DE69725372T2

DE69725372T2 - Piezoelektrischer Resonator

Info

Publication number: DE69725372T2
Application number: DE1997625372
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Nagaokakyo-shi Unami; Jiro Nagaokakyo-shi Inoue
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: EP0800268A2; EP0800268A3; EP0800268B1; DE69725372D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Resonator, welcher die mechanische Resonanz eines piezoelektrischen Glieds verwendet, und insbesondere einen piezoelektrischen Resonator, welcher ein Basisglied, welches eine Längsrichtung aufweist, eine aktive Partie, welche aus einem polarisierten piezoelektrischen Glied zusammengesetzt ist und wenigstens einen Abschnitt des Basisglieds darstellt, und ein externes Elektrodenpaar umfasst, welches mit der aktiven Partie versehen ist.
40 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators. Ein piezoelektrischer Resonator 1 umfasst ein piezoelektrisches Substrat 2, welches beispielsweise in der Draufsicht eine rechteckige Plattenform aufweist. Das piezoelektrische Substrat 2 ist in der Richtung der Dicke polarisiert. Auf beiden Oberflächen des piezoelektrischen Substrats 2 sind Elektroden 3 ausgebildet. Wenn ein Signal zwischen den Elektroden 3 eingegeben wird, wird ein elektrisches Feld in der Richtung der Dicke an das piezoelektrische Substrat 2 angelegt, und das piezoelektrische Substrat 2 schwingt in der Längsrichtung. In 41 wird ein piezoelektrischer Resonator 1 gezeigt, bei welchem Elektroden 3 auf beiden Oberflächen eines piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet sind, welches in der Draufsicht eine quadratische Plattenform aufweist. Das piezoelektrische Substrat 2 des piezoelektrischen Resonators 1 ist in der Richtung der Dicke polarisiert. Wenn ein Signal zwischen den Elektroden 3 in den piezoelektrischen Resonator 1 eingegeben wird, wird ein elektrisches Feld in der Richtung der Dicke an das piezoelektrische Substrat 2 angelegt, und das piezoelektrische Substrat 2 schwingt in der quadratartigen Schwingungsform (in Richtung der Ebene).
Da das piezoelektrische Substrat des in 40 gezeigten piezoelektrischen Resonators in der Draufsicht eine rechteckige Plattenform aufweist, kann das Substrat wegen Festigkeitsbeschränkungen nicht viel dünner gefertigt werden. Deshalb kann der Abstand zwischen den Elektroden nicht reduziert werden, und es kann keine große Kapazität zwischen den Anschlüssen gefertigt werden. Dies ist extrem ungünstig zum Erzielen einer Impedanz, welche mit einem externen Schaltkreis übereinstimmt. Zum Ausbilden eines Abzweigfilters durch Verschaltung mehrerer piezoelektrischer Resonatoren abwechselnd in Serie und parallel muss das Kapazitätsverhältnis der seriellen Resonatoren zu den parallelen Resonatoren groß gemacht werden, um die Dämpfung zu steigern. Weil ein piezoelektrischer Resonator die oben beschriebene Formbeschränkung aufweist, kann jedoch keine große Dämpfung erhalten werden.
Ein derartiger piezoelektrischer Resonator verwendet Resonanz der ersten Ordnung im longitudinalen Modus. Wegen seiner Struktur erzeugt er auch große Nebenresonanzen in harmonischen Modi ungradzahliger Ordnung, wie beispielsweise in den Modi der dritten und der fünften Ordnung, und im Breitenmodus. Zum Dämpfen dieser Nebenresonanzen wurden einige Maß– nahmen erdacht, wie beispielsweise Polieren, Erhöhen der Masse und Verändern der Elektrodengestalt. Diese Maßnahmen erhöhen die Herstellungskosten.
Bei dem in 41 gezeigten piezoelektrischen Resonator werden große Nebenresonanzen erzeugt, wie beispielsweise denjenigen im Dickenmodus und im Dreifachwellenmodus in der Richtung der Ebene. Da der piezoelektrische Resonator große Abmessungen im Vergleich mit einem piezoelektrischen Resonator aufweisen muss, welcher die longitudinale Schwingung einsetzt, um die gleiche Resonanzfrequenz zu erzielen, ist es schwierig die Größe des piezoelektrischen Resonators zu reduzieren. Wenn ein Abzweigfilter aus mehreren piezoelektrischen Resonatoren gebildet wird, werden, um das Kapazitätsverhältnis zwischen dem seriellen Resonator und dem parallelen Resonator zu steigern, die in Serie geschalteten Resonatoren dick gefertigt, und die Elektroden werden nur auf einem Abschnitt eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet, um ebenfalls die Kapazität gering zu halten. Da die Elektroden nur abschnittsweise gefertigt sind, werden in diesem Fall die Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz sowie die Kapazität reduziert. Die parallel geschalteten Resonatoren müssen dementsprechend ein kleines ΔF aufweisen. Im Ergebnis wird die Piezoelektrizität des piezoelektrischen Substrats nicht wirksam verwendet, und die Übertragungsbandbreite des Filters kann nicht gesteigert werden.
Diese piezoelektrischen Resonatoren sind von einem unversteiften Typ, bei welchem sich die Schwingungsrichtung von der Polarisierungsrichtung und der Richtung des elektrischen Felds unterscheidet. Der elektromechanische Kopplungsfaktor eines derartigen unversteiften piezoelektrischen Resonators ist niedriger als der eines versteiften piezoelektrischen Resonators, bei welchem die Schwingungsrichtung, die Polarisierungsrichtung und die Richtung, in welcher ein elektrisches Feld angelegt ist, die gleichen sind. Ein unversteifter piezoelektrischer Resonator weist eine relativ kleine Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz auf. Dies führt zu einem Nachteil, bei welchem die verwendete Frequenzbandbreite schmal ist, wenn ein unversteifter Frequenzresonator als ein Oszillator oder als ein Filter verwendet wird. Deswegen ist der Gestaltungsspielraum für die Eigenschaften bei einem derartigen piezoelektrischen Resonator und elektronischen Komponenten, welche ihn verwenden, gering.
Ein piezoelektrischer Resonator, welcher die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist, ist aus US-A-4,939,403 und US-A-3,378,704 bekannt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Resonator bereitzustellen, welcher eine kleine Nebenresonanz, eine große Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz, eine anpassbare Kapazität und ΔF sowie einen großen Gestaltungsspielraum für die Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem piezoelektrischen Resonator erreicht, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Unteransprüche richten sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
Beim oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator können die mehreren piezoelektrischen Schichten in gegenüberliegenden Richtungen an beiden Seiten der mehreren internen Elektroden in der longitudinalen Richtung des Basisglieds polarisiert werden, und benachbarte interne Elektroden unter den mehreren internen Elektroden können jeweils mit dem einen Paar externer Elektroden verbunden werden.
Beim oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator können die mehreren internen Elektroden teilweise an Seitenflächen des Basisglieds bloßliegen bzw. können die bloßliegenden Abschnitte benachbarter interner Elektroden unter den mehreren internen Elektroden mit dem externen Elektrodenpaar verbunden sein.
Beim oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator kann eine inaktive Partie, an welcher kein elektrisches Feld angelegt ist, oder welche nicht polarisiert ist, im anderen Abschnitt des Basisglieds bereitgestellt werden.
Bevorzugterweise wird die inaktive Partie an beiden Enden der aktiven Partie bereitgestellt, und die aktive Partie nimmt in der Längsrichtung 50% oder mehr des Basisglieds ein.
Die oben beschriebenen piezoelektrischen Resonatoren können ferner ein Stützglied sowie ein Befestigungsglied umfassen, welches zwischen dem Stützglied und einer Mittelpartie des Basisglieds in der Längsrichtung angeordnet ist.
