JP2005191717A - 圧電共振素子、圧電共振子及びフィルタ並びに複合基板 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板を薄層化できるとともに、スプリアスを低減した圧電共振素子、圧電共振子及びこれを使用したフィルタ並びに複合基板を提供する。
【解決手段】一対の櫛歯電極を備えたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を圧電基板の一主面に設けてなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子において、前記ＩＤＴを構成する複数の電極指のうち、隣設する３本以上の電極指が同電位である同電位電極指群からなる同電位部を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レゾネータやフィルタなどに適用されるＳＨ波の表面波を利用した端面反射型の圧電共振素子、圧電共振子及びこれを使用したフィルタ並びに複合基板に関するものである。

従来から、通信機器、電子機器にはマイクロコンピュータなどが多用されており、このようなマイクロコンピュータにはクロック発振回路などが接続されていた。

ここで、発振回路は、図１１に示す等価回路のように、圧電共振素子５０１の両端と接地電位との間に２つの負荷容量成分５１５ａ（Ｃ_１）、５１５ｂ（Ｃ_２）が接続され、さらに、圧電共振素子５０１の両端間に帰還抵抗５１３、インバータ５１４がそれぞれ接続されていた。

一般的に、安定な発振を得る為には、圧電共振素子のメイン振動のＰ／Ｖ値を大きくすることが必要である。尚、Ｐ／Ｖ値は２０×ｌｏｇ（Ｒ_ａ／Ｒ_０）で表されるもので、Ｒ_ａは反共振インピーダンス、Ｒ_０は共振インピーダンスとして定義される。

従来から、圧電素子の厚み縦３倍波振動や厚み滑り基本波振動を適用した表面実装型の圧電共振子、即ち、例えば、図１２に示したようなレゾネータにおいては、圧電振動素子と負荷容量を形成したベース基板とを物理的且つ電気的に接続させた圧電振動子を、振動動作を妨げないように外装ケースで被覆し、圧電振動子のＰ／Ｖ値を５５ｄＢ以上に大きく保ちながら、いかに小型化と薄型化を達成するかが重要になっていた（例えば、特許文献１参照）。

ところが、上記のような従来の表面実装型の圧電共振子では、負荷容量を形成した誘電体などのベース基板と圧電振動素子とを導電性ペーストを介して接続・固定して圧電振動子としており、さらに圧電振動子を被覆するための蓋体が必要となり、しかも、導電性ペーストの拡がりを避けて蓋体を被覆するために、圧電振動子の周辺と蓋体との間の間隙を充分に確保しなくてはならかった。

さらに、近年においては電子機器の薄型化が進み、例えば携帯電話やＨＤＤやメモリーカード等に使用されるため、圧電共振素子の小型化、特に薄型化が要求されているが、上記の表面実装型圧電共振子では小型化には限界があった。

そこで、発振子となる圧電振動素子の小型化を図るために、表面波を利用した端面反射型の表面波共振子やその表面波共振子を外装樹脂で覆ったリード付きタイプの表面波装置などの構造が提案されている。この構造は、圧電基板の表面にＩＤＴを形成し、励振部の表面には空洞が形成されるように、外装樹脂層で圧電基板を覆ったものである（例えば、特許文献２参照）。

一方、表面波共振素子を適用した圧電共振素子の場合、小型化を図るに従ってバルク振動に起因したスプリアスが発生し易く、表面波振動にバルク波のスプリアスが重畳する問題があった。

そこで、このようなバルク波に対しては、ＳＡＷ基板の裏面の特定箇所にダイサーカット加工による溝を形成し、バルク波の悪影響を低減することが提案されている。また、ＳＡＷ基板の裏面をブラスト加工して粗面を形成し、これによってバルク波を散乱させてその悪影響を低減することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

さらに、櫛歯電極を２本のスプリット電極からなるダブル電極型の電極指を用いて構成させることによって、表面波装置に発生する不要なスプリアスを低減することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
実開昭６２−７０４５３号公報参照 特開平８−１９５６４４号公報 特開２００２−２４６８７６号公報 特開２０００−５９１７５号公報

しかしながら、特許文献３に記載のバルク波に起因するスプリアスの低減方法も、特許文献１の場合と同様に、機械的な加工を施すため、圧電基板自体の強度が低いため、破壊やクラックが発生し、小型化や薄型化が図れないという問題があった。

また、特許文献４に記載の表面波装置は、共振周波数と反共振周波数との間に生じるリップルを低減することはできないという問題があった。

そこで、本発明は、圧電基板の薄型化が可能で、スプリアスを低減した圧電共振素子、圧電共振子及びこれを使用したフィルタ並びに複合基板を提供することを目的とする。

本発明の圧電共振素子は、一対の櫛歯電極を備えたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を圧電基板の一主面に設けてなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子において、前記ＩＤＴを構成する複数の電極指のうち、隣設する３本以上の電極指が同電位である同電位電極指群からなる同電位部を具備することを特徴とする。

