CN1127210C - 压电滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电滤波器。它包含压电衬底；第一和第二共振电极；公共电极；激励部分；多个引出电极；以及在所述压电衬底上形成电容并且与所述激励部分电连接的第一和第二电容电极，其中，激励部分位于衬底的中央部分，第一和第二电容电极位于压电衬底边缘附近，多个引出电极位于压电衬底边缘附近从而延伸到所述边缘，构成激励部分的压电衬底部分被极化，其中至少一个引出电极和所述第一和第二电容电极所在的压电衬底其它部分处于非极化状态，并且，非极化部分平行于第一和第二共振电极之间连接方向延伸。这种结构可以使电容电极和引出电极构成的电介质衬底处于非极化状态，从而限制压电衬底上由电极图案引起的不必要振动，并且改善了性能。

Description

压电滤波器

本发明涉及集能型压电滤波器，具体而言涉及通过改进压电衬底的极化结构来提高性能的压电滤波器。

压电滤波器被广泛用作移动通信装置(例如FM接收机和便携式电话)中的中频级带通滤波器。图7A和7B示出了压电滤波器51作为这种类型滤波器的实例。

压电滤波器51利用矩形板状压电陶瓷衬底52制成。在压电陶瓷衬底52上，虚线A包围以外的区域沿着厚度方向被极化。

在压电衬底52上，形成有集能型滤波器部分53和54以及电容55。通过在压电衬底52的上表面形成共振电极53a和53b而在下表面形成公共电极53c构造出滤波器部分53。位于压电衬底52上表面的共振电极53a与53b间隔预先确定的间隙相对而放。而且共振电极53a和53b与公共电极53在压电衬底52相对面上背对背放置。

滤波器部分54的构造与滤波器部分53相同，包括共振电极54a和54b以及公共电极54c。

为了形成电容55，在压电衬底52上虚线A包围的中央非极化区域上表面形成电容电极55a而在非极化区域的下表面形成电容电极55b。电容电极55a与55b在压电衬底52相对面上背对背放置。

在压电衬底52上表面沿端面52a形成有引出电极56。引出电极56与共振电极53a电学连接。共振电极53b与电容电极55a电学连接。电容电极55a与共振电极54b电学连接。共振电极54a与沿着另一端面52b形成于压电衬底52上表面的引出电极57电学连接。

在压电衬底52的下表面上，电容电极55b与公共电极53c和54c连接。

因此，当利用引出电极56和57作为输入和输出电极并且将形成于压电衬底52下表面上的电容电极55b与公共电极53c和54c连接到接地电势点时，压电滤波器51可以像具有图8所示电路的双模式压电滤波器那样工作。

为了将电容55的tanδ设定为较小的数值，压电衬底52上虚线A包围区域为非极化区域，它包括形成电容电极55a和55b的部分以及周边部分。

在压电滤波器51中，为了激发压电衬底52和平滑滤波器部分53和54的振动衰减，必须使压电衬底52构成滤波器部分53和54的部分以及周边部分的区域极化。另一方面，如上所述，为了将电容55的tanδ设定为较小的数值，必须使构成电容55的部分处于非极化状态。

但是在压电滤波器51中，压电衬底52上形成引出电极56和57的部分也极化了，并且电极布局不当可能引起的不需要的振动而导致滤波器性能变差。

因此，构成引出电极56和57的部分也需要处于非极化状态。这里，非极化部分必须形成于滤波器部分53和54振动传递不到的区域。因此非极化部分无法延伸到滤波器部分53和54附近。

针对上述问题，本发明的一个目标是提供一种压电滤波器，其中可以限制压电衬底上由电极图案引起的不必要振动，并且改善了性能。

具体而言，本发明的一个目标是提供一种压电滤波器，它所具有的结构可以使构成电容电极和引出电极的电介质衬底部分处于非极化状态。

为此，按照本发明提供了一种集能型压电滤波器，它包括：具有第一和第二主表面的压电衬底；置于第一表面上并且相隔预先确定间隙相向而放的第一和第二共振电极；位于所述第二主表面并且与所述第一和第二共振电极相向而放的公共电极；包括所述第一和第二共振电极、所述公共电极和被所述第一和第二共振电极以及公共电极夹持的所述压电衬底部分在内的激发部分；位于所述第一和第二主表面并且分别与所述第一和第二共振电极其中一个以及公共电极连接的多个引出电极；以及位于所述压电衬底而形成电容并且与所述激发部分电学连接的第一和第二电容电极，其中所述激发部分位于所述衬底的中央部分，所述第一和第二电容电极位于所述压电衬底边缘附近，多个引出电极位于所述压电衬底边缘附近从而延伸到所述边缘，包括所述激发部分的所述压电衬底部分被极化，其中至少一个引出电极和所述第一和第二电容电极所在的压电衬底其它部分处于非极化状态。

