JP4434082B2 - 圧電共振子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は圧電基板の両面に振動電極が対向して形成され、これら振動電極間で圧電振動が閉じ込められる圧電共振子の製造方法、特に周波数の調整方法に関するものである。
近年、発振子やフィルタ等の圧電共振子の分野において、周波数の高精度化の要求が高まっている。従来では周波数調整インクを電極上に塗布し、その質量負荷により周波数を調整していた。しかしながら、上記のような方法ではインクの塗布量のバラツキが大きいため、周波数の集中度が低く、高精度化に対応できなかった。
このような問題を解決するため、特許文献１には、圧電基板上の両面に振動電極を形成しておき、この振動電極上に所定厚みの金属膜、例えば金属薄膜を乾式法により形成する周波数調整方法が提案されている。
すなわち、圧電基板上に最終形状である振動電極を形成しておき、圧電基板の振動電極を除いた全面にエッチングレジストインクを塗布し、金属材料を振動電極上に蒸着またはスパッタにより付着させ、エッチングレジストインクを除去するものである。また、エッチングレジストインクを用いる方法以外に、圧電基板の振動電極を除く領域をメタルマスクでマスキングし、金属材料を蒸着またはスパッタする方法も開示されている。
すなわち、圧電基板上に最終形状である振動電極を形成しておき、圧電基板の振動電極を除いた全面にエッチングレジストインクを塗布し、金属材料を振動電極上に蒸着またはスパッタにより付着させ、エッチングレジストインクを除去するものである。また、エッチングレジストインクを用いる方法以外に、圧電基板の振動電極を除く領域をメタルマスクでマスキングし、金属材料を蒸着またはスパッタする方法も開示されている。
特許文献２には、圧電基板の両面に金属膜を形成し、分極して、周波数を測定した後、所要の周波数になるまで蒸着膜を形成し、その後、電極形状にパターニングする技術が開示されている。
特許文献１のように乾式法で振動電極上に金属薄膜を形成する方法では、膜厚を正確にコントロールできるので、共振周波数を±０．１％程度の微小単位で精度よく調整できる利点がある。
上記方法では、振動電極上にのみ金属薄膜を重ねて形成する必要がある。しかしながら、エッチングレジストインクを用いる方法あるいはメタルマスクでマスキングする方法のいずれの場合も、エッチングレジストインクあるいはメタルマスクを振動電極に対して正確に位置合わせすることが困難であり、正確な周波数調整が難しいという問題がある。特に近年、圧電共振子の小型化が進み、振動電極も微細構造となる傾向にあるが、この場合にはエッチングレジストインクあるいはメタルマスクの僅かなずれでも、調整精度に大きな影響を及ぼす。
上記方法では、振動電極上にのみ金属薄膜を重ねて形成する必要がある。しかしながら、エッチングレジストインクを用いる方法あるいはメタルマスクでマスキングする方法のいずれの場合も、エッチングレジストインクあるいはメタルマスクを振動電極に対して正確に位置合わせすることが困難であり、正確な周波数調整が難しいという問題がある。特に近年、圧電共振子の小型化が進み、振動電極も微細構造となる傾向にあるが、この場合にはエッチングレジストインクあるいはメタルマスクの僅かなずれでも、調整精度に大きな影響を及ぼす。
図４は上記従来の方法により振動電極上に金属薄膜を形成した状態を示す。図４の（ａ）は振動電極６０の上に金属薄膜６１が正確に形成された場合、（ｂ）は振動電極６０と金属薄膜６１との間にずれδがある場合である。なお、６２は圧電基板である。
（ａ）のように振動電極６０の上に金属薄膜６１が正確に形成された場合には、最終的な振動電極の厚みは均一であるが、（ｂ）のように金属薄膜６１が振動電極６０に対してずれδがあると、最終的な振動電極に厚みの厚い部分と薄い部分とが発生し、周波数が目標値に対してずれてしまう。
（ａ）のように振動電極６０の上に金属薄膜６１が正確に形成された場合には、最終的な振動電極の厚みは均一であるが、（ｂ）のように金属薄膜６１が振動電極６０に対してずれδがあると、最終的な振動電極に厚みの厚い部分と薄い部分とが発生し、周波数が目標値に対してずれてしまう。
特許文献２のような調整方法では、１回目の電極の成膜が圧電基板のほぼ全面に対して行われるため、次のような問題がある。
第１に、周波数測定時の圧電振動の閉じ込めが不十分になりやすく、スプリアスが発生し、正確な周波数の測定がしにくい。
