JPH07170147A

JPH07170147A - 圧電振動子の電極構造

Info

Publication number: JPH07170147A
Application number: JP34341293A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Nakamura; 勝幸中村
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、等価定数に対する並列容量
のばらつきがなく、スプリアス特性の良好なより安定し
た主振動発振が行える信頼性の高い圧電振動子を提供す
る。【構成】圧電基板１１の表裏面に対向した励振電極２
１ａ，３１ａを設け、前記各々の励振電極には引出電極
２１ｂ，３１ｂを設けるとともに少なくとも前記表裏片
面に周波数調整電極４１を形成した圧電振動子の電極構
造において、前記各々の引出電極が形成された圧電基板
の対向面にも、少なくとも短絡しない長さでかつ前記引
出電極と同幅の補助電極２１ｃ，３１ｃを設けた。ま
た、前記電極構成の圧電振動子において、励振電極の寸
法に対して、周波数調整電極の寸法割合を７０％以上と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚みすべり振動を行う
水晶等の圧電振動子の電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の高周波化にともない、圧電振動子
においてもオーバートーン振動子が多く利用されるよう
になってきたのが現状である。周知のように、従来の一
般的な厚みすべり圧電振動子は、図６，図７に示すよう
に例えば、ＡＴカットの水晶板からなる圧電基板１の表
裏面中央部に金属蒸着等の手段を用いて、励振電極であ
る表面電極２及び裏面電極３を設けており、表面電極２
から圧電基板１の一端部まで引出電極２ｂが形成され、
裏面電極３からは圧電基板１の反対側の端部まで引出電
極３ｂが形成されている。そして、発振周波数を微調整
するために前記励振電極のうち一方の電極２上にパーシ
ャル蒸着等により周波数調整電極４を設けていた。この
周波数調整電極は円形状でかつ前記励振電極より小さく
形成されるのが一般的である。以上のように構成された
圧電基板は図示しない支持構体により電気的機械的な固
着がなされ、図示しない外装構体により気密封止し最終
的な圧電振動子として機能を持たせている。そして、こ
の圧電振動子を例えば三次オーバートーン振動子として
用いる場合、あらかじめ発振回路側で、圧電振動子の三
次オーバートーンモードを選択的に取り出すようにする
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記周波数調
整電極を形成する際の機械精度上から、図６，図７に示
すように、ずれてしまうことがあった。この場合、励振
電極以外にも周波数調整電極のずれた箇所の一部と対向
する圧電基板裏面の引出電極の一部とが加わり、相対す
る電極の面積が増加して、並列容量（Ｃ0）が大きくな
り、結果的に等価定数をばらつかせる原因となってい
た。一方、励振電極径に対する周波数調整電極径の大小
は、基本波用振動子として用いても実用的に問題となら
ないが、オーバートーン振動を用いた場合に周波数調整
電極径が小さいと主振動近傍のスプリアスを成長させる
原因となっていた。

【０００４】本発明の目的は、等価定数に対する並列容
量のばらつきがなく、スプリアス特性の良好なより安定
した主振動発振が行える信頼性の高い圧電振動子を提供
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、圧電
基板の表裏面に対向した励振電極を設け、前記各々の励
振電極には引出電極を設けるとともに少なくとも前記表
裏片面に周波数調整電極を形成した圧電振動子の電極構
造において、前記各々の引出電極が形成された圧電基板
の対向面にも、少なくとも短絡しない長さでかつ前記引
出電極と同幅の補助電極を設けた。

【０００６】また、前記電極構成の圧電振動子におい
て、励振電極の寸法に対して、発振周波数を微調整する
ための周波数調整電極の寸法割合を７０％以上とした。

【０００７】

【作用】圧電振動子の並列容量（Ｃ0）は次式、Ｃ0＝４．５（水晶の誘電率）＊対向電極部分の面積／
圧電基板の厚み（対向電極間の距離）で表すことができる。つまり、周知のように厚みすべり
圧電振動子の周波数は圧電基板の厚みで決まる事から、
圧電振動子の並列容量は周波数が一定であると対向電極
部分の面積により決定される。したがって、周波数微調
整の前段階ではこの対向する部分の電極面積（対向する
励振電極部分の面積）は一定であるが、周波数微調整用
の蒸着装置の機械精度上のずれ、あるいは、スプリアス
特性を良くするために励振電極径以上の大きさで周波数
調整電極を形成したこと等による、対向する電極部分の
実質的な面積増加（周波数調整電極とその反対面の引出
電極との対向部分増加）により、並列容量が大きくばら
つく結果となっていた。しかし、あらかじめ各々の引出
電極が形成された圧電基板の対向面にも、少なくとも短
絡しない長さでかつ前記引出電極と同幅の補助電極を設
けたことにより、対向する電極部分の実質的な面積増加
がなく、並列容量は変化しない。そのため、周波数微調
整用の蒸着装置の機械精度上のずれの影響を受けず、ス
プリアス特性を良くするために励振電極径以上の大きさ
で周波数調整電極を形成する手法が行える。

