JPH04115707A - 超薄板圧電共振子の電極リード構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は基本波振動によって数１ｏ乃至数１００ＭＨｚ
に及ぶ高い共振周波数を得ることのできる超薄板圧電共
振子の電極リード構造に関する。

（従来の技術） 近年、各種電子機器、通信機器においては、高周波化と
高い周波数安定度の要求が厳しくなっているが、従来よ
り圧電デバイス（振動子、フィルタ）として多用されて
きた一般のＡＴカット水晶振動子は温度−周波数特性は
極めて優れているもののその共振周波数は板厚に反比例
するため、製造技術及び機械的強度の観点より４０ＭＨ
ｚ程度が限界であった。

又、ＡＴカット水晶振動子の高調波成分を抽出して基本
波共振周波数の奇数倍の周波数を得る所謂オーバートー
ン発振手段も広く用いられているが、発振回路にコイル
を含むＬＣ同調回路を必要とするため発振回路を半導体
集積回路化する上で不都合がある上、容量比が大きく、
且つインピーダンスレベルが高い為発振が困難になる場
合があるという欠陥があった。

一方、インタディジタル・トランスジューサ電極の電極
指ピッチによって共振周波数が決定される弾性表面波共
振子は、フォトリングラフィ技術の進歩によってＩＧＨ
ｚ程度の共振まで可能となってはきたが、これに使用し
得る圧電基板の温度−周波数特性がＡＴカット水晶に比
して著しく劣るという問題があった。

上述の如き問題を解決するため、従来より第５図ｆａｌ
　　ｔｂｌ　に示すごとき圧電共振子が研究されている
。

即ち、この圧電共振子はＡＴカット水晶ブロック１の片
面の中央部に機械加工又はエツチングによって凹陥部２
を形成するとともに、凹陥部２の底面に位置する振動部
３の厚さを、例えば１００ＭＨｚの基本波共振周波数を
得んとするならば約１７μｍとする。

凹陥部２を形成した結果、凹陥部２側のブロック周縁に
は厚肉の環状囲繞部４が前記振動部３と一体的に形成さ
れ超薄板状の振動部３を機械的に支持する。上述した如
き構造を有する圧電素板の凹陥側表面に於いてその内側
壁を含む全面に導体膜５を付着すると共に、その対向面
側の振動部３の表面に部分電極６及びこれから延びる電
極り一ド７を真空蒸着等の手法を用いて付着すれば、共
振周波数の極めて高い圧電共振子を得ることができる。

圧電素板の凹陥側表面に於いてその内側壁を含む全面に
導体膜５を付着する理由は、蒸着マスクを用いることな
く導体付着が可能であるから生産性が高いこと及び凹陥
段差部に於いて部分的な導体の不着不良が発生しても電
極としての機能を失う確率が極めて小さいことであるが
、その反面斯る全面電極と前記部分電極６から延びる電
極り−ド７との間にコンデンサが形成されて圧電共振子
全体の容量比が増大するという問題を生ずる。

即ち、部分電極６から延びる電極リード７に充分な導電
性を与えるために電極リード部幅員を大きくすると、振
動部板圧が超薄であることに起因して大容量を構成する
。大容量が形成されると、第６図に示す圧電共振子の等
価回路における並列容量Ｃ０が増大して、圧電共振子の
容量比γ＝ＣＯ／ＣＩが増大するために、斯かるタイプ
の共振子は電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の如（所定
の範囲内で発振周波数を変動せしめる必要のある発振回
路への適用が制限を受けるであろうし、又多重モードフ
ィルタ素子に適用せんとしても比較的広いパスバンドを
要求された場合には対応が困難であるという欠陥がある
のみならず腋部の共振に基づくスプリアスが発生すると
云う欠陥があった・ 斯かる不具合を解決する為、全面電極のリードに対応す
る部分に導体膜を付着しないようにする手法も考えられ
るが、そのためにはマスクを使用した蒸着が必要となり
、蒸着にマスクを要しないという全面電極構成のメリッ
トを完全に損なう結果を招来する。

そこで、上記容量比γ及びスプリアスを低減せしめるた
めには電極リード７の幅員をできる限り小さく設定する
ことが好ましいが、電極リードの幅を小さくすると腋部
のオーミック・ロスは増大しくこれは電極抵抗の増大と
共振子のＱの低下を招＜）、このロスは電極リードの長
さに比例する為、上述した如き圧電素板の片面に全面電
極を設けた共振子に於いては電極リードのオーミック・
ロスと容量比γとを共に低減すること或は前記オーミッ
ク・ロスとスプリアスとを共に抑圧することはいずれも
極めて困難であった。

（発明の目的） 本発明は圧電素板片面を全面電極とした超薄板圧電共振
子が有する上述した如き互いに相反する要求を満足すべ
くなされたものであって、電極リードのオーミック・ロ
ス低減（共振子Ｑの低下阻止）とスプリアスの抑制或は
前記オーミック・ロスと容量比γとの同時低減を可能と
する電極構造を有する超薄板圧電共振子を提供せんとす
るものである。

