(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基板の第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面から選ばれる少なくとも１つの主面上に形成された一対の電極とを備え、
厚み滑り振動を行い、
前記厚み滑り振動の振動方向と前記圧電基板の側壁とが非平行であり、
前記圧電基板が縦長の直方体状の形状を有し、
前記一対の電極のそれぞれが、前記少なくとも１つの主面上において幅方向の全幅に形成されており、
前記圧電基板がＬｉＴａＯ3単結晶からなり、
前記一対の電極が第１の励振電極と第２の励振電極とを含み、
前記第１の主面上に前記第１の励振電極が形成されており、
前記第２の主面上に前記第２の励振電極が形成されており、
前記側壁が前記圧電基板の長手方向の側壁であり、
前記第１の励振電極の端部の法線および前記第２の励振電極の端部の法線が、互いに平行で且つ前記長手方向の側壁と非平行であり、
前記第１および第２の主面が前記圧電基板のＸ面であり、
前記長手方向の側壁が、前記圧電基板のＸＹ面をＸ軸を中心に時計回りに５６゜〜５８゜回転させた面と平行であり、
前記法線の方向が、前記圧電基板のＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに４７゜〜５６゜回転させた方向であり、
前記圧電基板の幅Ｗと厚さＨとが、２．９≦（Ｗ／Ｈ）≦３．１、または、３．７≦（Ｗ／Ｈ）≦３．９の関係を満たす圧電素子。
【請求項２】
圧電基板と、前記圧電基板の第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面から選ばれる少なくとも１つの主面上に形成された一対の電極とを備え、
厚み滑り振動を行い、
前記厚み滑り振動の振動方向と前記圧電基板の側壁とが非平行であり、
前記圧電基板が縦長の直方体状の形状を有し、
前記一対の電極のそれぞれが、前記少なくとも１つの主面上において幅方向の全幅に形成されており、
前記圧電基板がＬｉＴａＯ3単結晶からなり、
前記一対の電極が入力電極と出力電極とを含み、
前記圧電基板の第１の主面上に前記入力電極および前記出力電極が形成され、
前記第２の主面上に形成されたアース電極をさらに備え、
前記側壁が前記圧電基板の長手方向の側壁であり、
前記入力電極の端部の法線および前記出力電極の端部の法線が、互いに平行で且つ前記長手方向の側壁と非平行であり、
前記第１および第２の主面が前記圧電基板のＸ面であり、
前記長手方向の側壁が、前記圧電基板のＸＹ面をＸ軸を中心に時計回りに５６゜〜５８゜回転させた面と平行であり、
前記法線の方向が、前記圧電基板のＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに４７゜〜５６゜回転させた方向であり、
前記圧電基板の幅Ｗと厚さＨとが、２．９≦（Ｗ／Ｈ）≦３．１、または、３．７≦（Ｗ／Ｈ）≦３．９の関係を満たす圧電素子。
【請求項３】
前記圧電基板が第１および第２の圧電基板を含み、
前記第１の圧電基板と前記第２の圧電基板とが、互いに分極方向が反対方向になるように積層されている請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記長手方向の側壁が、レーザ照射によって劈開された面である請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電素子を含む移動体通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子およびこれを備える移動体通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理端末の高速化、通信のデジタル化により、小型で高周波の振動子や小型で広帯域の中間周波数フィルタが強く求められている。これらの圧電素子には、従来、エネルギー閉じ込め型の圧電素子が用いられているが、現在、さらに小型で広帯域のものが求められている。
【０００３】
エネルギー閉じこめ型の圧電フィルタとしては水晶フィルタが最も広く用いられてきたが、水晶を用いた場合には、材料のもつ電気−機械結合係数が小さいことから、帯域の広いフィルタを構成することが困難である。
【０００４】
そのため、これらの用途には、電気−機械結合係数の大きな圧電単結晶や圧電セラミックが用いられる。圧電単結晶の中では、振動のＱが高く、温度特性に優れたＸカットのＬｉＴａＯ3単結晶が最もよく用いられている。
【０００５】
