圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイス
【課題】高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制する。
【解決手段】パッケージ3内に備えた水晶振動片2は、基板41の両主面411、412に励振電極42、43が形成されてなる。励振電極42、43は、両主面411、412それぞれに形成された主電極44、45と、主電極44、45から延出して外部と接続するための引出電極46、47と、重心が主電極44、45と略同一である補助電極48、49とから構成されている。励振電極42、43は、フォトリソグラフィー法を用いて両主面411、412上に形成される。また、補助電極48、49の寸法は、主電極44、45に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計される。
【解決手段】パッケージ3内に備えた水晶振動片2は、基板41の両主面411、412に励振電極42、43が形成されてなる。励振電極42、43は、両主面411、412それぞれに形成された主電極44、45と、主電極44、45から延出して外部と接続するための引出電極46、47と、重心が主電極44、45と略同一である補助電極48、49とから構成されている。励振電極42、43は、フォトリソグラフィー法を用いて両主面411、412上に形成される。また、補助電極48、49の寸法は、主電極44、45に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスに関し、特に、スプリアスを抑制する圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、各種通信機器の高周波数化、またはPC(Parsonal Computer)などの電子機器の動作周波数の高周波数化にともなって、圧電振動デバイス、例えば水晶振動子、水晶フィルタ等も高周波数化への対応が求められている。
【0003】
例えば、一般に、高周波数化に対応した圧電振動デバイスとして水晶振動子が挙げられる。この従来の水晶振動子は、代表的な構成として、水晶振動片をパッケージ内に載置し、蓋によりパッケージ内を封止した構成からなる。ここでパッケージ内に載置する水晶振動片は、振動領域の両主面に励振電極が形成され、これら励振電極から外周部に引出電極が延出されてなる。
【0004】
また、この水晶振動子には、例えば両主面が逆メサ構造に形成されている水晶振動片が用いられている(例えば、下記する特許文献1、2ご参照)。
【特許文献1】特開2002−246873号公報
【特許文献2】特開2002−246874号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、従来の圧電振動子では、スプリアスが発生し、このスプリアスにより水晶振動子を設けた電子機器の誤動作が発生する。特に、逆メサ型の水晶振動片の基板では、高周波化するにしたがって平面平行度の状態により、スプリアスの影響を受けやすくなる。
【0006】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制する水晶片などの圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、基板の両主面が逆メサ構造に形成され、かつ、前記両主面に主電極が形成された高周波用の圧電振動片において、少なくとも一主面に、重心が前記主電極と略同一である補助電極が形成され、前記補助電極の寸法は、前記主電極に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計されることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、少なくとも一主面に、重心が前記主電極と略同一である補助電極が形成され、前記補助電極の寸法は、前記主電極に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計される構成のため、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制することが可能となる。
【0009】
また、前記補助電極が形成された前記主面が逆メサ構造に形成され、前記主電極と前記補助電極との重心が略同一であるので、前記主電極及び前記補助電極の形成時、逆メサ構造の前記主面壁面近くのレジスト膜の影響をうけずに前記主電極及び前記補助電極を逆メサ構造の前記主面の中央に形成し、前記主電極及び前記補助電極の寸法誤差を抑えることが可能となる。
【0010】
前記構成において、フォトリソグラフィー法を用いて前記主電極上に前記補助電極が形成されてもよい。
【0011】
この場合、フォトリソグラフィー法を用いて前記主電極上に前記補助電極が形成されるので、マスクずれや前記補助電極の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することが可能となる。その結果、スプリアスの発生を抑制することが可能となる。
【0012】
前記構成において、フォトリソグラフィー法を用いて前記補助電極上に前記主電極が形成されてもよい。
【0013】
この場合、フォトリソグラフィー法を用いて前記補助電極上に前記主電極が形成されるので、マスクずれや前記補助電極の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することが可能となる。また、前記補助電極上に前記主電極が形成されるので、エネルギの閉じ込め効果を向上させることが可能となる。その結果、スプリアスの発生を抑制することが可能となる。また、前記補助電極の厚みは主電極に対して薄く、その結果、膜結合強度が弱い。しかしながら、本構成によれば、前記補助電極によりも厚みのある前記主電極を前記補助電極上に形成するので、強度が弱い前記補助電極を前記主電極により保護することが可能となる。
【0014】
前記主電極が前記補助電極上に形成された前記構成において、前記主電極に対する前記補助電極の比重が軽く設定されてもよい。
【0015】
この場合、前記主電極に対する前記補助電極の比重が軽く設定され、比重が重い前記主電極が前記補助電極上に形成されるので、前記主電極及び前記補助電極がより動き易くなり厚みすべり振動し易くなる。その結果、エネルギの閉じ込め効果をさらに向上させることが可能となる。その結果、スプリアスの発生を抑制することができる。
【0016】
前記構成において、具体的に、同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の表面積の比は、約10.0〜70.0%に設定されることが好ましい。特に、表面積の比が約17.4〜44.4%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の表面積の比に関して、表面積の比が約10.0%未満の場合、前記補助電極の前記主電極への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する。また、表面比が約70.0%を超える場合、前記補助電極の前記主電極への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない。
【0017】
前記構成において、具体的に、同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の厚み比が約2.0〜20.0%に設定されることが好ましい。特に、厚み比が約2.8〜19.3%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の厚み比に関して、同一の主面における前記主電極に対する前記補助電極の厚み比が約2.0%未満の場合、前記補助電極の主電極への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない。また、厚み比が約20.0%を超える場合、前記補助電極の前記主電極への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する。
【0018】
前記構成において、前記補助電極により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されてもよい。
【0019】
この場合、前記補助電極により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されるので、圧電振動片の高周波化に伴う抵抗値の増加と静電容量の減少を同時に防止することが可能となる。特に、この構成を周波数を可変させる電圧制御型発振器に適用することが好ましい。
【0020】
前記構成において、前記補助電極は、前記両主面に形成されてもよい。
【0021】
この場合、前記補助電極が前記両主面に形成されているので、前記補助電極がいずれかの一主面に形成されている場合と比較してスプリアスの発生を抑制するのに好ましい形態である。特に、フォトリソグラフィー法を用いて電極形成を行っているので、前記両主面に対して同時に電極形成を行うことが可能となり、製造時間の短縮を図ることが可能となる。
【0022】
前記構成において、具体的に、前記基板は水晶であり、周波数は100MHz以上であることが好ましい。すなわち、前記基板に水晶を用いているので、圧電振動片の高周波化に好ましい。
【0023】
また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、上記した圧電振動片がパッケージ内に備えられたことを特徴とする。
【0024】
