JP3319378B2 - 圧電共振子の製造方法 - Google Patents
圧電共振子の製造方法Info
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Description
に用いられる圧電共振子の製造方法に関し、より詳細に
は、圧電体層を介して重なり合うように複数の励振電極
を形成してなるエネルギー閉込め型の圧電共振子の製造
方法に関する。
は、圧電板の両主面において部分的に第1,第2の励振
電極をそれぞれ形成し、第1,第2の励振電極が圧電板
を介して重なり合っている部分を励振部とした構造のも
のが知られている。また、例えば、特公平7−1056
86号公報に開示されているように、少なくとも1つの
内部電極を有し、該内部電極と圧電体層を介して重なり
合うように圧電体表面にさらに励振電極を形成してなる
積層型のエネルギー閉込め型圧電共振子も知られてい
る。
は、その共振周波数は、圧電体の厚みに依存する。従っ
て、異なる共振周波数の圧電共振子を得ようとした場
合、該共振周波数に応じた厚みの圧電体が用いられてい
た。
部を構成している励振電極間の重なり面積によって異な
る。従って、ある共振周波数において、良好な共振特性
を得ようとした場合、圧電体の厚みを決定した後に、励
振電極の重なり面積を最適な面積となるように構成しな
ければならない。他方、この最適な励振電極重なり面積
については、共振周波数によって異なる。
振特性を実現するには、共振周波数に応じてある厚みの
圧電体を用意した後、該圧電体において上記最適な重な
り面積を実現するように励振電極を形成しなければなら
ない。
の製造に際しては、圧電材料からなるマザー基板におい
て、複数の励振電極が同時に形成されているのが普通で
ある。これを図13に示す従来の厚み滑り振動モードを
利用した圧電共振子70の製造方法を例にとり説明す
る。
圧電材料になるマザー基板の上面及び下面に帯状の電極
を所定間隔を隔てて形成する。上面の帯状の電極は、図
13に示されている一方の励振電極72a及び引出し電
極72bを形成するために設けられており、下面に形成
されている帯状の電極は、下面に形成された励振電極7
2c及び引出し電極72dを形成するために設けられて
いる。
極とが、励振電極72a,72cの重なり長Lに相当す
るようにマザー基板を介して重なり合わされている。次
に、マザー基板を励振電極72aと引出し電極72bと
を結ぶ方向及び該方向と直交する方向に切断し、圧電共
振子70を得る。
れた圧電体71において、引出し電極72bと引出し電
極72dとが、励振部から逆方向に引き出されている。
すなわち、引出し電極72bは端面71aに至るよう
に、引出し電極72dは端面71bに至るように形成さ
れている。
ー閉込め圧電共振子70の製造に際しては、マザー基板
において、両面に複数の帯状の電極を同時に形成するの
が普通であった。
の共振周波数において良好な共振特性を得るためには、
圧電共振子における励振電極間の重なり面積、すなわち
圧電共振子70においては励振電極72aと励振電極7
2cとの重なり長Lは、最適な値としなければならなか
った。従って、様々な周波数の圧電共振子を得ようとし
た場合、帯状の電極をマザー基板に形成するに際し、各
共振周波数に応じた最適の電極重なり長Lを実現し得る
マスクを用意しなければならない。
様々なマスクを用意した場合、コストが非常に高くつく
ことになる。そこで、実際には、幾つかの周波数範囲に
分割し、一つの周波数範囲内では同じマスクを用い、マ
ザー基板に上記帯状の電極を形成していた。
振子では、その共振周波数に対して電極重なり長Lは必
ずしも最適な値とはならないことがあった。すなわち、
ある周波数範囲において、ある特定の共振周波数に応じ
て電極重なり長Lを設定した場合、該周波数範囲におけ
る他の共振周波数では、その共振周波数における最適な
電極重なり長とはならず、十分良好な共振特性を実現し
得ないことがあった。
を解消し、1種類の電極形成用マスクを用いて、最適な
電極重なり長を実現することができ、かつ様々な共振周
波数に応じて最適な電極重なり面積を実現し得る、従っ
