JPH09162684A - Piezoelectric resonator - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To select any of several kinds of widths even at the same frequency without occurrence of spurious radiation and deterioration in the characteristic relating to a shape of a piezoelectric substrate for the piezoelectric resonator used for an oscillator or a filter. SOLUTION: A 165±5 deg. rotation Y-substrate is adopted for an opposed major side of a lithium niobate single crystal, a short-side direction of the Y- piezoelectric substrate is selected to have an angle in excess of 5 deg. till 25 deg. and in excess of -5 deg. till -25 deg. with respect to the X-axis. Then the thickness of the piezoelectric substrate satisfies a relation of W/H=(3.3±0.5)+1.4n, where H is the thickness of the photoelectric conversion element substrate, W is the width and n is a natural number.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発振子やフィルタ
に用いられる圧電共振子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric resonator used for an oscillator or a filter.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、発振子に対しては、マイクロコン
ピュータの演算速度の高速化にともない発振子の高周波
化及び実装基板の高密度化にともなう小型化が要望され
ている。2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for oscillators to be miniaturized in accordance with higher operating frequencies of microcomputers and higher frequencies of oscillators and higher density of mounting boards.

【０００３】以下に従来例について説明する。圧電セラ
ミック、圧電単結晶を用いたフィルタ、発振子等のスト
リップ形からなる厚みすべり圧電共振子の場合、共振周
波数がおよそ１〜２ＭＨｚ以上の場合圧電基板の厚みＨ
は周波数に対して一義的に決まる。決定した厚みに対し
て素子幅寸法Ｗは、圧電共振子の形状に係わるスプリア
スの挙動により決定している。A conventional example will be described below. Piezoelectric ceramics, filters using piezoelectric single crystals, thickness-slip piezoelectric resonators made of strips such as oscillators, and the resonance frequency of approximately 1 to 2 MHz or more.
Is uniquely determined with respect to frequency. With respect to the determined thickness, the element width dimension W is determined by the behavior of spurious associated with the shape of the piezoelectric resonator.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では、圧電共振子の基板形状、特にスプ
リアスの挙動に係わるＷ／Ｈの値について（特に９〜１
０ＭＨｚ以上の高周波帯では）明確でなく、また規定し
ている場合でも周波数を決定すれば素子厚みが決まるこ
とより必然的に素子幅寸法Ｗも素子厚みＨに対応してた
だ１つ決定してしまうため、共振子を実装するケース寸
法や工程における実装能力、圧電単結晶からの加工寸法
等の共用化が困難である。However, in the conventional structure as described above, the substrate shape of the piezoelectric resonator, in particular, the value of W / H related to the behavior of spurious (especially 9 to 1).
It is not clear (in the high frequency band of 0 MHz or more), and even if it is specified, the element thickness is determined if the frequency is determined. Therefore, the element width dimension W is inevitably determined corresponding to the element thickness H. Therefore, it is difficult to share the case size for mounting the resonator, the mounting capability in the process, the processing size from the piezoelectric single crystal, and the like.

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、高周波帯において十分な特性と品質を有するニオブ
酸リチウム単結晶の圧電共振子を提供することを目的と
する。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide a piezoelectric resonator of lithium niobate single crystal having sufficient characteristics and quality in a high frequency band.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明はニオブ酸リチウム単結晶の対向主面を１６５
±５度回転Ｙ板とし圧電基板の短手方向と前記回転Ｙ板
のＸ軸となす角度が５°を越え２５°まで及び−５°を
越え−２５°までとし、かつ前記対向主面両面に電極を
設けたストリップ形の圧電共振子において、前記圧電基
板の厚さがＨ、幅がＷとしたときＷ／Ｈ＝（３．３±
０．５）＋１．４ｎ（ｎは自然数）に設定するものであ
る。In order to achieve this object, the present invention uses 165 as opposed major surfaces of a lithium niobate single crystal.
± 5 ° rotated Y plate, and the angle formed between the lateral direction of the piezoelectric substrate and the X axis of the rotated Y plate is more than 5 ° to 25 ° and more than −5 ° to −25 °, and both the opposing main surfaces are In a strip type piezoelectric resonator in which an electrode is provided on the substrate, W / H = (3.3 ± 3
It is set to 0.5) + 1.4n (n is a natural number).

