CN1130014C - 压电谐振器、它的制造方法和调节其谐振频率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以方形振动模式振动的压电谐振器，包括具有第一主表面和第二主表面的压电基片；设置在压电基片的第一主表面和第二主表面上的电极和设置在压电基片的第一主表面和第二主表面的至少一个主表面中的凹槽。凹槽将所述电极中的至少一个电极分为多个区域，从而通过改变设置在压电基片上的凹槽的位置、宽度和深度而变化谐振器的静电电容。

Description

压电谐振器、它的制造方法和调节其谐振频率的方法

本发明涉及一种压电谐振器、这种压电谐振器的制造方法和调节这种压电谐振器的谐振频率的调节方法。本发明尤其涉及以方形的振动模式振动，并设置在梯形滤波器、振荡器、滤波器、鉴频器或其它合适的电子元件中的压电谐振器，和制造和调节这种谐振器谐振频率的方法。

图11中示出适合于以方形的振动模式振动的传统的压电谐振器。

压电谐振器51的电极结构包括设置在矩形压电基片52的一个主表面的中心区域上的部分电极，以及设置在压电基片52的另一个主表面的整个表面上的电极54。

这种压电谐振器51的谐振由其谐振频率确定。另外，当被用于梯形滤波器或其它类似的电子元件时，衰减性质由设置在其中的压电谐振器的静电电容确定，

因此，当制造压电谐振器时，必需控制静电电容或谐振频率的值。

已经传统地制造了压电谐振器，如图12A到12G中所示。

首先，将导电膏(诸如银膏)几乎完全涂敷在压电基片55的两个主表面上。对银膏进行烘焙，由此形成电极56和57(图12A和12B)。

然后，通过位于压电母基片55的第一和第二主表面上的电极56和57在压电母基片55的第一和第二主表面之间施加DC电压。结果，实现极化步骤，以便施加和确定压电母基片55预定的压电特性(图12C)。

此后，在压电母基片55第一主表面的电极56上进行抗蚀油墨58图案的印刷以提供部分电极图案，并在在压电母基片55的第二主表面的电极57大体上整个表面上，进行抗蚀油墨的印刷以提供部分电极图案(图12D)。

然后，把压电母基片55(印刷有抗蚀油墨)浸在蚀刻液体中，以便通过蚀刻去除从抗蚀油墨58中露出的电极部分(图12E)。

如果去除了抗蚀油墨，则将在压电母基片55的第一主表面上形成电极56的图案，以便确定一个部分电极图案，并且在压电基片55的几乎整个第二主表面

由于压电谐振器51的静电电容由部分电极53的面积确定，故压电谐振器51的部分电极53如此设计，从而其电极面积提供了需要的静电电容。

由此，在上述步骤中，必须将抗蚀油墨58以较高的图案准确性印刷在电极56上，并且必须通过蚀刻准确地形成电极56的图案，从而电极图案(部分电极)的面积根据设计精确地形成，以提供准确的需要的静电电容(图12D)。

另外，如果压电母基片55如此切割，从而第一主表面上的每一个电极56都居于中心，则部分电极53形成在每一个被切割的压电基片52中心处的第一主表面上，并且表面电极54形成在整个第二主表面上。

结果，同时制造出适合于以如图11所示的方形振动模式振动的许多压电谐振器51。

在如上所述制造出压电谐振器51之后，以下面的方式测量和调节压电谐振器51的谐振频率，从而可以得到所需的谐振频率。

当谐振频率太高时，如图13中所示，通过磨削压电谐振器51周边以便在谐振器51中形成多个凹槽或切口而升高压电谐振器51的谐振频率。

相反地，当谐振频率太低(如图14中所示)时，压电谐振器51的谐振频率通过对压电谐振器磨削和倒角而升高。然而由于对上述的压电谐振器来说，部分电极的面积，(即，压电谐振器的静电电容)通过抗蚀油墨的图案印刷来确定，为了制造具有不同静电电容的各种压电谐振器，必需分别制造需要不同静电电容的每个压电谐振器。

