CN1132307C - 能陷型压电谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能陷型压电谐振器，它包含：能陷型压电谐振元件，它包含压电基片、分别部分设置在压电基片两个主表面上的第一和第二振动电极；分别与第一和第二振动电极电气连接的第一和第二引出电极；第一和第二密封基片，它们结合并连接到压电谐振元件的两个主表面；第一和第二外部电极，分别与第一和第二引出电极电气连接，设置在所述压电谐振元件和密封基片构成的层迭薄片的相对端面上；密封空间，设置在第一和第二振动电极周围；密封部分，其中第一和第二基片结合并连接到密封空间周围的压电谐振元件；密封空间如此构成，从而满足0＜d/t＜5，其中t表示压电基片的厚度，d表示从第一和第二振动电极外缘到密封部分的最短距离。

Description

能陷型压电谐振器

本发明涉及一种能陷型压电谐振器，用于例如振荡器、鉴频器、陷波滤波器等等。本发明尤其涉及一种能陷型压电谐振器，它设置有密封空间，用于防止振动部分振动，并且适合于沿厚度方向的纵向振动的三次谐波振动。

迄今为止，已经将能陷型压电谐振器用于振荡器、鉴频器、陷波电路等等。在第4-101507号日本经审查的专利公告中揭示了这种能陷型压电谐振器。

在图8中，示出了一种现有技术的能陷型压电谐振器。在压电谐振器51中，用密封基片53和54层叠板状的压电谐振元件52的上下侧。

压电谐振元件52由压电基片55和形成在压电基片55的两个主表面上的振动电极56和57构成。振动电极56和57部分地形成在压电基片55的主表面上，并使它们通过压电基片55相对。

在压电谐振器51中，上述振动电极56和57相对的部分构成了振动部分。另外，形成密封空间58和59，以允许振动部分振动。在密封空间58和59周围，用粘剂将压电谐振元件52结合到密封基片53和54。

在压电谐振器51中，当用x表示上述振动电极56和57的最大平面尺寸，用L表示密封空间的最大平面尺寸时，形成振动电极56和57以及密封空间58和59，以满足关系L＝(1.5到3.0)×X，据说谐振特性在这种条件下是稳定的。

另外，在第7-70941号日本经审查的专利公告中，揭示了一种这种类型的能陷型压电谐振器，其中将压电基片上和下的密封空间相互偏移。这里，通过调节上下密封空间之间的偏移，可以调节不想要的寄生信号的阻尼程度。

第4-101507号日本未审查的专利公告中揭示的压电谐振器51的特征是谐振特性中减小的偏移。即，当形成密封空间58和59以实现上述特定的尺寸比时，可以正确地形成密封空间58和59，在此一事实的基础上，特性中的偏移减小了。相应地，在第4-101507号日本未审查专利公告中，对使用的谐振特性，没有提到有关引起寄生信号的其它振动模式的影响。

另一方面，在第7-70941号日本经审查专利公告中揭示的压电谐振器中，上下密封空间的相对位置偏移，因此可以调节寄生信号的阻尼程度。但是，由于需要使上下密封空间的位置彼此相对移动，故失去了对称的部分。

另外，在第4-101507号日本未审查专利公告以及第7-70941号日本经审查专利公告中，只示出了适合于以厚度方向的纵向振动模式的基波振动的压电谐振器，而未提及利用厚度方向的纵向振动的谐波的压电谐振器。

为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种能陷型压电谐振器，即，适合于以厚度方向的纵向振动模式的三次谐波振动的压电谐振器，它不失去压电谐振器的对称，其中基波能够被有效地抑制，并且通过这种抑制可以在三次谐波基础上给出良好的谐振特性。