ＬｉＴａＯ3単結晶は、大きな圧電性を示し広帯域のフィルタに適するが、不要振動が励振されやすく、スプリアス（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）が大きくなりやすい。そこで、振動モードとしては、比較的スプリアスの小さい厚みすべり振動が用いられる。厚みすべり振動は、振動の変位方向と振動の伝搬方向とが略等しい振動である。ＬｉＴａＯ3単結晶では、振動の伝搬方向と振動の変位方向とが垂直な厚みねじれ振動も励振され、これもスプリアスの原因となる。また、さらに、これらの振動の振動素子端面における反射もスプリアスの原因となる。
【０００６】
厚みすべり振動や厚みねじれ振動の端面反射による影響を低減し、圧電振動子の小型化を図る一つの手段として、圧電振動子をストリップ型に加工する方法が従来知られている。
【０００７】
ストリップ型振動子の基板としてＬｉＴａＯ3単結晶のＸ板を用いる場合、Ｙ軸から−５０°±２°方向に切り出された基板が最も共振インピーダンスが低く、この方向が振動変位方向とされている。このような従来のＬｉＴａＯ3圧電振動子の一例について、平面図を図８に示す。
【０００８】
図８を参照して、従来の圧電振動子１は、ＬｉＴａＯ3からなる圧電基板２と、圧電基板２の一主面および他主面に形成された一対の励振電極３とを備える。なお、図８では、引き出し電極の図示を省略している。図８に示すように、従来のＬｉＴａＯ3振動子では、一般的に、厚み滑り振動の振動変位方向が長手方向になるように圧電基板を切断し、圧電基板２の幅方向の全幅に励振電極３が形成されていた。
【０００９】
これらの振動子では、幅に関係する不要振動をさけるため、狭い幅（厚みの数倍程度）で基板を切断することが必要となる。したがって、切断方向が結晶の劈開方向と大きく異なると、基板を切断する際に劈開面の方向に素子が割れやすく、細分化が難しいという問題があった。また、切断面にチッピングが生じると、切断面のチッピングに起因するスプリアスが発生するという問題があった。従って、従来は、高周波で動作する高精度の振動子やフィルタを形成することが難しかった。
【００１０】
このため、Ｙ軸から−５７゜方向に劈開した圧電基板を用いる圧電振動子が提案された（特開平６−３０３０９０号公報参照）。ＬｉＴａＯ3単結晶のＸ板ではＹ軸から−５７°方向に劈開面があるため、この劈開面に沿ってカットすることによって加工性を向上させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｙ軸から−５７゜の方向で切断した圧電基板を用いる場合でも、素子形状特有のスプリアスが発生しやすいという問題があった。
【００１２】
上記問題を解決するため、本発明は、不要なスプリアスの抑制ができ高周波化が可能な圧電素子およびこれを用いた移動体通信装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の圧電素子は、圧電基板と、前記圧電基板の第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面から選ばれる少なくとも１つの主面上に形成された一対の電極とを備え、
厚み滑り振動を行い、
前記厚み滑り振動の振動方向と前記圧電基板の側壁とが非平行であり、
前記圧電基板が縦長の直方体状の形状を有し、
前記一対の電極のそれぞれが、前記少なくとも１つの主面上において幅方向の全幅に形成されており、
前記圧電基板がＬｉＴａＯ3単結晶からなり、
前記一対の電極が第１の励振電極と第２の励振電極とを含み、
前記第１の主面上に前記第１の励振電極が形成されており、
前記第２の主面上に前記第２の励振電極が形成されており、
前記側壁が前記圧電基板の長手方向の側壁であり、
前記第１の励振電極の端部の法線および前記第２の励振電極の端部の法線が、互いに平行で且つ前記長手方向の側壁と非平行であり、
前記第１および第２の主面が前記圧電基板のＸ面であり、
前記長手方向の側壁が、前記圧電基板のＸＹ面をＸ軸を中心に時計回りに５６゜〜５８゜回転させた面と平行であり、
前記法線の方向が、前記圧電基板のＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに４７゜〜５６゜回転させた方向であり、
前記圧電基板の幅Ｗと厚さＨとが、２．９≦（Ｗ／Ｈ）≦３．１、または、３．７≦（Ｗ／Ｈ）≦３．９の関係を満たす。上記本発明の圧電素子では、厚み滑り振動（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｓｈｅａｒ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）にほとんど影響を与えることなく、厚みねじれ振動（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｔｗｉｓｔ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）などの不要な振動の発生を抑制できる。このため、上記圧電素子によれば、不要なスプリアスを抑制できる。
【００１４】
