JP2006187000A - Shear-mode vibrating element utilizing mass load effect and piezoelectric resonator utilizing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は振動素子とこれを利用した圧電共振器の関するものであり、より詳細には、高周波発振素子に適合するように圧電シートを積層して製作するが、積層された電極面に水平するように素子の長さ方向に分極することによって、厚さシアモード(thickness shear mode)で振動されるようにした発振素子とこれを利用した圧電共振器に関するものである。 The present invention relates to an oscillating element and a piezoelectric resonator using the oscillating element, and more specifically, a piezoelectric sheet is laminated so as to be suitable for a high-frequency oscillating element, but is horizontal to the laminated electrode surface. As described above, the present invention relates to an oscillation element that is vibrated in a thickness shear mode by being polarized in the length direction of the element, and a piezoelectric resonator using the oscillation element.
また、本発明は質量荷重効果を利用して振動子の振動周波数を調節するようにするだけでなく、有効振動面積を最小化して振動素子を小型化させるように電気機械結合係数が大きい厚さシアモードで振動する積層型振動素子及びこれを利用した圧電共振器に関するものである。 In addition, the present invention not only uses the mass load effect to adjust the vibration frequency of the vibrator, but also has a thickness with a large electromechanical coupling coefficient so as to minimize the vibration area and minimize the vibration element. The present invention relates to a laminated vibration element that vibrates in a shear mode and a piezoelectric resonator using the same.
通常的に、圧電共振器はマイクロコンピュータの基準信号を提供するタイミングデバイスとしてマイクロコンピュータが採用される大部分の電子機器に必須な部品として、発振素子の共振-反共振現象を利用してコルピツ発振回路のインダクタンス部分に対応する部品であり、発振周波数は主に振動素子の厚さなどの物理的な寸法によって決まる。 In general, a piezoelectric resonator is an essential component in most electronic devices that employ a microcomputer as a timing device that provides a reference signal for the microcomputer. It is a component corresponding to the inductance portion of the circuit, and the oscillation frequency is mainly determined by physical dimensions such as the thickness of the vibration element.
最近 USB, スマートカード(smart card)などのような通信環境に使われる共振器の需要が急増しているし、特性では発振周波数の精密度が特に要求されているし、これによって振動素子の発振周波数を調整して精緻な発振素子及びこれを利用した圧電共振器が要求されている。また、マイクロコンピュータの機能が向上するによって、使用周波数が高くなる成り行きにあり、電子機器は小型化の成り行きにあるので、これに対応して圧電共振器も高周波発振及び小型化に対応するのが必須である。 Recently, the demand for resonators used in communication environments such as USB and smart cards is rapidly increasing, and the characteristics require particularly precise oscillation frequency. There is a demand for a precise oscillating element with a frequency adjusted and a piezoelectric resonator using the same. In addition, as the function of the microcomputer improves, the operating frequency tends to increase, and the electronic equipment tends to be downsized. Accordingly, the piezoelectric resonator also supports high frequency oscillation and downsizing. It is essential.
このような、振動素子において、発振周波数は振動素子の厚さに反比例するので、厚さが薄くなれば、発振周波数は向上するが、振動素子の機械的な強度が弱くなって容易に破壊されるので、部品としての適用は不可能になる。 In such a vibration element, the oscillation frequency is inversely proportional to the thickness of the vibration element. Therefore, if the thickness is reduced, the oscillation frequency is improved, but the mechanical strength of the vibration element is weakened and is easily destroyed. Therefore, application as a part becomes impossible.
例えば、0.3mm厚さの厚さモード振動素子の発振周波数は8MHz近所なのでよほど良好な周波数を得ることができるが、機械的な強度を考慮する時、現実的に製作可能な厚さの限界は0.15mm程度であり、この時、発振周波数は24MHz近所である。 For example, since the oscillation frequency of a 0.3 mm thick thickness mode vibration element is in the vicinity of 8 MHz, a very good frequency can be obtained, but when considering mechanical strength, the limit of the thickness that can be actually manufactured is At this time, the oscillation frequency is around 24MHz.
したがって、従来の場合、発振周波数を高めるために単板型振動素子の振動モードを厚さが半波長となる基本振動モードではなく、基本振動の奇数倍の高次振動モードを使って高周波化させている。 Therefore, in the conventional case, in order to increase the oscillation frequency, the vibration mode of the single plate type vibration element is not a fundamental vibration mode whose thickness is a half wavelength, but a higher order vibration mode that is an odd multiple of the fundamental vibration is used to increase the frequency. ing.
しかし、高次振動の場合、基本振動に比べて発振の強度が弱いので、現実的には基本振動の3倍振動を利用するのが、大部分であり、この場合、0.3mm厚さの振動素子は8MHzの3倍である24MHzで発振可能であり、機械的強度を考慮する 場合、大略の厚さの限界である0.15mmで、24MHzの2倍である48MHzで発振が可能なので、おおよそ50MHzの程度が従来の技術による高周波発振の限界である。
However, in the case of high-order vibration, the intensity of oscillation is weaker than that of the fundamental vibration, so in reality, most of the vibrations are 3 times the fundamental vibration. The element can oscillate at 24 MHz, which is 3
また、高次振動モードを利用する単板型発振素子の場合、不要な振動を除くために、単板型振動素子の一部分に振動しない振動減殺部が必須なので、振動素子の面積を小さくするものは限界がある。 In addition, in the case of a single-plate type oscillation element that uses a higher-order vibration mode, a vibration attenuation part that does not vibrate in a part of the single-plate type vibration element is indispensable to eliminate unnecessary vibrations. There are limits.
従来の積層型振動素子は図1に図示したように、積層された圧電シート1と、前記圧電シート1の間に印刷した内部電極2と、シートの両端に形成された外部電極3と補助電極4とで構成され、圧電シートの長さと垂直方向に分極されて厚さ方向に振動が成り立ち(以下、'厚さ振動'という)、中間電極と外周面の電極間に電気信号が認可されば、積層されたシート間に電場の方向と分極方向がお互いに反対に形成される。
As shown in FIG. 1, the conventional laminated vibration element includes a laminated
したがって、一つの層が膨脹する時、他の層は収縮するようになり、その反対も成り立つ振動モードが形成されて、結果的に積層されたシートの厚さにあたる発振周波数、他に表現すれば、単板型である時、全体素子の厚さに対応する発振周波数の2倍にあたる振動を形成するようになる。しかし、厚さ振動の場合、電気機械結合係数がシアモードに比べて小さいので、有効振動面積を小さくすることにあって、不利なので、振動素子とこれを利用した圧電共振器の小型化に限界がある。 Therefore, when one layer expands, the other layer contracts, and vice versa, a vibration mode is formed, resulting in the oscillation frequency corresponding to the thickness of the stacked sheets, When it is a single plate type, a vibration corresponding to twice the oscillation frequency corresponding to the thickness of the entire element is formed. However, in the case of thickness vibration, since the electromechanical coupling coefficient is small compared to the shear mode, there is a disadvantage in reducing the effective vibration area, so there is a limit to downsizing the vibration element and the piezoelectric resonator using this. is there.
また、積層シートを薄く製作するによって、高周波を得ることができるが、発振周波数を精緻に制御することができないと言う問題がある。 Moreover, although a high frequency can be obtained by making the laminated sheet thin, there is a problem that the oscillation frequency cannot be precisely controlled.
前記のような問題点を解消するために創出された本発明の目的は、有効振動面積を最小化して振動素子の小型化を果たすために電気機械結合係数が大きい厚さシアモードで振動する積層型振動素子を提供することにある。 The object of the present invention created to solve the above-mentioned problems is a laminated type that vibrates in a thickness shear mode with a large electromechanical coupling coefficient in order to minimize the effective vibration area and reduce the size of the vibration element. The object is to provide a vibration element.
