JPH08237068A - 圧電フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不要スプリアスモードの影響を受け難く良好
な帯域特性を有する１〜２０ＭＨｚ帯の小型の厚み縦振
動モードを利用した圧電フィルタを得る。 【構成】 幅Ｗが２．２〜３．８ｍｍの範囲にある矩形
板状の圧電基板２４の上面に第１の共振電極２５，２７
と、第２の共振電極２６，２８とを形成し、圧電基板２
４の下面に第１，第２の共振電極２５，２６と対向する
ように共通共振電極を、第１，第２の共振電極２７，２
８と対向するように共通共振電極を形成してなる厚み縦
振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型の二重モー
ド圧電フィルタ２１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚み縦振動モードを利
用した二重モード圧電フィルタに関し、特に、圧電基板
の形状を工夫することにより特性を低下させることなく
小型化を果たし得る圧電フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、８〜１２ＭＨｚ帯の圧電フィルタ
として、図６（ａ）及び（ｂ）に示す圧電フィルタが知
られている。圧電フィルタ１は、矩形の圧電基板２を用
いて構成されている。圧電基板２は、例えばチタン酸ジ
ルコン酸鉛系圧電セラミックスのような圧電セラミック
ス、あるいは水晶などの圧電単結晶により構成されてい
る。圧電基板２の上面には、所定距離を隔てて第１，第
２の共振電極３，４と、第１，第２の共振電極３，４と
は別の領域に形成された第１，第２の共振電極５，６と
が形成されている。第１，第２の共振電極３，４は矩形
の形状を有し互いの一方端縁が所定距離を隔てて配置さ
れている。第１，第２の共振電極５，６も、第１，第２
の共振電極３，４と同様に構成されている。

【０００３】第１の共振電極３，５は、中央に設けられ
た容量取り出し電極７に電気的に接続されている。ま
た、第２の共振電極４，６は、それぞれ、圧電基板２の
短辺側の端縁に沿うように形成された引き出し電極８，
９に電気的に接続されている。

【０００４】他方、図６（ｂ）に示すように、圧電基板
２の下面には、容量取り出し電極７と表裏対向するよう
に容量取り出し電極１０が形成されている。容量取り出
し電極７と、容量取り出し電極１０とによりコンデンサ
が構成されている。

【０００５】また、第１，第２の共振電極３，４と圧電
基板２を介して表裏対向するように共通共振電極１１
が、第１，第２の共振電極５，６と圧電基板２を介して
表裏対向するように共通共振電極１２が形成されてい
る。

【０００６】圧電フィルタ１では、引き出し電極８，９
の一方を入力電極、他方を出力電極とし、容量取り出し
電極１０をアース電位に接続することにより、３端子型
の二重モード圧電フィルタとして動作させることができ
る。このような圧電フィルタ１としては、例えば中心周
波数が１０．７ＭＨｚのフィルタを構成した場合、圧電
基板２としては、３ｍｍ×７ｍｍ×厚み２０５μｍ程度
のものが用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】圧電フィルタにおいて
も、他の電子部品と同様により一層の小型化が求められ
ている。ところが、８〜１３ＭＨｚ帯で用いる圧電フィ
ルタ１において、小型化を促進した場合、すなわち圧電
基板２の寸法を小さくした場合には、長さモードなどの
他のモードによる振動が励振され、圧電フィルタ部での
エネルギー閉じ込め効率が低下し、他のモードの振動に
よる所望でないスプリアス振動が発生しがちとなる。従
って、フィルタを構成する場合、所望の通過帯域に、上
記のようなスプリアス振動が重なり、十分な濾波特性を
有するフィルタを得ることが困難であるという問題があ
った。