本発明にかかる圧電振動デバイスによれば、上記した本発明にかかる圧電振動片を備えているので、本発明にかかる圧電振動片と同様の作用効果を有することが可能となる。また、前記圧電振動片を前記パッケージ内に配した後の周波数の最終調整(パーシャル工程)の前の段階である前記圧電振動片の製造段階においてスプリアスを抑制しているので、周波数の最終調整での影響を受けにくくすることが可能となる。そのため、圧電振動デバイスの歩留まりを改善することが可能となる。すなわち、高周波化に伴って周波数のピークが多数存在する状態で周波数の最終調整(パーシャル工程)を行うと、予め設定した地点とは異なる地点でピークを合わせてしまい、本圧電振動デバイスを設けた電子機器の誤動作の要因となるが、本発明によれば、この誤作動の要因を改善することが可能となる。
【発明の効果】
【0025】
本発明にかかる圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスによれば、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片として水晶振動片、及び、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。なお、本実施の形態では、約100MHz以上の周波数を高周波と定義する。
【0027】
本実施の形態にかかる水晶振動子1は、図1に示すように、水晶振動片2と、この水晶振動片2を載置して気密封止する水晶振動片用パッケージ3(以下、パッケージという)とから構成される。
【0028】
パッケージ3は、水晶振動片2を載置する基体31と、基体31に載置した水晶振動片2を気密封止するための蓋32とから構成されている。
【0029】
蓋32は、基体31のキャビティ36を気密封止するための板状体からなる。また、蓋32の下面側が基体31との接合面として設定され、この下面側には封止物からなる封止材33が介在されている。
【0030】
基体31にはセラミックが用いられ、この基体31は、上面が開口した箱状体からなり、この開口面上に蓋32が接合される。
【0031】
基体31の内底部34には、水晶振動片2を搭載するための段差部35が形成され、例えばこの段差部35上に水晶振動片2の一端が配される。
【0032】
水晶振動片2は、図2、3に示すように、水晶Z板基板41(以下、基板という)の両主面411、412に励振電極42、43が形成されてなる。
【0033】
基板41は、図3に示すように、その両主面411、412が逆メサ構造に形成されている。
【0034】
励振電極42、43は、図2、3に示すように、両主面411、412それぞれに形成された主電極44、45と、主電極44、45から延出して外部と接続するための引出電極46、47と、重心が主電極44、45と略同一である補助電極48、49とから構成され、主電極44、45上に補助電極48、49が形成されている。本実施の形態では、主電極44、45および引出電極46、47にAlを用い、補助電極48、49にCr+Agを用いている。また、これらの励振電極42、43は、フォトリソグラフィー法を用いて両主面411、412上に形成される(下記参照)。さらに、主電極44、45と補助電極48、49との表面は、例えば正方形に形成されている。
【0035】
補助電極48、49の寸法は、主電極44、45に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計される。本実施の形態では、同一主面411、412上の主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比が、約10.0〜70.0%に設定される。また、同一主面411、412上の主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が、2.0〜20.0%に設定される。
【0036】
なお、補助電極48、49により、水晶振動片2の抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定される。
【0037】
次に、上記した励振電極42、43の製造工程を、以下に説明する。
【0038】
基板41の両主面411、412を逆メサ構造に形成し、基板41の両主面411、412にスパッタ装置を用いてCr+Agからなる金属層を全面形成する。形成した金属層の上に、フォトレジスト層を全面塗布する。塗布したフォトレジスト層を、フォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、補助電極48、49を形成するための外形パターンおよび保護パターンをフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、フォトレジスト層に形成した外形パターンから露出した金属層をメタルエッチングする。金属層をメタルエッチングした後にフォトレジスト層を剥離して、図2(a)に示す補助電極48、49を形成する。
【0039】
補助電極48、49を形成した後に、基板41の両主面411、412にスパッタ装置を用いてCr+Auからなる金属層を全面形成する。形成した金属層の上に、フォトレジスト層を全面塗布する。塗布したフォトレジスト層を、フォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、主電極44、45及び引出電極46、47を形成するための外形パターンおよび保護パターン(マスク)をフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、フォトレジスト層に形成した外形パターンから露出した金属層をメタルエッチングする。金属層をメタルエッチングした後にフォトレジスト層を剥離して、図2(b)に示す主電極44、45と引出電極46、47を形成し、図3に示すように基板41の両主面411、412に励振電極42、43を形成する。
【0040】
そして、上記した励振電極42、43を形成した水晶振動片2を、パッケージ3内の内底部34の段差部35に載置し、封止材33を介してパッケージ3と蓋32とが接合されてパッケージ3内が封止され、図1に示す水晶振動子1が製造される。
【0041】
<実施例>
上記した図3に示す水晶振動片2を図1に示すパッケージ3に配する前に、水晶振動片2の周波数特性の測定を行った。次に、その測定結果を以下に示す。
【0042】
−実施例1−
本実施例1では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.25×0.25mmに設定する。また、主電極44、45の厚さ寸法を合計0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を合計0.025μmに設定する。そして、基板41に主電極44、45だけを形成した時の周波数特性と、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性と、を測定する。その周波数特性の測定結果を、図4に示す。なお、図4(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図4(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図4に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0043】
−実施例2−
本実施例2では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.30×0.30mmに設定する。また、主電極44、45及び補助電極48、49の厚さ寸法を実施例1と同様の寸法に設定する。そして、実施例1と同様の周波数特性の測定を行い、その周波数特性の測定結果を図5に示す。なお、図5(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図5(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図5に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0044】
−実施例3−
本実施例3では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.35×0.35mmに設定する。また、主電極44、45及び補助電極48、49の厚さ寸法を実施例1と同様の寸法に設定する。そして、実施例1と同様の周波数特性の測定を行い、その周波数特性の測定結果を図6に示す。なお、図6(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図6(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図6に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0045】
−実施例4−
本実施例4では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.40×0.40mmに設定する。また、主電極44、45及び補助電極48、49の厚さ寸法を実施例1と同様の寸法に設定する。そして、実施例1と同様の周波数特性の測定を行い、その周波数特性の測定結果を図7に示す。なお、図7(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図7(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図7に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0046】
−実施例5−
本実施例5では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.40×0.40mmに設定する。また、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0015μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図8に示す。なお、図8は、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図8に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0047】