前記同電位電極指群が奇数本の電極指からなり、該奇数本の電極指をいずれも一方の櫛歯電極に電気的に接続してなることが好ましい。

前記ＩＤＴを構成する電極指のうち、前記同電位電極指の数が残部の電極指の数よりも少ないことが好ましい。

前記圧電基板の厚みが３２０μｍ以下であり、補強基板が、前記圧電基板の他主面に、接着層を介して設けられていることが好ましい。

前記接着層を構成する接着剤のヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下であることが好ましい。

前記補強基板が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣの少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。

前記ＩＤＴの単位面積当りの荷重が２×１０^−５ｇ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。

前記ＩＤＴの電極指のうちで最も外側に位置する電極指が、前記圧電基板の側面からなる反射端面と接していることが好ましい。

前記反射端面は、前記圧電基板の一方側端面から他方側端面まで連続して形成されていることが好ましい。

前記反射端面の外側に、該反射端面との間に溝を形成するように反射堤部が設けられていることが好ましい。

本発明の圧電共振子は、圧電共振素子を構成する圧電基板の上方に、ベース基板を配置するとともに、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成し、前記ベース基板と、前記補強基板及び／又は前記圧電基板と、を接着してなることを特徴とする。

前記ベース基板に、容量を形成する電極が形成されていることが好ましい。

本発明のフィルタは、上記の圧電共振素子を複数電気的に接続してなることを特徴とする。

本発明の複合基板は、上記の圧電共振素子と、マイクロコンピュータＩＣチップと、をベース基板に実装したことを特徴とする。

本発明の圧電共振素子は、隣設する３本以上の電極指が同電位である同電位電極指群からなる同電位部を設けることによって、バルク波振動を散乱させ、バルク波振動に伴うスプリアスの発生を抑制することが可能となる。そのため、表面波を適用した圧電共振子の小型化においてもバルク波に起因したスプリアス振動が重畳しにくく安定した振動特性を得る事ができる。

前記同電位電極指群が奇数本の電極指からなり、該奇数本の電極指をいずれも一方の櫛歯電極に電気的に接続してなる場合、バルク波振動の散乱を促進し、スプリアス振動をより小さくするとともに、小型化に寄与する。

前記ＩＤＴを構成する電極指のうち、前記同電位電極指の数が残部の電極指の数よりも少ない場合、ＳＨ波タイプの表面波の伝播には殆ど影響を与えずに、前記同電位部に発生したバルク波振動のみを散乱させる効果がある。

前記圧電基板の厚みが３２０μｍ以下と薄いと、ＳＨ波の表面波とバルク波振動とを分離することができ、レゾネータとして適用する場合、安定した発振を得ることが可能になる。また、前記圧電基板の一主面の他主面に補強基板を設けていると、圧電共振素子の破損を防止でき、しかも、補強基板を圧電基板に接合したとしても、表面波を用いるため、共振特性には殆ど影響を与えることがなく、圧電基板を薄くして、バルク波振動を分離してスプリアスの発生を防止できることから、圧電基板を薄層化できるとともに、圧電共振素子の割れを防止でき、良好な共振特性を得ることができる。さらに、本発明は、圧電基板の一主面に部分的に櫛歯電極からなるＩＤＴを備えたＳＨタイプの表面波を利用することから、振動部を圧電基板の片側のみに集約することができ、補強基板を圧電基板に接着したとしても、共振特性に影響を与えない。

前記接着層を構成する接着剤のヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下であると、バルク波をダンピングさせ、バルク波のＰ／Ｖ値を小さくすることが可能である。

前記補強基板が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣの少なくとも１種を主成分とする場合、補強基板の強度が高いため、補強基板の厚みを薄くでき、圧電共振素子の厚みを薄くできる。補強基板は、製品厚みを薄くしても高い強度を得るという点から、補強基板の厚みを薄くしても、圧電磁器より十分高い強度と高い靭性が得られる材料であることが望ましく、具体的にはアルミナＡｌ_２Ｏ_３、部分安定化ジルコニアＺｒＯ_２、安定化ジルコニアＺｒＯ_２、マグネシアＭｇＯ、窒化珪素Ｓｉ_３Ｎ_４、炭化珪素ＳｉＣ等を主成分とした材料が望ましい。

前記ＩＤＴの単位面積当りの荷重が２×１０^−５ｇ／ｃｍ^２以上であると、電極基板に加わる電極荷重の質量負荷効果が大きくなり、ＳＨ波タイプの表面波振動が電極近傍に集中する、いわゆるエネルギー閉じ込め効果が大きくなり、Ｐ／Ｖ値を大きくすることができる。

