JPH09312898A - 圧電振動子の保持構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安定に保持でき、圧電振動子の特性の低下を少
なくすることができる圧電振動子の保持構造およびその
製造方法を提供する。 【解決手段】圧電振動子４と、この圧電振動子４の振動
の節近傍に設置された突起体６と、この突起体６を振動
緩衝層９を介して固定する保持具８とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電振動子の保
持構造およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に、圧電セラミック、水晶、リチウ
ム酸ニオブ等の圧電材料を用いた圧電振動子の保持構造
の従来技術について説明を行う。メカニカルフィルタや
発振子等に用いられる圧電振動子は、圧電セラミック、
水晶、リチウム酸ニオブ等の材料で作られ、使用する周
波数領域に応じて適切な振動モードが圧電効果により励
振される。そして、これらの圧電振動子は、振動を抑制
しないように振動振幅が零になる節の近傍で保持して、
フィルタや発振子等として構成される。振動振幅が零に
なる節は面積を持たない点または線であるので、理想的
には圧電振動子を面積零の点または線で保持することが
望ましいが、実際には機械的に安定な圧電振動子の保持
を実現するために、ある有限の面積を持たせて点状また
は線状に保持している。

【０００３】図６は、圧電セラミック等の圧電材料で作
られた従来の角板型圧電振動子１の斜視図であり、対向
する主面に電極２が形成され、この電極２間に交流電界
を印加すれば角板の拡がり振動が励振される。この振動
モードの節は角板の中心部の点であり、同図に示すよう
に圧電振動子の節となる中心部近傍を、先端が円形でか
つ平坦であるばね性を持つ保持具３で圧電振動子の両側
から加圧保持している。

【０００４】図７は、圧電材料で作られたもう１つの従
来例である長方形板型の圧電振動子４の斜視図であり、
長方形板の長さ振動を励振している。長さ振動では振動
の節は長方形の中央部分に線状に存在し、同図では圧電
振動子の節部近傍をある幅で線状にばね性を持つ保持具
５で加圧保持している。これらの従来の圧電振動子の保
持構造では、保持の面積が小さい場合には保持が不安定
となり、逆に保持の面積が大きい場合には振動している
部分を押さえることになるので振動が抑制され圧電振動
子の特性が低下する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の圧電振動子の保
持構造は、圧電振動子をある程度の面積を持たせた点状
または線状の保持具で直接保持していたために、特性を
低下させないように保持部の面積を小さくした場合には
前述のように保持が不安定となり、落下などの衝撃が加
わった場合に圧電振動子の姿勢が変化し、この結果とし
て圧電振動子の特性も変化してしまった。

【０００６】逆に、保持を安定にするために保持部の面
積を大きくした場合には、前述のように振動している部
分を押さえることとなり、圧電振動子の振動が抑制され
るため特性が低下してしまった。以上のように従来技術
では、圧電振動子の特性への影響が少なく、信頼性の高
い、しかも安定な保持を実現することが困難であるいう
課題を有していた。

【０００７】また、圧電振動子を複数組み合わせてフィ
ルタ等を構成した場合に、保持部を介して圧電振動子の
振動エネルギが漏れると、素子が互いに機械的に干渉し
あい、フィルタ特性を劣化させるという課題を有してい
た。また、上記と同様に圧電振動子を複数組み合わせて
フィルタ等を構成する場合、従来技術では個々に独立な
素子をパッケージに実装していたが、素子が非常に小さ
く取り扱い性が悪く、この結果量産性が非常に低く、フ
ィルタ等の歩留まりの向上および低コスト化の実現が困
難であるという課題を有していた。

【０００８】したがって、この発明の目的は、安定に保
持でき、圧電振動子の特性の低下を少なくすることがで
きる圧電振動子の保持構造およびその製造方法を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の圧電振動
子の保持構造は、圧電振動子と、この圧電振動子の振動
の節近傍に設置された突起体と、この突起体を振動緩衝
層を介して固定する保持具とを備えたものである。請求
項１記載の圧電振動子の保持構造によれば、圧電振動子
を突起体を介して保持具に保持するので圧電振動子の保
持を安定化できるとともに、突起体と保持具との間に振
動緩衝層を介在しているため、突起体に伝達された振動
が振動緩衝層により緩衝するので圧電振動子よりの振動
エネルギのリーク量が低減され圧電振動子の特性劣化を
防止することが可能である。また圧電振動子の設置して
ある突起体は圧電振動子に強固に接着され、突起体はた
とえば保持具側の溝に挿入するなどにより、衝撃等の機
械的作用に対しても強くすることができる。この結果、
圧電振動子を安定に保持でき、圧電振動子の特性の低下
を少なくすることができ、振動リークによる素子特性の
劣化および落下衝撃による素子の特性劣化を回避するこ
とができる。

