JPH1051261A

JPH1051261A - 圧電共振子とその製造方法およびそれを用いた電子部品

Info

Publication number: JPH1051261A
Application number: JP8223028A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Unami; 波俊彦宇; Tetsuo Takeshima; 島哲夫竹; Toshiyuki Baba; 場俊行馬; Shigemasa Kusakai; 開重雅草; Hirohide Yoshino; 野博秀吉; Jiro Inoue; 上二郎井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2016-08-05
Also published as: JP3577170B2; NO971935L; CN1198390C; CN1395367A; EP0823781A2; NO971935D0; DE69711131T2; EP0823781A3; CN1173080A; DE69711131D1; EP0823781B1; US5900790A; CN1085442C

Abstract

(57)【要約】【課題】スプリアスが小さく、共振周波数と***振周
波数との差ΔＦが大きく、ΔＦや容量値などを調整する
ことができ、特性の設計自由度の大きい圧電共振子とそ
の製造方法、およびそれを用いた電子部品を得る。【解決手段】圧電共振子１０は、たとえば圧電体層と
内部電極１４とを積層した基体１２を含む。基体１２
は、内部電極１４の両側で異なる向きに分極する。基体
１２の一側面に溝１５を形成し、その両側において、１
つおきに内部電極１４を絶縁膜１６，１８で被覆する。
それぞれの絶縁膜１６，１８は、異なる内部電極１４を
被覆するように形成する。基体１４の溝１５の両側に外
部電極２０，２２を形成し、内部電極１４に接続する。
外部電極２０，２２の長手方向の中央部に、導電材料で
形成された支持部材２４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】この発明は圧電共振子とその
製造方法およびそれを用いた電子部品に関し、特にたと
えば、圧電体の機械的共振を利用した圧電共振子とその
製造方法、およびそれを用いた発振子，ディスクリミネ
ータ，フィルタなどの電子部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２８は従来の圧電共振子の一例を示す
斜視図である。圧電共振子１は、たとえば平面視長方形
の板状の圧電体基板２を含む。圧電体基板２は、厚み方
向に分極される。圧電体基板２の両面には、電極３が形
成される。この電極３間に信号を入力することにより、
圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体基板
２は長さ方向に振動する。また、図２９に示すように、
平面視正方形の板状の圧電体基板２の両面に電極３を形
成した圧電共振子１がある。この圧電共振子１において
も、圧電体基板２は厚み方向に分極されている。この圧
電共振子１では、電極３間に信号を入力することによ
り、圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体
基板２が拡がり振動する。

【０００３】このような圧電共振子１を用いて電子部品
を形成する場合、図３０に示すように、パターン電極４
を形成した絶縁体基板５上に圧電共振子１が取り付けら
れる。このとき、圧電共振子１の振動を妨げないよう
に、圧電共振子１のノード点である中心部が、パターン
電極４上に形成された支持部材６で支持される。支持部
材６は導電材料で形成され、この支持部材６によってパ
ターン電極４と圧電共振子１の一方の電極３とが電気的
に接続される。さらに圧電共振子１の他方の電極３が、
リード線７によって別のパターン電極４に接続される。
そして、絶縁体基板５上に、金属キャップ８がかぶせら
れる。この電子部品では、支持部材６によって圧電共振
子１のノード点である中央部のみが支持されているた
め、圧電体基板２の振動が妨げられず、圧電共振子１の
特性が劣化することを防ぐことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの圧電共振子
は、電界方向および分極方向と振動方向とが異なる圧電
横効果を利用している。この圧電横効果を利用した圧電
共振子の電気機械結合係数は、電界方向，分極方向およ
び振動方向が一致した圧電縦効果を利用した圧電共振子
に比べて低い。そのため、圧電横効果を利用した圧電共
振子では、共振周波数と***振周波数との差ΔＦが比較
的小さい。このことは、圧電共振子を発振子やフィルタ
として使用したときに、帯域幅が小さいという欠点につ
ながる。そのため、圧電共振子やそれを用いた電子部品
において、特性の設計自由度が小さい。

【０００５】また、図２９に示す圧電共振子において
は、長さモードの１次共振を利用しているが、構造的
に、３次，５次などの奇数倍の高次モードや、幅モード
のスプリアスも大きく発生してしまう。スプリアスを抑
制するために、研磨加工を施したり、質量を付加した
り、電極形状を変更するなどの対策が考えられるが、こ
れらは製造コストの上昇につながる。

【０００６】さらに、圧電体基板が平面視長方形の板状
であるため、強度的な制約からあまり厚みを薄くするこ
とができない。そのため、電極間距離を小さくできず、
端子間容量を大きくすることができない。これは、外部
回路とのインピーダンス整合をとる場合に、極めて不都
合である。また、複数の圧電共振子を直列および並列に
交互に接続し、ラダーフィルタを形成する場合、減衰量
を大きくするためには直列共振子と並列共振子の容量比
を大きくする必要がある。しかしながら、上述のように
形状的な限界があり、大きい減衰量を得ることができな
い。

【０００７】また、図３０に示す圧電共振子では、拡が
りの３倍波や厚みモードなどのスプリアスが大きく発生
する。さらに、この圧電共振子では、長さ振動を利用す
る圧電共振子に比べて、同じ共振周波数を得るためにサ
イズが大きくなり、小型化が困難である。また、複数の
圧電共振子を用いてラダーフィルタを形成する場合、直
列共振子と並列共振子の容量比を大きくするために、直
列に接続される共振子の厚みを大きくするだけでなく、
圧電体基板の一部にのみ電極を形成して容量を小さくす
る手法が採用されている。この場合、部分電極にするこ
とによって、容量だけでなく共振周波数と***振周波数
との差ΔＦも低下してしまう。それに合わせて、並列に
接続される共振子についても、ΔＦを小さくしなければ
ならず、結果的に圧電体基板の圧電性を有効に生かせ
ず、フィルタの通過帯域幅を大きくできないという問題
がある。