−実施例6−
本実施例6では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0043μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図9に示す。なお、図9は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0048】
−実施例7−
本実施例7では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0072μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図10に示す。なお、図10は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0049】
−実施例8−
本実施例8では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0160μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図11に示す。なお、図11は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0050】
−実施例9−
本実施例9では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0289μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図12に示す。なお、図12は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0051】
−実施例10−
本実施例10では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0429μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図13に示す。なお、図13は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0052】
上記した実施例1〜4の測定結果(図4〜図7参照)から、補助電極48、49を形成することで高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制させることがわかる。
【0053】
また、実施例1〜4の測定結果から、各実施例におけるスプリアス特性が良好であることがわかり、この時の補助電極の外形寸法が好適であることがわかる。すなわち、主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比は、約10.0〜70.0%に設定されることが好ましく、特に約17.4〜44.4%がさらに好ましい。
【0054】
さらに、実施例5〜10の測定結果から、主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が約2.8〜19.3%に設定された場合好適であることがわかる。
【0055】
上記したように、本実施の形態にかかる水晶振動片2によれば、両主面411、412に重心が主電極44、45と略同一である補助電極48、49が形成され、補助電極48、49の寸法は、主電極44、45に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計されるので、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制することができる。
【0056】
また、フォトリソグラフィー法を用いて補助電極48、49上に主電極44、45が形成されるので、エネルギの閉じ込め効果を向上させることが可能となる。また、マスクずれや補助電極48、49の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することができる。その結果、スプリアスの発生を抑制することができる。
【0057】
また、補助電極48、49が形成された主面44、45が逆メサ構造に形成されるが、主電極44、45と補助電極48、49との重心が略同一であるので、主電極44、45及び補助電極48、49の形成時、逆メサ構造の主面壁面413(図3参照)近くのレジスト膜の影響をうけずに主電極44、45及び補助電極48、49を逆メサ構造の主面の中央に形成し、主電極44、45及び補助電極48、49の寸法誤差を抑えることができる。
【0058】
また、同一主面411、412における主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比が約10.0〜70.0%に設定されることが好ましい。特に、表面積の比が約17.4〜44.4%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の表面積の比に関して、表面積の比が約10.0%未満の場合、補助電極48、49の主電極44、45への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する。また、表面比が約70.0%を超える場合、補助電極48、49の主電極44、45への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない。
【0059】
また、同一主面411、412における主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が約2.0〜20.0%に設定されることが好ましい。特に、厚み比が約2.8〜19.3%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の厚み比に関して、同一主面411、412における主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が約2.0%未満の場合(実施例5参照)、補助電極48、49の主電極44、45への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない(図8参照)。また、厚み比が約20.0%を超える場合(実施例10参照)、補助電極48、49の主電極44、45への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する(図13参照)。
【0060】
また、補助電極48、49により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されるので、水晶振動片2の高周波化に伴う抵抗値の増加と静電容量の減少を同時に防止することができる。
【0061】
また、補助電極48、49が両主面411、412に形成されているので、補助電極48、49がいずれかの一主面411、412に形成されている場合と比較してスプリアスの発生を抑制するのに好ましい形態である。特に、フォトリソグラフィー法を用いて電極形成を行っているので、両主面411、412に対して同時に電極形成を行うことができ、製造時間の短縮を図ることができる。
【0062】
具体的に、基板41は水晶であり、周波数は100MHz以上であることが好ましい。すなわち、基板41に水晶を用いているので、水晶振動片2の高周波化に好ましい。
【0063】
また、上記したように、本実施の形態にかかる水晶振動子1によれば、上記した本発明にかかる水晶振動片2を備えているので、本実施の形態にかかる水晶振動片2と同様の作用効果を有することができる。また、水晶振動片2をパッケージ3内に配した後の周波数の最終調整(パーシャル工程)の前の段階である水晶振動片2の製造段階においてスプリアスを抑制しているので、周波数の最終調整での影響を受けにくくすることができる。そのため、水晶振動子1の歩留まりを改善することができる。すなわち、高周波化に伴って周波数のピークが多数存在する状態で周波数の最終調整(パーシャル工程)を行うと、予め設定した地点とは異なる地点でピークを合わせてしまい、水晶振動子1を設けた電子機器の誤動作の要因となるが、本実施の形態によれば、この誤作動の要因を改善することができる。
【0064】
なお、本実施の形態では、基板に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、圧電振動を行うための基板であれば、例えばタンタル酸リチウムであってもよい。
【0065】
また、本実施の形態では、主電極44、45および引出電極46、47にCr+Agを用い、補助電極48、49にCr+Auを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、主電極44、45および引出電極46、47にAlを用い、補助電極48、49にCr+Agを用いてもよい。また、主電極44、45および引出電極46、47にCr+Auを用い、補助電極48、49にCr+Auを用いてもよい。さらに、基板41の両主面411、412に直接接することはない主電極44、45と補助電極48、49との間にはCrを介さなくてもよい。なお、比重が重い主電極44、45が補助電極48、49上に形成され、かつ、主電極44、45に対する補助電極48、49の比重が軽く設定されていることが好適である。この場合、励振電極42,43がより動き易くなり厚みすべり振動し易くなる。その結果、エネルギの閉じ込め効果をさらに向上させることができる。
【0066】
また、本実施の形態では、主電極44、45と補助電極48、49との表面を正方形に形成しているが、これに限定されるものではなく、同一主面における主電極44、45と補助電極48、49との同一主面における主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比が約10.0〜70.0%に設定されていれば、その形状は限定されるものではなく、例えば円形であってもよい。
【0067】
