JPH037162B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH037162B2 JPH037162B2 JP9526583A JP9526583A JPH037162B2 JP H037162 B2 JPH037162 B2 JP H037162B2 JP 9526583 A JP9526583 A JP 9526583A JP 9526583 A JP9526583 A JP 9526583A JP H037162 B2 JPH037162 B2 JP H037162B2
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- Japan
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- vibrating element
- axis
- piezoelectric
- degrees
- single crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
- H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は圧電振動素子、詳しくはリチウムナイ
オベート（LiNbO3）単結晶を用いた共振特性の
向上せしめられた圧電振動素子に関する。
オベート（LiNbO3）単結晶を用いた共振特性の
向上せしめられた圧電振動素子に関する。
(2) 技術の背景
水晶やリチウムタンタレート（LiTaO3）など
の圧電体に適当な電極を形成し、この電極に交流
電界を印加すると、圧電体は印加電界と等しい周
波数の応力を生じ、かつ印加電界の周波数が圧電
体の固有周波数に一致すると共振して強勢な振動
が得られる。そしてかかる振動子は高性能である
ため、通信装置などの発振回路、フイルタ、遅延
線等として広く用いられる。
の圧電体に適当な電極を形成し、この電極に交流
電界を印加すると、圧電体は印加電界と等しい周
波数の応力を生じ、かつ印加電界の周波数が圧電
体の固有周波数に一致すると共振して強勢な振動
が得られる。そしてかかる振動子は高性能である
ため、通信装置などの発振回路、フイルタ、遅延
線等として広く用いられる。
(3) 従来技術と問題点
第１図は従来のLiTaO3の単結晶を用いた圧電
振動素子の主要構成を示す斜視図で、同図を参照
すると圧電振動素子１は圧電体であるLiTaO3単
結晶の素板（以下単に素板と呼ぶ）２の対向主面
２ａおよび２ｂそれぞれに対向電極３および４を
パターン形成した構成のものである。
振動素子の主要構成を示す斜視図で、同図を参照
すると圧電振動素子１は圧電体であるLiTaO3単
結晶の素板（以下単に素板と呼ぶ）２の対向主面
２ａおよび２ｂそれぞれに対向電極３および４を
パターン形成した構成のものである。
かかる構成において対向電極３，４間に交流電
界を印加すると厚みすべりモードの振動が生じ、
この厚みすべり振動は曲線ａで模式的に示す如
く、円形電極３がある素板中央部を含む円形の広
い範囲にわたつて起り、この振動は中央部で強
く、周囲へ向かつて弱くなつている。
界を印加すると厚みすべりモードの振動が生じ、
この厚みすべり振動は曲線ａで模式的に示す如
く、円形電極３がある素板中央部を含む円形の広
い範囲にわたつて起り、この振動は中央部で強
く、周囲へ向かつて弱くなつている。
(4) 発明の目的
本発明は上記従来の問題点に鑑み、小型でかつ
機械結合係数の大きい振動特性の向上せしめられ
た圧電振動素子の提供を目的とする。
機械結合係数の大きい振動特性の向上せしめられ
た圧電振動素子の提供を目的とする。
(5) 発明の構成
そしてこの目的は本発明によれば、リチウムナ
イオベート単結晶の圧電体からなり、該圧電体の
対向主面が、Ｙ軸に垂直でＸ−Ｚ平面を主面とす
るＹ板をＸ軸のまわりにＹ軸からＺ軸の方向へ
165±５度の範囲内で回転させた回転Ｙ板の切出
し面で形成さし、且つ該対向主面の長手方向が前
記回転Ｙ板のＸ軸に対し90±５度の範囲内の角度
をもつ方向で切出された矩形の圧電体素板を有す
ることを特徴とする圧電振動素子を提供すること
によつて達成される。
イオベート単結晶の圧電体からなり、該圧電体の
対向主面が、Ｙ軸に垂直でＸ−Ｚ平面を主面とす
るＹ板をＸ軸のまわりにＹ軸からＺ軸の方向へ
165±５度の範囲内で回転させた回転Ｙ板の切出
し面で形成さし、且つ該対向主面の長手方向が前