本发明的一个较佳实施例提供了一种能陷型压电谐振器，包含：能陷型压电谐振元件，适合于以厚度方向的纵向振动的三次谐波振动，它包含压电基片、分别部分设置在压电基片两个主表面上以便彼此相对的第一和第二振动电极、第一和第二振动电极彼此相对的部分作为振动部分；分别与所述第一和第二振动电极电气连接的第一和第二引出电极；第一和第二密封基片，它们结合并连接到压电谐振元件的两个主表面，以将压电谐振元件夹在其中；第一和第二外部电极，分别与所述第一和第二引出电极电气连接，设置在所述压电谐振元件和密封基片构成的层迭薄片的相对端面上，用于在其间交替施加电压；密封空间，设置在第一和第二振动电极周围，以不妨碍振动部分振动；密封部分，其中第一和第二基片结合并连接到密封空间周围的压电谐振元件；及密封空间如此构成，从而满足0＜d/t＜5，其中用t表示压电基片的厚度，用d表示从第一和第二振动电极外缘到密封部分的最短距离。

较好地，用粘剂将第一和第二密封基片结合并连接到压电谐振元件。

较好地，在结合并连接到压电谐振元件的第一和第二密封基片上形成凹形部分，并且凹形部分构成密封空间。

较好地，将具有通孔以构成密封空间的绝缘层设置在第一和第二密封基片之间，并且压电谐振元件和绝缘层在通孔周围的部分构成密封部分。

较好地，在构成密封空间的部分中，不通过粘剂将第一和第二密封基片结合并连接到压电谐振元件，在密封部分，通过粘剂将第一和第二密封基片结合并连接到压电谐振元件，从而密封空间形成在第一和第二振动电极周围。

从下面参照附图对本发明的描述，本发明的其它特点和优点将是显然的。

图1A和1B分别是根据本发明的第一较佳实施例的能陷型压电谐振器的截侧视面图和沿图1A的线A-A的截面顶视图；

图2是用于解释振动电极和密封部分之间的最短距离的示意图；

图3A和3B示出实施例的压电谐振器的阻抗对频率特性，并且图3A和3B中分别示出了对基波和三次谐波的响应；

图4示出了当d/t比值改变时，三次谐波和基波的相位值的变化；

图5A和5B是示出振动电极和密封部分的平面形状的修改的示意图；

图6是示出根据本发明的压电谐振器的振动电极和密封部分的平面形状的另一种修改的示意图；

图7是用于解释用于根据本发明的修改的压电谐振器中的密封基片和合成树脂层的透视图；和

图8是用于解释传统的能陷型压电谐振器的截面侧视图。

在适合以沿厚度方向的纵向振动的三次谐波振动的压电谐振元件中，理所当然地，除三次谐波外，还产生基波和五次或更高次的奇次谐波。由此，当例如使用压电谐振元件构成压电振荡器时，由于基波和五次谐波或更高的奇次谐波，有可能产生不想要的振荡。

可以通过设计电路排布，将上述不想要的振荡避免到某一个程度。但是，抑制由基波产生不适当的振荡的方法和抑制不想要的振荡的方法相互部分地对立。另外，当考虑到振荡电路的增益频率特性时，低频基波可能满足振荡条件。因此，在利用三次谐波的压电谐振元件中，强烈地需要对基波的抑制。

作为抑制基波以便不影响三次谐波的方法，可以考虑一种方法，它通过使用阻尼材料等，选择性地阻尼基波的漏振荡区域。但是，基波的漏振荡区域依赖于振动电极的大小。相应地，需要高度精确地应用阻尼材料，并且很难制造，并增加了加工次数。

在本发明中，不需要任何诸如阻尼材料等等专门的材料，以及附加所需的加工，提供了一种压电谐振器，它使基波有效地被抑制，并且利用了沿厚度方向的三次谐波。

图1A和1B分别是根据本发明的第一实施例的压电谐振器的截面侧视图和沿图1A的线A-A的截面图。

在本发明的能陷型压电谐振器1中，使第一和第二密封基片3和4结合，并连接到板状能陷型压电谐振器元件2的两个主表面，以便将压电谐振器元件2夹在它们之间。

压电谐振元件2由矩形压电基片5构成。压电基片5可以由诸如锆钛酸铅型陶瓷种类的压电陶瓷，或诸如石英等压电单晶制成。

在压电基片5的上表面5a的中间，形成第一振动电极6。在压电基片的下表面5b的中间，形成第二振动电极7。第一振动电极6和第二振动电极7通过压电基片5彼此相对地形成。