第２に、成膜面積が大きいため、スパッタ等を用いて成膜する場合には圧電基板の温度が高くなりやすく、デポールが発生しやすい。
特開平５−２９８６４号公報
特開平６−２２４６７７号公報
第１に、周波数測定時の圧電振動の閉じ込めが不十分になりやすく、スプリアスが発生し、正確な周波数の測定がしにくい。
第２に、成膜面積が大きいため、スパッタ等を用いて成膜する場合には圧電基板の温度が高くなりやすく、デポールが発生しやすい。
そこで、本発明の目的は、微細寸法の振動電極を有する圧電共振子であっても、周波数を高精度に調整でき、かつ面倒な位置合わせ作業を必要としない圧電共振子の製造方法を提供することにある。
他の目的は、周波数測定時のスプリアスの発生を抑制し、周波数測定の精度を上げるとともに、圧電基板のデポールの発生を抑制できる圧電共振子の製造方法を提供することにある。
他の目的は、周波数測定時のスプリアスの発生を抑制し、周波数測定の精度を上げるとともに、圧電基板のデポールの発生を抑制できる圧電共振子の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、圧電基板の両面に振動電極とこの振動電極に接続された引出電極とが形成され、上記振動電極が圧電基板を間にして対向しており、上記振動電極間で厚みすべり振動モード又は厚み縦振動モードの閉じ込め振動が励振される圧電共振子の製造方法において、上記圧電基板の両面に、上記振動電極および引出電極を含む領域に第１電極を形成する工程であって、これら第１電極の対向部分間で上記圧電共振子と同じ振動モードの閉じ込め振動が励振されるように第１電極を部分電極形状とする工程と、上記第１電極を形成した共振子に測定器を接続し、圧電基板の両面に形成された第１電極の対向部分間で閉じ込め振動を励振させ、その周波数を測定する工程と、上記測定した周波数と最終的な圧電共振子の周波数との差を基にして周波数調整に必要な金属膜の厚みを決定する工程と、上記決定した厚みの金属膜よりなる第２電極を、上記圧電基板の片面もしくは両面の上記振動電極を含む領域に上記第１電極の上に重ねて形成する工程と、上記圧電基板の両面の上記第１電極および第２電極を部分的に除去して最終的な振動電極および引出電極にパターン形成する工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の製造方法を提供する。
本発明では、圧電基板上に最終形状となる振動電極を予め形成しておくのではなく、最終的な振動電極より広い領域の第１電極を圧電基板上に形成しておく。第１電極は、振動を閉じ込めることができる部分電極形状とされている。
次に、第１電極が形成された共振子の周波数、例えば共振周波数、反共振周波数または位相を測定する。測定した周波数を基にして周波数調整に必要な金属膜の厚みを決定し、この決定した厚みの金属膜よりなる第２電極を圧電基板の振動電極を含む領域に形成する。つまり、第１電極上に第２電極を重ねて形成する。このとき、第１電極と第２電極とは同一形状である必要がなく、また正確に位置合わせして形成する必要もない。少なくとも最終的な振動電極より広い領域に形成されておればよい。
その後、第１電極および第２電極のうち不要な部分を除去することにより、振動電極及び引出電極にパターン形成する。第１電極、第２電極の形成後にパターニングされた振動電極は、全体に振動電極の外周部端縁まで第１電極，第２電極が積層された構造となっており、振動電極は一定の厚みを有する。しかも、図４のように第１電極と第２電極との間にずれが発生することもない。パターン形成の方法は任意であり、例えばエッチングなど公知の方法を用いればよい。振動電極のパターン形成に際し、従来のように予め形成された振動電極の上に金属膜を正確に位置合わせして形成するのではなく、広い面積に形成された第１電極と第２電極の不要部を除去してパターン形成するだけであるから、高精度な振動電極を簡単に形成できる。また、重ねて形成された第１電極と第２電極の不要部を除去するので、振動電極には厚みの厚い部分と薄い部分とが発生せず、厚みが一定しており、周波数が目標値に対してずれることがない。
なお、第２電極は圧電基板の両面に形成する必要はなく、片面のみに形成されていてもよい。第２電極を圧電基板の片面のみに形成した場合には、圧電基板の片面の振動電極は第１電極と第２電極との積層構造であり、他面の振動電極は第１電極のみで構成される。
