JP2001024466A

JP2001024466A - 圧電部品およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001024466A
Application number: JP19032799A
Authority: JP
Inventors: Makoto Irie; 誠入江
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】精度よくＱｍが調整され、製品の低背化が可
能で、パッケージの小型化を図ることができる圧電部品
と、その製造方法を得る。【解決手段】圧電部品１０は、パターン電極４０，４
２が形成された支持基板３８と、その上に取り付けられ
る圧電共振子１２とを含む。圧電共振子１２は、長さ振
動をする基体１４と外部電極２６，２８とを含み、外部
電極２６，２８の中央部に支持部材３０を形成する。支
持部材３０のない部分において、外部電極２６，２８上
に膜材３２を形成する。膜材３２は、ウレタン系樹脂ま
たはエポキシ系樹脂を印刷し、２００μｍ以下の厚みと
なるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は圧電部品およびそ
の製造方法に関し、特にたとえば、長さ振動を励振する
圧電共振子を用いた圧電部品およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の圧電部品の一例を示す図
解図である。圧電部品１は、圧電共振子２を含む。圧電
共振子２は、たとえば圧電体と内部電極とを積層した基
体３と、基体３の１つの側面においてその長さ方向に延
びて形成された外部電極４ａ，４ｂとを含む。これらの
外部電極４ａ，４ｂに入力信号を与えることによって、
基体３には長さモードの振動が励振される。外部電極４
ａ，４ｂの中央部には、たとえば導電材料で支持部材５
が形成される。この圧電共振子２は、たとえばパターン
電極６が形成された支持基板７上に取り付けられる。こ
のとき、パターン電極６には、支持部材５が接続され
る。したがって、パターン電極６および支持部材５を介
して、圧電共振子２の外部電極４ａ，４ｂに信号が与え
られ、長さ振動モードの振動が励振される。さらに、圧
電共振子２を覆うようにして、金属キャップ８がかぶせ
られる。

【０００３】このような圧電部品１では、個々の圧電共
振子２の機械的品質係数Ｑｍにばらつきがある。このよ
うなＱｍのばらつきを抑えて、所望の値のＱｍを有する
圧電部品１とするために、たとえばシリコン樹脂などの
ゴム状弾性材が、圧電共振子２に与えられる。この場
合、図９に示すように、圧電共振子２の上面にゴム状弾
性材９が与えられたり、図１０に示すように、圧電共振
子２と支持基板７との間にゴム状弾性材９が流し入れら
れる。このようなゴム状弾性材９によって、圧電共振子
２の振動負荷が大きくなり、実質的なＱｍを低下させる
ことができる。したがって、ゴム状弾性材９によって、
圧電共振子２のＱｍを調整することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電共
振子の上面にゴム状弾性材を付与する場合、ゴム状弾性
材の塗布量の制御が容易であるが、製品の高さを低背化
する上で障害となる。また、圧電共振子と支持基板との
間にゴム状弾性材を付与する場合、製品の低背化の上で
は有利であるが、ゴム状弾性材の注入量の制御が困難で
あり、調整量にばらつきが生じる。また、ゴム状弾性材
が圧電共振子の下面から流れ出し、ゴム状弾性材が圧電
共振子より大きい範囲に広がるため、パッケージングの
小型化が困難である。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、精
度よくＱｍが調整され、製品の低背化が可能で、パッケ
ージの小型化を図ることができる圧電部品およびその製
造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、長さ振動モ
ードを励振する圧電共振子と、圧電共振子の表面に印刷
によって形成される膜材と、圧電共振子を基板に支持す
るために圧電共振子に形成される導電性の支持部材とを
含み、膜材はウレタン系樹脂またはエポキシ系樹脂で形
成され、その厚みが２００μｍ以下となるように形成さ
れる、圧電部品である。このような圧電部品において、
圧電共振子は外部電極を含み、支持部材は外部電極上の
一部に形成されるとともに、支持部材形成面以外の外部
電極上に膜材を形成することができる。また、圧電共振
子としては、長さ方向に圧電体層と内部電極とを積層し
た柱状の基体と、基体の１つの側面において基体の内部
電極に接続されるように形成される２つの外部電極とを
含み、圧電体層は基体の長さ方向に分極され、内部電極
によって基体の長さ方向に電界を加えて基体に長さ振動
の基本振動が励振されるものを使用することができる。
さらに、パターン電極が形成された支持基板を含めるこ
とができ、この場合、支持部材がパターン電極に支持さ
れるとともに、支持部材とパターン電極とが電気的に接
続される。また、支持基板上において、複数の圧電共振
子をラダー型に接続することによってラダーフィルタと
することができる。さらに、この発明は、圧電体層と内
部電極とを積層したマザー基板を準備する工程と、マザ
ー基板の内部電極露出面に絶縁材を形成して隣接する内
部電極を互いに異なる位置に露出させる工程と、絶縁材
を形成したマザー基板上に全面電極を形成する工程と、
全面電極が帯状に露出するようにしてウレタン系樹脂ま
たはエポキシ系樹脂の樹脂膜を２００μｍ以下の厚みと
なるように印刷する工程と、全面電極の露出部に導電材
料で帯状部を形成する工程と、マザー基板を切断する工
程とを含む、圧電部品の製造方法である。