【０００８】本発明の目的は、１〜２０ＭＨｚ程度の周
波数帯域において用いられる厚み縦振動モードを利用し
た二重モード圧電フィルタであって、所望でないスプリ
アス振動を発生させることなく小型化を促進し得る圧電
フィルタを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、厚み縦振動モ
ードを利用した二重モード圧電フィルタであって、長辺
と短辺とを有する矩形板状の形状を有し、前記短辺の長
さが２．２〜３．８ｍｍであり、厚み方向に分極処理さ
れた圧電基板と、前記圧電基板の一方主面において所定
距離を隔てて形成された第１，第２の共振電極と、前記
第１，第２の共振電極と表裏対向するように圧電基板の
他方主面に形成された共通共振電極とを備え、前記第
１，第２の共振電極と共通共振電極とが形成されている
部分において二重モード圧電フィルタ部が構成されてい
る、圧電フィルタである。

【００１０】また、本発明においては、上記圧電フィル
タ部は、圧電基板に複数組形成されていてもよい。さら
に、本発明では、上記圧電基板の両主面から該圧電基板
を挟持するように第１，第２のケース基板を圧電基板に
貼り合わせてもよく、その場合には、ケース基板の外表
面に第１〜第３の外部電極を形成し、それによってチッ
プ型の圧電フィルタを構成することができる。この場
合、圧電基板の圧電フィルタ部の振動を妨げないため
に、圧電フィルタ部に臨む空間が内部に空間形成手段に
より形成される。

【００１１】上記空間形成手段としては、例えば、ケー
ス基板の圧電基板側の面に凹部を形成することにより構
成することができる。あるいは、圧電基板に第１，第２
のケース基板を貼り合わせるに際し、接着剤を圧電フィ
ルタ部を除く領域に塗布し、圧電基板と第１，第２のケ
ース基板を貼り合わせることにより、該接着剤層の厚み
により上記空間を形成してもよい。

【００１２】

【作用】本願発明者は、上述した８〜１３ＭＨｚ帯の圧
電フィルタの小型化を促進するために、圧電基板の材
料、形状等について種々検討した結果、矩形の圧電基板
の短辺方向の長さを特定の範囲とすれば、上述したスプ
リアスモードを励振させることなく、小型化の圧電フィ
ルタを構成し得ることを見いだした。すなわち、本発明
は、上記のような本願発明者の着想及び実験に基づき成
されたものであり、本発明では、短辺の長さが２．２〜
３．８ｍｍの圧電基板が用いられる。

【００１３】本発明では、短辺の長さが２．２〜３．８
ｍｍの範囲の圧電基板を用いて上記圧電フィルタが構成
されているため、後述の実験例から明らかなように、ス
プリアスモードの影響をほとんど受けない、良好なフィ
ルタ特性を有する圧電フィルタを構成することができ
る。

【００１４】なお、上記短辺方向の長さが２．２ｍｍ未
満の場合には、不要スプリアスモードの影響により、所
望のフィルタ特性を得ることができず、また３．８ｍｍ
を超えた場合には、例えば外装材によるダンピング効果
を大きく受けることになり、圧電基板の寸法による影響
が生じなくなる。また、短辺方向の長さを３．８ｍｍ以
上とした場合には、当然のことながら圧電基板が大型化
し、圧電フィルタの小型化に逆行することになる。

【００１５】

【実施例の説明】以下、具体的な実験例に基づき本発明
を説明する。図１は、本発明の一実施例に係るチップ型
圧電部品として構成された圧電フィルタを示す分解斜視
図である。チップ型圧電フィルタ装置２０は、圧電フィ
ルタ２１と、第１，第２のケース基板２２，２３とを積
層した構造を有する。

【００１６】圧電フィルタ２１は、矩形板状の圧電基板
２４を有する。圧電基板２４は、例えばチタン酸ジルコ
ン酸鉛系圧電セラミックスなどのような圧電セラミック
ス、あるいは水晶などの圧電単結晶により構成されてい
る。