また、発振周波数を精緻に制御することができる振動素子及びこれを利用した圧電共振器を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a resonator element capable of precisely controlling the oscillation frequency and a piezoelectric resonator using the resonator element.
さらに、本発明は積層型振動素子の外部面に質量荷重効果を付与することができる質量荷重層を形成して願う発振周波数を有するように振動素子の共振周波数を制御するようにし、このような振動素子をキャパシター(capacitor)が内装した積層型ベース基板に設置して圧電共振器を構成することによって、部品の高さが低く、精緻な発振周波数を持つ圧電共振器を提供することにある。 Furthermore, the present invention controls the resonance frequency of the vibration element so as to have a desired oscillation frequency by forming a mass load layer capable of imparting a mass load effect to the outer surface of the multilayer vibration element. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric resonator having a precise oscillation frequency with a low component height by installing a resonator element on a laminated base substrate in which a capacitor is built to constitute a piezoelectric resonator.
前記のような目的を達成するための本発明は、振動素子において、内部電極パターンが印刷した少なくとも2個以上の複数の圧電体シートを積層させて構成され、内部電極の中で中端から一側端部まで延長されるように形成された入力電極は補助電極によって相互繋がれ、前記入力電極の間に形成された出力電極の端部は外部電極によってお互いに繋がれ、長さ方向に振動されるように長さ方向に分極されることを特徴とする振動素子によって成り立つ。 To achieve the above object, the present invention provides a vibrating element in which at least two or more piezoelectric sheets on which an internal electrode pattern is printed are laminated, and the internal electrodes are arranged from the middle end. The input electrodes formed to extend to the side ends are interconnected by auxiliary electrodes, and the ends of the output electrodes formed between the input electrodes are connected to each other by external electrodes and vibrate in the length direction. In this way, the vibration element is characterized by being polarized in the length direction.
また、圧電共振器において、内部電極パターンが印刷した少なくとも2個以上の複数の圧電体シートを積層させて構成され、内部電極の中で中端から一側端部まで延長されるように形成された入力電極は補助電極によって相互繋がれ、前記入力電極の間に形成されるが、前記入力電極と一部が重なるように形成された出力電極の端部は外部電極によってお互いに繋がれ、圧電体シートの長さ方向に分極された振動素子と; キャパシターを内装したベース基板と; 前記振動素子を保護するための保護カバーとで構成されることを特徴とする圧電共振器によって成り立つ。 In the piezoelectric resonator, at least two or more piezoelectric sheets printed with an internal electrode pattern are laminated and formed so as to extend from the middle end to one side end portion of the internal electrodes. The input electrodes are interconnected by auxiliary electrodes and formed between the input electrodes, but the ends of the output electrodes formed so as to partially overlap the input electrodes are connected to each other by external electrodes, It comprises a piezoelectric resonator comprising: a vibrating element polarized in the length direction of the body sheet; a base substrate with a capacitor installed therein; and a protective cover for protecting the vibrating element.
さらに、前記のように長さ方向に分極された振動素子の長さ方向の外部面の中で少なくとも一つの面の一部または全部に質量荷重層を形成されることを特徴とする振動素子によって成り立つ。 Furthermore, a mass load layer is formed on a part or all of at least one of the external surfaces in the length direction of the vibration element polarized in the length direction as described above. It holds.
以上のような本発明の目的と別の特徴及び長所などは次に参照する本発明の好適な実施例に対する以下の説明から明確になるであろう。 The above objects, other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments of the present invention referred to below.
以下、図面を参照して本発明の構成を詳細に説明すれば次の通りである。
先に、シアモードで振動する振動素子とこれによって製造された圧電共振器を説明することにする。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a vibration element that vibrates in a shear mode and a piezoelectric resonator manufactured thereby will be described.
本発明によるシアモード振動素子の基本的な構成は、図4に図示したように、 2個以上の層に積層された圧電シート10と、前記圧電シート10等の間に印刷した内部電極20と圧電シート10の表面に印刷した補助電極40と外部電極30とを含んで構成される。
As shown in FIG. 4, the basic configuration of the shear mode vibration element according to the present invention includes a
このような圧電体シート10を多層に積層して発振素子を構成する技術は本発明が属する分野では通常的なものであるが、従来の発振素子は分極が図1に図示したように、発振素子の長さと垂直を成す方向になっていて振動が振動素子の長さと垂直で成り立つのに比べて、本発明は分極が図4に図示したように、振動素子の長さ方向で成り立って、振動が振動素子の長さ方向に成り立つ。
The technology for constructing an oscillation element by laminating such
前記内部電極20は図5及び図9に図示したように、積層された圧電体シート10の積層された層数に沿って多数が形成されることができるし、入力電極21と出力電極22がお互いに交番的に配列され、それぞれの内部電極は圧電体シート10の中端部分から両端部まで延長されるように形成されている。
As shown in FIGS. 5 and 9, a large number of the
前記入力電極21の端部は積層された圧電体シート10の外面の一側端部に形成された補助電極40とお互いに繋がれ、前記出力電極22の端部は前記補助電極40の反対側端部に形成された外部電極30とお互いに繋がれている。
The end of the
前記内部電極20である入力電極21と出力電極22のお互いに対向される部分すなわち、圧電体シート10の中端を向けた部分は図5及び図9に図示したように、お互いに重なって電極重複部OLが形成されており、前記補助電極40と外部電極30のお互いに対向される端部の間には所定の距離を形成して離隔部位Sが形成されている。
The portions of the
前記各電極は厚膜印刷法や真空蒸着法によって形成され、このような電極形成方法は通常的に使われる方法としてこれに対する詳細な説明は略する。 Each of the electrodes is formed by a thick film printing method or a vacuum deposition method, and such an electrode forming method is a commonly used method, and a detailed description thereof will be omitted.
前記のように構成された振動素子を利用した圧電共振器はキャパシター(capacitor)が内装したベース基板160上に設置され、上部には振動素子140を保護するためのカバー120を設置して構成される。
The piezoelectric resonator using the vibration element configured as described above is installed on a
前記ベース基板160は薄板を積層した積層基板や単板が使われることができる。
The
前記保護カバー120は金属をプレス加工して形成されるか、または、セラミックスを圧縮塑性して形成され、前記ベース基板160に内装されたキャパシター(capacitor)の静電容量は3pFないし50pFである。
The
前記発振素子の内部電極20と外部電極30は圧電共振器のベース基板160に設置されて圧電共振器の入、出力端子と接続され、圧電共振器の入、出力端子に交流信号が認可されば、振動素子140は内部電極20と外部電極30に形成された電場によって分極方向に対応する固有の振動を起こすようになり、振動素子140の形象及び寸法に沿って共振-反共振現象が起きるようになる。
The
共振−反共振周波数の間にあたる周波数領域に対して圧電共振器は電気的に誘導性リアクティブ(reactive)素子と同値なので、図12に図示した回路図でのように、ICの反転増幅器と結合されたコルピツ発振回路の一部と作用して、 上述した形象及び寸法によって決まる固有の共振周波数と発振回路の負荷用量CL1、CL2に係わる周波数で發振するようになる。 Since the piezoelectric resonator is electrically equivalent to an inductive reactive element in the frequency range between the resonance and antiresonance frequencies, it is coupled with the inverting amplifier of the IC as shown in the circuit diagram shown in FIG. By interacting with a part of the Colpit oscillation circuit, the oscillation is performed at the natural resonance frequency determined by the above-described shape and dimensions and the frequency related to the load doses CL1 and CL2 of the oscillation circuit.
