JPH06103823B2

JPH06103823B2 - 圧電共振子

Info

Publication number: JPH06103823B2
Application number: JP18677689A
Authority: JP
Inventors: 二郎井上; 昌夫蒲生; 宏中谷
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH0388407A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、厚み縦振動の２倍波を用いたエネルギー閉じ
込め型の３端子（二重モード）圧電共振子に関する。

［背景技術］第４図に示すものは、厚み縦振動（以下、TEモードと記
す）を用いた従来のエネルギー閉じ込め型の３端子（二
重モード）圧電フィルターである。この圧電フィルター
にあっては、厚み方向に分極した圧電基板51の表主面に
入力電極53と出力電極54を近接させて配置し、裏主面に
入力及び出力電極53,54と対向させてアース電極52を形
成してあり、TEモード基本波を用いる構造となってい
る。なお、第４図の矢印は、分極方向を示している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、TEモード基本波を用いた圧電フィルター
の場合には、エネルギー閉じ込めを実現するためには、
圧電基板用材料としてポアソン比が1/3以上のものを用
いる必要があった。つまり、TEモード基本波の場合に
は、第５図(a)(b)に示すように、圧電基板用材料のポア
ソン比によって分散曲線が変化する。第５図(a)は（実
効）ポアソン比が1/3以上の場合のTEモード基本波の分
散曲線、第５図(b)は（実効）ポアソン比が1/3以下の場
合のTEモード基本波の分散曲線であり、それぞれ縦軸は
周波数ｆ、横軸は波数ｋ（右半分はｋの実数領域、左半
分はｋの虚数領域）である。また、それぞれ実線ハは入
出力電極やアース電極を設けられていない無電極部にお
ける分散曲線、破線ニは表面に電極を形成された電極部
における分散曲線であり、電極部では圧電反作用や電極
の質量負荷効果のために分散曲線が低周波数側へシフト
し、電極部における基本波の遮断周波数f₁₁が無電極部
における基本波の遮断周波数f₁₀よりも低下している（f
₁₁＜f₁₀）。

第５図(a)に示すように、ポアソン比が1/3以上の場合に
は、遮断周波数f₁₁よりも高い周波数で電極部における
波数ｋが実数となり、遮断周波数f₁₀よりも低い周波数
では無電極部における波数ｋが虚数となるので、f₁₁＜
ｆ＜f₁₀の範囲の周波数ｆにおいては、電極部で振動の
伝搬モードが存在するが、無電極部では振動が伝わらず
減衰し、振動エネルギーの電極部近傍における閉じ込め
が実現する。

これに対し、ポアソン比が1/3以下の場合には、第５図
(b)に示すように、遮断周波数f₁₁よりも低い周波数で電
極部における波数ｋが実数となり、遮断周波数f₁₀より
も高い周波数では無電極部における波数ｋが虚数とな
り、しかもf₁₁＜f₁₀であるので、この場合には電極部で
波数が実数で、且つ無電極部で波数が虚数となる周波数
領域は存在せず、振動エネルギーの閉じ込めは不可能で
ある。

したがって、TEモード基本波を用いた圧電フィルターに
おいては、エネルギー閉じ込めを実現するためには、PZ
T系圧電セラミックスのように（実効）ポアソン比が1/3
以上の圧電材料を用いる必要があり、圧電基板として使
用可能な材料が限られていた。このため、温度特性の良
好な圧電材料、Ｑの高い材料、低損失材料、減衰量の大
きな材料など圧電基板用材料として好ましいものがあっ
ても、ポアソン比が1/3以下の場合には使用できず、十
分な特性のフィルター等を得難かった。

また、第４図のような構造の圧電フィルターの使用周波
数を大きくするには、素子厚みを薄くすればよいが、高
周波域で使用できるようにすると、素子厚みが薄くなり
過ぎ、製造工程における加工や取り扱いが困難になると
いう問題があった。このため、使用周波数に限界があっ
た。

しかして、本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところはTEモード２倍波
の振動を利用可能な構造を備えたエネルギー閉じ込め型
の３端子圧電共振子を提供し、それによって上記従来例
の欠点を解消することにある。

［課題を解決するための手段］このため、本発明の圧電共振子は、厚み縦振動モードを
利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子であって、
圧電基板の厚み方向ほぼ中央にアース電極を形成し、こ
のアース電極と対向させて圧電基板の一方主面に入力電
極と出力電極を形成したことを特徴としている。