【００１７】圧電基板２４は、厚み方向に分極軸が揃う
ように分極処理されており、かつその主面が、長さＬの
長辺と、長さＷの短辺とを有する。圧電基板２４の上面
には、所定距離を隔てて第１，第２の共振電極２５，２
６が形成されている。また、第１，第２の共振電極２
５，２６が形成されている領域とは別の領域に第１，第
２の共振電極２７，２８が同様に形成されている。第
１，第２の共振電極２５，２６は矩形の形状を有し、互
いの一方端縁が所定距離を隔てて配置されている。第
１，第２の共振電極２７，２８も、第１，第２の共振電
極２５，２６と同様に構成されている。

【００１８】第１の共振電極２５，２７は、圧電基板２
４の上面の中央に設けられた容量取り出し電極２９に電
気的に接続されている。容量取り出し電極２９は矩形の
形状を有し、圧電基板２４の長辺側の両端縁間に至るよ
うに形成されている。

【００１９】他方、圧電基板２４の下面には、図２に略
図的に下面の電極形状を示すように、容量取り出し電極
３０が形成されている。容量取り出し電極３０は、上面
に容量取り出し電極２９と圧電基板２４を介して重なり
合うように形成されており、容量取り出し電極２９と容
量取り出し電極３０とによりコンデンサが構成されてい
る。

【００２０】第１，第２の共振電極２５，２６と表裏対
向するように、圧電基板２４の下面には、共通共振電極
３１が形成されている。同様に第１，第２の共振電極２
７，２８と圧電基板２４を介して表裏対向するように共
通共振電極３２が圧電基板２４の下面に形成されてい
る。

【００２１】圧電フィルタ２１では、第１，第２の共振
電極２５，２６と共通共振電極３１により第１の圧電フ
ィルタ部が、第１，第２の共振電極２７，２８と共通共
振電極３２とにより第２の圧電フィルタ部が構成されて
いる。もっとも、本発明では、圧電フィルタ部は１組の
み設けられていてもよく、あるいは３組以上設けられて
いてもよい。

【００２２】第１の共振電極２５，２７は、容量取り出
し電極２９に電気的に接続されている。また、第２の共
振電極２６，２８は、それぞれ、圧電基板２４の上面に
おいて短辺側の端縁に沿うように形成された引き出し電
極３３，３４に電気的に接続されている。

【００２３】また、図２から明らかなように、共通共振
電極３１，３２は、容量取り出し電極３０に電気的に接
続されている。本実施例の圧電フィルタ２１では、引き
出し電極３３，３４の一方を入力電極、他方を出力電極
とすることにより、図３に等価回路で示す３端子型の容
量内蔵型の圧電フィルタが構成される。

【００２４】また、本実施例の特徴は、この圧電フィル
タ２１の圧電基板２４の幅、すなわち短辺の長さＷが、
２．２〜３．８ｍｍの範囲になり、それによって不要な
スプリアスモードを発生させることなく所望のフィルタ
特性を得ることができる。この点については、後述の実
験例により、詳細に説明する。

【００２５】また、本実施例の圧電フィルタ２１は、上
述した第１，第２のケース基板２２，２３と貼り合わせ
ることにより、チップ型圧電部品として構成される。す
なわち、第１のケース基板２２は、アルミナなどの絶縁
性セラミックスまたは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料
により構成されている。同様に第２のケース基板２３
も、上記絶縁性材料で構成されている。図１から明らか
なように、第２のケース基板２３の上面には、凹部２３
ａ，２３ｂが形成されている。図１では図示されていな
いが、ケース基板２２の下面にも同様の凹部が形成され
ている。

【００２６】凹部２３ａ，２３ｂは、第１，第２の圧電
フィルタ部の振動を妨げないための空間を、圧電フィル
タ部の下方に形成するために設けられている。同様に、
ケース基板２２の下面に形成されている凹部も、圧電フ
ィルタ部の振動を妨げないための空間を圧電フィルタ部
の上方に形成するために設けられている。

