JPH1022769A - 積層型圧電共振子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造効率が比較的高く、さらに、安定した圧
電特性が得られる積層型圧電共振子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】圧電共振基板１、該圧電共振基板１の上下
両主面側から挟持し、且つ穴部２４、２５を有するスペ
ーサ基板２１、２２、１２、２２、該スペーサ基板２
１、２２、２１、２２の外側主面から挟持する封止基板
２３、２３とからなる積層体に、端子電極３、３を配置
した積層型圧電共振子の製造方法である。前記圧電共振
基板１、第１、第２のスペーサ基板を各セラミックグリ
ーンシートの積層一体化で形成し、その後、接着によっ
て封止基板を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、圧電共振基板の両
主面をスペーサ基板で挟持し、さらに、２枚の封止基板
で挟持して成る積層型共振素子の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、積層型共振素子は、製造方法の簡
略化のために、圧電共振基板となり、その両主面に振動
電極となる導体膜を形成した圧電性セラミックグリーン
シート、スペーサ基板となり、圧電共振基板の共振部の
振動空間を確保するために穴部が形成されたセラミック
グリーンシート、封止基板となるセラミックグリーンシ
ートを用い、夫々のグリーンシートを順次積層し、圧着
し、一体焼結していた（例えば、特開平１−１９１５０
９号、特開平４−１７３７６号、特開平５−２６７９６
９号など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の圧電特
性は、焼結状態やグリーンシートの厚みによるばらつき
により変動してしまい、共振特性を一体化するために、
導体膜を焼結して得られる振動電極をトリミングや重み
付けなどの調整処理が必要となるが、上述の製造方法で
は、振動電極となる導体膜が、圧電基板となる圧電性セ
ラミックグリーンシート、スペーサ基板となるセラミッ
クグリーンシート、封止基板となるセラミックグリーン
シートで隠蔽されているために、その作業が実質的には
不可能となってしまう。

【０００４】しかも、穴部を有するスペーサ基板となる
セラミックグリーンシートが、圧電基板となる圧電性セ
ラミックグリーンシートと封止基板のセラミックグリー
ンシートとに接しており、焼結処理時の熱膨張係数の差
による応力によってシート間の剥離が発生しやすい構造
であった。

【０００５】また、グリーンシートに含まれる有機成分
が、焼結によって焼失されるが、特に、振動空間部分に
有機成分が滞留してしまい、振動電極上に異物として残
存してしまい、圧電特性をさらに悪化させることもあ
る。

【０００６】尚、上述の調整に関して、特開平１−１９
１５０９号では、圧電基板とスペーサ基板の界面に空洞
を形成した構造も提案されているが、振動電極に対して
平行な方向からしか調整処理することができず、その作
業は極めて困難なものとなっている。

【０００７】本発明は上述の課題に鑑みて案出されたも
のであり、その目的は、製造効率が比較的高く、さら
に、安定した圧電特性が得られる積層型圧電共振子の製
造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための具体的な手段】第１の発明によ
れば、両主面に振動電極を形成した圧電共振基板の両主
面に、前記圧電共振基板と焼結一体化し、かつ中央部に
振動電極を露出させる穴部を有するスペーサ基板と、封
止基板とを順次配設した。

【０００９】第２の発明によれば、前記スペーサ基板が
少なくとも２層以上の多層構造を有し、且つ圧電共振基
板側の層に形成された穴部の径が、封止基板側の層の穴
部の径よりも大きいことである。

【００１０】第３の発明は第１の発明の積層型共振素子
を製造する方法であり、（１）大型の圧電性セラミック
グリーンシート、複数の穴部を有する大型のセラミック
グリーンシート及び大型の封止基板を形成する工程と、
（２）前記圧電性セラミックグリーンシートの両主面
に、振動電極となる導体膜を各々複数形成する工程と、
（３）前記導体膜を形成した圧電性セラミックグリーン
シートの上下面に、セラミックグリーンシートを、該セ
ラミックグリーンシートの各穴部が前記各導体膜と対向
するようにして積層するとともに、焼成処理して、両主
面に複数の振動電極を形成した大型圧電共振基板の両主
面にスペーサ基板を焼結一体させた大型積層体を形成す
る工程と、（４）前記大型積層体のスペーサ基板に設け
た穴部を介して、圧電共振基板上の各振動電極を調整処
理する工程と、（５）前記大型積層体のスペーサ基板表
面に、接着剤を介して封止基板を接合する工程と、
（６）前記封止基板を接合した大型積層体を分割処理
し、複数の積層型圧電共振素体を得る工程と、（７）前
記積層型圧電共振素体の端面に、圧電共振基板の振動電
極と接続する外部端子を被着形成する工程と、から成る
積層型圧電共振子の製造方法である。

【００１１】

【作用】第１の発明によれば、圧電共振基板と圧電共振
基板の振動電極を開放するための穴部が形成されたスペ
ーサ基板とが一体化した積層体に、この穴部を封止する
ように封止基板が接着されている。従って、封止基板を
接着する前に、周波数特性を調整が可能となる。

【００１２】第２の発明によれば、１つのスペーサ基板
を多層構造として、その穴部の穴径を圧電共振基板側の
スペーサ基板で大きくしたため、焼結積層体に封止用接
合部材を介して封止基板を接合した際に、封止用接合部
材に流れても、流れ方向にそって穴径が大きくなるた
め、流れ込みを緩和させることができる。

【００１３】第３の発明によれば、穴部有するスペーサ
基板となるセラミックグリーンシート、振動電極を有す
る圧電共振基板となる圧電性セラミックグリーンシー
ト、穴部有するスペーサ基板となるセラミックグリーン
シートを積層し、一体焼結している。従って、焼結積層
体の外表面には、圧電共振基板の振動電極と直交するよ
うになり、圧電共振基板の周波数特性の調整を、この穴
部を介して簡単に振動電極の処理が簡単に行える。

【００１４】また、焼結時に、各セラミックグリーンシ
ートに含まれる有機成分は、完全に外部へ除去されるこ
とになり、特性の安定に大きく寄与する。また、焼結時
においては、セラミックグリーンシートと圧電性セラミ
ックグリーンシートとの接合であるため、剥離現象も減
少する。

【００１５】また、製造方法においては、大型のシー
ト、大型の封止基板を用いて製造することになり、ま
た、封止基板を接着するにあたり、圧電共振基板の圧電
特性が完全に調整されているため、個々の素子は非常に
特性が安定し、歩留が向上することになる。即ち、大型
積層体から分割・切断することから製造効率が比較的高
い状態で維持でき、しかも、安定した特性の共振子を得
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の積層型圧電共振子
及びその製造方法を図面を用いて説明する。

【００１７】図１は本発明に係る積層型圧電共振子の断
面構造図であり、図２は、製造工程を説明するための工
程図であり、図３は、積層体を構成するシートの分解斜
視図である。尚、図３は、上半分の構成を示すものであ
り、下側は省略している。

【００１８】図において、１０は積層型圧電共振素体で
あり、１は圧電共振基板、２１、２１は第１のスペーサ
基板、２２、２２は第２のスペーサ基板、２３、２３
は、封止基板である。

【００１９】圧電共振基板１は、チタン酸ジルコン酸鉛
などの圧電性セラミックであり、その両主面に振動電極
１１、１２が形成されている。振動電極１１、１２はＡ
ｇ−ＰｄなどのＡｇ系導体材料であり、その形状は、振
動電極１１、１２が互いに対向する振動部分と圧電共振
基板１の端面に露出するターミナル部１３、１４とから
構成されている。尚、ターミナル部１３と１４とは、互
いに対向する端面側に延出している。ターミナル部１３
と１４と対向するダミーパターン１５、１６が形成され
ている。

【００２０】スペーサ基板２１、２２、２１、２２は、
圧電共振基板１と略同じ材料のセラミックであり、その
厚みは、３０〜５０μｍとなっている。そして、各スペ
ーサ基板２１、２１、２２、２２のその中央部分、即
ち、圧電共振基板１の振動部に相当する位置には、例え
ば円形状の穴部２４、２５、２４、５５が形成されてい
る。尚、第１のスペーサ基板２１、２１に形成された穴
部２４、２４の径は、第２のスペーサ基板２２、２２に
形成された穴部２５、２５の径に比較して大きくなって
いる。

【００２１】封止基板２３、２３は、ガラス、アルミナ
セラミックなどが例示でき、その厚みは、０．１〜０．
２ｍｍ程度である。この封止基板２３、２３は、第２の
スペーサ２２、２２上に、エポキシ系樹脂接着剤や低融
点ガラス部材２６、２６などを用いて接合されている。

【００２２】外部端子３、３は、圧電共振基板１、スペ
ーサ基板２１、２１、２２、２２、封止基板２３、２３
からなる積層型圧電共振素体１０の対向する端面に形成
されるものであり、具体的には、Ａｇ系の下地導体上
に、Ｃｕ、Ｎｉ、錫などをメッキ処理する。尚、Ａｇ系
下地導体は、スパッタなどで形成したり、また、Ａｇ系
導電性ペーストの焼きつけなどによって形成される。こ
れにより、圧電共振基板１と第１のスペーサ基板２１、
２１との界面から現れる振動電極１１、１２のターミナ
ル部１３、１４と電気的に接続されることになる。

【００２３】次に、上述の構造の積層型圧電共振素子の
製造方法を説明する。

【００２４】まず、図２に示すように、３系統、４種類
のセラミックグリーンシートを形成する。

【００２５】第１は、圧電共振基板１となる圧電性セラ
ミックグリーンシート１ａである。

【００２６】これは、圧電性セラミック材料を主成分と
して、有機成分を均質混練して所定厚みにテープ成型
し、所定大きさに切断される。尚、所定厚みとは、圧電
特性に応じて任意に変更されるものであり、例えば、２
０〜１００μｍであり、大きさは、複数の圧電基板１・
・・が抽出できる大きさである。

【００２７】第２は、第１のスペーサ基板２１、２１と
なるセラミックグリーンシート２１ａ、２１ａである。
これは、圧電性セラミック材料を主成分として、有機成
分を均質混練して、所定厚み、例えば３０〜５０μｍに
テープ成型し、所定大きさに切断される。尚、第１のス
ペーサ基板２１、２１となるセラミックグリーンシート
２１ａ、２１ａには、図３に示すように、各素子領域の
中央部、すなほち圧電共振基板１の振動部となる領域に
対応して、例えば円形状の穴部２４、２４を形成する。

【００２８】第３は、第２のスペーサ基板２２、２２と
なるセラミックグリーンシート２２ａ、２２ａである。
これは、圧電性セラミック材料を主成分として、有機成
分を均質混練して所定厚み、例えば３０〜５０μｍにテ
ープ成型し、所定大きさに切断される。尚、第２のスペ
ーサ基板２２、２２となるセラミックグリーンシート２
２ａ、２２ａには、図３に示すように、各素子領域の中
央部、すなわち、圧電共振基板１の振動部となる領域に
対応し、且つ穴部２４、２４よりも小さな径の穴部２
５、２５を形成する。

【００２９】．第４は、封止基板２３、２３である。封
止基板２３、２３は、例えばガラス−セラミックグリー
ンシートに切断時の基準となる分割溝などを形成して、
焼成されたものである。

【００３０】次に、電極印刷処理を行う。具体的には、
圧電性セラミックグリーンシート１ａの各素子領域の一
方主面に振動電極１１、ターミナル部１３、ダミー電極
１５となる導体膜１１ａを、Ａｇ系導電性ペーストを用
いて所定形状に印刷し、乾燥する。同時に、圧電性セラ
ミックグリーンシート１ａの各素子領域の他方主面に振
動電極１２、ターミナル部１４、ダミー電極１６となる
導体膜１２ａを、Ａｇ系導電性ペーストを用いて所定形
状に印刷し、乾燥する。

【００３１】次に、積層処理行う。具体的には、下か
ら、セラミックグリーンシート２２ａ、セラミックグリ
ーンシート２１ａ、導体膜１１ａ、１２ａを有する圧電
性セラミックグリーンシート１ａ、セラミックグリーン
シート２１ａ、セラミックグリーンシート２２ａの順に
位置決め、重合わせて、プレス成形して密着させる。