利用上述结构可以有效抑制引出电极和电容引起的不必要振动。

在上述压电体中，非极化部分比较好的是不在平行于第一和第二共振电极连接方向延伸的区域。

在集能型压电滤波器中，振动必须主要沿第一与第二共振电极之间的连接方向传播并且在相对的端部沿压电衬底部分装有共振电极的反向平滑衰减。因此必须在平行第一和第二共振电极之间连接方向延伸的区域内保持一定的压电性。另一方面，需要使平行第一和第二共振电极之间连接方向延伸的区域以外的规定区域保持非极化。因此按照本发明，压电衬底在放置于平行第一和第二共振电极之间连接方向延伸的区域以外的引出电极处及其附近为非极化。这样就可以在对第一和第二共振电极所在区域特性影响不大的情况下抑制由引出电极导致的不必要振动。

在上述压电滤波器中，第一和第二电容电极比较好的是在压电衬底上相向放置。

如果压电衬底相应部分极化，则将产生较大的不必要振动。但是按照本发明，电容形成部分仍然处于非极化状态以有效抑制这种不必要的振动。

在上述集能型压电滤波器中，至少可以将两块所述压电衬底叠加在一起，从而使所述一块压电衬底的所述第二主表面面对相邻压电衬底的所述第一主表面。

利用这种结构可以获得包含至少两块所述压电衬底的小型压电滤波器。

在上述集能型压电滤波器中，可以用粘合剂至少将两块所述压电衬底粘合在一起，所述粘合剂不能涂覆在所述压电衬底对应所述激发区域的部分。可以采用开孔与所述激发区域对应的粘合薄片。

本发明可以应用于引线布局复杂的压电滤波器，例如在压电衬底上包含多个滤波器部分的压电滤波器和多个包含滤波器部分的压电衬底叠加构成的压电滤波器。在这种情况下，可以有效抑制由包括引出电极在内的引线图案引起的不必要振动。本发明可以应用于上述结构复杂的压电滤波器以有效改善引线布局复杂的压电滤波器的性能。

图1为按照本发明实施例的片状压电滤波器的分解透视图；

图2为图1所示压电滤波器中采用的压电衬底上电极结构的透视图；

图3A和3B为分别形成于第一和第二压电衬底上电路的原理图；

图4A-4C分别为本发明另一实施例的片状压电滤波器的平面图、侧视图和底视图；

图5为按照本发明的片式压电滤波器的性能曲线图；

图6为一种片状压电滤波器的性能示意图，除了整个衬底都极化以外，该压电滤波器的构造与本发明实施例的都相同；

图7A和7B分别是普通压电滤波器的平面图和底视图；以及

图8为图7所示压电滤波器的电路图。

以下借助附图描述本发明非限定性实施例的压电滤波器。

参见图1，利用第一和第二矩形压电衬底1和2形成按照本发明的片状压电滤波器。第一和第二压电衬底1和2的每一块都由酞酸-锆酸铅陶瓷之类的压电陶瓷构成并且如上所述沿着厚度方向极化，从而留下非极化部分。

在第一压电衬底1上，形成利用厚度方向纵向振动模式的第一集能型滤波器部分。在第二压电衬底2上，形成利用厚度方向纵向振动模式的第二集能型滤波器部分。在第一和第二压电衬底1和2上形成作为继电器电容的电容器。

以下借助图2描述第一压电衬底的电极结构和极化结构。在图2中，下表面上的电极被投影到下面的平面上。

一对共振电极3a和3b以一定的间隙相对放置在压电衬底1上表面的中央区域内。公共电极3c相对共振电极3a和3b形成于压电衬底1的下表面。共振电极3a和3b与公共电极3c构成用标号3表示的第一滤波器部分。

共振电极3a通过连接导体元件4a与引出电极5a相连。引出电极5a沿着压电衬底1一个端面1a形成。

共振电极3b通过连接导体元件4b与电容电极5b相连。电容电极5b还起着引出电极的作用。

在压电衬底1的下表面上，公共电极3c通过连接导体元件4c、4d和4e与引出电极5c、5d和5e相连。引出电极5c和5d分别沿压电衬底1的端面1a和1b形成。引出电极5e沿压电衬底1的侧面1c形成。公共电极3c通过连接导体元件4f与电容电极5f相连。电容电极5f在与电容电极5b相对的压电衬底1侧面上形成。

在压电衬底1的上表面，电极6a、6b和6c形成于端面1a和1b中央区域附近以及侧面1c上。沿着衬底厚度方向观察，电极6a-6c中的每一个都交叠在压电衬底1下表面其中一个相应的引出电极5c-5e上。电极6a-6c的每一个最终都与相应的引出电极5c-5e之一电学相连。

