JPH11214952A - 圧電部品及び圧電装置 - Google Patents

圧電部品及び圧電装置

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JPH11214952A
JPH11214952A JP1103998A JP1103998A JPH11214952A JP H11214952 A JPH11214952 A JP H11214952A JP 1103998 A JP1103998 A JP 1103998A JP 1103998 A JP1103998 A JP 1103998A JP H11214952 A JPH11214952 A JP H11214952A
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electrode film
electrode
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JP1103998A
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Yasuhiro Tanaka
康▲廣▼ 田中
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インピーダンスの低い外部回路との接続が容
易であり、小型化が容易で機械的強度が強く信頼性が高
い圧電部品及び圧電装置を得る。 【解決手段】 圧電部品は、圧電体層41〜43及び電
極膜44〜47を積層して構成している。圧電体層41
〜43は電極膜44,45を間にしてその厚み方向に積
層され、上面及び下面にそれぞれ電極膜46,47を形
成している。圧電体層41は電極膜44から電極膜46
に向かう方向に、圧電体層42は電極膜44から電極膜
45に向かう方向にそれぞれ分極されている。圧電体層
43は電極膜47から電極膜45に向かう方向に分極さ
れている。この圧電部品全体は分極方向に対して直交す
る方向に、長さ振動モードで振動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電部品、特に、
発振子、ディスクリミネータ、フィルタ等に利用される
圧電部品及び圧電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば図11に示されている
電気等価回路のように、入力端子1と出力端子2との間
に三つの圧電部品3〜5が梯子状に接続されている、い
わゆる梯子(ラダー)型のフィルタ11が考えられてい
る。圧電部品3,4は直列共振子と呼ばれ、入力端子1
と出力端子2との間に直列に接続されている。圧電部品
5は並列共振子と呼ばれ、入力端子1と出力端子2を接
続する信号ラインとグランド端子Gとの間に接続されて
いる。
【0003】このフィルタ11の具体的な構成の一例を
図12に示す。フィルタ11は、圧電部品3〜5と、こ
れら圧電部品3〜5を支持する絶縁性基板12とで構成
されている。圧電部品3〜5は、それぞれ短冊状の圧電
体基板13〜15の表裏面に、振動電極13a,13
b、14a,14b、15a,15bを形成したもので
ある。圧電部品3,4の各圧電体基板13,14の板厚
は、圧電部品5の圧電体基板15よりも厚く設定されて
いる。これらの圧電部品3〜5は、圧電体基板13〜1
5の長さ方向に振動する長さ振動モードで振動する。
【0004】絶縁性基板12の表面には、入力端子1、
出力端子2、グランド端子G及び中継端子23が形成さ
れている。圧電部品3は、可撓性を有する導電性接着剤
により、その振動電極13bの略中央部にて入力端子1
に接着されて保持されている。圧電部品4は、その振動
電極14bの略中央部にて出力端子2に接着されて保持
されている。圧電部品5は、その振動電極15bの略中
央部にてグランド端子Gに接着されて保持されている。
【0005】圧電部品3,4,5のそれぞれの振動電極
13a,14a,15aは、ボンディングワイヤ25に
より中継端子23に電気的に接続されている。以上の導
電性接着剤及びボンディングワイヤ25による圧電部品
3〜5の電気的な接続により、絶縁性基板12上には図
11の回路構成を有する梯子型のフィルタ11が構成さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の梯子