【０００７】圧電共振子に膜材を２００μｍ以下の厚み
となるように印刷することにより、膜材の塗布量の制御
が容易であり、圧電共振子のＱｍの調整が容易である。
また、一般的に使用されているシリコン樹脂などのゴム
状弾性材に比べて、ウレタン系樹脂やエポキシ系樹脂の
膜材を使用することにより、少ない塗布量でＱｍの調整
が可能である。圧電素子は、支持基板などに取り付けら
れるが、そのために、支持基板などに圧電共振子を保持
するとともに圧電共振子の外部電極と支持基板との電気
的な接続を得るための支持部材が外部電極上に形成され
る。この場合、支持部材が形成された部分を除いて、外
部電極上に膜材を形成することができる。このような圧
電部品に用いられる圧電共振子としては、たとえば圧電
体層と電極とを積層した基体を有し、分極方向、電界方
向、振動方向の一致した圧電縦効果を利用したものを使
用することができる。圧電縦振動を利用した圧電共振子
を用いれば、分極方向、電界方向と振動方向とが異なる
圧電横効果を利用した圧電共振子に比べて、電気機械結
合係数を大きくすることができる。このような圧電部品
の構造は、支持基板上に複数の圧電共振子を取り付けた
ラダーフィルタにも用いることができる。また、圧電体
層と内部電極とを積層したマザー基板に絶縁材、全面電
極、樹脂膜、帯状部を順次形成し、マザー基板を切断す
ることにより、Ｑｍの調整が容易で、小型化が可能な圧
電部品を得ることができる。

【０００８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の圧電部品の一
例を示す斜視図である。圧電部品１０は、圧電共振子１
２を含む。圧電共振子１２は、図２に示すように、たと
えば直方体状の基体１４を含む。基体１４は、図３に示
すように、たとえば圧電体層１６と内部電極１８とが積
層された形状に形成される。圧電体層１６と内部電極１
８との積層面は、基体１４の長さ方向に直交するように
形成される。そして、図３の矢印に示すように、隣接す
る圧電体層１６は、１つの内部電極１８の両側におい
て、互いに逆向きとなるように基体１４の長さ方向に分
極される。ただし、基体１４の両端部は分極されていな
い。

【００１０】基体１４の一側面には、基体１４の長さ方
向に延びる溝２０が形成される。溝２０は、基体１４の
幅方向の中央部に形成され、基体１４の一側面を２分割
している。さらに、図４に示すように、溝２０で分割さ
れた側面には、第１の絶縁材２２および第２の絶縁材２
４が形成される。基体１４の側面の溝２０で分割された
一方側では、内部電極１８の露出部が、１つおきに第１
の絶縁材２２で被覆される。また、基体１４の側面の溝
２０で分割された他方側では、溝２０の一方側で第１の
絶縁材２２によって被覆されていない内部電極１８が、
１つおきに第２の絶縁材２４で被覆される。

【００１１】さらに、基体１４の第１および第２の絶縁
材２２，２４が形成された部分、すなわち溝２０の両側
には、外部電極２６，２８が形成される。したがって、
外部電極２６には第１の絶縁材２２で被覆されていない
内部電極１８が接続され、外部電極２８には第２の絶縁
材２４で被覆されていない内部電極１８が接続される。
つまり、内部電極１８の隣合うものが、それぞれ外部電
極２６および外部電極２８に接続される。

【００１２】また、外部電極２６，２８の中央部には、
支持部材３０が形成される。支持部材３０は導電材料で
形成され、圧電共振子１２を支持基板などに実装すると
きに、圧電共振子１２を支持するとともに、支持基板と
外部電極２６，２８との電気的な接続を得るために用い
られる。さらに、支持部材３０形成面を除く外部電極２
６，２８上には、膜材３２が形成される。膜材３２は、
ウレタン系樹脂またはエポキシ系樹脂を印刷することに
より形成される。この膜材３２は、その厚みが２００μ
ｍ以下となるように形成される。

【００１３】この圧電共振子１２では、外部電極２６，
２８が入出力電極として使用される。このとき、基体１
４の両端部を除く部分では、隣合う内部電極１８間に電
界が印加されるため、圧電的に活性となる。しかしなが
ら、基体１４の両端部においては、基体１４が分極され
ず、しかも基体１４の両端面に電極が形成されていない
ために電界が印加されず、圧電的に不活性となる。した
がって、基体１４の中央部に、入力信号に対する活性部
３４が形成される。また、基体１４の両端部に、入力信
号に対する不活性部３６が形成される。なお、不活性部
３６は、入力信号によって駆動力を発生しない部分を示
している。したがって、内部電極１８間に電界がかかっ
ても、それらの内部電極１８間が分極されていなければ
よい。また、分極された圧電体層１６に電界がかからな
い構造であってもよい。このような不活性部３６は必須
のものではなく、基体１４の全体が活性部であってもよ
い。

【００１４】このような圧電共振子１２を製造するに
は、図５（Ａ）に示すように、マザー基板５０が準備さ
れる。マザー基板５０は、圧電体材料で形成されたセミ
ックグリーンシートと電極材料とを積層し、焼成したの
ち隣接する圧電体層が互いに逆向きとなるように分極し
て、積層面に直交するように切断したものである。した
がって、マザー基板５０には、焼成されて形成された内
部電極５２が露出している。この内部電極５２の露出面
に、図（５Ｂ）に示すように、絶縁材５４が塗布され
る。絶縁材５４は格子状に配置され、それによって隣接
する内部電極５２が互いに異なる位置に露出している。

【００１５】次に、図５（Ｃ）に示すように、絶縁材５
４を塗布したマザー基板５０上に、全面電極５６が形成
される。さらに、図５（Ｄ）に示すように、マザー基板
５０の中央部の内部電極５２に沿った帯状の部分を除い
て、全面電極５６上に、樹脂膜５８が形成される。この
樹脂膜５８は、ウレタン系樹脂またはエポキシ系樹脂を
２００μｍ以下の厚みとなるように印刷することによっ
て形成される。そして、図５（Ｅ）に示すように、樹脂
膜５８が形成されなかった部分に、導電材料で帯状部６
０が形成される。さらに、帯状部６０に直交する向きに
マザー基板５０を切断するとともに、溝を形成すること
により、圧電共振子１２が形成される。このとき、絶縁
材５４の中央部においてマザー基板５０が切断され、隣
接する絶縁材５４の境界部においてマザー基板５０に溝
が形成される。このように、マザー基板５０を切断する
とともに溝を形成することにより、マザー基板５０が基
体１４となり、全面電極５６が外部電極２６，２８とな
り、樹脂膜５８が膜材３２となり、帯状部６０が支持部
材３０となる。

