JP2018148343A - 圧電共振器 - Google Patents

Abstract

【課題】終端容量を、特別の容器や外付け部品を用いることなく共振子用の電極を形成した後にも調整可能な構造を有した圧電共振器を提供する。【解決手段】圧電共振器１０は、圧電基板１１、共振部１３、容器１５、蓋部材２１を具える。共振部１３は、圧電基板の表裏で対向する少なくとも２つの電極対１３ａ、１３ｂを並置したものである。圧電基板１１を、その第２電極１３ａｂ、１３ｂｂが容器１５側を向く状態で導電性部材１９によって容器１５の凹部１５ａ内に固定してある。容量調整電極１７を、凹部１５ａの底面であって第２電極１３ａｂ、１３ｂｂに対向する領域に、設けてある。【選択図】図１

Description

本発明は、終端容量の調整が可能な圧電共振器に関する。

各種の電子機器では、周波数の選択のために、圧電共振器が多用されている。その１種であるモノリシックフィルタは、一枚の圧電基板に複数の共振子を構成して複数ポールを持つフィルタを構成できる等の理由から、小型・軽量等の特徴を持つ。モノリシックフィルタの場合も、終端インピダンス（詳細には終端抵抗及び終端容量）が規格から外れた場合、通過帯域内特性が乱れる等が起き、本来の特性が得られない。これを解決するため、例えば特許文献１には、モノリシックフィルタの容器の底面に複数の凹部を形成し、この凹部内に終端インピダンス調整用のインダクタンス素子や容量素子を外付けすることが開示されている（特許請求の範囲）。また、モノリックフィルタの入出力インピダンスを低下させる一手段として、励振用電極の面積を大きくすることが開示されている（段落４）。

特開２００５−１３００７１号公報

しかしながら、容器の底面に凹部を設けてこの凹部にインピダンス調整用の素子を搭載する場合、特別の容器を必要とすること、外付け部品を搭載する手間が必要なこと等の課題がある。また、共振子の電極の面積を変更する場合、共振子の電極を設計した後では終端インピダンスの調整を行えないという課題がある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、終端インピダンス特に終端容量の調整を、特別の容器や外付け部品を用いることなく然も共振子の電極を形成した後も行える構造を有した、圧電共振器を提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明の圧電共振器によれば、圧電基板と、該圧電基板にその表裏で対向する電極対を少なくとも２組並置した構成の共振部と、前記圧電基板をその一方の面が当該容器側を向く状態で導電性部材によって固定している容器と、を具えた表面実装型の圧電共振器において、
前記容器の、前記共振部の少なくとも入力側又は出力側の電極対と平面的に対向する領域に設けられ、当該電極対の前記容器側とは反対面の電極と接続してある、容量調整電極を具えたことを特徴とする。
この発明を実施するに当たり、容量調整電極を、前記共振部の入力側及び出力側双方の電極対と平面的に対向するように設けるのが良い。また、共振部の電極対が３組以上の場合は、容量調整電極は、少なくとも共振部の入力側及び出力側双方の電極対と平面的に対向するように設けるのが良い。

この発明によれば、共振部の入力側及び又は出力側の電極対と圧電基板とで構成される第１容量、及び、容量調整電極と電極対の電極とこれら電極間の空隙とで構成される第２容量で、共振部の入力側及び又は出力側の共振子の並列容量がほぼ決まる。ここで、この並列容量は圧電共振器の入力側及び又は出力側の終端容量に影響する容量である。また、第２容量は当該電極対の電極と容量調整電極との間の空隙の大きさを変えることで任意に可変できる。そして、この第２容量の可変具合で、並列容量が代わり、それに応じて入力側及び又は出力側の終端容量を変えることができる。従って、本発明では、特別な容器や外付け部品を用いることなく、しかも、共振子の電極設計後でも、入力側及び又は出力側の終端容量を変えることができる。
なお、電極対の容器側の電極と容量調整電極との間の空隙の大小は、例えば、圧電基板を容器に導電性接着剤で接続する際の圧電基板の押し込み量により導電性接着剤が変形して上記空隙の大小が変化することを利用して、行うことができる。

（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態の圧電共振器１０の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態の圧電共振器１０の結線状態及び等価回路図と、比較例の圧電共振器３０の等価回路図とを説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、容量調整法の一例を説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、他の実施形態の圧電共振器４０、５０の説明図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１． 構造説明
図１は、実施形態の圧電共振器１０を説明する図である。特に、図１（Ａ）は圧電共振器１０の平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）図のＰ−Ｐ線に沿った圧電共振器１０の断面図である。なお、図１（Ａ）では、圧電共振器１０に具わる蓋部材２１を外した状態を示してある。

この圧電共振器１０は、圧電基板１１と、共振部１３と、容器１５と、容量調整電極１７と、導電性部材としての例えば導電性接着剤１９と、蓋部材２１と、を具える。
圧電基板１１は、この例の場合、平面形状が四角形状の水晶基板で構成してある。この圧電基板１１の切断角度、厚さ、大きさは、圧電共振器１０の仕様に応じて決めることができる。

また、共振部１３は、この例の場合、圧電基板１１の表裏で対向する第１電極対１３ａと、圧電基板１１の表裏で対向する第２電極対１３ｂとを、圧電基板１１に所定の間隔をあけて並置した構成としてある。詳細には、第１電極対１３ａは、第１電極１３ａａとこれに対向する第２電極１３ａｂとで構成してある（図１（Ｂ）参照）。第２電極対１３ｂは、第１電極１３ｂａとこれに対向する第２電極１３ｂｂとで構成してある（図１（Ｂ）参照）。そして、第１電極対１３ａおよび第２電極対１３ｂ各々の、第１電極１３ａａ、１３ｂａ同士を、共通配線１３ｃによって接続してある。従って、この共振部１３は、第１電極対１３ａの部分で第１共振子が構成され、第２電極対１３ｂの部分で第２共振子が構成され、かつ、これらが結合された、いわゆる２ポールのメカニカルクリスタルフィルタ（ＭＣＦ）である。

この場合の各電極１３ａａ、１３ａｂ、１３ｂａ、１３ｂｂは、平面形状が四角形でかつ同一の形状としてある。また、各電極１３ａａ、１３ａｂ、１３ｂａ、１３ｂｂ各々は、引出配線と、接続パッド１３ｘ１、１３ｘ２、１３ｘ３、１３ｘ４とを具えている。そして、接続パッド１３ｘ１〜１３ｘ４は、圧電基板１１の４つの角部のうちの対応する角部に配置してある。なお、上記の各電極や接続パッドは、圧電共振器１０の設計に応じた好適な材料、例えばクロム膜と銀膜との積層膜で構成できる。

また、容器１５は、凹部１５ａと、接続パッド１５ｂと、外部端子１５ｃとを具える。凹部１５ａは圧電基板１１を収容するためのものである。接続パッド１５ｂは、凹部１５ａの底面であって圧電基板１１の接続パッド１３ｘ１〜１３ｘ４に対応する位置に設けてある。外部端子１５ｃは容器１５の裏面に、圧電共振器１０の設計に応じた必要数設けてある。また、これら接続パッド１５ｂと外部端子１５ｃとは、所定の関係で、図示しないビア配線によって、電気的に接続してある。

また、容器１５の、第１電極対１３ａ、第２電極対１３ｂ各々と対向する領域に、容量調整電極１７を設けてある。詳細には、容器１５の凹部１５ａの底面であって、各電極対１３ａ、１３ｂ各々の第２電極１３ａｂ、１３ｂｂと対向する領域に、容量調整電極１７を設けてある。ここで、対向するとは、各々の第２電極１３ａｂ、１３ｂｂ全域で対向する場合、これら全域を含むさらに広い場合、これら全域より狭い領域で対向する場合、いずれでも良い。この対向させる面積は、容量調整電極１７により可変させたい容量値に応じて決めることができる。また、この容量調整電極１７は、第１電極対１３ａ、第２電極対１３ｂ各々の、容器１５側とは反対面の電極、すなわちこの例であれば第１電極１３ａａ、１３ｂａと接続してある、この容量調整電極１７の構成材料は、接続パッド１５ｂ、外部端子１５ｃと同様な金属膜を用いることができる。

共振部１３を有した上記の圧電基板１１は、上記の容器１５の凹部１５ａ内に、接続パッド１３ｘ１〜１３ｘ４の位置で、導電性接着剤１９によって、電気的・機械的に接続・固定してある。そして、容器１５は蓋部材２１よって封止してある。

次に、この圧電共振器１０の並列容量及び終端容量について、比較例と共に説明する。図２（Ａ）は、この圧電共振器１０の各電極間の接続図である。また、図２（Ｂ）はこの圧電共振器１０の等価回路図である。また、図２（Ｃ）は、比較例の圧電共振器３０の等価回路図であり、文献：「水晶デバイスの解説と応用」日本水晶デバイス工業会２００２年３月第４版第１刷の第２４頁から引用した図である。比較例の圧電共振器３０の場合は、第１電極対３３ａ、第２電極対３３ｂを有するが、実施形態の圧電共振器で有していた容量調整電極は有していない。

図２（Ｂ）、（Ｃ）を比較することで分かるように、実施形態の圧電共振器１０の場合は、容量調整用電極に起因する容量Ｃｂ，Ｃｄが生じるが、比較例の圧電共振器ではそれが生じない。すなわち、実施形態の圧電共振器１０に関係する図２（Ａ）、（Ｂ）において、Ｃａは、第１電極対（すなわち第１共振子）１３ａの電極対間で生じる静電容量であり、Ｃｂは、第１電極対１３ａの第２電極１３ａｂと、容量調整電極１７と、両者の空隙との間で生じる容量であり、Ｃｃは、第２電極対（すなわち第２共振子）１３ｂの電極対間で生じる静電容量であり、Ｃｄは、第２電極対１３ｂの第２電極１３ｂｂと、容量調整電極１７と、両者の空隙との間で生じる容量である。従って、実施形態の圧電共振器１０では、第１電極対１３ａでの並列容量Ｃｏは、容量Ｃａと容量Ｃｂとの合成容量となり、第２電極対１３ｂでの並列容量Ｃｏは、容量Ｃｃと容量Ｃｄとの合成容量となる。

