JP2002198770A - 圧電共振子 - Google Patents
圧電共振子Info
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- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 15
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
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- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/178—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of a laminated structure of multiple piezoelectric layers with inner electrodes
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】圧電体層の積層数や素子全体の厚みを変えるこ
となく、容量値を細かく制御できる小型の圧電共振子を
提供する。 【解決手段】面積屈曲振動を利用した圧電共振子であっ
て、４層以上の偶数層の電極層４〜７と３層以上の奇数
層の圧電体層１〜３とを交互に積層し、圧電体層１〜３
のうち少なくとも２層を厚み方向に分極させた構造を持
ち、少なくとも１層の圧電体層においては、この圧電体
層の分極方向と同方向に電界が発生し、他の少なくとも
１層の圧電体層においては、この圧電体層の分極方向と
逆方向に電界が発生するように、上記電極層４〜７を相
互に接続してなる。少なくとも１層の圧電体層の厚みｔ
2 が他の圧電体層の厚みｔ1 ，ｔ3 と異なる。
となく、容量値を細かく制御できる小型の圧電共振子を
提供する。 【解決手段】面積屈曲振動を利用した圧電共振子であっ
て、４層以上の偶数層の電極層４〜７と３層以上の奇数
層の圧電体層１〜３とを交互に積層し、圧電体層１〜３
のうち少なくとも２層を厚み方向に分極させた構造を持
ち、少なくとも１層の圧電体層においては、この圧電体
層の分極方向と同方向に電界が発生し、他の少なくとも
１層の圧電体層においては、この圧電体層の分極方向と
逆方向に電界が発生するように、上記電極層４〜７を相
互に接続してなる。少なくとも１層の圧電体層の厚みｔ
2 が他の圧電体層の厚みｔ1 ，ｔ3 と異なる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は面積屈曲振動を利用
した圧電共振子に関するものである。
した圧電共振子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ｋＨｚ帯、特に１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ
の圧電共振子としては、拡がり振動を利用したものが一
般的である。拡がり振動を利用した圧電共振子では、そ
の一辺の長さＬｓと共振周波数ｆｒとの積は概ね一定で
あり、 Ｌｓ×ｆｒ＝Ａｓ となる。ここで、Ａｓは定数（周波数定数）であって、
Ａｓ≒２１００ｍｍｋＨｚである。例えば、ＡＭ用フィ
ルタのように共振周波数がｆｒ＝４５５ｋＨｚの共振子
を得ようとすれば、その１辺の長さは、Ｌｓ＝４．６２
ｍｍとなる。
の圧電共振子としては、拡がり振動を利用したものが一
般的である。拡がり振動を利用した圧電共振子では、そ
の一辺の長さＬｓと共振周波数ｆｒとの積は概ね一定で
あり、 Ｌｓ×ｆｒ＝Ａｓ となる。ここで、Ａｓは定数（周波数定数）であって、
Ａｓ≒２１００ｍｍｋＨｚである。例えば、ＡＭ用フィ
ルタのように共振周波数がｆｒ＝４５５ｋＨｚの共振子
を得ようとすれば、その１辺の長さは、Ｌｓ＝４．６２
ｍｍとなる。
【０００３】近年、電子機器の小型化がますます進んで
おり、電子部品にも小型、薄型化が求められている。こ
のような状況の中で、上記のような１辺の長さが５ｍｍ
近い寸法の電子部品は採用しがたい。また、ラダー型フ
ィルタの場合、その減衰量特性は、並列共振子と直列共
振子との容量比によって決定される。つまり、大きな減
衰量を得たければ、並列共振子の端子間容量を大きく
し、直列共振子の端子間容量を小さくすればよい。とこ
ろが、並列共振子の端子間容量を大きくするには、その
圧電基板の厚みを薄くせざるを得ず、機械的強度が低下
するため、その選択範囲には限界があった。
おり、電子部品にも小型、薄型化が求められている。こ
のような状況の中で、上記のような１辺の長さが５ｍｍ
近い寸法の電子部品は採用しがたい。また、ラダー型フ
ィルタの場合、その減衰量特性は、並列共振子と直列共
振子との容量比によって決定される。つまり、大きな減
衰量を得たければ、並列共振子の端子間容量を大きく
し、直列共振子の端子間容量を小さくすればよい。とこ
ろが、並列共振子の端子間容量を大きくするには、その
圧電基板の厚みを薄くせざるを得ず、機械的強度が低下
するため、その選択範囲には限界があった。
【０００４】このような現状に鑑み、本願出願人は、４