【０００７】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の請求項１によって、任意
の自然数を設定することにより任意の周波数（つまり圧
電体素子の厚み）に対して、圧電素子の形状に係わるス
プリアスの発生や特性の劣化が発生することがなく同一
周波数でも設定した各々の自然数に対応した各々の素子
幅Ｗ寸法を有した数種の圧電共振子を実現することがで
きる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to claim 1 of the present invention, by setting an arbitrary natural number, the generation of spurious and the characteristics related to the shape of a piezoelectric element with respect to an arbitrary frequency (that is, the thickness of the piezoelectric element) is confirmed. It is possible to realize several types of piezoelectric resonators having respective element width W dimensions corresponding to respective natural numbers set even at the same frequency without causing deterioration.

【０００８】以下本発明の一実施形態について、図面を
参照しながら説明する。図１は、厚みすべり振動子の斜
視図であり、ニオブ酸リチウム単結晶からなる基板１は
対向主面を１６５±５度回転Ｙ板とし、短方向を前記Ｙ
板のＸ軸となす角度を＋１０°方向としている。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a thickness sliding oscillator. A substrate 1 made of a lithium niobate single crystal has a facing main surface of a Y plate rotated by 165 ± 5 degrees, and the Y direction is the Y direction.
The angle formed with the X axis of the plate is + 10 °.

【０００９】図１において、素子厚みＨは必要周波数に
より規定され、素子幅ＷはＷ／Ｈの関係から求めること
ができる。対向主面に形成された振動電極２は交差幅ｌ
の寸法で対向している。In FIG. 1, the element thickness H is defined by the required frequency, and the element width W can be obtained from the relationship of W / H. The vibrating electrode 2 formed on the opposite main surface has a crossing width l
It is opposite in size.

【００１０】図１に示す共振子はＷ／Ｈ＝（３．３±
０．５）＋１．４ｎ（ｎは自然数で１，２，３……）の
関係を満たす。ｎ＝０の場合Ｗ／Ｈ＝３．３±０．５の
値を得ることができる。同様にｎ＝１，２の場合はそれ
ぞれＷ／Ｈ＝４．７±０．５、６．１±０．５の値を得
る。図２にこの関係による共振子の特性を示す。一例と
して厚みＨ＝０．１３８ｍｍ（共振周波数としておおよ
そ１４ＭＨｚ）とした例を示す。素子幅Ｗは前記の関係
より得ることができ、ｎ＝０，１，２に対しそれぞれＷ
＝０．４６，０．６５，０．８４である。また、そのほ
かの素子寸法としては共振子長手寸法Ｌ＝５．１ｍｍ、
ｌ＝０．７ｍｍと共通とした。The resonator shown in FIG. 1 has a W / H = (3.3 ±
0.5) + 1.4n (n is a natural number 1, 2, 3, ...) Is satisfied. When n = 0, a value of W / H = 3.3 ± 0.5 can be obtained. Similarly, when n = 1 and 2, W / H = 4.7 ± 0.5 and 6.1 ± 0.5 are obtained. FIG. 2 shows the characteristics of the resonator based on this relationship. As an example, an example in which the thickness H = 0.138 mm (resonance frequency is approximately 14 MHz) is shown. The element width W can be obtained from the above relation, and for n = 0, 1, 2 respectively, W
= 0.46, 0.65, 0.84. As other element dimensions, the resonator longitudinal dimension L = 5.1 mm,
1 = 0.7 mm is common.

【００１１】これら三つの特性を図２の（ａ）〜（ｃ）
に示し、いずれの場合も、各々素子幅寸法Ｗが異なるに
も係わらずいずれもスプリアスの少ない良好な特性を有
している。ｎ＝１の場合共振及び***振の近傍、ｎ＝２
の場合、***振近傍に小さなスプリアスが発生している
が特性上問題はない。Ｗ／Ｈの関係で厚みＨは周波数に
より規定されるため幅寸法Ｗは許容差を有することが可
能であり、請求項に示す式より求められる範囲内であれ
ば図２同様良好な特性を有することができ、さらに多く
の素子幅寸法Ｗを選択することができる。さらに前記実
施形態の長手寸法Ｌはおおよそ３ｍｍ程度まで短くして
も問題なく、電極交差幅ｌは０．５≦ｌ≦０．７ｍｍの
場合特に良好な特性を得ることができた。These three characteristics are shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c).
In each case, despite having different element width dimensions W, all have good characteristics with little spurious. When n = 1, near resonance and antiresonance, n = 2
In the case of 1, a small spurious is generated near the anti-resonance, but there is no problem in characteristics. Since the thickness H is defined by the frequency in the relationship of W / H, the width dimension W can have a tolerance, and has good characteristics as in FIG. Therefore, it is possible to select more element width dimensions W. Further, there is no problem even if the longitudinal dimension L of the above embodiment is shortened to about 3 mm, and particularly good characteristics can be obtained when the electrode intersection width l is 0.5 ≦ l ≦ 0.7 mm.

【００１２】ところで、本共振子は前記に示すようにｎ
＝０のとき、Ｗ／Ｈ＝３．３±０．５の関係を得るが、
この場合、Ｗ／Ｈの値の最大値は３．８、最小値は２．
８となる。前記の実施形態で示している、Ｈ＝０．１３
８ｍｍの時Ｗ寸法の取ることのできる値は０．３６ｍｍ
≦Ｗ≦０．５２ｍｍとなる。当然のことながら、前記の
実施形態に示したＷ寸法Ｗ＝０．４６ｍｍはこの関係を
満たす。ここで、前記Ｗ寸法の範囲を満たさない場合
は、前記図２に示す良好な特性と比較し、共振***振間
や、共振***振各々の近傍に大きなスプリアスが発生
し、特性劣化が生じてしまう。図３に、一例を示す。こ
の場合、前記同様ｎ＝０の場合で、Ｈ＝０．１３８ｍｍ
のときＷ＝０．６ｍｍとした。前記Ｗ＝０．４６ｍｍと
比較し共振***振間に大きなスプリアスが発生しており
良好な特性を得ることができない。この関係は、ｎの値
が他の自然数の場合でも同様である。つまり、必要とす
る周波数に対応した素子厚みＨを決定した後、請求項１
に示す関係式より得ることのできるＷ寸法の範囲内でＷ
寸法を選択すれば良好な特性を得ることができ、逆にそ
の範囲外ではスプリアスが発生するなど特性劣化を生じ
る。また、ｎは、その値が、大きくなればそれに対応し
てＷ寸法も大きくなる。つまり、同一素子厚み（同一周
波数）に対応したＷ寸法が複数選択することが可能とな
る。この例を次に示す。By the way, as described above, the present resonator has n
When = 0, the relationship of W / H = 3.3 ± 0.5 is obtained,
In this case, the maximum value of W / H is 3.8 and the minimum value is 2.
It becomes 8. In the above embodiment, H = 0.13
When W is 8mm, W value can be 0.36mm.
≦ W ≦ 0.52 mm. As a matter of course, the W dimension W = 0.46 mm shown in the above embodiment satisfies this relationship. Here, when the range of the W dimension is not satisfied, large spurious is generated between the resonance anti-resonance and in the vicinity of each of the resonance anti-resonance as compared with the good characteristics shown in FIG. I will end up. FIG. 3 shows an example. In this case, similarly to the above, when n = 0, H = 0.138 mm
At that time, W = 0.6 mm. Compared with W = 0.46 mm, a large spurious is generated between the resonance and anti-resonance, and good characteristics cannot be obtained. This relationship is the same even when the value of n is another natural number. That is, after the element thickness H corresponding to the required frequency is determined,
W within the range of W dimension that can be obtained from the relational expression
If the dimensions are selected, good characteristics can be obtained, and conversely, if the dimensions are out of the range, characteristic deterioration such as spurious generation occurs. Further, as the value of n increases, the W dimension also increases correspondingly. That is, it is possible to select a plurality of W dimensions corresponding to the same element thickness (same frequency). An example is shown below.

【００１３】周波数により決定される素子厚みＨに対し
て種々素子幅Ｗを選択することができるため異なる素子
厚み（周波数）に対してある任意の素子幅寸法幅に統一
化することも可能である。図４（ａ）〜（ｃ）に素子厚
みＨ＝０．１２３ｍｍ（共振周波数としておおよそ１６
ＭＨｚ）素子幅Ｗ＝０．５７ｍｍ（ｎ＝１）、素子厚み
Ｈ＝０．１６５ｍｍ（共振周波数としておおよそ１２Ｍ
Ｈｚ）素子幅Ｗ＝０．５５ｍｍ（ｎ＝０）、素子厚みＨ
＝０．２０６ｍｍ（共振周波数としておおよそ９．６Ｍ
Ｈｚ）Ｗ＝０．６８ｍｍ（ｎ＝０）という寸法にて試作
した結果を示す。いずれのＷ寸法も請求項１の条件を満
たしていることは言うまでもない。また素子長手寸法Ｌ
＝５．１ｍｍとし電極交差幅は０．５≦ｌ≦０．７ｍｍ
とした。ここで、素子幅寸法の範囲は、必要とする周波
数範囲に対応した素子厚み範囲とＷ／Ｈの関係より任意
に設定することができる。選択範囲としてはおおよそ
０．１≦Ｈ≦０．２５、０．４≦Ｗ≦１ｍｍの範囲から
選択可能であり、素子加工能力や、発振子等への組立能
力により選択すると良い。つまり、仮に組立能力の下限
値がＷ＝０．４ｍｍを満たす場合は前記の例で説明する
とＨ＝０．１２３ｍｍの場合のＷ寸法は同一部材からの
素子の取り数が多い（つまり材料費が少なくてすむ）よ
うにＷ＝０．５７（ｎ＝１の場合）でなくＷ＝０．４１
ｍｍ（ｎ＝０の場合）を選択すれば良い。一方組立能力
が十分にない場合（つまり幅の狭い素子を実装できない
場合）はＷ＝０．５７ｍｍ（ｎ＝１の場合）を選択すれ
ば良い。また回転Ｙ板のＸ軸となす角度は請求項１に示
す範囲であれば、適用できる。Since various element widths W can be selected with respect to the element thickness H determined by the frequency, it is possible to unify an arbitrary element width dimension width with respect to different element thickness (frequency). . 4A to 4C, the element thickness H = 0.123 mm (resonance frequency is approximately 16
MHz) Element width W = 0.57 mm (n = 1), element thickness H = 0.165 mm (approx. 12M as resonance frequency)
Hz) Element width W = 0.55 mm (n = 0), element thickness H
= 0.206mm (Approximately 9.6M as resonance frequency
(Hz) W = 0.68 mm (n = 0) is shown as a prototype. It goes without saying that any W dimension satisfies the condition of claim 1. Also, the element longitudinal dimension L
= 5.1 mm and the electrode crossing width is 0.5 ≦ l ≦ 0.7 mm
And Here, the range of the element width dimension can be arbitrarily set from the relationship between the element thickness range and W / H corresponding to the required frequency range. The selection range can be selected from a range of approximately 0.1 ≦ H ≦ 0.25 and 0.4 ≦ W ≦ 1 mm, and it is preferable to select the range depending on the element processing capability and the assembling capability to an oscillator or the like. That is, if the lower limit value of the assembly capacity satisfies W = 0.4 mm, the W dimension in the case of H = 0.123 mm has a large number of elements taken from the same member (that is, the material cost is high). W = 0.41 instead of W = 0.57 (when n = 1)
mm (when n = 0) may be selected. On the other hand, when the assembling ability is not sufficient (that is, when the narrow element cannot be mounted), W = 0.57 mm (in the case of n = 1) may be selected. Further, the angle formed with the X axis of the rotating Y plate can be applied within the range shown in claim 1.

【００１４】[0014]

【発明の効果】以上のように本発明はニオブ酸リチウム
単結晶の対向主面を１６５±５度回転Ｙ板とし、圧電基
板の短手方向と前記回転Ｙ板のＸ軸となす角度が５°を
越え２５°まで及び−５°を越え−２５°までの方向と
した圧電基板の厚さがＨ、幅がＷとしたときＷ／Ｈ＝
（３．３±０．５）＋１．４ｎ（ｎは自然数）の関係を
満たすよう圧電共振子を設計することにより圧電素子の
形状に係わるスプリアスの発生や特性の劣化が発生する
ことがなく、同一周波数でも設定した各々の自然数に対
応した各々の幅Ｗ寸法を有した数種の圧電共振子を実現
することができるものである。As described above, according to the present invention, the opposing main surface of the lithium niobate single crystal is a 165 ± 5 ° rotated Y plate, and the angle formed between the lateral direction of the piezoelectric substrate and the X axis of the rotated Y plate is 5. When the thickness of the piezoelectric substrate is H and the width is W in the directions of more than 25 ° and more than −25 ° and −5 ° to −25 °, W / H =
By designing the piezoelectric resonator so as to satisfy the relationship of (3.3 ± 0.5) + 1.4n (n is a natural number), there is no generation of spurious or deterioration of characteristics related to the shape of the piezoelectric element. It is possible to realize several types of piezoelectric resonators having respective width W dimensions corresponding to respective natural numbers set even at the same frequency.

【００１５】これにより、共振子を実装するケース寸法
や工程における実装能力、圧電単結晶からの加工寸法等
の種々条件を考慮し最良の共振子寸法を選択することが
可能である。Thus, it is possible to select the best resonator size in consideration of various conditions such as the case size for mounting the resonator, the mounting capability in the process, and the processing size from the piezoelectric single crystal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施形態における圧電共振子を示す
斜視図FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric resonator according to an embodiment of the present invention.

【図２】（ａ）ｎ＝０の場合の周波数インピーダンス特
性を示すグラフ （ｂ）ｎ＝１の場合の周波数インピーダンス特性を示す
グラフ （ｃ）ｎ＝２の場合の周波数インピーダンス特性を示す
グラフ2A is a graph showing frequency impedance characteristics when n = 0, FIG. 2B is a graph showing frequency impedance characteristics when n = 1, and FIG. 2C is a graph showing frequency impedance characteristics when n = 2.

【図３】図２の例でｎ＝０の場合、Ｗ＝０．６ｍｍの場
合の周波数インピーダンス特性を示すグラフFIG. 3 is a graph showing frequency impedance characteristics when n = 0 and W = 0.6 mm in the example of FIG.

【図４】（ａ）Ｗ＝０．５７ｍｍの場合の周波数インピ
ーダンス特性を示すグラフ （ｂ）Ｗ＝０．５５ｍｍの場合の周波数インピーダンス
特性を示すグラフ （ｃ）Ｗ＝０．６８ｍｍの場合の周波数インピーダンス
特性を示すグラフ4A is a graph showing frequency impedance characteristics when W = 0.57 mm, and FIG. 4B is a graph showing frequency impedance characteristics when W = 0.55 mm, and FIG. 4C is frequency when W = 0.68 mm. Graph showing impedance characteristics

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 基板 ２ 振動電極 Ｗ 素子幅 Ｈ 素子厚み Ｌ 素子長 ｌ 振動電極交差長 1 substrate 2 vibrating electrode W element width H element thickness L element length l vibrating electrode crossing length

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ニオブ酸リチウム単結晶の対向主面を１
６５±５度回転Ｙ板とし、圧電基板の短手方向を前記回
転Ｙ板のＸ軸となす角度が５°を越え２５°まで及び−
５°を越え−２５°までの方向とした圧電基板の厚さが
Ｈ、幅がＷとしたときＷ／Ｈ＝（３．３±０．５）＋
１．４ｎ（ｎは自然数）の関係を満たすことを特徴とし
た圧電共振子。1. An opposing main surface of a lithium niobate single crystal is
The Y plate is a 65 ± 5 ° rotating Y plate, and the angle formed by the short-side direction of the piezoelectric substrate and the X axis of the rotating Y plate exceeds 5 ° to 25 °.
When the thickness of the piezoelectric substrate in the direction of more than 5 ° to −25 ° is H and the width is W, W / H = (3.3 ± 0.5) +
A piezoelectric resonator having a relationship of 1.4n (n is a natural number).