また、本実施の形態では、基板41の両主面411、412に形成された励振電極42、43の形状の形状が略同じであるが、これに限定されるものではなく、任意の設定可能である。例えば、図15に示すように、基板41の一主面411と他主面412に形成される励振電極42、43の形状の寸法を同一にせずに異なる設定としてもよい。この場合、任意に励振電極42、43の寸法を設定できるので、周波数微調整に対応させることができ、また、周波数調整工程を少なくすることもできる。
【0068】
また、本実施の形態では、約100MHz以上の周波数を高周波と定義しているため、100MHz以上の周波数だけではなく、100MHz未満であってその近似の周波数も高周波として定義してもよい。
【0069】
また、本実施の形態では、基板41の両主面411、412に補助電極48、49が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、図15に示すように、基板41の一主面411上のみに補助電極48が形成されてもよい。
【0070】
また、本実施の形態では、フォトリソグラフィー法を用いて補助電極48、49上に主電極44、45が形成されているが、これに限定されるものではなく、図16、17に示すように、主電極44、45上に補助電極48、49が形成されてもよい。この場合、フォトリソグラフィー法を用いて主電極44、45上に補助電極48、49が形成されるので、マスクずれや補助電極48、49の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することができる。その結果、スプリアスの発生を抑制することができる。なお、上記したような励振電極42、43の製造工程により、図16、17に示す補助電極48、49及び主電極44、45を形成した場合、補助電極48、49及び主電極44、45の重心が略同一に位置せずに位置ずれが生じる場合がある。そのため、リフトオフ法により補助電極48、49及び主電極44、45を形成し、これら補助電極48、49及び主電極44、45の重心の位置ずれを防止することが好ましい。すなわち、以下に示す励振電極42、43の製造工程が好ましい。
【0071】
まず、基板41の両主面411、412を逆メサ構造に形成し、基板41の両主面411、412にスパッタ装置を用いてCr+Agからなる金属層を全面形成する。形成した金属層の上に、フォトレジスト層を全面塗布する。塗布したフォトレジスト層を、フォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、主電極44、45及び引出電極46、47を形成するための外形パターンおよび保護パターンをフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、フォトレジスト層に形成した外形パターンから露出した金属層をメタルエッチングする。金属層をメタルエッチングした後にフォトレジスト層を剥離して、図16(a)に示す主電極44、45及び引出電極46、47を形成する。
【0072】
主電極44、45及び引出電極46、47を形成した後に、基板41の両主面411、412上(少なくとも主電極44、45及び引出電極46、47上)に、フォトレジスト層を塗布する。塗布したフォトレジスト層のうち補助電極48、49を形成する部分をフォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、補助電極48、49の電極パターンを形成する。その後に、基板41の両主面411、412上(少なくとも主電極44、45及び引出電極46、47上)にスパッタ装置を用いてCr+Auからなる金属層を形成する。そして、リフトオフによりフォトレジスト層及びフォトレジスト層上の金属膜を剥離して、図16(b)に示す補助電極48、49を形成し、図17に示すように基板41の両主面411、412に励振電極42、43を形成する。
【0073】
なお、本実施の形態では、圧電振動デバイスとして水晶振動子を用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電振動デバイスであってもよく、例えば、水晶フィルタであってもよい。圧電振動デバイスが水晶フィルタの場合、図18(a)及び(b)に示すように、水晶振動片2の両主面411、412に形成される入力電極、出力電極、及びアース電極のそれぞれに対応させて補助電極が形成されることが好ましい。
【0074】
また、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本発明は、水晶振動子や水晶フィルタに有用である。
【図面の簡単な説明】
【0076】
【図1】本実施の形態にかかる水晶振動子の概略内部側面図である。
【図2】(a)は、基板に補助電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。(b)は、基板に主電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。
【図3】図2(b)に示すX−X線断面図である。
【図4】(a)は、基板に主電極のみを形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例1の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図5】(a)は、基板に主電極のみ主電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例2の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図6】(a)は、基板に主電極のみを形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例3の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図7】(a)は、基板に主電極のみを形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例4の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図8】本実施例5の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図9】本実施例6の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図10】本実施例7の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図11】本実施例8の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図12】本実施例9の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図13】本実施例10の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図14】本実施の他の形態にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図15】本実施の別の形態にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図16】(a)は、本実施の別の形態にかかる、基板に主電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。(b)は、本実施の別の形態にかかる、基板に補助電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。
【図17】図16(b)に示すY−Y線断面図である。
【図18】(a)は、本実施の他の形態にかかる、主電極上に補助電極を形成した水晶フィルタの概略平面図である。(b)は、本実施の別の形態にかかる、主電極上に補助電極を形成した水晶フィルタの概略平面図である。
【符号の説明】
【0077】
1 水晶振動子(圧電振動デバイス)
2 水晶振動片(圧電振動片)
3 水晶振動片用パッケージ(パッケージ)
41 水晶Z板基板(基板)
411、412 両主面
44、45 主電極
48、49 補助電極
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスに関し、特に、スプリアスを抑制する圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、各種通信機器の高周波数化、またはPC(Parsonal Computer)などの電子機器の動作周波数の高周波数化にともなって、圧電振動デバイス、例えば水晶振動子、水晶フィルタ等も高周波数化への対応が求められている。
【0003】
例えば、一般に、高周波数化に対応した圧電振動デバイスとして水晶振動子が挙げられる。この従来の水晶振動子は、代表的な構成として、水晶振動片をパッケージ内に載置し、蓋によりパッケージ内を封止した構成からなる。ここでパッケージ内に載置する水晶振動片は、振動領域の両主面に励振電極が形成され、これら励振電極から外周部に引出電極が延出されてなる。
【0004】
また、この水晶振動子には、例えば両主面が逆メサ構造に形成されている水晶振動片が用いられている(例えば、下記する特許文献1、2ご参照)。
【特許文献1】特開2002−246873号公報
【特許文献2】特開2002−246874号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、従来の圧電振動子では、スプリアスが発生し、このスプリアスにより水晶振動子を設けた電子機器の誤動作が発生する。特に、逆メサ型の水晶振動片の基板では、高周波化するにしたがって平面平行度の状態により、スプリアスの影響を受けやすくなる。