（発明の概要） 上記の目的を達成するため本発明に係る共振子は、超薄
肉の振動部の一面に形成する部分電極から伸びる電極リ
ードパターンを環状囲繞部及びこれと振動部との間に延
在する厚肉のエツチング残の存在する部分については幅
の広いパッド状とすると共に鎖部と部分電極との間を幅
の狭いリード・パターンにて接続するか或は更に一層細
い複数のリード・パターンにて接続する電極リード構造
としたものである。

（発明の実施例） 以下、添付図面に示した好適な実施例に基づいて本発明
の詳細な説明する。

実施例の説明に先立って、本発明の理解を助ける為本発
明の基礎となる超薄板圧電共振子が何故にその凹陥部に
全面電極を、その対向面側に部分電極を設ける如き電極
構成を採用するかについて更に詳細に解説する。

第１に真空蒸着技術の観点から前述した如き圧電基板凹
陥側振動部に部分電極を、又該電極から前記凹陥の内側
壁及び段差を越えて幅の狭い電極リードを延長すること
は、圧電基板を水平面に対し傾けて蒸着を行なう等の面
倒な手法を用いればとも角、極めて困難であって電極リ
ードの導通確保に不安がある為、該部を全面電極としい
ずれかの部分で必ず導通を確保し得るようにしたもので
ある。

第２に斯かるタイプの共振子は元来デバイスの超小型化
を目的とし、圧電基板のサイズは例えば３ｍｍＸ３ｍｍ
以下としたい。然りとすれば、枚の圧電ウェハー上にパ
ッチ処理で一挙に多数のチップを形成し、最後にこれを
個々のチップに切断する製法を採用する。この場合、上
述したタイプの電極構成を採用すれば、ウェハーの一面
には単に導体膜の全面蒸着を行なえば足り、フォトマス
ク或はフォトリソグラフ用マスクの微妙な位置合わせを
要しないので、生産効率、歩留りを向上し、コストを低
減することができる。

以上の如き理由により、本願発明者によって従来から研
究されていた超薄板圧電共振子は凹陥側表面に全面電極
を付着し、その対向面には部分電極及びこれから延びる
電極リードを設けることを基本とするものであることに
留意されたい。

しかしながら、上述した如き構成をとる共振子に於いて
オーミック・ロスを減少する為幅広の電極リードを用い
れば、前記振動部の板厚が極めて小さいこともあって該
部表裏の全面電極と、電極リード部との間に大容量のキ
ャパシタが構成され、その結果共振子の容量比が大きく
なり、周波数可変範囲の減少、スプリアスの増大を招く
こと前述の通りである。

また、上述した如き欠陥を除去するために電極リードの
幅を狭くすれば、オーミック・ロスが増大し、これは電
極リードの長さに比例することも前述の通りである。

この問題を解決するため、本発明に係る超薄板圧電共振
子は以下の如き電極リード構造をとる。

第１図（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明の基本的構成を示
す断面図及び平面図であって、超薄板圧電ブロック１の
凹陥２側に形成した全面電極と対向する面上に設けた対
向部分電極６より延びる幅の狭い電極リード７を、凹陥
部２の内側壁に形成される傾斜したエツチング残２０と
振動部３との境界部２１と対応する位置まで延長し、鎖
部と圧電ブロック１端縁との間には幅の広い導体パッド
７ａを設けるようにしたものである。

本発明が斯る電極構成を採用する理由は以下の通りであ
る。

即ち、エツチングによって圧電ブロック１に凹陥２を形
成する際、図示の如きエツチング残２０．２２が凹陥部
２内壁の＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に夫々はぼ一定の傾斜角
度を以って形成される。従ってエツチングによって得ら
れた凹陥部２の内壁は、環状囲繞部４から振動部３に向
けて垂直壁となることはなく、振動部３から環状囲繞部
４への境界には夫々幅２３．及び１２ｚの肉厚の漸増す
る領域が存在する。

尚、＋Ｘ方向のエツチング残２０は、−Ｘ方向のエツチ
ング残２２よりも傾斜が緩＜、　Ｉｌ＋　＞Ａ２である
。

従って部分電極６付着面に於ける前記氾、の圧電体肉厚
漸増部から環状囲繞部４の端縁に及ぶ領域に幅の広い導
体パッド７ａを付着すれば該導体パッド７ａと部分電極
６との間のリード・パターン７は幅の狭いものであって
もその長さは少なくともで、たけ短縮するので電極リー
ドのオーミック・ロスは許容し得る範囲まで低減するこ
とが可能となると共に当該リード部と前記全面電極との
間に構成される容量も小さな値に押えることができる。

又、前記℃、の部分の圧電体の肉厚は部分電極６を付着
した振動部３に比して充分厚いので、該部表面に付着し
た幅の広い導体パターンによる共振周波数は振動部３の
振動の共振周波数に比してはるかに低いものであるから
、この共振子の共振周波数の近傍にスプリアスが生ずる
こともな（、鎖部の大面積導体パターンと凹陥側全面電
極との間に構成される容量も小さな値に抑えられるので
共振子の容量比γが大きな値となることはない。

