WO2007011070A1 - 圧電振動子及び温度センサ - Google Patents

圧電振動子及び温度センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2007011070A1
WO2007011070A1 PCT/JP2006/314940 JP2006314940W WO2007011070A1 WO 2007011070 A1 WO2007011070 A1 WO 2007011070A1 JP 2006314940 W JP2006314940 W JP 2006314940W WO 2007011070 A1 WO2007011070 A1 WO 2007011070A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal layer
layer
electrode
temperature
temperature sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/314940
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mitsuaki Koyama
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd.
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 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. filed Critical Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd.
Priority to US11/989,127 priority Critical patent/US20090268776A1/en
Publication of WO2007011070A1 publication Critical patent/WO2007011070A1/ja

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
    • 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
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • H03H9/131—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials consisting of a multilayered structure
    • 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
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibrator, and more particularly to a piezoelectric vibrator in which a large number of various metals are laminated as a foil-like electrode formed on the surface of a plate-like piezoelectric piece, and a temperature sensor using the piezoelectric vibrator.
  • thermocouples are used as temperature sensors. Although the temperature measurement range of the temperature sensor using a thermocouple is wide, the heat capacity is small and the responsiveness of temperature measurement to the measurement object is low.
  • a piezoelectric vibrator such as a quartz vibrator is used as a temperature sensor because of the high responsiveness of temperature measurement to a measurement object. Since the oscillation frequency of a crystal oscillator changes with temperature changes, temperature measurement is performed by detecting this temperature change as an oscillation frequency change.
  • the configuration of the crystal resonator used for the temperature sensor will be briefly described.
  • a foil-like electrode for exciting the crystal piece is formed on the surface of the plate-like crystal piece.
  • the electrode is made of a metal such as chromium (C r), for example, and is deposited on the surface of the crystal piece by sputtering.
  • This chromium is generally used as an electrode material because it is easily adsorbed on the surface of the quartz piece.
  • it because of its high electrical resistance, it has good adhesion to the chromium surface, such as gold (A u).
  • the electrical resistance of the entire electrode is reduced by vapor deposition. That is, in this example, the electrode formed on the surface of the crystal piece has a structure composed of two layers, a Cr layer and an Au layer.
  • the temperature measurement range of a temperature sensor using a crystal resonator constructed in this way is approximately 300 ° C, and there is a need for a method that can measure the temperature in the high temperature range with high reliability.
  • Yes That is, at a temperature of 300 ° C. or higher, Au atoms scatter from the surface of Au in the electrode described above and the entire electrode becomes thin, making it impossible to vibrate the crystal efficiently and increasing the impedance.
  • the resonance frequency of the crystal unit is higher than the theoretical value, the temperature measurement error will increase. There is a problem. The reason why Au is scattered from the electrode in this way is thought to be due to activation energy rather than thermal strain.
  • Patent Document 1 discloses that Cr, Au, and Ag are stacked in this order as electrodes to be formed on the surface of the quartz substrate, so that the adhesion between the quartz substrate and the electrodes and the adhesion between the metals are good.
  • Ag formed on the surface of the Au has poor heat resistance than Au, since the entire electrodes and scatters a g atoms from the surface of a g at 1 80 ° C vicinity is reduced, the crystal
  • Patent Document 2 there is a crystal oscillator in which Cr, Cr and Au are laminated in this order as electrodes formed on the surface of the quartz substrate.
  • the outermost layer of this electrode is Au, problems similar to those described above may occur when the crystal unit is used as a temperature sensor.
  • Patent Document 2 JP 2002-344278 (Claim 1, paragraph 0016) Patent Document 2
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator capable of suppressing deterioration of an electrode even under high temperature conditions. Another object of the present invention is to provide a temperature sensor suitable for high temperature measurement.
  • the present invention relates to a piezoelectric vibrator having a foil-like electrode for exciting the piezoelectric piece on the surface of the plate-like piezoelectric piece.
  • the electrode is formed on the surface of the piezoelectric piece, and at least one selected from chromium, titanium, nickel, aluminum, and copper, or a first metal layer that has the same adhesion to the piezoelectric piece as the first metal layer.
  • the thickness of the third metal layer is, for example, 0.05 to 0.1 nm.
  • the present invention is characterized in that the above-described piezoelectric vibrator is used in a temperature sensor that includes a piezoelectric vibrator and an oscillation circuit, and detects a change in frequency oscillated from the oscillation circuit to measure temperature.
  • This temperature sensor is characterized in that the temperature measurement range includes, for example, a temperature range of 300 ° C. or more.
  • the present invention relates to a plate-like piezoelectric piece, for example, a foil-like electrode formed on the surface of a crystal piece.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a lead wire insertion type crystal resonator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the crystal resonator.
  • FIG. 3 is an image diagram showing the state of the electrodes formed on the surface of the crystal piece.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of a temperature sensor using the crystal unit.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the results of an experimental example conducted to confirm the effect of the present invention.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing the results of an experimental example conducted to confirm the effect of the present invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment in which the piezoelectric vibrator of the present invention is applied to a lead wire insertion type crystal vibrator. It is a figure which shows a form.
  • 10 is a circular plate-shaped crystal piece having an equivalent thickness of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, preferably 185 ⁇ m, and the crystal pieces 10 are excited on both sides of the crystal piece 10.
  • a foil-like electrode 2 (2a, 2b) is formed.
  • foil-like lead electrodes 20 (20a, 20b) are connected to one excitation electrode 2a and the other excitation electrode 2, respectively.
  • a U-shaped support wire member 1 1 (1 1 a, lib) is joined to one lead-out electrode 20 a and the other lead-out electrode 20 “b, and the support wire member 1 1 (1 1 a, li) extend in the horizontal direction with respect to the crystal piece 10 in a band shape via the support line holding member 12.
  • the support line member 1 1 (1 1 a, 1 1) is made of, for example, copper or the like 1 is a protective lid (force par) 1 3 that covers the crystal piece 10, and the support wire holding portion 1 2 is open in the opening of the protective lid 1 3 without gaps. It has become fit.
  • the electrodes 2 (2 a, 2 b) and 2 (20 a, 20 b) formed on both sides of the crystal piece 10 are made of chromium (C r), which is the first metal layer.
  • a layer 21, a gold (Au) layer 22 that is a second metal layer, and a chromium (Cr) layer 23 that is a third metal layer are stacked in this order. Since the Cr layer 21 is familiar to the crystal piece 10 and has high adhesion, the Cr layer 21 serves to serve as an adhesion layer to the crystal piece 10, and the preferred size of the film thickness is For example, it is set to 1 nm to 10 nm.
  • the reason why the film thickness is set to such a size is that if it is smaller than 1 nm, the electrode peels off, and if it is larger than 10 nm, the series resistance increases. It is.
  • the first metal layer is not limited to Cr as long as adhesion can be secured.
  • the first metal layer is selected from titanium (T i), nickel (N i), aluminum (A 1), and copper (Cu). Or a metal having the same degree of adhesion as that of the crystal piece 10 is used.
  • the Au layer 22 is formed with high adhesion to the Cr layer 21 because it is familiar with the underlying Cr layer 21.
  • the Au layer 22 plays a role of lowering the electrical resistance of the entire electrode 2.
  • the thickness of the Au layer 22 is, for example, 80 nm to 2 OO nm. The reason why the film thickness is set to such a size is that when it is smaller than 80 nm, an increase in series resistance occurs, and when it is larger than 200 nm, it causes a jump in oscillation frequency. Because.
  • the Cr layer 23, which is the third metal layer, is coupled with the Au layer 22, which is the second metal layer, from the surface of the electrode 2 even at a high temperature, for example, 300 ° C. or higher.
  • the scattering of Au atoms from the surface of 2 becomes active.
  • the preferred film thickness of the Cr layer 23, which is the third metal layer will be described in detail in the examples described later.
  • the second metal layer is not limited to Au, and the same effect can be obtained even if silver (A g) is used.
  • such an electrode 2 is formed by laminating a first metal layer, a second metal layer, and a third metal layer on both sides of a crystal piece 10 by means of a spack ring, and then setting a predetermined value on both sides of the crystal piece 10.
  • a mask is formed with a pattern, and etching is performed to obtain a three-layer electrode pattern.
  • the Cr layer 23 is formed on the Au layer 22, and the intermolecular
  • a protective layer is formed in which molecules of each other enter, so that even at high temperatures, for example, temperatures of 300 ° C or higher, Au atoms or Cr atoms, which are metal atoms, are not easily scattered from the surface of electrode 2.
