JPH11205076A - 高周波圧電振動子及びその製造法 - Google Patents

高周波圧電振動子及びその製造法

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JPH11205076A
JPH11205076A JP1479298A JP1479298A JPH11205076A JP H11205076 A JPH11205076 A JP H11205076A JP 1479298 A JP1479298 A JP 1479298A JP 1479298 A JP1479298 A JP 1479298A JP H11205076 A JPH11205076 A JP H11205076A
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JP
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frequency
thin
ultra
electrode
piezoelectric substrate
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JP1479298A
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Hideyuki Sugano
英幸 菅野
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ATカット水晶振動子の基本波周波数が15
0MHz以上で、共振周波数が高精度の高周波圧電振動
子とその製造法を実現する。 【解決手段】 圧電基板の一方の主面を凹陥せしめ、超
薄板部とこれを支持する環状部とを一体的に形成した圧
電基板の凹陥部側に電極を形成し、平坦側に小電極を乗
せてその振動部の周波数を測定し、ドライエッチングに
て振動部の周波数を仕上げた高周波圧電振動子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波圧電振動子及
びその製造方法に関し、特にドライエッチング手法を用
い、基本波振動で150MHz以上の高周波化を実現し
た高周波圧電振動子及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】ATカット水晶振動子は、周波数温度特
性が27度を変曲点として3次特性(約27度を対称の
中心とする点対称)を呈し安定なこと、周波数が厚さの
関数となるので高周波化に適すること、容量比が比較的
小さい等から周波数基準として多くの用途で用いられ、
特に通信機器には数多く使われている。近年では、周波
数の安定に加え、携帯電話等に用いられる通信周波数帯
が高周波化し、またコンピュータのクロック周波数等も
高周波化している。図3(a)は上記の高周波化を図っ
た圧電振動子Bの構造の一例を示す斜視図であり、同図
(b)はR−R線における圧電振動子素子のみの断面図
である。圧電振動子の構成を製造の手順を追って説明す
る。まず、圧電基板21、例えばATカット水晶基板の
一方の表面の中央部分をフォトエッチングの手段を用い
凹陥せしめて、超薄肉部22と該超薄肉部22の周囲を
支持する厚肉の環状囲繞部とを一体的に形成して、超薄
肉部22の機械的強度を保持した超薄板圧電基板21を
形成する。
【0003】次に、超薄板圧電基板21の凹陥部側には
導電膜を全面に蒸着して電極23bを形成すると共に、
超薄板圧電基板21の平坦側にフォトエッチング手法を
用いて、部分電極23aと、該部分電極23aから基板
周辺部に延在するリード電極24を形成する。この様
に、超薄板圧電基板21に電極23a、23bを形成し
た圧電振動素子を、セラミックパッケージ25に収容
し、導電性接着剤を用いて超薄板圧電基板21を片持ち
構造にて固定すると共に、電極23bとセラミックパッ
ケージ25底部の端子電極26bとの電気的導通を図
る。一方、上部電極23aとセラミックパッケージ25
の端子電極26aとはボンディングワイヤー27にて電
気的導通を図る。
【0004】上記のように構成した高周波振動子Bの動
作は、セラミックパッケージ25の端子電極26a、2
6bに高周波電圧を印加すると、周知のように、凹陥部
の超薄肉部22の厚さに反比例した周波数で共振する。
従って、高周波圧電振動子を得る場合には、超薄肉部2
2の厚さを薄くする必要がある。超薄肉部22部に励起
された基本波主振動の変位は電極23a部では該電極2
3aの中央に対し対称な余弦状の分布になり、電極23
aから離れるに従いその変位分布は指数関数的に減衰
し、凹陥部の両端では振動変位は極めて小さくなり、環
状囲繞部からの支持の影響は受けない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、厚み滑
り振動をするATカット水晶振動子の共振周波数fは、
周知のように、超薄肉部22の厚さtに反比例し、次式
であらわされる。 f=k/t 周波数fをMHz、厚さtをμmの単位で表すと、定数
kは約1650MHz・μmとなる。従って、水晶振動
子の共振周波数を150MHz以上の高周波に設定する
と、超薄肉部22の厚みが10μm以下と極めて薄くな
り、厚さの偏差に対する周波数感度が極めて大きくな
る。例えば、フッ化アンモニウムを主成分とするウエッ
トエッチング手法を用いて凹陥部を形成した場合、その
濃度の変動、エッチング設定時間の誤差等のため、超薄
肉部2の厚さを精度よく制御することが極めて困難であ
り、結果として周波数のバラツキが大きく、製造歩留ま
りが低いという問題があった。本発明は上記問題を解決
するためになされたものであって、基本波振動で高周波
領域(150MHz以上)の圧電振動子とその製造法を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る高周波圧電振動子及びその製造法の請求
項1記載の発明は、一方の主面に凹陥部を有する超薄板
圧電基板の凹陥側に電極を形成すると共に該凹陥側を下
向きにしてパッケージに実装し、前記超薄板圧電基板の
平坦側に上乗せ電極を近接させてその周波数を測定した
後、所望の周波数に近づけるべく前記超薄板圧電基板の
平坦側をドライエッチング手段を用いて削り、その後平
坦部に電極を形成することを特徴とする高周波圧電振動
子の製造法である。請求項2記載の発明は、一方の主面
に凹陥部を有する超薄板圧電基板の凹陥側に電極を形成
すると共に該凹陥側を下向きにしてパッケージに実装
し、前記超薄板圧電基板の平坦側に上乗せ電極を近接さ
せてその周波数を測定した後、所望の周波数に近づける
べく前記超薄板圧電基板の平坦側をドライエッチング手
段を用いて削り、その後平坦部に電極を形成することを
特徴とする高周波圧電振動子である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1(a)は本発明に
係る高周波振動子Aの構造の一例を示す斜視図、同図
(b)はP−P線における圧電振動素子の断面図、同図
(c)はQ−Q線における圧電振動素子の断面図であ
る。前記圧電振動素子は圧電基板としてATカット水晶
基板の一方の表面の中央部分をフォトエッチング手段を
用いて凹陥した超薄肉部2と該超薄肉部2の周囲を支持
する厚肉の環状囲繞部を一体的に形成した超薄板圧電基
板1を用いる。この超薄板圧電基板1の凹陥部側には部
分電極3bと、該部分電極3bから基板周辺部に延在す
るリード電極4を具備する。一方、超薄板圧電基板1の
平坦側には全面に電極3aが形成されている。
【0008】上記の圧電振動素子は、セラミックパッケ
ージ5に収容されており、導電性接着剤を用いて片持ち
固定すると共に、電極3bのリード電極4とセラミック
パッケージ5底部の端子電極6bとの電気的導通が図ら
れている。一方、上部電極3aとセラミックパッケージ
5の端子電極6aとの間はボンディングワイヤー7にて
電気的導通が図られている。
【0009】ここで、本発明に係る基本波で150MH
z以上の高周波振動子の製造法について、図2(a)〜
(g)を用い順を追って説明する。図2(a)は、従来
の超薄板圧電基板と同様に、厚さ約80μmのATカッ
ト水晶基板1の中央にフォトエッチングの手法を用い
て、ほぼ正方形状の凹陥部2を形成した超薄板圧電基板
1の断面図である。上記の超薄板圧電基板1の凹陥部側
に、図2(b)に示すようにマスクを介した蒸着あるい
はフォトエッチング等の手法を用いて、部分電極3bと
該部分電極3bから超薄板圧電基板1の周辺部へ延在す
るリード電極4とを形成する。部分電極3bとリード電
極4を形成した超薄板圧電基板1(圧電振動素子と称
す)を図2(c)に示すように、セラミックパッケージ
5に収容し、リード電極4とセラミックパッケージ5の
底部電極(図示しない)とを導電性接着剤(図示しな
い)を用いて固定すると共に電気的導通を図る。
【0010】次に、図2(d)に示すように、セラミッ
クパッケージ5に収容した圧電振動素子の凹陥部2に対
向する平坦側の上に上乗せ電極8(黄銅等の材質を用
い、底部は直径2〜3mmの円筒状で上部は円錐状に加
工した電極)を乗せ、該上乗せ電極8から延びるリード
線9と、セラミックパッケージ5の外部端子6b’から
延びるリード線10との間のインピーダンス、共振周波
数をネットワークアナライザー等を用いて測定する。こ
の測定した共振周波数を所定の周波数に近づけるべく、
図(e)に示すようにドライエッチング手法を用いて、
超薄板圧電基板1の平坦側の全面もしくは薄肉部に対向
する部位をエッチングする。点線部を示す11はドライ
エッチング前の超薄板圧電基板1の厚さを示し、実線は
ドライエッチング後の超薄板圧電基板1の厚さを示す。
当然のことながら、この手法を適用するに際しては超薄