Die vorstehende Aufgabe wird bei einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung einer elektrischen Komponente zur Verwendung mit den oben beschriebenen Resonatoren erreicht, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass das Stützglied ein isolierendes Substrat ist, auf welchem eine Musterelektrode bereitgestellt wird, und das Basisglied wird auf dem isolierenden Substrat durch das Befestigungsglied befestigt.
Die oben beschriebene elektrische Komponente kann ein Abzweigfilter sein, bei welchem mehrere der Basisglieder auf dem isolierenden Substrat durch das Befestigungsglied befestigt sind und miteinander in einer Abzweigform verbunden sind.
Da ein piezoelektrischer Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung ein Basisglied aufweist, bei welchem piezoelektrische Schichten und Elektroden abwechselnd laminiert sind, kann die Kapazität des piezoelektrischen Resonators durch Anpassen der Intervalle, der Abmessungen oder der Anzahl der Elektroden verändert werden, welche zum Anlegen eines elektrischen Felds an das Basisglied verwendet werden. Wenn ein derartiger piezoelektrischer Resonator derartig ausgebildet wird, dass die Schwingungsrichtung, die Polarisierungsrichtung und die Richtung, in welcher ein elektrisches Feld angelegt wird, in den piezoelektrischen Schichten die gleichen sind, ist der Resonator vom versteiften Typ. Deshalb weist der versteifte Resonator im Vergleich mit einem unversteiften piezoelektrischen Resonator, bei welchem sich die Schwingungsrichtung von der Polarisierungsrichtung und der Richtung des elektrischen Felds unterscheidet, einen größeren elektromechanischen Kopplungsfaktor und eine größere Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz auf. Zusätzlich ist es unwahrscheinlich, dass Schwingungen in Modi, wie beispielsweise den Breiten- und Dickenmodi, welche von der Grundschwingung verschieden sind, bei einem versteiften piezoelektrischen Resonator auftreten. Weiterhin können die Frequenzdifferenz ΔF und die Resonanzfrequenz durch Abgleichen einer bereitgestellten inaktiven Partie oder durch Hinzufügen von Masse zu der Partie angepasst werden.
Wenn elektronische Komponenten wie beispielsweise ein Oszillator, ein Diskriminator und ein Filter unter Verwendung des piezoelektrischen Resonators angefertigt werden, wird der piezoelektrische Resonator auf einem isolierenden Substrat befestigt, auf welchem Musterelektroden ausgebildet sind, und welches mit einer Verschlusskappe bedeckt ist, um Chip-artige (oberflächenmontierte) elektronische Komponenten auszubilden.
Da die Kapazität des piezoelektrischen Resonators angepasst werden kann, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung einfach, übereinstimmende Impedanz mit einem externen Schaltkreis in einem Fall zu erzielen, wo der piezoelektrische Resonator auf einer Platine befestigt ist und verwendet wird. Wenn der piezoelektrische Resonator von einem versteiften Typ ist, ist die Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz im Vergleich mit einem herkömmlichen piezoelektrischen Resonator groß, und es wird folglich ein Resonator mit breitem Frequenzband erhalten. Es ist zusätzlich mehr als unwahrscheinlich, dass bei diesem piezoelektrischen Resonator Schwingungen in anderen Modi als der Grundschwingungsform auftreten, und es werden überlegene Eigenschaften erzielt. Da die Frequenzdifferenz ΔF durch Anpassen der inaktiven Partie angepasst wird, kann die Frequenzbandbreite des piezoelektrischen Resonators verändert werden.
Da eine Chip-artige elektronische Komponente unter Verwendung des piezoelektrischen Resonators angefertigt werden kann, ist es einfach, die Komponente auf einer Platine zu befestigen. Es ist auch einfach, übereinstimmende Impedanzen zwischen einer derartigen elektronischen Komponente und einem externen Schaltkreis durch Anpassen der Kapazität des piezoelektrischen Resonators zu erzielen. Zusätzlich kann bei einem Abzweigfilter, welcher durch abwechselnd serielles und paralleles Verbinden mehrerer piezoelektrischer Resonatoren ausgebildet ist, die Dämpfung im Filter durch Verändern des Verhältnisses der Kapazität des seriell verbundenen piezoelektrischen Resonators zu der des parallel verbundenen piezoelektrischen Resonators angepasst werden.
Die oben beschriebene Aufgabe, andere Aufgaben, andere Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung, welche unter Bezug auf die Zeichnungen geschrieben ist, deutlich gemacht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht, welche die Struktur des in 1 gezeigten piezoelektrischen Resonators zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche darstellt, wie grünen Keramikfolien laminiert werden, um den in 1 gezeigten piezoelektrischen Resonator herzustellen.
4 ist eine Ansicht, welche einen laminierten Block zeigt, welcher durch die in 3 gezeigten grünen Keramikfolien ausgebildet wurde.
5 ist eine Ansicht, welche Abschnitte zeigt, wo der in 4 gezeigte Block geschnitten wurde.
6 ist eine Ansicht, welche einen plattenförmigen Block zeigt, welcher durch Schneiden des in 5 gezeigten laminierten Blocks angefertigt wurde.
7 ist eine Ansicht, welche den Zustand zeigt, in welchem ein isolierendes Harzmaterial auf den in 6 gezeigten plattenförmigen Block angewendet wird und externe Elektroden ausgebildet werden.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines unversteiften piezoelektrischen Resonators, welcher in der Längsrichtung schwingt, welche zum Vergleich gezeigt wird.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines versteiften piezoelektrischen Resonators, welcher in der Längsrichtung schwingt.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines unversteiften piezoelektrischen Resonators, welcher in der ebenen Richtung schwingt (quadratartige Schwingung), welche zum Vergleich gezeigt wird.
11 ist eine Ansicht, welche einen anderen piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Ansicht, welche einen noch anderen piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Frequenz und der Impedanz des piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Frequenz und der Impedanz eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators zeigt.
15 ist eine Ansicht eines piezoelektrischen Resonators, bei welchem die Verteilung einer aktiven Partie und inaktiver Partien in einem Basisglied verändert ist.
16 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Verteilung einer aktiven Partie und einer Kapazität sowie ΔF/Fa anzeigt.
17 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem Verhältnis der aktiven Partie und ΔF zeigt.
18 ist eine Ansicht, welche einen modifizierten piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist eine Ansicht, welche einen anderen modifizierten piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist eine Ansicht, welche noch einen anderen piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
21 ist eine Ansicht, welche die Lücke zwischen dem Ende einer internen Elektrode und einer Seitenfläche eines Basisglieds im piezoelektrischen Resonator darstellt.
22 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehungen zwischen der Kapazität und ΔF und der Lücke zwischen einer internen Elektrode und einer Seitenfläche des Basisglieds darstellt.
23 ist ein Plan, welcher die modifizierten piezoelektrischen Schichten des in 20 gezeigten piezoelektrischen Resonators zeigt.
24 ist eine Ansicht, welche einen piezoelektrischen Resonator zeigt, welcher die in 23 gezeigten piezoelektrischen Schichten aufweist.
25 ist eine Ansicht, welche eine modifizierte inaktive Partie eines piezoelektrischen Resonators zeigt.
26 ist eine Ansicht, welche eine andere modifizierte inaktive Partie eines piezoelektrischen Resonators zeigt.
27 ist eine Ansicht, welche eine Elektrode zeigt, welche an einem Ende eines Basisglieds ausgebildet ist.
28 ist eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Komponente unter Verwendung des oben beschriebenen piezoelektrischen Resonators.
29 ist eine perspektivische Ansicht eines isolierenden Substrats, welches in der in 28 gezeigten elektronischen Komponente verwendet wird.
30 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der in 28 gezeigten elektronischen Komponente.
31 ist eine Ansicht, welche ein anderes Befestigungsverfahren des piezoelektrischen Resonators am isolierenden Substrat darstellt.
32 ist eine Seitenansicht, welche das Befestigungsverfahren des in 31 gezeigten piezoelektrischen Resonators zeigt.
