CN1175563C - 压电谐振器和压电谐振器部件 - Google Patents
压电谐振器和压电谐振器部件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1175563C CN1175563C CNB001225529A CN00122552A CN1175563C CN 1175563 C CN1175563 C CN 1175563C CN B001225529 A CNB001225529 A CN B001225529A CN 00122552 A CN00122552 A CN 00122552A CN 1175563 C CN1175563 C CN 1175563C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezo
- electric resonator
- length
- piezoelectric substrate
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 131
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 27
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 20
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N [Sr].[Bi] Chemical compound [Sr].[Bi] VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 5
- -1 bismuth-strontium-titanium-lanthanum Chemical compound 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 24
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 35
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 32
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 21
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 21
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 15
- FHKPLLOSJHHKNU-INIZCTEOSA-N [(3S)-3-[8-(1-ethyl-5-methylpyrazol-4-yl)-9-methylpurin-6-yl]oxypyrrolidin-1-yl]-(oxan-4-yl)methanone Chemical compound C(C)N1N=CC(=C1C)C=1N(C2=NC=NC(=C2N=1)O[C@@H]1CN(CC1)C(=O)C1CCOCC1)C FHKPLLOSJHHKNU-INIZCTEOSA-N 0.000 description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 10
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 8
- DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 6-[3-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-3-oxopropyl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)C(CCC1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)=O DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 7
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XMWCXZJXESXBBY-UHFFFAOYSA-L manganese(ii) carbonate Chemical compound [Mn+2].[O-]C([O-])=O XMWCXZJXESXBBY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- KZXUOJBIMDIDPH-UHFFFAOYSA-N [O].[Ti].[Sr].[Bi] Chemical compound [O].[Ti].[Sr].[Bi] KZXUOJBIMDIDPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 3
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-NJFSPNSNSA-N hydroxyformaldehyde Chemical compound O[14CH]=O BDAGIHXWWSANSR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical group O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940093474 manganese carbonate Drugs 0.000 description 2
- 235000006748 manganese carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011656 manganese carbonate Substances 0.000 description 2
- 229910000016 manganese(II) carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000018 strontium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000241973 Cryptomyces maximus Species 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017847 Sb—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020836 Sn-Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020935 Sn-Sb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020994 Sn-Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020988 Sn—Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008757 Sn—Sb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009069 Sn—Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009071 Sn—Zn—Bi Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002075 main ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229940074869 marquis Drugs 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 210000003733 optic disk Anatomy 0.000 description 1
- VBUNOIXRZNJNAD-UHFFFAOYSA-N ponazuril Chemical compound CC1=CC(N2C(N(C)C(=O)NC2=O)=O)=CC=C1OC1=CC=C(S(=O)(=O)C(F)(F)F)C=C1 VBUNOIXRZNJNAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/177—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of the energy-trap type
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02062—Details relating to the vibration mode
- H03H9/0207—Details relating to the vibration mode the vibration mode being harmonic
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/05—Holders; Supports
- H03H9/0504—Holders; Supports for bulk acoustic wave devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/05—Holders; Supports
- H03H9/10—Mounting in enclosures
- H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
- H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
一种由有效泊松比小于1/3的压电材料构成的压电基层。所述压电基层具有一对相反的表面，所述相反表面相应地配备有一对振动电极。所述压电基层的相反表面分别是矩形的。所述相反表面1a、1b中的一个表面的长度与该相反表面另一侧的长度Lc之和被限制在2.22mm≤α≤2.24mm或2.34mm≤α≤2.48mm的范围内，所述表面是彼此垂直的。所述相反表面的面积Sc为1.22mm2≤Sc≤2.26mm2或1.35mm2≤Sc≤1.538mm2。因此，尽管使用了有效泊松比小于1/3的压电材料，但可始终利用厚度延长方向基波中的振动。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电谐振器和一种压电谐振器部件。