【0006】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制する水晶片などの圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、基板の両主面が逆メサ構造に形成され、かつ、前記両主面に主電極が形成された高周波用の圧電振動片において、少なくとも一主面に、重心が前記主電極と略同一である補助電極が形成され、前記補助電極の寸法は、前記主電極に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計されることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、少なくとも一主面に、重心が前記主電極と略同一である補助電極が形成され、前記補助電極の寸法は、前記主電極に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計される構成のため、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制することが可能となる。
【0009】
また、前記補助電極が形成された前記主面が逆メサ構造に形成され、前記主電極と前記補助電極との重心が略同一であるので、前記主電極及び前記補助電極の形成時、逆メサ構造の前記主面壁面近くのレジスト膜の影響をうけずに前記主電極及び前記補助電極を逆メサ構造の前記主面の中央に形成し、前記主電極及び前記補助電極の寸法誤差を抑えることが可能となる。
【0010】
前記構成において、フォトリソグラフィー法を用いて前記主電極上に前記補助電極が形成されてもよい。
【0011】
この場合、フォトリソグラフィー法を用いて前記主電極上に前記補助電極が形成されるので、マスクずれや前記補助電極の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することが可能となる。その結果、スプリアスの発生を抑制することが可能となる。
【0012】
前記構成において、フォトリソグラフィー法を用いて前記補助電極上に前記主電極が形成されてもよい。
【0013】
この場合、フォトリソグラフィー法を用いて前記補助電極上に前記主電極が形成されるので、マスクずれや前記補助電極の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することが可能となる。また、前記補助電極上に前記主電極が形成されるので、エネルギの閉じ込め効果を向上させることが可能となる。その結果、スプリアスの発生を抑制することが可能となる。また、前記補助電極の厚みは主電極に対して薄く、その結果、膜結合強度が弱い。しかしながら、本構成によれば、前記補助電極によりも厚みのある前記主電極を前記補助電極上に形成するので、強度が弱い前記補助電極を前記主電極により保護することが可能となる。
【0014】
前記主電極が前記補助電極上に形成された前記構成において、前記主電極に対する前記補助電極の比重が軽く設定されてもよい。
【0015】
この場合、前記主電極に対する前記補助電極の比重が軽く設定され、比重が重い前記主電極が前記補助電極上に形成されるので、前記主電極及び前記補助電極がより動き易くなり厚みすべり振動し易くなる。その結果、エネルギの閉じ込め効果をさらに向上させることが可能となる。その結果、スプリアスの発生を抑制することができる。
【0016】
前記構成において、具体的に、同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の表面積の比は、約10.0〜70.0%に設定されることが好ましい。特に、表面積の比が約17.4〜44.4%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の表面積の比に関して、表面積の比が約10.0%未満の場合、前記補助電極の前記主電極への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する。また、表面比が約70.0%を超える場合、前記補助電極の前記主電極への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない。
【0017】
前記構成において、具体的に、同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の厚み比が約2.0〜20.0%に設定されることが好ましい。特に、厚み比が約2.8〜19.3%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の厚み比に関して、同一の主面における前記主電極に対する前記補助電極の厚み比が約2.0%未満の場合、前記補助電極の主電極への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない。また、厚み比が約20.0%を超える場合、前記補助電極の前記主電極への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する。
【0018】
前記構成において、前記補助電極により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されてもよい。
【0019】
この場合、前記補助電極により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されるので、圧電振動片の高周波化に伴う抵抗値の増加と静電容量の減少を同時に防止することが可能となる。特に、この構成を周波数を可変させる電圧制御型発振器に適用することが好ましい。
【0020】
前記構成において、前記補助電極は、前記両主面に形成されてもよい。
【0021】
この場合、前記補助電極が前記両主面に形成されているので、前記補助電極がいずれかの一主面に形成されている場合と比較してスプリアスの発生を抑制するのに好ましい形態である。特に、フォトリソグラフィー法を用いて電極形成を行っているので、前記両主面に対して同時に電極形成を行うことが可能となり、製造時間の短縮を図ることが可能となる。
【0022】
前記構成において、具体的に、前記基板は水晶であり、周波数は100MHz以上であることが好ましい。すなわち、前記基板に水晶を用いているので、圧電振動片の高周波化に好ましい。
【0023】
また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、上記した圧電振動片がパッケージ内に備えられたことを特徴とする。
【0024】
本発明にかかる圧電振動デバイスによれば、上記した本発明にかかる圧電振動片を備えているので、本発明にかかる圧電振動片と同様の作用効果を有することが可能となる。また、前記圧電振動片を前記パッケージ内に配した後の周波数の最終調整(パーシャル工程)の前の段階である前記圧電振動片の製造段階においてスプリアスを抑制しているので、周波数の最終調整での影響を受けにくくすることが可能となる。そのため、圧電振動デバイスの歩留まりを改善することが可能となる。すなわち、高周波化に伴って周波数のピークが多数存在する状態で周波数の最終調整(パーシャル工程)を行うと、予め設定した地点とは異なる地点でピークを合わせてしまい、本圧電振動デバイスを設けた電子機器の誤動作の要因となるが、本発明によれば、この誤作動の要因を改善することが可能となる。
【発明の効果】
【0025】
本発明にかかる圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電振動デバイスによれば、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片として水晶振動片、及び、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。なお、本実施の形態では、約100MHz以上の周波数を高周波と定義する。
【0027】
本実施の形態にかかる水晶振動子1は、図1に示すように、水晶振動片2と、この水晶振動片2を載置して気密封止する水晶振動片用パッケージ3(以下、パッケージという)とから構成される。
【0028】
パッケージ3は、水晶振動片2を載置する基体31と、基体31に載置した水晶振動片2を気密封止するための蓋32とから構成されている。
【0029】
蓋32は、基体31のキャビティ36を気密封止するための板状体からなる。また、蓋32の下面側が基体31との接合面として設定され、この下面側には封止物からなる封止材33が介在されている。
【0030】
基体31にはセラミックが用いられ、この基体31は、上面が開口した箱状体からなり、この開口面上に蓋32が接合される。
【0031】
基体31の内底部34には、水晶振動片2を搭載するための段差部35が形成され、例えばこの段差部35上に水晶振動片2の一端が配される。
【0032】
水晶振動片2は、図2、3に示すように、水晶Z板基板41(以下、基板という)の両主面411、412に励振電極42、43が形成されてなる。
【0033】
基板41は、図3に示すように、その両主面411、412が逆メサ構造に形成されている。
【0034】
励振電極42、43は、図2、3に示すように、両主面411、412それぞれに形成された主電極44、45と、主電極44、45から延出して外部と接続するための引出電極46、47と、重心が主電極44、45と略同一である補助電極48、49とから構成され、主電極44、45上に補助電極48、49が形成されている。本実施の形態では、主電極44、45および引出電極46、47にAlを用い、補助電極48、49にCr+Agを用いている。また、これらの励振電極42、43は、フォトリソグラフィー法を用いて両主面411、412上に形成される(下記参照)。さらに、主電極44、45と補助電極48、49との表面は、例えば正方形に形成されている。
【0035】
補助電極48、49の寸法は、主電極44、45に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計される。本実施の形態では、同一主面411、412上の主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比が、約10.0〜70.0%に設定される。また、同一主面411、412上の主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が、2.0〜20.0%に設定される。
