JPH1098351A - 圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主振動近傍に発生するスプリアス振動モード
を抑制し、通過帯域特性を良好にかつ広帯域にするとと
もに、通過帯域外における保証減衰量特性を良好にする
圧電振動デバイスを提供する。 【解決手段】 入力電極及び出力電極あるいは共通電極
の外周近傍の少なくとも一部で、かつ非調和オーバート
ーンモードが比較的強く励振される部分に重み軽減部あ
るいは重み付加部を設ける。また、入力電極と出力電極
の総面積に対して、共通電極の面積を大きくし、重み軽
減部あるいは重み付加部は入力電極と出力電極に対向す
る共通電極部分に及ぶ範囲とする。さらに水晶板のいず
れかの主面に形成する電極を厚肉とする。ここで、水晶
板の一方の主面に形成された共通電極の厚さを、他方の
主面に形成された入力電極及び出力電極の厚さの２倍〜
１０倍の厚さとするのが好ましい。これらの電極材料と
しては、銀、銀合金、金、金合金を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信機器等に用い
られる厚み系振動を用いた圧電振動デバイスにし、更に
詳しくは、例えば一般に非調和（インハーモニック）オ
ーバートーンモード等の不要振動であるスプリアス振動
の影響を抑制し、保証減衰量特性を良好にする圧電振動
デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３１および図３２を参照しながら、従
来技術を以下に説明する。図３１は従来の圧電振動デバ
イスを裏面からみた電極構成および（３，１，３）モー
ドと一般に称される非調和オーバートーンモードのスプ
リアス振動の振動エネルギ分布を示す図であり、図３２
は図３１におけるＳ−Ｓ断面図および主振動モード（実
線）と（３，１，３）モードのスプリアス振動の振動エ
ネルギ分布を示す図である。この（３，１，３）の各記
号は、それぞれ水晶板のＹ′軸（厚み）方向のオーバー
トーンの次数、Ｘ軸方向のオーバートーンの次数、Ｚ′
軸方向のオーバートーンの次数を表しており、図３１に
示すように（３，１，３ ）モードはＺ′軸方向に平行
に並ぶ３つの振動の山（谷）を有するスプリアス振動の
モードである。

【０００３】水晶板９０はＡＴカット水晶板が用いられ
る。この水晶板９０の一方の主面に入力電極１９１、出
力電極１９２とこれら電極を水晶板９０の外周に導く引
出電極１９１ａ，１９２ａとが設けられ、もう一方の主
面には共通電極１９３とこの電極を水晶板９０の外周に
導く引出電極１９３ａとが設けられている。これらの各
電極は真空蒸着法等による薄膜形成手段によって形成さ
れる。なお、図示していないが、入出力電極１９１、１
９２はそれぞれ入出力端子に接続され、共通電極１９３
はアース端子に接続された状態で気密封止されている。

【０００４】このような構成の圧電振動デバイスは、水
晶板９０を挟んで対向して形成された入出力電極１９
１、１９２と共通電極１９３部分を共振領域として、対
称モード（ｆｓ）と斜対称モード振動（ｆａ）がこれら
電極部分に閉じ込められ、これらが音響的に結合するこ
とにより多重モードの主振動を形成し、これにより所定
のフィルタとしての通過帯域特性を有する圧電振動デバ
イスを構成している。

【０００５】また、従来技術において、高周波タイプ、
三次オーバートーンタイプの電極材料としてはアルミニ
ウムが一般的に用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この圧電振
動デバイスは、上述したように主振動以外に、高次の非
調和オーバートーンモード例えば（３，１，３）モード
のスプリアス振動もこのの電極部分に閉じ込められるこ
とから、同時に励振される。また、このようなモード以
外にもＸ軸方向に平行に並ぶ３つの振動の山（谷）を有
する（３，３，１）モードと呼ばれるスプリアス振動、
あるいはそれぞれ軸方向に３つの振動の山（谷）を有す
る振動モード等数多くのスプリアス振動が存在する。こ
うしたスプリアス振動は励振電極下にエネルギが閉じ込
められていることから定在波として比較的強く励振さ
れ、スプリアス振動として主振動に悪影響を与えたり、
フィルタとしての通過帯域特性を乱したり、通過帯域外
における保証減衰量特性が十分とれない等の問題があっ
た。また、電極材料として従来のようにアルミニウムを
用いた場合、アルミニウムは酸化され易く、歩留り及び
生産性が悪いという問題がある。さらに、酸化されて酸
化アルミニウムが形成されると、導電性接着剤との導通
抵抗が大きくなり、保証減衰量特性が悪かった。

【０００７】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたもので、主振動（公称周波数）近傍に発生して
いたスプリアス振動モードを抑制し、通過帯域特性を良
好にかつ広帯域にするとともに、通過帯域外における保
証減衰量特性を良好にする圧電振動デバイスを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明の圧電振動デバイスは、水晶板の一方の
主面に入力電極と出力電極とが所定の間隔で近接して形
成され、かつこの水晶板の他方の主面にその入力電極及
び出力電極に対応する共通電極が設けられ、これらの電
極により共振領域が形成された厚み系振動を用いた圧電
振動デバイスにおいて、上記入力電極及び出力電極ある
いは共通電極の外周近傍の少なくとも一部に重み軽減部
あるいは重み付加部が設けられていることによって特徴
付けられている。

【０００９】なお、この重み軽減部あるいは重み付加部
は、３ポール型の圧電振動デバイス、すなわち、水晶板
の一方の主面に入力電極と出力電極と、これらの電極間
に介在するアース電極とが所定の間隔で近接して形成さ
れ、かつこの水晶板の他方の主面にこれらの電極に対応
する共通電極が設けられ、これらの電極により共振領域
が形成された厚み系振動を用いた圧電振動デバイスにお
いても、また、４ポール型の圧電振動デバイス、すなわ
ち、水晶板の一方の主面に入力電極と出力電極とが所定
の間隔で近接して形成された入出力電極対が、２組並列
に形成され、かつこの水晶板の他方の主面に各入出力電
極対に対応する共通電極がそれぞれ設けられ、これら２
組の入出力電極対に及び共通電極により共振領域が形成
された厚み系振動を用いた圧電振動デバイスにおいても
適用される。