層以上の電極層と３層以上の圧電体層とを交互に積層
し、圧電体層のうち少なくとも２層を厚み方向に分極さ
せた構造を持ち、一部の圧電体層においては、この圧電
体層の分極方向と同方向に電界が発生し、他の一部の圧
電体層においては、この圧電体層の分極方向と逆方向に
電界が発生するように、上記電極層を相互に接続した圧
電共振子を提案した（特願平１１−２９４４９１号）。
層以上の電極層と３層以上の圧電体層とを交互に積層
し、圧電体層のうち少なくとも２層を厚み方向に分極さ
せた構造を持ち、一部の圧電体層においては、この圧電
体層の分極方向と同方向に電界が発生し、他の一部の圧
電体層においては、この圧電体層の分極方向と逆方向に
電界が発生するように、上記電極層を相互に接続した圧
電共振子を提案した（特願平１１−２９４４９１号）。
【０００５】この圧電共振子では、分極方向と電界方向
とが同方向の圧電体層は平面方向に収縮し、分極方向と
電界方向とが逆方向の圧電体層は広がるので、圧電共振
子全体として面積屈曲振動を起こす。このような面積屈
曲振動の圧電共振子では、拡がり振動を利用した圧電共
振子に比べて、同じ共振周波数であれば、寸法を小さく
することができる。しかも、４層以上の電極層を有する
ので、各電極層間に端子間容量を形成することができ、
端子間容量を大きくすることができる。しかも、各圧電
体層は積層されているので、各圧電体層の厚みが薄くて
も、機械的強度を確保することが可能であるという効果
がある。
とが同方向の圧電体層は平面方向に収縮し、分極方向と
電界方向とが逆方向の圧電体層は広がるので、圧電共振
子全体として面積屈曲振動を起こす。このような面積屈
曲振動の圧電共振子では、拡がり振動を利用した圧電共
振子に比べて、同じ共振周波数であれば、寸法を小さく
することができる。しかも、４層以上の電極層を有する
ので、各電極層間に端子間容量を形成することができ、
端子間容量を大きくすることができる。しかも、各圧電
体層は積層されているので、各圧電体層の厚みが薄くて
も、機械的強度を確保することが可能であるという効果
がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の圧電共振子では、各圧電体層が同一厚みに形成され
ているので、素子全体の厚みを一定とした場合に、ｎ層
の圧電体層を積層したときの１層当たりの厚みは１／ｎ
倍となる。このときの端子間容量値はｎの二乗倍にな
り、容量の変化率が大きく、容量値設計の自由度が小さ
い。また、所定の容量値に合わせるには、素子全体の厚
みの変更、層数の変更、材料特性の変更などが必要にな
り、加工工程の複雑化、コスト上昇が避けられない。
造の圧電共振子では、各圧電体層が同一厚みに形成され
ているので、素子全体の厚みを一定とした場合に、ｎ層
の圧電体層を積層したときの１層当たりの厚みは１／ｎ
倍となる。このときの端子間容量値はｎの二乗倍にな
り、容量の変化率が大きく、容量値設計の自由度が小さ
い。また、所定の容量値に合わせるには、素子全体の厚
みの変更、層数の変更、材料特性の変更などが必要にな
り、加工工程の複雑化、コスト上昇が避けられない。
【０００７】そこで、本発明の目的は、圧電体層の積層
数や素子全体の厚みを変えることなく、容量値を細かく
制御できる小型の圧電共振子を提供することにある。
数や素子全体の厚みを変えることなく、容量値を細かく
制御できる小型の圧電共振子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、面積屈曲振動を利用した圧電共振子であ
って、４層以上の偶数層の電極層と３層以上の奇数層の
圧電体層とを交互に積層し、圧電体層のうち少なくとも
２層を厚み方向に分極させた構造を持ち、少なくとも１
層の圧電体層においては、この圧電体層の分極方向と同
方向に電界が発生し、他の少なくとも１層の圧電体層に
おいては、この圧電体層の分極方向と逆方向に電界が発
生するように、上記電極層を相互に接続してなり、少な
くとも１層の圧電体層の厚みが他の圧電体層の厚みと異
なることを特徴とする圧電共振子を提供する。
め、本発明は、面積屈曲振動を利用した圧電共振子であ
って、４層以上の偶数層の電極層と３層以上の奇数層の
圧電体層とを交互に積層し、圧電体層のうち少なくとも
２層を厚み方向に分極させた構造を持ち、少なくとも１
層の圧電体層においては、この圧電体層の分極方向と同
方向に電界が発生し、他の少なくとも１層の圧電体層に
おいては、この圧電体層の分極方向と逆方向に電界が発
生するように、上記電極層を相互に接続してなり、少な
くとも１層の圧電体層の厚みが他の圧電体層の厚みと異
なることを特徴とする圧電共振子を提供する。
【０００９】本発明の場合、分極方向と電界方向とが同
方向の圧電体層は平面方向に収縮し、分極方向と電界方
向とが逆方向の圧電体層は広がるので、圧電共振子全体
として面積屈曲振動を起こす。このような面積屈曲振動
の圧電共振子では、拡がり振動を利用した圧電共振子に
比べて、同じ共振周波数であれば、寸法を小さくするこ
とができる。例えば、共振周波数がｆｒ＝４５５ｋＨｚ
の共振子を得る場合、拡がり振動を利用した共振子では
１辺の長さが約４．６２ｍｍであるのに対し、面積屈曲
振動を利用した共振子では１辺の長さを約１．４ｍｍと