前記ＩＤＴの電極指のうちで最も外側に位置する電極指が、前記圧電基板の側面からなる反射端面と接していると、ＩＤＴで発生したＳＨ波の振動の波が端面で反射し、ＩＤＴに定在波が形成されることから、大きなＰ／Ｖ値が得られる効果がある。

前記反射端面は、前記圧電基板の一方側端面から他方側端面まで連続して形成されていると、ＳＨタイプの表面波を反射させるための反射端面を構成する溝の長さは、櫛歯電極の電極指の交差長より長くすると、ＳＨタイプの表面波の反射をより向上でき、スプリアス発生をより効果的に抑えることができる。すなわち、共振及び反共振の近傍におけるスプリアスの発生を押さえる事が出来ると共に、大きなＰ／Ｖ値が得られる。また、このような圧電共振素子では、作製時において溝の形成を容易に行うことができる。

前記反射端面の外側に、該反射端面との間に溝を形成するように反射堤部が設けられていると、圧電共振素子をベース基板に容易に、かつ安定して接着することができ、しかも気密性を高める効果がある。

本発明の圧電共振子は、上記の圧電共振素子を構成する圧電基板の上方に、ベース基板を配置するとともに、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成し、前記ベース基板と、前記補強基板及び／又は前記圧電基板と、を接着してなるため、内部にＩＤＴと励振空間を有し、外部から封止されているため、特に圧電共振素子を筐体で覆う必要がなく、圧電共振子として薄型化が可能であり、且つスプリアスを低減した圧電共振素子の優れた特性を利用することができる。

前記ベース基板に、容量を形成する電極が形成されている場合、ベース基板に誘電体磁器を用い、容量を形成する電極を形成し、負荷容量を内蔵したレゾネータに適した圧電共振子を得る事ができる。

本発明のフィルタは、上記の圧電共振素子を複数電気的に接続してなるため、フィルタとしての減衰特性を有したバンドパスフィルタの機能を得ることができる。

本発明の複合基板は、上記の圧電共振素子と、マイクロコンピュータＩＣチップと、をベース基板に実装したため、部品の集積度を高め、低背化を図ることが容易になる。

本発明を、図を用いて説明する。

図１は、本発明の圧電共振素子の一実施様態を示すもので、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図である。

図１（ａ）によれば、本発明の圧電共振素子１は、圧電基板１ａの一主面２ａの一部に一対の櫛歯電極（以下、ＩＤＴと言う）３が噛合うように形成されおり、各ＩＤＴ３は複数の電極指３ａ、３ｂを圧電基板の一辺１ｃに平行になるように、即ち、分極方向と平行になるように構成され、一対のＩＤＴ３の電極指３ａ、３ｂが交互に配置され、一対のＩＤＴ３の電極指３ａ、３ｂが圧電基板１ａの一主面２ａの中央部で交差している。

なお、電極指３ａ、３ｂは、接続部６ａ、６ｂを介して接続用電極７ａ、７ｂにそれぞれ電気的に接続されている。接続用電極７ａ、７ｂには、外部回路への接続のために設けられており、また、バンプ８を設けることも可能である。

本発明は、図１（ｂ）に示したように、ＩＤＴ３が、隣設する３本以上の電極指が同電位である同電位電極指群からなる同電位部５ｂを具備することが重要である。これにより、ＳＨ表面波の振動に重畳していたバルク振動を減衰させ、著しく小さくすることが可能となる。なお、同電位部５ｂ以外の部位は、２つの隣接電極指のうち少なくとも一方が異電位である異電位部５ａから構成される。

即ち、バルク波振動に起因したスプリアスを散乱させ、スプリアス振動を小さくするため、ＳＨタイプの表面波のｆｒ、ｆａ間及びその近傍のバルク波振動のスプリアスレベルを小さくすることができる。よって、ＳＨタイプの表面波のｆｒ、ｆａ間及びその近傍にスプリアスが重畳しなくなり、大きなＰ／Ｖ値が得られることから、安定した発振を得ることが可能になり、レゾネータとして好適に適用することができる。

特に、同電位部５ｂからなる同電位電極指群を構成する電極指の数は奇数、即ち、同電位部を構成する電極指である同電位電極指の数が、３、５、７、・・・と３以上の奇数であることが好ましい。これは、同電位電極指の数が偶数本である場合、バルク波振動を散乱させる効果は得られるものの、同時にＳＨタイプの表面波も散乱させてしまい、安定した定在波の形成を阻害してしまうという理由による。

