JPH0435105A - 超薄板圧電共振子の電極構造 - 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） 本発明は基本波振動によって数１０乃至数１００ＭＨｚ
に及ぶ高い共振周波数を得ることのできる超薄板圧電共
振子の電極構造に関する。

（従来の技術） 近年、各種電子機器、通信機器においては、高周波化と
高い周波数安定度の要求が厳しくなっているが、従来よ
り圧電デバイス（振動子、フィルタ）として多用されて
きた一般のＡＴカット水晶振動子は温度−周波数特性は
極めて優れているもののその共振周波数は板厚に反比例
するため、製造技術及び機械的強度の観点より４０ＭＨ
ｚ程度が限界であった。

又、ＡＴカット水晶振動子の高調波成分を抽出して基本
波共振周波数の奇数倍の周波数を得る所謂オーバートー
ン発振手段も広く用いられているが、発振回路にコイル
を含むＬＣ同調回路を必要とするため発振回路を半導体
集積回路化する一］−で不都合がある上、容置比が大き
く、１つインビダンスレベルが高い為発振が困難になる
場合があるという欠陥があった。

方、インタディジタル・トランスジューサ電極の電極指
ピッチによって共振周波数が決定される弾性表面波共振
子は、フォトリソグラフィ技術の進歩によってＩＧＨｚ
程度の共振まで可能となってはきたが、これに使用し得
る圧電基板の温度−周波数特性がＡＴカット水晶に比し
て著しく劣るという問題があった。

上述の如き問題を解決するため、従来より第４図（ａ）
　　（ｂ）に示すごとき圧電共振子が研究されている。

即ち、この圧電共振子はＡＴカット水晶ブロック１の片
面の中央部に機械加工又はエツチングによって凹陥部２
を形成するとともに、凹陥部２の底面に位置する振動部
３の厚さを、例えば１００Ｍ　Ｉ−１ｚの基本波共振周
波数を得んとするならば約１７μｍとする。

凹陥部２を形成した結果、凹陥部２側のブロック面には
、超薄板状の振動部３の周縁部に厚肉の環状囲繞部（リ
ブ）４が前記振動部３と一体的に形成され超薄板状の振
動部を機械的に支持する。

上述した如き構造を有する圧電素板の凹陥内側壁を含む
全面に導体膜５を付着すると共に、その対向面側の振動
部３の表面に部分電極６及びこれから延びる電極リード
７を真空蒸着等の手法を用いて付着すれば、共振周波数
の極めて高い圧電共振子を得ることができる。

このような構造の圧電共振子は第５図に示す如きフラッ
ト型パッケージに収納するのに適する。

即ち、中央に凹状の収納空所８を有するセラミック等の
ケース９内に前記水晶ブロック１の凹陥部２をケース底
面に向けて収納し、環状囲繞部４の凹陥側の一周縁平面
を顔面に線状に塗布した導電性接着剤１０によって、収
納空所８の底面に露出しケースの壁を気密貫通するとと
もにケース外に突出或は露出する外部リートと接続した
導電性膜１１と機械的に固定すると共に電気的に接着す
るのが常識的且つ有利であろう。

なお、収納空所底面の導電性膜Ｉ＋はケース９内部を気
密的に貫通する接続導体を介してケースの底面角部に形
成した端子１２と接続する。

又、前記共振子の部分電極６から伸びた電極リド７の端
部に位置するバット７ａはワイヤボンディングによって
ケース内部の段差部１３上に形成したパッド１４と接続
するが、このパッドＩ４もケース９内部を気密的に貫通
ずる接続導体を介してケース底面の角部に形成した端子
１５と接続するものであることはいうまでもあるまい。

このように構成した超薄板圧電共振子において問題とな
るのは、カ」記凹陥部２側表面全体が導体膜５で覆われ
ているために、前記部分電極６から延びる電極リート７
との間にコンデンサが形成される結果、圧電共振子の容
量比が増大し、周波数の変動し得る幅が小さくなるとい
う点である。

即ち、電極リード７と凹陥側導体膜５との間にコンデン
サが形成されると、第６図に示す圧電共振子の等価回路
ににおける並列容量Ｃ６が増大して、圧電共振子の容量
比γ−Ｃ８／Ｃ，が増大するために、斯かるタイプの共
振子は電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の如く所定の範
囲内で発振周波数を変動せしめる必要のある発振回路へ
の適用が制限を受けるであろうし、又多重モードフィル
タ素子に適用せんとしても比鮫的広いバスバンドを要求
された場合には対応が困難であるという欠陥が予測され
る。

（発明の目的） 本考案は超薄板圧電共振子において予測される上述した
如き問題点に鑑みてなされたものであって、水晶等の圧
電ブロック表面に形成した凹陥部底面を超薄板状の圧電
振動部とした圧電共振子において、前記超薄肉の振動部
を介して電極と電極リートパターンとが相対面する結果
、コンデンサを形成し共振子の並列容量を増大させるこ
とに起因して発生する種々の不都合を解消することがで
きる超薄板圧電共振子の電極構造を提供することを目的
とする。

（発明の概要） 上記の目的を達成するため本発明に係る共振子は、少な
くとも超薄肉の振動部の一面に電極及びこれから伸びる
電極リードパターンを形成するとともに、該振動部の対
向面上の前記リートパターンと対応する領域を回避した
位置に対向電極たる導体膜を形成したことを特徴とする
。

（発明の実施例） 以下、添付図面に示した好適な実施例に基づいて本発明
の詳細な説明する。

実施例の説明に先立って、本発明の理解を助ける為本発
明の基礎となる超薄板圧電共振子が何故にその凹陥部に
前面電極を、その対向面側に部分電極を設ける如き電極
構成を採用するかについて少しく解説する。

第１に真空蒸着技術の観点から前述した如き圧電基板凹
陥側振動部に部分電極を、又該電極から前記凹陥の内側
壁及び段差を越えて幅の狭い電極リードを延長すること
は、圧電基板を水平面に対し傾けて蒸着を行なう等の面
倒な手法を用いればとも角、極めて困難であって電極リ
ードの導通確保に不安がある為、顔面を全面電極としい
ずれかの部分で必ず電極リートを確保し得るようにした
ものである。

第２に斯かるタイプの共振子は元来デバイスの超小型化
を目的とし、圧電基板のサイズは例えば３ｍｍＸ３ｍｍ
以下としたい。然りとすれば、枚の圧電ウニハートにバ
ッチ処理で一挙に多数のチップを形成し、最後にこれを
個々のチップに切断する製法を採用する。この場合、上
述したタイプの電極構成を採用すれば、ウェハーの一面
には単に導体膜の全面蒸着を行なえば足り、フォトマス
ク或はフォトリソグラフィ用マスクの微妙な位置合わせ
を要しないので、生産効率、歩留りを向上し、コストを
低減することができる。

以上の如き理由により、従来から本願発明者等によって
研究されていた超薄板圧電共振子は凹陥側表面に全面電
極を付着することを基本とするものであることに留意さ
れたい。

しかしながら、−上述した如き電極構成を用いれば、前
記振動部の板厚が極めて小さいこともあって該部表裏の
全面電極と、電極リード部との間に大容量のキャパシタ
が構成され、その結果共振器の容量比が大きくなり、種
々の不都合を生ずること前述の通りである。

この問題を解決するため、本発明に係る超薄板圧電共振
子は以下の如き電極構造をとる。

第１図（ａ）は本発明の基本的構成を示す平面図であっ
て、超薄板圧電ブロック】の凹陥２側に付した全面電極
５からその対向電極６より延びる電極リード７の振動部
３領域に対応する部分１６を除去したものである。

斯くする理由は前記振動部３はその肉厚が極めて小さく
、該部表裏に導体膜が存在すれば大なる容量のキャパシ
タを構成するからである。

これに比して前記環状囲繞部４はその肉厚が大であって
仮にその表裏に導体膜が存在してもさほど大なる容量を
有することがなく、共振子の容量比には重大な影響を与
えないと考えられるからである。

尚、上述した如き空白のある電極を構成するには圧電ブ
ロック１の凹陥２側にも然るべきマスクを付して導体の
蒸着を行なうか、或は導体の全面蒸着の後、フォトリソ
グラフィ技術を用いて不要導体膜を除去する必要があり
、工程が少しく複雑になる難点はあるが、これに要する
コストは共振子の諸特性の向上によって十分補償される
ものである。。

尚、同図［ｂ）は全面電極に対向する部分電極６の電極
リード７の幅が電極６の幅とほぼ等しい場合においては
電極リード７の側縁とこれと対向する全面電極から除去
すべき空白部１６の側縁との間隔ｄをほぼ前記環状囲繞
部４の厚さ程度とすることにより、振動部３を介しての
容量をほぼ無視し得る程度となるであろうことを示した
ものである。

しかしながら、前記部分電極６のリード部７と部分電極
６側縁に広がる対向導体膜との間でキャパシタが構成さ
れるので、これを除去するため同図（ｃ）に示す如く全
面電極中の導体膜を除去すべき部分を部分電極６の側縁
に対応する部分１７にまで拡張すれば効果的であろう。

ところで、上述した如く圧電ブロックｌの凹陥側に付す
全面電極の−・部を除去するには前述した如く然るべき
形状の蒸着マスク或はフォトリソグラフィ技術を用いる
必要がある。

然らば、同図（ｄ）又は（ｅ）に示す如く全面電極から
導体膜を除去すべき範囲を圧電ブロックｌの環状囲繞部
４における部分電極６の電極リード７に対向する部分に
まで拡張すれば、格別工数を増加することなく共振子の
容量比を低減するＬでより効果的であろう。

なお、１−述した如き共振子は前記第５図に示す如く前
記全面電極を付した圧電ブロックｌ凹陥側をパッケージ
９の底面に設けた導体膜１１と対面せしめ前記環状囲繞
部４の−・縁で導電性接着剤ｌＯを用いて機械的に固定
すると共に電気的に接続するが、その接着部位は第１図
（ｄ）に示すごとく部分電極６の電極リート７の延長方
向と対向する縁２０でも良いし、前記電極６をそのリー
ト７先端においてバ・・・ケージのリート端子パッド１
４とワイヤにて接続する際のポンディングを確実にする
ため同図（ｅｌに示す如く部分電極６のリート７を延長
した側の環状囲繞部表面１８でもよくこの場合のパッケ
ージングは第２図の如くなるう。

以上、本発明を圧電振動子に適用した場合について説明
し、だが、本発明は第３図に示す如く超薄板多重モート
フィルタにも同様に適用可能である。

多重子−ト圧電フィルタのうち最も一般的な２重モート
圧電フィルタは周知の如く、例えば圧電基板（この場合
には振動部３）の−面に近接した分割電極１９を、その
対向面に全面電極を設け、分割電極１９の両電極間に音
響結合を生ぜしめ、その結果励起する共振周波数の相異
なる２つの振動モードを利用してバンドパスフィルタを
構成するものである。

従って、分割電極１９からは夫々電極リート２１を圧電
ブロック１の縁部に引出す必要がある故、第３図（ａ）
に示ず如＜＋ｉ７記両装置ト２Ｉと環状囲繞部４内壁と
で包囲される領域２２から導体膜を除去すれば良い。

更に、同図（ｂ）に示す如＜　ｌ′ｉｉ前記領域２Ｉを
環状囲繞部４表面まで延長してもよい。

斯くすることによって圧電共振子の容里比γを通常の圧
電共振子と同等とすることが可能となるので、数１０乃
至１００　Ｍ　）−１７，の共振周波数を基本波振動に
よって得る振動子或はこの周波数を中心層ｅ数とするフ
ィルタ素子を超小型に形成し、しかもこれらの特性、殊
に共振周波数の可変幅、フィルタのバント幅を１−分大
きな値に確保することができる。

（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成するものであるから、超
薄板圧電共振子或はフィルタ素子の容計比を低い値に押
え、振動子にあっては共振周波数の可変幅を充分に確保
し、又フィルタ素子にあってはスプリアスを減少し、広
いパスバントを与える十で河しい効果があり、この効果
は電極形成に四する玉数増大を補って余りあるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｅ）は夫々本発明に係る超薄板圧電
共振子の電極構造の異なった実施例を示す平面図、第２
図は本発明に係る圧電共振子のパッケージ手法の一例を
示す断面図、第３図（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明を適
用した超薄板多重モードフィルタ素子の異なった実施例
を示す平面図、第４図（ａ）及び（ｂ）は夫々従来から
研究されていた超薄板圧電共振子の構造を示す斜視図及
びＸ−Ｘ断面図、第５図はそのパッケージ手法を示す断
面図、第６図は共振子の等価回路図である。 ｌ　・　・　・ ３　・　・　・ 全面電極 ド　　　　　Ｉ　　０ １６・・ 超薄板圧電ブロック　２・・・凹陥部 振動部　４・・・環状囲繞部　５・・−６・・・部分電
極　７・・・電極り ・・・導電性接着剤　１１・・・導体膜・空白部 特許出願人　東洋通信機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超薄肉の振動部と、該振動部周縁を支持する厚肉
   の環状囲繞部とを一体成形した圧電共振子において、該
   振動部の一面に電極及び該電極から伸びる電極リードパ
   ターンを形成するとともに、少なくとも該振動部の対向
   面上の前記リードパターンと対応する領域を回避した位
   置に対向電極を形成したことを特徴とする超薄板圧電共
   振子の電極構造。