本発明による振動素子140の振動原理を図3に図示した図面を参照して説明する。
The vibration principle of the
図3において点線と一点鎖線は内部電極及び外部電極の間に認可された電気信号に対応して振動素子が変形された状態であり、太い実線は電気信号が認可されない状態である。 In FIG. 3, the dotted line and the alternate long and short dash line indicate a state where the vibration element is deformed in response to an electrical signal approved between the internal electrode and the external electrode, and a thick solid line indicates a state where the electrical signal is not approved.
図3に図示したように、中央を横で割る実線を基準に上部と下部の振動形態は対称を成しているので、厚さが2Tである振動素子の共振周波数は厚さTである積層シートの共振周波数と同一であり、全体の厚さに対して前記構造の振動素子は2倍の周波数を持つ共振周波数を持つようになることによって、結果的に同じ厚さの単板型振動素子に比べて2倍の高周波振動が具現される。 As shown in FIG. 3, since the upper and lower vibration forms are symmetric with respect to the solid line dividing the center on the side, the resonance frequency of the vibration element having a thickness of 2T is a laminate having the thickness T. A single-plate vibration element having the same thickness as the resonance frequency of the sheet, and the vibration element having the above structure having a resonance frequency having a frequency twice that of the entire thickness. Two times higher frequency vibration is realized.
同じ原理として厚さTであるシートを3層に積層して製作した場合には全体素子の共振周波数は同じ厚さの単板型振動素子に比べて3倍の共振周波数を持つようになり、したがって、このような原理で厚さTのシーをn回積層して製作した振動素子の共振周波数は同じ厚さの単板型素子の共振周波数のn倍にあたる周波数になる。したがって、上の構成で全体素子の共振周波数は積層シートの厚さTによって決まるので、シートを非常に薄くしながらも、機械的な強度を保障することができる厚さ位積層して高周波発振に対応する圧電共振器の振動素子を提供するようになる。 When the sheet having the thickness T is manufactured by laminating three layers as the same principle, the resonance frequency of the whole element has a resonance frequency three times that of a single plate type vibration element of the same thickness, Therefore, the resonance frequency of the vibration element manufactured by stacking the sheet of thickness T n times according to the above principle is a frequency corresponding to n times the resonance frequency of the single-plate element having the same thickness. Therefore, in the above configuration, the resonance frequency of the entire element is determined by the thickness T of the laminated sheet. Therefore, the thickness of the laminated sheet can guarantee high mechanical strength while making the sheet very thin, thereby achieving high-frequency oscillation. A corresponding piezoelectric resonator resonator element is provided.
本発明による振動素子の製造工程の一例を図6を参照して説明する。
前記振動素子の素材はチタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT、lead zirconate titanate)の圧電組成物を使う。前記組成物の化学式はPb(Zr0.5Ti0.5)O3であり、品質係数の向上のために MnO2をPZT対比重量比で0.2%を添加し、焼結性向上のためにPZT対比モール(mol)比で10%を添加して生原料を取り合わせた後、 粉末の重さと同一の重さを持つ水と直径10mmのアルミナボールを入れて24時間湿式混合した後、100°Cの乾燥オーブン中で乾燥した後、破碎してアルミナ容器に盛って850°Cで2時間の間加熱してPZT磁気の性質を持つ原料で合成した。
An example of the manufacturing process of the vibration element according to the present invention will be described with reference to FIG.
As the material of the vibration element, a piezoelectric composition of lead zirconate titanate (PZT) is used. The chemical formula of the composition is Pb (Zr0.5Ti0.5) O 3 , MnO 2 is added at 0.2% by weight ratio to the PZT to improve the quality factor, and PZT to the molding to improve the sinterability. After adding 10% (mol) ratio and combining raw materials, we put water having the same weight as the powder and alumina balls with a diameter of 10 mm, wet-mixed for 24 hours, and then dried at 100 ° C After drying in an oven, it was broken, placed in an alumina container, heated at 850 ° C for 2 hours, and synthesized with raw materials having PZT magnetic properties.
合成された原料に重さび比で40%のバインダーと粘度調節のためにアルコール等の有機溶媒を添加し、24時間の間ボールミル(Ball Mill)を施行してスラーリ(slurry)を製造した後、よく知られたドクターブレイドテープキャスティング(doctor blade tape casting)工法によって厚さ50μmのシートで製作した。 After adding 40% binder and organic solvent such as alcohol for viscosity adjustment to the synthesized raw material, and performing ball mill for 24 hours to produce slurry, A sheet of 50 μm thickness was prepared by the well-known doctor blade tape casting method.
製作されたシートは願う寸法の電極重複部OLと離隔部位Sを持つようにデザインされた電極パターンをスクリーン印刷法によって 2〜3μmの厚さで形成の後、積層する。印刷の時、内部電極材料はAg/Pdペーストを利用する。 The manufactured sheet is formed by forming an electrode pattern designed to have an electrode overlap portion OL and a separation portion S of a desired size with a thickness of 2 to 3 μm by screen printing, and then laminating. At the time of printing, the internal electrode material uses Ag / Pd paste.
積層体は振動素子を所定の大きさで切断、塑性して積層焼結体に製作され、分極用電極を積層焼結体の側面に形成して振動素子の電極面に一直線に長さ方向に分極して圧電性を付与した後、分極用電極を研いてとり除いて内部電極20が振動素子の側面に露出するようにする。
The laminate is manufactured into a laminated sintered body by cutting and plasticizing the vibration element to a predetermined size, and forming a polarization electrode on the side surface of the laminated sintered body, in a straight line along the length of the electrode surface of the vibration element. After polarization and imparting piezoelectricity, the polarization electrode is sharpened and removed so that the
スパッタリング真空蒸着法によってCu/Ag電極を1μm厚さに蒸着して補助電極40及び外部電極30を形成する。
The
この時、分極用電極の研磨の時、側面に現われた内部電極20が側面を通じて補助電極40または外部電極30と繋がれて振動素子に電気的入出力端子が付与される。
At this time, when polishing the polarization electrode, the
第1実試例
前記のような過程によって製造される振動素子の一例として素子の長さLは 2.0mm、電極重複部OLは0.8mm、離隔部位Sは0.4mmであり、電極重複部は素子の中央から対称的に配置した。
First practical example As an example of a vibrating element manufactured by the above-described process, the length L of the element is 2.0 mm, the electrode overlap portion OL is 0.8 mm, and the separation part S is 0.4 mm. The overlapping part was arranged symmetrically from the center of the element.
したがって、補助電極40の長さは0.2mmになり、シートの厚さは塑性によって収縮して35μmであり、総4層を積層して全体振動素子の厚さが0.14mmになるようにした。
Therefore, the length of the
前記振動素子を構成する組成物の圧電正数はd15が450×10-12m/V、d33が280×10-12m/Vで厚さシア振動と係ったd15が厚さ振動に係るd33の略2倍である。圧電正数dは電気機械結合係数と比例関係にあるので、厚さシアモードの適用が本発明が解決しようとする課題技術的な課題の一部である電気機械結合係数が大きくて有効振動面積が小さくなって小型化が可能な振動素子を製造することと符合することを分かる。 The piezoelectric positive number of the composition constituting the vibration element is d15 = 450 × 10 −12 m / V, d33 = 280 × 10 −12 m / V, and d15 related to the thickness shear vibration relates to the thickness vibration. Approximately twice d33. Since the piezoelectric positive number d is proportional to the electromechanical coupling coefficient, the application of the thickness shear mode is a part of the technical problem to be solved by the present invention. The electromechanical coupling coefficient is large and the effective vibration area is large. It can be seen that this is consistent with manufacturing a vibrating element that can be reduced in size and size.