することができる。３層以上の圧電体層の中で、少なく
とも１層が他の層と厚みが異なる。例えば、３層構造の
圧電共振子の場合、１辺の長さをＬｂ、圧電体層の比誘
電率をε、中央の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧電体
層の厚みｔ1 ，ｔ3 とすると、その端子間容量Ｃｂは次
式で与えられる。 Ｃｂ＝（ε・ε0 ・Ｌｂ2 ）（１／ｔ1 ＋１／ｔ2 ＋１
／ｔ3 ） ここで、ε0 は真空中の誘電率である。なお、ｔ1 ＋ｔ
2 ＋ｔ3 ＝Ｔ0 とする。ｔ1 ＝ｔ3 ＝ｔ2 の場合には、
Ｃｂ＝（ε・ε0 ・Ｌｂ2 ）（９／Ｔ0 ）となる。も
し、ｔ1 ＝ｔ3 ＝ｔ2 ／２とすると、Ｃｂ＝（ε・ε0
・Ｌｂ2 ）（１０／Ｔ0 ）となる。また、ｔ1 ＝ｔ3 ＝
２・ｔ2 とすると、Ｃｂ＝（ε・ε0 ・Ｌｂ2 ）（１０
／Ｔ0 ）となる。このように、少なくとも１層の圧電体
層の厚みを他の層と異ならせることで、層数を増減せず
に、容量値を自在に可変することができる。
方向の圧電体層は平面方向に収縮し、分極方向と電界方
向とが逆方向の圧電体層は広がるので、圧電共振子全体
として面積屈曲振動を起こす。このような面積屈曲振動
の圧電共振子では、拡がり振動を利用した圧電共振子に
比べて、同じ共振周波数であれば、寸法を小さくするこ
とができる。例えば、共振周波数がｆｒ＝４５５ｋＨｚ
の共振子を得る場合、拡がり振動を利用した共振子では
１辺の長さが約４．６２ｍｍであるのに対し、面積屈曲
振動を利用した共振子では１辺の長さを約１．４ｍｍと
することができる。３層以上の圧電体層の中で、少なく
とも１層が他の層と厚みが異なる。例えば、３層構造の
圧電共振子の場合、１辺の長さをＬｂ、圧電体層の比誘
電率をε、中央の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧電体
層の厚みｔ1 ，ｔ3 とすると、その端子間容量Ｃｂは次
式で与えられる。 Ｃｂ＝（ε・ε0 ・Ｌｂ2 ）（１／ｔ1 ＋１／ｔ2 ＋１
／ｔ3 ） ここで、ε0 は真空中の誘電率である。なお、ｔ1 ＋ｔ
2 ＋ｔ3 ＝Ｔ0 とする。ｔ1 ＝ｔ3 ＝ｔ2 の場合には、
Ｃｂ＝（ε・ε0 ・Ｌｂ2 ）（９／Ｔ0 ）となる。も
し、ｔ1 ＝ｔ3 ＝ｔ2 ／２とすると、Ｃｂ＝（ε・ε0
・Ｌｂ2 ）（１０／Ｔ0 ）となる。また、ｔ1 ＝ｔ3 ＝
２・ｔ2 とすると、Ｃｂ＝（ε・ε0 ・Ｌｂ2 ）（１０
／Ｔ0 ）となる。このように、少なくとも１層の圧電体
層の厚みを他の層と異ならせることで、層数を増減せず
に、容量値を自在に可変することができる。
【００１０】請求項２のように、圧電体層のうち、中央
の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧電体層の厚みｔ1 ，
ｔ3 としたとき、ｔ1 ＝ｔ3 ≠ｔ2 とすれば、両側の圧
電体層の厚みが等しいので、面積屈曲振動が表裏方向で
対称となり、良好な共振特性を得ることができる。
の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧電体層の厚みｔ1 ，
ｔ3 としたとき、ｔ1 ＝ｔ3 ≠ｔ2 とすれば、両側の圧
電体層の厚みが等しいので、面積屈曲振動が表裏方向で
対称となり、良好な共振特性を得ることができる。
【００１１】請求項３のように、圧電体層のうち、中央
の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧電体層の厚みｔ1 ，
ｔ3 としたとき、１＜ｔ1 ／ｔ2 ＜３でかつ１＜ｔ3 ／
ｔ2 ＜３とするのが望ましい。すなわち、中央の圧電体
層に比べて両側の圧電体層を厚くすることで、Δｆ（＝
ｆａ−ｆｒ）の大きな圧電共振子が得られ、帯域幅の大
きな圧電共振子が得られる。
の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧電体層の厚みｔ1 ，
ｔ3 としたとき、１＜ｔ1 ／ｔ2 ＜３でかつ１＜ｔ3 ／
ｔ2 ＜３とするのが望ましい。すなわち、中央の圧電体
層に比べて両側の圧電体層を厚くすることで、Δｆ（＝
ｆａ−ｆｒ）の大きな圧電共振子が得られ、帯域幅の大
きな圧電共振子が得られる。
【００１２】請求項４のように、圧電体層のうち、中央
の圧電体層に厚み方向の圧電特性を持たせてもよいし、
請求項５のように、中央の圧電体層に圧電特性を持たせ
ないでもよい。中央の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧
電体層の厚みｔ1 ，ｔ3 （但し、ｔ1 ＝ｔ3 ）としたと
き、ｔ1 ／ｔ2 ＜３の範囲では、中央の圧電体層に厚み
方向の圧電特性を持たせた方が大きなΔｆが得られ、ｔ
1 ／ｔ2 ＞３の範囲では、中央の圧電体層に圧電特性を
持たせない方が大きなΔｆが得られる。なお、中央層に
圧電特性を持たせない方が、圧電特性を持たせた場合に
比べて素子寸法を小型化することができる。
の圧電体層に厚み方向の圧電特性を持たせてもよいし、
請求項５のように、中央の圧電体層に圧電特性を持たせ
