JP4446730B2 - 圧電共振子及びフィルタ並びに複合基板 - Google Patents

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。

従来より、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９に示す等価回路のように、圧電共振素子１の両端と接地電位との間に２つの負荷容量成分１５（Ｃ１、Ｃ２）が接続され、さらに、圧電共振素子１の両端間に帰還抵抗１３、インバータ１４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１０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。

ところが、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、小型化には限界があった。

特に、製品厚みにおいては、ベース基板上に圧電素子を接続固定させた圧電振動子を蓋体で被覆するため、蓋体の上下面の壁が厚みに加算されることから、薄型化、いわゆる低背化が困難であった。

さらに、従来の厚み縦３倍波振動や厚み滑り基本波振動を適用した圧電素子の場合、圧電共振素子の両主面に対向するように引き出しと駆動電極が形成され、中央部で電極が交差して駆動電極としていることから、圧電共振素子の両端部の電極とベース基板の電極端子との電極接続が難しく、電気的信頼性を高める為には複雑な構造となっていた。

電子機器の価格ダウンに伴い安価な部品であることが強く求められているが、上述のように、従来の圧電共振子は構造が複雑で、部品点数が多く、さらに製造工数も多いため、低コスト化を進めるには限界があった。

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）。

また、発振子となるＳＡＷ素子をパッケージ内部に気密封止した構造が提案されており、一例として、ケース基板の上面に電極ランドを形成し、その上に半田バンプを介してＳＡＷ素子を載置するとともに、キャップをケース基板にかぶせ、半田付けによって両者を接合して気密に封止した電子部品を例示できる（例えば、特許文献３参照）。

さらに、圧電基板の表面にＩＤＴを形成し、該ＩＤＴを直接覆うように前記圧電基板の上に柔軟性樹脂からなる樹脂被覆層が設けられた端面反射型表面波フィルタが提案されている（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 特開平８−１９１１８１号公報 特開２００３−１３３８８８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の表面波素子は、端面反射型の表面波共振子全体を樹脂で覆うことから、コストは低減できるものの、圧電基板にワックスを塗布しワックスの上にポーラスな外装樹脂をコートさせ、熱処理により外装樹脂にワックスを吸収させ且つ外装樹脂を硬化させる事から、必然的に外装樹脂部が厚くなり小型や低背化には限界があるという問題があった。

また、特許文献３に記載の電子部品は、ＳＡＷ素子をパッケージに搭載し気密封止しているため、ゴミ付着に対する信頼性は高いものの、容器が必要なために大型化するという問題があった。

さらに、特許文献４の電子部品は、ＩＤＴの表面を柔軟性樹脂で覆っているため、低背化に対しては顕著な効果があるものの、ＩＤＴの表面を樹脂で覆う事でＰ／Ｖが低下するという問題とともに、この状態で使用するとゴミがＩＤＴ上の樹脂に付着し、振動が正常に行われないため、Ｐ／Ｖ値が小さくなり、例えばレゾネータの場合には発信しないという問題があり、このままでの使用ができず、パッケージ内に収容する必要があった。

そこで、本発明は、部品点数が少なく低コストであるとともに、ゴミの影響を低減し、低背化を図った圧電共振子、フィルタ及び複合基板を提供することを目的とする。

本発明の圧電共振子は、一対の櫛歯電極からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を平面形状が長方形の圧電基板の一主面に形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記圧電基板を該圧電基板の対向する側面で挟んでおり、且つ前記ベース基板の前記側面に直交している対向する側面及び前記圧電基板の前記側面に直交している対向する側面で前記圧電基板及び前記ベース基板を挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とするものである。

本発明の他の圧電共振子は、一対の櫛歯電極からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を平面形状が長方形の圧電基板の一主面に形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記圧電基板を該圧電基板の対向する側面で挟んでおり、且つ前記ベース基板の上に、前記圧電基板を両側面から挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とするものである。

