JP2001028528A - Piezoelectric device and manufacture thereof - Google Patents
Piezoelectric device and manufacture thereofInfo
- Publication number
- JP2001028528A JP2001028528A JP20108499A JP20108499A JP2001028528A JP 2001028528 A JP2001028528 A JP 2001028528A JP 20108499 A JP20108499 A JP 20108499A JP 20108499 A JP20108499 A JP 20108499A JP 2001028528 A JP2001028528 A JP 2001028528A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- vibration
- piezoelectric substrate
- electrode
- dielectric layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、情報機器
の高速クロック用発振子や無線通信機器の中間周波数
（以下ＩＦという）フィルタに用いられる多重モード圧
電フィルタなどとして使用できるエネルギー閉じ込め型
厚み共振圧電デバイスとその製造方法、及びそれを用い
た移動体通信装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy trapping type thickness resonance resonator which can be used as, for example, a multi-mode piezoelectric filter used for a high-speed clock oscillator of information equipment or an intermediate frequency (hereinafter referred to as IF) filter of radio communication equipment. The present invention relates to a piezoelectric device, a method of manufacturing the same, and a mobile communication device using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、通信機器の高速化、デジタル化に
ともない、高周波で動作するクロック用発振子や、広い
周波数領域に存在する伝送信号を歪みなく弁別するため
の小型で高周波、広帯域のＩＦフィルタが強く求められ
ている。これらの振動子、フィルタには、従来、エネル
ギー閉じ込め型の圧電振動子、あるいはフィルタが用い
られてきた。2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in speed and digitization of communication equipment, a clock oscillator operating at a high frequency and a small, high-frequency, wide-band IF for discriminating a transmission signal existing in a wide frequency range without distortion. There is a strong need for filters. Conventionally, energy-trap type piezoelectric vibrators or filters have been used for these vibrators and filters.
【０００３】特に圧電フィルタの領域では、ＣＤＭＡ方
式と呼ばれる高速データ通信を行うための通信方式が普
及し、今後もさらに広帯域のものが求められてきてい
る。In particular, in the area of piezoelectric filters, a communication system for performing high-speed data communication called a CDMA system has become widespread, and an even wider band is required in the future.
【０００４】エネルギー閉じこめ型の圧電フィルタとし
ては、これまで、水晶フィルタが最も広く用いられてき
たが、水晶を用いた場合には、材料のもつ電気−機械結
合係数が小さいことからＣＤＭＡ方式に用いられるよう
な帯域の広いフィルタを構成することが困難である。一
方、電気−機械結合係数の大きな圧電単結晶や圧電セラ
ミックは、一般に脆い性質を示し、エッチングや薄板化
が困難で、高周波で、高精度のフィルタを形成すること
が難しかった。[0004] Quartz filters have been most widely used as energy trapping type piezoelectric filters, but when quartz is used, it is used in the CDMA system because the material has a small electro-mechanical coupling coefficient. It is difficult to construct a filter having a wide band as described above. On the other hand, piezoelectric single crystals and piezoelectric ceramics having a large electro-mechanical coupling coefficient generally exhibit brittle properties, are difficult to etch and thin, and have difficulty forming high-frequency, high-precision filters.
【０００５】また、弾性表面波フィルタでは、ＩＦ帯で
フィルタを構成しようとするとサイズ、損失ともに大き
くなるという課題があった。[0005] Further, in the case of a surface acoustic wave filter, there is a problem that both the size and the loss increase when an attempt is made to construct the filter in the IF band.
【０００６】ここで、本発明の基となるエネルギー閉じ
込め型の振動子について、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）
を参照しながら説明する。図１０（Ａ）は振動子の上面
図、図１０（Ｂ）は振動子の断面図、図１０（Ｃ）は代
表的な閉じ込められた厚み共振モードの振幅分布図であ
る。エネルギー閉じ込め型の振動子は、圧電基板５１
と、その表裏面に圧電基板よりも狭い範囲に対向して形
成された励振電極５２，５３により構成される。エネル
ギー閉じ込めの理論については、弾性波素子技術ハンド
ブック８２〜８９ページ（日本学術振興会弾性波素子技
術第150委員会編、1991年11月30日オーム社より発行）
に詳述されている。厚み振動の板面に沿った厚み振動
が、励振電極部５４で伝搬、周囲の無電極部５５で減
衰、という条件を満たす振動モードの振動エネルギーが
励振電極部５４に閉じ込められる。圧電基板５１の端面
まで振動が伝搬しないため、端面でパッケージへの保持
を容易に行うことができる。振動エネルギーが保持部へ
漏れないため、高いＱ値を実現することができ、保持に
よる特性への影響が少ないというメリットを有してい
る。励振電極部５４と無電極部５５の伝搬定数の差は、
（１）電極など質量負荷によるカットオフ周波数の低
下、（２）圧電効果による電極部のカットオフ周波数の
低下、の双方の効果によりなされる。ＡＴカット水晶の
厚みすべり振動子のように電気−機械結合係数の小さい
圧電基板の場合、主に、設けられた励振電極の質量負荷
によりエネルギー閉じ込めが為され、電気−機械結合係
数が大きい圧電セラミックや高結合単結晶では、圧電効
果の方が圧倒的に大きな閉じ込め効果を発揮する。Here, an energy trap type vibrator based on the present invention is shown in FIGS. 10 (A) to 10 (D).
This will be described with reference to FIG. 10A is a top view of the vibrator, FIG. 10B is a cross-sectional view of the vibrator, and FIG. 10C is an amplitude distribution diagram of a typical confined thickness resonance mode. The energy trap type vibrator is a piezoelectric substrate 51
And excitation electrodes 52 and 53 formed on the front and back surfaces thereof in a range narrower than the piezoelectric substrate. For the theory of energy confinement, see pages 82-89 of the Elastic Wave Device Technology Handbook (edited by the 150th Committee of the JSPS Acoustic Wave Device Technology, published by Ohmsha on November 30, 1991).
In detail. The vibration energy in the vibration mode that satisfies the condition that the thickness vibration along the plate surface propagates in the excitation electrode portion 54 and attenuates in the surrounding non-electrode portion 55 is confined in the excitation electrode portion 54. Since the vibration does not propagate to the end face of the piezoelectric substrate 51, it is possible to easily hold the piezoelectric substrate 51 in the package at the end face. Since vibration energy does not leak to the holding unit, a high Q value can be realized, and there is an advantage that the effect of holding on the characteristics is small. The difference between the propagation constants of the excitation electrode section 54 and the electrodeless section 55 is
This is achieved by both effects of (1) a reduction in cutoff frequency due to a mass load such as an electrode, and (2) a reduction in cutoff frequency of an electrode portion due to a piezoelectric effect. In the case of a piezoelectric substrate with a small electro-mechanical coupling coefficient, such as a thickness shear resonator of AT-cut quartz, energy is confined mainly by the mass load of the excitation electrode provided, and a piezoelectric ceramic with a large electro-mechanical coupling coefficient In a high-coupling single crystal, the piezoelectric effect exerts an overwhelmingly large confinement effect.
【０００７】また、逆に振動モードによっては、電極部
において、カットオフ周波数が高くなる場合も存在す
る。このような振動モードを電極下に閉じこめる場合に
は、図１０（Ｂ’）に示したように、励振電極部５４を
くぼませ、電極部のカットオフ周波数を無電極部よりさ
らに低下させた逆メサ構造と呼ばれる構造をとることに
よって、振動を電極下に閉じこめることができる。[0007] Conversely, depending on the vibration mode, the cut-off frequency may be high in the electrode section. When such a vibration mode is confined under the electrode, as shown in FIG. 10B ', the excitation electrode portion 54 is recessed, and the cutoff frequency of the electrode portion is further reduced than that of the non-electrode portion. By employing a structure called a mesa structure, vibration can be confined under the electrode.
【０００８】図１０（Ｄ）に、いずれの場合において
も、カットオフ周波数を境にして、厚み振動が伝搬する
場合の代表的な共振モードの周波数チャートを示す。縦
軸は周波数で、Ｆcは無電極部５５のカットオフ周波
数、Ｆc'は電極部５４のカットオフ周波数である。横軸
は、エネルギー閉じ込めの度合いを表しており、圧電基
板５１の厚さＨで規格化された励振電極長（Ｌ／Ｈ）
や、規格化された周波数低下量Δ＝（Ｆｃ−Ｆｃ’）／
Ｆｃが大きくなるとエネルギー閉じ込め量は大きくな
る。チャート中の曲線は、エネルギー閉じ込めの度合い
に応じた、各共振モードの周波数の推移を表している。
Ｓ0およびＡ0は対称および斜対称の基本共振モード、Ｓ
ＮおよびＡＮ（ここで、Ｎは厚み共振の次数であり、Ｎ
≧１である)は対称および斜対称のより高次の振動モー
ドを表している。斜対称モードの電気−機械結合は、励
振電極全面での積分値がゼロになるので、対称的な構成
である振動子では電気的に励振されない。換言すると、
対称的な励振電極パターンを有する振動子の場合、斜対
称モードは励振されない。これは、励振部全面での電気
−機械結合が完全に打ち消されるためである。対称性の
崩れた振動子や、後述するフィルタの場合には、斜対称
モードが励振される。FIG. 10D shows a frequency chart of a typical resonance mode in which thickness vibration propagates at a cutoff frequency in any case. The vertical axis represents the frequency, Fc is the cutoff frequency of the electrodeless portion 55, and Fc 'is the cutoff frequency of the electrode portion 54. The horizontal axis represents the degree of energy confinement, and the excitation electrode length (L / H) standardized by the thickness H of the piezoelectric substrate 51
Or the standardized frequency drop amount Δ = (Fc−Fc ′) /
As Fc increases, the amount of energy confinement increases. The curves in the chart show the transition of the frequency of each resonance mode according to the degree of energy confinement.
S0 and A0 are symmetric and obliquely symmetric fundamental resonance modes,
N and AN (where N is the order of the thickness resonance and N
≧ 1) represents higher and lower symmetric vibration modes. In the electro-mechanical coupling in the obliquely symmetric mode, the integrated value over the entire surface of the excitation electrode becomes zero, so that the vibrator having a symmetric configuration is not electrically excited. In other words,
In the case of a transducer having a symmetric excitation electrode pattern, the obliquely symmetric mode is not excited. This is because the electro-mechanical coupling over the entire excitation section is completely canceled. In the case of a vibrator having a broken symmetry or a filter described later, an obliquely symmetric mode is excited.
【０００９】ここで、各振動モードが閉じ込められる条
件を考えてみる。電極部及び無電極部の双方のカットオ
フ周波数よりも低い周波数の厚み振動は、電極部でも無
電極部でも伝搬できないため、閉じ込められない。ま
た、電極部及び無電極部の双方のカットオフ周波数より
も高い周波数の厚み振動は、電極部及び無電極部の双方
を伝搬してしまうため、閉じ込められない。従って、厚
み振動の周波数が無電極部のカットオフ周波数Ｆcより
も低く、電極部のカットオフ周波数Ｆc'よりも高い場合
のみ、電極部に振動が閉じ込められ、共振が現れる。Here, consider the conditions under which each vibration mode is confined. The thickness vibration having a frequency lower than the cutoff frequency of both the electrode portion and the non-electrode portion cannot be propagated in the electrode portion or the non-electrode portion, and thus cannot be confined. Further, the thickness vibration having a frequency higher than the cutoff frequency of both the electrode portion and the non-electrode portion propagates through both the electrode portion and the non-electrode portion, and is not confined. Therefore, only when the frequency of the thickness vibration is lower than the cut-off frequency Fc of the non-electrode portion and higher than the cut-off frequency Fc 'of the electrode portion, the vibration is confined in the electrode portion and resonance appears.
