JPH0622306B2 - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 各種電子機器やマイコン等に使用される圧電振動子にお
ける寄生振動の発振を抑制する手法に関し、 所定周波数で安定して発振させることを目的とし、 薄板状の圧電結晶体の両面に対向して電極が設けられ、
該圧電結晶体の長手方向両端に形成された端子電極から
前記電極間に交流電界を印加して所要の振動波を発振せ
しめる圧電振動子の製造方法であって、前記電極の表面
全面に、有機溶剤を含む粘液状の樹脂を上記所要振動波
の波長の10％近傍でそれを越えない長さに相当する厚さ
で被着して樹脂層を形成した後、該樹脂層形成域を加熱
して上記溶剤を蒸発させることで硬化する該樹脂層表面
に凹凸を形成せしめて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、各種電子機器やマイコン等に使用される高周
波発振用振動子に係り、特に寄生振動の発振を抑制した
圧電振動子の製造方法に関する。

リチウムナイオベート（LiNbO₃）、リチウムタンタレー
ト（LiTaO₃）等の圧電結晶体薄板を利用した圧電振動子
は、圧電結晶体と圧電結晶体表裏両面に被着形成された
電極、および該電極に外部から交流電界を印加するため
の圧電結晶体長手方向の両端に設けられた端子電極によ
って構成される。ここで該端子電極に交流電界を印加す
ると、圧電結晶体は印加電界と等しい周波数の応力を生
じ、且つ印加電界の周波数が圧電結晶体の固有振動数に
合致すると共振して強勢な振動が得られる。

このときに得られる振動は、振動エネルギーこそ小さい
が必然的に高次の共振振動（以下寄生振動と云う）を伴
っており、特に圧電結晶体表面が平滑な研磨面状にある
場合には、所要周波数の発振と共に寄生振動波が発振し
やすくなるので装置として好ましくない。

従ってこの寄生振動波の発振を抑制するため、圧電結晶
体の平滑な研磨面に更に加工を加えて予め設定した表面
荒さに相当する凹凸を付与し、しかる後に薄膜の電極を
その表面に形成させる方法をとっているが、この方法が
電極の電気的特性を不安定にすると共に価格底廉化を阻
害する要因となっている。

そこで寄生振動を容易に且つ安価に抑制すると共に、特
性向上と低廉化を実現する新しい圧電振動子の開発が望
まれている。

〔従来の技術〕

一般に振動子の圧電結晶体での振動には、前述の如く寄
生振動を伴なっており、圧電結晶体表面が平滑な研磨面
の場合にはこの寄生振動が所要周波数の振動波と共に発
振されるが、表面に凹凸があると凹凸面で振動波に位相
のズレ及び乱れが生じて振動が減衰しやすく、また同一
の表面凹凸に対しては周波数が高いほど減衰が大きくな
る。

従って、圧電結晶体の表面に所定の凹凸を形成させるこ
とによって所要振動より高周波側にある寄生振動波の発
振を効果的に抑圧することが可能である。

実験結果によれば、効果的な凹凸の大きさはすなわち山
谷間高低差は所要の主振動に対する波長λのほぼ数％程
度が有効である。

例えば、10％以上の大きい凹凸があると、所要振動波の
発振に影響を与えることとなり、また１％以下の小さい
凹凸では寄生振動波の抑制が充分でなくなることが確認
されている。

この場合波長はλは、 ｆを所要振動周波数とし、ｖを圧電結晶体中の伝播速度
としたとき、 λ＝ｖ／ｆ なる関係式で算出されるもので、ｖは圧電結晶体中での
振動波伝播速度を表わし、圧伝結晶体の種類や結晶に対
するカット方位によって変わるが、本件関係値としては
400m/s で代入し得るものである。

ここで添付図によって説明する。

第４図は、従来の圧伝振動子素子の一例を示す斜視図で
あり、第５図は従来の圧電振動子の電極部分断面を示し
円内は部分拡大図である。

第４図及び第５図で、圧電結晶体１は、所要厚さにスラ
イスされたLiNbO₃，LiTaO₃等からなる薄板を選択された
大きさの粒状砥粒を用いてラッピングし、寄生振動波の
発振を抑制するための前述の条件に合う凹凸を付与して
ある。

