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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen in einer Längsschwingungsmode schwingbaren
piezoelektrischen Resonator, welcher umfasst: ein Grundelement mit
einer Längsrichtung,
das durch Laminieren mehrerer piezoelektrischer Schichten und mehrerer
Innenelektroden gebildet wird; eine erste Gruppe der Innenelektroden
und eine zweite Gruppe der Innenelektroden, die sich zu zwei Bereichen,
d.h. einem ersten Bereich bzw. einem zweiten Bereich einer Oberfläche des
Grundelements, erstrecken und dort freiliegen; erste und zweite
Außenelektroden, die
an dem ersten bzw. dem zweiten Bereich durchgehend so angeordnet
sind, dass sie mit der ersten und der zweiten Gruppe der Innenelektroden
verbunden sind; und wobei die piezoelektrischen Schichten in der
Längsrichtung
des Grundelements polarisierbar sind und ein elektrisches Feld an
dem Grundelement in dessen Längsrichtung
anlegbar ist, wodurch eine Längsschwingung
in dem Grundelement angeregt wird. Ein solcher piezoelektrischer
Resonator ist zum Beispiel aus
US
5,438,232 bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch
ein den oben beschriebenen Resonator verwendendes elektronisches
Bauelement.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Piezoelektrische
Resonatoren, die die mechanische Resonanz eines piezoelektrischen
Elements nutzen, umfassen zum Beispiel einen piezoelektrischen Resonator,
bei dem Elektroden an beiden Oberflächen einer piezoelektrischen
Platte vorgesehen sind, die in ihrer Dickenrichtung polarisiert
ist. Bei dieser Art von piezoelektrischem Resonator wird ein elektrisches
Wechselstromfeld zwischen den Elektroden angelegt, um eine Längsschwingung
oder eine Lateralschwingung anzuregen. Diese Art von piezoelektrischer
Resonator nutzt aber eine nicht versteifte Mode, bei der sich die
Richtungen eines elektrischen Felds und die Polarisierungsrichtung
von der Schwingungsrichtung unterscheiden, und weist einen kleinen
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und eine relativ kleine
Differenz ΔF
zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz auf.
Die Verwendung eines die unversteifte Mode nutzenden piezoelektrischen
Resonators bei einem Oszillator oder Filter führt nachteilig zu einer kleinen
Bandbreite und einem geringen Grad an Flexibilität bei der Auslegung der Eigenschaften.
Zur Überwindung
der Nachteile wurde ein piezoelektrischer Resonator mit einem laminierten
Aufbau, wie er zum Beispiel in 15 gezeigt
wird, als eine versteifte Mode verwendender piezoelektrischer Resonator
mit einem großen
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und einer relativ großen Differenz ΔF zwischen
der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz vorgeschlagen.
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15 ist
eine Darstellung, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Resonators
zeigt, der die versteifte Mode nutzt. Ein piezoelektrischer Resonator 1 umfasst
ein rechteckig-prismenförmiges
Grundelement 2. Das Grundelement 2 wird durch
abwechselndes Laminieren von mehreren piezoelektrischen Schichten 3 und
mehreren Innenelektroden 4 gebildet. Zwei aneinander angrenzende
piezoelektrische Schichten 3 mit einer Innenelektrode 4 zwischen
diesen sind in entgegengesetzte Richtungen in der Längsrichtung
des Grundelements 2 polarisiert. An einer Seitenfläche des
Grundelements 2 ist eine Nut 5 gebildet, und die
Innenelektroden 4 liegen jede zweite Schicht an beiden
Seitenflächen
der Nut 5 frei. Weiterhin sind an beiden Seiten der Nute 5 Außenelektroden 6a und 6b an
der Seitenfläche
des Grundelements 2 vorgesehen. Dementsprechend sind die angrenzenden
Innenelektroden 4 jeweils mit den verschiedenen Außenelektroden 6a, 6b verbunden.
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Bei
dem piezoelektrischen Resonator 1 wird ein Signal in die
Außenelektroden 6a, 6b eingegeben,
wodurch ein elektrisches Wechselstromfeld zwischen den angrenzenden
Innenelektroden 4 angelegt wird. Da die angrenzenden piezoelektrischen Schichten 3 in
entgegengesetzte Richtungen polarisiert sind, dehnen sich bei Anlegen
eines elektrischen Wechselstromfelds an diesen die einzelnen piezoelektrischen
Schichten 3 in Längsrichtung
des Grundelements 2 aus oder ziehen sich zusammen. Dadurch
wird eine Fundamental-Längsschwingungsmode
in dem gesamten piezoelektrischen Resonator 1 angeregt.
Auf diese Weise kann der piezoelektrische Resonator 1,
der die versteifte Mode einsetzt, bei der die Richtung eines elektrischen
Felds und die Polarisierungsrichtung gleich der Schwingungsrichtung
sind, den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten sowie ΔF verglichen
mit einem piezoelektrischen Resonator, der eine unversteifte Mode
nutzt, anheben. Dadurch erlaubt das Verwenden eines piezoelektrischen
Resonators mit versteifter Mode bei einem Oszillator oder Filter
das Vergrößern der Bandbreite
und des Flexibilitätsgrads
bei der Auslegung der Eigenschaften.
