JPH027705A - 圧電振動素子とその周波数調整方法 - Google Patents

圧電振動素子とその周波数調整方法

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JPH027705A
JPH027705A JP15866488A JP15866488A JPH027705A JP H027705 A JPH027705 A JP H027705A JP 15866488 A JP15866488 A JP 15866488A JP 15866488 A JP15866488 A JP 15866488A JP H027705 A JPH027705 A JP H027705A
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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】 〔概要〕 リチウムナイオベートの単結晶を使用した圧電振動素子
に関し、 圧電体を小型化すると共に実装を容易にする新規構成と
、その構成に適する共振周波数の新規調整方法の提供を
目的とし、 リチウムナイオベート単結晶を圧電体とする圧電振動素
子にして、断面四角形の棒状である該圧電体の電極形成
面を該単結晶の60度〜95度回転Y板の切り出し面と
し、一対の対向電極を同一の該電極形成面に形成したこ
とを特徴とし、一対の該対向電極を形成した面を該圧電
体の表面としたとき、共振周波数の調整は該圧電体の裏
面を機械的手段で削るごとを特徴とし構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はリチウムナイオベートの単結晶を使用した圧電
振動素子、特に圧電体を小型化すると共に実装を容易に
する構造上の改良および、新規構造の圧電振動素子に適
した共振周波数の調整方法に関する。
〔従来の技術〕
昭和58年5月30日付けて本出願人は、リチウムナイ
オベート単結晶の回転Y仮より切り出した圧電体の対向
主面に適当な電極を形成し該圧電体の厚さすべり振動を
利用した圧電振動素子(特願昭58−95265)につ
いて提案した。
上記特願昭58−95265の圧電振動素子は、リチウ
ムナイオベート単結晶からなる圧電体の対向主面を、該
単結晶において165度の回転Y板の切り出し面とし、
さらには、該圧電体の長平方向を該回転Y板のX軸に対
し90度方向とすることを特徴とし、IMIlz〜30
MHz帯用に広く使用されるようになった。
第6図は、従来の圧電振動素子を示す斜視図であり、圧
電振動素子1は圧電体2の対向主面(上面と下面)に対
向電極3を形成してなる。
対向主面から見た幅がH1長さがL2厚さがTである圧
電体2は、電極3の形成された対向主面をリチウムナイ
オベート単結晶の165度±15度回転Y板の切り出し
面としたものであり、電極3の一端からリード部3aが
延在し、リード部3aは対向主面の端部に形成した外部
接続端子4と接続されている。電極3に適当な電界を印
加し発生する圧電体2の厚みすべり振動は、図中に破線
5で示すように、長さし方向に変位し、かつ、対向主面
に近く変位量が大きくなる。
第7図は前記圧電振動素子をその搭載基板に実装した側
面図であり、絶縁基板6の上面には少なくとも一対の導
体層7を形成し、スペーサ8を介して搭載した圧電振動
素子1の接続端子4は、半田または導電性接着材9によ
って、対向する導体層7と電気的に接続される。このよ
うな圧電振動素子1の共振周波数の自動調整は、レーザ
トリミング装置や蒸着装置等を使用し、電極3の質量を
増減させて実施することになる。
かかる振動子において、断面四角形の棒状であるストリ
ップ型圧電体の寸法は、低周波になるに従って大形とな
る。即ち、例えば6Ml1z帯用の圧電体の寸法が0.
3mm Xo、5mm x 5mm程度であるのに対し
、2MHz帯用では圧電体の寸法が0.9mm Xo、
9mm x 7mm程度であり、2MHz用の圧電体は
6M Hz用の圧電体より容積比で7.6倍程度の大形
になる。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上説明したように、リチウムナイオベートの単結晶か
ら圧電体を切り出した従来の圧電振動素子は、低周波帯
用にあって圧電体が大形になるという問題点があった。
また、圧電体の対向主面の双方に駆動電極が形成される
ため、圧電体の厚さ方向にそれを基板等に搭載した←←
とき、上方の主面に形成した電極は、圧電体の側端面を
通って搭載基板の導体層と接続しなければならないとい
う構成上の不都合があった。
本発明の目的は、低周波帯用の圧電体を小型化すると共
に、その搭載を容易にし、さらに、従来のものより容易
な新規周波数調整方法を提供したものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の圧電振動素子は第1図によれば、リチウムナイ
オベート単結晶を圧電体12とする圧電振動素子11.