图3A示出了上述压电衬底上的电路结构。由图3A可见，在形成的电路中，由共振电极3a和3b以及公共电极3c构成第一滤波器部分与由电容电极5b和5f构成的电容相连。

参见图1，除了两块衬底上的电极位置颠倒以外，电极在压电衬底2上的形成与压电衬底1的相同。因此在压电衬底2上，形成了图3B所示滤波器部分与继电器电容部分相连的电路。

第二压电衬底2上对应第一压电衬底1上的电极用图1相同的标号表示，此处不再赘述。

如图2所示，压电衬底1上由虚线B和C包围的区域为非极化，其它区域沿厚度方向极化。即，压电衬底1上形成引出电极5a和5e、电容电极5b和5f以及电极6c的区域是非极化的。因此当激活压电衬底1上的滤波器部分和电容时，沿厚度方向的纵向振动模式的振动被激发并局限在滤波器部分3内，与此同时非极化区域上引出电极5a和5e以及电容电极5b和5f引起的不必要振动得到了有效的抑制，从而改善了滤波器的性能。以下根据实验结果描述上述非极化区域的效果。

参见图1，在本实施例的片状压电滤波器中，第一和第二压电衬底沿厚度方向叠加并利用粘合剂8结合在一起。利用粘合剂7将外部衬底10叠加和粘合在压电衬底1的上表面。同样，利用粘合剂9将外部衬底11叠加和粘合在压电衬底2的下表面。

由于为了避免阻碍第一和第二滤波器部分的振动而形成了一定的间隔，所以粘合剂7-9并未涂覆在第一和第二压电衬底部分或外部衬底上对应形成在第一和第二压电衬底1上的第一和第二滤波器部分的区域上。在图1中，粘合剂层7-9具有与滤波器部分对应的开孔7a-9a。

涂覆在一对结合在一起的部件之一上的粘合剂7-9也可以体涂覆两个粘合在一起的部件上。而且还可以将具有开孔7a-9a的粘合薄片用作粘合剂7-9。

每个外部衬底10和11可以由合适的绝缘材料构成，例如氧化铝之类的绝缘陶瓷或者合成树脂。

通过沿着图1所示方向叠加和粘合部件可以制成片状压电滤波器。按照本发明第二实施例的片状压电滤波器21也按照这种办法制成并且如图4A-4C所示，在其表面形成外部电极。

即，在片状压电滤波器21中，外部电极22a-22f形成于侧面21a和21b。外部电极22a与第二压电衬底2上用作输出电极的引出电极5a相连。外部电极22a形成从片状压电滤波器21的侧面21a延伸至下表面21c。

外部电极22d与第一压电衬底1上用作入输入电极的引出电极5a相连。外部电极22d形成从侧面21b延伸至下表面21c。形成于片状压电滤波器21侧面21a中央的外部电极22b与第一压电衬底上的电极6b和第二压电衬底上的引出电极5c相连。

外部电极23a形成于片状压电滤波器21的下表面21c。外部电极23a与外部电极22b和22e电学连接并且包含外部电极部分23b。

外部电极22e与第一压电衬底1上作为引出电极的电容电极5b相连并且还与片状压电滤波器21下表面21c上的导电导体元件23c相连。外部电极22e连接第一压电衬底1上的电极6a和第二压电衬底2上的引出电极5d，并且连接下表面21c上的外部电极23a。外部电极22f与第二压电衬底2上的电容电极5b和下表面21c上的导电导体元件23c连接。

延伸电极部分23b在外部电极22a与22d部分之间延伸，而外部电极在片状压电滤波器21的下表面21c上延伸。即，由于延伸电极部分23b放置在输入和输出外部电极22d与22a之间，所以改进了输入-输出的分离度。

本实施例的片状压电滤波器21如上所述布局，并且除了在压电衬底1和2上形成两个作为继电器电容器的电容以外，与图8所示普通双模式压电滤波器的电路结构相同。

如上所述，在本实施例的片状压电滤波器21结构中，第一滤波器部分和电容形成于第一压电衬底1上而第二滤波器部分和电容形成于第二压电衬底上，并且第一和第二压电衬底沿厚度方向叠加。因此本实施例的片状压电滤波器21与普通侧向放置多个滤波器部分的压电滤波器51(参见图7)相比，可以节省安装空间。

而且，作为继电器电容元件的电容分开形成于第一和第二压电衬底上，并且减少了压电衬底上每个电容电极的面积。由此也节省了安装空间。

而且，由于形成引出电极5a和5e以及电容电极5b和5f的每个压电衬底1和2的区域及其附近区域是非极化的，所以抑制了这些电极引起的不必要振动，从而可以改善滤波器的性能。以下借助图5和6描述这种效果。