【０００８】さらに、圧電共振子を用いて電子部品を作
製する場合、絶縁体基板上のパターン電極と圧電共振子
との接続のために、リード線を用いる必要があり、製造
コストが高くなってしまう。また、パターン電極上に支
持部材が形成され、さらにその上に圧電共振子が固定さ
れる。しかしながら、正確に圧電共振子の中央部を支持
部材上に配置するには厳格な精度が要求され、保持位置
がずれると、圧電共振子の振動が漏れ、良好な特性を得
ることができない。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、ス
プリアスが小さく、共振周波数と***振周波数との差Δ
Ｆが大きく、ΔＦや容量値などを調整することができ、
特性の設計自由度の大きい圧電共振子とその製造方法を
提供することである。さらに、この発明の目的は、安価
に作製することができ、しかも特性の劣化を抑えること
ができる圧電共振子を用いた電子部品を提供することで
ある。また、この発明の他の目的は、このような圧電共
振子を簡単に、かつ大量に製造することができる、圧電
共振子の製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、長手方向を
有する基体と、基体の少なくとも一部を構成する活性部
と、基体の長手方向と直交するように活性部内に配置さ
れ、その端部が基体の側面に露出する少なくとも１対の
内部電極と、基体の一側面の一端側において、この側面
に露出した内部電極を１つおきに被覆する第１の絶縁膜
と、基体の一側面の他端側において、この側面に露出し
た内部電極のうち第１の絶縁膜で被覆されていない内部
電極を被覆する第２の絶縁膜と、基体の一側面の一端側
および他端側において長手方向に延びて形成され、この
側面の各端部側において絶縁膜に被覆されずに露出した
内部電極にそれぞれ接続される２つの外部電極とを含
み、活性部は圧電体で構成され、基体の長手方向に分極
されるとともに、基体の長手方向に電界を加えて、基体
に長さ振動モードの基本振動を励振させることを特徴と
する、圧電共振子である。この圧電共振子において、基
体の一側面において、２つの外部電極の間に溝を形成し
てもよい。また、基体の長手方向の中央部において、２
つの外部電極上に導電性の支持部材を形成してもよい。
また、この発明は、上述の圧電共振子を用いた電子部品
であって、パターン電極が形成された絶縁体基板を含
み、パターン電極に支持部材を介して圧電共振子の外部
電極が接続された、電子部品である。さらに、この電子
部品において、絶縁体基板に複数のパターン電極が形成
され、パターン電極に複数の圧電共振子の外部電極が接
続されて複数の圧電共振子がラダー型に接続されること
によりラダーフィルタとすることができる。また、この
発明は、複数の圧電体層と複数の内部電極とが積層され
た積層体を準備する工程と、積層体の内部電極の端部が
露出した面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成さ
れた積層体の面に外部電極を形成する工程と、外部電極
の上に導電材料で支持部材を形成する工程と、積層体の
外部電極形成面に溝を形成するとともに、溝と平行に積
層体を切断する工程とを含む、圧電共振子の製造方法で
ある。この圧電共振子の製造方法において、絶縁膜は市
松模様に形成され、絶縁膜の１つの列は内部電極の露出
部を１つおきに被覆し、かつ隣接する絶縁膜の列は互い
に異なる内部電極を被覆するようにされる。また、支持
部材は、積層体を切断したのちにその中央部に位置する
ように、あらかじめ内部電極と平行に延びて形成され
る。さらに、溝は絶縁膜の市松模様の隣接する列の間に
形成され、かつ積層体は絶縁膜の市松模様の列を横切る
ように切断される。ここで、積層体は、内部電極が交互
に対向面に引き出された積層体母材の対向面に分極用電
極を形成し、分極用電極間に直流電圧を印加することに
よって分極処理したのち、内部電極の面に直交するよう
に切断することによって形成される。

【００１１】この圧電共振子では、活性部の分極方向と
電界方向と振動方向とが一致する圧電縦効果を利用して
いる。そのため、振動方向が分極方向や電界方向と異な
る圧電横効果を利用した圧電共振子に比べて、電気機械
結合係数が大きくなり、共振周波数と***振周波数との
差ΔＦが大きくなる。また、圧電縦効果を利用すること
により、幅モードや厚みモードなどのような基本振動と
異なるモードの振動が発生しにくい。さらに、活性部に
電界を印加するための電極の数や間隔および大きさなど
を調整することにより、容量値を調整することができ
る。また、活性部のように振動しない不活性部を形成す
ることにより、不活性部をトリミングしたり質量を付加
することによって、ΔＦや共振周波数を調整することが
できる。

【００１２】この圧電共振子を用いて、発振子，ディス
クリミネータ，フィルタなどの電子部品を作製する場
合、パターン電極を形成した絶縁体基板上に圧電共振子
を取り付け、さらにキャップで覆うことによって、チッ
プ型の電子部品とすることができる。このとき、圧電共
振子は、２つの外部電極が基体の一側面に形成されてい
るため、リード線を用いることなく、フェイスボンディ
ングにより、圧電共振子をパターン電極に取り付けられ
る。さらに、予め支持部材を基体の中央部に形成してお
けば、圧電共振子をパターン電極上に取り付けたとき
に、圧電共振子のノード点を確実に支持することができ
る。