背景技术
使用压电陶瓷的压电谐振器业已广泛地用于过滤器、谐振器或传感器。具体地说，诸如钛酸铅(PT)和钛酸锆酸铅(PZT)之类的压电材料要比由单晶体构成的称为晶体的压电材料廉价。这种材料已广泛地用作这样的谐振器，它用于在诸如CD-ROM(小型光盘——只读存储器)或DVD(数字通用视盘)之类的记录媒体的再现设备中生成基本信号(基本时钟信号)。但是，由于这些压电材料包含有铅(Pb)，故为关爱环境起见，需要开发出一种不含铅的压电材料。
作为不含铅的压电材料，例如周知有诸如钽酸化合物或铌酸化合物之类的具有钙钛矿结构的化合物及其固溶体以及具有钛铁矿结构的化合物及其固溶体、由含铋(bi)的分层结构构成的化合物或者具有钨—青铜结构的化合物。在这些物质中，由含铋的分层结构构成的化合物具有这样的优异性能：介电常数低、压电性较强、机械质量系数Qm高、居里温度高，从而，这种化合物在高温下很少会性能恶化。
但是，这些压电材料的有效泊松比小于1/3。因此，不能吸收掉其中厚度纵向振动中的基波能量，并且，在与使用有效泊松比为1/3或更大的诸如PZT之类的压电材料的压电谐振器结构相类似的结构中，例如在压电基层的一对相反表面上配备有一对面积比压电基层面积小的电极的结构中，难以利用基波的振动。在使用了上述压电材料的压电谐振器中，存在有多种这样的压电谐振器，它们抑制基波的振动并利用厚度上纵向振动中的三元谐波。
但是，就表示在特定波长易于出现振动的谐振锐度Q值而言，当三元谐波小于基波时，就会有利用三元谐波方面的问题即：具有大Q值的基波的振动会因衰减而受到抑制，从而，必须要获得具有小Q值的三元谐波的振动，因此，不能获得稳定的振动。所以，尽管需要不含铅的压电材料，但难以普遍地付诸实践。
此外，普遍周知的是，压电谐振部件将压电振动器用作谐振器，以获得振荡频率。压电振动器是由这样的压电元压构成的，所述元件具有一对相反的电压，它们位于该元件的一侧或相反的两侧。压电振动器按这样的方式层压在电容元件上即：位于厚度方向上的一侧面波此相对向，所述电容元件上形成有两个充电电容。此外，配备有连接导体以便按电学和机械的方式连接输入电极、输出电机和接地电极。配备有一罩帽以封住压电谐振部件。
例如在JP-A-60-123120、JP-A-1-236715、JP-A-8-237066或JP-A-10-135215以及其它专利中公开了这种压电谐振部件。
作为使用厚度纵向振动模式的压电谐振部件，普遍周知的是，一种使用了基本波振动模式，另一种使用了谐波振动模式，具体说是使用了三元谐波振动模式。
使用三元谐波振动模式的压电谐振部件的一个典型实例是用于吸收掉能量型的部件。这种类型的压电谐振部件包括压电基层，该基层带有无振动部分的部分。利同按固定方式支承的部分，可以获得这样的压电谐振部件，它的性能不会恶化，并且能广泛地使用。
厚度纵向基本振动模式下的压电谐振部件使用了基本波振动。所以，能获得谐振性能的高Qmax。但是，与能量切断型相反，这种部件难以获得非振动的部分。特别是在将压电谐振部件做得小型化的情况下，压电基层本身会振动，这就不可能以固定的方式支承住压电基层。
由于压电谐振部件使用了基本波振动模式，故在将压电材料安装到介电基层上时，导电粘合剂在连接时粘性的变化会使得连接区不均匀，并且，粘合剂通常会扩散，从而使得粘合强度不稳定。因此，用压电谐振部件来抑制振动能量会使得谐振性能恶化，并且，完全抑制不必要的振动的失败会进一步使谐振性能恶化。因此，压电谐振部件通常不能产生例如没有跳跃振荡等的稳定振荡。
发明内容
本发明的一个目的是通过使用有效泊松比小于1/3的压电材料来提供一种压电谐振部件，从而能很容易地获得稳定的振动。
本发明的另一个目的是提供这样一种压电谐振部件，它能阻止振动能量衰减至最小，从而并将压电谐振器支承于稳定状态。
依照本发明的第一个方面，压电谐振器包括：一压电基层，它含有有效泊松比小于1/3的压电材料，所述压电基层具有一对相反的表面；以及，一对相应位于上述相反表面上的振动电极装置，用于产生厚度延长方向的基波作为一种振动模式；其中，压电基层的相反表面是矩形的，并且，一个表面的其中一侧的长度与该表面的垂直于该侧的另一侧的长度之和被限制在2.22至2.24mm或2.34至2.48mm的范围内。
在本发明第一个方面的压电谐振器中，由于压电基层的相反表面中垂直侧的长度与该相反表面的另一侧长度之和被限制在2.22至2.24mm或2.34至2.48mm的范围内，故可以使用基波的振动，并且，可获得稳定的振动。
在上述压电谐振器中，最佳的是，例如，压电基层的相反表面的一侧的相应长度在1.06至1.24mm的范围内，另一侧的相应长度在1.16至1.30mm的范围内。更佳的是，所述相反表面的一侧的相应长度在1.16至1.22mm的范围内，另一侧的相应长度在1.18至1.22mm的范围内。此外，最佳的是，压电基层包括含有铋—锶—钛—氧的分层结构。由上述分层结构构成的化合物含有镧。
依照本发明的第二个方面，压电谐振器包括：一压电基层，它含有有效泊松比小于1/3的压电材料，所述压电基层具有一对相反的表面；以及，一对相应位于上述相反表面上的振动电极装置，用于产生厚度延长方向的基波作为一种振动模式；其中，所述压电基层的相反表面的每个面积为从1.22至1.26mm2或从1.35至1.538mm2。
在上述第二个方面的压电谐振器中，由于压电基层的相反表面的相应面积相对所说的一侧而言从1.22至1.26mm2或从1.35至1.538mm2，故可以使用基波的振动，并且，可获得稳定的振动。
在上述第二个方面的压电谐振器中，最佳的是，压电基层具有由分层结构构成的化合物，上述分层结构含有铋，例如含有铋—锶—钛—氧。
本发明第三个方面的压电谐振器包括：一压电基层，它含有有效泊松比小于1/3的压电材料，所述压电基层具有一对相反的表面；以及，一对相应位于上述相反表面上的振动电极装置，用于产生厚度延长方向的基波作为一种振动模式；其中，压电基层的相反表面是矩形的，并且，相反表面的其中一侧的长度被限制在是压电基层厚度的5倍或更少的范围内，相反表面与所述一侧相垂直的另一侧的长度则被限制在是所说的一侧的长度的0.93倍至1.07倍的范围内。
在上述第三个方面的压电谐振器中，相反表面一侧的长度被限制在是压电基层厚度的5倍或更少的范围内，相反表面的与上述一侧相垂直的另一侧的长度则被限制在是所述一侧长度的0.93倍至1.07倍的范围内。所以，即便使用了有效泊松比小了1/3的压电材料，也能使用基波的振动，并且，可获得稳定的振动。
在上述第三个方面的压电谐振器中，最佳的是，振动电极的面积是所述相反表面的面积的6％或更多。最佳的是，压电基层具有由分层结构构成的化合物，上述分层结构含有铋，例如含有铋—锶(Sr)—钛(Ti)—氧(O)，并且，压电基层还包括由合有镧(Ta)和锰(Mn)的分层结构构成的化合物。
本发明第四个方面的压电谐振部件包括一压电谐振器、一基层以及连接导体。所述压电谐振器按厚度延长方向振动模式操作并有两个侧面电极。这两个侧面电极设置在压电谐振器的两个相反侧面上，所说的两个相反侧面不同于位于厚度方向上的侧面并且分别与振动电极相通导。所述基层具有终端电极，它们设置在基层的表面上。连接导体包括金属球，这些金属球位于压电谐振器的侧面电极与基层的终端电极之间并且固定地连接所述侧面电极和终端电极。
如上所述，在本发明第四个方面的压电谐振部件中，压电谐振器有两个侧面电极。这两个侧面电极设置在压电谐振器的相反侧面上，所说的相反侧面不同于位于厚度方向上的侧面并且分别与振动电极相通导。所以，可将电能提供给侧面电极以激活压电谐振器。
就上述功能而言，可以实现这样的压电谐振部件，它可形成表示谐振性能的高Qmax的稳定谐振性能，同时能消除振动能量的幅射、消除不完全地抑制不必要的振荡、消除谐振性能的恶化以及消除包括不稳定的跳跃振荡等在内的劣质振荡。
附图说明
在附图中：
图1是一透视图，它示出了与本发明一个实施例有关的压电谐振器的结构；
图2是显示阻抗特征与相位特征的图，其中，可获得本发明实例1中的最佳◇波形；
图3是显示阻抗特征与相位特征的图，其中，可获得本发明实例1中的较好的○波形；
图4是显示阻抗特征与相位特征的图，其中，可获得本发明实例1中的好的△波形；
图5是显示阻抗特征与相位特征的图，其中，可获得实例1中的不好的×波形；
图6是一透视图，它示出了与本发明一个实施例有关的压电谐振器的概略结构；
图7是显示实例2-1的压电谐振器的阻抗特征的图；
图8是显示实例2-2的压电谐振器的阻抗特征的图；
图9是显示实例2-3的压电谐振器的阻抗特征的图；
图10是显示实例2-4的压电谐振器的阻抗特征的图；
图11是显示实例2-5的压电谐振器的阻抗特征的图；
图12是显示实例2-6的压电谐振器的阻抗特征的图；
图13是显示实例2-7的压电谐振器的阻抗特征的图；
图14是显示比较实例2-1的压电谐振器的阻抗特征的图；
图15是显示实例2-8的压电谐振器的阻抗特征的图；
图16是显示实例2-9的压电谐振器的阻抗特征的图；
图17是显示实例2-10的压电谐振器的阻抗特征的图；
图18是显示实例2-11的压电谐振器的阻抗特征的图；
图19是显示实例2-12的压电谐振器的阻抗特征的图；
图20是显示实例2-13的压电谐振器的阻抗特征的图；
图21是显示实例2-14的压电谐振器的阻抗特征的图；
图22是显示实例2-15的压电谐振器的阻抗特征的图；
图23是显示实例2-16的压电谐振器的阻抗特征的图；
图24是显示实例2-17的压电谐振器的阻抗特征的图；
图25是显示实例2-18的压电谐振器的阻抗特征的图；
图26是显示实例2-19的压电谐振器的阻抗特征的图；
图27是显示比较实例2-2的压电谐振器的阻抗特征的图；
图28是显示比较实例2-3的压电谐振器的阻抗特征的图；
图29是显示比较实例2-4的压电谐振器的阻抗特征的图；
图30是显示比较实例2-5的压电谐振器的阻抗特征的图；
图31是本发明压电谐振部件的透视图，它显示组装好的并且部分是分解的以展示其内部；
图32是图1的压电谐振部件的放大侧视图，它部分是分解的以展示其内部；
图33是图1的压电谐振部件的分解透视图；
图34是上述压电谐振部件的等价电路图；
图35是压电谐振器本身的放大透视图；
图36是显示压电谐振器的一侧的振动位移量的分布的图；
图37是显示在图6的中心线X1处测出的振动位移量的值的曲线图；
图38是显示用模型分析获得的压电谐振器上的振动位移量分布的图；
图39是显示用探头接触获得的压电谐振器的谐振性能值的分布的图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明。