前記圧電基板の前記一主面に対向する他主面に、前記圧電基板と略同一形状の補強基板が接着層を介して設けられていることが好ましい。

本発明のさらに他の圧電共振子は、一対の櫛歯電極からなる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形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子と、該圧電共振素子の対向する側面と平行に且つ該側面から一定の距離を置いて配置されている一対の反射堤部材とが主面に設けられている平面形状が長方形の補強基板を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとを対向させ、且つ両者間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記補強基板の対向する側面および該側面に繋がっている前記一対の反射堤部材の面で前記補強基板および前記一対の反射堤部材を挟んでおり、且つ前記ベース基板の上に、前記一対の反射堤部材を該反射堤部材における前記補強基板の前記対向する側面の一方から他方まで繋がっている面で挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とするものである。
また、前記補強基板の前記反射堤部材と前記圧電共振素子との間に露出している部分に反射溝が形成されていることが好ましい。

前記櫛歯電極が、複数の電極指と、該複数の電極指を電気的に連結する連結部と、外部接続部と、該外部接続部と前記連結部とを電気的に接合するための架橋部と、を具備し、前記外部接続部と、前記ベース基板の側面に設けられた表面電極とを電気的に接続してなることが好ましい。

前記ベース基板が、コンデンサを形成するための電極を具備することが好ましい。

前記側面支持部材のヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下であることが好ましい。

前記励振空間の高さが５〜１００μｍであることが好ましい。

前記圧電基板が、チタン酸鉛系又はニオブ酸鉛系材料からなることが好ましい。

本発明のフィルタは、上記の圧電共振子における前記ベース基板の表面に、前記圧電基板の一主面に設けられたＩＤＴと対向するように他のＩＤＴが形成されていることを特徴とする。

本発明の複合基板は、上記の圧電共振子のベース基板の表面にＩＣチップを実装してなることを特徴とするものである。

前記ベース基板の表面及び／又は内部に、更に電子部品を実装したことが好ましい。

本発明の圧電共振子は、一対の櫛歯電極からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を平面形状が長方形の圧電基板の一主面に形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記圧電基板を該圧電基板の対向する側面で挟んでおり、且つ前記ベース基板の前記側面に直交している対向する側面及び前記圧電基板の前記側面に直交している対向する側面で前記圧電基板及び前記ベース基板を挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とするため、ＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子をベース基板に、両者間に微小な空間ができるように貼り合わせた極めて単純な構造とし、使用する部品点数が少なく、低コストが可能で、且つゴミの影響を低減し、低背化が可能であるとともに、優れた共振特性を得ることができる。

また、本発明の他の圧電共振子は、一対の櫛歯電極からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を平面形状が長方形の圧電基板の一主面に形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記圧電基板を該圧電基板の対向する側面で挟んでおり、且つ前記ベース基板の上に、前記圧電基板を該圧電基板の前記側面に直交している対向する側面で挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とするもので、上記の圧電共振子と同様の効果が得られる。

特に、前記圧電基板の前記一主面に対向する他主面に、前記圧電基板と略同一形状の補強基板が接着層を介して設けられている場合、バルク波に起因した不要振動を低減することが容易になる。

さらに、本発明のさらに他の圧電共振子は、一対の櫛歯電極からなる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形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子と、該圧電共振素子の対向する側面に該側面と平行に且つ該側面から一定の距離を置いて配置されている一対の反射堤部材とが主面に設けられている平面形状が長方形の補強基板を、ベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとを対向させ、且つ両者間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記補強基板の対向する側面および該側面に繋がっている前記一対の反射堤部材の面で前記補強基板および前記一対の反射堤部材を挟んでおり、且つ前記ベース基板の上に、前記反射堤部材を該反射堤部材における前記補強基板の前記対向する側面の一方から他方まで繋がっている面で挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とするもので、上記の圧電共振子と同様の効果が得られる。
前記補強基板の前記反射堤部材と前記圧電共振素子との間に露出している部分に反射溝が形成されている場合、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抑えられる点で好ましい。

前記櫛歯電極が、複数の電極指と、該複数の電極指を電気的に連結する連結部と、外部接続部と、該外部接続部と前記連結部とを電気的に接合するための架橋部と、を具備し、前記外部接続部と、前記ベース基板の側面に設けられた表面電極とを電気的に接続してなる場合、例えばラダー型のフィルタを構成することが容易になる。

