JPS6320907A - 圧電振動子の周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 圧電振動子の共振周波数を上昇方向或いは下降方向に調
整する方法として金属膜電極にレーザを照射してスポッ
トトリミングを行う周波数調整方法。

〔産業上の利用分野〕

本発明はスポットトリミングを用いた圧電振動子の周波
数調整方法に関する。

圧電振動子はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｚ）　、タ
ンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯｚ）　＋水晶などの圧電
結晶或いはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電
磁器など電気機械結合係数の大きな誘電材料からなる薄
板の両面に真空蒸着法やスパッタ法などにより金属電極
を設けたもので、この電極間に交流電界を加えると圧電
効果により、これに等しい周波数の応力を生じ、電界の
周波数が振動子の固有周波数と一敗する場合には強い共
振を起こす。

かかる圧電振動子はマイクロコンピュータ用のクロック
信号用や電圧制御発振器の振動子として使用されている
。

〔従来の技術〕

圧電振動子の金属電極の材料としては金（Ａｕ）や銀（
Ａｇ）が用いられている。

すなわち、圧電基板材料としてＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａ
０゜を用いるものについては下地層として厚さ約５００
人のニクロム（Ｎｉ　　−Ｃｒ）膜を設け、この上に厚
さが１０００〜５０００人のＡｕ膜を設けたものが電極
として使用されており、また水晶振動子についてはＡｇ
蒸着膜が使用されている。

°さて、一般に振動子は厚みすべり振動をとり、一義的
に振動板（以下基板）の厚さにより共振周波数が決まり
、この関係は次式で示される。

ｆｒ　＝ｖ　／　２ｔ ここで、ｆ７は共振周波数、 ■は厚み振動の伝播速度、 ｔは基板の厚さ、 そのため、共振周波数ｆ、の値を調整するには板厚ｔの
値を変えればよいが、電極形成後においては基板の厚さ
ｔの変更はできないので、伝播速度Ｖを変化させて行っ
ている。

ここで、伝播速度Ｖは次の要因によって変化することが
知られている。

■　基板の弾性定数と密度、 （イオン注入や熱処理などにより変更可能）■　電極部
の付加質量、 （電極材料あるいは膜厚の変更により可能）■　基板の
電気機械結合係数、 （材料により決まる） ■　電極の寸法、 （トリミングにより変更可能） そのため、一般に■の方法を用いて共振周波数ｆ１の１
ｉ１整が行われている。

ここで、従来より行われているトリミング法としてはレ
ーザを用いて基板の長手方向の電極膜を削る長手方向ト
リミングと幅方向の電極膜を削る幅方向トリミングとが
あるが、このようなトリミングによって共振周波数は上
昇し、また端子間容量と容量比が変化し易い。

第２図は圧電振動子の等価回路を示すもので、Ｃ４は対
向する電極間の静電容量、 Ｌは直列共振回路の等価インダクタンス、Ｃは直列共振
回路の等価静電容量、 Ｒは直列共振回路の等価抵抗、 を表し、容量比γは、 ｒ＝ｃ、／Ｃ で表され、また、共振周波数ｆ、と反共振周波数ｆ３と
の周波数間隔を表す目安としても用いられている。

ｒ＝Ｋ　ｆｒ／（ｆｍ−ｒｒ） ここでＫは比例定数である。

またＱ値は、 Ｑ＝ωＬ／Ｒ ここでωは角周波数、 の関係がある。

さて、圧電振動子の共振周波数調整を電極膜のトリミン
グにより行う場合には、共振周波数を上昇方向、下降方
向の何れにも変化できることが望ましく、また電極間の
静電容量Ｃ６と容量比γは変化しないことが望ましい。

然し、現実には長手方向トリミング或゛いは幅方向トリ
ミングを行うとこれらの特性は大きく変化してしまう。

第３図（Ａ）〜（Ｃ）の破線１は従来の傾向を示すもの
で、共振周波数は同図（Ａ）に示すように電極面積の減
少と共に上昇方向に移行し、一方同図（Ｂ）に示すよう
に静電容１　ｃａは減少し、また同図（Ｃ）に示すよう
に容量比γは増加する傾向がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように従来のトリミング法によると共振周波
数は必ず上昇の方向に向かい、静電容量Ｃ４は減少し、
また容量比γは増加しているが、共振周波数を下降させ
ることができ、また静電容量Ｃ４と容量比γの変化がな
るべく少なくて済むトリミング方法を見出すことが課題
である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は電極面にレーザ照射を行い、網目状にスポ
ットトリミングを行うことにより解決することができる
。

