／Ｌと略記する）が０.５
以上０.５５以下となるように配置されている。言い換
えると、信号入力用の電極３ａの幅をＷ、溝５の幅をＳ
とすると、 ０.５Ｌ≦Ａ＝Ｗ＋２Ｓ≦０.５５Ｌ となっている。
【００１６】一方、分割された各電極３ａ，３ｂは互い
に電気的に絶縁している。分割された電極のうち電極３
ａは、圧電共振子１の信号入出力用の部分電極となるも
のであって圧電共振子１の中心部に位置している。圧電
共振子１の周辺部に位置している複数の電極３ｂは、信
号入出力用のラインにはつながらないものであって、圧
電共振子１の電極としては機能しないものである。ま
た、圧電基板２の他方主面は、当該主面全面にわたって
連続的かつ一様に電極４が形成されており、この電極４
は圧電共振子１の信号入出力用の全面電極となるもので
ある。
【００１７】このような圧電共振子１にあっては、カッ
ティングソーのような精密なカット機器によって溝をカ
ットするので、溝幅Ｓはカット機器の刃厚によって決ま
り、溝幅のばらつきは小さく、共振周波数に対する影響
は小さい。しかし、一般には、前記のように溝５の深さ
Ｄはばらつきが大きく、共振周波数に与える影響は顕著
である。それにもかかわらず、本発明では、比Ａ／Ｌを
０.５〜０.５５とすることにより、圧電基板２の厚みば
らつき等が原因で溝５の深さＤがばらついても、圧電共
振子１の共振周波数の変動を抑制し、圧電共振子１の特
性を安定させることができる。
【００１８】つぎに、この理由を説明する。図２〜図５
は、この根拠となる実験データを示す図であって、溝幅
Ｓと深さＤの種々の値において、比Ａ／Ｌに対する圧電
共振子１の共振周波数の変化を表している。すなわち、
図２は溝幅Ｓが０.１μｍの場合において、溝の深さＤ
が１０μｍ、５０μｍ、９０μｍのときの、比Ａ／Ｌに
対する圧電共振子１の共振周波数の変化を表している。
また、図３、図４、図５はそれぞれ溝幅Ｓを０.２μ
ｍ、０.３μｍ、０.４μｍとした場合の同様な共振周波
数特性を表している。
【００１９】この図２によれば、溝幅Ｓが０.１μｍの
場合には、溝５の深さＤが１０μｍ、５０μｍ、９０μ
ｍの各共振周波数特性曲線は、比Ａ／Ｌが５３％〜５４
％あたりで互いに収束あるいは交差していることが分か
る。同様に、図３によれば、溝幅Ｓが０.２μｍの場合
には、溝５の深さＤが１０μｍ、５０μｍ、９０μｍの
各共振周波数特性曲線は、比Ａ／Ｌが５１％〜５３％あ
たりで互いに収束あるいは交差していることが分かる。
図４によれば、溝幅Ｓが０.３μｍの場合には、溝５の
深さＤが１０μｍ、５０μｍ、９０μｍの各共振周波数
特性曲線は、比Ａ／Ｌが５２％〜５３％あたりで互いに
収束あるいは交差していることが分かる。図５によれ
ば、溝幅Ｓが０.４μｍの場合には、溝５の深さＤが１
０μｍ、５０μｍ、９０μｍの各共振周波数特性曲線
は、比Ａ／Ｌが５５％あたりで互いに収束あるいは交差
していることが分かる。従って、溝幅Ｓが同じであれ
ば、溝５の深さＤにかかわらず、共振周波数特性曲線は
比Ａ／Ｌが０.５〜０.５５の間で収束することが分か
る。
【００２０】よって、図１に示したような構造の圧電共
振子１では、比Ａ／Ｌが０.５以上０.５５以下となるよ
うに設計してあれば、製造工程において、圧電基板の厚
みばらつき等が原因で溝５の深さＤがばらついても、共
振周波数の変動を小さく抑えることができ、圧電共振子
１の共振周波数を安定させることができる。
【００２１】（製造方法）次に、上記圧電共振子１の製
造方法を図６（ａ）〜（ｄ）により説明する。まず、圧
電材料からなる圧電親基板６の表裏ほぼ全面に銀ペース
トなどの導電ペーストを焼き付けて電極７，８を形成す
る［図６（ａ）（ｂ）］。ついで、両電極７，８を通じ
て圧電親基板６の両主面間に直流電圧を印加し、圧電親
基板６に分極処理を施す［図６（ｃ）］。この後、圧電
親基板６をカッティングソーのような精密なカット機器
によって個々の圧電共振子１にカットすると同時に各圧
電共振子１の所定の溝幅Ｓ及び深さＤで溝５を形成する
［図６（ｄ）］。このとき、信号入出力用の電極３ａを
囲む溝５の外縁間の距離Ａと圧電基板の１辺の長さＬと
の比が、０.５：１〜０.５５：１となるようにカットす
ることにより、上記のような圧電共振子１を得る。尚、
圧電親基板６を個々の圧電共振子１にカットする工程と
各圧電共振子１に溝５を形成する工程とは、別々に行っ
てもよい。
【００２２】本発明の圧電共振子１は、このようにして
製造することができるので、レジストインクのパターン
印刷やエッチング等により電極を形成する従来方法と比
