JPS6051282B2 - 圧電共振器およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は厚みすべり形圧電共振器の製造方法に関する。

ｌＭＨ２以上の周波数で動作するように構成された圧電
共振器は一般に厚みすベリモードで動作し、直径が通常
８〜１４ｗｎである円形をしていることが多い。このよ
うな共振器の中心部に電極を取りつけるとその部分の質
量が増大するために、共振器の振動エネルギが奪われる
現象が生ずる。この振動エネルギの奪われ方は電極によ
り覆われて・いる部分で最も大きく、電極で覆われてい
ない部分へ行くにつれて指数関数曲線図に減少する。そ
のような共振器は周縁部で支持され、Ｑを下げることな
しに適切な支持を行えるようにするために、共振器の厚
み、電極の厚み、密度および直径フを考慮に入れて共振
器の最小直径を決定できる。低い周波数で動作する平板
形共振器に対しては、超小型化が重要である用途には向
かない大きな直】 一径を採用せざるを得ない。

あるいは、動的な容傷が共振器アセンブリを発振器とし
て使用するには不十分てあるような、電極直径の使用を
余儀なくされる。これらの制約を克服するために、共振
器の表面を球面または円錐面形状とすることができるが
、そうすると共振器の形状は周知の平凸形共振器、両凸
形共振器または傘形共振器となる。

しかし、そのような場合には、機械加工が非常に困難と
なり、そのために製品の価格は多くの用途に使用できな
いほど高くなる。エネルギトラップ現象を考慮せずに、
支持に起因するＱの低下を防ぐために、共振器と一体で
あつて、共振器よりも薄い厚みを持ち、なるべくなら共
振器の直径の両端で向い合うアームの形のカップリング
部材により共振器を支持することが提案されている（た
とえば英国特許第４４７６６５号）。

しかし、このような共振器も機械加工が非常に困難であ
り、共振器のアームの同調角（Ａｎ？ＥＯｆｔｌｌｅｔ
ｕｎｊｎｇ）は望ましくない反射を更にひき起す−から
、このような支持構造は実際には満足すべきものではな
い。従つて、本発明の目的は支持に起因するＱの低下を
防止し、機械加工が簡単であるために価格が許容範囲内
に保たれる、小型で厚みすベリモード２て動作する共振
器を得ることである。

厚みすベリモードで動作する本発明の共振器または共振
器アセンブリは、電極を取りつけて振動させる部分と、
この部分を片持支持するとともに電極を支持領域に結合
させるリードを保持する単３一アームを、単一片として
打ち抜くことにより得られる。

なるべくなら、この打ち抜きは一様な厚みの圧電材料板
て行い、同じ圧電板から数個の共振器または共振器アセ
ンブリが得られるようにする。本発明の方法の好適な実
施例ては、アームの３自由端を除く各共振器の全外周を
圧電材料板から切り離す。アームの自由端はノッチすな
わち歪みが集中する点により圧電材料板に連結され、こ
のノッチは製造工程の終りに切り離される。電極とリー
ドおよびアームの外部に設けられる導電領４域、またい
くつかの共振器の間の電気接続は単一の金属皮膜形成工
程て得られ、それにより共振器を製造中に別々に振動試
験でき、または近接するいくつかの周波数に全ての共振
器を同調させることができる。 以下、図面を参照して
本発明の詳細な説明する。

厚みすベリモードの支持のＱに及ぼす影響は、７支持
点と電極縁部との間の距離と、エネルギ減少の態様とに
関係する。

このエネルギ減少の態様は電極の形状寸法の関数である
。電極の縁部と共振器の縁部との間の距離は、共振器の
縁部が大きなＱを持つている限りは重要ではない。共振
器の縁つ部が大きなＱを持つということは、圧電物質の
構造が共振器のそれとは異なつていないことである。
これらの面は第１図ａに示すように共振器１の実現に際
して考慮されている。

共振器１は１点鎖・線で表されている長方形の板乏から
アーム５が打ち抜かれている。第１図には正方形の板２
″から打ち抜かれて、共振器１と同じ性能を有する従来
の共振器１″が同じ尺度で重畳して示してある。 この
図から直ちにわかるように、本発明の共振器１の占有面
積と、必要とする材料の量は従来の共振器１″よりも大
幅に減少している。リード４が取りつけられているハン
チングで示す電極３の直径は、第１図ｂに示すように任
意を選択てきる。 また、第１図から明らかな通り、円
形状共振器１とこれを片持支持するアーム５は同じ材料
で作られたしかも両者は実質的に同じ厚さてあり、その
結果従来に比較して共振器縁部のＱは比較的大きくなる
。

