JPH10200366A - 圧電素子およびその製造方法 - Google Patents
圧電素子およびその製造方法Info
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Abstract
の高い圧電素子を提供する。 【解決手段】長さ方向振動モードを利用した圧電素子1
であって、圧電基板2の一方の主面に長さ方向に延びる
直線状の溝3によって分割された第1電極4と第2電極
5a,5bとを有し、他方の主面に第3電極7を有す
る。第1,第2電極4,5a,5bのノード部分には、
それぞれ導電性の支持部材6a〜6cが圧電基板2の長
さ方向に間隔をあけて固定される。
Description
に用いられる長さ方向振動モードを利用した圧電素子に
関するものである。
電素子として、圧電基板の一方の主面に長さ方向に延び
る直線状の溝によって分割された入力電極および出力電
極を設け、他方の主面に共通電極を設け、入力電極と出
力電極のそれぞれに、一部に外部導体との電気的接触部
となる等方性弾性導電材よりなる支持部を独立して設け
たものが知られている(特開平2−224515号公
報)。上記支持部は、溝を隔てて入力電極と出力電極の
長手方向の同一部位に設けられている。
な圧電素子を、その入,出力電極を下向きにしてケース
の端子などの外部導体に接続する場合、分割されている
支持部間の距離が狭いため、外部導体も近接した位置に
設ける必要がある。そのため、圧電素子のわずかな位置
ずれによって、入,出力電極間がショートする恐れがあ
った。
ースの端子に圧接させて接続するものであるが、導通性
を高めるため、支持部を導電性接着剤などを用いて取付
基板のパターン電極などに接続固定する場合もある。こ
の場合には、入,出力電極の支持部間の距離が狭いこと
から、導電性接着剤が多少でも広がると、入,出力電極
間がショートしてしまい、接続信頼性が低下する恐れが
あった。
電極間のショートを防止し、接続信頼性の高い圧電素子
を提供することにある。
め、本発明は、長さ方向振動モードを利用した圧電素子
であって、圧電基板の一方の主面に長さ方向に延びる直
線状の溝によって分割された第1と第2の電極とを有す
るとともに、他方の主面に第3の電極を有しており、第
1と第2の電極のノード部分には、それぞれ導電性の支
持部材が圧電基板の長さ方向に間隔をあけて固定された
ものである。
接続する場合、各電極に固定された支持部材が圧電基板
の長さ方向に間隔をあけて設けられているので、外部導
体も長手方向に離れた位置に設けることができる。その
ため、圧電素子が多少位置ずれしても、第1と第2の電
極間がショートする恐れが少ない。
ド部分つまり長手方向のほぼ中央部付近である。本発明
でノード部分とは、完全な無振動部だけでなく、この部
分を拘束しても振動特性上支障のない範囲を含む。第
1,第2の電極上の支持部材はできるだけ長さ方向に離
間させる方が望ましいので、ノード部分と非ノード部分
との境界部付近に支持部材を固定するのが望ましい。一
般に、長さ方向振動モード素子の場合、ノード領域は素
子長の約1/4程度であるので、支持部材はこの距離分
だけ離すことができる。
しては、種々の方法がある。例えば、支持部材を導電性
ゴムで形成した場合には、支持部材をバネ端子などを用
いて外部導体に圧接させればよく、支持部材が弾性を有
しない場合には、導電性接着剤などによって接着すれば
よい。また、支持部材自身を未硬化の導電性接着剤で形
成した場合には、外部導体に直接接着できる。
3個の電極に分割した場合、溝によって分割された中央
の第1の電極上に固定された導電性の支持部材と、両側
の第2の電極上に固定された導電性の支持部材とを、千
鳥状に配列するのが望ましい。圧電素子をケースや取付
基板などの外部部品に取り付ける場合、圧電素子が傾い
て取り付けられると、第1,第2の電極のいずれかが外
部部品と接触して振動特性が阻害されたり、ショートし
たりする恐れがあるが、上記のように支持部材を千鳥状
に配列すると、いわば3点支持構造となり、水平度が得
やすく、安定性が増すという利点がある。
の支持部材のほかに絶縁性の支持部材を固定するのが望
ましい。この場合には、1個の電極あたり複数個の支持
部材あるいは長い支持部材となるので、圧電素子を外部
導体に支持部材によって取り付けた場合に、支持面積が
増え、安定度が一層増すという利点がある。なお、導電
性の支持部材と絶縁性の支持部材とが素子の幅方向に近
接することがあるが、この場合でもショートする恐れは
ない。
振動モードを利用した圧電素子の一例を示す。この素子
1は細長い長方形の圧電セラミック基板2を備えてお
り、この圧電基板2の一方の主面には、図1のように長
さ方向に延びる直線状の2本の溝3によって分割された