前記ベース基板が、コンデンサを形成するための電極を具備する場合、圧電共振子のベース基板に誘電体磁器を適用することで容量を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ことができる。さらには、圧電基板の一面に独立した複数の櫛歯電極を設け、各櫛歯電極の数を変え容量比を調整することで、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やトランスバーサル型等の機能を有する圧電共振子を得ることができる。

前記側面支持部材のヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下である場合、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。

前記励振空間の高さが５〜１００μｍである場合、圧電共振素子の低背化を顕著に行うことができる。

前記圧電基板が、チタン酸鉛系又はニオブ酸鉛系材料からなる場合、これらの材料は電気機会結合係数が大きいため、ＳＨタイプの表面波を励振しやすくし、より大きなＰ／Ｖ値を得ることが容易になる。

本発明のフィルタは、上記の圧電共振子における前記ベース基板の表面に設けられた他の圧電基板の表面に、前記圧電基板の一主面に設けられたＩＤＴと対向するように他のＩＤＴが形成されていることを特徴とする。この構成により、空間を効率的に利用し、フィルタの小型化に大きく寄与することができる。

本発明の複合基板は、上記の圧電共振子のベース基板の表面にＩＣチップを実装してなることを特徴とする。この構成により、部品の集積度を高め、低背化を図った複数の電子部品を搭載した複合基板を実現することができる。

特に、前記ベース基板の表面及び／又は内部に、更に電子部品を実装した場合、集積度のより高い基板を得ることが容易である。

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）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ’で切断した場合の断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の圧電基板に補強基板を接着した場合を示し、図２は図１の構造の組立説明図である。なお、図２の配置は、圧電共振子１の表面に形成されたＩＤＴが見やすいように、図１を上下反転させた状態で表示している。

図１及び２によれば、本発明の圧電共振子は、圧電共振素子１と、ベース基板２と、側面支持部材９で構成されており、圧電基板１ｂとベース基板２との両側面を挟持するように側面支持部材９を設けてなることが重要である。

圧電共振素子１は、圧電基板１ａの一主面１ｃに一対の櫛歯電極（以下、ＩＤＴと言う）３が形成されおり、各ＩＤＴ３は複数の電極指３ａ、３ｂを圧電基板の側面１ｄに平行になるように、即ち、分極軸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、一対の櫛歯電極の電極指３ａ、３ｂが圧電基板１ａの中央部付近で重なっている。

電極指３ａ、３ｂは、連結部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導電性のバンプ８を設けることも可能である。

圧電共振子１がこのように構成されているため、小型で薄型化が容易である。

圧電共振素子１は、ＩＤＴの最外側の電極指に隣接して形成された圧電基板１ａの両側面１ｄに側面支持部材９を設けるとともに、ベース基板２の両側面にも側面支持部材９を配置し、絶縁性接着樹脂により、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）３の駆動部は完全に気密封止となる。

圧電共振素子１は、圧電基板１ａの一主面１ｃに設けられたＩＤＴ３が、ベース基板２の表面と対向するように配置し、且つ、ＩＤＴ３と、ベース基板２との間に励振空間Ａが形成されていることが重要である。この励振空間Ａは、ＩＤＴ３で励振されＳＨタイプの表面波を抑制しないような空間となり、周波数の極端なシフト、スプリアスの発生、及びＰ／Ｖ値の低下を防止することができる。

励振空間Ａの高さＨ、即ちＩＤＴ３からベース基板２間の距離は、特に制限されるものではないが、低背化を図る点で、５〜１００μｍ、特に５〜３０μｍ、更には５〜２０μｍであることが好ましい。このように、励振空間Ａを必要最低限の高さＨに設定することにより、圧電共振子をより薄くすることが可能となる。

圧電共振素子１と側面支持部材９との間、及びベース基板２と側面支持部材９との間には、接着層が設けられており、接着剤によってこれらがそれぞれ接着されている。なお、側面支持部材９自体が、接着剤機能を有していても良い。即ち、励振空間Ａを形成しつつベース基板２の上方に圧電基板１ａを配置し、これらの両側面を接着剤で固定することができる。

