JPH1070427A - 圧電ラダーフィルタの周波数調整方法及びパッケージ構造。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パッケージ実装前に、圧電共振子を所望の周波
数特性に調整してもパッケージへの実装後に周波数特性
が変化して、要求特性を満足する圧電ラダーフィルタを
安定に得ることができないという課題があった。 【解決手段】パッケージに実装された共振子６Ａ，６
Ｂ，７Ａ，７Ｂの周波数特性を各共振子ごとに取得する
第一のステップと、前記共振子の周波数特性と所望の周
波数特性のズレに応じて各共振子の周波数調整を行う第
二のステップと、パッケージに配置され電気的に接続さ
れていない並列共振子７Ｂの全ての接地側配線パターン
を短絡状態にする第三のステップとを備えたことを特徴
とする圧電ラダーフィルタの周波数調整方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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ラダ
ーフィルタの周波数調整方法及びパッケージ構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に、図面を参照しながら、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
圧電ラダーフィルタの周波数調整方法及びパッケージ構
造の従来技術について説明を行う。

【０００３】メカニカルフィルタや発振子等に用いられ
る圧電共振子は、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ており、この圧電共振子の共振周
波数はその材料定数と加工寸法により決定される。従っ
て、圧電共振子の材料定数が決まれば、その共振周波数
はその寸法によって決まる。

【０００４】しかし、一般的に圧電材料の材料定数に
は、ばらつきが存在するので共振子の寸法を一意的に決
めることができず、そのため材料定数を計測した後に共
振子に加工することで、所望の共振特性を有する共振子
を作成しようとしている。

【０００５】しかしながら、材料定数のばらつきは同一
ロット内にも存在し、共振子の形態にした後にもこのば
らつきを補償するために、共振周波数の微調整を行う必
要がある。材料定数のばらつきが比較的大きい圧電セラ
ミックでは、特に調整の絶対値が大きく、共振周波数の
調整工程は、圧電共振子の製造における必要不可欠で最
も重要なものとなっている。

【０００６】図５は、圧電ラダーフィルタ等に用いられ
る圧電セラミック等の圧電材料で作られた従来例におけ
る圧電共振子１の斜視図であり、対向する主面に電極２
が形成され、振動を阻害しないようにノード部（振動変
位が零の部分）に導電性を有する溶射膜或いは金属焼結
体よりなる突起体３が設置されており、圧電共振子１は
突起体３を介してパッケージに設置され、フィルタ等が
構成される。また、突起体３を介してこの電極２間に交
番電界を印加すれば、図中の矢印に示したような振動方
向を有する矩形板の長さ振動が励振される。

【０００７】図６は、図５に示した共振子１の周波数特
性及びこの共振子１を複数個用いて構成した圧電ラダー
フィルタの周波数特性を示した図である。圧電共振子１
に印加される信号の周波数に対して、圧電共振子のイン
ピーダンス特性は、図６（Ａ）のようになる。同図では
縦軸は対数目盛をとっており各素子のインピーダンスを
示し、横軸は印加信号の周波数を示す。同図において、
４は圧電ラダーフィルタ構成時の並列共振子のインピー
ダンス特性であり、５が直列共振子のインピーダンス特
性であり、４Ａ、５Ａが各共振子の共振周波数であり、
４Ｂ、５Ｂが各共振子の反共振周波数であり、圧電ラダ
ーフィルタを構成する場合には、並列共振子の反共振周
波数４Ｂと直列共振子の共振周波数５Ａを一致させるこ
とで、同図（Ｂ）のように、この周波数を中心周波数と
するバンドパスフィルタを得ることができる。図６
（Ｂ）では、縦軸は減衰量であり単位は［ｄＢ］、縦軸
は周波数であり、直列共振子、並列共振子の組み合わせ
を基本単位としてこれを複数個組み合わせることによ
り、要望する帯域内特性と帯域外特性を有するバンドパ
スフィルタを得ることが可能である。

【０００８】図７は、図５で説明した長さ振動を利用し
た圧電共振子を用いてラダーフィルタを構成する場合
の、従来例におけるパッケージ下部の構造を示す斜視図
である。同図では、６は直列共振子、７は並列共振子、
８は入力電極、９は出力電極、１０は接地電極であり、
１１が２つの並列共振子７の接地側端子と接地電極１０
を電気的に接続する接地配線パターンである。