ないでもよい。中央の圧電体層の厚みをｔ2 、両側の圧
電体層の厚みｔ1 ，ｔ3 （但し、ｔ1 ＝ｔ3 ）としたと
き、ｔ1 ／ｔ2 ＜３の範囲では、中央の圧電体層に厚み
方向の圧電特性を持たせた方が大きなΔｆが得られ、ｔ
1 ／ｔ2 ＞３の範囲では、中央の圧電体層に圧電特性を
持たせない方が大きなΔｆが得られる。なお、中央層に
圧電特性を持たせない方が、圧電特性を持たせた場合に
比べて素子寸法を小型化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１，図２は本発明にかかる面積
屈曲振動を利用した圧電共振子の第１実施例を示す。こ
の圧電共振子Ａは、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数帯
において使用されるセラミック共振子である。この圧電
共振子Ａは、略正方形状をした３層の圧電体層１〜３
を、その間に内部電極４，５を介して挟んで積層し、積
層された圧電体層１，３の外側主面にそれぞれ表面電極
６および裏面電極７を形成したものである。中央の圧電
体層２の厚みをｔ2 、両側の圧電体層１，３の厚みｔ
1 ，ｔ3 としたとき、ｔ1 ＝ｔ3 ≠ｔ2 に設定されてい
る。
屈曲振動を利用した圧電共振子の第１実施例を示す。こ
の圧電共振子Ａは、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数帯
において使用されるセラミック共振子である。この圧電
共振子Ａは、略正方形状をした３層の圧電体層１〜３
を、その間に内部電極４，５を介して挟んで積層し、積
層された圧電体層１，３の外側主面にそれぞれ表面電極
６および裏面電極７を形成したものである。中央の圧電
体層２の厚みをｔ2 、両側の圧電体層１，３の厚みｔ
1 ，ｔ3 としたとき、ｔ1 ＝ｔ3 ≠ｔ2 に設定されてい
る。
【００１４】３層の圧電体層１〜３のうち、図２に実線
矢印で示すように、外側の圧電体層１，３は互いに逆向
きに分極され、中央の圧電体層２は上側の圧電体層１と
同方向に分極されている。なお、圧電体層１，３の分極
方向は、図２のように中央部に向かって内向きでも、外
向きでもよい。積層された圧電体層１〜３の２側面、特
に対向する２辺の中央部には接続電極８，９が形成され
ている。一方の接続電極８は、内部電極４と裏面電極７
とを接続しており、側面に形成された絶縁材料１０によ
って内部電極５とは絶縁されている。他方の接続電極９
は、表面電極６と内部電極５とを接続しており、側面に
形成された絶縁材料１１によって内部電極４とは絶縁さ
れている。なお、接続電極８と内部電極５とを絶縁し、
接続電極９と内部電極４とを絶縁するため、絶縁材料１
０，１１を設けたが、これに代えて内部電極５，４の縁
部に、接続電極８，９と絶縁するための切欠部を設けて
もよい。上記圧電共振子Ａの電気的特性は、接続電極
８，９間、または表裏電極６，７間から取り出される。
矢印で示すように、外側の圧電体層１，３は互いに逆向
きに分極され、中央の圧電体層２は上側の圧電体層１と
同方向に分極されている。なお、圧電体層１，３の分極
方向は、図２のように中央部に向かって内向きでも、外
向きでもよい。積層された圧電体層１〜３の２側面、特
に対向する２辺の中央部には接続電極８，９が形成され
ている。一方の接続電極８は、内部電極４と裏面電極７
とを接続しており、側面に形成された絶縁材料１０によ
って内部電極５とは絶縁されている。他方の接続電極９
は、表面電極６と内部電極５とを接続しており、側面に
形成された絶縁材料１１によって内部電極４とは絶縁さ
れている。なお、接続電極８と内部電極５とを絶縁し、
接続電極９と内部電極４とを絶縁するため、絶縁材料１
０，１１を設けたが、これに代えて内部電極５，４の縁
部に、接続電極８，９と絶縁するための切欠部を設けて
もよい。上記圧電共振子Ａの電気的特性は、接続電極
８，９間、または表裏電極６，７間から取り出される。
【００１５】上記構成の圧電共振子Ａにおいて、一方の
接続電極８にプラスの電位を与え、他方の接続電極９に
マイナスの電位を与えると、図２に破線矢印で示すよう
に、外側の圧電体層１，３には同一方向の電界が発生
し、中央の圧電体層２は逆方向の電界が発生する。その
ため、上側の圧電体層１では分極方向と電界方向とが逆
方向となり、中央の圧電体層２および下側の圧電体層３
では分極方向と電界方向とが同方向となる。分極方向と
電界方向とが逆方向の圧電体層１は平面方向に拡がり、
分極方向と電界方向とが同方向の圧電体層２，３は収縮
するので、圧電共振子Ａ全体として上を凸として屈曲す
る。電界方向を逆にすると、圧電共振子Ａは逆方向に屈
曲する。したがって、接続電極８，９間に高周波電界を
印加すれば、圧電共振子Ａは所定の周波数で面積屈曲振
動を起こす。
接続電極８にプラスの電位を与え、他方の接続電極９に
マイナスの電位を与えると、図２に破線矢印で示すよう
に、外側の圧電体層１，３には同一方向の電界が発生
し、中央の圧電体層２は逆方向の電界が発生する。その
ため、上側の圧電体層１では分極方向と電界方向とが逆
方向となり、中央の圧電体層２および下側の圧電体層３
では分極方向と電界方向とが同方向となる。分極方向と
電界方向とが逆方向の圧電体層１は平面方向に拡がり、