型のフィルタ11では、圧電部品5(並列共振子)の静
電容量と圧電部品3,4(直列共振子)の静電容量との
比が大きいほど、減衰域での挿入損失特性が大きく良好
なフィルタ特性を有するものが得られる。このため、並
列共振子5の圧電体基板15は、その厚みが直列共振子
3,4の圧電体基板13,14の厚みよりも薄く設定さ
れている。しかし、このように圧電体基板15の厚みが
薄くなると、並列共振子5の機械的強度が弱くなり、フ
ィルタ11に外部からショック等が加わると容易に破損
するという問題があった。
【0007】このような問題を解消するため、長さ振動
モードを利用した並列共振子5に代えて、図13に示す
ように、拡がり振動モードを利用した並列共振子5sを
用いたフィルタ21も考えられている。このフィルタ2
1は、圧電体基板22を正方形状にして振動電極22
a,22bの対向面積を大きくすることにより、並列共
振子5sの静電容量を大きくしている。従って、その分
だけ圧電体基板22の厚みを厚くすることができるの
で、その機械的強度を強くすることができる。しかしな
がら、この場合、並列共振子5sの形状が大きくなるの
で、フィルタ21のサイズが大きくなるという問題があ
った。
【0008】さらに、図12及び図13のフィルタ11
及び21に用いられる直列共振子3,4は、振動電極1
3a,13b及び14a,14bの面積が小さく、その
間に形成される静電容量が小さいので、インピーダンス
が高い。このため、フィルタ11及び21の入力インピ
ーダンス及び出力インピーダンスが高くなり、入出力イ
ンピーダンスが低い半導体集積回路にフィルタ11及び
21を接続する際に、インピーダンス整合が取りにくい
という問題もあった。
【0009】そこで、本発明の目的は、低インピーダン
スで機械的強度が強く信頼性が高い小型の圧電部品、並
びに、半導体集積回路等からなるインピーダンスの低い
外部回路との整合が容易な圧電装置を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】前記目的を達成
するため、本発明に係る圧電部品は、複数の圧電体層と
複数の電極膜を積み重ねて積層体を構成し、各々の前記
圧電体層の分極軸を揃えると共に、隣接する圧電体層の
分極方向が互いに逆方向になるようにし、前記積層体が
前記圧電体層の分極方向に対して直交する方向に長さ振
動モードで振動することを特徴とする。ここに、積層体
に配設された複数の電極膜は、例えば、ビアホールを介
して電気的に接続される。
【0011】以上の構成により、圧電体層の積層枚数が
多くなるにつれて、圧電部品の静電容量が大きくなり、
圧電部品のインピーダンスが低下する。また、圧電体層
の多層化により、圧電部品の機械的強度も強くなる。
【0012】また、本発明に係る圧電装置は、複数の圧
電体層と複数の電極膜を積み重ねて積層体を構成し、各
々の圧電体層の分極軸を揃えると共に、隣接する圧電体
層の分極方向が互いに逆方向になるようにし、積層体が
圧電体層の分極方向に対して直交する方向に長さ振動モ
ードで振動する圧電部品を備えたことを特徴とする。
【0013】圧電装置の具体例としては、入力端子と出
力端子との間に直列共振子と並列共振子とが梯子状に接
続され、直列共振子又は並列共振子の少なくともいずれ
か一つの共振子に前記圧電部品を採用した圧電装置があ
る。この圧電装置において、直列共振子に前記圧電部品
を採用した場合には、圧電体層の積層枚数が多くなるに
つれて、この直列共振子の静電容量が大きくなる。従っ
て、直列共振子のインピーダンスも低くなり、圧電装置
にインピーダンスの低い外部回路を接続する際のインピ
ーダンスマッチングが容易になる。一方、並列共振子に
前記圧電部品を採用した場合には、圧電体層の積層枚数
が多くなるにつれて、この並列共振子の静電容量が大き
くなる。従って、並列共振子の静電容量と直列共振子の
静電容量の比が大きくなり、この圧電装置をフィルタと
して使用する場合には減衰特性が向上する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電部品及び
圧電装置の実施形態について添付の図面を参照して説明
する。各実施形態は、圧電装置としてフィルタを例にし
て説明するが、発振子、ディスクリミネータ等であって
もよいことは言うまでもない。
