CN1162966C - 压电谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压电谐振器，它具有能够容易制造，并且精确地阻尼厚度垂直振动模式基波，同时有效地利用以三次谐波为基础的谐振特性的结构。在压电谐振器中，第一和第二激励电极位于压电基片的两个主表面上，将引出电极和端子电极设置在第一和第二激励电极的每一个上，并且将端子电极中的每一个安排得占据不小于与每一个激励电极的外围边缘相距法线距离1.2d到2d的区域的环形区域的面积的10%。

Description

压电谐振器

技术领域

本发明涉及一种使用厚度垂直振动模式的三次谐波的压电谐振器，尤其涉及一种有效地利用由三次谐波产生的谐振特性，并且同时防止产生引起寄生响应的基波的压电谐振器。

背景技术

传统地，一种能陷型压电谐振器已经被广泛地应用于压电振荡器以及其它装置中。第6-112756号日本未审查专利公告中揭示了一种将使用厚度垂直振动的三次谐波的压电谐振器用作能够用于更高频率范围中的谐振器。

如图10中说明的，传统的压电谐振器51中，激励电极53位于由压电陶瓷制成的压电基片52的上表面的中心部分。

在压电基片52的下表面的中心部分，安排另一个激励电极(图中未示)，以便与激励电极53相对，其中将压电基片52布置在它们之间。这些设置在两个主表面上的激励电极确定了利用垂直振动模式的三次谐波的能陷型压电谐振部分。

在压电基片52的上表面上，将引出电极54连接到激励电极53，并将端子电极55连接到引出电极54的外端。同样地，在压电基片52的下表面上，将引出电极和端子电极连接到激励电极。但是，位于下表面上的端子电极被设置在由位于压电基片52的上表面上的端子电极55相对的端部。

还有，压电谐振器51涂敷有由树脂构成的阻尼材料56。阻尼材料56布置在当驱动压电谐振器51时，基波的激励区域与厚度垂直振动的三次谐波之间的区域中。即，在利用厚度垂直振动模式的压电谐振器51中，基波的激励区域位于三次谐波的外面。因此，将阻尼材料56施加到两个激励区域之间的区域外面的区域，允许通过仅仅阻尼基波并微小地阻尼三次谐波来利用三次谐波。

在这种情况下，未施加阻尼层的圆形开口56的直径是所使用的三次谐波的波长的6到12倍。

但是，在压电谐振器51中，施加和安排阻尼材料56的精确度是不充分的，并且，因此，压电谐振器51无法充分阻尼基波。

还有，由于将阻尼材料56安排得围绕激励电极53，压电谐振器51必须具有比阻尼材料56的开口56的直径大得多的尺寸。这使得难以减小压电谐振器51的尺寸。

另外，由于将阻尼材料56安排得围绕激励电极53，故有危险，即在热冲击时，在压电基片52中产生爆裂，外力或其它应力施加到压电基片52。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种小得多的能陷型压电谐振器，它容易而精确地使厚度垂直振动模式的基波的阻尼最大，同时有效地利用由厚度垂直振动模式的三次谐波产生的谐振特性。

根据本发明的较佳实施例的压电谐振器包含：具有互相相对的第一和第二主表面的压电基片；分别设置在所述第一基片的所述第一和第二主表面的部分上的第一和第二激励电极，所述第一和第二激励电极通过所述第一基片在所述第一主表面和所述第二主表面上相对；分别电气连接到所述第一和第二激励电极的第一和第二引出电极，所述第一和第二引出电极分别设置在所述压电基片的第一和第二主表面上；和安排得建立外部连接的第一和第二端子电极，所述第一和第二端子电极分别设置在所述第一和第二引出电极的端部，所述端部与连接所述各个第一和第二激励电极的侧相对；其中，所述第一和第二端子电极的每一个都设置得以便占据不小于包含与所述第一和第二激励电极中的每一个的外围边缘相距1.2d到2d的法线距离的区域的环形区域的面积的10％，其中所述第一和第二激励电极中的每一个的直径是d。

在本发明的各种较佳实施例中的另一个方面，包含与第一和第二激励电极中的每一个的外围边缘相距法线距离1.2d到2d的区域的环形区域是所述第一和第二端子电极中的每一个的基波和三次谐波的激励区域之间的区域。

在本发明的各种较佳实施例中的另一个方面，将焊料设置在所述第一和第二端子电极占据的面积不小于所述环形区域的面积的10％的部分的至少一部分上。

根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器，将焊接层安排得在所述第一和第二端子电极的整个上表面上延伸。

根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器，还包含：通过焊接结合到所述各个第一和第二端子电极的第一和第二引线端子。

