JPH10163794A - 圧電共振子およびそれを用いた電子部品 - Google Patents
圧電共振子およびそれを用いた電子部品Info
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Abstract
波数との差ΔFが大きく、容量値などを調整することが
でき、特性の設計自由度の大きい圧電共振子およびそれ
を用いた電子部品を得る。 【解決手段】 圧電共振子10は、たとえば圧電体層と
内部電極14とを積層した基体12を含む。基体12
は、その長さをL、幅をW、厚さをTとすると、L≧2
Wで、かつ、L≧2Tとなるように、その寸法が形成さ
れる。基体12は、内部電極14の両側で異なる向きに
分極する。基体12の一側面に溝15を形成し、その両
側において、1つおきに内部電極14を絶縁膜16,1
8で被覆する。それぞれの絶縁膜16,18は、異なる
内部電極14を被覆するように形成する。基体12の溝
15の両側に外部電極20,22を形成し、内部電極1
4に接続する。
Description
それを用いた電子部品に関し、特にたとえば、長さ振動
モードで振動する圧電体の機械的共振を利用した圧電共
振子、およびそれを用いたフィルタ,ディスクリミネー
タ,発振子などの電子部品に関する。
斜視図である。圧電共振子1は、たとえば平面視長方形
の板状の圧電体基板2を含む。圧電体基板2は、厚み方
向に分極される。圧電体基板2の両面には、電極3が形
成される。これらの電極3,3間に信号を入力すること
により、圧電体基板2の厚み方向に電界が印加され、圧
電体基板2は長さ方向に振動する。また、図16に示す
ように、平面視正方形の板状の圧電体基板2の両面に電
極3を形成した圧電共振子1がある。この圧電共振子1
においても、圧電体基板2は厚み方向に分極されてい
る。この圧電共振子1では、電極3間に信号を入力する
ことにより、圧電体基板2の厚み方向に電界が印加さ
れ、圧電体基板2が拡がり振動する。
1,1は、電界方向および分極方向と振動方向とが異な
る圧電横効果を利用している。この圧電横効果を利用し
た圧電共振子の電気機械結合係数は、電界方向,分極方
向および振動方向が一致した圧電縦効果を利用した圧電
共振子に比べて低い。そのため、圧電横効果を利用した
圧電共振子では、共振周波数と反共振周波数との差ΔF
が比較的小さい。このことは、圧電共振子をフィルタや
発振子として使用したときに、帯域幅が小さいという欠
点につながる。そのため、圧電共振子やそれを用いた電
子部品において、特性の設計自由度が小さい。
モードの1次共振を利用しているが、構造的に、3次,
5次などの奇数倍の高次モードや、幅モードのスプリア
スも大きく発生してしまう。スプリアスを抑制するため
に、研磨加工を施したり、質量を付加したり、電極形状
を変更するなどの対策が考えられるが、これらは製造コ
ストの上昇につながる。
あるため、強度的な制約からあまり厚みを薄くすること
ができない。そのため、電極間距離を小さくできず、端
子間容量を大きくすることができない。これは、外部回
路とのインピーダンス整合をとる場合に、極めて不都合
である。
列に交互に接続し、ラダーフィルタを形成する場合、減
衰量を大きくするためには直列共振子と並列共振子の容
量比を大きくする必要がある。しかしながら、上述のよ
うに形状的な限界があり、大きい減衰量を得ることがで
きず、したがって、ΔFや容量の設計自由度が小さいも
のとなる。
倍波や厚みモードなどのスプリアスが大きく発生する。
さらに、この圧電共振子では、長さ振動を利用する圧電
共振子に比べて、同じ共振周波数を得るためにサイズが
大きくなり、小型化が困難である。
ィルタを形成する場合、直列共振子と並列共振子の容量
比を大きくするために、直列に接続される共振子の厚み
を大きくするだけでなく、圧電体基板の一部にのみ電極
を形成して容量を小さくする手法が採用されている。こ
の場合、部分電極にすることによって、容量だけでなく
共振周波数と反共振周波数との差ΔFも低下してしま
う。それに合わせて、並列に接続される共振子について
も、ΔFを小さくしなければならず、結果的に圧電体基
板の圧電性を有効に生かせず、フィルタの通過帯域幅を
大きくできないという問題がある。
2725号等において、従来の圧電共振子に代えて、積
層型の圧電共振子を提案している。この圧電共振子は、
電界の印加方向と振動方向とが一致する圧電縦効果を利
用しており、従来の1つの基板のみからなる圧電共振子
に比べて、圧電共振子の幅,厚みおよび積層数など、フ
ィルタ特性に寄与する要因が多い。
用いたたとえばラダー型フィルタなどの電子部品におい
て、これらの要因を調整することにより、フィルタ特性