另外，对于如上所述制造出的压电谐振器来说，由于抗蚀油墨在图案印刷时的渗出，而使部分电极的周边散开并且为模糊。部分电极由于抗蚀油墨的印刷图案中的变形而改变其形状导致了压电谐振器的电特性的降低。

此外，由于部分电极通过蚀刻电极而形成，其中将抗蚀油墨用作蚀刻掩膜，故蚀刻液腐蚀了压电基片，并且因此降低了压电谐振器的电特性。

此外，即使当这种压电谐振器的静电电容如此形成，从而偏离设计规格，也很难在以后精细调节静电电容。

此外，为了调节压电谐振器的谐振频率，必需磨削或切割压电谐振器的周边，尤其是其角，这使谐振频率的调谐困难和花费劳力。

此外，使用传统的制造方法，以在压电谐振器的两个主表面上形成部分电极和全表面电极，需要许多困难的步骤，产生时间长，并且成本非常高。和全表面电极，需要许多困难的步骤，产生时间长，并且成本非常高。

此外，当在大的压电基片压电母基片上形成许多部分电极后，由于压电基片是通过切割每一个包括部分电极的区域而形成的，故当切割的位置偏离时，压电基片的电特性降低。

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种压电谐振器，在其制造过程中其电特性不会遭到降低，并且使这种改进的压电谐振器的制造步骤和谐振频率的调节步骤变得更方便。

本发明的一个较佳实施例提供了一种以方形振动模式振动的压电谐振器，包括具有第一和第二主表面的压电基片；设置在压电基片的第一主表面和第二主表面上的电极，和设置在压电基片第一主表面和第二主表面的至少一个主表面上的凹槽，凹槽把至少一个电极分为多个区域。

在上述压电谐振器中，由凹槽分开的多个区域中的一个区域可以安排得用作信号输入电极。信号输入电极最好具有对称形状。

本发明的较佳实施例还提供了一种调节适合于以方形振动模式振动的压电谐振器的谐振频率的方法，压电谐振器包括具有第一主表面和第二主表面的压电基片和设置在压电基片的第一主表面和第二主表面上的电极，该方法包括下述步骤：在压电基片的第一主表面和第二主表面的至少一个主表面上形成凹槽，由此将电极中的至少一个电极分为多个区域，并且改变凹槽的宽度或深度，由此调节压电谐振器的谐振频率。

本发明的较佳实施例还提供了适合于以方形振动模式振动的压电谐振器的制造方法，其中压电谐振器包括具有第一主表面和第二主表面的压电基片，和设置在压电基片的第一主表面和第二主表面上的电极，该方法包括下述步骤：在大体上整个第一和第二主表面上形成电极，并在压电基片的第一主表面的第二主表面中至少一个主表面上形成凹槽，由此把至少一个电极分为多个区域。

本发明的较佳实施例还提供了适合于以方形振动模式振动的压电谐振器的制造方法，压电谐振器包括具有第一主表面和第二主表面的压电基片和设置在压电基片的第一主表面和第二主表面上的电极，该方法包括下述步骤：在压电基片的大体上整个第一和第二主表面上形成电极，并在压电基片的第一主表面和第二主表面中的至少一个主表面上形成凹槽，由此将至少一个电极分为多个区域，并将压电母基片切割成多个单独压电基片的每一个基片。

根据本发明的较佳实施例的压电谐振器，谐振器的静电电容可以通过改变设置在压电基片上的凹槽的位置、宽度和深度而改变。

如果在其大体上整个主表面上具有电极的压电基片(压电母基片)设置为公共零件，当在主表面上产生凹槽时，则可以通过改变凹槽的位置、宽度和深度制造出静电电容和谐振频率不同的各种压电谐振器。

由此，在其大体上整个主表面上有电极的压电基片(压电母基片)可以是公共零件，并且可以从这种公共零件便宜而容易地制造出静电电容和谐振频率不同的压电谐振器。

此外，即使在制造出压电谐振器后，如果电极的面积通过使凹槽变宽而减小，则其谐振频率可以容易而精确地调节。可以通过增加凹槽的宽度或凹槽的深度而调节谐振频率。由此，这种新型压电谐振器的电特性可以以这种方式精确而容易地调节。