記回転Ｙ板のＸ軸に対し90±５度の範囲内の角度
をもつ方向で切出された矩形の圧電体素板を有す
ることを特徴とする圧電振動素子を提供すること
によつて達成される。
(6) 発明の実施例
以下本発明実施例を図面により説明する。
本願の発明者は圧電体としてリチウムナイオベ
ート（LiNbO3）単結晶を用い、このLiNbO3単
結晶からのウエハ切出しにおいては、厚みすべり
フアーストモードの機械結合係数が大きく、かつ
厚みすべりスローモードの機械結合係数が小さい
面を選択し、またリチウムナイオベートのウエハ
における振動素子の形成においては、振動素子を
例えばストリツプ型とし、その矩形断面を振動変
化と直角になるよう選択した。
ート（LiNbO3）単結晶を用い、このLiNbO3単
結晶からのウエハ切出しにおいては、厚みすべり
フアーストモードの機械結合係数が大きく、かつ
厚みすべりスローモードの機械結合係数が小さい
面を選択し、またリチウムナイオベートのウエハ
における振動素子の形成においては、振動素子を
例えばストリツプ型とし、その矩形断面を振動変
化と直角になるよう選択した。
第３図は第２図に示すLiNbO3単結晶１１にお
けるＸ軸のまわりの回転角θ（deg）に対する機
械結合係数ｋ（以下単に結合係数と記す）の依存
性を示す線図で、同図において、縦軸は結合係数
ｋ、横軸は回転角θを表し、また曲線は厚み縦
モードにおける結合係数、曲線は厚みすべりス
ローモードにおける結合係数、曲線は厚みすべ
りフアーストモードにおける結合係数それぞれの
角度依存性を示す。これらの曲線が示す結合係数
の変化から厚みすべりフアーストモードの結合係
数が大きく厚みすべりスローモードのそれが小さ
い角度θは、矢印ｂおよびｃで示す35度と165度
付近である。
けるＸ軸のまわりの回転角θ（deg）に対する機
械結合係数ｋ（以下単に結合係数と記す）の依存
性を示す線図で、同図において、縦軸は結合係数
ｋ、横軸は回転角θを表し、また曲線は厚み縦
モードにおける結合係数、曲線は厚みすべりス
ローモードにおける結合係数、曲線は厚みすべ
りフアーストモードにおける結合係数それぞれの
角度依存性を示す。これらの曲線が示す結合係数
の変化から厚みすべりフアーストモードの結合係
数が大きく厚みすべりスローモードのそれが小さ
い角度θは、矢印ｂおよびｃで示す35度と165度
付近である。
上記２つの角度のうちウエハ切出し角度として
は、結合係数ｋが大きく、かつ第４図に矢印ｄで
示す如く変位方向Φ（deg）が小さく、ウエハ切
出し面と平行に振動波が進む。165゜とする。
は、結合係数ｋが大きく、かつ第４図に矢印ｄで
示す如く変位方向Φ（deg）が小さく、ウエハ切
出し面と平行に振動波が進む。165゜とする。
かかるウエハ切出しによつて厚み縦モードおよ
び厚みすべりスローモードの振動をおさえられた
ウエハが得られる。またウエハ切出し角度θは、
変位方向のθ＝165゜付近の角度依存性から±５度
の範囲で選択しても本発明の効果を損なうもので
はない。
び厚みすべりスローモードの振動をおさえられた
ウエハが得られる。またウエハ切出し角度θは、
変位方向のθ＝165゜付近の角度依存性から±５度
の範囲で選択しても本発明の効果を損なうもので
はない。
なお上記θ＝35゜の場合は、この角度での変位
方向θは約−1.5度であるため振動波は切出し面
と平行に進まないので切出し角度としない。
方向θは約−1.5度であるため振動波は切出し面
と平行に進まないので切出し角度としない。
第５図は切出し角度165度で切り出したウエハ
における振動波の進行方向を考察するために本願
の発明者によつて得られた直列抵抗Rs（Ω）のＸ
軸に対する度度依存性を示す線図で、同図におい
て縦軸は直列抵抗Rs、横軸はＸ軸に対する回転
角度φ（deg）を表し、直列抵抗Rsはφ＝90゜で最
小となる。従つて第６図に示す如く、振動波は切
出し角度165゜で切り出されたウエハ１２において
矢印ｅで示すＸ軸と直角な方向（φ＝90゜）に進
むことになり、圧電素子１３における圧電体素板
としてはその長手方向が矢印ｅの方向と同じにな
るよう矩形素板に切出して形成する。
における振動波の進行方向を考察するために本願
の発明者によつて得られた直列抵抗Rs（Ω）のＸ
軸に対する度度依存性を示す線図で、同図におい
て縦軸は直列抵抗Rs、横軸はＸ軸に対する回転
角度φ（deg）を表し、直列抵抗Rsはφ＝90゜で最
小となる。従つて第６図に示す如く、振動波は切
出し角度165゜で切り出されたウエハ１２において