【００２７】第１，第２のケース基板２２，２３には、
それぞれ、電極３５ａ〜３５ｃ、３６ａ〜３６ｃが外表
面に形成されている。電極３５ａ，３５ｃは、第１のケ
ース基板２２の両端面近傍に形成されており、電極３５
ｂは、ケース基板２２の長さ方向中央部においてケース
基板２２の下面を除いて両側面及び上面に形成されてい
る。同様に、電極３６ａ，３６ｃは、ケース基板２３の
長さ方向両端面近傍において上面を除いて形成されてい
る。また、電極３６ｂは、ケース基板２３の長さ方向中
央部において、両側面及び下面に至るように形成されて
いる。

【００２８】第１，第２のケース基板２２，２３は、絶
縁性接着剤を用いて、圧電フィルタ２１に貼り合わされ
る。この場合、接着剤は、凹部２３ａ，２３ｂが形成さ
れている領域を除いて塗布される。

【００２９】さらに、上記のようにして貼り合わされた
積層体の外表面に導電ペーストを塗布・硬化させたり、
メッキもしくはスパッタリング等により、外部電極を形
成する。このようにして、図４に示すチップ型圧電フィ
ルタ装置２０が得られる。図４において、上記のように
して圧電フィルタ２１の上下に第１，第２のケース基板
２２，２３を積層してなる積層体４０では、第１〜第３
の外部電極３７〜３９が形成されている。第１の外部電
極３７は、電極３５ａ，３６ａを接続するように上記導
電材を付与することにより形成されている。同様に、第
２の外部電極３８は、電極３５ｂ，３６ｂを電気的に接
続するように導電材を付与することにより形成されてお
り、外部電極３９は、電極３５ｃ，３６ｃを電気的に接
続するように導電材を付与することにより構成されてい
る。

【００３０】もっとも、第１，第２のケース基板２２，
２３に、予め電極３５ａ〜３５ｃ，３６ａ〜３６ｃを形
成しないでおき、積層体４０を得た後に、外部電極３７
〜３９を形成してもよい。

【００３１】第１の外部電極３７は、引き出し電極３３
に電気的に接続され、従って第２の共振電極２６に電気
的に接続されている。また、第２の外部電極３８は、圧
電基板２４の下面に形成された容量取り出し電極３０に
電気的に接続されている。第３の外部電極３９は、引き
出し電極３４に電気的に接続されており、従って第２の
共振電極２８に電気的に接続されている。

【００３２】従って、第１，第３の外部電極の一方を入
力電極、他方を出力電極、第２の外部電極３８をアース
電位に接続することにより、図３に示す圧電フィルタと
して動作させることができ、厚み縦振動モードを利用し
た８〜１３ＭＨｚ帯で用いるのに適した圧電フィルタを
得ることができる。

【００３３】しかも、本発明では、上記圧電フィルタ２
１の幅Ｗが、上記特定の範囲とされているため、所望で
ないスプリアス振動を発生させることなく小型化を促進
し得る。これを実験例に基づき説明する。

【００３４】複数種の圧電基板２４を用意し、上記方法
に従って圧電フィルタ２１を形成した。使用した圧電基
板２４としては、長さＬ＝７ｍｍ、厚み＝２０５ｍｍで
あり、幅Ｗが、２．１ｍｍ、２．２ｍｍ及び２．８ｍｍ
の寸法を有するＰＺＴからなる３種類の圧電基板を用意
し、中心周波数１０．７ＭＨｚの圧電フィルタ２１を製
作した。

【００３５】上記３種類の圧電フィルタにつき、減衰量
−周波数特性を測定したところ、図５に示す結果が得ら
れた。図５において、一点鎖線Ａは、幅Ｗ＝２．８ｍｍ
の圧電基板を用いた場合、破線Ｂは幅Ｗ＝２．２ｍｍの
圧電基板を用いた場合、実線Ｃは幅Ｗ＝２．１ｍｍの圧
電基板を用いた場合の結果を示す。