第一实施例
图1示出了本发明一个实施例的压电谐振器的结构。该压电谐振器配备有：压电基层1，它带有一对相反的表面1a和1b并且有效泊松比小于1/3；以及，一对电极2、3，它们设置成与压电基层1的相反表面1a、1b相对应。
压电基层1的相反表面1a、1b分别具有诸如矩形之类的几乎相同的形状。本文所称的矩形形状是基本上可传感到的形状。所以，略微切掉角或者角不是精确的90度是允许的。相反表面1a、1b的一个表面的垂直侧的长度与该相反表面的另一侧的长度之和α被限制在2.22至2.24mm或2.34至2.48mm的范围内。也就是说，假定所述一侧的长度是Lc，所述另一侧的长度是Wc，则所述一侧的长度Lc与所述另一侧的长度Wc的关系如下述公式1-1所示：
(公式1-1)
Lc+Wc＝α
2.22mm≤α≤2.24mm或
2.34mm≤α≤2.48mm
在这种压电谐振器中，限定了压电基层1的相反表面1a、1b的一侧的长度Lc和另一侧的长度Wc。尽管使用了有效泊松比小于1/3的压电材料，但是，可以获得最佳的波形和高谐振锐度Q值并且能使用基波的振动。最佳的是，相反表面1a、1b的一侧的相应长度Lc在1.06至1.24mm的范围内，另一侧的相应长度Wc在1.16至1.30mm的范围内。由于在这样的范围内，所以，可在基波中获得更佳的波形。一侧的更佳长度Lc为从1.16至1.22mm，就所述的另一侧而言，长度Wc为从1.18至1.22mm。另外，在本实施例中所述一侧的长度Lc是沿与后述电极2、3的前导部2b、3b的延伸部I相同方向延伸的侧面的长度，而另一侧的长度Wc则是沿与之相垂直方向延伸的侧面的长度。
相对所说的一侧而言，压电基层1的相反表面1a、1b的相应面积Sc最好为1.22至1.26mm2或为1.35至1.538mm2。由于在这样的范围内，所以，可在基波中获得更佳的波形。
作为有效泊松比小于1/3的压电材料，例如存在有诸如钽酸化合物或铌酸化合物之类的具有钙钛矿结构的化合物及其固溶体、具有钛铁矿结构的化合物及其固溶体、具有烧绿石结构的化合物、由含铋(bi)的分层结构构成的化合物或者具有钨—青铜结构的化合物。压电基层1作为有最大含量的主要成份包含有上述压电材料。
作为钽酸化合物或铌酸化合物，例如可例举出由从包括钠(Na)、钾(K)和锂(Li)的一组中选出的至少一种构成的第一元素、由从包括钽(Ta)、铌(Nb)的一组中选出的至少一种构成的第二元素以及含氧的物质。假定第一元素是A，第二元素是B，则可用下述化学式1-1所示的一般表示形式来表示这些元素。
(化学式1-1)
ABO3
作为含铋的分层结构构成的化合物，例如存在有包括铋的材料、由从包括钠、钾、钡(Ba)、锶、铅、钙(Ca)、钇(Y)、镧系元素(Ln)和铋的一组中选出的至少一种构成的第一元素、由从包括钒(V)、锆(Zr)、锑(Sb)、钛(Ti)、铌、钽、钨(W)、钼(Mo)、锰的一组中选出的至少一种构成的第二元素以及含氧的物质。假定第一元素是C，第二元素是D，则可用下述化学式1-2所示的一般表示形式来表示这些元素。
(化学式1-2)
(Bi2O2)2+(Cm-1DmO3m+1)2-
m：1至8的整数。
钨—青铜化合物没有一般的表示形式，但例如有NaWO6BaNaNbO15。本文中的化学式是按化学计量成分表示的，用于构成压电基层1的压电材料也可以是那些不是上述化学计量成分的成分。
其中，由含铋的分层结构构成的化合物作为构成压电基层1的压电材料是最佳的。特别是作为有高机械质量系数Qm和高居里温度的谐振器，所述化合物可提供优异的性能。例如，由含铋—锶—钛—氧的分层结构构成的化合物是最佳的，具体地说，除这些元素以外，由含镧的分层结构构成的化合物是更佳的。
电极2由诸如银(Ag)之类的金属构成并带有一振动电极2a和前导部2b，它被连续地配备给振动电极2a。振动电极2a形成为诸如是矩形并基本上设置在相反表面1a的中心。前导部2b通过导线等电连接于外部电源(未示出)并形成为沿压电基层1的相反表面1a、1b的一侧上的延伸部I从振动电极2a延伸至另一侧。电极3具有与电极2相同的结构。振动电极3a借助压电基层1配备在电极2的振动电极2a的下方。前导部3b沿电极2的前导部2b的相反方向相对振动电极3a延伸。
振动电极2a、3a的大小没有特别的限制，任何尺寸都足够用。在本文中，将振动电极2a、3a说明为是矩形，但对振动电极2a、3a的形状没有特别的限制，如圆形的其它形状也是足够用的。前导部2b、3b的形状也没有特别的限制，其它形状也行，例如，压电基层1的相反表面1a、1b的另一侧的长度不同于振动电极2a、3a的长度是允许的。
上述结构的压电谐振器是按下述方式生产出来的。
作为压电基层1的起始材料，使用了氧化物构成的原料，称出所述原料的重量以提供预定的成份，并使所述原料在纯水或丙酮溶液中经历与氧化锆球体的球磨混合。通过加压后在700至900℃的温度使混合后的原料粉末完全干燥并对该原料加以煅烧。随后，在球磨机中将煅烧后的材料再次磨成粉末、加以干燥并通过增加适当量的作为粘合剂的聚乙烯醇使之成颗粒状。颗粒化之后，在200至300MPa的压力下将颗粒状的粉末形成到长20mm×宽20mm×厚约1.5mm的薄板上。此后，通过热处理使粘合剂从所形成的主体上挥发，并在1100至1350℃的温度下进行真正的烧结。在真正的烧结之后，用研磨机调整烧结后主体的厚度，以形成压电基层1的基板。
形成了基板之后，例如使铜(Cu)经历真空蒸发，以便在基板的两面上形成用于极化的电极。然后，将形成有极化电极的基板浸到被加热至200至300℃的硅油中，并对该基板施加5至10KV/mm的电场一分钟。在极化之后，撤去极化电极，并通过切割来调整基板的大小，从而形成压电基层1。通过沉积使相反的表面1a、1b上形成有诸如银之类的金属构成的电极2、3。因此，形成了图1所示的压电谐振器。
压电谐振器按下述方式启动。
在这种压电谐振器中，电极2、3的前导部2a、3a通过导线(未示出)与外部电源相连，当压电基层1通过电极加载电压时，就会产生厚度上的延长方向振动。换句话说，会沿与压电基层1的相反表面1a、1b相反的方向产生振动。这里，压电基层1的相反表面1a、1b中的一个表面的长度与该相反表面的另一侧的长度之和被分别限制在2.22至2.24mm的范围内或在2.34至2.48mm的范围内。相反表面1a、1b的相应面积Sc为1.22至1.26mm2或1.35至1.538mm2。就基波的振动而言，可以获得预定的波形和高谐振锐度Q值。可以使用基波的振动。
依照所实施的实施例，压电基层1的相反表面1a、1b中的垂直一侧的长度与该相反表面的另一侧的长度之和分别被限制在2.22至2.24mm或在2.34至2.48mm的范围内。压电基层1的相反表面1a、1b的相应面积Sc为1.22至1.26mm2或1.35至1.538mm2。所以，即便压电基层1是由有效泊松比小于1/3的压电材料构成的，就基波的振动而言，也可以获得预定的波形和高谐振锐度Q值。此外，可以使用基波的振动。
所以，依照本实施例，不需要减振，并且，与使用高谐波的先有技术相比，可以获得高Q值。因此，可很容易地提供稳定的振动。所以能将使用不含铅的压电材料的压电谐振器广泛地付诸实践，从而，可以保护环境。可根据小型的元件将压电谐振器做得小型化。
如果相反表面1a、1b的一侧的相应长度Lc在1.06至1.24mm的范围内且另一侧的相应长度Wc被限制在1.16至1.30mm的范围内，则可以提供更佳的波形。如果一侧的长度Lc为1.16至1.22mm且另一侧的长度Wc为1.18至1.22mm，则可获得特佳的波形。
实例1
以下说明本发明的的实例。
作为起始材料，使用了氧化铋(Bi2O3)、氧化镧(La2O3)、氧化钛(TiO2)、碳酸锶(SrCO3)和碳酸锰(MnCO3)构成的原料粉末，称出所述原料的重量以提供由(Sr0.9La0.1)Bi4Ti4O15构成的成份，称出碳酸锰的重量为(Sr0.9La0.1)Bi4Ti4O15的0.5质量％。使称出的原料在纯水中经历与氧化锆球体的球磨混合约15小时。通过加压在800℃的温度下使混合后的原料粉末完全干燥并对该原料加以煅烧。随后，使煅烧后的材料再次经历球磨机粉碎、加以干燥并通过增加适当量的作为粘合剂的聚乙烯醇使之成颗粒状。颗粒化之后，在200MPa的载荷下将颗粒状的粉末形成到长20mm×宽20mm×厚约1.5mm的薄板上。此后，通过热处理使粘合剂从所形成的主体上挥发，并在1200℃的温度下进行真正的烧结。从而，可获得用含有Bi4Ti4O15晶体的铋层化合物构成的烧结主体。
在获得了烧结的主体之后，用研磨机研磨该主体，以形成厚度为0.501mm的基板。然后，在基板上形成用于极化的电极，并将该基板浸到250℃的硅油中，且对该基板施加10KV/mm的电场一分钟。在极化之后，撤去极化电极，并对基板进行切割，从而通过改变相反表面1a、1b的大小来形成多个压电基层1。表1示出了所产生的压电基层1的相反表面1a、1b的大小。在本文中，所述相反表面的一侧的长度Lc在1.06至1.24mm的范围内改变了0.02mm，而另一侧的长度Wc在1.16至1.30mm的范围内改变了0.02mm。表1中一侧长度Lc与另一侧长度Wc相交位置处所示的数值是相反表面1a、1b的一侧的面积Sc。
表1
(单位：mm2)
| Wc(mm) | |||||||||
| 1.16 | 1.18 | 1.20 | 1.22 | 1.24 | 1.26 | 1.28 | 1.30 | ||
| Lc(mm) | 1.06 | 1.2296 | 1.2508 | 1.272 | 1.2932 | 1.3144 | 1.3356 | 1.3568 | 1.378 |
| 1.08 | 1.2528 | 1.2744 | 1.296 | 1.3176 | 1.3392 | 1.3608 | 1.3824 | 1.404 | |
| 1.10 | 1.276 | 1.298 | 1.32 | 1.342 | 1.364 | 1.386 | 1.408 | 1.43 | |
| 1.12 | 1.2992 | 1.3216 | 1.344 | 1.3664 | 1.3888 | 1.4112 | 1.4336 | 1.456 | |
| 1.14 | 1.3224 | 1.3452 | 1.368 | 1.3908 | 1.4136 | 1.4364 | 1.4592 | 1.482 | |
| 1.16 | 1.3456 | 1.3688 | 1.392 | 1.4152 | 1.4384 | 1.4616 | 1.4848 | 1.508 | |
| 1.18 | 1.3688 | 1.3924 | 1.416 | 1.4396 | 1.4632 | 1.4868 | 1.5104 | 1.534 | |
| 1.20 | 1.392 | 1.416 | 1.44 | 1.464 | 1.488 | 1.512 | 1.536 | 1.56 | |