【００１６】この圧電共振子１２は、支持基板３８上の
パターン電極４０，４２上に取り付けられる。このと
き、圧電共振子１２は、支持部材３０でパターン電極４
０，４２上に支持される。したがって、パターン電極４
０，４２から支持部材３０を介して、外部電極２６，２
８への信号の入出力が行われる。さらに、支持基板３８
上に圧電共振子１２を取り付けた状態で、支持基板３８
上に金属キャップ４４がかぶせられる。このとき、金属
キャップ４４とパターン電極４０，４２とが導通しない
ように、支持基板３８およびパターン電極４０，４２上
に絶縁性樹脂膜が形成される。

【００１７】この圧電部品１０では、パターン電極４
０，４２から支持部材３０を介して信号が入力されるこ
とによって、活性部３４の互いに逆向きに分極した圧電
体層１６に、互いに逆向きの電圧が印加されるため、圧
電体層１６は全体として同じ向きに伸縮しようとする。
そのため、圧電共振子１２全体としては、基体１４の中
心部をノード点とした長さ振動の基本モードが励振され
る。

【００１８】この圧電部品１０では、圧電共振子１２の
活性部３４の分極方向、信号による電界方向および活性
部３４の振動方向が一致する。つまり、この圧電共振子
１２は、圧電縦効果を利用した共振子となる。このよう
な圧電縦効果を利用した圧電共振子１２は、分極方向お
よび電界方向と振動方向とが異なる圧電横効果を利用し
た圧電共振子に比べて、電気機械結合係数が大きい。そ
のため、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが大き
い。したがって、この圧電共振子１２を用いれば、帯域
幅の大きい特性を得ることができる。

【００１９】また、この圧電共振子１２では、活性部３
４と不活性部３６との割合や、不活性部３６の形成位置
などを調整することにより、ΔＦを調整することができ
る。さらに、活性部３４の層数を調整することにより、
圧電共振子１２の容量を調整することができる。そのた
め、圧電部品１０と外部回路とのインピーダンスマッチ
ングをとることが容易である。

【００２０】このような１つの圧電共振子１２を利用し
たディスクリミネータや発振子などの圧電部品１０は、
いずれの用途においても、共振周波数（Ｆｒ）と反共振
周波数（Ｆａ）近傍における位相変化を利用している。
しかしながら、圧電共振子１２の機械的品質係数Ｑｍが
必要以上に大きいと、使用領域において不要振動による
リップルが発生し、特性に重大な影響を及ぼすので、Ｑ
ｍの抑圧は重要な問題となる。圧電共振子１２自体のＱ
ｍは、基体１４の圧電材料によって決まってしまうた
め、素子の大きさや圧電体層の層数などによってＱｍを
調整することができない。

【００２１】そこで、この圧電部品１０では、外部電極
２６，２８上に形成された膜材３２によってＱｍを調整
している。つまり、これらの膜材３２によって、圧電共
振子１２の振動負荷を大きくしている。それにより、実
質的に圧電共振子１２のＱｍを抑圧することができる。
ここで、膜材３２の材料として、ウレタン系樹脂または
エポキシ系樹脂を用いることにより、シリコン樹脂を用
いた場合に比べて、大きいＱｍ調整量を得ることができ
る。これらの樹脂について、膜材の厚みとＱｍ変化量を
測定し、図６に示した。Ｑｍ調整量としては、最大で１
００程度は必要であるが、図６からわかるように、ウレ
タン系樹脂およびエポキシ系樹脂では０．２ｍｍの膜厚
でこの調整量を得ることができるのに対して、シリコン
樹脂では必要なＱｍ調整量を得ることができない。した
がって、ウレタン系樹脂やエポキシ系樹脂を用いて膜材
３２を形成することにより、膜材３２の厚みを０．２ｍ
ｍ以下の範囲で厚みを調整することにより、必要な量の
Ｑｍ調整を行うことができる。