またこのように片持支持構造にすることはこの共振器の
利用装置への取付けを容易にする。また、このような片
持支持構造は打ち抜くパターンの形状を小さくし、量産
化に適していることを容易に理解できるだろう。 この
ような形の共振器１の機械加工は、円形共辰器に対して
一般に使用されているのと同じ方法（は行われないこと
がある。

従つて、本発明は光−し学的型彫り、または超音波打ち
抜きにより共振？を得ることに関するものである。本発
明の方法よ選択した圧電材料から、ます機械加工により
薄９ ）板を切り出すことから始まる。この薄板の厚
み この切り出し加工の後に行われる酸切削Ａｃｉｄ
ｃａｔｔｉｎｇ）や電極付着のような処理により丁われ
る変形等を考慮に入れて、選択した周波数対応するよう
にして調整される。第２図ａはいくつかの共振器を１枚
の圧電材料２から打ち抜く１つの方法を示し、第２図ｂ
は第２図ａに示す方法と類似の方法で、材料を更に節約
できる方法を示す。電極３とリード４は、真空蒸着また
は陰極スパ５ツタリングのような周知の方法で付着でき
、マスクを使用することにより、あるいは共振器の表面
全体を覆い、それからその圧電物質には作用しない化学
的手段により望ましくない部分を選択的に除去すること
により所定の位置に正確に付着でき１．る。

第３図は本発明の共振器の構造の詳細を示す。

共振器１はアーム５とノッチすなわち歪み集中点６に圧
電板２に結合される。打ち抜きは光化学加工、超音波打
ち抜きその他同様の加工法により、１領域７の周囲の材
料を除去することによつて、ノッチ６を除く共振器１と
アーム５を備えるアセンブリの全周部について行われる
。領域７を遮ぎるノッチ６は共振器１と、そのアーム５
を圧電板２の残りの部分から分離するために、種々の加
工の２後で切断するだけのものである。電極３はサポー
ト８とリード４の接続点に接続される。リード４はアー
ム５の縁部に沿つて引き出される。この共振器１の裏面
に前記電極３と対向して対向電極が設けられ、この対向
電極に接続されたリード４″（破線て示す）はアーム５
の圧電励振を避けるようにして、アーム５の他の縁部に
沿つて引き出される。圧電板２の表面のアーム５の外側
の部分に、ノッチ６により遮断されることなしにリード
４に連続する金属化された領域９が設けられる。圧電板
２の裏面にも領域９と同様な金属化された領域９″が、
圧電板２の励振を避けるようにしてリード４″に連続し
て設けられる。金属化された領域９，９″により、共振
器１の製作中にノッチ６の個所で切り離すことによつて
圧電板２から共振器１を分離する前に、共振器１の特性
を決定し、従つて特性の補正を行うために共振器１を励
振できるようにするためのものである。本発明の共振器
の典型的な製造工程は次のように要約できる。

ａ厚さが一様で、正方形または長方形の圧電板から薄い
圧電板２を機械加工により切り出す。

１０ＭＨｚの周波数で動作する水晶板の厚みは、ＡＴカ
ットの場合には０．１６６７７０Ｆ！である。

ｂたとえば心出し穴のような位置ぎめマークを圧電板２
に設ける。ｃ圧電板２の両面に感光物質膜を塗布する。

ｄ切断部７を再現するように構成されているマスクの上
から露光させる。ｅ現像して全ての切断部７の全面に付
着している感光膜を除去する。

ｆ 与えられた圧電材料に適する酸その他の溶剤により
切断部７に沿つて切断する。

ｇ感光物質を除去する。

ｈ圧電材料に作用しない化学物質で圧電板２の表面を清
浄にする。

ｉ マスクを用いて真空蒸着法により電極３と、リード
４と、導電性領域８，９を圧電板２の表面に付着させる
。

ｊ 真空蒸着装置の中に置いた状態で共振器１を回路に
接続し、着脱自在のマスクにより電極３に金属を付着さ
せることによつて共振器１の周波数を調整する。

ｋアーム５を曲げることによりノッチ６の個所でアーム
５を切り離し、アーム５を有する共振器１を圧電板２か
ら分離させる。

共振器１の回路への取りつけは簡単なりランプ操作によ
り行える。

しかし、取りつけ強度を最大にするために、共振器１の
導電領域８の一方をサポート１０にハンダづけし、他方
の導電領域８をワイヤ１２にハンダづけするとよい。サ
ポート１０にはワイヤ１１が接続され、ワイヤ１１と１
２は回路に接続される。この明細書で説明するいくつか
の実施例は、本発明に従つて作られる数多くの共振器の
少数例を示すにすぎない。