［作用］本発明にあっては、圧電基板のほぼ中央にアース電極を
形成し、一方の主面に入力電極と出力電極を形成したの
で、入出力電極とアース電極の距離が素子厚みの1/2と
なり、３端子圧電共振子においてTEモード２倍波の振動
を励振することができるようになった。

TEモード基本波の場合には、エネルギー閉じ込めを実現
する条件として、ポアソン比が1/3以上の圧電材料を用
いる必要があったが、TEモードの２倍波振動を利用すれ
ば、このような制限を受けない。したがって、ポアソン
比が1/3以下であるために従来使用することのできなか
った圧電基板用材料も使用可能になり、従来より広い範
囲の圧電材料の中から圧電基板用材料を選択できるよう
になる。このため、これまで用いられている材料よりも
例えばＱが高く、温度特性のよい圧電基板用材料を用い
ることができ、より温度特性が良好で、低損失かつ減衰
量の大きな３端子圧電共振子を製造できるようになる。

また、２倍波モードを用いれば、素子厚みを薄くするこ
となく使用周波数を２倍にできるので、基板強度が増
し、高周波用の３端子圧電共振子の製造や加工等が容易
になる。

さらに、本発明にあっては、圧電基板の内部にアース電
極を設け、一方の主面に入出力電極を設けたので、圧電
基板の入出力電極等のない他方主面に周波数調整用の蒸
着膜等を設けることができ、共振子の共振周波数の調整
を容易に行うことができる。また、圧電基板の入出力電
極のない主面とアース電極との間の部分が質量負荷とな
るので、エネルギー閉じ込めも効果的に行うことができ
る。

［実施例］以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図は、本発明の一実施例の圧電共振子を示してい
る。圧電性セラミックスの焼成品である圧電基板１は、
全体にわたって厚み方向に分極処理を施されており（分
極方向を矢印Ｐで示す）、電極へ信号を印加することに
より厚み縦振動を励振されるようになっている。圧電基
板１の内部の厚み方向中央層には、アース電極２が形成
されており、圧電基板１の表主面にはアース電極２と対
向させて入力電極３と出力電極４が互いに分離して設け
られている。この圧電共振子はエネルギー閉じ込め型共
振子であるので、アース電極２及び入出力電極3,4は、
圧電基板１の主面よりも小さな面積を有し、圧電基板１
の端縁にまで至らないように設けられている（第２図参
照）。また、アース電極２と対向している入出力電極3,
4は、互いに同じ電極面積を有し、対称的に配置されて
いるので、対称モードと反対称モードの振動が励振され
る二重モード共振子となっている。さらに、圧電基板１
の素子厚みの中央層にアース電極２を形成してあるの
で、基本波の1/2の波長を有する２倍波振動を励振す
る。

このようなTEモードの２倍波に対する分散曲線の概略を
第３図に示す。縦軸は周波数ｆ、横軸は波数ｋ（横軸の
右半分は実数領域、左半分は虚数領域）であり、実線イ
は圧電共振子の電極の設けられていない領域での分散曲
線、破線ロは電極の設けられている領域での分散曲線で
ある。TEモード２倍波では、TEモード基本波と異なり、
ポアソン比が1/3以下の場合も1/3以上の場合も同様に第
３図のような分散曲線で表される。したがって、TEモー
ド２倍波の場合には、電極部における２倍波の遮断周波
数f₂₂と無電極部における２倍波の遮断周波数f₂₀の間の
周波数ｆ（f₂₂＜ｆ＜f₂₀）では、電極部において波数ｋ
が実数となり、無電極部において波数ｋが虚数となり、
ポアソン比の値に拘らず振動エネルギーの閉じ込めが実
現される。よって、従来用いることのできなかったポア
ソン比が1/3以下の圧電材料（例えば、PbTiO₃,LiTaO₃,L
iNbO₃,Li₂B₄O₇等）を用いることができるようになり、
多くの材料の中から用途に適したものを選択することが
でき、例えばＱの高い材料や温度特性の良好な材料を用
いることができるようになり、圧電共振子の温度特性の
向上を図ることができる。また、より低損失の圧電材料
や、阻止帯域における減衰量を大きくできるような圧電
材料を選択することができる。

