KR100496405B1 - 압전 진동자와 그것을 이용한 필터 - Google Patents

압전 진동자와 그것을 이용한 필터 Download PDF

Info

Publication number
KR100496405B1
KR100496405B1 KR10-2003-7002000A KR20037002000A KR100496405B1 KR 100496405 B1 KR100496405 B1 KR 100496405B1 KR 20037002000 A KR20037002000 A KR 20037002000A KR 100496405 B1 KR100496405 B1 KR 100496405B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
element portion
vibrating element
vibration
less
thickness
Prior art date
Application number
KR10-2003-7002000A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030022384A (ko
Inventor
사사키유키노리
Original Assignee
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 filed Critical 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Publication of KR20030022384A publication Critical patent/KR20030022384A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100496405B1 publication Critical patent/KR100496405B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/177—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of the energy-trap type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/0504—Holders; Supports for bulk acoustic wave devices
    • H03H9/0509—Holders; Supports for bulk acoustic wave devices consisting of adhesive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/56—Monolithic crystal filters
    • H03H9/562—Monolithic crystal filters comprising a ceramic piezoelectric layer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/58—Multiple crystal filters
    • H03H9/581—Multiple crystal filters comprising ceramic piezoelectric layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 압전판의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 압전 진동자에 있어서, 주 진동 공진 주파수 근방에 폭 치수에 기인하는 불요 공진이 없는 양호한 특성의 압전 진동자를 제공한다. 진동 소자부(1)의 폭(W)과 진동 소자부(1)의 두께(H)와의 비(W/H)가 2.0 이상 4.0 이하, 혹은 4.3 이상 5.7 이하, 6.2 이상 7.8 이하, 8.2 이상 9.8 이하 중 어느 하나인 진동 소자부(1)를 구비하는 압전 진동자이다.

Description

압전 진동자와 그것을 이용한 필터{PIEZOELECTRIC VIBRATOR AND FILTER USING THE SAME}
본 발명은 압전 재료에 질화 알루미늄을 이용한 압전 진동자와 그것을 이용한 압전 필터에 관한 것이다.
고체 내에서 전달하는 파인 벌크파를 이용한 압전 진동 디바이스에는 각종 전자 기기 등의 클럭원으로서 이용되는 압전 진동자와, 통신 기기의 주파수 유출 등에 이용되는 압전 필터가 있다. 이들 압전 진동 디바이스로 사용되는 주파수 대역은 최근 고주파화되고 있다. 또 주 진동으로서 두께 슬라이드 진동, 두께 세로 진동 등의 두께 진동을 이용하고, 특히 불요 진동의 억제나 디바이스의 유지가 용이한 에너지 봉쇄 현상을 이용한 것이 많이 이용된다. 에너지 봉쇄 현상이란 어느 특정한 압전 재료로 두께 슬라이드 진동이나 두께 세로 진동 등의 어느 특정한 진동 모드를 이용하는 경우, 진동 소자부 주면에 부분적으로 여진용 전극을 형성하면 진동 에너지가 여진용 전극 하에만 봉쇄되는 현상으로, 쇼클리, 우에노 등에 의해 상세하게 해석되어 있다. 도 14에서의 진동 소자부(100)의 단면을 이용하여 에너지 봉쇄 현상을 설명한다. 여진용 전극(101)의 어느 부분에서의 차단 주파수를 f0 으로 하고, 무전극부에서의 차단 주파수를 f0'로 하면, f0'보다 큰 주파수에서는 진동 에너지는 자유롭게 운반되어 여진용 전극(101) 하에서도 정재파를 만들지 않는다. 그러나, f0보다 크고 f0'보다 작은 주파수에서는 도 14에 도시하는 바와 같이, 여진용 전극(101)의 어느 부분에서 진동 에너지는 자유롭게 운반되지만, 무전극부에서는 지수 함수적으로 감쇠한다. 따라서 진동 변위도 진동 소자부(100)의 단부를 향할수록 작아지고, 결과적으로 진동 에너지는 여진용 전극(101) 부근에 집중한다. 또, 진동 소자부(100)의 단부에서의 진동 변위가 충분히 작기 때문에, 진동 소자부(100)의 단부에서 생기는 반사파를 억제할 수 있으므로, 주 진동인 두께 세로 진동이나 두께 슬라이드 진동의 특성은 양호해진다.