上記圧電素子では、前記圧電基板が縦長の直方体状の形状を有し、前記一対の電極のそれぞれが、前記少なくとも１つの主面上において幅方向の全幅に形成されている。上記構成によれば、小型化が可能なストリップ型の圧電素子が得られる。なお、この明細書において、幅方向とは、縦長の直方体状の基板の長手方向に対して垂直な方向をいう。
【００１５】
上記圧電素子では、前記圧電基板がＬｉＴａＯ3単結晶からなり、前記一対の電極が第１の励振電極と第２の励振電極とを含み、前記第１の主面上に前記第１の励振電極が形成されており、前記第２の主面上に前記第２の励振電極が形成されており、前記側壁が前記圧電基板の長手方向の側壁であり、前記第１の励振電極の端部の法線および前記第２の励振電極の端部の法線が、互いに平行で且つ前記長手方向の側壁と非平行である。上記構成によれば、製造が容易で、スプリアスが特に小さく、高周波化が可能な圧電振動子が得られる。なお、この明細書において、長手方向の側壁とは、第１の主面と幅方向に隣接している主面をいう。
【００１６】
本発明の別の圧電素子は、圧電基板と、前記圧電基板の第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の主面から選ばれる少なくとも１つの主面上に形成された一対の電極とを備え、
厚み滑り振動を行い、
前記厚み滑り振動の振動方向と前記圧電基板の側壁とが非平行であり、
前記圧電基板が縦長の直方体状の形状を有し、
前記一対の電極のそれぞれが、前記少なくとも１つの主面上において幅方向の全幅に形成されており、
前記圧電基板がＬｉＴａＯ3単結晶からなり、
前記一対の電極が入力電極と出力電極とを含み、
前記圧電基板の第１の主面上に前記入力電極および前記出力電極が形成され、
前記第２の主面上に形成されたアース電極をさらに備え、
前記側壁が前記圧電基板の長手方向の側壁であり、
前記入力電極の端部の法線および前記出力電極の端部の法線が、互いに平行で且つ前記長手方向の側壁と非平行であり、
前記第１および第２の主面が前記圧電基板のＸ面であり、
前記長手方向の側壁が、前記圧電基板のＸＹ面をＸ軸を中心に時計回りに５６゜〜５８゜回転させた面と平行であり、
前記法線の方向が、前記圧電基板のＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに４７゜〜５６゜回転させた方向であり、
前記圧電基板の幅Ｗと厚さＨとが、２．９≦（Ｗ／Ｈ）≦３．１、または、３．７≦（Ｗ／Ｈ）≦３．９の関係を満たす。上記構成によれば、製造が容易で、スプリアスが特に小さく、高周波化が可能な圧電フィルタが得られる。
【００１７】
上記圧電素子では、前記第１および第２の主面が前記圧電基板のＸ面であり、前記長手方向の側壁が、前記圧電基板のＸＹ面をＸ軸を中心に時計回りに５６゜〜５８゜回転させた面と平行である。上記構成によれば、製造が特に容易で、スプリアスがさらに小さく、高周波化が可能な圧電素子が得られる。なお、この明細書において、「Ｘ軸を中心に時計回り」とは、Ｘ軸のプラス方向から基板を見た状態（図１（Ａ）参照）における方向をいう。また、この明細書において用いられる「基板のＸ面」という用語は、基板のＸ面から数度傾いた面でカットされた基板を均等物として含む。
【００１８】
上記圧電素子では、前記法線の方向が、前記圧電基板のＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに４７゜〜５６゜回転させた方向である。上記構成によれば、スプリアスがさらに小さい圧電素子が得られる。
【００１９】
上記圧電素子では、前記圧電基板の幅Ｗと厚さＨとが、２．９≦（Ｗ／Ｈ）≦３．１、または、３．７≦（Ｗ／Ｈ）≦３．９の関係を満たす。上記構成によれば、主振動の帯域とスプリアスとが十分に離れた良好な特性の圧電素子が得られる。基板の劈開方向で切断された従来の素子では、素子の厚さと幅との比を１．５〜２．０という狭い範囲内に設定しないと、主振動の帯域内にスプリアスが発生し、良好な特性が得られないという問題があった（特許第２８５５２０８号参照）。これに対し、本発明の圧電素子では、加工が容易な幅の広い素子でも良好な特性が得られる。なお、この明細書において、「基板の幅」とは、長手方向の２つの側壁間の距離をいう。また、「基板の厚さ」とは、第１の主面と第２の主面との間の距離をいう。
【００２０】
上記圧電素子では、前記圧電基板が第１および第２の圧電基板を含み、前記第１の圧電基板と前記第２の圧電基板とが、互いに分極方向が反対方向になるように積層されていてもよい。上記構成によれば、通常は励振されない２倍波（ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）の厚み滑り振動を励振することができ、さらに高周波での動作が可能な圧電素子が得られる。
【００２１】
上記圧電素子では、前記長手方向の側壁が、レーザ照射によって劈開された面であることが好ましい。上記構成によれば、チッピングの発生や劈開面の表面粗さの増大を防止できるため、素子特性が良好な圧電素子が得られる。