本発明以外の方法で製作される共振器の場合のように、
本発明の方法で作られる共振器は所望のパラメータに適
合せねばならない。これらの共振器の動的容量は、共振
器の全表面または表面の一部だけを覆う電極３の直径に
より調整される。非高調波モードに起因する寄生周波数
は、電極３の直径、厚みおよび密度の値を適切に選択す
ることによりなくすことができる。アーム５は縁部に沿
う動作や、表面すベリモード、曲がり振動モードまたは
縦振動モードに起因する寄生振動などをなくすために、
第５図Ａ，ｂ，ｃに示すような種々の形状にすることが
できる。本発明の特に興味があると見られる応用は、た
とえばフィルタのような何個かの共振器１が、金属膜蒸
着の工程中に必要な各種の電気接続が完了された状態で
、１枚の小面積圧電材料板から直接製造可能なことであ
る。

このような多くの共振器を使用したアセンブリの直接製
造方法と、先に説明した方法との違いは、前者ではノッ
チ６がないからアーム５を有する共振器１が圧電板２に
取りつけられたままであることである。モノリシックフ
ィルタと比較すれば、結合素子が外部にあるために共振
器間に機械的な結合がないという大きな利点が得られる
ことになる。また上述した方法を用いれば共振器あるい
は共振器アセンブリが出来上るまで一つの板材に共振器
および共振器支持アームに取付けたまま作業でき、この
点からも製造工程を簡単にでき製造格を低下させること
もできる。

さらに本発明によれば共振器上の電極に連なる導体を共
振器支持アームの断面が減少した部分を介して共振器支
持アームの外側の板の部分９まで，延在させているため
、圧電共振器の製造工程の途中でその共振器の性能を試
験でき、必要ならば切離す前にその性能を調整できる。

第６図には対応する４枚の共振器板とそれらの端子とを
有するヤウマン（Ｊａｕｍｌａｎｎ）アセンブリの回路
を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の方法により得られた分離された状態
の共振器を先行技術による共振器に重ねて示す平面図、
第１図ｂは電極の直径を小さくした共振器の例を示す平
面図、第２図Ａ，ｂは同じ圧電板から打ち抜かれる共振
器の製造方法の異つ・た例をそれぞれ示す平面図、第３
図は金属膜付着の状態を示すために圧電板に取りつけら
れたままの共振器を示す平面図、第４図は分離された状
態にある本発明の共振器の接着例を示す斜視図、第５図
Ａ，ｂ，ｃは本発明の共振器の種々の形状例を示す平面
図、第６図は本発明の共振器の電気回路への接続を示す
回路図およびその実際の接続態様を示す平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 厚みすべりモードで動作する平板形圧電共振器の製
   造方法において、圧電材料からなる一枚の一様な厚みの
   板２から複数の共振器１と各共振器に対応して各共振器
   の一端に設けられた共振器支持アーム５とをその周囲を
   除去することによつて一体的に形成し、これによつて前
   記各共振器１とこれらに対応しかつ片持支持する共振器
   支持アーム５の大部分を前記板の中で他の部分から分離
   して切離されかつ各共振器支持アームの一部分のみ６は
   断面が他の部分より減少しており、この減少部分を介し
   てのみ前記板に結合される工程と；前記各共振器の両面
   に電極を付着するとともに両面に付着された各電極から
   前記各共振器支持アームの各面およびさらに前記各共振
   器支持アームの断面が減少した部分６を介して共振器支
   持アームの外側の板の部分９まで導体を付着する工程と
   ；前述した電極および導体を付着した後、各共振器支持
   アームの外側の板の部分９を用いて各共振器１の性能を
   試験、調整する工程と；各共振器支持アームの断面が減
   少した部分で前記各共振器および各共振器支持アームと
   を前記板から切離す工程とを備えたことを特徴とする圧
   電共振器の製造方法。