根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器，压电基片是矩形的。

根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器，压电基片由压电陶瓷和压电单晶之一制成。

根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器，第一和第二激励电极是圆形的。

根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器，第一和第二激励电极中的每一个包含电极延伸部分，莫过于所述电极延伸部分设置在0.3mm到0.5mm的尺寸的范围。

根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器，没有阻尼材料设置在压电基片上。

根据本发明的其它较佳实施例压电谐振器可以构成为片型压电谐振元件。

从下面参照附图对本发明的较佳实施例的详细的描述，本发明的上述和其它新的特点、特征、优点和元素将是显然的。但是应该明白地知道，附图仅仅用于说明。而不定义为对本发明的限定。

附图说明

图1A是根据本发明的第一较佳实施例的压电谐振器的透视图；

图1B是根据本发明的第一较佳实施例的压电谐振器的平面图；

图2是示出激励电极的半径与对应于三次谐波的激励区域的外围边缘的假想环的半径之间的尺寸差B，和根据第一较佳实施例的压电谐振器中基波与三次谐波的响应(相位值)之间的关系的示图。

图3是示出在离开激励电极的外围边缘法线距离大约1.2d和大约2d之间的范围内，在环形区域中电极延伸部分的比值与基波和三次谐波的响应之间的关系。

图4是平面图，示出本发明的第一较佳实施例的压电谐振器的修改例子。

图5是平面图，示出根据本发明的第二较佳实施例的压电谐振器的修改的例子。

图6是示出根据本发明的较佳实施例的压电谐振器的示图；

图7是平面图，示出本发明的第二较佳实施例的压电谐振器的另一个修改例子。

图8是平面图，示出本发明的第二较佳实施例的压电谐振器的再一个修改例子。

图9是平面图，示出本发明的第二较佳实施例的压电谐振器的另一个修改例子。

图10是平面图，示出传统的能陷型压电谐振器。

具体实施方式

在图1A和1B中示出根据本发明的第一较佳实施例的压电谐振器。压电谐振器1最好具有基本上矩形的压电基片2。压电基片2较好地还可以由诸如锆钛酸铅基陶瓷之类的压电陶瓷，或诸如石英之类的压电单晶制成。在由压电陶瓷制成压电基片2的情况下，沿厚度方向极化压电基片2。

在压电基片2的上表面2a的大致中心部分，设置基本上圆形的第一激励电极3。引出电极4与第一激励电极3连接，并且将端子电极5连接到引出电极4的外端。

在压电基片2的下表面上，将第二距离电极6安排得与第一激励电极3相对，并将压电基片2设置在其间。使第二引出电极7与第二激励电极6连接，并将第二端子电极8连接到第二引出电极7的外端。

沿由压电基片2的端面2d和上表面2a定义的边缘的长度，将端子电极5安排在压电基片2的上表面2a上。还有，端子电极5具有电极延伸部分5a，它在端面2e侧朝端面2c侧延伸。使电极延伸部分5a构成得位于图1B所示的假想环A的外面。

假想环A最好设置在离激励电极3的外围边缘在法线距离大约1.2d处。

本较佳实施例包含新的特点，即如此安排电极延伸部分5a和电极延伸部分8a，从而每一个上述端子电极5和8占据一个区域，该区域不小于环形区域面积的大约10％，所述环形区域与激励电极3和6的每一个的外围边缘法线距离相距大约1.2d到2d。

下面，根据本发明的较佳实施例的具体例子，将描述以由上述电极延伸部分5a和8a的新的安排得到的基波为根据的寄生响应的最小化。

作为压电基片2，制备基本上矩形的，由PZT-基陶瓷制成，并且大致尺寸为2.35mm×3.70mm×0.48mm(厚度)压电基片。在压电基片2的两个主表面的大致中心部分处设置直径为大约1.4mm的激励电极3和6，图1B中的距离L，即从引出电极4的外端到端面2d的距离L为大约0.4mm。通过改变假想环A和激励电极3之间的半径B的差制成各种压电谐振器，并且测量其相位一频率特性。图2示出由相位-频率特性表示的基波和三次谐波的响应。

在图2中，水平轴示出假想环A和激励电极3之间的半径差B，竖轴示出基波和三次谐波的响应的大小。这里，传统的压电谐振器的基波和三次谐波的相位值(由“非电极延伸部分”表示)，即，没有电极延伸部分5a和8a的压电谐振器都设置为1。图2所示的相对值表示在其它压电谐振器中，相对于上述预定相位值，基波和三次谐波的关系。