肉部を目的とする厚みよりも予め厚めに形成しておくこ
とが必要となる。
【0011】ここで、ATカット水晶基板をドライエッ
チングする手法について簡単に説明する。真空容器内に
配置した2つの電極うち一方の電極上に試料(この場合
は図2(c)に示す圧電振動素子)を配置し、前記容器
を真空に排気した後、容器内に反応性ガス(ハロゲン化
合物、酸素等)を導入し、前記2つの電極間に高電圧を
印加すると、反応性ガスプラズマが生成し、容器内に置
いた試料をエッチングすることができる。このエッチン
グ手法をドライエッチングと一般的に称している。
【0012】図2(d)のように超薄板部2の周波数を
測定した圧電振動素子をドライエッチング装置の真空容
器内に入れて真空とし、該真空容器内にCF4等を導入
し、そのガス圧を1〜10パスカル(Pa)、 CF4
量をを10〜30cc/分、RF電源の周波数を約15
MHzで出力を100〜500Wとして、前記容器内の
圧電振動素子の平坦基板部をドライエッチングする。上
記の条件における超薄板圧電基板1の平坦基板部のエッ
チング速度は種々の実験の結果、一例として約180Å
/分が得られ、所定の周波数に十分に制御することが可
能となった。超薄板圧電基板1の周波数を所定の周波数
に調整した後、図2(f)に示すように前記圧電振動素
子を真空容器内に配置し、前記圧電振動素子の平坦部側
基板のみを蒸着するため、蒸着マスク12を介して金属
膜3aを蒸着する。
【0013】真空容器内から前記圧電振動素子を取り出
し、上部電極3aとセラミックパッケージの底面に焼成
してある端子電極(図示していない)とボンディングワ
イヤー15を用いて電気的導通を図り、高周波圧電振動
子とする。さらに、前記圧電振動子の周波数を測定し、
必要がある場合には蒸着等の手段、あるいは電子ビーム
等の手段を用いて所望の周波数に微調整し、基本波で1
50MHz以上の高周波振動子を完成する。高周波圧電
振動子Aの動作は、セラミックパッケージ5の端子電極
6a、6bに高周波電圧を印加すると超薄肉部2の厚さ
に反比例した周波数で共振する。
【0014】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、高周波領域(150MHzから650MHz)の
振動子を製作する場合に、フォトエッチング手法を用い
て形成した超薄板圧電基板の凹陥部における超薄肉部の
周波数を測定した後、ドライエッチング手段を用いて、
前記超薄肉部の周波数を高精度に調整するので、極めて
周波数精度の高い高周波振動子を実現できるという優れ
た特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明に係る高周波振動子の一構造を
示す斜視図、(b)、(c)はそれぞれはP−P線及び
Q−Q線における断面図を示す。
【図2】(a)〜(g)は本発明に係る高周波振動子の
製造法を工程順に説明した断面図を示す。
【図3】(a)は従来の高周波水晶振動子の構造の一例
を示す斜視図、(b)はR−R線における断面図を示
す。
【符号の説明】
1……圧電基板 2……超薄肉部 3a……上部電極 3b……下部電極 4……リード電極部 5……セラミックパッケージ 6a、6b……セラミックパッケージの端子電極 6b’……外部端子 7……ボンディングワイヤー 8……上乗せ電極 9、10……リード線 11……ドライエッチングされた圧電基板部 12……マスク A……高周波圧電振動子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の主面に凹陥部を有する超薄板圧電
    基板の凹陥側に電極を形成すると共に該凹陥側を下向き
    にしてパッケージに実装し、前記超薄板圧電基板の平坦
    側に上乗せ電極を近接させてその周波数を測定した後、
    所望の周波数に近づけるべく前記超薄板圧電基板の平坦
    側をドライエッチング手段を用いて削り、その後平坦部
    に電極を形成することを特徴とする高周波圧電振動子の
    製造法。
  2. 【請求項2】 一方の主面に凹陥部を有する超薄板圧電
    基板の凹陥側に電極を形成すると共に該凹陥側を下向き
    にしてパッケージに実装し、前記超薄板圧電基板の平坦
    側に上乗せ電極を近接させてその周波数を測定した後、
    所望の周波数に近づけるべく前記超薄板圧電基板の平坦
    側をドライエッチング手段を用いて削り、その後平坦部
    に電極を形成することを特徴とする高周波圧電振動子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100568284B1 (ko) * 2003-12-09 2006-04-05 삼성전기주식회사 Fbar 소자의 주파수 튜닝 방법 및 이를 포함한 제조방법
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