JPH0725621U - 圧電振動素子及びそれを用いたチップ型圧電部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 圧電基板１２の長さ方向に分極処理が施さ
れ、厚み方向の両面に電極１１ａ、１１ｂが形成され、
１〜４ＭＨｚの周波数帯域において厚みすべり振動モー
ドを利用する圧電振動素子１０において、圧電基板１２
の厚さが圧電基板１２の幅より大きい圧電振動素子。 【効果】 圧電振動素子１０が用いられたチップ型圧電
部品において、小型化された圧電振動素子１０が導電性
接着剤１２により絶縁基板１３に固定されても振動が抑
制されずに良好に発振し、従って小型化されたチップ型
圧電部品を提供することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は圧電振動素子及びそれを用いたチップ型圧電部品に関し、より詳細に は厚みすべり振動モードを利用したレゾネータあるいはフィルタ等として使用す ることができる圧電振動素子及びそれを用いたチップ型圧電部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、電子部品の小型化に伴い、チップタイプの圧電部品、例えばチップ型レ ゾネータやチップ型フィルタなどが使用されるようになってきている。前記チッ プ型レゾネータやチップ型フィルタ等の圧電部品では使用する周波数帯域に応じ て、異なる振動モード、例えば厚み拡がり振動モード、厚み縦振動モード等が利 用される。従って、前記チップ型圧電部品では、これらの振動モードに適合する ように圧電基板に分極処理が施され、両主面に電極が形成された圧電振動素子が 、樹脂あるいはセラミックスケース等に収納、固定されている。

【０００３】 図５（ａ）はいわゆるエネルギー閉じ込め型の構造を有し、厚みすべり振動モ ードを利用した圧電振動素子を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は前記圧電 振動素子の模式的な側面図である。

【０００４】 この圧電振動素子２０では、圧電基板２２の上面に右側の端部を帯形状に残し て電極２１ａが形成され、一方圧電基板２２の下面に上面と反対側になる左側の 端部を同様の帯形状に残して電極２１ｂが形成されており、圧電基板２２の中央 部分のみ両主面に重複して電極２１ａ、２１ｂが形成されている。

【０００５】 このような構成の厚みすべり振動モードを利用した圧電振動素子２０は、主と して２〜８ＭＨｚ帯のレゾネータやフィルタ等に用いられており、エネルギー閉 じ込め型の構造により、リップルやスプリアス等の不要振動が抑制されている。 図６は前記構造を有する圧電振動素子２０が実際に用いられたチップ型圧電部 品を示した模式的な断面図である。

【０００６】 図５に示した形状に電極２１ａ、２１ｂが形成された圧電基板２２は、圧電基 板２２の電極形成面が絶縁基板１３の表面と平行になるように絶縁基板１３上に 配設され、圧電基板２２の下面に形成された電極２１ｂは絶縁基板１３に形成さ れた接続電極１４ｂに、圧電基板２２の上面に形成された電極２１ａは絶縁基板 １３に形成された接続電極１４ａに、それぞれ導電性接着剤１５を介して接続さ れ、固定されている。接続電極１４ａ、１４ｂは絶縁基板１３の下面にも同様に 形成され、上部の接続電極１４ａ、１４ｂと接続されているため、例えば配線基 板等（図示せず）に実装された場合は、この接続電極１４ａ、１４ｂを配線基板 上の配線と接続することによりチップ型圧電部品が作動するようになる。

【０００７】 また、絶縁基板１３上には、絶縁基板１３上の圧電基板２２を保護するために 箱型の保護キャップ１７が絶縁性接着剤１６により固定されている。なおこの場 合、圧電基板２２に形成された電極２１ａ、２１ｂが絶縁基板１３上に形成され た接続電極１４ａ、１４ｂと接続を確実にするために、圧電基板２２の側面にも 電極２１ｃ、２１ｄを形成することがある。

【０００８】 しかし、このエネルギー閉じ込め型の構造を有する圧電振動素子２０を使用し たチップ型圧電部品において、電極２１ａ、２１ｂの形状を図５に示したような 形にするだけでは十分にリップル等を抑制することは難しいという問題があった 。