次に、第１電極が形成された共振子の周波数、例えば共振周波数、反共振周波数または位相を測定する。測定した周波数を基にして周波数調整に必要な金属膜の厚みを決定し、この決定した厚みの金属膜よりなる第２電極を圧電基板の振動電極を含む領域に形成する。つまり、第１電極上に第２電極を重ねて形成する。このとき、第１電極と第２電極とは同一形状である必要がなく、また正確に位置合わせして形成する必要もない。少なくとも最終的な振動電極より広い領域に形成されておればよい。
その後、第１電極および第２電極のうち不要な部分を除去することにより、振動電極及び引出電極にパターン形成する。第１電極、第２電極の形成後にパターニングされた振動電極は、全体に振動電極の外周部端縁まで第１電極，第２電極が積層された構造となっており、振動電極は一定の厚みを有する。しかも、図４のように第１電極と第２電極との間にずれが発生することもない。パターン形成の方法は任意であり、例えばエッチングなど公知の方法を用いればよい。振動電極のパターン形成に際し、従来のように予め形成された振動電極の上に金属膜を正確に位置合わせして形成するのではなく、広い面積に形成された第１電極と第２電極の不要部を除去してパターン形成するだけであるから、高精度な振動電極を簡単に形成できる。また、重ねて形成された第１電極と第２電極の不要部を除去するので、振動電極には厚みの厚い部分と薄い部分とが発生せず、厚みが一定しており、周波数が目標値に対してずれることがない。
なお、第２電極は圧電基板の両面に形成する必要はなく、片面のみに形成されていてもよい。第２電極を圧電基板の片面のみに形成した場合には、圧電基板の片面の振動電極は第１電極と第２電極との積層構造であり、他面の振動電極は第１電極のみで構成される。
表裏両方の第１電極が全面電極の場合には、スプリアスが発生するため、正確な周波数測定がしにくくなる。これに対し、本発明では第１電極を圧電振動が閉じ込められる部分電極形状としてあるため、スプリアスの抑えられた周波数測定ができ、正確な周波数測定が可能になる。また、圧電基板に形成される第１電極を全面ではなく、部分電極形状に形成しているので、例えばスパッタによって形成する場合に、スパッタ時の圧電基板の温度上昇を低く抑えることができ、デポールによる特性劣化が起こりにくい。
本発明では、最終的な振動電極とは形状の異なる第１電極を形成した共振子について周波数を測定し、その周波数から調整すべき金属膜の厚みを決定している。そのためには、第１電極を形成した共振子の周波数と最終的な振動電極を形成した共振子の周波数との間に高い相関関係が成立することが必要である。第１電極を形成した共振子の周波数を測定する振動モードと最終的な振動電極を形成した共振子に利用する振動モードとを同一とすることで、両共振子の周波数の相関を高くでき、正確な周波数調整が行える。なお、振動モードとしては、例えば厚みすべり振動モード、厚み縦振動モードなど種々の振動モードを用いることができる。
第１電極は、圧電基板上に形成された下層と、下層の上に積層された上層とで構成され、下層は上層より圧電基板との密着強度の優れた金属層よりなり、上層は下層より導電性に優れた金属層よりなるものがよい。第１電極の下層が圧電基板との密着強度が高いので、第２電極の形成時やパターン形成時に第１電極が圧電基板から剥離するのを防止できる。このような金属層としては、例えばＮｉ−Ｃｕ合金層などが用いられる。一方、第１電極の上層には、導電性に優れた金属層を形成することで、端子電極として用いる場合に、外部の回路と良好な接続を行うことができる。このような金属層としては、例えばＡｇを用いることができる。また、はんだを用いて外部と接続する場合には、第１電極の上層としてはんだ濡れ性のよい金属層を用いるのがよい。
第２電極を、第１電極の上層と同種金属で構成してもよい。すなわち、第１電極の上層には導電性に優れた金属層が用いられ、その上に同様に導電性に優れた金属層を用いることで、第１電極と第２電極との密着性がよくなり、強度の高い電極構造を得ることができる。
第１電極および第２電極を同一形状とすれば、第１電極および第２電極のスパッタ用マスクを共通化することができ、製造コストを低減できる。
第２電極を圧電基板の両面に対して第１電極を反転させた形状に形成するのがよい。この場合も、スパッタ用マスクを共通化できる。また、第１電極を圧電基板表面に部分的に形成すること（周波数測定時の振動の閉じ込め、スパッタによる温度上昇の抑制）と、第２電極を形成することによって圧電基板表面の広い面積に電極を形成すること（電極配置の高い自由度）とを両立できる。つまり、振動電極以外の電極を圧電基板上の任意の場所に配置できる。