の良好なものが得られないかどうかが検討された。発明
者の調べたところによると、圧電共振子の長さ,幅,厚
みなどの寸法によっては、ΔFが大幅に低下し、スプリ
アスが増加してしまうことがわかった。このことは、圧
電共振子の設計寸法をどう設定していくかが、重要な因
子となることを示すものである。
プリアスが小さく、共振周波数と反共振周波数との差Δ
Fが大きく、容量値などを調整することができ、特性の
設計自由度の大きい圧電共振子およびそれを用いた電子
部品を提供することである。
有する基体と、基体の長手方向と直交するように基体内
に配置される複数の電極と、これらの電極を接続するた
めに基体の同一または異なる側面に形成される1対の外
部電極とを含み、基体は、複数の圧電体層と複数の電極
とが交互に積層された積層構造を有し、圧電体層は、基
体の長手方向に沿って分極され、電極によって基体の長
手方向に電界を加えて、基体に長さ振動モードの基本振
動を励振する圧電共振子であって、圧電共振子の長さを
L、幅をW、厚さをTとしたときに、L≧2Wで、か
つ、L≧2Tを満足するように、圧電共振子の寸法が形
成されることを特徴とする、圧電共振子である。この圧
電共振子において、たとえば電極は基体断面の全面に形
成され、電極の基体側面からの露出部の少なくとも一部
が1つおきに絶縁膜で覆われた1対の接続部が形成さ
れ、1対の接続部に1対の外部電極を形成することによ
って隣合う電極がそれぞれ別の外部電極に接続されると
よい。また、たとえば電極の一部が前記基体の側面に露
出しないように形成され、電極の露出部分を1対の外部
電極に接続することによって隣合う電極がそれぞれ別の
外部電極に接続されるとよい。さらに、この発明は、上
述の圧電共振子を用いた電子部品であって、圧電共振子
を支持するための支持基板と、圧電共振子および支持基
板の間に配設され、圧電共振子を支持基板上に支持する
ための支持部材と、支持基板上に圧電共振子を覆うよう
に配設されるキャップとを含む、電子部品である。ま
た、この発明は、上述の電子部品において、支持基板上
で複数の圧電共振子を接続することによってラダーフィ
ルタを形成することができる。
/T≧2を満足する寸法に設定することによって、ΔF
/Fa が大きくなり、しかも、スプリアスが低減する。
発明者の実験によれば、LがWの2倍より小さくなる
と、図4に示すように、ΔF/Fa が急激に低下するこ
とがわかった。同様に、LがTの2倍より小さくなる
と、図5に示すように、ΔF/Fa が急激に低下するこ
とがわかった。さらに、図6および図7に示すように、
L/W=1およびL/T=1の設定よりも、L/W=4
およびL/T=4の設定のほうが、スプリアスが少ない
ことがわかった。
タ,ディスクリミネータ,発振子などの電子部品を作製
する場合、パターン電極を形成した支持基板上に圧電共
振子を取り付け、さらにキャップで覆うことによって、
チップ型の電子部品とすることができる。このとき、圧
電共振子は、リード線を用いることなく、フェイスボン
ディング構造により、支持基板上のパターン電極等に取
り付けられる。さらに、予め支持部材を基体の中央部に
形成しておけば、圧電共振子をパターン電極上に取り付
けたときに、圧電共振子のノード点を確実に支持するこ
とができる。
L、幅をW、厚さをTとしたとき、L≧2Wで、かつ、
L≧2Tを満足する寸法に設計されているので、共振周
波数と反共振周波数との差である、所謂、ΔFを大きく
することができる。そのため、ΔF/Fa が大きく、し
かも、スプリアスの少ない圧電共振子およびそれを用い
た電子部品が得られる。
従来の圧電共振子に比べて、ΔFを調整することがで
き、圧電共振子の帯域幅を調整することができる。ま
た、圧電共振子の容量値を調整することができるため、
圧電共振子を回路基板などに実装するときに、外部回路
とのインピーダンス整合をとりやすい。すなわち、この
発明によれば、ΔFや容量値などを調整することがで
き、特性の設計自由度の大きい圧電共振子およびそれを
用いた電子部品を提供することができる。
を作製する場合、リード線を用いることなく、支持部材
によって、圧電共振子と支持基板上のパターン電極とを
接続することができるため、安価に電子部品を製造する
ことができる。また、圧電共振子に支持部材を形成して
おくことにより、圧電共振子の振動が妨げられないた
め、良好な特性を有する圧電部品を得ることができる。
特に、複数の圧電共振子を用いてラダーフィルタとした
ときに、安価に製造することができ、しかも良好な特性
を有するラダーフィルタを得ることができる。
型の電子部品とすることができるので、回路基板などに
実装することが簡単である。このような電子部品におい