另外，如从图1B清楚地知道地，第一振动电极具有圆形的形状，并电气连接到引出电极8。引出电极形成得延伸到一个边缘5c，并在边缘5c的附近沿边缘5c前进。

通过相同的方法，在压电基片5的下表面5b上也形成圆形的振动电极7，并且将振动电极7电气连接到引出电极9。如此形成引出电极9，以延伸到通过振动部分与上述边缘5c相对而置的一个边缘。

通过诸如真空喷镀、电镀或喷溅等制造薄膜的方法，并采用导电胶，形成振动电极6和7，以及引出电极8和9。

第一和第二密封基片3和4与压电基片5同样具有平板形，用诸如氧化铝陶瓷或适当的电介质陶瓷制成。但是，通过使用其它绝缘或介质材料(诸如合成树脂等)可以构成密封基片3和4。

在本实施例中，在相互结合并连接到压电基片5的密封基片3和4的侧面上，形成矩形板状的凹形部分。凹形部分3a和4a构成密封空间10和11，以防止振动部分振动。

可以通过切割密封基片3和4形成凹形部分3a和4a。另外，可以通过各种模制方法形成其上将形成凹形部分3a和4a的密封基片3和4，以形成凹形部分3a和4a。

另外，关于密封基片3和4，具有凹形部分3a和4a的侧面用粘合剂(未示出)结合到压电谐振元件2。

即，在振动空间10和11外面，压电谐振元件2用粘剂结合并连接到密封基片3和4，通过这种方法，本发明中的密封部分在振动空间10和11的外面。相应地，密封部分的内部边缘与振动空间10和11的外部边缘相一致。

另外，在压电谐振元件2和密封基片3和4构成的层迭薄片的相对的端面上，形成外部电极12和13。可以使用诸如导电胶的涂敷和烘焙、真空蒸镀、喷溅等适当的方法，采用适当的导电材料形成外部电极12和13。

将外部电极12电气连接到引出电极8，并将外部电极13连接到引出电极9。

在压电谐振器1中，通过在外部电极12和13之间交替地施加电压，将沿厚度方向的纵向振动模式的激励施加给振动部分，该振动部分中振动电极6和7相对。由于部分地形成振动电极6和7，振动能量基本上限制在振动部分中。

在本实施例的压电谐振器1中，从由振动部分的激励产生的厚度方向的纵向振动模式中利用三次谐波。即，构成压电基片5的材料、压电基片5的尺寸、振动电极6和7的平坦的形状和面积，等等被如此选择，从而大大激励了三次谐波。但是，当将激励施加给振动部分时，不仅三次谐波，还有基波和五次谐波或更高的奇次谐波也受到激励。

本发明的一个特征是没有基波和五次谐波或更高奇次谐波，通过限制密封空间10和11的大小，有效地抑制基波。即，当用t表示压电基片5的厚度，用d表示从振动电极6和7的外部边缘到密封部分的最短距离时，使密封空间10和11满足0＜d/t＜5，这抑制了基波。

这里，参照附图2，更为详细地解释从振动电极到密封部分的最短距离。

从振动电极到密封部分的最短距离指从振动电极的外部边缘到周围的密封部分之间的最短距离。例如，如图2所示，当振动电极为圆形，并且密封部分的内部边缘是矩形(一点连线)时，假设振动电极6的部分从密封空间10的中心移开。在这种情况下，如图2中的距离d1到d4所示，其每一个密封部分侧面和振动电极之间的距离是不同的，但在距离d1到d4中，最短距离为从上述振动电极的外部边缘到密封部分的最短距离d。

根据具体的试验例子，解释为，如上所述，当从振动电极的外部边缘到密封部分的最短距离d满足0＜d/t＜5时基波得以抑制。

在本实施例中，将由PbTiO3制成的3.7mm×3.1mm×126μm(厚度t＝126μm)的压电基片5用作压电谐振元件2，并在压电基片5的上表面和下表面上形成振动电极6和7，其直径为0.4mm。另外，将由氧化铝陶瓷制成，3.7mm×3.1mm×0.4mm(厚度)的绝缘基片用作密封基片3和4。凹形部分3a和4a的尺寸为1.8mm×1.2mm×0.2mm(深度)。使用环氧树脂型粘剂结合并连接上述压电谐振元件2和密封基片3和4，并形成外部电极12和13。由此，得到压电谐振器1，它的谐振频率为60MHz，利用沿厚度方向的纵向振动的三次谐波。在这个压电谐振器中，d＝0.4mm，t＝126μm，并且d/t＝3.17。

上述实施例的压电谐振器的阻抗对频率特性示于图3A和3B的实线中。

为了比较，以相同的方法构成压电谐振器，不同的是d/t为6.35。并且，为了比较，由图3A和3B中的虚线C示出压电谐振器的阻抗对频率特性。

如图3A和3B所示，在比较的例子的压电谐振器中，由箭头E和E′表示的基波的响应比由箭头D和D’表示的三次谐波的响应更大。另一方面，在本实施例的压电谐振器中，知道由箭头F和F’表示的基波的响应减小。

本发明的发明人已经发现，如上所述，当使密封空间10和11在特定的范围内满足d/t的比值时，可以有效地抑制基波。然后，通过不同地变化上述d/t的比值，压电谐振器由和上述实施例相同的方法构成，并且测量它们的频率特性。结果示于图4中。

图4示出了在利用上述实施例的厚度方向的纵向振动的三次谐波的压电谐振器中d/t的比值变化时三次谐波和基波的相位值。实线G表示三次谐波的相位值，虚线H表示基波的相位值。

如从图4清楚地看见地，当d/t的比值小于5时，知道基波的响应还要减小。由此，在利用沿厚度方向的纵向振动的三次谐波的能陷型压电谐振器中，通过使d/t比值满足0＜d/t＜5，知道可以有效地抑制基波，并有效地使用厚度方向的纵向振动的三次谐波。

与三次谐波相比，通过使d/t的比值小于5，而使基波被大大抑制的原因考虑如下。即，当振动电极是例如圆形时，三次谐波的振荡区域以同心圆的形状在振动电极周围扩张。基波的漏振荡区域也以相同的方法扩张，但漏振荡区域比三次谐波的振荡区域扩张更大。因此，当d/t比值小于5时，三次谐波的漏振荡区域并不太多地受到密封部分的阻尼，并且只有基波的漏振荡区域受到阻尼，这就是被认为引起基波振动被有效抑制的原因。

另外，上述振动电极6和7的最佳尺寸依赖于工作频率。但是，实际上通常为每一个具有某范围的频带带宽形成相同大小的振动电极，并且相应地在这种类型的压电谐振器中，通常使少数尺寸类型的振动电极可加利用。由此，如上所述，考虑到具有凹形部分3a和4a的密封基片3和4，制备少数几种密封基片就足够了，并且不必制备各种密封基片。

在上述实施例中，将振动电极6和7制成环状，但如图5A所示，振动电极可以形成为矩形。图5A中的一点连线示出密封部分的内部边缘。这里，密封部分的内部边缘是矩形的，相应地，密封部分构成为矩形扁平形状。

另外，如图5B所示，具有圆形的内部边缘的密封部分可以与圆形的振动电极6构成在一起。即，密封空间10可以以扁平圆的形状与圆形振动电极6构成在一起。

另外，如图6所示，可以构成由一点连线I示出的圆形内部密封部分。即，可以以扁平圆形状与矩形振动电极15形成密封空间10。

另外，在压电谐振器1中，密封空间10和11由形成在密封基片3和4中的凹形部分3a和4a形成。但是，如图7所示，在密封基片21的一个主表面上，可以形成绝缘层23，它具有通孔22，作为密封空间。绝缘层23可以由形成图案的合成树脂、玻璃等材料形成，或通过将一个具有通孔22的绝缘板结合到密封基片21上而形成。

另外，施加粘剂，使其具有与图7所示的绝缘层23中相同的形状，并由粘剂结合密封基片21和压电谐振元件2。然后，可以通过使粘剂硬化而形成由通孔22始的密封空间。即，没有使用施加到密封空间中的粘剂和使用施加到密封空间中的粘剂，可以构成密封空间和密封部分。

在上文中，在根据本发明的第一方面的压电谐振器中，当用t表示压电基片的厚度，用d表示从第一和第二振动电极的外部边缘到密封部分的最短距离，当密封空间构成得满足0＜d/t＜5时，沿厚度方向的纵向振动的三次谐波的响应大体上不受影响，作为寄生信号的基波能够有效地受到抑制。