前記のように構成された振動素子の電気的インピーダンス特性を計測したことを図7に図示した。 FIG. 7 shows the measurement of the electrical impedance characteristics of the vibration element configured as described above.
図示されていないが、本発明のような素材を利用して製作するが、多層に積層しなく、単板型に形成された厚さシア振動素子の場合、厚さ0.3mmである時、共振周波数が3.5MHzであった。この時、周波数定数(共振周波数×寸法にあたる値打ちで圧電素材の固有の値打ちになる)は1050KHz/mmである。周波数定数は素材固有の値打ちなので、寸法に不変である。 Although it is not shown in the figure, it is manufactured using a material such as the present invention, but in the case of a thickness shear vibration element formed in a single plate type without being laminated in multiple layers, it is resonant when the thickness is 0.3 mm. The frequency was 3.5MHz. At this time, the frequency constant (resonance frequency × value value corresponding to the dimension becomes a value value specific to the piezoelectric material) is 1050 KHz / mm. Since the frequency constant is a value specific to the material, it does not change in size.
したがって、実試例の35μmの厚さを持つ場合、共振周波数の計算値は周波数定数1050KHz/mmを厚さ35μmで分けて計算が可能であり、その値打ちが30MHzになる。 Therefore, in the case of having a thickness of 35 μm in the actual test example, the calculated value of the resonance frequency can be calculated by dividing the frequency constant of 1050 KHz / mm by the thickness of 35 μm, and the value is 30 MHz.
図7に図示された図表でも共振周波数が30MHzであることを分かる。このような値は前記で計算された値打ちとよく符合するので、全体素子の共振周波数が積層されたシートの厚さで決まりながら、同時に積層されたシートがお互いに対称的変形を起こして不要振動がない積層型振動素子を製造するのが可能であるということが分かる。 It can also be seen from the chart shown in FIG. 7 that the resonance frequency is 30 MHz. Since these values are in good agreement with the value calculated above, the resonance frequency of the entire element is determined by the thickness of the laminated sheets, and simultaneously laminated sheets cause symmetric deformation with each other, and unnecessary vibrations occur. It can be seen that it is possible to manufacture a laminated vibration element that does not have any.
第2実試例
また、本発明が解決しようとする技術的課題のひとつである有効振動面積が小さくて小型化が可能な振動素子を製作するためには前記と等しい素材を利用して振動素子を製作するが、素子の長さLは1.3mm、電極重複部OLは0.5mm、離隔部位Sは0.2mmで製作して実験をした。補助電極の長さは0.2mmになる。
Second practical example Further , in order to manufacture a vibration element having a small effective vibration area and capable of being miniaturized, which is one of the technical problems to be solved by the present invention, the same material as described above is used. In this experiment, the vibration element was manufactured with a length L of 1.3 mm, an electrode overlap OL of 0.5 mm, and a separation part S of 0.2 mm. The length of the auxiliary electrode is 0.2mm.
図8の図表で分かるように、前記の実試例1に比べて素子の長さは2.0mmから1.3mmで35%減少したし、電極重複部OLは0.8mmから0.5mmで37.5%減少したが、実試例1で上述したように、振動素子の共振周波数はシートの厚さに基づく共振周波数と同一であり、不要振動がなかった。したがって、本発明による振動素子は超小型化することができることを分かる。 As can be seen from the chart of FIG. 8, the element length was reduced by 35% from 2.0 mm to 1.3 mm, and the electrode overlap OL was reduced by 37.5% from 0.8 mm to 0.5 mm, as compared to the above-mentioned Example 1. However, as described above in Example 1, the resonance frequency of the vibration element was the same as the resonance frequency based on the thickness of the sheet, and there was no unnecessary vibration. Therefore, it can be seen that the vibration element according to the present invention can be miniaturized.
第3実試例
素子の長さLは0.7mm、電極重複部OLは0.3mm、離隔部位Sは0.1mmで製作したし、電極重複部OLは素子の中央で対称的に配置した。補助電極の長さは0.1mmになり、積層シートの厚さは塑性の後、10μmになるようにしたし、全体素子の厚さが0.1mmになるように10層を積層した。
Third experimental example The length L of the element was 0.7mm, the electrode overlap OL was 0.3mm, the separation part S was 0.1mm, and the electrode overlap OL was placed symmetrically at the center of the element. did. The length of the auxiliary electrode was 0.1 mm, the thickness of the laminated sheet was 10 μm after plasticity, and 10 layers were laminated so that the total element thickness was 0.1 mm.
図9は第3実試例の振動素子の断面図であり、図10は実試例3の振動素子の電気的インピーダンス特性を現わす。 FIG. 9 is a cross-sectional view of the vibration element of the third experimental example, and FIG. 10 shows the electrical impedance characteristics of the vibration element of the third experimental example.
素子のシート厚さが10μmの場合、共振周波数の計算値は実試例1で上述したとように、周波数定数から1050KHz/mmを厚さ10μmで分けて計算可能であり、その値打ちが105MHzになるので、図10の図表で見られる共振周波数95MHzと10%位の誤差を見せるが、概して振動素子の共振周波数を積層シートの厚さから決めることができるという思想と符合しているし、同時に積層されたシートがお互いに対称的変形を起こして不要振動がない積層型振動素子を製造するのが可能である。したがって、本発明は高周波振動素子を提供することができる。 When the element sheet thickness is 10 μm, the calculated value of the resonance frequency can be calculated by dividing the frequency constant from 1050 KHz / mm by the thickness of 10 μm, as described above in Example 1, and the value is 105 MHz. Therefore, the resonance frequency of 95 MHz and an error of about 10% can be seen in the chart of FIG. 10, but generally agree with the idea that the resonance frequency of the vibration element can be determined from the thickness of the laminated sheet. It is possible to manufacture a laminated vibration element in which the laminated sheets cause symmetrical deformation with respect to each other and no unnecessary vibration is generated. Therefore, the present invention can provide a high-frequency vibration element.
前記のように、本発明による振動素子は厚さシアモードを適用することによって、電気機械結合係数が大きくて有効振動面積が小さくなって小型化が可能であり、高周波を得ることができるし、このような振動素子を利用した圧電共振器の構成及び作用を図10に図示された図面を参照して下で詳述する。 As described above, the vibration element according to the present invention has a large electromechanical coupling coefficient, a small effective vibration area, and can be miniaturized by applying a thickness shear mode. The configuration and operation of a piezoelectric resonator using such a vibration element will be described in detail below with reference to the drawing illustrated in FIG.
圧電共振器の一例は前記第1実試例の振動素子を利用し、発振回路は図12のように構成した。 An example of the piezoelectric resonator uses the vibration element of the first experimental example, and the oscillation circuit is configured as shown in FIG.
回路を構成する要素であるキャパシターCL1とCL2をそれぞれ入力電極−共通電極間、出力電極-共通電極間に作用する静電容量で構成した積層型ベース基板と振動素子を保護するためのカバーを利用して圧電共振器を製作した。 Utilizes a cover to protect the vibration element and the laminated base substrate, which is composed of the capacitance that acts between the input electrode and common electrode, and between the output electrode and common electrode, respectively, as capacitors CL1 and CL2, which are elements constituting the circuit Thus, a piezoelectric resonator was manufactured.
