JPS5885613A - モノリシツク圧電磁器フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高久厚みたて振動を利用した七ノリシック圧
電ａＳフィルタに係る。

一般に数ＭＨｚ以上の高い周波数で使用されるモノリシ
ック圧電１ＩＩＷｊＩフイルタは、撮動モードとして板
面が厚みに対して十分広い薄板の厚み振動が用いられる
。

厚み振動の共振周波数は厚みに反比列するため＾い周波
数で使用するためには厚みを薄くする必要がある。しか
し、厚みが１００μｍ以下になると機械的強度が小さく
なるため平行平＃ｉ研磨が鰺かしくｉｋシ、′１え振動
子の保持も困難になる。従って、最４音速Ｏ大きな厚み
たて振動モードを用い九モノリシック圧電１！１１フィ
ルタでも、使用周波数が２６　Ｍ）１１以上となると板
厚が１００．ａ＋ｍ８！［かあるいはそれ以下の厚みが
必要となル、製造が薙かしくなる。また、基本厚みたて
振動を用い九モノリシックフィルタは、材料上ボアンン
比σ′の値がＩ／ｓよ）大きな材料に限られるという制
約がある。この条件をみたす材料は、−ｍのジルコン・
チタン酸鉛系圧電磁器材料に限られる。したがって温度
安定ｆ％エージング特注においてジルコン・チタン酸鉛
系圧電ａＳ材料に比べ数段優れているものとされている
ＰｂＴｉｅ、系圧電磁器材料を用い九基本厚みたて振動
モードモノリシックフィルタは実現不可能である。

これに対し、同じ板厚で奇数次の高調波を用いるととＫ
より基本波に比べて奇数倍の高い共振周波数を得る高次
モードモノリシック圧電磁器フィルタが実用に供されて
いる。

この従来の＾次モードモノリシック圧電磁Ｗｋフィルタ
の岡を第１１１に示す、Ｊｌ１１図（イ）Ｆｉモノリシ
ック圧電轟器フィルタの平面図、（ロ）は正面図であり
、圧電ｌ１ｉＩＩ叡１００表裏面にエネルギー閉じ込め
電ａｌｌ、１１’及び１２　、１２’が設けられている
。ζＯ゛フィルタの動作原理は周知の如く圧電反作用と
電極の質蓋効果により振動エネルギーが電極１１　、１
１’間及び１２　、１２’間に閉じ込められるため、こ
の部分は共振子として動作し電ｍ１ｌｌ、１１’、１２
．１２’の中間の部分は弾性的な結合部分となり％フィ
ルタが構成できるわけである。しかし、ｎ次の高次モー
ドに関して容量比はｎｌに比列して増大する。振動子の
答飯比をｒとしたとき、共振周波数と反共振周波数との
関−と共振周波数との比は約１／宜１ｆＣなる。したが
って％従来の纂１図に示したような高次モードモノリシ
ック圧電磁器フィルタでＦｉまず第１に容量比Ｏ増大の
ためフィルタの通過帯域幅が狭すぎて実用に遥しない場
合があった。

１１２に、４次モードを利用したモノリシックフィルタ
ては、低周波側の基本共振周波数がスプリアスとなシ、
このスプリアスは、使用する高次モードに比べてはるか
に小谷蓋比であるため一層強勢に励振され、この基本共
振によるスプリアスを抑圧することは不可能であった。

また、ｗｃ３に。

従来の１Ｅ１１１に示した圧ＷａｔＩ板１０の表面に露
出した電ｍ１ｌｌ、１１’、１２．１２’を設けた構造
のフィルタでは、電極形成後の平行平面研磨による周波
数調整は不可能である。このため２周波数ｇｉｉ＊はも
っばら蒸着装置を利用した電極の膜厚ＭｉｌＫよる方法
がとられておＣ，［波数調整に係る製造コスト紘非常に
大きかった。

一方１％願昭５３−９２１１７において、相対向する二
つのエネルギー閉じ込め電極が圧電磁器内部にある構造
を有するセラミックフィルタが提案されている。この内
部電極を有するフィルタは、電極が圧電磁器内部にあっ
ても圧電６器の極めて大きな圧電反作用の丸めに良好な
エネルギー閉じ込め特性を有する。

しかしながら、この構造のフィルタでは平行平面研磨に
よる周波ａ調整は可能であるが、第１図に示した従来の
高次モードフィルタの場合と同様に、高次モードを利用
する場合、スプリアスとなる基本共振を抑圧することは
不可能であり、また使用する高次モードにおいて小容緻
比を実現することも不可能であるという欠点を有する。

さらに基本厚み九て振−モードを用いる場合においても
結局振一部分を薄くしなければ高１Ｉ４ｒＩＩＬ化が実
現できず、最初に述べ九種々の欠点は全く解決されない
。

これ１１し１本発明は前述の従来形高次モードモノリシ
ック圧電ａＳフィルター〇欠点をすべて解決し１周波数
調整が可能でしかも、従来よシ高い周波数で使用可能な
モノリシック圧電磁器フィルタを提供することを目的と
している。

本発明のモノリシック圧電磁器フィルタは厚み方向に一
層に分極処理された圧電磁器板の内部あるいは内部及び
表面に互いに平行でかつ圧電ｆｆｌ器板の厚み方向に互
いに重なシあう複数の１−からなる電極群が複数組形成
された構造となっている。

また入力及び出力端子と接続している２つの電極群を構
成している電極数はそれぞれ３以上でしかも互いに等し
い、さらに入力及び出力端子と接続しているそれぞれの
電極群において電極は一層おきにすべて一方の電極端子
に接続し、残りはすべて他方の電極端子に接続している
。

以上に述べた構造について図面に従って説明する。

電ｉｉ＊が２組のモノリシック圧電磁器フィルタの列を
纂２図及び編３図に示す、第２図は、フィルタの横ｌＩ
＠造を示す分解−である、圧電磁器粉末と有機−からな
るシート２０上にエネルギー閉Ｌ込めＩＩＥ極２１．２
１’、２２．２２’がＩＩＩＬみ方向に互いに重な９合
うように設けられ、これらと接続してリード電＆ｚａ、
２ａ’、２４．ｚ４’が設けられている。これらのシー
トを厚み方向に一体化し、焼成した構造のモノリシック
圧電ｆＩｉ器フィルタＯｖ＃市図が１３図である。

第３−において、２０′は前記シート２０が一体化、焼
成されえ圧電ｍ器板であル、リード電極２３．２３’、
２４．２４’からそれぞれ電気端子２５．２５’、２６
．２６’がと多山される。このとき分礁処１ｉｉｎ、矢
印に示したように板厚方向に−４１１にほどヒされる。

この場合、圧電１器は本質的に＾結合＃科であるから圧
電反作用が非常に強く、従って電極部Ｏ線断周波数が無
電極部に比べてかな）低くな夛２票３図のように最も外
側にある電極の＊＊＊を薄いａｌ磁器層覆ったとしても
二不ルギー閉じ込めに何ら障害を与えることはない。

このように、内部電極を有する構造を用いることにより
、所望のｍｍ数に一層するためＫは単に表ａｉｏｍｓ層
を研磨するだけで良く、あらかじめ設杜られえ電気端子
２５　、２５’　、　２６　、２６’より正確なｊＩ１
１波数を知ることができる。また、平行平面研磨は最も
磁器表面に近いｔ億が、＠器表面に農出するまで行うこ
とができる。