本発明によれば、圧電振動が閉じ込められるとともに最終的な振動電極より広い領域の第１電極を圧電基板上に形成しておき、この共振子の周波数を基にして周波数調整に必要な金属膜の厚みを決定し、この決定した厚みの金属膜よりなる第２電極を圧電基板の少なくとも振動電極を含む領域に形成した後、第１電極および第２電極のうち不要な部分を除去して最終的な振動電極をパターン形成するようにしたので、周波数調整のための金属膜を振動電極上にのみ選択的に形成する必要がなく、微細形状の振動電極であっても、振動電極の全領域にわたって電極厚みが正確にコントロールされた電極を形成することができる。その結果、周波数調整の精度向上を実現できる。
また、周波数測定を行う際に、少なくとも一方の第１電極を圧電振動が閉じ込められる部分電極としてあるため、スプリアスの抑えられた周波数測定ができ、正確な周波数測定が可能になる。さらに、第１電極のスパッタ時の圧電基板の温度上昇を低く抑えることができ、デポールによる特性劣化が起こりにくい。
また、周波数測定を行う際に、少なくとも一方の第１電極を圧電振動が閉じ込められる部分電極としてあるため、スプリアスの抑えられた周波数測定ができ、正確な周波数測定が可能になる。さらに、第１電極のスパッタ時の圧電基板の温度上昇を低く抑えることができ、デポールによる特性劣化が起こりにくい。
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
図１Ａ〜図１Ｄは本発明にかかる圧電共振子の第１実施例の製造工程図である。この実施例の圧電共振子は、２端子構造の共振子である。
図１Ａの（ａ），（ｂ）は第１段階における共振子Ａを示す。この共振子Ａは、矩形板状の圧電基板１を備え、この圧電基板１の表裏面には第１電極２，３が形成されている。この実施例の共振子Ａはエネルギー閉じ込め型の厚みすべり振動モード共振子であり、圧電基板１にはその表裏面に平行な方向の分極が施されている。表面の第１電極２と裏面の第１電極３の一端部は、圧電基板１の中央部で対向しており、他端部は圧電基板１のそれぞれ異なる端部へ引き出されている。第１電極２，３の対向部分Ｄ１は、最終的に振動電極となる部分より広い領域を有する。第１電極２，３の対向部分Ｄ１で、厚みすべり振動モードの閉じ込め振動が励振される。この実施例の第１電極２，３はそれぞれ下層２ａ，３ａと上層２ｂ，３ｂの２層構造よりなり、下層２ａ，３ａは例えばＮｉ−Ｃｕ合金層のような圧電基板１との密着強度の優れた金属層よりなり、上層２ｂ，３ｂは例えばＡｇのような導電性およびはんだ濡れ性の良好な金属層よりなる。これら金属層は、スパッタや蒸着などの乾式法や、メッキなどの湿式法で形成される。
この実施例では、第１電極２，３は帯状の部分電極で形成されているが、最終的に振動電極を含む領域に形成されておればよく、一方は全面電極であってもよい。
図１Ａの（ａ），（ｂ）は第１段階における共振子Ａを示す。この共振子Ａは、矩形板状の圧電基板１を備え、この圧電基板１の表裏面には第１電極２，３が形成されている。この実施例の共振子Ａはエネルギー閉じ込め型の厚みすべり振動モード共振子であり、圧電基板１にはその表裏面に平行な方向の分極が施されている。表面の第１電極２と裏面の第１電極３の一端部は、圧電基板１の中央部で対向しており、他端部は圧電基板１のそれぞれ異なる端部へ引き出されている。第１電極２，３の対向部分Ｄ１は、最終的に振動電極となる部分より広い領域を有する。第１電極２，３の対向部分Ｄ１で、厚みすべり振動モードの閉じ込め振動が励振される。この実施例の第１電極２，３はそれぞれ下層２ａ，３ａと上層２ｂ，３ｂの２層構造よりなり、下層２ａ，３ａは例えばＮｉ−Ｃｕ合金層のような圧電基板１との密着強度の優れた金属層よりなり、上層２ｂ，３ｂは例えばＡｇのような導電性およびはんだ濡れ性の良好な金属層よりなる。これら金属層は、スパッタや蒸着などの乾式法や、メッキなどの湿式法で形成される。
この実施例では、第１電極２，３は帯状の部分電極で形成されているが、最終的に振動電極を含む領域に形成されておればよく、一方は全面電極であってもよい。
図１Ｂは第１段階の共振子Ａの表裏の第１電極２，３に測定器４を接続して、共振子Ａの共振周波数ｆｒ1 を測定する工程を示す。