【００２２】
また、本発明の移動体通信装置は、上記本発明の圧電素子を含む。本発明の圧電振動子を含む移動体通信装置によれば、基準周波数や動作が安定した移動体通信装置が得られる。本発明の圧電振動子は、スプリアスによる周波数飛びの影響を受けにくく、帯域外における信号の減衰量が大きく、挿入損失が小さい。したがって、本発明の圧電フィルタを含む移動体通信装置によれば、信号の選別特性が高い移動体通信装置が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の圧電素子として、圧電振動子の一例について説明する。実施形態１の圧電振動子１０について、第１の主面側の平面図を図１（Ａ）に、第２の主面側の平面図を図１（Ｂ）に、素子の長手方向中央部の断面図を図１（Ｃ）にそれぞれ示す。なお、図１（Ａ）および（Ｃ）には、圧電基板１１の結晶軸の方向も示している。
【００２５】
図１を参照して、圧電振動子１０は、圧電基板１１と、圧電基板１１上に形成された一対の励振電極１２ａおよび１２ｂとを備える。励振電極１２ａおよび１２ｂには、それぞれ、引き出し電極１３ａおよび１３ｂが接続されている。なお、引き出し電極は、図３に示すように圧電基板１１の幅方向の全幅に形成されていてもよい。
【００２６】
励振電極１２ａおよび１２ｂの材料は、特に限定はないが、たとえば、クロムと金との積層膜を用いることができる。励振電極１２ａおよび１２ｂは、蒸着法などの真空成膜法によって形成できる。励振電極１２ａは、圧電基板１１の第１の主面１１ａ上に形成されている。励振電極１２ｂは、第１の主面１１ａに対向する第２の主面１１ｂ上に形成されている。励振電極１２ａと励振電極１２ｂとは、圧電基板１１を挟んで略等しい大きさで略対称に形成されている。すなわち、励振電極１２ａは、励振電極１２ｂに対向する位置に形成されている。圧電振動子１０では、励振電極１２ａおよび１２ｂに交流電圧を印加することによって、厚み滑り振動が励振される。
【００２７】
圧電基板１１は、縦長の直方体状の形状を有する。圧電基板１１は、ＬｉＴａＯ3単結晶のＸ面でカットされた基板、すなわちＸ板（Ｘ板から数度傾いた面でカットされたものを含む。以下の実施形態において同様である。）である。そして、圧電基板１１の第１の主面１１ａおよび第２の主面１１ｂは、それぞれ、Ｘカット面と−Ｘカット面である。
【００２８】
圧電基板１１の長手方向Ｌの側壁１１ｃ、および側壁１１ｃに対向する長手方向Ｌの側壁１１ｄは、ＬｉＴａＯ3単結晶の劈開面と略平行な面である。側壁１１ｃおよび側壁１１ｄは、圧電基板１１（ＬｉＴａＯ3のＸ板）のＸＹ面をＸ軸を中心に時計回りに５６゜〜５８゜（５７゜±１゜）回転させた面と平行であることが好ましい。すなわち、側壁１１ｃと圧電基板１１のＹ軸とがなす角αは、５６゜〜５８゜であることが好ましい。なお、ＬｉＴａＯ3単結晶の劈開面はＹ軸から略−５７゜の面であるが、±１゜程度のずれであれば切断時のチッピングを十分に小さくすることができる（以下の実施形態においても同様である）。なお、側壁１１ｃおよび側壁１１ｄは、レーザ照射によって劈開された面であることが好ましい。
【００２９】
圧電基板１１の大きさについては特に限定はないが、たとえば、長さが２．０ｍｍ、幅が０．１５ｍｍ、厚さが５０μｍである。厚さが５０μｍの圧電基板１１を用いることによって、共振周波数が４０ＭＨｚ程度の圧電振動子が得られる。
【００３０】
なお、圧電基板１１として、他の圧電性材料からなる基板、たとえば、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ランガサイト（Ｌａｎｇａｓｉｔｅ：Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）系の材料、ランガナイト（Ｌａｎｇａｎｉｔｅ：Ｌａ3Ｇａ5.5Ｎｂ0.5Ｏ14）系の材料、またはランガテート（Ｌａｎｇａｔａｔｅ：Ｌａ3Ｇａ5.5Ｔａ0.5Ｏ14）系の材料からなる基板を用いてもよい（以下の実施形態において同様である）。また、圧電基板１１として、第１および第２の主面が略正方形である基板を用いてもよい（以下の実施形態において同様である）。
【００３１】
励振電極１２ａの端部１２ａｅの法線の方向Ａと、励振電極１２ｂの端部１２ｂｅの法線の方向Ｂとは略平行である。すなわち、励振電極１２ａと励振電極１２ｂとは、方向Ａの方向で対向している。
【００３２】
方向ＡおよびＢは、ＬｉＴａＯ3単結晶の劈開面と非平行な方向である。すなわち、励振電極１２ａおよび１２ｂの対向方向は、側壁１１ｃおよび側壁１１ｄと非平行な方向である。このような構成の圧電振動子１０では、振動方向が方向Ａと平行な厚み滑り振動が励振される。すなわち、圧電振動子１０では、厚み滑り振動の振動方向と側壁１１ｃおよび１１ｄとが非平行である。
【００３３】