【０００９】 このような問題に対処するため、例えば特開昭６０−９８７１１号公報におい ては、圧電基板２２の長さＬ₁ を５〜１５ｍｍとし、その幅Ｗ₁ と厚さＴ₁ との 比（Ｗ₁ ／Ｔ₁ ）を２．０〜６．０に限定することにより、リップル等の発生を 抑制している。

【００１０】 一方、圧電基板２２の両面全体に電極が形成され、厚みすべり振動モードを利 用した非エネルギー閉じ込め型構造の圧電振動素子も提案されている。

【００１１】 図７（ａ）は前記非エネルギー閉じ込め型の構造を有する圧電振動素子を模式 的に示した斜視図であり、（ｂ）は前記圧電振動素子を模式的に示した断面図で ある。

【００１２】 この圧電振動素子３０では、圧電基板２２の両面全体に電極２３ａ、２３ｂが 形成されているが、このような非エネルギー閉じ込め型構造の圧電振動素子３０ においても、スプリアス振動等を抑制するため、形状を特定する提案がなされて いる。

【００１３】 例えば特公平２−２８９２２号公報においては、圧電基板２２の幅Ｗ₂ と厚さ Ｔ₂ と長さＬ₂ との関係が下記の数１式及び数２式の関係になるようにその範囲 を限定して、スプリアス振動等の不要振動を抑制している。

【００１４】

【数１】 １．０Ｔ₂ ≦Ｗ₂ ≦１．５Ｔ_２

【００１５】

【数２】 １．５Ｗ₂ ≦Ｌ₂ ≦４．０Ｗ₂ このように、従来の圧電振動素子２０、３０においては、リップルやスプリア ス等の不要振動を抑制するために、その形状を特定しているが、通常圧電振動素 子２０、３０の厚さＴ₁ 、Ｔ₂ よりも幅Ｗ₁ 、Ｗ ₂が大きい範囲で限定していた 。すなわち、前記特開昭６０−９８７１１号公報において開示された圧電振動素 子２０では、その幅Ｗ₁ は厚さＴ₁ の２倍以上であり、また前記特公平２−２８ ９２２号公報において開示された圧電振動子３０では、幅Ｗ₂ が厚さＴ₂ より大 きかった（Ｗ₂ ≧Ｔ₂ ）。

【００１６】

【考案が解決しようとする課題】 しかしながら、前記した従来の圧電振動素子２０、３０を用いたチップ型レゾ ネータ等のチップ型圧電部品では、圧電振動素子２０、３０が導電性接着剤１５ により絶縁基板１３に電気的、機械的に固定、接着されており、このような構成 のチップ型圧電部品を作動させるとこの接着に起因する圧電振動素子２０、３０ の振動の抑圧が生じ易く、これを避けるためには、圧電振動素子２０、３０の長 さや幅を大きくしなければならないという課題があった。

【００１７】 すなわち、主として厚みすべり振動モードに用いられているＰｂ（ＴｉＺｒ） Ｏ₃ 系セラミックスを圧電振動素子２０、３０として用いたチップ型圧電部品に おいて、１〜４ＭＨｚ程度の周波数帯域において厚みすべり振動モードを利用す る場合には、圧電振動素子２０、３０自体の厚さが０．４〜１．３ｍｍ程度と厚 くなる。従って、厚さＴ₁ 、Ｔ₂ よりも幅Ｗ₁ 、Ｗ ₂の方が大きい圧電振動素子 ２０、３０では、圧電振動素子２０、３０は大きなものとなり、その結果これら を用いたチップ型圧電部品は大型化し、電子機器の小型化を阻害する要因となっ ていた。

【００１８】

【課題を解決するための手段】

本考案はこのような課題に鑑み、小型化されても、安定に発振が可能な１〜４ ＭＨｚの周波数帯域において厚みすべり振動モードを利用する圧電振動素子及び これを用いたチップ型圧電部品を提供することを目的として検討した結果、圧電 基板の幅よりもその厚さを大きくすることにより、この圧電振動素子を絶縁基板 に導電性接着剤で固定した場合においてもその振動が抑制されず、圧電基板自身 を小型にしても安定に発振することを見出し、本考案を完成するに至った。

【００１９】 すなわち本考案に係る圧電振動素子は、圧電基板の長さ方向に分極処理が施さ れ、厚み方向の両面に電極が形成され、１〜４ＭＨｚの周波数帯域において厚み すべり振動モードを利用する圧電振動素子において、前記圧電基板の厚さが該圧 電基板の幅より大きいことを特徴としている（１）。

【００２０】 また本考案に係るチップ型圧電部品は、上記（１）記載の圧電振動素子が保護 ケースに収納、固定されていることを特徴としている（２）。

【００２１】 さらに本考案に係るチップ型圧電部品は、上記（２）記載のチップ型圧電部品 であって、圧電振動素子に形成された電極が保護ケースを構成する絶縁基板とほ ぼ垂直になるように該圧電基板に固定されていることを特徴としている（３）。

【００２２】 本考案に係る圧電振動素子に用いられる圧電基板は、通常圧電振動素子として 用いられるものであれば特に限定されないが、そのなかでも厚みすべり振動モー ドを利用した圧電振動素子として適したＰｂ（ＴｉＺｒ）Ｏ₃ 系セラミックスが 好ましい。

【００２３】 この圧電振動素子はレゾネータやフィルター等として用いることができる。

【００２４】 この圧電振動素子が用いられたチップ型圧電部品としては、従来のチップ型圧 電部品の場合と同様に圧電基板の電極が形成された面が絶縁基板にほぼ平行にな るように圧電基板が絶縁基板に固定されたもの（電極平行タイプ）と、従来のチ ップ型圧電部品とは異なるタイプ、すなわち圧電基板の電極が形成された面が絶 縁基板にほぼ垂直になるように圧電基板が絶縁基板に固定されたもの（電極垂直 タイプ）との２種類のチップ型圧電部品が挙げられる。その性能としては、どち らのものも大きな違いはないが、その幅よりも厚さの方が大きい圧電振動素子が 用いられたチップ型圧電部品では、前記電極垂直タイプの方が低背化の観点から は好ましい。特に、幅に比較して厚さが非常に大きいものの場合、前記電極垂直 タイプでは、低背化の効果が著しくなる。

【００２５】

【作用】

上記構成の圧電振動素子によれば、圧電基板の長さ方向に分極処理が施され、 厚み方向の両面に電極が形成され、１〜４ＭＨｚの周波数帯域において厚みすべ り振動モードを利用する圧電振動素子において、前記圧電基板の厚さが該圧電基 板の幅より大きいので、前記圧電振動素子が用いられたチップ型圧電部品におい ては、小型化された前記圧電振動素子が導電性接着剤により絶縁基板に固定され ても振動が抑制されずに良好に発振し、従って小型化されたチップ型圧電部品を 提供することができる。

【００２６】 また上記構成のチップ型圧電部品（２）によれば、上記（１）記載の圧電振動 素子が保護ケースに収納、固定されているので、チップ型圧電部品自体が小型化 され、しかも安定に発振する。

【００２７】 さらに上記構成のチップ型圧電部品（３）によれば、上記（２）記載のチップ 型圧電部品であって、圧電振動素子に形成された電極が保護ケースを構成する絶 縁基板とほぼ垂直になるように固定されており、またその幅よりも厚さの方が大 きい圧電振動素子が用いられていることから、このチップ型圧電部品は、小型で 低背化されたものとなる。

【００２８】

【実施例及び比較例】

以下、実施例に係る圧電振動素子及びそれを用いたチップ型圧電部品の実施例 及び比較例を図面に基づいて説明する。

【００２９】 図１（ａ）は実施例に係る圧電振動素子であって、いわゆるエネルギー閉じ込 め型の構造を有し、厚みすべり振動モードを利用したものを模式的に示した斜視 図であり、（ｂ）は前記圧電振動素子の模式的な側面図である。

【００３０】 この圧電振動素子１０には、圧電基板１２の上面に右側の端部を帯形状に残し て電極１１ａが形成され、一方圧電基板１２の下面に上面と反対側になる左側の 端部を同様の帯形状に残して電極１１ｂが形成されており、圧電基板１０の中央 部分のみ両主面に重複して電極１１ａ、１１ｂが形成されている。