較して、製造工程が簡略となり、生産期間の短縮とコス
トの低廉化を図ることができる。さらに、電極を形成す
るためにエッチングを用いないので、従来方法のように
レジストインクの印刷パターンの歪みによる電極の変
形、レジストインクのにじみ、かすれによる電極形状の
ぼやけ、エッチング液による圧電基板２の浸食など、圧
電共振子１の電気特性を劣化させる要因を排除すること
ができ、圧電共振子１の電気特性を向上させることがで
きる。
【００２３】また、圧電親基板６をカッティングして個
々の圧電共振子１に切り分ける工程と圧電共振子１に溝
５を切り込んで電極を分割する工程とを一工程にて同時
に実行すれば［図６（ｄ）］、製造工程が簡略化される
とともに、圧電共振子１に対する溝５の位置ずれが発生
せず、圧電共振子１の共振周波数のばらつきをより一層
小さくできる。
【００２４】（圧電共振子１の溝の変形例）図１に示し
たような構造の圧電共振子１においては、中央の電極３
ａは正方形にすることが望ましい。また、溝５の方向は
圧電基板２の各辺に平行である必要はなく、図７に示す
ように、圧電基板２の各辺に対して傾いた溝５によって
中央部に正方形をした電極３ａを形成してもよい。電極
の面積が等しければ、角度に関係なく、等しい静電容量
が得られる。この場合、圧電基板２の辺の長さＬと、信
号入出力用の電極３ａを形成する溝の外壁間の距離Ａは
図７のように定義するとよい。
【００２５】拡がり振動モードの圧電共振子１の信号入
出力用の電極３ａは、どのような形状をしていてもよい
が、歪みのない電気特性を得るためには、角数の多い正
多角形または円形であることが望ましく、加工の容易さ
及び加工工数の少なさからは角数の少ない正多角形が望
ましい。
【００２６】また、加工の容易さからは、溝５は直線状
のものが望ましい。また、加工の容易な構造としては、
図８に示すように、圧電基板２に２本の溝５を平行に加
工しただけの圧電共振子１４であってもよい。この場
合、圧電基板２の１辺の長さＬと、信号入出力用の電極
３ａを囲む溝５の外縁間の距離Ａは図８のように定義す
ればよい。
【００２７】さらに、圧電基板２に切り込む溝５は、必
ずしも圧電基板２の端から端まで達している必要はな
く、図９に示すように、電極３ａと電極３ｂが分割され
電気的に絶縁されてさえいれば、部分的に形成されたも
のであってもよい。この場合、圧電基板２の１辺の長さ
Ｌと、信号入出力用の電極３ａを囲む溝の外縁間の距離
Ａは図９のように定義すればよい。
【００２８】また、前記圧電共振子の部分電極が円形で
ある場合には、信号入出力用の電極を囲む溝の外縁間の
距離は、部分電極の直径に溝幅の２倍を加えたものとす
ればよい。
【００２９】なお、上記実施形態においては、一方の主
面のみで圧電基板に溝を設けて電極を分割した場合を説
明したが、両主面で圧電基板に溝を設けて両主面の電極
をそれぞれ分割するようにしてもよい。
【００３０】（発振子、フィルタ、及びディスクリミネ
ータ）図１０（ａ）（ｂ）は本発明の圧電共振子２３を
用いた発振子、フィルタまたはディスクリミネータの構
造を示す平断面図及び縦断面図であり、図１１はその等
価回路図である。圧電共振子２３は発振子、フィルタま
たはディスクリミネータに必要な電気的特性を持ち、絶
縁性材料からなるベース２１には、上記圧電共振子２３
の電気的特性を取り出す端子２２及び端子２４が間隔を
あけて挿通されている。ベース２１の上方を覆うケース
２６内に、端子２２、圧電共振子２３、端子２４が配列
され、電極２４とケース２６内面との間に配置されたス
プリング端子２５の弾性力によって圧電共振子２３と各
端子２２及び２４とが圧接され電気的に接続されてい
る。また、ベース２１の下面においてケース２６の下面
開口部には封止剤２７が充填されている。
【００３１】（ラダーフィルタ）図１２（ａ）（ｂ）は
本発明の圧電共振子を用いたラダーフィルタの構造を示
す平断面図及び縦断面図である。絶縁性材料からなるベ
ース３１には、入力端子３２、アース端子３６及び出力
端子３８が間隔をあけて挿通されている。ベース３１の
上方を覆うケース４１内に、入力端子３２、第一圧電共
振子３３、コの字型端子３４の一方電極３４ａ、第二圧
電共振子３５、アース端子３６、第四圧電共振子３７、
出力端子３８、第三圧電共振子３９、コの字型端子３４
の他方電極３４ｂが配列され、コの字型端子３４の他方
電極３４ｂとケース４１内面との間に配置されたスプリ
ング端子４０の弾性力によって各圧電共振子３３、３
５、３７、３９と各端子３２、３６、３８とが圧接され