なお、共振周波数ｆｒに限らず、反共振周波数ｆａや位相などの共振特性を測定してもよい。
なお、共振周波数ｆｒに限らず、反共振周波数ｆａや位相などの共振特性を測定してもよい。
図１Ｃの（ａ），（ｂ）は第２段階における共振子Ｂを示す。この共振子Ｂは、第１段階における共振子Ａの第１電極２，３の上であって、かつ最終的に振動電極となる部分より広い領域Ｄ２に金属薄膜よりなる第２電極５，６が形成されている。第２電極５，６は、スパッタや蒸着などの乾式法で形成される。特に、スパッタは膜厚のコントロールが容易であるため、望ましい。第２電極５，６の厚みは、図１Ｂで測定した共振周波数ｆｒ1 を基にして決定される。一例として、次のような関係式を用いて第２電極５，６の厚みを決定できる。
〔共振子Ａの共振周波数〕−〔共振子Ｃの共振周波数〕
＝α×〔第２電極の厚み〕＋β
ここで、α，β：圧電材料、電極形状等による異なる定数
〔共振子Ａの共振周波数〕−〔共振子Ｃの共振周波数〕
＝α×〔第２電極の厚み〕＋β
ここで、α，β：圧電材料、電極形状等による異なる定数
なお、図１Ｃでは、第２電極５，６の形成領域Ｄ２が第１電極２，３の対向部分Ｄ１と対応している例について図示したが、最終的な振動電極より広い領域であれば、第２電極５，６の形成領域Ｄ２が対向部分Ｄ１より広い範囲であってもよいし、狭い範囲であってもよい。さらに、第２電極５，６と第１電極２，３とが同一形状であってもよく、この場合には、同じスパッタマスクを両方の電極形成に共通使用できる。
この実施例では、第２電極５，６は１層構造であり、第１電極２，３の上層２ｂ，３ｂと同種金属（例えばＡｇ）とするのがよい。
この実施例では、第２電極５，６は１層構造であり、第１電極２，３の上層２ｂ，３ｂと同種金属（例えばＡｇ）とするのがよい。
図１Ｃでは、第１電極２，３と第２電極５，６の端縁がずれていない例を示したが、実際には図４のようにずれるのが一般的である。一方、図１Ａのように、第１電極２，３を複数層で形成する場合には、１回のマスキングで形成されるので、一般的にずれは発生しない。
図１Ｄの（ａ），（ｂ）は第３段階つまり最終段階における共振子Ｃを示す。この共振子Ｃは、第２段階における共振子Ｂの第１電極２，３および第２電極５，６の不要部分を、エッチングなどの公知の方法で除去することにより、最終的な振動電極７，８をパターン形成したものである。このとき、振動電極７，８全体が第１電極、第２電極で積層されたパターンとなる。振動電極７，８を形成すると同時に、振動電極７，８と細幅の引出電極９，１０を介して接続された端子電極１１，１２を圧電基板１の両端部の表裏面に形成してある。振動電極７，８の形成領域Ｄ３は第１段階および第２段階における領域Ｄ１，Ｄ２に含まれる。
共振子Ｃの振動電極７，８の厚みは、共振子Ｂの第１電極２，３と第２電極５，６が積層された部分の電極厚みと同じである。第２段階で形成した第２電極５，６の追加厚みにより、共振子Ｃの共振周波数ｆｒ2 は、目標値に近い値に調整されている。
共振子Ｃの振動電極７，８の厚みは、共振子Ｂの第１電極２，３と第２電極５，６が積層された部分の電極厚みと同じである。第２段階で形成した第２電極５，６の追加厚みにより、共振子Ｃの共振周波数ｆｒ2 は、目標値に近い値に調整されている。
上記のように、振動電極７，８のパターン形成に際し、従来のように予め形成された振動電極の上に金属薄膜を正確に位置合わせして形成するのではなく、広い面積に形成された第１電極２，３と第２電極５，６の不要部を除去してパターン形成するだけであるから、高精度な振動電極７，８を簡単に形成できる。また、振動電極７，８には厚みの厚い部分と薄い部分とが発生せず、周波数を目標値に対して高精度に調整できる。
図２Ａ〜図２Ｄは本発明にかかる圧電共振子の第２実施例の製造工程図である。この実施例の圧電共振子は、３端子構造のフィルタである。
図２Ａ，図２Ｂは図１Ａ，図１Ｂと同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。
図２Ａ，図２Ｂは図１Ａ，図１Ｂと同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。