| 1.22 | 1.4152 | 1.4396 | 1.464 | 1.4884 | 1.5128 | 1.5372 | 1.5616 | 1.586 | |
| 1.24 | 1.4384 | 1.4632 | 1.488 | 1.5128 | 1.5376 | 1.5624 | 1.5872 | 1.612 | |
在形成了压电基层1之后，分别在其相反表面1a、1b上沉积出银电极2、3，以便形成压电装置。
在形成了压电基层1之后，分别在其相反表面1a、1b上沉积出银电极2、3，以便获得压电谐振器。就所有的压电振动器而言，电极2、3的振动电极2 a、3a均为矩形，沿压电基层1的相反表面1a、1b上的一侧的方向I延伸的那个侧面的长度为1.0mm，与之相垂直的另一侧为0.9mm。
将按上述方式获得的压电谐振器放置在室温下24小时，用阻抗分析器检测厚度的延长方向上的压电特征。作为压电特征值，可测出阻抗特征和相位特征。根据所测出的结果，对厚度的延长方向基本波形中的主振动部件的波形进行测定。需要基本(主)波振动中的最大谐振锐度Qmax1和三元谐波振动中的最大谐振锐度Qmax3，并计算出Qmax1/Qmax3之比。谐振锐度Q值是指这样的值，其中，用电阻R除阻抗中的电抗X的绝对值(Q＝|X|/R)。最大谐振锐度Qmax是指谐振频率与反谐振频率之间的谐振锐度Q值。
表2示出了所测定出的与基波波形有关的结果。在表2中，标记◇是指：在主振动部件中不存在噪声的情况下获得了最佳的波形。标记○是指：尽管在主振动部件中存在有噪声，但仍获得了可用的较好的波形。标记△是指：尽管在主振动部件中或多或少地存在有噪声，但仍可获得可用的好的波形。标记×是指：在主振动部件中大量存在噪声，并且，获得了不能使用的波形。用在谐振频率与反谐振频率之间以及按这些频率的0.15％或其左右的范围内来判定存在或不存在噪声。
表2
| Wc(mm) | |||||||||
| 1.16 | 1.18 | 1.20 | 1.22 | 1.24 | 1.26 | 1.28 | 1.30 | ||
| Lc(mm) | 1.06 | ○ | △ | × | × | × | × | △ | △ |
| 1.08 | ○ | × | × | × | × | △ | ○ | ○ | |
| 1.10 | × | × | × | × | △ | ○ | ○ | ○ | |
| 1.12 | × | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| 1.14 | × | × | △ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| 1.16 | × | △ | ◇ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| 1.18 | △ | ◇ | ◇ | ○ | ○ | ○ | ○ | △ | |
| 1.20 | ○ | ○ | ◇ | ○ | ○ | ○ | ○ | × | |
| 1.22 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △ | × | × | |
| 1.24 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | × | × | × | |
图2示出了其中获得了最佳波形◇的代表性压电谐振器的阻抗特征和相位特征。这些特征是压电基层1的相反表面1a、1b上的一侧的长度Lc为1.2mm而另一侧的长度Wc也为1.2mm且所述一侧的面积Sc为1.44mm2时的压电谐振器的测定结果。在图2中，垂直轴的左侧是阻抗Imp(Ω)，垂直轴的右侧是相位θz(°)，横轴是频率Freq(MHz)。如图2所示，在主振动部件的波形中不存在噪声，可以使用基波的振动。
图3示出了其中获得了较好波形○的代表性压电谐振器的阻抗特征和相位特征。这些特征是压电基层1的相反表面1a、1b上的一侧的长度Lc为1.18mm而另一侧的长度Wc为1.28mm且所述一侧的面积Sc为1.5104mm2时的压电谐振器的测定结果。图3的垂直轴和横轴与图2的垂直轴和横轴相同。在这一压电谐振器中，如图3所示，尽管噪声存在于主振动部件的波形内但是很少，故此通过消除噪声可以使用基波的振动。
图4示出了其中获得了好的波形△的代表性压电谐振器的阻抗特征和相位特征。这些特征是压电基层1的相反表面1a、1b上的一侧的长度Lc为1.06mm而另一侧的长度Wc为1.18mm且所述一侧的面积Sc为1.2508mm2时的压电谐振器的测定结果。图4的垂直轴和横轴与图2的垂直轴和横轴相同。在这一压电谐振器中，如图4所示，尽管主振动部件的波形内或多或少地存在有噪声，但是，通过消除噪声可以使用基波的振动。
图5示出了作为比较实例的其中获得了不好的波形×的代表性压电谐振器的阻抗特征和相位特征。这些特征是压电基层1的相反表面1a、1b上的一侧的长度Lc为1.14mm而另一侧的长度Wc为1.18mm且所述一侧的面积Sc为1.3452mm2时的压电谐振器的测定结果。图5的垂直轴和横轴与图2的垂直轴和横轴相同。在这一压电谐振器中，如图5所示，主振动部件的波形内大量地存在有噪声，不能使用基波的振动。
从这些结果中可以看出，可在表1和2中的用粗实线示出的范围内即在压电基层1的相反表面1a、1b中的一个表面的长度Lc与该相反表面的另一侧长度Wc之和被限制在2.22mm≤α≤2.24mm或2.34mm≤α≤2.48mm的范围内以及在相反表面1a、1b的面积相对所说的一侧而言为1.22≤Sc≤1.26mm2或1.35≤Sc≤1.358mm2的范围内才能使用基波的振动。此外，还可以看出，可在压电基层1的相反表面1a、1b的一侧的长度Lc为1.16mm≤Lc≤1.22mm且另一侧的长度Wc为1.18mm≤Wc≤1.22mm的范围内获得基波的最佳波形。
表3示出了最大谐振器锐度Qmax1和Qmax3以及Qmax1/Qmax3之比的几个代表性结果。如果所述比例的值小于3，则会导致不正常的振动，并且，振动频率的频率稳定性会变差。在本文中，可在包括表3中未示出的压电谐振器在内的压电谐振器中获得3或更大的值。也就是说，就上述范围内的压电基层1的相反表面1a、1b的尺寸而言，可以看出，能始终获得基波的振动。
表3
| 压电基层的尺寸 | 最大谐振锐度 | Qmax1/Qmax2 | 波形 | |||
| 长度LC(mm) | 宽度Wc(mm) | 厚度t(mm) | 基本谐波Qmax1 | 三元谐波Qmax3 | ||
| 1.06 | 1.16 | 0.501 | 16.73 | 0.21 | 79.67 | ○ |
| 1.08 | 1.16 | 0.501 | 13.16 | 0.33 | 39.88 | ○ |
| 1.24 | 1.16 | 0.501 | 54.93 | 0.97 | 56.63 | ○ |
| 1.06 | 1.18 | 0.501 | 18.99 | 0.80 | 23.74 | △ |
| 1.18 | 1.18 | 0.501 | 35.02 | 0.88 | 39.8 | ◇ |
| 1.16 | 1.20 | 0.501 | 60.66 | 0.14 | 433.29 | ◇ |
| 1.18 | 1.20 | 0.501 | 77.03 | 0.62 | 124.24 | ◇ |
| 1.20 | 1.20 | 0.501 | 43.27 | 0.08 | 540.88 | ◇ |
| 1.10 | 1.24 | 0.501 | 37.70 | 1.33 | 28.35 | △ |
| 1.12 | 1.26 | 0.501 | 45.73 | 0.70 | 65.33 | ○ |
| 1.22 | 1.26 | 0.501 | 43.74 | 0.46 | 95.09 | △ |
| 1.18 | 1.28 | 0.501 | 37.38 | 0.12 | 311.5 | ○ |
| 1.20 | 1.20 | 0.23 | 16.31 | 0.06 | 271.83 | ○ |
| 1.12 | 1.16 | 0.501 | 6.77 | 0.38 | 17.82 | × |
| 1.14 | 1.18 | 0.501 | 41.04 | 1.01 | 40.00 | × |
| 1.06 | 1.26 | 0.501 | 20.24 | 0.54 | 37.48 | × |
| 1.24 | 1.28 | 0.501 | 37.89 | 0.69 | 54.91 | × |
除压电基层1的厚度为0.23mm、相反表面1a、1b的一侧的长度Lc为1.20mm且另一侧的长度Wc也为1.20mm以外，可在与上述相同的条件下生产出压电谐振器。就这些压电谐振器而言，检测厚度延长方向上的压电特征。表3中还示出了检测到的结果。基波的波形为好○，并且，最大谐振锐度之比Qmax1/Qmax3为3或更大。也就是说，可以看出，尽管压电基层1的厚度有所变化，但是，如果相反表面1a、1b的尺寸在上述范围内，就可以始终获得基波的振动。但是，在将压电基层1的厚度作得薄的时侯，噪声就会或多或少地存在。
除压电基层1的厚度为0.501mm、相反表面1a、1b的一侧的长度Lc为1.20mm、另一侧的长度Wc也为1.20mm、且改变了压电谐振电极2a、3a的尺寸以外，可在与上述相同的条件下生产出压电谐振器。表4示出了所生产出的压电谐振器的振动电极2a、3a的尺寸。这里，振动电极2a、3a是方形的，沿压电基层1的相反表面1a、1b中的一侧的延伸方向I延伸的长度Le以及沿垂直方向延伸的长度We在1.10至0.70mm的范围内改变了0.1mm。图4中示出了振动电极2a、3b的面积(Se)与压电基层1的相反表面1a、1b之一的面积Sc之比(Se/Sc)。
表4
| 振荡电极的尺寸 | 面积比Se/Sc | 最大谐振锐度 | Qmax1/Qmax2 | 波形 | |||
| Le(mm) | We(mm) | Se(mm2) | 基本谐波Qmax1 | 三元谐波Qmax3 | |||
| 1.10 | 1.10 | 1.21 | 0.840 | 39.62 | 0.53 | 74.75 | ○ |
| 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.694 | 44.62 | 0.20 | 223.1 | ○ |
| 0.90 | 0.90 | 0.81 | 0.563 | 41.13 | 0.11 | 373.91 | ○ |
| 0.80 | 0.80 | 0.64 | 0.444 | 34.31 | 0.39 | 87.97 | ○ |