【００２２】このように、この圧電部品１０では、従来
のシリコン樹脂を用いた場合に比べて、ウレタン系樹脂
やエポキシ系樹脂の塗布量が少なくても、圧電共振子１
２のＱｍの調整が可能である。また、圧電共振子１２の
製造時に、樹脂膜５８を形成することにより膜材３２が
形成されるため、膜材３２の材料となる樹脂が流れたり
せず、塗布量制御の精度が高くなり、正確なＱｍ調整を
行うことができる。さらに、膜材３２は外部電極２６，
２８上に形成され、基体１４と支持基板３８との間に膜
材３２が配置されることになるため、圧電部品１０の高
背化を防止することができる。したがって、パッケージ
自体の小型化、薄型化を図ることができる。

【００２３】この圧電共振子１２を用いた圧電部品１０
としては、図７に示すように、ラダーフィルタとするこ
とができる。この圧電部品１０では、支持基板３８上
に、４つのパターン電極７０，７２，７４，７６が形成
される。これらのパターン電極７０〜７６には、間隔を
隔てて一列に配置される５つのランドが形成される。こ
の場合、支持基板３８の一端から１番目のランドはパタ
ーン電極７０に形成され、２番目のランドおよび５番目
のランドはパターン電極７２に形成され、３番目のラン
ドはパターン電極７４に形成され、４番目のランドはパ
ターン電極７６に形成される。

【００２４】これらのランドに、それぞれ支持部材３０
を介して、圧電共振子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ
が取り付けられる。この場合、図８に示す梯子型の回路
が得られるように、圧電共振子１２ａ〜１２ｄが取り付
けられる。そして、支持基板３８上に、金属キャップ
（図示せず）がかぶせられる。

【００２５】この圧電部品１０は、図８に示すような梯
子型の回路を有するラダーフィルタとして用いられる。
このとき、たとえば２つの圧電共振子１２ａ，１２ｂは
直列共振子として用いられ、別の２つの圧電共振子１２
ｃ，１２ｄは並列共振子として用いられる。このような
ラダーフィルタでは、並列の圧電共振子１２ｃ，１２ｄ
の容量が、直列の圧電共振子１２ａ，１２ｂの容量より
も格段に大きくなるように設計されている。ラダーフィ
ルタの場合、直列の圧電共振子１２ａ，１２ｂのインピ
ーダンス特性と並列の圧電共振子１２ｃ，１２ｄのイン
ピーダンス特性とから、フィルタの減衰特性が決定され
る。

【００２６】このようなラダーフィルタの場合、膜材３
２によって圧電共振子１２ａ〜１２ｄのＱｍを調整する
ことにより、群遅延特性（ＧＤＴ）を調整することがで
きる。つまり、圧電共振子１２ａ〜１２ｄのＱｍを調整
することにより、ＧＤＴ偏差を改善することができる
が、特に全ての圧電共振子１２ａ〜１２ｄのＱｍを抑圧
することにより、大きい効果を得ることができる。

【００２７】このように、ウレタン系樹脂またはエポキ
シ系樹脂を用いた膜材３２を用いることにより、圧電材
料を変えることなく、実質的にＱｍを調整することがで
きる。なお、上述の各圧電部品１０では、圧電共振子１
２として圧電縦効果を利用した積層型の圧電共振子を用
いたが、分極方向および電界方向と振動方向とが異なる
圧電横効果を利用した長さ振動を行う圧電共振子を用い
てもよい。このような圧電横効果を利用した長さ振動を
行う圧電共振子を用いた場合でも、膜材３２を用いるこ
とにより、振動負荷を大きくして、圧電共振子のＱｍを
調整することができる。