〔作用〕

第１図は本発明を実施した圧電振動子の斜視図であって
、レーザを用いて網目状にスポットトリミングを行い周
波数調整を行うものである。

第３図（Ａ）〜（Ｃ）の実ｖＡ２は本発明を適用してレ
ーザトリミングを行った場合の傾向を示すもので、トリ
ミングのレーザ出力を変えることにより同図（Ａ）に示
すように上昇方向にも下降方向にも調整することができ
る。

実験の結果ではレーザ出力を大きくするに従って共振周
波数は増加する傾向があるが、更に大きくすると減少す
る傾向がある。

すなわち、大きなレーザスポット径で網目状にトリミン
グを行うとスポット数に比例して共振周波数は下降して
ゆく。

一方、小さなスポット径でトリミングを行うとスポット
数に比例して共振周波数は増加する。

なお、同図（Ｂ）と（Ｃ）に示すように静電容量Ｃ６と
容量比Ｔの値はトリミングを行っても殆ど変わらない。

このような効果は実験の結果として見出したもので、理
由は明らかではないが、レーザスポットの径は最大でも
５０μｍと小さく、また穴は上下の電極膜に正確に対向
して開いている訳ではないので、基板上の電極膜に網目
状に穴開けが行われても電界は均等に印加され、そのた
め静電容量Ｃ６の変化は僅かで済むと思われる。

また、容量比γの変化が少ない理由も電極面積の減少に
よるエネルギー閉じ込め量の減少が無視できるためと推
定される。

〔実施例〕

圧電結晶としてＬｉＴａ０＝を用い、Ｙ軸の周りに３°
回転させたＸカットを基板面とし、長手方向の方位がＹ
軸から時計方向に５０’回転させた方位を面内方位とし
た。

かかる基板の大きさは３．５ｍｍ（長さ’）　　Ｘ４８
０μｍ（幅）Ｘ１６７μｍ（厚さ）であり、電極膜の長
さは１．４　ｍｍである。

ここで電極膜は約５００人の厚さのＮｉＣｒ膜の上に約
２０００人の厚さにＡｕ膜を形成して電極膜を形成した
。

次にトリミングを行うレーザ光源には定格出力が１０１
のＹＡＧ　（イツトリウム・アルミニウム・ガーネット
）レーザを使用した。

第４図はレーザ出力（但しダイアル目盛りで評価）を横
軸にとり、共振周波数の変化率を縦軸にとった場合の変
化を図示したものであり、表は測定結果である。

表 すなわちレーザ出力を選択することにより共振周波数を
何れの方向へも調整することができる。

次に第５図は共振周波数を６０００ｐｐｍ（０，６％）
まで調整した場合のＱ値９等価直列抵抗Ｒ３および静電
容量Ｃ４の変化を示すもので破線３は従来の長手方向の
トリミングを行った結果であり、実線４は本発明の方法
によりトリミングを行った結果である。

ここで、トリミングはスポット径４３．２μｍで行　・
い共振周波数が減少する方向に調整した。

図で明らかなように従来の方法によると静電容量Ｃ１は
調整量に比例して減少しているが、本発明による場合は
殆ど変化しない。

また、調整量が増すに従って等価直列抵抗Ｒｓが増加し
Ｑが減少する傾向はあるが、それでも４０００程度のＱ
値を保つことができる。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により従来のように周波
数上昇形のみならず下降形のトリミングが可能となり、
そのために製造収率が向上し、また静電容ｆｆｉ　Ｃｄ
と容量比Ｔの変化を少く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した圧電振動子の斜視図、第２図
は圧電振動子の等価回路、 第３図（Ａ）〜（Ｃ）は電極トリミングの影響を示す説
明図、 第４図はレーザ出力と共振周波数との関係図、第５図は
共振周波数の変化率に対するＱ、　　Ｒ。 およびＣ４の特性図、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　圧電結晶或いは圧電磁器からなる振動板の両面上に対
   向して金属膜電極があり、該電極より互いに反対方向に
   電極取り出し部を設けてなる振動子において、 前記の電極面にレーザ照射を行い、網目状にスポットト
   リミングを行うことを特徴とする圧電振動子の周波数調
   整方法。