JP4471725B2 - 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

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、５１５ｂ（Ｃ１、Ｃ２）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、発振周波数に対応した圧電共振素子のメイン振動のＰ／Ｖ値を大きくすることに加えて、インバータの増幅率（ゲイン）の大きさにも依存する。一般的にインバータのゲインは周波数依存性があり、高周波になるに従い小さくなるが、メイン振動の近傍もしくは離れた周波数でのスプリアス振動や別の共振点が発生すると、その共振点において発振条件を満たした場合には誤発振を引き起こす恐れがある。従って、圧電共振素子には、メイン振動以外の振動レベルが充分小さいことが要求される。

なお、Ｐ／Ｖ値は２０×ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｂ）で表されるもので、Ｒａは反共振インピーダンス、Ｒｂは共振インピーダンスとして定義される。

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、回路基板への高密度実装化が進められており、圧電共振素子に対しても小型化、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このような薄型化要求に対して限界があった。

従来、発振子となる圧電共振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素子やその表面波共振素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（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１９５６４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の圧電共振素子は、複数の電極指が並列に配列した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）が圧電基板の表面に設けられ、電極間隔が狭いことから温度と湿度とが高い場合、例えばＡｌやＡｇ電極等のイオン化しやすい電極材料においては、電極材料がマイグレーションを起こし、回路がショートするという問題があった。

そのため、水分の影響を低減するために圧電共振素子を外装樹脂で覆っているため、樹脂厚みを小さくするのは限界があり、特に薄型化に限界があるという問題があった。

そこで、本発明は、小型且つ低背の形状を維持しながら、耐環境性、特に耐湿性によるマイグレーションを改善した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。

本発明は、櫛歯電極を構成する電極指の表面を耐湿性の高いセラミック材料で被覆することで、電極材料のマイグレーションを抑制することができるとともに、共振特性を維持できるという知見によるものであり、その結果、回路の短絡を防止することができ、信頼性の高いＩＤＴを形成した圧電共振子を実現することができる。

即ち、本発明の圧電共振子は、複数の層が積層された積層体である圧電基板の一主面に、複数の電極指が並列に配列した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）を設けてなり、ＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子であって、前記櫛歯電極の少なくとも一部の表面に絶縁体からなる被覆層が設けられており、前記圧電基板内部の他側主面側に前記ＩＤＴと対向するように孤立導体層が設けられていることを特徴とする。

前記被覆層の厚みが０．０３〜５μｍであることが好ましい。これにより、被覆効果が充分に発揮されて回路の湿度の影響を確実に低減でき、ＩＤＴを形成した圧電共振子の信頼性をより高めることができる。

前記被覆層が、酸化珪素、アルミナ、窒化珪素及び酸化亜鉛のうち少なくとも１種であることが好ましい。これらの材料は、水又は水蒸気との反応性に乏しく、電極材料と水分との反応を効果的に防止することができる。

前記ＩＤＴと対向するように孤立導体層が設けられていることにより、バルク振動の周波数を表面波の振動より低周波側に移動させることが可能となる。そのため、ＳＨ波の表面波とバルク波振動とを分離し、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ことができる。

前記圧電基板の厚みが３２０μｍ以下であり、補強基板が、前記圧電基板の他側主面に、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前記他側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い。

前記接着層のヤング率が１×１０^１０Ｐａ以下であることが好ましい。これにより、バルク波をダンピングさせるバルク波の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種を主成分とすることが好ましい。これにより、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が得るという点から、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。これにより、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ことが好ましい。これにより、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。これにより、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抑さえることができるとともに、大きなＰ／Ｖ値が得られる。

前記圧電基板の前記一主面の前記電極指の配列方向の端部に、前記圧電基板の側面と間隔をあけて該側面に沿うように、表面波を反射させるための反射溝が形成されており、前記圧電基板の前記側面と前記反射溝との間が反射堤部とされていることが好ましい。これにより、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、しかも機密性を高める効果がある。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反射溝の長さは、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。

本発明の圧電共振子は、上記の圧電共振素子に対して、前記圧電基板の前記一主面に形成された前記ＩＤＴを収容する空間を形成するように、前記圧電基板の前記一主面にベース基板を接着してなるため、圧電共振素子とベース基板の積層構造を基本構造とすることができ、圧電共振素子を筐体で覆う必要がないことから圧電共振子としての厚みを著しく薄くすることができる。また、電極指の交差部に隣接する部分の反射溝内には、合成樹脂は充填されておらずに空気が存在しており、ＳＨタイプの表面波を有効に反射できるとともに、反射溝で均一に反射することができ、圧電共振素子のＰ／Ｖ値を低減させることなく、スプリアスの発生を防止できる。

また、本発明の他の圧電共振子は、上記の圧電共振素子に対して、前記ＩＤＴを収容する空間を形成するように、前記圧電基板の前記ＩＤＴが形成された前記一主面にベース基板を接着し、前記反射溝に合成樹脂を充填してなることを特徴とする。これにより、圧電基板とベース基板との固着部分及び反射溝内の合成樹脂により、ベース基板内の空間が完全に密封され、気密性を向上できる。

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ことが好ましい。これにより、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ことを特徴とする。これにより、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、マイクロコンピュータＩＣチップと、上記の圧電共振素子とをマイクロコンピュータＩＣチップと、上記の圧電共振素子とをベース基板に実装したことが好ましい。これにより、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）は図１（ａ）のＶ−Ｖ’の部分概略断面図、図１（ｃ）はＷ−Ｗ’の概略断面図である。

図１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、一対の櫛歯電極の電極指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バンプ８を設けることも可能である。

本発明によれば、櫛歯電極の少なくとも一部の表面、特に電極指３ａ、３ｂの表面に絶縁体からなる被覆層を設けることが重要である。例えば、図１（ｂ）、（ｃ）に示したように、ベース金属部材１１ａ、１１ｂの表面に被覆層１２ａ、１２ｂをそれぞれ形成することが重要である。

このように、櫛歯電極を構成する電極指の表面を耐湿性の高い絶縁材料で被覆し、保護層を形成することで、共振特性を維持したまま電極材料のマイグレーションを抑制することができ、その結果、小型且つ低背の形状を維持しながら、耐環境性、特に耐湿性に優れ、マイグレーションの発生が防止された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実現できる。

被覆層の厚みを０．０３〜５μｍ、特に０．１〜４μｍ、更には０．３〜３μｍ、より好適には０．５〜２μｍにすることが好ましい。このように厚みを最適に設定することにより、Ｐ／Ｖ低下に伴う発振特性の劣化を抑制したままで、回路への湿度の影響を低減でき、ＩＤＴを形成した圧電共振子の信頼性を高めることができる。

被覆層は、酸化珪素、アルミナ、窒化珪素及び酸化亜鉛のうち少なくとも１種であることが好ましい。これらの材料は水や水蒸気との反応性が低いため耐水性に優れ、電極材料と水分との反応を効果的に防止することができる。なお、これらの材料からなる被覆層を緻密に形成することは、耐水性を高める点で好ましい。

被覆層１２ａ、１２ｂは、図１（ｂ）及び（ｃ）に示したように、少なくとも電極指３ａ、３ｂの交差する部位に形成することが必要であるが、所望により、圧電基板１ａの一主面２ａ、接続部６ａ、６ｂ間の内部の櫛歯電極３全体、さらに接続部６ａ、６ｂ及び接続用電極７ａ、７ｂの上に被覆層１２ａ、１２ｂを形成しても良い。

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。

また、櫛歯電極及び孤立導体層の材質はＡｌやＣｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどが好適に使用できる。

ＩＤＴ３を構成する櫛歯電極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。

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間及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しするため、他側主面２ｂの表面に、孤立導体層５を挟むようにして補強基板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。

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。

本発明によれば、ＩＤＴ３と対向するように孤立導体層５を設けることが好ましい。孤立導体層５は、例えば、図２に示したように、圧電基板１ａのＩＤＴ３の設けられた一主面２ａと反対の他側主面２ｂに孤立導体層５を設けることにより、バルク振動の周波数を表面波の振動より低周波側にシフトさせることができ、ＳＨ波の表面波とバルク波振動とを分離し、スプリアス振動がＳＨ波に重畳しにくくなるため、安定した振動特性を得る事ができる。

即ち、ＳＨタイプの表面波の共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａの中間近傍に存在していたバルク波のスプリアスは、圧電基板１ａのＩＤＴ３が形成されないもう一方の他側主面２ｂに孤立導体層５を形成することで、約５０ＭＨｚ圧電共振素子１においては低周波側に約１．５ＭＨｚスプリアスが移動することがシミュレーションと試作によって確認された。

このように、他側主面２ｂに孤立導体層５を形成することで、バルク波振動に起因したスプリアスを低周波側に移動させることが可能になるため、ＳＨタイプの表面波のｆｒ、ｆａとバルク波振動のスプリアスとを分離できることが判る。そのため、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いことから、大きなＰ／Ｖ値が得られ、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。

孤立導体層５の面積は、ＩＤＴ３の電極指３ａ、３ｂの交差する領域である電極指交差部３ｃの面積よりも大きくすることが好ましい。電極指交差部３ｃの面積よりも孤立導体層５の面積を大きくすることによって、バルク波の悪影響をより効果的に排除することができる。

孤立導体層５は、図３（ａ）に示したように、他側主面２ｂに設けることが好ましい。圧電基板１ａの一主面２ａに電極指３ｂ、接続用電極７ａ、７ｂ等を設けるが、これらの電極に対して、孤立導体層５を対向させるように形成するのが容易になる。

また、図３（ｂ）に示したように、圧電基板１ａを積層体で構成し、その内部に孤立導体層５を設けることも可能である。例えば、グリーンシートの表面に電極パターンを形成し、他のグリーンシートと組合せて積層し、内部に孤立導体層を備えた積層体を得ることができる。この場合、孤立導体層５は、バルク波の影響を効果的に取り除くため、他側主面２ｂの近くに設けるのが望ましい。

図４は、端面反射を効率良く行うために、反射堤部をもうけた圧電共振素子を示すもので、図４（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部を除去して孤立導体層を示した斜視図、（ｃ）は平面図である。

図４によれば、圧電共振素子２１は、圧電基板２１ａの一主面２２ａの表面に電極指２３ａ、２３ｂを具備するＩＤＴ２３が形成され、接続部２６ａ、２６ｂを介して接続用電極２７ａ、２７ｂに電気的に接続されている。また、圧電基板２１ａの他側主面２２ｂには孤立導体層２５が形成され、また補強基板２１ｂと接着されている。

圧電基板２１ａの側面２１ｄには、側面２１ｄと平行な側面を有する反射堤部２９を設け、圧電基板２１ａと反射堤部２９との間に、ＳＨタイプの表面波を反射させるための反射溝２４を形成することが好ましい。

ここで、ＩＤＴ２３の最も外側に位置する電極指２３ａ、２３ｂの電極幅ｄは、ＳＨタイプの表面波の波長λに対して、約λ／８の幅に設定すると、最も外側に位置する電極指は、反射溝２４に隣接して形成されているため、ＳＨタイプの表面波の端面反射をより効果的にすることが可能になる。さらに、表面波の端面反射の点からは、電極指２３ａ、２３ｂの外側に隣接した反射溝２４の長さは、電極指２３ａ、２３ｂの電極指交差部３ｃの長さＬよりも長くなるように構成するのが、ＳＨ波の端面反射を可能にし、スプリアス発生レベルを押さえられる点から望ましい。さらに、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２４の深さは圧電基板１ａの高さより大きいことが望ましい。

このような反射端面（圧電基板の側面）、反射溝２４及び反射堤部２９は、圧電基板２１ａをスライサー加工機やレーザー加工機やサンドブラスト加工などにより、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。その際に、反射溝２４が圧電基板２１ａにとどまらず、補強基板２１ｂの一部に及ぶように加工することが望ましい。

また、本発明の圧電共振子は、例えば図５に示したように、本発明の圧電共振素子１０１（例えば図４に記載の圧電共振素子１０１を、入力電極Ｐ_ＩＮ、グランド電極Ｐ_ＧＮＤ、出力電極Ｐ_ＯＵＴを表面に具備するベース基板１１０の上に接着したものである。

即ち、図６（ａ）、（ｂ）によれば、圧電基板１０１ａの一主面１０２ａにＩＤＴ１０３が設けられ、他側主面１０２ｂと補強基板１０１ｂとの界面に孤立導体層１０５が形成されている。そして、一主面１０２ａをベース基板１１０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１１０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による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。

この合成樹脂は、圧電共振素子１０１とベース基板１１０とを接着する際に、反射溝１０４の内部に充填される。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１１０とを接着しても良い。その接着領域は、例えば、圧電磁器端面から図６（ｃ）の圧電共振子の平面図における破線Ａの外側の領域（非Ａ領域）を選ぶことができる。この場合、バンプ１０８側（非Ａ領域）の反射溝１０４ａには合成樹脂が充填され、破線Ａの内側の反射溝１０４ｂには合成樹脂１１５が充填されていない。

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、反射溝１０４ｂを合成樹脂で充填しても差し支えない。また、図６（ａ）に示したように、空間１０６を外気から遮断するために、反射堤部１０９とベース基板１１０とが接着されるのが好ましい。

図６（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端面１０７の端面近傍は、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、反射端面部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。また、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１１０の基材１１０ａ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７に示す。

このフィルタは、直列共振子２０１と並列共振子２０２で構成される。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がなされ、一方、並列共振子２０２は、出力端子２１５ｃが直列共振子２０１の出力側端子２０５ｂと結線させ、グランド側端子２１５ｇをグランドに接地させる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８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、圧電共振素子３０３に用いる接着剤は、図６（ｃ）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、即ち容量を形成する電極が形成されていることが望ましい。例えば、図８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。また、ＩＤＴの交差電極の数は１２対、電極交差部の長さＬ（図２）は３３０μｍとした。

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。

次に、バンプ８を形成した後、マグネトロンスパッタリング法によって、ＩＤＴの上部に絶縁性薄膜を形成した。絶縁性薄膜としては、酸化珪素膜を０．０３、０．１、０．５、１、３、５μｍの膜厚に形成した。また、絶縁性薄膜としてアルミナ、窒化珪素及び酸化亜鉛を主成分とした薄膜を用いた場合、膜厚を０．０５μｍとした。

また、ＩＤＴが形成されていないもう他側主面にＡｌ層を孤立導体層として形成し、この他側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４に示した圧電共振素子を作製した。

図４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４（ｃ）に示すように、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。

次に、ＢａＴｉＯ_３系誘電体を主成分とした誘電体基板（Ｌ＝２１ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、ｔ＝０．１５ｍｍ）のウエーハの両主面に端子電極となるＡｇ電極印刷後焼き付けし、２個の容量が形成された（各２０〜５０ｐＦ）負荷容量内蔵の誘電体基板のウエーハを作製した。

その後、誘電体基板のウエーハ上にエポキシ系樹脂をＩＤＴに対向しないような領域に環状に印刷し（図４に示す）、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貼り合わせ固着した。

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い、図５又は６に示すような圧電共振子を得た。

この時のインピーダンス特性を測定したところ、図９に示す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＝６１ｄＢと大きな値が得られた。この時の圧電共振子の容量（ＩＤＴの容量）は１５ｐＦであり、従来から使用されるセラミックレゾネータにおける共振子の容量の１５ｐＦと同等であり、従来から負荷容量として使用される８〜３０ｐＦの範囲で安定した発振が得られることが確認された。また、ＩＤＴ上部に０．５μｍの酸化珪素からなる絶縁性薄膜を形成した試料を用いて湿中負荷試験（６０℃、９５％で１０００時間の連続動作評価）を行った結果、マイグレーションは認められず安定した発振が得られた。

（比較例１）
次ぎに、実施例１において、圧電基板の他側主面に、Ａｌ層を孤立導体層として形成せず、また、被覆層を形成しない以外は、実施例１と同様にして圧電共振子を作製した。その圧電共振子のインピーダンス特性を図１０に示した。

図１０によれば、メイン帯域内にスプリアスが重畳することでＰ／Ｖ値は４１ｄＢまで低減しており、レゾネータ用途等には適しないことがわかった。

ＩＤＴの上部に形成する絶縁性薄膜として、厚みが０．０１、０．０３、０．１、１、３、５μｍ、１０μｍの酸化珪素膜を形成した以外は実施例１と同様にして圧電共振子を作製した。また、実施例１と同じ方法で評価したところ、０．０１以外の試料は、いずれもマイグレーションは認められず、安定した発振が確認できた。厚みが０．０１μｍの場合、絶縁性薄膜がない比較例１に対しては、明らかに改善されていたが、５０個中４個で絶縁不良が発生した。さらに、厚みが１０μｍの場合、Ｐ／Ｖ＝５１ｄＢであったが、それ以外は、６０ｄＢ以上と共振特性がさらに向上した。

ＩＤＴの上部に形成する絶縁性薄膜として、厚みが０．０５μｍのアルミナ、窒化珪素及び酸化亜鉛を主成分とした薄膜を形成した以外は実施例１と同様にして圧電共振子を作製した。また、実施例１と同じ方法で評価したところ、いずれもマイグレーションは認められず、安定した発振が確認できた。

本発明の圧電共振素子を示すもので、図１（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ’の部分概略断面図、（ｃ）はＷ−Ｗ’の概略断面図である。 本発明の圧電共振素子を示すもので、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は圧電基板の一部を除去して孤立導体層を示した斜視図である。 （ａ）は図２（ａ）におけるＷ−Ｗ’の断面図、（ｂ）は本発明の他の圧電共振素子の断面図である。 本発明の他の圧電共振素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は圧電基板の一部を除去して孤立導体層を示した斜視図、（ｃ）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の構造を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’の断面図、（ｃ）は平面図である。 本発明のフィルタを示す平面図である。 本発明の複合基板を示す概略断面図である。 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。 従来のバルク波の厚み縦３倍波振動を用いた圧電共振子の模式図である。

符号の説明

１、２１・・・圧電共振素子
１ａ、２１ａ・・・圧電基板
１ｂ、２１ｂ・・・補強基板
１ｃ・・・圧電基板の一辺
１ｄ、２１ｄ・・・圧電基板の側面
２ａ、２２ａ・・・一主面
２ｂ、２２ｂ・・・他側主面
３、２３・・・櫛歯電極（ＩＤＴ）
３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ・・・電極指
３ｃ・・・電極指交差部
５、２５・・・孤立導体層
６ａ、６ｂ、２６ａ、２６ｂ・・・接続部
７ａ、７ｂ、２７ａ、２７ｂ・・・接続用電極
８・・・バンプ
１１ａ、１１ｂ・・・ベース金属部材
１２ａ、１２ｂ・・・被覆層
２４・・・反射溝
２９・・・反射堤部
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
λ・・・表面波の波長

Claims (15)

1. 複数の層が積層された積層体である圧電基板の一主面に、複数の電極指が並列に配列した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）を設けてなり、ＳＨ波タイプの表面波を利用した圧電共振素子であって、前記櫛歯電極の少なくとも一部の表面に絶縁体からなる被覆層が設けられており、前記圧電基板内部の他側主面側に前記ＩＤＴと対向するように孤立導体層が設けられていることを特徴とする圧電共振子。
2. 前記被覆層の厚みが０．０３〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の圧電共振子。
3. 前記被覆層が、酸化珪素、アルミナ、窒化珪素及び酸化亜鉛を主成分とした少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電共振子。
4. 前記圧電基板の厚みが３２０μｍ以下であり、補強基板が、前記圧電基板の前記他側主面に、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１〜４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に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に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に記載の圧電共振素子。
10. 前記圧電基板の前記一主面の前記電極指の配列方向の端部に、前記圧電基板の側面と間隔をあけて該側面に沿うように、表面波を反射させるための反射溝が形成されており、前記圧電基板の前記側面と前記反射溝との間が反射堤部とされ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。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載の圧電共振素子に対して、前記圧電基板の前記一主面に形成された前記ＩＤＴを収容する空間を形成するように、前記圧電基板の前記一主面にベース基板を接着してなることを特徴とする圧電共振子。
12. 請求項１０に記載の圧電共振素子に対して、前記ＩＤＴを収容する空間を形成するように、前記圧電基板の前記ＩＤＴが形成された前記一主面にベース基板を接着し、前記反射溝に合成樹脂を充填してなることを特徴とする圧電共振子。
13. 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又は１２に記載の圧電共振子。
14. 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。
15. マイクロコンピュータＩＣチップと、請求項１〜１０のいずれかに記載の圧電共振素子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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