JP6272143B2

JP6272143B2 - 圧電部品

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Publication number: JP6272143B2
Application number: JP2014110305A
Authority: JP
Inventors: 川元　智裕; 智裕川元
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Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
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Description

本発明は、レゾネータとして用いられる圧電部品に関するものである。

レゾネータとして用いられる圧電部品は、支持基板と、支持基板の上に搭載された圧電素子とを含む構成になっている。支持基板を構成する誘電体の材料として、例えばアルミナ、チタン酸マグネシウムが用いられている。

これらの材料は機械的強度が高いが比誘電率が低いので、単層で支持基板とする場合、電極面積を大きくする必要があり、その結果製品が大型化するという問題があった。一方、支持基板を小型化しようとすると、積層化する必要があり、製造工数が増加するために製造コストが増加するという問題があった。

これに対し、支持基板を構成する誘電体の材料として、高誘電率のチタン酸バリウムを用いることで、支持基板の大型化や製造コストの増加を抑制できる。しかしながら、単にチタン酸バリウムを用いたのみでは、機械的強度が低いためクラックが発生し、このクラックにより絶縁性が低下するという問題があった。

特開２０００−２８６６６５号公報

支持基板を構成する誘電体の材料として、高強度で高誘電率の材料が求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、機械的強度が高く、高い比誘電率の支持基板を備えた圧電部品を提供することを目的とする。

本発明の圧電部品は、支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを備えた圧電部品であって、前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛および銀が含まれていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電部品は、上記の構成において、前記シェル部にさらに希土類元素のうちの少なくとも一種が含まれていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電部品は、支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを備えた圧電部品であって、前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛および希土類元素のうちの少なくとも一種が含まれていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電部品は、上記の構成において、前記シェル部にさらにマグネシウムが含まれていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電部品は、支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを備えた圧電部品であって、前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛が含まれており、前記誘電体は、バリウム１００質量部に対して、鉛の含有量が０．７〜４．７質量部、銀の含有量が０
０〜０．８質量部、イッテルビウムの含有量が０．１５〜０．９７質量部、マグネシウムの含有量が０．６〜２．４質量部であることを特徴とするものである。
さらに、本発明の圧電部品は、上記の構成において、前記誘電体のキュリー温度が１３０℃以上であることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電部品は、支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを備えた圧電部品であって、前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛が含まれており、前記誘電体のキュリー温度が１３０℃以上であることを特徴とするものである。

本発明の圧電部品によれば、セラミック粒子間で圧縮応力が発生し、機械的強度を向上できるため、クラックを抑制できる。

（ａ）は本発明の圧電部品の実施の形態の一例の一部省略概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。本発明の圧電部品を構成する支持基板の要部拡大断面図である。

本発明の圧電部品の実施の形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の圧電部品の実施の形態の一例の一部省略（蓋体省略）概略平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。また、図２は、本発明の圧電部品を構成する支持基板の要部拡大断面図である。

本実施の形態の圧電部品は、支持基板１と、支持基板１上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子２とを備えた圧電部品であって、支持基板１は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部１１１と、コア部１１１を取り囲むシェル部１１２とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子１１０を有する誘電体１１を含み、シェル部１１２に鉛が含まれている。

支持基板１は、例えば、長さが２．５ｍｍ〜７．５ｍｍ、幅が１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ、厚みが０．１ｍｍ〜１ｍｍの長方形状の平板として形成された誘電体１１を含んでいる。なお、誘電体１１の形成材料については、後述する。

支持基板１を構成する誘電体１１の一方の主面（本例では上面）には第１容量電極１２１および第２容量電極１２２が設けられている。この第１容量電極１２１および第２容量電極１２２は、圧電素子２の振動電極２１と電気的に接続されるとともに、後述するグランド電極１２３との間で容量を形成するための電極である。この第１容量電極１２１は支持基板１の長手方向の一方の端部側から中央部に向かって延びて配置され、第２容量電極１２２は支持基板１の長手方向の他方の端部側から中央部に向かって延びて配置されている。

