JPS60191511A - 圧電振動子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧電振動子とその製造方法に関し、特にたと
えば拡がり振動、屈曲振動或いは輪郭振動などの振動モ
ードを利用する音片形の圧電振動子とその製造方法に関
する。

（従来技術の説明） 第１図は、この発明の背景となるかつこの発明が適用さ
れる従来の音片形の圧電振動子の一例を示す斜視図であ
る。圧電振動子１０は、たとえばエリンバなどからなる
基板工２を含み、この基板１２は四角形の辺部分とそれ
に囲まれた島状の振動体部分１４を含む。島状の振動体
部分１４ば連結部分１６．１６によって辺部分を構成す
る対向する２辺に連結されて保持されている。振動体部
分１４の上面ないし一方主面上には、たとえば酸化亜鉛
（Ｚｎ○）などからなる圧電薄膜１８がたとえばスパッ
タリングによって形成される。この圧電薄膜１８は、連
結部分１６上を通って基板１２の辺部分にまで形成され
る。そして、振動体部分１４上に形成された圧電薄膜１
８の表面には、たとえばアルミニウムなどからなる電極
２ｏが形成される。この電極２０は、１つの連結部分１
６上を通して辺部分上の引出し電極２２まで延ばされる
。引出し電極２２と基板１２の辺部分の所定位置とにそ
れぞれ外部端子を接続し、それら外部端子間に電界を加
えることによって、圧電薄膜１８が形成された振動体部
分１４がたとえば拡がり振動モードで振動する。

第１図に示す圧電振動子では、振動モードがたとえば拡
がり振動であるとすると、その振動周波数は、ｆ＝Ｋ　
（１／Ｌ）で決まる。ここで、Ｋは定数、Ｌは第１図の
線ト］方向断面における振動体部分１４の長さである。

このように、圧電振動子の周波数を決定する大きな要因
の１つに長さしがある。

一方、従来、このような圧電振動子を形成するためには
、主として、ウェットエツチングが用いられている。エ
ツチングによる場合、エツチングは厚み方向と同じ速さ
でその長さ方向（面方向）にも進行するため、結局加工
寸法精度はその板厚ｄ　（第２図）によって左右される
。すなわち、板厚ｄと同じだけその長さ方向にも欠除さ
れてしまい、そのことが寸法精度を悪化させていた。そ
こで、従来、寸法精度を向上させるために、両面からエ
ツチングする方法が採用されていたが、この両面エツチ
ングによっても、第２図に示すように、厚みｄの略中夫
に突起が生じ、充分な寸法精度が確保できなかった。す
なわち、従来の両面エツチングでも板厚ｄの約１／１０
程度の寸法のばらつきがあり、それに応じて圧電振動子
の共振周波数もばらついていた。そしてこのような共振
周波数のばらつきを抑えるには寸法精度を向上させる必
要があり、寸法精度を向上させるには板厚ｄを薄くする
必要がある。しかしながら、板厚は、その機械的な強度
、圧電体との構成比率が変わることによる温度特性の変
化、圧電薄膜をスパッタリングによって成膜する際のそ
り応力などを考えれば、あまり薄くすることはできない
。このように、従来板厚に起因する寸法精度の限界は圧
電振動子の一層の小型化のためには大きな障害となって
いたのである。

（発明の目的） それゆえに、この発明の目的は、共振周波数のばらつき
の少ない圧電振動子を提供することである。

この発明の他の目的は、機械的強度等を損なうことなく
寸法精度を向上させて共振周波数のばらつきを抑えるこ
とができる圧電振動子の製造方法を提供することである
。

（発明の概要） この発明に係る圧電振動子は、簡単にいえば、機械振動
する振動体の共振周波数に関与する長さ方向断面におけ
る端部を一方主面側において残余の部分に比べて肉薄に
した、圧電振動子である。

そして、そのような圧電振動子は、簡単にいえば、端部
を肉薄にするとほぼ同時にあるいはその後その端部を他
方主面側からエツチングすることによって製造される。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかとな
ろう。