그러나, 에너지 봉쇄 현상을 이용해도 진동 소자부의 길이나 진동 소자부의 폭에 기인하는 불요 공진의 발생을 억제하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 주 진동 공진 주파수 근방에 불요 공진이 존재하지 않도록 진동 소자부의 치수를 적절하게 할 필요가 있다. 예를 들면 일본 특허 제1577973호 공보에서는 탄탈산 리튬의 X판을 이용한 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 스트립형 진동자에 있어서, 진동 소자부의 폭(W)과 진동 소자부의 두께(H)와의 비(W/H)를 1.35 이상 3.0 이하 혹은 3.8 이상 5.0 이하로 하고, 폭 치수에 기인하는 불요 공진 주파수를 주 진동 공진으로부터 멀어지게 함으로써 양호한 특성을 얻고 있다.
그러나, 압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 진동 소자부의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 압전 진동자에 있어서는, 진동 소자부의 폭 치수에 기인하는 불요 공진을 주 진동 공진 주파수로부터 멀어지게 하기 위한 적절한 설계 치수는 불명확하다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에서의 압전 진동자의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시형태 1에서의 압전 진동자의 단면도,
도 3은 진동 소자부의 폭(W)과 진동 소자부의 두께(H)와의 비(W/H)와 주 진동이나 불요 공진의 주파수 정수와의 관계를 나타내는 도면,
도 4A는 W/H=4.2의 진동자의 임피던스 주파수 특성도,
도 4B는 본 발명의 실시형태 1에서의 W/H=5.0의 진동자의 임피던스 주파수 특성도,
도 5는 진동 소자부의 길이(L)와 진동 소자부의 두께(H)와의 비(L/H)와 기계적 품질 계수와의 관계를 나타내는 도면,
도 6은 여진용 전극 길이(Le)와 진동 소자부의 두께(H)와의 비(Le/H)와 기계적 품질 계수와의 관계를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 실시형태 2에서의 스트립형 진동자를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시형태 3에서의 진동 소자부의 폭 방향 단부에 테이퍼가 부착된 구조의 진동자를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시형태 4에서의 사다리형 필터의 사시도,
도 10은 본 발명의 실시형태 5에서의 2중 모드 필터의 사시도,
도 11은 본 발명의 실시형태 5에서의 2중 모드 필터의 단면도,
도 12는 실시형태 5에서의 다른 2중 모드 필터의 단면도,
도 13은 본 발명의 실시형태 6에서의 압전 진동자를 실장한 기판의 단면도,
도 14는 종래의 에너지 봉쇄형 압전 진동자의 단면도이다.
압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 진동 소자부의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 압전 진동자에 있어서, 진동 소자부의 폭(W)과 진동 소자부의 두께(H)와의 비(W/H)가 2.0 이상 4.0 이하, 혹은 4.3 이상 5.7 이하, 혹은 6.2 이상 7.8 이하, 혹은 8.2 이상 9.8 이하 중 어느 하나인 압전 진동자이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 동일한 구성을 이루는 것에는 동일한 부호를 붙여서 설명한다.
(실시형태 1)
도 1, 도 2는 각각 본 발명의 실시형태 1에서의 압전 진동자의 사시도와 단면도로, 압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 진동 소자부(1)의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 한다. 진동 소자부(1)의 주면의 표면과 이면에는 서로 대향하여 설치된 여진용 전극(2)이 설치되고, 여진용 전극(2)과, 외부와의 접속용 전극(3)을 외부 인출용 전극(4)이 접속하고 있다.
상기와 같은 구성의 압전 진동자에서는, 에너지 봉쇄 현상에 의해 여진용 전극(2) 하에 진동 에너지가 집중하여 진동 소자부(1)의 길이 방향 단부를 향할수록 진동 변위는 감쇠한다. 그러나, 에너지 봉쇄 현상을 이용해도 진동 소자부(1)의 폭 등의 치수에 기인하는 불요 공진의 발생을 억제하는 것은 곤란하기 때문에, 주 진동 공진 주파수 근방에 불요 공진이 존재하지 않도록 진동 소자부(1)의 치수를 적절하게 할 필요가 있다.