【００１０】また、この重み軽減部あるいは重み付加部
は、当該圧電振動デバイスの励振時に現れるスプリアス
振動の振動エネルギが主振動エネルギより相対的に高い
部分に設けられていることが好ましい。

【００１１】さらに、水晶板の一方の主面に矩形状の入
力電極と出力電極とが所定の間隔で近接して形成され、
かつこの水晶板の他方の主面にその入力電極及び出力電
極に対応する矩形状の共通電極が設けられ、これらの電
極により共振領域が形成されているとともに、これらの
各電極を上記水晶板の外周端部に導出する引出電極が形
成された厚み系振動を用いた圧電振動デバイスにおい
て、上記重み軽減部あるいは重み付加部は、上記入力電
極と出力電極とが互いに対向する遠い辺の中央部の少な
くとも１か所に、あるいは共通電極の対向する遠い辺の
中央部の少なくとも１か所に、あるいは上記入力電極も
しくは出力電極の上記遠い辺の中央部のいずれかと、上
記共通電極の上記遠い辺の中央部の少なくとも１か所に
設けられていることが好ましい。

【００１２】この重み軽減部は切り欠き部が形成された
構成であってよいし、上記電極の所定箇所の当該電極を
全部もしくは一部除去することにより形成される凹部に
よって構成されてもよい。

【００１３】また、この重み付加部は上記電極の一部も
しくは全体が厚肉に形成された構成あるいは樹脂材料が
上記電極の一部もしくは全体に付加された構成であって
もよい。

【００１４】さらに、上記入力電極と出力電極の総面積
に対して、上記共通電極の面積が大きく形成されている
とともに、その共通電極の外周近傍の少なくとも一部に
重み軽減部あるいは重み付加部が設けられ、その重み軽
減部あるいは重み付加部は上記入力電極と出力電極に対
向する当該共通電極部分に及ぶ構成であってもよい。

【００１５】本発明の圧電振動デバイスは、上記水晶板
のいずれかの主面に形成された電極が厚肉に形成されて
いる構成であってもよい。本発明の圧電振動デバイス
は、上記水晶板の一方の主面に形成された共通電極の厚
さが、他方の主面に形成された入力電極及び出力電極の
厚さの２倍から１０倍の範囲であることが望ましい。

【００１６】さらに、本発明の圧電振動デバイスは、上
記水晶板のいずれかの主面に形成された電極が金または
銀を主成分とする金属、あるいは金または銀からなるこ
とが望ましい。

【００１７】非調和オーバートーンモードのスプリアス
振動は、図１０に示すように、その振動エネルギの分布
は対称モード振動（ｆｓ）、斜対称モード振動（ｆａ）
の音響的結合で構成される主振動モードよりやや外側に
偏っており、入力電極や出力電極あるいは共通電極が対
向している領域の端部近傍においては、スプリアス振動
の振動エネルギが主振動の振動エネルギより高いことが
知られている。ここで本発明によれば、この部分に重み
軽減部あるいは重み付加部を設けたので、図１に示した
振動エネルギ分布からも明らかなように、このスプリア
ス振動のバランスが大きく崩れ、全体としてスプリアス
振動の振動エネルギが弱められる。

【００１８】また、３ポール型あるいは４ポール型の圧
電振動デバイスにおいても、スプリアス振動をずらすこ
とができ、同様に振動エネルギが弱められる。また、こ
の重み軽減部あるいは重み付加部の構成により、主振動
モードが励振電極の中央部分に集中され、その結果、対
称モード振動（ｆｓ）と斜対称モード振動（ｆａ）の音
響的結合が強化され、圧電振動デバイスとしての通過帯
域幅が広くなる。

【００１９】また、共通電極の面積をその対向する入力
電極と出力電極の総面積より大きくしたことにより、例
えば非調和オーバートーンモードは、その振動エネルギ
分布より外側に偏った状態となる。このような状態にお
いて、この共通電極の外周の少なくとも一部に重み軽減
部あるいは重み付加部を形成し、この重み軽減部あるい
は重み付加部は対向するその共通電極部分に及ぶ構成と
したので、この非調和オーバートーンモード自体のバラ
ンスが崩れ、この振動エネルギを極めて効率よく減衰さ
せることができる。また、一般的には電極面積を大きく
することで駆動インピ−ダンスを低下させることができ
るが、各種のスプリアス振動も同時に顕在化してくる。
しかし、本発明の重み軽減部あるいは重み付加部を設け
た構成により、スプリアス振動は実用に供するレベルに
まで弱めることができる。

【００２０】さらに、水晶板のいずれかの主面に形成す
る電極を厚肉とする構成とすれば、励振電極の外周端面
によって形成される境界条件がより強調され、上記した
重み軽減部あるいは重み付加部を設けることによる効果
をより有効に導き出すことができ、スプリアス抑制効果
がより向上する。

【００２１】さらに、水晶板の一方の主面に形成された
共通電極の厚さが、他方の主面に形成された入力電極及
び出力電極の厚さの２〜１０倍の範囲に形成すれば、ス
プリアス振動のエネルギを外に出すために好ましく、励
振電極の外周端面によって形成される境界条件がより強
調され、上記した重み軽減部あるいは重み付加部を設け
ることによる効果をより有効に導き出すことができ、ス
プリアス抑制効果がより向上し、保証減衰量特性が向上
する。

【００２２】また、この電極を銀または金からなる金属
で構成すれば、このようにスプリアス振動が厚みすべり
系非調和振動である場合には、比重が重いこれらの金属
からなる電極構成により、主振動より非調和振動の方が
周波数の低下量が小さくなり、見かけ上このスプリアス
振動が主振動よりより高い周波数になる。つまり、スプ
リアス振動を主振動からより遠ざけることができる。さ
らに、銀はアルミニウムに比べ酸化しにくく、導電性接
着剤との導通抵抗が大きくなることもなく、減衰量特性
が良くなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施の形態について説明する。図１、図２及び図
３は本発明を適用したモノシリック水晶フィルタを例に
とった第１の実施の形態の説明図で、図１は共通電極側
の主面の平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図
３は図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、図１と図３に主
振動モードとそのスプリアス振動の１つである（３，
１，３）モードの振動エネルギの分布状態も併せて模式
的に示す。