此外，当由凹槽分开的电极的多个区域中的一个区域用作信号输入电极，并且信号输入电极具有对称形状时，大大改进了这种压电谐振器的电特性。

此外，根据本发明的较佳实施例，压电谐振器最好通过在大体上整个第一和第二主表面上形成电极，和在压电基片的第一主表面和第二主表面的至少一个主表面上形成凹槽，并由此将至少一个电极分为多个区域而形成。由此，和上述需要抗蚀油墨的图案印刷和其它复杂、昂贵而又费时的步骤的传统的方法相比，制造这种压电谐振器所需的制造步骤简单、时间短和成本很低。

此外，在本发明的较佳实施例中去除了，降低压电谐振器电特性的因素(诸如由抗蚀油墨的印刷图案的变形引起的电极变形、由抗蚀油墨的渗出/变模糊引起的电极形状的改变、压电基片被蚀刻液的蚀刻等等)因为不用为形成电极使用蚀刻。结果，根据本发明的较佳实施例的压电谐振器的电特性可以大大改善。

此外，当从压电母基片形成多个压电谐振器时，可以在压电母基片的大体上整个第一和第二主表面上形成电极，并可以在压电母基片的第一主表面和第二主表面的至少一个主表面上形成凹槽，由此将至少一个电极分为多个区域，并且然后将压电母基片切割以形成多个压电基片的每个基片。

通过这种方法，将压电母基片切割为多个压电基片的步骤和形成凹槽的步骤可以用单个的步骤来进行。因此，根据本发明的较佳实施例的制造步骤更简化了。

此外，当进行将压电母基片切割为多个压电基片以及形成凹槽的步骤可以通过单个步骤进行时，涉及压电谐振器的凹槽的不需要的位置差距不容易发生。因此，按照本发明的较佳实施例显著减小了压电谐振器的电特性的降低。

