CN1156971C - 压电滤波器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压电滤波器件，它避免了现有技术存在的缺陷。特别是，本发明的较佳实施例提供了一种改进的压电滤波器件，它包含两个能量陷波型压电滤波器，每个的接地电极位于压电衬底基板内并且利用厚度延伸振动的二次谐波工作，从而产生具有稳定滤波器特性的改进压电滤波器件。
Description
技术领域
本发明涉及利用厚度延伸振动模式的二次谐波的能量陷波型压电滤波器件。特别是本发明涉及结构包括两个压电滤波器的压电滤波器件，压电滤波器经中继电容互相电学连接。
背景技术
图10为普通的利用厚度延伸振动模式的二次谐波的能量陷波型压电滤波器件的剖面图。
如图10所示，提供了包含沿其厚度方向极化的压电衬底基板52的压电滤波器51。接地电极53放置在压电衬底基板52的中央。在压电衬底基板52的上表面，相对接地电极53的一部分设置输入电极54，压电衬底基板的一部分插入其间。在压电衬底基板52的底面提供有输出电极55。同样，相对接地电极53的一部分部分设置输出电极55，压电衬底基板的一部分插入其间。而且在一定的位置上提供输出电极55从而使得输出电极55不经过压电衬底基板52与输入电极54交叠。
利用上述结构，一旦在输入电极54与接地电极53之间施加了输入信号，压电滤波器51就相当于借助厚度延伸振动的二次谐波工作的双模式滤波器，由此经输出电极55产生输出信号。
另一种普通的压电滤波器件包括两个压电滤波器51，并且两个压电滤波器51经中继电容与接地电势电学相连。
但是在上述普通压电滤波器件中，两个压电滤波器51经中继电容互相电学连接。一个压电滤波器51接地电极53的高度不同于另一个的高度。因此压电滤波器件难以获得一致的特性。
在上述压电滤波器51中，接地电极53位于压电衬底基板52厚度方向上的中心位置。通常通过切割压电衬底母板获得压电滤波器51。但是在压电衬底母板内无法避免翘曲和波纹。
毫无疑问，当测试利用这种方法制造的压电滤波器51时，接地电极高度随压电滤波器而不同。因此在上述普通的包括两个经中继电容互相电学连接的压电滤波器51的压电滤波器件中，一个压电滤波器51接地电极53的高度与另一个的不同。因此这种压电滤波器件难以获得一致的特性。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种压电滤波器件，它避免了上述现有技术存在的缺陷。特别是，本发明的较佳实施例提供了一种改进的压电滤波器件，它包含两个能量陷波型压电滤波器，每个的接地电极位于压电衬底基板内并且利用厚度延伸振动的二次谐波工作，从而产生具有稳定滤波器特性的改进压电滤波器件。
按照本发明的较佳实施例，压电滤波器件利用厚度延伸振动模式的二次谐波工作并且包括借助插入其间的中继电容相互电学连接的第一压电滤波器和第二压电滤波器，第一和第二压电滤波器沿厚度方向极化并且包括：一对互相相对的压电衬底基板，每个基板包含第一主表面和第二主表面；位于每个压电衬底基板内的接地电极；提供于每个压电衬底基板的第一主表面的输入电极，输入电极与接地电极的一部分相对，其间插入一部分的压电衬底基板；提供于每个压电衬底基板的第二主表面的输出电极，输出电极与接地电极的一部分相对，其间插入一部分的压电衬底基板。
当第一压电滤波器的第一主表面与相邻接地电极之间的距离为ta1，第一压电滤波器的第二主表面与相邻接地电极之间的距离为tb1，第二压电滤波器的第二主表面与相邻接地电极之间的距离为ta2，第二压电滤波器的第一主表面与相邻接地电极之间的距离为tb2时，第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度分别为T1和T2，tb1-ta1为0-0.1T1，tb2-ta2为0-0.1T2，或者tb1-ta1为-0.1T1-0，tb2-ta2为-0.1T2-0。
比较好的是，第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度T1和T2基本相等。