도 3에 압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 진동 소자부(1)의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 압전 진동자의 진동 소자부(1)의 폭(W)(이하 폭(W) 이라고 칭한다)이 변화하였을 때의 주 진동 공진 주파수, 주 진동 반공진 주파수 및 불요 공진의 공진 주파수를 전개한 주파수 차트를 도시한다. 주파수 차트에서는 가로축에는 진동 소자부(1)의 폭(W)과 진동 소자부(1)의 두께(H)(이하 두께(H)라고 칭한다)와의 비(W/H)를, 세로 축에는 주 진동이나 불요 공진의 공진 주파수와 두께(H)의 곱인 주파수 정수를 이용하고 있다. 두께(H)가 일정하게 폭(W)을 변화시킨 진동자를 다수 작성하고, 주 진동이나 불요 공진의 공진 주파수의 측정 결과를 이 좌표에 전개함으로써 도 3이 얻어진다.
주 진동인 슬라이드 진동의 공진 주파수는 진동 소자부(1)의 두께(H)에 반비례하기 때문에 W/H에 관계없이 거의 일정하게 된다. 본 실시형태의 구성에서의 두께 슬라이드 진동의 주파수 정수는 도 3 중의 실선과 같이 약 2860이다. 이것은 압전 소자 재료인 질화 알루미늄에 고유한 수치이다. 또, 도 3 중의 1점 점선으로 나타내는 주 진동 반공진의 주파수 정수는 약 2883이고, 이것도 W/H에 관계없이 거의 일정하게 된다. 그러나, 도 3 중의 점선으로 나타내는 폭 굴곡 진동 등의 불요 공진은 폭 치수가 변화하면 그 공진 주파수가 변화한다. 그 때문에, 예를 들면 W/H 가 4.2 부근인 경우, 주 진동과 불요 공진의 주파수 정수가 대단히 가까운 값이 되고, 주 진동의 공진 주파수와 불요 공진의 공진 주파수가 가깝게 되어 버린다. 주 진동과 불요 공진의 공진 주파수가 가까우면, 발진 회로 등에 이용한 경우, 주파수 점프 등의 불안정 현상을 일으키는 경우가 있다.
따라서 주 진동 공진 부근, 구체적으로는 주파수 정수 2840 이상 2880 이하에 불요 공진이 존재하지 않으면 특성이 양호한 압전 진동자가 된다. 도 3에서 사각으로 둘러싸인 영역으로 나타내는, 주 진동 공진 근방에서 불요 공진이 존재해서는 안 되는 주파수 정수 범위에 불요 공진이 존재하지 않는 경우의 W/H 값은 2.0 이상 4.0 이하, 혹은 4.3 이상 5.7 이하, 혹은 6.2 이상 7.8 이하, 혹은 8.2 이상 9.8 이하이다.
예로서 진동 소자부(1)의 두께(H)가 0.1㎜, 폭(W)이 0.42㎜, 0.50㎜인 경우의 임피던스 주파수 특성을 각각 도 4A, 도 4B에 도시한다. 도 4A와 같이 W가 0.42㎜인 경우, 즉 W/H가 4.2인 압전 진동자에서는 불요 공진이 주 진동 공진 근처에 존재한다. 한편, 도 4B와 같이 W가 0.5㎜인 경우, 즉 W/H가 5.0인 압전 진동자는 불요 공진이 주 진동 공진 부근에 없기 때문에 양호한 특성으로 되어 있다.
이와 같이, 압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 진동 소자부(1)의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 압전 진동자에 있어서, 진동 소자부(1)의 폭(W)과 두께(H)와의 비(W/H)를 2.0 이상 4.0 이하, 혹은 4.3 이상 5.7 이하, 혹은 6.2 이상 7.8 이하, 혹은 8.2 이상 9.8 이하 중 어느 하나로 하면, 양호한 특성의 압전 진동자를 얻을 수 있다.
한편, 진동 소자부(1)의 길이(L)(이하 길이(L)라고 칭한다)가 충분히 길지 않은 경우, 진동 소자부(1)의 길이 방향 단부에서의 진동 변위가 충분히 작게 되어 있지 않기 때문에 반사파가 생긴다. 이 때문에 주 진동 공진의 기계적 품질 계수가 저하한다.
그래서, 진동 소자부(1)의 길이(L)와 기계적 품질 계수와의 관계를 조사한 결과를 도 5에 도시한다. 단, 진동 소자부(1)의 두께(H)는 주 진동 공진 주파수에 반비례하기 때문에, 길이(L)와 기계적 품질 계수와의 관계를 사용하는 주파수대에 관계없이 취급하도록 도 5의 가로축은 길이(L)를 두께(H)로 규격화하고 있다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 길이(L)와 두께(H)와의 비(L/H)가 13보다 작게 되면 급격하게 기계적 품질 계수가 작아진다. 따라서, L/H값을 13 이상으로 하면 진동 소자부(1)의 길이 방향 단부에서의 진동 변위를 충분히 감쇠시켜 반사파를 억제함으로써 주 진동 공진의 기계적 품질 계수의 저하를 방지할 수 있다.