从下面参照附图对本发明的较佳实施例的描述，本发明其它的特征和优点是显然的。

图1是透视图，示出本发明的较佳实施例的压电谐振器。

图2是示出图1的压电谐振器的制造方法的图。

图3是示出在压电谐振器上设置的凹槽的深度和谐振频率变化之间的关系的图。

图4是示出在压电谐振器上设置的凹槽的宽度和谐振频率变化之间的关系的图。

图5是示出用于图3和4中使用的量的确定的图。

图6是示出根据本发明另一个较佳实施例的压电谐振器的平面图。

图7是示出根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器的透视图。

图8是示出根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器的平面图。

图9A和9B分别是平面剖视图和截面图，示出使用本发明的较佳实施例的压电谐振器的梯形滤波器的结构。

图10是图9A和9B的梯形滤波器电路图。

图11是示出现有技术的压电谐振器的透视图。

图12是解释图11的压电谐振器的制造方法的图。

图13是解释图11的压电谐振器谐振频率的调节方法的图。

图14解释图11的压电谐振器的谐振频率的调节方法的图。

图1是根据本发明的较佳实施例，适合于以方形的振动模式振动的压电谐振器1的透视图。

在这个压电谐振器1中，电极设置在压电基片2的两个主表面(第一主表面和第二主表面)的整个表面上，该压电基片最好由经极化的压电陶瓷材料制成。

在第一主表面上，由多个直线割槽5形成分为多个区域的电极3a和3b。被划分的电极3a和3b相互电气绝缘。

在被划分的电极中，安排将电极3a作为部分电极，用于压电谐振器1的信号输入-输出，并大约位于压电谐振器1的中心部分。沿压电谐振器1的周边部分的电极。

在压电谐振器基片2的第二主表面的大体上整个区域处，连续而均匀地形成电极4。安排电极4用作压电谐振器1的信号输入-输出的全表面电极。

在压电谐振器1的这种结构中，压电谐振器1的静电电容随通过压电基片2相互面对的电极(部分电极)3a和电极(全表面电极)4的面积而变化。

由此，通过改变压电基片2上在割出的凹槽5的位置，改变电极3a的面积，由此能容易地改变压电谐振器1的静电电容。

此外，压电谐振器1的谐振频率可以通过调节在压电基片2上形成的凹槽5的深度和厚度而改变。

具体地说，如果凹槽5作得较深，将降低谐振频率，而如果凹槽5的宽度作得较大，则谐振频率将较高。

图3中示出，当使凹槽5的深度变化但保持凹槽5的宽度不变时，谐振频率Fr的变化的例子。

图3是曲线图表，其中横轴是凹槽5的深度h与压电谐振器1的厚度H的比值(h/H)，而纵轴是谐振频率Fr与谐振频率Fr₀的比值。凹槽5的深度h和压电谐振器1的厚度H表示在图5中。谐振频率Fr₀是在没有凹槽5(h＝0)时的谐振频率。

图3示出，当使凹槽5的深度更深时，谐振频率Fr变得更低。

此外，图4中示出，当改变凹槽5的宽度而而保持凹槽5的深度不变时，谐振频率Fr的变化的例子。

图4是曲线图，其中横轴是凹槽5的宽度w与压电谐振器1的宽度W的比值(w/W)，而纵轴是谐振频率Fr与谐振频率Fr₀的比值。凹槽5的宽度和压电谐振器1的宽度W表示在图5中。谐振频率Fr₀是在没有凹槽5(w＝0)时的谐振频率。

图4示出，当凹槽5的宽度变大时，谐振频率Fr变得更高。

在压电谐振器1中，如果公共零件通过在压电基片2的两个主表面的整个表面上形成电极(图2中的电极7和8)而制造，则当在主表面上产生凹槽5时，可以容易地改变凹槽5的位置，由此改变电极3a的面积。由此，该较佳实施例的新颖结构和方法容易地满足了具有不同静电电容的压电谐振器的要求。

此外，当形成凹槽5时，可以通过调节凹槽5的宽度和厚度制造具有各种谐振频率的压电谐振器1。

由此，在其两个主表面的整个表面上都形成有电极的压电基片2可用作多个

由此，在其两个主表面的整个表面上都形成有电极的压电基片2可用作多个具有不同静电电容和谐振频率的压电谐振器的公共零件。结果，包括以压电基片2的形式使用通用公共零件的较佳实施例降低了制造压电谐振器1的成本，并允许同时制造具有不同静电电容和谐振频率的各种压电谐振器。

此外，当必须在制造压电谐振器1之后精细地调节静电电容时，所有需要做的只是将使凹槽5延伸到电极3a侧，而使电极3a的区域减小。如果静电电容有可能改变，则电极3a的面积可以事先稍稍增大。

或者，当必须精细地调节谐振频率时，只需简单地增加凹槽5的宽度或者使凹槽5更深。

由此，所有需要做的就是切割压电基片2的表面，以调节谐振频率，从而精确而容易地调节静电电容和谐振频率，而不必如在传统的调节谐振频率的方法中那样切割压电基片的整个厚度。

然后，参照图2A、2B、2C和2D，解释根据本发明的较佳实施例的上述压电谐振器1的制造方法。

首先，将导电膏(诸如银膏)设置在由压电材料制成的压电基片6的大体上整个第一和第二主表面上，并通过烘焙导电膏形成电极7和8(图2A和2B)。

然后，在压电基片6的第一和第二主表面之间，通过电极7和8施加DC电压，以使压电母基片6极化(图2C)。

接着，凹槽5形成在每一个压电谐振器1的预定位置处，从而凹槽具有预定的宽度和预定的深度，与此同时，压电母基片6通过诸如切割锯之类的精细切割设备被切割为每一个压电谐振器1(图2D)。

