CN1110131C - 压电振荡器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于通信设备或类似设备的利用厚度剪切振荡的压电振荡器件。按照本发明的压电振荡器件具有这样的结构,其中在输入电极(21)和输出电极(22)或公共电极(23)中至少一个的周边区域的被相当强地激励非谐波泛音方式的位置局部地提供有重量减少部分(231,232)或重量增加部分。此外,公共电极(23)的面积大于输入电极(21)和输出电极(22)的总面积,或者重量减少部分(231,232),或者重量增加部分达到和输入电极(21)以及输出电极(22)相对的公共电极(23)。最好,形成在石英板(1)上的公共电极的厚度是形成在另一个主平面上的输入电极(21)和输出电极(22)的厚度的2-10倍。使用金,银或主要包括金或银的金属材料作为电极材料,从而限制在主振荡附近产生的寄生振荡方式,使通带特性更宽更好,并增强在通带外部部分的保用衰减特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用作通信器件或类似器件的利用厚度剪切振荡的压电振荡器件。本发明尤其涉及一种可以限制寄生振荡或不需要的广义的非谐波泛音振荡的影响并可以增强保用衰减特性的压电振荡器件。
背景技术
下面参照图31,32说明现有技术。
图31表示从常规的压电振荡器件的底面看的电极结构和一般被称为(3,1,3)方式的非谐波泛音方式的寄生振荡的振荡的能量分布。图32是沿图31的S-S取的截面图和主要振荡方式(实线)以及(3,1,3)方式的振荡能量分布图。(3,1,3)的每个符号代表沿Y′轴(厚度)方向的泛音的级和沿X′轴方向的泛音的级以及沿Z′轴方向的泛音的级。如图31所示,(3,1,3)方式是这样一种方式,其中寄生振荡具有沿Z′轴方向平行排列的3个振荡波峰(波谷)。
作为石英板90,使用AT切割的石英板。石英板90的主平面设置有输入电极191,输出电极192,用于引导输入电极191和输出电极192到石英板90的外部的引出电极191a,192a,并且石英板90的其它主要平面具有公共电极193和用于把公共电极193引向石英板90的外部的引出电极193a。每个电极通过使用真空淀积等方法借助于薄膜形成装置制成。虽然没有示出,输入和输出电极191,192分别和输入端子与输出端子相连,公共电极193被气密地封闭在和接地端子相连的状态。
在具有这种结构的压电振荡器件中,彼此相对地形成的在其间插入有石英板90的输入和输出电极191,192以及193被设计用作谐振区,由电极限定了对称方式振荡(fs)和斜对称方式振荡(fa),它们通过声音相连系,从而形成多种方式的主要振荡,结果,便设计成了具有如预定的滤波器那样的通带特性的压电振荡器件。
此外,在现有技术中,一般使用铝作为高频型或三级泛音型电极材料。
如上所述,那样设计的压电振荡器件除主要的振荡之外,高阶非谐波泛音方式例如(3,1,3)方式的寄生振荡也由电极限定,因而这些振荡被同时激励。此外,除去这些方式之外,还有各种寄生振荡,例如一种在平行于X轴方向具有3个波峰(或波谷)的称为(3,3,1)方式的振荡,或在X轴方向分别具有3个波峰(或波谷)的振荡方式。这些其中能量被限制在激励电极下面因而作为相当强的驻波激励振荡的寄生振荡具有的问题是:其中的寄生振荡影响主要振荡,寄生振荡扰乱通带特性,因而不能获得足够的在通带外部的部分中的保用衰减特性。在如现有技术中那样使用铝作为电极材料的情况下,容易使铝氧化,因而降低产量和生产效率。此外,在由于铝的氧化而形成氧化铝的情况下,导电连接的导电电阻增大,使得保用衰减特性变差。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种压电振荡器件,用于限制在主要振荡附近(被称为“频率”的)发生的寄生振荡方式,使得通带特性更好并更宽,并增加通带外面部分的保用衰减特性。
为了实现上述目的,本发明的压电振荡器件利用厚度剪切振荡,其中具有由输入电极、输出电极和公共电极形成的谐振区,所述压电振荡器件包括具有一对主要平面的石英板,设置在石英板的一个主要平面上的输入电极和输出电极,输入电极和输出电极以规则的间隔彼此接近而形成,以及被设置在石英板的另一个主要表面上的相应于输入电极和输出电极的公共电极,其中或者重量减少部分或者重量增加部分部分地设置在输入电极、输出电极和公共电极的至少一个周边区域上。
在利用厚度剪切振荡的三极型压电振荡器件中,具有由输入电极、输出电极、接地电极和公共电极形成的谐振区,所述压电振荡器件包括具有一对主要平面的石英板,设置在石英板的一个主要平面上的输入电极和输出电极,插在这些电极之间的接地电极,其中输入电极、输出电极和接地电极彼此以规则的间隔接近而形成,以及被设置在石英板的另一个主要表面上的相应于输入电极、输出电极和接地电极的公共电极,并且,在利用厚度剪切振荡的四极型压电振荡器件中,具有由两对输入电极、输出电极、接地电极和公共电极形成的谐振区,所述压电振荡器件包括具有一对主要平面的石英板,平行地设置在石英板的一个主要平面上的分别包括输入电极和输出电极的两对输入和输出电极,其中输入电极和输出电极以规则的间隔彼此接近而形成,以及被设置在石英板另一个主平面上的相应于各对输入输出电极的公共电极,其中可以应用重量减少部分或者重量增加部分。