積層型ベース基板は内装型キャパシターを具備する回路構成要素の役目を遂行することと同時に振動素子を保護し、圧電共振器がPCボード上に設置されることができるようにするパッケージ要素の作用をするので、所定の静電容量 を形成するための適当な誘電率とシート厚さ及びパッケージ要素としての要求条件である塑性の機械的強度を維持しなければならない。このような思想を土台で積層型ベース基板を製作し、振動素子を設置し、カバーを接着するなどの圧電共振器製造の工程を詳しく説明する。 The multilayer base substrate acts as a circuit component having an internal capacitor, and at the same time protects the vibration element, and acts as a package element that allows the piezoelectric resonator to be installed on the PC board. Therefore, it is necessary to maintain an appropriate dielectric constant and sheet thickness for forming a predetermined capacitance and a plastic mechanical strength which is a requirement as a package element. A process for manufacturing a piezoelectric resonator, such as manufacturing a laminated base substrate based on such a concept, installing a vibration element, and bonding a cover, will be described in detail.
先に、ベース基板の製造方法において、素材は誘電率20内外のMgTiO3誘電体セラミックス素材を使ったし、前記実試例1で説明したドクターブレイドテープキャスティング法によって50μm厚さのシートで成形した。 First, in the manufacturing method of the base substrate, MgTiO 3 dielectric ceramic material with a dielectric constant of 20 inside and outside was used as the material, and the sheet was formed with a sheet of 50 μm thickness by the doctor blade tape casting method described in the above Example 1. .
電極はAg/Pd電極をスクリーン印刷法によって交賛に印刷して各層の間に静電容量(capacitance)が形成されるようにし、前記第3実試例の振動素子の場合には3回印刷してCL1とCL2が各各15pFになるようにした。 The electrodes are Ag / Pd electrodes printed by screen printing so that a capacitance is formed between each layer. In the case of the vibrating element of the third example, printing is performed three times. CL1 and CL2 were each 15 pF.
また、CL1、CL2の静電容量は印刷回数及びパターンの大きさの調節によって 3〜50pFの範囲で調節できる。 The capacitance of CL1 and CL2 can be adjusted in the range of 3-50pF by adjusting the number of printings and the pattern size.
振動素子はベース基板の入出力電極に導電性接着剤またはソルダを利用して補助電極と外部電極を接続させ、カバーは接着剤によってベース基板に接着させる。 In the vibration element, the auxiliary electrode and the external electrode are connected to the input / output electrodes of the base substrate using a conductive adhesive or solder, and the cover is bonded to the base substrate with the adhesive.
次に、質量荷重層を具備して質量荷重の効果を利用することによって、真空周波数調節の容易い振動素子とこれを利用して作られた圧電共振器を詳細に説明する。 Next, a vibration element that has a mass load layer and uses the effect of mass load to easily adjust the vacuum frequency and a piezoelectric resonator that uses the vibration element will be described in detail.
前記質量荷重効果を持つ振動素子は前記で説明したシアモード振動素子に質量荷重層をもっと具備している。 The vibration element having the mass load effect further includes a mass load layer in the shear mode vibration element described above.
前記質量荷重層は図14に図示したように、振動素子の外面の電極形成部に高分子物質50を塗布するか、図16に図示したように、内部電極の外面の一つ以上の面にダミー層60、60'を形成するか、または、高分子物質50の層とダミー層60, 60'を皆形成して構成される。
As shown in FIG. 14, the mass load layer is coated with a
先に、上記した重量荷重層を説明するのに先立って、本発明による振動素子の全体構造に対して説明する。 Prior to describing the above-described weight load layer, the overall structure of the vibration element according to the present invention will be described.
本発明による振動素子は圧電素材をテープキャスティング法によって、願う発振周波数に符合されるように所定の厚さに製作されたシートに内部電極を形成して積層した後、切断及び塑性等のよく知られた積層型部品製造工程によって製作され、圧電性を付与する分極は振動素子の長さ方向で成り立っており、内部電極20は振動素子の長さ方向でお互いに行き違うように形成されており、これら内部電極20は補助電極または外部電極と繋がれてそれぞれ入出力端子の役目をする。
The vibration element according to the present invention is a well-known method such as cutting and plasticity, in which a piezoelectric material is laminated by forming an internal electrode on a sheet manufactured to a predetermined thickness so as to match a desired oscillation frequency by a tape casting method. The polarization that gives piezoelectricity is made in the length direction of the vibration element, and the
また、振動素子の共振周波数を調整する役目をする質量荷重効果を付与する層として質量荷重層が形成されており、この質量荷重層はエポキシ等の高分子物質50または圧電体ダミー層60、60'が振動素子の外面に形成される。
In addition, a mass load layer is formed as a layer that provides a mass load effect that serves to adjust the resonance frequency of the vibration element. This mass load layer is a
質量荷重効果によって振動素子の共振周波数は変化され、変化率は付加した質量に比例するので、エポキシ層とダミー層の厚さ調整を通じて振動素子の共振周波数を調整するようになる。 The resonance frequency of the vibration element is changed by the mass load effect, and the rate of change is proportional to the added mass. Therefore, the resonance frequency of the vibration element is adjusted by adjusting the thicknesses of the epoxy layer and the dummy layer.
以下、質量荷重層の構成による実試例を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a practical example by the configuration of the mass load layer will be described in detail with reference to the drawings.
実試例4
図14は本発明による振動素子の一例を図示した斜視図であり、図15は図14に図示した振動素子の電気的特性を図示したグラフである。
Example 4
FIG. 14 is a perspective view illustrating an example of a vibration element according to the present invention, and FIG. 15 is a graph illustrating the electrical characteristics of the vibration element illustrated in FIG.
本発明による振動素子は上記したように、高分子物質50が塗布された質量荷重層を具備している。
As described above, the resonator element according to the present invention includes the mass load layer to which the
前記高分子物質50は外部電極30の一部を覆う形象に塗布され、振動素子の上下面の中でどの一面または皆に塗布することができる。
The
このような振動素子の製造過程は図20に図示したように、前記シアモード振動素子の製造過程と等しいが、露出した内部電極20の両端にスパッタリング真空蒸着法によってCu/Agで外部電極30及び補助電極40を1μm厚さに蒸着して形成した後、周波数調整用の質量荷重効果を付与するために、高分子物質50で高分子エポキシを塗布した後、硬化し、エポキシ層の厚さは 5μmと10μmの厚さで形成して、エポキシ層がない場合と比べた。
As shown in FIG. 20, the manufacturing process of such a vibration element is the same as the manufacturing process of the shear mode vibration element, but the
エポキシの塗布は印刷またはディスペンシングが可能であり、硬化の方法は熱硬化または紫外線硬化が可能であり、実試例1では比重が1.2g/cm3である熱硬化タイプエポキシをスクリーン印刷法で塗布した後、150°Cで10分間硬化処理した。製造された振動素子の電気的インピーダンス特性を図15に現わした。 Epoxy can be applied by printing or dispensing, and the curing method can be thermal curing or UV curing.In Example 1, a thermosetting epoxy with a specific gravity of 1.2 g / cm 3 was screen printed. After the application, it was cured at 150 ° C. for 10 minutes. Fig. 15 shows the electrical impedance characteristics of the manufactured vibration element.
エポキシ層がない場合には共振周波数が17.18MHzであるが、エポキシ層が5μmの場合は共振周波数が17.08MHzであり、エポキシ層が10μmの場合は共振周波数が16.98MHzとして、エポキシ層が厚いほど共振周波数が低くなった。 When there is no epoxy layer, the resonance frequency is 17.18 MHz, but when the epoxy layer is 5 μm, the resonance frequency is 17.08 MHz, and when the epoxy layer is 10 μm, the resonance frequency is 16.98 MHz. The resonance frequency has been lowered.
実試例4でエポキシ層がない場合に比べてエポキシを塗布した後、共振周波数の変化率はエポキシ層が5μmである時0.6%であり、エポキシ層が10μmである時1.2%であった。 Compared with the case where no epoxy layer was applied in Example 4, the rate of change in resonance frequency after application of epoxy was 0.6% when the epoxy layer was 5 μm and 1.2% when the epoxy layer was 10 μm.