ても、積層構造を採用することにより圧電共振子の容量
値を調整することができ、外部回路とのインピーダンス
マッチングをとることが容易である。さらに、複数の圧
電共振子を直列および並列に交互に接続してラダー型フ
ィルタを形成する場合、直列接続される圧電共振子と並
列接続される圧電共振子の容量比を調整することによ
り、減衰量を調整することができる。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
示す斜視図であり、図1(B)はその変形例を示す斜視
図である。図2は、図1(A)の圧電共振子の構造を示
す図解図である。圧電共振子10は、平面視長方形板状
に形成される。圧電共振子10は、たとえば直方体状の
基体12を含む。基体12は、たとえば圧電セラミック
材料で形成される。基体12内には、複数の内部電極1
4が形成される。内部電極14は、その面が基体12の
長手方向に直交するように形成される。基体12は、図
2の矢印で示すように、1つの内部電極14の両側にお
いて、互いに逆向きとなるように基体12の長手方向に
分極される。
をTとしたとき、L≧2Wで、かつ、L≧2Tとなるよ
うに、その寸法が設定される。つまり、L/W≧2で、
かつ、L/T≧2を満足するように、基体12の寸法が
形成されている。
向に延びる溝15が形成される。溝15は、基体12の
幅方向の中央部に形成され、基体12の一側面を2分割
している。さらに、図3に示すように、溝15によって
分割された側面には、第1の絶縁膜16および第2の絶
縁膜18が形成される。基体12の側面の溝15で分割
された一方側では、内部電極14の露出部が、1つおき
に第1の絶縁膜16で被覆される。また、基体12の側
面の溝15で分割された他方側では、溝15の一方側で
第1の絶縁膜16に被覆されていない内部電極14の露
出部が、1つおきに第2の絶縁膜18で被覆される。た
だし、基体12の両端部は分極されていない。
膜16,18が形成された部分、すなわち溝15の両側
には、外部電極20,22が形成される。したがって、
外部電極20には第1の絶縁膜16で被覆されていない
内部電極14が接続され、外部電極22には第2の絶縁
膜18で被覆されていない内部電極14が接続される。
つまり、内部電極14の隣合うものが、それぞれ外部電
極20および外部電極22に接続される。
よび第2の絶縁膜16,18で内部電極14の露出部を
被覆し、その上に外部電極20,22を形成したが、図
1(B)に示すように、必ずしも溝を形成する必要はな
い。すなわち、たとえば、図1(A),図2,図3に示
す基体12の一側面において、絶縁膜16,18によっ
て、基体12の幅方向の両端側で交互に内部電極14の
露出部を被覆し、基体12の長手方向に延びるように2
列に外部電極20,22を形成してもよい。この場合、
基体12には溝が形成されていないが、隣合う内部電極
14は、それぞれ別の外部電極20,22に接続され
る。なお、内部電極14は、外部電極20,22と接続
される部分のみが、積層体表面から露出し、その他の部
分が露出しない様な形状にしてもよい。この場合には、
たとえば図8,図9に示すように、絶縁膜16,18を
特に用いる必要がなくなる。
22が入出力電極として使用される。このとき、基体1
2の両端部を除く部分では、隣合う内部電極14間に電
界が印加されるため、基体12は圧電的に活性となる。
しかしながら、基体12の両端部においては、基体が分
極されず、しかも基体の両端面に電極が形成されていな
いために電界が印加されず、圧電的に不活性となる。し
たがって、基体12の中央部に入力信号に対する活性部
26が形成される。また、基体12の両端部に入力信号
に対する不活性部28が形成される。なお、不活性部2
8は、入力信号によって駆動力を発生しない部分を示し
ている。したがって、内部電極間に電界がかかっても、
それらの内部電極間が分極されていなければよい。ま
た、分極された圧電体層に電界がかからない構造であっ
てもよい。
22に信号を与えることにより、活性部26の互いに逆
向きに分極した圧電体層に、互いに逆向きの電圧が印加
されるため、圧電体層は全体として同じ向きに伸縮しよ
うとする。そのため、圧電共振子10全体としては、基
体12の中心部をノードとした長さ振動の基本モードが
励振される。
を用いて、発振子やディスクリミネータなどの電子部品
が作製される。図10は、電子部品30の一例を示す斜
視図である。電子部品30は、絶縁体基板32を含む。
絶縁体基板32の対向する端部には、それぞれ2つずつ
凹部34が形成される。絶縁体基板32の一方面上に
は、2つのパターン電極36,38が形成される。一方
のパターン電極36は、対向する凹部34間に形成さ