【0036】
なお、補助電極48、49により、水晶振動片2の抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定される。
【0037】
次に、上記した励振電極42、43の製造工程を、以下に説明する。
【0038】
基板41の両主面411、412を逆メサ構造に形成し、基板41の両主面411、412にスパッタ装置を用いてCr+Agからなる金属層を全面形成する。形成した金属層の上に、フォトレジスト層を全面塗布する。塗布したフォトレジスト層を、フォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、補助電極48、49を形成するための外形パターンおよび保護パターンをフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、フォトレジスト層に形成した外形パターンから露出した金属層をメタルエッチングする。金属層をメタルエッチングした後にフォトレジスト層を剥離して、図2(a)に示す補助電極48、49を形成する。
【0039】
補助電極48、49を形成した後に、基板41の両主面411、412にスパッタ装置を用いてCr+Auからなる金属層を全面形成する。形成した金属層の上に、フォトレジスト層を全面塗布する。塗布したフォトレジスト層を、フォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、主電極44、45及び引出電極46、47を形成するための外形パターンおよび保護パターン(マスク)をフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、フォトレジスト層に形成した外形パターンから露出した金属層をメタルエッチングする。金属層をメタルエッチングした後にフォトレジスト層を剥離して、図2(b)に示す主電極44、45と引出電極46、47を形成し、図3に示すように基板41の両主面411、412に励振電極42、43を形成する。
【0040】
そして、上記した励振電極42、43を形成した水晶振動片2を、パッケージ3内の内底部34の段差部35に載置し、封止材33を介してパッケージ3と蓋32とが接合されてパッケージ3内が封止され、図1に示す水晶振動子1が製造される。
【0041】
<実施例>
上記した図3に示す水晶振動片2を図1に示すパッケージ3に配する前に、水晶振動片2の周波数特性の測定を行った。次に、その測定結果を以下に示す。
【0042】
−実施例1−
本実施例1では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.25×0.25mmに設定する。また、主電極44、45の厚さ寸法を合計0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を合計0.025μmに設定する。そして、基板41に主電極44、45だけを形成した時の周波数特性と、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性と、を測定する。その周波数特性の測定結果を、図4に示す。なお、図4(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図4(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図4に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0043】
−実施例2−
本実施例2では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.30×0.30mmに設定する。また、主電極44、45及び補助電極48、49の厚さ寸法を実施例1と同様の寸法に設定する。そして、実施例1と同様の周波数特性の測定を行い、その周波数特性の測定結果を図5に示す。なお、図5(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図5(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図5に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0044】
−実施例3−
本実施例3では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.35×0.35mmに設定する。また、主電極44、45及び補助電極48、49の厚さ寸法を実施例1と同様の寸法に設定する。そして、実施例1と同様の周波数特性の測定を行い、その周波数特性の測定結果を図6に示す。なお、図6(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図6(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図6に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0045】
−実施例4−
本実施例4では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.40×0.40mmに設定する。また、主電極44、45及び補助電極48、49の厚さ寸法を実施例1と同様の寸法に設定する。そして、実施例1と同様の周波数特性の測定を行い、その周波数特性の測定結果を図7に示す。なお、図7(a)が、主電極44、45だけを形成した時の周波数特性を示し、図7(b)が、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図7に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0046】
−実施例5−
本実施例5では、主電極44、45の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.60×0.60mmに設定し、補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を0.40×0.40mmに設定する。また、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0015μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図8に示す。なお、図8は、補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。また、これら図8に示すグラフの左縦軸をインピーダンス、右縦軸を位相、横軸を周波数とする。
【0047】
−実施例6−
本実施例6では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0043μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図9に示す。なお、図9は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0048】
−実施例7−
本実施例7では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0072μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図10に示す。なお、図10は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0049】
−実施例8−
本実施例8では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0160μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図11に示す。なお、図11は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0050】
−実施例9−
本実施例9では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0289μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図12に示す。なお、図12は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0051】
−実施例10−
本実施例10では、主電極44、45及び補助電極48、49の図2、3に示す表面側の外形寸法を実施例5と同様の寸法に設定し、主電極44、45の厚さ寸法を0.15μmに設定し、補助電極48、49の厚さ寸法を0.0429μmに設定する。そして、基板41に図2、3に示すように主電極44、45及び補助電極48、49を形成した時の周波数特性を測定する。その周波数特性の測定結果を、図13に示す。なお、図13は、図8と同様に補助電極48、49上に主電極44、45を形成した時の周波数特性を示す。
【0052】
上記した実施例1〜4の測定結果(図4〜図7参照)から、補助電極48、49を形成することで高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制させることがわかる。
【0053】
また、実施例1〜4の測定結果から、各実施例におけるスプリアス特性が良好であることがわかり、この時の補助電極の外形寸法が好適であることがわかる。すなわち、主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比は、約10.0〜70.0%に設定されることが好ましく、特に約17.4〜44.4%がさらに好ましい。
【0054】