【００３６】図５から明らかなように、Ｗ＝２．１ｍｍ
の場合（実線Ｃの特性）では、不要スプリアスの影響に
より、通過帯域の一部において矢印Ｘで示すように減衰
量が大きくなっている。これに対して、幅Ｗ＝２．２ｍ
ｍ及び２．８ｍｍの圧電基板を用いた場合には、一点鎖
線Ａ及び破線Ｂで示すように、スプリアス振動がより低
周波数領域側に移動し、十分な通過帯域特性の得られる
ことがわかる。従って、図５の結果から明らかなよう
に、圧電基板２４の幅Ｗは２．２ｍｍ以上とすべきこと
がわかる。

【００３７】また、上記幅Ｗが３．８ｍｍを超えた場合
には、上記スプリアスの影響は殆どないが、フィルタ２
１が大型化する。従って、特に幅Ｗの上限についてはス
プリアス振動を抑制するという観点からは制限されるも
のではないが、圧電フィルタの小型化の観点から３．８
ｍｍ以下と定められる。なお、３．８ｍｍより大きい場
合には、第１，第２のケース基板２２，２３などのよう
な外装材によるダンピング効果により、圧電基板２４の
寸法による影響は受け難くなるものと考えられる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の圧電フィルタで
は、厚み縦振動モードを利用した矩形板状の圧電基板を
用いた１〜２０ＭＨｚ帯の二重モード圧電フィルタであ
って、圧電基板の幅が上記特定の範囲とされているた
め、不要スプリアス振動による特性の劣化を生じさせる
ことなく、圧電フィルタの寸法を小さくすることができ
る。よって、上記周波数帯で用いるのに適しており、安
定な帯域特性を有し、かつ小型の圧電フィルタを提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のチップ型圧電フィルタ装置
を説明するための分解斜視図。

【図２】図１の圧電フィルタの下面の電極形状を示す略
図的斜視図。

【図３】図１の圧電フィルタの等価回路を示す図。

【図４】実施例のチップ型圧電フィルタ装置を示す斜視
図。

【図５】圧電基板の寸法を変化させた場合の圧電フィル
タの減衰量−周波数特性を示す図。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は、従来の圧電フィルタを説
明するための各斜視図。

【符号の説明】

２０…チップ型圧電フィルタ装置 ２１…圧電フィルタ ２２，２３…第１，第２のケース基板 ２４…圧電基板 ２５，２７…第１の共振電極 ２６，２８…第２の共振電極 ２９，３０…容量取り出し電極 ３１，３２…共通共振電極 ２３ａ，２３ｂ…凹部 ３７〜３９…外部電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚み縦振動モードを利用した二重モード
   圧電フィルタであって、 長辺と短辺とを有する矩形板状の形状を有し、前記短辺
   の長さが２．２〜３．８ｍｍであり、厚み方向に分極処
   理された圧電基板と、 前記圧電基板の一方主面において所定距離を隔てて形成
   された第１，第２の共振電極と、 前記第１，第２の共振電極と表裏対向するように圧電基
   板の他方主面に形成された共通共振電極とを備え、 前記第１，第２の共振電極と共通共振電極とが形成され
   ている部分において二重モード圧電フィルタ部が構成さ
   れている、圧電フィルタ。
2. 【請求項２】 前記圧電フィルタ部が、前記圧電基板に
   複数組形成されている、請求項１に記載の圧電フィル
   タ。
3. 【請求項３】 前記圧電基板の両主面から該圧電基板を
   挟持するように圧電基板に貼り合わされた第１，第２の
   ケース基板と、 前記ケース基板の外表面に形成された第１〜第３の外部
   電極と、 前記圧電基板の圧電フィルタ部が構成されている部分の
   振動を妨げないための空間を圧電フィルタ部の上方もし
   くは下方に形成するための空間形成手段とをさらに備え
   る、請求項１または２に記載の圧電フィルタ。
4. 【請求項４】 前記空間形成手段が、前記第１，第２の
   ケース基板の圧電基板側の面に形成された凹部である、
   請求項３に記載の圧電フィルタ。