(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体層と複数の内部電極とが積層された積層体を準備する工程、
前記積層体の前記内部電極の端部が露出した面に前記内部電極を１つおきに被覆して前記内部電極に直交する列を形成する第１の絶縁膜を形成する工程、
前記積層体の前記内部電極の端部が露出した面に、前記第１の絶縁膜の列に隣接した列となるように前記第１の絶縁膜で被覆されていない前記内部電極を被覆する第２の絶縁膜を形成する工程、
前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜が形成された前記積層体の面に外部電極を形成する工程、
前記外部電極の上に導電材料で支持部材を形成する工程、および
前記積層体の前記外部電極形成面に溝を形成し、前記外部電極を一対に分割するとともに、前記溝と平行に前記積層体を切断する工程を備え、
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜による被覆部と前記内部電極の露出部とが市松模様状を呈するように前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜が形成され、前記市松模様状の前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜による被覆部から前記内部電極が露出しないとともに、前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜により被覆されていない部分から１つの前記内部電極が露出するようにした、圧電共振子の製造方法。
【請求項２】
前記支持部材は、前記積層体を切断したのちにその中央部に位置するように、あらかじめ前記内部電極と平行に延びて形成される、請求項１に記載の圧電共振子の製造方法。
【請求項３】
前記溝は市松模様を形成する前記第１の絶縁膜の列と前記第２の絶縁膜の列の間に前記内部電極と直交するように形成され、かつ前記積層体は前記第１の絶縁膜の列および前記第２の絶縁膜の列を分割するように切断される、請求項１または請求項２に記載の圧電共振子の製造方法。
【請求項４】
前記積層体は、前記内部電極が交互に対向面に引き出された積層体母材の前記対向面に分極用電極を形成し、前記分極用電極間に直流電圧を印加することによって分極処理したのち、前記内部電極の面に直交するように切断することによって形成された、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電共振子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は圧電共振子とその製造方法およびそれを用いた電子部品に関し、特にたとえば、圧電体の機械的共振を利用した圧電共振子とその製造方法、およびそれを用いた発振子，ディスクリミネータ，フィルタなどの電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２８は従来の圧電共振子の一例を示す斜視図である。圧電共振子１は、たとえば平面視長方形の板状の圧電体基板２を含む。圧電体基板２は、厚み方向に分極される。圧電体基板２の両面には、電極３が形成される。この電極３間に信号を入力することにより、圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体基板２は長さ方向に振動する。また、図２９に示すように、平面視正方形の板状の圧電体基板２の両面に電極３を形成した圧電共振子１がある。この圧電共振子１においても、圧電体基板２は厚み方向に分極されている。この圧電共振子１では、電極３間に信号を入力することにより、圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体基板２が拡がり振動する。
【０００３】
このような圧電共振子１を用いて電子部品を形成する場合、図３０に示すように、パターン電極４を形成した絶縁体基板５上に圧電共振子１が取り付けられる。このとき、圧電共振子１の振動を妨げないように、圧電共振子１のノード点である中心部が、パターン電極４上に形成された支持部材６で支持される。支持部材６は導電材料で形成され、この支持部材６によってパターン電極４と圧電共振子１の一方の電極３とが電気的に接続される。さらに圧電共振子１の他方の電極３が、リード線７によって別のパターン電極４に接続される。そして、絶縁体基板５上に、金属キャップ８がかぶせられる。この電子部品では、支持部材６によって圧電共振子１のノード点である中央部のみが支持されているため、圧電体基板２の振動が妨げられず、圧電共振子１の特性が劣化することを防ぐことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの圧電共振子は、電界方向および分極方向と振動方向とが異なる圧電横効果を利用している。この圧電横効果を利用した圧電共振子の電気機械結合係数は、電界方向，分極方向および振動方向が一致した圧電縦効果を利用した圧電共振子に比べて低い。そのため、圧電横効果を利用した圧電共振子では、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが比較的小さい。このことは、圧電共振子を発振子やフィルタとして使用したときに、帯域幅が小さいという欠点につながる。そのため、圧電共振子やそれを用いた電子部品において、特性の設計自由度が小さい。
【０００５】
また、図２９に示す圧電共振子においては、長さモードの１次共振を利用しているが、構造的に、３次，５次などの奇数倍の高次モードや、幅モードのスプリアスも大きく発生してしまう。スプリアスを抑制するために、研磨加工を施したり、質量を付加したり、電極形状を変更するなどの対策が考えられるが、これらは製造コストの上昇につながる。
【０００６】
さらに、圧電体基板が平面視長方形の板状であるため、強度的な制約からあまり厚みを薄くすることができない。そのため、電極間距離を小さくできず、端子間容量を大きくすることができない。これは、外部回路とのインピーダンス整合をとる場合に、極めて不都合である。また、複数の圧電共振子を直列および並列に交互に接続し、ラダーフィルタを形成する場合、減衰量を大きくするためには直列共振子と並列共振子の容量比を大きくする必要がある。しかしながら、上述のように形状的な限界があり、大きい減衰量を得ることができない。
【０００７】
また、図３０に示す圧電共振子では、拡がりの３倍波や厚みモードなどのスプリアスが大きく発生する。さらに、この圧電共振子では、長さ振動を利用する圧電共振子に比べて、同じ共振周波数を得るためにサイズが大きくなり、小型化が困難である。また、複数の圧電共振子を用いてラダーフィルタを形成する場合、直列共振子と並列共振子の容量比を大きくするために、直列に接続される共振子の厚みを大きくするだけでなく、圧電体基板の一部にのみ電極を形成して容量を小さくする手法が採用されている。この場合、部分電極にすることによって、容量だけでなく共振周波数と反共振周波数との差ΔＦも低下してしまう。それに合わせて、並列に接続される共振子についても、ΔＦを小さくしなければならず、結果的に圧電体基板の圧電性を有効に生かせず、フィルタの通過帯域幅を大きくできないという問題がある。
【０００８】
さらに、圧電共振子を用いて電子部品を作製する場合、絶縁体基板上のパターン電極と圧電共振子との接続のために、リード線を用いる必要があり、製造コストが高くなってしまう。また、パターン電極上に支持部材が形成され、さらにその上に圧電共振子が固定される。しかしながら、正確に圧電共振子の中央部を支持部材上に配置するには厳格な精度が要求され、保持位置がずれると、圧電共振子の振動が漏れ、良好な特性を得ることができない。
【０００９】
それゆえに、この発明の主たる目的は、スプリアスが小さく、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが大きく、ΔＦや容量値などを調整することができ、特性の設計自由度の大きい圧電共振子とその製造方法を提供することである。
さらに、この発明の目的は、安価に作製することができ、しかも特性の劣化を抑えることができる圧電共振子を用いた電子部品を提供することである。
また、この発明の他の目的は、このような圧電共振子を簡単に、かつ大量に製造することができる、圧電共振子の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数の圧電体層と複数の内部電極とが積層された積層体を準備する工程と、積層体の内部電極の端部が露出した面に内部電極を１つおきに被覆して内部電極に直交する列を形成する第１の絶縁膜を形成する工程と、積層体の内部電極の端部が露出した面に、第１の絶縁膜の列に隣接した列となるように第１の絶縁膜で被覆されていない内部電極を被覆する第２の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜および第２の絶縁膜が形成された積層体の面に外部電極を形成する工程と、外部電極の上に導電材料で支持部材を形成する工程と、積層体の外部電極形成面に溝を形成し、外部電極を一対に分割するとともに、溝と平行に積層体を切断する工程とを備え、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜による被覆部と内部電極の露出部とが市松模様状を呈するように第１の絶縁膜および第２の絶縁膜が形成され、市松模様状の第１の絶縁膜および第２の絶縁膜による被覆部から内部電極が露出しないとともに、第１の絶縁膜および前２の絶縁膜により被覆されていない部分から１つの内部電極が露出するようにした、圧電共振子の製造方法である。
この圧電共振子の製造方法において、支持部材は、積層体を切断したのちにその中央部に位置するように、あらかじめ内部電極と平行に延びて形成される。
さらに、溝は市松模様を形成する第１の絶縁膜の列と第２の絶縁膜の列の間に内部電極と直交するように形成され、かつ積層体は第１の絶縁膜の列および第２の絶縁膜の列を分割するように切断される。
ここで、積層体は、内部電極が交互に対向面に引き出された積層体母材の対向面に分極用電極を形成し、分極用電極間に直流電圧を印加することによって分極処理したのち、内部電極の面に直交するように切断することによって形成される。
【００１１】
この発明の製造方法によれば、複数の圧電体層と複数の内部電極とが積層された積層体を用いることにより、隣接する内部電極間に電圧を印加することにより振動が励振される活性部を有する圧電共振子を得ることができる。この圧電共振子では、活性部の分極方向と電界方向と振動方向とが一致する圧電縦効果を利用している。そのため、振動方向が分極方向や電界方向と異なる圧電横効果を利用した圧電共振子に比べて、電気機械結合係数が大きくなり、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが大きくなる。また、圧電縦効果を利用することにより、幅モードや厚みモードなどのような基本振動と異なるモードの振動が発生しにくい。さらに、活性部に電界を印加するための電極の数や間隔および大きさなどを調整することにより、容量値を調整することができる。また、活性部のように振動しない不活性部を形成することにより、不活性部をトリミングしたり質量を付加することによって、ΔＦや共振周波数を調整することができる。
【００１２】
この圧電共振子を用いて、発振子，ディスクリミネータ，フィルタなどの電子部品を作製する場合、パターン電極を形成した絶縁体基板上に圧電共振子を取り付け、さらにキャップで覆うことによって、チップ型の電子部品とすることができる。このとき、積層体の同じ面に第１および第２の絶縁膜を形成し、さらに外部電極を形成して、溝の形成および切断を行なうことにより、２つの外部電極が基体の一側面に形成された圧電共振子を得ることができる。そのため、リード線を用いることなく、フェイスボンディングにより、圧電共振子をパターン電極に取り付けられる。さらに、予め支持部材を基体の中央部に形成しておけば、圧電共振子をパターン電極上に取り付けたときに、圧電共振子のノード点を確実に支持することができる。
【００１３】
また、積層体に絶縁膜、外部電極および支持部材を形成したのち、溝を形成するとともに、積層体を切断することにより、上述のような圧電共振子を大量に製造することができる。
【００１４】
【発明の効果】
この発明の製造方法によれば、従来の圧電共振子に比べて、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが大きく、広帯域の共振子を得ることができる。このような圧電共振子では、不活性部を調整することにより、ΔＦを調整することができるため、圧電共振子の帯域幅を調整することができる。さらに、この圧電共振子では、基本振動と異なるモードの振動が発生しにくく、スプリアスが小さくなる。また、圧電共振子の容量値を調整することができるため、圧電共振子を回路基板などに実装するときに、外部回路とのインピーダンス整合をとりやすい。
【００１５】
さらに、この圧電共振子を用いて電子部品を作製する場合、リード線を用いることなく圧電共振子と絶縁基板上のパターン電極とを接続することができるため、安価に電子部品を製造することができる。また、圧電共振子に支持部材を形成しておくことにより、圧電共振子の振動が妨げられないため、良好な特性を有する圧電部品を得ることができる。特に、複数の圧電共振子を用いてラダーフィルタとしたときに、安価に製造することができ、しかも良好な特性を有するラダーフィルタを得ることができる。
【００１６】
また、この圧電共振子を用いれば、チップ型の電子部品とすることができるので、回路基板などに実装することが簡単である。このような電子部品においても、圧電共振子の容量値を調整することによって、外部回路とのインピーダンスマッチングをとることが容易である。さらに、複数の圧電共振子を直列および並列に交互に接続してラダー型フィルタを形成する場合、直列接続される圧電共振子と並列接続される圧電共振子の容量比を調整することにより、減衰量を調整することができる。
【００１７】
また、この発明の圧電共振子の製造方法によれば、上述のような効果を有する圧電共振子を大量に製造することができる。したがって、このような圧電共振子を安価に製造することができる。
【００１８】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の圧電共振子の一例を示す斜視図であり、図２はその図解図である。圧電共振子１０は、たとえば直方体状の基体１２を含む。基体１２は、たとえば圧電セラミック材料で形成される。基体１２内には、複数の内部電極１４が形成される。内部電極１４は、その面が基体１２の長手方向に直交するように形成される。基体１２は、図２の矢印で示すように、１つの内部電極１４の両側において、互いに逆向きとなるように基体１２の長手方向に分極される。
【００２０】
基体１２の一側面には、基体１２の長手方向に延びる溝１５が形成される。溝１５は、基体１２の幅方向の中央部に形成され、基体１２の一側面を２分割している。さらに、図３に示すように、溝１５によって分割された側面には、第１の絶縁膜１６および第２の絶縁膜１８が形成される。基体１２の側面の溝１５で分割された一方側では、内部電極１４の露出部が、１つおきに第１の絶縁膜１６で被覆される。また、基体１２の側面の溝１５で分割された他方側では、溝１５の一方側で第１の絶縁膜１６に被覆されていない内部電極１４の露出部が、１つおきに第２の絶縁膜１８で被覆される。ただし、基体１２の両端部は分極されていない。
【００２１】
さらに、基体１２の第１および第２の絶縁膜１６，１８が形成された部分、すなわち溝１５の両側には、外部電極２０，２２が形成される。したがって、外部電極２０には第１の絶縁膜１６で被覆されていない内部電極１４が接続され、外部電極２２には第２の絶縁膜１８で被覆されていない内部電極１４が接続される。つまり、内部電極１４の隣合うものが、それぞれ外部電極２０および外部電極２２に接続される。また、外部電極２０，２２の長手方向の中央部には、それぞれ支持部材２４が形成される。これらの支持部材２４は、導電性を有するように形成される。この場合、支持部材２４を導電材料で形成してもよいし、絶縁物の表面に電極膜を形成するなどの方法で導電性を付与したものでもよい。
【００２２】
ここでは、溝１５の両側において、第１および第２の絶縁膜１６，１８で内部電極１４の露出部を被覆し、その上に外部電極２０，２２を形成したが、必ずしも溝を形成する必要はない。たとえば、基体１２の一側面において、絶縁膜１６，１８によって、基体１２の幅方向の両端側で交互に内部電極１４の露出部を被覆し、基体１２の長手方向に延びるように２列に外部電極２０，２２を形成してもよい。この場合、基体１２には溝が形成されていないが、隣合う内部電極１４は、それぞれ別の外部電極２０，２２に接続される。
【００２３】
この圧電共振子１０では、外部電極２０，２２が入出力電極として使用される。このとき、基体１２の両端部を除く部分では、隣合う内部電極１４間に電界が印加されるため、基体１２は圧電的に活性となる。しかしながら、基体１２の両端部においては、基体が分極されず、しかも基体の両端面に電極が形成されていないために電界が印加されず、圧電的に不活性となる。したがって、基体１２の中央部に入力信号に対する活性部２６が形成される。また、基体１２の両端部に入力信号に対する不活性部２８が形成される。なお、不活性部２８は、入力信号によって駆動力を発生しない部分を示している。したがって、内部電極間に電界がかかっても、それらの内部電極間が分極されていなければよい。また、分極された圧電体層に電界がかからない構造であってもよい。
【００２４】
この圧電共振子１０を作製するには、図４に示すように、まず圧電セラミックのグリーンシート３０が準備される。グリーンシート３０の一方面上には、たとえば銀，パラジウム，有機バインダなどを含む導電ペーストが塗布され、導電ペースト層３２が形成される。導電ペースト層３２は、グリーンシート３０の一端側を除いて全面に形成される。このグリーンシート３０が、複数枚積層される。このとき、導電ペースト層３２の形成されていない端部が交互に逆方向に配置されるように、グリーンシート３０が積層される。さらに、積層体の対向する側面に導電ペーストが塗布されたのち焼成することにより、図５に示すような積層体母材３４が形成される。
【００２５】
積層体母材３４内には、導電ペースト層３２が焼成されることによって、複数の内部電極３６が形成される。これらの内部電極３６は、交互に積層体母材３４の対向部に露出している。そして、積層体母材３４の対向部には、内部電極３６が１つおきに接続された分極用電極３８，４０が形成される。これらの分極用電極３８，４０に直流電圧を印加することによって、積層体母材３４に分極処理が施される。このとき、積層体母材３４内部においては、隣合う内部電極３６間に直流高電界が印加されるが、その向きは交互に逆方向となる。そのため、積層体母材３４は、図５の矢印に示すように、内部電極３６の両側で互いに逆方向に分極される。
【００２６】
共振子の反共振周波数は、積層体母材３４の厚みで決まるので、これが所定の厚みに平面研磨される。次に、図６に点線で示すように、積層体母材３４が、ダイサーなどで複数の内部電極３６に直交するように切断される。それによって、図７に示すように、内部電極３６の端部が露出した積層体４２が形成される。そして、図８に示すように、積層体４２の片面に、市松模様となるように絶縁膜４４が形成される。なお、図８は図７を簡略化した図であり、積層数を減らして示してある。市松模様の内部電極３６に対して垂直方向の１つの列においては、絶縁膜４４は、１つおきの内部電極３６上に形成される。また、市松模様の隣接する列においては、隣の列において絶縁膜４４が形成されていない内部電極３６上に、絶縁膜４４が形成される。この積層体４２の絶縁膜４４が形成された面に、図９に示すように、スパッタリングなどによって外部電極４８が形成される。
【００２７】
さらに、図１０に示すように、積層体４２の中央部において、内部電極３６と平行になるように、導電材料で形成された帯状の支持部材５０が形成される。つぎに、図１１に示すように、市松模様に形成された絶縁膜４４の隣接する列の間において、内部電極３６の面に直交するように溝１５が形成される。そして、これらの溝１５の間で積層体４２を切断することにより、図１に示す圧電共振子１０が形成される。
【００２８】
この圧電共振子１０では、外部電極２０，２２に信号を与えることにより、活性部２６の互いに逆向きに分極した圧電体層に、互いに逆向きの電圧が印加されるため、圧電体層は全体として同じ向きに伸縮しようとする。そのため、圧電共振子１０全体としては、基体１２の中心部をノードとした長さ振動の基本モードが励振される。
【００２９】
この圧電共振子１０では、活性部２６の分極方向，信号による電界方向および活性部２６の振動方向が一致する。つまり、この圧電共振子１０は、圧電縦効果を利用した共振子となる。このような圧電縦効果を利用した圧電共振子１０は、分極方向および電界方向と振動方向とが異なる圧電横効果を利用した圧電共振子に比べて、電気機械結合係数が大きい。そのため、この圧電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが大きい。したがって、この圧電共振子１０では、帯域幅の大きい特性を得ることができる。
【００３０】
圧電縦効果と圧電横効果の違いを測定するために、図１２，図１３および図１４に示す圧電共振子を作製した。図１２に示す圧電共振子は、４．０ｍｍ×１．０ｍｍ×０．３８ｍｍの圧電体基板の厚み方向の両面に電極を形成したものである。圧電体基板は、厚み方向に分極されており、電極に信号を与えることによって、長さ振動が励振される。図１３に示す圧電共振子は、図１２に示す圧電共振子と同じ寸法で、圧電体基板の長手方向の両面に電極を形成したものである。圧電体基板は、長手方向に分極されており、電極に信号を与えることによって、長さ振動が励振される。また、図１４に示す圧電共振子は、４．７ｍｍ×４．７ｍｍ×０．３８ｍｍの圧電体基板の厚み方向の両面に電極を形成したものである。圧電体基板は厚み方向に分極されており、電極に信号を与えることによって、拡がり振動が励振される。つまり、図１２および図１４に示す圧電共振子が圧電横効果を利用しており、図１３に示す圧電共振子が圧電縦効果を利用している。
【００３１】
これらの圧電共振子について、共振周波数Ｆｒと電気機械結合係数Ｋを測定し、その結果を表１，表２および表３に示した。表１は図１２に示す圧電共振子の測定結果であり、表２は図１３に示す圧電共振子の測定結果であり、表３は図１４に示す圧電共振子の測定結果である。
【００３２】
【表１】
0003577170.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003577170.tif 000003
【００３４】
【表３】
0003577170.tif 000004
【００３５】
これらの測定結果からわかるように、圧電縦効果を利用した圧電共振子のほうが、圧電横効果を利用した圧電共振子より電気機械結合係数Ｋが大きく、したがって共振周波数と反共振周波数の差ΔＦが大きい。また、圧電縦効果を利用した圧電共振子で最も大きいスプリアスについては、長さの３倍波で電気機械結合係数Ｋが１２．２％である。しかも、基本振動と異なる幅モードにおける電気機械結合係数Ｋは４．０％と小さい。それに対して、圧電横効果を利用した長さ振動の圧電共振子では、幅モードにおける電気機械結合係数Ｋが２５．２％と大きく、圧電横効果を利用した拡がり振動の圧電共振子では、厚みモードにおける電気機械結合係数Ｋが２３．３％と大きい。したがって、圧電縦効果を利用した圧電共振子は、圧電横効果を利用した圧電共振子に比べて、スプリアスが小さいことがわかる。
【００３６】
また、この圧電共振子１０では、基体１２の両端側に不活性部２８が形成されていることにより、この不活性部２８を調整することにより、共振周波数を調整したり、共振周波数と反共振周波数の差ΔＦを調整することができる。つまり、基体１２の長手方向の端面を研磨したり、質量を付加したりして、圧電共振子１０の帯域幅を調整することができる。
【００３７】
さらに、この圧電共振子１０では、たとえば活性部２６の層数を調整することにより、共振子の容量を調整することができる。つまり、活性部２６は、圧電体層と内部電極１４とが交互に積み重ねられた構造であり、電気的には並列に接続された構造である。活性部２６の総厚みが同じで層数のみを変えた場合、１層の厚みは層数に反比例するので、次のような関係が成り立つ。
共振子の容量∝（活性部の層数／１層の厚み）∝（活性部の層数）２  
つまり、共振子の容量は、活性部２６の層数の２乗に比例する。したがって、圧電共振子１０の活性部２６の層数を調整することにより、容量を調整することができ、容量の設計自由度が大きい。そのため、圧電共振子１０を回路基板などに実装するとき、外部回路とのインピーダンス整合をとることが容易である。
【００３８】
実施例として、圧電セラミックのグリーンシート３０の片面に銀，パラジウム，有機バインダなどを含む導電ペーストを塗布した後に交互に積層し、約１２００℃の温度で一体的に焼成して、２０ｍｍ×３０ｍｍ×３．９ｍｍの積層体母材３４を形成した。そして、スパッタリングによって分極用電極３８，４０を形成し、隣合う内部電極３６間に直流高電界を印加することによって、隣合う圧電体層の分極の向きが互いに逆向きとなるように分極処理を施した。積層体母材３４の厚みを調整したのち切断して、１．５ｍｍ×３０ｍｍ×３．８ｍｍの積層体４２を形成した。次に、積層体４２の一側面に露出した内部電極３６上に市松模様となるように絶縁膜４４を形成し、その上にスパッタリングによって銀の電極を形成した。さらに、この電極上に支持部材５０を形成し、溝１５を形成した。これをダイサーで切断して、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×３．８ｍｍの圧電共振子１０を形成した。
【００３９】
この圧電共振子１０では、基体１２の内部に１９枚の内部電極１４を形成し、これらの内部電極１４を０．１９ｍｍのほぼ等しい間隔に配置した。そして、基体１２の両端側の３つの圧電体層に電界が印加されないように、第１および第２の絶縁膜１６，１８を形成した。したがって、基体１２の中央の１４枚の圧電体層が活性部２６となり、両端側の各３層の圧電体層が不活性部２８となる。この圧電共振子１０の容量は８３０ｐＦで、図１５に示す周波数特性が得られた。比較例として、拡がり振動を行う圧電共振子の周波数特性が、図１６に示される。図１５および図１６からわかるように、この発明の圧電共振子１０は、拡がり振動の圧電共振子に比べて、スプリアスが非常に少ない。
【００４０】
また、活性部２６や不活性部２８は、その形成位置によって、共振周波数と反共振周波数の差ΔＦが変化する。たとえば、図１７に示すように、不活性部２８を基体１２の両端部および中央部に形成することができる。圧電共振子１０の中央部から端部までの長さをａ、中央部から活性部２６の重心までの長さをｂ、活性部２６の長さをｃ、基体１２の幅および厚みをそれぞれＷ，Ｔとしたとき、活性部２６の形成位置が変わることによって、容量ＣｆおよびΔＦがどのように変化するかを有限要素法で計算した。ここでは、ａ＝１．８９ｍｍ、Ｗ＝Ｔ＝０．８ｍｍ、ｃ＝０．８６ｍｍとして、ｂ／ａを変化させ、ΔＦと反共振周波数Ｆａとの比ΔＦ／Ｆａおよび容量Ｃｆを図１８に示した。図１８から、活性部２４の位置にかかわらず、容量Ｃｆは変化しないことがわかる。それに対して、活性部２６が基体１２の両端に近づくほど、ΔＦが低下することがわかる。
【００４１】
また、この圧電共振子１０では、活性部２６と不活性部２８の割合を変えることによって、ΔＦを変化させることができる。たとえば、図１および図２に示す圧電共振子１０について、活性部２６の長さの基体１２の長さに対する割合、つまり活性部比率を変えて、共振周波数Ｆｒ，反共振周波数Ｆａ，ΔＦおよびその変化率を測定し、その結果を表４および図１９に示した。
【００４２】
【表４】
0003577170.tif 000005
【００４３】
図１９は、活性部比率が１００％のとき、すなわち不活性部が存在しないときのΔＦを１００％とし、活性部比率とΔＦの変化率との関係を示している。図１９からわかるように、活性部比率が６５〜８５％のときΔＦが大きく、特に、活性部比率が７５％のときに最大となっている。その値は、活性部比率が１００％、すなわち不活性部がない場合に比べて、約１０％も大きい。また、活性部比率が５０％のとき、活性部比率が１００％のときとΔＦは同じである。したがって、ΔＦの大きい圧電共振子を得ることを目的とするとき、活性部比率を５０％以上にすればよい。
【００４４】
また、この圧電共振子１０において、２０層の圧電体層の中で１４層が活性部２４となっている場合、その容量は８３０ｐＦであった。それに対して、同じ材料および外形寸法で、活性部比率を１００％とし、圧電体層の数を１層にした場合、すなわち基体１２の両端面に電極を形成した場合、その容量は３．０ｐＦであった。さらに、２０層の圧電体層の全てを活性部２６とした場合、その容量は１１８５．７ｐＦとなった。このように、圧電共振子１０を構成する基体１２の活性部２６の圧電体層の層数を変えることによって、最大約４００倍の範囲で容量を変化させることができる。したがって、圧電共振子１０の積層構造を変えることによって、広い範囲で容量を選択することができ、その設計自由度が大きくなっている。
【００４５】
不活性部２８としては、図２０に示すように、基体１２の端部側に電極を形成しないことによって、電界が印加されないようにしてもよい。この場合、基体１２の端部側においては、分極されていてもよいし、分極されていなくてもよい。また、図２１に示すように、基体１２の端部側のみ分極しないようにしてもよい。この場合、電極１４間に電界が印加されても、分極していない部分は圧電的に不活性となる。さらに、図２２に示すように、基体１２が全て分極され、絶縁膜１６，１８によって内部電極１４間に電界が印加されない構造であってもよい。つまり、圧電体層が分極され、かつ電界が印加されたときにのみ、圧電的に活性になるのであり、それ以外は圧電的に不活性となる。図２１や図２２に示す構成では、容量が不活性部にも形成されることになり、容量を大きくすることが可能となる。さらに、図２２に示すように、基体１２の端面に、周波数調整用や外部回路との接続のための引き出しなどの目的で、小さい電極５２を形成してもよい。
【００４６】
この圧電共振子１０を用いて、発振子やディスクリミネータなどの電子部品が作製される。図２３は、電子部品６０の一例を示す斜視図である。電子部品６０は、絶縁体基板６２を含む。絶縁体基板６２の対向する端部には、それぞれ２つずつ凹部６４が形成される。絶縁体基板６２の一方面上には、２つのパターン電極６６，６８が形成される。一方のパターン電極６６は、対向する凹部６４間に形成され、その一端側から絶縁体基板６２の中央部に向かって、Ｌ字状に延びるように形成される。また、他方のパターン電極６８は、別の対向する凹部６４間に形成され、その他端側から絶縁体基板６２の中央部に向かって、Ｌ字状に延びるように形成される。そして、絶縁体基板６２の中央部付近において、２つのパターン電極６６，６８が、間隔を隔てて対向するように形成される。これらのパターン電極６６，６８は、絶縁体基板６２の端部から他方面に向かって、回り込むように形成される。
【００４７】
絶縁体基板６２の中央部におけるパターン電極６６およびパターン電極６８の端部には、図２４に示すように、たとえば導電接着剤などによって、圧電共振子１０の支持部材２４が接続される。それによって、圧電共振子１０の外部電極２０，２２は、絶縁体基板６２上に固定されるとともに、パターン電極６６，６８に電気的に接続される。
【００４８】
さらに、絶縁体基板６２上に、金属キャップ７４がかぶせられる。このとき、金属キャップ７４とパターン電極６６，６８とが導通しないように、絶縁体基板６２およびパターン電極６６，６８上に絶縁性樹脂が塗布される。そして、金属キャップ７４がかぶせられることによって、電子部品６０が作製される。この電子部品６０では、絶縁体基板６２の端部から裏面に回り込むように形成されたパターン電極６６，６８が、外部回路と接続するための入出力端子として用いられる。
【００４９】
この電子部品６０では、基体１２の長手方向の中央部に形成された支持部材２４によって圧電共振子１０が支持されているため、圧電共振子１０の端部が絶縁体基板６２から離れた状態で配置され、振動が阻害されない。また、圧電共振子１０のノード点である中央部が支持部材２４によって固定されるとともに、外部電極２０，２２とパターン電極６６，６８とが電気的に接続される。このとき、支持部材２４は、予め圧電共振子１０に形成されているため、圧電共振子１０のノード点に正確に位置決めすることができる。したがって、パターン電極６６，６８側に突起状の支持部材を形成して、その上に圧電共振子を置く場合に比べて、正確にノード点の支持を行うことができる。そのため、圧電共振子１０の振動漏れを防ぐことができ、良好な特性を得ることができる。また、圧電共振子１０の外部電極２０，２２とパターン電極６６，６８との接続のためにリード線を用いる必要がなく、安価に電子部品６０を製造することができる。
【００５０】
また、この電子部品６０は、ＩＣなどとともに回路基板などに実装され、発振子やディスクリミネータとして用いられる。このような構造の電子部品６０では、金属キャップ７４で密封・保護されているため、リフロー半田などによる取り付けが可能なチップ部品として使用することができる。
【００５１】
この電子部品６０を発振子として使用する場合、上述の圧電共振子１０が用いられているので、スプリアスが小さく抑えられ、スプリアスによる異常発振を防止することができる。また、圧電共振子１０の容量値を自由に設定できるため、外部回路とのインピーダンス整合をとることが容易である。特に、電圧制御発振器用の発振子として使用する場合、共振子のΔＦが大きいので、従来にはない広い周波数可変範囲を得ることができる。
【００５２】
また、この電子部品６０をディスクリミネータとして用いる場合、共振子のΔＦが大きいという特徴は、ピークセパレーションが広いという特徴につながる。さらに、共振子の容量設計範囲が広いため、外部回路とのインピーダンス整合をとることが容易である。
【００５３】
また、複数の圧電共振子１０を用いて、ラダーフィルタを作製することができる。図２５は梯子型の回路を有するラダーフィルタとして用いられる電子部品の例を示す要部平面図であり、図２６はその要部分解斜視図である。図２５および図２６に示す電子部品６０では、絶縁体基板６２上に、４つパターン電極９０，９２，９４，９６が形成される。これらのパターン電極９０〜９６には、間隔を隔て一列に配置される５つのランドが形成される。この場合、絶縁体基板６２の一端から１番目のランドはパターン電極９０に形成され、２番目のランドおよび５番目のランドはパターン電極９２に形成され、３番目のランドはパターン電極９４に形成され、４番目のランドはパターン電極９６に形成される。
【００５４】
これらのランドに、それぞれ圧電共振子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの外部電極２０，２２に形成された支持部材２４が取り付けられる。この場合、図２７に示す梯子型の回路が得られるように、圧電共振子１０ａ〜１０ｄが取り付けられる。そして、絶縁体基板６２上に、金属キャップ（図示せず）がかぶせられる。
【００５５】
この電子部品６０は、図２７に示すような、梯子型の回路を有するラダーフィルタとして用いられる。このとき、たとえば２つの圧電共振子１０ａ，１０ｄは直列共振子として用いられ、別の２つの圧電共振子１０ｂ，１０ｃは並列共振子として用いられる。このようなラダーフィルタでは、並列の圧電共振子１０ｂ，１０ｃの容量が、直列の圧電共振子１０ａ，１０ｄの容量よりも格段に大きくなるように設計されている。
【００５６】
ラダーフィルタの減衰量は、直列共振子と並列共振子の容量比に左右される。この電子部品６０では、圧電共振子１０ａ〜１０ｄの積層数を変えることによって、容量を調整することができる。したがって、圧電共振子１０ａ〜１０ｄの容量を調整することにより、従来の圧電横効果を利用した圧電共振子を用いた場合に比べて、少ない共振子数でより大きい減衰量をもったラダーフィルタを実現することができる。また、圧電共振子１０ａ〜１０ｄのΔＦが従来の圧電共振子より大きいため、通過帯域幅も従来の圧電共振子を用いたものより広いものを実現することができる。
【００５７】
このように、この発明の圧電共振子１０では、圧電縦効果を利用しているため、圧電横効果を利用した従来の圧電共振子に比べて、ΔＦが大きくなり、広帯域の共振子を得ることができる。さらに、スプリアスの小さい圧電共振子を得ることができる。また、基体１２を積層構造とすることにより、容量値を自由に設計することができ、外部回路とのインピーダンス整合をとることが容易である。さらに、活性部と不活性部の大きさや位置を調整することにより、ΔＦを調整することができる。また、この発明の電子部品６０は、単純な構造であるため、安価に製造することができる。しかも、上述のような圧電共振子１０の特性をもつ電子部品を得ることができる。
【００５８】
また、この発明の圧電共振子の製造方法を採用すれば、上述のような特性を有する圧電共振子１０を大量に製造することができる。したがって、安価に圧電共振子１０を提供することができる。
【００５９】
この発明の圧電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、設計できるパラメータが多く、それによって実現できる特性の範囲が著しく広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の圧電共振子の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電共振子の構造を示す図解図である。
【図３】図１に示す圧電共振子に用いられる基体に絶縁膜を形成した状態を示す平面図である。
【図４】図１に示す圧電共振子を作製するためにセラミックグリーンシートを積層する状態を示す斜視図である。
【図５】図４に示すセラミックグリーンシートからつくられた積層体母材を示す図解図である。
【図６】図４に示す積層体母材の切断部分を示す図解図である。
【図７】図６に示す積層体母材を切断した積層体を示す図解図である。
【図８】図７に示す積層体に絶縁膜を付与した状態の平面および側面を示す図解図である。
【図９】図８に示す積層体に外部電極を付与した状態の平面および側面を示す図解図である。
【図１０】図９に示す積層体の外部電極上に支持部材を形成した状態の平面および側面を示す図解図である。
【図１１】図９に示す積層体に溝を形成するとともに切断して圧電共振子を作製する工程を示す図解図である。
【図１２】比較例としての圧電横効果を利用した長さ振動をする圧電共振子を示す斜視図である。
【図１３】圧電縦効果を利用した長さ振動をする圧電共振子を示す斜視図である。
【図１４】比較例としての圧電横効果を利用した拡がり振動をする圧電共振子を示す斜視図である。
【図１５】この発明の圧電共振子の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図１６】従来の圧電共振子の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図１７】基体の活性部と不活性部の分布を変えた圧電共振子の例を示す図解図である。
【図１８】活性部の分布と容量およびΔＦ／Ｆａとの関係を示すグラフである。
【図１９】活性部比率とΔＦとの関係を示すグラフである。
【図２０】圧電共振子の不活性部の変形例を示す図解図である。
【図２１】圧電共振子の不活性部の他の変形例を示す図解図である。
【図２２】圧電共振子の不活性部のさらに他の変形例を示す図解図である。
【図２３】上述の圧電共振子を用いた電子部品の一例を示す分解斜視図である。
【図２４】図２３に示す電子部品における圧電共振子の取り付け構造を示す側面図である。
【図２５】この発明の圧電共振子を用いたラダーフィルタの一例を示す要部平面図である。
【図２６】図２５に示すラダーフィルタの要部分解斜視図である。
【図２７】図２５に示すラダーフィルタの等価回路図である。
【図２８】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の例を示す図解図である。
【図２９】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の他の例を示す図解図である。
【図３０】従来の圧電横効果の長さ共振子の取り付け構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１０  圧電共振子
１２  基体
１４  内部電極
１５  溝
１６  第１の絶縁膜
１８  第２の絶縁膜
２０  外部電極
２２  外部電極
２４  支持部材
２６  活性部
２８  不活性部
３０  グリーンシート
３２  導電ペースト層
３４  積層体母材
３６  内部電極
３８  分極用電極
４０  分極用電極
４２  積層体
４４  絶縁膜
４８  外部電極
５０  支持部材
６０  電子部品
６２  絶縁体基板
６４  凹部
６６  パターン電極
６８  パターン電極
７４  金属キャップ
９０  パターン電極
９２  パターン電極
９４  パターン電極
９６  パターン電極
【図１】
0003577170.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003577170.tif 000017
【図１３】
0003577170.tif 000018
【図１４】
0003577170.tif 000019
【図１５】
0003577170.tif 000020
【図１６】
0003577170.tif 000021
【図１７】
0003577170.tif 000022
【図１８】
0003577170.tif 000023
【図１９】
0003577170.tif 000024
【図２０】
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【図２１】
0003577170.tif 000026
【図２２】
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【図２３】
0003577170.tif 000028
【図２４】
0003577170.tif 000029
【図２５】
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【図２６】
0003577170.tif 000031
【図２７】
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【図２８】
0003577170.tif 000033
【図２９】
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【図３０】
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