JPH0329206B2 - - Google Patents

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JPH0329206B2
JPH0329206B2 JP59047950A JP4795084A JPH0329206B2 JP H0329206 B2 JPH0329206 B2 JP H0329206B2 JP 59047950 A JP59047950 A JP 59047950A JP 4795084 A JP4795084 A JP 4795084A JP H0329206 B2 JPH0329206 B2 JP H0329206B2
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JP
Japan
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piezoelectric vibrator
constant
metal material
piezoelectric
manufacturing
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JP59047950A
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Takeshi Nakamura
Kenji Ando
Ikuo Matsumoto
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/05Holders or supports
    • H03H9/0595Holders or supports the holder support and resonator being formed in one body
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/42Piezoelectric device making

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

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12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は連
結部分16,16によつ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(ZnO)などからなる圧電薄膜18がたと
えばスパツタリングによつて形成される。この圧
電薄膜18は、連結部分16上を通つて基板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18の表面には、た
とえばアルミニウムなどからなる電極20が形成
される。この電極20は、1つの連結部分16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つて、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−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
L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、ウエツ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)によつて左右される。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つても、第2図に示すよう
に、厚みdの略中央に突起が生じ、充分な寸法精
度が確保できなかつた。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、圧電薄膜をスパツタリン
グによつ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つ
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を構成する恒弾性金属材料の
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、恒弾性金属材料の端
部を肉薄にするとほぼ同時にあるいはその後その
恒弾性金属材料の端部を他方主面側からエツチン
グすることによつて製造される。
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1
2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−ニツケル系合金すなわち42アロイ36アロイ
(インバ)、アンバおよびコエリンバなどが利用可
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がたとえばスパツタリング
によつて成膜されるが、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
(AlN)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、ニツケル、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L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14aが形成される。そし
て、残余の部分14bでは、従来と同じ板厚dを
有する。したがつて、全体としての機械的強度や
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1
4aの厚みはたとえばd/5〜6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、その端縁は第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14aにお
いてエツチングによつ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、したがつて寸
法精度がそれだけ向上されている。発明者等の実
験によれば、板厚dを100μmとし、肉薄部14
aの厚みを20μmとした場合、長さLのばらつき
は1つの端部において高々2μm程度であつた。
したがつて、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
あつても、端部が肉薄であるためたとえばレーザ
ビームによつ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をスパツタリングにより成膜する。ついで第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、たとえばフオトレジストによつて形
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26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、他方主面すなわち圧
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。したがつて、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10が得られるのである。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
る圧電振動子であつても、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で示すように、基板1
2がエツチング液26に浸漬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2
0を順次積層的に形成することによつて、肉薄部
を有する圧電振動子10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によつ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
にほぼ全面に亘つて圧電薄膜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
L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
であつても、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14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、別の構造によつて支持されるなら
ば振動体部分はそれ単体のものであつてもよいこ
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
つてもよい。
さらに上述の実施例では、振動モードとして拡
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11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
長さによつ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、
LiNb2O3、LiTa3O4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、先にプレス成
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
することによつて、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−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図
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図はこの発明が適用
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、18,1
9は圧電薄膜、14aは肉薄部を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 或る共振周波数で機械振動する振動体を含む
    圧電振動子であつて、 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
    分に比べて肉薄に形成されている、圧電振動子。 2 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項記載の圧電振動子。 3 前記振動モードは拡がり振動である、特許請
    求の範囲第2項記載の圧電振動子。 4 前記振動モードは屈曲振動である、特許請求
    の範囲第2項記載の圧電振動子。 5 前記振動モードは輪郭振動である、特許請求
    の範囲第2項記載の圧電振動子。 6 或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つて、 (a) 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、或る共振周波数で機械振動する振
    動体を準備するステツプ、 (b) 前記振動体の前記恒弾性金属材料の前記共振
    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ツプ、お
    よび (c) 端縁を規定するために前記恒弾性金属材料の
    前記端部を他方主面側からエツチングするステ
    ツプを含む、圧電振動子の製造方法。 7 前記ステツプ(b)は、前記長さ方向断面におけ
    る前記恒弾性金属材料のエツジ部分を一方主面側
    からエツチングするステツプを含む、特許請求の
    範囲第7項記載の圧電振動子の製造方法。 8 前記ステツプ(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7項記載の圧電
    振動子の製造方法。 9 前記ステツプ(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7項記載の
    圧電振動子の製造方法。 10 前記ステツプ(a)では恒弾性金属材料からな
    る素材を準備し、 前記ステツプ(b)ではプレス成形によつて前記恒
    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6項記載の圧電振動
    子の製造方法。 11 前記ステツプ(a)では恒弾性金属材料からな
    る素材を準備し、 前記ステツプ(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6項記載の圧電振動子の
    製造方法。 12 前記ステツプ(a)は(a−)恒弾性金属材
    料からなる素材を準備するステツプ、および(a
    −)前記ステツプ(b)および(c)の後に前記恒弾性
    金属材料の上に前記圧電薄膜を形成するステツプ
    を含む、特許請求の範囲第6項ないし第11項の
    いずれかに記載の圧電振動子の製造方法。 13 前記ステツプ(a)は(a−)恒弾性金属材
    料からなる素材を準備するステツプ、および(a
    −)前記ステツプ(b)および(c)の前に前記恒弾性
    金属材料の上に前記圧電薄膜を形成するステツプ
    を含む、特許請求の範囲第6項ないし第11項の
    いずれかに記載の圧電振動子の製造方法。
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