【００１３】また、積層体に絶縁膜、外部電極および支
持部材を形成したのち、溝を形成するとともに、積層体
を切断することにより、この発明の圧電共振子を大量に
製造することができる。

【００１４】

【発明の効果】この発明によれば、従来の圧電共振子に
比べて、共振周波数と***振周波数との差ΔＦが大きい
ため、広帯域の共振子を得ることができる。また、不活
性部を調整することにより、ΔＦを調整することができ
るため、圧電共振子の帯域幅を調整することができる。
さらに、この圧電共振子では、基本振動と異なるモード
の振動が発生しにくく、スプリアスが小さくなる。ま
た、圧電共振子の容量値を調整することができるため、
圧電共振子を回路基板などに実装するときに、外部回路
とのインピーダンス整合をとりやすい。

【００１５】さらに、この圧電共振子を用いて電子部品
を作製する場合、リード線を用いることなく圧電共振子
と絶縁基板上のパターン電極とを接続することができる
ため、安価に電子部品を製造することができる。また、
圧電共振子に支持部材を形成しておくことにより、圧電
共振子の振動が妨げられないため、良好な特性を有する
圧電部品を得ることができる。特に、複数の圧電共振子
を用いてラダーフィルタとしたときに、安価に製造する
ことができ、しかも良好な特性を有するラダーフィルタ
を得ることができる。

【００１６】また、この圧電共振子を用いれば、チップ
型の電子部品とすることができるので、回路基板などに
実装することが簡単である。このような電子部品におい
ても、圧電共振子の容量値を調整することによって、外
部回路とのインピーダンスマッチングをとることが容易
である。さらに、複数の圧電共振子を直列および並列に
交互に接続してラダー型フィルタを形成する場合、直列
接続される圧電共振子と並列接続される圧電共振子の容
量比を調整することにより、減衰量を調整することがで
きる。

【００１７】また、この発明の圧電共振子の製造方法に
よれば、上述のような効果を有する圧電共振子を大量に
製造することができる。したがって、このような圧電共
振子を安価に製造することができる。

【００１８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の圧電共振子の一
例を示す斜視図であり、図２はその図解図である。圧電
共振子１０は、たとえば直方体状の基体１２を含む。基
体１２は、たとえば圧電セラミック材料で形成される。
基体１２内には、複数の内部電極１４が形成される。内
部電極１４は、その面が基体１２の長手方向に直交する
ように形成される。基体１２は、図２の矢印で示すよう
に、１つの内部電極１４の両側において、互いに逆向き
となるように基体１２の長手方向に分極される。

【００２０】基体１２の一側面には、基体１２の長手方
向に延びる溝１５が形成される。溝１５は、基体１２の
幅方向の中央部に形成され、基体１２の一側面を２分割
している。さらに、図３に示すように、溝１５によって
分割された側面には、第１の絶縁膜１６および第２の絶
縁膜１８が形成される。基体１２の側面の溝１５で分割
された一方側では、内部電極１４の露出部が、１つおき
に第１の絶縁膜１６で被覆される。また、基体１２の側
面の溝１５で分割された他方側では、溝１５の一方側で
第１の絶縁膜１６に被覆されていない内部電極１４の露
出部が、１つおきに第２の絶縁膜１８で被覆される。た
だし、基体１２の両端部は分極されていない。

【００２１】さらに、基体１２の第１および第２の絶縁
膜１６，１８が形成された部分、すなわち溝１５の両側
には、外部電極２０，２２が形成される。したがって、
外部電極２０には第１の絶縁膜１６で被覆されていない
内部電極１４が接続され、外部電極２２には第２の絶縁
膜１８で被覆されていない内部電極１４が接続される。
つまり、内部電極１４の隣合うものが、それぞれ外部電
極２０および外部電極２２に接続される。また、外部電
極２０，２２の長手方向の中央部には、それぞれ支持部
材２４が形成される。これらの支持部材２４は、導電性
を有するように形成される。この場合、支持部材２４を
導電材料で形成してもよいし、絶縁物の表面に電極膜を
形成するなどの方法で導電性を付与したものでもよい。

【００２２】ここでは、溝１５の両側において、第１お
よび第２の絶縁膜１６，１８で内部電極１４の露出部を
被覆し、その上に外部電極２０，２２を形成したが、必
ずしも溝を形成する必要はない。たとえば、基体１２の
一側面において、絶縁膜１６，１８によって、基体１２
の幅方向の両端側で交互に内部電極１４の露出部を被覆
し、基体１２の長手方向に延びるように２列に外部電極
２０，２２を形成してもよい。この場合、基体１２には
溝が形成されていないが、隣合う内部電極１４は、それ
ぞれ別の外部電極２０，２２に接続される。

【００２３】この圧電共振子１０では、外部電極２０，
２２が入出力電極として使用される。このとき、基体１
２の両端部を除く部分では、隣合う内部電極１４間に電
界が印加されるため、基体１２は圧電的に活性となる。
しかしながら、基体１２の両端部においては、基体が分
極されず、しかも基体の両端面に電極が形成されていな
いために電界が印加されず、圧電的に不活性となる。し
たがって、基体１２の中央部に入力信号に対する活性部
２６が形成される。また、基体１２の両端部に入力信号
に対する不活性部２８が形成される。なお、不活性部２
８は、入力信号によって駆動力を発生しない部分を示し
ている。したがって、内部電極間に電界がかかっても、
それらの内部電極間が分極されていなければよい。ま
た、分極された圧電体層に電界がかからない構造であっ
てもよい。