【００３２】次に、焼結処理行う。焼結処理は、各シー
トに含有する有機成分を除去する脱バインダー処理と、
焼成処理とからなり、略７００〜９００℃の温度領域で
脱バインダーを行い、さらに１０００〜１１００℃で焼
成処理を行う。

【００３３】これにより、各セラミックグリーンシート
１ａ、２１ａ、２１ａ、２２ａ、２２ａは、焼結反応
し、互いに強固に一体化する。また、導体膜１１ａ、１
２ａは焼結して、夫々振動電極１１、１２、ターミナル
部１３、１４、ダミー電極１５、１６となる。

【００３４】この状態で得られる振動電極１１、１２
は、大型焼結積層体の両主面に形成される穴部２４、２
５、２４、２５から露出することになる。

【００３５】次に、周波数調整を行う。周波数調整は、
圧電共振基板１に形成され、且つ穴部２４、２５、２
４、２５から露出する振動電極１１、１２に処理が施さ
れる。

【００３６】具体的には、所望の周波数からずれている
ものには、振動電極１１、１２をトリミングを行った
り、また、振動電極１１上にシリカなどの金属酸化物の
スパッタによって質量を付加する。特に、絶縁材料をス
パッタで質量付加を行う場合には、特別なマスクなどは
一切不要であり、穴部２４、２５を介してそのままスパ
ッタすればよいことになり、その作業が非常に簡略化さ
れることになる。

【００３７】次に、接着封止を行う。これは、周波数調
整を行った大型焼結積層体の両主面に、接着剤２６、２
６を塗布し、前記の封止基板２３、２３を接着する。

【００３８】接着方法としては、エポキシ樹脂などを塗
布して、封止基板２３で接着した後、１５０〜２００℃
の熱処理を行う。また、別の方法としては、低融点ガラ
スペーストを塗布して、封止基板２３を載置した状態
で、低融点ガラスの低融点に応じた焼成処理を行う。

【００３９】この時、エポキシ樹脂などや低融点ガラス
ペーストを塗布する際には、大型積層体の主面に位置す
る穴部２４、２５、２４、２５を回避するように、塗布
されることになる。しかし、塗布量や塗布位置によっ
て、また、封止基板２３を載置する際に、エポキシ樹脂
などや低融点ガラスペースト等が拡がって、穴部２４、
２５に到達してしまうことが考えられる。しかし、圧電
共振基板１側に位置している第１のスペーサ基板２１に
形成した穴部２４の径が小さく、外側に位置している第
２のスペーサ基板２２に形成した穴部２５の径が大きい
ため、接着剤２６が穴部２４、２５の内部に流れること
があっても、穴部全体が内部側で大きくなっているた
め、圧電共振基板１にまで到達することを有効に抑える
ことができる。

【００４０】従って、接着剤２６が圧電共振基板１の振
動部をダンピングさせることがなく、周波数調整された
特性がそのまま、良好に維持されることになる。

【００４１】次に各素子領域に応じてカットを行う。こ
のように、圧電共振基板１、２つの第１のスペーサ基板
２１、２１、２つの第２のスペーサ基板２２、２２、２
つの封止基板２３、２３が積層した複数の素子領域から
成る大型積層体を個々の素子領域に応じてカットして、
積層型圧電共振素体１０を得る。

【００４２】カットの方法は、ダイヤモインドソーによ
って切断することが挙げられる。

【００４３】また、予め、封止基板２３、２３や未焼成
積層体の表面に、素子領域に対応する分割溝を形成して
おき、大型積層体を分割してカットしても構わない。

【００４４】また、カット自身を圧電性セラミックグリ
ーンシート１ａ、セラミックグリーンシート２１ａ、２
２ａを積層し、焼結一体化した後に施しても構わない。
この場合、周波数調整や封止基板２３の接着は個々の素
子領域の大きさで処理することになる。

【００４５】最後に、端子電極３、３を形成する。個々
にカットした積層型圧電共振素体１０の対向する端面、
即ち、上述のカット工程によってカットされた端面で振
動電極１１、１２のターミナル部１３、１４が露出する
端面に端子電極３、３を形成する。

【００４６】具体的には、積層型圧電共振素体１０の端
面にＣｒ、Ａｇによるスパッタリングを行い、次に、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｓｎのメッキ被着形成を行う。また、積層型
圧電共振素体１０の端面に、Ａｇ系導電性ペーストを塗
布して、焼きつけ、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎのメッキ
被着形成を行う。

【００４７】尚、端子電極３、３の形成に先駆けて、積
層型圧電共振素体１０の端面を研磨処理して、ターミナ
ル部１３、１４を完全に露出するようにしてもよい。ま
た、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ等のメッキ被膜は、プリント配線
基板上に半田による接合を行う際に、半田付け性の向上
のために施すものである。

【００４８】以上説明したように、本発明の積層型圧電
共振子は、積層体をグリーンシートの積層・焼成の工程
と、焼結された積層体に封止基板を接着封止する工程
と、さらに、端子電極形成の工程からなっている。

【００４９】特に、グリーンシートの積層・焼結の状態
では、振動電極１１、１２が焼結積層体の主面から露出
するようになっているため、特性の調整が非常に簡略さ
れることになる。

【００５０】また、この周波数調整を行ったのちに、封
止基板２３、２３の接着においては、穴部２４、２５の
径が接着剤２６、２６の塗布される面では、内部側では
大きくなっているため、接着剤２６、２６の流れ込みに
よる圧電共振基板１へのダンピング作用を有効に抑える
ことができる。

【００５１】しかし、基本的には、大型基板の状態で各
処理を行うことができるため、量産性を維持できる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、製造効
率が比較的高く、さらに、安定した圧電特性が得られる
積層型圧電共振子及びその製造方法となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層型圧電共振子の構造を示す断
面図である。

【図２】本発明の積層型圧電共振子の製造方法を示す工
程流れ図である。

【図３】本発明の積層型圧電共振子の積層工程を説明す
る斜視図である。

【符号の説明】

１・・・・圧電共振基板 １ａ・・・圧電性セラミックグリーンシート ２１・・・第１のスペーサ基板 ２１ａ・・第１のセラミックグリーンシート ２２・・・第２のスペーサ基板 ２２ａ・・第２のセラミックグリーンシート ２３ ・・封止基板 ２４、２５・・穴部 ２６・・・接着剤 ３・・・端子電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両主面に振動電極を形成した圧電共振基板
   の両主面に、前記圧電共振基板と焼結一体化し、かつ中
   央部に振動電極を開放するための穴部を有するスペーサ
   基板と、封止基板とを順次配設したことを特徴とする積
   層型圧電共振子。
2. 【請求項２】前記スペーサ基板が少なくとも２層以上の
   多層構造を有し、且つ圧電共振基板側の層に形成された
   穴部の径が、封止基板側の層の穴部の径よりも大きいこ
   とを特徴とする請求項１記載の積層型圧電共振子。
3. 【請求項３】（１）大型の圧電性セラミックグリーンシ
   ート、複数の穴部を有する大型のセラミックグリーンシ
   ート及び大型の封止基板を形成する工程と、 （２）前記圧電性セラミックグリーンシートの両主面
   に、振動電極となる導体膜を各々複数形成する工程と、 （３）前記導体膜を形成した圧電性セラミックグリーン
   シートの上下面に、セラミックグリーンシートを、該セ
   ラミックグリーンシートの各穴部が前記各導体膜と対向
   するようにして積層するとともに、焼成処理して、両主
   面に複数の振動電極を形成した大型圧電共振基板の両主
   面にスペーサ基板を焼結一体させた大型積層体を形成す
   る工程と、 （４）前記大型積層体のスペーサ基板に設けた穴部を介
   して、圧電共振基板上の各振動電極を調整処理する工程
   と、 （５）前記大型積層体のスペーサ基板表面に、接着剤を
   介して封止基板を接合する工程と、 （６）前記封止基板を接合した大型積層体を分割処理
   し、複数の積層型圧電共振素体を得る工程と、 （７）前記積層型圧電共振素体の端面に、圧電共振基板
   の振動電極と接続する外部端子を被着形成する工程と、
   から成る積層型圧電共振子の製造方法。