（実施例の説明） 第３図はこの発明の一実施例を示す断面図であり、第２
図に対応するものとして描かれている。

この圧電振動子１０は、たとえば、第１図に示す拡がり
振動を利用した圧電振動子である。基板１２はエリンバ
のような恒弾性金属材料からなるが、このような恒弾性
金属材料としては、その他に鉄−ニッケル系合金ずなわ
ち４２アロイ３６−ｒロイ（インハ）、アンバおよびコ
ニリンパなどが利用可能である。そして、基板１２の振
動体部分１４の表面には圧電薄膜１８がたとえばスバ・
ツタリングによって成膜されるが、このような圧電薄膜
１８の材料としては酸化亜鉛の他に窒化アルミニウム（
ＡｆｉＮ）などが利用可能である。また、電極２０の材
料としては、アルミニウム、ニッケル、銀および金など
が利用可能である。

この実施例では、振動体部分１４の長さし方向の端部に
おいて一方主面側からたとえばエツチングなどにより肉
薄部１４’ａが形成される。そして、残余の部分１４ｂ
では、従来と同し板厚ｄを有する。したがって、全体と
してのＲ械的強度や温度特性或いはそり応力などは従来
とほぼ同じにすることができる。一方、端部すなわち肉
薄部１４ａの厚みはたとえばｄ１５〜６とすることがで
き、そのような肉薄部１４ａをエツチングすると、その
端縁ば第４図に示すような形状になる。この第４図から
も判るように、肉薄部１４．ｌにおいてエツチングによ
って形成される突起は、従来のものに比べて非常に小さ
くなり、したがって寸法精度がそれだけ向上されている
。発明者等の実験Ｇこよれば、板厚ｄを１００μｍとし
、肉薄部１４ａの厚みを２０μｍとした場合、長さしの
ばらつきは１つの端部において高々２μｍ程度であった
。したがって、従来のものに比べて共振周波数のばらつ
きが非常に小さい圧電振動子が得られた。

そのため、周波数トリミング等の工程の簡略化が計れる
。また周波数トリミングを行なう場合であっても、端部
が肉薄であるためたとえばレーづ′ビームによって完全
に除去することができるので、トリミング加工も容易に
行なうことができる。

第５図は第３図実施例の製造方法を工程順次に示す断面
図である。まず第５図（Ａ）に示すように、恒弾性金属
材料からなる基板１２を準備する。

そしてその上に第５図（Ｂ）で示すように、圧電薄膜１
８をスパッタリングにより成膜する。つし）で第５図（
Ｃ）に示すように、基板１２の圧電薄膜１８が形成され
た同じ主面上に辺部分を規定するためのマスク２４を、
たとえばフォトレジストによって形成する。そして、第
５図（Ｄ）に示すように、その一体物をエツチング液２
６に浸漬し、エツチングする。このエツチングは両面エ
ツチングで行なわれるが、そのエツチング時間やエツチ
ング速度をコントロールすることにより、一方主面側に
おいてはより速くエツチングされ、他方主面ずなわち圧
電薄膜１８が形成されている面側においてはより遅くエ
ツチングされる。したがって、第５図（Ｅ）すなわち第
３図に示すように端部に肉薄部が形成された圧電振動子
１ｏが（Ｊ７．られるのである。このように、エツチン
グによれば肉薄部１４ａを形成するための加工と端部を
成形ないし規定するための加工とが同時にできるので、
肉薄部１４ａを有する圧電振動子であっても、従来の加
工時間と略同じ加工時間で製造することができる。

なお、第５図の例では基板１２に圧電薄膜１８を形成し
た後にエツチングするようにしたので、圧電薄膜１８を
エツチングのためのマスクとしても利用できるという利
点がある。