図２Ｃの（ａ），（ｂ）は第２段階における共振子Ｂ１を示す。この共振子Ｂ１の表面側については、第１段階における共振子Ａの対向部分Ｄ１から第１電極２が形成されていない圧電基板１の端部まで延びる第２電極２０が形成され、共振子Ｂ１の裏面側については、第１段階における共振子Ａの対向部分Ｄ１から第１電極３が形成されていない圧電基板１の端部まで延びる第２電極２１が形成されている。つまり、共振子Ｂ１の表面および裏面は第１，第２電極によってほぼ全面が覆われている。これら第２電極２０，２１も金属薄膜よりなり、スパッタや蒸着などの乾式法で形成される。この実施例の第２電極２０，２１は、第１電極２，３と同様にＮｉ−Ｃｕ合金層のような下層２０ａ，２１ａとＡｇのような上層２０ｂ，２１ｂとの２層構造で形成されている。
第２電極２０，２１の厚みは、図２Ｂで測定した共振周波数ｆｒ1 を基にして決定される。この実施例では、第２電極２０，２１は第１電極２，３に対して表裏反転した形状となっている。つまり、同一寸法のスパッタマスクを第１電極２，３と第２電極２０，２１の形成時に反転して使用することができる。
図２Ｃでは、第２電極２０，２１と第１電極２，３との重なり部分Ｄ４が、第１電極２，３の対向部分Ｄ１と対応している例について図示したが、最終的な振動電極の領域Ｄ５より広い領域であれば、第２電極２０，２１と第１電極２，３との重なり部分Ｄ４が対向部分Ｄ１より広い範囲であってもよいし、狭い範囲であってもよい。
図２Ｃでは、第２電極２０，２１と第１電極２，３との重なり部分Ｄ４が、第１電極２，３の対向部分Ｄ１と対応している例について図示したが、最終的な振動電極の領域Ｄ５より広い領域であれば、第２電極２０，２１と第１電極２，３との重なり部分Ｄ４が対向部分Ｄ１より広い範囲であってもよいし、狭い範囲であってもよい。
図２Ｄの（ａ）〜（ｃ）は第３段階つまり最終段階における共振子Ｃ１を示す。この共振子Ｃ１は、第２段階における共振子Ｂ１の第１電極２，３および第２電極２０，２１の不要部分を、エッチングなどの公知の方法で除去することにより、最終的な振動電極２２〜２４をパターン形成したものである。圧電基板１の表面の振動電極２２，２３は微小な隙間をあけて形成された幅狭な電極よりなり、裏面の振動電極２４は表面の振動電極２２，２３と対向する幅広な電極で形成されている。振動電極２２〜２４の形成領域Ｄ５は第１段階および第２段階における領域Ｄ１，Ｄ４に比べて小さい。振動電極２２〜２４を形成すると同時に、振動電極２２〜２４と細幅の引出電極２５〜２７を介して接続された端子電極２８〜３０を圧電基板１の表裏面に形成してある。
端子電極２８，２９を入出力端子とし、端子電極３０を接地端子とすれば、共振子Ｃ１をフィルタとして使用できる。
共振子Ｃ１の振動電極２２〜２４の厚みは、共振子Ｂ１の第１電極２，３と第２電極２０，２１が積層された部分の電極厚みと同じである。第２段階で形成した第２電極２０，２１の追加厚みにより、共振子Ｃ１の共振周波数ｆｒ3 は、目標値に近い値に調整されている。
端子電極２８，２９を入出力端子とし、端子電極３０を接地端子とすれば、共振子Ｃ１をフィルタとして使用できる。
共振子Ｃ１の振動電極２２〜２４の厚みは、共振子Ｂ１の第１電極２，３と第２電極２０，２１が積層された部分の電極厚みと同じである。第２段階で形成した第２電極２０，２１の追加厚みにより、共振子Ｃ１の共振周波数ｆｒ3 は、目標値に近い値に調整されている。
この実施例では、第１段階の共振子Ａと最終段階の共振子Ｃ１との間に形状の共通性はないが、共にエネルギー閉じ込め型厚みすべり振動モードを利用した共振子であり、両者の共振周波数間に高い相関が成立するので、共振子Ａの共振周波数ｆｒ1 を基にして第２電極２０，２１の厚みを決定することができる。第１段階の共振子Ａに対して、金属薄膜よりなる第２電極２０，２１を厚みをコントロールしながら形成することで、目標とする共振周波数へ高精度に調整できる。
図３Ａ〜図３Ｄは本発明にかかる圧電共振子の第３実施例の製造工程図である。この実施例の圧電共振子は、２個の３端子フィルタを１枚の圧電基板上に形成し、２段の二重モードフィルタを構成したものである。
図３Ａの（ａ），（ｂ）は第１段階における共振子Ａ２を示す。この共振子Ａ２は、長方形状の圧電基板３１を備え、圧電基板３１にはその表裏面に平行な方向の分極が施されている。圧電基板３１の表裏面には第１電極３２，３３，３４が形成されている。表面の第１電極３２は圧電基板１の中央部に形成され、裏面の第１電極３３，３４は圧電基板１の両端部に形成され、表面の第１電極３２と裏面の第１電極３２，３３とは圧電基板３１の２箇所で対向している。第１電極３２と３３、３２と３４の対向部分Ｄ６は、最終的に振動電極となる部分より広い領域を有し、これら対向部分Ｄ６で厚みすべり振動モードの閉じ込め振動が励振される。この実施例の第１電極３２〜３４も第１，第２実施例と同様に２層構造よりなり、スパッタや蒸着などの乾式法で形成される。