実試例4の適用範囲であるエポキシ層の厚さが10μm以内の場合、振動素子の共振周波数はエポキシ層の厚さに線形的に比例するので、エポキシ層の厚さ1μmに対応する振動素子の共振周波数の変化率は略0.1%である。 When the thickness of the epoxy layer, which is the application range of Example 4, is within 10 μm, the resonant frequency of the vibration element is linearly proportional to the thickness of the epoxy layer, so the vibration element corresponding to the thickness of the epoxy layer is 1 μm. The rate of change of the resonance frequency is about 0.1%.
したがって、従来の技術の例で振動素子の厚さを調整して共振周波数を調整する場合、振動素子厚さ1μmに対応する共振周波数変化率は略0.7%であるのと比べると、本実試例で明らかにしたエポキシ層の形成による振動素子の共振周波数の調整方法が優秀であるのが分かり、本発明による振動素子の場合、圧電共振器の発振周波数もエポキシ層の厚さを調整して精緻に調整することができるし、同時にエポキシ層の形成による振動素子の共振周波数変化は質量荷重効果に起因したことなので、エポキシ層の厚さだけではなく、エポキシ層の塗布面積によっても振動素子の共振周波数を制御することができる。 Therefore, when adjusting the resonance frequency by adjusting the thickness of the vibration element in the example of the conventional technique, the resonant frequency change rate corresponding to the vibration element thickness of 1 μm is approximately 0.7%. It turns out that the method for adjusting the resonance frequency of the vibration element by the formation of the epoxy layer, which was clarified in the example, is excellent. Since the resonance frequency change of the vibration element due to the formation of the epoxy layer is due to the mass load effect, not only the thickness of the epoxy layer but also the application area of the epoxy layer can be adjusted precisely. The resonance frequency can be controlled.
また、実試例4には現わさなかったが、エポキシ塗布に質量荷重効果によって振動素子の不要振動が抑制されて発振の安全性が向上する効果もある。 Although not shown in Example 4, there is also an effect that the unnecessary vibration of the vibration element is suppressed by the mass load effect in the epoxy coating, and the safety of oscillation is improved.
実試例5
図16は本発明による振動素子の他の一例を図示した斜視図であり、図17は図 16に図示した振動素子の電気的な特性を図示したグラフである。
Example 5
FIG. 16 is a perspective view illustrating another example of the vibration element according to the present invention, and FIG. 17 is a graph illustrating the electrical characteristics of the vibration element illustrated in FIG.
実試例5は振動素子の共振周波数を調整するためのさらに他の方法の一つとして、実試例1と等しい素材と製作方法で振動素子を製作するが、振動素子の共振周波数を調整するにおいて、実試例4とは違い変化率が数%に至る大きい範囲の共振周波数の調整が可能である。図16に図示したように、実試例5の振動素子はダミー層60、60'が構成されている。 In Example 5, as another method for adjusting the resonance frequency of the vibration element, the vibration element is manufactured using the same material and manufacturing method as in Example 1, but the resonance frequency of the vibration element is adjusted. However, unlike Example 4, it is possible to adjust the resonance frequency in a large range where the rate of change reaches several percent. As shown in FIG. 16, the resonator element of Example 5 includes dummy layers 60 and 60 ′.
実試例5の振動素子の製造工程は全体的には実試例4と同一及び類似であるので、全体的な製造過程に対する説明は省略し、ダミー層60、60'を形成する段階のみを詳細に説明する。 Since the manufacturing process of the resonator element of Example 5 is the same and similar to that of Example 4, the description of the overall manufacturing process is omitted, and only the step of forming the dummy layers 60 and 60 ′ is performed. This will be described in detail.
先に、圧電シートを積層する段階で振動素子の内部電極20間の圧電シート20 以外に振動素子を構成する積層体の最上部と最下部に内部電極20がないダミー層60、60'を積層する。
First, at the stage of stacking the piezoelectric sheets, in addition to the
ダミー層60、60'が形成された積層物の共振周波数を測定して願う共振周波数を持つようにダミー層60、60'の厚さを調節した後、外部電極30と補助電極40を形成した。
After measuring the resonance frequency of the laminate in which the dummy layers 60 and 60 ′ are formed and adjusting the thickness of the dummy layers 60 and 60 ′ to have the desired resonance frequency, the
実試例5で素子の長さは2.0mm、電極重複部OLは0.8mm、外部電極30と補助電極40の長さは0.4mmで製作し、電極重複部OLは素子の中央から対称的に配置し、シートの厚さは塑性によって収縮して75μmであり、総4層を積層した。
In Example 5, the element length was 2.0 mm, the electrode overlap OL was 0.8 mm, and the
最上部と最下部のダミー層60、60'をそれぞれ2.5μmと5μmが残るように加工した。製造された振動素子の電気的インピーダンス特性を図17に現わした。 The uppermost and lowermost dummy layers 60 and 60 ′ were processed so that 2.5 μm and 5 μm remained, respectively. Fig. 17 shows the electrical impedance characteristics of the manufactured vibration element.
ダミー層60、60'がない場合には共振周波数が17.18MHzであるが、ダミー層60、60'が2.5μmの場合の共振周波数が16.58MHzであり、ダミー層60、60'が5μmの場合の共振周波数が16.03MHzであるので、ダミー層60、60'が厚いほど共振周波数が低くなった。
When there is no
ダミー層60、60'がない場合に比べて、共振周波数の変化率はダミー層60、60'が2.5μmである時3.5%であり、エポキシ層が10μmである時6.7%であった。 Compared to the case without the dummy layers 60 and 60 ′, the change rate of the resonance frequency was 3.5% when the dummy layers 60 and 60 ′ were 2.5 μm, and 6.7% when the epoxy layer was 10 μm.
ダミー層60、60'の厚さが10μm以内の場合、振動素子の共振周波数はダミー層60、60'の厚さに線形的に比例するので、ダミー層60、60'の厚さ1μmに対応する振動素子の共振周波数変化率は略0.7%である。 When the thickness of the dummy layers 60 and 60 ′ is within 10 μm, the resonance frequency of the vibration element is linearly proportional to the thickness of the dummy layers 60 and 60 ′, so that the thickness of the dummy layers 60 and 60 ′ corresponds to 1 μm. The resonance frequency change rate of the vibrating element is about 0.7%.
実試例5による振動素子の共振周波数調整法の産業上利用可能性は次のようである。圧電共振器は発振周波数に基づいて多様な仕樣の製品で作われる。 例えば、現在通用する共振器の発振周波数仕樣の中、12.0MHzと12.5MHzの場合、従来はそれぞれの仕樣に合わせて振動素子の製造の時、積層シートの厚さを異にして製作するが、本実施例5によれば、12.0MHzと12.5MHzの二つの仕樣の圧電共振器を等しい厚さのシートを利用して製作した後、ダミー層60、60'を加工して各各12.0MHzと12.5MHzの二つの仕樣の製品で製作するのが可能なので、従来の技術に比べて大量生産に相応しい。 The industrial applicability of the resonant frequency adjustment method of the resonator element according to Example 5 is as follows. Piezoelectric resonators are made of variously tailored products based on the oscillation frequency. For example, in the case of 12.0 MHz and 12.5 MHz among the oscillation frequency specifications of currently used resonators, conventionally, when manufacturing a vibration element according to each specification, the thickness of the laminated sheet is made differently. However, according to this Example 5, after manufacturing piezoelectric resonators of two specifications of 12.0 MHz and 12.5 MHz using sheets of equal thickness, the dummy layers 60 and 60 ′ are processed to each Since it can be manufactured with products with two specifications of 12.0MHz and 12.5MHz, it is suitable for mass production compared to conventional technology.