【００１０】請求項２の圧電振動子の保持構造は、複数
の圧電振動子と、この複数の圧電振動子を電気的にかつ
機械的に結合する突起体とを備えたものである。請求項
２の圧電振動子の保持構造によれば、複数の圧電振動子
を突起体により電気的かつ機械的に結合することによ
り、取扱い容易になるとともに量産性を向上することが
でき、低コスト化を実現できる。

【００１１】請求項３記載の圧電振動子の保持構造は、
請求項１または請求項２において、突起体として金属も
しくはセラミックの焼結体またはこれらの溶射膜を用い
るものである。請求項３記載の圧電振動子の保持構造に
よれば、請求項１または請求項２の効果のほか、突起体
側に漏れた圧電振動子の振動エネルギは、焼結体の内部
の無数の気孔により突起体の内部の音響インピーダンス
が不連続性となって散逸されるので、振動エネルギのリ
ークが低減でき、保持具への振動エネルギの伝搬はより
一層小さくなるとともに、振動子間の干渉もなくなり振
動子の特性の劣化を防げる。

【００１２】請求項４記載の圧電振動子の保持構造は、
振動緩衝層としてシリコーン系の接着材を用いるもので
ある。請求項４記載の圧電振動子の保持構造によれば、
請求項１と同効果がある。請求項５の圧電振動子の保持
構造の製造方法は、圧電振動子ウエハの所定の節近傍位
置に焼結体または溶射膜の突起体を取付けるとともに圧
電振動子ウエハから圧電振動子を切り出す工程と、この
工程時に突起体の凹凸が潰された加工ダメージ層の部分
をエッチング等の化学的作用により復元する工程と、突
起体を保持具に固定する工程とを含むものである。

【００１３】請求項５の圧電振動子の保持構造の製造方
法によれば、圧電振動子ウエハから圧電振動子を切り出
す際の加工時に、焼結体または溶射膜により形成した突
起体の凹凸が潰されて加工ダメージ層を生じても、化学
的作用により取り除くことで、加工ダメージ層を介して
振動エネルギがリークすることを低減することが可能と
なり、特性の劣化を回避することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施の形態を図
１ないし図３に基づいて説明する。まず図２は、第１の
実施の形態の保持構造に用いる圧電振動子４の斜視図で
ある。同図において、４は圧電セラミック、水晶、リチ
ウム酸ニオブ等の圧電材料で作られ、対向する面に電極
２を付けた長方形板型の圧電振動子であり、電極２に交
流電界を印加することにより、圧電振動子４の長さ方向
に主変位を持つ長さ振動モードが励振される。この長さ
振動の節（振動振幅が零となる部分）は長方形板の中央
部の幅方向に線状になっており、この節線の位置を含む
近傍位置に、内部に気孔を多数有する鉄、銅、あるいは
ニッケル等の線状の焼結体を接着層７、例えばエポキシ
等により強固に接着して突起体６を構成する。

【００１５】図１は、図２で説明した圧電振動子４の保
持構造であり、突起体６の保持具８との接触面に、弾性
率の小さい接着剤、例えばシリコーン系の接着剤を塗布
してなる振動緩衝層９が設けられており、これを介して
保持具８に設けられた溝８Ａに突起体６を挿入固定して
いる。図３は、突起体６の内部構造を拡大したものであ
り、１０は金属粒子、１１は気孔である。ここで、突起
体６の内部は図からもわかるように焼結体特有の多孔質
性を有しており、圧電振動子４の振動エネルギが突起体
６側に漏れても突起体６の内部でこの振動エネルギは音
響インピーダンスの不連続性により散逸され保持具８へ
の振動エネルギの伝搬は小さくなる。

【００１６】さらに、図１よりわかるように保持具８と
突起体６の間には弾性率の小さい振動緩衝層９が介在し
ており、ここでも振動エネルギの伝搬が阻止され、振動
エネルギの漏れを小さく抑える。従って、圧電振動子４
の保持具８を通じて漏れる振動を小さくすることができ
るので、保持による圧電振動子４の特性の低下を極めて
小さくすることができるとともに、フィルタ等を構成し
た場合にも素子間の干渉を防止できる。さらに、圧電振
動子４と突起体６とは、エポキシ等の接着層７で強固に
固定されており、また突起体６は図２からもわかるよう
に、溝８Ａに挿入固定されており、落下衝撃に対して素
子の姿勢変化等は回避でき、安定に素子特性を維持でき
る。