第６図は圧電振動子の製造方法の他の例を工程順次に示
す断面図である。第６図（Ａ）で準備した基板１２の表
面上に第６図（Ｂ）で示すようにエツチングマスク２４
および２８を形成する。マスク２４は基板の辺部分を規
定するために、マスク２８は振動体１４（第１図）の部
分を規定するために用いられる。その後第６図（Ｃ）で
示１ように、基板１２がエツチング液２６に？＋？Ｍさ
れエツチングされる。エツチングの後、第６図（Ｄ）に
示すようにエツチングマスクを除去し、その後、第６図
（Ｅ）すなわち第３図に示すように圧電薄膜１８および
電極２ｏを順次積層的に形成することによって、肉薄部
を有する圧電振動子１ｏが得られる。

第７図は圧電振動子の他の例を示す斜視図である。この
第７図に示す圧電振動子１１は、恒弾性金属材料からな
る基板１３を含み、この基板１３は連結部分１７によっ
て連結された辺部分と島状の振動体部分１５を含む。こ
の振動体部分１５上にはほぼ全面に亘って圧電薄膜１９
が成膜される。

この圧電薄膜１９は辺部分の一部にまで延びて形成され
、圧電薄膜１８上には電極２１および引出し電極２３が
形成される。

この実施例の圧電振動子１１は、第１図に示す圧電振動
子１０と異なり、屈曲振動を利用するものであり、連結
部分１７．１７が振動の節に形成される。そして、その
共振周波数は、ｆ＝Ｋ（ｄ／Ｌ２）で与えられる。ただ
し、ｄは基板の厚み、Ｋは定数、Ｌは長さである。そこ
で、この実施例の振動子１１では共振周波数に関与する
長さしの方向における振動体部分１５のエツジ部分が第
３図あるいは第４図に示すように肉薄に形成される。

このように屈曲振動を利用する圧電振動子であっても、
この発明が適用され得て、同様の効果が期待できるので
ある。

第１図および第７図の例では、いずれも、振動体部分１
４および１５が連結部分１６および１７を通してそれぞ
れ基板１２および１３の辺部分と連結された構造の圧電
振動子について説明した。

しかしながら、別の構造によって支持されるならば振動
体部分はそれ単体のものであってもよいことは勿論であ
る。またその形状も実施例に示した長方形ではなく、円
形あるいは正方形のものであってもよい。

さらに上述の実施例では、振動モートとして拡がり振動
あるいは屈曲振動を利用する圧電振動子１０あるいは１
１について説明した。しかしながら、その他の輪郭振動
等のように、共振周波数が長さによって影響を受ける振
動モードを利用するすべての圧電振動子について、この
発明は適用できるものである。

さらに、上述の実施例では、恒弾性金属材料の基板上に
圧電薄膜を成膜する構造の圧電振動子について説明した
。しかしながら、たとえば水晶。

Ｌ　１Ｎｂ２０３　、Ｌ　１Ｔａ３　ｏ４等の素材に電
極が形成されただけの圧電振動子についてもこの発明が
適用できることは勿論である。そして、恒弾性金属材料
からなる基板が用いられる場合には、先にプＩ／ス成形
や切削加工などにより肉薄にしておき、その後、他方面
側からのエツチングを行なうようにすればよい。