【００１０】例えば、閉じ込め量が図中のＡの場合、Ｓ
0は閉じ込められ共振するが、Ｓ1は無電極部のカットオ
フ周波数Ｆc以上で、無電極部へも伝搬するため閉じ込
められず、共振しない。閉じ込め量をＢまで大きくする
と、Ｓ0だけでなく、Ｓ1、Ｓ2も閉じ込められ、共振す
るようになる。つまり、閉じ込め量がＡのように、適正
値であれば、主共振はＳ0のみとなり、不要共振である
スプリアスのない優れた振動子が実現可能である。一
方、周波数低下量を大きくしたり、電極長を長くしたり
して、より閉じ込め量を大きくすると、不要な共振であ
るスプリアスが現れる。スプリアスは、クロック発振器
において周波数飛びや動作不安定の原因となるので、こ
れを抑えるように周波数低下量と電極長を選ばなくては
ならない。For example, if the confinement amount is A in the figure, S
0 is confined and resonates, but S1 is higher than the cut-off frequency Fc of the electrodeless portion and propagates to the electrodeless portion, so it is not confined and does not resonate. When the confinement amount is increased to B, not only S0 but also S1 and S2 are confined, and resonance occurs. In other words, if the confinement amount is an appropriate value such as A, the main resonance is only S0, and an excellent vibrator without spurious resonance which is unnecessary resonance can be realized. On the other hand, if the amount of confinement is further increased by increasing the amount of frequency drop or increasing the electrode length, spurious resonance, which is unnecessary resonance, appears. The spurious causes a frequency jump and unstable operation in the clock oscillator. Therefore, it is necessary to select the amount of frequency reduction and the electrode length so as to suppress the spurious.
【００１１】次に、エネルギー閉じ込め型の圧電フィル
タについて述べる。エネルギー閉じ込め型の圧電フィル
タは、近年の携帯電話やページャなどの個人向け移動体
通信機器の普及に伴って需要が高まっている。周波数の
高いＲＦ部には弾性表面波フィルタや誘電体フィルタ、
１ｓｔ−ＩＦには弾性表面波フィルタや水晶フィルタ、
２ｎｄ−ＩＦにはセラミックフィルタというように多段
のフィルタが用いられている。このうち、エネルギー閉
じ込め型多重モード圧電フィルタは、水晶フィルタとセ
ラミックフィルタの一部であり、極力少ない段数でシス
テムを構成するために、各フィルタには高いチャンネル
選択度と特性の安定した製造工法が求められる。また、
携帯電話等の加入者の急激な増加によりチャンネル数が
不足し、より高いＲＦ周波数が用いられることとなり、
これに伴ってＩＦフィルタもより高い周波数のものが求
められるようになっている。Next, an energy trap type piezoelectric filter will be described. Demand for the energy-trap type piezoelectric filter is increasing with the recent spread of personal mobile communication devices such as mobile phones and pagers. Surface acoustic wave filters, dielectric filters,
The 1st-IF has a surface acoustic wave filter and a crystal filter,
The 2nd-IF uses a multi-stage filter such as a ceramic filter. Among these, the energy trapping type multi-mode piezoelectric filter is a part of a crystal filter and a ceramic filter.To construct a system with as few stages as possible, each filter must have a high channel selectivity and a manufacturing method with stable characteristics. Desired. Also,
Due to the rapid increase of subscribers such as mobile phones, the number of channels becomes insufficient, and higher RF frequencies will be used.
Along with this, IF filters having higher frequencies are required.
【００１２】ここで、従来のエネルギー閉じ込め型多重
モード圧電フィルタの一例として、水晶ＭＣＦ（モノリ
シック・クリスタル・フィルタ）を図１１を参照しなが
ら説明する。圧電基板９１としてＡＴカット水晶を用
い、表側に２分割された入力電極９２ａと出力電極９２
ｂが形成され、入出力電極９２ａ、９２ｂに対応した裏
面には共通アース電極９３が設けられている。水晶基板
９１はカンパッケージのベース９４に設けられたピン９
５ａ、９５ｂ、９５ｃに導電性ペースト９６で固定さ
れ、入出力電極およびアース電極が外部に引き出されて
いる。最後にベース９４に金属キャップ９７を溶接し封
止を行う。Here, a quartz crystal MCF (monolithic crystal filter) will be described as an example of a conventional energy trap type multi-mode piezoelectric filter with reference to FIG. An input electrode 92a and an output electrode 92 divided into two on the front side using AT-cut quartz as the piezoelectric substrate 91.
The common ground electrode 93 is provided on the back surface corresponding to the input / output electrodes 92a and 92b. The crystal substrate 91 has pins 9 provided on a base 94 of the can package.
5a, 95b, and 95c are fixed with a conductive paste 96, and the input / output electrodes and the ground electrode are drawn out. Finally, a metal cap 97 is welded to the base 94 to perform sealing.
【００１３】フィルタも振動子と同様にエネルギー閉じ
込めの原理を用いており、電極を形成した部分には電極
の質量負荷により、厚み振動エネルギーが閉じ込められ
る。入力電極９２ａと出力電極９２ｂの部分はそれぞれ
別々のエネルギー閉じ込め振動子を形成している。この
２個の振動子を適当な距離に配置し、漏れ出た振動を結
合させると、入力側と出力側が同位相で振動する対称モ
ードと逆位相で振動する斜対称モードの双方が励振され
るようになる。入力側から出力側に伝搬する、対称・斜
対称双方のモードを制御することで所望のフィルタ特性
を得る。The filter also uses the principle of energy confinement like the vibrator, and the thickness vibration energy is confined in the portion where the electrode is formed due to the mass load of the electrode. The portions of the input electrode 92a and the output electrode 92b form separate energy confinement oscillators. When these two vibrators are arranged at an appropriate distance and the leaked vibrations are coupled, both the symmetric mode in which the input side and the output side vibrate in the same phase and the oblique symmetric mode in which the input side and the output side vibrate in the opposite phase are excited. Become like A desired filter characteristic is obtained by controlling both symmetric and oblique symmetric modes that propagate from the input side to the output side.
【００１４】フィルタは振動子に比べて、より厳しい電
極設計が求められる。振動子の場合は、高次のモードの
スプリアスをある程度避ければ良いが、フィルタの場合
は、入出力電極における基本となる対称モードと斜対称
モードのみエネルギー閉じ込めされる条件に電極膜厚お
よびサイズを選ぶのが基本で、電極をより重くしたり電
極面積をより大きくすると、周波数の高い高次モードが
電極端部で反射され、共振し、スプリアスの原因とな
る。従って、可能な電極厚さおよび電極サイズには上限
があり、フィルタ設計の自由度が著しく制限される。さ
らに、圧電単結晶や圧電セラミックを基板に用いた場合
には、電極質量の他に圧電効果によっても、電極部のカ
ットオフ周波数が変化するため、閉じこめ量の調整範囲
もこれにより制限される。A filter is required to have a stricter electrode design than a vibrator. In the case of a vibrator, it is sufficient to avoid high-order mode spurs to some extent, but in the case of a filter, the electrode film thickness and size must be such that only the basic symmetric mode and oblique symmetric mode in the input and output electrodes are confined. Basically, if the electrode is made heavier or the electrode area is made larger, a higher-order mode having a higher frequency is reflected at the end of the electrode, resonates, and causes spurious. Therefore, there is an upper limit to the possible electrode thickness and electrode size, which severely limits the degree of freedom in filter design. Furthermore, when a piezoelectric single crystal or a piezoelectric ceramic is used for the substrate, the cutoff frequency of the electrode portion changes due to the piezoelectric effect in addition to the mass of the electrode, so that the adjustment range of the confinement amount is also limited by this.
【００１５】従来の振動子・フィルタとも、電極材料と
して高い周波数安定度が求められるものには金が用いら
れ、クロムなどの下地層が用いられる。そうでないもの
はコストを下げるために銀が用いられる。さらに高周波
の場合、比重の小さいアルミのような金属も用いられて
いる。For both the conventional vibrator and filter, those which require high frequency stability as an electrode material are made of gold, and a base layer of chromium or the like is used. Otherwise, silver is used to reduce costs. In the case of a high frequency, a metal such as aluminum having a small specific gravity is also used.
【００１６】圧電基板に電極薄膜を形成する安価な方法
として、形成しようとする電極形状と同じ形状の穴を有
するメタルマスクが一般にマスク材として用いられてい
る。より高い周波数が要求され、より優れたフィルタ特
性とその安定した製造工法が求められる仕様において
は、電極の高い加工精度が要求され、メタルマスクに代
わってフォトリソグラフィを用いた加工も行われるよう
になっている。As an inexpensive method of forming an electrode thin film on a piezoelectric substrate, a metal mask having a hole having the same shape as the electrode to be formed is generally used as a mask material. In specifications where higher frequencies are required, more excellent filter characteristics and a stable manufacturing method are required, high processing accuracy of electrodes is required, and processing using photolithography is also performed instead of metal mask. Has become.
【００１７】ここでは、実装形態としてカンパッケージ
を示したが、機器の小型化に伴い、小型の振動子・フィ
ルタが求められており、表面実装パッケージ内に圧電基
板を寝かせた状態で実装したものが多くなってきてい
る。Here, the can package is shown as a mounting form. However, with the miniaturization of equipment, a small vibrator / filter is required, and the piezoelectric substrate is mounted in a surface mounted package lying down. Are increasing.
【００１８】素子の実装形態としては、この他にも様々
なものがあるが、いずれの実装方法においても問題とな
るのは、素子が高周波化してくるとその取り扱いが困難
となり、歩留まりが低下するという点である。素子の周
波数は圧電基板の厚みに反比例するため、素子の高周波
化は、即、基板の薄板化につながり、加工時や実装時の
素子破損の可能性が高まるという課題につながる。There are various other mounting forms of the device, but the problem with any mounting method is that when the frequency of the device becomes higher, it becomes difficult to handle the device, and the yield decreases. That is the point. Since the frequency of the element is inversely proportional to the thickness of the piezoelectric substrate, an increase in the frequency of the element immediately leads to a reduction in the thickness of the substrate, which leads to a problem that the possibility of element breakage during processing or mounting increases.
【００１９】また、さらに、スプリアスを減らすため
に、先に述べた振動の閉じこめを、励振電極の長さ方向
のみに一次元化する方法が用いられる。この方法では、
素子形状として、励振電極方向に長く、幅方向には基板
厚みの数倍の寸法を持ったストリップ形状とする方法が
一般的である。しかし、この方法も素子が高周波化して
くると、幅、厚みともに極端に小さな素子となり取り扱
いはさらに困難となる。Further, in order to reduce spurious, a method is used in which the above-described confinement of vibration is made one-dimensional only in the length direction of the excitation electrode. in this way,
In general, the element is formed into a strip shape having a dimension longer in the direction of the excitation electrode and several times the thickness of the substrate in the width direction. However, also in this method, when the frequency of the element becomes higher, the element becomes extremely small in both width and thickness, and handling becomes more difficult.
【００２０】[0020]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたことからも
わかるように、エネルギー閉じ込め圧電デバイスでは、
振動のエネルギー閉じこめ量を調整して、いかにスプリ
アスのレベルを抑制するかが最大の課題である。As can be seen from the above description, in the energy trapping piezoelectric device,
The biggest issue is how to control the level of spurious by adjusting the amount of energy trapped in the vibration.
【００２１】スプリアスは、圧電デバイスが振動子の場
合、振動子の発振周波数の飛びや不安定な励振状態の原
因となる。また、スプリアスは、圧電デバイスがフィル
タの場合では、通過帯域よりも高い周波数の厚み振動は
入力から出力へ伝搬しやすく、振動が電極端部などで反
射すると共振条件を満足する周波数において不要な通過
帯域を形成してしまう。前述の如く、スプリアスを発生
させない電極厚さと電極長の条件が求められるが、必ず
しも実現可能ではない。When the piezoelectric device is a vibrator, the spurious causes a jump in the oscillation frequency of the vibrator and an unstable excitation state. In addition, when the piezoelectric device is a filter, the thickness vibration having a frequency higher than the pass band easily propagates from the input to the output when the piezoelectric device is a filter. A band is formed. As described above, the conditions of the electrode thickness and the electrode length that do not cause spurious are required, but are not always feasible.