図３Ａの（ａ），（ｂ）は第１段階における共振子Ａ２を示す。この共振子Ａ２は、長方形状の圧電基板３１を備え、圧電基板３１にはその表裏面に平行な方向の分極が施されている。圧電基板３１の表裏面には第１電極３２，３３，３４が形成されている。表面の第１電極３２は圧電基板１の中央部に形成され、裏面の第１電極３３，３４は圧電基板１の両端部に形成され、表面の第１電極３２と裏面の第１電極３２，３３とは圧電基板３１の２箇所で対向している。第１電極３２と３３、３２と３４の対向部分Ｄ６は、最終的に振動電極となる部分より広い領域を有し、これら対向部分Ｄ６で厚みすべり振動モードの閉じ込め振動が励振される。この実施例の第１電極３２〜３４も第１，第２実施例と同様に２層構造よりなり、スパッタや蒸着などの乾式法で形成される。
図３Ｂは第１段階の共振子Ａ２の第１電極３３，３４の間に測定器４を接続して、共振子Ａ２の共振周波数を測定する工程を示す。
図３Ｃは第２段階における共振子Ｂ２を示す。この共振子Ｂ２では、第１段階における共振子Ａ２の表裏面に、第１電極３２〜３４に対して表裏反転した形状の第２電極３５〜３７が形成されている。そのため、共振子Ｂ２の表裏面は第１，第２電極によってほぼ全面が覆われている。第２電極３５〜３７も第１電極３２〜３４と同様にスパッタや蒸着などの乾式法で形成される。この実施例の第２電極３５〜３７も２層構造よりなるが、１層構造であってもよい。
第２電極３５〜３７の厚みは、図３Ｂで測定した共振周波数を基にして決定される。第２電極３５〜３７は第１電極３２〜３４に対して表裏反転した形状であるため、同一寸法のスパッタマスクを第１電極３２〜３４と第２電極３５〜３７の形成時に反転して使用することができる。
図３Ｃでは、第２電極３５〜３７と第１電極３２〜３４との重なり部分Ｄ７が、第１電極３２〜３４の対向部分Ｄ６と一致している例を示したが、最終的な振動電極の領域Ｄ８より広い領域であれば、重なり部分Ｄ７が対向部分Ｄ６より広い範囲であってもよいし、狭い範囲であってもよい。
第２電極３５〜３７の厚みは、図３Ｂで測定した共振周波数を基にして決定される。第２電極３５〜３７は第１電極３２〜３４に対して表裏反転した形状であるため、同一寸法のスパッタマスクを第１電極３２〜３４と第２電極３５〜３７の形成時に反転して使用することができる。
図３Ｃでは、第２電極３５〜３７と第１電極３２〜３４との重なり部分Ｄ７が、第１電極３２〜３４の対向部分Ｄ６と一致している例を示したが、最終的な振動電極の領域Ｄ８より広い領域であれば、重なり部分Ｄ７が対向部分Ｄ６より広い範囲であってもよいし、狭い範囲であってもよい。
図３Ｄの（ａ）〜（ｃ）は第３段階（最終段階）における共振子Ｃ２を示す。この共振子Ｃ２は、第２段階における共振子Ｂ２の第１電極３２〜３４および第２電極３５〜３７の不要部分を、エッチングなどの公知の方法で除去することにより、最終的な振動電極３８〜４０、４１〜４３をパターン形成したものである。圧電基板３１の表面の振動電極３８，３９および４１，４２は微小な隙間をあけて形成された幅狭な電極よりなり、裏面の振動電極４０，４３は表面の振動電極３８，３９および４１，４２と対向する幅広な電極で形成されている。振動電極３８〜４０の形成領域Ｄ８は第１段階および第２段階における領域Ｄ６，Ｄ７に比べて小さい。同様に、振動電極４１〜４３の形成領域Ｄ８は第１段階および第２段階における領域Ｄ６，Ｄ７に比べて小さい。振動電極３８〜４０、４１〜４３の形成と同時に、振動電極３８，４２と細幅の引出電極４４，４５を介して接続された端子電極４６，４７が圧電基板３１の表面の両端部に形成され、振動電極３９，４１を相互に接続する細幅の接続電極４８が圧電基板３１の表面の中央部に形成される。さらに、振動電極４０，４３と引出電極４９，５０を介して接続された端子電極５１が圧電基板３１の裏面の中央部に形成される。端子電極４６，４７を入出力端子とし、端子電極５１を接地端子とすれば、共振子Ｃ２を２段の二重モードフィルタとして使用できる。
共振子Ｃ２の振動電極３８〜４０、４１〜４３の厚みは、共振子Ｂ２の第１電極３２〜３４と第２電極３５〜３７が積層された部分の電極厚みと同じである。第２段階で形成した第２電極３５〜３７の追加厚みにより、共振子Ｃ２の共振周波数は目標値に近い値に調整される。