分極方向と電界方向とが同方向の圧電体層２，３は収縮
するので、圧電共振子Ａ全体として上を凸として屈曲す
る。電界方向を逆にすると、圧電共振子Ａは逆方向に屈
曲する。したがって、接続電極８，９間に高周波電界を
印加すれば、圧電共振子Ａは所定の周波数で面積屈曲振
動を起こす。
【００１６】図３は上記圧電共振子Ａの製造工程を示
す。図３の（ａ）はマザー基板状態を示し、圧電体層１
〜３のマザー基板１Ｍ，２Ｍ，３Ｍを内部電極４Ｍ，５
Ｍを間にして積層し、その表裏面に電極６Ｍ，７Ｍを形
成する。そして、一端面に内部電極５Ｍのみと導通する
分極用電極１２を形成する。次に、（ｂ）のように表裏
の電極６Ｍ，７Ｍと分極用電極１２との間に高電圧を印
加し、３層の圧電体層１〜３を矢印方向に分極する。そ
の後、（ｃ）のように積層マザー基板をカットラインＣ
Ｌで縦横に小さくカットした後、その側面に接続電極
８，９を形成することにより、図１に示す圧電共振子Ａ
が得られる。
す。図３の（ａ）はマザー基板状態を示し、圧電体層１
〜３のマザー基板１Ｍ，２Ｍ，３Ｍを内部電極４Ｍ，５
Ｍを間にして積層し、その表裏面に電極６Ｍ，７Ｍを形
成する。そして、一端面に内部電極５Ｍのみと導通する
分極用電極１２を形成する。次に、（ｂ）のように表裏
の電極６Ｍ，７Ｍと分極用電極１２との間に高電圧を印
加し、３層の圧電体層１〜３を矢印方向に分極する。そ
の後、（ｃ）のように積層マザー基板をカットラインＣ
Ｌで縦横に小さくカットした後、その側面に接続電極
８，９を形成することにより、図１に示す圧電共振子Ａ
が得られる。
【００１７】上記構成の圧電共振子Ａにおいて、全体の
厚みを一定（０．１８ｍｍ）とし、ｔ 1 ＝ｔ3 、ｔ1 ／
ｔ2 ＝０．２５〜１０の条件で、種々の圧電共振子Ａを
作成し、その電気的特性の測定を行った結果を図４〜６
に示す。図４はｔ1 ／ｔ2 を可変した時の端子間容量Ｃ
Ｆの変化を示す。図５はｔ1 ／ｔ2 を可変した時のΔｆ
（＝ｆａ−ｆｒ）の変化を示す。図６はｔ1 ／ｔ2 を可
変した時の素子の寸法（一辺）の変化を示す。但し、共
振周波数ｆｒ＝４００ｋＨｚとした。
厚みを一定（０．１８ｍｍ）とし、ｔ 1 ＝ｔ3 、ｔ1 ／
ｔ2 ＝０．２５〜１０の条件で、種々の圧電共振子Ａを
作成し、その電気的特性の測定を行った結果を図４〜６
に示す。図４はｔ1 ／ｔ2 を可変した時の端子間容量Ｃ
Ｆの変化を示す。図５はｔ1 ／ｔ2 を可変した時のΔｆ
（＝ｆａ−ｆｒ）の変化を示す。図６はｔ1 ／ｔ2 を可
変した時の素子の寸法（一辺）の変化を示す。但し、共
振周波数ｆｒ＝４００ｋＨｚとした。
【００１８】図４から明らかなように、ｔ1 ／ｔ2 ＝１
のとき、端子間容量ＣＦが最も小さく、ｔ1 ／ｔ2 ＜１
およびｔ1 ／ｔ2 ＞１のとき、端子間容量ＣＦが大きく
なった。特に、ｔ1 ／ｔ2 を１より大きくすれば、それ
だけ端子間容量ＣＦも増大し、ｔ1 ／ｔ2 ＝１０とする
と、ｔ1 ／ｔ2 ＝１のときに比べて端子間容量ＣＦを約
３倍に増大させることができた。このようにｔ1 ／ｔ2
を可変することで、端子間容量ＣＦを自在に可変するこ
とができる。
のとき、端子間容量ＣＦが最も小さく、ｔ1 ／ｔ2 ＜１
およびｔ1 ／ｔ2 ＞１のとき、端子間容量ＣＦが大きく
なった。特に、ｔ1 ／ｔ2 を１より大きくすれば、それ
だけ端子間容量ＣＦも増大し、ｔ1 ／ｔ2 ＝１０とする
と、ｔ1 ／ｔ2 ＝１のときに比べて端子間容量ＣＦを約
３倍に増大させることができた。このようにｔ1 ／ｔ2
を可変することで、端子間容量ＣＦを自在に可変するこ
とができる。
【００１９】図５から明らかなように、１＜ｔ1 ／ｔ2
＜３の範囲でΔｆが３０ｋＨｚを越え、Δｆの大きな圧
電共振子を得ることができる。図６により、ｔ1 ／ｔ2
の値が小さいほど、素子寸法を小さくできることがわか
る。特に、ｔ1 ／ｔ2 ＜１とすると、素子の寸法を１．
３４ｍｍ以下にでき、素子寸法の小型化と容量ＣＦの増
加とを両立させることができる。なお、両側の圧電体層
１，３の厚みｔ1 ，ｔ3 を同じとしたが、必ずしも同じ
にする必要はない。ただし、振動の対称性の面から、ｔ
1 ＝ｔ3 とするのが望ましい。
＜３の範囲でΔｆが３０ｋＨｚを越え、Δｆの大きな圧
電共振子を得ることができる。図６により、ｔ1 ／ｔ2
の値が小さいほど、素子寸法を小さくできることがわか
る。特に、ｔ1 ／ｔ2 ＜１とすると、素子の寸法を１．
３４ｍｍ以下にでき、素子寸法の小型化と容量ＣＦの増
加とを両立させることができる。なお、両側の圧電体層
１，３の厚みｔ1 ，ｔ3 を同じとしたが、必ずしも同じ
にする必要はない。ただし、振動の対称性の面から、ｔ
1 ＝ｔ3 とするのが望ましい。
【００２０】図７は本発明にかかる面積屈曲振動を利用
した圧電共振子の第２実施例を示す。この圧電共振子Ｂ
は、中央の圧電体層２が分極されていない点を除き、圧
電共振子Ａと同様である。したがって、圧電共振子Ａと
同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
した圧電共振子の第２実施例を示す。この圧電共振子Ｂ
は、中央の圧電体層２が分極されていない点を除き、圧