【００３１】 図からわかるように、この圧電振動素子１０では、圧電基板１２の厚さｔがそ の幅ｗよりも大きくなっていることが特徴である。なお、圧電基板１２の長さを ｌとする。

【００３２】 また図２は前記構造を有する圧電振動素子１０が用いられたチップ型圧電部品 を示した模式的な断面図である。

【００３３】 図１に示した電極１１ａ、１１ｂが形成された圧電基板１２は、従来の場合と 異なり、圧電基板１２の電極形成面が絶縁基板１３に対してほぼ垂直になるよう に絶縁基板１３上に配設されている。従って、図２において圧電基板１２に形成 された電極１１ａは紙面の手前側になり、絶縁基板１３に形成された接続電極１ ４ａに導電性接着剤１５を介して接続され、さらに圧電基板１２の左端部全体が この導電性接着剤１５により固定されている。また、圧電基板１２に形成された 電極１１ｂは紙面の向こう側にあり（図示せず）、絶縁基板１３に形成された接 続電極１４ｂに導電性接着剤１５を介して接続され、さらに圧電基板１２の右端 部全体がこの導電性接着剤１５により固定されている。

【００３４】 接続電極１４ａ、１４ｂは絶縁基板１３の下面にも同様に形成され、上部の接 続電極１４ａ、１４ｂと接続されているため、例えば配線基板等に実装された場 合は、この接続電極１４ａ、１４ｂを配線基板上の配線と接続することによりチ ップ型圧電部品が作動するようになる。また、絶縁基板１３上には、絶縁基板１ ３上の圧電振動素子１０を保護するために箱型の保護キャップ１７が絶縁性接着 剤１６により固定されている。

【００３５】 図１に示した構成の圧電振動素子１０で、その長さｌ、幅ｗ及び厚さｔを変化 させたもの、及びこの圧電振動素子１０が絶縁基板１３上に固定された図２に示 した電極垂直タイプのチップ型圧電部品を用い、共振周波数を１ＭＨｚ、２ＭＨ ｚ及び４ＭＨｚに設定して、振動の強度（ＰＶ値）、すなわち２０ｌｏｇ（Ｚａ ／Ｚｒ）（但しＺｒ、Ｚａはそれぞれ共振、反共振インピーダンスを示す）を測 定した。その結果を表１に示す。なお、圧電振動素子１０単独で振動の強度を測 定する場合は、自由に振動できるような状態で圧電振動素子１０を支持すること ができる装置を用い、電極１１ａ、１１ｂと測定用端子とを接続して、振動の強 度を測定した。

【００３６】 また、実施例７〜９については、図６に示した従来のチップ型圧電部品と同様 に、圧電基板１２に形成された電極１１ａ、１１ｂが絶縁基板１３と平行になる ように圧電振動素子１０を絶縁基板１３に固定した電極平行タイプとして、同様 に振動の強度を測定した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】 表１から明らかなように、２〜４ＭＨｚ程度の周波数帯域で共振を起こす圧電 振動素子１０を用いた場合、圧電振動素子１０単独の振動を測定した際には、い ずれの場合も振動強度（ＰＶ値）が８０ｄＢ以上という非常に高い値を示したが 、幅ｗが厚さｔよりも大きい比較例に係る圧電振動素子１０が使用されたチップ 型圧電部品では、振動強度（ＰＶ値）は６０ｄＢ以下と小さくなっている。この ため、比較例に係る圧電振動素子１０が使用されたチップ型圧電部品を発振回路 等に組み込むと、安定した発振状態を維持することができなくなる虞れがある。

【００４０】 一方、幅ｗよりも厚さｔの方が大きい実施例に係る圧電振動素子１０が使用さ れたチップ型圧電部品では、振動強度は若干小さくなるものの、６５ｄＢ以上の 値を示している。従って、実施例に係る圧電振動素子１０が使用されたチップ型 圧電部品を発振回路等に組み込むと、安定した発振状態を維持させることができ る。

【００４１】 図３、図４は、それぞれ圧電振動素子１０を単独で振動させた場合、及びチッ プ型圧電部品に組み込んで振動させた場合のインピーダンス及び位相の周波数特 性を示したグラフであるが、インピーダンス波形にリップルが生じていず、また 導電性接着剤１５による振動の抑圧も殆ど起こっていないことがわかる。

【００４２】 以上のように、その幅ｗよりも厚さｔが大きい実施例に係る圧電振動素子１０ においては、その長さｌ、幅ｗ及び厚さｔを調整することによりリップルの発生 を抑制することができる。

【００４３】 上記実施例ではエネルギー閉じ込め型の圧電振動素子について説明したが、非 エネルギー閉じ込め型の圧電振動素子においてもその長さｌ及び幅ｗを調整する ことにより、１〜４ＭＨｚの周波数帯域において、十分に安定して発振させるこ とができる。

【００４４】 このように、実施例に係る圧電振動素子１０を用い、チップ型圧電部品を構成 することにより、小型化された圧電振動素子１０が導電性接着剤１５により絶縁 基板１３に固定されても振動が抑制されず、良好に安定して発振させることがで きる。

【００４５】 また、実施例に係るチップ型圧電部品で、電極１１ａ、１１ｂが絶縁基板１３ にほぼ垂直になるように圧電振動素子１０が絶縁基板１３に固定されているもの では、小型化され、低背化されたチップ型圧電部品を提供することができる。

【００４６】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案に係る圧電振動素子にあっては、圧電基板の長さ方 向に分極処理が施され、厚み方向の両面に電極が形成され、１〜４ＭＨｚの周波 数帯域において厚みすべり振動モードを利用する圧電振動素子において、前記圧 電基板の厚さが該圧電基板の幅より大きいので、前記圧電振動素子が用いられた 圧電部品において、小型化された前記圧電振動素子が前記導電性接着剤により前 記絶縁基板に固定されても振動が抑制されずに良好に発振し、従って小型化され たチップ型圧電部品を提供することができる。

【００４７】 また本考案に係るチップ型圧電部品（２）にあっては、上記（１）記載の圧電 振動素子が保護ケースに収納、固定されているので、小型化され、しかも安定に 発振するチップ型圧電部品を提供することができる。

【００４８】 さらに本考案に係るチップ型圧電部品（３）にあっては、上記（２）記載のチ ップ型圧電部品であって、圧電振動素子に形成された電極が保護ケースを構成す る絶縁基板とほぼ垂直になるように固定されており、またその幅よりも厚さの方 が大きい圧電振動素子が用いられていることから、小型で低背化されたチップ型 圧電部品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本考案の実施例に係る圧電振動素子
であって、いわゆるエネルギー閉じ込め型の構造を有
し、厚みすべり振動モードを利用したものを模式的に示
した斜視図であり、（ｂ）はその模式的な側面図であ
る。

【図２】実施例に係るチップ型圧電部品を示した模式的
な断面図である。

【図３】圧電振動素子を単独で振動させた場合のインピ
ーダンス及び位相の周波数特性を示したグラフである。

【図４】圧電振動素子をチップ型圧電部品に組み込んで
振動させた場合のインピーダンス及び位相の周波数特性
を示したグラフである。

【図５】（ａ）は従来のいわゆるエネルギー閉じ込め型
の構造を有し、厚みすべり振動モードを利用した圧電振
動素子を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）はその模
式的な側面図である。

【図６】従来のチップ型圧電部品を示した模式的な断面
図である。

【図７】（ａ）は従来のいわゆる非エネルギー閉じ込め
型の構造を有し、厚みすべり振動モードを利用した圧電
振動素子を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）はその
模式的な側面図である。

【符号の説明】

１０ 圧電振動素子 １１ａ、１１ｂ 電極 １３ 絶縁基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 有明 裕 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板の長さ方向に分極処理が施さ
   れ、厚み方向の両面に電極が形成され、１〜４ＭＨｚの
   周波数帯域において厚みすべり振動モードを利用する圧
   電振動素子において、前記圧電基板の厚さが該圧電基板
   の幅より大きいことを特徴とする圧電振動素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧電振動素子が保護ケー
   スに収納、固定されていることを特徴とするチップ型圧
   電部品。
3. 【請求項３】 圧電振動素子に形成された電極が保護ケ
   ースを構成する絶縁基板とほぼ垂直になるように該絶縁
   基板に固定されていることを特徴とする請求項２記載の
   チップ型圧電部品。