次に入力側及び出力側電極群と電気端子との接続は躯３
図に示すように該％ｌ極群内において一層おきに配置さ
れた２枚の電極２１は一方の電気４子２５に接続され、
やはり一層おきに配置された残シの２枚の１を極２１’
は他方の電気端子２５′にＷｋａされている。さらに電
極２２．２２’と電気端子２６．２６’との接続も上記
と同様に配ＩＭきれる。このような配線を行なうと厚み
方向に一様に分極された圧電磁器板の厚み方向の電荷分
布から、厚み方向に電極を介して［）合い、しかも電極
にはさまれている圧電磁器層に互いに逆向きの振−変位
があられれ、特定のに次モード（第３図の場合は３久モ
ード）だけ強勢に励振できる長所がある。即ち、特定の
高次モードだけ強勢に励振できるということは、使用す
る特定の尚次モードにおいて小容縁比が実現できるわけ
であ夛、スプリアスとなる基本モードに対しては電荷が
打ち消されることで抑圧可能である。これは従来の高次
モードを用いたモノリシック圧電磁器フィルタの諸欠点
を一掃するものである。

また入出力端子に接続される電極の数はそれぞれ等しく
なければならない。電極数が異なると入力側電極部で励
振された振動モードが出力側電極部において十分共振し
ない、さらに２次以上の高次モードを励振させるためＫ
ｔｉ上記電極の数はそれぞれ３以上が必要である。

本発明のモノリシック圧電磁器フィルタの他の例として
、第４図に示すように圧電Ｍｉ器基板上下面に分極用［
極を施し、直流高電界を加えて分価し、その後そのｔま
分極用電極の−Ｆ＆２７．２７’２８．２８’をエネル
ギー閉じ込め電極として残し九構造も考えられる。さら
に急峻な周波数選択度を実現させるためＫは、第５ｍに
示すように圧電ａ基板の長手方向の入力側と出力側電極
群の中間にエネルギー閉じ込め電極群を１以上形成し２
れぞれの電極群内の電極をすべて短絡することによ〉寥
鳥に可能となる。

１１５１ＥｌＫ示し九構造を用いると、入出力の電極部
分はもちろん、短絡した中間部分の！極にも振―エネル
ギーが閉じ込められ、これらの部分は共振子として働く
、これら共振子は弾性的な結合部分（電極のない部分）
′に介して縦続に配置されているわけであるから、信号
が入力されて出力されるｌｉｌ＠に多くの共振子を通過
しなければならないためＫｊｌｌ波数迦択皺醤性が向上
するわけである。入力側と出力１ｉ１１電極群の中間に
形成された各゛（極群を構成している電極の数は入力−
，出力四′ζ極群の電ＩｉＯ数と同一であることが最適
であるが、電極数が少ない場合でも前述した共振子とし
ての機能は保持できる。

なお％第３ａｌｌの構造では、３次の厚みたて振動モー
ドだけが強勢ＫｊＤ＊されるが、認２図において電極が
施されているセラミックシートの積層枚数について、２
次の１合は３枚、４次の１合は５枚、一般のｎ次の場合
はｎ＋１枚と積層枚数を変えてやることにより、他の高
次モードも強勢に励振することができ、しかも基本共振
によるスプリアスを抑圧てきることは言うまでもない。

次に、本発明の実施列として、１１２図ｉＤ図に示した
構造の３次厚みたて振−を用いた中心周波数が２７Ｍ）
ｌｚの移動無線用モノリシックフィルタについて述べる
。

試作にあたルセラミック積層コンデンナの製造技術を用
いた。まず、圧電磁器粉末と有機バインダー及び有機１
ｌｌＦ＃Ｉを含む泥果をつく勺、キャスティング法によ
シ製膜し生シートしえ。この生シートにエネルギー閉じ
込め電極及びリード１１４ｊを印刷した。ついでこれら
の生シートを所定の大きさに切断し積層圧着して積層体
を作製した。この積層体の焼成後の断面図は第３図に示
すとお夕である。さらに所定の位置に銀電極ペーストを
血布し焼付け、電気端子とした。この後圧電磁器板を一
様に分極した。ここで圧電材料としては厚みたて結合係
ｆｉ　ｋ　ｔ　−０，４５ＯＰｂＴｔＯ，暴圧１ｉ１！
！を用い、焼成後のａｇは３２０μｍ、厚み方向で隣接
するエネルギー閉じ込め電極の間隔はは埋等間隔で７３
声職モノリシツクフイルタの外形寸法ｔａ６．＜ｘｓ、
４−である、つぎに％表面の磁器層を研磨することによ
って周波ａ論整を行ない、板厚が２６１μｍのときフィ
ルタの中心周波数が２７　ＭＨｚとなった。

このときのフィルタの動作減衰量％性を第６図に示す、
３ｄＢ比帯域＠３．２Ｎが得られておシ、また基本厚み
たて振動によるスプリアス付近の動作減衰量は２０ｄＢ
、ＳＨに抑えられている。一方、！Ｉ１図に示した従来
の３次厚みたて振動を用いたモノリシック圧電磁器フィ
ルタでは２本発明と同じＰｂ’ｌ’ｌＯ，系圧電セラミ
ックスを用いているにもかかわらず、３ｄＢ比帯域輻Ｉ
Ｘ程度しか得ることができなかったばかルではなく、基
本厚みたて振動によるスゲリアス付近の動作減衰量は５
ｄＢｇ度であった。ｌＩＪち、両者の厚みたて３次振動
を用いたフィルタの特性を比較すると１本発明のモノリ
シックフィルタや方が、従来のモノリシックフィルタに
比べてはるかく広帯域化がはかれ、かつスプリアスとな
る基本厚みたて振動を抑圧することができる。

以上詳述した如く１本発明の高次モードモノリシックフ
ィルタ社、特定の高次モードのみ強勢に励振可能であ）
、またスプリアスとなる基本モード振動を抑圧し、さら
に周波数調整も可能であるという優れた４１１徴を有す
るものであや、工業的価値も多大である。

【図面の簡単な説明】

ｒｉｇ　１ｌｌｒ；ｔ、従来のモノリシック圧電ｌａ器
フィルタを示した図である。（イ）は平面図、（ロ）は
正面図である。 １ｉ２＆ｌは１本発明のモノリシック圧電磁器フィルタ
の実施例の積層構造を示す図でおる。 謳３図は、本発明のモノリシック圧電磁器フィルタの実
施列の断ｃＮ図である。矢印は分極方向である。 １１４図は本発明のモノリシック圧’ｉｌｆｍ器フィル
タの実施内のうち各電極群のうちの一部が圧１磁器板の
表面に形成されている丙を示す図。 第５図は本発明のモノリシック圧電磁器フィルタの実施
内のうち電＃７ｉ群が４！１形成されている列を示す図
。 第６図は第３図に示す構造のモノリシック圧電磁器フィ
ルタの特性を示す図。 以上の図において、１０．２０’は圧電ａｔ器基板１１
　、１１’　、　］　２　、　ｌ　２’は電極、２０は
圧電磁器粉末と有機物からなるシート、２１．２１’。 ２２　、２２’はエネルギー閉じ込め用内部電極。 ２３．２３’、２４．２４’はリード電極、２５゜２５
’、２６．２６’は電気端子、２７．２７’、２８２８
′は圧電＠４板表面に形成されたエネルギー閉じ込め用
電極。 第１図 第２図 １５図 Ｙら図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 厚みの方向に分極処理された圧電磁器板の内部あるいは
   円部及び表面に、互いに平行でしかも圧電磁器板の厚み
   方向に互いに電なシ合う複数の電極からなる電極群が複
   数組形成されておル、これら複数の電極群のうち少なく
   とも入力及び出力端子とＩ！ａｌ！している２組の電Ｉ
   ｉ評の電極数はそれぞれ３以上でしがも互いに等しく、
   さらに当該入力及び出力端子と接続している２組の亀＆
   群のそれぞれにおいて各電極祉−珈おきにすべて一万の
   電気端子に！１続し、残やはすべて他方のｔム端子に接
   続していることｔ−特徴とするモノリシック圧電磁器フ
   ィルタ。