電共振子Ａと同様である。したがって、圧電共振子Ａと
同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２１】この圧電共振子Ｂの製造に際しては、図８
の（ａ）に示すように、積層されたマザー基板状態の圧
電体層１Ｍ，２Ｍ，３Ｍの一端面に内部電極４Ｍ，５Ｍ
と導通する分極用電極１３を形成する。そして、（ｂ）
のように表裏の電極６Ｍ，７Ｍと分極用電極１３との間
に高電圧を印加することで、両側の２層の圧電体層１，
３のみを矢印方向に分極する。その後、（ｃ）のように
積層マザー基板をカットラインＣＬで縦横に小さくカッ
トし、その側面に接続電極８，９を形成することによ
り、図７に示す中央層２が分極されない圧電共振子Ｂが
得られる。
の（ａ）に示すように、積層されたマザー基板状態の圧
電体層１Ｍ，２Ｍ，３Ｍの一端面に内部電極４Ｍ，５Ｍ
と導通する分極用電極１３を形成する。そして、（ｂ）
のように表裏の電極６Ｍ，７Ｍと分極用電極１３との間
に高電圧を印加することで、両側の２層の圧電体層１，
３のみを矢印方向に分極する。その後、（ｃ）のように
積層マザー基板をカットラインＣＬで縦横に小さくカッ
トし、その側面に接続電極８，９を形成することによ
り、図７に示す中央層２が分極されない圧電共振子Ｂが
得られる。
【００２２】図９〜図１１は、図４〜図５と同じく、全
体の厚みを一定（０．１８ｍｍ）とし、ｔ1 ＝ｔ3 、ｔ
1 ／ｔ2 ＝０．２５〜１０の条件で、種々の圧電共振子
Ｂを作成し、その電気的特性の測定を行った結果を示
す。図９はｔ1 ／ｔ2 を可変した時の端子間容量ＣＦの
変化、図１０はｔ1 ／ｔ2 を可変した時のΔｆ（＝ｆａ
−ｆｒ）の変化、図１１は共振周波数ｆｒ＝４００ｋＨ
ｚとし、ｔ1 ／ｔ2 を可変した時の素子の寸法（一辺）
の変化である。なお、図９〜図１１には、比較のために
中央層２を分極した圧電共振子Ａの変化も併記した。
体の厚みを一定（０．１８ｍｍ）とし、ｔ1 ＝ｔ3 、ｔ
1 ／ｔ2 ＝０．２５〜１０の条件で、種々の圧電共振子
Ｂを作成し、その電気的特性の測定を行った結果を示
す。図９はｔ1 ／ｔ2 を可変した時の端子間容量ＣＦの
変化、図１０はｔ1 ／ｔ2 を可変した時のΔｆ（＝ｆａ
−ｆｒ）の変化、図１１は共振周波数ｆｒ＝４００ｋＨ
ｚとし、ｔ1 ／ｔ2 を可変した時の素子の寸法（一辺）
の変化である。なお、図９〜図１１には、比較のために
中央層２を分極した圧電共振子Ａの変化も併記した。
【００２３】図９に示すように、ｔ1 ／ｔ2 を可変した
時の端子間容量ＣＦは、中央層２に圧電特性を持たせた
圧電共振子Ａと同様な変化を示す。つまり、中央層２の
分極の有無が端子間容量ＣＦに与える影響は少ない。Δ
ｆについては、図１０に示すように、ｔ1 ／ｔ2 ＜３の
範囲では、中央層２に圧電特性を持たせた方が大きなΔ
ｆが得られ、ｔ1 ／ｔ2 ＞３の範囲では、中央層２に圧
電特性を持たせない方が大きなΔｆが得られる。素子寸
法については、図１１に示すように、ｔ1 ／ｔ2 ＝２付
近で最大寸法（約１，３３ｍｍ）となり、ｔ1 ／ｔ2 ＜
２およびｔ1 ／ｔ2 ＞２では素子寸法が小さくなること
がわかる。そして、中央層２に圧電特性を持たせた圧電
共振子Ａに比べて、中央層２に圧電特性を持たせない圧
電共振子Ｂの方が小型化できることがわかる。
時の端子間容量ＣＦは、中央層２に圧電特性を持たせた
圧電共振子Ａと同様な変化を示す。つまり、中央層２の
分極の有無が端子間容量ＣＦに与える影響は少ない。Δ
ｆについては、図１０に示すように、ｔ1 ／ｔ2 ＜３の
範囲では、中央層２に圧電特性を持たせた方が大きなΔ
ｆが得られ、ｔ1 ／ｔ2 ＞３の範囲では、中央層２に圧
電特性を持たせない方が大きなΔｆが得られる。素子寸
法については、図１１に示すように、ｔ1 ／ｔ2 ＝２付
近で最大寸法（約１，３３ｍｍ）となり、ｔ1 ／ｔ2 ＜
２およびｔ1 ／ｔ2 ＞２では素子寸法が小さくなること
がわかる。そして、中央層２に圧電特性を持たせた圧電
共振子Ａに比べて、中央層２に圧電特性を持たせない圧
電共振子Ｂの方が小型化できることがわかる。
【００２４】本発明にかかる圧電共振子は、上記実施例
のような３層の圧電体層を有するものに限らず、４層以
上の偶数層の電極層と３層以上の奇数層の圧電体層とを
交互に積層した面積屈曲振動を利用した圧電共振子であ
ればよい。
のような３層の圧電体層を有するものに限らず、４層以
上の偶数層の電極層と３層以上の奇数層の圧電体層とを
交互に積層した面積屈曲振動を利用した圧電共振子であ
ればよい。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、４層以上の偶数層の電極層と３層以上の奇数層
の圧電体層とを交互に積層し、圧電体層のうち少なくと
も２層を厚み方向に分極させた構造を持つ面積屈曲振動
を利用した圧電共振子において、少なくとも１層の圧電
体層の厚みを他の圧電体層の厚みと異ならせたので、素
子の全体厚みや、積層数、材料特性などを変えずに、容
量値を自在に変化させることができる。また、圧電体層
の厚みによって容量値を連続的に変化させることができ
るので、目標とする容量値に容易に近づけることができ
る。したがって、圧電共振子を回路基板などに実装する