【００１７】第１の実施の形態によれば、圧電振動子４
を突起体６を介して保持具８に保持するので圧電振動子
４の保持を安定化できるとともに、突起体６と保持具８
との間に振動緩衝層９を介在しているため、突起体６に
伝達された振動が振動緩衝層９により緩衝するので圧電
振動子４よりの振動エネルギのリーク量が低減され圧電
振動子の特性劣化を防止することが可能である。

【００１８】また圧電振動子４の設置してある突起体６
は圧電振動子４に強固に接着され、また突起体６は保持
具８側の溝８Ａに挿入しており、衝撃等の機械的作用に
対しても強い。この結果、圧電振動子４を安定に保持で
き、圧電振動子４の特性の低下を少なくすることがで
き、振動リークによる素子特性の劣化および落下衝撃に
よる素子の特性劣化を回避することができる。

【００１９】突起体６を焼結体により形成しているた
め、突起体６側に漏れた圧電振動子４の振動エネルギ
は、焼結体の内部の無数の気孔により突起体６の内部の
音響インピーダンスが不連続性となって散逸されるの
で、振動エネルギのリークが低減でき、保持具８への振
動エネルギの伝搬はより一層小さくなるとともに、振動
子間の干渉もなくなり振動子の特性の劣化を防げる。

【００２０】また、第１の実施の形態では圧電振動子４
に金属またはセラミックの焼結体を接着層７を介して接
着して突起体６を形成しているが、金属あるいはセラミ
ック等を溶射プロセスにより製膜した溶射膜により突起
体６を形成しても同様の効果が得られる。なお、圧電振
動子の振動の節近傍に、金属およびセラミック等の弾性
率の大きい材料よりなる突起体６を強固に固定してもよ
い。また突起体６の保持具８との対向面に弾性率の小さ
い材料よりなる振動緩衝層９を設けているが、保持具８
の突起体６の保持面に振動緩衝層９を塗布してもよい。

【００２１】この発明の第２の実施の形態を図４により
説明する。図４は、第２の実施の形態の圧電振動子の保
持構造の斜視図である。同図において、４は圧電振動
子、６は焼結体よりなる突起体であり、突起体６は圧電
振動子４に接着層（図示せず）により強固に接着されて
いる。また、突起体６の２つの圧電振動子４の連結部に
は切欠状の凹部６Ａが設けられており、圧電振動子４の
ウェハと突起体６の接着層が取り除かれる構成となって
いる。これはダイサによりまずハーフカット部分の溝を
形成し、その後各連結素子をウェハより切り出す。

【００２２】保持具８、その他の構成は第１の実施の形
態と同様である。このような構成にすることにより、複
数の圧電振動子４を機械的および電気的に結合すること
ができ、パッケージへの挿入素子数が減るとともにパッ
ケージへの挿入が容易になり量産性を向上させることが
でき、この結果低コスト化を実現することができる。ま
た、保持具８を通じて漏れる振動エネルギも第１の実施
の形態で説明したのと同様に小さくすることができ、こ
の結果保持による圧電振動子４の特性の低下を極めて小
さくすることが可能である。

【００２３】すなわち第２の実施の形態によれば、複数
の圧電振動子４を突起体６により電気的かつ機械的に結
合することにより、取扱いが容易になるとともに量産性
を向上することができ、低コスト化を実現できる。また
突起体６に焼結体を用いることにより、振動エネルギの
リークを低減することが可能である。なお、圧電振動子
４の素子数が２つの形態の場合を示しているが、３素子
あるいは４素子以上にも有効であることは勿論である。

【００２４】この発明の第３の実施の形態を図５により
説明する。図５は第３の実施の形態の保持構造に用いる
圧電振動子の斜視図である。４は圧電振動子、６は焼結
体よりなる突起体であり、凹凸が潰れた加工ダメージ層
をエッチング等の化学的工法により取り除いており、１
０は金属粒子、１１は気孔である。また、突起体６は圧
電振動子４に接着層７により強固に接着されている。

【００２５】通常、圧電振動子４をウェハより切り出す
場合に、突起体６は加工ダメージを受け、このため突起
体６の表面の焼結体特有の凹凸は加工ダメージにより潰
され、図５に示しているような気孔１１は殆ど存在しな
い。すなわちダイサ等で切り出す場合に切断面の気孔が
潰されて連続体的な状態になり金属光沢をおびる。この
様な状態では、加工ダメージ層を介して振動エネルギが
リークし、素子特性が劣化する。

【００２６】そこで、この圧電振動子の保持構造の製造
方法は、圧電材料を用いた圧電振動子ウエハ（図示せ
ず）の所定の節近傍位置に金属あるいはセラミック等の
焼結体または溶射膜の突起体６を取付けるとともに、圧
電振動子ウエハから圧電振動子４を切り出す工程と、こ
の工程時に突起体６の凹凸が潰された加工ダメージ層の
部分をエッチング等の化学的作用により復元する工程
と、突起体６を保持具８に固定する工程とを含んでい
る。