【００２２】例えば、振動子・フィルタとも低インピー
ダンスのものが求められる。振動子の場合は安定した発
振のため、フィルタの場合は回路とのインピーダンス整
合を容易にするためである。低インピーダンス化は、電
極面積を大きくして行けば可能であるが、高次のモード
まで共振するようになり、スプリアスの原因となる。電
極膜厚を薄くすれば電極サイズを大きくすることも可能
であるが、電極膜厚を薄くして行くと、微細な電極粒子
が局所的につながった不安定な状態となるため、薄くす
るのにも限度があった。電極膜厚の下限は、電極材料に
も依存するが、実用上安定した電極膜を得るには少なく
とも５０ｎｍの膜厚が必要である。また、金や銀のよう
な比重の大きな電極をより比重の小さいアルミなどの金
属にすることで質量負荷を軽減することが可能である
が、金や銀に比べて電極が変化しやすく、長期信頼性に
問題があった。さらに、圧電セラミックやタンタル酸リ
チウム、ニオブ酸リチウムといった電気−機械結合係数
の大きい圧電基板を用いた場合、電極の質量負荷がゼロ
でも圧電効果による一定のエネルギー閉じ込めが為され
てしまうため、スプリアスの出ない電極サイズの上限が
かなり小さくなる。従って、スプリアスなく、安定した
動作を保証できる範囲での低インピーダンス化には限界
があるという課題を有していた。For example, it is required that both the vibrator and the filter have low impedance. This is because the oscillator is used for stable oscillation, and the filter is used for facilitating impedance matching with a circuit. Although it is possible to reduce the impedance by increasing the electrode area, resonance occurs up to higher-order modes, which causes spurious. It is possible to increase the electrode size by reducing the electrode film thickness.However, as the electrode film thickness is reduced, an unstable state in which fine electrode particles are locally connected is required. Also had limitations. Although the lower limit of the electrode film thickness depends on the electrode material, a film thickness of at least 50 nm is necessary to obtain a practically stable electrode film. In addition, it is possible to reduce the mass load by using a metal such as aluminum with a lower specific gravity for an electrode with a higher specific gravity such as gold or silver, but the electrode tends to change more easily than gold or silver, There was a problem with reliability. Furthermore, when a piezoelectric substrate having a large electro-mechanical coupling coefficient such as piezoelectric ceramic, lithium tantalate, or lithium niobate is used, even if the mass load on the electrode is zero, a certain amount of energy is confined by the piezoelectric effect. The upper limit of the electrode size that does not come out is considerably reduced. Therefore, there is a problem that there is a limit in reducing impedance in a range where stable operation can be guaranteed without spurious.
【００２３】また、素子の高周波化はその実装をより難
しいものにし、製造歩留まりを低下させるという課題が
あった。Further, there has been a problem that increasing the frequency of the element makes it more difficult to mount the element and lowers the production yield.
【００２４】また、小型化された素子においては、圧電
板より小さな部分電極で、電極下に２次元的に振動を閉
じこめるような構成をとることが難しく、幅方向に漏れ
る振動や、その振動の反射がスプリアスの原因となり、
無スプリアス化を困難にしていた。In a miniaturized element, it is difficult to adopt a configuration in which a partial electrode smaller than the piezoelectric plate is used to two-dimensionally confine vibration under the electrode. Reflections cause spurs,
It was difficult to eliminate spurious.
【００２５】本発明は、上記従来の課題を考慮し、不要
なスプリアスの抑制ができ、より低インピーダンスで、
より高周波に対応した圧電デバイスの閉じ込め設計にお
いて、従来に比べてより一層自由度の高い電極設計がで
きる圧電デバイスと、その製造がより容易に行える圧電
デバイスの製造方法、及びそれを用いた移動体通信装置
を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned conventional problems, and can suppress unnecessary spurious components, has a lower impedance,
A piezoelectric device capable of designing an electrode with a higher degree of freedom than ever before in a confinement design of a piezoelectric device corresponding to a higher frequency, a method of manufacturing a piezoelectric device capable of easily manufacturing the same, and a moving body using the same It is an object to provide a communication device.
【００２６】[0026]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために以下の構成とする。The present invention has the following configuration to achieve the above object.
【００２７】本発明の第１の構成に係る圧電デバイス
は、厚み振動に用いる、平面形状（及び断面形状）が矩
形状の圧電基板と、前記圧電基板の両面に前記圧電基板
の全幅にわたって対向して設けられた、前記厚み振動を
行わせる一組又は複数組の励振電極と、前記圧電基板の
少なくとも一方の面に形成された誘電体層とを備え、前
記厚み振動による厚み振動エネルギーの前記励振電極下
への閉じ込め量が、前記励振電極による圧電効果及び質
量効果と、前記誘電体層による質量効果との双方により
調整されることを特徴とする。かかる構成により、不要
なスプリアスが抑制され、低インピーダンスで、高周波
に対応した、設計自由度の高い圧電デバイスを得ること
ができる。In the piezoelectric device according to the first aspect of the present invention, a piezoelectric substrate used for thickness vibration and having a rectangular planar shape (and a sectional shape) is opposed to both surfaces of the piezoelectric substrate over the entire width of the piezoelectric substrate. And one or more sets of excitation electrodes for performing the thickness vibration, and a dielectric layer formed on at least one surface of the piezoelectric substrate, wherein the excitation of the thickness vibration energy by the thickness vibration is provided. The amount of confinement under the electrode is adjusted by both the piezoelectric effect and the mass effect by the excitation electrode and the mass effect by the dielectric layer. With this configuration, unnecessary spurious is suppressed, and a low impedance, high frequency compatible piezoelectric device with high design flexibility can be obtained.
【００２８】上記の構成において、前記圧電基板と同じ
幅を有する平面形状（及び断面形状）が矩形状の支持体
が、前記厚み振動のための振動空間を確保して、接着剤
層を介して接着されていることが好ましい。かかる構成
によれば、圧電デバイスの取り扱い性が向上する。In the above structure, a support having the same width as that of the piezoelectric substrate and having a rectangular planar shape (and a cross-sectional shape) secures a vibration space for the thickness vibration and interposes an adhesive layer. Preferably, they are adhered. According to such a configuration, handleability of the piezoelectric device is improved.
【００２９】また、上記の構成において、前記圧電基板
の少なくとも一方の面の前記励振電極を複数に分割し
て、フィルタ機能を備えた構成とすることができる。か
かる構成によれば、スプリアスなく、低インピーダンス
で、設計自由度の高いエネルギー閉じ込め型多重モード
圧電フィルタを提供することができる。In the above configuration, the excitation electrode on at least one surface of the piezoelectric substrate may be divided into a plurality of parts to have a filter function. According to such a configuration, it is possible to provide an energy-trap type multi-mode piezoelectric filter having low impedance and high design freedom without spurious.
【００３０】また、上記の構成において、前記励振電極
の一部を前記誘電体層上に重なるように形成することが
できる。かかる構成によれば、誘電体層を精度よくパタ
ーニングしておけば、対向する励振電極による静電容量
のばらつきを抑えることができ、品質の安定した圧電デ
バイスを得ることができる。Further, in the above configuration, a part of the excitation electrode can be formed so as to overlap the dielectric layer. According to such a configuration, if the dielectric layer is accurately patterned, the variation in capacitance due to the opposing excitation electrodes can be suppressed, and a piezoelectric device with stable quality can be obtained.
【００３１】また、上記の構成において、前記誘電体層
を前記圧電基板の少なくとも一方の面のほぼ全面に形成
することができる。かかる構成によれば、誘電体層の振
動吸収効果により、スプリアスの発生を抑えることがで
きる。Further, in the above configuration, the dielectric layer can be formed on almost at least one surface of the piezoelectric substrate. According to such a configuration, generation of spurious can be suppressed by the vibration absorbing effect of the dielectric layer.
【００３２】また、上記の構成おいて、少なくとも一方
の面の前記誘電体層を前記励振電極を覆うように形成
し、少なくとも前記励振電極上の前記誘電体層をくぼま
せることができる。かかる構成によれば、くぼませる程
度を調整することで、スプリアスの発生を抑え、また、
振動エネルギーの閉じ込め量を調整することができる。Further, in the above configuration, the dielectric layer on at least one surface may be formed so as to cover the excitation electrode, and at least the dielectric layer on the excitation electrode may be recessed. According to such a configuration, by adjusting the degree of depression, the occurrence of spurious is suppressed, and
The amount of confinement of vibration energy can be adjusted.
【００３３】また、上記の構成において、前記誘電体層
が振動吸収効果を有することが好ましい。また、上記の
支持体を接着する場合において、前記接着剤層が振動吸
収効果を有することが好ましい。かかる構成によれば、
スプリアスの発生をさらに抑えることができる。In the above structure, it is preferable that the dielectric layer has a vibration absorbing effect. When the above-mentioned support is bonded, it is preferable that the adhesive layer has a vibration absorbing effect. According to such a configuration,
Spurious generation can be further suppressed.
【００３４】また、本発明の第２の構成に係る圧電デバ
イスは、厚み振動に用いる、平面形状（及び断面形状）
が矩形状の圧電基板と、前記圧電基板の両面に前記圧電
基板の全幅にわたって対向して設けられた、前記厚み振
動を行わせる一組又は複数組の励振電極と、前記厚み振
動のための振動空間を確保して前記圧電基板に接着剤層
を介して接着された、前記圧電基板と同じ幅を有する平
面形状（及び断面形状）が矩形状の支持体とを備えたこ
とを特徴とする。かかる構成によれば、取り扱い性が良
好な圧電デバイスを提供できる。The piezoelectric device according to the second configuration of the present invention has a planar shape (and a sectional shape) used for thickness vibration.
Are provided with a rectangular piezoelectric substrate, one or more sets of excitation electrodes for performing the thickness vibration provided on both sides of the piezoelectric substrate so as to face each other over the entire width of the piezoelectric substrate, and vibration for the thickness vibration. A flat body (and a cross-sectional shape) having the same width as the piezoelectric substrate and having a rectangular shape and having a space secured to the piezoelectric substrate via an adhesive layer is provided. According to such a configuration, it is possible to provide a piezoelectric device having good handleability.
【００３５】上記の第２の構成において、前記圧電基板
の少なくとも一方の面の前記励振電極を複数に分割し
て、フィルタ機能を備えた構成とすることができる。In the second configuration, the excitation electrode on at least one surface of the piezoelectric substrate may be divided into a plurality of parts to provide a filter function.
【００３６】上記第１又は第２の構成の圧電デバイス
は、移動体通信装置に使用することができる。The piezoelectric device of the first or second configuration can be used for a mobile communication device.