さらに、実施例5〜10の測定結果から、主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が約2.8〜19.3%に設定された場合好適であることがわかる。
【0055】
上記したように、本実施の形態にかかる水晶振動片2によれば、両主面411、412に重心が主電極44、45と略同一である補助電極48、49が形成され、補助電極48、49の寸法は、主電極44、45に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計されるので、高周波化に伴って発生し易くなるスプリアスの発生を抑制することができる。
【0056】
また、フォトリソグラフィー法を用いて補助電極48、49上に主電極44、45が形成されるので、エネルギの閉じ込め効果を向上させることが可能となる。また、マスクずれや補助電極48、49の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することができる。その結果、スプリアスの発生を抑制することができる。
【0057】
また、補助電極48、49が形成された主面44、45が逆メサ構造に形成されるが、主電極44、45と補助電極48、49との重心が略同一であるので、主電極44、45及び補助電極48、49の形成時、逆メサ構造の主面壁面413(図3参照)近くのレジスト膜の影響をうけずに主電極44、45及び補助電極48、49を逆メサ構造の主面の中央に形成し、主電極44、45及び補助電極48、49の寸法誤差を抑えることができる。
【0058】
また、同一主面411、412における主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比が約10.0〜70.0%に設定されることが好ましい。特に、表面積の比が約17.4〜44.4%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の表面積の比に関して、表面積の比が約10.0%未満の場合、補助電極48、49の主電極44、45への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する。また、表面比が約70.0%を超える場合、補助電極48、49の主電極44、45への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない。
【0059】
また、同一主面411、412における主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が約2.0〜20.0%に設定されることが好ましい。特に、厚み比が約2.8〜19.3%に設定されていることが好適である。この設定範囲以外の厚み比に関して、同一主面411、412における主電極44、45に対する補助電極48、49の厚み比が約2.0%未満の場合(実施例5参照)、補助電極48、49の主電極44、45への影響がなく、スプリアスの発生を抑えることができない(図8参照)。また、厚み比が約20.0%を超える場合(実施例10参照)、補助電極48、49の主電極44、45への影響が大きくなり、抵抗値が悪化する(図13参照)。
【0060】
また、補助電極48、49により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されるので、水晶振動片2の高周波化に伴う抵抗値の増加と静電容量の減少を同時に防止することができる。
【0061】
また、補助電極48、49が両主面411、412に形成されているので、補助電極48、49がいずれかの一主面411、412に形成されている場合と比較してスプリアスの発生を抑制するのに好ましい形態である。特に、フォトリソグラフィー法を用いて電極形成を行っているので、両主面411、412に対して同時に電極形成を行うことができ、製造時間の短縮を図ることができる。
【0062】
具体的に、基板41は水晶であり、周波数は100MHz以上であることが好ましい。すなわち、基板41に水晶を用いているので、水晶振動片2の高周波化に好ましい。
【0063】
また、上記したように、本実施の形態にかかる水晶振動子1によれば、上記した本発明にかかる水晶振動片2を備えているので、本実施の形態にかかる水晶振動片2と同様の作用効果を有することができる。また、水晶振動片2をパッケージ3内に配した後の周波数の最終調整(パーシャル工程)の前の段階である水晶振動片2の製造段階においてスプリアスを抑制しているので、周波数の最終調整での影響を受けにくくすることができる。そのため、水晶振動子1の歩留まりを改善することができる。すなわち、高周波化に伴って周波数のピークが多数存在する状態で周波数の最終調整(パーシャル工程)を行うと、予め設定した地点とは異なる地点でピークを合わせてしまい、水晶振動子1を設けた電子機器の誤動作の要因となるが、本実施の形態によれば、この誤作動の要因を改善することができる。
【0064】
なお、本実施の形態では、基板に水晶を用いているが、これに限定されるものではなく、圧電振動を行うための基板であれば、例えばタンタル酸リチウムであってもよい。
【0065】
また、本実施の形態では、主電極44、45および引出電極46、47にCr+Agを用い、補助電極48、49にCr+Auを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、主電極44、45および引出電極46、47にAlを用い、補助電極48、49にCr+Agを用いてもよい。また、主電極44、45および引出電極46、47にCr+Auを用い、補助電極48、49にCr+Auを用いてもよい。さらに、基板41の両主面411、412に直接接することはない主電極44、45と補助電極48、49との間にはCrを介さなくてもよい。なお、比重が重い主電極44、45が補助電極48、49上に形成され、かつ、主電極44、45に対する補助電極48、49の比重が軽く設定されていることが好適である。この場合、励振電極42,43がより動き易くなり厚みすべり振動し易くなる。その結果、エネルギの閉じ込め効果をさらに向上させることができる。
【0066】
また、本実施の形態では、主電極44、45と補助電極48、49との表面を正方形に形成しているが、これに限定されるものではなく、同一主面における主電極44、45と補助電極48、49との同一主面における主電極44、45に対する補助電極48、49の表面積の比が約10.0〜70.0%に設定されていれば、その形状は限定されるものではなく、例えば円形であってもよい。
【0067】
また、本実施の形態では、基板41の両主面411、412に形成された励振電極42、43の形状の形状が略同じであるが、これに限定されるものではなく、任意の設定可能である。例えば、図15に示すように、基板41の一主面411と他主面412に形成される励振電極42、43の形状の寸法を同一にせずに異なる設定としてもよい。この場合、任意に励振電極42、43の寸法を設定できるので、周波数微調整に対応させることができ、また、周波数調整工程を少なくすることもできる。
【0068】
また、本実施の形態では、約100MHz以上の周波数を高周波と定義しているため、100MHz以上の周波数だけではなく、100MHz未満であってその近似の周波数も高周波として定義してもよい。
【0069】
また、本実施の形態では、基板41の両主面411、412に補助電極48、49が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、図15に示すように、基板41の一主面411上のみに補助電極48が形成されてもよい。
【0070】
また、本実施の形態では、フォトリソグラフィー法を用いて補助電極48、49上に主電極44、45が形成されているが、これに限定されるものではなく、図16、17に示すように、主電極44、45上に補助電極48、49が形成されてもよい。この場合、フォトリソグラフィー法を用いて主電極44、45上に補助電極48、49が形成されるので、マスクずれや補助電極48、49の寸法誤差などによる周波数のピークのバラツキを抑制することができる。その結果、スプリアスの発生を抑制することができる。なお、上記したような励振電極42、43の製造工程により、図16、17に示す補助電極48、49及び主電極44、45を形成した場合、補助電極48、49及び主電極44、45の重心が略同一に位置せずに位置ずれが生じる場合がある。そのため、リフトオフ法により補助電極48、49及び主電極44、45を形成し、これら補助電極48、49及び主電極44、45の重心の位置ずれを防止することが好ましい。すなわち、以下に示す励振電極42、43の製造工程が好ましい。
【0071】
まず、基板41の両主面411、412を逆メサ構造に形成し、基板41の両主面411、412にスパッタ装置を用いてCr+Agからなる金属層を全面形成する。形成した金属層の上に、フォトレジスト層を全面塗布する。塗布したフォトレジスト層を、フォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、主電極44、45及び引出電極46、47を形成するための外形パターンおよび保護パターンをフォトリソグラフィ法を用いて形成する。そして、フォトレジスト層に形成した外形パターンから露出した金属層をメタルエッチングする。金属層をメタルエッチングした後にフォトレジスト層を剥離して、図16(a)に示す主電極44、45及び引出電極46、47を形成する。
【0072】
主電極44、45及び引出電極46、47を形成した後に、基板41の両主面411、412上(少なくとも主電極44、45及び引出電極46、47上)に、フォトレジスト層を塗布する。塗布したフォトレジスト層のうち補助電極48、49を形成する部分をフォトリソグラフィ法を用いて露光する。露光したフォトレジスト層を現像し、フォトレジスト層に、補助電極48、49の電極パターンを形成する。その後に、基板41の両主面411、412上(少なくとも主電極44、45及び引出電極46、47上)にスパッタ装置を用いてCr+Auからなる金属層を形成する。そして、リフトオフによりフォトレジスト層及びフォトレジスト層上の金属膜を剥離して、図16(b)に示す補助電極48、49を形成し、図17に示すように基板41の両主面411、412に励振電極42、43を形成する。