共振子Ｃ２の振動電極３８〜４０、４１〜４３の厚みは、共振子Ｂ２の第１電極３２〜３４と第２電極３５〜３７が積層された部分の電極厚みと同じである。第２段階で形成した第２電極３５〜３７の追加厚みにより、共振子Ｃ２の共振周波数は目標値に近い値に調整される。
上記説明では、圧電共振子単体としての製造方法について説明したが、実際の製造工程では、圧電基板が複数個連結されたマザー基板状態で第１電極が形成され、ｆｒ測定、第２電極の形成、パターン形成などが実施され、その後で個々の素子に分離カットされる。分離カットされた個々の素子は、さらにｆｒ測定などが実施されてもよい。
上記説明では、厚みすべり振動モードの共振子について説明したが、厚み縦振動モードの共振子にも同様に適用できる。
上記実施例では、第１電極として上下２層構造の電極について説明したが、１層構造あるいは３層以上の構造であってもよいことは勿論である。
同様に、第２電極も２層に限らず、１層あるいは３層以上であってもよい。
上記説明では、厚みすべり振動モードの共振子について説明したが、厚み縦振動モードの共振子にも同様に適用できる。
上記実施例では、第１電極として上下２層構造の電極について説明したが、１層構造あるいは３層以上の構造であってもよいことは勿論である。
同様に、第２電極も２層に限らず、１層あるいは３層以上であってもよい。
上記第１〜第３実施例では、圧電基板の両面の第１電極の上にそれぞれ第２電極を形成したが、第２電極を圧電基板の片面の第１電極の上だけに形成してもよい。この場合、片面の振動電極は第１電極、第２電極で積層されたパターンとなるが、他面の振動電極は第１電極のみで構成されたパターンとなる。
Ａ 第１段階における共振子
Ｂ 第２段階における共振子
Ｃ 第３段階（最終段階）における共振子
１，３１ 圧電基板
２，３，３２〜３４ 第１電極
４ 測定器
５，６，３５〜３７ 第２電極
７，８，２２〜２４，３８〜４０、４１〜４３ 振動電極
Ｂ 第２段階における共振子
Ｃ 第３段階（最終段階）における共振子
１，３１ 圧電基板
２，３，３２〜３４ 第１電極
４ 測定器
５，６，３５〜３７ 第２電極
７，８，２２〜２４，３８〜４０、４１〜４３ 振動電極
Claims (5)
- 圧電基板の両面に振動電極とこの振動電極に接続された引出電極とが形成され、上記振動電極が圧電基板を間にして対向しており、上記振動電極間で厚みすべり振動モード又は厚み縦振動モードの閉じ込め振動が励振される圧電共振子の製造方法において、
上記圧電基板の両面に、上記振動電極および引出電極を含む領域に第１電極を形成する工程であって、これら第１電極の対向部分間で上記圧電共振子と同じ振動モードの閉じ込め振動が励振されるように第１電極を部分電極形状とする工程と、
上記第１電極を形成した共振子に測定器を接続し、圧電基板の両面に形成された第１電極の対向部分間で閉じ込め振動を励振させ、その周波数を測定する工程と、
上記測定した周波数と最終的な圧電共振子の周波数との差を基にして周波数調整に必要な金属膜の厚みを決定する工程と、
上記決定した厚みの金属膜よりなる第２電極を、上記圧電基板の片面もしくは両面の上記振動電極を含む領域に上記第１電極の上に重ねて形成する工程と、
上記圧電基板の両面の上記第１電極および第２電極を部分的に除去して最終的な振動電極および引出電極にパターン形成する工程と、
を備えたことを特徴とする圧電共振子の製造方法。 - 上記第１電極は、圧電基板上に形成された下層と、下層の上に積層された上層とで構成され、上記下層は上層より圧電基板との密着強度の優れた金属層よりなり、上記上層は下層より導電性に優れた金属層よりなることを特徴とする請求項１に記載の圧電共振子の製造方法。
- 上記第２電極は、上記第１電極の上層と同種金属で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電共振子の製造方法。
- 上記第１電極および第２電極が同一形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電共振子の製造方法。
- 上記第２電極が圧電基板の両面に対して第１電極を反転させた形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電共振子の製造方法。
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