(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みが先端に向けて次第に薄くなる楔部を有する圧電基板の前記楔部先端部の対向する両主面に、前記楔部先端を介して連続する駆動電極連続体を形成し、前記楔部先端とともに前記駆動電極連続体の楔部先端部分を同時に研磨し、前記楔部先端部の両主面にそれぞれ駆動電極を形成したことを特徴とする圧電共振子の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電共振子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来の圧電共振子を用いた圧電共振装置として、例えば図６に示すような水晶からなる圧電共振子５３を用いた発振子が知られている。この圧電共振子５３は、圧電基板５３０、駆動電極５３１、５３３、引き出し電極５３２、５３４を具備して構成されている。圧電基板５３０は矩形板状の基部５３０ａと、この基部５３０ａの両側に形成され、長さ方向先端部に向けて次第に厚みが薄くなる楔部５３０ｂとから構成されており、駆動電極５３１、５３３は均一厚みを有する基部５３０ａの両主面に対向するように形成されている。
【０００３】
また、駆動電極５３１、５３３には、引き出し電極５３２、５３４がそれぞれ接続され、一方の楔部５３０ｂに引き出されている。
【０００４】
圧電共振子５３は、図示しないが、収納容器であるセラミックパッケージなどに、導電性樹脂ペーストを用いて、圧電基板５３０下面に形成された引き出し電極５３２、５３４をセラミックパッケージのキャビティ底面に形成される電極パッドに接続、固定され、発振子が構成されていた。
【０００５】
このような圧電共振子５３は、前述のようにセラミックパッケージなどの収納容器に接続、固定された後、図７に示すように、一方の主面の駆動電極５３１にＡｇなどを蒸着させたり、Ａｒイオンを照射し表面のＡｕ層を薄くするなどの方法で発振周波数の調整を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような圧延共振子では主に振動モードとして厚み滑り振動を用いており、発振周波数は駆動電極５３１、５３３が形成された圧電基板５３０の基部５３０ａの厚みにより決定されるが、水晶からなる圧電共振子５３では薄くなると取り扱いが困難であることに起因して、圧電基板５３０の基部５３０ａの厚みは２０μｍ程度（即ち、基本波で８０ＭＨｚでの発振可能な厚み）までしか薄くすることができなかった。即ち、８０ＭＨｚ以下でしか発振させられず、基本波を用いて１００ＭＨｚ以上の高周波にて発振させることは困難であった。
【０００７】
一方、従来、振動子を３倍波を用いて発振させる方法もあった。即ち、水晶からなる圧電共振子５３をインバータやトランジスタなどと組み合わせてコルピッツ回路などの発振回路を作製した場合、帰還抵抗Ｒｆとして数ＫΩ〜数十ＫΩといった値のものを用いれば、３倍波にて発振可能な発振子の作製は可能ではあったが、帰還抵抗Ｒｆなどのように発振回路に用いる帰還抵抗Ｒｆの数値決めを行う必要があった。
【０００８】
ところが、そのように帰還抵抗Ｒｆの数値決めを行った場合でも、電圧や温度などの条件が変わると基本波やさらに３倍波よりも高次での発振といった所望ではない次数において発振が起こってしまう場合があり、確実に動作させることが困難であった。
【０００９】
また、発振周波数は基部５３０ａの厚みにより決定されるため、エッチング等により厚みを厳密に制御する必要があり、作製が困難であり、製造コストの増大につながるという問題があった。
【００１０】
さらに、発振周波数の微調整を、一方の主面の駆動電極５３１にＡｇなどを蒸着させたり、Ａｒイオンを照射し駆動電極５３１の表面のＡｕ層を薄くするなどの方法で行っていたが、このような方法は、駆動電極５３１の重さを変化させて周波数調整を行うため、駆動電極５３１の重量変化による周波数変化は小さく、発振周波数の調整は困難であった。
【００１１】
本発明は、基本波を用いて高周波にて共振可能であり、共振周波数の調整が容易でかつ安価な圧電共振子及び圧電共振装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電共振子の製法は、厚みが先端に向けて次第に薄くなる楔部を有する圧電基板の前記楔部先端部の対向する両主面に、前記楔部先端を介して連続する駆動電極連続体を形成し、前記楔部先端とともに前記駆動電極連続体の楔部先端部分を同時に研磨し、前記楔部先端部の両主面にそれぞれ駆動電極を形成したことを特徴とする。