最好或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在在激励压电振荡器件时发生的寄生振荡的振荡能量比主要振荡的振荡能量大的部分上。
此外,所述压电振荡器件包括具有一对主要平面的石英板,设置在石英板的一个主要平面上的矩形输入电极和矩形输出电极,输入电极和输出电极彼此以规则的间隔接近而形成,被设置在石英板的另一个主要表面上的相应于输入电极和输出电极的矩形公共电极,以及由输入电极、输出电极和公共电极形成的谐振区,其中利用厚度剪切振荡的压电振荡器件包括引出电极,用于把每个电极引导到石英板的周边的端部,并且或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在输入电极和输出电极彼此相对的远端的至少一个中心,和公共电极相对的远端的至少一个的中心,或输入电极和输出电极彼此相对的远端的至少一个中心以及和公共电极相对的远端的至少一个的中心上。
在这种压电振荡器件中,重量减少部分可以用一个缺口来提供,并通过除去相应于电极的每个预定部分的电极的一部分或全部而形成的凹下的部分进行设计。
此外,重量增加部分可以这样设计,使得整个电极或其一部分可以较厚,或用树脂材料局部地或全部地附加在电极上。
此外,公共电极面积可以作得比输入电极和输出电极的总面积大,并且公共电极的周边区域至少部分地具有达到和输入电极输出电极相对的公共电极的重量减少部分或重量增加部分。
在按照本发明的压电振荡器件中,在石英板的一个主要平面上形成的电极的结构较厚。
最好,在这种压电振荡器件中,形成在石英板的一个主要平面上的公共电极的厚度是形成在另一个主要平面上的输入电极和输出电极厚度的2-10倍。
在按照本发明的压电振荡器件中,最好形成在石英板的一个主要平面上的电极由主要包括金或银的金属制成。
如图10所示,在非谐波泛音方式的寄生振荡中,已知振荡能量分布向外比由声联合对称方式振荡(fs)和斜对称方式振荡而产生的主要振荡方式的多,并且在与输入电极输出电极相对的公共电极的周边区域,寄生振荡的振荡能量高于主要振荡的能量。其中,按照本发明,公共电极的周边区域提供有重量减少部分或重量增加部分,由图1所示的振荡能量分布显然可见,寄生振荡的平衡被大大消弱了,因而从整体上消弱了寄生振荡的振荡能量。
此外,在三极型或四极型压电振荡器件中,寄生振荡可被转换,因而以同样方式消弱了振荡能量。
此外,利用重量减少部分或重量增加部分的结构,主要振荡方式被集中在激励电极的中心,结果,在对称方式振荡(fs)和斜对称方式振荡(fa)之间的声耦合被加强了,从而加宽了压电振荡器件通带的带宽。
此外公共电极的面积大于和其相对的输入电极与输出电极的总面积,从而例如使得非谐波泛音方式比振荡的能量分布更偏向外面。在这种状态下,公共电极的周边至少部分地具有重量减少部分或重量增加部分,其在结构上达到和其相对的公共电极,使得非谐波泛音方式本身失去了平衡,因而更有效地阻尼振荡能量。一般地说,虽然电极面积较大,借以使得降低驱动阻抗,同时增强了各种寄生振荡。但在另一方面,按照本发明,提供有重量减少部分或重量增加部分,借以使寄生振荡可以减少到实用上可以接受的程度。
压电振荡器件具有这样的结构,其中在石英板的任何一个主平面上的电极被制成厚的,借以使由激励电极的外部端面形成的边界条件进一步被加强,从而有效地产生通过设置重量减少部分或重量增加部分所获得的效果,因而增加了限制寄生振荡的效果。
最好形成在石英板的一个主表面上的公共电极的厚度是形成在另一个主表面上的输入电极和输出电极厚度的2-10倍,以便向外释放寄生振荡的能量,并且使得由激励电极的外部端面形成的边界条件进一步被加强,这可以产生通过设置重量减少部分或重量增加部分所获得的效果,因而增加了限制寄生振荡的效果和保用衰减特性。
在电极由主要包括金或银的金属制成,并且寄生振荡是上述的厚度剪切非谐波振荡的情况下,由于由密度相对较大的金属制成的电极结构,非谐波振荡的频率的减少量小于主要振荡的频率的减少量,寄生振荡似乎具有比主振荡较高的频率。这就是说,寄生振荡可以远离主振荡。此外,银比铝不容易氧化,因而导电连接的导电电阻不会增加,因而增强了衰减特性。
附图说明
图1是表示按照本发明的优选的压电振荡器件的单块晶体滤波器的第一实施例中具有公共电极的主平面的平面图。
图2是沿图1的线A-A取的截面图。
图3是沿图1的线B-B取的截面图。
图4是表示按照本发明的第二实施例中具有公共电极的主平面的平面图。
图5是表示按照本发明的第三实施例中具有公共电极的主平面的平面图。
图6是沿图5的线C-C取的截面图。
图7是表示按照本发明的第四实施例的截面图。