方向ＡおよびＢは、圧電基板１１のＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに４７゜〜５６゜（好ましくは、４８゜〜５２゜）回転させた方向であることが好ましい。すなわち、方向ＡおよびＢと、圧電基板１１のＹ軸とがなす角度βは、４７゜〜５６゜であることが好ましい。方向Ａと圧電基板１１の側壁１１ｃとがなす角γは、０゜＜γ≦１０゜（好ましくは、５゜≦γ≦９゜）の関係を満たすことが好ましい。
【００３４】
従来のＬｉＴａＯ3振動子では、圧電基板の幅を１００μｍ前後に切断しようとすると、端面に著しいチッピングが生じたり、素子自体に割れが生じたりするため、作製が困難であるという問題があった。また、素子を作製できた場合でも、端面の表面粗さが振動子の特性に悪影響を与えるため、３０ＭＨｚ以上で動作する振動子の作製は困難であった。
【００３５】
しかし、本発明の圧電振動子１０では、結晶の劈開方向に合わせて圧電基板１１を切断しているため、基板の分割を正確に行え、また、端面の表面粗さを極小化できる。このため、本発明の圧電振動子１０によれば、素子の高周波化が容易となり、製造歩留まりも向上する。
【００３６】
さらに、圧電振動子１０では、励振電極１２ａと励振電極１２ｂとの重なり部分は、厚み滑り振動の振動方向（方向Ａ）においてはほぼ一定となっているが、厚みねじれ振動の振動方向（すなわち方向Ａと垂直な方向）に対しては角度を持つ。このため、厚みねじれ振動では対称性がくずれ、不要な厚みねじれ振動は大幅に抑制される。さらに、圧電基板の側壁で反射された不要振動は、素子の端部を導電性ペーストなどで保持することによって吸収できる。このように、本発明によれば、不要な振動を励振しにくく、不要なスプリアスを抑制できる圧電振動子が得られる。
【００３７】
次に、圧電基板１１の幅Ｗおよび厚さＨ（図１参照）について説明する。圧電基板１１の幅Ｗおよび厚さＨとスプリアスとの間には相関がある。圧電基板１１の幅ＷとＨとの比（Ｗ／Ｈ）を変化させたときの、アドミッタンスＹ（Ｓ）および位相の周波数特性について測定した結果を、図２に示す。具体的には、（Ｗ／Ｈ）＝３．２の場合を図２（Ａ）に、（Ｗ／Ｈ）＝３．８の場合を図２（Ｂ）に、（Ｗ／Ｈ）＝４．４の場合を図２（Ｃ）に示す。
【００３８】
図２（Ｂ）に示すように、（Ｗ／Ｈ）の値が３．７〜３．９の領域では、スプリアスは主振動の帯域内になく、低周波側と高周波側とにわずかに存在する程度で、良好な特性の圧電振動子が得られた。しかし、基板の幅が増加すると、図２（Ｃ）に示すように、高周波側から接近してくるスプリアスが帯域内に入り特性が悪化する。また、基板の幅を小さくしていくと、図２（Ａ）に示すように、低周波側に存在するスプリアスが帯域内に接近し、スプリアスが帯域内に達すると特性が悪化する。
【００３９】
また、基板の幅を小さくして（Ｗ／Ｈ）の値を３．７よりも小さくすると、帯域内に入ってきたスプリアスが高周波側に徐々に移動し、帯域内から出ていく（Ｗ／Ｈ）の値が存在した。その（Ｗ／Ｈ）の値は、２．９〜３．１の範囲内であった。これよりさらに基板の幅が細くなると（（Ｗ／Ｈ）の値が小さくなると）、低周波側のスプリアスが再度帯域内に入り、特性が低下する。また、（Ｗ／Ｈ）が２以下の領域で素子を作製すると、高周波素子（厚さが薄い）の作製が困難である。逆に、（Ｗ／Ｈ）の比が３．９よりも大きい領域では、低周波側のスプリアスと高周波側のスプリアスとの距離が帯域幅以下に接近し、スプリアスが帯域内に入らない領域は存在しなかった。上記結果を考慮し、高周波側のスプリアスと低周波側のスプリアスとが帯域内に入らない範囲で素子を作製することによって、特性がより高い素子が得られる。具体的には、圧電基板１１の幅Ｗと厚さＨとが、２．９≦（Ｗ／Ｈ）≦３．１、または、３．７≦（Ｗ／Ｈ）≦３．９の関係を満たす素子を作製することによって、幅に起因するスプリアスと主振動の帯域とが十分に離れた良好な特性の圧電素子が得られる（以下の実施形態の圧電振動子や圧電フィルタにおいても同様である）。
【００４０】
以下に、実施形態１に示した圧電振動子１０の製造方法について、一例を説明する。各工程の平面図を、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す。また、図３（Ａ）〜（Ｃ）の線Ｘ−Ｘ’における断面図を、それぞれ、図３（Ｄ）〜（Ｆ）に示す。
【００４１】
まず、図３（Ａ）および（Ｄ）に示すように、圧電基板１１となる厚さ５０μｍの圧電基板２１を、対向する主面が略平行になるように形成する。通常、圧電基板２１のサイズは基板の厚さに応じて決定される。圧電基板２１の厚さが５０μｍ程度の場合は、歩留まりを考慮して基板のサイズを２インチ以下にすることが好ましい。厚さが５０μｍ程度の薄い基板でも、基板のサイズを２インチ以下とすることによって取り扱いが容易となる。
【００４２】
次に、図３（Ｂ）および（Ｅ）に示すように、圧電基板２１の一主面上および他主面上に励振電極１２ａおよび１２ｂとなる金属膜２２を形成する。なお、図３では、引き出し線が素子の幅方向の全幅に形成される場合を示している。
【００４３】
最後に、図３（Ｃ）および（Ｆ）に示すように、圧電基板２１の劈開面と平行な方向（図中の点線の方向）に圧電基板２１を切断することによって、圧電振動子が得られる。
【００４４】
なお、図３（Ｃ）の工程において、圧電基板２１の切断を、レーザカッティングによって行うことが好ましい。レーザカッティングの手法を用いることによって、ダイシングソウやダイヤモンドカッターを用いた切断とは異なり、切断面のチッピングや切断面の表面粗さの増大を防止できる。また、レーザによる加熱および加熱部直近のガス冷却を行うことによって、選択的に応力を劈開方向に成長させるレーザカッティングを行ってもよい。この方法では、切りしろがなく、チッピングも少ないため、圧電基板の無駄を減らすことができる。基板の劈開方向と基板の分割方向とが一致する本発明の圧電素子では、レーザカッティングを用いた分割が特に適している。
【００４５】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明の圧電振動子について、他の一例を説明する。なお、実施形態２の圧電振動子１０ａは、実施形態１で説明した圧電振動子１０とは基板のみが異なるため、重複する説明は省略する。
【００４６】
実施形態２の圧電振動子１０ａについて、第１の主面側の平面図を図４（Ａ）に、第２の主面側の平面図を図４（Ｂ）に、圧電振動子中央部の断面図を４（Ｃ）にそれぞれ示す。なお、図４（Ａ）には第１の圧電基板３１ａおよび圧電基板３１ｂの結晶軸の方向を示す。
【００４７】
図４を参照して、圧電振動子１０ａは、圧電基板３１と、圧電基板３１の第１の主面に形成された励振電極１２ａと、第１の主面に対向する第２の主面に形成された励振電極１２ｂとを備える。励振電極１２ａおよび１２ｂには、それぞれ、引き出し電極１３ａおよび１３ｂが接続されている。なお、図４では、方向Ａが圧電基板３１ａのＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに５０゜回転させた方向である場合を示している。
【００４８】
圧電基板３１は、互いに分極方向が反対方向になるように積層された第１の圧電基板３１ａおよび第２の圧電基板３１ｂを含む。具体的には、たとえば、第１の圧電基板３１ａのＹ軸およびＺ軸が、それぞれ、第２の圧電基板第３１ｂのＹ軸およびＺ軸に対して反対の方向になるように積層すればよい。第１の圧電基板３１ａと第２の圧電基板３１ｂとは直接接合されている。本発明の圧電振動子では、圧電基板３１を用いることによって、圧電基板１１を用いた場合と比較して共振周波数を略２倍とすることができる。
【００４９】
第１の圧電基板３１ａおよび第２の圧電基板３１ｂは、ＬｉＴａＯ3単結晶のＸ板である。そして、圧電基板３１の主面のうち、切り出し面である側壁３１ｃおよび側壁３１ｃに対向する側壁３１ｄは、ＬｉＴａＯ3単結晶の劈開面と略平行な面である。側壁３１ｃと圧電基板３１ａのＹ軸とがなす角α、方向Ａと圧電基板３１ａのＹ軸とがなす角β、側壁３１ｃと方向Ａとがなす角γについては、実施形態１で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。
【００５０】
圧電基板３１の大きさについては特に限定はないが、たとえば、長さが２．０ｍｍ、幅が０．１０ｍｍ、厚さが５０μｍである。厚さが５０μｍの圧電基板３１を用いることによって、共振周波数が８０ＭＨｚ程度の圧電振動子が得られる。なお、側壁３１ｃおよび側壁３１ｄは、レーザ照射によって劈開された面であることが好ましい。
【００５１】
従来の圧電素子では、端面の表面粗さが振動子の特性に影響を与え、３０ＭＨｚ程度の振動子の作製が限界であったのに対して、圧電振動子１０ａでは従来の２倍以上の高周波化が可能である。また、圧電振動子１０ａでは、スプリアスの問題についても実施形態１と同様に解決できる。したがって、圧電振動子１０ａによれば、不要なスプリアスの抑制ができ高周波化が可能な圧電振動子が得られる。
【００５２】
圧電振動子１０ａは、圧電基板１１の代わりに圧電基板３１を用いることを除き、実施形態１で説明した方法と同様の方法で製造できる。圧電基板３１は、第１の圧電基板３１ａと第２の圧電基板３１ｂとを直接接合することによって形成できる。具体的には、たとえば、加熱した硫酸−過酸化水素混合液に２枚の基板を浸漬することによって基板表面を親水化処理した後、双方の基板を密着させ加熱処理すればよい（特開平７−２０６６００号公報参照）。そして、その後、図３で説明したように圧電基板上に金属膜を形成し、劈開面に平行に圧電基板を分割すればよい。
【００５３】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明の圧電フィルタについて、２重モード圧電フィルタの一例を説明する。なお、実施形態１の圧電振動子１０と同様の部分については、同様の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５４】
実施形態３の圧電フィルタ４０について、第１の主面側の平面図を図５（Ａ）に、第２の主面側の平面図を図５（Ｂ）に示す。なお、図５（Ａ）には、圧電基板１１の結晶軸の方向も示している。
【００５５】
図５を参照して、実施形態３の圧電フィルタ４０は、圧電基板１１と、圧電基板１１の第１の主面１１ａに形成された入力電極４１および出力電極４２と、第１の主面に対向する第２の主面１１ｂに形成されたアース電極４３とを備える。アース電極４３は、第２の主面１１ｂ上であって、入力電極４１および出力電極４２に対応する位置に形成されている。圧電フィルタ４０は、一定の帯域の周波数を通過させるバンドパスフィルタとして機能する。なお、アース電極は、図５（Ｃ）のアース電極４３ａのような形状でもよい。また、アース電極は、第２の主面１１ｂ上の全面に形成されてもよい。
【００５６】
圧電基板１１は、実施形態１で説明したものと同様であり、ＬｉＴａＯ3単結晶のＸ板である。そして、圧電基板１１の第１の主面１１ａおよび第２の主面１１ｂは、それぞれ、Ｘカット面と−Ｘカット面である。また、圧電基板１１の主面のうち、切り出し面である側壁１１ｃおよび側壁１１ｃに対向する側壁１１ｄは、ＬｉＴａＯ3単結晶の劈開面と略平行な面である。具体的には、たとえば、側壁１１ｃおよび側壁１１ｄは、圧電基板１１（ＬｉＴａＯ3のＸ板）の劈開面であることが好ましい。すなわち、側壁１１ｃおよび１１ｄは、圧電基板１１のＸＹ面をＸ軸を中心に時計回りに５６゜〜５８゜（５７゜−１゜〜５７゜＋１゜）回転させた面と平行であることが好ましい。
【００５７】
なお、上記圧電フィルタ４０において、実施形態２と同様に、圧電基板１１の代わりに２枚の圧電基板を互いの分極方向が反対方向になるように積層した圧電基板３１を用いてもよい。
【００５８】
入力電極４１、出力電極４２およびアース電極４３は、励振電極１２ａと同様の材料を用いて形成できる。入力電極４１と出力電極４２とは、同じ大きさで対向するように形成されている。入力電極４１の端部４１ｅの法線の方向と出力電極４２の端部４２ｅの法線の方向とは略平行である。入力電極４１の端部４１ｅの法線の方向、すなわち入力電極４１と出力電極４２の対向方向Ｃは、圧電基板１１の劈開面に対して非平行な方向である。すなわち、対向方向Ｃは、側壁１１ｃおよび側壁１１ｄと非平行な方向である。
【００５９】
対向方向Ｃは、圧電基板１１のＹＺ面内においてＹ軸を時計回りに４７゜〜５６゜（好ましくは４８゜〜５２゜）回転させた方向であることが好ましい。すなわち、対向方向Ｃと側壁１１ｃとがなす角γは、０゜＜γ≦１０゜（好ましくは、５゜≦γ≦９゜）の関係を満たすことが好ましい。
【００６０】
圧電基板１１として、Ｙ軸から−５７゜の方向に劈開した長さ２．５ｍｍ、幅０．１５ｍｍ、厚さ５０μｍの基板を用い、対向方向Ｃと圧電基板１１のＹ軸とがなす角度βが４７゜である電極を用いることによって、中心周波数が４０ＭＨｚ程度のバンドパスフィルタが得られる。
【００６１】
本発明の圧電フィルタ４０では、結晶の劈開方向に合わせて圧電基板１１を切断するため、分割がより正確に行えるとともに、切断面の表面粗さが極小化される。したがって、圧電フィルタ４０によれば、製造が容易であるとともに、挿入損失が少なく、高周波化が容易な圧電フィルタが得られる。
【００６２】
また、圧電フィルタ４０では、電極の重なり部分は、厚み滑り振動の振動方向においてはほぼ一定となっているが、厚みねじれ振動の振動方向に対しては角度を持つ。このため、厚み滑り振動の対称性がくずれ、不要な厚みねじれ振動は大幅に抑制される。さらに、圧電基板の側壁で反射された不要振動は、素子の端部を導電性ペーストなどで保持することによって吸収できる。このように、本発明によれば、スプリアスに起因する不要な通過域を形成しにくく、帯域外における信号の減衰量が大きい圧電フィルタが得られる。
【００６３】
上記実施形態３の圧電フィルタ４０は、図３で説明した方法と同様の方法によって製造することができる。
【００６４】
なお、実施形態１で説明したように、圧電基板１１の幅Ｗと厚さＨとが、２．９≦（Ｗ／Ｈ）≦３．１、または、３．７≦（Ｗ／Ｈ）≦３．９の関係を満たすことが好ましい。これによって、幅に起因するスプリアスと主振動の帯域とが十分に離れた良好な特性の圧電フィルタが得られる。
【００６５】
（実施形態４）
実施形態４では、本発明の移動体通信装置について、一例を説明する。
【００６６】