注意，将压电母基片6切割为多个压电谐振器1的步骤和在每个压电谐振器1上形成凹槽5的步骤将分开执行。

由于本发明的较佳实施例的压电谐振器1能够以上述方法制造，故制造步骤大为简化，从而和需要通过抗蚀油墨的图案印刷、蚀刻等等形成电极的传统方法相比，生成出压电谐振器所需时间和费用大大减少了。

此外，在本发明的较佳实施例中，因为不使用蚀刻形成电极，故消除了降低压电谐振器1的电特性的因素，诸如由抗蚀油墨的图案印刷的变形引起的电极变形、由抗蚀油墨的渗出/刮痕引起的电极形状的变模糊和由蚀刻液体等引起的压电基片2的腐蚀(这在传统方法中造成许多缺点)。结果，大大改善了压电谐振器1的电特性。

由于将压电母基片6切割为多个压电谐振器1的步骤和将切割压电谐振器1中的凹槽5的步骤通过单个步骤完成，故根据本发明的较佳实施例的制造步骤更加简化了。

并且，因为可用的切割设备具有较高的切割精度，并可以同时进行将压电母基片6切割为多个压电谐振器1的步骤和在压电谐振器1中切割凹槽的步骤，故不发生和压电谐振器1有关的凹槽5的位置误差或差距。结果由于压电母基片6的精确的切割位置、凹槽5的位置和切割量是预先设定的，防止了压电谐振器1的电特性的降低。

此外，即使在制造压电谐振器1之后需精细调节静电电容或谐振频率，由于凹槽5的位置、宽度和深度能够通过使用上述切割设备而校正，故电容和谐振能够精细而容易地调节。

在图1所示的压电谐振器1中，大约在中心部分的电极3a最好具有大体上为矩形的形状。

凹槽5的方向不必平行于压电基片2的每条边。如图6中所示，电极3a可以由凹槽5(该凹槽相对于压电基片2的每条边而倾斜)大约在中心部分形成。

如果电极的面积相等，则为了得到相等静电电容不必与凹槽5和压电基片2的每条边的角度有关。

用于提供适合于以方形的振动模式振动的压电谐振器1的信号输入-输出的电极3a可以被制成任何的形状。但是，为了得到无畸变的电特性，想要圆或具有许多个角的正多边形。

为了使制造步骤最容易，并将步骤数减至最小，最好是具有很少个角的正多边形。

此外，为了使步骤最容易，凹槽5最好是直线形的。此外，为了更为简单的步骤在压电基片2上只具有两个安排得大致上相互平行的凹槽5的压电谐振器1(如图7中所示)是适合的。

在这个压电谐振器1中，大约在第一主表面的中心处设置的电极3a和设置在第二主表面处的电极4安排得用作信号的输入-输出。电极3b和凹槽5电气绝缘，并且电极3b不用作压电谐振器1的电极。

静电电容由凹槽5的位置调节，而谐振频率由凹槽5的深度和宽度调节。

此外，切入压电基片2的凹槽5不必从压电基片2的一端子延伸到另一端子。电极3a和电极3b可以沿另一方向切割，只要它们相互电气绝缘，例如，它们可以如图8中所示部分地形成。

在上述较佳实施例中，解释了凹槽只设置在压电基片的一个主表面上，由此划分设置在其上的电极。但是，凹槽可以设置在压电基片的两个主表面上，以分别划分在两个主表面上的电极。

图9A和9B分别是平面剖视图和截面图，示出使用本发明的较佳实施例的压电谐振器的带通滤波器的结构，而图10是其电路图。

一个输入端子22、一个接地端子26和一个输出端子28通过底座21，而它们之间具有空隙。底座21最好由一种绝缘材料制成。

在外壳31(该外壳覆盖了底座21的上侧)的内部，安排了输入端子22、压电谐振器23、大致上为U形端子24的一个部分电极24a、压电谐振器25、接地端子26、压电谐振器27、输出端子28、压电谐振器29和大致上为U形的端子24的另一个部分电极24b。