【００２４】水晶板１には、ＡＴカット水晶板が用いら
れており、矩形状に加工されている。この水晶板１の一
方の主面（裏面）にはＺ′軸方向に所定の間隔を開けて
それぞれ矩形状の入力電極２１と出力電極２２の対が近
接して形成されている。入力電極２１と出力電極２２
は、それぞれの引出電極２１ａ，２２ａによって水晶板
１の対角線状に位置する各コーナー部に導かれている。
また、他方の主面（表面）には入力電極２１、出力電極
２２に対向するように矩形状の共通電極２３が形成さ
れ、この共通電極２３は引出電極２３ａによって水晶板
１の他のコーナー部に導かれ、アース端子（図示せず）
に接続されている。この共通電極２３の短辺の中央部分
には切り欠き部２３１、２３２が形成されている。図２
及び図３の断面形状から明らかなように、入力電極２
１、出力電極２２と共通電極２３との外周端部の位置は
両主面（表裏面）でほぼ同じ位置に設定されており、共
通電極２３の切り欠き部２３１、２３２は内側に入り込
んだ状態となっている。

【００２５】以上の構成のモノシリック水晶フィルタを
励振させた場合、図１２に示すような周波数特性を示
し、従来技術におけるモノシリック水晶フィルタの周波
数特性を示す図２２と比較すると、本実施の形態では従
来比較的大きな振動エネルギをもっていた非調和オーバ
ートーンモード等のスプリアス振動が減衰されている。
これは、本実施の形態における特徴的な電極構成による
もので、切り欠き部２３１、２３２には電界が加わらな
いため、逆圧電効果に基づく励振が行われないことによ
るものと考えられる。つまり、振動エネルギの分布は図
１に示すように、切り欠き部２３１、２３２に沿って振
動にアンバランスが生じた状態になり、図３に示すよう
に非調和オーバートーンモードの振動エネルギは抑制さ
れ、弱まっていると考えられる。また図１２からは読み
取りにくいが、通過帯域幅は従来品に比べ広くなってい
る。

【００２６】なお本発明の実施の形態に用いたモノシリ
ック水晶フィルタには、５ｍｍ×２．５ｍｍのＡＴカッ
ト矩形水晶板を用い、中心周波数を１３０ＭＨｚに設定
したものを用い、それぞれの電極の寸法が長辺が０．７
８ｍｍ、短辺が０．５６ｍｍの矩形電極の対を互いの間
隔を０．１ｍｍ開けて裏面に形成し、表面には、これら
の入出力電極に対向するように、ほぼ対応した大きさの
共通電極が形成されたものである。従来例とは、この共
通電極の形状が上述したように異なるものである。重み
を軽減するための電極形状として、本実施の形態では共
通電極に切り欠き部の例を示したが、この切り欠き部の
形状は本実施の形態で示した形状に限定されるものでは
なく、主振動モードの変位分布に影響を与えないような
形状、寸法であればよく、湾曲形状であってもよい。

【００２７】なお、モノシリック水晶フィルタは、図示
していないが例えば支持体に各々つながるリード端子を
有するベースを用意し、上述した電極構成の水晶板１を
リード端子と接合された支持体で支持し、キャップによ
り気密封止してもよいし、また、外部導出電極パッドを
有するパッケージに搭載し、気密封止してもよい。

【００２８】次に、重みを軽減するための電極形状とし
て、電極の所定箇所の電極部分を除去した貫通孔が形成
された構成を第２の実施の形態として以下に説明する。
図４はこの第２の実施の形態の構成を示し、共通電極が
形成された裏面の平面図である。第１の実施の形態の例
と同じ構造部分については、同番号を付し、同番号の部
分の説明は省略する。

【００２９】この実施の形態では共通電極２４は引出電
極２４ａ，２４ｂによって水晶板１の対角線状に位置す
る各コーナー部に導かれている。水晶板１の裏面に形成
された共通電極２４には、複数のピット２４１，２４
２，２４３，２４４，２４５，２４６が形成されてお
り、これらのピットが形成されている部位は、（３，
３，１）モードのスプリアス振動が比較的強く励振され
ている領域である。各ピットは、励振電極形成後、レー
ザービ−ムを照射して所定の箇所の電極材料を除去する
等の公知の手段を用いて形成することができる。このよ
うな構成により、（３，３，１）モードのスプリアス振
動のバランスが崩れ、振動エネルギが減衰するものと考
えられる。

【００３０】なお、この第２の実施の形態においては、
共通電極に貫通孔が形成された構成としたが、この貫通
孔に限ることなく、電極の一部を薄肉化してビット（凹
み）を形成する構成であってもよい。さらに、これら貫
通孔やピットと上述したような切り欠き部を混在させた
構造としてもよい。

【００３１】さらに、重みを軽減するための電極形状と
して、図５及び図６に示すような電極が形成された構成
を第３の実施の形態として以下に説明する。図５はこの
第３の実施の形態の構成を示し、共通電極が形成された
裏面の平面図であり、図６は図５におけるＣ−Ｃ断面図
である。第１の実施の形態の例と同じ構造部分について
は、同番号を付し、同番号の部分の説明は省略する。

【００３２】一方の主面には入力電極３１、出力電極３
２がＺ′軸方向に並んで所定の間隔を開けて近接した状
態で形成されている。これらの入力電極３１、出力電極
３２はそれぞれ引出電極３１ａ，３２ａによって水晶板
１の対角線状に位置する各コーナー部に導かれている。
他方の主面には入力電極３１、出力電極３２にそれぞれ
対向するように共通電極３３，３４が形成されている。
これらの共通電極３３，３４はそれぞれ引出電極３３
ａ，３４ａによって水晶板１の対角線状に位置する各コ
ーナー部に導かれている。また、各電極の形状は、対と
なるように形成された入力電極３１と出力電極３２、ま
た共通電極３３と共通電極３４が、それぞれＸ軸方向に
互いに対向する遠い辺が円弧状をなす構成となってい
る。この構成により、楕円状の振動エネルギの分布に一
部近似させた形状となり、これを採用できる。なお、こ
の実施の形態の例は電極がＸ軸方向に並列する構成を採
用しているが、これは通過帯域を拡げる必要がある等、
所望の電気的特性によって選択される事項である。