可以从图2中看到，在从大约0.3mm到大约0.5mm的尺寸B的范围内，三次谐波的响应基本上传统的，没有电极延伸部分5a和8a的压电谐振器的响应，但是，基波大大而有效地被阻尼。当尺寸B为大约0.2mm时，不仅仅基波大大而有效地阻尼，并且还显著阻尼了三次谐波的响应。

由此，如果将电极延伸部分5a和8a的每一个都设置在B的尺寸为大约0.3到大约0.5mm的范围内，换句话说，在与每一个激励电极3和6的外围边缘相距大约1.2d到大约2d距离的环形区域，其中激励电极3和6的直径达到d，三次谐波被大大而有效地利用，同时，有效地阻尼基波。

通过和上述例子相同的途径，还发现为了具有高度有效的电极延伸部分5a和8a，在与每一个激励电极3和6的外围边缘相距大约1.2d到大约2d的法线距离的区域的环形区域外面，每一个电极延伸部分5a和8a应该占据多少面积。

具体地说，对于在上述例子中制备的压电谐振器，通过改变在尺寸B为大约0.3到大约0.5mm的范围内，通过改变在尺寸B大约0.3到大约0.5mm的区域中由电极延伸部分5a和8a占据的面积，测量相位-频率特性。在图3中，示出表示相位-频率特性的基波和三次谐波的响应。

图3中，水平轴示出在从大约1.2d到大约2d的环形区域中，在B为大约0.5mm的区域中电极延伸部分5a和8a的比值(％)，而竖轴示出在图2情况下基波和三次谐波的响应(相位的相对值)。这里，将电极延伸部分5a和8a的比值为0％情况下的基波和三次谐波的相位值设置为1。如图3所示的相对值表示在几个压电谐振器中，对于上述相位值，基波和三次谐波的相对比值。

从图3可以看到，如果将每一个电极延伸部分5a和8a安排得占据小于与激励电极3和6中的每一个的外围边缘相距的法线距离大约1.2d到大约2d的范围内的环形区域的面积的大约10％，基波的阻尼不充足。

可以认识到，如果激励电极3和6的直径达到d，如果将电极延伸部分5a和8a每一个安排得占据不小于与每一个激励电极3和6的外围边缘相距大约1.2d到大约2d的法线距离范围内的环形区域的面积的大约10％，可以有效利用三次谐波，同时阻尼基波。

在第一较佳实施例中，虽然将电极延伸部分5a和8a都安排得与假想环A的外围边缘连接，以便位于假想环A的外面，但是并不具体地限定电极延伸部分的配置。例如，如图4中所示的，可以安排具有任意突出和凹下的电极延伸部分5b，从而占据了上述法线距离为大约1.2d的假想环C与所述法线距离为大约2d的假想环A之间的区域的面积的大约10％。

还有，如图5中所示，电极延伸部分5a可以如此修改，从而设置线形部分5c，它引导至压电基片2的侧表面2e。在这种情况下，类似于线形部分5c，线形部分8c也可以为压电基片2的下表面2b上的端子电极8而设置，即，线形部分5c和8c可以在侧表面2e侧相对。

在图6中，示出根据本发明的第二较佳实施例的压电谐振器11。

在第二较佳实施例的压电谐振器11中，最好以和图5所示的压电谐振器1的修改例子相同的方式构成端子电极5，但是，不同的是将焊接层12设置在端子电极5上。

将焊接层12设置在端子电极5上的一部分处，该部分占据的面积不小于法线距离大约1.2d到大约2d上延伸的区域面积的大约10％，即，电极延伸部分5a的一部分。在这种情况下，设置焊接层12实现对基波非常有效的阻尼。

在其它方面中，第二较佳实施例最好类似于第一较佳实施例，从而将省略其解释，并且为了避免重复，将利用第一较佳实施例的解释中相应的部分。因此，在第一和第二较佳实施例中，将由相同的标号表示相同的部分。

同时，可将上述焊接层12设置在电极延伸部分5a的整个区域上，还可以如此安排，以便覆盖端子电极5的整个区域。

还有，通过相同的方法，可以为下表面上的端子电极8可以设置焊接层。

在图7到9中，示出根据本发明的第二较佳实施例的修改例子。

在如图7所示的压电谐振器13中，端子电极5如此设置，从而不覆盖压电基片2的端面2d的整个宽度。还有，将电极延伸部分5a设置在端子电极5的内侧，并将焊接层12安排得在电极延伸部分5a上延伸。

在图8所示的压电谐振器14中，端子电极5的电极延伸部分5a位于引出电极4的两侧，并且还有多个焊接层12分布在端子电极5的电极延伸部分5a上。当提供焊接层时，焊接层可以以这种方式分布成多个焊接层12。