そして、支持基板１の他方の主面（本例では下面）には、誘電体１１を挟んで第１容量電極１２１と第２容量電極１２２とにまたがって対向するグランド電極１２３と、信号入出力のための入出力電極１２４とが設けられている。

さらに、支持基板１の側面には、一方主面（本例では上面）から他方主面（本例では下面）にかけて、第１容量電極１２１または第２容量電極１２２と入出力電極１２４とを電気的に接続する側面電極１２５が設けられている。

本例のように、第１容量電極１２１および第２容量電極１２２とグランド電極１２３とが誘電体１１を介して対向する場合は、第１容量電極１２１とグランド電極１２３とが対
向する領域および第２容量電極１２２とグランド電極１２３とが対向する領域の面積が等しくなるように設定されることにより、それぞれの対向する領域で得られる静電容量が等しくなる。また、第１容量電極１２１および第２容量電極１２２とグランド電極１２３とが誘電体１１を介して対向する場合は、第１容量電極１２１とグランド電極１２３とが対向する領域および第２容量電極１２２とグランド電極１２３とが対向する領域を大きくすることができるので、容量を大きく形成することができる。なお、それぞれの対向する領域で得られる静電容量は、圧電部品が接続されてともに発振回路を構成する増幅回路素子の特性によって定められる。

なお、図１では、外部回路基板へのはんだ接合などの関係で、支持基板１の側面において、グランド電極１２３に電気的に接続される部位にも側面電極１２５が設けられている。

第１容量電極１２１，第２容量電極１２２，グランド電極１２３の材料としては、金，銀，銅，アルミニウム，タングステン等の金属粉末を樹脂中に分散させた導電性樹脂（導電性ペースト）や、それら金属粉末にガラス等の添加物を加えて焼き付けた厚膜導体等を用いることができる。必要に応じてＮｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｓｎ等のめっきを形成したものでもよい。

支持基板１の上には必要により第１の支持部３１および第２の支持部３２が設けられていて、これらの上に圧電素子２が振動可能に搭載されている。具体的には、圧電素子２の長手方向の両端部が第１の支持部３１および第２の支持部３２によって支持されるようにして、圧電素子２が振動可能に搭載されている。

第１の支持部３１および第２の支持部３２は、例えば金，銀，銅，アルミニウム，タングステン等の金属粉末を樹脂中に分散させてなる突起状の部位である。例えば、縦、横方向の長さ（径）が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、厚みが１０μｍ〜１００μｍで、角柱状、円柱状などに形成される。

また、図１では、第１の支持部３１および第２の支持部３２の上に導電性接合材４が設けられていて、圧電素子２の両端部の少なくとも下面と第１の支持部３１および第２の支持部３２とが接合されている。なお、第１の支持部３１および第２の支持部３２が導電性を有する材料で形成されているため、圧電素子２の振動電極２１と第１容量電極１２１および第２容量電極１２２とは、導通されている。このような導電性接合材４としては、例えばはんだや導電性接着剤等が用いられ、はんだであれば、例えば銅，錫，銀からなる鉛を含まない材料等を用いることができ、導電性接着剤であれば、銀，銅，ニッケル等の導電性粒子を７５〜９５質量％含有したエポキシ系の導電性樹脂またはシリコーン系の樹脂を用いることができる。なお、第１の支持部３１および第２の支持部３２は必ずしもなくてもよい。

圧電素子２は、圧電体２１と、圧電体２１の両主面（一方主面および他方主面）にそれぞれ互いに対向するように設けられた振動電極２２とを備える長尺状の圧電素子である。圧電素子２を構成する圧電体２１は、例えば、長さが１．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、幅が０．２ｍｍ〜２ｍｍ、厚みが４０μｍ〜１ｍｍの四角形状の平板に形成されたものである。この圧電体２１は、例えばチタン酸鉛，チタン酸ジルコン酸鉛，タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸ナトリウム，ニオブ酸カリウム，ビスマス層状化合物等を基材とする圧電セラミックスを用いて形成することができる。