【００３３】さらに、この第３の実施の形態では重みを
軽減するために、共通電極３３の円弧をなす電極端部の
中央部分に切り欠き部３３１を形成するとともに、出力
電極３２の円弧をなす電極端部の中央部分に切り欠き部
３２１を形成した構成となっている。このような切り欠
き部が形成された構成においても、上述の第１及び第２
の実施の形態と同様に非調和オーバートーンモード等の
スプリアス振動の振動エネルギを減衰させることができ
る。

【００３４】また、第４の実施の形態として、重みが付
加された電極形状を有するモノシリック水晶フィルタの
例を図７にその断面図を示し、以下に説明する。図３１
に示す従来例と同様な構成の電極構成に、さらに共通電
極３７の一方の端部に電極３７と同じ材料で形成された
付加電極３７１が設けられている。この付加電極３７１
の形成部分は非調和オーバートーンモードが比較的強く
励振される部分としており、これにより非調和オーバー
トーンモード等のスプリアス振動を減衰させることがで
きる。

【００３５】次に、第５の実施の形態を、図８乃至図１
０を参照しながら以下に説明する。図８は共通電極側の
主面の平面図、図９は図８におけるＤ−Ｄ断面図、図１
０は図８におけるＥ−Ｅ断面図である。

【００３６】この実施の形態の例では、一方の主面に形
成された矩形状の入力電極４１、出力電極４２に対し
て、他方の主面に形成された矩形状の共通電極４３は４
辺とも大きく形成され、入力電極４１、出力電極４２の
両方を覆う大きさとなっている。さらにこの共通電極４
３の対向する短辺の中央部分に切り欠き部４３１、４３
２が形成されており、その切り欠き深さは反対の面に形
成されている入出力電極４１、４２に対向する共通電極
４３部分に及ぶ深さに形成されている。

【００３７】なお、共通電極４３は引出電極４３ａによ
って水晶板１の他のコーナー部に導かれ、アース端子
（図示せず）に接続されている。また、入力電極４１と
出力電極４２は、それぞれの引出電極４１ａ，４２ａに
よって水晶板１の対角線状に位置する各コーナー部に導
かれている構成となっている。

【００３８】以上の構成を採用することにより、特に非
調和オーバートーンモードは、より外側に偏った状態の
振動エネルギ分布において、この非調和オーバートーン
モード自体のバランスが崩れ、この振動エネルギを極め
て効率よく減衰させることができる。一般に電極面積を
大きくすることで駆動インピ−ダンスを低下させること
ができる一方、各種のスプリアス振動も同時に顕在化す
る問題が生じるが、重みを軽減するための電極形状ある
いは重み付加するための電極形状の構成を採用すれば、
こうしたスプリアス振動を実用化に供するレベルまで弱
めることができる。

【００３９】なお、図８に示した構成は切り欠き部が
Ｚ′方向に、互いに対向する位置に形成された構成を示
したが、このＺ′方向に限ることなく、図２０に示すよ
うに、共通電極９３においてＸ方向に切り欠き部９３
１、９３２、９３３、９３４を形成する構成であっても
よい。この図２０に示す構成において、共通電極の短辺
Ｌ ₀ を１．３０ｍｍとし、入出力電極のＸ方向の幅Ｌ₂
を０．７８ｍｍとした場合について、Ｘ方向に配設され
た対向する切り欠き部間のＸ方向の距離Ｌ₁ とスプリア
ス減衰量との関係を、表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】この表から明らかなように、Ｌ₁ が小さく
なるほど、つまり、切り欠き深さが大きくなるほどスプ
リアス振動の減衰量が大きくなり、好ましい。この第５
の実施の形態によるモノシリック水晶フィルタには、５
ｍｍ×２．５ｍｍのＡＴカット矩形水晶板を用い、中心
周波数を１３０ＭＨｚに設定したものを用い、それぞれ
の電極の寸法が長辺が０．７８ｍｍ、短辺が０．５６ｍ
ｍの矩形電極の対を互いの間隔を０．１ｍｍ開けて裏面
に形成し、表面には、これらの入出力電極を覆うよう
に、電極の寸法が長辺が１．８４ｍｍ、短辺が１．１ｍ
ｍの矩形の共通電極４３が形成された構成である。この
構成のモノシリック水晶フィルタの周波数特性は図１３
に示すような周波数特性を示し、従来技術におけるモノ
シリック水晶フィルタの周波数特性を示す図２２と比較
すると、従来比較的大きな振動エネルギをもっていた非
調和オーバートーンモード等のスプリアス振動が減衰さ
れていることが明らかとなっている。この場合も図１２
に示した第１の実施の形態のデバイスと同様、図１３か
らは読み取りにくいが、通過帯域幅は従来品に比べ広く
なっている。

【００４２】この第５の実施の形態の変形例として図１
４に示す構成がある。この変形例では、一方の主面に形
成された矩形状の入力電極５１、出力電極５２に対し
て、他方の主面に形成された矩形状の共通電極５３は４
辺とも大きく形成され、入力電極５１、出力電極５２の
両方を覆う大きさとなっている点、及び切り欠き部５３
１、５３２の切り欠き深さは反対の面に形成されている
入出力電極５１、５２に対向する共通電極５３部分に及
ぶ深さに形成されている点については図８に示す構成と
同等であるが、共通電極５３に形成された切り欠き５３
１、５３２の形状が異なる。なお、共通電極５３は引出
電極５３ａ、５４ａによって水晶板１の対角線状に位置
する各コーナー部に導かれ、アース端子（図示せず）に
接続されている。また、入力電極５１と出力電極５２
は、それぞれの引出電極５１ａ，５２ａによって水晶板
１の対角線状に位置する各コーナー部に導かれている構
成となっている。

【００４３】この構成のモノシリック水晶フィルタの周
波数特性は図１５に示すような周波数特性を示し、従来
技術におけるモノシリック水晶フィルタの周波数特性を
示す図２２と比較すると、先に示した図８の構成と同
様、従来比較的大きな振動エネルギをもっていた非調和
オーバートーンモード等のスプリアス振動が減衰されて
いることが明らかであり、（イ）、（ロ）のスプリアス
振動が主振動から遠くなり、（ロ）のスプリアス振動が
減衰していることがわかる。