なお、図２（Ａ），（Ｂ）において、Ｌ１，Ｃ１、Ｒ１は、第１電極対１３ａ対すなわち第１共振子、及び、第２電極対１３ｂ対すなわち第１共振子の等価定数（インダクタンス、直列容量、直列抵抗）である。さらに、Ｃｍ、−Ｃｍ／２は第1電極対１３ａの部分と第２電極対１３ｂの部分との間の結合容量である。

ＭＣＦにおける入力側終端容量すなわち信号源側終端容量や、出力側終端容量すなわち負荷側終端容量は、並列容量Ｃｏを変えることにより、調整できることが知られている。
そして、実施形態の圧電共振器１０の場合は、図２（Ｂ）から分かるように、並列容量Ｃｏは容量Ｃａと容量Ｃｂとの合成容量で与えられ、又は、容量Ｃｃと容量Ｃｄｂとの合成容量で与えられる。然も、容量Ｃｂと容量Ｃｄとは、それぞれ、容量調整用電極１７と第２電極１３ａｂ、１３ｂｂとの間の距離で可変できる。

また、容量調整用電極１７と第２電極１３ａｂ、１３ｂｂとの間の距離は、例えば、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧電基板１１を容器２１の凹部２１ａ内に導電性接着剤１９で固定する際に、圧電基板１１の容器への押し付け具合を調整することで広くも狭くできる。
図３（Ａ）の場合は、容量調整用電極１７と第２電極１３ａｂ、１３ｂｂとの間の距離はｇ１となっている。また、図３（Ｂ）の場合は、容量調整用電極１７と第２電極１３ａｂ、１３ｂｂとの間の距離はｇ２（ｇ１＞ｇ２）となっている。従って、図３（Ａ）の例と、図３（Ｂ）の例の場合とでは、後者の方が、電極間距離が近い分、容量調整用電極１７と第２電極１３ａｂ、１３ｂｂとの間に生じる容量Ｃｂ，容量Ｃｄ（図２参照）は、大きくなる。上記距離と容量調整用電極に起因する容量との関係は予め把握しておく。
上記の説明から分かるように、この発明によれば、信号側終端容量、負荷側主短容量を、特別な容器や外付け部品を用いることなく、しかも、第１電極対１３ａ、第２電極対１３ｂを設計した後でも、調整することが出来る。

２． その他の実施形態
図４（Ａ）、（Ｂ）は他の実施形態の圧電共振器３０、４０を説明図である。図１（Ｂ）と同様の断面図で示してある。
圧電共振器３０は、図４（Ａ）に示したように、容量調整電極３１を第１の電極対１３ａの第２電極１３ａｂのみと対向するように容器１５の凹部１５ａの底面に設けたものである。それ以外は上述の圧電共振器１０と同様の構成としてある。この圧電共振器３０の場合は、入力側終端容量の調整が可能である。

圧電共振器４０は、図４（Ｂ）に示したように、容量調整電極４１を第２の電極対１３ｂの第２電極１３ｂｂのみと対向するように容器１５の凹部１５ａの底面に設けたものである。それ以外は上述の圧電共振器１０と同様の構成としてある。この圧電共振器４０の場合は、出力側終端容量の調整が可能である。
上述においてはこの発明を２ポールのモノリシックフィルタに適用した例を述べたが、この発明は３ポール以上のポールを持つモノリシックフィルタに対しても適用できる。

１０：実施形態の圧電共振器、 １１:圧電基板
１３：共振部、 １３ａ：第１電極対（第１共振子）
１３ｂ：第２電極対（第２共振子）、 １３Ｘ１〜１３ｘ４：接続パッド、
１３ｙ：引出電極、 １５：容器、
１５ａ：凹部、 １５ｂ：接続パッド、
１５ｃ：外部端子、 １７：容量調整電極
１９：導電性部材（導電性接着剤）、 ２１：蓋部材、
３０：比較例の圧電共振器、 ３３ａ、３３ｂ：電極対
４０：他の実施形態の圧電共振器、 ４１：容量調整電極
５０：他の実施形態の圧電共振器、 ５１：容量調整電極

Claims (3)

1. 圧電基板と、該圧電基板にその表裏で対向する電極対を少なくとも２組並置した構成の共振部と、前記圧電基板をその一方の面が当該容器側を向く状態で導電性部材によって固定している容器と、を具えた表面実装型の圧電共振器において、
   前記容器の、前記共振部の入力側及び出力側の少なくとも一方の電極対と対向する領域に設けられ、当該電極対の前記容器側とは反対面の電極と接続してある、容量調整電極を具えたことを特徴とする圧電共振器。
2. 前記容量調整用電極を、前記共振部の入力側電極対及び出力側電極対と対向する領域に設けてあることを特徴とする請求項１に記載の圧電共振器。
3. 前記圧電共振器はモノリシック水晶フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電共振器。
   
   
   
   
   
   

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