て、良好な共振特性を有する圧電共振子を製造し得る方
法を提供することにある。
は、圧電体と、励振部を構成するために圧電体層を介し
て重なり合うように形成された複数の励振電極と、各励
振電極に連ねられておりかつ圧電体端部まで引き出され
た複数の引出し電極とを備え、第1の電位に接続される
引出し電極と、第2の電位に接続される引出し電極とが
逆方向に延ばされている圧電共振子の製造方法であっ
て、前記励振電極と引出し電極とを結ぶ方向を第1の方
向としたときに、第1の方向と直交する第2の方向に延
ばされた複数の帯状の第1の電極が第1の方向において
所定の間隔を隔てて配置された第1のマザー基板を用意
する工程と、前記帯状の第1の電極の第1の方向におけ
る長さが目的とする共振周波数に応じた長さとなるよう
に、前記第1のマザー基板を第2の方向に切断し、第2
のマザー基板を得る工程と、第2のマザー基板の主面に
マスクを用いて、第2の電位に接続される励振電極及び
引出し電極が第2の方向に連ねられた帯状の第2の電極
を形成する工程と、前記第2のマザー基板を第1の方向
に沿って切断し、複数の圧電共振子を得る工程とを備え
ることを特徴とする。
細長いスリップ状の形状を有し、その長さ方向が上記第
1の方向とされている。請求項3に記載の発明では、前
記第1のマザー基板において、前記第1の方向に直交す
る方向に延ばされた複数の帯状の第1の電極が、第1の
マザー基板の第1の主面に形成され、前記第2のマザー
基板の主面にマスクを用いて帯状の第2の電極を形成す
る工程において、該帯状の第2の電極が第2のマザー基
板の第2の主面に形成される。
ザー基板が厚み方向に分極処理されており、厚み縦振動
モードを利用した圧電共振子が得られる。請求項5に記
載の発明では、前記第1のマザー基板が前記第1の方向
に分極処理されており、滑りモードを利用した圧電共振
子が得られる。
ザー基板において、前記第1の方向に直交する方向に延
ばされた帯状の第1の電極が、内部電極として形成され
ており、前記第2のマザー基板の主面にマスクを用いて
第2の方向に連ねられた帯状の第2の電極を形成する工
程において、該帯状の第2の電極が、第2のマザー基板
の第1,第2の主面に形成され、それによって厚み縦振
動モードの高調波を利用した圧電共振子が得られる。
を挙げることにより、本発明を明らかにする。
施例を説明する。先ず、図1に斜視図で示すマザー基板
1を用意する。マザー基板1は、例えばPZT系セラミ
ックスのような圧電セラミックスにより構成されてお
り、矩形の平面形状を有する。
方向に分極処理されている。マザー基板1の第1の主面
すなわち上面1a上には、帯状の第1の電極2a〜2h
が所定の間隔を隔てて平行に形成されている。この帯状
の第1の電極の延びる方向を第2の方向とし、第2の方
向と直交し、帯状の第1の電極同士を結ぶ方向を第1の
方向とする。この帯状の第1の電極2aは、マザー基板
1の上面1a側にマスクを配置し、蒸着やスパッタリン
グなどの薄膜形成法により導電性材料を付与することに
より形成することができる。帯状の第1の電極2a〜2
hを構成する導電性材料については、Ni、Cuなどの
適宜の金属材料を用いることができる。
Aで示す切断位置で切断する。破線Aは、第2の方向と
平行である。また、上記切断位置A,A間の距離は、後
述するように、目的とする共振周波数に応じて最終的に
得られる圧電共振子の電極重なり長Lを最適な長さとす
るように選ばれる。
断されて、複数の第2のマザー基板3が得られる。次
に、図2に第1の方向に沿う断面図で示すように、第2
のマザー基板3の上面にマスク4を、下面にマスク5を
当接させて、第2のマザー基板3の下面3bに蒸着やス
パッタリングなどの薄膜形成法により導電性材料を付与
することにより帯状の第2の電極6aを形成する。
に、マスク4は第2のマザー基板3の上面3aの全面を
被覆するように構成されている。他方、マスク5は、窓
部5aを有し、窓部5aの形状に応じて帯状の第2の電
極6aが形成される。第2の電極6aを構成する材料に
ついては、第1の電極2a〜2hを構成した導電性材料
と同様の導電性材料を用いることができる。