尚、更に一層のスプリアス抑圧を要求される場合には第
２図に示す如く、振動部３表面に位置する電極リード部
分７を細幅の複数の電極リードパターン７ｂにて構成す
る。斯くすれば電極リード７を一体のパターンとした場
合に比してより小面積のリード・パターン夫々による共
振に起因するスプリアスのレベルが大幅に減少するので
全体的なスプリアスを一層抑圧することが可能となる。

以上、本発明を圧電振動子に適用した場合について説明
したが、本発明は超薄板多重モードフィルタにも同様に
適用可能である。多重モードフィルタのうち最も多用さ
れている２重モード圧電フィルタは周知の如く圧電基板
の一生面（この場合は凹陥２側）の全面電極をアース電
極とし、その対向面に分割近接電極を設け、これら画電
極に交番電界を印加して、両電極間に音響結合を生ぜし
め、その結果励起する共振周波数の相異なる２つの振動
モードを利用してバンドパスフィルタを構成するもので
ある。

即ち、第３図は本発明の電極リードを備えた超薄板圧電
共振子を２重モードフィルタに適用する場合の構成説明
図であり、各分割電極２６．２６から夫々延びる幅の狭
い電極リード２７．２８は夫々各エツチング残２０．２
２と振動部３との境界まで延長し、該境界、Ｊ２１．２
３から圧電ブロック１の端縁までの間は幅の広いパッド
２７ａ。

２８ａを延在せしめたものである。

なお、ボンディングワイヤ３０の接続位置の自由度を増
すためにパッドを図示のように広面積としてもよいし、
第１図ｆｂ）のパッドの如く狭い面積としてもよい。

ところで、上述した如き圧電共振子は第４図に示す如く
その凹陥２側を例えばセラミクスを焼結した皿型パッケ
ージ８の内底面に設けて導体膜１０に対面する如く収納
し、前記凹陥２側全面電極５を環状囲繞部４−縁表面に
おいて前記導体膜１０と導電性接着剤１１で接着固定す
ると共に前記導体膜１０を介してパッケージの外部リー
ド端子１２と接続する。一方、部分電極６から延びる電
極リード７の幅広部７ａについてはこれをパッケージ外
壁のリード端子１３と接続しているパッケージ８内壁段
差部に設けた導体パッド１４とボンディングワイヤ１５
にて接続するのに利用するに好都合である。

（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成するものであるから、Ｓ
薄板圧電共振子に於いて、振動部表面に形成する幅の狭
い電極リード・パターンの長さを短縮し得るので鎖部の
オーミック・ロス（電極抵抗）とスプリアスとを減少し
得るのみならず共振子の容量比γの低下にも少なからぬ
効果を有する。

又、必要に応じて振動部表面に形成する電極リード・パ
ターン複数の細線に分割すればオーミンク・ロスの減少
とスプリアスの抑圧に極めて効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａｌ及び（ｂｌ　は本発明に係る超薄板圧電共
振子の電極リード構造の一例を示す断面図及び平面図、
第２図は第１図の実施例の変形例の構成を示す平面図、
第３図は本発明を適用した超薄板多重モードフィルタ素
子の実施例を示す平面図、第４図は本発明に係る圧電共
振子のパッケージ手法の一例を示す断面図、第５図ｆａ
）及びｔｂ＋は夫々従来から研究されていた超薄板圧電
共振子の構造を示す斜視図及びそのＸ−ｘ断面図、第６
図は共振子の等価回路図である。 １・・・超薄板圧電ブロック　２・・・凹陥３・・・振
動部　４・・・環状囲繞部　５・・・全面電極　６・・
・部分電極　７・・・電極リード　７ａ・・・導体パッ
ド　２０．２２・・・圧電体肉厚漸減部（エツチング残
） 特許出願人　東洋通信機株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超薄肉の振動部と、該振動部周縁を支持する厚肉
   の環状囲繞部とを一体成形した圧電共振子素板であって
   、該環状囲繞部内側の凹陥部内側壁が該振動部に向かっ
   て傾斜し、該部の圧電体肉厚が漸減するものにおいて、 前記圧電共振子素板の凹陥側表面に全面電極を設けると
   共にこれに対向する素板表面に於いては前記振動部表面
   に部分電極を、素板端部から前記傾斜した凹陥内壁と振
   動部との境界までの間に幅広の導体パッドを設け、該パ
   ッドと前記部分電極との間を幅の狭い電極リード・パタ
   ーンにて結合したことを特徴とする超薄板圧電共振子の
   電極構造。
2. （２）前記幅広の導体パッドと前記部分電極との間を幅
   の極めて狭い複数体の電極リード・パターンにて結合し
   たことを特徴とする請求項（１）記載の超薄板圧電共振
   子の電極構造。