（発明の効果） 以上のように、この発明によれば、圧電振動子の共振周
波数に関与する長さ方向の端部を肉薄にすることによっ
て、その長さの寸法精度を従来に比べて飛躍的に向上さ
せることができる。そのために、共振周波数のばらつき
が少ない圧電振動子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となるかつこの発明が実施され
る圧電振動子の一例を示す斜視図である。 第２図は第１図の線■−Ｈにおける断面図である。 第３図はこの発明の一実施例を示す断面は１である。 第４図は第３図におけるエツジ部分を拡大して示す図解
図である。 第５図は圧電振動子の製造方法の一実施例を工程順次に
示す図である。 第６図は圧電振動子の製造方法の他の実施例を工程順次
に示す図である。 第７図はこの発明か適用される圧電振動子の他の例を示
す斜視図である。 図において、１０．１１は圧電振動子、１２゜１３は基
板、１４．１５は振動体部分、１８．１９は圧電薄膜、
１４ａは肉薄部を示す。 特許出願人　株式会社　利ト］」製作所代理人　弁理士
　岡　１１，１　全　啓（ばか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　成る共振周波数で機械振動する振動体を含む圧電振
   動子であって、 前記振動体の前記共振周波数に関与する長さ方向端部が
   その一方主面側において残余の部う３に比べて肉薄に形
   成されている、圧電振動子。 ２　前記振動子は圧電体からなり、前記圧電体の前記端
   部が一方主面側におい゛ζ肉薄にされている、特許請求
   の範囲第１項記載の圧電振動子。 ３　前記振動体は恒弾性金属材料とその上に形成された
   圧電薄膜とを含み、 前記恒弾性金属材料の前記端部が一方主面側において肉
   薄にされている、特許請求の範囲第１項記載の圧電振動
   子。 ４　前記振動体は主としてその長さが共振周波数を決定
   する振動モードで振動する、特許請求の範囲第１項ない
   し第３項のいずれかに記載の圧電振動子。 ５　前記振動モードは拡がり振動である、特許請求の範
   囲第４項記載の圧電振動子。 ６　前記振動モードは屈曲振動である、特許請求の範囲
   第４、項記載の圧電振動子。 ７　前記振動モードは輪郭振動である、特許請求の範囲
   第４項記載の圧電振動子。 ８　成る共振周波数で機械振動する振動体を含む圧電振
   動子の製造方法であって、 （ａ）機械振動する素材を準備するステップ、（ｂ）前
   記共振周波数に関与する長さ方向端部を一方主面側にお
   いて残余の部分より肉薄にするステップ、および （Ｃ）端縁を規定するために前記端部を他方主面側から
   エツチングするステップを含む、圧電振動子の製造方法
   。 ９　前記ステップ（ｂ）は、前記長さ方向断面における
   前記素材のエツジ部分を一方主面側からエツチングする
   ステップを含む、特許請求の範囲第８項記載の圧電振動
   子の製造方法。 ＩＯ前記ステップ（ｂ）および（ｃ）におけるエツチン
   グは、それぞれのエツチング時間が変えられて同時に行
   なわれる、特許請求の範囲第９項記載の圧電振動子の製
   造方法。 １１　前記ステップ（ｂ）および（ｃ）におけるエツチ
   ングは、そのそれぞれのエツチング速度が変えられて同
   時に行なわれる、特許請求の範囲第９項記載の圧電振動
   子の製造方法。 １２　前記ステップ（ａ）では恒弾性金１ｍ＋、４料か
   らなる素材を準備し、 前記ステップ（ｂ）ではプレス成形によって前記恒弾性
   金属材料の前記端部を一方主面側において肉薄にする、
   特許請求の範囲第８項記載の圧電振動子の製造方法。 １３　前記ステップ（ａ）では恒弾性金属材料゛からな
   る素材を準備し、 前記ステップ（ｂ）では切削加工により前記恒弾性金属
   材料の前記端部を一方主面側において肉薄にする、特許
   請求の範囲第８項記載の圧電振動子の製造方法。 １４　前記ステップ（ａ）では恒弾性金属材料からなる
   素材を準備し、 （ｄ）前記ステップ（ｂ）および（ｃ）を経た後に、前
   記恒弾性金属材料の素材上に圧電薄膜を形成するステッ
   プを含む、特許請求の範囲第８項ないし第１３項のいず
   れかに記載の圧電振動子の製造方法。 １５　前記ステップ（ａ）では恒弾性金属材料とその上
   に形成された圧電薄膜とを含む素材を準備し、その後前
   記ステップ（ｂ）および（Ｃ）が行なわれる、特許請求
   の範囲第８項ないし第１３項のいずれかに記載の圧電振
   動子の製造方法。