【０００９】図８は、図７に示した圧電ラダーフィルタ
の回路図であり、６は直列共振子、７は並列共振子、８
は入力電極、９は出力電極、１０は接地電極であり、１
１が並列素子の接地配線である。図７と図８よりわかる
ようにパッケージには予め全ての並列素子の接地ライン
を短絡し、接地電極と電気的に接続された配線パターン
が設けられている。

【００１０】また、各並列共振子の反共振周波数と直列
共振子の共振周波数を、フィルタの中心周波数に一致さ
せるために、図５の圧電共振子は図７のパッケージへの
実装前に、長さ方向をダイヤモンド・カッティング・ホ
イール等の機械的加工、或いはレーザビームによる長さ
方向の溶断等が各素子個別に施され周波数調整が行われ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の周波
数調整方法では、各共振子をパッケージに実装する前
に、個別に共振子を測定治具にセッティングして特性を
測定した後、所望の周波数からのズレを算出し、そのズ
レ量に応じてダイヤモンド・カッティング・ホイール等
の機械加工、或いはレーザビーム等の熱的作用により加
工し、周波数調整をした後にパッケージへ各共振子を実
装している。

【００１２】しかしながら、この従来の周波数調整方法
では、各共振子を個別に測定治具に設置する必要がある
ため処理時間が長くなり、その結果コストアップになる
という課題を有するとともに、周波数調整時と共振子を
パッケージに実装した後で共振子のノード近傍の圧力分
布の状態が変化するため、共振周波数、反共振周波数が
調整した時の値より変化し、フィルタの通過帯域が設計
値より変化したり帯域内にリップルが生じたりするため
に、図６（Ｂ）の様な要望するバンドパスフィルタ特性
を得ることが困難であるという課題を有していた。

【００１３】また、パッケージへの実装状態により共振
子の共振特性にスプリアスが生じることがあり、これに
より要望特性を有する圧電ラダーフィルタを得ることが
困難であるという課題を有していた。

【００１４】本発明は、このような従来の圧電ラダーフ
ィルタの周波数調整方法の課題を考慮し、実装前後の周
波数ズレを回避することができ、特性の安定した圧電ラ
ダーフィルタを低コストで実現する調整方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、パッケージに
実装された共振子の周波数特性を各共振子ごとに取得す
る第一のステップと、前記共振子の周波数特性と所望の
周波数特性のズレに応じて各共振子の周波数調整を行う
第二のステップと、パッケージに配置され電気的に接続
されていない並列共振子の全ての接地側配線パターンを
短絡状態にする第三のステップとを備えたことを特徴と
する圧電ラダーフィルタの周波数調整方法である。

【００１６】また、本発明は、圧電材料を用いた圧電ラ
ダーフィルタにおいて、前記圧電ラダーフィルタを構成
するＮ個の並列共振子の内少なくともＮ−１個の並列共
振子の接地側配線パターンを電気的に独立に取り出した
パッケージ下部と、前記各並列共振子の全ての接地側配
線パターンを短絡状態にする導電性を有する部材とを備
えたことを特徴とする圧電ラダーフィルタのパッケージ
構造である。

【００１７】以上のように、本発明は、パッケージに設
けられる並列共振子の接地パターンを独立に取り出し、
各直列共振子、並列共振子を独立に周波数特性を調整し
た後、接地パターンを導電性の薄板等で短絡状態にする
ことにより、実装前後の周波数ズレを回避することがで
き特性の安定した圧電ラダーフィルタを低コストで実現
することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の一の実施の形態における
周波数調整方法及びパッケージ下部Ａ構造の斜視図であ
る。