【００２４】この圧電共振子１０を作製するには、図４
に示すように、まず圧電セラミックのグリーンシート３
０が準備される。グリーンシート３０の一方面上には、
たとえば銀，パラジウム，有機バインダなどを含む導電
ペーストが塗布され、導電ペースト層３２が形成され
る。導電ペースト層３２は、グリーンシート３０の一端
側を除いて全面に形成される。このグリーンシート３０
が、複数枚積層される。このとき、導電ペースト層３２
の形成されていない端部が交互に逆方向に配置されるよ
うに、グリーンシート３０が積層される。さらに、積層
体の対向する側面に導電ペーストが塗布されたのち焼成
することにより、図５に示すような積層体母材３４が形
成される。

【００２５】積層体母材３４内には、導電ペースト層３
２が焼成されることによって、複数の内部電極３６が形
成される。これらの内部電極３６は、交互に積層体母材
３４の対向部に露出している。そして、積層体母材３４
の対向部には、内部電極３６が１つおきに接続された分
極用電極３８，４０が形成される。これらの分極用電極
３８，４０に直流電圧を印加することによって、積層体
母材３４に分極処理が施される。このとき、積層体母材
３４内部においては、隣合う内部電極３６間に直流高電
界が印加されるが、その向きは交互に逆方向となる。そ
のため、積層体母材３４は、図５の矢印に示すように、
内部電極３６の両側で互いに逆方向に分極される。

【００２６】共振子の***振周波数は、積層体母材３４
の厚みで決まるので、これが所定の厚みに平面研磨され
る。次に、図６に点線で示すように、積層体母材３４
が、ダイサーなどで複数の内部電極３６に直交するよう
に切断される。それによって、図７に示すように、内部
電極３６の端部が露出した積層体４２が形成される。そ
して、図８に示すように、積層体４２の片面に、市松模
様となるように絶縁膜４４が形成される。なお、図８は
図７を簡略化した図であり、積層数を減らして示してあ
る。市松模様の内部電極３６に対して垂直方向の１つの
列においては、絶縁膜４４は、１つおきの内部電極３６
上に形成される。また、市松模様の隣接する列において
は、隣の列において絶縁膜４４が形成されていない内部
電極３６上に、絶縁膜４４が形成される。この積層体４
２の絶縁膜４４が形成された面に、図９に示すように、
スパッタリングなどによって外部電極４８が形成され
る。

【００２７】さらに、図１０に示すように、積層体４２
の中央部において、内部電極３６と平行になるように、
導電材料で形成された帯状の支持部材５０が形成され
る。つぎに、図１１に示すように、市松模様に形成され
た絶縁膜４４の隣接する列の間において、内部電極３６
の面に直交するように溝１５が形成される。そして、こ
れらの溝１５の間で積層体４２を切断することにより、
図１に示す圧電共振子１０が形成される。

【００２８】この圧電共振子１０では、外部電極２０，
２２に信号を与えることにより、活性部２６の互いに逆
向きに分極した圧電体層に、互いに逆向きの電圧が印加
されるため、圧電体層は全体として同じ向きに伸縮しよ
うとする。そのため、圧電共振子１０全体としては、基
体１２の中心部をノードとした長さ振動の基本モードが
励振される。

【００２９】この圧電共振子１０では、活性部２６の分
極方向，信号による電界方向および活性部２６の振動方
向が一致する。つまり、この圧電共振子１０は、圧電縦
効果を利用した共振子となる。このような圧電縦効果を
利用した圧電共振子１０は、分極方向および電界方向と
振動方向とが異なる圧電横効果を利用した圧電共振子に
比べて、電気機械結合係数が大きい。そのため、この圧
電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、共振周
波数と***振周波数との差ΔＦが大きい。したがって、
この圧電共振子１０では、帯域幅の大きい特性を得るこ
とができる。

【００３０】圧電縦効果と圧電横効果の違いを測定する
ために、図１２，図１３および図１４に示す圧電共振子
を作製した。図１２に示す圧電共振子は、４．０ｍｍ×
１．０ｍｍ×０．３８ｍｍの圧電体基板の厚み方向の両
面に電極を形成したものである。圧電体基板は、厚み方
向に分極されており、電極に信号を与えることによっ
て、長さ振動が励振される。図１３に示す圧電共振子
は、図１２に示す圧電共振子と同じ寸法で、圧電体基板
の長手方向の両面に電極を形成したものである。圧電体
基板は、長手方向に分極されており、電極に信号を与え
ることによって、長さ振動が励振される。また、図１４
に示す圧電共振子は、４．７ｍｍ×４．７ｍｍ×０．３
８ｍｍの圧電体基板の厚み方向の両面に電極を形成した
ものである。圧電体基板は厚み方向に分極されており、
電極に信号を与えることによって、拡がり振動が励振さ
れる。つまり、図１２および図１４に示す圧電共振子が
圧電横効果を利用しており、図１３に示す圧電共振子が
圧電縦効果を利用している。