图8是表示按照本发明的第5实施例中具有公共电极的主平面的平面图。
图9是沿图8的线D-D取的截面图。
图10是沿图8的线E-E取的截面图。
图11是表示可用于按照本发明的每个实施例的每个电极的厚度的图。
图12是图1所示的第一实施例的频率特性。
图13是图5所示的第5实施例的频率特性。
图14是表示按照本发明的第5实施例的改型中具有公共电极的主平面的平面图。
图15是表示如图14所示的第5实施例的改型的频率特性的图。
图16是表示按照本发明第6实施例中具有公共电极的主平面的平面图。
图17是图16所示的第6实施例的频率特性。
图18是表示按照本发明第6实施例的改型中具有公共电极的主平面的平面图。
图19是图18所示的第6实施例的改型的频率特性。
图20是表示按照本发明第6实施例的另一个改型中具有公共电极的主平面的平面图。
图21是具有公共电极的主平面的平面图,用于说明压电振荡器件的电极结构,其可用于获得由电极材料产生的频率特性。
图22表示在如图21所示的电极结构中在电极材料是铝的条件下的频率特性。
图23表示在如图21所示的电极结构中在电极材料是银的条件下的频率特性。
图24表示保用衰减特性与公共电极的厚度的关系,其中电极材料是铬-银-铬的多层结构,分开的电极厚度是500埃,主振频率为130MHz。
图25表示对于公共电极厚度的插入损失(insertion loss)特性,其中的条件是电极材料是铬-银-铬的多层结构,分开的电极厚度是500埃,主振频率为130MHz。
图26表示保用衰减特性与公共电极的厚度的关系,其中电极材料是铬-银-铬的多层结构,分开的电极厚度是500埃,主振频率为45MHz。
图27表示对于公共电极厚度的插入损失特性,其中的条件是电极材料是铬-银-铬的多层结构,分开的电极厚度是500埃,主振频率为45MHz。
图28是表示按照本发明第7实施例中具有公共电极的主平面的平面图。
图29是表示按照本发明第8实施例中具有公共电极的主平面的平面图。
图30是用于测量压电振荡器件的频率特性的组件拆开的透视图。
图31是表示具有常规的压电振荡器件的公共电极的主平面的平面图。
图32是沿图31的线S-S取的截面图。
具体实施方式
现在参照附图对本发明的最佳实施例说明如下。
图1,2,3是按照本发明的使用单块晶体滤波器的说明图。图1是具有公共电极的主平面的平面图。图2是沿图1中A-A的截面图。图3是沿图1中B-B的截面图。图1和图3说明主振方式和(3,1,3)方式即一种寄生振荡的振荡能量的分布状态。
作为石英板1,使用AT切割的石英板,其被加工成矩形。在石英板1的一个主平面(底面)上,一对矩形输入电极21和矩形输出电极22被彼此靠近地形成,沿Z′轴方向有一预定间隔。输入电极21和输出电极22由引出电极21a,22a引导到石英板1的对角线上的每个拐角处。此外,在另一个主平面(上表面)上,和输入电极输出电极相对,形成有矩形的公共电极23,公共电极23由引出电极23a引导到石英板1的另一个拐角处,用于和接地端子(未示出)相连。公共电极23的较短的一侧的中心部分提供有缺口231,232。如图2,3的截面图所示,输入电极21,输出电极22,和公共电极23外端部的位置被预定在和另一主平面彼此(上表面和底表面)几乎相同的位置,并且公共电极23的缺口231,232被向内挖空。
在激励具有上述结构的单块晶体滤波器的情况下,其表现出的频率特性如图12所示。和图22现有技术的单块晶体滤波器的频率特性比较,在按照本发明的实施例中,例如具有相当大的振荡能量的非谐波泛音方式的寄生振荡被阻尼了。这是由于在本发明中的特定的电极结构,使得电场不加于缺口231,232上,这似乎是不进行按照相反的压电效应激励的原因。换句话说,可以认为,按照图1所示的振荡能量分布,沿着缺口231,232振荡失去平衡,如图3所示的非谐波泛音方式的振荡能量受到限制而减少。此外,本发明的通带比现有技术的通带宽,虽然从图12较难看出。
本发明使用的单块晶体滤波器是矩形的AT切割的石英板,大小为2.5mm*5,其预定的中心频率为130MHz,其中一对矩形电极长边为0.78mm,短边为0.56mm,其间以0.1mm的间隔被形成在背面。和一对输入输出电极相对的公共电极的尺寸几乎和其相应,被形成在表面上。因此,本发明的公共电极的形状和现有技术的不同。作为减少重量的电极的形状例如形成在公共电极上的缺口如本实施例所示。缺口的形状不限于本实施例所示的形状,不影响主振方式的位移分布的形状和尺寸都是可以的,其中包括曲线形状。
单块晶体滤波器具有没有示出的结构,换句话说,有一种结构是,其中制备有具有分别和支撑本体相连的引线端的基部,并且上述电极结构的石英板1可以由和引线端相连的支撑本体支撑,通过一个盖密封,另一种结构是,其中石英板可被固定在具有外引线电极焊点的组件上,从而被密封。
作为第二实施例的减少重量的电极的形状或结构是,其中在电极预定部分的电极部分被除去而形成贯通的孔,说明如下。
图4是说明第二实施例的结构的平面图,表示形成有公共电极的背面。和第一实施例相同的部件用相同的标号表示,并省略其说明。
在本实施例中,公共电极24通过引出电极24a,24b被引导到石英板1的对角线的每个拐角。
形成在石英板1的背面的公共电极24具有若干个小坑241,242,243,244,245,246,形成这些小坑的部分中被激励的(3,3,1)方式的寄生振荡相对较强。每个小坑可通过已知的方法形成,例如在形成激励电极之后通过发射激光束除去预定部分的导电材料。利用这种结构,可以使(3,3,1)方式的寄生振荡失去平衡而阻尼振荡能量。
虽然第二实施例具有在公共电极上形成通孔的结构,但是该结构不限于通孔,也可以把电极的一部分作得薄一些而形成小坑(凹处)。此外,也可以使这些通孔和小坑和上述的缺口混合。
此外,作为减少重量的电极的形状,下面说明第三实施例,用于说明图5,6所示的电极的结构。
图5表示第三实施例的结构,是形成有公共电极的背面的平面图。图6是沿图5的C-C取的截面图。和第一实施例中的相同的元件用相同的标号表示,并省略其说明。
在一个主平面上,输入电极31和输出电极32沿Z′轴方向平行地形成,它们彼此靠近而其间具有预定间隔。输入电极31和输出电极32通过引出电极31a,32a引导到石英板1的对角线上的每个拐角。在另一个主平面上,公共电极33和34和输入电极31与输出电极32相对地形成。这些公共电极33,34通过引出电极33a,34a引导到石英板1的对角线上的每个拐角。此外,每个电极具有这样的结构,其中一对输入电极31和输出电极32以及一对公共电极33,34具有呈弧形的远侧,彼此沿X轴方向相对。利用这种结构,其形状局部地类似于椭圆振荡能量分布,因而可以采用它。虽然本实施例使用的结构中电极沿X轴方向平行地排列,但是根据所需的电特性例如需要扩展通带而选择最佳的方式。
为了减少重量,第三实施例具有这样的结构,其中在公共电极33的弧状端的中心形成有缺口331,在输出电极32的弧状端的中心形成有缺口321。这些缺口以和第一实施例与第二实施例相同的方式形成,这种结构可以阻尼非谐波泛音方式或其类似方式的寄生振荡的振荡能量。
下面参照图7说明第四实施例。图7是具有增加重量的电极的形状的单块晶体滤波器的截面图。
在本发明的和图31所示的现有技术相同的电极结构中,在公共电极37的一端以和公共电极37相同的材料制成的附加电极371被形成在电极37的一端。形成附加电极371的部分是非谐波泛音方式被相对强地激励的部分,用以阻尼非谐波泛音方式或其类似方式的寄生振荡。
下面参照图8-10说明第五实施例。
图8是在公共电极侧的主平面的平面图。图9是沿图8的D-D线取的截面图。图10是沿图8的E-E线取的截面图。
按照本实施例,在一个主平面上形成的矩形公共电极43具有比形成在另一个主平面上的矩形输入电极41和矩形输出电极42的侧边较长的4个侧边,使得盖住输入电极41和输出电极42。在和公共电极43相对的每个短边的中心形成有缺口431,432。缺口的深度达到和形成在背面的输入输出电极相对的公共电极43。
公共电极43通过被连接到接地端子(未示出)的引出电极43a引导到石英板1的另一个拐角。此外,输入电极41和输出电极42通过引出电极41a,42a引导到位移石英板1的对角线上的拐角处。
通过采用上述结构,由于在非谐波泛音方式更向外发生的状态下振荡能量分布而使得尤其是非谐波泛音方式失去平衡,因而极为有效地阻尼振荡能量。一般地说,电极面积增加,使得可以降低驱动阻抗,在另一方面,引起各种寄生振荡同时较强的问题。不过,通过使用用于减少重量的电极的形状和结构,或者使用用于增加重量的电极的形状和结构,可以消弱寄生振荡到一个实用的程度。
在图8所示的结构中,缺口位于Z′轴方向,使得彼此相对。不过,其位置不限于Z′轴方向,也可以构成图20所示的在公共电极上沿X轴方向的缺口931,932,933,934。在图20所示的情况下,其中公共电极具有1.30mm的短边L0,输入输出电极每个的宽度L2为0.78mm,从设置在X轴方向的一个缺口到另一个缺口之间的X方向的距离L1和寄生振荡量的关系如表1所示。
L1(mm) | 寄生阻尼量(dB) |
1.30 | 3 |
0.59 | 12 |
0.54 | 13 |
0.49 | 15 |
从上表可见,随着L1的减少,换句话说,随着缺口的深度增大,寄生振荡的阻尼量增大,导致好的结果。
在第五实施例中使用的单块晶体滤波器是一个矩形的AT切割石英板,其尺寸为2.5mm×5,其中心频率预定为130MHz,并具有这样的结构,其中一对矩形电极的长边为0.78mm,短边为0.56mm,之间间隔为0.1mm,被形成在背面,并且矩形公共电极43的长边为1.84mm,短边为1.1mm,被形成在表面上,使得盖住输入输出电极。上述结构的单块晶体滤波器的频率特性如图13所示,和表示现有技术的单块晶体滤波器的频率特性的图22相比,显然具有相当大的振荡能量的非谐波泛音方式或其类似方式的寄生振荡受到了阻尼。此外,在上述情况下,以和图12所示的第一实施例的器件相同的方式具有这样的特性,其中通带宽比常规产品的较大,虽然从图13中难于看到这一点。
作为本发明的第五实施例的改型,有一种结构如图14所示。按照这种改型,形成在一个主平面上的矩形公共电极53具有比形成在另一个主平面上的矩形输入电极51和矩形输出电极52长的4个边,使得盖住输入电极51和输出电极52,并且每个缺口531,532达到和形成在背面上的输入输出电极51,52相对的公共电极53,从而使得这种改型的结构在上述这些方面和图8所示的结构等效,在另一方面,这种改型中的每个缺口的形状和图8所示的不同。公共电极53通过和接地端(未示出)相连的引出电极53a,54a被引导到石英板1的对角线上的每个拐角处。此外,输入电极51和输出电极52通过引出电极51a,52a被引导到石英板1的对角线上的每个拐角处。
具有这种结构的单块晶体滤波器的频率特性如图15所示,和表示现有技术的单块晶体滤波器的频率特性的图12相比,以和上述的图8所示的结构相同的方式,显然一般具有相当大的振荡能量的非谐波泛音方式或其类似方式的寄生振荡被拟制了,并且可以看出,在(f1)和(f2)的寄生振荡远离主振荡,由此可以看出阻尼寄生振荡(f2)这一事实。
下面参照图16说明第6实施例。图16是具有公共电极的主平面的平面图。
按照这个实施例,在输入电极61,输出电极62和公共电极63上彼此沿Z′轴方向面对地形成的缺口631,632在结构上和图14所示的改型的结构等效。在另一方面,其在结构上的特征在于,缺口633,634,635,636沿X轴方向被形成在公共电极63上。缺口633和634以及635和636分别彼此面对地形成。
图17所示的是这种单块晶体滤波器的频率特性。以和通过图8所示的结构说明频率特性的图15相同的方式,在第6实施例中,在(f3)和(f4)的寄生振荡远离主振荡,可以看出,不仅(f3)的寄生振荡被拟制,而且(f4)的寄生振荡也被拟制了。
此外,作为第6实施例的改型,有一种结构如图18和19所示。在图18所示的结构中,沿X轴方向形成在公共电极73上的缺口731,732,733,734的位置和形状在结构上和图16的等效。虽然形成在Z′轴方向的缺口741,742的的形状和图16的不同,但是其形成部分和图16的相应。对着公共电极73的较短的边呈向外的弧形。这种结构具有和图16相同的效果。
在图19所示的结构中,在公共电极83上提供有缺口831,832,833,834,它们沿着从矩形电极的每个角画的对角线,达到和输入电极81以及输出电极82相对的公共电极83。这种结构也具有和图16相同的效果。
在上述的第5和第6实施例中,公共电极可以具有这样的结构,其中只有彼此相对的两边比输入输出电极的边长,或者公共电极可以形成在石英板的整个表面上。不过,在通过导电材料等把石英板连接到组件电极焊盘上的情况下,可能引起形成在另一个主平面和电极焊盘上的输入输出电极的引出电极之间的短路,因此,必须形成无电极区域,以便在使用这种结构时阻止所述问题的发生。
在每一个实施例中,或者在一个主平面上的输入电极和输出电极或者在另一个主平面上的公共电极可以作得较厚,例如如图11所示公共电极37的厚度G1大于输入电极35或输出电极36的厚度G2。最好厚度G1是厚度G2的4倍,以便向外发送寄生振荡能量。随着厚度的增加,带宽也增加。不过,在增加到某个限度之后,进一步的增加将不会上带宽增加更多。器件设计时必须考虑上述事实。利用这种结构,由于增加或减少重量而引起的边界条件的改变被进一步加强,因而可以限制寄生振荡。
在上述的每个实施例中,最好形成在石英板的一个主平面上的公共电极的厚度是形成在另一个主平面上的输入输出电极厚度的2-10倍,以便向外发送寄生振荡能量。例如,如图11所示,公共电极37的厚度大约是输入电极35和输出电极36厚度G2的2倍。按照2-10倍之间这一范围限制设计,是考虑到这样的事实,即带宽随厚度的增加而增加,但是,在增加到某个限度之后,进一步的增加将不会使带宽增加更多。参照图24,25所示的实验数据说明如下。
图24表示在使用铬-银-铬的多层结构作为电极材料的情况下的每个的保用衰减,输入和输出电极的厚度是500埃,主振频率是130MHz,公共电极的厚度变化如下:即500,1000,2000,3000,4000,5000,6000,以及7000埃。图25说明对公共电极的每个厚度的插入损失。此外,图26说明在使用铬-银-铬的多层结构作为电极材料的情况下的每个的保用衰减,输入和输出电极的厚度是500埃,主振频率是45MHz,公共电极的厚度变化如下:即500,1000,2000,3000,4000,5000,6000,以及7000埃。图27说明对公共电极的每个厚度的插入损失。
在主振频率是130MHz的情况下,如图25所示,插入损失趋于较高,借以使在可用范围内插入损失大约小于3分贝。在基波频率为45MHz的情况下,插入损失趋于较低,借以使得在可用范围内插入损失大约小2分贝。此外,考虑保用衰减特性的最合适的值时,在上述两种情况下,公共电极的厚度的最好范围是1000-5000埃。上述数据支持由实验预先确定的公共电极的厚度范围,即输入和输出电极厚度的2-10倍。
