JPH01158811A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents
圧電振動子の製造方法Info
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- JPH01158811A JPH01158811A JP31800187A JP31800187A JPH01158811A JP H01158811 A JPH01158811 A JP H01158811A JP 31800187 A JP31800187 A JP 31800187A JP 31800187 A JP31800187 A JP 31800187A JP H01158811 A JPH01158811 A JP H01158811A
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Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
タンタル酸リチウム単結晶の０±１０度回転Ｘ板からな
る圧電体を使用した圧電振動子に関し、共振周波数の高
い圧電体を高歩留まりに製造するとを目的とし、 タンタル酸リチウム単結晶の０±１０度回転Ｘ板から切
り出した圧電体が、＋Ｘ“面にポリイミド層を被着して
一Ｘ゛面にプロトン交換処理を施したのち、該−Ｘ゜面
から分極反転層を形成させる方法にて構成する。
る圧電体を使用した圧電振動子に関し、共振周波数の高
い圧電体を高歩留まりに製造するとを目的とし、 タンタル酸リチウム単結晶の０±１０度回転Ｘ板から切
り出した圧電体が、＋Ｘ“面にポリイミド層を被着して
一Ｘ゛面にプロトン交換処理を施したのち、該−Ｘ゜面
から分極反転層を形成させる方法にて構成する。
本発明はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）単結晶の
０±１０度回転Ｘ板から切り出した圧電体を使用した圧
電振動子の製造方法、特に共振周波数の高い圧電体を高
い歩留まりで製造する新規方法に関する。
０±１０度回転Ｘ板から切り出した圧電体を使用した圧
電振動子の製造方法、特に共振周波数の高い圧電体を高
い歩留まりで製造する新規方法に関する。
水晶やＬｉＴａＯ３およびＬｉＮｂＯ３等の圧電体に適
当な駆動電極を形成し、この電極に交流電界を印加する
と圧電体は印加電界と等しい周波数の応力を生じ、かつ
、印加電界の周波数が圧電体の固有周波数に一致すると
共振し強勢な振動が得られる。
当な駆動電極を形成し、この電極に交流電界を印加する
と圧電体は印加電界と等しい周波数の応力を生じ、かつ
、印加電界の周波数が圧電体の固有周波数に一致すると
共振し強勢な振動が得られる。
かかる現象を利用した振動子は、高性能であるため通信
装置の発振回路、フィルタ、遅延線等として広く利用さ
れている。
装置の発振回路、フィルタ、遅延線等として広く利用さ
れている。
電子機器の高性能化、小形化および軽量化が進む中で、
チップ化の要求が強まっている部品の一つに数Ｍ Ｈｚ
〜数十Ｍ Ｈｚの振動子があり、電気−機械結合係数の
大きいＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂ０＋の単結晶を用いるこ
とにより、水晶を用いたものでは不可能とされていた領
域の振動子が実現される。
チップ化の要求が強まっている部品の一つに数Ｍ Ｈｚ
〜数十Ｍ Ｈｚの振動子があり、電気−機械結合係数の
大きいＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂ０＋の単結晶を用いるこ
とにより、水晶を用いたものでは不可能とされていた領
域の振動子が実現される。
強誘電体結晶であるＬｉＴａＯ３単結晶は、結晶全体が
同一分極軸方向を向く単分域材料であり、特にエネルギ
閉じ込め特性に優れる０±１０度回転Ｘ板から切り出し
た圧電体は電気−機械結合係数におよび機械的品質係数
Ｑが大きく、温度特性の安定性に優れることから厚み振