【００２０】同図において、６Ａ、６Ｂは直列共振子
（信号伝搬ラインに直列に挿入）、７Ａ、７Ｂは並列共
振子（信号伝搬ラインと接地電極間に挿入）、８は直列
共振子６Ａと電気的に接続された入力電極であり、９は
直列共振子６Ｂと並列共振子７Ｂに電気的に接続された
出力電極である。１０は並列共振子７Ａの接地配線パタ
ーン１１Ａと接続された接地電極である。１１Ｂは、並
列共振子７Ｂの接地配線パターンであり一端は開放状態
であり、１１Ａ、１１Ｂそれぞれの他端は並列共振子７
Ａ、７Ｂの接地側と電気的に接続されている。１２は圧
電共振子の両端の配線パターンに接触し電気的特性を取
得するプローブであり、インピーダンスアナライザ等の
測定器１３に接続されている。測定器１３のデータ出力
ポートは、コンピュータ１４のデータ入力ポートに接続
されており、コンピュータ１４のＤ／Ａ変換器はドライ
バ１５に接続されており、ドライバ１５のドライブ出力
端子は塗料吐出器１６のドライブ入力端子に接続されて
いる。また、パッケージ下部Ａは二次元方向に任意に動
くことが可能である可動ステージ（図示せず）に取り付
けられており、塗料吐出器１６の真下に各共振子の任意
の部位を位置させることが可能である。また、１７は直
列共振子６Ａ、６Ｂ、並列共振子７Ａを電気的に接続す
る配線パターンである。Ａ１は、接地配線パターン１１
Ａ、１１Ｂが設けられた窪みである。

【００２１】以上のようなフィルタ構造において、パッ
ケージへ全ての共振子を実装した後に周波数調整は行わ
れる。

【００２２】まず、プローブ１２を直列共振子６Ｂの両
端に下ろし、測定器１３により直列共振子６Ｂの特性を
独立に得る。得られた共振子特性のデータは、測定器１
３からコンピュータ１４に転送される。コンピュータ１
４は、転送されてきたデータと所望の共振周波数の差よ
り、塗料の吐出量を決定しドライバ１５に指令を出す。
その後、ドライバ１５はコンピュータ１４からの指令値
に基づき塗料吐出器１６を駆動し特定量の塗料を直列共
振子６Ｂに塗布する。ここで、塗料の塗布位置を共振子
の振動部位にした場合には共振周波数は塗布量の増加と
ともに低下し、ノード近傍に塗布した場合には塗料の増
加とともに共振周波数は高くなる。

【００２３】ここで、パッケージ下部Ａへの共振子実装
後の構造を回路図に書き下すと、図２の様になってお
り、出力端子９と配線パターン１７にプローブ１２を接
触させ測定器１３により素子特性を計測すると、直列共
振子６Ｂを単独に評価することが可能である。この結果
得られる直列共振子６Ｂの共振周波数のフィルタの中心
周波数からのずれをコンピュータ１４は算出し、塗料の
塗布量を決定しドライバ１５に指令を出す。ドライバ１
５は、指令値に基づき塗料吐出器１６から所定量の塗料
が吐出されるように塗料吐出器１６を駆動することによ
り共振子の周波数調整を行う。

【００２４】また同様に配線パターン１７と配線パター
ン１１Ａにプローブを接触させると並列共振子７Ａの特
性を独立に評価することが可能である。

【００２５】各共振子ごとに上記周波数調整方法を繰り
返せば全ての共振子の特性を所望のものとすることが可
能である。

【００２６】前述した周波数調整を全ての共振子に適用
した後、図３のように並列共振子の独立に取り出した接
地側端子の窪みＡ１に導電部材１８を設置する。その
後、パッケージ下部Ａの周辺部に接着剤を塗布しパッケ
ージ上部Ｂを積層した後、上パッケージ突起１９にて導
電部材１８を加圧して接着剤を硬化する。これにより、
配線パターン１１Ａと配線パターン１１Ｂを導電部材１
８により電気的に短絡状態にすることが可能であり、要
望する周波数特性を有する圧電ラダーフィルタを得るこ
とができる。

【００２７】以上述べたように、パッケージに設けられ
る並列共振子の接地配線パターンを独立に取り出し、各
共振子の周波数特性を独立に調整した後、接地配線パタ
ーンを導電性の薄板等で短絡状態にすることにより、実
装前後のノード近傍に於ける圧力分布変動に起因する周
波数ズレを回避することができ、また各素子を個別に評
価用の測定治具に設置する必要が無いため工数を削減で
き、この結果特性の安定した圧電ラダーフィルタを低コ
ストで提供することが可能である。

【００２８】尚本発明の各実施例では、長さ振動の圧電
共振子の共振周波数の調整をする場合について述べた
が、他の振動モードを使った圧電共振子の共振周波数の
調整をパッケージに実装後行うことに対しても有効であ
る。

【００２９】また、本発明では共振子の共振周波数、反
共振周波数を共振子特性の代表値として取得して共振子
特性の調整を行っているが、共振周波数と反共振周波数
間のインピーダンスの単調増加性、共振周波数より低い
周波数、反共振周波数より高い周波数に於けるインピー
ダンスの単調減少性を確認し、これらが満たされていな
い場合には、共振子を再実装する場合にも有効である。

【００３０】また、本発明の実施例では４素子構成を例
に説明しているが６素子或いはそれ以上の素子構成の場
合にも有効であることは勿論である。

【００３１】また、本発明の実施例では並列共振子の接
地側パターンの短絡をパッケージ端面で行うように説明
しているが、パッケージ内部（短絡部材がパッケージ外
部に出ない場合）で行う場合にも有効である。

【００３２】また、接地パターンの短絡手段として金属
薄板を用いているが、導電性接着剤等を各独立接地パタ
ーン間に塗布して、パターンを短絡させることにも有効
であることは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、実装前後の周波数ズレを回避することができ
特性の安定した圧電ラダーフィルタを低コストで実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施の形態の圧電ラダーフィルタ
の周波数調整方法及びパッケージ構造の斜視図である。

【図２】本発明の上記実施の形態の圧電ラダーフィルタ
の回路図である。

【図３】本発明の上記実施の形態の圧電ラダーフィルタ
の並列共振子の接地パターンの短絡状態を表す斜視図で
ある。

【図４】本発明の上記実施例における並列共振子の接地
パターンを短絡状した状態の回路図である。

【図５】従来例における圧電共振子である。

【図６】従来例における圧電共振子、圧電ラダーフィル
タの特性図である。

【図７】従来例における圧電ラダーフィルタのパッケー
ジ構造図である。

【図８】従来例における圧電ラダーフィルタの回路図で
ある。

【符号の説明】

Ａ パッケージ下部 Ｂ パッケージ上部 ６Ａ、６Ｂ 直列共振子 ７Ａ、７Ｂ 並列共振子 ８ 入力電極 ９ 出力電極 １０ 接地電極 １１Ａ、１１Ｂ 接地配線パターン １２ プローブ １３ 測定器 １４ コンピュータ １５ ドライバ １６ 塗料吐出器 １７ 配線パターン １８ 導電部材 １９ 上パッケージ突起

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料を用いた圧電ラダーフィルタの
   周波数調整方法において、 パッケージに実装された共振子の周波数特性を各共振子
   ごとに取得する第一のステップと、 前記共振子の周波数特性と所望の周波数特性のズレに応
   じて各共振子の周波数調整を行う第二のステップと、 パッケージに配置され電気的に接続されていない並列共
   振子の全ての接地側配線パターンを短絡状態にする第三
   のステップとを備えたことを特徴とする圧電ラダーフィ
   ルタの周波数調整方法。
2. 【請求項２】 第二のステップの周波数調整方法とし
   て、レーザビームによる共振子端面の溶断、ノード（振
   動振幅が零の部位）部分への切り込み、振動部位への塗
   料の塗布、又はノード近傍へ塗料を塗布することを特徴
   とする請求項１記載の圧電ラダーフィルタの周波数調整
   方法。
3. 【請求項３】 圧電材料を用いた圧電ラダーフィルタに
   おいて、 前記圧電ラダーフィルタを構成するＮ個の並列共振子の
   内少なくともＮ−１個の並列共振子の接地側配線パター
   ンを電気的に独立に取り出したパッケージ下部と、 前記各並列共振子の全ての接地側配線パターンを短絡状
   態にする導電性を有する部材とを備えたことを特徴とす
   る圧電ラダーフィルタのパッケージ構造。
4. 【請求項４】導電性部材として、金属薄板、或いは導電
   性接着剤を用いることを特徴とする請求項３記載の圧電
   ラダーフィルタのパッケージ構造。