【００３１】これらの圧電共振子について、共振周波数
Ｆｒと電気機械結合係数Ｋを測定し、その結果を表１，
表２および表３に示した。表１は図１２に示す圧電共振
子の測定結果であり、表２は図１３に示す圧電共振子の
測定結果であり、表３は図１４に示す圧電共振子の測定
結果である。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】これらの測定結果からわかるように、圧電
縦効果を利用した圧電共振子のほうが、圧電横効果を利
用した圧電共振子より電気機械結合係数Ｋが大きく、し
たがって共振周波数と***振周波数の差ΔＦが大きい。
また、圧電縦効果を利用した圧電共振子で最も大きいス
プリアスについては、長さの３倍波で電気機械結合係数
Ｋが１２．２％である。しかも、基本振動と異なる幅モ
ードにおける電気機械結合係数Ｋは４．０％と小さい。
それに対して、圧電横効果を利用した長さ振動の圧電共
振子では、幅モードにおける電気機械結合係数Ｋが２
５．２％と大きく、圧電横効果を利用した拡がり振動の
圧電共振子では、厚みモードにおける電気機械結合係数
Ｋが２３．３％と大きい。したがって、圧電縦効果を利
用した圧電共振子は、圧電横効果を利用した圧電共振子
に比べて、スプリアスが小さいことがわかる。

【００３６】また、この圧電共振子１０では、基体１２
の両端側に不活性部２８が形成されていることにより、
この不活性部２８を調整することにより、共振周波数を
調整したり、共振周波数と***振周波数の差ΔＦを調整
することができる。つまり、基体１２の長手方向の端面
を研磨したり、質量を付加したりして、圧電共振子１０
の帯域幅を調整することができる。

【００３７】さらに、この圧電共振子１０では、たとえ
ば活性部２６の層数を調整することにより、共振子の容
量を調整することができる。つまり、活性部２６は、圧
電体層と内部電極１４とが交互に積み重ねられた構造で
あり、電気的には並列に接続された構造である。活性部
２６の総厚みが同じで層数のみを変えた場合、１層の厚
みは層数に反比例するので、次のような関係が成り立
つ。共振子の容量∝（活性部の層数／１層の厚み）∝（活性
部の層数）² つまり、共振子の容量は、活性部２６の層数の２乗に比
例する。したがって、圧電共振子１０の活性部２６の層
数を調整することにより、容量を調整することができ、
容量の設計自由度が大きい。そのため、圧電共振子１０
を回路基板などに実装するとき、外部回路とのインピー
ダンス整合をとることが容易である。

【００３８】実施例として、圧電セラミックのグリーン
シート３０の片面に銀，パラジウム，有機バインダなど
を含む導電ペーストを塗布した後に交互に積層し、約１
２００℃の温度で一体的に焼成して、２０ｍｍ×３０ｍ
ｍ×３．９ｍｍの積層体母材３４を形成した。そして、
スパッタリングによって分極用電極３８，４０を形成
し、隣合う内部電極３６間に直流高電界を印加すること
によって、隣合う圧電体層の分極の向きが互いに逆向き
となるように分極処理を施した。積層体母材３４の厚み
を調整したのち切断して、１．５ｍｍ×３０ｍｍ×３．
８ｍｍの積層体４２を形成した。次に、積層体４２の一
側面に露出した内部電極３６上に市松模様となるように
絶縁膜４４を形成し、その上にスパッタリングによって
銀の電極を形成した。さらに、この電極上に支持部材５
０を形成し、溝１５を形成した。これをダイサーで切断
して、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×３．８ｍｍの圧電共振
子１０を形成した。

【００３９】この圧電共振子１０では、基体１２の内部
に１９枚の内部電極１４を形成し、これらの内部電極１
４を０．１９ｍｍのほぼ等しい間隔に配置した。そし
て、基体１２の両端側の３つの圧電体層に電界が印加さ
れないように、第１および第２の絶縁膜１６，１８を形
成した。したがって、基体１２の中央の１４枚の圧電体
層が活性部２６となり、両端側の各３層の圧電体層が不
活性部２８となる。この圧電共振子１０の容量は８３０
ｐＦで、図１５に示す周波数特性が得られた。比較例と
して、拡がり振動を行う圧電共振子の周波数特性が、図
１６に示される。図１５および図１６からわかるよう
に、この発明の圧電共振子１０は、拡がり振動の圧電共
振子に比べて、スプリアスが非常に少ない。

【００４０】また、活性部２６や不活性部２８は、その
形成位置によって、共振周波数と***振周波数の差ΔＦ
が変化する。たとえば、図１７に示すように、不活性部
２８を基体１２の両端部および中央部に形成することが
できる。圧電共振子１０の中央部から端部までの長さを
ａ、中央部から活性部２６の重心までの長さをｂ、活性
部２６の長さをｃ、基体１２の幅および厚みをそれぞれ
Ｗ，Ｔとしたとき、活性部２６の形成位置が変わること
によって、容量ＣｆおよびΔＦがどのように変化するか
を有限要素法で計算した。ここでは、ａ＝１．８９ｍ
ｍ、Ｗ＝Ｔ＝０．８ｍｍ、ｃ＝０．８６ｍｍとして、ｂ
／ａを変化させ、ΔＦと***振周波数Ｆａとの比ΔＦ／
Ｆａおよび容量Ｃｆを図１８に示した。図１８から、活
性部２４の位置にかかわらず、容量Ｃｆは変化しないこ
とがわかる。それに対して、活性部２６が基体１２の両
端に近づくほど、ΔＦが低下することがわかる。

【００４１】また、この圧電共振子１０では、活性部２
６と不活性部２８の割合を変えることによって、ΔＦを
変化させることができる。たとえば、図１および図２に
示す圧電共振子１０について、活性部２６の長さの基体
１２の長さに対する割合、つまり活性部比率を変えて、
共振周波数Ｆｒ，***振周波数Ｆａ，ΔＦおよびその変
化率を測定し、その結果を表４および図１９に示した。

【００４２】

【表４】

【００４３】図１９は、活性部比率が１００％のとき、
すなわち不活性部が存在しないときのΔＦを１００％と
し、活性部比率とΔＦの変化率との関係を示している。
図１９からわかるように、活性部比率が６５〜８５％の
ときΔＦが大きく、特に、活性部比率が７５％のときに
最大となっている。その値は、活性部比率が１００％、
すなわち不活性部がない場合に比べて、約１０％も大き
い。また、活性部比率が５０％のとき、活性部比率が１
００％のときとΔＦは同じである。したがって、ΔＦの
大きい圧電共振子を得ることを目的とするとき、活性部
比率を５０％以上にすればよい。

【００４４】また、この圧電共振子１０において、２０
層の圧電体層の中で１４層が活性部２４となっている場
合、その容量は８３０ｐＦであった。それに対して、同
じ材料および外形寸法で、活性部比率を１００％とし、
圧電体層の数を１層にした場合、すなわち基体１２の両
端面に電極を形成した場合、その容量は３．０ｐＦであ
った。さらに、２０層の圧電体層の全てを活性部２６と
した場合、その容量は１１８５．７ｐＦとなった。この
ように、圧電共振子１０を構成する基体１２の活性部２
６の圧電体層の層数を変えることによって、最大約４０
０倍の範囲で容量を変化させることができる。したがっ
て、圧電共振子１０の積層構造を変えることによって、
広い範囲で容量を選択することができ、その設計自由度
が大きくなっている。

【００４５】不活性部２８としては、図２０に示すよう
に、基体１２の端部側に電極を形成しないことによっ
て、電界が印加されないようにしてもよい。この場合、
基体１２の端部側においては、分極されていてもよい
し、分極されていなくてもよい。また、図２１に示すよ
うに、基体１２の端部側のみ分極しないようにしてもよ
い。この場合、電極１４間に電界が印加されても、分極
していない部分は圧電的に不活性となる。さらに、図２
２に示すように、基体１２が全て分極され、絶縁膜１
６，１８によって内部電極１４間に電界が印加されない
構造であってもよい。つまり、圧電体層が分極され、か
つ電界が印加されたときにのみ、圧電的に活性になるの
であり、それ以外は圧電的に不活性となる。図２１や図
２２に示す構成では、容量が不活性部にも形成されるこ
とになり、容量を大きくすることが可能となる。さら
に、図２２に示すように、基体１２の端面に、周波数調
整用や外部回路との接続のための引き出しなどの目的
で、小さい電極５２を形成してもよい。

【００４６】この圧電共振子１０を用いて、発振子やデ
ィスクリミネータなどの電子部品が作製される。図２３
は、電子部品６０の一例を示す斜視図である。電子部品
６０は、絶縁体基板６２を含む。絶縁体基板６２の対向
する端部には、それぞれ２つずつ凹部６４が形成され
る。絶縁体基板６２の一方面上には、２つのパターン電
極６６，６８が形成される。一方のパターン電極６６
は、対向する凹部６４間に形成され、その一端側から絶
縁体基板６２の中央部に向かって、Ｌ字状に延びるよう
に形成される。また、他方のパターン電極６８は、別の
対向する凹部６４間に形成され、その他端側から絶縁体
基板６２の中央部に向かって、Ｌ字状に延びるように形
成される。そして、絶縁体基板６２の中央部付近におい
て、２つのパターン電極６６，６８が、間隔を隔てて対
向するように形成される。これらのパターン電極６６，
６８は、絶縁体基板６２の端部から他方面に向かって、
回り込むように形成される。

【００４７】絶縁体基板６２の中央部におけるパターン
電極６６およびパターン電極６８の端部には、図２４に
示すように、たとえば導電接着剤などによって、圧電共
振子１０の支持部材２４が接続される。それによって、
圧電共振子１０の外部電極２０，２２は、絶縁体基板６
２上に固定されるとともに、パターン電極６６，６８に
電気的に接続される。

【００４８】さらに、絶縁体基板６２上に、金属キャッ
プ７４がかぶせられる。このとき、金属キャップ７４と
パターン電極６６，６８とが導通しないように、絶縁体
基板６２およびパターン電極６６，６８上に絶縁性樹脂
が塗布される。そして、金属キャップ７４がかぶせられ
ることによって、電子部品６０が作製される。この電子
部品６０では、絶縁体基板６２の端部から裏面に回り込
むように形成されたパターン電極６６，６８が、外部回
路と接続するための入出力端子として用いられる。

【００４９】この電子部品６０では、基体１２の長手方
向の中央部に形成された支持部材２４によって圧電共振
子１０が支持されているため、圧電共振子１０の端部が
絶縁体基板６２から離れた状態で配置され、振動が阻害
されない。また、圧電共振子１０のノード点である中央
部が支持部材２４によって固定されるとともに、外部電
極２０，２２とパターン電極６６，６８とが電気的に接
続される。このとき、支持部材２４は、予め圧電共振子
１０に形成されているため、圧電共振子１０のノード点
に正確に位置決めすることができる。したがって、パタ
ーン電極６６，６８側に突起状の支持部材を形成して、
その上に圧電共振子を置く場合に比べて、正確にノード
点の支持を行うことができる。そのため、圧電共振子１
０の振動漏れを防ぐことができ、良好な特性を得ること
ができる。また、圧電共振子１０の外部電極２０，２２
とパターン電極６６，６８との接続のためにリード線を
用いる必要がなく、安価に電子部品６０を製造すること
ができる。

【００５０】また、この電子部品６０は、ＩＣなどとと
もに回路基板などに実装され、発振子やディスクリミネ
ータとして用いられる。このような構造の電子部品６０
では、金属キャップ７４で密封・保護されているため、
リフロー半田などによる取り付けが可能なチップ部品と
して使用することができる。