다음에, 여진용 전극(2)의 길이(Le)와 진동 소자부(1)의 두께(H)와의 비(Le/H)에 대해 고찰한다. 도 6에, 여진용 전극(2)의 길이(Le)와 기계적 품질 계수와의 관계를 조사한 결과를 나타낸다. 단, 도 5의 경우와 동일하게, 도 6의 가로축은 진동 소자부(1)의 두께(H)로 규격화하고 있다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, Le/H값이 3보다 작아지면 급격하게 기계적 품질 계수가 작아진다. 이것은, 진동 소자부(1)의 가공 시에 발생한 진동 소자부(1)의 표면상의 가공 변질층이나 마이크로 크랙 등, 기계적 품질 계수를 저하시키는 원인이 여진용 전극(2)의 면적이 작아지면 상대적으로 영향 정도가 커지기 때문이다. 또, 여진용 전극(2)이 너무 크면 진동 소자부(1)의 길이 방향 단부에서의 진동 변위를 충분히 감쇠시키기 위해서는 진동 소자부(1)의 길이(L)를 크게 할 필요가 있기 때문에, 진동 소자부(1)의 길이의 소형화를 제약한다. 그 때문에, 여진용 전극(2)의 길이(Le)와 진동 소자부(1)의 두께(H)와의 비(Le/H)의 상한을 진동 소자부(1)의 길이(L)와 진동 소자부(1)의 두께(H)와의 비(L/H)의 최적값의 하한인 13보다 작은 12로 설정한다. 이상으로부터, 여진용 전극(2)의 길이(Le)와 진동 소자부(1)의 두께(H)와의 비(Le/H)의 최적값은 3 이상 12 이하가 된다.
구체적인 실시예로는 이하와 같은 압전 진동자를 들 수 있다.
진동 소자부(1)의 두께(H)가 200㎛인 압전 진동자에서는 공진 주파수가 약 14㎒이지만, 진동 소자부(1)의 폭(W)을 1㎜로 하면 W/H는 5.0이기 때문에, 진동 소자부(1)의 폭 치수에 기인하는 불요 공진은 주 진동 공진 근방에 없어서 안정한 특성을 얻을 수 있다. 또, 진동 소자부(1)의 길이(L)를 3㎜로 하면, L/H는 15로 13 이상이 되어 있으며, 또 여진용 전극(2)의 길이(Le)를 1㎜로 하면, Le/H는 5로 3이상으로 되어 있기 때문에, 어느 것이라도 기계적 품질 계수의 저하를 억제한다.
(실시형태 2)
도 7은 실시형태 2에서의 스트립형 압전 진동자의 사시도이다. 압전 진동자를 소형화하는 방법으로서 스트립 구조로 하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 스트립 구조란 도 7에 도시하는 바와 같이, 진동 소자부(1)의 단면이 직사각형이고, 여진용 전극(2)은 진동 소자부(1)의 전 폭에 걸쳐서 형성되며, 폭 방향의 에너지 봉쇄를 행하지 않는 구조이다. 도 1과 같은 구성에서는, 여진용 전극(2)이 진동 소자부(1)의 주면 내에서 폭 방향에 대해 대칭인 위치에 없으면, 구조의 비대칭성에 기인하는 불요 공진이 발생하여 특성을 악화시키는 경우가 있다. 그래서, 압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 진동 소자부(1)의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 압전 진동자에 스트립 구조를 적용하면, 여진용 전극(2)의 위치 어긋남 등으로 발생하는 불요 공진의 발생이 억제된다. 또한 압전 진동자 자체가 소형으로 된다.