21にして、断面四角形の棒状である該圧電体12の電
極形成面を該単結晶の60度〜95度回転Y板の切り出
し面とし、一対の対向電極13または22を同一の該電
極形成面に形成してなることを特徴とし、 さらに、圧電体12の長さをlとしたとき、長さlの方
向を前記回転Y板のX軸に対し90度±5度の方向とし
たこと、 前記電極形成面から見た圧電体12の幅をり、厚さをt
としたとき、厚さtが幅りのA以下であること、 圧電体12の長さ2と幅りとの関係が、17h>8 であること、 対向電極22に接続する外部接続用端子23が、圧電体
12の長さl方向の端部かつ幅り方向の中央に形成しな
ることを特徴とし構成する、 並びに、周波数調整に際して、一対の対向電極13また
は22を形成した面を圧電体12の表面としたとき、該
圧電体12の裏面を機械的手段で削ることを特徴とする
ものである。
〔作用〕
上記手段によれば、リチウムナイオベート単結晶の60
度〜95度回転Y板から圧電体を切り出し、一対の対向
電極を該圧電体の同一面に形成したことによって、圧電
体は従来のものより薄くなって小型化し、かつ、実装を
容易ならしめると共に、その周波数調整は、表呈する圧
電体の裏面を機械加工手段で削ることにより、そのため
に必要とする設備費を大幅に低減できるようにした。
〔実施例〕
以下に、図面を用いて本発明による圧電振動素子を説明
する。
第1図は本発明の実施例による圧電振動素子の斜視図で
ある。
第1図(イ)において、圧電振動素子11は圧電体12
の上面(または下面)に一対の対向電極13を形成して
なる。対向電極13の形成面より見たとき、幅り、長さ
1.厚さtである圧電体12は、リチウムナイオベート
単結晶の60度〜95度の回転Y板(ウェーハ)の切り
出し面が、対向電極13の形成面であり、各電極13の
一端から圧電体12の縁に沿った直状に延在するリード
部13aは、圧電体12の長手方向の端部、かつ、電極
13と同一面に形成した外部接続用端子14と接続する
電極13に適当な電界を印加し発生する圧電体12の幅
すべり振動、即ち従来の圧電振動素子1の厚みすべり振
動に相当する幅すべり振動は、図中に破線15と矢印で
示すように、長さl方向に変位し、その変位量は長手方
向の側面(振動の対向主面)に近く大きくなる。
かかる圧電体12は、従来の圧電体2を第善図に一点鎖
線で示すように、矢印A方向へ厚さtとなるように割断
したものに相当し、対向電極13の形成面は圧電体2の
前面に相当する。そして、共振周波数が同一である従来
の圧電体2と本発明による圧電体12の寸法関係はA#
L、h#Tとなり、圧電体12の厚さtは圧電体2の幅
Hの2以下になる。
即ち、従来の2MHz用圧電振動素子1において圧電体
2が、幅がH=0.9 mm、厚さT=0.9mmP長
さL=7mmであるのに対し、本発明による2MHz用
圧電振動素子11の圧電体12は、その実施例において
長さ1−7 mm、幅h =0.9 mm、厚さt=0
゜3mmとなり、電極13の長さf’=4nun、電極
13の対向間隙g=0.5mmとしたとき、共振抵抗が
80Ωであった。
第1図(0)において、圧電振動素子21は圧電体12
の上面(または下面)に一対の対向電極22等を形成し
てなる。前述の圧電振動素子11と同一の圧電体12を
使用し、対向電極13と同一面に対向電極22等を形成
した圧電振動素子21は、外部接続用端子23を圧電体
12の電極22と同一面の長さ方向の端部かつ幅方向の
中央に形成し、対向電極22の端部から導出されほぼ7
字形状のリード部22aが外部接続用端子23に接続さ
れてなる。
かかる圧電振動素子21において、電極22に適当な電
界を印加したとき発生ずる幅すべり振動とアドミッタン
ス特性は、圧電振動素子11のそれと同等になるが、後
述するように圧電振動素子21をその搭載基板に実装し
たとき、外部接続用端子23を圧電体12の幅方向の中
央に設けたことによって、該基板との接続が係わるアド
ミッタンス特性に安定性が得られる。