【０００８】また、オーバートーン発振として用いた場
合に励振電極の寸法に対して、発振周波数を微調整する
ための周波数調整電極の寸法割合（円形電極の場合は直
径寸法による割合であり、その他の多角形状の電極につ
いては長手方向の寸法の割合のことである）を７０％以
上とすると、周波数調整電極を形成する事によるスプリ
アスの成長を抑制する。以下図３に示すように、励振電
極の寸法に対する周波数調整電極の寸法の割合において
スプリアス成長との関係を示した。尚、図３のグラフの
作成条件として、直径８．０ｍｍφの圧電基板に直径
３．５ｍｍφの表裏の励振電極を形成し、３次オーバー
トンで４９ＭＨｚのものを、１．５ｍｍφ（４３％）、
２．０ｍｍφ（５７％）、２．５ｍｍφ（７１％）、
３．０ｍｍφ（８６％）、３．５ｍｍφ（１００％）、
４．０ｍｍφ（１１４％）、４．５ｍｍφ（１２９％）
とそれぞれの大きさの周波数調整電極を形成した。この
グラフからもわかるように、励振電極径に対して周波数
調整電極径の大きさが７０％のあたりから大きくなるに
したがってスプリアス成長が鈍化しており、周波数調整
電極を大きく形成して短絡させない事を考慮すると実施
例としては、７０％〜１２０％の範囲で形成する事が望
ましい。尚、いずれの場合も周波数調整電極量として３
０ＫＨｚとした。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例について、図１、図２
を参照にして説明する。図１は本発明の実施例を示す圧
電基板と支持構体の平面図であり、図２は図１のＹ−Ｙ
線に沿う断面図である。圧電基板１１は、円盤形状の厚
みすべり振動を行うＡＴカット水晶板からなり、その直
径は８．０ｍｍφからなる。その圧電基板１１の表面に
は、直径３．５ｍｍφの表面励振電極２１ａが設けら
れ、圧電基板の一方の保持方向Ａに向かって前記電極２
１ａから圧電基板の一端部まで引出電極２１ｂが形成さ
れている。そして、後述する引出電極３１ｂの対向面に
前記引出電極３１ｂと同幅で、かつ、長さ寸法Ｌ（長さ
寸法Ｌは対向面の引出電極あるいは支持構体に短絡しな
い程度の長さ）の補助電極２１ｃが形成されている。ま
た、その対向面には、直径３．５ｍｍφ裏面励振電極３
１ａが設けられ、圧電基板の他方の保持方向Ｂに向かっ
て前記電極３１ａから圧電基板の一端部まで引出電極３
１ｂが形成されている。そして、前記引出電極２１ｂの
対向面に前記引出電極２１ｂと同幅で、かつ、長さ寸法
Ｌ（長さ寸法Ｌは対向面の引出電極あるいは支持構体に
短絡しない程度の長さ）の補助電極３１ｃが形成されて
いる。これらの電極はスパッタリング法、あるいは真空
蒸着法等により形成される。尚、本発明の実施例ではＬ
寸法を表裏の励振電極直径の２０％程度の０．７ｍｍと
した。以上のように形成された圧電基板１１の発振周波
数を微調整するために前記励振電極のうち一方の電極２
１ａ上にパーシャル蒸着等により周波数調整電極４１を
設けていた。この周波数調整電極は前記励振電極２１ａ
の形状に対応させるため、円形状でかつ前記励振電極２
１ａの０．７倍程度の大きさ（２．５ｍｍφ）とした。
そして、圧電基板１１は支持構体５，６と機械的な固着
がなされ、引出電極２１ｂ，３１ｂは支持構体５，６と
電気的な固着がなされる。そして、図示しない外装構体
により気密封止し最終的な圧電振動子として機能を持た
せている。この圧電振動子を例えば三次オーバートーン
振動子として用いる場合、あらかじめ発振回路側で、圧
電振動子の三次オーバートーンモードを選択的に取り出
すようにするものである。尚、本実施例では、周波数調
整電極を表面電極２１ａの直径の０．７倍程度の大きさ
としたが、表面電極２１ａの直径の０．７倍〜１．２倍
の範囲の大きさであれば同様のスプリアス抑制効果があ
る。また、前記補助電極の幅寸法Ｔを０．７ｍｍとした
が、短絡しない程度の長さであれば特に問題はない。ま
た、周波数調整電極４１は励振電極２１ａ上にのみ設け
たが、他方の励振電極のみ、あるいは両方の励振電極に
設けてもよい。また、本発明の実施例では、三次オーバ
ートーン振動子について説明したが、基本波振動子、及
びより高調波モードの振動子についても実施することは
可能である。