れ、その一端側から絶縁体基板32の中央部に向かっ
て、L字状に延びるように形成される。また、他方のパ
ターン電極38は、別の対向する凹部34間に形成さ
れ、その他端側から絶縁体基板32の中央部に向かっ
て、L字状に延びるように形成される。そして、絶縁体
基板32の中央部付近において、2つのパターン電極3
6,38が、間隔を隔てて対向するように形成される。
これらのパターン電極36,38は、絶縁体基板32の
端部から他方面に向かって、回り込むように形成され
る。
て、絶縁体基板32上に支持される。すなわち、外部電
極20,22の長手方向の中央部には、それぞれ支持部
材24が形成される。これらの支持部材24は、導電性
を有するように形成される。この場合、支持部材24を
導電性接着剤等の導電材料で形成してもよいし、絶縁物
の表面に電極膜を形成したものを導電材を介して外部電
極20,22上に接着したものでもよい。そして、絶縁
体基板32の中央部におけるパターン電極36およびパ
ターン電極38の端部には、図11に示すように、たと
えば導電接着剤(図示せず)などによって、圧電共振子
10の支持部材24が接続される。それによって、圧電
共振子10の外部電極20,22は、絶縁体基板32上
に固定されるとともに、パターン電極36,38に電気
的に接続される。
プ40がかぶせられる。このとき、金属キャップ40と
パターン電極36,38とが導通しないように、絶縁体
基板32およびパターン電極36,38上に絶縁性樹脂
が塗布される。そして、金属キャップ40がかぶせられ
ることによって、電子部品30が作製される。この電子
部品30では、絶縁体基板32の端部から裏面に回り込
むように形成されたパターン電極36,38が、外部回
路と接続するための入出力端子として用いられる。
長さをL、幅をW、厚さをTとしたとき、L≧2Wで、
かつ、L≧2Tを満足する寸法に設計されているので、
共振周波数と反共振周波数との差である、所謂、ΔFを
大きくすることができる。そのため、この電子部品30
では、ΔF/Fa が大きく、しかも、スプリアスも少な
くすることができる。
長手方向の中央部に形成された支持部材24によって圧
電共振子10が支持されているため、圧電共振子10の
端部が絶縁体基板32から離れた状態で配置され、振動
が阻害されない。また、圧電共振子10のノード点であ
る中央部が支持部材24によって固定されるとともに、
外部電極20,22とパターン電極36,38とが電気
的に接続される。このとき、支持部材24は、予め圧電
共振子10に形成されているため、圧電共振子10のノ
ード点に正確に位置決めすることができる。したがっ
て、パターン電極36,38側に例えば突起状の支持部
材を形成して、その上に圧電共振子を置く場合に比べ
て、正確にノード点の支持を行うことができる。そのた
め、圧電共振子10の振動漏れを防ぐことができ、良好
な特性を得ることができる。また、圧電共振子10の外
部電極20,22とパターン電極36,38との接続の
ためにリード線を用いる必要がなく、安価に電子部品3
0を製造することができる。
もに回路基板などに実装され、発振子やディスクリミネ
ータとして用いられる。このような構造の電子部品30
では、金属キャップ40で密封・保護されているため、
リフロー半田などによる取り付けが可能なチップ部品と
して使用することができる。
場合、上述の圧電共振子10を用いることにより、スプ
リアスが小さく抑えられ、スプリアスによる異常発振を
防止することができる。また、圧電共振子10の容量値
を自由に設定できるため、外部回路とのインピーダンス
整合をとることが容易である。特に、電圧制御発振器用
の発振子として使用する場合、共振子のΔFが大きいの
で、従来にはない広い周波数可変範囲を得ることができ
る。
ータとして用いる場合、共振子のΔFが大きいという特
徴は、ピークセパレーションが広いという特徴につなが
る。さらに、共振子の容量設計範囲が広いため、外部回
路とのインピーダンス整合をとることが容易である。
ダーフィルタを作製することができる。図12は梯子型
の回路を有するラダーフィルタとして用いられる電子部
品の例を示す要部平面図であり、図13はその要部分解
斜視図である。図12および図13に示す電子部品50
では、絶縁体基板52上に、4つパターン電極56,5
8,60,62が形成される。これらのパターン電極5
6〜62には、間隔を隔て一列に配置される5つのラン
ドが形成される。この場合、絶縁体基板52の一端から
1番目のランドはパターン電極56に形成され、2番目
のランドおよび5番目のランドはパターン電極58に形
成され、3番目のランドはパターン電極60に形成さ
れ、4番目のランドはパターン電極62に形成される。