由于安排在大致上为U形的端子24的另一个部分电极24b和外壳31的内部之间的弹性端子30提供的弹性力，每一个压电谐振器和每一个端子电气上相连。

此外，在基座21的下表面上，把密封剂32填入外壳31的下侧开口。

由此，在用于上述梯形滤波器中的压电谐振器23、25、27和29中，压电谐振器23和29最好是具有上述本发明的较佳实施例的结构和新颖特点的压电谐振器。压电谐振器23和29的静电电容小于压电谐振器25和27的静电电容。

虽然已经参照本发明的较佳实施例具体示出和描述了本发明，但熟悉本领域的人将知道，可以有上述和其它形式上和细节上的改变，而不背离本发明的主旨。

Claims (18)

1.一种压电谐振器，其特征在于包括：

具有第一主表面和第二主表面的压电基片；

至少两个电极，每个所述电极设置在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面各自的一个主表面上；及

设置在所述第一主表面和所述第二主表面的至少一个主表面上的凹槽，所述凹槽将至少所述两个电极之中的至少一个电极分为彼此相邻的多个区域，所述多个区域为方形，所述压电谐振器以方形振动模式振动。

2.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于所述至少两个电极中的一个电极由所述凹槽分开的所述多个区域之一是信号输入电极，并具有对称形状。

3.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于设置在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面的至少一个主表面中的凹槽是第一凹槽，谐振器还包括设置在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面的另一个主表面中的第二凹槽，用于将所述至少两个电极中的另一个电极分为多个区域。

4.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于所述凹槽经过所述至少两个电极的至少一个电极延伸，并进入压电基片。

5.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于还包括设置在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面的至少一个主表面中的多个凹槽，从而确定所述至少两个电极的至少一个电极的多个区域的矩阵图案。

6.如权利要求5所述的压电谐振器，其特征在于所述至少两个凹槽相互垂直。

7.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于所述凹槽延伸到所述压电基片的边缘。

8.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于凹槽确定了多个电极，所述多个电极相互电气绝缘。

9.如权利要求2所述的压电谐振器，其特征在于所述输入电极位于所述压电基片的中心处。

10.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面的至少一个主表面的另一个表面上设置的所述至少两个电极中的另一个电极沿所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面没有形成凹槽的另一个主表面的整个表面延伸，其中在所述另一个电极中没有形成凹槽。

11.一种调节压电谐振器的谐振频率的方法，所述压电谐振器包括具有第一主表面和第二主表面的压电基片和设置在所述压电基片的第一主表面和所述第二主表面上的电极，其特征在于所述方法包括下述步骤：

在所述压电基片的所述第一主表面和第二主表面的至少一个主表面上直线切割形成凹槽，以将所述电极的至少一个电极分为彼此相邻的多个区域；及

改变凹槽的宽度和深度，以改变所述压电谐振器的所述谐振频率。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面的至少一个主表面上形成多个凹槽，以形成相互电气绝缘多个被分开的电极的步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述多个分开电极形成多一矩阵，并且所述多个凹槽中的至少两个相互垂直。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述凹槽延伸到所述压电基片的边缘。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述多个分开的电极中的位于压电基片中心的一个电极是输入电极，并具有对称的形状。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述凹槽相对于所述压电基片的边缘形成锐角。

17.一种制造压电谐振器的方法，所述压电谐振器包括具有第一主表面和第二主表面的压电基片和设置在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面上的电极，其特征在于所述方法包括下述步骤：

在所述第一和第二主表面的整个表面上形成电极；及

在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面的至少一个主表面上直线切割形成凹槽，以将所述电极的至少一个电极分为彼此相邻的多个区域。

18.一种制造多个压电谐振器的方法，其中所述多个压电谐振器的每一个都包括具有第一主表面和第二主表面的压电基片以及设置在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面上的电极，其特征在于所述方法包括下述步骤：

在所述压电基片的所述第一主表面和所述第二主表面的整个表面上形成电极；及

在所述压电母基片的所述第一主表面和所述第二主表面的至少一个主表面中直线切割形成凹槽，以将所述电极的至少一个电极分为彼此相邻的多个区域，并大体上同时将所述压电母基片切割为多个单独的压电基片。

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