【００４４】次に、第６の実施の形態を、図１６を参照
しながら以下に説明する。図１６は共通電極側の主面の
平面図である。この実施の形態の例では、図１４に示し
た変形例と、入力電極６１、出力電極６２及び共通電極
６３に形成されたＺ′方向に互いに対向して形成された
切り欠き部６３１、６３２の構成は同等であるが、この
共通電極６３にＸ方向に切り欠き部６３３、６３４、６
３５、６３６が形成されたされた構成が特徴的な構成と
なっている。切り欠き部６３３と６３４、切り欠き部６
３５と６３６はそれぞれ互いに対向する位置に形成され
た構成となっている。

【００４５】この構成のモノシリック水晶フィルタの周
波数特性は図１７に示すような周波数特性を示す。先に
示した図８の構成による周波数特性を示す図１５と同
様、（ハ）、（ニ）のスプリアス振動が主振動から遠く
なり、さらにこの第６の実施の形態では、（ニ）のスプ
リアス振動だけでなく（ハ）のスプリアス振動も減衰し
ていることがわかる。

【００４６】また、この第６の実施の形態の変形例とし
て、図１８及び図１９に示す構成をあげることができ
る。図１８の構成においては、共通電極７３におけるＸ
方向に形成された切り欠き部７３１、７３２、７３３、
７３４の形状及び形成部分は図１６の構成と同じであ
り、またＺ′方向に形成された切り欠き部７４１、７４
２の形状に違いがあるが、その形成部分は同じである。
また共通電極７３の対向する短辺は外側に弧状に形成さ
れている。この構成においても図１６の構成と同等の作
用効果を奏するものである。

【００４７】さらに、図１９に示す構成においては、共
通電極８３に形成された切り欠き部８３１、８３２、８
３３、８３４は矩形の電極の各コーナー部から対角線上
に沿って入出力電極８１、８２に対向する共通電極８３
部分に及ぶ切り欠きが形成された構成となっている。こ
の構成においても図１６の構成と同等の作用効果を奏す
るものである。

【００４８】なお、以上説明した第５及び第６の実施の
形態において、共通電極は対向する二辺のみを大きくし
た構成であってもよいし、水晶板全面に形成しても差し
支えないが、その水晶板を例えばパッケージの電極パッ
ドに導電性接合材等により接続する際に、反対主面に形
成された入出力電極の引出電極との短絡事故が考えられ
るので、この構成を採用する際にはこのような問題を生
じさせない無電極領域を形成する必要がある。

【００４９】以上説明した各実施の形態において、入力
電極、出力電極あるいは共通電極ののいずれか一方の主
面の電極を厚肉に形成してもよく、例えば図１１に示す
ように入力電極３５、出力電極３６の厚さＧ２に対し
て、共通電極３７の厚さＧ１を大きくしている。この厚
さＧ２は厚さＧ１に対して約４倍とするとスプリアス振
動のエネルギを外に出すために好ましい。ただし、厚み
を増加させるにしたがって、帯域が増えるものの、この
場合ある程度までいくと同じになることを考慮して設計
すべきである。このような構成により、重み軽減あるい
は重み付加による境界条件の変化がより強調され、スプ
リアス振動を抑制することができる。

【００５０】以上説明した各実施の形態において、共通
電極の厚さが、他方の主面に形成された入力電極及び出
力電極の厚さの２倍から１０倍の範囲であることがスプ
リアス振動のエネルギを外に出すために望ましく、例え
ば図１１に示すように入力電極３５、出力電極３６の厚
さＧ２に対して、共通電極３７の厚さＧ１は約２倍とし
ている。この２倍から１０倍の範囲の限定は、厚みを増
加させるにしたがって、帯域が増えるものの、ある程度
までいくと同じになることを考慮して設計されたもので
あり、以下に図２４及び図２５に示す実験デ−タを参照
しながら詳細に説明する。

【００５１】図２４は電極材料を銀とし、入力電極及び
出力電極の厚さを５００Å、主振動周波数を１３０ＭＨ
ｚとした場合、共通電極の厚さを５００Å、１０００
Å、２０００Å、３０００Å、４０００Å、５０００
Å、６０００Å、７０００Åと変化させた場合の保証減
衰量をそれぞれ評価したものである。また、図２５はこ
の場合の各共通電極の厚さに対する挿入損失を示すグラ
フである。さらに、図２６は電極材料をクロムと銀の合
金とし、入力電極及び出力電極の厚さを５００Å、主振
動周波数を４５ＭＨｚとした場合、共通電極の厚さを５
００Å、１０００Å、２０００Å、３０００Å、４００
０Å、５０００Å、６０００Å、７０００Åと変化させ
た場合の保証減衰量をそれぞれ評価したものである。ま
た、図２７はこの場合の各共通電極の厚さに対する挿入
損失を示すグラフである。

【００５２】主振動周波数を１３０ＭＨｚとした場合で
は、図２５に示すように挿入損失が高い傾向にあるた
め、挿入損失が約３ｄＢ以下を使用可能範囲としてお
り、４５ＭＨｚの基本波では挿入損失が低い傾向にある
ため、挿入損失が約２ｄＢ以下を使用可能範囲としてい
る。また、保証減衰量特性の最適値を考慮すると、いず
れの場合も共通電極の厚さは１０００Åから５０００Å
の範囲が最適である。以上のデ−タは実験的に共通電極
の厚さを入力電極及び出力電極の厚さの２倍から１０倍
の範囲とすることの根拠を示すものである。

【００５３】以上の構成により、良好な保証減衰量特性
が得られ、重み軽減あるいは重み付加による境界条件の
変化がより強調される結果、スプリアス振動を効果的に
抑制することができる。

【００５４】なお、スプリアス抑制効果は重み軽減部あ
るいは重み付加部の大きさ（量）によって異なり、場合
によっては主振動モードを減衰させてしまうことがある
こと、さらに、電極形成時の製造誤差等も勘案して、切
り欠き部等の設計を行う必要がある。