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Bei
der obigen Art von piezoelektrischem Resonator wird aber eine Kapazität zwischen
dem nicht freiliegenden Teil jeder Innenelektrode und der Außenelektrode,
die nicht mit der nicht freiliegenden Innenelektrode verbunden ist,
erzeugt. Diese Kapazität ist
mit der zwischen den Innenelektroden ausgebildeten Kapazität nachteilig
parallel geschaltet, was Schwingung verursacht, wodurch das Kapazitätsverhältnis des
Resonators gesenkt und die Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz
und der Antiresonanzfrequenz weiter verkleinert wird. Dies führt zu einer
kleinen Bandbreite, wenn der piezoelektrische Resonator bei einem
Oszillator oder Filter verwendet wird.
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Demgemäß besteht
eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen piezoelektrischen
Resonator an die Hand zu geben, bei dem eine Abnahme der Differenz ΔF zwischen
der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz unterbunden werden
kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch
Verwenden der obigen Art von piezoelektrischem Resonator ein elektronisches Bauelement
mit einem hohen Maß an
Flexibilität
bei der Auslegung der Bandbreite an die Hand zu geben.
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Die
vorliegende Erfindung gibt einen piezoelektrischen Resonator der
oben erwähnten
Art an die Hand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Isolierschicht
einen nicht freiliegenden Teil jeder der ersten und der zweiten
Gruppe der Innenelektroden bedeckt; und die Isolierschicht an jedem
des ersten und des zweiten Bereichs angeordnet ist und eine Dielektrizitätskonstante
aufweist, die kleiner als eine Dielektrizitätskonstante der piezoelektrischen
Schichten ist.
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Die
vorliegende Erfindung gibt weiterhin einen piezoelektrischen Resonator
der oben erwähnten
Art an die Hand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass erste und
zweite leitende Harzschichten an dem ersten bzw. dem zweiten Bereich
durchgehend so angeordnet sind, dass sie mit den Außenelektroden verbunden
sind.
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Bei
den oben erwähnten
piezoelektrischen Resonatoren können
der erste und der zweite Bereich an einer Seite bzw. an der anderen
Seite in Breitenrichtung des Grundelements an der gleichen seitlichen
Fläche
des Grundelements angeordnet sein.
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Dementsprechend
können
der erste und der zweite Bereich jeweils an verschiedenen Seitenflächen des
Grundelements angeordnet sein.
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Die
vorliegende Erfindung gibt weiterhin ein elektronisches Bauelement
an die Hand, welches den oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator
umfasst, wobei das elektronische Bauelement ein mit Strukturelektroden
versehenes Substrat, mit denen die leitenden Harzschichten elektrisch
verbunden sind, aufweist und das Substrat sowie der piezoelektrische
Resonator mit einer Abdeckung abgedeckt sind.
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Bei
dem oben beschriebenen elektronischen Bauelement können mehrere
Strukturelektroden an dem Substrat vorgesehen werden, und die leitenden Harzschichten
von mehreren der piezoelektrischen Resonatoren können mit den Strukturelektroden elektrisch
so verbunden werden, dass ein Kaskadenfilter vorgesehen wird. Wenn
die vier piezoelektrischen Resonatoren verwendet werden, können erste,
zweite, dritte und vierte Grundelemente als Grundelement vorgesehen
werden; erste, zweite, dritte und vierte Strukturelektroden als
Elektrode an dem Substrat vorgesehen werden; das erste Grundelement
kann an den ersten und zweiten Strukturelektroden angebracht werden;
das zweite Grundelement kann an den zweiten und dritten Strukturelektroden angebracht
werden; das dritte Grundelement kann an den zweiten und vierten
Strukturelektroden angebracht werden; und das vierte Grundelement
kann an den dritten und vierten Strukturelektroden angebracht werden.
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Gemäß dem oben
beschriebenen piezoelektrischen Resonator ist eine Isolierschicht,
die zum Beispiel aus einem Harz mit einer Dielektrizitätskonstante
hergestellt ist, die kleiner als die der piezoelektrischen Schichten
ist, an einem nicht freiliegenden Teil jeder Innenelektrode angeordnet.
Demgemäß tritt
die Isolierschicht mit einer kleinen Dielektrizitätskonstante
zwischen die nicht freiliegenden Elektroden und die Außenelektroden,
die nicht mit den nicht freiliegenden Elektroden verbunden sind,
wodurch die dazwischen erzeugte Kapazität gesenkt wird.
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Weiterhin
sind in dem leitenden Harz Metallpartikel in dem isolierenden Harz
mit einer Dielektrizitätskonstante,
die wie bei der oben beschriebenen Isolierschicht kleiner als die
der piezoelektrischen Schichten ist, gleichmäßig verteilt. Dadurch stehen die
Metallpartikel in den an der Seitenfläche des Grundelements ausgebildeten
leitenden Harzschichten praktisch in Punktberührung mit dem Grundelement,
wodurch die Berührungsfläche verglichen
mit einem piezoelektrischen Resonator, bei dem die Außenelektroden
an der Seitenfläche
des Grundelements ausgebildet sind, erheblich verkleinert wird.