(실시형태 3)
도 8은 실시형태 3에서의 스트립형 압전 진동자의 사시도이고, 진동 소자부(1)의 폭 방향 단부에는 테이퍼가 부착되어 있다. 실시형태 2와 같이, 스트립 구조에서는 진동 소자부(1)의 단면은 직사각형이지만, 작성 공정에 따라서는 진동 소자부(1)의 단면이 완전한 직사각형으로 되지는 않고, 사다리꼴이나 평행사변형 등 소자 단면에 테이퍼가 부착된 구조로 되는 경우가 있다. 에너지 봉쇄 현상을 이용하여 진동 소자부(1)의 길이 방향 단부에서의 진동 변위는 충분히 감쇠하고 있기 때문에, 진동 소자부(1)의 길이 방향 단부에 테이퍼가 부착되어도 최적의 설계값은 거의 변화하지 않는다. 그러나, 진동 소자부(1)의 폭 방향 단부에 테이퍼가 부착된 경우, 즉 진동 소자부(1)의 주면과 진동 소자부(1)의 폭 방향 측면이 이루는 각도가 90°에서 크게 멀어지는 경우, 진동 소자부(1)의 폭 치수에 기인하는 불요 공진의 진동 형태가 변화하여 그 공진 주파수가 변화한다든지 새로운 불요 공진이 발생하는 등의 악영향을 미친다. 단, 진동 소자부(1)의 주면과 진동 소자부(1)의 폭 방향 측면이 이루는 각도가 90°±10°, 즉 80° 이상 100° 이하이면 진동 소자부(1)의 폭 방향 단면은 거의 직사각형이라고 간주할 수 있기 때문에, 이제까지의 최적의 설계값을 그대로 적용하는 것이 가능해진다.
구체적인 실시예로는 이하와 같은 압전 진동자를 들 수 있다.
진동 소자부(1)의 두께(H)가 100㎛
진동 소자부(1)의 주면 상측 폭(W)이 350㎛
진동 소자부(1)의 길이(L)가 2㎜
여진용 전극(2)의 길이(Le)가 1㎜
이 진동자에서는 W/H는 3.5, L/H는 20, Le/H는 10이다. 진동 소자부(1)의 폭 방향 단부에는 테이퍼가 부착되어 있고 진동 소자부(1)의 폭 방향 단면이 직사각형이 아닌 사다리꼴로 되어 있다. 그러나 진동 소자부(1)의 주면 상측과 진동 소자부(1)의 폭 방향 측면이 이루는 각도는 95°에서 80°이상 100°이하의 범위 내이다. 그 때문에, 상기 설계값인 경우, 주 진동 공진 근방에는 불요 공진이 없고 기계적 품질 계수도 큰 양호한 특성이 얻어진다.
(실시형태 4)
도 9는 실시형태 4에서의 사다리형 필터의 사시도이다. 출력용 외부 단자(13)에는 2개의 압전 진동자(11)가, 입력용 외부 단자(12)에는 한쪽의 압전 진동자(11)가, 접지용 외부 단자(14)에는 또 한쪽의 압전 진동자(11)가 각각 도전성 수지(15)로 접속되어 있다. 이들을 실장 기판(16)이 유지하고 있다.
진동자를 여러 개 조합함으로써, 특정한 주파수 대역의 신호만큼을 통과시키는 대역 통과 필터를 만들 수 있다. 이와 같은 필터는 진동자의 특성으로서 공진 주파수와 반공진 주파수의 사이에 불요 공진이 존재하면, 필터 특성으로서 통과대역에 리플이 존재하여, 양호한 특성이 되지 않는다. 또, 필터를 구성하는 각각의 진동자의 기계적 품질 계수가 작으면, 필터의 삽입 손상이 커지는 경우가 있다. 그러나 실시형태 1∼3에 서술한 진동자를 조합한 경우, 각각의 진동자는 불요 진동이 없는 안정한 특성이기 때문에 통과대역에 리플이 없고, 또 진동자의 기계적 품질 계수가 크기 때문에 필터의 삽입 손상도 작은 양호한 필터 특성이 얻어진다.
구체적인 실시예로는 이하와 같은 필터를 들 수 있다.
필터에 이용하고 있는 압전 진동자(11)는 2개라도, 진동 소자부의 두께(H)가 100㎛, 진동 소자부의 폭(W)이 350㎛, 진동 소자부의 길이(L)가 2㎜, 여진용 전극의 길이(Le)가 1㎜이기 때문에, W/H는 3.5, L/H는 20, Le/H는 10이다. 따라서, 각각의 진동자의 주 진동 공진 근방에는 불요 공진이 없기 때문에 통과대역에 리플이 없고, 또 진동자의 기계적 품질 계수도 크기 때문에 필터의 삽입 손상도 작은 양호한 특성의 필터가 얻어진다.
(실시형태 5)
도 10은 실시형태 5에서의 2중 모드 필터의 사시도이고, 진동 소자부(1)의 주면 한쪽에 입력용 전극(8)과 출력용 전극(9), 또 한쪽의 주면에 접지용 전극(10)을 설치하고 있다.