次いでこの圧電結晶体１の表裏対向面（即ち凹凸付与
面）に、約2000Åの厚さでNiCr-Au 等の金属よりなる電
極２及び３を形成し、圧電結晶体１の長手方向一端には
電極２と電気的に接続する如く端子電極４を、更に他端
には電極３と接続する如く端子電極５をそれぞれ装着し
て圧電振動子素子を完成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の圧電振動子では所要周波数を安定して発振させる
ために、圧電結晶体を所要の圧さに平滑に研磨した後そ
の研磨面に加工を加えて予め設定された大きさの凹凸を
付与し、更に全面に薄膜の金属電極を生成しているが、
特に大きな凹凸が必要な場合は電極の厚さにムラが生じ
易く従って電気抵抗が高く且つ断線状態になり易いと云
う問題があった。

また圧電結晶体表裏両面に凹凸を付与するための工数増
が、圧電振動子の低廉化を阻害すると云う問題があっ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、薄板状の圧電結晶体の両面に対向して電
極が設けられ、該圧電結晶体の長手方向両端に形成され
た端子電極から前記電極間に交流電界を印加して所要の
振動波を発振せしめる圧電振動子の製造方法であって、
前記電極の表面全面に、有機溶剤を含む粘液状の樹脂を
上記所要振動波の波長の10％近傍でそれを越えない長さ
に相当する厚さで被着して樹脂層を形成した後、該樹脂
層形成域を加熱して上記溶剤を蒸発させることで硬化す
る該樹脂層表面に凹凸を形成せしめる圧電振動子の製造
方法を提供することにより解決される。

〔作 用〕

本発明は寄生振動を抑制するには、必ずしも電極自体に
凹凸をつける必要はなく電極面の上に凹凸をつけても良
いことを見出した結果によるもので、本発明になる圧電
振動子の製造方法では、表面に所要の凹凸を備え且つ所
要周波数の発振を妨げない厚さの樹脂層で電極面全面を
被覆するものであって、この構造によって寄生振動波の
み発振が抑制できる。

この表面の凹凸については、従来例示と同様に発生波長
λの数％程度が最も効果的であるが、例えば塗布溶剤が
蒸発して形成されるシルクスクリーン印刷方法による絶
縁性エポキシ樹脂層表面の状態が、上記の効果的な凹凸
を満足していることが実験的に確認できている。

また、被覆する絶縁性エポキシ樹脂層の厚さは、前述の
所要周波数から算出される発生波長λの１〜10％の範囲
が最も望ましいことを実験的に確認している。

具体的には、絶縁性エポキシ樹脂層の厚さが上記範囲よ
り厚すぎた場合は絶縁性エポキシ樹脂層での吸収や散乱
によって基本波の発振が弱められる。また薄すぎた場合
には寄生振動に対する位相不整合度が不完全となって寄
生振動波が発振し易くなる。然し上記範囲内の厚さで被
覆した圧電振動子では、基本波は殆ど影響なく寄生振動
波のみが抑制されている。

従って研磨された平滑な圧電結晶体表面及びその上に形
成された電極を通過した圧電結晶体からの発生振動波
は、樹脂層表面で位相のズレ及び乱れを生じて、特に振
動エネルギーが大きく影響の少ない基本波を除いて寄生
振動のみの発振が抑制できる。

唯、上記の絶縁性エポキシ樹脂層の厚さは表面の凹凸と
独立した項目であるため、樹脂層を形成するときには、
凹凸を考慮して最低でも最大の所要発振周波数20MHz と
したときの最低被覆厚さ２μｍ以上、最高でも最小の所
要発振周波数3MHzとしたときの最高被覆厚さ133 μｍ以
下を確保するように厚さを設定することが必要である。

〔実施例〕

以下添付図により本発明の実施例に付いて説明する。

第１図は本発明になる圧電振動子の電極部分断面図を示
し円内は部分拡大図である。また第２図は本発明になる
樹脂層の表面荒さ測定例を示したものであり、第３図は
寄生振動応答特性例を示したものである。

第１図で１は圧電結晶体、２と３は電極、４と５は端子
電極であり、６は本発明になる絶縁性エポキシ樹脂層を
示している。

図で、第５図と同等の厚さを有するLiNbO₃，LiTaO₃等か
らなる圧電結晶体１の表面は、所要厚さに精密に且つ平
滑に研磨されたままの状態にある。ここで第５図の同様
に、約2000Åの厚さでNiCr-Au の電極２と３を上記圧電
結晶体１の研磨された表裏対向面上に形成する。