【0015】[第1実施形態、図1〜図4]図1に示す
ように、梯子型フィルタ30は、アルミナ等の絶縁材料
からなる絶縁性基板36と、この絶縁性基板36上に支
持された5つの圧電部品31〜35を有する。圧電部品
31〜35はいずれも圧電セラミックからなり、そのう
ちの二つの圧電部品31,33の各々は、図2に示すよ
うに、三層の矩形状の圧電体層41〜43からなり、こ
れら圧電体層41〜43を電極膜44,45を間にして
その厚み方向に積層するとともに、さらに上面及び下面
にそれぞれ電極膜46,47を形成して積層体40を構
成したものである。
【0016】これら三層の圧電体層41〜43は、その
分極軸を揃えると共に、隣接する圧電体層41〜43の
分極方向が互いに逆方向になるように配設されている。
すなわち、圧電体層41〜43は、図3において矢印P
1,P2及びP3でそれぞれ示すように分極されてい
る。圧電体層41は、その厚み方向に電極膜44から電
極膜46に向かう方向に分極されている。また、圧電体
層42は、その厚み方向に電極膜44から電極膜45に
向かう方向に分極されている。さらに、圧電体層43
は、その厚み方向に電極膜47から電極膜45に向かう
方向に分極されている。圧電体層41〜43の長さは、
圧電部品31,33に要求される共振周波数に基づいて
決定される。
【0017】圧電体層42と圧電体層43との間に配設
された電極膜45と、圧電体層41の上に形成された電
極膜46とは、ビアホール48により電気的に接続され
ている。ビアホール48は、圧電体層41と圧電体層4
2との間に配設された電極膜44と電気的に絶縁されて
いる。また、圧電体層41と圧電体層42との間に配設
された電極膜44と、圧電体層43の上に形成された電
極膜47とは、ビアホール49により電気的に接続され
ている。ビアホール49は、圧電体層42と圧電体層4
3との間に配設された電極膜45と電気的に絶縁されて
いる。
【0018】圧電体層41〜43の材料としては、圧電
セラミックや圧電単結晶等が用いられる。電極膜44〜
47は、例えば、真空蒸着やスパッタリング等の物理気
相蒸着法(PVD法)、コーティングや印刷等の塗布
法、あるいは無電解及び電解メッキ法を利用して形成さ
れる。また、圧電体層41〜43の材料として圧電セラ
ミックを用いた場合には、圧電セラミックの分極処理時
に印加する分極電圧を電極膜46,47に印加すること
により、圧電部品31,33の製造を容易にすることが
できる。なお、必要に応じて、圧電部品31〜35を覆
うケース(図示せず)を絶縁性基板36の上に載せても
よい。
【0019】こうして得られた積層型の圧電部品は、電
極膜46,47が入出力電極として使用される。電極膜
46,45と電極膜44,47との間に電気信号が印加
されると、圧電体層41〜43が圧電的に活性となる。
すなわち、この積層型圧電部品は、電極膜46,47に
電気信号を与えることにより、互いに逆向きに分極した
圧電体層41〜43に互いに逆向きの電圧が印加される
ため、圧電体層41〜43は全て同じ方向に伸縮しよう
とする。そのため、圧電部品全体が、積層体40の中心
部をノードとした長さ振動モードで励振される。しか
も、積層型圧電部品は、圧電体層41〜43の分極方向
(矢印P1,P2及びP3で表示された方向)に対して
直交する方向に、言換えると圧電部品の長さ方向に、長
さ振動モードで振動する。こうして、三層の圧電体層4
1〜43により形成される積層体40は、二端子圧電部
品として機能する。
【0020】図1に戻って、残る三つの圧電部品32,
34及び35の各々はいずれも、短冊状の圧電体基板5
2,54及び55の表裏面に振動電極52a,52b、
54a,54b及び55a,55bをそれぞれ形成して
なるものである。圧電体基板52,54及び55は厚み
方向に分極されており、その長さ方向に振動する長さ振
動モードで振動する。
【0021】一方、絶縁性基板36の表面には、入力端
子61、出力端子62、グランド端子63及び中継端子
65,66が形成されている。圧電部品31は、可撓性
を有する導電性接着剤により、その電極膜47の略中央
部にて入力端子61に接着されて保持されている。圧電
部品33は、可撓性を有する導電性接着剤により、その
電極膜47の略中央部にて出力端子62に接着されて保
持されている。圧電部品32は、可撓性を有する導電性