33 ist eine Ansicht, welche ein noch anderes Befestigungsverfahren des piezoelektrischen Resonators am isolierenden Substrat darstellt.
34 ist eine Seitenansicht, welche das Befestigungsverfahren des in 33 gezeigten piezoelektrischen Resonators zeigt.
35 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Abzweigfilters unter Verwendung der piezoelektrischen Resonatoren gemäß der vorliegenden Erfindung.
36 ist eine perspektivische Ansicht eines isolierenden Substrats und der piezoelektrischen Resonatoren des in 35 gezeigten Abzweigfilters.
37 ist ein Ersatzschaltbild des in 35 gezeigten Abzweigfilters.
38 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer elektronischen Komponente mit zwei Anschlüssen.
39 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen Cf und ΔF/Fa sowie anderen Parametern anzeigt.
40 ist eine Ansicht eines herkömmlichen, unversteiften piezoelektrischen Resonators.
41 ist eine Ansicht eines anderen herkömmlichen, unversteiften piezoelektrischen Resonators.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt die interne Struktur des piezoelektrischen Resonators. Der piezoelektrische Resonator 10 umfasst ein Basisglied 12, welches beispielsweise eine Rechteckquadertorm aufweist. Das Basisglied 12 ist beispielsweise aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial gefertigt. Mehrere Elektroden 14 sind im Basisglied 12 und an beiden Endflächen des Basisglieds 12 in der Längsrichtung derartig ausgebildet, dass die Oberflächen der Elektroden 14 senkrecht zur Längsrichtung des Basisglieds 12 stehen. Das Basisglied 12 ist in der Längsrichtung derartig polarisiert, dass die Polarisierungsrichtungen einander an beiden Seiten der einen Elektrode 14 gegenüberstehen.
Auf den gegenüberliegenden Seitenflächen des Basisglieds 12 sind mehrere Isolierfolien 16 bzw. 18 ausgebildet. Auf einer Seitenfläche des Basisglieds 12 bedeckt die Isolierfolie 16 die bloßliegende Partie jeder zweiten Elektrode 14. Auf der anderen Seitenfläche des Basisglieds 12 bedeckt die Isolierfolie 18 die bloßliegende Partie jeder zweiten Elektrode 14, welche nicht von der Isolierfolie 16 auf der zuvor beschriebenen Seitenfläche bedeckt wird. Die Seitenflächen des Basisglieds 12, auf welchen die Isolierfolien 16 und 18 ausgebildet sind, dienen als Anschlusspartien für externe Elektroden, welche später beschrieben werden.
In diesen Anschlusspartien, nämlich in den Seitenflächen des Basisglieds 12, auf welchem die Isolierfolien 16 und 18 ausgebildet sind, sind die externen Elektroden 20 und 22 ausgebildet. Die Elektrode 20 ist mit den Elektroden 14 verbunden, welche nicht durch die Isolierfolie 16 bedeckt sind, und die Elekt rode 22 ist mit den Elektroden 14 verbunden, welche nicht durch die Isolierfolie 18 bedeckt sind. Mit anderen Worten, zwei benachbarte Elektroden 14 sind mit den Elektroden 20 bzw. 22 verbunden. Der piezoelektrische Resonator 10 verwendet die externen Elektroden 20 und 22 als Eingabe- und Ausgabeelektroden. Das Basisglied 12 ist piezoelektrisch aktiv, da ein elektrisches Feld zwischen den benachbarten Elektroden 14 anliegt.
Zum Anfertigen des piezoelektrischen Resonators 10 werden zuerst grüne Folien 30 aus piezoelektrischem Keramikmaterial, wie in 3 gezeigt, vorbereitet. Auf einer Oberfläche jeder grünen Folie 30 wird elektrisch leitende Paste, welche beispielsweise Silber, Palladium und ein organisches Bindemittel umfasst, zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Pastenschicht 32 über fast den gesamten Bereich jeder grünen Folie 30, abgesehen von einem Endabschnitt, aufgebracht. Mehrere der grünen Folien 30 werden derartig laminiert, dass die Endabschnitte, wo die elektrisch leitenden Pastenschichten 32 nicht auf den grünen Folien ausgebildet sind, abwechselnd in gegenüberliegenden Richtungen platziert werden. Das laminierte Glied mit der elektrisch leitenden Paste, welche auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen aufgebracht ist, wird zum Ausbilden eines laminierten Blocks 34 eingebrannt, welcher in 4 gezeigt ist. Mehrere Elektroden 36, welche durch Einbrennen der elektrisch leitenden Schichten 32 angefertigt wurden, sind in und an beiden Enden des laminierten Blocks 34 ausgebildet. Die externen Elektroden 38 bzw. 40, welche auf gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet sind, sind mit jeder zweiten Elektrode 36 verbunden, da die Elektroden 36 abwechselnd auf gegenüberliegenden Seitenflächen des laminierten Blocks 34 bloßliegen. Wenn eine Gleichstromspannung an die externen Elektroden 38 und 40 angelegt wird, wird der laminierte Block 34 polarisiert. Im Inneren des laminierten Blocks 34 wird ein starkes elektrisches Gleichspannungsfeld zwischen benachbarten internen Elektroden 36 abwechselnd in gegenüberliegenden Richtungen angelegt. Deshalb wird der laminierte Block 34 in den gegenüberliegenden Richtungen an beiden Seiten der Elektroden 36 polarisiert, wie durch Pfeile in 4 gezeigt.
Der laminierte Block 34 wird auf die gewünschte Dicke plangeschliffen, da die Antiresonanzfrequenz des Resonators durch die Dicke des laminierten Blocks 34 bestimmt wird. Der laminierte Block 34 wird durch eine Schneidmaschine entlang der in 5 gezeigten gestrichelten Linien derartig geschnitten, dass die Schnittebenen senkrecht zu den mehreren Elektroden 36 stehen. Dann wird ein in 6 gezeigter plattenförmiger Block 42 erhalten. Ein isolierendes Harzmaterial 44 wird auf beide Oberflächen des plattenförmigen Blocks 42, wie in 7 gezeigt, derartig aufgebracht, dass das Material 44 auf jeder zweiten internen Elektrode 36 auf einer Oberfläche und jeder zweiten Elektrode 36, auf welche das Material 44 nicht aufgebracht ist, auf der anderen Oberfläche aufgebracht wird. Die externen Elektroden 48 werden auf dem plattenförmigen Block 42 ausgebildet. Dann wird der resultierende Block senkrecht zu den internen Elektroden 36 zum Ausbilden des in 1 gezeigten piezoelektrischen Resonators 10 geschnitten.
Wenn ein Signal an die externen Elektroden 20 und 22 im piezoelektrischen Resonator 10 angelegt wird, expandieren und kontrahieren die piezoelektrischen Schichten als Ganzes in der gleichen Richtung, da Spannungen in gegenüberliegenden Richtungen an den piezoelektrischen Schichten anliegen, welche in gegenüberliegenden Richtungen im Basisglied 12 polarisiert sind. Ein elektrisches Wechselfeld in der Längsrichtung des Basisglieds 12 wird unter Verwendung der Elektroden 14, welche mit den externen Elektroden 20 und 22 verbunden sind, an jede piezoelektrische Schicht angelegt, und es wird eine Antriebskraft für die Expansion und die Kontraktion an jeder piezoelektrischen Schicht erzeugt. Deshalb schwingt der piezoelektrische Resonator 10 in der Längsrichtung im Grundmodus, wobei die Mitte des Basisglieds 12 als ein Knoten dient.
Da der piezoelektrische Resonator 10 eine Struktur aufweist, bei welcher mehrere piezoelektrische Schichten und Elektroden abwechselnd laminiert sind, kann die Kapazität des piezoelektrischen Resonators 10 durch Anpassen der Anzahl der laminierten Schichten, der Elektrodengröße oder der Abstände zwischen den Elektroden verändert werden. Es ist deshalb einfach, eine Übereinstimmung der Impedanz mit einem externen Schaltkreis zu erzielen, wenn der piezoelektrische Resonator 10 auf einer Platine befestigt und verwendet wird.
Beim in 1 gezeigten piezoelektrischen Resonator 10 sind die Polarisierungsrichtung des Basisglieds 12, die Richtung des wegen eines Signals angelegten elektrischen Felds und die Schwingungsrichtung im Basisglied 12 alle gleich. Mit anderen Worten, der piezoelektrische Resonator 10 ist vom versteiften Typ. Der versteifte piezoelektrische Resonator 10 weist einen größeren elektromechanischen Kopplungsfaktor als ein unversteifter piezoelektrischer Resonator auf, bei welchem die Schwingungsrichtung sich von der Polarisierungsrichtung und der Richtung des elektrischen Felds unterscheidet. Der piezoelektrische Resonator 10 weist deshalb eine größere Frequenz, differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz als der herkömmliche piezoelektrische Resonator auf. Dies bedeutet, dass der piezoelektrische Resonator 10 breite Frequenzband-Eigenschaften erhält.
Zum Messen der Unterschiede zwischen versteiften und unversteiften piezoelektrischen Resonatoren wurden die in den 8, 9 und 10 gezeigten piezoelektrischen Resonatoren angefertigt. Der in 8 gezeigte piezoelektrische Resonator wurde durch Ausbilden von Elektroden auf beiden Oberflächen in der Richtung der Dicke eines piezoelektrischen Substrats angefertigt, welches 4,0 mm × 1,0 mm × 0,38 mm misst. Dieser piezoelektrische Resonator wurde in der Richtung der Dicke polarisiert und schwang in der Längsrichtung, wenn ein Signal an die Elektroden angelegt wurde. Der in 9 gezeigte piezoelektrische Resonator wies die gleichen Abmessungen auf, wie der in 8 gezeigte piezoelektrische Resonator. Es wurden Elektroden auf beiden Oberflächen in der Längsrichtung eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet. Der piezoelektrische Resonator wurde in der Längsrichtung polarisiert und schwang in der Längsrichtung wenn ein Signal an die Elektroden angelegt wurde. Der in 10 gezeigte piezoelektrische Resonator wurde durch Ausbilden von Elektroden auf beiden Oberflächen in der Richtung der Dicke eines piezoelektrischen Substrats angefertigt, welches 4,7 mm × 4,7 mm × 0,38 mm misst. Dieser piezoelektrische Resonator wurde in der Richtung der Dicke polarisiert und schwang in der Richtung der Ebene, wenn ein Signal an die Elektroden angelegt wurde. Die in den 8 und 10 gezeigten piezoelektrischen Resonatoren waren vom unversteiften Typ und der in 9 gezeigte piezoelektrische Resonator vom versteiften Typ.
Die Resonanzfrequenz Fr und der elektromechanische Kopplungsfaktor K jeder dieser piezoelektrischen Resonatoren wurden gemessen und die Resultate sind in den Tabellen 1, 2 und 3 aufgeführt. Tabelle 1 stellt die gemessenen Resultate des in 8 gezeigten piezoelektrischen Resonators dar. Tabelle 2 stellt die gemessenen Resultate des in 9 gezeigten piezoelektrischen Resonators dar. Tabelle 3 stellt die gemessenen Resultate des in 10 gezeigten piezoelektrischen Resonators dar.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Es versteht sich aus den gemessenen Daten, dass ein versteifter piezoelektrischer Resonator einen größeren elektromechanischen Kopplungsfaktor K als ein unversteifter piezoelektrischer Resonator aufweist und darum eine größere Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz aufweist. Die größte Nebenschwingung in einem versteiften piezoelektrischen Resonator ist vom longitudinalen Dreifachwellentyp und der elektromechanische Kopplungsfaktor K ist 12,2% während der Schwingung. Während der Breitenmodus-Schwingung, welche von der Grundschwingung verschieden ist, beträgt der elektromechanische Kopplungsfaktor K 4,0%. Im Gegensatz dazu ist der elektromechanische Kopplungsfaktor K während der Breitenmodus-Schwingung 25,2% in einem unversteiften piezoelektrischen Resonator mit longitudinaler Schwingung. In einem unversteiften piezoelektrischen Resonator mit quadratartiger Schwingung, wird der elektromechanische Kopplungsfaktor K während der Dickenmodus-Schwingung 23,3% groß. Deshalb versteht es sich, dass ein versteifter piezoelektrischer Resonator kleinere Nebenschwingungen als ein unversteifter piezoelektrischer Resonator aufweist.
Zum Verbinden der Elektroden 14, welche im Basisglied 12 ausgebildet sind, mit den externen Elektroden 20 und 22, können die internen Elektroden 14 die gegenüberliegenden Seitenflächen des Basisglieds 12 abwechselnd erreichen, wie in 11 gezeigt. Auf den gegenüberliegenden Seitenflächen des Basisglieds 12 ist es nötig, die externen Elektroden 20 und 22 auszubilden. Da beim piezoelektrischen Resonator 10 die Elektroden 14 abwechselnd bloßliegen, sind die abwechselnden Elektroden 14 mit den externen Elektroden 20 bzw. 22 durch Ausbilden der externen Elektroden 20 und 22 auf den Seitenflächen des Basisglieds 12 verbunden. Es besteht deshalb keine Notwendigkeit Isolierfolie auf den Seitenflächen des Basisglieds 12 auszubilden. Es wird keine Elektrode 14 auf der gesamten Fläche eines Querschnitts des Basisglieds 12 in diesem piezoelektrischen Resonator 10 ausgebildet. Darum ist die gegenüberliegende Fläche benachbarter Elektroden 14 kleiner als die von benachbarten Elektroden 14, welche auf dem gesamten Querschnitt ausgeformt sind. Unter Verwendung der gegenüberliegenden Fläche können die Kapazität und ΔF des piezoelektrischen Resonators 10 angepasst werden.
Wie in 12 gezeigt, können eine aktive Partie, welche piezoelektrisch aktiv ist, und eine inaktive Partie, welche piezoelektrisch inaktiv ist, im Basisglied 12 des piezoelektrischen Resonators 10 ausgebildet werden. In diesem Fall werden beispielsweise die Elektroden 14 nicht an beiden Endflächen des Basisglieds 12 ausgebildet, und manche Elektroden 14, welche in der Nähe beider Enden des Basisglieds 12 angeordnet sind, werden in aufeinander folgender Weise durch die Isolierfolien 16 und 18 bedeckt. Bei dieser Ausführungsform werden drei fortlaufende Elektroden 14 von jedem Ende des Basisglieds 12 durch die Isolierfolie 16 abgedeckt, und zwei fortlaufende Elektroden 14 von jedem Ende des Basisglieds 12 werden durch die Isolierfolie 18 abgedeckt. Die externen Elektroden 20 und 22 werden auf den Seitenflächen des Basisglieds 12 ausgebildet, auf welchem die Isolierfolien 16 und 18 ausgebildet sind. Die internen Elektroden 14 sind dadurch mit den externen Elektroden 20 und 22 verbunden. Manche der Elektroden 14, welche an beiden Enden des Basisglieds 12 angeordnet sind, sind jedoch nicht mit den externen Elektroden 20 und 22 verbunden.
An der Mitte des Basisglieds 12 ist das Basisglied 12 piezoelektrisch aktiv, weil ein elektrisches Feld zwischen benachbarten Elektroden 14 angelegt wird. Das Basisglied 12 ist an beiden Enden piezoelektrisch inaktiv, weil kein elektrisches Feld zwischen benachbarten Elektroden 14 angelegt wird, da die Elektroden 14 isoliert sind. Deshalb ist eine für Eingabesignale aktive Partie 24 in der Mitte des Basisglieds 12 ausgebildet, wie in 12 durch die Schraffur gezeigt. Für Eingabesignale inaktive Partien 26 sind auch an beiden Enden des Basisglieds 12 ausgebildet.