【００２７】第３の実施の形態によれば、加工ダメージ
層をエッチング等の化学的作用により取り除くことで、
突起体６の表面を焼結体特有の構造に復元することが可
能であり、突起体６の加工ダメージ層を通じて漏れる振
動エネルギを小さくすることができ、この結果保持によ
る圧電振動子４の特性の低下を極めて小さくすることが
可能となる。

【００２８】その他、保持具８の構成は第１の実施の形
態と同様である。また第３の実施の形態は第２の実施の
形態に適用可能である。なお、上記した３つの実施の形
態では、長方形板型の圧電振動子を例に取り説明した
が、この発明の圧電振動子の保持構造は、角板型の圧電
振動子、円盤形の圧電振動子等の保持構造にも有効であ
ることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の圧電振動子の保持構造に
よれば、圧電振動子を突起体を介して保持具に保持する
ので圧電振動子の保持を安定化できるとともに、突起体
と保持具との間に振動緩衝層を介在しているため、突起
体に伝達された振動が振動緩衝層により緩衝するので圧
電振動子よりの振動エネルギのリーク量が低減され圧電
振動子の特性劣化を防止することが可能である。また圧
電振動子の設置してある突起体は圧電振動子に強固に接
着され、突起体はたとえば保持具側の溝に挿入するなど
により、衝撃等の機械的作用に対しても強くすることが
できる。この結果、圧電振動子を安定に保持でき、圧電
振動子の特性の低下を少なくすることができ、振動リー
クによる素子特性の劣化および落下衝撃による素子の特
性劣化を回避することができる。

【００３０】請求項２の圧電振動子の保持構造によれ
ば、複数の圧電振動子を突起体により電気的かつ機械的
に結合することにより、取扱い容易になるとともに量産
性を向上することができ、低コスト化を実現できる。請
求項３記載の圧電振動子の保持構造によれば、請求項１
または請求項２の効果のほか、突起体側に漏れた圧電振
動子の振動エネルギは、焼結体の内部の無数の気孔によ
り突起体の内部の音響インピーダンスが不連続性となっ
て散逸されるので、振動エネルギのリークが低減でき、
保持具への振動エネルギの伝搬はより一層小さくなると
ともに、振動子間の干渉もなくなり振動子の特性の劣化
を防げる。

【００３１】請求項４記載の圧電振動子の保持構造によ
れば、請求項１と同効果がある。請求項５の圧電振動子
の保持構造の製造方法によれば、圧電振動子ウエハから
圧電振動子を切り出す際の加工時に、焼結体または溶射
膜により形成した突起体の凹凸が潰されて加工ダメージ
層を生じても、化学的作用により取り除くことで、加工
ダメージ層を介して振動エネルギがリークすることを低
減することが可能となり、特性の劣化を回避することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の圧電振動子の保
持構造の説明図である。

【図２】その圧電振動子の斜視図である。

【図３】突起体である焼結体の内部構造の拡大図であ
る。

【図４】第２の実施の形態の圧電振動子の保持構造の説
明図である。

【図５】第３の実施の形態の圧電振動子の概略斜視図で
ある。

【図６】従来の角板型圧電振動子の保持構造の斜視図で
ある。

【図７】従来の長方形板型圧電振動子の保持構造の斜視
図である。

【符号の説明】

２ 電極 ４ 圧電振動子 ６ 突起体 ６Ａ 凹部 ７ 接着層 ８ 保持具 ８Ａ 溝 ９ 振動緩衝層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子と、この圧電振動子の振動の
   節近傍に設置された突起体と、この突起体を振動緩衝層
   を介して固定する保持具とを備えた圧電振動子の保持構
   造。
2. 【請求項２】 複数の圧電振動子と、この複数の圧電振
   動子を電気的にかつ機械的に結合する突起体とを備えた
   圧電振動子の保持構造。
3. 【請求項３】 突起体として金属もしくはセラミックの
   焼結体またはこれらの溶射膜を用いる請求項１または請
   求項２記載の圧電振動子の保持構造。
4. 【請求項４】 振動緩衝層としてシリコーン系の接着材
   を用いる請求項１記載の圧電振動子の保持構造。
5. 【請求項５】 圧電振動子ウエハの所定の節近傍位置に
   焼結体または溶射膜の突起体を取付けるとともに前記圧
   電振動子ウエハから圧電振動子を切り出す工程と、この
   工程時に前記突起体の凹凸が潰された加工ダメージ層の
   部分をエッチング等の化学的作用により復元する工程
   と、前記突起体を保持具に固定する工程とを含む圧電振
   動子の保持構造の製造方法。