−紙背方向に延ばされており、すなわち第2の方向に延
ばされている。また、第2の電極6aの幅、すなわち第
1の方向に沿う長さXは、マスク5の窓部5aの第1の
方向に沿う長さにより決定される。
1のC−C線に対応する部分で切断し、すなわち第1の
方向に沿って切断し、複数の圧電共振子を得る。このよ
うにして得られた圧電共振子を、図4に断面図で示す。
圧電共振子7では、第2のマザー基板3を切断すること
により得られた細長いストリップ状の圧電体3Aの上面
に電極2Aが、下面に電極6Aが形成されている。電極
2Aは、帯状の第1の電極2aがC−C線に沿って切断
されることにより形成されている。同様に、電極6A
は、帯状の第2の電極6aがC−C線に沿って切断され
ることにより構成されている。
向中央部分において圧電体3Aを介して重なり合ってい
る。この電極2A,6Aのうち、圧電体3Aを介して重
なり合っている部分が励振部8を構成しており、該励振
部8を構成している電極部分が、それぞれ、本発明にお
ける第1の励振電極2A1 及び第2の励振電極6A1を
構成している。また、電極2Aのうち、励振電極2A1
から圧電体3Aの一方端面3A1 に向かって引き出され
ている部分が第1の引出し電極2A2 を構成しており、
電極6Aのうち、励振部8から圧電体3Aの反対側の端
面3A2 に向かって引き出されている電極部分が第2の
引出し電極6A2 を構成している。
圧電体3Aの厚みに依存する。従って、例えば、上記圧
電共振子7よりも高い共振周波数の圧電共振子を得よう
とした場合には、図1に示したマザー基板1として、よ
り厚みの薄い圧電基板を用いればよい。この場合におい
ても、図2に示したマスク5と同じマスクを用いて、第
2のマザー基板3の下面に第2の励振電極及び引出し電
極を得るための帯状の第2の電極6aを形成すればよ
い。これを、図1及び図3を参照して説明する。
電共振子を得ようとした場合、図1に示す第1のマザー
基板1の厚みを薄くすればよい。そして、上記マザー基
板1を切断して第2のマザー基板を得るにあたり、切断
位置A,A…を、実現しようとする共振周波数にとって
最適な電極重なり長Lが得られるように選択すればよ
い。例えば、より高い共振周波数の圧電共振子において
は電極重なり長Lをより小さくすればよいため、図1の
一点鎖線A' ,A' …で示す切断位置で切断すればよ
い。
基板13を得ることができる。この第2のマザー基板1
3では、切断位置A' ,A' …において切断したため、
第1の主面13a上において形成されている帯状の第1
の電極12bの第1の方向に沿う長さは、図2に示した
帯状の第1の電極2bの第1の方向に沿う長さに比べて
短くされている。
マスク5と同一のマスク5を用いて第2のマザー基板1
3の下面13b上に帯状の第2の電極6aを形成すれば
よい。図3から明らかなように、上記電極12b,6a
の第1の方向に沿う重なり長Lは、図2に示した電極2
b,6a間の第1の方向に沿う重なり長Lよりも短くさ
れることがわかる。従って、図3に示した第2のマザー
基板13を、図1の一点鎖線C,C線に相当する部分で
切断することにより、より高い共振周波数においても良
好な共振特性を有する圧電共振子の得られることがわか
る。
のマザー基板1を切断し第2のマザー基板3,13を得
るにあたり、その切断位置A,A,A' ,A' を、最終
的に得られる圧電共振子における電極重なり長Lに応じ
て選択することにより、所望の電極重なり長Lを有する
圧電共振子を得ることができる。しかも、この場合、下
面に形成される第2の電極6aとしては、共振周波数の
値に係わらず、変更する必要がないため、単一のマスク
5を用いて第2のマザー基板の下面に帯状の第2の電極
6aを形成すればよいだけである。
電極重なり長Lを実現することができるだけでなく、第
2の主面に形成される第2の電極6aのためのマスクと
して、1種類のマスク5のみを用意すればよい。
向に分極処理された第1のマザー基板3を用い、厚み縦
振動モードを利用した圧電共振子7を得ていた。しかし
ながら、本発明に係る圧電共振子の製造方法は、厚み縦
振動モードを利用したものに限定されず、他の振動モー