利用上述结构,获得了较好的衰减特性,由减少或增加重量而引起的边界条件的改变更被加强了,因此可用更有效地限制寄生振荡。
根据重量减少部分或重量增加部分的大小(数量)而具有不同的寄生限制效果,从而使得存在这样一些情况,即其中主振荡方式被阻尼。此外,在设计缺口时必须考虑在形成电极时的生产误差。
在上述实施例中,使用铬-银-铬的多层结构作为电极材料。和常规情况下使用铝作为电极材料相比,其优点是寄生振荡可用远离主振荡而发生。图22和图23表示在图21的结构应用于电极并分别使用铝和银作电极材料的情况下学频率特性。虽然公共电极13,输入电极11或输出电极12都没有作为本发明的特征结构的用于减少或增加重量的结构,只说明了由于电极材料的不同而得到的作用和效果的差别。如图22所示,在使用铝电极的情况下,在主振荡的外部区域较大地产生寄生振荡(f5),(f6),但在另一方面,在使用银电极的情况下,寄生振荡(f7),(f8)则远离主振荡。其理由如下。首先,在作为厚度剪切非谐波振荡的寄生振荡通过相对密度较重的电极形成的情况下,非谐波振荡的频率的减少小于主振荡频率的减少,因此,似乎寄生振荡的频率高于主振荡的频率。第二,由于其它原因,包括铝容易氧化,使得和银相比较为不稳定。由上述可见,从限制寄生振荡的影响看来,使用银作为电极材料是有效的方法。此外,使用金代替银作为电极材料也是允许的。此外,电极材料不只限于金和银,可以使用主要包括金或银的多金属结构,其中包括3层结构,例如铬-银-金,铬-银-铬,铬-金-铬,镍-银-镍,铬-银-镍或镍-银-铬,以及双层结构或电极结构例如铬-银,铬-金,镍-银,镍-金或其类似物。此外,在使用这些电极的情况下,可以得到和只使用银的情况下相同的效果。
图12,13,15,17,22和23所示的频率特性是借助于图30所示的拆开的透视图说明的组件320测量的。被测量的压电振荡器件300可以是按照本发明的任何一种器件。例如,如图30所示,在压电基片310的平面上,一对输入输出振荡电极311,312被这样形成,使得其间具有预定的间隙G,并且在另一个平面上,公共电极313和其面对地形成,压电振荡器件300被装在表面安装型组件320内。
组件320包括由绝缘材料例如陶瓷制成的组件本体321,和用于通过科伐镍基合金(未示出)盖住组件本体321的上表面开口的金属盖322。组件本体321具有分别和在压电基片310上的各自处于装配状态的输入振荡电极311和输出振荡电极312面对的两个凹槽341,432,并且沿着一对输入和输出振荡电极311,312之间的间隙G设置有各个凹槽341和342之间的隔壁343。
在压电振荡器件300中,面向每个凹槽341,342的底部的一对输入输出电极311,312由组件本体321在凹槽341,342的外周区域在压电基片310的3个角支撑。这对输入输出电极311,312和公共电极313被分别由各自相应的引出电极引导到压电基片310的3个角,并且组件本体321在相应于凹槽341,342的外周区域的拐角处具有3个连接焊盘P。压电基片310被自动地固定在3个拐角处的连接焊盘P上,并处于导电连接不妨碍压电基片10振荡的状态,同时,当这对输入输出电极311,312和公共电极313被电连接到各自的焊盘P。在这种状态下进行测量。
在上述的第一到第六实施例中,虽然描述了两极型电极结构,但是,这些实施例以同样方式也适用于三极型或四极型压电振荡器件。这方面的实施例参照图28,29进行说明。
图28是在第7实施例中具有公共电极的主平面的平面图,用于说明三极型压电振荡器件。
使用要被加工成矩形的AT切割石英板作为石英板1,在一个主平面上,以预定间隔形成矩形输入电极261,接地电极263,输出电极262,处于接地电极263插在输入电极261和输出电极262之间的状态。输入电极261和输出电极262通过引出电极261a,262a引导到位于石英板1的对角线上的每个拐角处,接地电极263通过引出电极(未示出)引导到位于另一个对角线上的每个拐角处。在另一方面,在另一个主平面上,公共电极264对着输入电极261,接地电极263和输出电极262而形成,并且,公共电极264通过引出电极264a,264b引导到石英板1的对角线上的每个拐角处,共同和接地电极263相连。在公共电极264的周围,形成有缺口265,其深度使得缺口可以达到与其相对的输入电极261和输出电极262。在三极型压电振荡器件中,公共电极264具有重量减少部分,因而使寄生振荡失去平衡,从整体上削弱寄生振荡的能量。
图29是在第8实施例中具有公共电极的主平面的平面图,用于说明四极型压电振荡器件。