【００５１】この電子部品６０を発振子として使用する
場合、上述の圧電共振子１０が用いられているので、ス
プリアスが小さく抑えられ、スプリアスによる異常発振
を防止することができる。また、圧電共振子１０の容量
値を自由に設定できるため、外部回路とのインピーダン
ス整合をとることが容易である。特に、電圧制御発振器
用の発振子として使用する場合、共振子のΔＦが大きい
ので、従来にはない広い周波数可変範囲を得ることがで
きる。

【００５２】また、この電子部品６０をディスクリミネ
ータとして用いる場合、共振子のΔＦが大きいという特
徴は、ピークセパレーションが広いという特徴につなが
る。さらに、共振子の容量設計範囲が広いため、外部回
路とのインピーダンス整合をとることが容易である。

【００５３】また、複数の圧電共振子１０を用いて、ラ
ダーフィルタを作製することができる。図２５は梯子型
の回路を有するラダーフィルタとして用いられる電子部
品の例を示す要部平面図であり、図２６はその要部分解
斜視図である。図２５および図２６に示す電子部品６０
では、絶縁体基板６２上に、４つパターン電極９０，９
２，９４，９６が形成される。これらのパターン電極９
０〜９６には、間隔を隔て一列に配置される５つのラン
ドが形成される。この場合、絶縁体基板６２の一端から
１番目のランドはパターン電極９０に形成され、２番目
のランドおよび５番目のランドはパターン電極９２に形
成され、３番目のランドはパターン電極９４に形成さ
れ、４番目のランドはパターン電極９６に形成される。

【００５４】これらのランドに、それぞれ圧電共振子１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの外部電極２０，２２に
形成された支持部材２４が取り付けられる。この場合、
図２７に示す梯子型の回路が得られるように、圧電共振
子１０ａ〜１０ｄが取り付けられる。そして、絶縁体基
板６２上に、金属キャップ（図示せず）がかぶせられ
る。

【００５５】この電子部品６０は、図２７に示すよう
な、梯子型の回路を有するラダーフィルタとして用いら
れる。このとき、たとえば２つの圧電共振子１０ａ，１
０ｄは直列共振子として用いられ、別の２つの圧電共振
子１０ｂ，１０ｃは並列共振子として用いられる。この
ようなラダーフィルタでは、並列の圧電共振子１０ｂ，
１０ｃの容量が、直列の圧電共振子１０ａ，１０ｄの容
量よりも格段に大きくなるように設計されている。

【００５６】ラダーフィルタの減衰量は、直列共振子と
並列共振子の容量比に左右される。この電子部品６０で
は、圧電共振子１０ａ〜１０ｄの積層数を変えることに
よって、容量を調整することができる。したがって、圧
電共振子１０ａ〜１０ｄの容量を調整することにより、
従来の圧電横効果を利用した圧電共振子を用いた場合に
比べて、少ない共振子数でより大きい減衰量をもったラ
ダーフィルタを実現することができる。また、圧電共振
子１０ａ〜１０ｄのΔＦが従来の圧電共振子より大きい
ため、通過帯域幅も従来の圧電共振子を用いたものより
広いものを実現することができる。

【００５７】このように、この発明の圧電共振子１０で
は、圧電縦効果を利用しているため、圧電横効果を利用
した従来の圧電共振子に比べて、ΔＦが大きくなり、広
帯域の共振子を得ることができる。さらに、スプリアス
の小さい圧電共振子を得ることができる。また、基体１
２を積層構造とすることにより、容量値を自由に設計す
ることができ、外部回路とのインピーダンス整合をとる
ことが容易である。さらに、活性部と不活性部の大きさ
や位置を調整することにより、ΔＦを調整することがで
きる。また、この発明の電子部品６０は、単純な構造で
あるため、安価に製造することができる。しかも、上述
のような圧電共振子１０の特性をもつ電子部品を得るこ
とができる。

【００５８】また、この発明の圧電共振子の製造方法を
採用すれば、上述のような特性を有する圧電共振子１０
を大量に製造することができる。したがって、安価に圧
電共振子１０を提供することができる。

【００５９】この発明の圧電共振子１０では、従来の圧
電共振子に比べて、設計できるパラメータが多く、それ
によって実現できる特性の範囲が著しく広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の圧電共振子の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示す圧電共振子の構造を示す図解図であ
る。