실시형태 4와 같은 사다리형 필터 이외의 필터로서, 한 장의 진동 소자부(1)에 다수의 압전 진동자를 구성하여 그들의 진동을 결합시킴으로써 대역 통과 필터를 만드는 다중 모드 필터가 있다.
이와 같은 필터는 MCF(모놀리식 수정 필터)라고도 불리고, a_0 모드나 s_1 모드 등의 인하모닉 ·오버톤을 적극적으로 이용하고 있다. 여기에서는 s_0 모드와 a_0 모드의 2개의 모드를 이용한 2중 모드 필터에 대해서 서술한다.
2중 모드 필터의 진동 소자부(1)의 길이 방향 단면도를 도 11에 도시한다. 2중 모드 필터는 도 11과 같이 진동 소자부(1)의 주면 한쪽에 미소한 간격을 두고 한 쌍의 입력용 전극(8)과 출력용 전극(9)을 설치하고, 또 한쪽의 주면에 접지용 전극(10)을 설치하는 구조를 갖는다. 이 구성에 의해, 대칭 모드인 s_0 모드와 경사 대칭 모드인 a_0 모드를 발생시키고, 대역 통과 필터를 실현한다.
도 11에서의 접지용 전극(10)은 1개밖에 없지만, 도 12와 같이 입력용 전극(8)과 출력용 전극(9)에 각각 상호 대향하여 접지용 전극(10)을 설치해도 상관없다.
2중 모드 필터에서도 사다리형 필터와 동일하게, 진동 소자부(1)의 폭(W)과 두께(H)와의 비(W/H)를 진동 소자부(1)의 폭 치수에 기인하는 불요 공진이 이용하는 진동 모드의 공진 부근에 존재하지 않는 W/H의 범위 내로 함으로써, 통과대역에 리플이 없는 양호한 특성의 필터가 얻어진다.
구체적인 실시예로는 이하와 같은 필터를 들 수 있다.
진동 소자부(1)의 두께(H)는 10㎛이기 때문에 필터의 중심 주파수는 약 280㎒이다. 진동 소자부(1)의 폭(W)은 65㎛이고 W/H는 6.5이기 때문에, 진동 소자부(1)의 폭 치수에 기인하는 불요 공진은 이용하는 진동 모드의 공진 부근에 존재하지 않기 때문에, 통과대역에 리플이 없는 양호한 필터 특성이 얻어진다.
(실시형태 6)
도 13은 실시형태 6에서의 압전 진동자를 실장한 기판의 단면도로, 진동 소자부(1)의 표면과 이면에 상호 대향하여 여진용 전극(2)이 설치되고, 진동 소자부(1)의 표면에 산화 실리콘막(17), 이면에 질화 실리콘막(18)이 형성되고, 실장 기판(16)에 설치된 외부 단자(19)와 여진용 전극(2)이 도전성 수지(15)로 접속되어 있다.
상기의 압전 진동자나 압전 필터에 이용하는 압전 재료인 질화 알루미늄의 두께는 약 2㎛로 대단히 얇다. 그러나 질화 알루미늄의 압전판의 표면 혹은 이면 혹은 표리 양면에 보호막으로서 산화 실리콘막 혹은 질화 실리콘막을 형성하면, 전기적 특성의 경년 변화가 작아지는 것 외에 기계적 강도도 증가하는 등 장기 신뢰성이 향상한다.
이와 같은 구성은 실시형태 1∼3의 압전 진동자에도, 실시형태 4, 5의 압전 필터에도 적용할 수 있다.
압전 재료에 질화 알루미늄을 이용하여 분극 방향이 진동 소자부의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하는 압전 진동자에 있어서, 진동 소자부의 폭(W)과 진동 소자부의 두께(H)와의 비(W/H)를 2.0 이상 4.0 이하, 혹은 4.3 이상 5.7 이하, 혹은 6.2 이상 7.8 이하, 혹은 8.2 이상 9.8 이하 중 어느 하나로 함으로써, 주 진동 공진 주파수 근방에 진동 소자부의 폭 치수에 기인하는 불요 공진이 없기 때문에 양호한 특성이 된다.

