(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を用意する工程と、
前記楔部の対向する両主面に対向配置される駆動電極を形成する工程と、
前記駆動電極が形成された楔部の厚みが最も厚い部分、及び／又は前記楔部の厚みが最も薄い部分をレーザ光によりトリミングする工程と、を含む圧電共振子の製造方法。
【請求項２】
前記圧電基板は水晶からなり、前記楔部の両主面に対向して形成された一対の駆動電極が、上方からのレーザ光により同時にかつ同一形状にトリミングされることを特徴とする請求項１記載の圧電共振子の製造方法。
【請求項３】
前記圧電基板の楔部は、ベベル加工またはコンベックス加工により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電共振子の製造方法。
【請求項４】
前記トリミングを行った後、前記駆動電極にＡｒイオンを照射する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電共振子の製造方法。
【請求項５】
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を用意する工程と、
前記楔部の対向する両主面に対向配置される駆動電極及び前記駆動電極と電気的に接続される引き出し電極を形成する工程と、
前記駆動電極が形成された楔部の厚みが最も厚い部分、及び／又は前記楔部の厚みが最も薄い部分をレーザ光によりトリミングする工程と、
前記圧電基板を収納容器内に収容するとともに、前記引き出し電極を該収納容器の内部底面に設けた電極パッドに導電性接着剤を介して接続する工程と、を含む圧電共振装置の製造方法。
【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及び圧電共振装置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５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下面に形成される引き出し電極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た電極パッドに接続、固定して構成されていた。
【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６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、このような圧電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圧電共振子５３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な圧電共振子及び圧電共振装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電共振子の製造方法は、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を用意する工程と、前記楔部の対向する両主面に対向配置される駆動電極を形成する工程と、前記駆動電極が形成された楔部の厚みが最も厚い部分、及び／又は前記楔部の厚みが最も薄い部分をレーザ光によりトリミングする工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
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、基本波を用いて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、駆動電極により挟持された楔部の厚みは駆動電極の形成位置により変化するため、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。
【００１４】
さらに、本発明では、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ため、量産性に優れるものの比較的加工精度が低い、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、上記したように共振周波数の調整が容易であるため、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提供することができる。
【００１５】
そして、本発明では、楔部の厚みが最も厚い部分に形成された駆動電極の部分、及び／又は楔部の厚みが最も薄い部分に形成された駆動電極の部分を、レーザ光によりトリミングすることにより、駆動電極の寸法制御とともに、最適な厚みを有する楔部の部分に駆動電極を形成することができ、共振周波数の微調整を行うことができる。
【００１６】
例えば、初めに水晶からなる圧電基板の両主面に略矩形状の、最適な設計値よりも圧電基板の長辺に沿った方向（傾斜方向）に若干長い駆動電極を形成し、その後、駆動電極の長辺に沿った方向、即ち、駆動電極が形成された楔部の厚みが最も厚い部分、及び／又は楔部の厚みが最も薄い部分にレーザ光を照射し、照射された駆動電極の部分を除去する。
【００１７】
これにより、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、共振周波数が高くなる方向、低くなる方向何れの方向にも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、基本波を用いて１００ＭＨｚ以上、特に１００〜３００ＭＨｚといった高周波にて発振可能な共振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。
【００１８】
また、本発明では、圧電基板は水晶からなり、楔部の両主面に対向して形成された一対の駆動電極が、上方からのレーザ光により同時にかつ同一形状にトリミングされることが望ましい。圧電基板が水晶からなる場合には、レーザ光が圧電基板を透過するため、圧電基板の両主面に形成された一対の駆動電極を同時に同一形状にトリミングでき、これにより、圧電振動子を作製する際に、収納容器内に圧電共振子を取り付けた後、一対の駆動電極を一挙にトリミングできるため、トリミングを容易に行うことができる。また、同一形状にトリミングできるため、上下面の駆動電極位置のズレや電極面積のアンバランスによって発生する不要振動（スプリアス）を抑止することができる。
【００１９】
本発明の圧電共振装置の製造方法は、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を用意する工程と、前記楔部の対向する両主面に対向配置される駆動電極及び前記駆動電極と電気的に接続される引き出し電極を形成する工程と、前記駆動電極が形成された楔部の厚みが最も厚い部分、及び／又は前記楔部の厚みが最も薄い部分をレーザ光によりトリミングする工程と、前記圧電基板を収納容器内に収容するとともに、前記引き出し電極を該収納容器の内部底面に設けた電極パッドに導電性接着剤を介して接続する工程と、を含むことを特徴とする。圧電共振子の共振周波数の微調整が容易であるため、圧電共振装置においても発振周波数の微調整が容易となり、歩留まりを向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の製造方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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、長辺方向の中心周辺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。