0a,10b,10c,10dの外部電極20,22に
形成された支持部材24が取り付けられる。この場合、
図14に示す梯子型の回路が得られるように、圧電共振
子10a〜10dが取り付けられる。そして、絶縁体基
板52上に、金属キャップ(図示せず)がかぶせられ
る。
な、梯子型の回路を有するラダーフィルタとして用いら
れる。このとき、たとえば2つの圧電共振子10a,1
0dは直列共振子として用いられ、別の2つの圧電共振
子10b,10cは並列共振子として用いられる。この
ようなラダーフィルタでは、並列の圧電共振子10b,
10cの容量が、直列の圧電共振子10a,10dの容
量よりも格段に大きくなるように設計されている。
並列共振子の容量比に左右される。この電子部品50で
は、上述の電子部品30と同様に、圧電共振子10a〜
10dの長さをL、幅をW、厚さをTとしたとき、L≧
2Wで、かつ、L≧2Tを満足する寸法にそれぞれ設計
されているので、ΔFを大きくすることができる。その
ため、この電子部品50は、ΔF/Fa が大きく、しか
も、スプリアスの少ないものとなる。
子10a〜10dの積層数を変えることによって、容量
を調整することができる。したがって、圧電共振子10
a〜10dの容量を調整することにより、従来の圧電横
効果を利用した圧電共振子を用いた場合に比べて、少な
い共振子数でより大きい減衰量をもったラダーフィルタ
を実現することができる。また、圧電共振子10a〜1
0dのΔFが従来の圧電共振子より大きいため、通過帯
域幅も従来の圧電共振子を用いたものより広いものを実
現することができる。
よれば、圧電共振子10の長さをL、幅をW、厚さをT
としたとき、特に、L≧2Wで、かつ、L≧2Tを満足
するように、圧電共振子10の寸法が形成されるため、
容量値などを調整することができ、特性の設計自由度の
大きい圧電共振子10およびそれを用いた電子部品3
0,50などが得られる。
視図であり、(B)はその変形例を示す斜視図である。
る。
膜を形成した状態を示す平面図である。
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
ピーダンスとの関係を示すグラフである。
ピーダンスとの関係を示すグラフである。
例を示す図解図である。
の断面を示す図解図である。
振子を用いた電子部品の一例を示す分解斜視図である。
の取り付け方法を示す分解斜視図である。
タの一例を示す要部平面図である。
図である。
等価回路図である。
を示す図解図である。
の例を示す図解図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 長手方向を有する基体と、前記基体の長
手方向と直交するように前記基体内に配置される複数の
電極と、前記電極を接続するために前記基体の同一また
は異なる側面に形成される1対の外部電極を含み、 前記基体は、複数の圧電体層と複数の前記電極とが交互
に積層された積層構造を有し、 前記圧電体層は、前記基体の長手方向に沿って分極さ
れ、前記電極によって前記基体の長手方向に電界を加え
て、前記基体に長さ振動モードの基本振動を励振する圧
電共振子であって、 前記圧電共振子の長さをL、幅をW、厚さをTとしたと
きに、 L≧2Wで、かつ、L≧2Tを満足するように、前記圧
電共振子の寸法が形成されることを特徴とする、圧電共
振子。 - 【請求項2】 前記電極は、前記基体断面の全面に形成
され、前記電極の基体側面からの露出部の少なくとも一
部が1つおきに絶縁膜で覆われた1対の接続部が形成さ
れ、前記1対の接続部に前記1対の外部電極を形成する
ことによって隣合う前記電極がそれぞれ別の前記外部電
極に接続された、請求項1に記載の圧電共振子。 - 【請求項3】 前記電極の一部が前記基体の側面に露出
しないように形成され、前記電極の露出部分を前記1対
の外部電極に接続することによって隣合う前記電極がそ
れぞれ別の前記外部電極に接続された、請求項1に記載
の圧電共振子。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3に記載の圧電共
振子を用いた電子部品であって、 前記圧電共振子を支持するための支持基板、 前記圧電共振子と前記支持基板との間に配設され、前記
圧電共振子を前記支持基板上に支持するための支持部
材、および前記支持基板上に前記圧電共振子を覆うよう
に配設されるキャップを含む、電子部品。 - 【請求項5】 前記支持基板上で複数の前記圧電共振子
を接続することによってラダーフィルタを構成する、請
求項4に記載の電子部品。
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