ド、例えば厚み滑り振動モードを利用したものであって
もよい。
たエネルギー閉込め型の圧電共振子の製造方法である。
先ず、図5に示すように、例えばPZT系圧電セラミッ
クスのような圧電材料からなる第1のマザー基板21を
用意する。圧電基板21は、矩形の平面形状を有し、矢
印Pで示すように、主面と平行な方向に分極されてい
る。マザー基板21の第1の主面、すなわち上面21a
上において、帯状の第1の電極22a〜22cが所定間
隔を隔てて平行に形成されている。
で示す切断位置B,Bに沿って切断することにより、第
2のマザー基板23を得る。この場合、切断位置B,B
を、第1の実施例の場合と同様に所望とする共振周波数
に応じて選択すればよい。
基板23を得る。第2のマザー基板23では、上面23
a上に、帯状の第1の電極22bが形成されている。従
って、上面23a上にマスク4を当接し、下面23b上
にマスク5を当接し、導電性材料を蒸着やスパッタリン
グなどの薄膜形成方法により付与し、帯状の第2の電極
6aを形成する。第2の電極6aを第2の主面としての
下面23b上に形成した後、第2のマザー基板23を、
図5の一点鎖線C,C線に沿う部分に相当する部分で切
断し、厚み滑りモードを利用した圧電共振子を得る。
のマザー基板21の分極方向が異ならされていることを
除いては、第1の実施例と同様にして、図8に示す厚み
滑りモードを利用したエネルギー閉込め型の圧電共振子
25を製造することができる。なお、図8において、2
3Aは圧電体を、22Bは電極を示し、励振電極22B
1 と第1の引出し電極22B2 とを有する。
の圧電共振子を得ようとした場合には、第1のマザー基
板21として、より厚みの薄い圧電共振子を用い、切断
位置を、図5に示す切断位置B' ,B' にシフトすれば
よい。このようにして、図7に示す第2のマザー基板3
3を得ることができる。第2のマザー基板33では、上
記切断位置の変更により、上面33a上に形成されてい
る帯状の第1の電極32aの第1の方向に沿う長さが、
図6に示した第1の帯状の電極22aよりも第1の方向
に沿う長さよりも短くされている。
状の電極6aを形成し、図5の一点鎖線C,Cに相当す
る部分で切断することにより、圧電共振子を得ることが
できる。
い、電極6aを第2のマザー基板33の下面33bに形
成しているが、電極重なり長Lについては、上記切断位
置Bを切断位置B' に変更することにより最適な重なり
長に設定することができる。
波数を異ならせた場合、その共振周波数に応じた最適な
電極重なり長を有する圧電共振子を確実に得ることがで
きる。
第3の実施例の圧電共振子の製造方法を説明する。先
ず、図9に示す第1のマザー基板41を用意する。マザ
ー基板41は、PZT系圧電セラミックスのような圧電
材料よりなり、矩形板状の形状を有する。また、マザー
基板41は、厚み方向に一様に分極処理されている。
いて、帯状の第1の電極として、複数の内部電極42a
〜42hが形成されている。内部電極42a〜42h
は、最終的に得られる圧電共振子において励振電極と引
出し電極とを結ぶ第1の方向に直交する第2の方向に延
ばされた帯状の形状を有する。すなわち、内部電極42
a〜42hは、第1の実施例で第1のマザー基板1に形
成されていた帯状の第1の電極2a〜2hと同様の平面
形状を有するように構成されている。
2の方向に延ばされているが、第1の方向においては、
所定の間隔を隔てて配置されている。内部電極42a〜
42hは、適宜の導電性材料により構成することがで
き、かつ内部電極42a〜42hを有する第1のマザー
基板41は、例えば周知のセラミック積層一体焼成技術
を用いて得ることができる。
示す切断位置に沿って第1のマザー基板41を切断す
る。このようにして、第2のマザー基板43を得る。切
断位置Dは、後述するように、所望とする電極重なり長
を得るように選択される。
のマザー基板43の第1の主面としての上面43a及び
第2の主面としての下面43b上に、マスク44,45
を用いて蒸着またはスパッタリングなどにより導電性材
料を付与し、帯状の第2の電極46a,46bを形成す
る。
を有する。この場合、マスク44,45としては、同じ
形状のものを用いる。従って、第2のマザー基板43の
上面43a及び下面43b上に、帯状の第2の電極46
a,46bが形成されることになる。
の主面−主背方向、すなわち第2の方向に延びる帯状の
形状を有する。次に、第2のマザー基板43を、図9の
一点鎖線C,Cに相当する部分で切断し、図12に断面
図で示す圧電共振子47を得る。圧電共振子47では、
圧電体48内に、内部電極42Bが形成されている。内
部電極42Bは、上述した帯状の内部電極42bが切断
されて構成されている。
記帯状の第2の電極46a,46bが切断されて、電極
46A,46Bが形成されている。電極46A,46B
は、それぞれ、内部電極42Bと厚み方向に重なり合っ
ている励振電極部46A1 ,46B1 と、該励振電極4
6A1 ,46B1 に連ねられた引出し電極46A2 ,4
6B2 とを有する。なお、49,50は、それぞれ、接
続電極を示し、上記工程後に、適宜の導電膜形成方法で
形成される。
6A1 ,46A2 と、内部電極42Bの励振電極部分4
2B1 との間に交流電圧を印加することにより、厚み縦
振動モードの3倍波を利用した圧電共振子として動作さ
せることができる。なお、42B2 は引出し電極部を示
す。
数を低める場合には、第1のマザー基板41の厚みを薄
くし、かつ良好な共振特性を得るには、最適の電極重な
り長Lを得るために、切断位置Dをずらせばよい。
第2のマザー基板43Aを得るにあたり、図9に示す切
断位置Dよりも左側の切断位置D' で切断することによ
り、内部電極42bの第1の方向における長さを短くす
ればよい。従って、図11に示すように、上記図10に
示したマスク44,45と同一のマスク44,45を用
いて帯状の第2の電極46a,46bを形成することに
より、電極重なり長Lが小さくされた圧電共振子を得る
ことができる。
のみが形成されていた圧電共振子を示したが、2層以上
の内部電極が配置されている厚み縦振動モードの高調波
を利用した圧電共振子にも本発明を適用することができ
る。
の製造方法では、励振電極と引出し電極とを結ぶ方向を
第1の方向としたときに、第1の方向と直交する第2の
方向に延ばされた複数の帯状の第1の電極が第1の方向
において所定の間隔を隔てて配置された第1のマザー基
板を用意した後、上記帯状の第1の電極の第1の方向に
おける長さが目的とする共振周波数に応じた長さとなる
ように、第1のマザー基板を第2の方向に切断し、第2
のマザー基板を得、該第2のマザー基板の主面にマスク
を用いて第2の電位に接続される励振電極及び引出し電
極が第2の方向に連ねられた帯状の第2の電極を形成
し、該第2のマザー基板を第1の方向に沿って切断する
ことにより、複数の圧電共振子が得られる。
ての切断工程において、切断位置を変更することによ
り、第1の電位に接続される帯状の第1の電極の第1の
方向の長さが決定される。すなわち、上記第2のマザー
基板を得る切断工程において、最終的に得られる圧電共
振子において、第1の電位に接続される励振電極の第1
の方向における長さが調整されるので、励振電極同士の
重なり長を最適な大きさに容易に調整することができる
ので、様々な周波数において良好な共振特性を確実に得
ることができる。
電極及び引出し電極が第2の方向に連ねられた帯状の第
2の電極を形成するに際しては、共振周波数を変更した
場合でも、同じマスクを用い得るため、使用するマスク
の種類を低減することができる。
いストリップ状の形状を有し、その長さ方向が第1の方
向とされているので、矩形の第1,第2のマザー基板を
用いることにより、複数の圧電共振子を容易に量産する
ことができる。
基板において、第1の方向に延ばされた帯状の電極が、
第1のマザー基板の第1の主面に形成されており、第2
のマザー基板の主面にマスクを用いて上記帯状の第2の
電極が第2のマザー基板の第2の主面に形成される。従
って、例えば厚み縦振動モードや厚み滑り振動モードを
利用した単板型のエネルギー閉じ込め圧電共振子を得る
ことができる。
基板において、第1の方向に直交する方向に延ばされた
帯状の第1の電極が内部電極として形成され、第2のマ
ザー基板にマスクを用いて帯状の第2の電極を形成する
にあたっては、第2のマザー基板の両主面にそれぞれ第
2の電極を形成するため、厚み縦振動モードの高調波を
利用したエネルギー閉込め型の圧電共振子を得ることが
できる。よって、小型であり、高い周波数領域で用い得
る圧電共振子を提供することができる。
ー基板を説明するための斜視図。
基板の下面に電極を形成する工程を説明するための断面
図。
共振子を得るに際し、第2のマザー基板の下面に電極を
形成する工程を説明するための断面図。
用した圧電共振子の断面図。
示す斜視図。
基板の下面に電極を形成する工程を説明するための断面
図。
共振子を得るに際し、第2のマザー基板の下面に電極を
形成する工程を説明するための断面図。
用した圧電共振子の断面図。
ー基板を説明するための斜視図。
ー基板の下面に電極を形成する工程を説明するための断
面図。
電共振子を得るに際し、第2のマザー基板の下面に電極
を形成する工程を説明するための断面図。
説明するための斜視図。
を説明するための斜視図。
Claims (6)
- 【請求項1】 圧電体と、励振部を構成するために圧電
体層を介して重なり合うように形成された複数の励振電
極と、各励振電極に連ねられておりかつ圧電体端部まで
引き出された複数の引出し電極とを備え、第1の電位に
接続される引出し電極と、第2の電位に接続される引出
し電極とが逆方向に延ばされている圧電共振子の製造方
法であって、 前記励振電極と引出し電極とを結ぶ方向を第1の方向と
したときに、第1の方向と直交する第2の方向に延ばさ
れた複数の帯状の第1の電極が第1の方向において所定
の間隔を隔てて配置された第1のマザー基板を用意する
工程と、 前記帯状の第1の電極の第1の方向における長さが目的
とする共振周波数に応じた長さとなるように、前記第1
のマザー基板を第2の方向に切断し、第2のマザー基板
を得る工程と、 第2のマザー基板の主面にマスクを用いて、第2の電位
に接続される励振電極及び引出し電極が第2の方向に連
ねられた帯状の第2の電極を形成する工程と、 前記第2のマザー基板を第1の方向に沿って切断し、複
数の圧電共振子を得る工程とを備えることを特徴とす
る、圧電共振子の製造方法。 - 【請求項2】 前記圧電体が細長いスリップ状の形状を
有し、該圧電体の長さ方向が前記第1の方向とされてい
る、請求項1に記載の圧電共振子の製造方法。 - 【請求項3】 前記第1のマザー基板において、前記第
1の方向に直交する方向に延ばされた複数の帯状の第1
の電極が、第1のマザー基板の第1の主面に形成され、 前記第2のマザー基板の主面にマスクを用いて帯状の第
2の電極を形成する工程において、該帯状の第2の電極
を第2のマザー基板の第2の主面に形成することを特徴
とする、請求項1または2に記載の圧電共振子の製造方
法。 - 【請求項4】 前記第1のマザー基板が厚み方向に分極
処理されており、厚み縦振動モードを利用した圧電共振
子を得ることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに
記載の圧電共振子の製造方法。 - 【請求項5】 前記第1のマザー基板が前記第1の方向
に分極処理されており、滑りモードを利用した圧電共振
子を得ることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに
記載の圧電共振子の製造方法。 - 【請求項6】 前記第1のマザー基板において、前記第
1の方向に直交する方向に延ばされた帯状の第1の電極
が内部電極として形成されており、 前記第2のマザー基板の主面にマスクを用いて第2の方
向に連ねられた帯状の第2の電極を形成する工程におい
て、該帯状の第2の電極が、第2のマザー基板の第1,
第2の主面に形成され、 厚み縦振動モードの高調波を利用した圧電共振子を得る
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の圧電共振
子の製造方法。
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