実施形態４の移動体通信装置について、受信回路の構成図を図６に示す。図６を参照して、実施形態４の移動体通信装置は、アンテナ５１と、Ｒｘフィルタ５２と、ミキサ５３と、一次ＩＦフィルタ５４と、ミキサ５５と、２次ＩＦフィルタ５６と、アンプ５７とを備える。この受信回路では、アンテナ５１で受信した無線信号（Ｒｘ）を、Ｒｘフィルタ５２、ミキサ５３、一次ＩＦフィルタ５４、ミキサ５５、２次ＩＦフィルタ５６およびアンプ５７を介して交流信号に変換する。
【００６７】
本発明の移動体通信装置では、一次ＩＦフィルタ５４が実施形態３で説明した圧電フィルタである。一次ＩＦフィルタ５４に、本発明の圧電フィルタを用いることによって、小型で周波数選択度が高い（漏話や混信が少ない）移動体通信装置が得られる。
【００６８】
なお、本発明の圧電振動子を複数個用いることによって、梯子型フィルタまたは格子型フィルタを形成してもよい。また、本発明の多重モード振動子を複数個用いてフィルタを形成してもよい。一例として、梯子型フィルタ７０を図７（Ａ）に、格子型フィルタ７５を図７（Ｂ）に示す。
【００６９】
梯子型フィルタ７０は、直列および並列に接続された圧電振動子７１〜７３を備える。圧電振動子７１〜７３のそれぞれは、本発明の圧電振動子であり、お互いにわずかに異なる共振周波数を有する。格子型フィルタ７５は、直列および並列に接続された圧電振動子７６および７７を備える。圧電振動子７６および７７は、本発明の圧電振動子であり、お互いにわずかに異なる共振周波数を有する。上記構成の圧電フィルタによれば、圧電基板の幅に起因するスプリアスと、主振動の帯域とが十分に離れた良好な特性の圧電フィルタが得られる。
【００７０】
また、実施形態１または２に記載した圧電振動子を、特定周波数を選択するフィルタとして移動体通信装置に用いることによって、動作周波数が高く小型で高速な移動体通信装置が得られる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。
【００７２】
たとえば、本実施の形態では、特定の方向に特定の幅で切断されたストリップ型の圧電素子について説明したが、これらは、一例であり、本発明はこれに限定されない。スプリアスの抑制効果を得るためには、厚み滑り振動の振動方向と、圧電基板の側壁とが非平行であればよい。振動方向は、用いる圧電基板とそのカット角によって決まるため、これに応じて電極の形成方向を変えれば、厚み滑り振動を励振するすべての圧電素子において、上記実施形態の圧電素子と同様の効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧電素子によれば、従来の圧電素子に比べてより一層スプリアスが少なく、高周波化が可能な圧電デバイスが得られる。本発明によれば、移動体通信装置や情報機器などに好適な圧電素子が得られる。
【００７４】
また、本発明の圧電振動子を用いた移動体通信装置によれば、動作周波数が高く、小型で高速な移動体通信装置が得られる。
【００７５】
また、本発明の圧電フィルタは、スプリアスによる周波数飛びの影響を受けにくく、帯域外減衰量が大きく、挿入損失が小さい。このため、本発明の圧電フィルタを用いた移動体通信装置によれば、信号の選別特性がより高い移動体通信装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の圧電振動子について一例を示す図である。
【図２】  本発明の圧電振動子について素子の幅Ｗと厚さＨとの比（Ｗ／Ｈ）を（Ａ）３．２、（Ｂ）３．８および（Ｃ）４．４と変化させた場合のアドミッタンスと位相の周波数特性を示すグラフである。
【図３】  本発明の圧電振動子について製造方法の一例を示す図である。
【図４】  本発明の圧電振動子について他の一例を示す図である。
【図５】  本発明の圧電フィルタについて一例を示す図である。
【図６】  本発明の移動体通信装置について構成の一例を示す図である。
【図７】  本発明の圧電素子を用いたフィルタについて（Ａ）一例および（Ｂ）他の一例を示す模式図である。
【図８】  従来の圧電振動子について一例を示す図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ  圧電振動子
１１、２１、３１  圧電基板
１１ａ  第１の主面
１１ｂ  第２の主面
１１ｃ、１１ｄ、３１ｃ、３１ｄ  側壁
１２ａ、１２ｂ  励振電極
１２ａｅ、１２ｂｅ、４１ｅ、４２ｅ  端部
３１ａ  第１の圧電基板
３１ｂ  第２の圧電基板
４０  圧電フィルタ
４１  入力電極
４２  出力電極
４３  アース電極
Ｗ  幅
Ｈ  厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003733020.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003733020.tif 000006
【図６】
0003733020.tif 000007
【図７】
0003733020.tif 000008
【図８】
0003733020.tif 000009