【００２４】
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で表され、トータルテーパーは（ｔ２−ｔ１）／Ｌとなり、このトータルテーパー（ｔ２−ｔ１）／Ｌ≦２／１００とされている。
【００２５】
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μｍ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の先端部付近に置くという点から、先端部付近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。
【００２６】
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、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。
【００２７】
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３０ａ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
引き出し線３１２、３２２は、トリミングの邪魔にならないように、駆動電極３１、３２の側面に接続されている。
【００３３】
そして、本発明の圧電共振子では、図３に示すように、駆動電極３１、３２は、該駆動電極３１、３２が形成された楔部３０ｂの厚みが最も厚い部分Ａ、及び／又は楔部３０ｂの厚みが最も薄い部分Ｂがレーザ光によりトリミングされ、共振周波数の微調整が行われている。一対の駆動電極３１、３２は、上方からのレーザ光により同時にかつ同一形状にトリミングされている。図３において、駆動電極形成時の外形形状を一点鎖線で示した。
【００３４】
尚、この例では、水晶からなる圧電基板３０を用いたため、レーザ光が圧電基板３０を透過し、両面の駆動電極３１、３２を同時にトリミングできるが、セラミックスからなる圧電基板を用いた場合等、片側ずつトリミングすることもできる。
【００３５】
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。
【００３６】
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３１、３２、引き出し電極３３、３４、引き出し線３１２、３２２を形成する。駆動電極３１、３２は、最適な設計値よりも圧電基板３０の長辺に沿った方向に若干長く形成する。
【００３７】
そして、共振周波数の制御は、図３に示すように、楔部３０ｂの厚みが最も厚い駆動電極３１、３２の部分Ａ、及び／又は楔部３０ｂの厚みが最も薄い駆動電極３１、３２の部分Ｂに、上方からレーザ光を照射し、照射された駆動電極３１、３２の部分を除去し、駆動電極３１、３２を同時にかつ同一形状にトリミングすることにより行う。
【００３８】
駆動電極３１、３２の中で圧電基板３０の最厚肉部寄りの部分Ａを除去すると共振周波数が高くなる方向に周波数調整することができ、圧電基板３０の最薄肉部３００ａ寄りの部分Ｂを除去すると、逆に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。
【００３９】
用いるレーザ光としては、短焦点で集束するレーザ光を得ることができるという点から、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザまたはＹＬＦレーザにより生成されることが望ましい。
【００４０】
尚、詳細な工程として、前述のレーザ光照射のトリミング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。
【００４１】
このように駆動電極３１、３２を形成した後、一方の駆動電極３１上にレーザ光照射を施し駆動電極３１を除去すると同時に、圧電基板３０を透過し、下面に対向して形成された駆動電極３２上の対向する位置にもレーザ光が照射され、駆動電極３２の一部が除去される。これにより、上面及び下面の駆動電極３１、３２の対向する位置を同時に除去することができる。この際、駆動電極３１、３２を予め長辺に沿った方向に若干長めに形成し、レーザ光照射により部分的に除去することにより、結果として駆動電極３１、３２を略最適な寸法に合わせ込むことが可能となる。
【００４２】
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４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。
【００４３】
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。
【００４４】
尚、レーザ光照射によるトリミングは、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。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の圧電共振子は、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。
【００４６】
さらに、本発明では、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ため、比較的加工精度が低い、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、共振周波数の調整が容易であるため、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容易に効率よく提供することができる。
【００４７】
また、楔部の厚みが最も厚い部分に形成された駆動電極の部分、及び／又は楔部の厚みが最も薄い部分に形成された駆動電極の部分を、レーザ光によりトリミングすることにより、駆動電極の寸法制御とともに、最適な厚みを有する楔部の部分に駆動電極を形成することができ、共振周波数の微調整を行うことができる。
【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】本発明の圧電共振子の駆動電極をレーザ光によりトリミングする状態を示す要部拡大図である。
【図４】本発明の圧電共振装置を示す説明図である。
【図５】従来の圧電共振子の斜視図である。
【図６】従来の圧電共振子の周波数調整を示す説明図である。
【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
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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