  • a quartz crystal having excellent heat resistance and adhesion can be obtained because the base material is made of a metal having good adhesion to the crystal piece 10 such as Cr.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of a temperature sensor.
  • 3 is a detection unit, and the detection unit 3 is provided with the above-described crystal resonator 31.
  • reference numeral 4 denotes a measurement unit, and the measurement unit 4 is provided with an oscillation circuit 41, a frequency detection unit 42, a signal processing unit 43, and a display unit 44.
  • the crystal resonator 31 is connected to the oscillation circuit 41, and the frequency signal from the oscillation circuit 41 is Measured by the wave number detection unit 42, the signal processing unit 43 obtains the change from the frequency detection unit 42 with respect to the reference temperature based on the detection result of the frequency detection unit 42, and obtains and displays the temperature corresponding to the change. Output to part 44.
  • a temperature sensor is configured using the crystal unit 31 described above, a reliable temperature measurement is possible even in a high temperature region of 300 ° C or higher, which was difficult to measure due to deterioration of the electrode 2, for example. In other words, it can be used as a measurement range over a temperature range of 300 ° C or higher, and is extremely useful as a substitute for a thermocouple with a slow response.
  • the crystal piece 10 is an AT force with a fundamental wave of 10.7 MHz, and the thickness of the first metal layer Cr layer 21 is 0.05 ⁇ . m, Ag was used as the second metal layer, the thickness of this Ag layer was 0.15 nm, and the thickness of the third metal layer Cr layer 23 was 0.1 nm.
  • a crystal resonator was constructed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the Cr layer 23 as the third metal layer was set to 0.0 l nm. This is Example 2.
  • a crystal resonator was configured in the same manner as in Example 1 except that the Cr layer 23 as the third metal layer had a thickness of 0.005 nm. This is Example 3.
  • a crystal resonator was constructed in the same manner as in Example 1 except that Au was used as the second metal layer. This is Example 4.
  • a crystal resonator was configured in the same manner as in Example 4 except that the thickness of the Cr layer 23 as the third metal layer was set to 0.0 l nm. This is Example 5.
  • a crystal resonator was configured in the same manner as in Example 4 except that the thickness of the Cr layer 23, which was the third metal layer, was 0.05 nm. This is Example 6.
  • a crystal resonator was constructed in the same manner as in Example 1 except that nothing was formed on the surface of the Ag layer, which was the second metal layer. This is referred to as Comparative Example 1.
  • a crystal resonator was constructed in the same manner as in Example 4 except that nothing was formed on the surface of the Au layer 22 as the second metal layer. This is referred to as Comparative Example 2.
  • Fig. 5 shows the results of frequency temperature characteristics of Example 1 to Example 3 and Comparative Example 1.
  • the vertical axis shows the theoretical value of the crystal resonator corresponding to the temperature at that time, the measured value of the frequency, and Deviation (frequency deviation (ppm)), and the horizontal axis is temperature (° C).
  • F indicates the theoretical value.
  • Fig. 5 by forming Cr on the surface of Ag in the second layer, the frequency deviation with respect to the theoretical value F at high temperature is reduced. It can be seen that the frequency deviation with respect to the theoretical value F becomes smaller in the order of Example 3, Example 2, and Example 1.
  • Comparative Example 1 is a crystal unit in which nothing is formed on the surface of the second layer of Ag, it is possible to suppress scattering of Ag atoms from the surface of the Ag layer at high temperatures. It can be seen that the frequency deviation with respect to the theoretical value F is extremely large.
  • Fig. 6 shows the frequency measurement results of Example 4 to Example 6 and Comparative Example 2.
  • the vertical axis indicates the frequency deviation (pm)
  • the horizontal axis indicates the second layer A u.
  • the film thickness (nm) of the formed Cr was taken. This frequency deviation is the deviation between the theoretical value and the measured value at 500 ° C.
  • a linear relationship was obtained by plotting the Cr film thickness formed on the surface of the second-layer Au at 500.degree. From this, the crystal frequency of the crystal unit at 500 ° C is almost the same as the theoretical value F by setting the Cr film thickness on the surface of the second layer of Au to 0.1 nm. I understand.
  • the thickness of the Cr layer 23 should be thicker than 0.05 nm. preferable.
  • the thickness of the 1 "layer 23 is greater than 0.1 nm, the series resistance increases. Therefore, if the thickness of the Cr layer 23 is within the range of 0.05 nm to 0.1 nm, It can be seen that the temperature can be measured accurately in the temperature range up to 500 ° C.

Landscapes

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

Abstract

本発明の目的は、板状の圧電片の表面に当該圧電片を励振させる箔状の電極とを備えた圧電振動子において、高温状況下においても電極の劣化を抑えることができる圧電振動子を提供することにある。また高温の温度測定に好適な温度センサを提供することにある。具体的な解決手段としては、前記電極は、圧電片の表面に形成され、クロム、チタン、ニッケル、アルミニウム及び銅から選ばれる少なくとも一種または前記圧電片に対する密着性がこれら金属と同等の第１の金属層と、この第１の金属層の表面に形成された金あるいは銀からなる第２の金属層と、この第２の金属層の表面に形成されたクロムからなる第３の金属層と、からなる。この圧電振動子を用いた温度センサは、３００℃以上の高温領域においても高精度に温度測定することができる。

Description

明細書
圧電振動子及び温度センサ
技術分野
本発明は、 圧電振動子に関し、 さらに詳しくは板状の圧電片の表面に形成され た箔状の電極として種々の金属を多数積層させた圧電振動子及び当該圧電振動子 を用いた温度センサに関する。 背景技術
従来、 温度センサとして熱電対が用いられている。 熱電対を用いた温度センサ の温度測定範囲は広レ、が、 熱容量が小さく測定対象物に対する温度測定の応答性 が低い。 一方最近では測定対象物に対する温度測定の応答性が高いということか ら温度センサとして圧電振動子例えば水晶振動子が用いられている。 水晶振動子 の発振周波数は温度変化によつて変化するため、 この温度変化を発振周波数変化 として検出することで温度測定を行っている。
このように温度センサに用いられる水晶振動子の構成について簡単に説明する 。 前記水晶振動子は、 板状の水晶片の表面に、 当該水晶片を励振させるための箔 状の電極が形成されている。 前記電極は例えばクロム （C r ) などの金属からな り、 スパッタリングによって水晶片の表面に蒸着される。 このクロムは水晶片の 表面に吸着し易いということから電極材料として一般的に用いられているが、 電 気抵抗が大きいため、 クロムの表面にクロムとの密着性がよい例えば金 （A u ) などを蒸着させて電極全体の電気抵抗の低下を図っている。 即ち、 この例では水 晶片の表面に形成された電極は、 C r層と A u層との 2層からなる構造となって いる。
しかし、 このように構成された水晶振動子を用いた温度センサの温度測定範囲 は概ね 3 0 0 °Cが限界であり、 更に高温領域の温度を高い信頼性で測定できる手 法が求められている。 即ち、 3 0 0 °C以上の温度では、 上述した電極において A u表面から A u原子が飛散して電極全体が薄くなってしまい、 水晶を効率よく振 動させることができなくなり、 インピーダンスが増加し、 水晶振動子の共振周波 数が理論値よりも大きくなるので、 結果として温度の測定誤差が大きくなるとい う問題がある。 このように A uが電極から飛散する理由は熱歪みというよりは活 性化エネルギーに起因していると考えられる。
また特許文献 1には、 水晶基板の表面に形成する電極として C r、 Au、 Ag とこの順番に積層することで、 水晶基板と電極との密着性及び各金属同士の密着 性がよいことが記載されているが、 Auの表面に形成された Agは Auよりも耐 熱性が劣り、 1 80 °C近傍で A gの表面から A g原子が飛散して電極全体が薄く なるので、 この水晶振動子を温度センサに用いた場合も上述と同様の問題がある また特許文献 2には、 水晶基板の表面に形成する電極として C r、 C r、 Au とこの順番に積層した水晶振動子のことが記載されているが、 この電極の最外層 は Auであるため、 当該水晶振動子を温度センサとして用いた場合には上述と同 様の問題が起ると思われる。
特許文献 1
特開 2002— 344278 (請求項 1、 段落 0016) 特許文献 2
特開 2000— 223993 (請求項 1、 段落 0009及ぴ段落 0011) 発明の開示
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、 本発明の目的は、 高温状 況下においても電極の劣化を抑えることができる圧電振動子を提供することにあ る。 また本発明の他の目的は、 高温の温度測定に好適な温度センサを提供するこ とにある。
本発明は、 板状の圧電片の表面に当該圧電片を励振させる箔状の電極を備えた 圧電振動子において、
前記電極は、 圧電片の表面に形成され、 クロム、 チタン、 ニッケル、 アルミ二 ゥム及ぴ銅から選ばれる少なくとも一種または前記圧電片に対する密着性がこれ ら金属と同等の第 1の金属層と、 この第 1の金属層の表面に形成された金あるい は銀からなる第 2の金属層と、 この第 2の金属層の表面に形成されたクロムから なる第 3の金属層と、 からなることを特徴とする。 また上述した圧電振動子の電極において、 前記第 3の金属層の厚さは例えば 0 . 0 5〜0 . 1 n mであることが好ましい。
また本発明は、 圧電振動子と発振回路とを備え、 この発振回路から発振される 周波数の変化を検出して温度を測定する温度センサにおいて、 上述した圧電振動 子を用いることを特徴とする。 またこの温度センサは、 温度測定範囲が例えば 3 0 0 °C以上の温度範囲を含むことを特徴とする。
本発明は、 板状の圧電片例えば水晶片の表面に形成された箔状の電極において
、 金 （A u ) あるいは A g (銀） の上にクロム （C r ) を積層していることから C rと A uあるいは A gとが互いに分子間に入り込んで固溶体に近い状態となり 、 このため高温下においても電極の表面から A u原子あるいは A g原子が飛散し 難い状態になると共に、 下地には圧電片と密着性の良い C r等の金属を用いてい ることから、 耐熱性及び密着性に優れた圧電振動子が得られる。 従ってこの圧電 振動子により温度センサを構成すれば、 例えば従来では実質測定ができなかった 3 0 0 °C以上の高温領域においても高精度に温度測定を行うことができ、 レスポ ンスの遅レ、熱電対に代わる極めて有用な温度センサを提供することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態に係るリ一ド線揷入型の水晶振動子を示す概略平面 図である。
図 2は、 上記水晶振動子の概略断面図である。
図 3は、 水晶片の表面に形成された電極の様子を示すイメージ図である。
図 4は、 上記水晶振動子を用いた温度センサの一例を示すプロック図である。 図 5は、 本発明の効果を確認するために行った実験例の結果を示す特性図である 図 6は、 本発明の効果を確認するために行った実験例の結果を示す特性図である
発明を実施するための最良の形態
図 1は、 本発明の圧電振動子をリ一ド線揷入型の水晶振動子に適用した実施の 形態を示す図である。 図 1中 10は例えば等価厚みが 1 μ m〜 300 μ m、 好ま しくは 1 8 5 μ mの円形板状の水晶片であり、 前記水晶片 1 0の両面には前記水 晶片 10を励振させるための箔状の電極 2 (2 a、 2 b) が形成されている。 ま た一方の励振電極 2 a及ぴ他方の励振電極 2 には、 箔状の導出電極 20 (20 a、 20 b) が夫々接続されている。 さらに一方の導出電極 20 a及び他方の導 出電極 20 "bには、 コ字状の支持線部材 1 1 (1 1 a、 l i b) が接合されてお り、 前記支持線部材 1 1 (1 1 a、 l i ) は支持線保持部材 12を介して帯状 に前記水晶片 1 0に対して水平方向に伸びている。 この支持線部材 1 1 (1 1 a , 1 1 ) は例えば銅等のリ一ド線からなる。 また図 1中 1 3は水晶片 10を覆 う保護蓋 （力パー） 1 3であり、 前記保護蓋 1 3の開口部に前記支持線保持部 1 2が隙間なく収まるようになつている。
図 2に示すように水晶片 1 0の両面に形成された電極 2 (2 a、 2 b) 及ぴ 2 ひ （20 a、 20 b) は、 第 1の金属層であるクロム （C r) 層 2 1、 第 2の金 属層である金 （Au) 層 22、 第 3の金属層であるクロム （C r) 層 23を、 こ の順に積層して構成される。 前記 C r層 2 1は前記水晶片 10との馴染みが良く 、 密着性が高いことから、 前記水晶片 10に密着層としての役割を果すためのも のであり、 その膜厚の好ましい大きさは例えば 1 nm〜 10 nmとされる。 当該 膜厚をこのような大きさにする理由は、 1 nmよりも小さい場合には電極の剥離 ということが起きるためであり、 10 nmよりも大きい場合には直列抵抗の増加 ということが起きるためである。 なお、 第 1の金属層としては密着性を確保でき れば C rに限られるものではなく、 例えばチタン （T i ) 、 ニッケル (N i ) 、 アルミニウム （A 1 ) 及び銅 (Cu) から選ばれる金属、 あるいは前記水晶片 1 0と密着性がこれら金属と同程度の金属が用いられる。
また A u層 22は下地の C r層 21と馴染みが良いことから当該 C r層 2 1と 高い密着性を持って形成される。 また Au層 22は電極 2全体の電気抵抗を低下 させるという役割を担う。 この A u層 22の膜厚の大きさは例えば 80 nm~2 O O nmとされる。 当該膜厚をこのような大きさにする理由は、 80 nmよりも 小さい場合には直列抵抗の増加ということが起きるためであり、 200 nmより も大きい場合には発信周波数のジャンプということが起きるためである。 さらに第 3の金属層である C r層 2 3は第 2の金属層である A u層 2 2と相俟 つて高温下例えば 3 0 0 °C以上の温度においても電極 2の表面から A u原子の飛 散を抑える役割を果すものとして形成される。 図 3 ( a ) のイメージ図に示すよ うに A u層 2 2の表面に薄い C r層 2 3を形成させると一方の層 2 2 ( 2 3 ) の 分子間に他方の層 2 3 ( 2 2 ) の分子が入り込み、 結果として電極 2の上層部に A uと C rとの固溶体に近い層が形成されて A u原子が飛散するための活性化工 ネルギ一のレベルが高くなり、 高温下においても A u原子が飛散し難い状態とな る。 また仮に A u層 2 2の表面に C r層 2 3を形成しない場合には、 図 3 ( b ) のイメージ図に示すように高温下例えば 3 0 0 °C以上の温度になると A u層 2 2 の表面から A u原子の飛散が活発化することになつてしまう。 なお、 第 3の金属 層である C r層 2 3の好ましい膜厚の大きさについては後述の実施例にて詳述す る。 また第 2の金属層としては A uに限らず銀 （A g ) であっても同様の効果が 得られる。
このような電極 2は例えば水晶片 1 0の両面全体にスパックリングにより第 1 の金属層、 第 2の金属層、 第 3の金属層を積層し、 次いで水晶片 1 0の両面に所 定のパターンでマスクを形成し、 エッチングを行って 3層構造の電極パターンが 得られる。
上述の実施の形態によれば、 板状の水晶片 1 0の表面に形成された箔状の電極 2において、 A u層 2 2の上に C r層 2 3を形成し、 互いの分子間に互いの分子 が入り込んだいわば保護層を形成しているため、 高温下例えば 3 0 0 °C以上の温 度においても電極 2表面から金属原子である A u原子あるいは C r原子が飛散し 難い状態になると共に、 下地には C r等の水晶片 1 0と密着性の良い金属を用い ていることから、 耐熱性及び密着性に優れた水晶振動子が得られる。
次に上述した水晶振動子を用いた温度センサの一例について図 4を用いて簡単 に説明する。 図 4は、 温度センサの一例を示すプロック図であって、 この図にお いて、 3は検出部であり、 前記検出部 3には上述した水晶振動子 3 1が設けられ ている。 また図 4中 4は測定部であり、 前記測定部 4には発振回路 4 1、 周波数 検知部 4 2、 信号処理部 4 3及び表示部 4 4が設けられている。 前記水晶振動子 3 1は発振回路 4 1に接続されており、 前記発振回路 4 1からの周波数信号が周 波数検知部 42により計測され、 信号処理部 43にて周波数検知部 42の検出結 果に基づいて基準温度に対する周波数検知部 42からの変化分を求め、 その変化 分に対応する温度を求めて表示部 44に出力する。
このように既述の水晶振動子 31を用いて温度センサを構成すれば、 例えば従 来では電極 2の劣化により測定が困難であった 300°C以上の高温領域において も信頼性の高い温度測定を行うことができ、 即ち、 測定範囲が 300°C以上の温 度範囲に亘るものとして使用することができ、 レスポンスの遅い熱電対に代わる ものとして極めて有用である。 実施例
次に本発明の効果を確認するために行つた実験について述べる。
(実験例 1 )
A. 実施例 1
図 1に示す水晶振動子において、 水晶片 10としては AT力ットで基本波が 1 0. 7MHzのものを用い、 第 1の金属層である C r層 21の膜厚を 0. 05 η m、 第 2の金属層として A gを用い、 この A g層の膜厚を 0. 15 nm、 第 3の 金属層である C r層 23の膜厚を 0. I nmとした。 これを実施例 1とする。
B. 実施例 2
第 3の金属層である C r層 23の膜厚を 0. 0 l nmとした他は、 実施例 1と 同様に水晶振動子を構成した。 これを実施例 2とする。
C. 実施例 3
第 3の金属層である C r層 23の膜厚を 0. 005 nmとした他は、 実施例 1 と同様に水晶振動子を構成した。 これを実施例 3とする。
D. 実施例 4
第 2の金属層として Auを用いた他は、 実施例 1と同様にして水晶振動子を構 成した。 これを実施例 4とする。
E. 実施例 5
第 3の金属層である C r層 23の膜厚を 0. 0 l nmとした他は、 実施例 4と 同様に水晶振動子を構成した。 これを実施例 5とする。 F . 実施例 6
第 3の金属層である C r層 2 3の膜厚を 0 . 0 0 5 n mとした他は、 実施例 4 と同様に水晶振動子を構成した。 これを実施例 6とする。
G. 比較例 1
第 2の金属層である A g層の表面の上に何も成膜させない他は、 実施例 1と同 様に水晶振動子を構成した。 これを比較例 1とする。
H. 比較例 2
第 2の金属層である A u層 2 2の表面の上に何も成膜させない他は、 実施例 4 と同様に水晶振動子を構成した。 これを比較例 2とする。
(試験方法）
実施例 1〜実施例 3及ぴ比較例 1の水晶振動子において、 — 1 0 0 °C〜 5 0 0 °Cの温度範囲における各水晶振動子の周波数を測定した。 また実施例 4〜実施例 6及ぴ比較例 2の水晶振動子において、 5 0 0 °Cにおける周波数を測定した。 (結果及び考察）
図 5は、 実施例 1〜実施例 3及ぴ比較例 1の周波数温度特性の結果を示し、 縦 軸は、 そのときの温度に対応する水晶振動子の周波数の理論値と周波数の測定値 との偏差 （周波数偏差 （p p m) ) であり、 横軸は温度 （°C) である。 なお、 図 5中において Fは理論値を示してある。 図 5から分かるように、 第 2層目の A g の表面の上に C rを形成させることで、 高温下における理論値 Fに対する周波数 偏差が小さくなつており、 C rの膜厚に着目すると実施例 3、 実施例 2、 実施例 1の順に理論値 Fに対する周波数偏差が小さくなっていることが分かる。 これは 高温で使用する場合には、 C rの膜厚を大きくすることで各温度における周波数 が理論値に近くなり温度センサとして用いた場合に、 精度良く温度を検出できる ことを意味している。 また比較例 1は、 第 2層目の A gの表面の上に何も成膜し ていない水晶振動子であるので、 高温下において A g層の表面からの A g原子の 飛散を抑えることができないため理論値 Fに対する周波数偏差が極めて大きレ、こ とが分かる。
図 6は、 実施例 4〜実施例 6及び比較例 2の周波数の測定結果を示し、 同図に 示すように縦軸に周波数偏差 ( p m) を取り、 横軸に第 2層目の A uの表面に 形成された C rの膜厚 (nm) を取った。 この周波数偏差は、 500°Cにおける 周波数の理論値と測定値との偏差である。 実施例 4〜実施例 6及ぴ比較例 2にお いて、 5 00でにおける第 2層目の Auの表面の上に形成された C rの膜厚をプ ロットすると直線関係が得られた。 このことから第 2層目の Auの表面に形成さ れた C rの膜厚を 0. 1 nmとすることで 500 °Cにおいて水晶振動子の発振周 波数が理論値 Fに略一致することが分かる。 なお、 本発明者は、 周波数が 200 p m程度に収まっていれば十分精度良く温度測定を行うことができると考えて おり、 従って C r層 23の膜厚は 0. 05 nmよりも厚いことが好ましい。 また 1"層2 3の膜厚が0. 1 nmよりも大きくなると直列抵抗の増加となる。 この ため C r層 23の膜厚が 0. 05 nm〜0. 1 n mの範囲内にあれば 500 °Cま での温度領域であれば精度良く温度測定を行えることが分かる。

Claims

請求の範囲
1 . 板状の圧電片の表面に当該圧電片を励振させる箔状の電極を備えた圧電振 動子において、
前記電極は、 圧電片の表面に形成され、 クロム、 チタン、 ニッケル、 アルミ二 ゥム及び銅から選ばれる少なくとも一種または前記圧電片に対する密着性がこれ ら金属と同等の第 1の金属層と、 この第 1の金属層の表面に形成された金あるい は銀からなる第 2の金属層と、 この第 2の金属層の表面に形成されたクロムから なる第 3の金属層と、 からなることを特徴とする圧電振動子。
2 . 前記第 3の金属層の厚さが 0 . 0 5〜0 . 1 n mであることを特徴とする 請求項 1に記載の圧電振動子。
3 . 圧電振動子と発振回路とを備え、 この発振回路から発振される周波数の変 化を検出して温度を測定する温度センサにおいて、 請求項 1または 2に記載した 圧電振動子を用いることを特徴とする温度センサ。
4 . 温度の測定範囲が 3 0 0 °C以上の温度範囲を含むことを特徴とする請求項 3記載の温度センサ。 '
PCT/JP2006/314940 2005-07-22 2006-07-21 圧電振動子及び温度センサ WO2007011070A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/989,127 US20090268776A1 (en) 2005-07-22 2006-07-21 Piezoelectric Resonator and Temperature Sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005213141A JP4864370B2 (ja) 2005-07-22 2005-07-22 温度センサ
JP2005-213141 2005-07-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007011070A1 true WO2007011070A1 (ja) 2007-01-25

Family

ID=37668937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2006/314940 WO2007011070A1 (ja) 2005-07-22 2006-07-21 圧電振動子及び温度センサ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20090268776A1 (ja)
JP (1) JP4864370B2 (ja)
WO (1) WO2007011070A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010074422A (ja) * 2008-09-17 2010-04-02 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 水晶振動子素子の製造方法、水晶振動子素子、水晶振動子及び水晶発振器
KR100956244B1 (ko) 2008-09-26 2010-05-06 삼성전기주식회사 압전 진동자 및 압전 진동자의 전극 구조
KR101240759B1 (ko) * 2011-04-14 2013-03-11 삼성전기주식회사 수정 진동자 및 수정 진동자의 전극 구조
US10634566B2 (en) 2016-06-30 2020-04-28 Intel Corporation Piezoelectric package-integrated temperature sensing devices
KR101890176B1 (ko) 2017-11-01 2018-09-28 주식회사 유라테크 온도 센서 모듈
CN110995190A (zh) * 2019-11-14 2020-04-10 常州微泰格电子科技有限公司 零温漂谐振器的结构及制成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63284439A (ja) * 1987-05-15 1988-11-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 水晶温度センサ
JPH0674834A (ja) * 1992-08-28 1994-03-18 Seiko Epson Corp 温度検出用水晶振動子
JP2000151345A (ja) * 1998-11-06 2000-05-30 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 水晶振動子の電極構造及び表面実装用水晶振動子
JP2003078383A (ja) * 2001-08-30 2003-03-14 Kyocera Corp 水晶振動子

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS539108B2 (ja) * 1971-11-01 1978-04-03
FR2545669B1 (fr) * 1983-05-03 1985-08-09 France Etat Armement Oscillateur a quartz compense en temperature
US4592663A (en) * 1984-05-10 1986-06-03 Quartex, Inc. Resonator temperature transducer
JPH0622310B2 (ja) * 1986-02-21 1994-03-23 セイコ−電子部品株式会社 輪郭すべり水晶振動子
US5607236A (en) * 1987-02-27 1997-03-04 Seiko Epson Corporation Quartz oscillator temperature sensor
US5325574A (en) * 1987-02-27 1994-07-05 Seiko Epson Corporation Method of forming a quartz oscillator temperature sensor
JPS6429722A (en) * 1987-07-24 1989-01-31 Toyo Communication Equip Temperature sensor
DE3744239C1 (de) * 1987-12-24 1989-06-01 Heraeus Gmbh W C Elektronisches Thermometer
GB9013056D0 (en) * 1990-06-12 1990-08-01 Stc Plc Temperature sensor
GB2251143B (en) * 1990-09-28 1994-10-12 Nec Corp A temperature detector and a temperature compensated oscillator using the temperature detector
JPH04276914A (ja) * 1991-03-05 1992-10-02 Seiko Epson Corp 厚み辷り水晶振動子
AT401837B (de) * 1993-03-04 1996-12-27 Avl Verbrennungskraft Messtech Piezoelektrisches kristallelement
JP3468373B2 (ja) * 1993-08-06 2003-11-17 日本電波工業株式会社 水晶振動子
JP3823647B2 (ja) * 1999-12-15 2006-09-20 セイコーエプソン株式会社 圧電振動子と圧電振動片の周波数調整方法及び周波数調整用の加工装置
JP4066614B2 (ja) * 2001-05-18 2008-03-26 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイス、及び圧電振動片の製造方法
JP2003149058A (ja) * 2001-11-14 2003-05-21 Toshiba Corp 温度センサ及びプラント温度計測装置
US7210332B2 (en) * 2003-03-21 2007-05-01 Symyx Technologies, Inc. Mechanical resonator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63284439A (ja) * 1987-05-15 1988-11-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 水晶温度センサ
JPH0674834A (ja) * 1992-08-28 1994-03-18 Seiko Epson Corp 温度検出用水晶振動子
JP2000151345A (ja) * 1998-11-06 2000-05-30 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 水晶振動子の電極構造及び表面実装用水晶振動子
JP2003078383A (ja) * 2001-08-30 2003-03-14 Kyocera Corp 水晶振動子

Also Published As

Publication number Publication date
US20090268776A1 (en) 2009-10-29
JP4864370B2 (ja) 2012-02-01
JP2007036384A (ja) 2007-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3925199B2 (ja) 水晶振動デバイス
US10397708B2 (en) Piezoelectric element, piezoelectric microphone, piezoelectric resonator and method for manufacturing piezoelectric element
WO2007011070A1 (ja) 圧電振動子及び温度センサ
US9134276B2 (en) Bulk acoustic wave resonator sensor
US20130214650A1 (en) Piezoelectric device and method for fabricating the same
Yen et al. Characterization of aluminum nitride Lamb wave resonators operating at 600 C for harsh environment RF applications
JP5877962B2 (ja) 圧電振動子
JP6488667B2 (ja) 表面弾性波デバイス
EP1041716B1 (en) Surface acoustic wave device
JP6872966B2 (ja) 圧電膜を有する積層基板、圧電膜を有するデバイスおよび圧電膜を有するデバイスの製造方法
CA2760508A1 (en) Monolithic fbar-cmos structure such as for mass sensing
JP2007036384A5 (ja)
RU180725U1 (ru) Высокотемпературный масс-чувствительный элемент для пьезорезонансных датчиков
JP4535502B2 (ja) 物質検出素子
JP2011087154A (ja) 圧電振動片、圧電振動子、発振器、圧電振動片の製造方法
JP2019068304A (ja) 圧電振動デバイス
JP2010109879A (ja) 圧電デバイス
JP2678901B2 (ja) 音叉型水晶振動片
US9618399B1 (en) Frequency correction of oscillators and related apparatus and methods
JP2006258527A (ja) ジャイロ素子、ジャイロセンサ、及びジャイロ素子の製造方法
JP4297252B2 (ja) 振動型ジャイロスコープ
KR100510887B1 (ko) 질량 센서 및 그 제조 방법
JP2005136801A (ja) 圧電振動子の電極構造
JP6362315B2 (ja) 圧電振動片、圧電振動子及び圧電振動片の製造方法
JP2020010012A (ja) 薄膜温度センサ、圧電振動デバイス、および薄膜温度センサの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11989127

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06781850

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1