Im piezoelektrischen Resonator 10 ist die inaktive Partie 26 an beiden Enden des Basisglieds 12 ausgebildet. Die inaktive Partie 26 wird zum Anpassen der Resonanzfrequenz und der Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz verändert. Mit anderen Worten, durch Abschleifen der Endflächen in der Längsrichtung des Basisglieds 12 oder durch Hinzufügen von Masse können die Resonanzfrequenz und/oder die Antiresonanzfrequenz des piezoelektrischen Resonators 10 angepasst werden.
Im piezoelektrischen Resonator 10 kann, wie zuvor beschrieben, die Kapazität des Resonators beispielsweise durch Verändern der Anzahl der Schichten im Basisglied 12 angepasst werden. Im Basisglied 12 sind die piezoelektrischen Schichten und Elektroden 14 abwechselnd aufgestapelt und elektrisch parallel verbunden. Wenn die Anzahl der Schichten verändert wird, wobei die Gesamtlänge des Basisglieds 12 konstant bleibt, wird die folgende Beziehung erfüllt, da die Dicke einer Schicht umgekehrt proportional zur Anzahl der Schichten ist.
Die Kapazität des Resonators ist proportional zur (Anzahl der Schichten in der aktiven Partie/Dicke einer Schicht) und ist wiederum proportional zur (Anzahl der Schichten in der aktiven Partie)².
Die Kapazität des Resonators ist proportional zum Quadrat der Anzahl der Schichten in der aktiven Partie des Basisglieds 12. Deshalb wird die Anzahl der Schichten in der aktiven Partie des Basisglieds 12 zum Anpassen der Kapazität des piezoelektrischen Resonators 10 verändert. Dies bedeutet, dass der piezoelektrische Resonator 10 einen hohen Gestaltungsspielraum für die Kapazität aufweist. Deshalb ist es einfach, eine Übereinstimmung der Impedanz mit einem externen Schaltkreis zu erzielen, wenn der piezoelektrische Resonator 10 auf einer Platine befestigt und verwendet wird.
Elektrisch leitende Paste, welche beispielsweise Silber, Palladium und ein organisches Bindemittel umfasst, wurde auf eine Oberfläche jeder grünen Folie 30 aufgebracht, welche aus piezoelektrischem Keramikmaterial angefertigt wurde. Mehrere derartige grüne Folien wurden abwechselnd aufgestapelt und zusammen bei 1200°C zum Ausbilden eines laminierten Blocks 34 gebrannt, welcher 20 mm × 30 mm × 3,9 mm misst. Die externen Elektroden 38 und 40 wurden durch Metallaufdampfen ausgebildet. Ein starkes elektrisches Gleichspannungsfeld wurde zwischen benachbarte interne Elektroden 36 zum Polarisieren des laminierten Blocks derartig angelegt, dass sich die Polarisierungsrichtungen in benachbarten piezoelektrischen Schichten abwechselnd gegenüberstanden. Die Dicke des laminierten Blocks 34 wurde verändert. Der laminierte Block 34 wurde zum Ausbilden eines plattenförmigen Blocks 42 geschnitten, welcher 1,5 mm × 30 mm × 3,8 mm misst. Jede zweite Elektrode 36, welche an den Seitenflächen des plattenförmigen Blocks 42 bloßlag, wurde durch ein isolierendes Harzmaterial 44 bedeckt und darauf wurde eine Silberelektrode durch Metallaufdampfen ausgebildet. Der resultierende Block wurde durch eine Schneidmaschine geschnitten, um einen piezoelektrischen Resonator 10 zu erhalten, welcher 1,5 mm × 1,5 mm × 3,8 mm misst.
Der piezoelektrische Resonator 10 wies neunzehn Elektroden 14 im Basisglied 12 auf, wobei die Elektroden 14 in einem beinahe gleichen Intervall von 0,19 mm angeordnet waren. Die Isolierfolien 16 und 18 wurden so ausgebildet, um das Anlegen eines elektrischen Felds an drei piezoelektrische Schichten, welche an beiden Enden des Basisglieds 12 angeordnet waren, zu vermeiden. Eine aktive Partie 24 umfasste 14 piezoelektrische Schichten, welche in der Mitte des Basisglieds 12 angeordnet waren, und eine inaktive Partie 26 wies drei piezoelektrische Schichten an beiden Enden auf. Der piezoelektrische Resonator 10 wies eine Kapazität von 830 pF auf und die in 13 gezeigten Frequenz-Eigenschaften. Zum Vergleich sind in 14 die Frequenz-Eigenschaften eines piezoelektrischen Resonators mit quadratartiger Schwingung gezeigt. Es ist aus den 13 und 14 ersichtlich, dass der piezoelektrische Resonator 10 gemäß der vorliegenden Erfindung weitaus weniger Nebenschwingungen aufweist als der quadratförmige piezoelektrische Resonator. Abhängig von den Positionen, an welchen aktive Partien 24 und inaktive Partien 26 ausgebildet sind, verändert sich die Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz. Inaktive Partien 26 können beispielsweise, wie in 15 gezeigt, an beiden Enden und in der Mitte des Basisglieds 12 ausgebildet werden. Die Methode der finiten Elemente wurde verwendet, um die Veränderungen der Kapazität Cf und der Frequenzdifferenz ΔF im piezoelektrischen Resonator in einem Fall zu berechnen, bei welchem sich die Positionen, an welchen aktive Partien ausgebildet wurden, verändern, wobei „a" der Abstand zwischen der Mitte und einem Ende des piezoelektrischen Resonators 10 bedeutet, „b" den Abstand zwischen der Mitte und dem Schwerpunkt einer aktiven Partie 24 bedeutet, „c" die Länge der aktiven Partien 24 bedeutet, W die Breite des Basisglieds 12 bedeutet und T die Dicke des Basisglieds 12 bedeutet. 16 zeigt die Beziehung zwischen b/a und dem Verhältnis von ΔF und der Antiresonanzfrequenz Fa, ΔF/Fa, und der Kapazität Cf, wobei „a" gleich 1,89 mm, W und T gleich 0,8 mm, „c" gleich 0,86 mm und b/a veränderlich ist. Aus 16 ist ersichtlich, dass sich die Kapazität Cf ungeachtet der Positionen, an welchen die aktiven Partien 24 ausgebildet wurden, nicht verändert. Im Gegensatz dazu ist auch ersichtlich, dass sich ΔF mit dem Annähern der aktiven Partien an beide Enden des Basisglieds 12 vermindert.
Die Frequenzdifferenz ΔF kann im piezoelektrischen Resonator 10 durch Verändern des Verhältnisses der aktiven Partien 24 zu den inaktiven Partien 26 verändert werden. Mit einem sich verändernden Verhältnis der aktiven Partie, welches ein Verhältnis der Länge der aktiven Partie 24 zu der des Basisglieds 12 beim in 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator 10 ist, wurden die Resonanzfrequenz Fr, die Antiresonanzfrequenz Fa, die Frequenzdifferenz ΔF und ihre Veränderungsgeschwindigkeit gemessen und in Tabelle 4 und in 17 dargestellt.
Tabelle 4
17 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis der aktiven Partie und der Veränderung von ΔF unter der Vorraussetzung, dass ΔF 100% beträgt, wenn das Verhältnis der aktiven Partie 100 % beträgt, nämlich wenn keine inaktive Partie existiert. Es ist aus 17 ersichtlich, dass ΔF bei einem Verhältnis der aktiven Partie von 65% bis 85% groß ist, wobei das Maximum von ΔF bei einem Verhältnis der aktiven Partie von 75% erhalten wird. Der Maximalwert ist um ungefähr 10% größer als das ΔF, welches erhalten wird, wenn das Verhältnis der aktiven Partie 100% beträgt, wenn mit anderen Worten keine inaktive Partie existiert. Es wird das gleiche ΔF bei Verhältnissen der aktiven Partie von 50% und 100% erhalten. Es ist deshalb zum Erhalten eines piezoelektrischen Resonators, welcher ein großes ΔF aufweist, nötig, das Verhältnis der aktiven Partie auf 50% oder mehr einzustellen.
Wenn beim piezoelektrischen Resonator 10 14 piezoelektrische Schichten die aktive Partie 24 unter 20 Schichten bildeten, betrug die Kapazität 830 pF. Im Gegensatz dazu betrug die Kapazität 3,0 pF, wenn das Verhältnis der aktiven Partie auf 100% eingestellt wurde, was bedeutet, dass nur eine piezoelektrische Schicht verwendet wurde, wenn mit anderen Worten Elektroden an beiden Endflächen des Basisglieds 12 mit dem gleichen Material und den gleichen Abmessungen ausgebildet wurden. Wenn alle der 24 piezoelektrischen Schichten die aktive Partie 24 bildeten, betrug die Kapazität 1185,6 pF. Durch Verändern der Anzahl der piezoelektrischen Schichten in der aktiven Partie 24 des Basisglieds 12 im piezoelektrischen Resonator 10 kann die Kapazität innerhalb eines Bereichs einer ungefähr 400-fachen Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum verändert werden. Deshalb kann durch Verändern der Laminierungsstruktur des piezoelektrischen Resonators 10 die Kapazität aus einem breiten Bereich ausgewählt werden, was einen großen Gestaltungsspielraum für die Kapazität bereitstellt.
Um die Elektroden 14, welche innerhalb des Basisglieds 12 ausgebildet sind, mit den externen Elektroden 20 und 22 zu verbinden, können die Isolierfolien 16 und 18, welche die Fenster 50 aufweisen, derartig bereitgestellt werden, dass jede zweite Elektrode 14, wie in 18 gezeigt, bloßliegt. Die externen Elektroden 20 und 22 werden auf den Isolierfolien 16 und 18 ausgebildet, und die Elektroden 14 werden abwechselnd mit den zwei externen Elektroden 20 und 22 verbunden. Die zwei externen Elektroden 20 und 22 können, wie in 19 gezeigt, auf einer Seitenfläche des Basisglieds 12 ausgebildet werden. Die Isolierfolien 16 und 18 werden auf einer Seitenfläche des Basisglieds 12 zweizeilig ausgebildet, und zwei Zeilen von Anschlusspartien werden ausgebildet. Diese zwei Zeilen der Isolierfolien 16 und 18 werden jeweils auf jeder zweiten Elektrode 14 ausgebildet. Auf diesen zwei Zeilen der Isolierfolie 16 und 18 werden zwei Zeilen externer Elektroden 20 bzw. 22 ausgebildet. Die piezoelektrischen Resonatoren, welche diese Modifikationen aufweisen, können die gleichen Vorteile erreichen, wie der zuvor beschriebene piezoelektrische Resonator. Es können im piezoelektrischen Resonator 10, bei welchem die internen Elektroden 14 abwechselnd zu den Seitenflächen des Basisglieds 12 bloßliegen, wie in 20 gezeigt, auch eine aktive Partie 24 und inaktive Partien 26 ausgebildet werden.
Die Kapazität und ΔF des piezoelektrischen Resonators 10, bei welchem die internen Elektroden 14 abwechselnd bloßliegen, wie in 20 gezeigt, können durch Anpassen der gegenüberliegenden Flächen benachbarter Elektroden 14 verändert werden. Unter Verwendung der Methode der finiten Elemente, wobei eine Lücke G zwischen dem Ende einer Elektrode 14 und der Seitenfläche des Basisglieds 12 in der Richtung der Dicke verändert wird, wurden die Antiresonanzfrequenz Fa, die Kapazität Cf und ΔF eines piezoelektrischen Resonators berechnet, welcher ein Basisglied 12 aufweist, welches 3,74 mm lang, 0,8 mm breit und 1,0 mm dick ist und eine aktive Partie mit einer Länge von 243,6 mm, inaktive Partien 26, welche an beiden Enden angeordnet sind, mit einer Länge von 0,07 mm und 20 piezoelektrische Schichten, welche jede 0,18 mm dick ist, aufweist, wie in 21 gezeigt. Die Resultate werden in Tabelle 5 und in 22 gezeigt. Es ist aus Tabelle 5 und aus 22 ersichtlich, dass Cf und ΔF kleiner werden, wenn die Lücke G wächst, mit anderen Worten, wenn die gegenüberliegende Fläche der Elektroden 14 kleiner wird.
Tabelle 5
Die Elektroden 14 können derartig ausgebildet werden, dass sie verschiedene Endflächen auf der gleichen Seite der piezoelektrischen Schichten, wie in 23 gezeigt, in einem piezoelektrischen Resonator 10 erreichen, welcher ein modifiziertes Beispiel des oben beschriebenen piezoelektrischen Resonators 10 ist. Durch Laminieren dieser zwei Typen piezoelektrischer Schichten werden zwei Zeilen der Elektroden 14 auf einer Seitenfläche des Basisglieds 12 bloßgelegt, wie in 24 gezeigt. Deshalb sind die Elektroden 14 durch Ausbilden der externen Elektroden 20 und 22 an Abschnitten, an welchen die Elektroden 14 bloßliegen, abwechselnd mit den externen Elektroden 20 und 22 verbunden.
Beim piezoelektrischen Resonator 10, bei welchem jede Elektrode 14 über den gesamten Querschnitt des Basisglieds 12 ausgebildet ist, wie in den 2 und 12 gezeigt, ist, da ein elektrisches Feld am gesamten Querschnitt des Basisglieds 12 angelegt wird, der elektromechanische Kopplungsfaktor des Resonators groß, und folglich ist auch ΔF groß. Die Kapazität des piezoelektrischen Resonators 10 ist auch groß. Wenn der laminierte Block geschnitten wird, um mehrere der piezoelektrischen Resonatoren 10 herzustellen, weist jeder piezoelektrische Resonator eine Elektrode über den gesamten Querschnitt sogar dann auf, wenn die Schnittposition verlagert wird, da jede Elektrode vorher über fast den gesamten Querschnitt des laminierten Blocks ausgebildet wurde. Deshalb ist es nicht nötig, die Positionen genau zu bestimmen, an welchen der laminierte Block geschnitten wird. Durch Verändern der Schnittrichtung werden aus dem gleichen piezoelektrischen, keramischen laminierten Block Resonatoren erhalten, welche verschiedene Querschnitte, verschiedene Flächen und verschiedene Kapazitäten aufweisen. Es können, abhängig davon welche Elektroden-Endpartie Isolierfolie aufweist, Resonatoren erhalten werden, welche verschiedene Kapazitäten und verschiedene ΔF aufweisen. Wie oben beschrieben können viele Arten von piezoelektrischen Resonatoren aus dem gleichen laminierten Block erhalten werden.
Im Gegensatz dazu ist es zum Herstellen eines piezoelektrischen Resonators, welcher eine Lücke zwischen einem Ende jeder Elektrode 14 und der Seitenfläche des Basisglieds 12 aufweist, wie in den 11 und 20 gezeigt, nötig, einen laminierten Block zu schneiden, nachdem er derartig positioniert wurde, dass die Lücke richtig ausgebildet ist. Bei einem derartigen piezoelektrischen Resonator ist es jedoch nicht nötig, Isolierfolie auf einer Seitenfläche eines Basisglieds auszubilden, und die Anzahl der Herstellungsvorgänge kann reduziert werden.