【００５５】なお、上述した各本実施の形態において
は、電極材料として銀を用いたが、この構成は従来用い
られていたアルミニウムを電極材料とした場合に比べ
て、スプリアス振動は主振動からより遠くに発生させる
ことができる点で優れている。図２２及び図２３は、と
もに電極構成を図２１に示す構成を適用し、その電極材
料をそれぞれアルミニウム、銀とした場合の周波数特性
を示す。なお、ここで用いたモノシリック水晶フィルタ
の共通電極１３、入力電極１１、出力電極１２にはいず
れも本願の特徴的構成である重みを軽減あるいは付加す
る構成をとっていないが、ここでは電極材料の違いによ
る作用効果の違いのみを述べる。図２２に示すように、
アルミニウム電極を用いた場合には、スプリアス振動
（ホ）、（ヘ）は主振動の近辺で大きく発生するが、銀
電極を用いた場合には、スプリアス振動（ト）、（チ）
は主振動から遠くに発生する。これは、スプリアス振動
が厚みすべり系非調和振動であり、比重の重い電極によ
り形成した場合、主振動より非調和振動の方が周波数の
低下量が小さく、見かけ上このスプリアス振動が主振動
よりより高い周波数になるためである。また、アルミニ
ウムが酸化しやすく、銀に比べ不安定材料であることに
起因する。以上のことから、電極材料を銀とすることは
スプリアス振動の影響を抑制する観点から有効な手段と
いえる。また、電極材料を銀のみならず、金を用いても
よい。また、これら金、銀のみを用いた電極に限ること
なく、金あるいは銀を主成分とした金属多層構造、例え
ばクロム−銀−金、クロム−銀−クロム、クロム−金−
クロム、ニッケル−銀−ニッケル、クロム−銀−ニッケ
ルあるいはニッケル−銀−クロムなどの三層構造、クロ
ム−銀、クロム−金、ニッケル−銀、ニッケル−金など
の二層構造とした電極構成であってもよい。これらの電
極を用いた場合も上記した銀を単独で用いた場合と同様
の効果を得ることができる。

【００５６】なお、上記の図１２、図１３、図１５、図
１７、図２２及び図２３に示した周波数特性は、図３０
の分解斜視図に示すパッケージ３２０を用いて測定し
た。このとき測定される圧電振動デバイス３００は、上
記した本願のいずれのデバイスでもよいが、例えば、図
３０に示すように、圧電性基板３１０の一面に、互いに
所定のギャップＧを開けて入出力振動電極対３１１、３
１２を形成し、その反対側の面にはこれらと対向するよ
うに共通電極３１３を形成したもので、この圧電振動デ
バイス３００が表面実装型のパッケージ３２０内に収容
される。

【００５７】このパッケージ３２０は、例えばセラミッ
ク等の絶縁材料からなるパッケージ本体３２１と、その
パッケージ本体３２１の上面開口部にコバーリング（図
示せず）を介して被せられる金属製の蓋３２２によって
構成されている。パッケージ本体３２１には２つのピッ
ト３４１、３４２が形成されており、これらのピット３
４１と３４２は、組み立て状態において圧電性基板３１
０の入力振動電極３１１と出力振動電極３１２にそれぞ
れ対向し、また、各ピット３４１、３４２間の隔壁３４
３は、入出力振動電極対３１１、３１２間のギャップＧ
に沿った状態となる。

【００５８】圧電振動デバイス３００は、その入出力振
動電極対３１１および出力振動電極３１２をそれぞれピ
ット３４１、３４２の底面側に向けた状態で、圧電性基
板３１０の３つのコーナー部分でピット３４１、３４２
の周縁部近傍においてパッケージ本体３２１に支持され
る。圧電性基板３１０の入出力振動電極３１１、３１２
および共通電極３１３はそれぞれに対応する引き出し電
極によって圧電性基板３１０の３箇所のコーナー部分に
引き出されているとともに、パッケージ本体３２１に
は、ピット３４１、３４２の周縁部近傍に上記コーナー
部と対応する位置に３つの接続パッドＰが形成されてい
る。そして、圧電性基板３１０は、その３箇所のコーナ
ー部分において導電性接着剤によって振動を妨げられな
い状態で各接続パッドＰ上に機械的に固定されると同時
に、入出力振動電極対３１１、３１２および共通電極３
１３が、それぞれの接続パッドＰに個別に電気的に接続
される。このような状態で測定されたものである。

【００５９】以上説明した第１乃至第６の実施の形態
は、電極構成を２ポール型とした場合を説明したが、３
ポール型あるいは４ポール型の圧電振動デバイスにも同
様に適用されるものである。以下にその実施の形態を図
２４及び図２５を参照しながら説明する。

【００６０】図２８は本発明の第７の実施の形態の共通
電極側の主面の平面図であり、３ポール型の圧電振動デ
バイスを示す。水晶板１には、矩形状に加工されたＡＴ
カット水晶板が用いられており、一方の主面には、矩形
状の入力電極２６１、アース電極２６３、出力電極２６
２が、所定の間隔を開けて、アース電極２６３が入力電
極２６１と出力電極２６２との間に介在させた状態で形
成されている。入力電極２６１、出力電極２６２は、そ
れぞれ引出し電極２６１ａ，２６２ａによって水晶板１
の対角線状に位置する各コーナー部に導かれており、ア
ース電極２６３は水晶板１のもう１つの対角線状に位置
する各コーナー部に引出し電極（図示せず）によって導
かれている。一方、他方の主面には、入力電極２６１、
アース電極２６３、出力電極２６２に対向するように、
共通電極２６４が形成され、この共通電極２６４は引出
し電極２６４ａ，２６４ｂによって水晶板１の対角線状
に位置する各コーナー部に導かれ、アース電極２６３と
共通接続されている。この共通電極２６４の外周には切
り欠き２６４が対向する入力電極２６１、出力電極２６
２に及ぶ深さに形成されている。この３ポール型の圧電
振動デバイスにおいても、共通電極２６４に重み軽減部
を設けたので、スプリアス振動のバランスが崩れ、全体
としてスプリアス振動の振動エネルギが弱められる。