Claims (8)

  1. 압전 진동자에 있어서,
    질화 알루미늄을 압전 재료로 하는 진동 소자부를 구비하고,
    분극 방향이 상기 진동 소자부의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하고,
    상기 진동 소자부의 폭(W)과 상기 진동 소자부의 두께(H)와의 비(W/H)가 2.0 이상 4.0 이하, 혹은 4.3 이상 5.7 이하, 혹은 6.2 이상 7.8 이하, 혹은 8.2 이상 9.8 이하 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압전 진동자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 소자부의 길이(L)와 상기 진동 소자부의 두께(H)와의 비(L/H)가 13 이상인 것을 특징으로 하는 압전 진동자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진동 소자부의 주면에 한 쌍의 여진용 전극을 또 구비하고,
    상기 여진용 전극의 길이(Le)와 상기 진동 소자부의 두께(H)와의 비(Le/H)가 3 이상 12 이하인 것을 특징으로 하는 압전 진동자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동 소자부의 주면의 전 폭에 걸쳐 있는 한 쌍의 여진용 전극을 또 구비하고,
    상기 진동 소자부의 단면이 직사각형인 것을 특징으로 하는 압전 진동자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진동 소자부의 주면과 상기 진동 소자부의 폭 방향 측면이 이루는 각도가 80° 이상 100°이하인 것을 특징으로 하는 압전 진동자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진동 소자부의 주면의 적어도 한쪽을 덮는 막을 또 구비하고,
    상기 막이 산화 실리콘막과 질화 실리콘막 중 어느 한쪽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 진동자.
  7. 제1항에 기재된 압전 진동자를 적어도 2개 구비한 사다리형 필터.
  8. 2중 모드 필터에 있어서,
    질화 알루미늄을 압전 재료로 하는 진동 소자부를 구비하고,
    분극 방향이 상기 진동 소자부의 길이 방향을 향하고 있는 두께 슬라이드 진동을 주 진동으로 하고,
    상기 진동 소자부의 폭(W)과 상기 진동 소자부의 두께(H)와의 비(W/H)가 2.0 이상 4.0 이하, 혹은 4.3 이상 5.7 이하, 혹은 6.2 이상 7.8 이하, 혹은 8.2 이상 9.8 이하 중 어느 하나이고,
    상기 진동 소자부의 주면 한쪽에 한 쌍의 입력용 전극과 출력용 전극, 상기 진동 소자부의 또 한쪽의 주면에 접지용 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 2중 모드 필터.
KR10-2003-7002000A 2001-06-11 2002-06-10 압전 진동자와 그것을 이용한 필터 KR100496405B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001175148A JP2002368571A (ja) 2001-06-11 2001-06-11 圧電振動素子及びそれを用いたフィルタ
JPJP-P-2001-00175148 2001-06-11
PCT/JP2002/005723 WO2002101923A1 (fr) 2001-06-11 2002-06-10 Lame vibrante piezo-electrique et filtre utilisant cette derniere

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030022384A KR20030022384A (ko) 2003-03-15
KR100496405B1 true KR100496405B1 (ko) 2005-06-17

Family

ID=19016335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7002000A KR100496405B1 (ko) 2001-06-11 2002-06-10 압전 진동자와 그것을 이용한 필터

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6836055B2 (ko)
EP (1) EP1309084B1 (ko)
JP (1) JP2002368571A (ko)
KR (1) KR100496405B1 (ko)
CN (1) CN1248412C (ko)
DE (1) DE60238302D1 (ko)
WO (1) WO2002101923A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4496091B2 (ja) * 2004-02-12 2010-07-07 株式会社東芝 薄膜圧電アクチュエータ
JP4338091B2 (ja) * 2005-04-08 2009-09-30 Ｔｄｋ株式会社 レゾネータ
WO2007091376A1 (ja) * 2006-02-08 2007-08-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電振動子
US8467169B2 (en) * 2007-03-22 2013-06-18 Research In Motion Rf, Inc. Capacitors adapted for acoustic resonance cancellation
US7936553B2 (en) 2007-03-22 2011-05-03 Paratek Microwave, Inc. Capacitors adapted for acoustic resonance cancellation
US11114995B2 (en) * 2016-01-23 2021-09-07 Kyocera Corporation Piezoelectric component

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3582839A (en) * 1968-06-06 1971-06-01 Clevite Corp Composite coupled-mode filter
NL6912167A (ko) 1969-08-09 1971-02-11
JPS5593315A (en) * 1979-01-08 1980-07-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Broad band double mode filter
JPS58190115A (ja) 1982-04-28 1983-11-07 Fujitsu Ltd 圧電振動子
JPS60206311A (ja) * 1984-03-30 1985-10-17 Sanyo Electric Co Ltd 圧電振動子の周波数調整法