矢印ｅで示すＸ軸と直角な方向（φ＝90゜）に進
むことになり、圧電素子１３における圧電体素板
としてはその長手方向が矢印ｅの方向と同じにな
るよう矩形素板に切出して形成する。
第７図はかくして形成された例えばストリツプ
型圧電振動素子１３の主要構成を示す斜視図で、
同図において１４はLiNbO3単結晶の圧電体素
板、１５は対向電極を示す。
型圧電振動素子１３の主要構成を示す斜視図で、
同図において１４はLiNbO3単結晶の圧電体素
板、１５は対向電極を示す。
かかる圧電素子１３における振動は同図に曲線
ｆで模式的に示す如く、素子１３の中央幅方向
（矢印ｅに直角な方向）全面において強い同等の
振動モードとなり、素板１４の両端に向かうにつ
れて弱くなる。かくして素板１４の小型化が可能
となる。
ｆで模式的に示す如く、素子１３の中央幅方向
（矢印ｅに直角な方向）全面において強い同等の
振動モードとなり、素板１４の両端に向かうにつ
れて弱くなる。かくして素板１４の小型化が可能
となる。
第８図は第６図において振動素子１３の長手方
向をφ＝90゜方向とした場合の上記ストリツプ型
圧電振動素子の共振特性（アドミツタンス）を示
す線図で、同図において横軸は印加交流の周波数
（ＭHz）、縦軸は共振強度（dB）を表す。同図を
参照すると、一つの強い共振ピークのみが周波数
4.4MHz付近に見出され、厚みすべりフアースト
モード以外の不要波によるスプリアスが現れない
高特性の共振が得られる。
向をφ＝90゜方向とした場合の上記ストリツプ型
圧電振動素子の共振特性（アドミツタンス）を示
す線図で、同図において横軸は印加交流の周波数
（ＭHz）、縦軸は共振強度（dB）を表す。同図を
参照すると、一つの強い共振ピークのみが周波数
4.4MHz付近に見出され、厚みすべりフアースト
モード以外の不要波によるスプリアスが現れない
高特性の共振が得られる。
第９図はストリツプ型振動素子の長手方向をＸ
軸と85度（φ＝85゜）をなす方向としてウエハよ
り切り出した素子の共振特性を示す図で、同図に
おいて符号ｈで示す小さなスプリアスが観測され
るが、第８図と同様の高特性の共振が得られる。
また第１０図は第９図の場合とは反対に角度φを
90度から５度増加してφ＝95゜として切り出した
振動素子の共振特性で、上記の場合と同様に高特
性の共振が得られる。
軸と85度（φ＝85゜）をなす方向としてウエハよ
り切り出した素子の共振特性を示す図で、同図に
おいて符号ｈで示す小さなスプリアスが観測され
るが、第８図と同様の高特性の共振が得られる。
また第１０図は第９図の場合とは反対に角度φを
90度から５度増加してφ＝95゜として切り出した
振動素子の共振特性で、上記の場合と同様に高特
性の共振が得られる。
第１１図はφを80度、また第１２図はφを100
度としてウエハより切り出した振動素子の共振特
性を示す線図で、いずれの場合も符号ｉまたはｊ
で示す不要波によるスプリアスが強く現れて共振
特性が悪くなつている。
度としてウエハより切り出した振動素子の共振特
性を示す線図で、いずれの場合も符号ｉまたはｊ
で示す不要波によるスプリアスが強く現れて共振
特性が悪くなつている。
かくして振動素子のウエハからの切出しにおい
ては、当該素子の長手方向がＸ軸となす角度φを
φ＝90±5゜とすることにより高い共振特性の振動
素子が得られる。
ては、当該素子の長手方向がＸ軸となす角度φを
φ＝90±5゜とすることにより高い共振特性の振動
素子が得られる。
(7) 発明の効果
以上詳細に説明した如く本発明によれば、リチ
ウムナイオベート単結晶を圧電体とする共振特性
の向上した圧電振動素子が提供され、またこの振
動素子はストリツプ型とすることにより小型化が
可能であるため、圧電振動素子の信頼性および機
能性向上に効果大である。
ウムナイオベート単結晶を圧電体とする共振特性
の向上した圧電振動素子が提供され、またこの振
動素子はストリツプ型とすることにより小型化が
可能であるため、圧電振動素子の信頼性および機
能性向上に効果大である。
第１図は従来の圧電振動素子の斜視図、第２図
は本発明実施例を説明するためのウエハ切出し面
を示す図、第３図はLiNbO3単結晶の機械結合係
数の角度依存性を、また第４図は変位方向の角度
依存性を示す図、第５図は本発明の切出し角度で
切り出したウエハにおける直列抵抗の回転角度依
存性を示す図、第６図は上記ウエハにおける振動
素子の切出し方向を説明するための図、第７図は
本発明に係わる圧電素子の斜視図、第８図から第