图9中所示的压电谐振器中，将端子电极5安排得不延伸到压电基片2的一个侧表面2，并且将焊接层12设置在端子电极5的整个上表面上。

如从图7到9所示的，在根据本发明的各种较佳实施例的压电谐振器还，只要将端子电极安排得占据不小于基波和三次谐波的激励区域之间的区域的面积的10％，端子电极5和8的配置可以适当的改变，并且当在第二较佳实施例的情况下形成焊接层时，焊接层的形成部分的形状也可以适当改变。

另外，根据本发明的各种较佳实施例的压电谐振器可以通过将第一和第二引线端子通过焊料连接到端子电极5和8，构成为带有引线的压电谐振元件，或者通过将压电谐振器1容纳在适当的封装结构中而构成片型压电谐振元件。

如上所述，在根据本发明的各种较佳实施例的压电谐振器中，由于将第一和第二端子电极中的每一个都安排得占据不小于与每一个激励电极的外围边缘的法线距离大约1.2d到大约2d的区域中的环形区域的面积的大约10％的面积，大大而有效地阻尼了基波，并且以三次谐波为基础的谐振特性得到有效利用，这允许提供一种能陷型压电谐振器，它利用厚度垂直模式的三次谐波，并具有极好的谐振特性。

另外，传统的压电谐振器需要使用由树脂等材料构成的阻尼材料，以阻尼基波，而根据本发明的各种较佳实施例的压电谐振器仅通过使端子电极延伸得占据不小于上述区域的面积的大约10％的面积延伸端子电极，而有效并大大阻尼了基波。结果，能够容易的制造和高精度地形成本发明的较佳实施例，因此，根据本发明的各种较佳实施例的压电谐振器能够更加有效地阻尼基波，还允许减小装置的尺寸。

如果将焊料设置在电极延伸部分的至少一部分上，其中该部分安排得占据不小于基波和三次谐波的激励区域之间的区域面积的10％，加焊料的质量的影响达到非常有效地阻尼基波。

如果将焊料设置在端子电极的整个上表面上，则更加有效的阻尼基波，并且通过利用焊料，容易地实现引线端子或封装与连接电极等的电气连接和物理结合。

如果通过焊料将第一和第二引线端子结合到第一和第二端子，根据本发明的较佳实施例，不仅仅基波受到有效的阻尼，同时可以提供一种带有引线的压电谐振元件，它能够有效利用三次谐波的谐振特性。

虽然已经参照本发明的较佳实施例描述了本发明，根据上述教义，本发明可以有各种修改和变化。因此应当知道，在所附的权利要求的范围内，本发明除了具体描述的以外，还可以有其它实践方式。

Claims (10)

1.一种使用厚度垂直振动模式的三次谐波的压电谐振器，包含：

具有互相相对的第一和第二主表面的压电基片；

分别设置在所述压电基片的所述第一和第二主表面的部分上的第一和第二激励电极，所述第一和第二激励电极通过所述第一基片在所述第一主表面和所述第二主表面上相对；

分别电气连接到所述第一和第二激励电极的第一和第二引出电极，所述第一和第二引出电极分别设置在所述压电基片的第一和第二主表面上；和

安排得建立外部连接的第一和第二端子电极，所述第一和第二端子电极分别设置在所述第一和第二引出电极的端部，所述端部与连接所述各个第一和第二激励电极的侧相对；

其特征在于，所述第一和第二端子电极的每一个都设置得以便占据不小于包含与所述第一和第二激励电极中的每一个的外围边缘相距1.2d到2d的法线距离的区域的环形区域的面积的10％，其中所述第一和第二激励电极中的每一个的直径是d。

2.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于包含与第一和第二激励电极中的每一个的外围边缘相距法线距离1.2d到2d的区域的环形区域是所述第一和第二端子电极中的每一个的基波和三次谐波的激励区域之间的区域。

3.如权利要求2所述的压电谐振器，其特征在于将焊接层设置在所述第一和第二端子电极占据的面积不小于所述环形区域的面积的10％的部分的至少一部分上。

4.如权利要求2所述的压电谐振器，其特征在于将焊接层安排得在所述第一和第二端子电极的整个上表面上延伸。

5.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于还包含：

通过焊接结合到所述各个第一和第二端子电极的第一和第二引线端子。

6.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于压电基片是矩形的。

7.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于压电基片由压电陶瓷和压电单晶之一制成。

8.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于第一和第二激励电极是圆形的。

9.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于第一和第二激励电极中的每一个包含电极的延伸部分，每个所述电极的延伸部分设置在0.3mm到0.5mm的尺寸的范围。

10.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于没有阻尼材料设置在压电基片上。

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