【００６１】図２９はは本発明の第８の実施の形態の共
通電極側の主面の平面図であり、４ポール型の圧電振動
デバイスを示す。水晶板１には、矩形状に加工されたＡ
Ｔカット水晶板が用いられており、一方の主面には、２
組の入出力電極、すなわち、矩形状の入力電極２７１と
出力電極２７２、入力電極２８１と出力電極２８２がそ
れぞれ所定の間隔を開けて形成されている。入力電極２
７１、出力電極２７２は、それぞれ引出し電極２７１
ａ，２７２ａによって、入力電極２８１、出力電極２８
２は、それぞれ引出し電極２８１ａ，２８２ａによって
それぞれ水晶板１のコーナー部に導かれている。一方、
他方の主面には、入力電極２７１、出力電極２７２、及
び入力電極２８１、出力電極２８２にそれぞれ対向する
ように、共通電極２７３、２８３が形成され、この共通
電極２７３、２８３は引出し電極２７３ａ，２８３ａに
よって水晶板１の対角線状に位置する各コーナー部に導
かれている。これらの共通電極２７３、２８３の外周に
はそれぞれ切り欠き２７４、２８４が対向する入力電極
２７１、出力電極２７２及び入力電極２８１、出力電極
２８２に及ぶ深さに形成されている。この４ポール型の
圧電振動デバイスにおいても、共通電極２７４、２８４
に重み軽減部を設けたので、スプリアス振動のバランス
が崩れ、全体としてスプリアス振動の振動エネルギが弱
められる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電振動
デバイスによれば、入力電極及び出力電極あるいは共通
電極の外周近傍の少なくとも一部で、かつ非調和オーバ
ートーンモードが比較的強く励振される部分に、重み軽
減部あるいは重み付加部を設けた構成としたので、振動
エネルギ分布のバランスが大きく崩れ、全体として振動
エネルギが弱められる。従って、従来通過帯域特性を悪
化させていたスプリアス振動が減衰することにより、通
過帯域特性が良好になるとともに、通過帯域外における
保証減衰量特性を良好にすることができる。さらに、主
振動モードが励振電極の中央部分に集中し、その結果対
称モード振動（ｆｓ）と斜対称モード振動（ｆａ）の音
響的結合が強化され、水晶フィルタの通過帯域幅が広く
なる。

【００６３】入力電極と出力電極の総面積に対して、共
通電極の面積を大きくし、その共通電極の外周近傍の少
なくとも一部に重み軽減部あるいは重み付加部を設け、
その重み軽減部あるいは重み付加部は入力電極と出力電
極に対向する共通電極部分に及ぶ構成とした場合、非調
和オーバートーンモードは、その振動エネルギ分布がよ
り外側に偏った状態となり、この非調和オーバートーン
モード自体のバランスが崩れ、この振動エネルギを極め
て効率よく減衰させることができる。また、一般的には
電極面積を大きくすることにより駆動インピ−ダンスを
低下させることができるが、各種のスプリアス振動も同
時に顕在化する問題がある。しかし、本発明の重み軽減
部あるいは重み付加部を設けた構成により、このスプリ
アス振動を実用に供するレベルにまで弱めることがで
き、従って、より広帯域でかつ良好な通過帯域特性を得
ることができるとともに、通過帯域外における保証減衰
量特性を良好にすることができる。

【００６４】さらに、水晶板のいずれかの主面に形成す
る電極を厚肉とする構成とすれば、励振電極の外周端面
によって形成される境界条件がより強調され、上記した
重み軽減部あるいは重み付加部を設けることによる効果
をより有効に導き出すことができる。従って、この場合
スプリアス抑制効果がより向上する。

【００６５】さらに、水晶板の一方の主面に形成された
共通電極の厚さが、他方の主面に形成された入力電極及
び出力電極の厚さの２倍〜１０倍の厚さとすれば、スプ
リアス振動の抑制効果が大きく、また、重み軽減部ある
いは重み付加部を設けた構成との相乗効果により一層効
果的なものとなる。この結果、圧電振動デバイスの製造
において、歩留り向上を図ることができ、信頼性の高い
デバイスを得ることができる。

【００６６】さらに、電極として銀、銀合金、金、金合
金を用いた場合には、スプリアス振動を主振動から遠く
に発生させることができ、スプリアス振動の影響の抑制
効果をより大きくすることができ、しかも歩留り及び生
産性を向上するこができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の共通電極側の主面
の平面図

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図

【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図

【図４】本発明の第２の実施の形態の共通電極側の主面
の平面図

【図５】本発明の第３の実施の形態の共通電極側の主面
の平面図

【図６】図５におけるＣ−Ｃ断面図

【図７】本発明の第４の実施の形態を示す断面図

【図８】本発明の第５の実施の形態の共通電極側の主面
の平面図

【図９】図８におけるＤ−Ｄ断面図

【図１０】図８におけるＥ−Ｅ断面図

【図１１】各実施の形態に適用できる電極厚さの構成を
示す図

【図１２】図１に示した第１の実施の形態の周波数特性
を示す図

【図１３】図５に示した第５の実施の形態の周波数特性
を示す図

【図１４】本発明の第５の実施の形態の変形例を示す共
通電極側の主面の平面図

【図１５】図１４に示した第５の実施の形態の周波数特
性を示す図

【図１６】本発明の第６の実施の形態の共通電極側の主
面の平面図

【図１７】本発明の第６の実施の形態の周波数特性を示
す図

【図１８】本発明の第６の実施の形態の変形例を示す共
通電極側の主面の平面図

【図１９】本発明の第６の実施の形態の変形例を示す共
通電極側の主面の平面図

【図２０】本発明の第６の実施の形態の変形例を示す共
通電極側の主面の平面図

【図２１】電極材料による周波数特性を得る際に使用し
た圧電振動デバイスの電極構成を示す共通電極側の主面
の平面図

【図２２】図２１の電極構成で電極材料をアルミニウム
とした場合の周波数特性を示す図

【図２３】図２１の電極構成で電極材料を銀とした場合
の周波数特性を示す図

【図２４】電極材料を銀とし、分割電極の厚さを５００
Å、主振動周波数を１３０ＭＨｚとした場合における共
通電極の厚さに対する保証減衰量の特性を示す図

【図２５】電極材料を銀とし、分割電極の厚さを５００
Å、主振動周波数を１３０ＭＨｚとした場合における共
通電極の厚さに対する挿入損失の特性を示す図

【図２６】電極材料をクロムと銀の合金とし、分割電極
の厚さを５００Å、主振動周波数を４５ＭＨｚとした場
合における共通電極の厚さに対する保証減衰量の特性を
示す図