【００３７】本発明の第１の構成に係る圧電デバイスの
製造方法は、圧電基板の両面に、厚み振動により発生す
る振動エネルギーを実質上閉じ込めるエネルギー閉じ込
め用誘電体層をパターニングして設ける工程と、前記誘
電体層が形成されていない領域を含む所定領域に厚み振
動を行わせる励振電極を一組又は複数組対向して設ける
工程と、前記圧電基板を矩形状に切断する工程とを備え
たことを特徴とする。かかる構成によれば、誘電体層を
精度よくパターニングしておけば、励振電極の位置合わ
せ精度を低下させることが許容される。また、誘電体層
をフォトレジストで構成し、表裏面一括して露光するこ
とにより、誘電体層を対向する位置に、高精度で効率よ
く形成することができる。以上により、品質の安定した
圧電デバイスを得ることができる。In the method of manufacturing a piezoelectric device according to the first configuration of the present invention, a step of patterning and providing an energy trapping dielectric layer for substantially trapping vibration energy generated by thickness vibration on both surfaces of a piezoelectric substrate; A step of providing one or more pairs of excitation electrodes for performing thickness vibration in a predetermined region including a region where the dielectric layer is not formed, and a step of cutting the piezoelectric substrate into a rectangular shape. It is characterized by. According to such a configuration, if the dielectric layer is accurately patterned, it is allowed to reduce the positioning accuracy of the excitation electrode. In addition, by forming the dielectric layer with a photoresist and exposing the front and back surfaces collectively, the dielectric layer can be efficiently formed with high precision at the position facing the dielectric layer. As described above, a piezoelectric device having stable quality can be obtained.
【００３８】また、本発明の第２の構成に係る圧電デバ
イスの製造方法は、圧電基板の両面に、厚み振動を行わ
せる励振電極を一組又は複数組対向して設ける工程と、
前記厚み振動により発生する振動エネルギーを実質上閉
じ込めるエネルギー閉じ込め用誘電体層を、前記励振電
極を覆うように設ける工程と、前記励振電極上の前記誘
電体層の一部又は全部を除去して、前記振動エネルギー
の閉じこめ量を調整する工程と、前記圧電基板を矩形状
に切断する工程とを備えたことを特徴とする。かかる構
成によれば、簡易な方法で、スプリアスの発生を抑える
ことができ、また、振動エネルギーの閉じ込め量の調整
を容易に行なうことができる。Further, in the method of manufacturing a piezoelectric device according to the second configuration of the present invention, a step of providing one or more sets of excitation electrodes for performing thickness vibration on both surfaces of a piezoelectric substrate,
A step of providing a dielectric layer for energy confinement substantially confining the vibration energy generated by the thickness vibration to cover the excitation electrode, and removing a part or all of the dielectric layer on the excitation electrode, A step of adjusting the amount of confinement of the vibration energy; and a step of cutting the piezoelectric substrate into a rectangular shape. According to such a configuration, generation of spurious components can be suppressed by a simple method, and the amount of confinement of vibration energy can be easily adjusted.
【００３９】また、本発明の第３の構成に係る圧電デバ
イスの製造方法は、圧電基板の片面に、厚み振動を行わ
せる励振電極を設ける工程と、前記圧電基板を平坦な支
持基板上に前記厚み振動のための振動空間を確保して接
着する工程と、前記圧電基板の表面を支持基板を裏打ち
として薄板化する工程と、前記圧電基板の表面の前記励
振電極と対向する位置に励振電極を設ける工程と、前記
圧電基板を矩形状に切断する工程とを備えたことを特徴
とする。かかる構成によれば、加工時や実装時の破損が
減少し、生産性を向上させることができる。Further, in the method of manufacturing a piezoelectric device according to the third configuration of the present invention, there is provided a step of providing an excitation electrode for performing thickness vibration on one surface of a piezoelectric substrate, and disposing the piezoelectric substrate on a flat support substrate. A step of securing a vibration space for thickness vibration and bonding, a step of thinning the surface of the piezoelectric substrate with a support substrate as a backing, and an excitation electrode at a position facing the excitation electrode on the surface of the piezoelectric substrate. The method further comprises a step of providing and a step of cutting the piezoelectric substrate into a rectangular shape. According to such a configuration, damage during processing or mounting is reduced, and productivity can be improved.
【００４０】本発明の上記の上記の各製造方法によって
得られた圧電デバイスは、移動体通信装置に使用するこ
とができる。The piezoelectric device obtained by each of the above manufacturing methods of the present invention can be used for a mobile communication device.
【００４１】[0041]
【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
圧電デバイスの一実施の形態のエネルギー閉じ込め圧電
デバイスについて、図１を参照しながら説明する。(Embodiment 1) Hereinafter, an energy trapping piezoelectric device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００４２】図１は本発明の実施の形態１として、高周
波振動子の構造例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a structural example of a high-frequency vibrator according to a first embodiment of the present invention.
【００４３】同図において、１はＸｃｕｔＬｉＴａＯ3
よりなる圧電基板、２ａ、２ｂはクロムを下地とした金
電極よりなる励振電極、３はフォトレジストよりなる誘
電体層である。励振電極２ａ、２ｂは圧電基板１の両面
に対向して形成されている。圧電基板１は励振電極２
ａ、２ｂによって行われる振動閉じこめが一次元的（長
手方向のみ）となるようにストリップ状にされている。
また、そのために、電極が素子の全幅にわたって形成さ
れている。これらの構成要素は、いずれもスプリアスを
減ずる目的である。In the figure, 1 is XcutLiTaO 3
The piezoelectric substrates 2a and 2b are excitation electrodes composed of gold electrodes with chromium as a base, and 3 is a dielectric layer composed of photoresist. The excitation electrodes 2a and 2b are formed to face both surfaces of the piezoelectric substrate 1. The piezoelectric substrate 1 is an excitation electrode 2
The strips are formed so that the vibration confinement performed by a and 2b is one-dimensional (only in the longitudinal direction).
For this purpose, the electrodes are formed over the entire width of the device. All of these components are intended to reduce spurs.
【００４４】従来のように単独に存在する電極下では、
厚み振動が圧電効果と電極の質量効果により閉じこめら
れるが、本実施の形態１のように、圧電基板１の長手方
向の両端部に誘電体層３を配し、電極端（誘電体層３部
分）での質量負荷量を電極上での質量負荷量より大きく
することで、カットオフ周波数の低下量の差を縮めて、
電極下での厚み振動閉じこめ量を抑えて行くことがで
き、従来は、ほぼ圧電効果により決まってしまっていた
振動の閉じ込め量の限界を実質上取り除くことができ
る。つまり、従来よりも長い電極長を用いても、従来と
同等、もしくは従来以下の振動閉じこめ量とすることが
できるため、素子の電極面積によりほぼ決まるインピー
ダンスを低下させることができるようになる。Under an electrode that exists alone as in the prior art,
The thickness vibration is confined by the piezoelectric effect and the mass effect of the electrodes. However, as in the first embodiment, the dielectric layers 3 are disposed at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 1 and the electrode ends (parts of the dielectric layer 3). ) Is larger than the mass load on the electrode to reduce the difference in the amount of cutoff frequency reduction,
The thickness vibration confinement amount under the electrode can be suppressed, and the limit of the vibration confinement amount, which has conventionally been substantially determined by the piezoelectric effect, can be substantially removed. That is, even if a longer electrode length is used than before, the amount of vibration confinement can be made equal to or less than that of the conventional, so that the impedance almost determined by the electrode area of the element can be reduced.
【００４５】従来の圧電振動子では、励振電極のみによ
り、振動を閉じ込める構成であった。In the conventional piezoelectric vibrator, the vibration is confined only by the excitation electrode.
【００４６】これに対し、本実施の形態の圧電振動子で
は、圧電基板１に設けた誘電体層３の重さと励振電極２
ａ、２ｂの重さの差を縮めることにより、実質的に振動
の閉じ込めを弱める構成である。そのため、主振動（Ｓ
０）のみが閉じ込められ、且つ、より高次のモード（Ｓ
１、Ｓ２．．．）が閉じ込められないようにする閉じ込
め設計を、誘電体層３の厚みを調整することにより行え
るようになり、電極への依存性が少なくなる。従って、
電極のサイズや膜厚、電極材料などの電極設計の自由度
が広がる。On the other hand, in the piezoelectric vibrator of the present embodiment, the weight of the dielectric layer 3 provided on the piezoelectric substrate 1 and the excitation electrode 2
By reducing the difference in weight between a and 2b, the confinement of vibration is substantially reduced. Therefore, the main vibration (S
0) is confined and the higher order mode (S
1, S2. . . ) Can be performed by adjusting the thickness of the dielectric layer 3 so that the dependence on the electrodes is reduced. Therefore,
The degree of freedom in electrode design such as electrode size, film thickness, and electrode material is expanded.
【００４７】また、仮に、従来の圧電デバイスの構成、
即ち電極の質量負荷による振動の閉じ込めを利用する構
成は、電極薄膜として実際には実現不可能な程度に極め
て軽い質量負荷が必要となるため、結果的には実現出来
ない場合でも、本実施の形態の構成によれば実現可能と
なる。Further, suppose that the structure of a conventional piezoelectric device is
In other words, the configuration utilizing the confinement of vibration by the mass load of the electrode requires an extremely light mass load that cannot be actually realized as an electrode thin film. According to the configuration of the embodiment, it can be realized.
【００４８】（実施の形態２）次に、本発明を多重モー
ドフィルタに適用した例を示す。(Embodiment 2) Next, an example in which the present invention is applied to a multimode filter will be described.
【００４９】図２は本発明の実施の形態２として、高周
波多重モードフィルタの構造例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of the structure of a high-frequency multimode filter according to a second embodiment of the present invention.
【００５０】同図において、１はＸｃｕｔＬｉＴａＯ3
よりなる圧電基板、２ａ、２ａ’、２ｂはクロムを下地
とした金電極よりなる励振電極、３はフォトレジストよ
りなる誘電体層である。圧電体基板１は励振電極２ａ、
２ａ’、２ｂによって行われる振動閉じこめが一次元的
（長手方向のみ）となるようにストリップ状にされてい
る。また、そのために、電極が素子の全幅にわたって形
成されている。In the figure, 1 is XcutLiTaO 3
The piezoelectric substrates 2a, 2a 'and 2b are excitation electrodes composed of gold electrodes with chromium as a base, and 3 is a dielectric layer composed of photoresist. The piezoelectric substrate 1 includes an excitation electrode 2a,
It is strip-shaped so that the vibration confinement performed by 2a 'and 2b is one-dimensional (only in the longitudinal direction). For this purpose, the electrodes are formed over the entire width of the device.
【００５１】本実施の形態が実施の形態１と異なるの
は、圧電基板１の一方の面上の励振電極が分割されてい
る点である。分割された電極の一方は入力電極、もう一
方は出力電極として動作する。電極２ａ、２ａ’に対向
する位置に形成された電極２ｂはアース電極となってい
る。この構成は、先に示した多重モードフィルタを形成
するものである。This embodiment is different from the first embodiment in that the excitation electrode on one surface of the piezoelectric substrate 1 is divided. One of the divided electrodes operates as an input electrode, and the other operates as an output electrode. The electrode 2b formed at a position facing the electrodes 2a and 2a 'is a ground electrode. This configuration forms the multi-mode filter described above.
【００５２】従来のように単独に存在する電極下では、
厚み振動が圧電効果と電極の質量効果により閉じこめら
れるが、本実施の形態２のように、圧電基板１の長手方
向の両端部に誘電体層３を配し、電極端での質量負荷量
を電極上での質量負荷量より大きくすることで、カット
オフ周波数の低下量の差を縮めて、電極下での厚み振動
閉じこめ量を抑えて行くことができ、従来は、ほぼ圧電
効果により決まってしまっていた振動の閉じ込め量の限
界を実質上取り除くことができる。つまり、従来よりも
長い電極長を用いても、従来と同等、もしくは従来以下
の振動閉じこめ量とすることができるため、素子の電極
面積によりほぼ決まる入出力インピーダンスを低下させ
ることができるようになる。Under an electrode which exists alone as in the prior art,
The thickness vibration is confined by the piezoelectric effect and the mass effect of the electrode. However, as in the second embodiment, the dielectric layers 3 are disposed at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 1 to reduce the mass load at the electrode end. By making it larger than the mass load on the electrode, it is possible to reduce the difference in the amount of decrease in the cutoff frequency and to suppress the amount of thickness vibration confinement under the electrode. It is possible to substantially eliminate the limit of the amount of trapped vibration. That is, even if a longer electrode length is used than before, the vibration confinement amount can be equal to or smaller than that of the conventional one, so that the input / output impedance almost determined by the electrode area of the element can be reduced. .