動子として有用である。
同一分極軸方向を向く単分域材料であり、特にエネルギ
閉じ込め特性に優れる０±１０度回転Ｘ板から切り出し
た圧電体は電気−機械結合係数におよび機械的品質係数
Ｑが大きく、温度特性の安定性に優れることから厚み振
動子として有用である。
このようなＬｉＴａＯ３単結晶を使用した振動子の発振
周波数は、厚み振動を利用する関係上圧電体の厚さに反
比例し、例えば、共振周波数が２０ＭＨｚの圧電体は厚
さが１００μｍであるのに対し、共振周波数が４４ＭＨ
ｚの振動子では圧電体の厚さが４５μｍ程度となり、周
波数が高くなるに従って板厚は薄（なる。そのため、共
振周波数が高くなるに従って厚さが１００μｍ以下にな
る圧電体は、その製造に高精度が要求され製造困難にな
る。
周波数は、厚み振動を利用する関係上圧電体の厚さに反
比例し、例えば、共振周波数が２０ＭＨｚの圧電体は厚
さが１００μｍであるのに対し、共振周波数が４４ＭＨ
ｚの振動子では圧電体の厚さが４５μｍ程度となり、周
波数が高くなるに従って板厚は薄（なる。そのため、共
振周波数が高くなるに従って厚さが１００μｍ以下にな
る圧電体は、その製造に高精度が要求され製造困難にな
る。
第３図は従来の厚み振動子の構成と振動変位を示す側面
図であり、分極Ｐｓの形成された圧電体２の対向主面２
ａと２ｂにそれぞれ電極３，４を形成した振動子１は、
電極２，３に高周波電流を印加すると、図中に破線６で
示すような半波長変位が圧電体２に発生する。
図であり、分極Ｐｓの形成された圧電体２の対向主面２
ａと２ｂにそれぞれ電極３，４を形成した振動子１は、
電極２，３に高周波電流を印加すると、図中に破線６で
示すような半波長変位が圧電体２に発生する。
前述の振動子１において、対向主面２ａ、２ｂの一方よ
り分極反転層を形成し、該反転層の深さが圧電体２の厚
さの２であるとき、振動変位は１波長変位となり、共振
周波数は２倍になることが知られている。
り分極反転層を形成し、該反転層の深さが圧電体２の厚
さの２であるとき、振動変位は１波長変位となり、共振
周波数は２倍になることが知られている。
キューリ温度が１２００℃程度の高温であるＬｉＮｂＯ
３の単結晶にてなる基板は、チタン（Ｔｉ）等を拡散さ
せたのち熱処理するまたは、熱処理のみでも分極反転層
が形成可能であり、分極反転層を圧電体の厚さの約％の
深さに一方の主面より形成させると、圧電体は１波長共
振となり、半波長共振である振動子の約２倍の共振周波
数が得られる。
３の単結晶にてなる基板は、チタン（Ｔｉ）等を拡散さ
せたのち熱処理するまたは、熱処理のみでも分極反転層
が形成可能であり、分極反転層を圧電体の厚さの約％の
深さに一方の主面より形成させると、圧電体は１波長共
振となり、半波長共振である振動子の約２倍の共振周波
数が得られる。
他方、キューり温度が６００℃程度の低温であり、Ｌｉ
ＮｂＯ３の単結晶板と同様な処理によって分極反転層が
形成されないＬｉＴａ０．単結晶の分極反転層は、Ｌｉ
原子をＨ原子に置換させるプロトン交換処理、即ち２３
０〜２５０℃に加熱したりん酸等の処理液を使用するプ
ロトン交換処理を行い、次いでＬｉＴａＯ５のキューリ
温度に近い高温にして形成されることが知られるように
なった。
ＮｂＯ３の単結晶板と同様な処理によって分極反転層が
形成されないＬｉＴａ０．単結晶の分極反転層は、Ｌｉ
原子をＨ原子に置換させるプロトン交換処理、即ち２３
０〜２５０℃に加熱したりん酸等の処理液を使用するプ
ロトン交換処理を行い、次いでＬｉＴａＯ５のキューリ
温度に近い高温にして形成されることが知られるように
なった。
そこで、圧電体を１波長共振にするため一方の主面だけ
から分極反転層を形成させようとすると、他方の主面は
プロトン交換処理液に耐性を有するマスクで被覆する必
要が生じるが、ラッピングしてからエツチング仕上げさ
れる圧電体（ウェーハ）主面には、エツチングピントの
生成されることがあり、プロトン交換処理液用マスクと
して、広く知られるタンタル（Ｔａ）やニクロム（Ｎｉ
Ｃｒ）等の金属マスクを使用すると、厚さ数千人の該マ