图5为本实施例压电滤波器特性的示意图，而图6为另一压电滤波器特性的示意图，除了压电衬底1和2上没有形成非极化区域以外，该压电滤波器的制作与上述实施例相同。

由图6可见，整个压电衬底1和2都沿厚度方向极化的片状压电滤波器具有不必要的振动被叠加在通带内的特性。相反，在图5所示本实施例的片状压电滤波器特性中，没有不必要的振动叠加在通带内。因此可以理解，本实施例的压电滤波器具有较大的衰减。

在本实施例的片状压电滤波器中，由虚线B和C包围的压电衬底1的非极化区域形成于平行于共振电极3a与3b之间连接方向延伸区域的外部。压电衬底1对应滤波器部分3的部分必须沿厚度方向极化，而位于平行于共振电极3a与3b之间连接方向延伸的区域之内的衬底其它部分也被极化，从而限定了厚度方向上的纵向振动。另一方面，在平行于共振电极3a与3b之间连接方向延伸区域以外的压电衬底1没有必要极化。因此如同在本实施例中那样，如果非极化区域形成于平行于共振电极3a与3b之间连接方向延伸的区域以外，则可以在不影响滤波器部分3内振动能量限定的情况下有效地抑制由引出电极和电容电极引起的不必要振动。

但是按照本发明，非极化区域可以形成于平行共振电极对之间连接方向延伸区域内其振电极3a和3b以外。即，如果对压电衬底1在平行于共振电极3a与3b之间连接方向的共振电极3a和3b以外的尺寸没有严格的限制，则可以增大压电衬底1沿该方向的尺寸以抑制由引出电极和电容电极引起的不必要振动，与此同时，压电衬底1上对应引出电极的部分及其周围部分仍然是非极化的。

但是从缩小尺寸的角度考虑，如同在本实施例中那样，最好只使平行于共振电极3a与3b之间连接方向延伸区域以外形成的部分处于非极化状态。

在本发明的压电滤波器中，所有延伸至每块压电衬底边缘的引出电极都可以放置在衬底的非极化区域内。即，压电衬底上所有对应引出电极及其附近区域的部分位于非极化状态。

构成电容的电容电极5b和5f并无必要如图2所示沿着压电衬底边缘形成。

在上述第一和第二实施例中，第一和第二滤波器部分通过电容互相连接。但是本发明的片状压电滤波器并不局限于这种多滤波器部分类型；它还可以是只包含一个滤波器部分的压电滤波器，或者在其中除了第一和第二滤波器部分以外还有一个或多个压电滤波器部分根据需要通过电容连接起来。

虽然上面借助实施例对本发明作了阐述，但是本发明的精神和范围由后面所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种集能型压电滤波器，其特征在于，它包括：

具有第一和第二主表面的压电衬底；

位于第一主表面上并且相隔预先确定间隙相向而放的第一和第二共振电极；

位于所述第二主表面并且与所述第一和第二共振电极相向而放的公共电极；

包括所述第一和第二共振电极、所述公共电极和被所述第一和第二共振电极以及公共电极夹持的所述压电衬底部分在内的激励部分；

位于所述第一和第二主表面并且分别与所述第一和第二共振电极其中一个以及公共电极连接的多个引出电极；以及

在所述压电衬底上形成电容并且与所述激励部分电连接的第一和第二电容电极，其中

所述激励部分位于所述衬底的中央部分，所述第一和第二电容电极位于所述压电衬底边缘附近，多个引出电极位于所述压电衬底边缘附近从而延伸到所述边缘，

构成所述激励部分的所述压电衬底部分被极化，其中至少一个引出电极和所述第一和第二电容电极所在的压电衬底其它部分处于非极化状态，并且

非极化部分平行于第一和第二共振电极之间连接方向延伸。

2.如权利要求1所述的压电滤波器，其特征在于，所述第一和第二电容电极在压电衬底上相向放置。

3.如权利要求1所述的压电滤波器，其特征在于，至少可以将两块所述压电衬底叠加在一起，从而使所述一块压电衬底的所述第二主表面面对相邻一块压电衬底的所述第一主表面。

4.如权利要求3所述的压电滤波器，其特征在于，所述第一和第二电容电极在压电衬底上相向放置。

5.如权利要求3所述的压电滤波器，其特征在于，用粘合剂至少将两块所述压电衬底重叠粘合在一起，在与所述激励部分对应的所述压电衬底部分上是不涂覆所述粘合剂的。

6.如权利要求3所述的压电滤波器，其特征在于，用粘合薄片至少将两块所述压电衬底重叠粘合在一起，所述粘合薄片具有与所述激励部分对应的开孔。

Images