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Selbst
wenn die leitenden Harzschichten an den nicht freiliegenden Teilen
der Innenelektroden der Seitenfläche
des Grundelements aufgebracht werden, wird dementsprechend die zwischen
den leitenden Harzschichten und den nicht freiliegenden Teilen der
Innenelektroden erzeugte Kapazität
reduziert.
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Aufgrund
der Ausbildung der mit den freiliegenden Innenelektroden an der
Seitenfläche
des Grundelements verbundenen Außenelektroden können die
Innenelektroden mit den leitenden Harzschichten mit den Außenelektroden
dazwischen verbunden werden, wodurch eine elektrische Verbindung
zwischen den leitenden Harzschichten und den freiliegenden Innenelektroden
verbessert wird.
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Die
ersten und zweiten Bereiche, in denen die erste und zweite Gruppe
der Innenelektroden freiliegen, können an verschiedenen Seitenflächen oder an
der gleichen Fläche
des Grundelements entsprechend dem geplanten Verwendungszweck des
piezoelektrischen Resonators angeordnet werden.
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Ein
elektronisches Bauelement, beispielsweise ein Oszillator, ein Diskriminator
oder ein Kaskadenfilter, wird durch die Verwendung des vorstehenden
piezoelektrischen Resonators hergestellt. Dieses elektronische Bauelement
weist eine geringe Abnahme der Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz
und der Antiresonanzfrequenz des piezoelektrischen Resonators auf
und hat bei der Auslegung der Bandbreite eine hohe Flexibilität.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung der Erfindung, die auf die Begleitzeichnungen Bezug
nimmt, hervor.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführung eines
piezoelektrischen Resonators nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Darstellung des in 1 gezeigten piezoelektrischen
Resonators.
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2A ist
eine Darstellung, die eine Abwandlung des in 1 gezeigten
piezoelektrischen Resonators zeigt.
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3 ist
eine Darstellung, die die Beziehung der Innenelektroden zu einem
laminierten Aufbau zur Verwendung in dem in 2 gezeigten
piezoelektrischen Resonator zeigt.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem Muttersubstrate
laminiert sind, um den in 1 gezeigten
piezoelektrischen Resonator zu erzeugen.
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5 ist
eine Darstellung, die den Zustand zeigt, in dem isolierende Materialien
und Elektroden auf einem laminierten Aufbau gebildet werden, der durch
Laminieren der in 4 gezeigten Muttersubstrate
erhalten wird.
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6 ist
eine Darstellung, die eine andere bevorzugte Ausführung eines
erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators zeigt.
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7 ist
eine Darstellung, die die Beziehung der Innenelektroden zu einem
laminierten Aufbau zur Verwendung bei dem in 6 gezeigten
piezoelektrischen Resonator zeigt.
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8 ist
eine Darstellung, die eine noch andere bevorzugte Ausführung eines
erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators zeigt.
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9 ist
eine Darstellung, die eine weitere bevorzugte Ausführung eines
erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators zeigt.
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10 ist
eine Darstellung, die eine noch weitere bevorzugte Ausführung eines
erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators zeigt.
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11 ist
eine Darstellung, die eine weitere bevorzugte Ausführung eines
erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators zeigt.
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12 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die eine bevorzugte Ausführung eines
elektronischen Bauelements zeigt, das durch Verwenden des erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators gebildet wird.
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13 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die den wesentlichen Teil
einer bevorzugten Ausführung
eines Kaskadenfilters zeigt, der durch Verwenden des erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators gebildet wird.
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14 ist
ein Schaltbild, das den in 13 gezeigten
Kaskadenfilter veranschaulicht.
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15 ist
eine Darstellung, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Resonators
zeigt, der als Hintergrund der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGEN
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführung eines
erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Resonators zeigt. 2 ist eine Darstellung der Ausführung. Ein
piezoelektrischer Resonator 10 weist ein säulenförmiges Grundelement 12 auf.
Das Grundelement 12 wird durch abwechselndes Laminieren
mehrerer piezoelektrischer Schichten 14 und Innenelektroden 16 gebildet.
Eine piezoelektrische Schicht 14 zwischen Innenelektroden 16 und
die angrenzende piezoelektrische Schicht 14 mit der Innenelektrode 16 dazwischen werden
wie durch die in 2 gezeigten Pfeile verdeutlicht,
in entgegengesetzte Richtungen in Längsrichtung des Grundelements 12 polarisiert.
Die piezoelektrischen Schichten 14, die sich an beiden
Enden des Grundelements 12 in dessen Längsrichtung befinden, sind
nicht polarisiert. Die piezoelektrischen Schichten 14,
die sich an beiden Enden des Grundelements 12 befinden,
können
jedoch nach Bedarf polarisiert werden. Ferner können nicht polarisierte piezoelektrische
Schichten an beliebigen Positionen des Grundelements gebildet werden.
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An
einer Seitenfläche
des Grundelements 12 ist eine sich in Längsrichtung des Grundelements 12 erstreckende
Nut 18 in dem mittleren Teil der Breite des Grundelements 12 gebildet.
An einer Seitenfläche
der Nut 18 ist ein erster Bereich vorgesehen, in dem eine
erste Gruppe der Innenelektroden 16 an jeder zweiten Schicht
freigelegt sind. An der anderen Seitenfläche der Nut 18 ist
ein zweiter Bereich vorgesehen, in dem eine zweite Gruppe der Innenelektroden 16,
die nicht in dem ersten Bereich freigelegt sind, freigelegt sind.