また、圧電素子２は、圧電体２１の一方主面および他方主面にそれぞれ互いに対向する領域（交差領域）を有するように配置された振動電極２２を備えている。圧電体２１の一
方主面（上側の主面）に設けられた振動電極２２は長手方向の一方の端部から他方の端部側に向けて延びるように設けられ、圧電体２１の他方主面（下側の主面）に設けられた振動電極２２は長手方向の他方の端部から一方の端部側に向けて延びるように設けられ、それぞれ互いに対向する領域を有している。この振動電極２２は、例えば金，銀，銅，アルミニウム等の金属を用いることができ、それぞれ圧電体２１の表面に例えば０．１μｍ〜３μｍの厚みに被着される。そして、図に示すように、圧電素子２の両端面には端面電極２３が設けられており、この端面電極２３および導電性接合材４を介して圧電素子２の振動電極２２が第１容量電極１２１と電気的に接続されているとともに、導電性接合材４を介して圧電素子２の振動電極２２が第２容量電極１２２と電気的に接続されている。

このような圧電素子２は、振動電極２２間に電圧を印加したとき、振動電極２２が対向する領域（交差領域）において、特定の周波数で厚み縦振動もしくは厚みすべり振動の圧電振動を発生させるようになっているものである。

なお、図１に示すように、支持基板１の上には圧電素子２を覆うように蓋体５が設けられていてもよい。この蓋体５は、支持基板１の上面の周縁部に接着剤などで接合されていて、これにより、支持基板１とともに形成した内部空間に収容されている圧電素子２を外部からの物理的な影響や化学的な影響から保護する機能と、支持基板１とともに形成した空間内への水等の異物の浸入を防ぐための気密封止機能を有している。なお、蓋体５の材料として、例えば、ステンレス鋼などの金属、アルミナなどのセラミックス，樹脂，ガラス等を用いることができる。また、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材料に無機フィラーを２５〜８０質量％の割合で含有させて支持基板１との熱膨張係数の差を小さくするようにしたものでもよい。

そして、図２に示すように、支持基板１はチタン酸バリウムを主成分とし、コア部１１１と、コア部１１１を取り囲むシェル部１１２とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子１１０を有する誘電体１１を含み、シェル部１１２に鉛が含まれている。

誘電体１１を構成するセラミック粒子１１０は、強誘電相からなるコア部１１１の外周に常誘電相からなるシェル部１１２が存在する２相構造（いわゆるコアシェル型構造）になっている。また、シェル部１１２には、鉛（Ｐｂ元素）が存在している。

チタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子に、Ｐｂおよびその他の成分（後述するＡｇ、Ｍｇ、Ｙｂなど）が固溶することによって、チタン酸バリウムを主成分とするコア部１１１と、このコア部１１１の周囲にＰｂを含むシェル部１１２とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子１１０が形成される。

ここで、コアシェル型構造とは、粒子中心側をコア部１１１とし、粒子表面近傍をシェル部１１２とし、このコア部１１１とシェル部１１２とで結晶構造、組成などが異なる構造を意味する。例えば、Ｐｂを含む副成分が、コア部１１１には存在せずにシェル部１１２のみに存在する形態が、コアシェル型構造である。ここでいう粒子表面近傍とは、粒界から５ｎｍ（粒子表面から粒子の中心へ向けて５ｎｍ）までの領域のことを意味するものである。この領域は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で測定することができる。

シェル部１１２にイオン半径の大きな鉛（Ｐｂ元素）が存在することで、セラミック粒子１１０中におけるシェル部１１２の体積比率が大きくなり、セラミック粒子１１０間で圧縮応力が発生するようになる。したがって、機械的強度を向上できるため、クラックを抑制できる。また、比誘電率を高める効果もある。なお、図２においてシェル部１１２における応力の発生を矢印で示している。

例えば、Ｂａ１００質量部に対して、Ｐｂが０．７〜５．１質量部含まれていて、その多くはシェル部１１２に含まれる。ただし、Ｐｂが多くなりすぎると、比誘電率の温度変化が大きくなり、発振周波数の温度特性をフラットに近づけることが難しくなる傾向があるので、Ｂａ１００質量部に対して０．７〜４．７質量部含まれているのが好ましい。なお、この量は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析によって測定することができる。具体的には、例えば支持基板１の誘電体１１を削り出し、アルミナ乳鉢にて粉砕し、分析試料とする。そして、この試料をホウ酸と炭酸ナトリウムにて融解し、さらに塩酸溶液に融解する。この溶液中のＢａとＰｂとを島津製作所製ＩＣＰ発光分析装置ＩＣＰＳ−８１００にて定量分析することで、測定することができる。また、シェル部１１２におけるＰｂの存在は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）にて確認することができる。

また、シェル部１１２には、さらに銀（Ａｇ元素）が含まれているのが好ましい。比誘電率をより高くでき、静電容量を高くすることができることが実験的に確認されている。したがって、支持基板１（誘電体１１）の厚みを厚くしても所望の静電容量を得ることができ、支持基板１（誘電体１１）が厚くなることで耐電圧（絶縁耐圧）を向上させることができる。

なお、Ｂａ１００質量部に対して、Ａｇの含有量は例えば０〜０．９質量部であり、Ａｇが含まれる場合、その多くはシェル部１１２に含まれる。ただし、Ａｇが多くなりすぎると、比誘電率の温度変化率が大きくなり、発振周波数の温度特性をフラットに近づけることが難しくなる傾向があるので、Ｂａ１００質量部に対して０．８質量部以下であるのが好ましい。なお、この量はＩＣＰ分析によって測定することができる。具体的には、例えば支持基板１の誘電体１１を削り出し、試料をアルミナ乳鉢にて粉砕し、分析試料とする。この試料を硝酸に加え加熱融解し、吸引濾過し、この濾液をＡ液とする。この後、濾紙上の残渣物を濾紙と共に白金るつぼに入れ、バーナーにて灰化した後、ホウ酸と炭酸ナトリウムを加え融解する。この融解物を硝酸溶液に溶解し、Ａ液と混合する。この溶液中のＡｇを島津製作所製ＩＣＰ発光分析装置ＩＣＰＳ−８１００にて定量分析することで、測定することができる。また、シェル部１１２におけるＡｇの存在は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）にて確認することができる。

また、シェル部１１２には、さらに希土類元素のうちの少なくとも一種が含まれているのが好ましい。希土類元素としては、特に制限されるものではないが、Ｙ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ及びＹｂを例示することができ、これら希土類元素は一種単独でも二種以上であってもよい。チタン酸バリウム原料と混合した希土類元素は焼結助剤として機能するため、希土類元素成分は焼成時にチタン酸バリウム粒子間の結合に大きく寄与する。そのため、焼成温度を適正な温度に制御することにより、チタン酸バリウム粒子が粒成長する前に緻密な磁器を得ることができ、機械的強度を向上することができる。すなわち、セラミック粒子１１０の粒径を微粒子化でき、機械的強度を向上できるため、耐衝撃性に優れた圧電部品とすることができる。

例えば、Ｂａ１００質量部に対して、希土類元素は０．１４〜１．０４質量部含まれていて、その多くはシェル部１１２に含まれる。希土類元素成分の一部は粒界に存在する場合がある。ただし、希土類元素が少なすぎたり多くなりすぎたりすると、比誘電率の温度変化が大きくなり、発振周波数の温度特性をフラットに近づけることが難しくなる傾向があるので、Ｂａ１００質量部に対して０．１５〜０．９７質量部含まれているのが好ましい。なお、この量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析によって測定することができる。具体的には、例えば支持基板１の誘電体１１を削り出し、アルミナ乳鉢にて粉砕し、分析試料とする。そして、この試料をホウ酸と炭酸ナトリウムにて融解し、さらに塩酸溶液に融解する。この溶液中のＢａと希土類元素とを島津製作所製ＩＣＰ発光分析装置ＩＣＰＳ−８１００にて定量分析することで、測定することができる。また、シェル部１１２にお
ける希土類元素の存在は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）にて確認することができる。

ここで、シェル部１１２にさらにマグネシウムが含まれているのが好ましい。これにより、セラミック粒子１１０の微粒子化による機械的強度の向上に加え、マグネシウムの量を適宜調整することで、比誘電率の温度変化を小さくすることができる。このように、比誘電率の温度変化を調整することで、圧電素子２の共振周波数の温度変化とマッチングさせることができる。レゾネータとしての圧電部品の発振周波数は、圧電素子２の共振特性と支持基板１の静電容量とにより決まるので、圧電素子２の共振特性の温度挙動と支持基板１の静電容量の温度挙動をマッチングさせることで、発振周波数の温度依存性（温度変化）を小さくすることができる。

なお、マグネシウムは、希土類元素と同様に、焼結助剤として使用されるＭｇ化合物に由来するものであり、原料粒子の焼結性を高め、粒成長を抑制することができる。そして、用いたＭｇのほとんどがチタン酸バリウムを主成分とする結晶粒子に固溶し、一部は粒界に存在する場合がある。

例えば、Ｂａ１００質量部に対して、マグネシウムは０．５〜２．７質量部含まれていて、その多くはシェル部１１２に含まれ、一部は粒界に存在する場合がある。ただし、マグネシウムが少なすぎたり多くなりすぎたりすると、比誘電率の温度変化が大きくなり、発振周波数の温度特性をフラットに近づけることが難しくなる傾向があるので、Ｂａ１００質量部に対して０．６〜２．４質量部含まれているのが好ましい。なお、この量は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析によって測定することができる。また、シェル部１１２におけるＭｇの存在は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）にて確認することができる。

総合的には、誘電体１１は、チタン酸バリウム１００質量部に対して、鉛が０．７〜４．７質量部、銀が０〜０．８質量部、イッテルビウムが０．１５〜０．９７質量部、マグネシウムが０．６〜２．４質量部含まれて形成されているのが好ましい。このような比率であるのが、機械的強度を向上させ、比誘電率を上昇させ、発振周波数の温度変化率を小さく調整できる点で効果的である。

また、上記のような比率の誘電体１１は、キュリー温度を１３０℃以上とすることができる。これにより、レゾネータの使用温度範囲（−４０℃〜１０５℃程度）に、比誘電率のピーク（凸部）を１つ以下とすることができる。

温度変化に対して結晶が相転移するとき、比誘電率がピーク（極大値）をもつことになる。ここで、チタン酸バリウムの結晶構造は、低温から高温に向かって菱面体晶→斜方晶→正方晶→立方晶と転移するようになっていて、室温では通常正方晶となっている。正方晶から立方晶への相転移温度がキュリー温度であり、その温度が使用温度範囲に対して高いと相転移に伴う比誘電率のピーク（極大値）が使用温度範囲よりも高温部に存在することになり、使用温度範囲において比誘電率のピーク（凸部）を１つ以下とすることができる。

一方、圧電素子２と支持基板１とを組合せた発振回路で、支持基板１の容量値を固定とした場合、圧電素子２にチタン酸ジルコン酸鉛を用いると、発振周波数の温度特性がフラットに近いものはピーク（凸部）が１つ以下である。

したがって、圧電素子２との組合せにより発現する発振周波数の温度変化をフラットに調整しやすくなる。

次に、本実施の形態の圧電部品の製造方法について説明する。

まず、支持基板１を作製するための多数個取り基板を作製する。例えば、原料粉末として、水熱合成法にて作製されたＢａＴｉＯ_３と共に、誘電体の組成としてＢａＴｉＯ_３に含まれるＢａ１００質量部に対して、Ｐｂ、Ａｇ、希土類元素（Ｙｂ）、Ｍｇが上述した所望の割合となるように調合されたＰｂ_３Ｏ_４、Ａｇ_２Ｏ、Ｙｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等をイオン交換水とＺｒＯ_２メディアを用いてポットにて混合した後に、バインダを添加し乾燥、整粒することでプレス成型用の原料を作製する。このようにして得られた原料をプレス成型後、脱バインダ、焼成することで誘電体磁器（誘電体１１）を作製する。

得られた誘電体１１は、ラップ盤にて加工し、上下面に導電性樹脂にて所定パターンの電極を形成することで支持基板１用の多数個取り基板が得られる。

次に、圧電素子２を作製する。例えば、Ｐｂ_３Ｏ_４、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＭｎＣＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５等の原料粉末を水や分散剤と共にボールミルを用いて混合した後に、イオン交換水とＺｒＯ_２メディアを用いてポット混合した後に、乾燥、整粒することで得られた原料を仮焼する。次いで、仮焼した原料をイオン交換水とＺｒＯ_２メディアを用いてポットにて粉砕した後に、バインダを添加し乾燥、整粒することでプレス成型用の原料を作製する。このようにして得られた原料をプレス成型後、脱バインダ・焼成することで圧電磁器（圧電体２１）を作製する。得られた圧電体２１の端面に電極を形成し、例えば２５℃〜３００℃の温度にて端面方向に例えば０．４ｋＶ／ｍｍ〜６ｋＶ／ｍｍの電圧をかけて分極処理を行う。分極処理を施した圧電体２１に、真空蒸着法，ＰＶＤ法，スパッタリング法等を用いて圧電体２１の上下面に金属膜を被着させ、厚みが１μｍ〜１０μｍ程度のフォトレジスト膜をそれぞれの金属膜上にスクリーン印刷等を用いて形成した後に、フォトエッチングによってパターニングすることによって、形成することができる。パターンニングされた圧電磁器を所定のサイズにダイシング等でカットすることにより、圧電素子２が得られる。

そして、導電性接合材４を用いて、圧電素子２を支持基板１の第１の支持部３１および第２の支持部３２の上に搭載し、固定する。まず、第１容量電極１２１の上に例えば金属粉末を樹脂中に分散させて固化させてなるバンプ状の第１の支持部３１を設けるとともに、第２容量電極１２２の上に例えば金属粉末を樹脂中に分散させて固化させてなるバンプ状の第２の支持部３２を設ける。次に、導電性接合材４が金属粉末を樹脂中に分散させてなる導電性接着剤の場合は、この導電性接着剤をディスペンサ等を用いて第１容量電極１２１、第２容量電極１２２の上に塗布しておいて、圧電素子２を第１の支持部３１および第２の支持部３２の上に載せ、加熱または紫外線照射により導電性接着剤の樹脂を硬化させればよい。

そして、圧電素子２を覆うようにして、蓋体５の開口周縁面を支持基板１の上面の周縁部に接合する。蓋体５としては複数の凹部を有する多数個取りの集合蓋体シートを用いて、凹部が圧電素子２を覆うようにして集合蓋体シートを多数個取り基板の上に乗せ、蓋体５の開口周縁面となる集合蓋体シートの凸部を支持基板１の上面の周縁部に接合する。例えば、準備しておいた蓋体５の開口周縁面となる集合蓋体シートの凸部に熱硬化性の絶縁性接着剤を塗布し、蓋体５を支持基板１の上面に載せる。しかる後に、蓋体５または支持基板１を加熱することにより絶縁性接着剤を１００〜１５０℃に温度上昇させて硬化させ、蓋体５を支持基板１の上面に接合する。

最後に、各圧電部品（個片）の境界にそってダイシング等で切断する。

以上の方法により、本例の圧電部品が作製される。以上のような方法によれば、機械的
強度が高く、高い比誘電率の支持基板を備えた圧電部品を生産性よく製造することができる。

本発明の実施例の圧電部品を以下のようにして作製した。

まず、水熱合成法にて作製されたＢａＴｉＯ_３と共に、誘電体の組成としてＢａＴｉＯ_３に含まれるＢａ１００質量部に対して、Ｐｂ、Ａｇ、希土類元素（Ｙｂ）、Ｍｇが表に示す割合となるように調合されたＰｂ_３Ｏ_４、Ａｇ_２Ｏ、Ｙｂ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等を出発原料として所定の配合比率で調合することにより、支持基板の誘電体となる誘電体磁器を複数種類作製した。このとき、誘電体磁器作製における成形圧力は、１．０ｔ／ｃｍ^２、脱バインダはピーク温度４００℃で３Ｈｒ、また焼成はピーク温度１４５０℃で３Ｈｒとした。

また、この誘電体磁器に加工を加え、所定の電極パターンをエポキシ系導電性樹脂にて形成し、複数の支持基板からなる多数個取り支持基板を作製した。

次に、出発原料として、市販されているＰｂ_３Ｏ_４、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＭｎＣＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５を用い圧電素子を作製した。このとき、出発原料の配合比率は、Ｐｂ_３Ｏ_４の質量を１００質量部としたとき、ＺｒＯ_２を２１．５質量部、ＴｉＯ_２を１７．５質量部、Ｎｂ_２Ｏ_５を３．５質量部、Ｓｂ_２Ｏ_５を０．５質量部、ＭｎＯ_２を１．０質量部加えたものとした。仮焼はピーク温度８５０℃、粉砕されバインダが添加された原料の成形圧力は、１．５ｔ／ｃｍ^２、脱バインダはピーク温度４００℃で３Ｈｒ、また焼成はピーク温度１３００℃で３Ｈｒとして得られた圧電磁器を用いて、加工、電極の形成、分極等を施すことにより圧電素子を作製した。

このとき、分極は１５０℃のシリコーンオイル中にて１ｍｍあたり２ｋＶ相当の電圧を加えることにより行った。更に、分極後に圧電磁器の電気特性を安定化させるために、１８０℃にて１０Ｈｒの熱処理を行った。これにより、長手方向２．４ｍｍ、幅０．４２ｍｍ、厚み１５０μｍの短冊形状の圧電素子を作製した。

次に、上記、複数の支持基板からなる多数個取り支持基板上にシリコーン系導電性樹脂を介して上記の圧電素子を搭載し、その上に、複数の蓋体が連結されたエポキシ系樹脂からなるシートをエポキシ系接着剤にて接着し、各圧電部品の境界にそってスライサーでカットすることにより、本発明実施例の圧電部品を作製した。

また、比較例として、支持基板の作製において、出発原料に水熱合成にて作製されたＢａＴｉＯ_３の代わりに、予め、ＢａＣＯ_３粉末とＴｉＯ_２粉末から固相法にて合成したＢａＴｉＯ_３を用い、上記製法にて圧電部品を作製した。

なお、出発原料に用いたチタン酸バリウムについて、水熱合成で作製されたサンプルは表では水熱合成ＢＴと表記し、固相法で作製されたサンプルは表では固相法ＢＴと表記した。

この圧電部品に用いた支持基板について、表に示すような組成分析、誘電体の微構造観察および静電容量の測定を行った。また、作製した圧電部品について、衝撃試験、発振周波数の温度変化率評価および耐電圧試験を行なった。

なお、結果に示した容量基板の厚みは最大３００μｍとし、静電容量が１５ｐＦ未満の場合は、厚みを薄くして１５ｐＦが確保できる最大の厚みのもので評価を行った。

また、支持基板の組成分析は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）にて行なった。ＩＣＰにて支持基板に用いられている誘電体中のＢａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｙｂ、Ｍｇそれぞれの含有量を調べ、各支持基板について、Ｂａの含有質量を１００質量部としてＰｂ、Ａｇ、Ｙｂ、Ｍｇの含有質量をＢａ含有質量に対する質量比で算出した。

また、支持基板の誘電体の微構造観察は、支持基板に用いられている誘電体磁器を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察することで行った。このとき、コアシェル型構造を有しているものは、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）にてシェル部でのＰｂ、Ａｇ、Ｙｂ、Ｍｇの存在の有無を確認した。

また、衝撃試験は、３０００Ｇの衝撃を３方向から圧電部品に各３回加え、支持基板に発生するクラックの有無を確認した。

また、発振周波数の温度変化率は、圧電部品を槽内にセットした恒温槽の温度を−８０℃から１２５℃まで変化させ、２５℃を基準に発振周波数の変化率が±０．２％以下のものを小、０．２％よりも大きいものを大として評価した。

その結果を表１に示す。

表１によれば、比較例の試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．２において、落下試験により支持基板にクラックが発生（破損）していることがわかる。これに対し、本発明実施例の試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．２１では、試料Ｎｏ．１と同じ厚みの支持基板にあってはクラックが発生せず、試料Ｎｏ．２よりも厚みを薄くした支持基板（試料Ｎｏ．１６、Ｎｏ．２０）にあってはクラックが発生しているものの、クラック発生数（破損サンプル数）が少なくなっていることがわかる。すなわち、Ｐｂをシェル部に含むコアシェル型構造のセラミック粒子を有するチタン酸バリウムを主成分とする誘電体を支持基板材料に用いることで、機械的強度が向上していることがわかる。

また、シェル部にＡｇが含まれている本発明実施例の試料Ｎｏ．４、Ｎｏ．１１およびＮｏ．１２は、静電容量が高くなっている。したがって、所望の静電容量を得るために支持基板の厚みを厚くでき、耐電圧を向上させることが期待できる。

また、Ｙｂ、Ｍｇが含まれている支持基板を微構造観察したところ、セラミック粒子の径が微細化していることが確認され、機械的強度の向上に寄与していることが確認できた。

なお、Ｐｂ、ＹｂおよびＭｇが含まれていない試料Ｎｏ．２、ＹｂおよびＭｇが含まれていない試料Ｎｏ．３、試料Ｎｏ．４、Ｍｇが含まれていない試料Ｎｏ．５、Ｐｂが５．１質量部含まれる試料Ｎｏ．１０、Ａｇが０．９質量部含まれる試料Ｎｏ．１２、Ｙｂが０．１４質量部含まれる試料Ｎｏ．１３、Ｙｂが１．０４質量部含まれる試料Ｎｏ．１６、Ｍｇが０．５質量部含まれる試料Ｎｏ．１７、Ｍｇが２．７質量部含まれる試料Ｎｏ．２０においては、発振周波数の温度変化率が大となっている。

ここで、試料Ｎｏ．２０について、支持基板となる誘電体にＡｇガラスペーストを焼付け、容量の温度依存を評価することでキュリー温度を求めたところ、誘電体のキュリー温度が１２０℃にあることがわかった。したがって、圧電素子２との組合せにより発現する発振周波数の温度変化をフラットに調整しにくくなっていたことが、発振周波数の温度変化率が大との結果に表れたものであり、それぞれの比率を調整するのが好ましいことがこの結果からわかる。

１：支持基板
１１：誘電体
１１０：セラミック粒子
１１１：コア部
１１２：シェル部
１２１：第１容量電極
１２２：第２容量電極
１２３：グランド電極
１２４：入出力電極
１２５：側面電極
２：圧電素子
２１：圧電体
２２：振動電極
３１：第１の支持部
３２：第２の支持部
４：導電性接合材
５：蓋体

Claims

支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを備えた圧電部品であって、
前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛および銀が含まれていることを特徴とする圧電部品。
前記シェル部にさらに希土類元素のうちの少なくとも一種が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品。
支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを備えた圧電部品であって、
前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛および希土類元素のうちの少なくとも一種が含まれていることを特徴とする圧電部品。
前記シェル部にさらにマグネシウムが含まれていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の圧電部品。
支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを備えた圧電部品であって、
前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛が含まれており、
前記誘電体は、バリウム１００質量部に対して、鉛の含有量が０．７〜４．７質量部、銀の含有量が０〜０．８質量部、イッテルビウムの含有量が０．１５〜０．９７質量部、マグネシウムの含有量が０．６〜２．４質量部であることを特徴とする圧電部品。
前記誘電体のキュリー温度が１３０℃以上であることを特徴とする請求項５に記載の圧電部品。
支持基板と、該支持基板上に両端部が固定されかつ振動可能に搭載された圧電素子とを
備えた圧電部品であって、
前記支持基板は、チタン酸バリウムを主成分とし、コア部と、該コア部を取り囲むシェル部とからなるコアシェル型構造のセラミック粒子を有する誘電体を含み、前記シェル部に鉛が含まれており、
前記誘電体のキュリー温度が１３０℃以上であることを特徴とする圧電部品。