際、外部回路とのインピーダンス整合を簡単に取ること
ができる。また、圧電体層の厚みを変えることにより、
容量値だけでなく、Δｆの調整が可能であり、圧電共振
子の帯域幅を調整することができる。さらに、同一の共
振周波数、積層数、全体の厚みが同一でも、各圧電体層
の厚みを変えることにより、素子寸法を変化させること
もできる。
よれば、４層以上の偶数層の電極層と３層以上の奇数層
の圧電体層とを交互に積層し、圧電体層のうち少なくと
も２層を厚み方向に分極させた構造を持つ面積屈曲振動
を利用した圧電共振子において、少なくとも１層の圧電
体層の厚みを他の圧電体層の厚みと異ならせたので、素
子の全体厚みや、積層数、材料特性などを変えずに、容
量値を自在に変化させることができる。また、圧電体層
の厚みによって容量値を連続的に変化させることができ
るので、目標とする容量値に容易に近づけることができ
る。したがって、圧電共振子を回路基板などに実装する
際、外部回路とのインピーダンス整合を簡単に取ること
ができる。また、圧電体層の厚みを変えることにより、
容量値だけでなく、Δｆの調整が可能であり、圧電共振
子の帯域幅を調整することができる。さらに、同一の共
振周波数、積層数、全体の厚みが同一でも、各圧電体層
の厚みを変えることにより、素子寸法を変化させること
もできる。
【図１】本発明にかかる圧電共振子の第１実施例の斜視
図である。
図である。
【図２】図１に示す圧電共振子の断面図である。
【図３】図１に示す圧電共振子の製造工程図である。
【図４】図１に示す圧電共振子において、両側の圧電体
層と中央の圧電体層との厚みの比と、容量値との関係を
示す図である。
層と中央の圧電体層との厚みの比と、容量値との関係を
示す図である。
【図５】図１に示す圧電共振子において、両側の圧電体
層と中央の圧電体層との厚みの比と、Δｆとの関係を示
す図である。
層と中央の圧電体層との厚みの比と、Δｆとの関係を示
す図である。
【図６】図１に示す圧電共振子において、両側の圧電体
層と中央の圧電体層との厚みの比と、素子寸法との関係
を示す図である。
層と中央の圧電体層との厚みの比と、素子寸法との関係
を示す図である。
【図７】本発明にかかる圧電共振子の第２実施例の断面
図である。
図である。
【図８】図７に示す圧電共振子の製造工程図である。
【図９】図７に示す圧電共振子において、両側の圧電体
層と中央の圧電体層との厚みの比と、容量値との関係を
示す図である。
層と中央の圧電体層との厚みの比と、容量値との関係を
示す図である。
【図１０】図７に示す圧電共振子において、両側の圧電
体層と中央の圧電体層との厚みの比と、Δｆとの関係を
示す図である。
体層と中央の圧電体層との厚みの比と、Δｆとの関係を
示す図である。
【図１１】図７に示す圧電共振子において、両側の圧電
体層と中央の圧電体層との厚みの比と、素子寸法との関
係を示す図である。
体層と中央の圧電体層との厚みの比と、素子寸法との関
係を示す図である。
Ａ，Ｂ 圧電共振子 １〜３ 圧電体層 ４，５ 内部電極 ６ 表面電極 ７ 裏面電極 ８，９ 接続電極
Claims (5)
- 【請求項１】面積屈曲振動を利用した圧電共振子であっ
て、４層以上の偶数層の電極層と３層以上の奇数層の圧
電体層とを交互に積層し、圧電体層のうち少なくとも２
層を厚み方向に分極させた構造を持ち、少なくとも１層
の圧電体層においては、この圧電体層の分極方向と同方
向に電界が発生し、他の少なくとも１層の圧電体層にお
いては、この圧電体層の分極方向と逆方向に電界が発生
するように、上記電極層を相互に接続してなり、少なく
とも１層の圧電体層の厚みが他の圧電体層の厚みと異な
ることを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項２】上記圧電体層のうち、中央の圧電体層の厚
みをｔ2 、両側の圧電体層の厚みｔ1 ，ｔ3 としたと
き、ｔ1 ＝ｔ3 ≠ｔ2 であることを特徴とする請求項１
に記載の圧電共振子。 - 【請求項３】上記圧電体層のうち、中央の圧電体層の厚
みをｔ2 、両側の圧電体層の厚みｔ1 ，ｔ3 としたと
き、１＜ｔ1 ／ｔ2 ＜３でかつ１＜ｔ3 ／ｔ2 ＜３であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電共振
子。 - 【請求項４】上記圧電体層のうち、中央の圧電体層に厚
み方向の圧電特性を持たせたことを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の圧電共振子。 - 【請求項５】上記圧電体層のうち、中央の圧電体層に圧
電特性を持たせないことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の圧電共振子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000394249A JP2002198770A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 圧電共振子 |