スクでは該ピットの完全な被覆が困難であり、マスキン
グ不良による不良品の発生することがあった。
から分極反転層を形成させようとすると、他方の主面は
プロトン交換処理液に耐性を有するマスクで被覆する必
要が生じるが、ラッピングしてからエツチング仕上げさ
れる圧電体（ウェーハ）主面には、エツチングピントの
生成されることがあり、プロトン交換処理液用マスクと
して、広く知られるタンタル（Ｔａ）やニクロム（Ｎｉ
Ｃｒ）等の金属マスクを使用すると、厚さ数千人の該マ
スクでは該ピットの完全な被覆が困難であり、マスキン
グ不良による不良品の発生することがあった。
上記問題点の解決を目的とした本発明は、第１図によれ
ば、タンタル酸リチウム単結晶の０±１０度回転Ｘ板か
ら切り出した圧電体１２が、＋ Ｘ １面１２ａにポリ
イミド層１３を被着して−Ｘ１面１２ｂにプロトン交換
処理を施したのち、−Ｘ“面１２ｂからの分極反転層１
２ｃを形成させることを特徴とする圧電振動素子の製造
方法である。
ば、タンタル酸リチウム単結晶の０±１０度回転Ｘ板か
ら切り出した圧電体１２が、＋ Ｘ １面１２ａにポリ
イミド層１３を被着して−Ｘ１面１２ｂにプロトン交換
処理を施したのち、−Ｘ“面１２ｂからの分極反転層１
２ｃを形成させることを特徴とする圧電振動素子の製造
方法である。
ＬｉＴａＯ３単結晶のＯ±１０度回転Ｘ板を使用した本
発明の圧電振動子の製造方法は、りん酸等の処理液を加
熱して使用するプロトン交換処理に際し、非処理面をポ
リイミド層で遮蔽することによって、エツチングピント
の形成されることのある該非処理面の遮蔽が確実となり
、高周波圧電振動子を高い歩留まりで製造できる。
発明の圧電振動子の製造方法は、りん酸等の処理液を加
熱して使用するプロトン交換処理に際し、非処理面をポ
リイミド層で遮蔽することによって、エツチングピント
の形成されることのある該非処理面の遮蔽が確実となり
、高周波圧電振動子を高い歩留まりで製造できる。
以下に、図面を用いて本発明方法の実施例による圧電振
動素子を説明する。
動素子を説明する。
第１図は本発明方法による圧電振動子の基本工程を説明
するための図、第２図は本発明方法の一実施例による主
要工程を説明するための図である。
するための図、第２図は本発明方法の一実施例による主
要工程を説明するための図である。
第１図（イ）において、ＬｉＴａＯ３単結晶のＯ±１０
度回転Ｘ板より切り出した圧電体１２は、一方の主面（
＋Ｘ′面）１２ａより他方の主面（−Ｘ°面）１２ｂに
向けた分極Ｐｓを有する。
度回転Ｘ板より切り出した圧電体１２は、一方の主面（
＋Ｘ′面）１２ａより他方の主面（−Ｘ°面）１２ｂに
向けた分極Ｐｓを有する。
そこで、第１図（■）に示すように＋Ｘ′面１２ａに、
例えばスピンコードにより厚さ５μｍ程度のポリイミド
層（ポリイミドマスク）１３を形成したのち、第１図（
ハ）に示すように例えば２５０℃に加熱したプロトン交
換処理液１４に１時間程度浸漬すると、−Ｘ“面１２ｔ
＋からプロトン交換層１５が形成される。
例えばスピンコードにより厚さ５μｍ程度のポリイミド
層（ポリイミドマスク）１３を形成したのち、第１図（
ハ）に示すように例えば２５０℃に加熱したプロトン交
換処理液１４に１時間程度浸漬すると、−Ｘ“面１２ｔ
＋からプロトン交換層１５が形成される。
次いで、処理液１４から取り出して洗浄した圧電体１２
を、ＬｉＴａＯ３のキューり点（６２０℃）以下の高温
、例えば５６０〜６１０℃の温度で適宜の時間だけ加熱
すると第１図（ニ）に示すように、−Ｘ１面１２ｂから
圧電体１２の厚さの２の深さに、分極Ｐｓと逆向きの分
極Ｐｓ“が形成された分極反転層１２ｃが形成され、そ
の圧電体１２の対向主面（＋Ｘ°面と−Ｘ′面）１２ａ
、 １２ｂに駆動電極１６．１７を形成し、第１図（＊
）に示す圧電振動子１１が完成する。
を、ＬｉＴａＯ３のキューり点（６２０℃）以下の高温
、例えば５６０〜６１０℃の温度で適宜の時間だけ加熱
すると第１図（ニ）に示すように、−Ｘ１面１２ｂから
圧電体１２の厚さの２の深さに、分極Ｐｓと逆向きの分
極Ｐｓ“が形成された分極反転層１２ｃが形成され、そ
の圧電体１２の対向主面（＋Ｘ°面と−Ｘ′面）１２ａ
、 １２ｂに駆動電極１６．１７を形成し、第１図（＊
）に示す圧電振動子１１が完成する。
このように構成された圧電振動子１１は、電極１６と１
７に高周波電流を印加するとその共振変位は、第１図（
＊）に破線１８で示すように、１波長共振となるためそ
の共振周波数は、分極反転層１３を形成しない従来の振
動子の約２倍の高周波となる。
７に高周波電流を印加するとその共振変位は、第１図（
＊）に破線１８で示すように、１波長共振となるためそ
の共振周波数は、分極反転層１３を形成しない従来の振
動子の約２倍の高周波となる。
第゛２図（イ）において、ＬｉＴａＯ３の単結晶から切
り出したＯ±１０度回転Ｘ板（ウェーハ）２１は、＋Ｘ
１面２１ａにポリイミド層（ポリイミドマスク）２２を
被着したのち、−Ｘ°面２１ｂにプロトン交換層２３を
形成する。
り出したＯ±１０度回転Ｘ板（ウェーハ）２１は、＋Ｘ
１面２１ａにポリイミド層（ポリイミドマスク）２２を
被着したのち、−Ｘ°面２１ｂにプロトン交換層２３を
形成する。
次いで、ＬｉＴａＯ３単結晶のキューり点以下の高温に
てウェーハ２１を適宜時間だけ加熱すると、第２図（ロ
）に示すように、−Ｘ“面２１ｂからウェーハ２１の厚
さの２の深さに分極反転層２１ｃが形成される。
てウェーハ２１を適宜時間だけ加熱すると、第２図（ロ
）に示すように、−Ｘ“面２１ｂからウェーハ２１の厚
さの２の深さに分極反転層２１ｃが形成される。
次いで、第２図（ハ）に示すように、各複数個の駆動対
向電極１６．１７を形成したのち、一対の電極１６、１
７を含むように図中の２点鎖線２４でウェーハ２１を分
割すると、複数個の圧電振動子１１がバッチ処理で製造
されることになる。
向電極１６．１７を形成したのち、一対の電極１６、１
７を含むように図中の２点鎖線２４でウェーハ２１を分
割すると、複数個の圧電振動子１１がバッチ処理で製造
されることになる。
なお前記実施例において、圧電体（ウェーハ）の熱膨張
係数とポリイミド層の熱膨張係数との差が大きいと、分
極反転層形成後の圧電体（ウェーハ）に反りが生じるた
め、マスキング用ポリイミドは、圧電体（ウェーハ）の
熱膨張係数にほぼ等しいものを選択した方が望ましいこ
とを付記する。
係数とポリイミド層の熱膨張係数との差が大きいと、分
極反転層形成後の圧電体（ウェーハ）に反りが生じるた
め、マスキング用ポリイミドは、圧電体（ウェーハ）の
熱膨張係数にほぼ等しいものを選択した方が望ましいこ
とを付記する。
以上説明したように、非プロトン交換処理面にポリイミ
ド層（プロトン交換処理マスク）を被着した本発明によ
れば、ポリイミド層が圧電体のエツチングピットをカバ
ーして被着されるため、マスク不良による不良率が零と
なり、高周波圧電振動子の製造歩留まりを改善した効果
がある。
ド層（プロトン交換処理マスク）を被着した本発明によ
れば、ポリイミド層が圧電体のエツチングピットをカバ
ーして被着されるため、マスク不良による不良率が零と
なり、高周波圧電振動子の製造歩留まりを改善した効果
がある。
第１図は本発明方法による圧電振動子の基本工程を説明
するための図、 第２図は本発明方法の一実施例による主要工程を説明す
るための図、 第３図は従来の厚み振動子の構成と振動変位を示す側面
図、 である。 図中において、 １１は圧電振動子、 １２は圧電体、 １２ａは＋Ｘ１面（主面）、 １２ｂは−Ｘ′面（主面）、 １２ｃは分極反転層、 １３．２２はポリイミド層、 １５．２３はプロトン交換層、 １６、１７は駆動電極、 ２１はＬｉＴａ０．単結晶のｏ＋ｉｏ度回転Ｘ板、２１
ａは＋Ｘ１面（主面）、 ２１ｂは−Ｘ′面（主面）、 ２１ｃは分極反転層、 を示す。 ／２久 第１ｍ
するための図、 第２図は本発明方法の一実施例による主要工程を説明す
るための図、 第３図は従来の厚み振動子の構成と振動変位を示す側面