EP0220320B1 (en) * 1985-04-11 1996-08-28 Toyo Communication Equipment Co.,Ltd. Piezo-electric resonator for generating overtones
JPS62220012A (ja) * 1986-03-20 1987-09-28 Fujitsu Ltd 圧電振動素子
US5231327A (en) * 1990-12-14 1993-07-27 Tfr Technologies, Inc. Optimized piezoelectric resonator-based networks
JPH0637579A (ja) 1991-12-18 1994-02-10 Sumitomo Metal Ind Ltd チップ型圧電部品
US5446306A (en) * 1993-12-13 1995-08-29 Trw Inc. Thin film voltage-tuned semiconductor bulk acoustic resonator (SBAR)
JPH0878985A (ja) * 1994-09-09 1996-03-22 Murata Mfg Co Ltd 圧電共振子の製造方法
JPH08242026A (ja) * 1995-03-03 1996-09-17 Fujitsu Ltd 圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置
JPH098594A (ja) * 1995-06-23 1997-01-10 Murata Mfg Co Ltd 圧電共振器
DE69723148T2 (de) * 1996-04-16 2004-03-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Piezoelektrischer Resonator und Verfahren zu seiner Herstellung
US5872493A (en) * 1997-03-13 1999-02-16 Nokia Mobile Phones, Ltd. Bulk acoustic wave (BAW) filter having a top portion that includes a protective acoustic mirror
EP0973256B1 (en) * 1998-01-16 2006-09-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thin film piezoelectric element
US6437484B1 (en) * 1998-12-24 2002-08-20 Kyocera Corporation Piezoelectric resonator
EP1170862B1 (en) * 2000-06-23 2012-10-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric resonator and piezoelectric filter using the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002101923A1 (fr) 2002-12-19
US20030160545A1 (en) 2003-08-28
US6836055B2 (en) 2004-12-28
CN1248412C (zh) 2006-03-29
JP2002368571A (ja) 2002-12-20
EP1309084A1 (en) 2003-05-07
EP1309084B1 (en) 2010-11-17
CN1463489A (zh) 2003-12-24
DE60238302D1 (de) 2010-12-30
KR20030022384A (ko) 2003-03-15
EP1309084A4 (en) 2009-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1041717A2 (en) Bulk acoustic wave resonator with improved lateral mode suppression
EP1755216A2 (en) Piezoelectric resonator, piezoelectric filter, and communication apparatus
JP4665282B2 (ja) Ａｔカット水晶振動子
TWI222784B (en) Surface acoustic wave filter
EP1079522A1 (en) Piezoelectric vibration device
US4894577A (en) Piezoelectric vibrator wherein the relative vibration level of unnecessary vibrations is damped, and method of damping the relative vibration level of unnecessary vibrations of the piezoelectric vibrator
KR100496405B1 (ko) 압전 진동자와 그것을 이용한 필터
KR20020013435A (ko) 압전 발진기
KR100301716B1 (ko) 압전공진자,압전공진자의주파수조정방법및압전공진자를포함하는통신기장치
US6967432B2 (en) Piezoelectric shear resonator, composite piezoelectric shear resonator, and piezoelectric resonator component
JP3102869B2 (ja) 超薄板圧電共振子の構造
JP2003174353A (ja) 水晶振動子
US4455503A (en) Rectangular piezoelectric resonator with a slot in one surface
JP4325178B2 (ja) 圧電振動素子、圧電振動子及び圧電発振器
US6621194B1 (en) Piezoelectric element having thickness shear vibration and mobile communication device using the same
JP2009089441A (ja) 圧電振動素子、圧電振動子、及び圧電発振器
JP4218672B2 (ja) 圧電共振子、圧電フィルタ、通信装置
US6992424B2 (en) Piezoelectric vibrator ladder-type filter using piezoeletric vibrator and double-mode piezolectric filter
JP3733020B2 (ja) 圧電素子およびそれを用いた移動体通信装置
WO2024098786A1 (zh) 声表面波谐振器、滤波器及电子设备
JP2001339272A (ja) 圧電共振子
JP2881251B2 (ja) 圧電共振子
JP2001326556A (ja) 二重モード圧電フィルタ
KR100330500B1 (ko) 에너지 포획형 압전세라믹 공진장치
JP4124241B2 (ja) 弾性表面波共振子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080522

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee