DE3245658C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Resonator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Her­ stellung und eine Filtereinrichtung in welcher dieser ver­ wendet wird.

Ein derartiger Resonator, der in einem Filter Verwendung findet, ist aus der US-PS 43 60 754 bekannt.

Er hat drei Anschlüsse und entweder die Form eines qua­ dratischen oder eines kreisförmigen Plättchens. Ein der­ artiger Resonator weist jedoch verschiedene Nachteile auf.

Zum einen ist der Resonator verhältnismäßig groß. Zum anderen treten bei dem quadratischen Plättchen, das Expansions­ schwingungen bzw. Flächenschwingungen ausführt, auch Störschwingungen in Form von Kantenschwingungen auf.

Wird ein kreisförmiges Plättchen verwendet, so muß dieses eine beträchtliche Größe erhalten, wenn die dritte Ober­ schwingung des Resonators verwendet wird, um Knotenpunkte zu erhalten, an denen das Filter abgestützt werden kann.

Bei dem bekannten Resonator treten auch Probleme bei der Ausbildung der Elektroden auf. Diese werden üblicherweise unter Verwendung einer Maske auf die keramische Platte auf­ gesprüht bzw. gespattert oder aufgetragen. Hierfür ist eine große und teuere Maschine erforderlich, was zu hohen Her­ stellungskosten führt.

Deshalb hat die Erfindung die Aufgabe, einen piezoelek­ trischen Resonator der oben beschriebenen Art zu schaffen, der in Massenproduktion leicht und billig herstellbar ist und bei dem möglichst keine Störschwingungen auftreten.

Diese Aufgabe wird bei einem piezoelektrischen Resonator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst durch dessen Merkmale im kennzeichnenden Teil.

Aus der DE-AS 12 74 675 ist eine piezoelektrische Resona­ toranordnung bekannt, bei welcher das piezoelektrische Plättchen eine längliche, rechteckige Form aufweist und in einer speziellen Ausführungsform auch teilweise in Längs­ richtung des Plättchens verlaufende Nuten aufweist. Diese Nuten haben aber in diesem Falle einen völlig anderen Zweck und sind deshalb auch auf beiden Hauptflächen vor­ gesehen.

Die erfindungsgemäße Längsnut hingegen dient der Ankopplung der Elektroden auf der einen Hauptfläche aneinander. Da­ durch führt der erfindungsgemäße piezoelektrische Resonator Längsschwingungen aus, wobei eine stehende Welle in Längs­ richtung des länglichen rechteckigen Plättchens erzeugt wird. Da das Plättchen hinsichtlich seiner Länge viel größer ist im Vergleich zu seiner Breite oder Dicke, hat die stehende Welle in Längsrichtung eine Frequenz, die viel niedriger ist, als die der in Dicken- oder Breiten­ richtung erzeugten stehenden Welle. Dadurch wird die Längs­ schwingung nicht durch andere Schwingungen gestört. Außer­ dem kann der erfindungsgemäße Resonator im Vergleich zum bekannten quadratischen oder kreisförmigen kleiner aus­ gebildet werden, was bei der Verwendung mehrerer Resona­ toren besonders vorteilhaft ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen genauer beschrie­ ben. Es zeigt

Fig. 1a in einer perspektivischen Ansicht einen piezoelektrischen Resonator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1b in einer perspektivischen Ansicht einen piezoelektrischen Resonator gemäß einer Weiterbildung der Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Schaltschema des piezo­ elektrischen Resonators der Fig. 1a oder 1b;

Fig. 3 die Draufsicht einer Anzahl gesinterter keramischer Plättchen, die vertikal und horizontal in einer Ebene ausgerichtet sind;

Fig. 4 die schematische Ansicht der Art und Weise, wie die keramischen Platten durch eine Säge zum Zerteilen von Substraten für elektrische Elemente getrennt bzw. be­ arbeitet werden;

Fig. 5 in Draufsicht eine Basis zum Abstützen des piezoelektrischen Resonanzelementes und der damit verbundenen Teile;

Fig. 6 eine Vorderansicht der Basis mit teilweise entfernten Teilen, gesehen in Richtung VI der Fig. 5;

Fig. 7 in einer Seitenansicht die Basis mit teil­ weise entfernten Teilen, gesehen aus der Richtung VII der Fig. 5;

Fig. 8 in Draufsicht Kontaktanschlüsse für die Elektroden;

Fig. 9 in Draufsicht ein blattförmiges biegsames anisotropes Leiterelement;

Fig. 10 in Draufsicht den Masseanschluß des Resonators;

Fig. 11 in Draufsicht den Masseanschluß, gesehen in der Richtung XI von Fig. 10;

Fig. 12 in Seitenansicht den Masseanschluß, gesehen in Richtung XII von Fig. 10;

Fig. 13 in Draufsicht ein Gehäuse für den Resonator;

Fig. 14 in Seitenansicht das Gehäuse, gesehen in der Richtung XIV von Fig. 13;

Fig. 15 in Vorderansicht das Gehäuse, gesehen in Richtung XV der Fig. 13;

Fig. 16 im Querschnitt eine Explosionsansicht einer piezoelektrischen Reso­ nanzeinrichtung;

Fig. 17 in Draufsicht von oben eine piezoelektrische Resonanzeinrichtung;

Fig. 18 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIII-XVIII von Fig. 17;

Fig. 19 in einer Ansicht von unten mit teilweise entfernten Teilen die piezoelektrische Filtereinrichtung, gesehen in der Rich­ tung XIX von Fig. 17;

Fig. 20 in schematischer Darstellung eine Abwandlung des Masseanschlusses;

Fig. 21 bis 24 grafische Darstellungen einer Trenncharak­ teristik; und

Fig. 25 eine grafische Darstellung einer Dämpfungs­ charakteristik.

Wie in Fig. 1a gezeigt ist, weist ein piezoelektrischer Resonator 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein piezoelektrisches keramisches Plättchen 2 auf, das eine längliche rechteckige Form mit der Länge L hat. Die obere größere Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Plättchens 2 weist eine geradlinige Nut 3 auf, die sich in Längsrichtung erstreckt und die obere Oberfläche in zwei hervorstehende Felder einteilt. Die obere größere Oberfläche des Plättchens 2 ist weiterhin mit Nuten 4 und 5 versehen, von denen jede die Nut 3 schneidet und in einem Abstand von ein Drittel L vom Mittelpunkt der oberen grö­ ßeren Oberfläche des Plättchens 2 angeordnet ist. Die Nuten 4 und 5 haben daher einen Abstand von zwei Drittel L. Durch die Nuten 3, 4 und 5 wird daher die größere Ober­ fläche des Plättchens in sechs Felder aufgeteilt, auf denen Elektroden 6, 7, 8, 9, 10 und 11 aufgebracht sind. Auf der gesamten unteren größeren Oberfläche des piezoelek­ trischen keramischen Plättchens ist eine Elektrode 12 aufgebracht.

Beispielsweise hat das piezoelektrische keramische Plätt­ chen 2 eine Länge L von ungefähr 4,05 mm, eine Breite von 0,6 mm und eine Dicke von 0,3 mm. Weiter hat die Nut 3 eine Tiefe von 0,15 mm und eine Breite von 0,15 mm. Jede der Nuten 4 und 5 hat beliebige Größe, die ausreicht, die Elektroden 8, 9, 10 und 11 elektrisch von den Elektroden 6 und 7 zu trennen. Die Elektroden 8, 9, 10 und 11 sind nur vorgesehen, um ein elektrisches Potential in Richtung der Dicke des Plättchens zwischen den oberen und unteren grö­ ßeren Oberflächen des Plättchens 2 während des Herstellungs­ schritts des piezoelektrischen Resonators 1 anzu­ legen, um so das Plättchen 2 zu polarisieren. Sie werden beim Betrieb nicht verwendet. Der piezoelektrische Resonator 1 dieses Beispiels schwingt im Längsmode (Schwin­ gung in Längenrichtung), bei dem sich der Resonator 1 in Längsrichtung ausdehnt und zusammenzieht, und zwar bei einem amplitudenmodulierten oder Mittelwellensignal mit der Mittelfrequenz von 450 kHz.

In Fig. 1b ist eine Weiterbildung des piezoelektrischen Resonators 1′ gezeigt. Im Vergleich zum Resonator 1 weist das Element 1′ keine Nuten 4 und 5 auf. Daher ist die obere größere Oberfläche des Plättchens 2 in zwei Felder aufgeteilt, auf denen Elektroden 6 und 7 aufge­ bracht sind. Der piezoelektrische Resonator 1′ schwingt ebenso wie das Element 1 in einer einzigen Schwingungsform in Längsrichtung und kann als Filterele­ ment verwendet werden.

In Fig. 2 ist in Symbolform das Schema des piezoelek­ trischen Resonators 1 oder 1′ dar­ gestellt.

Es sollen nun die Schritte zum Herstellen des piezoelek­ trischen Resonators 1 in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben werden.

Es wird zunächst ein gesintertes keramisches Plättchen 101 mit rechteckiger Form und Seitenlängen von einigen cm so durch ein bekanntes Verfahren behandelt, wie z. B. Polieren, daß die entgegengesetzten größeren Oberflächen glatt werden. Ein solches keramisches Plättchen 101 dient als Mutterstück. Dann wird jede der gegenüberliegenden größeren Oberflächen des Mutterstückes ganz mit einer dün­ nen Schicht eines elektrisch leitenden Materials belegt. Anschließend wird eine geeignete Spannung zwischen den dünnen Schichten auf den entgegengesetzten Oberflächen angelegt, um das keramische Plättchen 101 in seiner Dic­ kenrichtung zu polarisieren. Dann wird, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, mit einer Säge 13 zum Zerteilen von Substraten für elektronische Elemente, die eine Schneidgenauigkeit von ±2 µm hat, die Platte 101 mit Nuten versehen und in eine Vielzahl von Chips zerteilt, wobei jeder herausge­ schnittene Chip bzw. jedes herausgeschnittene Plättchen des vollständigen piezoelektrischen Resonators 1 bil­ det. Um die Nuten zu bilden, wird die Säge 13, die mit großer Geschwindigkeit rotiert, in Richtung B bis auf eine vorbestimmte Höhe gebracht und dann in Richtung A vorwärtsbewegt. Zum Schneiden wird die Säge 13 weiter herunter bewegt und auf ähnliche Weise fortbewegt. Obwohl die Säge 13 zum Zerteilen von Substraten für elektronische Elemente zum Schneiden von dicken Materialien nicht geeig­ net ist, ist sie hier gut geeignet, da das keramische Plättchen, das erfindungsgemäß verwendet wird, sehr dünn ist. Es kann daher durch die Säge 13 leicht geschnitten werden.

Um die Wirksamkeit der Bearbeitungsschritte zu verbessern, wird eine Vielzahl gesinterter keramischer Plättchen 101 vertikal und horizontal in einer Ebene ausgerichtet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Anschließend werden dann durch die Säge 13 zum Zerteilen von Substraten für elektronische Elemente die Plättchen 101 alle mit Nuten versehen und an­ schließend in Plättchen 101 oder direkt in Chips 1 zersägt.

Da die Säge 13 als Microchip-Säge (dicing saw) eine große Schneidgenauigkeit hat, hat jeder der herausgeschnittenen Chips 1 die erforderliche Länge L, und zwar mit solcher Genauigkeit, daß die Größe der Chips 1 nicht genauer bestimmt werden muß. Im Vergleich zum vorbe­ kannten Resonator kann daher die Längenjustierung für die Frequenzauswahl weggelassen werden. Werden z. B. Chips 1 für Benutzung in einem Filter mit einer Mittelfrequenz von 455 kHz geschnitten, so zeigte jeder Chip 1 eine große Qualität bezüglich der Frequenzauswahl. Die Steuerung der Frequenz, die gefunden wurde, war nicht größer als 1,2 kHz. Durch Schneiden der Nuten, die als Nuten 3, 4 und 5 dienen werden, kann die dünne Schicht zu Eingangs- und Ausgangs­ elektroden 6 und 7 gewünschter Größer gemacht werden. Im Gegensatz dazu wurden bei vorbekannten Resonatoren die Ein­ gangs- und Ausgangselektroden dadurch hergestellt, daß ein vorbestimmtes Muster mit einer Spezialtinte auf die dünne Schicht gedruckt wurde und anschließend die dünne Schicht teilweise weggeätzt wurde, um so die Elektroden 6 und 7 zu bilden. Man sieht, daß im Vergleich hierzu das erfindungs­ gemäße Verfahren einfacher ist.

Die Nuten 4 und 5 werden so gebildet, daß man die erforder­ liche Länge, das heißt ²/₃ L, für die Elektroden 6 und 7 erhält. Sind die Elektroden 6 und 7 so ausgebildet, daß ihre Länge ²/₃ der Länge L des Plättchens 1 beträgt, so können dritte Oberwellen unterdrückt werden.

Es soll nun eine piezoelektrische Filtereinrichtung be­ schrieben werden, bei der der piezoelektrische Resonator 1 Verwendung finden kann.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist eine Basis 14 zum Tragen des piezoelektrischen Resonators 1 und der damit zu­ sammenhängenden Teile, wie Anschlüsse 15 und 17 und das leitende Kautschukblättchen 16, die weiter unten ausführ­ lich beschrieben werden, gezeigt.

Die Basis 14 besteht aus einem elektrisch nicht leiten­ den Material, wie z. B. Kunstharz. Sie weist eine Unter­ lage 19 von rechteckiger Form auf. Vorzugsweise sind die vier Ecken der Unterlage 19 weggeschnitten, um spitze Ecken zu entfernen, wie dies am besten in Fig. 5 gezeigt ist. Entlang den gegenüberliegenden langen Seitenkanten der Unterlage 19 und in einem Mittelbereich derselben erheben sich zwei Wände 20 a und 20 b senkrecht, einander gegenüber stehend, von der Unterlage 19. Eine Ausnehmung 201 ist in der Mitte der oberen Kante jeder Wand 20 a, 20 b ausgebildet. Auf ähnliche Weise erheben sich entlang den einander gegenüberliegenden kurzen Seitenkanten der Unter­ lage 19 zwei Wände 21 a und 21 b rechtwinklig, einander gegenüberstehtend, von der Unterlage 19. Wie in den Fig. 6 gezeigt ist sind die Wände 20 a und 20 b viel höher als die Wände 21 a und 21 b. Es sind auch Zwischenräume zwischen den hohen und niedrigen Wänden vorgesehen.

In dem Raum, der durch die vier Wände 20 a, 20 b, 21 a und 21 b begrenzt ist, erstrecken sich sechs Stifte 22 a, 22 b, 23 a, 23 b, 23 c und 23 d rechteckig von der Unterlage 19, wobei die Stifte 22 a und 22 b in der Nähe der niedrigen Wände 21 a bzw. 21 b angeordnet sind, während die Stifte 23 a und 23 b in der Nähe der hohen Wand 20 a und die Stifte 23 c und 23 d in der Nähe der hohen Wand 20 b angeordnet sind. Wie dies in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, haben die Stifte 23 a bis 23 d die­ selbe Höhe wie die hohen Wände 20 a und 20 b, während die Höhe der Stifte 22 a und 22 b zwischen derjenigen der hohen Wand und der niedrigen Wand liegt. Der obere Bereich der hohen Wände 20 a und 20 b und derjenige der hohen Stifte 23 a bis 23 d ist zugespitzt oder abgeschrägt, so daß der piezo­ elektrische Resonator 1 und die damit verknüpften Teile leichter auf dem Substrat 19 in noch zu beschreibender Weise in Stellung gebracht werden können. Von oben gesehen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, hat die Basis 14 symmetrische Form. Dadurch kann in einer Herstellungsvorrichtung die Basis 14 in der in Fig. 5 gezeigten Stellung oder in der Stellung gehalten werden, bei der die obere Seite nach unten weist und umgekehrt.

In Fig. 8 ist ein Eingangs- und Ausgangsanschlußplättchen 15 gezeigt, das ein Band 15 a und zwei Arme 15 b und 15 c aufweist, die sich vom Band 15 a erstrecken. Der Arm 15 b, der länger ist als der Arm 15 c, weist einen Arm 24 und am Ende des Armes 24 eine Kontaktfläche 26 auf. Ähnlich hat der kürzere Arm 15 c einen Arm 25 und eine Kontaktfläche 27 am Ende des Arms 25. Die Kontaktflächen 25 und 26 sind nahe beieinander angeordnet und weisen einen vorbestimmten Zwischenraum zwischen sich auf. Dieselben Paare von Armen (nicht gezeigt) sind weiterhin mit vorbestimmten Wieder­ holungsabständen entlang dem Band 15 a vorgesehen.

Die Eingangs- und Ausgangsanschlußplatte 15 wird in der Basis 14 auf solche Weise untergebracht, daß der Arm 15 b an der Stelle, an der er eine geringere Breite hat, im Raum zwischen der niedrigen Wand 21 b und dem Stift 22 b angeord­ net wird. Der Arm 24 wird im Raum zwischen der hohen Wand 20 b und dem Stift 23 d untergebracht, wobei die Kontakt­ fläche 26 zwischen die Stifte 23 c und 23 d verbracht wird. Ähnlich wird der Arm 15 c an der Stelle, an der er verengt ist, im Raum zwischen der kurzen Wand 21 a und dem Stift 22 a angeordnet. Der Arm 25 wird im Raum zwischen der hohen Wand 20 a und dem Stift 23 a angeordnet, wodurch die Kontakt­ fläche 27 zwischen den Stiften 23 a und 23 b angeordnet wird. Kurz gesagt wird die Anschlußplatte 15 in der Basis so an­ geordnet, daß sie sich im wesentlichen entlang der strich­ punktierten Linie L 1-L 1 erstreckt, die in Fig. 5 gezeigt ist.

Es sollte bemerkt werden, daß der Abschnitt mit reduzier­ ter Breite jeder der Arme 15 b und 15 c mit der Wand 20 a in Eingriff kommt, wodurch die Anschlußplatte 15 in der Basis 14 richtig in Stellung gebracht wird.

Anschließend wird ein biegsames Blatt eines anisotropen Leiters wie z. B. ein Kautschukblatt 16, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist, auf die Anschlußplatte 15 so aufgelegt, daß es brückenartig über die Kontaktflächen 26 und 27 ge­ legt ist. Das Kautschukblatt 16 hat rechteckige Form und eine solche Größe, daß es im Raum untergebracht werden kann, der durch die Stifte 23 a, 23 b, 23 c und 23 d begrenzt ist. Das Kautschukblatt 16 besteht aus Silikonkautschuk und enthält Teilchen elektrisch leitender Materialien, wie z. B. Graphitfasern oder feine metallische Leiter­ adern, die in Richtung der Dickenausdehnung des Kautschuk­ blattes ausgerichtet sind, daß elektrische Leitung nur in Richtung der Dickenausdehnung stattfinden kann.

Auf dem Kautschukblatt 16 wird der piezoelektrische Reso­ nator 1 (Fig. 1) so angebracht, daß die nach unten zeigenden Elektroden 6 und 7 mit dem Kautschukblatt 16 in Berührung gehalten werden. Auf diese Weise werden die Elektroden 6 und 7 elektrisch mit den Kontaktflächen 26 bzw. 27 durch das Kautschukblatt 16 so verbunden, daß an­ dererseits gute elektrische Isolation zwischen den Elek­ troden 6 und 7 besteht.

Auf dem piezoelektrischen Resonator 1 wird eine Masse­ anschlußplatte 17 befestigt, die in den Fig. 10, 11 und 12 gezeigt ist. Die Masseanschlußplatte 17 weist ein Band 17 a und einen Arm 17 b auf, der sich vom Band 17 a erstreckt. Der Arm 17 b weist einen Abschnitt 30 auf, der in Form eines "S" gekrümmt ist, wie dies am besten in Fig. 12 gezeigt ist. Von dem "S"-Abschnitt 30 erstreckt sich der Arm weiter, wie dies durch das Bezugszeichen 28 angedeutet wird. Die Arme 17 b und 28 schließen einen spitzen Winkel R von z. B. 10° ein, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Am Ende des Arms 28 ist ein "H"-förmiger Arm 29 vorgesehen. In Richtung des in Fig. 10 gezeigten Pfeiles XI gesehen ist der "H"-förmige Arm 29 gekrümmt, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Außerdem ist an der Verbindungsstelle zwischen dem Arm 28 und dem "H"-förmigen Arm 29 ein Vorsprung 291 vorgesehen. Beim Montieren der Masseanschlußplatte 17 wird der Vorsprung 291 in Berührung mit der Elektrode 12 des Elementes 1 ge­ halten. Bei der Herstellung in einer entsprechenden Anlage wird das Band 17 a fest gegen das Band 15 a mit geeigneten Mitteln gedrückt, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. Dadurch werden das Kautschukblatt 16 und der piezoelektrische Resonator 1 zeitweilig zwischen den Anschlußplatten 15 und 17 aufgrund der Elastizität des Arms 28 festgehalten. Sind die Basis 14, das Kautschukblatt 16, der Resonator 1 und die Anschlüsse 15 und 17 auf diese Weise zusammengesetzt (was im folgenden als zusammengesetzter Körper bezeichnet wer­ den soll), so wird der zusammengesetzte Körper in ein Ge­ häuse 18 eingesetzt.

Wie in den Fig. 13, 14 und 15 dargestellt ist, hat das Ge­ häuse 18 rechteckigen Aufbau und besteht aus elektrisch nicht leitendendem Material, wie z. B. Kunstharz. Das Ge­ häuse 18 wird durch obere und untere Wände 18 a und 18 b, einander gegenüberstehende Seitenwände 18 c und 18 d und eine Endwand 18 e begrenzt, wodurch eine Öffnung bei 32 und ein Hohlraum 33 innerhalb des Gehäuses 18 begrenzt werden. Die Abmessungen des Hohlraums 33 sind im Quer­ schnitt dieselben wie diejenigen der Öffnung 32, d. h., daß der mittlere Bereich genauso hoch ist wie die hohen Wände 20 a, 20 b. Die einander gegenüberstehenden Seiten­ abschnitte oder Flügelabschnitte sind ebenso hoch wie die kurzen Wände 21 a, 21 b. Vorzugsweise ist die Öffnung 32 abgeschrägt, indem sie durch entsprechend abgeschrägte Wände 34 begrenzt ist, und zwar in der Art eines Trich­ ters, um die Einfügung des genannten zusammengesetzten Körpers zu erleichtern. Außerdem wird vorzugsweise eine abgeschrägte Fläche 31 auf der Außenseite des Gehäuses 18 vorgesehen, so daß die oberen und unteren Wände 18 a und 18 b während der Herstellungsschritte und auch beim Gebrauch leicht gefunden werden können.

Das Einführen der zusammengesetzten Körper in das Gehäuse 18 wird so durchgeführt, daß die Unterlage 19 der Basis 14 auf der unteren Wand 18 b des Gehäuses 18 gleitet und daß der "H"-förmige Arm 29 insbesondere mit seinen beiden parallelen Bereichen auf der oberen Wand 18 a des Gehäuses 18 gleitet. Da die beiden parallelen Teile des "H"-förmigen Arms 29 um einen Winkel R geneigt sind, kann das vordere Ende dieser beiden parallelen Abschnitte leicht in das Gehäuse 18 ohne irgendwelche Störungen oder Probleme ein­ geführt werden. Während des Einfügens wird der "H"-förmige Arm 29 nach unten gedrückt und parallel mit der oberen Wand 18 a ausgerichtet. Durch die Federwirkung des "H"-förmigen Arms 29 wird der Vorsprung 291 nach unten gedrückt. Dadurch werden der piezoelektrische Resonator 1 und das lei­ tende Kautschukblatt 16 zwischen den Anschlußplatten 15 und 17, insbesondere zwischen jeder der Kontaktflächen 26 und 27 und dem Vorsprung 291 mit einem vorbestimmten Druck festgehalten. Dieser Druck besteht vom Beginn des Ein­ setzens an aufgrund der Elastizität des Arms 28 und wächst während des Einsetzens an. Ist der zusammengesetzte Körper vollständig in das Gehäuse 18 eingesetzt, so behält der Druck den vorbestimmten Wert bei, der durch die Federwir­ kung des "H"-förmigen Arms 29 und durch die Elastizität des Kautschukblattes 16 bestimmt wird. Der piezoelektrische Resonator 1 und das Kautschukblatt 16 werden zwischen den Anschlußplatten 15 und 17 nicht nur dann, wenn sie vollständig in das Gehäuse 18 eingesetzt sind, sondern auch während des Einsetzens in das Gehäuse 18 festgehalten. Daher werden der piezoelektrische Resonator 1 und das Kautschukblatt 16 während des Einsetzens nicht verschoben.

In den Fig. 17, 18 und 19 ist eine fertiggestellte piezo­ elektrische Einrichtung gezeigt. Ist der zusammengesetzte Körper völlig in das Gehäuse 18 eingesetzt, so greift der Arm 28 der Anschlußplatte 17 in die Ausnehmung 201 in der hohen Wand 20 a ein. Danach wird ein Dichtmittel 35 wie z. B. Kunstharz in das Gehäuse 18 von der Öffnung 32 her einge­ fügt, um das Gehäuse 18 völlig abzudichten. Da die hohe Wand 20 a den Hohlraum 33 fast vollständig teilt, wird das Dichtmittel 35 nur auf einer Seite des Hohlraums 33 mit konstanter Dicke eingefügt. Trotzdem wird kaum Dichtmittel in den anderen Teil des Hohlraums 33 hin­ ter der hohen Wand 20 a eindringen. Darüber hinaus kann die Abdichtung mit einer kleinen Menge von Dichtmitteln er­ reicht werden.

Im allgemeinen kann beim Abdichten einer Öffnung die Ab­ dichtung mit großer Zuverlässigkeit durchgeführt werden, wenn die Fläche der Öffnung klein ist. In dem Falle, wenn die Fläche der Öffnung klein ist, ist es jedoch schwierig, einen Körper durch die Öffnung einzufügen. Durch die Er­ findung wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß ein zu­ sammengesetzter Körper in einer Form hergestellt wird, die ähnlich der eines Keils ist, um das Einsetzen des zusammen­ gesetzten Körpers in das Gehäuse 18 mit einer ziemlich kleinen Öffnung zu erleichtern. Es ist also möglich, in der Herstellungseinrichtung oder Produktionslinie den Schritt zum Einsetzen des zusammengesetzten Körpers in das Gehäuse 18 und auch den Schritt zum Einfügen des Dicht­ mittels 35 automatisch mit hoher Zuverlässigkeit durchzu­ führen. Obwohl in dem japanischen offengelegten Gebrauchs­ muster (Jikkaisho) 52-82 343 eine ähnliche Einrichtung wie oben beschrieben gezeigt ist, ist in dieser Veröffentlichung nichts darüber gesagt, dem zusammengesetzten Körper eine Form ähnlich der eines Keils zu geben. Außerdem ist nichts darüber gesagt, eine hohe Wand 20 a vorzusehen.

Um jeden piezoelektrischen Resonator von den Bändern 15 a und 17 a zu trennen, werden die Arme entlang Linien L 2-L 2, die in Fig. 16 gezeigt sind, abgeschnitten.

In Fig. 20 ist eine Abwandlung der Anschlußplatte 17 gezeigt. Die dort gezeigte Anschlußplatte 17 hat einen Arm 28, der so in Form eines "U" gekrümmt ist, daß er sich um die hohe Wand 20 a herumlegt und sich weiter zum "H"-förmigen Arm 29 parallel zum Arm 17 b erstreckt. Der "H"-förmige Arm 29 er­ streckt sich parallel zum Arm 17 b. Sein Endabschnitt ist ein wenig nach unten gekrümmt, um das Einsetzen des zusam­ mengesetzten Körpers in das Gehäuse 18 zu erleichtern. Bei der Anschlußplatte 17, die in Fig. 16 gezeigt ist, drückt der Vorsprung 291 den piezoelektrischen Resonator 1 nicht gerade nach unten, sondern unter einem Winkel R. Gemäß der Abwandlung der Anschlußplatte 17, die in Fig. 20 gezeigt ist, drückt der Vorsprung 291 jedoch den piezoelek­ trischen Resonator 1 gerade nach unten, was zu weniger Verschiebung des Resonators 1 während des Einsetzens der zusammengesetzten Körpers in das Gehäuse 18 führt.

In den Fig. 21 bis 24 sind grafische Darstellungen der Selektivitätscharakteristik verschiedenen Filter gezeigt, von denen jedoch jeder den piezoelektrischen Resonator 1 der Erfindung verwendet. In jeder grafischen Dar­ stellung bilden die Abszisse und Ordinate Frequenz bzw. Dämpfung dar. Die Darstellung der Fig. 21 zeigt die Selek­ tivitätscharakteristik eines Filters, in dem ein piezo­ elektrischer Resonator 1 der Erfindung verwendet wird. Die Darstellung der Fig. 22 zeigt die Selektivitäts­ charakteristik eines Filters, in dem ein piezoelektrischer Resonator 1 der Erfindung verwendet wird, der mit einem (nicht gezeigten) ZF-Transformtors gekoppelt ist. Die Darstellung der Fig. 23 zeigt die Selektivitäts­ charakteristik eines Filters, in dem zwei piezoelektrische Resonatoren 1 der Erfindung verwendet werden, die in Reihe ohne Zwischenschaltung eines Kopplungskondensators verbunden sind. In der Darstellung der Fig. 24 ist die Selektivitätscharakteristik eines Filters dargestellt, in dem zwei piezoelektrische Resonatoren 1 der Er­ findung verwendet werden, die ohne Einfügung eines Kopp­ lungskondensators in Reihe geschaltet sind, wobei ein ZF-Transformator in Reihe geschaltet ist.

In Fig. 25 ist die grafische Darstellung der Charakteris­ tik eines Filters gezeigt, in dem zwei piezoelektrische Resonatoren 1 der Erfindung verwendet werden und bei dem ein ZF-Transformator in Reihe geschaltet ist. In der Darstellung der Fig. 25 stellen die Abszisse und Ordinate Frequenz bzw. Dämpfung dar.

Der piezoelektrische Resonator 1 der Erfindung hat folgende Vorteile.

Da der piezoelektrische Resonator 1 der Erfindung im Längenmode schwingt und aus einem einzigen Chip herge­ stellt werden kann, kann das Element selbst kompakte Grö­ ße haben. Da insbesondere die Breite des Resonators 1 der Erfindung nicht größer als ¹/₄ der Länge L ist, hat der Resonator 1 die Größe von ¹/₄ des vorbekann­ ten Resonators vom quadratischen Typ mit drei An­ schlüssen, oder ist sogar kleiner, wenn vorausgesetzt wird, daß der Resonator vom quadratischen Typ mit drei Anschlüssen auf jeder Seite eine Länge von L hat. Wer­ den zwei Resonatoren verwendet, wird die Größe zu ¹/₈ redu­ ziert oder noch geringer. Mit wachsender Anzahl der ver­ wendeten Resonatoren wird daher das Ausmaß der Größenverrin­ gerung beträchtlich.

Da jedes Chip des Resonators 1 klein ist und mit geringen Kosten hergestellt werden kann und da eine Vielzahl von Resonatorchips in einem einzigen Gehäuse untergebracht wer­ den können, kann eine Verbesserung einer piezoelektrischen Filtereinrichtung, bei der eine Vielzahl von Chips verwendet wird, erreicht werden, ohne daß die Herstellungskosten stark ansteigen und ohne daß das Ge­ häuse viel größer wird.

Da der Resonator 1 im Längenmode vibriert, wird er keinen Anlaß zu anderen Schwingungsmodes geben. Daher zeigt der Resonator 1 eine gute Charakteristik bezüglich unerwünschter Schwingungen, insbesondere im Band langer Wellenlängen und im Band mittlerer Wellenlängen (bis zu 2,5 MHz). Der piezoelektrische Resonator 1 der Er­ findung ist besonders geeignet für einen Filter für mitt­ lere Frequenzen bzw. im Zwischenfrequenzband, z. B. in einem Radioempfänger für amplitudenmodulierte Signale bzw. Mittelwellenempfänger.

Da der piezoelektrische Resonator 1 der Erfindung eine hohe Impedanz hat, ist es keinen Änderungen der externen Schaltungskonstanten ausgesetzt.

Da der Resonator 1 im Längenmode schwingt, werden seine Impedanzänderungen sogar dann sehr klein sein, wenn der Resonator 1 ersetzt wird, um die Mittelfrequenz zu ändern. Es ist daher nicht nötig, den Typ eines gekoppelten ZF-Trans­ formators zu ändern, selbst wenn der Resonator 1 ausgewechselt wird.

Da zwei oder mehr Resonatoren 1 direkt miteinander gekoppelt werden können, ohne daß dies zu einer Überkopplung führt, ist es nicht notwendig, irgendwelche Kopplungskondensatoren zu verwenden. Diese Kopplungskondenatoren können daher weggelassen werden, was zu niedrigen Herstellungskosten und geringen Abmessungen der erfindungsgemäßen Einrichtung führt.

Verglichen mit vorbekannten Resonatoren, die nicht im Längen­ mode, sondern unter anderen Modes schwingen, kann eine größere Anzahl von Chips aus einem einzigen Mutterstück herausgeschnitten werden. Durch den erfindungsgemäßen Resonator werden dadurch Rohstoffe gespart, und die Herstellungs­ kosten werden gesenkt.

Da die Nut 3 zwischen den Eingangs- und Ausgangselektroden 6 bzw. 7 die Streukapazität zwischen diesen Elektroden verringert, ist die Selektivitätscharakteristik in den Bereichen hoher Frequenzen und niedriger Frequenzen um die Mittelfrequenz herum sehr symmetrisch, wenn man dies mit einem Filter vergleicht, bei dem ein quadratischer Resonator mit drei Anschlüssen verwendet wird, der im Ausdehnungsmode schwingt.

Das Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Reso­ nators 1 hat den Vorteil, daß die Schritte zum Drucken des Musters der Elektroden für eine Vielzahl von Resonatoren 1 auf einem Mutterstück 101 mit Hilfe einer besonderen Tinte, die Schritte zum Entfernen des un­ erwünschten Teils der Elektroden durch Ätzen, die Schritte zum Schneiden von Chips des Resonators 1 vom Mutterstück 101, die Schritte zum Glätten geschnittener Kanten, die Schritte zum Klassifizieren der ausgeschnittenen Resonatoren unter dem Gesichtspunkt der Mittelfrequenz und die Schritte zum genauen Einstellen der Mittelfrequenz alle durch den einen Schritt ersetzt werden können, Nuten zu bilden und die Chips auszu­ schneiden, und zwar unter Benutzung einer Säge zum Zerteilen von Substraten für elektronische Elemente.

Die piezoelektrische Filtereinrichtung hat den Vorteil, daß der zusammengesetzte Körper in das Gehäuse durch eine kleine Öffnung eingesetzt wird. Die Öff­ nung kann daher nach Einsetzen des zusammengesetzten Körpers mit hoher Zuverlässigkeit abgedichtet werden. Dabei kann wegen der Anwesenheit der hohen Wand 20 a kaum Dichtmittel in den Hohlraum eindringen, in dem der piezo­ elektrische Resonator 1 untergebracht ist.

Claims (14)

1. Piezoelektrischer Resonator mit einem piezoelek­ trischen Plättchen von länglicher, rechteckiger Form, auf dessen beiden Hauptflächen Elektroden aufgebracht sind, die durch mindestens eine Nut voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Elektrode auf einer der Hauptflächen eine Längsnut (3) aufweist, welche sich über die gesamte Länge der Elektrode erstreckt, und durch welche die Elektrode (6) und eine zweite längliche Elektrode (7) unterteilt ist, und daß die Elektroden nur zu Längenschwingungen angeregt werden.

2. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Längsnut (3) auf­ weisende Elektrode zusätzlich Quernuten (4, 5) aufweist, die die Längsnut (3) an zwei Stellen schneiden.

3. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quernuten (4, 5) die Längsnut (3) an Stellen schneiden, die jeweils um ein Drittel der Länge (L) des piezoelektrischen Plättchens von der Mitte der ersten Hauptfläche entfernt sind, wo­ durch die Elektrode auf der einen Hauptfläche in sechs Elektroden (6, 7, 8, 9, 10 und 11) aufgeteilt ist.

4. Piezoelektrischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei bis sechs Elektroden (6, 7 bzw. 6 bis 11) durch An­ sägen einer ursprünglich einheitlichen Elektrode gebil­ det sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Resonators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es die folgenden Schritte auf­ weist:

• a) mindestens ein gesintertes keramisches Plättchen (101) mit einer ersten und einer zweiten größeren flachen Oberfläche herzustellen;
• b) eine erste bzw. zweite Schicht von elektrisch leitendem Material auf der gesamten ersten bzw. zweiten größeren flachen Oberfläche aufzubringen;
• c) eine Spannung zwischen der ersten und zweiten Schicht anzulegen;
• d) mittels einer Säge für Mikrochips Nuten auf der ersten größeren flachen Oberfläche anzubringen und dadurch die Elek­ troden (6, 7 bzw. 6 bis 11) zu bilden; und
• e) die keramische Platte (101) mit einer Säge für Mikro­ chips in eine Vielzahl von jeweils ein der piezoelek­ trischen Resonatoren bildende Chips zu zersägen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vielzahl der gesinterten kera­ mischen Plättchen (101) hergestellt und in einer Ebene ausgerichtet wird.

7. Piezoelektrische Filtereinrichtung mit mindestens einem Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist
eine Basis (14) zum Unterstützen des piezoelektrischen Resonators (1),
einen ersten, zweiten und dritten Anschluß (15 b, 15 c, 17) von denen jeweils ein Ende mit der ersten, zweiten bzw. dritten Elektrode (6, 7 bzw. 12) verbunden ist und von denen das andere Ende sich nach außen von der Basis (14) in der selben Richtung erstreckt;
ein Gehäuse (18), das durch eine erste und eine zweite Hauptwand (18 a und 18 b), die einander gegenüberstehen, und Seitenwänden (18 c, 18 d, 18 e) begrenzt wird, die die größeren Wände umgeben, jedoch einen Abschnitt freiläßt, so daß in dem Gehäuse ein Hohlraum (33) mit einer Öffnung (32) an der Seite des Gehäuses begrenzt wird, wobei die Basis (14), der piezoelektrische Resonator (1) und die ersten, zweiten und dritten Anschlüsse in das Gehäuse (18) einge­ setzt sind, wobei die anderen Enden der ersten, zweiten und dritten Anschlüse sich nach außen aus dem Gehäuse durch die Öffnung (32) erstrecken; und
ein Dichtmittel (35), das an der Öffnung (32) zum Schließen des Gehäuses (18) angebracht ist.

8. Piezoelektrische Filtereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (14) ein Substrat (19), auf dem der piezoelektrische Resonator (1) abgestützt ist, und eine Trennwand (20 a) aufweist, die auf dem Substrat (19) angebracht ist, wobei die Trenn­ wand (20 a) Ausnehmungen zum Aufnehmen der ersten, zwei­ ten und dritten Anschlüsse aufweist und den Hohlraum in einen Raum zum Aufnehmen des piezoelektrischen Re­ sonators (1) und einen Raum zum Einführen des Dichtmittels (35) aufteilt.

9. Piezoelektrische Filtereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Anschluß (17) durch einen ersten Abschnitt (17 b), einen zweiten Abschnitt (28) und einen dritten Abschnitt (29) gebil­ det wird, die miteinander einstückig ausgebildet sind, wobei der erste und zweite Abschnitt mit einem gekrümm­ ten Abschnitt (30) so verbunden sind, daß die ersten und zweiten Abschnitte einen spitzen Winkel vor Einfüh­ rung in das Gehäuse (18) einschließen, so daß der dritte Abschnitt (29) keilförmig geneigt ist.

10. Piezoelektrische Filtereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abschnitt (29) durch einen Arm gebildet wird, der sich senkrecht zum zweiten Abschnitt (28) erstreckt und so bogenförmig gekrümmt ist, daß er eine Federwirkung zwischen der ersten größeren Wand (18 a) des Gehäuses und der drit­ ten Elektrode (12) ausübt.

11. Piezoelektrische Filtereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte An­ schluß (17) durch einen ersten Abschnitt (17 b), einen zweiten Abschnitt (28) und einen dritten Ab­ schnitt (29) gebildet wird, die einstückig miteinan­ der ausgebildet sind, wobei die ersten und zweiten Abschnitte mit einem gekrümmten Abschnitt (30) ver­ bunden sind, wobei der dritte Abschnitt durch einen Arm gebildet wird, der sich senkrecht zum zweiten Abschnitt (28) erstreckt, wobei der Arm einen keilför­ mig geneigten Teil aufweist.

12. Piezoelektrische Filtereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Arm senkrecht zum zweiten Abschnitt (28) erstreckt und bogenförmig so gekrümmt ist, daß er eine Federwirkung zwischen der ersten größeren Wand (18 a) des Gehäuses und der drit­ ten Elektrode (12) ausübt.

13. Piezoelektrische Filtereinrichtung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abschnitt (29) einen Vorsprung (291) an der Verbin­ dungsstelle zwischen den zweiten und dritten Abschnit­ ten (28, 29) zur Herstellung eines elektrischen Kon­ taktes mit der dritten Elektrode (12) aufweist.

14. Piezoelektrische Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen blattförmigen, biegsamen anisotropen Leiter aufweist, der zwischen der ersten Elektrode (6) und dem ersten Anschluß und der zweiten Elektrode (7) und dem zweiten Anschluß angeordnet ist.