更加好的是，当第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度T1和T2基本相等并且厚度为T时，在包括tb1-ta1和tb2-ta2的垂直坐标系中，tb1-ta1和tb2-ta2落在如图1所示的范围A或B内。
而且在按照本发明较佳实施例中，第一和第二压电滤波器可以分开形成，或者层叠在一起以限定一个整体从而不抑制压电振动部分的振动。
通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述将进一步理解本发明的其他特征、单元、特性和优点。
附图说明
图1为按照本发明较佳实施例的压电滤波器件中tb1-ta1与tb2-ta2之间的关系的曲线图。
图2为按照本发明较佳实施例的压电滤波器件的示意图。
图3为图2所示压电滤波器件第一压电滤波器电极结构的分解透视图。
图4A和4B为按照本发明较佳实施例的实验例的压电滤波器件滤波特性的曲线图。
图5A和5B为按照本发明较佳实施例的实验例的另一压电滤波器件滤波特性的曲线图。
图6A和6B为按照本发明较佳实施例的实验例的另一压电滤波器件滤波特性的曲线图。
图7A和7B为按照本发明较佳实施例的实验例的另一压电滤波器件滤波特性的曲线图。
图8A和8B为按照本发明较佳实施例的实验例的另一压电滤波器件滤波特性的曲线图。
图9为按照本发明较佳实施例的实验例的压电滤波器件中tb1-ta1与tb2-ta2之间的关系的曲线图。
图10为普通压电滤波器实例的剖面图。
具体实施方式
以下详述本发明较佳实施例以便理解本发明。
图2为按照本发明较佳实施例的压电滤波器件的示意图。
如图2所示，压电滤波器件1包括第一压电滤波器2、第二压电滤波器3和中继电容4。
第一和第二压电滤波器2和3构成利用厚度延伸振动模式二次谐波工作的能量陷波型双模式压电滤波器。
第一压电滤波器2包括压电衬底基板5。压电衬底基板5比较好的是由诸如钛酸锆酸铅陶瓷之类的压电陶瓷或其他合适的陶瓷组成，整个基板随后沿厚度方向作极化处理。
而且在压电衬底基板5内基本平行于基板5的第一主表面5a和第二主表面5b设置接地电极6。而且在压电衬底基板5的第一主表面5a上提供输入电极7。输入电极7的位置面向接地电极6的一部分，压电衬底基板5的一部分插入其中。
在压电衬底基板5的第二主表面5b上提供输出电极8。输出电极8的位置面向接地电极6的一部分，压电衬底基板5的一部分插入其中。特别是，输出电极8设置为不面向输入电极7，整个压电衬底基板5插入其中。
上述接地电极6、输入电极7和输出电极8比较好的是通过涂敷导电胶然后作烘干处理形成。它们也可以借助薄膜形成技术(利用汽相淀积方法或溅射方法或其他合适的方法)形成。
如图3所示，制备包括压电陶瓷的三块生片9-11。随后通过涂敷导电胶在生片9-11上印制接地电极6和输出电极8。接着将生片9-11层叠并沿厚度方向作挤压处理，随后作烘干处理，从而获得压电滤波器2。
但是通常为了提高生产率，需要使用母板生片。在将几块母板生片层叠之后获得层叠的母板体。随后烘干层叠的母板体并且根据需要切割产生多个压电滤波器2。
第二压电滤波器3比较好的是具有与第一压电滤波器2相同的结构。第二压电滤波器3包含压电衬底基板15，接地电极16提供于压电基板15内。而且在压电衬底基板15的第一主表面15a上提供输入电极17，并在第二主表面15b上提供输出电极18。
而且第一压电滤波器2的输出电极8与第二压电滤波器15的输入电极17借助连接在电学连接点A与接地电势之间的中继电容4互相连接。
中继电容4独立于上述包含第一和第二压电滤波器2和3的结构形成。另外，中继电容4可以与第一和第二压电滤波器2和3整体形成。
这样，本较佳实施例的压电滤波器件1的特征在于当第一压电滤波器2的第一主表面5a与接地电极6之间的距离为ta1，第一压电滤波器2的第二主表面5b与接地电极6之间的距离为tb1，第二压电滤波器3的第二主表面15b与接地电极16之间的距离为ta2，第二压电滤波器3的第一主表面15a与接地电极16之间的距离为tb2时，压电衬底基板5和15的厚度分别为T1和T2，tb1-ta1和tb2-ta2的范围为：
tb1-ta1为0-0.1T1，tb2-ta2为0-0.1T2，或者tb1-ta1为-0.1T1-0，tb2-ta2为-0.1T2-0。
比较好的是，参见图1，tb1-ta1和tb2-ta2落在范围A或B内。
在较佳实施例的压电滤波器中，由于tb1-ta1和tb2-ta2落在范围内，所以一个滤波器的特性与另一个相差不大。如果tb1-ta1和tb2-ta2不落在上述范围内，则难以获得出色的滤波器特性。
为了制造压电滤波器2和3，制造了每个尺寸约为3.0×3.0×0.35毫米的压电衬底基板5、15，衬底基板由钛酸锆酸铅组成。而且在第一和第二压电滤波器2和3中，输入电极和输出电极的每一个的面积约为0.48平方毫米，每个接地电极具有宽度约为1.7毫米的搭接结构。如图2所示，上述第一和第二压电滤波器2和3与电容约为70皮法的中继电容4相连，从而提供压电滤波器件1。
而且几个压电滤波器件1具有不同的tb1-ta1和tb2-ta2。图4A和4B-图8A和8B示出了这样制造的每个压电滤波器件的特性。图4A和4B-图8A-8B所示滤波特性示于表1内，其中表出了tb1-ta1和tb2-ta2。而且在图4-图8中，每条虚线代表一组延迟时间。
| 图9中的表1点 | 滤波器特性 | tb1-ta1 | tb2-ta2 |
| C | 图4A | 17 | 12 |
| D | 图4B | 36 | 17 |
| E | 图5A | 51 | 42 |
| F | 图5B | -11 | -14 |
| G | 图6A | -36 | -32 |
| H | 图6B | -45 | -13 |
| I | 图7A | -19 | 18 |
| J | 图7B | -17 | 42 |
| K | 图8A | 17 | -2 |
| L | 图8B | 32 | -42 |
(单位：微米)
此外，在图9的垂直坐标系上画出每个上述压电滤波器件tb1-ta1和tb2-ta2。的位置，水平轴表示tb1-ta1而垂直轴表示tb2-ta2。
由如图4-9可见，当tb1-ta1在特定范围内时，可以获得出色的滤波性能。另一方面，当tb2-ta2不在特定范围内时，在带通区域出现纹波现象。
但是虽然在上述实验中第一和第二压电滤波器2和3的压电衬底基板5和15的厚度T1和T2基本上相互相等，但是厚度T1和T2也可以不同。
而且虽然在上述实验中，压电滤波器2和3分开制造，并且中继电容4连接在滤波器之间，但是第一和第二压电滤波器2和3也可以层叠在一起形成一体结构。此时通过在限定第一和第二压电滤波器2和3的两块压电衬底基板上提供互相相对的一对电极形成中继电容4。
而且在按照本发明较佳实施例的压电滤波器件中，由于tb1-ta1和tb2-ta2被设定在上述特定范围内，所以获得了滤波器件的稳定特性。特别是，由于每个压电滤波器件借助厚度延伸振动模式的二次谐波工作并且包括借助插入其中的中继电容互相连接的第一和第二压电滤波器，因此许多滤波器的特性不会相差太大。
特别是，当第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度T1和T2基本相等并且厚度为T时，在包含tb1-ta1和tb2-ta2的正交座标系统内，tb1-ta1和tb2-ta2的值落在图1的范围A或B内。这样，每个滤波器件获得进一步的稳定特性。
而且在按照本发明较佳实施例的压电滤波器件中，由于第一和第二压电滤波器可以层叠在一起限定为一体，所以没有抑制压电振动部分的振动，提供了具有稳定滤波器特性并且体积小的大大改进的压电滤波器件。
虽然借助较佳实施例描述了本发明，但是本发明的精神和范围由权利要求限定。
Claims (17)
1.一种利用厚度延伸振动模式的二次谐波工作的压电滤波器件，其特征在于包括：
相互电学连接的第一压电滤波器和第二压电滤波器；
插入在第一和第二压电滤波器之间的中继电容，第一和第二压电滤波器沿厚度方向极化，第一和第二压电滤波器的每个包括：
一对互相相对的压电衬底基板，每个基板包含第一主表面和第二主表面；
位于每个压电衬底基板内的接地电极；
提供于每个压电衬底基板的第一主表面的输入电极，输入电极与接地电极的一部分相对，所述输入电极与所述接地电极之间部分插入压电衬底基板之一；
提供于每个压电衬底基板的第二主表面的输出电极，输出电极与接地电极的一部分相对，所述输出电极与所述接地电极之间部分插入压电衬底基板之一；
其中第一压电滤波器的第一主表面与相邻接地电极之间的距离为ta1，第一压电滤波器的第二主表面与相邻接地电极之间的距离为tb1，第二压电滤波器的第二主表面与相邻接地电极之间的距离为ta2，第二压电滤波器的第一主表面与相邻接地电极之间的距离为tb2，第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度分别为T1和T2，tb1-ta1为0-0.1×T1，tb2-ta2为0-0.1×T2，或者tb1-ta1为-0.1×T1-0，tb2-ta2为-0.1×T2-0。
2.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度T1和T2相等。
3.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于所述压电衬底基板对由压电陶瓷构成。
4.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于所述压电衬底基板对由钛酸锆酸铅的陶瓷构成。
5.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于第一和第二压电滤波器层叠在一起以限定一个整体从而不抑制第一和第二压电滤波器的振动。
6.如权利要求2所述的压电滤波器件，其特征在于第一和第二压电滤波器层叠在一起以限定一个整体从而不抑制第一和第二压电滤波器的振动。
7.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于压电衬底基板对的尺寸为3.0毫米×3.0毫米×0.35毫米。
8.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于输入和输出电极的每一个的面积为0.48平方毫米。
9.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于所述接地电极具有搭接片结构。
10.如权利要求9所述的压电滤波器件，其特征在于所述搭接片结构的宽度为1.7毫米。
11.如权利要求1所述的压电滤波器件，其特征在于所述中继电容的电容为70皮法。
12.一种压电滤波器件，其特征在于包括：
第一压电滤波器，包括具有第一和第二主表面的第一压电衬底基板、提供于第一压电衬底基板内的接地电极；
第二压电滤波器，包括具有第一和第二主表面的第二压电衬底基板、提供于第二压电衬底基板内的接地电极；
插入在所述第一和第二压电滤波器之间的中继电容；
提供于第一和第二压电衬底基板每一个的第一主表面的输入电极，所述输入电极与接地电极的一部分相对，所述输入电极与所述接地电极之间部分插入压电衬底基板之一；
提供于第一和第二压电衬底基板每一个的第二主表面的输出电极，输出电极与接地电极的一部分相对，所述输出电极与所述接地电极之间部分插入压电衬底基板之一；
其中第一压电滤波器的第一主表面与相邻接地电极之间的距离为ta1，第一压电滤波器的第二主表面与相邻接地电极之间的距离为tb1，第二压电滤波器的第二主表面与相邻接地电极之间的距离为ta2，第二压电滤波器的第一主表面与相邻接地电极之间的距离为tb2，第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度分别为T1和T2，tb1-ta1为0-0.1×T1，tb2-ta2为0-0.1×T2，或者tb1-ta1为-0.1×T1-0，tb2-ta2为-0.1×T2-0。
13.如权利要求12所述的压电滤波器件，其特征在于压电滤波器件的结构为工作在厚度延伸振动模式的二次谐波下。
14.如权利要求12所述的压电滤波器件，其特征在于第一和第二压电滤波器沿厚度方向极化。
15.如权利要求12所述的压电滤波器件，其特征在于第一和第二压电滤波器的压电衬底基板的厚度T1和T2相等。
16.如权利要求12所述的压电滤波器件，其特征在于第一和第二压电滤波器层叠在一起以限定一个整体从而不抑制第一和第二压电滤波器的振动。
17.如权利要求15所述的压电滤波器件，其特征在于第一和第二压电滤波器层叠在一起以限定一个整体从而不抑制第一和第二压电滤波器的振动。
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