| 0.70 | 0.70 | 0.49 | 0.340 | 37.85 | 0.04 | 946.25 | ○ |
就这些压电谐振器而言，检测厚度延长方向上的压电特征。表4中还示出了所检测到的结果。基波的波形为好○，并且，最大谐振锐度之比Qmax1/Qmax3为3或更大。也就是说，可以看出，尽管压电电机2a、3a的尺寸有所变化，但是，如果相反表面1a、1b的尺寸在上述范围内，就可以始终获得基波的振动。
从这些结果中可以看出，可以使用基波的振动，因为，压电基层1包括由作为主要成分含有铋—锶—钛—氧的分层结构构成的化合物，并且，压电基层1的相反表面1a、1b中的一侧的长度Lc与该基层另一侧长度Wc之和被限制在2.22mm≤α≤2.24mm或2.34mm≤α≤2.48mm的范围内，而且，相反表面1a、1b的面积Sc相对所说的一侧而言为1.22≤Sc≤1.26mm2或1.35≤Sc≤1.358mm2。此外，还可以看出，可在压电基层1的相反表面1a、1b的一侧的长度Lc为1.16mm≤Lc≤1.22mm且另一侧的长度Wc为1.18mm≤Wc≤1.22mm的范围内获得基波的最佳波形。
在上述实例中，对压电基层1包括由含有铋—锶—钛—镧—锰的分层结构构成的化合物这样的情况进行了说明，但是，尽管用由不含有铋的分层结构构成的化合物来形成压电基层1，也可以获得类似的结果。此外，尽管使用了有效泊松比小于1/3的压电材料而不是由含铋的分层结构构成的化合物，但也可提供相似的结果。
业已参照实际的实施例和实例说明了本发明，但是，应该注意，本发明并不局限于此，而是可以作多种改进。例如，在上述实际实施例和实例中，通过列举了实例说明了构成压电基层1的压电材料，但是，只要压电材料的有效泊松比小于1/3，就可以广泛地使用该材料。
第二实施例
以下参照附图说明本发明的第二实施例。
图6是一透视图，它概略地示出了本发明第二实施例的压电谐振器的结构。该压电谐振器包括：压电基层1，它带有一对相反的表面1a和1b并且有效泊松比小于1/3；以及，一对电极2、3，它们设置成与压电基层1的相反表面1a、1b相对应。这种结构与第一实施例的相类似。
压电基层1的相反表面1a、1b分别具有诸如矩形之类的几乎相同的形状。本文所称的矩形形状是基本上可传感到的形状。所以，略微切掉角或者角不是精确的90度是允许的。相反表面1a、1b的一侧的长度Lc如公式2-1所示那样被限制在相反表面1a与1b之间的距离范围内，即为压电基层1的厚度Tc的5倍或更少。与相反表面1a、1b的前述一侧相垂直的另一侧的长度Wc如公式2-2所示那样在一侧长度Lc的0.93至1.07倍的范围内。
(公式2-1)
Lc≤5.0×Tc
(公式2-2)
0.93×Lc≤Wc≤1.07×Lc
在这种压电谐振器中，指定了压电基层1的相反表面1a、1b的一侧的长度Lc和另一侧的长度Wc。尽管使用了有效泊松比小于1/3的压电材料，但是，可以获得最佳的波形和高谐振锐度Q值并且能使用基波的振动。另外，在本实施例中一侧的长度Lc是沿与后述电极2、3的前导部2b、3b的延伸部I相同方向延伸的侧面的长度，而另一侧的长度Wc则是沿与之相垂直方向延伸的一侧的长度。谐振锐度Q值是指这样的值，其中，用电阻R除阻抗中的电抗x的绝对值(Q＝|X|/R)。
最佳的是，相反表面1a、1b的一侧的长度Lc被限制在厚度Tc的0.35倍或更大的范围内，如公式2-3所示。更佳的是，该长度Lc被限制在厚度Tc的4.3倍或更小的范围内，如公式2-4所示，并且，最好是在3.2倍或更少的范围内，如公式2-5所示，特佳的是在2.7倍或更少的范围内，如公式2-6所示。另一方面，另一侧的长度Wc最好在长度Lc的0.9 7倍至1.03倍，如公式2-7所示。由于在这样的范围内，所以，可在基波中获得更佳的波形。
(公式2-3)
Lc≥0.35×Tc
(公式2-4)
Lc≤4.3×Tc
(公式2-5)
Lc≤3.2×Tc
(公式2-6)
Lc≤2.7×Tc
(公式2-7)
0.97×Lc≤Wc≤1.03×Lc
作为有效泊松比小于1/3的压电材料，可使用第一实施例的同样的材料，因此，这里略去了对这种材料的具体说明。
电极2由诸如银(Ag)之类的金属构成并带有一振动电极2a和前导部2b，它被连续地配备给振动电极2a。振动电极2a是这样形成的即：该电极与压电基层1相接触的表面是矩形的并基本上设置在相反表面1a的中心。前导部2b通过导线电连接于外部电源(未示出)并沿压电基层1的延伸部I从振动电极2a延伸至另一侧。电极3具有与电极2相同的结构。振动电极3a借助压电基层1在压电基层1的厚度方向上配备在电极2的振动电极2a的下方。前导部3b沿电极2的前导部2b的相反方向相对振动电极3a延伸。换句话说，电极2、3在压电基层1的厚度方向上彼此多出的部分是振动电极2a、3a。
振动电极2a、3a的与压电基层1相接触的表面面积即振动电极2a、3a的面积Sd最好是振动基层1的相反表面1a、1b的面积Sc的6％或更多。如果所说的面积小，则不能获得预定的波形。振动电极2a、3a的面积Sd的更佳范围是相反表面1a、1b的面积Sc的17％或更大。面积Sd可等于相反表面1a、Ib的面积Sc。在这种情况下，振动电极2a、3a还可用作前导部2b、3b。
业已说明了在本实施例中振动电极2a、3d是矩形的，但是，其形状并没有特别的限制，如圆形的其它形状也是足够用的。前导部2b、3b的形状也没有限制，其它形状也行。
具有上述结构的压电谐振器是按第一实施例中相类似的方法生产出来的。因此，这里略去了对生产方法的具体说明。
上述压电谐振器按下述方式启动。
在这种压电谐振器中，电极2、3的前导部2a、3a通过导线(未示出)与外部电源相连。当压电基层1通过电极加载电压时，就会产生厚度上的延长方向振动。换句话说，会沿与压电基层1的相反表面1a、1b相反的方向产生振动。这里，相反表面1a、1b的一侧的长度Lc被限制在厚度Tc的5倍或更少的范围内，另一侧的长度Wc为长度Lc的0.93倍至1.07倍。就基波的振动而言，可以获得预定的波形和高谐振锐度Q值。可以使用基波的振动。
如上所述，在本实施例的压电谐振器中，压电基层1的相反表面1a、1b的一侧的长度Lc被限制在厚度Tc的5倍或更少的范围内。同时，另一侧的长度Wc被限制在所述一侧长度Lc的0.93倍至1.07倍的范围内。所以，即便压电基层1是由有效泊松比小于1/3的压电材料构成的，就基波的振动而言，也可以获得预定的波形和高谐振锐度Q值。因此，可以使用基波的振动。
所以，不需要减振，并且，与使用高谐波的先有技术相比，可以获得高谐振锐度Q值。因此，可很容易地提供稳定的振动。所以能将使用不含铅的压电材料的压电谐振器广泛地付诸实践，从而，可以保护环境。可根据小型的元件将压电谐振器做得小型化。
具体地说，所述一侧的长度Lc最好被限制在厚度Tc的4.3倍或更小的范围内、更佳地是被限制在3.2倍或更小的范围内、特佳地是被限制在2.7倍或更小的范围内。此外，所述另一侧的长度Wc为长度Lc的0.97倍至1.03倍。因此，就基波的振动而言，可以获得预定的波形和高谐振锐度Q值。
再有，如果振动电极2a、3a的面积Sd为相反表面1a、1b的面积Sc的6％或更大或者如果更佳地是面积Sc的17％或更大，则可获得预定的波形。
实例2
以下就本发明的实例对第二实施例作具体说明。
(实例2-1至2-7)
作为起始材料，使用了由氧化铋(Bi2O3)、氧化镧(La2O3)、氧化钛(TiO2)、碳酸锶(SrCO3)和碳酸锰(MnCO3)构成的原料粉末，称出所述原料的重量以提供由(Sr0.9La0.1)Bi4Ti4O15构成的成份，称出碳酸锰的重量为(Sr0.9La0.1)Bi4Ti4O15的0.5质量％。使称出的原料在纯水中经历与氧化锆球体的球磨混合约15小时。通过加压在800℃的温度下使混合后的原料粉末完全干燥并对该原料加以煅烧。随后，使煅烧后的材料再次经历球磨机粉碎、加以干燥并通过增加适当量的作为粘合剂的聚乙烯醇使之成颗粒状。颗粒化之后，用单轴压模机在2×108Pa的压力下将颗粒状的粉末形成到长20mm×宽20mm×厚约1.5mm的薄板上。此后，通过热处理使粘合剂从所形成的主体上挥发，并在1200℃的温度下进行真正的烧结。从而，可获得由含有Bi4Ti4O15晶体的铋层化合物构成的烧结主体。
在获得了烧结的主体之后，用研磨机研磨该主体，以形成基板。基板的厚度在实例2-1至2-7中是有所变化的并且可按下述方式加以调整即：压电基层的厚度Tc如表5所示。在基板上形成用于极化的电极，并将该基板浸到250℃的硅油中，且对该基板施加10KV/mm的电场一分钟。在极化之后，撤去极化电极，并对基板进行切割，从中撤去了极化电极的表面会成为相反表面1a、1b，从而形成了压电基层1。相反表面1a、1b是矩形的，所述一侧的长度Lc和另一侧的长度Wc均为1.2mm。表5示出了实例2-1至2-7中相反表面1a、1b的长度Lc、Wc及其与厚度Tc的关系。
表5
| 厚度Tc(mm) | 侧面长度Lc、Wc与厚度Tc之间的关系 | |
| 实例2-1 | 0.9 | Lc、Wc＝1.3×Tc |
| 实例2-2 | 0.643 | Lc、Wc＝1.87×Tc |
| 实例2-3 | 0.563 | Lc、Wc＝2.13×Tc |
| 实例2-4 | 0.45 | Lc、Wc＝2.67×Tc |
| 实例2-5 | 0.375 | Lc、Wc＝3.2×Tc |
| 实例2-6 | 0.321 | Lc、Wc＝3.74×Tc |
| 实例2-7 | 0.281 | Lc、Wc＝4.27×Tc |
| 比较实例1 | 0.188 | Lc、Wc＝6.38×Tc |
在形成了压电基层1之后，分别在其相反表面1a、1b上沉积出银电极2、3。电极2、3的振动电极2a、3a是矩形的，所述一侧的尺寸为1.0mm，与之相垂直的另一侧的尺寸为0.9mm。除压电基层1的厚度Tc不同以外，在同样的条件下形成实例2-1至2-7的压电谐振器。
将按上述方式获得的实例2-1至2-7的压电谐振器放置在室温下2 4小时，用阻抗分析器检测厚度的纵向方向上的压电特征。作为压电特征值，可测出阻抗特征。根据所测出的阻抗特征，对厚度的延长方向基波中的主振动部件的波形进行测定。用在谐振频率与反谐振频率之间存在或不存在噪声以及按这些频率的0.15％或其左右的范围内来判定波形。图7中示出了实例2-1的结果，图8中示出了实例2-2的结果，图9中示出了实例2-3的结果，图10中示出了实例2-4的结果，图11中示出了实例2-5的结果，图12中示出了实例2-6的结果，图13中示出了实例2-7的结果。在图7至13中，垂直轴是阻抗Imp(Ω)，横轴是频率Freq(MHz)。
作为与实例2-1至2-7的比较实例2-1，除压电基层的厚度为0.188mm以外，在与实例2-1至2-7相同的条件下形成压电谐振器。表5示出了压电基层的厚度与所述相反表面的侧面的长度之间的关系。在比较实例2-1中，如实例2-1至2-7那样测出阻抗特征。图10示出了比较实例2-1的结果。垂直轴与横轴与图7至13的相同。