実試例6
図18は本発明による振動素子のさらに他の一例を図示した斜視図であり、図 19は図18に図示した振動素子の電気的な特性を図示したグラフである。
Example 6
18 is a perspective view illustrating still another example of the vibration element according to the present invention, and FIG. 19 is a graph illustrating the electrical characteristics of the vibration element illustrated in FIG.
実試例6の振動素子は共振周波数を調整するためのさらに他の方法の一つとして全体的な構成においては実試例5と等しくダミー層を2.5μm形成し、最終段階で実試例4と等しくエポキシで高分子物質層50形成した。
The vibration element of Example 6 is another method for adjusting the resonance frequency, and in the overall configuration, a dummy layer is formed with a thickness of 2.5 μm, which is equal to Example 5, and Example 4 is used at the final stage. The
製造された振動素子の電気的なインピーダンス特性は図19に図示したようである。 The electrical impedance characteristics of the manufactured vibration element are as shown in FIG.
エポキシ層がない場合には共振周波数が16.58MHzであるが、エポキシ層が5μmの場合の共振周波数は16.48MHz、エポキシ層が10μmの場合の共振周波数は 16.38MHzで共振周波数の変化率は各各0.6%、エポキシ層が10μmである時に 1.2%であった。 When there is no epoxy layer, the resonance frequency is 16.58MHz, but when the epoxy layer is 5μm, the resonance frequency is 16.48MHz, when the epoxy layer is 10μm, the resonance frequency is 16.38MHz, and the change rate of the resonance frequency is each 0.6% and 1.2% when the epoxy layer was 10 μm.
したがって、エポキシ層の厚さが10μm以内の場合、振動素子の共振周波数はエポキシ層の厚さに線形的に比例し、エポキシ層の厚さ1μmに対応する振動素子の共振周波数変化率は略0.1%である。 Therefore, when the thickness of the epoxy layer is within 10 μm, the resonance frequency of the vibration element is linearly proportional to the thickness of the epoxy layer, and the resonance frequency change rate of the vibration element corresponding to the thickness of the epoxy layer is about 0.1 %.
前記のように構成された振動素子の中で実試例4の振動素子を利用した圧電共振器を一例として本発明による圧電共振器を説明する。 The piezoelectric resonator according to the present invention will be described by taking as an example a piezoelectric resonator using the vibration element of the fourth experimental example among the vibration elements configured as described above.
図21は本発明による振動素子を利用した圧電共振器の一例を図示した組み立て斜視図である。 FIG. 21 is an assembled perspective view illustrating an example of a piezoelectric resonator using the vibration element according to the present invention.
本発明による質量荷重層を持つシアモード圧電共振器は図示したように、質量荷重層を持つ振動素子140とキャパシターが一体型に形成された積層型ベース基板160を具備している。
As shown in the drawing, the shear mode piezoelectric resonator having a mass load layer according to the present invention includes a
本発明による圧電共振器は前記の図12に図示したように、発振回路を構成するキャパシター CL1とCL2をそれぞれ入力電極-共通電極間、出力電極-共通電極間に作用する静電容量で構成した積層型ベース基板と振動素子を保護するためのカバーを利用して圧電共振器を製作した。 In the piezoelectric resonator according to the present invention, as shown in FIG. 12, the capacitors CL1 and CL2 constituting the oscillation circuit are configured with capacitances acting between the input electrode and the common electrode and between the output electrode and the common electrode, respectively. A piezoelectric resonator was manufactured using a multilayer base substrate and a cover for protecting the vibration element.
積層型ベース基板160は内装型キャパシターを具備した回路構成要素の役目を遂行することと同時に、振動素子140を保護し、圧電共振器がPCなどの電子器機のボード上に設置することができるようにするパッケージ要素の作用をするので、所定の静電容量を形成するための適当な誘電率とシート厚さ及びパッケージ要素としての要求条件である塑性の機械的な強度を維持しなければならない。
The
このような積層型ベース基板の製作、振動素子の設置及びカバーの接着等の圧電共振器の製造工程を詳しく説明する。 The manufacturing process of the piezoelectric resonator, such as the production of such a laminated base substrate, the installation of the vibration element, and the adhesion of the cover, will be described in detail.
先に、ベース基板160は素材を誘電率20内外のMgTiO3誘電体セラミックス素材を使用し、前記実試例1で説明したドクターブレイドテープキャスティング(doctor blade tape casting)法によって50μm厚さのシートで成形した。以後 Ag/Pd電極をスクリーン印刷法によって交賛に印刷して各層間に静電容量が形成されるようにし、本実試例では3回印刷してCL1とCL2がそれぞれ15pFになるようにした。
First, the
前記CL1、CL2の静電容量は印刷回数及びパターンの大きさの調節によって 3〜50pFの範囲で調節可能である。 The capacitances of CL1 and CL2 can be adjusted in the range of 3 to 50 pF by adjusting the number of printings and the pattern size.
振動素子140はベース基板の入出力電極に補助電極40と外部電極30がそれぞれ導電性接着剤164またはソルダによって設置され、その上部にカバー120が接着剤によってベース基板160に接着されて振動素子140を保護する役目をするようになる。
In the
前記カバー120は金属材またはセラミックス材が皆適用可能である。前記圧電共振器の発振周波数は振動素子の共振周波数を調整することによって成し遂げ、積層型ベース基板160を使って部品の高さを低めて小型及び精緻に製作することができる。
The
また、振動素子に賦課される高分子エポキシなどの質量荷重効果付与物質の塗布を振動素子をベース基板に設置した後に遂行する方式も本発明が属する分野に携わる者には自明なことで本発明の実試例が本発明の請求範囲を制限しないことを明らかにしておく。 Further, a method of performing application of a mass load effect imparting substance such as a polymer epoxy imposed on the vibration element after the vibration element is installed on the base substrate is obvious to those skilled in the art to which the present invention belongs. It should be clarified that the actual example does not limit the scope of the claims of the present invention.
振動素子の電極はベース基板に設置されて圧電共振器の入出力端子と接続され、交流信号が認可されば、振動素子は分極方向に対応する固有の振動を起こして、共振-反共振周波数の間にあたる周波数領域に対して電気的に柔道性リアクティブ(reactive)素子と同値なので、ICの反転増幅器と結合されたコルピツ発振回路の一部と作用して、上述した固有の共振周波数と発振回路の負荷用量CL1、CL2に係わる周波数で発振するようになる。したがって、圧電共振器の発振周波数は振動素子の共振周波数に比例するので、圧電共振器の発振周波数の調整が可能である。 The electrodes of the vibration element are installed on the base substrate and connected to the input / output terminals of the piezoelectric resonator, and if an AC signal is approved, the vibration element causes a specific vibration corresponding to the polarization direction and has a resonance-antiresonance frequency. Since it is electrically equivalent to a judo reactive element in the frequency range between them, it works with a part of the Colpitts oscillation circuit coupled with the inverting amplifier of the IC, and the above-described inherent resonance frequency and oscillation circuit Oscillates at a frequency related to the load doses CL1 and CL2. Therefore, since the oscillation frequency of the piezoelectric resonator is proportional to the resonance frequency of the vibration element, the oscillation frequency of the piezoelectric resonator can be adjusted.
前記のように構成された本発明によるシアモード振動素子は全体素子の共振周波数が積層シートの厚さによって決まり、各シートはお互いに対称的な振動をするので、全体振動素子の共振特性に不要波がなく、高周波圧電共振器の製作が容易いだけでなく、厚さシア振動モードで振動することによって、電気機械結合係数が大きく、圧電定数が大きい振動モードを使うようになることによって厚さ振動モードを使った従来の方式に比べて振動素子の有効振動面積が相対的に小さくしても同等の振動性能が維持され、これによって従来の振動素子に比べて小型化した振動素子の製作に効果的である。 In the shear mode vibration element according to the present invention configured as described above, the resonance frequency of the entire element is determined by the thickness of the laminated sheet, and each sheet vibrates symmetrically with each other. Not only is it easy to fabricate high-frequency piezoelectric resonators, but it also vibrates in thickness shear vibration mode, so that it uses a vibration mode with a large electromechanical coupling coefficient and a large piezoelectric constant. Even if the effective vibration area of the vibration element is relatively small compared to the conventional method that uses the vibration element, the same vibration performance is maintained, which is effective for manufacturing a vibration element that is smaller than the conventional vibration element. It is.
また、積層型ベース基板を使って圧電共振器部品の製作の時、別途のキャパシター素子が必要ない構造を提供して高周波ながらも小型である共振器部品を提供することができる効果がある。 In addition, when a piezoelectric resonator component is manufactured using a multilayer base substrate, a structure that does not require a separate capacitor element is provided, and a resonator component that is small in size but high in frequency can be provided.
さらに、質量荷重層を持つ振動素子は積層の時、あらかじめ形成したダミー層の厚さを調整する方法と振動素子の表面に高分子エポキシなどの高分子物質を塗布して質量荷重層を形成することによって、振動素子の共振周波数が質量荷重効果によって調整されてより精緻な周波数の調節が可能であり、このような振動素子とキャパシターを内装した積層型ベース基板を利用して圧電共振器を製作することによって圧電共振器の大量生産が可能であり、同時に発振周波数の微細調整を通じて精緻な発振周波数を持ち、部品の高さが低い圧電共振器の製作を容易にする効果がある。 Furthermore, when a vibration element having a mass load layer is laminated, a method of adjusting the thickness of a dummy layer formed in advance and a mass substance layer are formed by applying a polymer substance such as a polymer epoxy on the surface of the vibration element. Therefore, the resonance frequency of the vibration element is adjusted by the mass load effect, and more precise frequency adjustment is possible. A piezoelectric resonator is manufactured using a multilayer base substrate with such a vibration element and a capacitor. By doing so, it is possible to mass-produce piezoelectric resonators, and at the same time, it has the effect of facilitating the manufacture of piezoelectric resonators having a precise oscillation frequency through fine adjustment of the oscillation frequency and a low component height.
10 圧電シート(piezoelectric sheet)
20 内部電極
30 外部電極
40 補助電極
50 高分子物質
60、60' ダミー層
120 カバー
140 振動素子
160 ベース基板(base substrate)
162 電極
164 導電性接着剤
200 圧電共振器
10 Piezoelectric sheet
20
Claims (19)
内部電極パターンが印刷された少なくとも2個以上の複数の圧電体シートを積層させて構成され、
内部電極の中で中端から一側端部まで延長されるように形成された入力電極は補助電極によって相互繋がれ、前記入力電極の間に形成された出力電極の端部は外部電極によってお互いに繋がれ、
長さ方向に震動されるように長さ方向に分極されることを特徴とする震動素子。 In the vibration element,
It is composed by laminating at least two or more piezoelectric sheets on which internal electrode patterns are printed,
Among the internal electrodes, the input electrodes formed to extend from the middle end to the one side end are interconnected by auxiliary electrodes, and the ends of the output electrodes formed between the input electrodes are mutually connected by the external electrodes. Connected to
A vibration element characterized by being polarized in the length direction so as to vibrate in the length direction.
内部電極パターンが印刷された少なくとも2個以上の複数の圧電体シートを積層させて構成され、内部電極の中で中端から一側端部まで延長されるように形成された入力電極は補助電極によって相互繋がれ、前記入力電極の間に形成されるが、前記入力電極と一部が重なるように形成された出力電極の端部は外部電極によってお互いに繋がれ、圧電体シートの長さ方向に分極された震動素子と;
キャパシターを内装したベース基板と;
前記震動素子を保護するための保護カバーとで構成されることを特徴とする圧電共振器。 In the piezoelectric resonator,
The input electrode formed by laminating at least two or more piezoelectric sheets printed with the internal electrode pattern and extending from the middle end to one side end of the internal electrode is an auxiliary electrode. Are formed between the input electrodes, but the ends of the output electrodes formed so as to partially overlap the input electrodes are connected to each other by external electrodes, and the length direction of the piezoelectric sheet With a polarized vibration element;
A base substrate with an internal capacitor;
A piezoelectric resonator comprising a protective cover for protecting the vibration element.
入出力電極に対応する内部電極パターンが印刷した少なくとも2個以上の複数の圧電体シートを積層させて構成され、内部電極の中で中端から一側端部まで延長されるように形成された入力電極は補助電極によって相互繋がれ、前記入力電極の間に形成された出力電極の端部は外部電極によってお互いに繋がれ、 長さ方向に震動されるように長さ方向に分極され、長さ方向の外部面の中で一つ以上の面に質量荷重層が形成されることを特徴とする震動素子。 In the vibration element,
Constructed by laminating at least two or more piezoelectric sheets printed with internal electrode patterns corresponding to input / output electrodes, and extended from the middle end to one side end of the internal electrodes The input electrodes are interconnected by auxiliary electrodes, and the end portions of the output electrodes formed between the input electrodes are connected to each other by external electrodes and polarized in the longitudinal direction so as to vibrate in the longitudinal direction. A vibration element, wherein a mass load layer is formed on one or more of the lateral outer surfaces.
入出力電極に対応する内部電極パターンが印刷された少なくとも2個以上の複数の圧電体シートを積層させて構成され、内部電極の中で中端から一側端部まで延長されるように形成された入力電極は補助電極によって相互繋がれ、前記入力電極の間に形成された出力電極の端部は外部電極によってお互いに繋がれ、 長さ方向に震動されるように長さ方向に分極され、少なくとも長さ方向の外部面の中で一つ以上の面の一部または全部に高分子物質を塗布するか、前記内部電極の外側に内部電極の間の間隔とは違う厚さを持つダミー層が少なくとも1個以上形成して構成された震動素子と;
キャパシターを内装したベース基板と;
前記震動素子を保護するための保護カバーで構成されることを特徴とする圧電共振器。 In the piezoelectric resonator,
It is constructed by laminating at least two or more piezoelectric sheets on which internal electrode patterns corresponding to input / output electrodes are printed, and is formed so as to extend from the middle end to one side end in the internal electrodes. The input electrodes are interconnected by auxiliary electrodes, and the ends of the output electrodes formed between the input electrodes are interconnected by external electrodes and polarized in the longitudinal direction so as to vibrate in the longitudinal direction, A dummy layer having a thickness different from the interval between the internal electrodes on the outside of the internal electrodes, or by applying a polymer substance to at least a part or all of one or more of the external surfaces in the longitudinal direction And at least one vibration element formed and configured;
A base substrate with an internal capacitor;
A piezoelectric resonator comprising a protective cover for protecting the vibration element.
The piezoelectric resonator according to claim 16, wherein a capacitance of a capacitor having the base substrate is 3 to 50 pF.
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011135128A (en) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Kyocera Corp | Piezoelectric component |
US20110248606A1 (en) * | 2010-04-13 | 2011-10-13 | Seiko Epson Corporation | Resonator element, resonator, and piezoelectric device |
-
2005
- 2005-12-21 JP JP2005368413A patent/JP2006187000A/en active Pending
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JP2011135128A (en) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Kyocera Corp | Piezoelectric component |
US20110248606A1 (en) * | 2010-04-13 | 2011-10-13 | Seiko Epson Corporation | Resonator element, resonator, and piezoelectric device |
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