【００１０】また、第１の実施例では、円盤形状の水晶
板について説明したが、図４、図５に示すように矩形状
の水晶板についても実施できる。圧電基板１２は、矩形
状の厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板からなり、
その圧電基板１２の表面には、表面励振電極２２ａが設
けられ、圧電基板の保持方向に向かって前記電極２２ａ
から圧電基板の一端部まで引出電極２２ｂが形成されて
いる。そして、後述する引出電極３２ｂの対向面に前記
引出電極３２ｂと同幅で、かつ、長さ寸法Ｌ（長さ寸法
Ｌは対向面の引出電極あるいは支持構体に短絡しない程
度の長さ）の補助電極２２ｃが形成されている。また、
その対向面には、裏面励振電極３２ａが設けられ、圧電
基板の保持方向に向かって前記裏面励振電極から圧電基
板の一端部まで引出電極３２ｂが形成されている。そし
て、前記引出電極２２ｂの対向面に前記引出電極２２ｂ
と同幅で、かつ、長さ寸法Ｌ（長さ寸法Ｌは対向面の引
出電極あるいは支持構体に短絡しない程度の長さ）の補
助電極３２ｃが形成されている。これらの電極はスパッ
タリング法、あるいは真空蒸着法等により形成される。
以上のように形成された圧電基板１２の発振周波数を微
調整するために前記励振電極のうち一方の電極２２ａ上
にパーシャル蒸着等により方形状の周波数調整電極４２
を設けていた。そして、圧電基板１２は図示しない支持
構体により電気的機械的な固着がなされ、図示しない外
装構体により気密封止し最終的な圧電振動子として機能
を持たせている。そして、この圧電振動子を例えば三次
オーバートーン振動子として用いる場合、あらかじめ発
振回路側で、圧電振動子の三次オーバートーンモードを
選択的に取り出すようにするものである。

【００１１】

【発明の効果】特許請求項１により、対向する電極部分
の実質的な面積増加がなく、したがって等価定数に対す
る並列容量がばらつくことがないより信頼性の高い圧電
振動子を提供できる。そして、周波数微調整用の蒸着装
置の機械精度上のずれ等影響を受けないため製造時の信
頼性が向上し、また、スプリアス特性を良好にするため
の励振電極径以上の大きさで周波数調整電極を形成する
手法が行える。

【００１２】特許請求項２により、周波数調整電極を形
成する事によるスプリアスの成長を抑制する。そのた
め、よりスプリアス特性の良好な圧電振動子を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す圧電基板の平面図
である。

【図２】図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

【図３】励振電極径と周波数調整電極径との比率におけ
るスプリアス成長との関係を示したグラフである。

【図４】本発明の第２の実施例を示す圧電基板の平面図
である。

【図５】図４の底面図である。

【図６】従来の実施例を示す圧電基板の平面図である。

【図７】図６のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１，１１，１２・・・圧電基板２，２１ａ，２２ａ・・・表面電極３，３１ａ，３２ａ・・・裏面電極４，４１ａ，４２ａ・・・周波数調整電極５，６・・・支持構体２ｂ，２１ｂ，２２ｂ，３ｂ，３１ｂ，３２ｂ・・・引
出電極２１ｃ，２２ｃ，３１ｃ，３２ｃ・・・補助電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板の表裏面に対向した励振電極を
設け、前記各々の励振電極には引出電極を設けるととも
に少なくとも前記表裏片面に周波数調整電極を形成した
圧電振動子の電極構造において、前記各々の引出電極が
形成された圧電基板の対向面にも、少なくとも短絡しな
い長さでかつ前記引出電極と同幅の補助電極を設けたこ
とを特徴とする圧電振動子の電極構造。
【請求項２】励振電極の寸法に対して、発振周波数を
微調整するための周波数調整電極の寸法割合を７０％以
上としたことを特徴とする特許請求項１記載の圧電振動
子の電極構造。