JP2000332573A - 圧電振動子 - Google Patents
圧電振動子Info
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- JP2000332573A JP2000332573A JP11144161A JP14416199A JP2000332573A JP 2000332573 A JP2000332573 A JP 2000332573A JP 11144161 A JP11144161 A JP 11144161A JP 14416199 A JP14416199 A JP 14416199A JP 2000332573 A JP2000332573 A JP 2000332573A
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- piezoelectric
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＡＴカット圧電振動板にエッチング等の手段
により超薄肉部を形成し、１００ＭＨｚ以上の基本波振
動を得るエネルギー閉じ込め型の圧電振動子において、
電極の薄さに起因する抵抗損失を小さくする為の構造を
提供すること課題とする。 【解決手段】 励振用の部分電極と、該部分電極から延
出するリード電極と、ボンディング用のパッド電極とを
形成する直下にのみ、僅かに凹陥部を形成し、該凹陥部
の底部に部分電極とリード電極とパッド電極を形成する
ことによって、エネルギー閉じ込め効果と十分な厚みを
有する電極を兼ね備えた圧電振動子を達成した。
により超薄肉部を形成し、１００ＭＨｚ以上の基本波振
動を得るエネルギー閉じ込め型の圧電振動子において、
電極の薄さに起因する抵抗損失を小さくする為の構造を
提供すること課題とする。 【解決手段】 励振用の部分電極と、該部分電極から延
出するリード電極と、ボンディング用のパッド電極とを
形成する直下にのみ、僅かに凹陥部を形成し、該凹陥部
の底部に部分電極とリード電極とパッド電極を形成する
ことによって、エネルギー閉じ込め効果と十分な厚みを
有する電極を兼ね備えた圧電振動子を達成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動子に関し、
殊に１００ＭＨｚ以上の基本波共振周波数又はそのオー
バートーン周波数を得るに好適な圧電振動子の構造に関
する。
殊に１００ＭＨｚ以上の基本波共振周波数又はそのオー
バートーン周波数を得るに好適な圧電振動子の構造に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、各種電子機器や伝送通信機器にお
ける情報量の増大と処理速度の高速化に伴って、それら
の機器に用いる基準周波数信号源として機能する圧電振
動子に対して、高周波化の要望がますます高まってい
る。こうした技術背景のなか、数１０〜数１００ＭＨｚ
の基本波振動を実現する圧電振動子として、図３に図示
したＡＴカット水晶振動子が提案されている。
ける情報量の増大と処理速度の高速化に伴って、それら
の機器に用いる基準周波数信号源として機能する圧電振
動子に対して、高周波化の要望がますます高まってい
る。こうした技術背景のなか、数１０〜数１００ＭＨｚ
の基本波振動を実現する圧電振動子として、図３に図示
したＡＴカット水晶振動子が提案されている。
【０００３】図３（ａ）は従来の実施例を示す斜視図、
（ｂ）はその断面構造図である。図中１は、ＡＴカット
水晶板の厚みすべり振動を利用した圧電振動板であっ
て、その共振周波数が板厚と反比例することから、機械
的強度を保ちつつ、高周波化を図る為に、圧電振動板１
の一方の主面２をエッチングによって凹陥せしめ、該凹
陥部の超薄肉部分を振動部２ａとするとともに、振動部
２ａの周囲を支持する厚肉の環状囲繞部３を一体的に形
成する。更に、圧電振動板１の他方の主面上には部分電
極４と、これより延出するリード電極５及びパッド電極
６をマスク蒸着、又はフォトリソグラフィ等により形成
すると共に、上記一方の主面２の全面に全面電極７を形
成したものである。前記部分電極４、前記リード電極５
及び前記パッド電極６は同一のプロセスで形成され、そ
の膜厚は夫々同じである。
（ｂ）はその断面構造図である。図中１は、ＡＴカット
水晶板の厚みすべり振動を利用した圧電振動板であっ
て、その共振周波数が板厚と反比例することから、機械
的強度を保ちつつ、高周波化を図る為に、圧電振動板１
の一方の主面２をエッチングによって凹陥せしめ、該凹
陥部の超薄肉部分を振動部２ａとするとともに、振動部
２ａの周囲を支持する厚肉の環状囲繞部３を一体的に形
成する。更に、圧電振動板１の他方の主面上には部分電
極４と、これより延出するリード電極５及びパッド電極
６をマスク蒸着、又はフォトリソグラフィ等により形成
すると共に、上記一方の主面２の全面に全面電極７を形
成したものである。前記部分電極４、前記リード電極５
及び前記パッド電極６は同一のプロセスで形成され、そ
の膜厚は夫々同じである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＡＴカット水晶振動子
に関しては、圧電振動板に設けた電極部分のみに振動エ
ネルギーを閉じ込めた「エネルギー閉じ込め型圧電振動
子」が研究され、実用化に至っている。上述した構造の
圧電振動子において、１００ＭＨｚ以上の基本波共振周
波数が振動するよう超薄肉部分を形成し、エネルギー閉
じ込め効果を考慮して設計を行なった場合、その電極膜
厚は３０ｎｍ以下となる。
に関しては、圧電振動板に設けた電極部分のみに振動エ
ネルギーを閉じ込めた「エネルギー閉じ込め型圧電振動
子」が研究され、実用化に至っている。上述した構造の
圧電振動子において、１００ＭＨｚ以上の基本波共振周
波数が振動するよう超薄肉部分を形成し、エネルギー閉
じ込め効果を考慮して設計を行なった場合、その電極膜
厚は３０ｎｍ以下となる。
【０００５】しかしながら、現在の製造プロセスにおい
て、成膜時の膜厚コントロール、及び前記パッド電極か
ら外部に信号を導出或いは導入する為にワイヤボンディ
ングによって結線を行うためには、少なくとも５０ｎｍ
以上の電極の厚みを必要としている。したがって、従来
の構造では電極の厚みが非常に薄いために、電極の膜厚
コントロールや、ワイヤボンディングの工程に支障をき
たすという欠点があった。
て、成膜時の膜厚コントロール、及び前記パッド電極か
ら外部に信号を導出或いは導入する為にワイヤボンディ
ングによって結線を行うためには、少なくとも５０ｎｍ
以上の電極の厚みを必要としている。したがって、従来
の構造では電極の厚みが非常に薄いために、電極の膜厚
コントロールや、ワイヤボンディングの工程に支障をき
たすという欠点があった。
【０００６】更には、電極の膜厚が３０ｎｍ以下と非常
に薄い薄膜であることから、その抵抗損失が大きく、更
にリード電極５においては他の電極に比べて細幅である
ために抵抗損失がより大きくなってしまう。この電極の
薄さに起因する抵抗損失によって、圧電振動子のＣＩ値
（クリスタル・インピーダンス＝水晶振動子の等価抵
抗）が大きくなってしまうという欠点があった。本発明
は、これらの欠点を解決するためになされたものであ
り、現在の製造プロセスにおいて十分に製造可能な構造
を備えた圧電振動子を提供するとともに、更には電極の
薄膜化による抵抗損失の小さい圧電振動子を提供するこ
とを目的とする。
に薄い薄膜であることから、その抵抗損失が大きく、更
にリード電極５においては他の電極に比べて細幅である
ために抵抗損失がより大きくなってしまう。この電極の
薄さに起因する抵抗損失によって、圧電振動子のＣＩ値
（クリスタル・インピーダンス＝水晶振動子の等価抵
抗）が大きくなってしまうという欠点があった。本発明
は、これらの欠点を解決するためになされたものであ
り、現在の製造プロセスにおいて十分に製造可能な構造
を備えた圧電振動子を提供するとともに、更には電極の
薄膜化による抵抗損失の小さい圧電振動子を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、圧電振動板の一面又は両面の一
部に凹陥部を形成することによって該凹陥部の底部に超
薄肉部を設け、該圧電振動板の一方の面に全面電極を、
又他方の面に部分電極を形成し、前記部分電極から圧電
振動板端縁に形成するパッド電極に向けてリード電極を
延出することにより１００ＭＨｚ以上の基本波振動又は
そのオーバートーン周波数を得る圧電振動子において、
前記圧電振動板の前記部分電極と前記リード電極と前記
パッド電極の少なくとも何れかを形成する部位に僅かな
凹陥部を形成し、該凹陥部の底面上に前記部分電極、前
記リード電極、前記パッド電極を形成することを特徴と
する。
め、請求項１の発明は、圧電振動板の一面又は両面の一
部に凹陥部を形成することによって該凹陥部の底部に超
薄肉部を設け、該圧電振動板の一方の面に全面電極を、
又他方の面に部分電極を形成し、前記部分電極から圧電
振動板端縁に形成するパッド電極に向けてリード電極を
延出することにより１００ＭＨｚ以上の基本波振動又は
そのオーバートーン周波数を得る圧電振動子において、
前記圧電振動板の前記部分電極と前記リード電極と前記
パッド電極の少なくとも何れかを形成する部位に僅かな
凹陥部を形成し、該凹陥部の底面上に前記部分電極、前
記リード電極、前記パッド電極を形成することを特徴と
する。
【０００８】請求項２の発明は、圧電振動板の一面又は
両面の一部に凹陥部を形成することによって該凹陥部の
底部に超薄肉部を設け、該圧電振動板の一方の面に全面
電極を、又他方の面に部分電極を形成することにより１
００ＭＨｚ以上の基本波振動又はそのオーバートーン周
波数を得る圧電振動子において、前記部分電極からは圧
電振動板端縁に形成するパッド電極に向けてリード電極
が延出されており、少なくとも該リード電極の膜厚を前
記部分電極よりも厚く形成したことを特徴とする。
両面の一部に凹陥部を形成することによって該凹陥部の
底部に超薄肉部を設け、該圧電振動板の一方の面に全面
電極を、又他方の面に部分電極を形成することにより１
００ＭＨｚ以上の基本波振動又はそのオーバートーン周
波数を得る圧電振動子において、前記部分電極からは圧
電振動板端縁に形成するパッド電極に向けてリード電極
が延出されており、少なくとも該リード電極の膜厚を前
記部分電極よりも厚く形成したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態例に基づ
いて本発明を詳細に説明する。 （第１の実施形態例）図１（ａ）は本発明における圧電
振動子の一形態例を示す斜視図、（ｂ）はその断面構造
図である。図中８は、ＡＴカット水晶板の厚みすべり振
動を利用した圧電振動板であって、その共振周波数が板
厚と反比例することから、機械的強度を保ちつつ、高周
波化を図る為に、圧電振動板８の一方の主面９をエッチ
ングによって凹陥せしめ、該凹陥部の超薄肉部分を振動
部９ａとするとともに、振動部９ａの周囲を支持する厚
肉の環状囲繞部１０を一体的に形成する。更に他方の主
面上には、部分電極１１と、これより延出するリード電
極１２及びパッド電極１３を形成するに必要な領域のみ
エッチングによって極僅かに凹陥せしめる。また前記他
方の主面上には部分電極１１と、これより延出するリー
ド電極１２及びパッド電極１３をマスク蒸着、或いはフ
ォトリソグラフィ等により形成すると共に、上記一方の
主面９の全面に全面電極１４を形成する。ここで部分電
極１１、リード電極１２及びパッド電極１３は同一のプ
ロセスで形成されその膜厚は夫々同じである。
いて本発明を詳細に説明する。 （第１の実施形態例）図１（ａ）は本発明における圧電
振動子の一形態例を示す斜視図、（ｂ）はその断面構造
図である。図中８は、ＡＴカット水晶板の厚みすべり振
動を利用した圧電振動板であって、その共振周波数が板
厚と反比例することから、機械的強度を保ちつつ、高周
波化を図る為に、圧電振動板８の一方の主面９をエッチ
ングによって凹陥せしめ、該凹陥部の超薄肉部分を振動
部９ａとするとともに、振動部９ａの周囲を支持する厚
肉の環状囲繞部１０を一体的に形成する。更に他方の主
面上には、部分電極１１と、これより延出するリード電
極１２及びパッド電極１３を形成するに必要な領域のみ
エッチングによって極僅かに凹陥せしめる。また前記他
方の主面上には部分電極１１と、これより延出するリー
ド電極１２及びパッド電極１３をマスク蒸着、或いはフ
ォトリソグラフィ等により形成すると共に、上記一方の
主面９の全面に全面電極１４を形成する。ここで部分電
極１１、リード電極１２及びパッド電極１３は同一のプ
ロセスで形成されその膜厚は夫々同じである。
【００１０】上述の構成において前記他方の主面を僅か
に凹陥せしめるためのエッチング量Δｔは次式によって
求めることができる。 Δｔ＝（ｔｅ1−ｔｅ2）×（ρe／ρx） ここで、Δｔ；エッチング量、ｔｅ1；電極膜厚、ｔ
ｅ2；エネルギー閉じ込めに要する設計上の電極膜厚、
ρe；電極材料の密度、ρx；水晶の密度である。一例と
して、数値を用いて説明するならば、基本波周波数が１
００ＭＨｚのＡＴカット水晶振動子を設計する場合、電
極材料を金、電極膜厚ｔｅ1を１００ｎｍ、エネルギー
閉じ込めに要する設計上の電極膜厚ｔｅ2を３０ｎｍ、
金の密度ρeを１９．３ｋｇ／ｍ3、水晶の密度ρxを
２．６５ｋｇ／ｍ3とすれば、前述の式から、エッチン
グ量Δｔは約５１０ｎｍと求めることができる。
に凹陥せしめるためのエッチング量Δｔは次式によって
求めることができる。 Δｔ＝（ｔｅ1−ｔｅ2）×（ρe／ρx） ここで、Δｔ；エッチング量、ｔｅ1；電極膜厚、ｔ
ｅ2；エネルギー閉じ込めに要する設計上の電極膜厚、
ρe；電極材料の密度、ρx；水晶の密度である。一例と
して、数値を用いて説明するならば、基本波周波数が１
００ＭＨｚのＡＴカット水晶振動子を設計する場合、電
極材料を金、電極膜厚ｔｅ1を１００ｎｍ、エネルギー
閉じ込めに要する設計上の電極膜厚ｔｅ2を３０ｎｍ、
金の密度ρeを１９．３ｋｇ／ｍ3、水晶の密度ρxを
２．６５ｋｇ／ｍ3とすれば、前述の式から、エッチン
グ量Δｔは約５１０ｎｍと求めることができる。
【００１１】このように構成することによって、エネル
ギー閉じ込め効果を得るに必要な部分電極を形成するこ
とができるとともに、該部分電極が製造時の成膜コント
ロールや、ワイヤボンディングを行うに必要な厚みを兼
ね備えている。更には、薄膜の抵抗損失も小さくなるこ
とから、よりＣＩ値の小さいエネルギー閉じ込め型の圧
電振動子を得ることができる。
ギー閉じ込め効果を得るに必要な部分電極を形成するこ
とができるとともに、該部分電極が製造時の成膜コント
ロールや、ワイヤボンディングを行うに必要な厚みを兼
ね備えている。更には、薄膜の抵抗損失も小さくなるこ
とから、よりＣＩ値の小さいエネルギー閉じ込め型の圧
電振動子を得ることができる。
【００１２】（第２の実施形態例）図２（ａ）は本発明
における圧電振動子の一形態例を示す斜視図、（ｂ）は
断面構造図である。図中１５は、ＡＴカット水晶板の厚
みすべり振動を利用した圧電振動板であって、その共振
周波数が板厚と反比例することから、機械的強度を保ち
つつ、高周波化を図る為に、圧電振動板１５の一方の主
面１６をエッチングによって凹陥せしめ、該凹陥部の超
薄肉部分を振動部１６ａとするとともに、振動部１６ａ
の周囲を支持する厚肉の環状囲繞部１７を一体的に形成
する。更に、圧電振動板１５の他方の主面上には部分電
極１８と、これより延出するリード電極１９及びパッド
電極２０をマスク蒸着、又はフォトリソグラフィ等によ
り形成すると共に、上記一方の主面１６の全面に全面電
極２１を形成する。更に前記リード電極１８の上に付加
電極２２をマスク蒸着等により形成する。
における圧電振動子の一形態例を示す斜視図、（ｂ）は
断面構造図である。図中１５は、ＡＴカット水晶板の厚
みすべり振動を利用した圧電振動板であって、その共振
周波数が板厚と反比例することから、機械的強度を保ち
つつ、高周波化を図る為に、圧電振動板１５の一方の主
面１６をエッチングによって凹陥せしめ、該凹陥部の超
薄肉部分を振動部１６ａとするとともに、振動部１６ａ
の周囲を支持する厚肉の環状囲繞部１７を一体的に形成
する。更に、圧電振動板１５の他方の主面上には部分電
極１８と、これより延出するリード電極１９及びパッド
電極２０をマスク蒸着、又はフォトリソグラフィ等によ
り形成すると共に、上記一方の主面１６の全面に全面電
極２１を形成する。更に前記リード電極１８の上に付加
電極２２をマスク蒸着等により形成する。
【００１３】他の電極に比べ細幅のリード電極部の上
に、付加電極２２を重ねて形成することによって、部分
電極１８とパッド電極２０間の抵抗損失が小さくなる効
果をもたらす。したがって、よりＣＩ値の小さい圧電振
動子を得ることができる。更にパット電極２０上に付加
電極を形成することにより、ワイヤボンディングに必要
な膜厚を得ることができる。
に、付加電極２２を重ねて形成することによって、部分
電極１８とパッド電極２０間の抵抗損失が小さくなる効
果をもたらす。したがって、よりＣＩ値の小さい圧電振
動子を得ることができる。更にパット電極２０上に付加
電極を形成することにより、ワイヤボンディングに必要
な膜厚を得ることができる。
【００１４】上述した第１及び第２の実施形態例におい
て、基本波振動を用いた場合について説明したが、その
オーバートン振動においても適用することが出来る。更
には、圧電材料としてＡＴカット水晶板を用いたが、他
の圧電材料、例えばランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5Ｓｉ
Ｏ14）や四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの圧電
材料についても本発明を適用することが出来る。
て、基本波振動を用いた場合について説明したが、その
オーバートン振動においても適用することが出来る。更
には、圧電材料としてＡＴカット水晶板を用いたが、他
の圧電材料、例えばランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5Ｓｉ
Ｏ14）や四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの圧電
材料についても本発明を適用することが出来る。
【００１５】
【発明の効果】請求項１の発明においては、励振用の部
分電極と、該部分電極から延出するリード電極と、ボン
ディング用のパッド電極とを形成する直下にのみ、僅か
に凹陥部を形成し、該凹陥部の底部に部分電極とリード
電極とパッド電極を形成したことにより、十分な厚みを
備えた電極によってエネルギー閉じ込め型の圧電振動子
を実現することが可能となるので、電極の成膜コントロ
ールや、ワイヤボンディング等、現在の製造プロセスで
製造することが可能となる。
分電極と、該部分電極から延出するリード電極と、ボン
ディング用のパッド電極とを形成する直下にのみ、僅か
に凹陥部を形成し、該凹陥部の底部に部分電極とリード
電極とパッド電極を形成したことにより、十分な厚みを
備えた電極によってエネルギー閉じ込め型の圧電振動子
を実現することが可能となるので、電極の成膜コントロ
ールや、ワイヤボンディング等、現在の製造プロセスで
製造することが可能となる。
【００１６】請求項２の発明においては、リード電極部
に付加電極を重ねて形成したことによって、リード電極
と励振用の部分電極間の抵抗損失を小さくすることがで
きる効果を奏する。したがって、よりＣＩ値の小さな圧
電振動子を提供することができる。
に付加電極を重ねて形成したことによって、リード電極
と励振用の部分電極間の抵抗損失を小さくすることがで
きる効果を奏する。したがって、よりＣＩ値の小さな圧
電振動子を提供することができる。
【図１】本発明における第１の実施形態例。
【図２】本発明における第２の実施形態例。
【図３】従来の圧電振動子。
１，８，１５・・圧電振動板、２，９，１６・・主面、
３，１０，１７・・環状囲繞部、４，１１１，１８・・
部分電極、５，１２，１９・・リード電極、６，１３，
２０・・パッド電極、７，１４，２１・・全面電極、２
２・・付加電極
３，１０，１７・・環状囲繞部、４，１１１，１８・・
部分電極、５，１２，１９・・リード電極、６，１３，
２０・・パッド電極、７，１４，２１・・全面電極、２
２・・付加電極
Claims (2)
- 【請求項１】圧電振動板の一面又は両面の一部に凹陥部
を形成することによって該凹陥部の底部に超薄肉部を設
け、該圧電振動板の一方の面に全面電極を、又他方の面
に部分電極を形成し、前記部分電極から圧電振動板端縁
に形成するパッド電極に向けてリード電極を延出するこ
とにより１００ＭＨｚ以上の基本波振動又はそのオーバ
ートーン周波数を得る圧電振動子において、前記圧電振
動板の前記部分電極と前記リード電極と前記パッド電極
の少なくとも何れかを形成する部位に僅かな凹陥部を形
成し、該凹陥部の底面上に前記部分電極、前記リード電
極、前記パッド電極を形成することを特徴とする圧電振
動子。 - 【請求項２】圧電振動板の一面又は両面の一部に凹陥部
を形成することによって該凹陥部の底部に超薄肉部を設
け、該圧電振動板の一方の面に全面電極を、又他方の面
に部分電極を形成することにより１００ＭＨｚ以上の基
本波振動又はそのオーバートーン周波数を得る圧電振動
子において、前記部分電極からは圧電振動板端縁に形成
するパッド電極に向けてリード電極が延出されており、
少なくとも該リード電極の膜厚を前記部分電極よりも厚
く形成したことを特徴とする圧電振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144161A JP2000332573A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144161A JP2000332573A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 圧電振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332573A true JP2000332573A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15355628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11144161A Pending JP2000332573A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000332573A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002198772A (ja) * | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 高周波圧電デバイス |
| JP2010213289A (ja) * | 2010-04-01 | 2010-09-24 | Epson Toyocom Corp | 圧電デバイスの製造方法 |
| JP2010268475A (ja) * | 2010-06-11 | 2010-11-25 | Epson Toyocom Corp | 高周波圧電デバイス |
| WO2013027381A1 (ja) * | 2011-08-22 | 2013-02-28 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、振動子、電子デバイス、及び電子機器 |
| JP2017208711A (ja) * | 2016-05-18 | 2017-11-24 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP11144161A patent/JP2000332573A/ja active Pending
Cited By (7)
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| JP4524916B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2010-08-18 | エプソントヨコム株式会社 | 高周波圧電デバイス |
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