【００５３】従来の多重モードフィルタでは、励振電極
のみにより、振動を閉じ込める構成であった。The conventional multi-mode filter has a configuration in which the vibration is confined only by the excitation electrode.
【００５４】これに対し、本実施の形態の多重モードフ
ィルタでは、圧電基板１に設けた誘電体層３の重さと励
振電極２ａ、２ａ’、２ｂの重さの差を縮めることによ
り、実質的に振動の閉じ込めを弱める構成である。その
ため、主振動（Ｓ０、Ａ０）のみが閉じ込められ、且
つ、より高次のモード（Ｓ１、Ｓ２．．．、Ａ１、Ａ
２．．．）が閉じ込められないようにする閉じ込め設計
を、誘電体層３の厚みを調整することにより行えるよう
になり、電極への依存性が少なくなる。従って、電極の
サイズや膜厚、電極材料などの電極設計の自由度が広が
る。On the other hand, in the multimode filter of the present embodiment, the difference between the weight of the dielectric layer 3 provided on the piezoelectric substrate 1 and the weight of the excitation electrodes 2a, 2a ', and 2b is substantially reduced. In this configuration, the confinement of vibration is weakened. Therefore, only the main vibrations (S0, A0) are confined, and higher-order modes (S1, S2 ..., A1, A)
2. . . ) Can be performed by adjusting the thickness of the dielectric layer 3 so that the dependence on the electrodes is reduced. Therefore, the degree of freedom in electrode design such as the size and thickness of the electrode and the electrode material is increased.
【００５５】また、仮に、従来の圧電デバイスの構成、
即ち電極の質量負荷による振動の閉じ込めを利用する構
成は、電極薄膜として実際には実現不可能な程度に極め
て軽い質量負荷が必要となるため、結果的には実現出来
ない場合でも、本実施の形態の構成によれば、無電極部
の周波数低下量を大きくできるため実現可能となる。Further, suppose that the structure of a conventional piezoelectric device is
In other words, the configuration utilizing the confinement of vibration by the mass load of the electrode requires an extremely light mass load that cannot be actually realized as an electrode thin film. According to the configuration of the embodiment, the frequency reduction amount of the non-electrode portion can be increased, which is feasible.
【００５６】従来のエネルギー閉じ込め圧電デバイス
で、電気−機械結合係数の大きい圧電基板を用いると、
電極質量がゼロであったとしても、圧電効果による電極
部の周波数低下が大きく、スプリアスを抑制するために
はどうしても電極を小さくする必要があり、低インピー
ダンス化に限界があった。本発明のように、誘電体層を
励振電極端部に形成することにより、分割された励振電
極部の周波数低下量と、その両外部の周波数低下量を近
づけることが可能になり、圧電効果による過剰な閉じこ
めを抑えることができる。つまり、電気−機械結合係数
の大きい基板であっても、閉じ込め設計を誘電体層の質
量負荷量を含めて行うことが可能となる。In a conventional energy trapping piezoelectric device, when a piezoelectric substrate having a large electro-mechanical coupling coefficient is used,
Even if the mass of the electrode is zero, the frequency of the electrode part greatly decreases due to the piezoelectric effect, and it is necessary to reduce the size of the electrode in order to suppress the spurious response. By forming the dielectric layer at the end of the excitation electrode as in the present invention, it is possible to make the frequency reduction amount of the divided excitation electrode portion and the frequency reduction amount of both outsides close to each other. Excessive confinement can be suppressed. That is, even if the substrate has a large electro-mechanical coupling coefficient, the confinement design can be performed including the mass load of the dielectric layer.
【００５７】又、本実施の形態で示したように、入出力
電極２ａ，２ａ’間にも誘電体層３を形成することで、
入力電極と出力電極に閉じこめられる振動を弱められ、
両電極の距離を離しても対称モードと斜対称モードが効
果的に結合し、入力電極と出力電極の間の浮遊容量によ
る電気的な信号伝達を軽減することができる。Further, as shown in the present embodiment, by forming the dielectric layer 3 between the input / output electrodes 2a and 2a ',
Vibration trapped in the input and output electrodes is reduced,
Even if the distance between the two electrodes is increased, the symmetric mode and the obliquely symmetric mode are effectively coupled, and electric signal transmission due to stray capacitance between the input electrode and the output electrode can be reduced.
【００５８】（実施の形態３）次に、さらに素子が高周
波化し、基板の取り扱いが困難となった場合に有効な形
状を示す。(Embodiment 3) Next, an effective shape will be shown when the frequency of the element further increases and it becomes difficult to handle the substrate.
【００５９】以下に、本発明の圧電デバイスの一実施の
形態のエネルギー閉じ込め圧電デバイスについて、図３
を参照しながら説明する。FIG. 3 shows an energy trapping piezoelectric device according to an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG.
【００６０】図３は本発明の実施の形態３として、高周
波振動子の構造例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a structural example of a high-frequency vibrator according to a third embodiment of the present invention.
【００６１】同図において、１はＸｃｕｔＬｉＴａＯ3
よりなる圧電基板、２ａ、２ｂはクロムを下地とした金
電極よりなる励振電極、３はフォトレジストよりなる誘
電体層、４は接着剤層、５はガラスよりなる支持基板で
ある。接着剤層４は、圧電基板１が厚み振動可能なよう
に、所定の厚みで、圧電基板１の長手方向両端部を保持
する。圧電体基板１は励振電極２ａ、２ｂによって行わ
れる振動閉じこめが一次元的（長手方向のみ）となるよ
うにストリップ状にされている。また、そのために、電
極が素子の全幅にわたって形成されている。これらの構
成要素は、いずれもスプリアスを減ずる目的である。In the figure, 1 is XcutLiTaO 3
The piezoelectric substrates 2a and 2b are excitation electrodes composed of gold electrodes with chromium as a base, 3 is a dielectric layer composed of photoresist, 4 is an adhesive layer, and 5 is a support substrate composed of glass. The adhesive layer 4 holds both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 1 with a predetermined thickness so that the piezoelectric substrate 1 can vibrate in thickness. The piezoelectric substrate 1 is formed in a strip shape so that vibration confinement performed by the excitation electrodes 2a and 2b is one-dimensional (only in the longitudinal direction). For this purpose, the electrodes are formed over the entire width of the device. All of these components are intended to reduce spurs.
【００６２】従来のように単独に存在する素子では、素
子が小型化するとその取り扱いが容易ではなかったが、
本実施の形態のように支持基板５と一体とすることで、
容易に割れることのない厚みを有する支持基板部をつか
み、パッケージに実装できるため、取り扱いが比較的容
易なものとなる。さらに、誘電体層３あるいは接着剤層
４に振動吸収効果を持たせれば、さらにスプリアス抑制
効果が得られる。この構造は、本発明のすべての構造に
適用可能であり、素子の高周波化後の取り扱い困難性を
排除することができる。In the case of an element which exists alone as in the past, it was not easy to handle the element if the element was downsized.
By being integrated with the support substrate 5 as in the present embodiment,
Since the supporting substrate portion having a thickness that does not easily break can be grasped and mounted on a package, handling is relatively easy. Further, if the dielectric layer 3 or the adhesive layer 4 has a vibration absorbing effect, a spurious suppression effect can be further obtained. This structure can be applied to all the structures of the present invention, and can eliminate the difficulty of handling the element after high frequency operation.
【００６３】さらに、厚み振動が圧電効果と電極の質量
効果により閉じこめられるが、本実施の形態３のよう
に、圧電基板１上に誘電体層３を配し、電極端での質量
負荷量を電極上での質量負荷量より大きくすることで、
カットオフ周波数の低下量の差を縮めて、電極下での厚
み振動閉じこめ量を抑えて行くことができる点は、これ
までに説明した実施の形態と同じであり、効果について
も同様なことが期待できる。また、上記の多重モードフ
ィルタにも同様の構造が適用できることはいうまでもな
い。Further, the thickness vibration is confined by the piezoelectric effect and the mass effect of the electrode. However, as in the third embodiment, the dielectric layer 3 is disposed on the piezoelectric substrate 1 to reduce the mass load at the electrode end. By making it larger than the mass load on the electrode,
The point that the difference in the amount of decrease in the cutoff frequency can be reduced and the amount of confined thickness vibration under the electrode can be suppressed is the same as in the above-described embodiments, and the same applies to the effects. Can be expected. Needless to say, a similar structure can be applied to the above-described multimode filter.
【００６４】圧電基板１は接着剤層４に直接接着されて
いるが、圧電基板１の下面に誘電体層を設け、該誘電体
層を介して接着剤層４に接着する構成であってもよい。Although the piezoelectric substrate 1 is directly bonded to the adhesive layer 4, a configuration in which a dielectric layer is provided on the lower surface of the piezoelectric substrate 1 and bonded to the adhesive layer 4 via the dielectric layer may be used. Good.
【００６５】本実施の形態では誘電体層３がある場合を
示したが、これがない場合でも、素子の取り扱いが容易
となるという効果は得られる。In this embodiment, the case where the dielectric layer 3 is provided is shown. However, even without the dielectric layer 3, the effect that the element can be easily handled can be obtained.
【００６６】（実施の形態４）次に本発明の励振電極の
構成例について示す。(Embodiment 4) Next, an example of the configuration of the excitation electrode of the present invention will be described.
【００６７】図４は、本発明の実施の形態４として、高
周波振動子の構造例を示す断面図（図４(a)）及びその
電気的等価回路図（図４(b)）である。FIG. 4 is a cross-sectional view (FIG. 4 (a)) showing an example of the structure of a high-frequency vibrator and an electric equivalent circuit diagram (FIG. 4 (b)) as a fourth embodiment of the present invention.
【００６８】同図において、１はＸｃｕｔＬｉＴａＯ3
よりなる圧電基板、２ａ、２ｂはクロムを下地とした金
電極よりなる励振電極、３はフォトレジストよりなる誘
電体層である。In the figure, reference numeral 1 denotes XcutLiTaO 3
The piezoelectric substrates 2a and 2b are excitation electrodes composed of gold electrodes with chromium as a base, and 3 is a dielectric layer composed of photoresist.
【００６９】本実施の形態において特徴的なことは、誘
電体層３上に乗り上げた形で励振電極２ａ、２ｂが形成
されている点である。圧電振動子は、同図（ｂ）に示す
ような電気的等価回路により表され、励振電極２ａ、２
ｂが対向した部分の静電容量Ｃ0がその特性を決める一
要素となる。本実施の形態のような電極構成とした場
合、その静電容量は、誘電体層３が開口された部分の面
積及び位置関係により決まり、この位置関係を精度よく
作製しさえすれば、上下の電極のずれによってさけられ
なかった静電容量のばらつきが効果的に抑えられる。励
振電極２ａ、２ｂが誘電体層３にわずかに乗り上げた部
分により形成される静電容量は、誘電体層３と圧電基板
１とを直列に接続した容量となり、十分小さくなるた
め、影響は少ないという点も利点である。この電極構成
では当然、先に述べた閉じこめ量制御の利点は維持され
る。The feature of this embodiment is that the excitation electrodes 2a and 2b are formed so as to ride on the dielectric layer 3. The piezoelectric vibrator is represented by an electric equivalent circuit as shown in FIG.