これらの同電位電極指群を構成する電極指は、いずれも櫛歯電極の一方に電気的に接続していることが好ましい。これにより、装置の小型化をより推進することができる。

また、ＩＤＴ３を構成する電極指３ａ、３ｂのうち、同電位部５ｂの電極指の数が残部の電極指の数よりも少ないことが好ましい。即ち、ＳＨタイプの表面波を励起する効果の高い異電位部５ａの異電位電極指の数Ｎ_Ｓを、バルク波を散乱させる効果のある同電位部の同電位電極指の数Ｎ_ｄよりも多くすること、即ちＮ_Ｓ＜Ｎ_ｄを満たすようにすることが、安定した定在波を形成する点で、望ましい。

圧電基板１ａの厚みは３２０μｍ以下、特に２５０μｍ以下、更には１５０μｍ以下であることが好ましい。これは、圧電磁器を薄くし、ＳＨタイプの表面波のｆｒ、ｆａ間およびその近傍にスプリアスが重畳しないようにするという理由による。

このように圧電素子１ａが薄い場合、衝撃等による破壊を防止するため、他主面２ｂの表面に、補強基板１ｂを接着することが好ましい。このように、補強基板１ｂを設けると、補強基板１ｂにより圧電共振素子１の強度向上を図ることができ、例えば、一主面２ａに形成されたＩＤＴ３の加工が容易になる。

また、圧電基板１ａと補強基板１ｂとを接着固定することで、強度は補強基板１ｂによって確保できることから、圧電基板１ａの厚みを薄くすることが可能となり、ＳＨタイプの表面波とバルク波に起因したスプリアスとを分離することが容易になり、より大きなＰ／Ｖ値を得ることができる。また、圧電基板１ａと補強基板１ｂとを接着することで、ＩＤＴの最外側の電極指に隣接して並行に磁器端面まで溝加工した場合においても、補強基板１ｂにより圧電共振素子１の強度向上が図れる。

補強基板１ｂの厚さは、２００μｍ、特に１５０μｍ、更には１００μｍであることが好ましい。その理由は、電子部品の低背化を可能にする観点からである。

補強基板１ｂとしては、圧電基板１ａを構成する圧電磁器より強度や靭性の高いアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３を主成分にした磁器）、ジルコニア（ＺｒＯ_２を主成分にした磁器）、マグネシア（ＭｇＯを主成分にした磁器）、窒化アルミニウム（ＡｌＮを主成分にした磁器）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４を主成分にした磁器）、炭化珪素（ＳｉＣを主成分にした磁器）を用いることができるが、これらの中でも、原価が安く生産性に優れる観点から、アルミナが望ましい。

圧電基板１ａは、ＰＴ（チタン酸鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やニオブ酸ナトリウムＮａＮｂＯ_３等の圧電セラミック材料、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四棚酸リチウムなどの単結晶材料から形成されているものである。望ましくは、電気機械結合係数の大きな、チタン酸鉛ＰｂＴｉＯ_３やチタン酸ジルコン酸鉛ＰｂＺｒＴｉＯ_３及びニオブ酸ナトリウムＮａＮｂＯ_３を主成分とした圧電セラミックス等であると大きなＰ／Ｖ値を得やすい。さらには、レゾネータ用途の場合、比誘電率が３００以下となるチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ_３及びニオブ酸ナトリウムＮａＮｂＯ_３を主成分とした圧電セラミックスであること望ましい。

圧電基板１ａと補強基板１ｂとを接着する際に接着剤として用いる合成樹脂のヤング率は１×１０^１０Ｐａ以下であることが望ましい。このようなヤング率の低い合成樹脂で接着することにより、バルク波に起因したスプリアスを効果的に抑制できる。このような合成樹脂としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が例示できるがこれらに限定されるものではない。

また、櫛歯電極の材質はＡｌやＣｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどが好適に使用できる。

ＩＤＴ３を構成する電極指３ａ、３ｂの単位面積当りの荷重は、電極厚み×電極密度で書き表され、２×１０^−５ｇ／ｃｍ^２以上であることが望ましい。櫛歯電極の荷重をこのように重くすることで、表面波の伝播をより表面近くに制限することができ、スプリアスの重畳をより効果的に防止することができるとともに、Ｐ／Ｖを大きくすることができる。

例えば、ＩＤＴ３を形成するためには、Ａｌ電極の場合、厚みが０．０８μｍ以上であり、Ａｕ電極の場合は厚みが０．０１μｍ以上にすることが好ましい。これにより、２×１０^−５ｇ／ｃｍ^２以上の荷重を加えることができ、圧電基板と補強基板とを合成樹脂で接着した場合においても、ダンピングによるＳＨタイプ表面波の振動を抑制する効果が小さいことから、大きなＰ／Ｖを得る事ができる。

ＩＤＴ３の電極指、圧電基板１ａの長手方向に平行な圧電基板の側面１ｄ、即ち、圧電基板の一辺１ｃを含む側面１ｄは、ＩＤＴ３で発生した表面波を効率良く反射するため、一主面１ａに対して垂直であることが望ましい。

図２は、端面反射を効率良く行うために、図１の圧電共振素子に反射堤部を設けたもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。なお、図１との共通部分については同じ符号を付与し、その説明を省略する。

図２（ａ）及び（ｂ）によれば、反射堤部１４を設け、圧電基板１ａと反射堤部１４との間に、反射堤部１４の側面が圧電共振素子１の側面１ｄと平行となるように、ＳＨタイプの表面波を反射させるための反射溝１４を形成することが好ましい。

このような反射端面（１ｄ）、反射溝１６及び反射堤部１４は、圧電基板１ａを補強基板１ｂに接合後に、スライサー加工機やレーザー加工機などにより、圧電共振素子の一方の端面から他の端面まで溝加工することによって形成することができる。

この場合、ＳＨ波からなる表面波は圧電基板の深さ方向にも振動することから、深さ方向に発生した振動に対しても端面反射を効果的にし、スプリアス発生レベルを押さえられる点からも反射溝１６の深さは圧電基板１ａの高さより大きいことが望ましい。例えば、上記の加工の際に、反射溝１６が圧電基板１ａにとどまらず、補強基板１ｂの一部に及ぶように加工することが望ましい。

このようにＩＤＴ３の最外側の電極指に隣接して並行に磁器端面まで溝加工した場合においても、圧電共振素子１を補強基板１ｂに接着していると、補強基板１ｂにより圧電共振素子１の強度向上が図れ、破壊を防止することが容易になる。

また、本発明の圧電共振子は、図３に示したように、本発明の圧電共振素子１０１（例えば図２に記載の圧電共振素子１）を、入力電極Ｐ_ＩＮ、グランド電極Ｐ_ＧＮＤ、及び出力電極Ｐ_ＯＵＴをベース基板１０９の表面に設け、入力電極Ｐ_ＩＮに接続された電極Ｃ_ＩＮと電極Ｐ_ＧＮＤ間、及び出力電極Ｐ_ＯＵＴに接続された電極Ｃ_ＯＵＴと電極Ｐ_ＧＮＤ間に、ベース基板の誘電率に基づいてそれぞれコンデンサが形成される。このようにコンデンサ形成用電極を配置し、ベース基板に誘電体磁器を用いることで容量（コンデンサ）を２個形成することが可能になり、負荷容量を内蔵したレゾネータに適した圧電共振子を得る事ができる。

図４（ａ）は、ベース基板１０９に圧電共振子１０１を接合した圧電共振子の斜視図、図４（ｂ）はそのＸ−Ｘ’の断面図である。

本発明によれば、圧電基板１０１ａの上方に、ベース基板１０９を、ＩＤＴ１０３とベース基板１０９との間に励振空間１０６を形成するように配置し、ベース基板１０９と、圧電基板１０１ａと、を接着してなることが重要である。即ち、圧電基板１０１ａのＩＤＴ１０３が設けられた一主面をベース基板１０９に接着する。接着にあたっては、圧電共振素子１０１とベース基板１０９によってＩＤＴ１０３を収容する空間１０６を形成するように配置することが重要である。このような配置にすれば、空間１０６が形成されているので、圧電基板１０１ａ表面のＩＤＴ１０３によって励振されたＳＨタイプの表面波の振動を妨げることがなく、特性の優れた圧電共振子を実現できる。

この合成樹脂からなる接着剤Ｂは、圧電共振素子１０１とベース基板１０９とを接着する際に、反射溝１０４の内部に充填されても良い。なお、予め反射溝１０４内に合成樹脂を充填した後、圧電共振素子１０１とベース基板１０９を接着しても良い。その接着領域は、例えば、図２（ｂ）の圧電共振素子の平面図における破線Ａの外側の領域を選ぶことができる。この場合、反射溝１０４のバンプ１０８側は破線Ａの外側であり、その部分には合成樹脂が充填され、破線Ａの内側の溝には合成樹脂が充填されてないのが好ましい。

なお、合成樹脂のヤング率が十分小さく、共振特性の低下が顕著ではない場合には、反射溝１０４の破線Ａの内側部分に合成樹脂を充填しても差し支えない。また、図４においては圧電基板１０１ａは支持基板１０１ｂの主面に接着されている。

図４（ｂ）において、圧電共振素子１０１の端面部まで加工された反射溝１０４の反射端面１０７の端面近傍（図２（ｂ）の領域Ｃ参照）は、合成樹脂の充填、又は絶縁性接着剤の塗布により塞ぐことができ、さらには外部端子形成によっても塞ぐことができるため、櫛歯電極からなるインターデジタルトランスデユーサ（ＩＤＴ）の駆動部は完全に気密封止することが可能である。

この場合、反射溝１０４に接着剤が充填されているものの、空間１０６のＩＤＴ１０３が設けられた中部付近には接着剤が充填されていないことが望ましい。これによって、ＩＤＴ１０３の振動を阻害せず、特性の低下を抑制することができる。なお、充填する場合にはヤング率の低い接着剤を用いることが好ましい。

ベース基板１０９を構成する絶縁基板１０９ａは、絶縁性を有するものであれば特に制限されるものではないが、例えば、チタン酸バリウムを含有した誘電体材料やアルミナ基板等のセラミックス、あるいはポリイミドや液晶ポリマー等の耐熱性に優れた樹脂材などから構成されることが望ましい。

反射端面１０７に充填する合成樹脂は、ヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下のものがバルク波に起因したスプリアスを効果的に抑制できる。このような合成樹脂としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が例示できるがこれらに限定されるものではない。

本発明のフィルタは、上記の圧電共振素子を複数電気的に接続してなるものであり、例えば、一実施様態であるラダー型フィルタを図５に示す。

このフィルタは、直列共振子２０１と並列共振子２０２からなり、直列共振子２０１は入力端子２０５ａと出力端子２０５ｂを直列に電気的配置をさせて直列共振子２０１を形成する。また、並列共振子２０２は、直列共振子２０１の出力側端子２０５ｂを出力端子２１５ｂと結線させ、グランド側端子２１５ｇをグランドに接地させており、このような回路構成でフィルタ回路を形成することができる。

直列共振子２０１と並列共振子２０２はそれぞれ、反射端面部２０６を介して、独立した櫛歯電極を形成し電気的接続を図る事でフィルタを得ることができる。例えば、ラダー型フィルタとする場合、直列に配置される圧電共振素子の共振周波数と並列に配置される反共振周波数とを合わせてフィルタの中心周波数を決定し、保証減衰量を直列列に配置した容量より並列に配置した容量より大きくすることでフィルタとしての所望の減衰量を得ることができる。即ち、並列に配置した共振子のＩＤＴ２０３Ｂの数を直列に配置した共振子のＩＤＴ２０３ａより多くすることで減衰量を大きくすることができる。

本発明の複合基板は、例えば図６に示すように、回路母基板３０１にキャビティ３０２が形成され、このキャビティ３０２内に、圧電共振素子３０３のＩＤＴ形成面をキャビティ底面２０２ｂに対向するように、且つＩＤＴ形成面とキャビティ底面２０２ｂとに空間を設けるように、本発明の圧電共振素子３０３を収容し、キャビティ３０２を覆うようにキャビティ上にＩＣチップ３０４を配置したものである。

圧電共振素子３０３及びＩＣチップ３０４は接着剤を用いて接着するが、圧電共振子３０３に用いる接着剤は、図２（ｂ）に破線で示した接着領域Ａとなるように、ヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下の合成樹脂からなる接着を用いるのが好ましい。また、ＩＣチップ３０４はキャビティ３０２を密封するための蓋の役割をも果たすことができ、接着剤やろう材を用いて、キャビティ３０２を封止するように接着するのが好ましい。

なお、ＩＣチップ３０４は、ベアチップでも、また、ＩＣをパッケージの内部に封入したものでも、いずれでも良い。

また、回路母基板３０１中にはコンデンサを内蔵していることが望ましい。例えば、図６に示したように、回路母基板３０１が内部に誘電体層３０５を具備し、誘電体層３０５を挟持するように、且つ対向するように一対の電極３０６ａ、３０６ｂをそれぞれ設けてコンデンサ３０７ａ、３０７ｂを形成している。この場合、２個のコンデンサを形成し、これらのコンデンサ３０７ａ、３０７ｂが、圧電共振素子３０３に電気的に接続されている。

このように、マイクロコンピュータ用等のＩＣチップ３０４を、キャビティ３０２内の圧電共振子３０３を封止するように実装することにより、厚みの薄い、いわゆる低背な複合基板を提供することができ、電子機器の小型化に寄与することができる。

ＰＴ系圧電磁器ウエーハ（Ｌ＝２１ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、ｔ＝０．１５ｍｍ）をＬ方向に分極し、鏡面出した磁器の主面上にＡｌ電極を蒸着した。フォトリソグラフ工程を用いて櫛歯電極からなるＩＤＴと、ＩＤＴと電気的に導通する引き出し電極とを複数形成した。

なお、ＩＤＴを個々の圧電共振素子の中央部に相当する領域に配置し、ＩＤＴの電極指の長手方向と分極方向を一致させた。電極交差部の長さＬ（図２）は３３０μｍとした。また、ＩＤＴにおける異電位部の異電位電極指の数は３０本、同電位部の同電位電極指の数は０、３、５、７、９、１１本としてそれぞれ圧電共振素子を作製した。

ここで、ＩＤＴ電極の幅は１５μｍ、電極指と電極指との間隔は１５μｍ、メタライゼーション比（ＩＤＴ電極幅／電極間の無電極の幅）を１に設定した。櫛歯電極の単位面積当りの荷重は２×１０^−３ｇ／ｃｍ^２であった。

ＩＤＴの形成された主面と反対の他主面にアルミナを主成分とした補強基板（Ｌ＝２１ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、ｔ＝０．１ｍｍ）を接着した。接着にはヤング率が２×１０^９Ｐａのエポキシ樹脂を用いた。

次に、最外側の電極指の電極幅がλ／８（約７．５μｍ）になるように、ＳＨタイプの表面波を反射させるための端面を形成するための溝加工を行って、図２に示した圧電共振素子を作製した。

図２に示された反射溝を得るため、圧電基板を貫通するように、さらに圧電基板の端面まで延出するように圧電基板ウエーハをダイシング加工機で加工を施した。反射溝の両端部に、図２（ｂ）に示す破線Ａの外側の領域に、ヤング率が１×１０^９Ｐａのエポキシ樹脂を充填した。その後、ＩＤＴと電気的に導通が図れた引き出し電極部の一部に導電性のバンプを印刷した。

このときのインピーダンス特性を測定した。同電位電極指が３、５、７、９、１１本の場合、メイン周波数帯域内にスプリアスは発生せず、Ｐ／Ｖ値は６１ｄＢ以上と大きな値が得られた。なお、同電位電極指が３本の場合のインピーダンス特性を代表例として図７に示した。

（比較例１）
一方、図１３に示すような、異電位電極指が３０本、同電位電極指が０、即ち従来の異電位電極指のみからなる本発明の範囲外の圧電共振子において、インピーダンス特性を測定した。その結果を図８に示す。このとき、メイン周波数帯域内にスプリアスが発生し、Ｐ／Ｖ値は４４ｄＢであった。なお、図１３に記載の圧電共振子を構成する圧電共振素子６２１は、圧電基板６２１ａの一主面に一対の櫛歯電極（以下、ＩＤＴと言う）６２３が形成されおり、各ＩＤＴ６２３は複数の電極指６２３ａ、６２３ｂを平行に並べ、一対のＩＤＴ６２３の電極指６２３ａ、６２３ｂが交互に配置され、一対の櫛歯電極の電極指６２３ａ、６２３ｂが圧電基板６２１ａの中央部付近で重なっている。

次ぎに、実施例１において、ＩＤＴを形成する為のＡｕ電極を厚さ２μｍ蒸着したとき（櫛歯電極の単位面積当りの荷重は４×１０^−３ｇ／ｃｍ^２）のインピーダンス特性から、ＳＨタイプの表面波の周波数帯域内にはスプリアスが発生せず、Ｐ／Ｖ値は６８ｄＢと大きな値が得られた。この現象は、単位面積当りの電極荷重を大きくする事で、ＳＨタイプの表面波の振動が電極近傍に閉じこもる、いわゆるエネルギー閉じ込め効果が大きくなったことに起因すると理解される。

次ぎに、実施例１において、圧電磁器厚みを変化させた場合の、表面波の共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａとバルク振動のスプリアスの周波数との関係を測定し、図９に記示した。圧電磁器厚みが３２０μｍ以下の時、表面波振動のｆｒ及びｆａ間にバルク波に起因したスプリアス振動が重畳しなかった。特に、１５０μｍ以下の場合には、ＳＨタイプの表面波の振動とバルク波振動とを完全に分離することが出来るとともに、形状的にも薄くできる。

実施例１の圧電共振素子と２個の負荷容量（１０〜５０ｐＦ／個）が内蔵された誘電体からなるベース基板とを、ベース基板上にエポキシ系樹脂をＩＤＴに対向しない領域に環状に印刷し（図２（ｂ）の破線Ａの外側領域）、圧電磁器ウエーハのＩＤＴが形成された面と対向するように、ヤング率が３×１０^９Ｐａ（１×１０^１０Ｐａ以下）のエポキシ樹脂を介して貼り合わせ固着した。

その後、個々の圧電共振子の形状にダイシング加工機で切断した。その後、外部端子をＡｇスパッタで形成し、ＩＤＴと外部端子との電気的導通を行った。その後、図１１で示すインバータ発振回路にて発振評価を行った。

その結果、基本波でありながら、約５０ＭＨｚの高周波で安定した発振挙動を示し、発振開始電圧は２Ｖの低電圧であった。一方、従来の厚み縦３倍波振動を用いた圧電共振子（図１２参照）を同様に評価すると３倍波発振の発振開始電圧は３．５Ｖであり、本発明の圧電共振子は、従来の圧電共振子に比べて約１／２の低電圧で発振するという特徴を備えていることがわかった。

このように、本発明に依れば、ＳＨ波の表面波においても従来の圧電共振素子と同等の高いＰ／Ｖ値を維持しながら、著しく薄い低背な圧電共振子を得ることができる。

（比較例２）
特許文献３に記載されたようなダブル電極型の圧電共振素子を作成した。圧電基板の主面上に、各スプリット電極の幅がλ／８（＝７．５μｍ）となるようにダブル電極型のＩＤＴを形成し、最外側の電極指の幅は（３／１６）λ（＝１１．２５μｍ）とした。このようなダブル電極型の圧電共振素子のインピーダンス特性を測定した結果を図１０に示す。共振周波数と反共振周波数との間にリップルが生じていることがわかる。このようなメイン周波数帯域内のリップルは、圧電共振素子をレゾネータとして使用する際に、発振周波数のとびの要因となってしまうため、発振周波数の安定性が著しく低下する。

本発明の圧電共振素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 本発明の他の圧電共振素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 本発明の圧電共振子の取付けを示す模式図である。 本発明の圧電共振子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 本発明の複合基板を示す概略断面図である。 本発明のフィルタを示す平面図である。 実施例１のインピーダンス特性図である。 比較例１の従来の圧電共振素子のインピーダンス特性図である。 実施例３の圧電磁器厚みを変化させた場合の、表面波の共振周波数ｆｒおよびｆａとバルク振動のスプリアスの周波数との関係を示す図である。 比較例２の従来のダブル電極型の圧電共振素子のインピーダンス特性図である。 圧電共振子の発振回路図である。 従来の厚み縦３倍波振動を用いた圧電共振子の概略断面図である。 従来の表面波を利用した圧電共振子の概略断面図である。

符号の説明

１・・・圧電共振素子
１ａ・・・圧電基板
１ｂ・・・補強基板
１ｃ・・・圧電基板の一辺
１ｃ・・・圧電基板の側面
２ａ・・・一主面
２ｂ・・・他主面
３・・・櫛歯電極（ＩＤＴ）
３ａ、３ｂ・・・電極指
３ｃ・・・電極指交差部
５ａ・・・異電位電極指
５ｂ・・・同電位電極指
６ａ、６ｂ・・・架橋部
７ａ、７ｂ・・・接続用電極
８・・・バンプ
１４・・・反射堤部
１５・・・反射堤反の側面
Ａ・・・接着領域の境界
Ｌ・・・電極指交差部の長さ
ｄ・・・最外電極指の電極幅

Claims (14)

1. 一対の櫛歯電極を備えたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を圧電基板の一主面に設けてなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子において、前記ＩＤＴを構成する複数の電極指のうち、隣設する３本以上の同電位電極指群からなる同電位部を具備することを特徴とする圧電共振素子。
2. 前記同電位電極指群が奇数本の電極指からなり、該奇数本の電極指をいずれも一方の櫛歯電極に電気的に接続してなることを特徴とする請求項１記載の圧電共振素子。
3. 前記ＩＤＴを構成する電極指のうち、前記同電位電極指の数が残部の電極指の数よりも少ないことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電共振素子。
4. 前記圧電基板の厚みが３２０μｍ以下であり、補強基板が、前記圧電基板の他主面に、接着層を介して設けられている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素子。
5. 前記接着層のヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項４記載の圧電共振素子。
6. 前記補強基板が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣの少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項４又は５記載の圧電共振素子。
7. 前記ＩＤＴの単位面積当りの荷重が２×１０^−５ｇ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電共振素子。
8. 前記ＩＤＴの電極指のうちで最も外側に位置する電極指が、前記圧電基板の側面からなる反射端面と接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電共振素子。
9. 前記反射端面は、前記圧電基板の一方側端面から他方側端面まで連続して形成されていることを特徴とする請求項８記載の圧電共振素子。
10. 前記反射端面の外側に、該反射端面との間に溝を形成するように反射堤部が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の圧電共振素子。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の圧電共振素子を構成する圧電基板の上方に、ベース基板を配置するとともに、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成し、前記ベース基板と、前記補強基板及び／又は前記圧電基板と、を接着してなることを特徴とする圧電共振子。
12. 前記ベース基板に、容量を形成する電極が形成されていることを特徴とする請求項１１記載の圧電共振子。
13. 請求項１〜１０のいずれかに記載の圧電共振素子を複数電気的に接続してなることを特徴とするフィルタ。
14. 請求項１〜１０のいずれかに記載の圧電共振素子と、マイクロコンピュータＩＣチップと、をベース基板に実装したことを特徴とする複合基板。
    
    

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