【００１７】
このような製法によれば、先ず、楔部先端部に楔部先端を介して連続する駆動電極連続体を形成し、その後、楔部先端とともに、駆動電極連続体の楔部先端部分（駆動電極のブリッジ部）を回転砥石等により研磨して除去することで楔部先端部の両主面に駆動電極を形成することができる。特に楔部先端部の厚みを発振周波数より若干高めの周波数になる厚みに設定することにより、楔部先端の研磨除去量を最小限に抑えることができ、研磨中の破損事故や研磨時間を最小限とすることができる。周波数の追い込みは発振周波数をモニターしながら楔部先端部を研磨するとき、駆動電極を楔部の厚みが厚くなる方に研磨するため、共振周波数を低周波側に移動させて所望周波数を得ることができる。
【００１８】
このように、楔部先端部に駆動電極連続体を形成し、その後、楔部先端とともに駆動電極連続体の楔部先端側を同時に研磨し、駆動電極を小さく加工し最適なサイズに合わせ込むことにより、安定して良好な電気特性の圧電共振子を得ることができるようになるとともに、周波数調整を行うことが可能であるだけでなく、共振周波数が低くなる方向に調整することも可能となり、その結果、歩留まりを向上し、生産効率を向上し、それにより、１００ＭＨｚ以上、特に１００殻００ＭＨｚといった高周波にて発振可能な振動子を安定して供給できるようになり、設計の効率及び生産の効率を飛躍的に向上できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の製法により作製された圧電共振子を図面に基づいて詳説する。図１は、水晶からなる圧電基板を用いた圧電共振子の斜視図、図２は圧電共振子の側断面図を示すもので、圧電共振子３は、水晶からなる圧電基板３０、駆動電極３１、３２、引き出し電極３３、３４を具備して構成されている。尚、圧電基板３０とは、圧電性を有する水晶、セラミックス、単結晶からなる基板を含む概念である。
【００２２】
圧電基板３０は、所定結晶方位角に従ってカット（ＡＴカット）されたものが用いられており、矩形板状の基部３０ａの長さ方向両側に側面形状が台形状の楔部３０ｂを設けて構成され、楔部３０ｂの両主面の傾斜面は、ベベル加工またはコンベックス加工により形成されている。圧電基板３０は、厚みが厚い基部３０ａを有するため、高周波で用いられる共振子であっても強度を高くできる。
【００２３】
尚、圧電基板３０は、楔部３０ｂの片面に傾斜面を形成した場合であっても良い。この場合、基部３０ａの下面と楔部３０ｂの下面は同一平面となり、楔部３０ｂの上面は傾斜面となる。また、傾斜面は、ベベル加工またはコンベックス加工で形成したが、エッチング等の加工でも良いことは勿論である。製造が容易という点では、ベベル加工またはコンベックス加工が望ましい。
【００２４】
圧電基板３０は、図２に示したように、長辺に沿った方向の両端に最も厚みが薄い最薄肉部３００ａ（楔部３０ｂの先端）が形成され、長辺方向の中心部には最も厚みが厚い基部３０ａが形成されている。最薄肉部３００ａの厚みは、基部３０ａの厚みの０．２倍以上とされている。最薄肉部３００ａと基部３０ａの間に形成される傾斜面のテーパーは２／１００以下とされている。
【００２５】
即ち、圧電基板３０の楔部３０ｂの長さをＬ、最薄肉部３００ａの厚みをｔ１、基部３０ａの厚みをｔ２とすると、ｔ２＞ｔ１≧０．２ｔ２で表され、各傾斜面のテーパーは（ｔ２−ｔ１）／２Ｌで表わされ、トータルテーパーは（ｔ２−ｔ１）／Ｌでとなり、このトータルテーパーは（ｔ２−ｔ１）／Ｌ≦２／１００とされている。
【００２６】
最薄肉部３００ａの厚みをｔ１、基部３０ａの厚みをｔ２としたとき、ｔ１≧０．２ｔ２としたのは、最薄肉部３００ａが数ミクロンの厚みの圧電基板３０を作製する場合でも、ベベリング加工などによる圧電基板３０の加工バラツキを２０％以下に抑制できるため、この範囲内のバラツキでは最薄肉部３００ａと基部３０ａの間の所望位置に駆動電極３１、３２を形成することで所望共振周波数を再現性よく得ることができるからである。特に、駆動電極３１、３２を圧電基板３０の楔部３０ｂの先端部に置くという点から、先端部の厚み加工バラツキは５％以下に抑制することが望ましい。
【００２７】
また、トータルテーパー（ｔ２−ｔ１）／Ｌを２／１００以下としたのは、駆動電極３１、３２によるエネルギー閉じ込めを大きく壊すことなく、また駆動電極３１、３２の厚み分布を工夫すること、例えば駆動電極３１、３２の厚みを最薄肉部３００ａに向けて次第に厚くすることによって元々平板で実現できる基本振動に近い振動モードを実現することができるからである。特に蒸着などで形成される駆動電極３１、３２の厚みは１μｍ以下であるから、駆動電極３１、３２の厚み分布に工夫を加えることによって模擬的に平板に近い振動条件を実現するためには、駆動電極３１、３２の最薄肉部３００ａ側端での基板厚みと、基部３０ａ側端での基板厚みの差が駆動電極３１、３２の厚みあるいはそれ以下であることが望ましいためである。
【００２８】
圧電基板３０の長さは、ベベル加工、コンベックス加工で加工でき、傾斜面のトータルテーパ（ｔ２−ｔ１）／Ｌが２／１００以下であるという点から、０．５〜５．０ｍｍであることが望ましい。最薄肉部３００ａの厚みｔ１と基部３０ｂの厚みｔ２の平均厚み、即ち圧電基板の平均厚みは、所望の発振周波数に合うように設定される。
【００２９】
尚、上記例では、楔部３０ｂの両側に傾斜面を形成し、この場合の傾斜面のトータルテーパー（ｔ２−ｔ１）／Ｌを２／１００以下としたが、一方の主面にのみ傾斜面を形成し、他方の主面が平坦面である場合についても、テーパについては薄肉部と厚肉部という見方でよいので、同様に（ｔ２−ｔ１）／Ｌが２／１００以下であることが望ましい。
【００３０】
また、図１、図２の右側に形成された楔部３０ｂの両主面には駆動電極３１、３２が形成されており、駆動電極３１、３２は、図１、図２の左側の楔部３０ｂに形成された引き出し電極３３、３４に、引き出し線３１２、３２２を介して接続されている。引き出し電極３３、３４は、楔部３０ｂの先端部の両主面に対向するように、かつ連続して形成されている。
【００３１】
引き出し電極３３、３４を左側の楔部３０ｂに形成することにより、収納容器に圧電共振子を片持ち梁として支持固定できるため、駆動電極３１、３２の振動を妨げることがなく、圧電共振子を導電性接着剤で収納容器に固定する際に、導電性接着剤の硬化時の応力による破損や、該応力による周波数の温度特性の悪化が生じることがない。即ち、圧電共振子を両端支持で固定した場合には、特に圧電基板が薄くなればなるほど振動を阻害しやすく、導電性接着剤の硬化時の応力の影響を受けやすいが、本願発明では一端支持で固定できるため、上記不具合を防止できる。
【００３２】
尚、楔部３０ｂを基部３０ａの一方側にのみ設けても良い。この場合には、圧電共振子を小型できるとともに、基部３０ａに引き出し電極を設け、厚みが厚い基部３０ａを収納容器に固定することになるため、収納容器への固定を確実に行うことができる。
【００３３】
そして、本発明の圧電共振子では、図３に示すように、楔部３０ｂ先端及び駆動電極３１、３２先端が回転砥石７等で同時に研磨され、圧電基板３０の先端面に楔部３０ｂの先端と駆動電極３１、３２先端が同一平面上に露出している。言い換えると、研磨面に楔部３０ｂの先端と駆動電極３１、３２の先端が存在している。
【００３４】
このような圧電共振子３は、先ず、矩形状の水晶からなる基板を準備し、この矩形状の両端部に、ベベル加工またはコンベックス加工により傾斜面を作製し、基部３０ａの両側に楔部３０ｂを形成した圧電基板３０を作製する。
【００３５】
この後、この圧電基板３０の上面及び下面に、所定形状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用いてＡｕ、Ａｇ、Ｃｒなどを蒸着等して、駆動電極連続体３７（後述する研磨により駆動電極３１、３２となる）、引き出し電極３３、３４、引き出し線３１２、３２２を形成する。駆動電極連続体３７は、駆動電極３１、３２を、楔部３０ｂの先端面に形成されたブリッジ部３１０により接続して形成されている。尚、駆動電極連続体３７を形成することなく、駆動電極３１、３２をそれぞれ形成しても良いが、研磨前から図２に示すように、駆動電極３１、３２の先端が楔部３０ｂの先端面に存在することが、共振周波数制御幅が大きくなるため望ましい。
【００３６】
そして、共振周波数の制御は、図３に示したように、圧電基板３０の先端、即ち楔部３０ｂの先端から、駆動電極連続体３７のブリッジ部３１０を回転砥石７等で研磨し、駆動電極連続体３７を駆動電極３１、３２に分離する。これにより、共振周波数が低くなる方向に周波数調整することができるようになる。結果として、周波数調整により良品に作り込む余地が増えるため、歩留まりを上げることができ、高い生産効率を実現することができる。
【００３７】
尚、研磨による周波数調整の後、図４に示すように、駆動電極３１、３３の基部３０ａ側の部分を、上方からレーザ光を照射して除去し、高周波側への周波数調整を行っても良い。
【００３８】
また、前述の本発明の研磨による周波数調整は周波数粗調整工程として行い、その後、周波数微調整工程としてＡｒイオン照射などのイオンガンを用いる手法を併用しても構わない。
【００３９】
本発明の圧電共振子３では、厚みバラツキを補うための周波数調整を行うことができる。即ち、圧電基板３０の厚みが基部３０ａから最薄肉部３００ａに向けて次第に薄くなっているため、駆動電極３１、３２が形成される楔部３０ｂに厚みバラツキがあっても、適切な駆動電極３１、３２の形成位置を選択すればほぼ所望の共振周波数を得ることができ、さらに、圧電基板３０の先端から、楔部３０ｂ先端とともに駆動電極３１、３２の先端も同時に研磨することにより、共振周波数の微調整を行うことができる。
【００４０】
このような圧電共振子は収納容器内に収容されて圧電共振装置が作製される。図５は圧電共振装置を示すもので、図１及び図２に示すような圧電共振子３が、セラミックパッケージからなる収納容器４１内に収容され、圧電共振子３の引き出し端子３３、３４が導電性接着剤４３により収納容器４１の内部底面に接合されて固定されており、収納容器４１の開口部には環状のシールリング４４を介して金属製蓋体４５が接合されている。
【００４１】
即ち、圧電共振子３の引き出し端子３３、３４は、導電性接着剤４３を介して収納容器４１の内部底面の電極パッド４７に接続され、この電極パッド４７は、収納容器４１の下面に形成された外部電極４９に電気的に接続されている。
【００４２】
尚、上記した研磨、レーザ光照射による周波数調整は、収納容器４１内に圧電共振子３を接合固定した後に行うことが、確実な周波数調整を行うという点から望ましい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の圧電共振子では、厚みが先端に向けて次第に薄くなる楔部に駆動電極を設けることにより、１００ＭＨｚ以上の共振周波数とすることができるとともに、圧電基板は厚みが厚い部分を有するため強度的に高い。また、駆動電極は傾斜面を有する楔部に形成されており、駆動電極の形成位置を制御することにより、ある程度所望の共振周波数を得ることができる。さらに、楔部先端及び駆動電極先端を研磨することにより、共振周波数の微調整を行うことができる。
【００４４】
また、ベベル加工やコンベックス加工により作製された水晶からなる圧電基板を用いた場合でも、基本波を用いた１００ＭＨｚ以上の高周波で共振可能な水晶からなる圧電共振子を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電共振子の斜視図である。
【図２】図１の側断面図である。
【図３】圧電共振子の周波数調整を説明するための要部拡大図である。
【図４】レーザ光照射による周波数調整を説明するための要部断面図である。
【図５】本発明の圧電共振装置を示す断面図である。
【図６】従来の圧電共振子の斜視図である。
【図７】図６の圧電共振子の周波数調整を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
３・・・圧電共振子
３０・・・圧電基板
３０ｂ・・・楔部
３１、３２・・・駆動電極
３７・・・駆動電極連続体
４１・・・収納容器
【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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【図６】
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【図７】
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