The capacitance C0 of the portion where b faces is one factor that determines its characteristics. In the case of the electrode configuration as in the present embodiment, the capacitance is determined by the area and the positional relationship of the portion where the dielectric layer 3 is opened. Variations in capacitance that cannot be avoided due to electrode displacement can be effectively suppressed. The capacitance formed by the portions where the excitation electrodes 2a and 2b slightly ride on the dielectric layer 3 is a capacitance obtained by connecting the dielectric layer 3 and the piezoelectric substrate 1 in series and is sufficiently small, so that the influence is small. This is also an advantage. In this electrode configuration, the advantage of the confinement amount control described above is naturally maintained.
【００７０】図５に多重モードフィルタに適用する例を
示す。本図は、図４と同じく素子の断面図である。本例
の一方の面側の電極は２つに分割して形成されている。
分割電極２ａ，２ａ’間には誘電体層は存在していない
が、図２に示したように、これが存在していてもよいこ
とはいうまでもない。図５において、図４と同一の部材
には同一の符号が付してあり、それらについての詳細な
説明は省略する。FIG. 5 shows an example applied to a multimode filter. This figure is a cross-sectional view of the element as in FIG. The electrode on one surface side in this example is formed by being divided into two.
Although no dielectric layer exists between the divided electrodes 2a and 2a ', it goes without saying that this may be present as shown in FIG. 5, the same members as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００７１】（実施の形態５）次に、誘電体層を振動子
全面に形成する例を示す。(Embodiment 5) Next, an example in which a dielectric layer is formed on the entire surface of a vibrator will be described.
【００７２】図６は、本発明の実施の形態５として、高
周波振動子の構造例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a structural example of a high-frequency vibrator according to a fifth embodiment of the present invention.
【００７３】同図において、１はＸｃｕｔＬｉＴａＯ3
よりなる圧電基板、２ａ、２ｂはクロムを下地とした金
電極よりなる励振電極、３はフォトレジストよりなる誘
電体層である。In the figure, 1 is XcutLiTaO 3
The piezoelectric substrates 2a and 2b are excitation electrodes composed of gold electrodes with chromium as a base, and 3 is a dielectric layer composed of photoresist.
【００７４】本実施の形態において特徴的なことは、圧
電基板１の下面の誘電体層３が、励振電極２ｂを覆い、
圧電基板１のほぼ全面に形成されている点である。この
層の厚みを適当に設定すれば、主振動には影響を与え
ず、スプリアスのみが抑制される状態が達成される。本
図では、下面のみ全面に誘電体層３が存在し、上面はこ
れまでの例と同様、振動閉じこめ量を調整するために誘
電体層３が長手方向両端部に最適に配置されているが、
周波数の閉じこめ量を調整しない場合には、いずれの面
もほぼ全面を誘電体層で覆うことも可能である。また、
図１のような構成でも、誘電体層３が振動吸収効果を有
する場合には、スプリアスの抑制が可能である。また、
この構成が多重モードフィルタにおいて適用できること
はいうまでもない。What is characteristic in the present embodiment is that the dielectric layer 3 on the lower surface of the piezoelectric substrate 1 covers the excitation electrode 2b,
The point is that it is formed on almost the entire surface of the piezoelectric substrate 1. By appropriately setting the thickness of this layer, a state in which only the spurious is suppressed without affecting the main vibration is achieved. In this figure, the dielectric layer 3 is present only on the entire lower surface, and on the upper surface, as in the previous examples, the dielectric layer 3 is optimally arranged at both ends in the longitudinal direction in order to adjust the amount of vibration confinement. ,
If the amount of confinement of the frequency is not adjusted, it is possible to cover almost all surfaces with a dielectric layer. Also,
Even in the configuration shown in FIG. 1, when the dielectric layer 3 has a vibration absorbing effect, spurious can be suppressed. Also,
It goes without saying that this configuration can be applied to a multimode filter.
【００７５】また、本実施の形態の別の構成例を図７に
示す。FIG. 7 shows another configuration example of the present embodiment.
【００７６】同図において、１はＸｃｕｔＬｉＴａＯ3
よりなる圧電基板、２ａ、２ｂはクロムを下地とした金
電極よりなる励振電極、３はフォトレジストよりなる誘
電体層である。In the figure, 1 is XcutLiTaO 3
The piezoelectric substrates 2a and 2b are excitation electrodes composed of gold electrodes with chromium as a base, and 3 is a dielectric layer composed of photoresist.
【００７７】本実施の形態において、図６と比較して特
徴的なことは、圧電基板１の両面の誘電体層３が、励振
電極２ａ，２ｂを覆って圧電基板１のほぼ全面に形成さ
れており、上面側の誘電体層３の励振電極２ａ上の部分
にくぼみ３ａが形成されている点である。くぼみ部３ａ
の誘電体層３の厚みを適当に設定すれば、主振動には影
響を与えず、スプリアスのみが抑制される状態が達成さ
れる。また、励振電極部のカットオフ周波数の低下量よ
りも励振電極が形成されていない部分のカットオフ周波
数の低下量を小さくして、振動閉じこめ量を調整するこ
とも可能である。この構成もまた、多重モードフィルタ
において適用できることはいうまでもない。The feature of this embodiment in comparison with FIG. 6 is that the dielectric layers 3 on both surfaces of the piezoelectric substrate 1 are formed on almost the entire surface of the piezoelectric substrate 1 so as to cover the excitation electrodes 2a and 2b. That is, a depression 3a is formed in a portion of the dielectric layer 3 on the upper surface above the excitation electrode 2a. Hollow 3a
By appropriately setting the thickness of the dielectric layer 3 described above, a state in which only the spurious is suppressed without affecting the main vibration is achieved. Further, it is also possible to adjust the amount of vibration confinement by making the amount of decrease in the cutoff frequency of a portion where no excitation electrode is formed smaller than the amount of decrease in the cutoff frequency of the excitation electrode portion. Needless to say, this configuration can also be applied to a multimode filter.
【００７８】上記以外の構成は、図６と同様であり、図
６と同一の部材には同一の符号が付してあり、それらに
ついての詳細な説明は省略する。Structures other than the above are the same as those in FIG. 6, and the same members as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００７９】（実施の形態６）次に、図８（ａ）〜図８
（ｄ）を参照しながら、本発明の圧電デバイスの製造方
法の一例について説明する。本製造方法は、特に、図
４、図５に示したような構造の圧電デバイスを形成する
場合に適した製法である。上記実施の形態における部材
と同一の部材には同一の符号が付してある。これらの工
程は、多重モードフィルタの製造についても適用可能で
ある。また、図８（ａ）〜図８（ｄ）は、すべて素子の
斜視図に対応している。(Embodiment 6) Next, FIGS.
An example of the method for manufacturing a piezoelectric device according to the present invention will be described with reference to FIG. This manufacturing method is a manufacturing method particularly suitable for forming a piezoelectric device having a structure as shown in FIGS. The same members as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. These steps are also applicable to the manufacture of multimode filters. 8 (a) to 8 (d) all correspond to perspective views of the element.
【００８０】以下の各図を参照しながら、各製造工程を
順次説明する。Each manufacturing process will be sequentially described with reference to the following drawings.
【００８１】図８（ａ）に示すように、圧電基板１とし
てＸカットタンタル酸リチウム１の大判を準備する。次
に、図８（ｂ）に示すように、両面にフォトレジストを
両面に塗布してパターニングして、対向する誘電体層３
を形成する。このパターニングは上面から一括して露光
して、表裏一度に行うことができる。そのため、表裏よ
りメタルマスクなどではさんで位置あわせを行う場合に
比べて数倍の精度が得られる。次に図８（ｃ）に示すよ
うに、今度は、メタルマスクを用いておおよその位置に
電極２ａ，２ｂを形成する。このとき、誘電体層３上に
電極の一部が重なるようにして形成する。メタルマスク
の開口精度はフォトリソグラフィの工程の精度には及ば
ないため、位置あわせを必要以上に行わなくてもよい点
はこの場合の利点である。もちろん、電極２ａ，２ｂを
正確に形成する場合には、電極もフォトリソグラフィ工
程によって行えばよいことはいうまでもない。最後に、
図８（ｄ）に示すように素子を切断線６に沿って個片に
切断すれば、図４に示したような素子が完成する。As shown in FIG. 8A, a large-sized X-cut lithium tantalate 1 is prepared as the piezoelectric substrate 1. Next, as shown in FIG. 8 (b), a photoresist is applied to both sides and patterned, so that the opposing dielectric layer 3 is formed.
To form This patterning can be performed once at the front and the back by exposing all at once from the upper surface. Therefore, several times higher accuracy can be obtained than in the case where positioning is performed by sandwiching a metal mask or the like from the front and back. Next, as shown in FIG. 8C, electrodes 2a and 2b are formed at approximate positions using a metal mask. At this time, the electrodes are formed on the dielectric layer 3 so that a part of the electrodes overlap. Since the opening accuracy of the metal mask does not reach the accuracy of the photolithography process, it is an advantage in this case that the alignment need not be performed more than necessary. Of course, when the electrodes 2a and 2b are formed accurately, it goes without saying that the electrodes may be formed by a photolithography process. Finally,
When the device is cut into individual pieces along the cutting line 6 as shown in FIG. 8D, the device as shown in FIG. 4 is completed.
【００８２】このように得られた素子は、圧電基板１上
に直接積層される励振電極２ａ，２ｂが精度よく形成さ
れるにもかかわらず、表裏の位置あわせの手間を省くこ
とが可能になる点が大きな利点である。The element thus obtained can save the trouble of front and back positioning, even though the excitation electrodes 2a and 2b directly laminated on the piezoelectric substrate 1 are formed with high precision. This is a great advantage.
【００８３】図には示さないが、実施の形態５に示した
ような素子を形成するためには、電極を分割するための
手法が必要になる。Although not shown in the figure, a method for dividing the electrodes is required to form the element as shown in the fifth embodiment.
【００８４】なお、図６,図７に示した構造の圧電デバ
イスを製造する場合は、圧電基板１の両面に電極２ａ，
２ｂをフォトリソグラフィ工程等で形成し、その後、両
面にこれらの電極を覆うようにフォトレジストで誘電体
層を形成する。図７に示したくぼみ部３ａを形成する場
合は、その後、ドライエッチング、ウェットエッチング
等の手法やレーザー照射による選択的除去等の方法によ
って電極上の誘電体層を所定量（大きさ及び深さ）だけ
除去する。その後、上記と同様に個片に切断する。本方
法のように、電極を先に作製し、後から誘電体層を形成
する方法では図８に示した方法で得られる上記の利点は
なくなる。When manufacturing a piezoelectric device having the structure shown in FIGS. 6 and 7, electrodes 2a,
2b is formed by a photolithography step or the like, and then a dielectric layer is formed on both surfaces with a photoresist so as to cover these electrodes. In the case of forming the recessed portion 3a shown in FIG. 7, thereafter, a predetermined amount (size and depth) of the dielectric layer on the electrode is determined by a method such as dry etching or wet etching or a method such as selective removal by laser irradiation. ) Only removed. After that, it is cut into individual pieces as described above. In the method of forming an electrode first and forming a dielectric layer later, as in this method, the above advantages obtained by the method shown in FIG. 8 are lost.
【００８５】（実施の形態７）別の製造方法を図９に示
す。(Embodiment 7) Another manufacturing method is shown in FIG.
【００８６】図９（ａ）〜図９（ｄ）を参照しながら、
本発明の圧電デバイスの製造方法の一例について説明す
る。本製造方法は、特に、図３に示したような支持体一
体化構造の圧電デバイスを形成する場合に適した製法で
ある。上記実施の形態における部材と同一の部材には同
一の符号が付してある。これらの工程は、多重モードフ
ィルタの製造についても適用可能である。また、図９
（ａ）〜図９（ｄ）は、すべて素子の斜視図に対応して
いる。Referring to FIGS. 9A to 9D,
An example of the method for manufacturing the piezoelectric device of the present invention will be described. This manufacturing method is a manufacturing method particularly suitable for forming a piezoelectric device having a support integrated structure as shown in FIG. The same members as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. These steps are also applicable to the manufacture of multimode filters. FIG.
(A) to FIG. 9 (d) all correspond to perspective views of the element.
【００８７】以下の各図を参照しながら、各製造工程を
順次説明する。Each manufacturing process will be sequentially described with reference to the following drawings.
【００８８】図９（ａ）に示すように、支持基板５とし
て高精度に平行研磨されたガラス基板の大判を準備す
る。次に、図９（ｂ）に示すように、ガラス基板５の上
面の所定領域に接着剤４を塗布する。これらの接着剤の
成分は特に限定するものでなく、エポキシ樹脂や紫外線
硬化樹脂など、あるいは、接着シートやフィルムレジス
トなどを接着剤の用途で用いることも可能である。接着
剤層４は、圧電基板の厚み振動のための振動空間が確保
されるような厚さ及び位置に形成する。次に図９（ｃ）
に示すように、圧電基板１を接着する。図示していない
が、圧電基板１の下面には励振電極（２ｂ）が形成して
ある。また同様に下面に誘電体層を形成しておくことも
可能である。その後、支持基板５を裏打ちとして圧電基
板１を薄板化する。通常の薄板化手法では、小片での薄
板化となり、作業性の低下がさけられなかったが、本工
法では、大判一括形成が可能であるため、生産性が向上
する。最後に、図９（ｄ）に示すように、実施の形態６
と同様にして、圧電基板１上に誘電体層３と電極２ａを
形成する。その後、素子を切断線６に沿って個片に切断
すれば、支持体一体化構造の素子が完成する。As shown in FIG. 9A, a large-sized glass substrate polished in parallel with high precision is prepared as the support substrate 5. Next, as shown in FIG. 9B, an adhesive 4 is applied to a predetermined region on the upper surface of the glass substrate 5. The components of these adhesives are not particularly limited, and an epoxy resin, an ultraviolet curable resin, or the like, or an adhesive sheet, a film resist, or the like can be used for the adhesive. The adhesive layer 4 is formed in such a thickness and position that a vibration space for thickness vibration of the piezoelectric substrate is secured. Next, FIG.
The piezoelectric substrate 1 is bonded as shown in FIG. Although not shown, an excitation electrode (2b) is formed on the lower surface of the piezoelectric substrate 1. Similarly, a dielectric layer can be formed on the lower surface. Thereafter, the piezoelectric substrate 1 is thinned with the support substrate 5 as a backing. Although the normal thinning method resulted in thinning with small pieces and a reduction in workability could not be avoided, the present method improves productivity because large format batch formation is possible. Finally, as shown in FIG.
Similarly, the dielectric layer 3 and the electrode 2a are formed on the piezoelectric substrate 1. Thereafter, the element is cut into individual pieces along the cutting line 6 to complete the element having the support integrated structure.
【００８９】このように得られた素子は、周波数の高い
素子が形成されるにもかかわらず、その後の取り扱いが
容易である。上記において、後から表面に誘電体を形成
する方法を用いることももちろん可能である。The device obtained in this way is easy to handle thereafter, although a device having a high frequency is formed. In the above, it is of course possible to use a method of forming a dielectric on the surface later.
【００９０】なお、図１〜９の構成は、それぞれ１個の
振動子、あるいはそれを結合させたいわゆる２ポール構
造のフィルタであったが、３個以上のエネルギー閉じ込
め振動子を結合させた、いわゆるラダー型フィルタ構
造、あるいは、同一基板上で、さらに多くの振動子を結
合させた多ポール構造のフィルタとすることもできる。The configurations shown in FIGS. 1 to 9 are each a single vibrator or a so-called two-pole structure filter in which the vibrators are combined. However, three or more energy trapping vibrators are combined. A so-called ladder-type filter structure, or a filter having a multi-pole structure in which more vibrators are coupled on the same substrate can be used.
【００９１】このように、本発明の効果は、フィルタに
用いる振動子の数、モードの数に限定されるものではな
く、より大きなポール数の圧電フィルタにも適用でき
る。As described above, the effect of the present invention is not limited to the number of transducers and the number of modes used for the filter, but can be applied to a piezoelectric filter having a larger number of poles.
【００９２】また、従来の電極の質量負荷による振動の
閉じ込めでは電極薄膜として成立し得ないほど極軽い質
量負荷も本発明によれば可能であり、質量負荷を軽くし
た分振動面積を広くし、インピーダンスを下げることが
可能である。Further, according to the present invention, an extremely light mass load that cannot be realized as an electrode thin film by conventional confinement of vibration by the mass load of the electrode is possible, and the vibration area is increased by reducing the mass load. It is possible to lower the impedance.
【００９３】さらに、従来アルミを用いなければならな
い場合でも金や銀のように安定な電極膜を用いることが
でき、電極厚さも特性の安定する膜厚まで厚くすること
が可能になる。Further, even when aluminum must be used conventionally, a stable electrode film such as gold or silver can be used, and the thickness of the electrode can be increased to a thickness with stable characteristics.
【００９４】また、従来、電気−機械結合係数の大きい
圧電基板では圧電効果による閉じ込めが大きく、どうし
ても電極を小さくする必要があり、低インピーダンス化
に限界があった。本発明では、励振電極部の閉じこめ量
を弱めることが可能であるため、閉じ込め設計を誘電体
層の質量負荷のみで行うことが可能となる。Conventionally, in a piezoelectric substrate having a large electro-mechanical coupling coefficient, the confinement due to the piezoelectric effect is large, and it is necessary to reduce the size of the electrodes. According to the present invention, since the amount of confinement of the excitation electrode portion can be reduced, confinement design can be performed only by the mass load of the dielectric layer.
【００９５】以上、実施の形態に示したように、これら
の効果は、多重モード圧電フィルタに限定されるもので
はなく、振動子などのエネルギー閉じ込め圧電デバイス
に広く適用でき、同様の効果が得られる。As described above, these effects are not limited to the multi-mode piezoelectric filter, but can be widely applied to an energy trapping piezoelectric device such as a vibrator, and similar effects can be obtained. .
【００９６】また、上記構成による圧電フィルタを携帯
電話などの無線通信装置に用いることにより、不要なス
プリアスが抑えられ、且つ、設計自由度が大きく、特性
の優れたフィルタで高周波部を構成することができるこ
とから、隣接チャンネルの選択度が大きく、妨害波の影
響を受けにくい無線通信機器を実現することが出来る。
また、上記構成による圧電振動子を情報機器や通信機器
に用いることで、スプリアスが少なく安定した特性の振
動子によるクロック発生ができることから、基準周波数
や動作の安定した情報機器や通信機器を実現できる。In addition, by using the piezoelectric filter having the above configuration in a wireless communication device such as a mobile phone, unnecessary high frequency components can be suppressed, the degree of freedom in design is large, and the high frequency section can be constituted by a filter having excellent characteristics. Therefore, it is possible to realize a wireless communication device in which the selectivity of the adjacent channel is large and is hardly affected by an interference wave.
In addition, by using the piezoelectric vibrator having the above configuration in an information device or a communication device, a clock can be generated by a vibrator having less spurious and stable characteristics, so that an information device or a communication device having a stable reference frequency and operation can be realized. .
【００９７】また、上述した実施の形態によれば、エネ
ルギー閉じ込め圧電デバイスの閉じ込め設計を従来に比
べてより容易に行える構成とすることで、自由度のより
高い電極設計や、より幅広い電極材料の選択ができる。
また、不要なスプリアスが抑制しやすく、より低インピ
ーダンスで、より高周波に対応した圧電デバイスを実現
出来る。又、フィルタにおいては優れたチャンネル選択
度を有するエネルギー閉じ込め圧電デバイスが実現出来
る。また、その製造方法は、従来に比べてより一層容易
なものである。Further, according to the above-described embodiment, the confinement design of the energy confining piezoelectric device can be made easier than in the past, so that an electrode design with a higher degree of freedom and a wider range of electrode materials can be realized. You can choose.
In addition, unnecessary spurious components can be easily suppressed, and a piezoelectric device with lower impedance and higher frequency can be realized. Moreover, in the filter, an energy trapping piezoelectric device having excellent channel selectivity can be realized. Further, the manufacturing method is much easier than before.
【００９８】なお、上記実施の形態では、圧電基板材料
としてはすべてタンタル酸リチウムを用いたが、本発明
の圧電基板材料はこれらに制限されるものではなく、エ
ネルギー閉じ込め振動子や多重モード圧電フィルタを構
成できる他の圧電基板材料においても同様の効果を奏す
るものである。In the above embodiments, lithium tantalate was used as the piezoelectric substrate material. However, the piezoelectric substrate material of the present invention is not limited to these materials. The same effect can be obtained with other piezoelectric substrate materials that can be used.
【００９９】また、上記実施の形態では、電極が分割さ
れた方の圧電基板の面には、必ずエネルギー閉じ込め用
誘電体層が形成されている場合の構成について説明した
が、これに限らず例えば、分割されていない電極が形成
された面にのみエネルギー閉じ込め用誘電体層が形成さ
れている構成でもよい。Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the dielectric layer for confining energy is always formed on the surface of the piezoelectric substrate on which the electrode is divided is described. Alternatively, the configuration may be such that the energy confining dielectric layer is formed only on the surface on which the undivided electrodes are formed.
【０１００】また本発明では、誘電体材料としてフォト
レジストを主に示したが、これに限らず、例えば、他の
材料で形成してももちろんよい。電極材料についても金
に限るものではない。支持基板材料についても、ガラス
に限らず一般の基板材料を用いることができる。それを
接着する接着剤についても同様である。In the present invention, a photoresist is mainly shown as a dielectric material. However, the present invention is not limited to this. For example, it may be formed of another material. The electrode material is not limited to gold. As for the supporting substrate material, not only glass but also general substrate materials can be used. The same applies to the adhesive for bonding it.
【０１０１】また、本発明実施の形態５に述べたのエネ
ルギー閉じ込め用くぼみ３ａ（図７参照）は、上記実施
の形態では、励振電極の面積あるいは幅とほぼ同じに設
定していたが、これに限らず例えば、励振電極の面積よ
り大きくとも小さくともかまわない。Further, the energy confining recess 3a (see FIG. 7) described in the fifth embodiment of the present invention is set to be substantially the same as the area or width of the excitation electrode in the above embodiment. For example, the area may be larger or smaller than the area of the excitation electrode.
【０１０２】[0102]
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明の圧電デバイスは、従来に比べてより一層自由度
の高い設計ができるという長所を有する。さらにより高
周波で、その製造がより容易に行えると言う長所を有す
る。As is apparent from the above description,
The piezoelectric device according to the present invention has an advantage that a design with a higher degree of freedom can be performed as compared with the related art. It also has the advantage that it can be manufactured more easily at higher frequencies.
【図１】 本発明の実施の形態１のエネルギー閉じ込め
圧電振動子を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing an energy trapping piezoelectric vibrator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施の形態２のエネルギー閉じ込め
多重モードフィルタを示す斜視図FIG. 2 is a perspective view showing an energy trapping multimode filter according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施の形態３のエネルギー閉じ込め
圧電振動子を示す斜視図FIG. 3 is a perspective view showing an energy trapping piezoelectric vibrator according to a third embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施の形態４のエネルギー閉じ込め
圧電振動子を示しており、（ａ）はその断面図、（ｂ）
はその電気的等価回路図FIG. 4 shows an energy trapping piezoelectric vibrator according to a fourth embodiment of the present invention, where (a) is a cross-sectional view and (b).
Is the electrical equivalent circuit diagram
【図５】 本発明の実施の形態４のエネルギー閉じ込め
多重モードフィルタを示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing an energy confinement multimode filter according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】 本発明の実施の形態５のエネルギー閉じ込め
圧電振動子を示す斜視図FIG. 6 is a perspective view showing an energy trapping piezoelectric vibrator according to a fifth embodiment of the present invention.
【図７】 本発明の実施の形態５の別のエネルギー閉じ
込め圧電振動子を示す斜視図FIG. 7 is a perspective view showing another energy trapping piezoelectric vibrator according to the fifth embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の実施の形態６のエネルギー閉じこめ
圧電デバイスの製造方法を示す工程図FIG. 8 is a process chart showing a method of manufacturing an energy trapped piezoelectric device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図９】 本発明の実施の形態７のエネルギー閉じこめ
圧電デバイスの製造方法を示す工程図FIG. 9 is a process chart showing a method of manufacturing an energy trapped piezoelectric device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図１０】 （Ａ）は従来のエネルギー閉じ込め圧電振
動子を示す平面図、（Ｂ）、（Ｂ’）は同圧電振動子を
示す断面図、（Ｃ）は同圧電振動子の各振動モードの振
幅分布図、（Ｄ）は同圧電振動子の各振動モードの周波
数チャート図10A is a plan view showing a conventional energy trapping piezoelectric vibrator, FIGS. 10B and 10B are cross-sectional views showing the same piezoelectric vibrator, and FIGS. 10C and 10C are vibration modes of the same piezoelectric vibrator. (D) is a frequency chart of each vibration mode of the piezoelectric vibrator.
【図１１】 従来のエネルギー閉じ込め圧電フィルタを
示す斜視図FIG. 11 is a perspective view showing a conventional energy trapping piezoelectric filter.
１ 圧電基板 ２ａ、２ａ’、２ｂ 励振電極 ３ 誘電体層 ４ 接着剤 ５ 支持基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric substrate 2a, 2a ', 2b Excitation electrode 3 Dielectric layer 4 Adhesive 5 Support substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 冨田 佳宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐々木 幸紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 島村 徹郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5J108 AA01 AA07 BB01 CC04 DD01 DD07 EE03 EE04 EE07 EE13 EE17 FF03 HH02 JJ01 MM08 MM11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Katsu Takeda 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihiro Tomita 1006 Odaka Kadoma Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Yuki Sasaki 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Pref., Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. CC04 DD01 DD07 EE03 EE04 EE07 EE13 EE17 FF03 HH02 JJ01 MM08 MM11
Claims (15)
圧電基板と、 前記圧電基板の両面に前記圧電基板の全幅にわたって対
向して設けられた、前記厚み振動を行わせる一組又は複
数組の励振電極と、 前記圧電基板の少なくとも一方の面に形成された誘電体
層とを備え、 前記厚み振動による厚み振動エネルギーの前記励振電極
下への閉じ込め量が、前記励振電極による圧電効果及び
質量効果と、前記誘電体層による質量効果との双方によ
り調整されることを特徴とする圧電デバイス。1. A piezoelectric substrate having a rectangular planar shape used for thickness vibration, and one or a plurality of pairs provided on both surfaces of the piezoelectric substrate so as to face each other over the entire width of the piezoelectric substrate and performing the thickness vibration. An excitation electrode, and a dielectric layer formed on at least one surface of the piezoelectric substrate, wherein the amount of thickness vibration energy confined under the excitation electrode by the thickness vibration is reduced by the piezoelectric effect and the mass of the excitation electrode. The piezoelectric device is adjusted by both the effect and the mass effect of the dielectric layer.
が矩形状の支持体が、前記厚み振動のための振動空間を
確保して、接着剤層を介して接着されている請求項１に
記載の圧電デバイス。2. The support according to claim 1, wherein a rectangular support having the same width as the piezoelectric substrate and having a rectangular planar shape secures a vibration space for the thickness vibration and is bonded via an adhesive layer. The piezoelectric device as described.
記励振電極は複数に分割されており、フィルタ機能を備
えた請求項１に記載の圧電デバイス。3. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the excitation electrode on at least one surface of the piezoelectric substrate is divided into a plurality of parts and has a filter function.
重なるように形成されている請求項１に記載の圧電デバ
イス。4. The piezoelectric device according to claim 1, wherein a part of the excitation electrode is formed so as to overlap the dielectric layer.
も一方の面のほぼ全面に形成されている請求項１に記載
の圧電デバイス。5. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the dielectric layer is formed on substantially at least one surface of the piezoelectric substrate.
記励振電極を覆うように形成されており、少なくとも前
記励振電極上の前記誘電体層はくぼませてある請求項１
に記載の圧電デバイス。6. The dielectric layer on at least one surface is formed so as to cover the excitation electrode, and at least the dielectric layer on the excitation electrode is recessed.
6. The piezoelectric device according to claim 1.
求項１に記載の圧電デバイス。7. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the dielectric layer has a vibration absorbing effect.
求項２に記載の圧電デバイス。8. The piezoelectric device according to claim 2, wherein the adhesive layer has a vibration absorbing effect.
圧電基板と、 前記圧電基板の両面に前記圧電基板の全幅にわたって対
向して設けられた、前記厚み振動を行わせる一組又は複
数組の励振電極と、 前記厚み振動のための振動空間を確保して前記圧電基板
に接着剤層を介して接着された、前記圧電基板と同じ幅
を有する平面形状が矩形状の支持体とを備えたことを特
徴とする圧電デバイス。9. A set or a plurality of sets of piezoelectric substrates having a rectangular planar shape used for thickness vibration, and provided on both surfaces of the piezoelectric substrate so as to face each other over the entire width of the piezoelectric substrate and performing the thickness vibration. An excitation electrode, and a support having a rectangular planar shape having the same width as the piezoelectric substrate and securing a vibration space for the thickness vibration and adhering to the piezoelectric substrate via an adhesive layer. A piezoelectric device.
前記励振電極は複数に分割されており、フィルタ機能を
備えたことを特徴とする請求項９に記載の圧電デバイ
ス。10. The piezoelectric device according to claim 9, wherein the excitation electrode on at least one surface of the piezoelectric substrate is divided into a plurality of parts and has a filter function.
電デバイスを用いたことを特徴とする移動体通信装置。11. A mobile communication device using the piezoelectric device according to claim 1.
生する振動エネルギーを実質上閉じ込めるエネルギー閉
じ込め用誘電体層をパターニングして設ける工程と、 前記誘電体層が形成されていない領域を含む所定領域に
厚み振動を行わせる励振電極を一組又は複数組対向して
設ける工程と、 前記圧電基板を矩形状に切断する工程とを備えたことを
特徴とする圧電デバイスの製造方法。12. A step of patterning and providing an energy confinement dielectric layer for substantially confining vibration energy generated by thickness vibration on both surfaces of a piezoelectric substrate; and a predetermined region including a region where the dielectric layer is not formed. A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising: providing one or more sets of excitation electrodes for causing thickness vibration to face each other; and cutting the piezoelectric substrate into a rectangular shape.
る励振電極を一組又は複数組対向して設ける工程と、 前記厚み振動により発生する振動エネルギーを実質上閉
じ込めるエネルギー閉じ込め用誘電体層を、前記励振電
極を覆うように設ける工程と、 前記励振電極上の前記誘電体層の一部又は全部を除去し
て、前記振動エネルギーの閉じこめ量を調整する工程
と、 前記圧電基板を矩形状に切断する工程とを備えたことを
特徴とする圧電デバイスの製造方法。13. A step of providing one or more pairs of excitation electrodes for performing thickness vibration on both sides of a piezoelectric substrate, and an energy confining dielectric layer for substantially confining vibration energy generated by the thickness vibration. Providing a step to cover the excitation electrode; removing a part or all of the dielectric layer on the excitation electrode to adjust the amount of confinement of the vibration energy; and forming the piezoelectric substrate into a rectangular shape. Cutting the piezoelectric device.
る励振電極を設ける工程と、 前記圧電基板を平坦な支持基板上に前記厚み振動のため
の振動空間を確保して接着する工程と、 前記圧電基板の表面を支持基板を裏打ちとして薄板化す
る工程と、 前記圧電基板の表面の前記励振電極と対向する位置に励
振電極を設ける工程と、 前記圧電基板を矩形状に切断する工程とを備えたことを
特徴とする圧電デバイスの製造方法。14. A step of providing an excitation electrode for performing thickness vibration on one surface of a piezoelectric substrate; and securing and bonding a vibration space for the thickness vibration to the piezoelectric substrate on a flat support substrate; A step of thinning the surface of the piezoelectric substrate with a support substrate as a backing, a step of providing an excitation electrode at a position on the surface of the piezoelectric substrate facing the excitation electrode, and a step of cutting the piezoelectric substrate into a rectangular shape. A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising:
圧電デバイス製造方法により製造された圧電デバイスを
用いたことを特徴とする移動体通信装置。15. A mobile communication device using a piezoelectric device manufactured by the method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 12. Description:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20108499A JP2001028528A (en) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Piezoelectric device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20108499A JP2001028528A (en) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Piezoelectric device and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001028528A true JP2001028528A (en) | 2001-01-30 |
Family
ID=16435136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20108499A Pending JP2001028528A (en) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Piezoelectric device and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001028528A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7535154B2 (en) | 2005-11-04 | 2009-05-19 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric thin-film resonator |
-
1999
- 1999-07-15 JP JP20108499A patent/JP2001028528A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7535154B2 (en) | 2005-11-04 | 2009-05-19 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric thin-film resonator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10873313B2 (en) | Piston mode lamb wave resonators | |
| US8981876B2 (en) | Piezoelectric resonator structures and electrical filters having frame elements | |
| US7893793B2 (en) | Film bulk acoustic wave resonator and method for manufacturing the same | |
| US7439825B2 (en) | Integrated filter including FBAR and saw resonator and fabrication method therefor | |
| JP3229336B2 (en) | Acoustic piezoelectric crystals with micromachined surfaces | |
| JP4908156B2 (en) | Thin film piezoelectric vibrator, thin film piezoelectric bulk wave resonator and high frequency filter using the same | |
| KR980012862A (en) | Energy trapping piezoelectric device and its manufacturing method | |
| US20050001274A1 (en) | Method of manufacturing film bulk acoustic resonator using internal stress of metallic film and resonator manufactured thereby | |
| JP2003273693A (en) | Piezoelectric resonator, and piezoelectric filter, duplexer, and communication apparatus using the same | |
| JP3514224B2 (en) | Piezoelectric resonator, filter and electronic device | |
| JP4836748B2 (en) | Bulk acoustic wave resonator, filter device, and communication device | |
| Zheng et al. | Near 5-GHz Longitudinal Leaky Surface Acoustic Wave Devices on LiNbO $ _ {3} $/SiC Substrates | |
| JP2003347889A (en) | Piezoelectric filter, and electronic component having the same | |
| JP4476903B2 (en) | Thin film piezoelectric resonator and filter circuit | |
| JP3982182B2 (en) | Surface acoustic wave device and manufacturing method thereof | |
| CN112994638B (en) | Thin film piezoelectric acoustic resonator and manufacturing method thereof | |
| JPH11340775A (en) | Piezoelectric oscillator | |
| JP3068140B2 (en) | Piezoelectric thin film resonator | |
| JP2000312130A (en) | Piezoelectric device, manufacture thereof and mobile communication unit employing them | |
| JP4196641B2 (en) | Ultra-thin piezoelectric device and manufacturing method thereof | |
| JP2001028528A (en) | Piezoelectric device and manufacture thereof | |
| Zhu et al. | A review of the approaches to improve the effective coupling coefficient of AlN based RF MEMS resonators | |
| CN116097562A (en) | Resonator, manufacturing method thereof, filter and electronic equipment | |
| JP2003283292A (en) | Piezoelectric resonator and filter, duplexer and communication device using the same | |
| JP2001044792A (en) | Surface acoustic wave device and band frequency adjustment method therefor |