【0073】
なお、本実施の形態では、圧電振動デバイスとして水晶振動子を用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧電振動デバイスであってもよく、例えば、水晶フィルタであってもよい。圧電振動デバイスが水晶フィルタの場合、図18(a)及び(b)に示すように、水晶振動片2の両主面411、412に形成される入力電極、出力電極、及びアース電極のそれぞれに対応させて補助電極が形成されることが好ましい。
【0074】
また、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本発明は、水晶振動子や水晶フィルタに有用である。
【図面の簡単な説明】
【0076】
【図1】本実施の形態にかかる水晶振動子の概略内部側面図である。
【図2】(a)は、基板に補助電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。(b)は、基板に主電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。
【図3】図2(b)に示すX−X線断面図である。
【図4】(a)は、基板に主電極のみを形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例1の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図5】(a)は、基板に主電極のみ主電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例2の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図6】(a)は、基板に主電極のみを形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例3の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図7】(a)は、基板に主電極のみを形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。(b)は、本実施例4の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図8】本実施例5の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図9】本実施例6の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図10】本実施例7の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図11】本実施例8の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図12】本実施例9の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図13】本実施例10の水晶振動片の製造工程における、基板に主電極及び補助電極を形成した時の周波数特性を示したグラフ図である。
【図14】本実施の他の形態にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図15】本実施の別の形態にかかる水晶振動片の概略側面図である。
【図16】(a)は、本実施の別の形態にかかる、基板に主電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。(b)は、本実施の別の形態にかかる、基板に補助電極を形成した水晶振動片の概略平面図である。
【図17】図16(b)に示すY−Y線断面図である。
【図18】(a)は、本実施の他の形態にかかる、主電極上に補助電極を形成した水晶フィルタの概略平面図である。(b)は、本実施の別の形態にかかる、主電極上に補助電極を形成した水晶フィルタの概略平面図である。
【符号の説明】
【0077】
1 水晶振動子(圧電振動デバイス)
2 水晶振動片(圧電振動片)
3 水晶振動片用パッケージ(パッケージ)
41 水晶Z板基板(基板)
411、412 両主面
44、45 主電極
48、49 補助電極
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の両主面が逆メサ構造に形成され、かつ、前記両主面に主電極が形成された高周波用の圧電振動片において、
少なくとも一主面に、重心が前記主電極と略同一である補助電極が形成され、
前記補助電極の寸法は、前記主電極に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計されることを特徴とする圧電振動片。
【請求項2】
フォトリソグラフィー法を用いて前記主電極上に前記補助電極が形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片。
【請求項3】
フォトリソグラフィー法を用いて前記補助電極上に前記主電極が形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片。
【請求項4】
前記主電極に対する前記補助電極の比重が軽く設定されることを特徴とする請求項3に記載の圧電振動片。
【請求項5】
同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の表面積の比は、約10.0〜70.0%に設定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項6】
同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の厚み比は、約2.0〜20.0%に設定されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項7】
前記補助電極により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項8】
前記補助電極は、前記両主面に形成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項9】
前記基板は水晶であり、周波数は100MHz以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項10】
請求項1乃至9のいずれかに記載の圧電振動片がパッケージ内に備えられたことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項1】
基板の両主面が逆メサ構造に形成され、かつ、前記両主面に主電極が形成された高周波用の圧電振動片において、
少なくとも一主面に、重心が前記主電極と略同一である補助電極が形成され、
前記補助電極の寸法は、前記主電極に対してその厚さが薄く、かつ、その表面積が小さく設計されることを特徴とする圧電振動片。
【請求項2】
フォトリソグラフィー法を用いて前記主電極上に前記補助電極が形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片。
【請求項3】
フォトリソグラフィー法を用いて前記補助電極上に前記主電極が形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片。
【請求項4】
前記主電極に対する前記補助電極の比重が軽く設定されることを特徴とする請求項3に記載の圧電振動片。
【請求項5】
同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の表面積の比は、約10.0〜70.0%に設定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項6】
同一の前記主面における前記主電極に対する前記補助電極の厚み比は、約2.0〜20.0%に設定されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項7】
前記補助電極により、抵抗値が30Ω以下、かつ、静電容量が4.5fF以上に設定されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項8】
前記補助電極は、前記両主面に形成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項9】
前記基板は水晶であり、周波数は100MHz以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項10】
請求項1乃至9のいずれかに記載の圧電振動片がパッケージ内に備えられたことを特徴とする圧電振動デバイス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公開番号】特開2006−129383(P2006−129383A)
【公開日】平成18年5月18日(2006.5.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−318334(P2004−318334)
【出願日】平成16年11月1日(2004.11.1)
【出願人】(000149734)株式会社大真空 (312)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年5月18日(2006.5.18)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年11月1日(2004.11.1)
【出願人】(000149734)株式会社大真空 (312)
【Fターム(参考)】
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