更に圧電結晶体１の長手方向一端には上記電極２と導通
を持たせた端子電極４を、また長手方向他端には上記電
極３と導通を持たせた端子電極６をそれぞれ装着する。

次に、樹脂被着後に加熱工程を伴うシルクスクリーン印
刷技術等で有機溶剤を含む粘液状の絶縁性エポキシ樹脂
を上記所要振動波の波長の10％近傍でそれを越えない長
さと相当する厚さで上記電極２と３を覆うように被覆
し、更に 150〜200 ℃・10分間程度で加熱して該絶縁性
エポキシ樹脂を硬化させると、該樹脂に含まれる有機溶
剤の蒸発によって形成される凹凸を持つ表面が前述の所
要周波数から算出される波長λの１〜10％の範囲内に位
置する本発明の圧電振動子を構成することができる。

従って本発明になる絶縁性エポキシ樹脂層の被覆方向と
しては特に高度の作業及び装置を必要とせず、ウェハの
段階で通常のシルクスクリーン印刷方法によって容易に
実施できる。

第２図は、シルクスクリーン印刷方法による絶縁性エポ
キシ樹脂層表面の表面荒そ即ち凹凸の実測例であって、
寄生振動波の発振を抑制する効果的な凹凸を実現してい
る。即ち測定部分全面にわたって微小な凹凸が形成され
平滑な研磨面を示す部分がなく、且つうねりとなる凹凸
の大きさも図示のＡ寸法とＢ寸法の比較でＢ寸法が２μ
ｍなるために約20μｍ程度である。従って平均的な所要
発振周波数を10MHz としたときに算出される効果的な凹
凸である約20μｍと合致している。

第３図は寄生振動応答特性を例示したものであって、横
軸に発振周波数をMHz 単位でまた縦軸には振幅を dB 単
位で表している。

図で(A) は寄生振動波に対しては何等の対策も講じない
で基本波3MHzを発振させたときの寄生振動波の発振状況
を示したものである。

また(B) は(A) と同じ状態の圧電振動子に本発明になる
エポキシ樹脂を被覆した場合の寄生振動波の発振状況を
示したものである。

これより、寄生振動波の抑制効果が、基本波に比べて波
長が小さく位相の乱れを受けやすい寄生振動波に大きく
現れていることを示している。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明になる圧電振動子により、特別な装置
を必要とせずに容易にまた安価に、所要周波数の発振を
抑制することなく寄生振動波の発振のみを抑制すること
ができる。

尚、エポキシ樹脂層で電極表面を被覆するための表面の
安定性については、その表面硬度が使用雰囲気温度120
℃でショア硬度値で40D 以上あり、長期の使用に際して
も充分安定性あることを実験的に確認している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる圧電振動子の電極部分断面図、 第２図は本発明になるエポキシ樹脂層の表面荒さ測定
例、 第３図は寄生振動応答特性例を示す図、 第４図は従来の圧電振動子素子の一例を示す斜視図、 第５図は従来の圧電振動子の電極部分断面図、 である。 図において、 １は圧電結晶体、 ２は電極、 ３は電極、 ４は端子電極、 ５は端子電極、 ６は絶縁性エポキシ樹脂層、 をそれぞれ表す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−154813（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−150394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−205811（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄板状の圧電結晶体(1) の両面に対向して
   電極(2),(3) が設けられ、該圧電結晶体(1) の長手方向
   両端に形成された端子電極(4),(5) から前記電極(2),
   (3) 間に交流電界を印加して所要の振動波を発振せしめ
   る圧電振動子の製造方法であって、 前記電極(2),(3) の表面全面に、有機溶剤を含む粘液状
   の樹脂を上記所要振動波の波長の10％近傍でそれを越え
   ない長さに相当する厚さで被着して樹脂層(6) を形成し
   た後、該樹脂層形成域を加熱して上記溶剤を蒸発させる
   ことで硬化する該樹脂層(6) 表面に凹凸を形成せしめる
   ことを特徴とした圧電振動子の製造方法。