接着剤により、その振動電極52bの略中央部にて中継
端子65に接着されて保持されている。圧電部品34,
35は、それぞれ可撓性を有する導電性接着剤により、
その振動電極54b,55bの略中央部にてグランド端
子63に接着されて保持されている。
【0022】圧電部品31の電極膜46及び圧電部品3
4の振動電極54aは、それぞれボンディングワイヤ6
8により中継端子65に電気的に接続されている。さら
に、圧電部品32の振動電極52a、圧電部品33の電
極膜46及び圧電部品35の振動電極55aは、それぞ
れボンディングワイヤ68により中継端子66に電気的
に接続されている。
【0023】以上の導電性接着剤及びボンディングワイ
ヤ68による圧電部品31〜35の電気的な接続によ
り、図4に示した回路構成を有する梯子型フィルタ30
が構成される。即ち、圧電部品(直列共振子)31〜3
3が、入力端子61と出力端子62の間に直列に接続さ
れている。圧電部品(並列共振子)34,35が入力端
子61と出力端子62を接続する信号ラインとグランド
端子63との間に接続されている。
【0024】このような構成の梯子型フィルタ30にお
いて、入力端子61及び出力端子62にそれぞれ接続さ
れている入力側圧電部品31及び出力側圧電部品33
は、圧電体層41〜43と電極膜44〜47とで多層構
造を構成しているので、圧電部品31,33の静電容量
が大きくなり、圧電部品31,33のインピーダンスが
低下する。従って、梯子型フィルタ30にインピーダン
スの低い外部回路を接続する際のインピーダンスマッチ
ングが容易になる。また、圧電体層41〜43の多層化
により、圧電部品31,33の機械的強度も強くなる。
さらに、圧電体層41〜43と電極膜44〜47の積層
枚数を変えることにより、圧電部品31及び33の静電
容量を変えることができる。従って、フィルタ30が接
続される外部回路の入出力インピーダンスに応じて圧電
体層の積層枚数を調整することにより、外部回路と容易
にインピーダンス整合を取ることができる。
【0025】[第2実施形態、図5]図5に示すよう
に、梯子型フィルタ70は図12で説明したフィルタ1
1において、圧電部品5(並列共振子)に代えて、図2
及び図3にて説明した構成を有する圧電部品71を用い
たものである。なお、図5において、図2,図3及び図
12に対応する部分には対応する符号を付して示し、重
複した説明は省略する。
【0026】圧電部品71(並列共振子)は、圧電体層
41〜43と電極膜44〜47とで多層構造を構成して
いるので、並列共振子71の静電容量が大きくなる。従
って、並列共振子71の静電容量と、入力端子1と出力
端子2間に接続される圧電部品3,4(直列共振子)の
静電容量との比が大きくなり、良好な減衰特性を有する
梯子型フィルタ70を得ることができる。また、圧電体
層41〜43の多層化により、並列共振子71の機械的
強度も強くなる。
【0027】[第3実施形態、図6]図6に示すよう
に、梯子型フィルタ70aは、図12で説明したフィル
タ11の圧電部品3,4(直列共振子)及び圧電部品5
(並列共振子)に代えて、図2及び図3にて説明した構
成を有する圧電部品73,74(直列共振子)及び圧電
部品75(並列共振子)を用いたものである。ただし、
これら圧電部品73〜75のうち、並列共振子75は直
列共振子73,74よりも多くの圧電体層及び電極膜を
積層し、その静電容量が直列共振子73,74の各々の
静電容量よりも大きくなるようにしている。なお、図6
においても、図2,図3及び図12に対応する部分には
対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【0028】梯子型フィルタ70aは、並列共振子75
の積層数が直列共振子73,74の積層数よりも多いの
で、並列共振子75の静電容量と直列共振子73,74
の静電容量との比が大きくなる。これにより、良好な減
衰特性を有する梯子型フィルタ70aを得ることができ
る。また、入力端子1及び出力端子2にそれぞれ接続さ
れる入力側圧電部品73及び出力側圧電部品74は、圧
電体層41〜43と電極膜44〜47とで多層構造を構
成しているので、圧電部品73,74の静電容量が大き
くなり、圧電部品73,74のインピーダンスが低下す
る。従って、梯子型フィルタ70aにインピーダンスの