【００２８】

【発明の効果】この発明によれば、膜材によって圧電共
振子の振動負荷を増大させることにより、実質的なＱｍ
を低下させることができる。したがって、膜材の量を調
整することによって、所望のＱｍを有する圧電部品を得
ることができる。また、膜材の材料としてウレタン系樹
脂またはエポキシ系樹脂を用いることにより、少ない量
でＱｍの調整を行うことができ、しかも低背化が可能で
ある。さらに、複数の圧電共振子を用いたラダーフィル
タにおいて、このようなＱｍの調整を行うことにより、
良好な特性を有するラダーフィルタを得ることができ
る。また、この発明の圧電部品の製造方法を採用するこ
とにより、Ｑｍが調整された圧電部品を容易に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の圧電部品の一例を示す分解斜視図で
ある。

【図２】図１に示す圧電部品に用いられる圧電共振子の
一例を示す斜視図である。

【図３】図２に示す圧電共振子の構造を示す図解図であ
る。

【図４】図２に示す圧電共振子に用いられる基体に第１
の絶縁材および第２の絶縁材を形成した状態を示す平面
図である。

【図５】図２に示す圧電共振子を作成するための製造工
程を示す図解図である。

【図６】膜材として、シリコン樹脂、ウレタン系樹脂お
よびエポキシ系樹脂を用いた場合における膜材の厚みと
Ｑｍ変化量との関係を示すグラフである。

【図７】複数の圧電共振子を用いてラダーフィルタとし
た圧電部品の一例を示す要部分解斜視図である。

【図８】図７に示すラダーフィルタの等価回路図であ
る。

【図９】従来の圧電部品の一例を示す分解斜視図であ
る。

【図１０】従来の圧電部品の他の例を示す分解斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０圧電部品１２圧電共振子１４基体１６圧電体層１８内部電極２２第１の絶縁材２４第２の絶縁材２６，２８外部電極３０支持部材３２膜材３８支持基板４０，４２パターン電極４４金属キャップ５０マザー基板５２内部電極５４絶縁材５６全面電極５８樹脂膜６０帯状部７０，７２，７４，７６パターン電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０３Ｈ 9/58 Ｈ０３Ｈ 9/58 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長さ振動モードを励振する圧電共振子、前記圧電共振子の表面に印刷によって形成される膜材、
および前記圧電共振子を基板に支持するために前記圧電
共振子に形成される導電性の支持部材を含み、前記膜材はウレタン系樹脂またはエポキシ系樹脂で形成
され、その厚みが２００μｍ以下となるように形成され
る、圧電部品。
【請求項２】前記圧電共振子は外部電極を含み、前記
支持部材は前記外部電極上の一部に形成されるととも
に、前記支持部材形成面以外の前記外部電極上に前記膜
材が形成される、請求項１に記載の圧電部品。
【請求項３】前記圧電共振子は、長さ方向に圧電体層
と内部電極とを積層した柱状の基体と、前記基体の１つ
の側面において前記基体の前記内部電極に接続されるよ
うに形成される２つの外部電極とを含み、前記圧電体層
は前記基体の長さ方向に分極され、前記内部電極によっ
て前記基体の長さ方向に電界を加えて前記基体に長さ振
動の基本振動が励振される、請求項１または請求項２に
記載の圧電部品。
【請求項４】さらに、パターン電極が形成された支持
基板を含み、前記支持部材が前記パターン電極に支持さ
れるとともに、前記支持部材と前記パターン電極とが電
気的に接続される、請求項１ないし請求項３のいずれか
に記載の圧電部品。
【請求項５】前記支持基板上において、複数の前記圧
電共振子をラダー型に接続することによってラダーフィ
ルタとした、請求項４に記載の圧電部品。
【請求項６】圧電体層と内部電極とを積層したマザー
基板を準備する工程、前記マザー基板の前記内部電極露出面に絶縁材を形成し
て隣接する前記内部電極を互いに異なる位置に露出させ
る工程、前記絶縁材を形成した前記マザー基板上に全面電極を形
成する工程、前記全面電極が帯状に露出するようにしてウレタン系樹
脂またはエポキシ系樹脂の樹脂膜を２００μｍ以下の厚
みとなるように印刷する工程、前記全面電極の露出部に導電材料で帯状部を形成する工
程、および前記マザー基板を切断する工程を含む、圧電
部品の製造方法。