使用要被加工成矩形的AT切割石英板作为石英板1,在一个主平面上,以预定间隔形成两对输入输出电极,或矩形输入电极271,矩形输出电极272,矩形输入电极281,矩形输出电极282。输入电极271,输出电极272,输入电极281,和输出电极282通过引出电极271a,272a,281a,282a引导到石英板1的每个拐角处,在另一方面,在另一个主平面上,公共电极273,283分别对着输入电极271,输出电极272,输入电极281,和输出电极282而形成,并且,公共电极273,283通过引出电极273a,283b引导到石英板1的对角线上的每个拐角处。在公共电极273,283的周围,形成有各自的缺口274,284,其深度使得缺口可以达到与其相对的输入电极271,输出电极272,输入电极281,和输出电极282。在三极型压电振荡器件中,公共电极27,284分别具有重量减少部分,因而使寄生振荡失去平衡,从整体上削弱寄生振荡的能量。
如上所述,按照本发明,可用作通信器件或类似器件的利用厚度剪切振荡的压电振荡器件,通过使得可以限制寄生振荡的影响并增强保用衰减特性而具有可作为一种可靠的器件的效果。
Claims (30)
1.一种利用厚度剪切振荡的压电振荡器件,其中具有由输入电极、输出电极和公共电极形成的谐振区,所述压电振荡器件包括:
具有一对主要平面的石英板,
设置在石英板的一个主要平面上的输入电极和输出电极,输入电极和输出电极以规则的间隔彼此接近地形成,以及
被设置在石英板的另一个主要表面上的和输入电极与输出电极相应的公共电极,
其中或者重量减少部分或者重量增加部分至少被部分地设置在输入电极和输出电极的周边区域上或者公共电极的周边区域上,并且
其中或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在在激励压电振荡器件时产生的寄生振荡的振荡能量比主要振荡的振荡能量相对较大的部分上。
2.如权利要求1所述的压电振荡器件,其中每个电极被制成矩形的,并且或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在输入电极和输出电极彼此相对的远侧的至少一个中心,公共电极相对的远侧的至少一个中心,或输入电极和输出电极彼此相对的远侧的至少一个中心,以及和公共电极相对的远侧的至少一个中心上。
3.如权利要求1所述的压电振荡器件,其中重量减少部分被用一个缺口提供。
4.如权利要求1所述的压电振荡器件,其中重量减少部分通过除去相应于电极的每个预定部分的电极的一部分或全部而形成的凹下的部分进行设置。
5.如权利要求1所述的压电振荡器件,其中重量增加部分被这样设置,使得整个电极或其一部分可以作得较厚,或用树脂材料局部地或全部地附加在电极上。
6.如权利要求1所述的压电振荡器件,其中公共电极面积被作得比输入电极和输出电极的总面积大,并且公共电极的周边区域至少部分地具有重量减少部分或重量增加部分,其达到和输入电极输出电极相对的公共电极。
7.如权利要求1所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的公共电极的厚度是形成在另一个主要平面上的输入电极和输出电极厚度的2-10倍。
8.如权利要求1所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的电极由主要包括金或银的多金属结构制成,或由银制成,该多金属结构从包括铬-银-金、铬-银-铬、铬-金-铬、镍-银-镍、镍-银-铬、铬-银-镍、铬-银、铬-金、镍-银、镍-金的组中选择。
9.一种利用厚度剪切振荡的压电振荡器件,其中具有由输入电极、输出电极、接地电极和公共电极形成的谐振区,所述压电振荡器件包括:
具有一对主要平面的石英板,
设置在石英板的一个主要平面上的输入电极和输出电极,
插在这些电极之间的接地电极,其中输入电极和输出电极和接地电极分别彼此以规则的间隔接近而形成,以及
被设置在石英板的另一个主要表面上的和输入电极、输出电极以及接地电极相应的公共电极,
其中或者重量减少部分或者重量增加部分至少被部分地设置在输入电极和输出电极的周边区域或者公共电极的周边区域上,并且
其中或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在在激励压电振荡器件时产生的寄生振荡的振荡能量比主要振荡的振荡能量相对较大的部分上。
10.如权利要求9所述的压电振荡器件,其中每个电极被制成矩形的,并且或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在输入电极和输出电极彼此相对的远侧的至少一个中心,和公共电极相对的远侧的至少一个中心,或输入电极和输出电极彼此相对的远侧的至少一个中心,以及和公共电极相对的远侧的至少一个中心上。
11.如权利要求9所述的压电振荡器件,其中重量减少部分被用一个缺口提供。
12.如权利要求9所述的压电振荡器件,其中重量减少部分通过除去相应于电极的每个预定部分的电极的一部分或全部而形成的凹下的部分进行设置。
13.如权利要求9所述的压电振荡器件,其中重量增加部分被这样设置,使得整个电极或其一部分可以作得较厚,或用树脂材料局部地或全部地附加在电极上。