本発明の圧電共振子は、図２に示したように、電極Ｐ_ＩＮ、Ｐ_ＧＮＤ、及びＰ_ＯＵＴを設け、電極Ｐ_ＩＮに接続された電極Ｃ_ＩＮとＰ_ＧＮＤ間、及び電極Ｐ_ＯＵＴに接続された電極Ｃ_ＯＵＴと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。

側面支持部材９は、１×１０^１０Ｐａ以下のヤング率であることが好ましい。ＩＤＴで発生した振動において、進行する表面波の位相と最外側の電極指で反射した振動の位相とのズレが大きくなることに起因するスプリアスの発生を効果的に防止することができる。即ち、ＩＤＴの最外側の電極指において振動反射が起こり易いため、メイン振動にスプリアスが重畳することを防止し、Ｐ／Ｖ値を高めることが容易になる。

側面支持部材９は、有機高分子であることが好ましい。有機樹脂等の有機高分子で側面支持部材９を構成することで、寸法制度をさらに高め、低コストと内部の励振空間部にゴミの侵入防止が容易になる。

有機高分子としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂の少なくとも１種が、接着性及び封止性をより高めることができて好ましい。このうち、リフロー耐熱性が良い点で特にエポキシ樹脂が望ましい。

圧電共振素子１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ことが好ましい
これらのうちで、電気機会結合係数の大きな、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であることが、より大きなＰ／Ｖ値を得ることができる点で好ましく、更には、レゾネータ用途の場合には、電気機械結合係数が大きく、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を用いることが望ましい。

なお、圧電基板１ａは、矢印の方向が分極軸方向となるように分極を施してある。

例えば、従来から使用されているセラミックレゾネータの圧電共振子の振動電極部の容量は約１５ｐF以下に対して、櫛歯電極では６０ｐF以上と著しく大きくなる。そのため帰還回路を構成する２個の負荷容量も、発振条件を満足させる為に、振動電極部の容量とほぼ同等かそれ以上に大きくしなければならず、著しく大きな容量を基板に内蔵するには、基板の大型化につながる問題があった。従って、レゾネータ用途に好適な圧電材料としては、圧電素子の比誘電率が約３００以下と小さな値を有する、チタン酸鉛ＰｂＴｉＯ_３や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が望まれる。

ベース基板２は、絶縁性を有するものであればどのようなものでも良いが、例えば、チタン酸バリュ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。

また、櫛歯電極の電極指の材質は、特に限定されるものではないが、ＡｌやＣｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどの低抵抗の金属を主成分とすることが好ましい。

なお、櫛歯電極の最外側の電極指と隣接に並行に設けられた磁器断面は、スライサー加工機やワイヤーソなどにより加工されている。ここで、櫛歯電極の最外側の電極指における電極幅は約λ／８の幅に設定されている。これにより、最外側の電極指は磁器断面に隣接して形成されＳＨタイプの表面波の端面反射を可能にしている。

図３は、本発明の他の圧電共振子を示したもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’に沿った断面図である。図１及び２との共通部分は同じ符号を付与し、共通部分の説明を省略する。

図３によれば、圧電共振子は、ベース基板２の上方に、ベース基板２とＩＤＴ３との間に励振空間Ａを形成するように配置するとともに、ベース基板２の上に一対の側面支持部材９を設け、圧電基板１ａを両側面から挟持する。側面支持部材９は、支持基板１ｂに接着した圧電基板１ａを支持基板１ｂと共に両側面から挟持するように設けられおり、また、側面支持部材９はベース基板２の上に設けられている。

これにより、圧電基板１ａと補強基板１ｂとを接着することで、圧電共振素子１の強度向上が図れるとともに、側面支持部材９を容易に配置固定することが可能となり、封止性の更なる向上を図ることができる。

補強基板１ｂは、圧電磁器より強度や靭性に優れたセラミックス、例えばアルミナ（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、窒化珪素、炭化珪素などが望ましい。これらのうちで、高強度で低コストであることからアルミナが好ましく、高靭性である点でジルコニアが好ましく、高熱伝導性で放熱性に優れる点で窒化アルミニウム及び炭化珪素が好ましい。