从图7至14中可以看出，在实例2-1至2-4中，可在主振动部件中不存在有噪声的情况下获得最好的波形。在实例2-5中，虽然在主振动部件中存在有少许噪声，但可获得优异的波形。在实例2-6至2-7中，虽然在主振动部件中略微存在有噪声，但可以获得可用的良好波形。另一方面，在比较实例2-1中，主振动部件内大量地存在有噪声，只能获得不能使用的波形。
也就是说，业已发现，如果压电基层1的相反表面1a、1b的侧面的长度Lc、Wc为该基层厚度Tc的5倍或更少，则可以使用基波的振动。此外，业已发现，如果长度Lc、Wc为厚度Tc的3.2倍或更少，则可获得基波的更好的波形，如果长度Lc、Wc为厚度Tc的2.7倍或更少，则可获得基波的特别优异的波形。
(实例2-8至2-15)
压电基层1的相反表面1a、1b侧面的长度LC、Wc之间的关系是固定的，除了如表6所示那样在实例2-8至2-15中长度Lc、Wc和厚度Tc有变化以外，按与实例2-1至2-7中相同的条件生产出压电谐振器。这时，相反表面1a、1b的一侧的长度Lc与另一侧的长度Wc是相同的，并且，所述侧面的长度Lc、Wc为厚度Tc的2.4倍。表6中示出了振动电极2a、3a的尺寸。
表6
| 侧面长度Lc、Wc(mm) | 厚度Tc(mm) | 振动电极(mm)一侧×垂直的一侧 | |
| 实例2-8 | 2.16 | 0.9 | 1.8×1.62 |
| 实例2-9 | 1.54 | 0.64 | 1.29×1.16 |
| 实例2-10 | 1.35 | 0.5 6 | 1.13×1.01 |
| 实例2-11 | 1.08 | 0.45 | 0.9×0.81 |
| 实例2-12 | 0.9 | 0.38 | 0.75×0.68 |
| 实例2-13 | 0.77 | 0.32 | 0.64×0.58 |
| 实例2-14 | 0.67 | 0.28 | 0.56×0.51 |
| 实例2-15 | 0.45 | 0.19 | 0.38×0.34 |
就所获得的实例2-8至2-15的压电谐振器而言，按与实例2-1至2-7中相同的方式检测厚度延长方向上的压电特征。图15示出了实例2-8的结果，图15示出了实例2-8的结果，图15示出了实例2-8的结果，图15示出了实例2-8的结果，图16示出了实例2-9的结果，图17示出了实例2-10的结果，图18示出了实例2-11的结果，图19示出了实例2-12的结果，图20示出了实例2-13的结果，图21示出了实例2-14的结果，图22示出了实例2-15的结果。图15至22的垂直轴和横轴与图7至13中的相同。
从图15至22中可以看出，在实例2-8至2-15的每个实例中，可在主振动部件中不存在有噪声的情况下获得最好的波形。也就是说，如果相反表面1a、1b的侧面的长度Lc、Wc为厚度Tc的5倍或更少，则可在与压电基层1的尺寸无关的情况下使用基波的振动。
(实例2-16至2-19)
压电基层1的厚度Tc固定为0.5mm，除了如表7所示那样在实例2-16至2-19中所述一侧的长度Lc和另一侧的长度Wc有变化以外，按与实例2-1中相同的条件生产出压电谐振器。表7中还示出了一侧长度Lc与另一侧长度Wc之间的关系。
表7
| 一侧长度Lc(mm) | 另一侧长度Wc(mm) | 一侧长度Lc与另一侧长度Wc之间的关系 | |
| 实例2-16 | 1.20 | 1.28 | Wc＝1.07×Lc |
| 实例2-17 | 1.20 | 1.16 | Wc＝0.97×Lc |
| 实例2-18 | 1.14 | 1.20 | Wc＝1.05×Lc |
| 实例2-19 | 1.24 | 1.20 | Wc＝0.97×Lc |
| 比较实例2-2 | 1.20 | 1.30 | Wc＝1.08×Lc |
| 比较实例2-3 | 1.20 | 1.10 | Wc＝0.92×Lc |
| 比较实例2-4 | 1.10 | 1.20 | Wc＝1.09×Lc |
| 比较实例2-5 | 1.32 | 1.20 | Wc＝0.91×Lc |
就所获得的实例2-16至2-19的压电谐振器而言，按与实例2-1至2-7中相同的方式检测厚度延长方向上的压电特征。图23示出了实例2-16的结果，图24示出了实例2-17的结果，图25示出了实例2-18的结果，图26示出了实例2-19的结果。图23至26的垂直轴和横轴与图7至13中的相同。
作为与实例2-16至2-19的比较实例2-2至2-5，除如表7所示那样所述一侧的长度和另一侧的长度有所变化以外，在与实例2-16至2-19相同的条件下形成压电谐振器。就上述比较实例2-2至2-5而言，如实例2-16至2-19那样检测压电特征。图27示出了比较实例2-2的结果，图28示出了比较实例2-3的结果，图29示出了比较实例2-4的结果，图30示出了比较实例2-5的结果。图27至30的垂直轴和横轴与图7至13的相同。
从图23至30可以看出，在实例2-16至2-19中，尽管在主振动部件中或多或少地存在有噪声，但仍可获得可用的好的波形。另一方面，在比较实例2-2至2-5中，在主振动部件中大量存在噪声，并且，获得了不能使用的波形。也就是说，业已发现，如果所述另一侧的长度Wc为压电基层1的相反表面1a、1b的所述一侧的长度Lc的0.93倍至1.07倍，则可使用基波的振动。
在上述实例中，对压电基层1包括由含有铋—锶—钛—镧—锰的分层结构构成的化合物这样的情况进行了说明，但是，尽管用由不含有铋的分层结构构成的化合物来形成压电基层1，也可以获得类似的结果。此外，尽管使用了有效泊松比小于1/3的压电材料而不是由含铋的分层结构构成的化合物，但也可提供相似的结果。
业已参照上述实施例和实例说明了本发明，但是，应该注意，本发明并不局限于此，而是可以作多种改进。例如，在上述实施例和实例中，通过列举了实例说明了构成压电基层1的压电材料，但是，只要压电材料的有效泊松比小于1/3，就可以广泛地使用该材料。
业已就压电基层1的相反表面1a、1b的一侧的长度Lc是在电极2、3的前导部2b、3b的延伸方向I上的延伸部的长度对上述实际的实施例进行了说明，但是，可将两个垂直侧面的任一个长度形成为Lc。
第三实施例
图31是本发明压电谐振部件的透视图，它按组装好的状态并且部分是剖面的方式作了显示。图32是图31的放大侧视图，它部分是剖面的。图33是如图31和32所示的压电谐振器部件的分解透视图。所示出的压电谐振部件包括：一压电谐振器103、一基层105、一连接导体107和一罩帽。
压电谐振器103包括一压电部件111、多个侧面电极113、115以及多个振动电极117、119。振动电极117、119沿压电部件111的厚度方向在一侧和另一侧上彼此相反地形成在压电部件111上，压电部件111位于这两个振动电极之间。侧面电极113、115沿压电部件111的长度方向在一侧和另一侧上彼此相反地形成在压电部件111上，压电部件111位于这两个侧面电极之间。侧面电极113按电连接和机械连接与振动电机117相通连，侧面电极115按电连接和机械连接与振动电机119相通连。
此外，压电部件111是由一烧结部件构成的，该烧结部件被研磨成有预定的厚度并在一高电场中被极化。压电部件111由不含PbO的无铅材料制成，否则的话就会污染环境。
用诸如真空蒸发沉积法或喷溅成形法之类的层压成形技术来形成振动电极117、119和侧面电极113、115。振动电极117、119和侧面电极113、115的材料可包括Ag、Cu、Cr等。
基层105包括基层主体127和多个终端电极121、123、125，它们形成在基层主体127的表面上。终端电极121、123分别环绕基层主体127延伸一圈。在终端电极121与终端电极125之间以及终端电极123与终端电极125之间分别设置有电容。
连接导体107包括金属球131、133以及导电粘合剂135、137。金属球有例如0.3至0.5mm的大小并且可从无铅族构成的焊料球、铜(Cu)球、具有铜芯的镀锡(Sn)球等中选出。就环境污染而言，无铅族的焊料球的材料可以至少是从Sn-Sb、Sn-Sb-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Cu-Bi、Sn-Ag-Cu-In、Sn-Zn、Sn-Zn-Bi等中选出的一组。锡镀层的厚度为5μm至30μm。具体地说，所使用的金属球131、133可以是带镀层的球(Cu芯+Sn镀层：镀层厚度为5μm至30μm)，球的直径为0.3至0.5mm，或者是Cu球(不带镀层，球的直径为0.3至0.5φmm。
导电粘合剂135、137可以包含有银(Ag)以及从苯酚树脂基础组分、尿烷树脂和环氧树脂构成的混合基础组分或环氧树脂基础组分中选出的一种。以下示例性地示出了导电粘合剂的固化条件中的一种：
苯酚族 ：150℃×30分(在空气中)
尿烷/环氧族 ：170℃×10分(在空气中)
环氧族 ：200℃×30分(在空气中)
作为由组成部件构成的组件，压电谐振器103安装在基层105上，金属球131、133位于压电谐振器103与基层105之间，压电谐振器103与基层105之间有容隙G。
金属球131、133分别定位成与压电谐振器103的侧面电极113、115作点接触。导电粘合剂135粘合于点接触部分的周围。从而，金属球131、133分别固定于侧面电极113、115，从而形成了电和机械连接。
与侧面电极113、115结合使用的导电粘合剂135最好有柔性，以便利用压电谐振器103的性能。所以，推荐使用尿烷树脂和环氧树脂或苯酚族的混合物而不是环氧树脂基础组分。
此外，金属球131、133放置在终端电极121、123的表面上并定位成与终端电极121、123的表面作点接触，而终端电极121、123则分别环绕基层主体127延伸完整的一圈。终端电极121、123的表面与压电谐振器103相对向。点接触部分用导电的粘合剂137粘合起来。因此，金属球131、133会固定于终端电极121、123，从而形成了电和机械连接。
与终端电极121、123结合使用的导电粘合剂137不需要有如就侧面电极113、115而言所需的柔性，所以，可以使用环氧树脂基础组分。
举例而言，按下述顺序将压电谐振器103和基层105组装起来。
首先，将导电粘合剂135涂敷到侧面电极113、115上，而侧面电极113、115则固定于压电谐振器103。随后，将金属球131、133放置到涂敷后导电粘合剂135上，并通过干燥来使涂敷后的导电粘合剂135固化。
然后，将导电粘合剂137涂敷到设置在基层105上的终端电极121、123上。
随后，将压电谐振器103按这样的指向安装到基层105上即：固定的金属球131、133与基层105的涂敷有导电粘合剂137的表面相接触，并且，通过干燥使涂敷在终端电极121、123上的导电粘合剂137固化。