3個の電極4および5a,5bが形成されている。この
うち、中央部の幅広な電極4が入力電極、両側の幅狭な
電極5a,5bが出力電極であり、入力電極4は出力電
極5a,5bの約2倍の幅を有する。なお、中央の電極
4を出力電極、両側の電極5a,5bを入力電極として
もよい。
であって、かつ素子1のノード部の端部には、それぞれ
導電性の支持部材6a,6b,6cが固定され、支持部
材6a,6b,6cは全体として千鳥状に配列されてい
る。この実施例の支持部材6a,6b,6cは、導電ペ
ーストを電極4,5a,5b上に例えば100μm程度
の厚みで塗布したうえ硬化させたものであるが、半田バ
ンプ、金バンプなどで形成してもよい。図2のように、
出力電極5a,5b上の支持部材6b,6cは長さ方向
の同一位置に固定され、入力電極4上の支持部材6aは
支持部材6b,6cに対して長さ方向に最短距離Sだけ
離れた位置に形成されている。この距離Sは、当然なが
ら溝3の幅dより広く設定されている。支持部材6aと
支持部材6b,6cの最長距離Lはノード領域(例えば
素子長の約1/4)とほぼ等しく設定されている。な
お、電極4,5a,5b上に固定された支持部材6a,
6b,6cの幅は各電極4,5a,5bの幅と同一寸法
に形成されている。なお、圧電基板2の他方の主面に
は、共通電極(アース電極)7が全面に形成されてい
る。
造方法を図3にしたがって説明する。まず、図3の
(A)のような圧電マザー基板10を準備する。このマ
ザー基板10には予め分極処理が施され、かつ表裏面に
はほぼ全面に電極がスパッタリング等の公知の方法で形
成されている。このマザー基板10を図示しない保持シ
ートに仮固定する。次に、図3の(B)のようにマザー
基板10の一面に導電ペースト11を島状にかつ千鳥状
にスクリーン印刷する。その後、導電ペースト11は硬
化処理される。次に、図3の(C)のように島状の各導
電ペースト11の両側面をスライサー等によって成形
し、導電ペースト11の両側部のバリや変形部を除去す
る。なお、導電ペースト11の両側部だけでなく上面を
平坦に成形してもよい。導電ペースト11の成形と同時
に、マザー基板10を縦方向、つまり導電ペースト11
の配列方向と平行なカットライン12でカットする。カ
ット幅は圧電素子1の長さに等しい。カットによって、
マザー基板10は複数の部材に分断されるが、保持シー
トに仮固定されているので、各部材が分離することはな
い。さらに、図3(D)のように、マザー基板10の横
方向にダイサー等を用いて直線状の溝3を形成する。こ
の溝3は導電ペースト11の間を通るように形成され、
電極を分割する。溝3の加工と同時に、一方の列の導電
ペースト11aが半分に分断されるように、溝3と平行
なカットライン13でマザー基板10をカットする。上
記のカットが終了した後、各素子を保持シートから分離
すれば、圧電素子1を得ることができる。
フィルタの一例を示す。取付基板20はアルミナセラミ
ックス,ガラスセラミック,ガラスエポキシ樹脂等から
なる長方形の絶縁性薄板であり、取付基板20の上面に
は図4のように入力側,出力側およびアース側の3個の
パターン電極21,22,23がスパッタリング,蒸
着,印刷などの公知の手法で形成されている。各パター
ン電極21,22,23は取付基板20の側縁から裏面
側へ延設されている。入力側と出力側のパターン電極2
1,22の内側端部にはそれぞれ導電ペースト24,2
5がスクリーン印刷などによって塗布されている。
a,5b側が取付基板20の上面に対面するよう搭載さ
れる。すなわち、入力電極4上の支持部6aが入力側パ
ターン電極21上に、出力電極5a,5b上の支持部材
6b,6cが出力側パターン電極22上にそれぞれ導電
ペースト24,25によって接着される。このとき、支
持部材6a,6b,6cの高さは例えば100μm程度
と非常に小さいので、圧電素子1が僅かでも傾くと、圧
電素子1の端部が取付基板20の上面に接触して振動特
性を阻害したり、あるいは入,出力電極4,5a,5b
が異なる電位のパターン電極21〜23と接触して接続
不良をきたす恐れがあるが、上記のように圧電素子1は
3個の支持部材6a,6b,6cで安定に支持されるの
で、水平安定性に優れ、振動特性の阻害や接続不良を防
止できる。圧電素子1の接着後、図5のように圧電素子
1の共通電極7とアース側パターン電極23とを導電性
ワイヤ26によって接続する。このワイヤ26は公知の
ワイヤボンディング法によって容易に接続できる。その
後、取付基板20上には圧電素子1を覆うキャップ27
が接着剤28により接着され、圧電素子1の周囲が封止
される。
実施例を示す。この素子30も第1実施例と同様に細長
い長方形の圧電セラミック基板31を備えており、この
圧電基板31の一方の主面には、2本の溝32によって
分割された3個の電極33および34a,34bが形成
されている。このうち、中央部の幅広な電極33が入力
電極、両側の幅狭な電極34a,34bが出力電極であ
る。圧電基板31の他方の主面には共通電極35が形成
されている。
4b上であって、かつ素子30のノード部には、縦長な
支持部材36,37,38が素子長さ方向の同一位置に
並列に固定されている。この実施例の支持部材36,3
7,38は、それぞれ導電部36a,37a,38aと
絶縁部36b,37b,38bとで構成されており、入
力電極33上の導電部36aと出力電極34a,34b
上の導電部37a,38aは、支持部材36,37,3
8の互いに反対側の端部に形成されている。そのため、
導電部36a,37a,38aは素子長さ方向に間隔を
あけて千鳥状に配置されている。この実施例の場合、支
持部材36,37,38は素子30のノード領域のほぼ
全域に亘って形成されており、支持部材の長さLは素子
30の全長さの約1/4に設定されている。
製造方法を図7にしたがって説明する。まず、図7の
(A)のような圧電マザー基板40を準備する。このマ
ザー基板40には予め分極処理が施され、かつ表裏面に
はほぼ全面に電極がスパッタリング等の公知の方法で形
成されている。このマザー基板40を図示しない保持シ
ートに仮固定する。次に、図7の(B)のようにマザー
基板40の一面に導電ペースト41を島状にかつ千鳥状
にスクリーン印刷する。この時、導電ペースト41の厚
みは、最終的な支持部材の厚みよりやや厚めとする。そ
の後、導電ペースト41は硬化処理される。次に、図7
の(C)のように導電ペースト41の隙間を埋めるよう
に絶縁性ペースト42を帯状に塗布し、硬化させる。こ
の時、絶縁性ペースト42は導電ペースト41の隙間だ
けでなく、上面にも一部が塗布される。次に、図7の
(D)のように導電ペースト41と絶縁性ペースト42
の上面が同一高さになるように、例えば研削機などを用
いて平坦に研削する。研削後、導電ペースト41を含む
絶縁性ペースト42の両側面をスライサー等によって成
形し、導電ペースト41および絶縁性ペースト42の両
側部のバリや変形部を除去する。これと同時に、マザー
基板40を縦方向、つまり導電ペースト41の配列方向
と平行なカットライン43でカットする。カット幅は圧
電素子1の素子長に等しい。さらに、図7(E)のよう
に、マザー基板40の横方向にダイサー等を用いて直線
状の溝44を形成する。この溝44は導電ペースト41
の間を通るように形成され、電極を分割する。溝44の
加工と同時に、一方の列の導電ペースト41が半分に分
断されるように、溝44と平行なカットライン45でマ
ザー基板40をカットすることにより、圧電素子30を
得る。
ける場合には、図8のように、取付基板20上の入力側
および出力側のパターン電極21,22上に導電性接着
剤24,25をスクリーン印刷などによって塗布すると
ともに、パターン電極21,22間に素子保持用の絶縁
性接着剤27をピン転写などによって塗布しておく。な
お、絶縁性接着剤27の厚みは、パターン電極21,2
2と導電性接着剤24,25との厚みの和より厚くして
おくのがよい。
を、支持部材37の導電部37aが入力側パターン電極
21上に、支持部材36,38の導電部36a,38a
が出力側パターン電極22上にそれぞれ対応するよう接
着する。このとき、パターン電極21,22間に塗布さ
れた絶縁性接着剤27が支持部材36〜38の絶縁部3
6b〜38bに付着し、取付基板20と圧電素子30と
を接着固定する。
24,25より接着力が大きいので、取付基板20と圧
電素子30とを強固に接着できる。つまり、導電性接着
剤24,25は支持部材36〜38の導電部36a〜3
8aとパターン電極21,22との電気的導通を主目的
として使用され、絶縁性接着剤27は取付基板20と圧
電素子30との機械的固定を目的として使用されるた
め、導電性接着剤24,25の接着力はさほど必要では
ない。そのため、接着剤24,25,27はそれぞれの
目的のみに合致した材料を選択すればよく、選択の自由
度が広がる。
38を設ける場合、図6のように長さ方向に連続的に形
成する必要はなく、図9,図10のように導電部36a
〜38aと絶縁部36b〜38bとを分離してもよい。
いずれの場合も、導電部36a〜38aは素子長さ方向
に間隔をあけて固定されている。なお、この例では導電
部36a〜38aと絶縁部36b〜38bとの間に電極
33,34a,34bが露出しているが、薄肉な支持部
材が覆っていてもよい。
ない。上記実施例では、圧電素子の入,出力電極を2本
の溝によって3個に分割した例を示したが、1本の溝に
よって2個に分割したものでもよい。この場合には、各
電極に固定される支持部材は千鳥状ではなく、素子長さ
方向にずれた位置に設けられる。また、圧電素子に入,
出力電極を2本の溝によって3個に分割した場合、中央
の電極の幅を両側の電極の幅より広くしたが、同一幅と
してもよい。ただ、実施例のように中央の電極の幅を両
側の電極の幅より広くした場合、中央の電極に固定され
る支持部材の幅も広くなるので、取付基板などに接着し
た際の安定性が増し、長手方向の傾きをより確実に防止
できるという利点がある。
よれば、圧電基板の一方の主面に長さ方向に延びる直線
状の溝によって分割された第1と第2の電極とを設け、
第1と第2の電極のノード部分にそれぞれ導電性の支持
部材を圧電基板の長さ方向に間隔をあけて固定したの
で、圧電素子の第1,第2の電極を外部導体に接続する
場合、圧電素子が多少位置ずれしても、第1と第2の電
極間がショートする恐れが少なく、接続信頼性の高い圧
電素子を得ることができる。また、支持部材が圧電基板
の長さ方向に間隔をあけて固定されていることから、圧
電素子を外部導体に取り付けた場合、圧電素子の長手方
向の傾きを防止する効果が高くなり、圧電素子の端部が
外部導体などに接触して振動が阻害されるという不具合
を解消もしくは抑制できる。
である。
る。
図である。
る。
である。
る。
す拡大図である。
である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】長さ方向振動モードを利用した圧電素子で
あって、 圧電基板の一方の主面に長さ方向に延びる直線状の溝に
よって分割された第1と第2の電極とを有するととも
に、他方の主面に第3の電極を有しており、 第1と第2の電極のノード部分には、それぞれ導電性の
支持部材が圧電基板の長さ方向に間隔をあけて固定され
ていることを特徴とする圧電素子。 - 【請求項2】上記圧電基板の一方の主面には長さ方向に
延びる直線状の2本の溝によって分割された3個の電極
を有し、 溝によって分割された中央の第1の電極上に固定された
上記導電性の支持部材と、両側の第2の電極上に固定さ
れた上記導電性の支持部材とは、千鳥状に配列されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。 - 【請求項3】上記第1と第2の電極のノード部分には、
上記導電性の支持部材のほかに絶縁性の支持部材が固定
されていることを特徴とする請求項1または2に記載の
圧電素子。 - 【請求項4】長さ方向振動モードを利用した圧電素子の
製造方法であって、 圧電マザー基板の両主面に電極を形成する工程と、 圧電マザー基板の一方の主面に導電性材料を千鳥状に形
成する工程と、 圧電マザー基板の一方の主面に、上記導電性材料の間を
通るように直線状の溝を形成する工程と、 上記導電性材料を分断するように、上記溝と平行なカッ
トラインで圧電マザー基板をカットする工程と、を含む
圧電素子の製造方法。 - 【請求項5】上記圧電マザー基板の一方の主面に導電性
材料を千鳥状に形成した後、上記導電性材料の隙間を埋
めるように絶縁性材料を帯状に形成する工程と、 導電性材料と絶縁性材料の上面が同一高さになるように
平坦に研削する工程と、を含む請求項4に記載の圧電素
子の製造方法。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP1756497A JP3570599B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 圧電素子およびその製造方法 |
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| DE1997139494 DE19739494C2 (de) | 1997-01-14 | 1997-09-09 | Piezoelektrisches Element und Verfahren zur Herstellung desselben |
| CN98103979A CN1118105C (zh) | 1997-01-14 | 1998-01-14 | 压电元件及其制造方法 |
| US09/116,176 US6158098A (en) | 1997-01-14 | 1998-07-15 | Method of producing a piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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| JP3570599B2 JP3570599B2 (ja) | 2004-09-29 |
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