なお、他の説明は省略する。

図４は、本発明のさらに他の圧電共振素子及びそれを用いた圧電共振子を示したもので、図４（ａ）は圧電共振素子の斜視図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の圧電共振素子を用いた圧電共振子の断面図である。なお、図１及び２との共通部分は同じ符号を付与し、共通部分の説明を省略した。

本発明の他の圧電共振子は、圧電共振素子１が補強基板１ｂに接着されている。補強基板１ｂは、圧電基板１ａの一主面１ｃの面積よりも大きな面積の主面を有し、この主面が圧電基板１ａの一主面１ｃに対向する他主面１ｅと側面支持部材９を介して接合されている。

側面支持部材９は、圧電基板１ａの側面に当接するとともに、補強基板１ｂ及びベース基板２と接着剤を介して接合されている（図示せず）。なお、側面支持部材９自身が接着剤として機能するものであっても良い。

さらに、図４によれば、圧電基板１ａの外側に、圧電基板１ａの側面１ｄと平行に、且つ一定の距離を置いて反射堤部材１４が設けられていることが好ましい。具体的には、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空間加工することによって、反射端面１ｄ、反射溝１６及び反射堤部材１４、形成することができる。このように、圧電基板１ａと反射堤部材１４との間に、反射堤部材１４の側面１４ｄが圧電基板１ａ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１６を形成することが好ましい。

反射堤部材１４及び反射溝１６を形成する場合、封止を目的とした側面支持部材がＩＤＴ上面に進入し難く、ＳＨ波の端面反射がより良好になる。

なお、反射堤部材１４を設ける場合、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抑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、反射溝空間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、最外側の電極指に隣接した溝には、ヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下となる有機高分子を充填させても良い。有機高分子はエポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が用いられる。

以上のように構成された本発明の圧電共振子は、圧電共振素子１のＩＤＴを形成された面に、振ＩＤＴで励振されＳＨタイプの表面波を抑制しないような空間を保つようにベース基板２と接合樹脂とにより固着封止した構造としたことで、低背化が可能な圧電共振子を得る事が出来る。さらには、ＩＤＩの最外側の電極指に隣接した磁器断面からなる反射端面１ｄを形成することで、ＳＨタイプの表面波の端面反射を可能にし、スプリアスの発生を抑制させＰ／Ｖ値を大きくすることができる。さらには、複数のＩＤＴが形成された圧電共振素子１のウエーハとベース基板２を構成するウエーハを用いて、ウエーハ状態で貼り合わせることで、多数個取りが可能になり生産性に優れ、低コスト化を図ることができる。

本発明のフィルタは、ベース基板２に誘電体材料を適用し、積層構造にする事で２個の負荷容量が形成され、負荷容量を内蔵した圧電共振子を得ることが好ましく、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特性を有した圧電共振子を得ることができる。そして、各櫛歯電極の数を変え容量比を調整することで、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やトランスバーサル型等の機能を有する圧電共振子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が決定し、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を大きくすることで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ＩＤＴの数を直列に配置した共振子のＩＤＴ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。

図５によれば、 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。

さらに、本発明によれば、図６に示したように、上記の圧電共振子におけるベース基板２の表面に、圧電基板１ａの一主面１ｃに設けられたＩＤＴ３と対向するように他のＩＤＴ３３がベース基板２と接着された圧電基板３１上に形成されていることを特徴とするものである。具体的には、圧電共振素子１を一対対向して配置し、一対の補強基板１ｂで一対の側面支持部材９を挟むように配置し、補強基板１ｂと側面支持部材９間を接着剤で接合することができる。

このようなフィルタは、空間を効率的に利用することができ、フィルタの小型化に大きく寄与することができる。

本発明の複合基板は、例えば図７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に対向するように、且つＩＤＴ形成面とキャビティ底面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に用いる接着剤のヤング率は１×１０^１０Ｐａ以下の合成樹脂からなることが好ましい。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。