Eine inaktive Partie 26 kann derartig ausgebildet werden, dass kein elektrisches Feld anliegt, indem die Elektroden 14 nicht an einem Ende des Basisglieds 12 ausgebildet werden, wie in 25 gezeigt. Das Ende des Basisglieds 12 kann polarisiert werden oder es kann nicht polarisiert werden. Wie in 26 gezeigt, kann nur das Ende des Basisglieds 12 nicht polarisiert werden. In diesem Fall ist sogar dann, wenn ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 14 anliegt, ein nicht polarisierter Abschnitt piezoelektrisch inaktiv. Mit anderen Worten, nur wenn eine piezoelektrische Schicht polarisiert ist und ein elektrisches Feld angelegt wird, wird die Schicht piezoelektrisch aktiv, sonst ist sie inaktiv. Bei dieser Konfiguration wird die Kapazität in der inaktiven Partie ausgebildet, und die Kapazität kann gesteigert werden. Eine schmale Elektrode 52 kann auf einer Endfläche des Basisglieds 12 ausgebildet werden, wie in 27 gezeigt, um die Frequenz anzupassen oder zum Anschließen an einen externen Schaltkreis.
Unter Verwendung eines derartigen piezoelektrischen Resonators 10 werden elektronische Komponenten wie beispielsweise Oszillatoren und Diskriminatoren hergestellt. 28 ist eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Komponente 60. Die elektronische Komponente 60 umfasst ein isolierendes Substrat 62, welches als ein Stützglied dient. An sich gegenüberliegenden Endabschnitten des isolierenden Substrats 62 sind jeweils zwei Einbuchtungen 64 ausgebildet. Auf einer Oberfläche des isolierenden Substrats 62 sind zwei Musterelektroden 66 und 68 ausgebildet, wie in 29 gezeigt. Eine Musterelektrode 66 ist zwischen sich gegenüberliegenden Einbuchtungen ausgebildet und dehnt sich in einer L-förmigen Weise von einem Punkt in der Nähe eines Endes gegen die Mitte des isolierenden Substrats 62 hin aus. Die andere Musterelektrode 68 ist zwischen sich gegenüberliegenden Einbuchtungen 64 ausgebildet und dehnt sich geradlinig von einem Punkt in der Nähe des anderen Endes gegen die Mitte des isolierenden Substrats 62 hin aus. Die Musterelektroden 66 und 68 sind derartig ausgebildet, dass sie in einer indirekten Art und Weise von den Enden des isolierenden Substrats 62 zur gegenüberliegenden Oberfläche geleitet werden.
An einem Ende der Musterelektrode 66, welche in der Mitte des isolierenden Substrats 62 angeordnet ist, ist ein Vorsprung 70, welcher als ein Befestigungsglied dient, mit elektrisch leitendem Klebstoff ausgebildet. Wie in 30 gezeigt, ist der oben beschriebene piezoelektrische Resonator 10 derartig auf dem Vorsprung 70 befestigt, dass die Mitte des Basisglieds 12 auf dem Vorsprung 70 angeordnet ist. Eine externe Elektrode 22 des piezoelektrischen Resonators 10 ist beispielsweise mit dem Vorsprung 70 verbunden. Die andere externe Elektrode 20 ist mit einer Musterelektrode 68 durch den elektrisch leitenden Draht 72 verbunden. Der elektrisch leitende Draht 72 ist mit der Mitte der externen Elektrode 20 des piezoelektrischen Resonators 10 verbunden. Der Vorsprung 70 kann auf dem piezoelektrischen Resonator 10 ausgebildet werden. In diesem Fall ist der Vorsprung 70, welcher für den piezoelektrischen Resonator 10 bereitgestellt ist, an der Musterelektrode 66 mit elektrisch leitendem Klebstoff befestigt.
Eine Metallkappe 74 wird auf dem isolierenden Substrat 62 platziert, um die elektronische Komponente 60 zu vervollständigen. Zum Verhindern eines Kurzschlusses zwischen der Metallkappe 74 und den Musterelektroden 66 und 68 wird vorher isolierendes Harz auf das isolierende Substrat 62 und die Musterelektroden 66 und 68 aufgebracht. Die elektronische Komponente 60 verwendet die Musterelektroden 66 und 68, welche derartig ausgebildet sind, dass sie von den Enden des isolierenden Substrats 62 zur hinteren Oberfläche als Eingabe- und Ausgabeanschlüsse zum Anschluss an externe Schaltkreise geleitet werden.
Da die Mitte des piezoelektrischen Resonators 10 in dieser elektronischen Komponente 60 mit dem Vorsprung 70 verbunden ist, werden die Enden des piezoelektrischen Resonators 10 vom isolierenden Substrat 62 getrennt angeordnet, so dass Schwingung nicht verhindert wird. Die erregte longitudinale Schwingung wird nicht abgeschwächt, da die Mitte des piezoelektrischen Resonators, welche als ein Knoten dient, am Vorsprung 70 befestigt und mit dem elektrisch leitenden Draht 72 verbunden ist.
Die elektronische Komponente 60 wird zusammen mit integrierten Schaltkreisen und anderen Komponenten zur Bildung eines Oszillators und eines Diskriminators auf einer Platine befestigt. Da die elektronische Komponente 60 versiegelt ist und durch die Metallkappe 74 geschützt wird, kann sie wie eine Chip-artige (Oberflächenmontage) Komponente verwendet werden, welche durch Fließlöten befestigt werden kann.
Wenn die elektronische Komponente 60 in einem Oszillator verwendet wird, werden Nebenschwingungen bis auf einen niedrigen Pegel unterdrückt, und seltene Schwingungen, welche durch die Nebenschwingungen bewirkt werden, werden wegen der Merkmale des piezoelektrischen Resonators 10 verhindert, welcher in der elektronischen Komponente 60 verwendet wird. Es ist auch einfach, eine übereinstimmende Impedanz mit einem externen Schaltkreis zu erzielen, da die Kapazität des piezoelektrischen Resonators 10 auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann. Besonders wenn die elektronische Komponente für einen Oszillator für spannungsgesteuerte Oszillation verwendet wird, wird wegen einem großen ΔF des Resonators ein breiter Frequenzbereich erfasst, welcher herkömmlich nicht erhalten werden kann.
Wenn die elektronische Komponente 60 für einen Diskriminator verwendet wird, wird wegen einem großen ΔF des Resonators ein breiter Spitzentrennungsbereich bereitgestellt. Zusätzlich ist es einfach, eine Übereinstimmung der Impedanz mit einem externen Schaltkreis zu erzielen, da der Resonator einen breiten Kapazitätsbereich bereitstellt.
Der piezoelektrische Resonator 10 kann auf dem isolierenden Substrat 62 so befestigt werden, dass zwei Vorsprünge 70, welche aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise elektrisch leitendem Klebstoff, angefertigt sind, auf beiden Musterelektroden 66 und 68 ausgebildet sind, und die externen Elektroden 20 und 22 des piezoelektrischen Resonators 10 sind mit den zwei Vorsprüngen 70 verbunden, wie in den 31 und 32 gezeigt. Der piezoelektrische Resonator 10 kann auch auf dem isolierenden Substrat 62 in einer in den 33 und 34 gezeigten Weise befestigt werden, bei welcher zwei Vorsprünge 70 aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise isolierender Klebstoff, auf dem isolierenden Substrat 62 ausgebildet sind, und die externen Elektroden 20 und 22 sind mit den Musterelektroden 66 und 68 durch den elektrisch leitenden Draht 72 verbunden.
Ein Abzweigfilter kann unter Verwendung mehrerer der piezoelektrischen Resonatoren 10 angefertigt werden. Wie in den 35 und 36 gezeigt, sind drei Musterelektroden 76, 78 und 80 bei dieser elektronischen Komponente 60 auf einem isolierenden Substrat 62 ausgebildet. Die Vorsprünge 82 und 86 sind auf den Musterelektroden 76 und 80 der beiden Enden durch elektrisch leitenden Klebstoff ausgebildet. Auf der Musterelektrode 78 in der Mitte sind zwei Vorsprünge 84 und 88 mit elektrisch leitendem Klebstoff ausgebildet.