Bei dem obigen piezoelektrischen Resonator 10 sind die
erste und zweite Gruppe der Innenelektroden 16, die an
den jeweiligen Seiten der Nut freigelegt sind, wie in 3(a) und 3(b) gezeigt
wird, also abwechselnd laminiert. In dem ersten Bereich ist eine
erste Isolierschicht 20 an einer dem nicht freigelegten
Teil jeder Innenelektrode 16 entsprechenden Position angeordnet.
Analog ist in dem zweiten Bereich eine zweite Isolierschicht 22 an einer
dem nicht freigelegten Teil jeder Innenelektrode 16 entsprechenden
Position angeordnet. In dieser Ausführung wird als piezoelektrische
Schicht 14 eine PZT-Keramik mit einer relativen Dielektrizitätskonstante
von etwa 1.000 verwendet. Als erste und zweite Isolierschichten 20 und 22 wird
ein Epoxidharz mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von etwa 2 bis
5 eingesetzt. Als erste und zweite Isolierschichten 20 und 22 kann
ein anderes Material als Epoxidharz verwendet werden, solange es
eine kleinere Dielektrizitätskonstante
als die piezoelektrische Schicht 14 aufweist. Zudem kann
als piezoelektrische Schicht 14 ein anderes piezoelektrisches
Material als eine PZT-Keramik verwendet werden.
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Ferner
ist an einer Seite der Nut 18 eine erste Außenelektrode 24 an
dem ersten Bereich des Grundelements 12, an dem die erste
Isolierschicht 20 angeordnet ist, vorgesehen. Demgemäß sind die
freiliegenden Innenelektroden 16 in dem ersten Bereich mit
der ersten Außenelektrode 24 elektrisch
verbunden. An der anderen Seite der Nut 18 ist eine zweite Außenelektrode 26 an
dem zweiten Bereich des Grundelements 12, an dem die zweite
Isolierschicht 22 angeordnet ist, vorgesehen. Dadurch sind
die freiliegenden Innenelektroden in dem zweiten Bereich mit der
zweiten Außenelektrode 26 elektrisch
verbunden. Es versteht sich, dass die ersten und zweiten Außenelektroden 24 und 26 in
Form einer Dünnschicht
vorgesehen werden, die durch Mittel wie Sputtern hergestellt wird.
Ferner ist es nicht wesentlich, dass die in dem Grundelement 12 gebildeten
Innenelektroden 16 abwechselnd mit den verschiedenen Außenelektroden
verbunden sein müssen.
Die angrenzenden Innenelektroden 16 können zum Beispiel mit der gleichen
Außenelektrode
verbunden sein oder manche Innenelektroden können mit keiner der Außenelektroden
verbunden sein.
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Bei
dem in 1 und 2 gezeigten piezoelektrischen
Resonator ist die Nut 18 vorgesehen. Es wird jedoch darauf
hingewiesen, dass die Nut 18 kein wesentliches Merkmal
für die
vorliegende Erfindung ist. Wie in 2A gezeigt
wird, ist auch der piezoelektrische Resonator mit den Merkmalen
der 1 ohne die Nut 18 verwendbar.
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Für die Herstellung
des piezoelektrischen Resonators 10, wie er in 4 gezeigt
wird, werden zuerst Muttersubstrate 40 aus piezoelektrischer
Keramik, die eine große
Anzahl an piezoelektrischen Schichten 14 bilden, hergestellt.
Auf jedem Muttersubstrat 40 werden Mutterelektroden 42 und 44 gebildet,
die die Innenelektroden 16 bilden. Die Mutterelektroden 42 und 44 weisen
jeweils elektrodenfreie Teile 42a und 44a auf,
und die Muttersubstrate 40 sind abwechselnd so laminiert,
dass die elektrodenfreien Teile 42a und die elektrodenfreien
Teile 44a voneinander versetzt sind. Ein laminierter Aufbau, der nach
dem obigen Vorgehen erhalten wird, wird dann an den durch die Einpunkt-Strichlinien, die
sich in der in 4 gezeigten Querrichtung erstrecken, gezeigten
Teilen geschnitten.
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Ein
Isoliermaterial 46, das die erste Isolierschicht 20 und
die zweite Isolierschicht 22 bilden wird, wird wie in 5 gezeigt
auf die Querschnittfläche
des geschnittenen laminierten Aufbaus aufgetragen. Zur einfacheren
Erläuterung
entspricht die Anzahl an Schichten bei diesem in 5 gezeigten
laminierten Aufbau nicht der Anzahl piezoelektrischer Schichten
des in 2 gezeigten Grundelements 12. Das Isoliermaterial 46 wird
auf den nicht freiliegenden Teilen der Mutterelektroden 42 und 44 gebildet. Ferner
sind mehrere Elektroden 48, die die Außenelektroden 24 und 26 bilden,
in der Richtung orthogonal zu den Oberflächen der Mutterelektroden 42 und 44 angeordnet.
Dann wird eine hohe Gleichspannung zwischen den angrenzenden Elektroden 48 angelegt,
wodurch die einzelnen Muttersubstrate 40 polarisiert werden.