さらに、他の電子部品３０８、例えば、コンデンサ、抵抗又はフィルタ等を複合基板上に搭載することができ、これにより、高密度実装された回路基板を得ることができる。

以上のように、本発明の複合基板は、図回路母基板上にマイクロコンピュータ用ＩＣチップと圧電共振子（圧電基板上の櫛歯電極を母基板方向に対面配置させ）とを隣接させて実装して、封止樹脂でモールドすることで、さらに低背な複合基板とすることができ、他の電子部品も搭載することができる。

図３に記載の圧電共振子を作製した。

ＰＴ系材料からなる圧電磁器ウエーハ（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Ａｕ電極を蒸着した後、フォトリソグラフィー工程を用いて櫛歯電極からなるＩＤＴと、ＩＤＴと電気的に導通が図れた引き出し電極とを複数形成した。ＩＤＴは個々の圧電共振素子の中央部に相当する領域に配置した。この時、櫛歯電極からなるＩＤＴの電極指と分極軸方向は並行になるように設定した。これを補強基板のアルミナウエーハ（Ｌ＝２１ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、ｔ＝０．１ｍｍ）にエポキシ系接着剤で貼り合わせた。

次いで、ＳＨタイプの表面波を反射させるための断面部を形成するために、ＩＤＩの最外側の電極指に磁器断面が接するように反射溝と反射堤部が形成されるようにダイシング加工を行った。この時、ＩＤＴの公差電極の数は１５．５対として、電極交差長は６６０μｍとした。さらにＩＤＴの電極指の幅は１５μｍ、電極指と電極指との間は１５μｍとして、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。ＳＨタイプの表面波を反射させるための溝の位置は、ＩＤＴ電極の最外側電極指の電極幅がλ／８（約７．５μｍ）になるようにした。

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バンプを印刷した。

次ぎに、ＢａＴｉＯ_３系誘電体を主成分としたベース基板（Ｌ＝２１ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、ｔ＝０．１ｍｍ）のウエーハの両主面に端子電極となるＡｇ電極を印刷後焼き付けし２個の容量が形成された（各１０〜５０ｐＦ）の負荷容量内蔵の基板を作製した。その後、ベース基板上にエポキシ系樹脂を印刷し、短冊状の圧電磁器ウエーハのＩＤＴが形成された面と負荷容量が形成された面と対向するように貼り合わせ固着した。この時、励振空間の高さが５０μｍとなるように設定した。

その後、短冊状の圧電共振素子間の空間に絶縁性有機樹脂を塗布した。その後、個々の圧電共振子の形状に（Ｌ＝２ｍｍ、Ｗ＝２ｍｍ、ｔ＝０．４ｍｍ）ダイシング加工機で加工した。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。

このとき、インピーダンス特性は、図７に示したように、メイン周波数帯域内にスプリアスが発生せず、Ｐ／Ｖ値は７０ｄＢと大きな値を得た。この時の圧電共振子のみの容量は１６ｐＦであり、従来から使用されるレゾネータの発振素子の１５ｐＦとほぼ同等であり、発振特性においても、従来から使用される負荷容量の１５〜３０ｐＦの範囲で安定した発振を示した。

また、得られた圧電共振子の厚さは０．５ｍｍであり、従来の外装樹脂で覆ったタイプでは厚さが１．４ｍｍ、パッケージに装填した圧電共振子の厚さは１ｍｍであった。また、容量は、従来のパッケージタイプに比べて、６８％減少した。

図１（ａ）及び（ｂ）、図２に記載の圧電共振子を作製した。なお、ベース基板はＢＴ系誘電体を主成分とするもので、最終形状がＬ＝２ｍｍ、Ｗ＝２ｍｍ、ｔ＝０．３ｍｍの大きさ、励振空間の高さが４０μｍであった以外は、実施例１と同様に行った。ＰＺＴ系圧電磁器を用いた場合、Ｐ／Ｖ値は７２ｄＢ、共振子の電極部の容量は６８ｐＦであった。また、ＮａＮｂＯ_３系圧電磁器を用いた場合、Ｐ／Ｖ値は６１ｄＢ、共振子の電極部の容量は１０ｐＦでありレゾネータとして有望な結果を示した。このように、本発明に依れば、高いＰ／Ｖ値を維持しながら、著しく薄い圧電共振子を得ることができた。

本発明の圧電共振子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）の圧電基板に補強基板を接着した場合の断面図である。 図１の構造の組立説明図である。 本発明の他の圧電共振子を示したもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’に沿った断面図である。 本発明の更に他の圧電共振子を示したもので、（ａ）は圧電共振素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）の圧電共振素子を用いた圧電共振子の断面図である。 本発明のフィルタを示す平面図である。 本発明の他のフィルタを示す概略断面図である。 本発明の複合基板を示す概略断面図である。 実施例の本発明の圧電共振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。

符号の説明

１・・・圧電共振素子
１ａ・・・圧電基板
１ｂ・・・補強基板
１ｃ・・・圧電基板の一主面
１ｄ・・・圧電基板の側面
１ｅ・・・圧電基板の他主面
２・・・ベース基板
３・・・ＩＤＴ
３ａ、３ｂ・・・電極指
６ａ、６ｂ・・・連結部
７ａ、７ｂ・・・接続用電極
８・・・バンプ
９・・・側面支持部材
１４・・・反射堤部材
１４ｄ・・・反射堤部材の側面
１６・・・反射溝

Claims (13)

1. 一対の櫛歯電極からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を平面形状が長方形の圧電基板の一主面に形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記圧電基板を該圧電基板の対向する側面で挟んでおり、且つ前記ベース基板の前記側面に直交している対向する側面及び前記圧電基板の前記側面に直交している対向する側面で前記圧電基板及び前記ベース基板を挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とする圧電共振子。
2. 一対の櫛歯電極からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を平面形状が長方形の圧電基板の一主面に形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとの間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記圧電基板を該圧電基板の対向する側面で挟んでおり、且つ前記ベース基板の上に、前記圧電基板を該圧電基板の前記側面に直交している対向する側面で挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とする圧電共振子。
3. 前記圧電基板の前記一主面に対向する他主面に、前記圧電基板と略同一形状の補強基板が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又は２記載の圧電共振子。
4. 一対の櫛歯電極からなる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形成してなるＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子と、該圧電共振素子の対向する側面と平行に且つ該側面から一定の距離を置いて配置されている一対の反射堤部材とが主面に設けられている平面形状が長方形の補強基板を、平面形状が長方形であり、対向する側面に一対の表面電極が設けられているベース基板の上方に、該ベース基板と前記ＩＤＴとを対向させ、且つ両者間に励振空間を形成するように配置するとともに、前記一対の表面電極が、前記ベース基板の前記側面を延長する方向に延在して、前記補強基板の対向する側面および該側面に繋がっている前記一対の反射堤部材の面で前記補強基板および前記一対の反射堤部材を挟んでおり、且つ前記ベース基板の上に、前記一対の反射堤部材を該反射堤部材における前記補強基板の前記対向する側面の一方から他方まで繋がっている面で挟持するように一対の側面支持部材が設けられており、前記励振空間が閉じた空間となっていることを特徴とする圧電共振子。
5. 前記補強基板の前記反射堤部材と前記圧電共振素子との間に露出している部分に反射溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電共振子。
6. 前記櫛歯電極が、複数の電極指と、該複数の電極指を電気的に連結する連結部と、外部接続部と、該外部接続部と前記連結部とを電気的に接合するための架橋部と、を具備し、前記外部接続部と、前記ベース基板の前記表面電極とを電気的に接続してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電共振子。
7. 前記ベース基板が、コンデンサを形成するための電極を具備す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子。
8. 前記側面支持部材のヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電共振子。
9. 前記励振空間の高さが５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の圧電共振子。
10. 前記圧電基板が、チタン酸鉛系又はニオブ酸鉛系材料からな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子。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の圧電共振子における前記ベース基板の表面に設けられた他の圧電基板の表面に、前記圧電基板の一主面に設けられたＩＤＴと対向するように他のＩＤＴが形成されていることを特徴とするフィルタ。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載の圧電共振子のベース基板の表面にＩＣチップを実装してなることを特徴とする複合基板。
13. 前記ベース基板の表面及び／又は内部に、更に電子部品を実装したことを特徴とする請求項１２に記載の複合基板。

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