通过干燥使导电粘合剂135、137固化。至于固化条件，举例而言，苯酚树脂基础组分在150℃固化30分钟。尿烷树脂和环氧树脂的混合物在170℃固化10分钟。环氧树脂基础组分在200℃固化30分钟。
在将压电谐振器103以固定的方式安装到基层105上之后，利用气密结构通过绝缘粘合剂139将罩帽固定到基层105上。
图34示出了压电谐振器自身的等价电路。压电谐振器包括一等价的电阻R、一等价的电感线圈L、一等价的电容C1以及电极间电容Co。
图35示出了压电谐振器的放大透视图。如前所示，压电谐振器103包括压电部件111、侧面电极113、115以及振动电极117、119。
举例来说，压电谐振器103的尺寸如下：沿箭头所示方向X的宽度为1mm至1.2mm，沿方向Z的厚度T为0.4mm至0.5mm，沿方向Y的长度K为1mm至1.2mm。
本发明的压电谐振器设计成使用了由厚度延长方向基本振动模式构成的基本波振动。所使用的振动位移的方向是Z方向。当然，所述振动位移沿Z方向在形成有振动电极117、119的表面的中心部分为最大。
如图32所示，压电谐振器103在侧面电极113、115的部分处受金属球131、133的支承。被支承的侧面电极113、115位于沿方向Y的一侧和相反的一侧。所述沿方向Y的一侧和相反的一侧通常垂直于方向Z，方向Z是所使用的厚度延长方向振动位移的方向。所以，所述振动位移在上述一侧和相反的一侧处是小的。此外，通常垂直于振动位移方向的压电谐振器的定向几乎不会影响所使用的厚度延长方向振动位移。
所以，依照其中压电谐振器103在侧面电极113、115的部分处受金属球131、133所支承的结构，可以避免因振动能量的衰减和抑制不必要的振动而导致的谐振性能的恶化。
此外，由于压电谐振器103受点接触结构的支承，所以，就会进一步减少影响压电谐振器振动的因素。利用这种支承结构，可以生产出有高Qmax值的压电谐振器。
在侧面部分处，存在有这样的部分，其中，振动位移很少占有大的区域。用S表示的这样两个部分有很少的振动位移。在图35中，部分S示出了可获得高谐振性能的区域。部分S是作为支承点位置的最佳部分，在该部分处，金属球131、133与该部分相接触。每个部分S均具有一中心，它位于C1所示的厚度T的中线和C2所示的宽度W限定的四个部分的交汇点处，所述中心的高度在该区域内约为厚度T的一半(1/2)，宽度约为整个宽度W的四分之一(1/4)。但是，这并不意味着作为支承位置不能采用除部分S以外的部分。与沿宽度的整个长度延伸粘合的通常结构相反，可确定除部分S以外的支承位置以获得实用的性能。
图36示出了压电谐振器的侧面处的振动位移的分布。该图示出了用激光来测定振动位移。厚度T为0.5mm，宽度W为1.2mm。画有斜线的部分B为位移量2nm至4nm，它们表示较高的值。无阴影线的其它部分为位移量2nm或更小。在这一侧上没有位移量超过4nm的部分，在位于如图35所示的方向Z上的一个侧面的中心中可以看到4nm的位移量。图35所示的部分S包括在位移量为2nm或更小的部分A中。
图37是一曲线图，它示出了在图36的中心线X1上测出的位移量值。横轴表示图36的中心线X1上的位置。一格为0.1mm，整个的宽度为1.2mm。垂直轴表示振动位移量，一格为1nm。最大位移量为3.6nm，该位移量存在于图36所示的位置Z1处。图35所示的部分S包括在约1nm或更小的区域内。
图38是一曲线图，它示出了通过模型分析得到的压电谐振器的振动位移量的分布。在计算机模拟中使用的模型的尺寸在图35所示的压电谐振器的尺寸的范围内。方向X、Y、Z与图35所示的相同。将振动位置量分成五级，其中，白色的部分A为最小位移量，随后依次为点划线部分B、垂直线部分C、横线部分D和斜线部分E。多个交叠的划线部分有那么大的振动位移量。位于方向Z上的上表面的中心部分E表示最大的位移量。此外，与位于方向Z上的上表面相比，位于X和Y方向上的侧面部分表示较小的振动位移量，X和Y方向不表示与位于方向Z上的位移量最大的上表面的中央部分相对应的部分。
图35所示的部分S分别部分地位于白色区域A内并分别部分地位于点划线的区域B内，在区域A中，位移量在五个分级中为最小，在区域B中，位移量在区域A之后。
图39示出了用探头检测到的压电谐振器上的谐振性能值的分布。通过用与压电谐振器的一侧的四分之一(1/4)面积相接触的探头测定Qmax值的变化，可获得上述分布。可用四级来表示Qmax值。划线区域从“好”至“坏”相交叠。白色区域A为最好，Qmax值为30至25。仅画点划线的区域B为Qmax值25至20。画垂直线的区域C为Qmax值20至15。画横线的区域D为Qmax值15至10。
图35所示的部分S通常被分别限定在上述四个分级的区域中的画点划线的Qmax值为25至20的区域B内。
由于参照图36至39观察了压电谐振器侧面处的振动位移量和Qmax值，故可以说，图35所示的部分S在高Qmax值情况下有最小的振动位移量。
如上所述，依照压电谐振器103由分别与侧面电极113、115在支点处与相接触的金属球131、133所支承的点接触结构，可用厚度延长方向基本振动模式来获得有优异谐振性能的压电谐振部件，它可防止能量衰减、不必要的振动以及谐振性能的恶化。
Claims (15)
1、一种压电谐振器，该压电谐振器包括：
一压电基层，它含有有效泊松比小于1/3的压电材料，所述压电基层具有一对相反的表面；以及，
一对位于上述相反表面上的振动电极装置，用于产生厚度延长方向的基波作为一种振动模式；
其中，压电基层的相反表面是矩形的；并且
一个表面的其中一侧的长度与该表面的垂直于该侧的另一侧的长度之和被限制在2.22至2.24mm或2.34至2.48mm的范围内。
2、如权利要求1的压电谐振器，其特征在于，所述相反表面的其中一侧的长度被限制在1.06至1.24mm的范围内，另一侧的长度被限制在1.16至1.30mm的范围内。
3、如权利要求2的压电谐振器，其特征在于，所述相反表面的其中一侧的长度被限制在1.16至1.22mm的范围内，另一侧的长度被限制在1.18至1.22mm的范围内。
4、如权利要求1的压电谐振器，其特征在于，所述压电基层具有包含有铋(Bi)的铋层复合结构。
5、如权利要求4的压电谐振器，其特征在于，所述铋层复合结构包含有铋-锶(Sr)-钛(Ti)-氧(O)。
6、如权利要求4的压电谐振器，其特征在于，所述铋层复合结构包含有铋-锶(Sr)-镧(La)-钛(Ti)-氧(O)。
7、一种压电谐振器，该压电谐振器包括：
一压电基层，它含有有效泊松比小于1/3的压电材料，所述压电基层具有一对相反的表面；以及
一对位于上述相反表面上的振动电极装置，用于产生厚度延长方向的基波作为一种振动模式；
其中，所述压电基层的相反表面的每个面积为从1.22至1.26mm2或从1.35至1.538mm2的范围内。
8、如权利要求7的压电谐振器，其特征在于，所述压电基层具有包含有铋(Bi)的铋层复合结构。
9、如权利要求8的压电谐振器，其特征在于，所述铋层复合结构包含有铋-锶(Sr)-钛(Ti)-氧(O)。
10、如权利要求8的压电谐振器，其特征在于，所述铋层复合结构包含有铋-锶(Sr)-镧(La)-钛(Ti)-氧(O)。
11、一种压电谐振器，该压电谐振器包括：
一压电基层，它含有有效泊松比小于1/3的压电材料，所述压电基层具有一对相反的表面；以及
一对位于上述相反表面上的振动电极装置，用于产生厚度延长方向的基波作为一种振动模式；
其中，所述压电基层的相反表面是矩形的，并且
所述相反表面的其中一侧的长度被限制在前述压电基层厚度的5倍或更少的范围内，以及
所述相反表面的与上述一侧相垂直的另一侧的长度被限制在所说的一侧的长度的0.93倍至1.07倍的范围内。
12、如权利要求11的压电谐振器，其特征在于，所述振动电极的面积是前述相反表面的面积的6％或更多。
13、如权利要求11的压电谐振器，其特征在于，所述压电基层具有由含铋(Bi)的铋层复合结构。
14、如权利要求13的压电谐振器，其特征在于，所述铋层复合结构包含有铋-锶(Sr)-钛(Ti)-氧(O)。
15、如权利要求13的压电谐振器，其特征在于，所述铋层复合结构包含有铋-锶-钛-镧(La)-锰(Mn)-氧。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22306899A JP3499469B2 (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 圧電共振子 |
| JP223068/1999 | 1999-08-05 | ||
| JP36542599A JP2001185982A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 圧電共振子 |
| JP365425/1999 | 1999-12-22 | ||
| JP2000107109A JP2001292049A (ja) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | 圧電共振部品 |
| JP107109/2000 | 2000-04-07 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2004100397898A Division CN1538620A (zh) | 1999-08-05 | 2000-08-07 | 压电谐振器和压电谐振器部件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1284788A CN1284788A (zh) | 2001-02-21 |
| CN1175563C true CN1175563C (zh) | 2004-11-10 |
Family
ID=27330735
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2004100397898A Pending CN1538620A (zh) | 1999-08-05 | 2000-08-07 | 压电谐振器和压电谐振器部件 |
| CNB001225529A Expired - Fee Related CN1175563C (zh) | 1999-08-05 | 2000-08-07 | 压电谐振器和压电谐振器部件 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2004100397898A Pending CN1538620A (zh) | 1999-08-05 | 2000-08-07 | 压电谐振器和压电谐振器部件 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6404102B1 (zh) |