低い外部回路を接続する際のインピーダンスマッチング
が容易になる。
【0029】[第4実施形態、図7]図7に示すよう
に、梯子型フィルタ70bは図5で説明した梯子型フィ
ルタ70において、長さ振動モードで振動する圧電部品
3,4(直列共振子)に代えて、拡がり振動モードで振
動する圧電部品3a,4aを用いたものである。なお、
図7において、図5に対応する部分には対応する符号を
付して示し、重複した説明は省略する。
【0030】梯子型フィルタ70aは、圧電部品71
(並列共振子)は、圧電体層41〜43と電極膜44〜
47とで多層構造を構成しているので、並列共振子71
の静電容量が大きくなる。従って、圧電部品71の静電
容量と、入力端子1もしくは出力端子2に接続される圧
電部品3a,4a(直列共振子)の静電容量との比が大
きくなり、良好な減衰特性を有するフィルタ70aを得
ることができる。また、入力端子1もしくは出力端子2
に接続された圧電部品3a,4a(直列共振子)は、そ
の振動電極の対向面積が大きく静電容量も大きいので、
低インピーダンスである。従って、梯子型フィルタ70
aは、低い入出力インピーダンスを有する外部回路と容
易にインピーダンス整合を取ることができる。
【0031】[第5実施形態、図8及び図9]図8に示
すように、圧電部品81は、図2で説明した構成を有す
る圧電部品40において、電極膜46の幅の中央部にて
その長手方向に走る凹溝82を形成し、凹溝82により
電極膜44及び電極膜46をそれぞれ二つの電極膜44
a,44b及び46a,46bに分割することにより、
三端子型の圧電部品を構成したものである。圧電部品8
1の分割された電極膜46aと電極膜45とはビアホー
ル83により電気的に接続され、又、分割された電極膜
44aと電極膜47とはビアホール84により電気的に
接続されている。同様に、圧電部品81の分割された電
極膜46bと電極膜45とはビアホール85により電気
的に接続され、又、分割された電極膜44bと電極膜4
7とはビアホール86により電気的に接続されている。
電極膜46a及び46bはそれぞれ入力端子91及び出
力端子92に接続され、電極膜47はグランド端子93
に接続されている。
【0032】以上のような構成を有する三端子型の圧電
部品81は、三層の圧電体層41a(41b),42及
び43が積層されているので、入力端子91とグランド
端子93との間の静電容量及び出力端子92とグランド
端子93との間の静電容量が大きくなる。従って、圧電
部品81は、低い入出力インピーダンスを有する外部回
路と容易にインピーダンス整合を取ることができる。
【0033】[他の実施形態]本発明は前記実施形態に
限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変
更することができる。
【0034】例えば図2及び図3に示された圧電部品に
おいて、電極膜45と46との接続や電極膜44と47
との接続は、任意の位置及び数で行われる。また、ビア
ホール48,49に代えて、図10に示すように、積層
体40の側面や端面に形成した接続用電極100,10
1にて行うようにしてもよい。この場合、接続電極10
0,101は、積層体40の側面や端面に形成した絶縁
膜102,103により、それぞれ電極膜44,45と
電気的に絶縁される。さらに、圧電体層41〜43や電
極膜44〜47の形状、積層数、厚み等も任意である。
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、複数の圧電体層と複数の電極膜を積み重ねて
積層体を構成し、各々の前記圧電体層の分極軸を揃える
と共に、隣接する圧電体層の分極方向が互いに逆方向に
なるようにし、前記積層体が前記圧電体層の分極方向に
対して直交する方向に長さ振動モードで振動するように
したので、圧電部品の静電容量が大きくなり、圧電部品
のインピーダンスも低くすることができる。また、圧電
体層の多層化により、機械的強度の高い小型の圧電部品
を得ることができる。
【0036】また、電気的な接続が必要な電極膜をビア
ホールにより接続するようにすれば、積層体の内部で電
極膜を電気的に接続することができ、圧電部品の外部に
接続用の電極を引き出したり、接続用の電極と電極膜と
の短絡防止のための絶縁膜を形成する必要がなく、圧電
部品の構造が簡単になるとともにその製造も容易にな
る。
【0037】また、入力端子と出力端子との間に直列共
振子と並列共振子とを梯子状に接続した圧電装置におい
て、直列共振子又は並列共振子の少なくともいずれか一
つの共振子として、複数の圧電体層と複数の電極膜を積
み重ねて積層体を構成し、各々の圧電体層の分極軸を揃
えると共に、隣接する圧電体層の分極方向が互いに逆方
向になるようにし、積層体が圧電体層の分極方向に対し
て直交する方向に長さ振動モードで振動する圧電部品を
採用したので、直列共振子に前記圧電部品を採用した場
合には、圧電体層の積層枚数が多くなるにつれて、この
直列共振子の静電容量が大きくなる。従って、直列共振
子のインピーダンスも低くなり、圧電装置にインピーダ
ンスの低い外部回路を接続する際のインピーダンスマッ
チングが容易になる。一方、並列共振子に前記圧電部品
を採用した場合には、圧電体層の積層枚数が多くなるに
つれて、この並列共振子の静電容量が大きくなる。従っ
て、並列共振子の静電容量と直列共振子の静電容量の比
が大きくなり、この圧電装置をフィルタとして使用する
場合には減衰特性が向上する。また、圧電部品の機械的
強度も高くなり、ショックに強く信頼性の高い圧電装置
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示すフィルタの構成を
示す斜視図。
【図2】図1のフィルタに使用される圧電部品の斜視
図。
【図3】図2の圧電部品を構成する圧電体層の分極及び
電極膜の接続関係を示す断面図。
【図4】図1のフィルタの等価回路図。
【図5】本発明の第2実施形態を示すフィルタの構成を
示す斜視図。
【図6】本発明の第3実施形態を示すフィルタの構成を
示す斜視図。
【図7】本発明の第4実施形態を示すフィルタの構成を
示す斜視図。
【図8】本発明の第5実施形態を示す三端子型圧電部品
の斜視図。
【図9】図8の三端子型圧電部品の横断面図。
【図10】他の実施形態を示す圧電部品の斜視図。
【図11】梯子形フィルタの回路図。
【図12】図11の回路構成を有する従来のフィルタの
構成を示す斜視図。
【図13】図11の回路構成を有する従来のフィルタの
構成を示す斜視図。
【符号の説明】
1…入力端子 2…出力端子 3,4,3a,4a…圧電部品 13,14…圧電体層 13a,13b,14a,14b…振動電極 30…梯子型フィルタ 31〜35…圧電部品 40…積層体 41〜43…圧電体層 44〜47…電極膜 44a,44b,46a,46b…電極膜 48,49…ビアホール 52,54,55…圧電体層 52a,52b,54a,54b,55a,55b…振
動電極 61…入力端子 62…出力端子 70,70a,70b…圧電装置 71,73〜75…圧電部品 81…圧電部品 82…凹溝 83〜86…ビアホール

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の圧電体層と複数の電極膜を積み重
    ねて積層体を構成し、各々の前記圧電体層の分極軸を揃
    えると共に、隣接する圧電体層の分極方向が互いに逆方
    向になるようにし、前記積層体が前記圧電体層の分極方
    向に対して直交する方向に長さ振動モードで振動するこ
    とを特徴とする圧電部品。
  2. 【請求項2】 前記複数の電極膜がビアホールを介して
    電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載
    の圧電部品。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の圧電部品を備えたことを
    特徴とする圧電装置。
  4. 【請求項4】 入力端子と出力端子との間に直列共振子
    と並列共振子とが梯子状に接続され、前記直列共振子又
    は前記並列共振子の少なくともいずれか一つの共振子が
    請求項1記載の圧電部品であることを特徴とする圧電装
    置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025084368A1 (ja) * 2023-10-17 2025-04-24 株式会社村田製作所 弾性波フィルタ装置および弾性波フィルタ装置の製造方法

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