Anschließend
wird der laminierte Aufbau an den Teilen geschnitten, die durch
die in 5 gezeigten Einpunkt-Strichlinien verkörpert werden,
und es wird eine Nut in der Mitte jedes geschnittenen Stücks gebildet.
Dadurch wird der piezoelektrische Resonator 10 hergestellt.
Das Vorsehen der Nut 18 ist nicht wesentlich, und es reicht
aus, wenn die Außenelektroden 24 und 26 an
beiden Seiten des Resonators 10 zuverlässig getrennt sind.
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Bei
diesem piezoelektrischen Resonator 10 wird zwischen der
ersten Außenelektrode 24 und
der zweiten Außenelektrode 26 ein
Signal zugeführt,
was das Anlegen von zueinander entgegengesetzten Spannungen an den
jeweiligen piezoelektrischen Schichten 14 des in entgegengesetzten
Richtungen polarisierten Grundelements 12 ermöglicht,
wodurch das Ausdehnen und Zusammenziehen der gesamten piezoelektrischen
Schichten 14 in gleicher Richtung bewirkt wird. Daher wird
eine Fundamental-Längsschwingung
unter Verwendung der Mitte des Grundelements 12 als Wellenknoten
in dem gesamten piezoelektrischen Resonator 10 angeregt.
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Bei
diesem piezoelektrischen Resonator 10 sind die Polarisierungsrichtung
der piezoelektrischen Schichten 14 und die Richtung eines
durch das Signal erzeugten elektrischen Felds gleich der Schwingungsrichtung.
Der piezoelektrische Resonator 10 ist nämlich ein piezoelektrischer
Resonator mit versteifter Mode. Dieser piezoelektrische Resonator 10 mit versteifter
Mode weist einen größeren elektromechanischen
Kopplungseffizienten und eine größere Differenz ΔF zwischen
der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz als ein piezoelektrischer
Resonator mit unversteifter Mode auf, bei dem die Polarisierungsrichtung
und die Richtungen eines elektrischen Felds sich von der Schwingungsrichtung
unterscheiden.
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Die
erste Isolierschicht 20 und die zweite Isolierschicht 22,
die beide aus einem Harz mit einer Dielektrizitätskonstante bestehen, die kleiner
als die der piezoelektrischen Schichten 14 ist, werden
an Positionen vorgesehen, die den nicht freiliegenden Teilen der
ersten und zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 entsprechen.
Demgemäß tritt
die erste Isolierschicht 20 zwischen die zweite Gruppe
der Innenelektroden 16 und die erste Außenelektrode 24 und die
zweite Isolierschicht 22 tritt zwischen die erste Gruppe
der Innenelektroden 16 und die zweite Außenelektrode 26.
Dies senkt die zwischen der Innenelektrode 16 und jeder
der ersten und zweiten Außenelektroden 24 und 26 erzeugte
Kapazität.
Daher kann eine Reduzierung der Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz
und der Antiresonanzfrequenz des Resonators über einem piezoelektrischen Resonator
ohne Isolierschicht unterbunden werden. Ferner kann die Fläche der
ersten Isolierschicht 20 und der zweiten Isolierschicht 22 geändert werden, um
die zwischen der zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 und
der ersten Außenelektrode 24 gebildete Kapazität und die
zwischen der ersten Gruppe der Innenelektroden 16 und der
zweiten Außenelektrode 26 gebildete
Kapazität
zu verändern.
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Dies
erlaubt das Ausbilden eines piezoelektrischen Resonators mit verschiedenen
Werten ΔF, wodurch
die Auslegungsflexibilität
vergrößert wird.
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Alternativ
können,
wie in 6 dargestellt, eine erster Bereich und ein zweiter
Bereich an den entgegengesetzten Flächen des Grundelements 12 ausgebildet
werden, und die erste und zweite Gruppe der Innenelektroden 16 kann
abwechselnd zu den entgegengesetzten Seitenflächen des Grundelements 12 verlaufen.
In diesem Fall kann die erste und zweite Gruppe der Innenelektroden 16,
die wie in 7(a) und 7(b) dargestellt
zu den entgegengesetzten Teilen der piezoelektrischen Schichten 14 verlaufen,
abwechselnd laminiert werden, wodurch ein piezoelektrischer Resonator 10 gebildet
wird. Dann können
erste und zweite Isolierschichten 22 und 22 an
Positionen gebildet werden, die den nicht freiliegenden Teilen der
ersten und zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 entsprechen,
und erste und zweite Außenelektroden 24 und 26 können an
den entgegengesetzten Flächen
des Grundelements 12, an denen die Isolierschichten 20 und 22 angeordnet sind,
vorgesehen werden. Bei diesem piezoelektrischen Resonator 10 sowie
bei dem in 2 gezeigten Gegenstück senkt
die Bildung der ersten Isolierschicht 20 die zwischen der
zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 und der ersten Außenelektrode 24 erzeugte
Kapazität,
und die Bildung der zweiten Isolierschicht 22 senkt die
zwischen der ersten Gruppe der Innenelektroden 16 und der
zweiten Außenelektrode 26 erzeugte
Kapazität.