14.如权利要求9所述的压电振荡器件,其中公共电极面积被作得比输入电极和输出电极的总面积大,并且公共电极的周边区域至少部分地具有重量减少部分或重量增加部分,其达到和输入电极输出电极相对的公共电极。
15.如权利要求9所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的公共电极的厚度是形成在另一个主要平面上的输入电极和输出电极厚度的2-10倍。
16.如权利要求9所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的电极由主要包括金或银的多金属结构制成,或由银制成,该多金属结构从包括铬-银-金、铬-银-铬、铬-金-铬、镍-银-镍、镍-银-铬、铬-银-镍、铬-银、铬-金、镍-银、镍-金的组中选择。
17.一种利用厚度剪切振荡的压电振荡器件,其中具有由两对输入和输出电极以及公共电极形成的谐振区,所述压电振荡器件包括:
具有一对主要平面的石英板,
被平行地设置在石英板的一个主要平面上的分别包括一个输入电极和一个输出电极的两对输入电极和输出电极,其中输入电极和输出电极彼此以规则的间隔接近而形成,以及
被设置在石英板的另一个主要表面上的和各对输入电极、输出电极相应的公共电极,
其中或者重量减少部分或者重量增加部分至少被部分地设置在输入电极和输出电极的周边区域或者公共电极的周边区域上,并且
其中或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在在激励压电振荡器件时产生的寄生振荡的振荡能量比主要振荡的振荡能量相对较大的部分上。
18.如权利要求17所述的压电振荡器件,其中每个电极被制成矩形的,并且或者重量减少部分或者重量增加部分被设置在输入电极和输出电极彼此相对的远侧的至少一个中心,和公共电极相对的远侧的至少一个中心,或输入电极和输出电极彼此相对的远侧的至少一个中心,以及和公共电极相对的远侧的至少一个中心上。
19.如权利要求17所述的压电振荡器件,其中重量减少部分被用一个缺口提供。
20.如权利要求17所述的压电振荡器件,其中重量减少部分通过除去相应于电极的每个预定部分的电极的一部分或全部而形成的凹下的部分进行设置。
21.如权利要求17所述的压电振荡器件,其中重量增加部分被这样设置,使得整个电极或其一部分可以作得较厚,或用树脂材料局部地或全部地附加在电极上。
22.如权利要求17所述的压电振荡器件,其中公共电极面积被作得比输入电极和输出电极的总面积大,并且公共电极的周边区域至少部分地具有重量减少部分或重量增加部分,其达到和输入电极输出电极相对的公共电极。
23.如权利要求17所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的公共电极的厚度是形成在另一个主要平面上的输入电极和输出电极厚度的2-10倍。
24.如权利要求17所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的电极由主要包括金或银的多金属结构制成,或由银制成,该多金属结构从包括铬-银-金、铬-银-铬、铬-金-铬、镍-银-镍、镍-银-铬、铬-银-镍、铬-银、铬-金、镍-银、镍-金的组中选择。
25.如权利要求2、10、18中任一项所述的压电振荡器件,其中重量减少部分被用一个缺口提供。
26.如权利要求2、10、18中任一项所述的压电振荡器件,其中重量减少部分通过除去相应于电极的每个预定部分的电极的一部分或全部而形成的凹下的部分进行设置。
27.如权利要求2、10、18中任一项所述的压电振荡器件,其中重量增加部分被这样设置,使得整个电极或其一部分可以作得较厚,或用树脂材料局部地或全部地附加在电极上。
28.如权利要求2、4、5、10、12、13、18、20、21中任一项所述的压电振荡器件,其中公共电极面积被作得比输入电极和输出电极的总面积大,并且公共电极的周边区域至少部分地具有重量减少部分或重量增加部分,其达到和输入电极输出电极相对的公共电极。
29.如权利要求2、3、4、5、6、10、11、12、13、14、18、19、20、21、22中任一项所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的公共电极的厚度是形成在另一个主要平面上的输入电极和输出电极厚度的2-10倍。
30.如权利要求2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、18、19、20、21、22、23、中任一项所述的压电振荡器件,其中形成在石英板的一个主要平面上的电极由主要包括金或银的多金属结构制成,或由银制成,该多金属结构从包括铬-银-金、铬-银-铬、铬-金-铬、镍-银-镍、镍-银-铬、铬-银-镍、铬-银、铬-金、镍-银、镍-金的组中选择。
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