【図３】図１に示す圧電共振子に用いられる基体に絶縁
膜を形成した状態を示す平面図である。

【図４】図１に示す圧電共振子を作製するためにセラミ
ックグリーンシートを積層する状態を示す斜視図であ
る。

【図５】図４に示すセラミックグリーンシートからつく
られた積層体母材を示す図解図である。

【図６】図４に示す積層体母材の切断部分を示す図解図
である。

【図７】図６に示す積層体母材を切断した積層体を示す
図解図である。

【図８】図７に示す積層体に絶縁膜を付与した状態の平
面および側面を示す図解図である。

【図９】図８に示す積層体に外部電極を付与した状態の
平面および側面を示す図解図である。

【図１０】図９に示す積層体の外部電極上に支持部材を
形成した状態の平面および側面を示す図解図である。

【図１１】図９に示す積層体に溝を形成するとともに切
断して圧電共振子を作製する工程を示す図解図である。

【図１２】比較例としての圧電横効果を利用した長さ振
動をする圧電共振子を示す斜視図である。

【図１３】圧電縦効果を利用した長さ振動をする圧電共
振子を示す斜視図である。

【図１４】比較例としての圧電横効果を利用した拡がり
振動をする圧電共振子を示す斜視図である。

【図１５】この発明の圧電共振子の周波数とインピーダ
ンスとの関係を示すグラフである。

【図１６】従来の圧電共振子の周波数とインピーダンス
との関係を示すグラフである。

【図１７】基体の活性部と不活性部の分布を変えた圧電
共振子の例を示す図解図である。

【図１８】活性部の分布と容量およびΔＦ／Ｆａとの関
係を示すグラフである。

【図１９】活性部比率とΔＦとの関係を示すグラフであ
る。

【図２０】圧電共振子の不活性部の変形例を示す図解図
である。

【図２１】圧電共振子の不活性部の他の変形例を示す図
解図である。

【図２２】圧電共振子の不活性部のさらに他の変形例を
示す図解図である。

【図２３】上述の圧電共振子を用いた電子部品の一例を
示す分解斜視図である。

【図２４】図２３に示す電子部品における圧電共振子の
取り付け構造を示す側面図である。

【図２５】この発明の圧電共振子を用いたラダーフィル
タの一例を示す要部平面図である。

【図２６】図２５に示すラダーフィルタの要部分解斜視
図である。

【図２７】図２５に示すラダーフィルタの等価回路図で
ある。

【図２８】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の例
を示す図解図である。

【図２９】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の他
の例を示す図解図である。

【図３０】従来の圧電横効果の長さ共振子の取り付け構
造を示す分解斜視図である。

【符号の説明】１０圧電共振子１２基体１４内部電極１５溝１６第１の絶縁膜１８第２の絶縁膜２０外部電極２２外部電極２４支持部材２６活性部２８不活性部３０グリーンシート３２導電ペースト層３４積層体母材３６内部電極３８分極用電極４０分極用電極４２積層体４４絶縁膜４８外部電極５０支持部材６０電子部品６２絶縁体基板６４凹部６６パターン電極６８パターン電極７４金属キャップ９０パターン電極９２パターン電極９４パターン電極９６パターン電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者草開重雅京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者吉野博秀京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者井上二郎京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向を有する基体、前記基体の少なくとも一部を構成する活性部、前記基体の長手方向と直交するように前記活性部内に配
置され、その端部が前記基体の側面に露出する少なくと
も１対の内部電極、前記基体の一側面の一端側において、この側面に露出し
た前記内部電極を１つおきに被覆する第１の絶縁膜、前記基体の前記一側面の他端側において、この側面に露
出した前記内部電極のうち前記第１の絶縁膜で被覆され
ていない前記内部電極を被覆する第２の絶縁膜、および
前記基体の前記一側面の一端側および他端側において長
手方向に延びて形成され、この側面の各端部側において
前記絶縁膜に被覆されずに露出した前記内部電極にそれ
ぞれ接続される２つの外部電極を含み、前記活性部は圧電体で構成され、前記基体の長手方向に
分極されるとともに、前記基体の長手方向に電界を加え
て、前記基体に長さ振動モードの基本振動を励振させる
ことを特徴とする、圧電共振子。
【請求項２】前記基体の前記一側面において、前記２
つの外部電極の間に形成される溝を含む、請求項１に記
載の圧電共振子。
【請求項３】前記基体の長手方向の中央部において、
前記２つの外部電極上に形成される導電性の支持部材を
含む、請求項１または請求項２に記載の圧電共振子。
【請求項４】請求項３に記載の圧電共振子を用いた電
子部品であって、パターン電極が形成された絶縁体基板
を含み、前記パターン電極に前記支持部材を介して前記
圧電共振子の前記外部電極が接続された、電子部品。
【請求項５】前記絶縁体基板に複数の前記パターン電
極が形成され、前記パターン電極に複数の前記圧電共振
子の前記外部電極が接続されて複数の前記圧電共振子が
ラダー型に接続されることによりラダーフィルタとし
た、請求項４に記載の電子部品。
【請求項６】複数の圧電体層と複数の内部電極とが積
層された積層体を準備する工程、前記積層体の前記内部電極の端部が露出した面に絶縁膜
を形成する工程、前記絶縁膜が形成された前記積層体の面に外部電極を形
成する工程、前記外部電極の上に導電材料で支持部材を形成する工
程、および前記積層体の前記外部電極形成面に溝を形成
するとともに、前記溝と平行に前記積層体を切断する工
程を含む、圧電共振子の製造方法。
【請求項７】前記絶縁膜は市松模様に形成され、前記
絶縁膜の１つの列は前記内部電極の露出部を１つおきに
被覆し、かつ隣接する前記絶縁膜の列は互いに異なる前
記内部電極を被覆するようにした、請求項６に記載の圧
電共振子の製造方法。
【請求項８】前記支持部材は、前記積層体を切断した
のちにその中央部に位置するように、あらかじめ前記内
部電極と平行に延びて形成される、請求項７に記載の圧
電共振子の製造方法。
【請求項９】前記溝は前記絶縁膜の市松模様の隣接す
る列の間に形成され、かつ前記積層体は前記絶縁膜の市
松模様の列を横切るように切断される、請求項７または
請求項８に記載の圧電共振子の製造方法。
【請求項１０】前記積層体は、前記内部電極が交互に
対向面に引き出された積層体母材の前記対向面に分極用
電極を形成し、前記分極用電極間に直流電圧を印加する
ことによって分極処理したのち、前記内部電極の面に直
交するように切断することによって形成された、請求項
６ないし請求項９のいずれかに記載の圧電共振子の製造
方法。