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Alternativ
kann, wie in 8 gezeigt, eine erste Außenelektrode 24 nur
an jedem freiliegenden Teil der ersten Gruppe der Innenelektrode 16 in
dem ersten Bereich des Grundelements 12 vorgesehen werden,
während
eine zweite Außenelektrode 26 nur an
jedem freiliegenden Teil der zweiten Innenelektrode 16 in
dem zweiten Bereich vorgesehen werden kann. Dann können eine
erste leitende Harzschicht 28 und eine zweite leitende
Harzschicht 30 an den ersten und zweiten Außenelektroden 24 bzw. 26 angeordnet
werden. Demgemäß sind die
ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28 und 30 mit
der ersten und zweiten Gruppe der Innenelektroden 16, die
mit den ersten bzw. zweiten Elektroden 24 und 26 verbunden
sind, elektrisch verbunden.
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Bei
dem obigen piezoelektrischen Resonator 10 sowie bei den
vorherigen Resonatoren wird zwischen der ersten leitenden Harzschicht 28 und
der zweiten leitenden Harzschicht 30 ein Signal eingegeben,
was das Anlegen eines elektrischen Felds an den piezoelektrischen
Schichten 14 ermöglicht,
wodurch in dem Grundelement 12 eine Längsschwingung angeregt wird.
In dem leitenden Harz sind Metallpartikel in dem Isolierharz, das
wie in den vorherigen Isolierschichten eine kleinere Dielektrizitätskonstante
als die piezoelektrische Schicht 14 hat, gleichmäßig verteilt.
Dadurch sind die Metallpartikel in den leitenden Harzschichten 28 und 30 an
dem Grundelement 12 praktisch in Punktberührung mit
dem Grundelement 12, wodurch die Berührungsfläche verglichen mit einem piezoelektrischen
Resonator, bei dem Außenelektroden
an den gesamten Flächen des
ersten Bereichs und des zweiten Bereichs vorgesehen sind, beträchtlich
verkleinert wird. Daher werden die zwischen dem nicht freiliegenden
Teil der zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 und der
ersten leitenden Harzschicht 28 erzeugte Kapazität und die
zwischen dem nicht freiliegenden Teil der ersten Gruppe der Innenelektroden 16 und
der zweiten leitenden Harzschicht 30 erzeugte Kapazität kleiner
als bei einem piezoelektrischen Resonator mit Außenelektroden an der gesamten
Oberfläche
erzeugt wird. Zusätzlich
werden die ersten und zweiten Außenelektroden 24 und 26 so
vorgesehen, dass sie jeweils mit den freiliegenden Teilen der ersten
und zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 verbunden sind,
wodurch die Berührungsfläche zwischen
den ersten und zweiten Außenelektroden 24, 26 und
den ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28, 30 jeweils
größer wird.
Somit können
eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Gruppe der Innenelektroden 16 und
der ersten leitenden Harzschicht 28 sowie eine elektrische
Verbindung zwischen der zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 und
der zweiten leitenden Harzschicht 30 verbessert werden.
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Es
ist nicht nötig,
die ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28 und 30 an
den gesamten Flächen
des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs des Grundelements 12 vorzusehen.
Die leitenden Harzschichten 28 und 30 können, wie
in 9 gezeigt, nur auf einem Teil der Oberfläche des
Grundelements 12 vorgesehen werden. Bei dem in 9 gezeigten
piezoelektrischen Resonator 10 sowie bei den vorherigen
Resonatoren wird zwischen den ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28 und 30 ein
Signal zugeführt,
wodurch es möglich
wird, eine Längsschwingung
im Grundelement 12 anzuregen. Da weiterhin das leitende
Harz die Funktion der Dämpfung
der Schwingung des piezoelektrischen Resonators hat, wird Qm des
piezoelektrischen Resonators 10 bei größeren Flächen der leitenden Harzschicht 28 oder 30 gesenkt.
Demgemäß kann die
Fläche
oder Konfiguration der leitenden Harzschicht 28 oder 30 geändert werden,
um Qm des piezoelektrischen Resonators 10 anzupassen. Eine Änderung
der Fläche
der leitenden Harzschicht 28 oder 30 ändert auch
die zwischen der zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 und
der ersten leitenden Harzschicht 28 erzeugte Kapazität und die
zwischen der ersten Gruppe der Innenelektroden 16 und der zweiten
leitenden Harzschicht 30 erzeugte Kapazität, wodurch
ein piezoelektrischer Resonator 10 erhalten wird, der verschiedene ΔF-Werte aufweist.
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Weiterhin
können,
wie in 10 gezeigt, erste und zweite
Bereiche an den gegenüberliegenden
Flächen
des Grundelements 12 angeordnet sein, und die ersten und
zweiten Außenelektroden 24 und 26 sowie
die ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28 und 30 können an
den gegenüberliegenden
Flächen
des Grundelements 12 vorgesehen werden. Bei dem in 10 dargestellten
piezoelektrischen Resonator sowie bei den vorherigen Resonatoren
können
die ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28 und 30 natürlich nur
auf einem Teil der Oberfläche
des Grundelements 12 vorgesehen werden.
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Die
ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28 und 30 können wie
in 11 dargestellt an den ersten bzw. zweiten Außenelektroden 24 und 26 des
in 2 gezeigten piezoelektrischen Resonators angeordnet
werden. Selbst wenn die Außenelektrode 24 oder 26 bedingt
durch die Ausdehnung oder das Zusammenziehen der ersten Isolierschicht 20 oder
der zweiten Isolierschicht 22 aufgrund einer Temperaturänderung,
zum Beispiel aufgrund eines Hitzeschocks, zerbricht, kann in diesem
Fall die Kontinuität
der Außenelektrode 24 oder 26 über dem
gebrochenen Teil durch das Vorsehen der leitenden Harzschicht 28 oder 30 sichergestellt
werden. Dadurch kann die Funktion des piezoelektrischen Resonators 10 gewahrt
werden. Zudem kann die Fläche oder
die Konfiguration der leitenden Harzschicht 28 oder 30 geändert werden,
um Qm des piezoelektrischen Resonators 10 anzupassen. Bei
einem piezoelektrischen Resonator, bei dem die Außenelektroden 24 und 26 an
den gesamten gegenüberliegenden
Flächen
des Grundelements 12 vorgesehen werden, wie zum Beispiel
dem in 6 gezeigten Resonator, können die leitenden Harzschichten 28 und 30 an
den jeweiligen Außenelektroden 24 und 26 vorgesehen
werden. In diesem Fall können ähnliche
Vorteile, wie sie durch die vorherigen Resonatoren geboten werden,
erhalten werden.
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Durch
Verwenden des vorstehenden piezoelektrischen Resonators 10 werden
elektronische Bauelemente wie Oszillatoren und Diskriminatoren hergestellt. 12 ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführung eines elektronischen
Bauelements 50 zeigt. Der in 2 gezeigte
piezoelektrische Resonator 10 wird in dieser Ausführung verwendet.
Das elektronische Bauelement 50 weist ein isolierendes
Substrat 52 auf. Es sind vier Einkerbungen, zwei für gegenüberliegende
Enden des isolierenden Substrats 52, vorgesehen. An einer
Oberfläche
des isolierenden Substrats 52 sind zwei Strukturelektroden 56, 58 ausgebildet.
Eine Strukturelektrode 56 ist zwischen den gegenüberliegenden
Einkerbungen 54 vorgesehen und verläuft in der Form eines L von
einem Ende der Elektrode 56 zu dem mittleren Teil des isolierenden
Substrats 52. Die andere Strukturelektrode 58 ist
zwischen den anderen gegenüberliegenden
Einkerbungen 54 vorgesehen und verläuft in Form eines L von einem
Ende der Elektrode 58, die dem oben beschrieenen Ende der
Elektrode 56 gegenüberliegt,
zum mittleren Teil des isolierenden Substrats 52. Die beiden
Strukturelektroden 56, 58 sind dann einander zugewandt,
mit einem Spalt dazwischen in der Nähe des mittleren Teils des
isolierenden Substrats 52. Als isolierendes Substrat 52 kann
ein bekanntes Substrat wie Glasepoxidsubstrat oder ein Aluminiumoxidsubstrat
verwendet werden. Alternativ kann ein dielektrisches Substrat verwendet werden.
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An
den ersten und zweiten Außenelektroden 24, 26 des
piezoelektrischen Resonators 10 und im Wesentlichen am
mittleren Teil des Grundelements 12 ist in Längsrichtung
ein Befestigungselement 60, welches zum Beispiel aus einem
leitenden Klebstoff besteht, vorgesehen. Das Befestigungselement 60 ist
dann mit den Strukturelektroden 56, 58 durch (nicht
dargestellten) leitenden Klebstoff, der an den Enden der Strukturelektroden 56 und 58 vorgesehen ist,
die am mittleren Teil des isolierenden Substrats 52 positioniert
sind, verbunden und daran befestigt. Demgemäß können die Außenelektroden 24 und 26 des
piezoelektrischen Resonators 10 an dem isolierenden Substrat 52 befestigt
und mit den Strukturelektroden 56 und 58 elektrisch
verbunden werden. Ferner ist eine Metallabdeckung 62 aufgesetzt,
um das isolierende Substrat 52 zu bedecken. Zu diesem Zeitpunkt
wird ein Isolierharz auf das isolierende Substrat 52 und
jede der Strukturelektroden 56 und 58 aufgebracht,
um eine elektrische Verbindung zwischen der Metallabdeckung 62 und
jeder der Strukturelektroden 56 und 58 zu vermeiden.
Die Metallabdeckung 62 bedeckt das isolierende Substrat 52,
wodurch das elektronische Bauelement 50 erzeugt wird.
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Bei
dem oben beschriebenen elektronischen Bauelement 50 können durch
Vorsehen des auf den Außenelektroden 24 und 26 des
piezoelektrischen Resonators 10 ausgebildete Befestigungselement 60 die
Kanten des piezoelektrischen Resonators 10 weg vom isolierenden
Substrat 52 positioniert werden, und dadurch wird die Schwingung
nicht behindert. Der mittlere Teil des piezoelektrischen Resonators 10,
der als Wellenknoten dient, wird zudem durch das Befestigungselement 60 zuverlässig befestigt,
wodurch ein Schwingungsdurchsickern des piezoelektrischen Resonators 10 verhindert
wird.
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Ferner
kann durch Verwenden mehrerer piezoelektrischer Resonatoren 10 ein
Kaskadenfilter hergestellt werden. 13 ist
eine perspektivische Ansicht, die den wesentlichen Teil eines elektronischen
Bauelements zeigt, das als Kaskadenfilter mit einer Kaskadenschaltung
verwendet wird. Bei einem in 13 gezeigten
elektronischen Bauelement 50 sind vier Strukturelektroden 64, 66, 68 und 70 auf
einem isolierenden Substrat 52 ausgebildet. Für die Strukturelektroden 64 bis 70 sind
fünf Lötaugen vorgesehen,
die mit einem Abstand dazwischen zueinander ausgerichtet sind. In
diesem Fall ist das erste Lötauge,
von einem Ende des isolierenden Substrats 52 gesehen, für die Strukturelektrode 64 vorgesehen, die
zweiten und fünften
Lötaugen
sind für
die Strukturelektrode 66 vorgesehen, das dritte Lötauge ist
für die
Strukturelektrode 68 und das vierte Lötauge ist für die Strukturelektrode 70 vorgesehen.
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Der
piezoelektrische Resonator 10, der mit dem Befestigungselement 60 auf
den Außenelektroden 24 und 26 vorgesehen
ist, ist an dem Befestigungselement 60 an den jeweiligen
Lötaugen
des Substrats 52 mit einem leitenden Klebstoff angebracht.
In diesem Fall sind piezoelektrische Resonatoren 10a bis 10d an
dem Substrat 52 angebracht, um die in 14 gezeigte
Kaskadenschaltung zu erhalten. Dann wird eine (nicht dargestellte)
Metallabdeckung zur Abdeckung des isolierenden Substrats 52 aufgesetzt.
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Bei
den in 12 oder 13 gezeigten elektronischen
Bauelementen können
piezoelektrische Resonatoren mit einer kleinen Kapazität zwischen
der zweiten Gruppe der Innenelektroden 16 und der ersten
Außenelektrode 24 sowie
zwischen der ersten Gruppe der Innenelektroden 16 und den zweiten Außenelektroden 26 verwendet
werden, wodurch eine Abnahme von ΔF
unterbunden wird.
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Demgemäß kann eine
Abnahme der Bandbreite insbesondere beim elektronischen Bauelement 50,
beispielsweise einem Kaskadenfilter, unterbunden werden. Als piezoelektrische
Resonatoren 10 zur Verwendung in den elektronischen Bauelementen 10 können nicht
nur der in 2 gezeigte Resonator 10,
sondern natürlich
auch die in 6, 8 bis 11 gezeigten
Resonatoren eingesetzt werden. Insbesondere wenn der in 8 oder 9 gezeigte
piezoelektrische Resonator 10 bei dem elektronischen Bauelement 50 verwendet
wird, sind die ersten und zweiten leitenden Harzschichten 28 und 30 an
dem Befestigungselement 60 angebracht, in welchem Fall
Qm des elektronischen Bauelements 50 angepasst werden kann.
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Bei
dem in 13 veranschaulichten Kaskadenfilter
wird die Kapazität
zwischen den Innenelektroden jedes der parallelen Resonatoren 10b und 10c so
festgelegt, dass sie ausreichend größer als die der Serienresonatoren 10a und 10d ist.
Daher ist bei Verwenden der piezoelektrischen Resonatoren mit einem
laminierten Aufbau die Anzahl der laminierten Schichten der Serienresonatoren 10a und 10d klein, was
zu einem relativ großen
Abstand zwischen den Innenelektroden 16 führt. Die
Anzahl der Schichten der parallelen Resonatoren 10b und 10c ist
dagegen groß,
was zu einem kleinen Abstand zwischen den Innenelektroden 16 führt. Eine
Reduzierung von ΔF zeigt
sich deutlich bei den Serienresonatoren 10a und 10d mit
einer kleinen Kapazität
zwischen den Innenelektroden und wird von den parallelen Resonatoren 10b und 10c mit
einer großen
Kapazität
nicht signifikant beobachtet. Weiterhin ist es einfach, bei den
Serienresonatoren 10a und 10d mit einem großen Abstand
zwischen den Innenelektroden 16 die Isolierschichten 20 und 22 teilweise
auszubilden, wie in 2 dargestellt wird, und die
Außenelektroden 24 und 26 teilweise
auszubilden, wie in 8 veranschaulicht wird. Es ist
aber recht schwierig, die obigen Komponenten bei den parallelen
Resonatoren 10b und 10c mit einem kleinen Abstand
zwischen den Innenelektroden 16 teilweise auszubilden.
Unter Berücksichtigung
der obigen Korrelation kann der piezoelektrische Resonator 10 der
vorliegenden Erfindung nur für
die Serienresonatoren 10a und 10d in dem in 12 gezeigten
Kaskadenfilter verwendet werden, wodurch ein leicht zu bildender
Kaskadenfilter implementiert wird, der frei von einer Abnahme der
Bandbreite ist.
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Zwar
wurde die Erfindung insbesondere unter Bezug auf bevorzugte Ausführungen
derselben gezeigt und beschrieben, doch versteht sich für den Fachmann
auf dem Gebiet, dass das Vorstehende und andere Änderungen von Form und Einzelheiten dabei
vorgenommen werden können,
ohne vom Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen abgegrenzten Erfindung
abzuweichen.