図、 である。 図中において、 １１は圧電振動子、 １２は圧電体、 １２ａは＋Ｘ１面（主面）、 １２ｂは−Ｘ′面（主面）、 １２ｃは分極反転層、 １３．２２はポリイミド層、 １５．２３はプロトン交換層、 １６、１７は駆動電極、 ２１はＬｉＴａ０．単結晶のｏ＋ｉｏ度回転Ｘ板、２１
ａは＋Ｘ１面（主面）、 ２１ｂは−Ｘ′面（主面）、 ２１ｃは分極反転層、 を示す。 ／２久 第１ｍ
Claims (3)
- （１）タンタル酸リチウム単結晶の０±１０度回転Ｘ板
（２１）から切り出した圧電体（１２）が、＋Ｘ’面（
１２ａ）にポリイミド層（１３）を被着して−Ｘ’面（
１２ｂ）にプロトン交換処理を施したのち、該−Ｘ’面
（１２ｂ）からの分極反転層（１２ｃ）を形成させるこ
とを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - （２）複数個の前記圧電体（１２）に分割可能な前記Ｘ
板（２１）の＋Ｘ’面（２１ａ）にポリイミド層（２２
）を被着してその−Ｘ’面（２１ｂ）に分極反転層（２
１ｃ）を形成したのち、該Ｘ板（２１）を圧電体（１２
）に分割することを特徴とする前記特許請求の範囲第１
項記載の圧電振動子の製造方法。 - （３）前記分極反転層（１２ｃ，２１ｃ）を、前記圧電
体（１２）の厚さの１／２の深さに形成させること特徴
とする前記特許請求の範囲第１項または第２項記載の圧
電振動子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31800187A JPH01158811A (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 圧電振動子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31800187A JPH01158811A (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 圧電振動子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01158811A true JPH01158811A (ja) | 1989-06-21 |
Family
ID=18094377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31800187A Pending JPH01158811A (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 圧電振動子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01158811A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH047909A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-13 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子 |
| US5929555A (en) * | 1996-04-16 | 1999-07-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric resonator and method for fabricating the same |
-
1987
- 1987-12-15 JP JP31800187A patent/JPH01158811A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH047909A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-13 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子 |
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