リチウムナイオベート単結晶からなる圧電体の対向主面
に駆動電極を形成した特願昭58−95265の圧電振
動素子において、該対向主面を該単結晶の16565度
回転Y板り出し面とし、その圧電体の長手方向を該回転
Y板のX軸に対し90度方向とすることを提案したが、
その厚みすべり振動を幅すべり振動とした本発明の圧電
振動子は、リチウムナイオベート単結晶の75度(16
5度−90度)回転Y板の切り出し面に駆動電極を形成
し、圧電体の長さ方向を75度回転Y板のX軸に対し9
0度方向とすることで、振動特性の優れることが容易に
想定される。
第2図は本発明の圧電体を切り出す回転Y板における回
転角度依存性を測定した図であり、共振抵抗が300Ω
の実用範囲に納まる回転Y板の回転角度は60度〜95
度となる。従って、本願発明による圧電体12を切り出
すリチウムナイオベート単結晶のウェーハは、60度〜
95度回転Y板が適当であり、特に70度〜85度回転
Y板を使用した圧電体12の共振抵抗は、100Ω以下
の優れた特性が得られることになる。
第3図はリチウムナイオベート単結晶の75度回転Y板
から切り出した圧電体の長さ方向をその単結晶のX軸に
対し90度の方向とした圧電振動子のアドミッタンス特
性である。
縦軸を共振レベル(dB)、横軸を周波数(MHz)と
した第3図において、図示の如く高周波交流電源51.
抵抗Rin、抵抗Rout、検出器52からなる測定回
路に圧電振動子11または21を接続して得られたアド
ミッタンス特性は、2.19MtIz付近に一つの強い
共振ピークが見出され、該ピークの近傍に不要波による
スプリアスが現れない高特性となる。
そして、リチウムナイオベート単結晶の75度回転Y板
から切り出した圧電体の長さ方向を該単結晶のX軸に対
し90度±5度の範囲で振らした圧電振動子11および
21について同様にアドミッタンス特性を測定したとこ
ろ、共振ピークの近傍に有害なスプリアスの現れること
がなかった。
なお、第1図の圧電振動子11および21において圧電
体12内の電界方向は、一方の電極13または22から
他方の電極13または22に向かうことになる。
そして、かかる電界によるスプリアスを抑制するには、
圧電体12の厚さtを薄くして、利用する伝播電界の方
向が成る程度揃ったものに限定すればよいことになり、
本発明では厚さt<H−hとすることによって、圧電体
内の伝播電界による不必要なスプリアスを抑制すること
に成功した。
圧電振動子11および21において、圧電体12の長さ
lと幅りの比率はその等個直列抵抗に関係し、圧電振動
子11および21に有害なスプリアスは、等個直列抵抗
が大きくなると増大することが知られている。
第4図はE/hと等個直列抵抗との関係を示す図であり
、等個直列抵抗は1/hが8以下になると急激に増加し
、スプリアスもその範囲において発生、増大するため、
本発明ではl/hを8以上とすることでアドミッタンス
特性に優れた圧電振動子11および21が得られた。
第5図は本発明による圧電振動子の実装例とその周波数
調整方法を説明するための側面図であり、搭載基板6の
上面には圧電振動子11(または21)の外部接続端子
14(または23)に対応する導体層7を形成し、導体
層7の上にはスペーサ8を搭載してなる。そして圧電振
動子11は、電極13が下を向くようにして、端子14
とスペーサ8とを半田または導電性接着材9等で接続す
る。
かかる圧電振動子11 (または21)において、電極
13 (または22)の形成面を圧電体12の表面とし
たとき、実装後に表呈する圧電体12の裏面をサンドブ
ラスト等の機械加工手段で削って厚さtをΔtだけ薄く
する、例えば1=6h〜toh、t=5/8・h〜27
8・hの圧電体12を使用した振動子11の共振周波数
は、長さlの1/100量だけ厚さLを薄(することで
、1.5%程度高い方向に調整されるようになる。
なお、電極の質量を増減させる従来の周波数調整には、
エツチングまたはめっきを利用する方法、レーザトリミ
ング方法、蒸着方法が利用されているが、乾式であり自
動調整が可能であるレーザトリミング装置または蒸着装
置の設備費は通常のもので数千万円である。しかるに、
サンドブラスト装置を利用した周波数自動調整設備は、
数百万円程度であり、レーザトリミングおよび蒸着を利
用するものより安価に、設備を整えることができるよう
になる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、リチウムナイオベ
ート単結晶の60度〜95度回転Y板から圧電体を切り
出し、一対の対向電極を該圧電体の同一面に形成したこ
とによって、圧電体は従来のものより薄くなって小型化
し、かつ、実装を容易ならしめると共に、圧電体の厚さ
と幅および長さと幅の相対関係について振動特性を高め
る規制を付与し、従来のものと性能が同程度であり小型
化した圧電振動素子を提供し、その周波数調整は表呈す
る圧電体の裏面を機械加工手段で削ることにより、周波
数調整に必要とする設備費を大幅に低減できるようにし
た効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による圧電振動素子、第2図は
本発明の回転Y板における回転角度依存性を示す図、 第3図は本発明の実施例におけるアドミッタンス特性図
、 第4図はl/hと等個直列抵抗との関係を示す図、 第5図は本発明による圧電振動子の実装例とその周波数
調整方法の説明図、 第6図は従来の圧電振動素子、 第7図は従来の圧電振動素子の実装例、である。 図中において、 11.21は圧電振動素子、 12は圧電体、 13.22は電極、 14.23は外部接続用端子、 hは圧電体の幅、 lは圧電体の長さ、 tは圧電体の厚さ、 を示す。 絖明め火抱例1−J:ろ万電坂動索チ 第 1 図 (A) Go    70   80    ’10(、度)回
転角度 本奈明の回転わ坂1一方・fすが丑転角度依存・j生と
示す図第 2 図 (、fl) f2/江と尊イ面直タ11抵抗との関係と示す図$ 4
 図 Cd B) 2.15  2J8   2,2j   2,2422
7   2.3周  ノt  (更       (M
目2)本完日月の寅施發1is、31するアドミ・・/
夕〉又特住図第3図 従来の圧電板動索) 第 6 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)リチウムナイオベート単結晶を圧電体(12)と
    する圧電振動素子にして、断面四角形の棒状である該圧
    電体(12)の電極形成面を該単結晶の60度〜95度
    回転Y板の切り出し面とし、一対の対向電極(13、2
    2)を同一の該電極形成面に形成してなることを特徴と
    する圧電振動素子。 (2)前記圧電体(12)の長さをlとしたとき、長さ
    lの方向を前記回転Y板のX軸に対し90度±5度の方
    向としたことを特徴とする前記請求項1に記載した圧電
    振動素子。(3)前記電極形成面から見た前記圧電体(
    12)の幅をh、厚さをtとしたとき、厚さtが幅hの
    1/2以下であることを特徴とする前記請求項1または
    2に記載した圧電振動素子。 (4)前記圧電体(12)の長さlと幅hとの関係が、
    l/h>8 であることを特徴とする前記請求項1〜3の何れかに記
    載した圧電振動素子。 (5)前記対向電極(22)と同一面に形成された外部
    接続用端子(23)が、前記圧電体(12)の長さl方
    向の端部かつ幅h方向の中央に形成しなることを特徴と
    する前記請求項1〜4の何れかに記載した圧電振動素子
    。 (6)一対の前記対向電極(13、22)を形成した面
    を前記圧電体(12)の表面としたとき、共振周波数の
    調整は該圧電体(12)の裏面を機械的手段で削ること
    を特徴とする圧電振動素子の周波数調整方法。
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