(57)【要約】【課題】  スプリアス振動を抑制した、通過帯域特性の良好な３ポール型のモノリシック水晶フィルタを提供する。【解決手段】  水晶振動板１は厚みすべり振動で駆動する矩形のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面には対向して平面視矩形形状の励振電極が形成されている。当該励振電極は、矩形状の励振電極１２，１３，１４が長辺方向に直列的に形成されている。また、水晶振動板の表面においては当該励振電極１２，１３，１４に対応した矩形状の励振電極１１が形成され、表裏で対向した電極（対向電極）を形成している。対向電極は長辺から４度斜め上方に傾斜（傾斜角度θが４度）している。【選択図】  図１
2007166436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸方向に長辺を有する矩形ＡＴカット水晶振動板の一方の主面に、３つの矩形電極を直列的に配列形成するとともに、他方の主面に前記各矩形電極に対応した矩形電極を形成してなるモノリシック水晶フィルタであって、
前記矩形電極の配列方向はＡＴカットの長辺に沿って配列されるとともに、当該長辺から３〜８度傾斜していることを特徴とするモノリシック水晶フィルタ。
【請求項２】
前記３つの矩形電極に対応する他方の主面の矩形電極は１つの電極で構成され、当該３つの矩形電極と他方の主面の矩形電極は各々矩形水晶振動板の角部に引き出されるとともに、当該角部にてパッケージに保持されていることを特徴とする請求項１記載のモノリシック水晶フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器等に用いられる３ポール型のモノリシック水晶フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３ポール型のモノリシック水晶フィルタは、例えば水晶振動板の一方の主面に３つの電極が配列され、他方の主面にはこれら３つの電極に対応した１つの電極が形成された構成である。図７は従来用いられていた３ポール型モノリシック水晶フィルタを示す平面図である。矩形のＡＴカット水晶振動板の裏面には３つの矩形電極が長辺方向に配列して形成され、裏面にはこれら３つの矩形電極に対応した１つの大きな矩形電極が形成された構成である。これら各電極は引出電極にてＡＴカット水晶振動板の各辺の端縁に引き出されている。
【０００３】
ところでこのようなモノリシック水晶フィルタは、携帯電話に代表される通信機器の小型化に伴い、部品の小型化も厳しく要求され、これに伴い水晶振動板自体も極めて小さなものとなっている。しかしながら水晶振動板に形成される電極（励振電極、アース電極）はある程度の大きさが要求される。これは要求される仕様（例えば通過帯域幅やインピーダンス調整幅等）を満足させるために必要な構成であった。
【０００４】
ところが水晶振動板に対して電極サイズが大きくなるにつれて主振動に有害なスプリアス振動が励起されやすくなる。このようなスプリアス振動は水晶振動板の外形に依存する屈曲系や輪郭系の高次振動の影響であると考えられ、このようなスプリアス振動に対しては例えば矩形水晶振動板の長辺と短辺の寸歩比を調整することにより、これを抑制することが慣用的に行われている。しかしながら超小型化した場合、水晶振動板を収納するパッケージの内部サイズの制限により、十分な辺比調整ができない場合があり、このような場合十分なスプリアス抑制ができないことがあった。また水晶振動板に形成される矩形電極の寸法比を調整することによってもスプリアス調整が可能になるが、前述の電極サイズに影響する場合があり、十分な電気的特性を得られないことがあった。
【０００５】
このようなスプリアスの問題を解決する構成として、特開２０００−３６７１６号（特許文献１）には、ＡＴカット水晶基板のＺ‘軸方向に対し、１０度から３５度傾斜させて３つの電極を所定の間隔をおいて配置すると共に、該電極に対向して１つの電極を設け、３次オーバートン三重モード水晶フィルタが開示されている。このような構成により、３次オーバートン三重モード水晶フィルタの高周波側に発生するスプリアスを抑制している。しかしながらこのような構成においては、水晶基板に対して電極が大きく傾いているために、別のモードによるスプリアス振動が強く励振されることがあり、このような傾向は基本波においてはより顕著となっていた。またこのような電極においては例えば真空蒸着法やスパッタリング法により形成する場合は、パターン形成のための開口を有する蒸着マスクを新たに用意する必要がある。また電極パターン形成後の調整作業に用いる、調整用開口を有するパーシャルマスクについても新たに用意する必要があり、製造コスト増の要因にもなっていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３６７１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基本波主振動近傍に生じるスプリアス振動を抑制した、通過帯域特性の良好な３ポール型のモノリシック水晶フィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明者は、基本波主振動近傍に生じることのあったスプリアス振動の抑制について、製造コスト抑制面も含めて鋭意検討を行った結果、次のような構成により実現したものである。
【０００９】
すなわち、請求項１に示すように、矩形ＡＴカット水晶振動板の一方の主面に３つの矩形電極を直線的に配列形成するとともに、Ｘ軸方向に長辺を有する他方の主面に前記各矩形電極に対応した矩形電極を形成してなるモノリシック水晶フィルタであって、前記矩形電極の配列方向はＡＴカットのＸ軸に沿って配列されるとともに、当該Ｘ軸から３〜８度傾斜していることを特徴としている。前記３つの矩形電極は所定の間隔を持って配置され、当該間隔は所望のフィルタ特性に応じて適宜調整される。また、当該３つの矩形電極に対向するＡＴカット水晶振動板の他方の主面に位置する矩形電極は、前記３つの矩形電極にそれぞれ対向した個別構成でもよいし、一体化した構成であってもよい。
【００１０】
前記矩形電極を傾斜配置することにより、主振動の通過帯域前後に発生していた、例えば高次屈曲振動等によるスプリアス振動を抑制することができる。特に３ポール型のモノリシック水晶フィルタにおいては、周波数等の特性調整時において各ポール毎の調整が必要であるが、主振動の通過帯域前後にスプリアス振動が存在すると当該スプリアス振動により調整が困難となり、適切な調整が行われないことがあったが、本発明により適切な特性調整を行うことができる。
【００１１】
また前記傾斜角度θは、モノリシック水晶フィルタの特性に応じて決定されるが、３度未満であると製造ばらつきにより当該角度がばらついた場合、上述のスプリアス抑制効果を十分には得られない可能性があるが、３度以上であると製造ばらつきを考慮しても確実にスプリアス振動抑制の効果を得ることができる。また８度以上になると主振動前後に発生していたスプリアス振動は抑制されるが、他の周波数領域に別の振動モードによるスプリアス振動が現れることがあり、よって、３〜８度の傾斜角度が特性安定上好ましい。
【００１２】
また当該傾斜角度θは実際の量産段階においても製造コスト低減に寄与する。すなわち、このようなフィルタは最終の周波数調整が重要になってくるが、質量付加にて調整を行う際に用いるパーシャル蒸着マスクや質量減にて調整を行うミーリングマスク等の調整用マスクについて、例えばＸ軸に平行に配列された開口を有する従来のマスクを適用することができる。このような調整用マスクは消耗品であり、これにより、新たな調整用マスクを用意する必要がなく、製造コスト低減に寄与する。
【００１３】
次に、矩形ＡＴカット水晶振動板の一方の主面に３つの矩形電極を直線的に配列形成するとともに、他方の主面に前記各矩形電極に対応した矩形電極を形成してなるモノリシック水晶フィルタであって、前記矩形電極の配列方向はＡＴカットのＸ軸に沿って配列された構成において、当該矩形電極をＸ軸から傾斜させた場合の周波数特性について検証データを図８乃至図１１に示す。各図において、縦軸は減衰量（ＡＴＴ）であり、横軸はＦｒｅｑ（周波数）である。
【００１４】
検証に用いたモノリシック水晶フィルタは、後述の第２の実施形態で説明する図５，図６を参照した構成であり、矩形水晶振動板の一方面において長辺（Ｘ軸方向）に３つの矩形電極が直列的に配列されるとともに、他方面には対向して１つの矩形電極が形成された構成である。各電極からの引出電極は図５，図６に示すとおり、各矩形電極から対向する水晶振動板の端縁に引き出され、最終的には水晶振動板の角部に引き出されている。また水晶振動板の外形サイズは縦１．５ｍｍ、横１．８ｍｍであり、中心周波数は９６ＭＨｚのものを用いた。サンプル１は傾斜角度θ（３つの矩形電極の配列が長辺（Ｘ軸）から傾斜した角度）を４度、サンプル２は傾斜角度θを８度、サンプル３は傾斜角度θを１０度に設定している。またサンプル４は傾斜角度θが０度である。
【００１５】
従来品であるサンプル４の特性を図１１に示す。図１１においては主振動周波数ｆに対して低い周波数側にスプリアス振動Ｓ１が生じていることが理解できる。このスプリアスＳ１は主振動周波数ｆより少し高い領域に現れることもあり、主振動周波数に悪影響を与えることがあった。また本発明品であるサンプル１（傾斜角度が４度）の特性を図８に示す。図８においては、上記図１１のように主振動周波数ｆの前後に生じていたスプリアス振動がほぼ抑制され、モノリシック水晶フィルタの良好な通過帯域特性を得ることができる。ただし、主振動周波数ｆから離れた高い周波数領域においては、スプリアス振動Ｓ２，Ｓ３が現れているが、これはスプリアスレベルが小さいこともあり主振動周波数に悪影響を与えるものではない。また本発明品であるサンプル２（傾斜角度が８度）の特性を図９に示す。図９においてもサンプル１同様に良好な通過帯域特性のモノリシック水晶フィルタを得ることができる。サンプル３は傾斜角度θが１０度であり、傾きすぎの比較例を示している。このような場合、主振動周波数ｆの前後に生じていたスプリアス振動についてはほぼ抑制された状態を維持しているが、主振動から離れたより高い周波数においてスプリアス振動Ｓ２，Ｓ３が成長しており、モノリシック水晶フィルタ全体としては好ましくない特性となっている。
【００１６】
さらに請求項２に示すように、上述の各構成において、前記３つの矩形電極に対応する他方の主面の矩形電極は１つの電極で構成され、当該３つの矩形電極と他方の主面の矩形電極は各々矩形水晶振動板の角部に引き出されるとともに、当該角部にてパッケージに保持されていることを特徴とするモノリシック水晶フィルタであってもよい。上記構成によれば、上記作用に加えて、水晶振動板の角部がパッケージに保持される構成となる。
【００１７】
上述のとおり、モノリシック水晶フィルタは要求される仕様（例えば通過帯域幅やインピーダンス調整幅等）を満足させるため、水晶振動板に形成される電極（励振電極、アース電極）はある程度の大きさが要求される。特に３ポール型のモノリシック水晶フィルタにおいては、このような要求が必要となってくることが多く、さらに基本波振動で動作する場合は振動エネルギー分布が比較的水晶振動板面に広く分布する。このような場合、矩形水晶振動板の角部において保持を行うことにより、保持の影響を極小にすることができ、上記構成によるスプリアス抑制効果を効率的に引き出すことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、主振動近傍に生じるスプリアス振動を抑制した、通過帯域特性の良好な３ポール型のモノリシック水晶フィルタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明による第１の実施の形態を表面実装型の３ポール型モノリシック水晶フィルタを例にとり図１乃至図４とともに説明する。図１は第１の実施の形態を示す電極形成された水晶振動板の表面（請求範囲に記載の他方面）の平面図、図２は電極形成された水晶振動板の裏面（請求範囲に記載の一方面）の平面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は水晶振動板をパッケージに収納した状態の平面図である。
【００２０】
水晶振動板１は厚みすべり振動で駆動する矩形のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面には対向して平面視矩形形状の励振電極が形成されている。当該励振電極は、水晶振動板の裏面においては図２に示すように、矩形状の励振電極１２，１３，１４が長辺方向に直列的に形成されている。また、水晶振動板の表面においては図１に示すように、当該励振電極１２，１３，１４に対応した矩形状の励振電極１１が形成され、表裏で対向した電極（以下、対向電極１Ａという）を形成している。なお、励振電極１２と１４はそれぞれ入出力電極とされ、励振電極１３と１１は最終的にアースとして共通接続され、これにより３ポール型モノリシック水晶フィルタを構成している。
【００２１】
この実施の形態においてはこれら対向電極１Ａは長辺から４度斜め上方に傾斜（傾斜角度θが４度）している。前述のとおりこの傾斜角度θは３〜８度の範囲に設定することにより、スプリアス振動を効率的に抑制することができるが、これら対向電極１Ａの傾斜は右肩上がりでも左肩上がりでもどちらでもよい。
【００２２】
対向電極１Ａを形成する各励振電極１１，１２，１３，１４からはそれぞれ引出電極１１１，１２１，１３１，１４１が各辺に向かって延出され、さらに水晶振動板の角部に引き出されている。これら各引出電極は当該角部において反対面に引き出され接続電極１１１ａ，１２１ａ，１３１ａ，１４１ａが形成されている。また本実施の形態においては、重み付け電極１５，１６がそれぞれ表裏一対で水晶振動板の短辺近傍に形成されている。当該重み付け電極の位置は励振電極１２，１３，１４の配列方向の延長部分に形成されている。
【００２３】
図３は図１のＡ−Ａ断面図であるが、励振電極１２，１３，１４に対し、水晶振動板１を介して励振電極１１が形成され、また励振電極の配列の両端には重み付け電極１５，１６が表裏に形成されている。
【００２４】
図４に示すように、このように電極形成された水晶振動板１は、パッケージ２に保持され、気密的に収納される。パッケージ２はアルミナ等のセラミックと導電材料を適宜積層配線した構成であり、断面でみて凹形で、電子素子収納部２０とその周囲に形成された堤部２１を有する構成である。電子素子収納部周囲の堤部２１の上面は平坦であり、当該堤部上に周状の金属膜層２１ａが形成されている。当該金属膜層２１ａの上面も平坦になるよう形成されており、タングステン、ニッケル、金の順で金属膜層を構成している。タングステンはメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成され、またニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。
【００２５】
なお、金属膜層２１ａはセラミックパッケージが形成されたビアホール（図示せず）あるいは前記キャスタレーション部分に形成された導電膜（図示せず）により、セラミックパッケージ下面（裏面）に形成された外部接続電極（図示せず）に電気的に接続され、最終的にアース接続される。
【００２６】
セラミックパッケージ１の内部底面の四隅には電極パッド２２，２３，２４，２５が形成されており、これら電極パッドは連結電極（図示せず）を介して、パッケージ外部の底面に形成された外部接続電極に引き出されている。
【００２７】
当該電極パッド上に水晶振動板が搭載されるが、水晶振動板の四隅に形成された接続電極１１１ａ，１２１ａ，１３１ａ，１４１ａが前記各電極パッド２２，２３，２４，２５に対応するように搭載され、図示していない導電性接合材にて導電接合される。その後図示しない金属製のリッドを前記金属膜層と接合することにより気密封止を行う。
【００２８】
なお、上記実施の形態において、励振電極１１は対向する励振電極１２，１３，１４にそれぞれ対応した複数電極構成としてもよい。この場合各電極を連結電極にて共通接続するか、あるいは各電極に対応した引出電極を形成する必要がある。
【００２９】
本発明による第２の実施の形態を表面実装型の３ポール型モノリシック水晶フィルタを例にとり図５，図６とともに説明する。本実施の形態においては第１の実施形態に対して電極構成が一部異なっている。
【００３０】
水晶振動板１は厚みすべり振動で駆動する矩形のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面には対向して平面視矩形形状の励振電極が形成されている。当該励振電極は、水晶振動板の裏面においては図６に示すように、矩形状の励振電極３２，３３，３４が長辺方向に直列的に形成されている。また、水晶振動板の表面においては図５に示すように、当該励振電極３２，３３，３４に対応した矩形状の励振電極３１が形成され、表裏で対向した電極（以下、対向電極３Ａという）を形成している。
【００３１】
なお、励振電極３２と３４はそれぞれ入出力電極とされ、励振電極３３と３１は最終的にパッケージ内部あるいは外部にてアースとして共通接続され、これにより３ポール型モノリシック水晶フィルタを構成している。
【００３２】
この実施の形態においてはこれら対向電極１Ａは長辺から８度斜め上方に傾斜（傾斜角度θが８度）している。このような対向電極の傾斜配置により、スプリアス振動を効率的に抑制することができるが、これら対向電極１Ａの傾斜は右肩上がりでも左肩上がりでもどちらでもよい。
【００３３】
この対向電極３Ａは水晶振動板のほぼ中心領域に形成されており、この対向電極３Ａを構成する各励振電極３１，３２，３３，３４からはそれぞれ引出電極３１１，３２１，３３１，３４１が各辺に向かって水平または垂直方向に延出され、各辺の端部で直角に屈曲した後、水晶振動板の角部に引き出されている。これら各引出電極は当該角部において反対面に引き出され接続電極３１１ａ，３２１ａ，３３１ａ，３４１ａが形成されている。
【００３４】
本実施の形態においては、対向電極３Ａは傾斜しているが、引出電極は対向電極の中心から対称に形成されており、全体として電極の対象性が保たれているので、無用なスプリアス振動が励起せず、特性の安定化に寄与する。また重み付け電極を有しないため対向電極を構成する各電極のサイズを大きくすることができ、フィルタとしての最適設計の余裕度を向上させることができる。
【００３５】
また上述した実施の形態においては、セラミックパッケージを用いた表面実装型の水晶振動子について例示したが、本発明はガラスを主材料としたパッケージや金属を主体としたパッケージに適用することもできる。
【００３６】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
モノリシック水晶フィルタの量産に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による第１の実施形態を示す表面の平面図である。
【図２】本発明による第１の実施形態を示す裏面の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明による第１の実施形態を示すパッケージ搭載状態の平面図である。
【図５】本発明による第２の実施形態を示す表面の平面図である。
【図６】本発明による第２の実施形態を示す裏面の平面図である。
【図７】従来例を示す平面図である。
【図８】比較データを示す図である。
【図９】比較データを示す図である。
【図１０】比較データを示す図である。
【図１１】比較データを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，３，５    水晶振動板
２    パッケージ
【図１】
2007166436.tif 000003
【図２】
2007166436.tif 000004
【図３】
2007166436.tif 000005
【図４】
2007166436.tif 000006
【図５】
2007166436.tif 000007
【図６】
2007166436.tif 000008
【図７】
2007166436.tif 000009
【図８】
2007166436.tif 000010
【図９】
2007166436.tif 000011
【図１０】
2007166436.tif 000012
【図１１】
2007166436.tif 000013