JPS63314907A - 圧電振動子の製造方法 - 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〕 各種電子機器やマイコン等に使用される圧電振動子にお
ける寄生振動の発振を抑制する手法に関し、 所定周波数で安定して発振させることを目的とし、 薄板状の圧電結晶体の両面に対向して電極を設け、該圧
電結晶体の長手方向の両端に備えた端子電極より前記電
極間に交流電界を印加して発振せしめる圧電振動子にお
いて、前記電極の表面に厚さが発振波長の１〜１０χで
あり、且つ塗布溶剤の蒸発による凹凸を持つ樹脂層を設
けるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、各種電子機器やマイコン等に使用される高周
波発振用振動子に係り、特に寄生振動の発振を抑制した
圧電振動子に関する。

リチウムナイオベート（ＬｉＮｂ”　）　、リチウムタ
ンタレ−）　（ＬｉＴａ”　）等の圧電結晶体薄板を利
用した圧電振動子は、圧電結晶体と圧電結晶体表裏両面
に被着形成された電極、および該電極に外部から交流電
界を印加するための圧電結晶体長手方向の両端に設けら
れた端子電極によって構成される。ここで該端子電極に
交流電界を印加すると、圧電結晶体は印加電界と等しい
周波数の応力を生じ、且つ印加電界の周波数が圧電結晶
体の固有振動数に合致すると共振して強勢な振動が得ら
れる。

このときに得られる振動は、振動エネルギーこそ小さい
が必然的に高次の共振振動（以下寄生振動と云う）を伴
っており、特に圧電結晶体表面が平滑な研磨面状にある
場合には、所要周波数の発振と共に寄生振動波が発振し
やすくなるので装置として好ましくない。

従ってこの寄生振動波の発振を抑制するため、圧電結晶
体の平滑な研磨面に更に加工を加えて予め設定した表面
荒さに相当する凹凸を付与し、しかる後に薄膜の電極を
その表面に形成させる方法をとっているが、この方法が
電極の電気的特性を不安定にすると共に価格低廉化を阻
害する要因となっている。

そこで寄生振動を容易に且つ安価に抑制すると共に、特
性向上と低廉化を実現する新しい圧電振動子の開発が望
まれている。

〔従来の技術〕 一般に振動子の圧電結晶体での振動には、前述の如く寄
生振動を伴なっており、圧電結晶体表面が平滑な研磨面
の場合にはこの寄生振動が所要周波数の振動波と共に発
振されるが、表面に凹凸があると凹凸面で振動波に位相
のズレ及び乱れが生じて振動が減衰しやすく、また同一
の表面凹凸に対しては周波数が高いほど減衰が大きくな
る。

従って、圧電結晶体の表面に所定の凹凸を形成させるこ
とによって所要振動より高周波側にある寄生振動波の発
振を効果的に抑圧することが可能である。

実験結果によれば、効果的な凹凸の大きさは所要の主振
動に対する波長λのほぼ数％程度が有効である。

例えば、１０％以上の大きい凹凸があると、所要振動波
の発振に影響を与えることとなり、また１％以下の小さ
い凹凸では寄生振動波の抑制が充分でなくなることが確
認されている。

この場合波長λは、 ｆを所要振動周波数とし、■を圧電結晶体中の伝播速度
としたとき、 λ＝　ｖ　／　ｆ なる関係式で算出されるもので、■は圧電結晶体中での
振動波伝播速度を表わし、圧電結晶体の種類や結晶に対
するカット方位によって変わるが、本件関係値としては
４０００ｍ／ｓ　　で代入し得るものである。

ここで添付図によって説明する。

第４図は、従来の圧電振動子素子の一例を示す斜視図で
あり、第５図は従来の圧電振動子の電極部分断面図を示
し円内は部分拡大図である。

第４図及び第５図で、圧電結晶体１は、所要厚さにスラ
イスされたＬｉＮｂ”　、　ＬｉＴａ“等からなる薄板
を選択された大きさの粒状砥粒を用いてラッピングし、
寄生振動波の発振を抑制するための前述の条件に合う凹
凸を付与しである。

次いでこの圧電結晶体１０表裏対向面（即ち凹凸付与面
）に、約２０００人の厚さでＮｉＣｒ−Ａｕ等の金属よ
りなる電極２及び３を形成し、圧電結晶体１の長手方向
一端には電極２と電気的に接続する如く端子電極４を、
更に他端には電極３と接続する如（端子電極５をそれぞ
れ装着して圧電振動子素子を完成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の圧電振動子では所要周波数を安定して発振させる
ために、圧電結晶体を所要の厚さに平滑に研磨した後そ
の研磨面に加工を加えて予め設定された大きさの凹凸を
付与し、更に全面に薄膜の金属電極を生成しているが、
特に大きな凹凸が必要な場合は電極の厚さにムラが生じ
易く従って電気抵抗が高く且つ断線状態になり易いと云
う問題があった。

また圧電結晶体表裏両面に凹凸を付与するための工数増
が、圧電振動子の低廉化を阻害すると云う問題があった
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、薄板状の圧電結晶体の両面に対向して電
極を設け、該圧電結晶体の長手方向の両端に備えた端子
電極より前記電極間に交流電界を印加して発振せしめる
圧電振動子において、前記電極の表面に厚さが発振波長
の１〜１０％であって且つ塗布溶剤の蒸発によって形成
される発振波長の１〜１０％の凹凸を持つ樹脂層を設け
た圧電振動子を提供することにより解決される。

〔作　用〕

本発明は寄生振動を抑制するには、必ずしも電極自体に
凹凸をつける必要はなく電極面の上に凹凸をつけても良
いことを見出した結果によるもので、本発明になる圧電
振動子では、表面に所要の凹凸を備え且つ所要周波数の
発振を妨げない厚さの樹脂層で電極面全面を被覆するも
のであって、この構造によって寄生振動波のみ発振が抑
制できる。

この表面の凹凸については、従来例示と同様に発生波長
λの数％程度が最も効果的であるが、例えば塗布溶剤が
蒸発して形成されるシルクスクリーン印刷方法による絶
縁性エポキシ樹脂層表面の状態が、上記の効果的な凹凸
を満足していることが実験的に確認できている。

また、被覆する絶縁性エポキシ樹脂層の厚さは、前述の
所要周波数から算出される発生波長λの１〜１０％の範
囲が最も望ましいことを実験的に確認している。

具体的には、絶縁性エポキシ樹脂層の厚さが上記範囲よ
り厚すぎた場合は絶縁性エポキシ樹脂層での吸収や散乱
によって基本波の発振が弱められる。また薄すぎた場合
には寄生振動に対する位相不整合度が不完全となって寄
生振動波が発振し易くなる。然し上記範囲内の厚さで被
覆した圧電振動子では、基本波は殆ど影響なく寄生振動
波のみが抑制されている。

従って研磨された平滑な圧電結晶体表面及びその上に形
成された電極を通過した圧電結晶体からの発生振動波は
、樹脂層表面で位相のズレ及び乱れを生じて、特に振動
エネルギーが大きく影響の少ない基本波を除いて寄生振
動のみの発振が抑制できる。

唯、上記の絶縁性エポキシ樹脂層の厚さは表面の凹凸と
独立した項目であるため、樹脂層を形成するときには、
凹凸を考慮して最低でも最大の所要発振周波数２０ＭＨ
ｚとしたときの最低波Ｍ厚さ２μｍ以上、最高でも最小
の所要発振周波数３ＭＨｚとしたときの最高被覆厚さ１
３３μｍ以下を確保するように厚さを設定することが必
要である。

〔実施例〕

以下添付図により本発明の実施例に付いて説明する。

第１図は本発明になる圧電振動子の電極部分断面図を示
し円内は部分拡大図である。また第２図は本発明になる
樹脂層の表面荒さ測定例を示したものであり、第３図は
寄生振動応答特性例を示したものである。

第１図で１は圧電結晶体、２と３は電極、４と５は端子
電極であり、６は本発明になる絶縁性エポキシ樹脂層を
示している。

図で、第５図と同等の厚さを有するＬｔＮｂ”　＋　Ｌ
ｔＴａ”等からなる圧電結晶体１の表面は、所要厚さに
精密に且つ平滑に研磨されたままの状態にある。

ここで第５図と同様に、約２０００人の厚さでＮ１Ｃｒ
−Ａりの電極２と３を上記圧電結晶体１の研磨された表
裏対向面上に形成する。

更に圧電結晶体ｌの長手方向一端には上記電極２と導通
を持たせた端子電極４を、また長手方向他端には上記電
極３と導通を持たせた端子電極６をそれぞれ装着する。

次に、表面に塗布溶剤の蒸発による凹凸を伴うシルクス
クリーン印刷等の方法によって、電極２と３を覆う形で
、絶縁性エポキシ樹脂層６を前述の所要周波数から算出
される発生波長λの１−１０％の範囲内の厚さに被覆し
て完成する。

従って本発明になる絶縁性エポキシ樹脂層の被覆方法と
しては特に高度の作業及び装置を必要とせず、ウェハの
段階で通常のシルクスクリーン印刷方法によって容易に
実施できる。

第２図は、シルクスクリーン印刷方法による絶縁性エポ
キシ樹脂層表面の表面荒さ即ち凹凸の実測例であって、
寄生振動波の発振を抑制する効果的な凹凸を実現してい
゛る。即ち測定部分全面にわたって微小な凹凸が形成さ
れ平滑な研磨面を示す部分がなく、且つうねりとなる凹
凸の大きさも図示のＡ寸法と８寸法の比較で８寸法が２
μｍなるために約２０μｍ程度である。従って平均的な
所要発振周波数をＩＱＭ）ｌｚとしたときに算出される
効果的な凹凸である約２０μｍと合致している。

第３図は寄生振動応答特性を例示したものであって、横
軸に発振周波数をＭＨｚ単位でまた縦軸には振幅をｄＢ
単位で表している。

図で（Ａ）は寄生振動波に対しては何等の対策も講じな
いで基本波３ＭＨｚを発振させたときの寄生振動波の発
振状況を示したものである。

また（Ｂ）は（Ａ）と同じ状態の圧電振動子に本発明に
なるエポキシ樹脂を被覆した場合の寄生振動波の発振状
況を示したものである。

これより、寄生振動波の抑制効果が、基本波に比べて波
長が小さく位相の乱れを受けやすい寄生振動波に大きく
現れていることを示している。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明になる圧電振動子により、特別な装置
を必要とせずに容易にまた安価に、所要周波数の発振を
抑制することなく寄生振動波の発振のみを抑制すること
ができる。

尚、エポキシ樹脂層で電極表面を被覆するだめの表面の
安定性については、その表面硬度が使用雰囲気温度１２
０℃でショア硬度値で４０Ｄ以上あり、長期の使用に際
しても充分安定性あることを実験的に確認している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる圧電振動子の電極部分断面図、 第２図は本発明になるエポキシ樹脂層の表面荒さ測定例
、 第３図は寄生振動応答特性例を示す図、第４図は従来の
圧電振動子素子の一例を示す斜視図、 第５図は従来の圧電振動子の電極部分断面図、である。 図において、 １は圧電結晶体、 ２は電極、 ３は電極、 ４は端子電極、 ５は端子電極、 ６は絶縁性エポキシ樹脂層、 をそれぞれ表す。 オル陪８彫；なる圧ｉ靭１紡）の電大会官別断面口３　
　１　　　図 ニコ 冨　　２　　　と

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 薄板状の圧電結晶体（１）の両面に対向して電極（２）
   、（３）を設け、該圧電結晶体（１）の長手方向の両端
   に備えた端子電極（４）、（５）より前記電極（２）、
   （３）間に交流電界を印加して発振せしめる圧電振動子
   において、 前記電極（２）、（３）の表面に厚さが発振波長の１〜
   １０％であり、且つ塗布溶剤の蒸発によって形成される
   発振波長の１〜１０％の凹凸を持つ樹脂層（６）を設け
   てなることを特徴とする圧電振動子。