電気的に接続されている。また、ベース３１の下面にお
いてケース４１の下面開口部には封止剤４２が充填され
ている。
【００３２】図１３はこのラダーフィルタの等価回路図
である。第一圧電共振子３３と第三圧電共振子３９は直
列共振子としての電気的特性を持ち、第二圧電共振子３
５と第四圧電共振子３７は並列共振子としての電気的特
性を持つ。入力端子３２は第一圧電共振子３３と電気的
に接続し、入力信号を第一圧電共振子３３に伝搬する。
コの字型端子３４は、第一圧電共振子３３、第二電共振
子３５、第三圧電共振子３９と電気的に接続し、第一圧
電共振子３３から出力された電気信号を第二圧電共振子
３５、第三圧電共振子３９に伝搬する。アース端子３６
は第二圧電共振子３５、第四圧電共振子３７に電気的に
接続し、第二圧電共振子３５、第四圧電共振子３７から
出力された電気信号をアースに伝搬する。出力端子３６
は第三圧電共振子３９、第四圧電共振子３７に電気的に
接続し、第三圧電共振子３９、第四圧電共振子３７から
出力された電気信号を出力信号として送出し、第四圧電
共振子３７にも電気信号を伝搬する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による圧電共振子を示す斜
視図である。
【図２】溝幅が０.１μｍの時における比Ａ／Ｌと共振
周波数の関係を示す図である。
【図３】溝幅が０.２μｍの時におけるＡ／Ｌと共振周
波数の関係を示す図である。
【図４】溝幅が０.３μｍの時におけるＡ／Ｌと共振周
波数の関係を示す図である。
【図５】溝幅が０.４μｍの時におけるＡ／Ｌと共振周
波数の関係を示す図である。
【図６】図１に示す圧電共振子の製造方法を示す工程図
である。
【図７】本発明の別な実施形態による圧電共振子を示す
平面図である。
【図８】本発明のさらに別な実施形態による圧電共振子
を示す斜視図である。
【図９】本発明のさらに別な実施形態による圧電共振子
を示す平面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は本発明の圧電共振子を用いた
発振子、フィルタまたはディスクリミネータの構成を示
す平断面図及び縦断面図である。
【図１１】同上の発振子、フィルタまたはディスクリミ
ネータの等価回路図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は本発明の圧電共振子を用いた
ラダーフィルタの構成を示す平断面図及び縦断面図であ
る。
【図１３】同上のラダーフィルタの等価回路図である。
【図１４】従来例の圧電共振子を示す斜視図である。
【図１５】本発明のもとになった圧電共振子の平面図で
ある。
【図１６】圧電基板に対する溝のカット方法を説明する
図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の圧電共振子の厚
み等と溝の深さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧電共振子 ２ 圧電基板 ３ａ，３ｂ，４ 電極 ５ 溝 Ｌ 圧電基板の１辺の長さ Ａ 信号入出力用の電極を囲む溝の外縁間の距離

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧電基板の両主面に電極を形成され、少
    なくとも一方の主面において、電極が圧電基板の表面に
    形成された溝によって複数領域に分割された拡がり振動
    モードの圧電共振子であって、 前記溝によって複数領域に分割された電極のうち、信号
    入出力用の電極を囲む溝の外縁間の最大距離が、圧電基
    板の辺の長さに対して０.５以上０.５５以下の比率とな
    っていることを特徴とする圧電共振子。
  2. 【請求項２】 圧電基板の両主面に電極を形成された拡
    がり振動モードの圧電共振子の製造方法であって、 圧電親基板の両主面のほぼ全体に電極を形成した後、圧
    電親基板の少なくとも一方の主面に複数本の溝を切入す
    ることによって当該主面の電極を信号入出力用の電極と
    それ以外の電極とに分離すると同時に、あるいはその後
    に、１辺の長さが前記信号入出力用の電極を囲む溝の外
    縁間の最大距離に対して１／０.５５以上２以下となる
    ように圧電親基板を分割することを特徴とする圧電共振
    子の製造方法。
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