Eine externe Elektrode 22 für jeden der piezoelektrischen Resonatoren 10a, 10b, 10c und 10d ist an jedem der Vorsprünge 82, 84, 86 und 88 befestigt. Die anderen externen Elektroden 20 für die piezoelektrischen Resonatoren 10a, 10b und 10c sind miteinander durch den elektrisch leitenden Draht 72 verbunden. Die andere externe Elektrode 20 des piezoelektrischen Resonators 10d ist mit der Musterelektrode 80 durch den elektrisch leitenden Draht 72 verbunden. Eine Metallkappe 74 ist auf dem isolierenden Substrat 62 platziert.
Die elektronische Komponente 60 wird als ein Abzweigfilter verwendet, welcher einen in 37 gezeigten, abzweigförmigen Schaltkreis aufweist. Zwei piezoelektrische Resonatoren 10a und 10c dienen als serielle Resonatoren und die anderen zwei piezoelektrischen Resonatoren 10c und 10d dienen als parallele Resonatoren. In einem derartigen Abzweigfilter werden die parallelen piezoelektrischen Resonatoren 10b und 10d so entworfen, dass sie wesentlich größere Kapazitäten als die seriellen piezoelektrischen Resonatoren 10a und 10c aufweisen.
Die Dämpfung im Abzweigfilter wird durch das Kapazitätsverhältnis zwischen den seriellen Resonatoren und den parallelen Resonatoren festgelegt. Bei dieser elektronischen Komponente 60 kann die Kapazität durch Verändern der Anzahl der laminierten Schichten angepasst werden, welche in den piezoelektrischen Resonatoren 10a bis 10d verwendet werden. Deshalb wird ein Abzweigfilter, welcher eine größere Dämpfung mit weniger Resonatoren aufweist als im Vergleich mit einem Fall, bei welchem die herkömmlichen, unversteiften piezoelektrischen Resonatoren verwendet werden, durch Verändern der Kapazitäten der piezoelektrischen Resonatoren implementiert. Da die piezoelektrischen Resonatoren 10a bis 10d ein größeres ΔF als der herkömmliche, piezoelektrische Resonator aufweisen, wird ein breiteres Übertragungsfrequenzband implementiert als im Vergleich mit dem herkömmlichen piezoelektrischen Resonator.
Eine elektronische Komponente 60 mit zwei Anschlüssen, wie beispielsweise ein Resonator und ein Diskriminator, kann mit einem in 38 gezeigten, piezoelektrischen Resonator 10 hergestellt werden. Die zwei Anschlüsse 90, welche aus einem elektrisch leitenden Material angefertigt sind, werden zum Herstellen einer derartigen Komponente 60 mit zwei Anschlüssen vorbereitet. Diese Anschlüsse 90 sind derartig ausgebildet, dass sie sich von den Bändern 92 erstrecken. Praktischerweise werden mehrere Anschlüsse 90 in einer Reihe an jedem Band 92 ausgebildet. Ein Anschluss 90 wird mit einer Falzpartie 94 am Zwischenabschnitt versehen und mit einem H-förmigen Stützglied 96 am Ende. Das Stützglied 96 ist gebogen und mit einem auskragenden Befestigungsglied 98 in der Mitte versehen. Die zwei Anschlüsse 90 sind derartig angeordnet, dass ihre Befestigungsglieder 98 einander gegenüberliegen.
Der piezoelektrische Resonator 10 wird zwischen den Befestigungsgliedern 98 gehalten. Die Befestigungsglieder 98 grenzen an die externen Elektroden 20 und 22 in der Mitte des piezoelektrischen Resonators in der Längsrichtung an. Da die Anschlüsse 90 Falzpartien 94 aufweisen, welche als Federelemente dienen, wird der piezoelektrische Resonator 10 durch die Anschlüsse 90 federgestützt. Ein Gehäuse 100, welches eine Öffnung an einem Ende aufweist, wird auf dem piezoelektrischen Resonator 10 platziert. Die Öffnung des Gehäuses 100 wird mit Papier verschlossen und dann mit Harz versiegelt. Die Anschlüsse 90 werden zum Vervollständigen der elektronischen Komponente 60 von den Bändern 92 geschnitten. Die elektronische Komponente 60, welche eine andere Form als eine Chip-Form aufweist, kann folglich angefertigt werden.
Da das Basisglied 12 eine laminierte Struktur aufweist, kann die Kapazität des piezoelektrischen Resonators 10 gemäß der vorliegenden Erfindung auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden, und es ist leicht, eine übereinstimmende Impedanz mit einem externern Schaltkreis zu erzielen. Da die vorliegende Erfindung einen versteiften piezoelektrischen Resonator einsetzt, weist der Resonator ein größeres ΔF und ein breiteres Frequenzband auf als der herkömmliche, unversteifte piezoelektrische Resonator. Zusätzlich weist der versteifte piezoelektrische Resonator kleine Nebenschwingungen auf. Durch Anpassen der Größen und Positionen der aktiven Partie und der inaktiven Partien kann ΔF ferner verändert werden. Da die elektronische Komponente 60 gemäß der vorliegenden Erfindung eine einfache Struktur aufweist, kann sie zu geringen Kosten hergestellt werden, während sie die oben beschriebenen Merkmale des piezoelektrischen Resonators 10 aufweist.
Da der piezoelektrische Resonator 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mehr Parameter umfasst, welche gestaltet werden können, als der herkömmliche piezoelektrische Resonator, können verschiedene Eigenschaften implementiert werden. Die Beziehungen zwischen diesen Parametern, ΔF/Fa und der Kapazität Cf, werden in 39 dargestellt. Es versteht sich aus 39, dass diese Parameter den Gestaltungsspielraum bei den Eigenschaften des piezoelektrischen Resonators 10 ausdehnen.

Claims

Piezoelektrischer Resonator (10), umfassend – ein Basisglied (12), welches eine Längsrichtung aufweist, – eine aktive Partie (24), welche aus einem polarisierten piezoelektrischen Glied zusammengesetzt ist und wenigstens einen Abschnitt des Basisglieds (26) ausmacht, – ein externes Elektrodenpaar (20, 22), welches mit der aktiven Partie bereitgestellt wird, – mehrere interne Elektroden (14), welche in/auf der aktiven Partie (24) so angeordnet sind, daß sie senkrecht zur Längsrichtung des Basisglieds (12) sind und mit den externen Elektroden (20, 22) verbunden sind, – wobei das Basisglied eine Struktur umfaßt, bei welcher mehrere piezoelektrische Schichten und die mehreren internen Elektroden (14) abwechselnd geschichtet sind, und – wobei eine longitudinale Grundschwingung erregt wird, wenn ein elektrisches Wechselfeld in der Längsrichtung des Basisglieds (12) über die mehreren internen Elektroden (14) an die aktive Partie angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß – jede der mehreren internen Elektroden (14) einen Querschnitt des Basisglieds (12) senkrecht zur Längsrichtung des Basisglieds (12) vollständig abdeckt, – ein Paar verbindender Partien vorgesehen ist, in welchen jeweils die ungeschützten Abschnitte sich abwechselnder interner Elektroden (14) mit Isolierfilmen (16, 18) bedeckt sind, und – das eine Paar externer Elektroden (20, 22) auf dem einen Paar verbindender Partien derart vorgesehen ist, daß benachbarte interne Elektroden (14) der Vielzahl von internen Elektroden (14) mit jeweils einer des externen Elektrodenpaares (20, 22) verbunden sind.
Piezoelektrischer Resonator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren piezoelektrischen Schichten an beiden Seiten der mehreren internen Elektroden (14) in entgegengesetzter Richtung in der Längsrichtung des Basisglieds (12) polarisiert sind, und benachbarte interne Elektroden (14) der mehreren internen Elektroden (14) mit jeweils einer des externen Elektrodenpaares (20, 22) verbunden sind.
Piezoelektrischer Resonator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren internen Elektroden (14) an den Seitenflächen des Basisglieds (12) teilweise ungeschützt sind, und die ungeschützten Abschnitte benachbarter interner Elektroden (14) der mehreren internen Elektroden (14) mit jeweils einer des externen Elektrodenpaares (20, 22) verbunden sind.