JPH047909A

JPH047909A - 圧電共振子

Info

Publication number: JPH047909A
Application number: JP11125290A
Authority: JP
Inventors: Jiro Inoue; 二郎井上; Masao Gamo; 昌夫蒲生; Hiroshi Nakatani; 宏中谷
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1992-01-13
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JP2881251B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、厚み縦振動の２倍波を用いたエネルギー閉じ
込め型の３端子（二重モード〕圧電共振子に関する。

［背景技術］第７図に示すものは、厚み縦振動（以下、ＴＥモードと
記す）を用いた従来のエネルギー閉じ込め型の３端子（
二重モード）圧電フィルターである。この圧電フィルタ
ーにあっては、厚み方向に分極した圧電基板５１の表土
面に入力電極５３と出力電極５４を近接させて配置し、
表土面に入力及び出力電極５３．５４と対向させてアー
ス電極５２を形成してあり、ＴＥモード基本波を用いる
構造となっている。なお、第７図の矢印は、分極方向を
示している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、ＴＥモード基本波を用いた圧電フィルタ
ーの場合には、エネルギー閉じ込めを実現するためには
、圧電基板用材料としてポアソ゛ン比が１７３以上のも
のを用いる必要があった。つまり、ＴＥモード基本波の
場合には、第８図（ａ）（ｂ）に示すように、圧電基板
用材料のポアソン比によって分散曲線が変化する。第８
図（ａ）は（実効）ポアソン比が１７３以上の場合のＴ
Ｅモード基本波の分散曲線、第８図（ｂ）は（実効）ポ
アソン比が１７３以下の場合のＴＥモード基本波の分散
曲線であり、それぞれ縦軸は周波数ｆ、横軸は波数ｋ（
右半分はｋの実数領域、左半分はｋの虚数領域）である
。また、それぞれ実線ハは入出力電極やアース電極を設
けられていない無電極部における分散曲線、破線二は表
面に電極を形成された電極部における分散曲線であり、
電極部では圧電反作用や電極の質量負荷効果のために分
散曲線が低周波数側ヘシフトし、電極部における基本波
の遮断周波数ｆ１□が無電極部における基本波の遮断周
波数ｆ１゜よりも低下している（ｆｌｔ＜ｆｔ。）。

第８図（ａ）に示すように、ポアソン比が１／３以上の
場合には、遮断周波数ｆｉｌよりも高い周波数で電極部
における波数ｋが実数となり、遮断周波数ｆ１゜よりも
低い周波数では無電極部における波数ｋが虚数となるの
で、ｆ１□＜　ｆ　＜　ｆ　ｌｏの範囲の周波数ｆにお
いては、電極部で振動の伝搬モードが存在するが、無電
極部では振動が伝わらず減衰し、振動エネルギーの電極
部近傍における閉じ込めが実現する。

これに対し、ポアソン比が１７３以下の場合には、第８
図（ｂ）に示すように、遮断周波数ｆｉｌよりも低い周
波数で電極部における波数ｋが実数となり、遮断周波数
ｆ１ａよりも高い周波数では無電極部における波数ｋが
虚数となり、しかもｆ　ＩＩ＜　ｆ　１０であるので、
この場合には電極部で波数が実数で、且つ無電極部で波
数が虚数となる周波数領域は存在せず、振動エネルギー
の閉じ込めは不可能である。

したがって、ＴＥモード基本波を用いた圧電フィルター
においては、エネルギー閉じ込めを実現するためには、
ＰＺＴ系圧電セラミックスのように（実効）ポアソン比
が１／３以上の圧電材料を用いる必要があり、圧電基板
として使用可能な材料が限られていた。このため、温度
特性の良好な圧電材料、Ｑの高い材料、低損失材料、減
衰量の大きな材料など圧電基板用材料として好ましいも
のがあっても、ポアソン比が１７３以下の場合には使用
できず、十分な特性のフィルター等を得難かった。

また、第７図のような構造の圧電フィルターの使用周波
数を大きくするには、素子厚みを薄くすればよいが、高
周波域で使用できるようにすると、素子厚みが薄くなり
過ぎ、製造工程における加工や取り扱いが困難になると
いう問題があった。このため、使用周波数に限界があっ
た。

しかして、本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところはＴＥモモ−１倍
波の振動を利用可能な構造を備えたエネルギー閉じ込め
型の３端子圧電共振子を提供し、それによって上記従来
例の欠点を解消することにある。

［課題を解決するための手段］このため、本発明の圧電共振子は、厚み縦振動モードを
利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子であって、
圧電基板の一部領域のいずれか一方の主面に入力電極を
形成し、圧電基板の前記領域と隣接した別な領域のいず
れか一方の主面に出力電極を形成し、前記入出力電極の
うち少なくとも一方の電極に対向させて圧電共振子の主
面にアース電極を形成し、圧電基板の前記各電極を設け
た領域において圧電基板の厚み方向ほぼ中央の両側で互
いに逆向きに分極させたことを特徴としている。

Ｃ作用コ本発明にあっては、エネルギー閉じ込め振動の発生する
電極部分において、圧電基板の厚み方向ほぼ中央の両側
で分極方向を逆向きにしであるので、電極部分に２倍波
振動が励振され、３端子圧電共振子においてＴＥモモ−
１倍波の振動を利用できるようになった。

ＴＥモード基本波の場合には、エネルギー閉じ込めを実
現する条件として、ポアソン比が１７３以上の圧電材料
を用いる必要があったが、ＴＥモードの２倍波振動を利
用すれば、このような制限を受けない。したがって、ポ
アソン比が１７３以下であるために従来使用することの
できなかった圧電基板用材料も使用可能になり、従来よ
り広い範囲の圧電材料の中から圧電基板用材料を選択で
きるようになる。このため、これまで用いられている材
料よりも例えばＱが高く、温度特性のよい圧電基板用材
料を用いることができ、より温度特性が良好で、低損失
かつ減衰量の大きな３端子圧電共振子を製造できるよう
になる。

また、２倍波モードを用いれば、素子厚みを薄くするこ
となく使用周波数を２倍にできるので、基板強度が増し
、高周波用の３端子圧電共振子の製造や加工等が容易に
なる。

さらに、本発明にあっては、入力電極、出力電極及びア
ース電極を全て圧電基板の表面に設けている（特に、ア
ース電極を圧電基板の内部に設けていない）ので、これ
ら各電極の外部への引き出しを容易に行え、圧電共振子
の製作を容易にすることができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図は、本発明の一実施例の圧電共振子を示している
。圧電性セラミックスの焼成品である圧電基板１の内部
の厚み方向中央層には、近接させて一対の内部電極５，
５が形成されている。圧電基板１の表土面では、一方の
内部電極５と対向させて入力電極３が設けられ、他方の
内部電極５と対向させて出力電極４が設けられている。

また、圧電基板１の表土面では、菌内部電極５，５と対
向させて一つのアース電極２が設けられている。

圧電基板１は、内部電極５，５と入出力電極３゜４の間
ではＰｌの向きに分極しており、内部電極５．５とアー
ス電極２の間ではＰ２の向きに分極しており、内部電極
５，５の両側で分極方向が逆向きとなっている。なお、
内部電極５．５は分極処理用に用いられるものであって
、圧電共振子の製造後は特別に機能を果たすものではな
い。

しかして、この圧電共振子はエネルギー閉じ込め型共振
子であるので、内部電極５．５、アース電極２及び入出
力電極３．４は、圧電基板１の主面よりもノＪＸさな面
積を有し、圧電基板１の端縁にまで至らないように設け
られている（第２図参照）。

また、入出力電極３，４は、互いに同じ電極面積を有し
、対称的に配置されているので、対称モードと反対称モ
ードの振動が励振される二重モード共振子となっている
。さらに、電極部分では厚み方向に分極処理されていて
厚み縦振動を励振されると共に、圧電基板１の中央の上
下で分極方向が反転しており、基本波の１７２の波長を
有する２倍波振動が励振される。

このようなＴＥモードの２倍波に対する分散曲線の概略
を第６図に示す。縦軸は周波数ｆ、横軸は波数ｋ（横軸
の右半分は実数領域、左半分は虚数領域）であり、実線
イは圧電共振子の電極の設けられていない領域での分散
曲線、破線口は電極の設けられている領域での分散曲線
である。ＴＥモモ−１倍波では、ＴＥモード基本波と異
なり、ポアソン比が１７３以下の場合も１／３以上の場
合も同様に第６図のような分散曲線で表される。したが
って、ＴＥモモ−１倍波の場合には、電極部における２
倍波の遮断周波数ｆ２２と無電極部における２倍波の遮
断周波数ｆ２０の間の周波数ｆ（ｆｓ□くｆ＜ｆ、。）
では、電極部において波数ｋが実数となり、無電極部に
おいて波数ｋが虚数となり、ポアソン比の値に拘らず振
動エネルギーの閉じ込めが実現される。よって、従来用
いることのできなかったポアソン比が１７３以下の圧電
材料（例えば、Ｐｔ）ＴＩＯｓ、ＬＩＴａＯｓ、　Ｌｉ
ＮｂＯ３，Ｌ１２Ｂ４Ｏ７等）を用いることができるよ
うになり、多くの材料の中から用途に適したものを選択
することができ、例えばＱの高い材料や温度特性の良好
な材料を用いることができるようになり、圧電共振子の
温度特性の向上を図ることができる。また、より低損失
の圧電材料や、阻止帯域における減衰量を大きくできる
ような圧電材料を選択することができる。

しかも、２倍波を用いれば、素子厚みが同じであれば２
倍の共振周波数を持つ圧電共振子を製作でき、また同じ
共振周波数であれば素子厚みを２倍にできるので、高周
波用の圧電共振子を容易に実現できると共に、その製造
工程においても加工中の割れや欠けなどが生じにくく、
またグリーンシートの取り扱いも容易になるなど、製造
を容易に行える。

また、外部の回路と接続して用いられる入出力電極３，
４及びアース電極２は、圧電基板１の外面に設けられて
いるので、電極を引き出して外部電極等と接続するのも
簡単になり、圧電共振子の作製も容易になる。

第２図には、上記圧電共振子の製造方法の一例を示しで
ある。まず、通常のドクターブレード法等によって成形
された圧電セラミックスの２枚のグリーンシート６．７
のうち、一方のグリーンシート６の上面に電極ペースト
８を印刷して入力電極３及び出力電極４となる電極パタ
ーン３ａ、４ａを形成し、他方のグリーンシート７の上
面に電極ペースト８を印刷して、内部電極５．５となる
電極パターン５ａ、５ａを形成すると共にグリーンシー
ト７の下面にも電極ペースト８を印刷して、アース電極
２となる電極パターン２ａ（第２図では、グリーンシー
ト７の下面を表す破線の枠内に投影して示しである。）
を形成する。この後、各電極パターン３ａ、４ａ、５ａ
、５ａ、２ａの位置を合わせてグリーンシート６．７を
第２図の状態のまま積層し、グリーンシート６．７を圧
着させて圧電基板１を形成し、焼成する。ついで、全体
に分極用電圧を印加することにより、圧電基板１の全体
に分極処理を施してＰ１方向に分極させ、さらに内部電
極５，５とアース電極２の間に逆向き電圧を印加して分
極方向を反転させ、内部電極５．５とアース電極２の間
をＰ２方向に分極させる。

第８図に示すものは本発明の他例であり、圧電基板１の
中央に一対の内部電極５，５を形成し、一方の内部電極
５に対応させて表主面と表主面に各々入力電極３とアー
ス電極２を設け、他方の内部電極５に対応させて表主面
と表主面に各々アース電極２と出力電極４を設けである
。内部電極５゜５の同側では、分極方向が反転しており
、内部電極５．５と表主面の間ではＰ１方向に分極して
おり、内部電極５．５と表主面の間ではＰ２方向に分極
している。

第４図に示すものは本発明のさらに他例であり、圧電基
板１の中央に一対の内部電極５，５を形成し、一方の内
部電極５に対応させて表主面と表主面に各々入力電極３
とアース電極２を設け、他方の内部電極５に対応させて
表主面と表主面に各々ダミー電極θと出力電極４を設け
である。内部電極５．５の両側では、分極方向が反転し
ており、内部電極５，５と表主面の間ではＰ１方向に分
極しており、内部電極５．・５と表主面の間ではＰ２方
向に分極している。上記のダミー電極９は、回路には接
続しないものであり、質量負荷としての働きをするが、
必ずしも無くても差し支えない。

第５図に示すものは本発明のさらに他例であり、圧電基
板１の中央に一対の内部電極５，５を形成し、一方の内
部電極５に対応させて表主面と表主面に各々入力電極３
とダミー電極９を設け、他方の内部電極５に対応させて
表主面と表主面に各々アース電極２と出力電極４を設け
である。内部電極５，５の両側では、分極方向が反転し
ており、内部電極５，５と表主面の間ではＰ１方向に分
極しており、内部電極５，５と表主面の間ではＰ２方向
に分極している。上記のダミー電極９も回路には接続し
ないものであり、質量負荷としての働きをするが、必ず
しも無くても差し支えない。

なお、上記の各圧電共振子では、内部電極はいずれも２
つに分割されていたが、一体となっていても差し支えな
い。また、図示の各圧電共振子はエレメント状態のもの
であり、電子部品として用いられる場合には、両面に保
護基板を貼り合わせて両端に外部電極を形成したチップ
型部品としたり、リード端子を取り付けて外装樹脂によ
り外装されたりするものである。また、各図示例では、
入出力電極やアース電極に外部結線を施したように表し
であるが、外部電極との接続をとるための引き出し電極
やリード端子を半田付けするための電極部は、圧電基板
の表面に入出力電極等と一体に形成されるのが、一般的
である。さらに、上記実施例では、電極パターンは、電
極ペーストの印刷によって形成したが、スパッタリング
や真空蒸着等の方法で形成してもよい。

［発明の効果］本発明によれば、ＴＥモード２倍波を用いたエネルギー
閉じ込め型の３端子圧電共振子を製作することができる
ようになった。このため、圧電基板用材料としてポアソ
ン比が１７３以下のものを用いることができ、より多く
の材料の中から用途に適したものを選択でき、３端子圧
電共振子の温度特性の向上、低損失化、減衰量の増大等
を図ることができる。また、３端子圧電共振子の限界周
波数を大きくでき、高周波用共振子の製造を容易にでき
る。しかも、本発明によれば、入力電極、出力電極及び
アース電極を全て圧電基板の表面に設けているので、こ
れら各電極の外部への引き出しを容易に行え、圧電共振
子の製作を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同上
の製造過程を示す斜視図、第３図は本発明の他例を示す
断面図、第４図は本発明のさらに他例を示す断面図、第
５Ｉ２Ｉは本発明のさらに他例を示す断面図、第６図は
２倍波圧電共振子の電極部及び無電極部の分散曲線を示
す概略図、第７図は従来例の断面図、第８図（ａ）　（
ｂ）は同上の圧電共振子のポアソン比が１７３よりも大
きい場合と小さい場合のそれぞれの分散曲線を示す概略
図である。１・・・圧電基板２・・・アース電極３・・・入力電極４・・・出力電極ＰＩ、Ｐ２・・・分極方向を表すベクトル特許出願人　
株式会社　村田製作所代理人　　弁理士　中　野　雅　房第１図第３図第２図第４図第５図第図局浪数第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）厚み縦振動モードを利用したエネルギー閉じ込め
型の圧電共振子であって、圧電基板の一部領域のいずれか一方の主面に入力電極を
形成し、圧電基板の前記領域と隣接した別な領域のいず
れか一方の主面に出力電極を形成し、前記入出力電極の
うち少なくとも一方の電極に対向させて圧電共振子の主
面にアース電極を形成し、圧電基板の前記各電極を設け
た領域において圧電基板の厚み方向ほぼ中央の両側で互
いに逆向きに分極させたことを特徴とする圧電共振子。