しかも、２倍波を用いれば、素子厚みが同じであれば２
倍の共振周波数を持つ圧電共振子を製作でき、また同じ
共振周波数であれば素子厚みを２倍にできるので、高周
波用の圧電共振子を容易に実現できると共に、その製造
工程においても加工中の割れや欠けなどが生じにくく、
またグリーンシートの取り扱いも容易になるなど、製造
を容易に行える。

さらに、圧電基板１の下主面には入出力電極3,4等の電
極が設けられていないので、この下主面には周波数調整
用の蒸着膜や導電ペーストを印刷・焼付けした導電膜等
を設けることができ、このような蒸着膜等を下主面に付
加し、あるいはその後除去することにより、容易に周波
数調整を行うことができる。また、アース電極よりも下
主面側の部分が質量負荷として働くので、遮断周波数f
₂₂より低くなり、電極部分におけるエネルギー閉じ込め
を効果的に行うことができる。第２図には、上記圧電共
振子の製造方法の一例を示してある。まず、通常のドク
ターブレード法等によって成形された圧電セラミックス
の２枚のグリーンシート5,6のうち、一方のグリーンシ
ート５の上面に電極ペースト７を印刷して入力電極３及
び出力電極４となる電極パターン3a,4aを形成し、他方
のグリーンシート６の上面にアース電極２となる電極パ
ターン2aを形成する。この後、各電極パターン2a,3a,4a
の位置を合わせてグリーンシート5,6を第２図の状態の
まま積層し、圧着させ、焼成し、さらに分極処理を施し
て素子厚み方向に全体を分極させ、圧電共振子を製作す
る。

第１図では、入出力電極の設けられていない主面とアー
ス電極の間の部分も、入出力電極とアース電極の間の部
分と同じ向きに分極処理を施されているが、入出力電極
の設けられていない主面とアース電極の間の部分は、入
出力電極とアース電極の間の部分と逆向きに分極処理を
施してもよい。また、入出力電極の設けられていない主
面とアース電極の間の部分は、分極処理を施していなく
ても差し支えない。

なお、上記の圧電共振子はエレメント状態のものであ
り、電子部品として用いられる場合には、両面に保護基
板を貼り合せて両端に外部電極を形成したチップ型部品
としたり、リード端子を取り付けて外装樹脂により外装
されたりするものである。また、第１図では、入出力電
極やアース電極に外部結線を施したように表してある
が、外部電極との接続をとるための引き出し電極やリー
ド端子を半田付けするための電極部は、圧電基板の表面
に入出力電極等と一体に形成されるのが、一般的であ
る。さらに、上記実施例では、電極パターンは、電極ペ
ーストの印刷によって形成したが、スパッタリングや真
空蒸着等の方法で形成してもよい。

［発明の効果］本発明によれば、TEモード２倍波を用いたエネルギー閉
じ込め型の３端子圧電共振子を製作することができるよ
うになった。このため、圧電基板用材料としてポアソン
比が1/3以下のものを用いることができ、より多くの材
料の中から用途に適したものを選択でき、３端子圧電共
振子の温度特性の向上、低損失化、減衰量の増大等を図
ることができる。また、３端子圧電共振子の限界周波数
を大きくでき、高周波用共振子の製造を容易にできる。
しかも、本発明によれば、圧電基板の片面には入出力電
極等が設けられていないので、この面に周波数調整用の
蒸着膜等を設けることができ、共振子の共振周波数等の
調整も簡単に行える。また、圧電基板の入出力電極等の
設けられていない側の部分が質量負荷となるので、電極
部分におけるエネルギー閉じ込めを効果的に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同上
の製造過程を示す斜視図、第３図は同上の電極部及び無
電極部の分散曲線を示す概略図、第４図は従来例の断面
図、第５図(a)(b)は同上の圧電共振子のポアソン比が1/
3よりも大きい場合と小さい場合のそれぞれの分散曲線
を示す概略図である。１……圧電基板２……アース電極３……入力電極４……出力電極Ｐ……分極方向を表すベクトル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み縦振動モードを利用したエネルギー閉
じ込め型の圧電共振子であって、圧電基板の厚み方向ほぼ中央にアース電極を形成し、こ
のアース電極と対向させて圧電基板の一方主面に入力電
極と出力電極を形成したことを特徴とする圧電共振子。