【図２７】電極材料を銀とし、分割電極の厚さを５００
Å、主振動周波数を４５ＭＨｚとした場合における共通
電極の厚さに対する挿入損失の特性を示す図

【図２８】本発明の第７の実施の形態の共通電極側の主
面の平面図

【図２９】本発明の第８の実施の形態の共通電極側の主
面の平面図

【図３０】圧電振動デバイスの周波数特性の測定に用い
られるパッケージの分解斜視図

【図３１】従来における圧電振動デバイスの共通電極側
の主面の平面図

【図３２】図３１におけるＳ−Ｓ断面図

【符号の説明】

１‥‥水晶板 ２１，３５，４１，６１，２６１，２７１，２８１‥‥
入力電極 ２２，３６，４２，６２，２６２，２７２，２８２‥‥
出力電極 ２６３‥‥アース電極 ２３，２４，３４，３７，４３，６３，２６４，２７
３，２８３‥‥共通電極 ２３１，２３２，３３１，３２１，４３１，４３２，６
３１，６３２，６３３，６３４，６３５，６３６，２６
５，２７４，２８４‥‥切り欠き部 ２４１，２４２，２４３，２４４，２４５，２４６‥‥
貫通孔 ３７１‥‥付加電極

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶板の一方の主面に入力電極と出力電
   極とが所定の間隔で近接して形成され、かつこの水晶板
   の他方の主面にその入力電極及び出力電極に対応する共
   通電極が設けられ、これらの電極により共振領域が形成
   された厚み系振動を用いた圧電振動デバイスにおいて、
   上記入力電極及び出力電極あるいは共通電極の外周近傍
   の少なくとも一部に重み軽減部あるいは重み付加部が設
   けられていることを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 【請求項２】 水晶板の一方の主面に入力電極と出力電
   極と、これらの電極間に介在するアース電極とが所定の
   間隔で近接して形成され、かつこの水晶板の他方の主面
   にこれらの電極に対応する共通電極が設けられ、これら
   の電極により共振領域が形成された厚み系振動を用いた
   圧電振動デバイスにおいて、上記入力電極及び出力電極
   あるいは共通電極の外周近傍の少なくとも一部に重み軽
   減部あるいは重み付加部が設けられていることを特徴と
   する圧電振動デバイス。
3. 【請求項３】 水晶板の一方の主面に入力電極と出力電
   極とが所定の間隔で近接して形成された入出力電極対
   が、２組並列に形成され、かつこの水晶板の他方の主面
   に各入出力電極対に対応する共通電極がそれぞれ設けら
   れ、これら２組の入出力電極対に及び共通電極により共
   振領域が形成された厚み系振動を用いた圧電振動デバイ
   スにおいて、上記入力電極及び出力電極あるいは共通電
   極の外周近傍の少なくとも一部に重み軽減部あるいは重
   み付加部が設けられていることを特徴とする圧電振動デ
   バイス。
4. 【請求項４】 上記重み軽減部あるいは重み付加部は、
   当該圧電振動デバイスの励振時に現れるスプリアス振動
   の振動エネルギが主振動エネルギより相対的に高い部分
   に設けられていることを特徴とする請求項１、２または
   ３に記載の圧電振動デバイス。
5. 【請求項５】 上記各電極は矩形状に形成されていると
   ともに、上記重み軽減部あるいは重み付加部は、上記入
   力電極と出力電極とが互いに対向する遠い辺の中央部の
   少なくとも１か所に、あるいは共通電極の対向する遠い
   辺の中央部の少なくとも１か所に、あるいは上記入力電
   極もしくは出力電極の上記遠い辺の中央部のいずれか
   と、上記共通電極の上記遠い辺の中央部の少なくとも１
   か所に設けられていることを特徴とする請求項１、２、
   ３または４に記載の圧電振動デバイス。
6. 【請求項６】 上記重み軽減部は切り欠き部が形成され
   た構成であることを特徴とする請求項１、２、３、４ま
   たは５に記載の圧電振動デバイス。
7. 【請求項７】 上記重み軽減部は上記電極の所定箇所の
   当該電極を全部もしくは一部除去することにより形成さ
   れる凹部によって構成されていることを特徴とする請求
   項１、２、３、４または５に記載の圧電振動デバイス。
8. 【請求項８】 上記重み付加部は上記電極の一部もしく
   は全体が厚肉に形成された構成あるいは樹脂材料が上記
   電極の一部もしくは全体に付加された構成であることを
   特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載の圧電
   振動デバイス。
9. 【請求項９】 上記入力電極と出力電極の総面積に対し
   て、上記共通電極の面積が大きく形成されているととも
   に、その共通電極の外周近傍の少なくとも一部に重み軽
   減部あるいは重み付加部が設けられ、その重み軽減部あ
   るいは重み付加部は上記入力電極と出力電極に対向する
   当該共通電極部分に及ぶ構成であることを特徴とする請
   求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載の圧電
   振動デバイス。
10. 【請求項１０】 上記水晶板のいずれかの主面に形成さ
    れた電極が厚肉に形成されていることを特徴とする請求
    項１、２、３、４、５、６、７、８または９に記載の圧
    電振動デバイス。
11. 【請求項１１】 上記水晶板の一方の主面に形成された
    共通電極の厚さが他方の主面に形成された入力電極およ
    び出力電極の厚さの２倍から１０倍の範囲であることを
    特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９
    または１０に記載の圧電振動デバイス。
12. 【請求項１２】 上記水晶板のいずれかの主面に形成さ
    れた電極が金または銀を主成分とする金属あるいは金ま
    たは銀からなることを特徴とする請求項１、２、３、
    ４、５、６、７、８、９、１０または１１に記載の圧電
    振動デバイス。