１２図までは本発明に係わる圧電振動素子の共振
特性を示す図である。 ２……LiTaO3単結晶圧電素板、３，４，１５
……対向電極、１１……LiNbO3単結晶、、１２
……ウエハ、１３……ストリツプ型圧電振動素
子、１４……LiNbO3単結晶圧電素板。
は本発明実施例を説明するためのウエハ切出し面
を示す図、第３図はLiNbO3単結晶の機械結合係
数の角度依存性を、また第４図は変位方向の角度
依存性を示す図、第５図は本発明の切出し角度で
切り出したウエハにおける直列抵抗の回転角度依
存性を示す図、第６図は上記ウエハにおける振動
素子の切出し方向を説明するための図、第７図は
本発明に係わる圧電素子の斜視図、第８図から第
１２図までは本発明に係わる圧電振動素子の共振
特性を示す図である。 ２……LiTaO3単結晶圧電素板、３，４，１５
……対向電極、１１……LiNbO3単結晶、、１２
……ウエハ、１３……ストリツプ型圧電振動素
子、１４……LiNbO3単結晶圧電素板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ リチウムナイオベート単結晶の圧電体からな
り、該圧電体の対向主面が、Ｙ軸に垂直でＸ−Ｚ
平面を主面とするＹ板をＸ軸のまわりにＹ軸から
Ｚ軸の方向へ165±５度の範囲内で回転させた回
転Ｙ板の切出し面で形成され、且つ該対向主面の
長手方向が前記回転Ｙ板のＸ軸に対し90±５度の
範囲内の角度をもつ方向で切出された矩形の圧電
体素板を有することを特徴とした圧電振動素子。 ２ 前記圧電振動素子をストリツプ型とすること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電振
動素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9526583A JPS59221023A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | 圧電振動素子 |
| US06/613,187 US4583019A (en) | 1983-05-30 | 1984-05-23 | Piezoelectric resonator using 165° Y-cut LiNbO3 |
| EP84303505A EP0127442B1 (en) | 1983-05-30 | 1984-05-23 | Piezoelectric resonator |
| DE8484303505T DE3484450D1 (de) | 1983-05-30 | 1984-05-23 | Piezoelektrischer resonator. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9526583A JPS59221023A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | 圧電振動素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59221023A JPS59221023A (ja) | 1984-12-12 |
| JPH037162B2 true JPH037162B2 (ja) | 1991-01-31 |
Family
ID=14132931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9526583A Granted JPS59221023A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | 圧電振動素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59221023A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6025312A (ja) * | 1983-07-22 | 1985-02-08 | Fujitsu Ltd | 圧電振動子 |
-
1983
- 1983-05-30 JP JP9526583A patent/JPS59221023A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59221023A (ja) | 1984-12-12 |
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