| US09/994,653 US6744184B2 (en) | 2000-12-26 | 2001-11-28 | Piezoelectric resonator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000394249A JP2002198770A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 圧電共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002198770A true JP2002198770A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=18859904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000394249A Pending JP2002198770A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | 圧電共振子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6744184B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002198770A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3465685B2 (ja) * | 2000-11-09 | 2003-11-10 | 株式会社村田製作所 | 面積屈曲振動を利用した３端子フィルタ |
| DE602004024259D1 (de) * | 2003-09-25 | 2009-12-31 | Kyocera Corp | Mehrschichtiges Piezobauelement |
| DE102005028927B4 (de) * | 2005-06-22 | 2007-02-15 | Infineon Technologies Ag | BAW-Vorrichtung |
| JP5665836B2 (ja) * | 2011-12-20 | 2015-02-04 | 太陽誘電株式会社 | 圧電発音体及びそれを利用した電子機器 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61139112A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-26 | Murata Mfg Co Ltd | 周波数調整可能な積層型圧電素子 |
| JPH0732273B2 (ja) * | 1986-05-22 | 1995-04-10 | 日本電気株式会社 | 電歪効果素子 |
| JPS6412711A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-17 | Murata Manufacturing Co | Chip type resonator |
| JP2000183683A (ja) * | 1998-12-17 | 2000-06-30 | Murata Mfg Co Ltd | 厚み縦圧電共振子及び圧電共振部品 |
| JP3324536B2 (ja) * | 1998-12-18 | 2002-09-17 | 株式会社村田製作所 | 厚み縦圧電共振子及び圧電共振部品 |
| US6420945B1 (en) * | 1999-04-09 | 2002-07-16 | Murata Manufacturing Co. Ltd | Piezoelectric resonator having internal electrode films, piezoelectric component and ladder filter formed therefrom |
| US6466107B2 (en) * | 1999-12-14 | 2002-10-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ladder filter comprising stacked piezoelectric resonators |
-
2000
- 2000-12-26 JP JP2000394249A patent/JP2002198770A/ja active Pending
-
2001
- 2001-11-28 US US09/994,653 patent/US6744184B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6744184B2 (en) | 2004-06-01 |
| US20020079786A1 (en) | 2002-06-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050104 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050201 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050531 |