相应地，提供了一种利用沿厚度方向纵向振动的三次谐波，并具有良好的谐振特性的能陷型压电谐振器。由此，当将本发明的压电谐振器用于压电振荡器等中时，可以有效地防止由基波引起的反常振荡。

另外，在根据本发明的压电谐振器中，不需要配置/形成阻尼材料，用于抑制基波及执行其它复杂的加工。相应地，不需要使制造加工复杂化，实际上就可以提供具有良好谐振特性的更为便宜的能陷型压电谐振器。

根据本发明的第二实施例，当用粘剂将第一和第二密封基片结合并连接到压电谐振器时，如果仅仅构成上述密封空间，从而d/t比值处于上述特定范围内，仅仅通过将第一和第二密封基片结合到压电谐振元件，将可以容易地得到根据本发明的能陷型压电谐振器。

根据本发明的第三方面，在被结合并连接到压电谐振元件的第一和第二密封基片的侧面上形成凹形部分，并且凹形部分构成密封空间。相应地，仅仅通过根据要使用的压电谐振元件的谐振频率形成上述凹形部分，可以容易得提供利用三次谐波，并使基波确实地抑制的压电谐振器。

按照相同的方法，在根据本发明的第四实施例中，将具有通孔以构成密封空间的绝缘层设置在第一和第二密封基片和压电谐振元件之间。相应地，只有通过形成上述绝缘层的通孔的形状和尺寸，从而使上述d/t比值处于特定的范围内，能够确实地提供一种能陷型压电谐振器。

根据本发明的第五方面，在密封部分中，压电谐振元件和第一和第二密封基片用粘剂结合，并且不结合到构成密封空间的部分中。相应地当在未施加粘剂的部分构成密封空间时，只有通过控制施加粘剂的区域，才可以容易地构成根据本发明的压电谐振元件。

虽然已经参照较佳实施例，具体地示出和描述了本发明，熟悉本领域的人将知道在不背离本发明的主旨的条件下，可以有上述和其它形式或者细节上的变化。

Claims (5)

1.一种能陷型压电谐振器，其特征在于包含：

能陷型压电谐振元件，适合于以厚度方向的纵向振动的三次谐波振动，它包含压电基片、分别部分设置在压电基片两个主表面上以便彼此相对的第一和第二振动电极、第一和第二振动电极彼此相对的部分作为振动部分；

分别与所述第一和第二振动电极电气连接的第一和第二引出电极；

第一和第二密封基片，它们结合并连接到压电谐振元件的两个主表面，以将压电谐振元件夹在其中；

第一和第二外部电极，分别与所述第一和第二引出电极电气连接，设置在所述压电谐振元件和密封基片构成的层迭薄片的相对端面上，用于在其间交替施加电压；

密封空间，设置在第一和第二振动电极周围，以不妨碍振动部分振动；

密封部分，其中第一和第二基片结合并连接到密封空间周围的压电谐振元件；及

密封空间如此构成，从而满足0＜d/t＜5，其中用t表示压电基片的厚度，用d表示从第一和第二振动电极外缘到密封部分的最短距离。

2.如权利要求1所述的能陷型压电谐振器，其特征在于用粘剂将第一和第二密封基片结合并连接到压电谐振元件。

3.如权利要求1或2所述的能陷型压电谐振器，其特征在于将凹形部分设置在结合并连接到压电谐振元件的第一和第二密封基片的侧面上，其中凹形部分构成密封空间。

4.如权利要求1或2所述的能陷型压电谐振器，其特征在于在第一和第二密封基片和压电谐振元件之间设置具有通孔构成密封空间的绝缘层，并且通孔周围的绝缘层部分构成密封部分。

5.如权利要求2所述的能陷型压电谐振器，其特征在于在构成密封空间的部分内，不通过粘剂将第一和第二密封基片结合并连接到压电谐振元件，在密封部分中，通过粘剂将第一和第二密封基片结合并连接到压电谐振元件，从而在第一和第二振动电极周围设置密封空间。

Images