| EP (1) | EP1075082A3 (zh) |
| KR (1) | KR20010021135A (zh) |
| CN (2) | CN1538620A (zh) |
| TW (1) | TW456060B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6903489B2 (en) | 2000-07-25 | 2005-06-07 | Tdk Corporation | Piezoelectric resonator, piezoelectric resonator component and method of making the same |
| JP2002365123A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Yamato Scale Co Ltd | 水晶振動子を用いた荷重センサ |
| SE0300375D0 (sv) * | 2003-02-12 | 2003-02-12 | Attana Ab | Piezoelectric resonator |
| JP4990047B2 (ja) * | 2007-07-02 | 2012-08-01 | 日本電波工業株式会社 | 圧電振動片及び圧電デバイス |
| US8022604B2 (en) * | 2007-10-19 | 2011-09-20 | Ngk Insulators, Ltd. | (Li, Na, K)(Nb, Ta)O3 type piezoelectric/electrostrictive ceramic composition containing 30-50 mol% Ta and piezoelectric/electrorestrictive device containing the same |
| US20090145067A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Tatley Ronald D | Composition, method of use, and structural barrier system |
| CN101445367B (zh) * | 2008-12-25 | 2011-10-05 | 西安健信电力电子陶瓷有限责任公司 | 交流高压陶瓷电容器介质材料及其制备方法 |
| CN112234949A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-15 | 武汉大学 | 一种多频段可调谐的三维体声波谐振器 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH608335B (de) * | 1976-09-14 | Ebauches Sa | Microresonateur piezoelectrique. | |
| JPS60123120A (ja) | 1983-12-07 | 1985-07-01 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子とコンデンサの複合部品及びその製造方法 |
| FR2565033B1 (fr) * | 1984-05-22 | 1987-06-05 | Labo Electronique Physique | Dispositif de transduction ultrasonore a reseau d'elements transducteurs piezoelectriques |
| JP2790178B2 (ja) * | 1987-06-26 | 1998-08-27 | 株式会社村田製作所 | 電歪共振装置 |
| JPH01236715A (ja) | 1988-03-16 | 1989-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | セラミック共振子 |
| US5084647A (en) * | 1989-07-19 | 1992-01-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric filter |
| JP3244238B2 (ja) * | 1993-02-25 | 2002-01-07 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振装置 |
| GB2281159B (en) * | 1993-08-17 | 1997-10-01 | Murata Manufacturing Co | Ladder-type filter |
| JPH07297661A (ja) * | 1994-04-27 | 1995-11-10 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子及び圧電共振子の共振周波数調整方法 |
| JPH08237066A (ja) | 1995-02-24 | 1996-09-13 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子およびその製造方法 |
| JPH08242026A (ja) * | 1995-03-03 | 1996-09-17 | Fujitsu Ltd | 圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置 |
| JP3141723B2 (ja) * | 1995-04-11 | 2001-03-05 | 株式会社村田製作所 | 幅モードを利用した共振子及び共振部品 |
| JPH1051262A (ja) * | 1996-04-16 | 1998-02-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電振動子とその製造方法 |
| JP3262007B2 (ja) * | 1997-01-10 | 2002-03-04 | 株式会社村田製作所 | エネルギー閉じ込め型厚みすべり共振子およびこの共振子を用いた電子部品 |
-
2000
- 2000-07-27 KR KR1020000043284A patent/KR20010021135A/ko active IP Right Grant
- 2000-08-03 EP EP00116804A patent/EP1075082A3/en not_active Withdrawn
- 2000-08-03 US US09/631,699 patent/US6404102B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-08-05 TW TW089115798A patent/TW456060B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-08-07 CN CNA2004100397898A patent/CN1538620A/zh active Pending
- 2000-08-07 CN CNB001225529A patent/CN1175563C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1075082A3 (en) | 2004-12-01 |
| CN1284788A (zh) | 2001-02-21 |
| EP1075082A2 (en) | 2001-02-07 |
| KR20010021135A (ko) | 2001-03-15 |
| CN1538620A (zh) | 2004-10-20 |
| US6404102B1 (en) | 2002-06-11 |
| TW456060B (en) | 2001-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1183669C (zh) | 谐振器结构和包括这种谐振器结构的滤波器 | |
| CN1083173C (zh) | 应用宽度振动模式的谐振器和谐振元件 | |
| CN1225754C (zh) | 薄膜电容器的制造方法 | |
| CN1253621A (zh) | 双头质量传感器和质量检测方法 | |
| CN1395549A (zh) | 压电陶瓷 | |
| CN1538612A (zh) | 超声波振子及超声波电机 | |
| CN1449110A (zh) | 电压控制振荡器 | |
| CN1532860A (zh) | 电子部件 | |
| CN1175563C (zh) | 压电谐振器和压电谐振器部件 | |
| CN1256809A (zh) | 薄膜压电元件 | |
| CN1905362A (zh) | 电涌吸收元件和电涌吸收电路 | |
| CN1720659A (zh) | 声表面波分波器 | |
| CN1230292A (zh) | 压电变压器装置 | |
| CN1188915C (zh) | 压电谐振器、压电谐振器器件及其制造方法 | |
| CN1685534A (zh) | 压电振动器以及其制造方法 | |
| CN1180533C (zh) | 纵向耦合型多模压电滤波器 | |
| CN1845454A (zh) | 谐振器 | |
| JP2001316180A (ja) | 圧電セラミック組成物、及びこれを用いた高出力圧電トランス | |
| CN1614876A (zh) | 压电谐振器，及其制造方法，滤波器，双工器和通讯器件 | |
| CN1839487A (zh) | 压电/电致伸缩装置 | |
| Yang et al. | Fabrication and characterization of Na0. 5K0. 5NbO3-CuNb2O6 lead-free step-down piezoelectric transformers | |
| CN1892231A (zh) | 加速度传感器及使用该加速度传感器的磁盘装置 | |
| CN1225835C (zh) | 复合材料振荡器件 | |
| JP2011213538A (ja) | 圧電組成物、圧電磁器、振動子、及び超音波モータ | |
| CN1253950C (zh) | 压电装置、阶梯型滤波器及压电装置的制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |