(57)【要約】  【課題】量産時においても製造が容易でしかも特性のばらつきを発生することのない高周波圧電振動子とその製造方法を提供することを目的とする。  【解決手段】高周波圧電振動子１２は、水晶基板２の片面の中央部に、エッチングにより凹部３を形成し、凹部３の底面に設けた薄肉の振動部４の周縁部に、肉厚の環状囲繞部５を前記振動部４と一体的に形成し、水晶基板２の平坦側の薄肉の振動部４のほぼ中央に、励振用の主電極１３と、これから導出するリード電極１４及びパッド電極１５を形成している。又、水晶基板２の凹部側の振動部４に、水晶基板２の平坦側に形成した励振用の主電極１３と対向して主電極の電極寸法より一回り大きい内径寸法を有するリング状の電極を、励振用の主電極１３と同一材料を用いて抑圧電極１６として形成する。更に、水晶基板２の凹部側には、全面に全面電極１７を形成して高周波圧電デバイスとする。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板の片面に、エッチング、或いは機械加工により凹部を形成することにより、薄肉の振動部と、その周縁を機械的に支持する肉厚の環状囲繞部とを一体的に構成した高周波圧電振動子であって、
前記圧電基板の平坦側主面の前記振動部のほぼ中央部に形成した所定の形状の励振用の主電極を備えており、
前記圧電基板の凹部側には、環状の抑圧電極が前記圧電基板の平坦側に形成した励振用の主電極と重複することなくその周囲を囲むように配置されており、圧電基板の凹部側のほぼ全面が全面電極にて覆われていることを特徴とする高周波圧電振動子。
【請求項２】
前記抑圧電極の電極膜厚を、主電極の電極膜厚に応じて形成することにより、エネルギー閉じ込め係数を制御して、スプリアスの発生を低減したことを特徴とする請求項１記載の高周波圧電振動子。
【請求項３】
前記圧電基板が、ＡＴカット水晶基板であることを特徴とする請求項１、又は２記載の高周波圧電振動子。
【請求項４】
圧電基板の一方の主面にエッチングにより凹部を形成することにより、薄板状の振動部とその周囲を支持する環状囲繞部とを一体的に形成する工程と、
前記圧電基板の両面に、全面にわたって金属膜を所定の膜厚で成膜する第一の成膜工程と、
前記圧電基板の平坦側面にのみ金属膜を所定の膜厚で全面にわたり成膜する第二の成膜工程と、
圧電基板の平坦側の前記振動部のほぼ中央部に所定の形状で励振用の主電極を、圧電基板の凹部側には前記主電極に重複することなく周囲を囲むように環状の抑圧電極を、フォトリソグラフィ技法とエッチング技法とを用いて形成する工程と、
前記抑圧電極を形成した前記圧電基板の凹部側にほぼ全面にわたって、全面電極を成膜する工程とを含むことを特徴とする高周波圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波圧電振動子とその製造方法に関し、特に基本波振動で１００ＭＨｚ以上の高い共振周波数を有する高周波圧電振動子のＣＩ値劣化や不要なスプリアス発生を防止し、且つ、良好な共振特性を得るための電極構成の改良とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器、通信機器等においては、扱う情報量の増大や高速化に伴い、基準周波数源や周波数選択機能として使用される圧電振動子や圧電フィルタ等の圧電デバイスに対しても、高周波化と高い周波数安定度が求められている。
従来圧電デバイスとして多用されてきた一般のＡＴカット水晶振動子は、周波数温度特性が極めて優れているものの、その共振周波数は、水晶基板の板厚に反比例するため、共振周波数が高周波になると水晶基板の板厚が薄くなり、水晶振動子の製造技術や機械的強度の観点から共振周波数は５０ＭＨｚ程度が限界であった。
【０００３】
又、ＡＴカット水晶振動子の高調波成分を抽出して基本波共振周波数の奇数倍の周波数を得るオーバトーン発振手段も広く用いられているが、発振回路にコイルを含むＬＣ同調回路を必要とするため、発振回路を半導体集積回路化する上で不都合がある上、容量比が大きく、且つ、インピーダンスレベルが高いため発振が困難になる場合があるという欠陥を有していた。
【０００４】
一方、インターデジタル・トランスジューサ電極の電極指ピッチによって共振周波数が決定される弾性表面波共振子は、フォトリソグラフィ技術の進歩によって１〜２ＧＨｚ程度の周波数出力まで可能となってきたが、これに使用し得る圧電基板の周波数温度特性がＡＴカット水晶振動子と比較して著しく劣ると言う問題が生じていた。
【０００５】
そこで、このような問題を解決するため、従来の高周波圧電振動子は、ＡＴカット水晶基板の片面に、所定の寸法で機械加工やエッチング等の手段を用いて凹部を形成し、この凹部の薄肉の底面を振動部として励振電極を形成する構造を有している。
【０００６】
一方、ＡＴカット水晶振動子のスプリアス特性を改善するため、電極長や膜厚に関係なく、スプリアスの発生周波数をある程度任意に制御できる圧電振動子が特開２００１−２４４７７８号公報に開示されている。それによれば、圧電基板の主面に形成した主電極の周縁を囲むように所定の間隙をあけて第二の電極として、スプリアスの抑圧電極を形成する。そこで、この抑圧電極の質量負荷（膜厚）を、主電極の質量負荷（膜厚）に応じて適宜設定すれば、エネルギー閉じ込め係数を容易に制御可能となり、スプリアスの少ない水晶振動子を実現することが可能となる。
【０００７】
図４は、従来の高周波圧電振動子の構造例であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は、Ａ−Ａ’にける断面図を示す。高周波圧電振動子１は、水晶基板２の片面に、エッチング、或いは機械加工により凹部３を形成し、凹部３の底面に設けた薄肉の振動部４の周縁部に、肉厚の環状囲繞部５を前記振動部４と一体的に形成し、薄板状の振動部４を機械的に支持した構造である。
【０００８】
そこで、上述した構造を有する水晶基板２の凹部３内の側壁を含む全面に導体膜を形成し全面電極６とすると共に、水晶基板２の平坦側の薄肉の振動部４のほぼ中央に主電極７を形成し、更に、これから導出するリード電極８及び外部パッケージ端子との導通を図るためのパッド電極９を形成した後、インハーモニックモードによるスプリアスを抑制する抑圧電極１０を、前記主電極等と異なる電極材料を用いて、所定の間隙を隔てて主電極７を囲むように形成している。
【０００９】
次に、上述したような従来の高周波圧電振動子の製造法について説明する。
図５は、従来の高周波圧電振動子の製造工程例を示す図である。高周波圧電振動子を製造するためには、ＡＴカット水晶基板２の表面の所定の位置に保護膜１１をフォトリソグラフィ技術で形成した後エッチングを行い（ステップ１）、水晶基板２の保護膜１１が形成されていない部分を所定の形状に凹陥し、薄板状の振動部４とその周囲を支持する環状囲繞部５とを一体的に形成して前記保護膜１１を剥離する（ステップ２）。
【００１０】
次に、水晶基板２の凹陥部３側の全面電極６と、対向する水晶基板２の平坦側の振動部４のほぼ中央に位置する主電極７とこれから導出するリード電極８及び外部パッケージ端子との導通を図るためのパッド電極９を、真空蒸着等により同時に形成し（ステップ３）、その後、スプリアス抑圧用の抑圧電極を、前記主電極等と異なる電極材料を用いて、同じく真空蒸着等により形成する（ステップ４）。
このように圧電振動子を構成することにより、共振周波数が極めて高く、スプリアスを抑圧した高周波圧電振動子を得ることが出来る。
【特許文献１】特開２００１−２４４７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の高周波圧電振動子は、インハーモニックモードによるスプリアスを抑圧するため、前述した特開２００１−２４４７７８号公報に開示されているような条件が必要である。そこで、主電極のみをエネルギー閉じ込めモードにするためには、スプリアス抑圧用の電極は励振用の主電極に比べて厚くするが、主電極のカットオフ周波数をｆ１、主電極と抑圧電極との間隙のカットオフ周波数をｆ２、抑圧電極のカットオフ周波数をｆ３とすると、夫々のカットオフ周波数の関係はｆ１＜ｆ２＜ｆ３となることが必要であると共に、所定のエネルギー閉じ込め係数を得るため精度の高い所定の形状、膜厚、及び位置を有する電極を必要としていた。
【００１２】
しかしながら、従来の高周波圧電振動子は、圧電基板の平坦側に形成する同じ電極材料である励振用の主電極、リード電極、ボンディングパッド電極、更には、圧電基板の凹部側に形成する全面電極とを同時に所定の膜厚で形成した後、これらの電極と異なる材料を用いて所定の膜厚で、スプリアス抑圧用の抑圧電極をマスク蒸着法により形成する必要があり、製造工程が複雑で高精度を必要とする励振用の主電極とスプリアス抑制用の抑圧電極の間隔、位置精度が得られないため、安定した高周波圧電振動子の特性が得られないと共に、高周波圧電振動子を製造する際の歩留まり低下による製造コストの上昇を招いていた。
【００１３】
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、量産時においても製造が容易でしかも特性のばらつきを発生することなく、電極膜厚制御が容易で、ＣＩ値の劣化や不要なスプリアス発生を防止出来る電極構造を有する高周波圧電振動子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係わる高周波圧電振動子とその製造方法は、以下の構成をとる。
請求項１記載の高周波圧電振動子は、圧電基板の片面に、エッチング、或いは機械加工により凹部を形成することにより薄肉の振動部と、その周縁を機械的に支持する肉厚の環状囲繞部とを一体的に構成した高周波圧電振動子であって、
前記圧電基板の平坦側主面の前記振動部のほぼ中央部に形成した所定の形状の励振用の主電極を備えており、前記圧電基板の凹部側には、環状の抑圧電極が前記圧電基板の平坦側に形成した励振用の主電極と重複することなくその周囲を囲むように配置されており、圧電基板の凹部側のほぼ全面が全面電極にて覆われるよう構成する。
【００１５】
請求項２記載の高周波圧電振動子は、前記抑圧電極の電極膜厚を、主電極の電極膜厚に応じて形成することにより、エネルギー閉じ込め係数を制御して、スプリアスの発生を低減するよう構成する。
【００１６】
請求項３記載の高周波圧電振動子は、前記圧電基板が、ＡＴカット水晶基板であるよう構成する。
【００１７】
請求項４記載の高周波圧電振動子の製造方法は、圧電基板の一方の主面にエッチングにより凹部を形成することにより、薄板状の振動部とその周囲を支持する環状囲繞部とを一体的に形成する工程と、前記圧電基板の両面に、全面にわたって金属膜を所定の膜厚で成膜する第一の成膜工程と、前記圧電基板の平坦側面にのみ金属膜を所定の膜厚で全面にわたり成膜する第二の成膜工程と、圧電基板の平坦側の前記振動部のほぼ中央部に所定の形状で励振用の主電極を、圧電基板の凹部側には前記主電極に重複することなく周囲を囲むように環状の抑圧電極を、フォトリソグラフィ技法とエッチング技法とを用いて形成する工程と、前記抑圧電極を形成した前記圧電基板の凹部側にほぼ全面にわたって、全面電極を成膜する工程とを含むよう構成する。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように請求項１乃至４に記載の発明は、圧電基板の凹部側に環状の抑圧電極を、圧電基板の平坦側に形成した励振用の主電極と重複することなくその周囲を囲むように励振用の主電極と同一材料を用いて配置し、その後、圧電基板の凹部側全面に全面電極を形成したことにより、スプリアスの少ない良好な共振特性を有すると共に、バッチ処理方式で大量生産が可能であるため製造コストが低下し、高周波圧電振動子を量産する上で著しい効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本実施例においては、薄肉の振動部と該振動部の周囲を機械的に支持する厚肉の環状囲繞部とを一体的に構成した圧電基板の凹部側に、環状の抑圧電極を圧電基板の平坦側に形成した励振用の主電極と重複することなくその周囲を囲むように配置し、且つ、励振用の主電極と同一材料を用いて、質量負荷効果によるエネルギー閉じ込めが十分なされる励振用の主電極の電極膜厚に応じた膜厚差を有する抑圧電極として形成し、その後、圧電基板の凹部側のほぼ全面を全面電極にて覆った。因みに、励振用の主電極との膜厚差は、周波数換算で約０．２％、１５６ＭＨｚの周波数において、電極材料として金を用いた場合、励振用の主電極と抑圧電極の膜厚差は約２ｎｍとなり、励振用の主電極の電極膜厚は５０ｎｍ、抑圧電極の電極膜厚は４８ｎｍとなる。
【００２０】
図１は、本発明に係る高周波圧電振動子の構造を示す実施例であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は、Ａ−Ａ’にける断面図を示す。高周波圧電振動子１２は、水晶基板２の片面に、エッチング、或いは機械加工により凹部３を形成し、凹部３の底面に設けた薄肉の振動部４の周縁部に、肉厚の環状囲繞部５を前記振動部４と一体的に形成し、薄板状の振動部１を機械的に支持した構造である。
【００２１】
そこで、水晶基板２の平坦側の薄肉の振動部４のほぼ中央に、励振用の主電極１３と、これから導出するリード電極１４及び外部パッケージ端子との導通を図るためのパッド電極１５を形成している。又、水晶基板２の凹部側の振動部４に抑圧電極１６を、水晶基板２の平坦側に形成した励振用の主電極１３と重複することなくその周囲を囲むように配置し、電極材料は励振用の主電極１３と同一材料とする。更に、水晶基板２の凹部側には、環状囲繞部５の内壁を含めて全面に全面電極１７を形成して高周波圧電デバイスとする。
【００２２】
本実施例によれば、励振用の主電極と抑圧電極を同一電極材料を用いて形成しており、電極膜形成時にバッチ処理が可能となると共に、励振用の主電極と抑圧電極の形成にフォトリソグラフィ技術を使用して、両電極間のギャップ寸法や位置精度の高い電極パターンが形成出来、電極膜厚制御が容易で、ＣＩ値の劣化や不要なスプリアス発生を防止出来る電極構造を有する高周波圧電振動子を得ることが可能となる。
【００２３】
次に、本実施例における高周波圧電振動子の製造方法について説明する。
図２は、本発明に係わる高周波圧電振動子の第一の製造工程例を示す図であり、図３は、本発明に係わる高周波圧電振動子の第二の製造工程例を示す図である。
図２は、所定の形状に加工した高周波対応の水晶基板の製造工程を示し、図３は、各電極膜の形成工程を示す。又、本工程例は、各電極膜の実施例として全ての電極膜の材料に金を用い、励振用の主電極と抑圧電極の膜厚差は約２ｎｍ、励振用の主電極、リード電極、ボンディングパッド電極の電極膜厚は５０ｎｍ、抑圧電極の電極膜厚は４８ｎｍとした。
【００２４】
図２を説明すると、高周波圧電振動子を製造するためには、ＡＴカット水晶基板２の表面の所定の位置に保護膜１１をフォトリソグラフィ技術で形成した後（ステップ１）、エッチングを行い、水晶基板２の保護膜１１が形成されていない部分を所定の形状に凹陥して、薄板状の振動部４とその周囲を支持する環状囲繞部５とを一体的に形成し（ステップ２）、その後、前記保護膜１１を剥離して、所定の形状の水晶基板を得る（ステップ３）。
【００２５】
次に、図３を説明すると、前工程において所定の形状に加工した水晶基板の
両面に、第一の蒸着として全面にわたって金を電極膜材料とし、真空蒸着機を用いて４８ｎｍの膜厚で全面電極膜１８を成膜した後（ステップ４）、水晶基板の平坦側面（主電極の形成面）についてのみ、更に、金を電極膜材料とし第二の蒸着として２ｎｍの膜厚で全面にわたり、真空蒸着機を用いて全面電極膜１９を成膜して平坦面側の電極膜厚を５０ｎｍとする（ステップ５）。この時、真空蒸着機の膜厚制御の一般的な精度は、±１０％程度であるので、第一の蒸着時においては±４．８ｎｍの成膜誤差が生じるが、第二の蒸着時においては成膜誤差が±０．２ｎｍとなる。
【００２６】
次に、両面に全面電極を形成した水晶基板に、水晶基板の平坦側の振動部のほぼ中央部に所定の形状で励振用の主電極を、該主電極より導出してリード電極、パッド電極を、凹部側には前記主電極に重複することなく周囲を囲むように環状の抑圧電極を、同時にフォトリソグラフィ技法とエッチング技法を用いて形成する（ステップ６）。このように、フォトリソグラフィ技法とエッチング技法を併用することにより、精度の高い電極形成が行え、主電極と抑圧電極間のギャップ寸法や位置精度の誤差を低減できる。又、上述したように、本実施例のような製造工程を経ることにより、励振用の主電極と抑圧電極との電極膜厚差は２ｎｍであるが、その電極膜厚差の誤差は±０．２ｎｍ以下であり、ＣＩ値の劣化や不要なスプリアス発生を防止するのに必要な電極膜が形成可能となる。
【００２７】
次に、最後の工程として、抑圧電極を形成した水晶基板の凹部側に全面電極を施して高周波圧電振動子は完成する（ステップ７）。
従って本実施例の製造方法においては、電極膜の成膜と各電極の形成をバッチ処理可能となり、同一な電極膜材料を用いて全ての電極を、電極膜厚、電極形状共に精度良く形成できるので、高周波圧電振動子の大量生産に適し、高周波帯の基本振動で動作する高周波圧電振動子を低価格で提供可能となる。
【００２８】
尚、以上、ＡＴカット水晶基板を用いた高周波圧電振動子を実施例として本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エッチング可能な圧電基板、例えば、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、或いは、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）の如き圧電材料を用いてもよいことは自明である。
更に、本実施例においては、電極形状が矩形である場合を説明したが、円形電極、楕円形電極についても適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る高周波圧電振動子の構造を示す実施例である。
【図２】本発明に係わる高周波圧電振動子の第一の製造工程例を示す図である。
【図３】本発明に係わる高周波圧電振動子の第二の製造工程例を示す図である。
【図４】従来の高周波圧電振動子の構造例である。
【図５】従来の高周波圧電振動子の製造工程例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１・・高周波圧電振動子、          ２・・水晶基板、
３・・凹部、                      ４・・振動部、
５・・環状囲繞部、                ６・・全面電極、
７・・主電極、                    ８・・リード電極、
９・・パッド電極、              １０・・抑圧電極、
１１・・保護膜、                  １２・・高周波圧電振動子、
１３・・主電極、                  １４・・リード電極、
１５・・パッド電極、              １６・・抑圧電極、
１７・・全面電極、                １８・・全面電極膜、
１９・・全面電極膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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