CN1187897C - 压电滤波器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有能量陷波的压电滤波器，具有第一和第二压电基片及两者之间的粘接片层压结构。粘接片的弹性系数在0.5MPa至3000MPa之间，粘接片有最少一个开槽，并且该开槽以构成外部电极的材料填充。
Description
技术领域
本发明涉及一种可作为带通滤波器使用的片型压电滤波器及其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种具有多层压电基片结构的压电滤波器及其制造方法，在其上装有能量陷波器，每层之间有粘接涂层，通过层压结合。
背景技术
常规上，各种类型的片型压电滤波器是这样构造的，构成压电滤波器单元的多层压电基片通过其间的粘合层叠压而成。例如在日本公开号为10-335976，10-135769，11-68509的未审查专利申请中有披露。
图5为日本公开号为11-68509的未审查的专利申请中所公开的能量陷波滤波器101的剖视图。
在此公开例中，能量陷波滤波器101包括第一压电基片102和第二压电基片103。第一压电基片102包括第一压电滤波器元件104和转换电容105，第二压电基片103包括第二压电滤波器元件106和转换电容(未画出)。第一压电基片102下表面电极和第二压电基片103上表面电极形状基本相同。另外，第二压电基片103下表面电极和第一压电基片102上表面电极形状基本相同。
第一和第二压电基片102和103与中间的绝缘垫片107层压而成，并且压电基片102和103与外侧分别的绝缘垫片108和109进行层压。另外，垫片108和109的外侧分别叠有外壳基片110和111。片型压电滤波器101由上述元件叠压而成，并在层压制品外表面形成外部电极。
垫片107至109具有贯穿孔107a至109a，分别为压电基片102及103上的压电滤波器104和106提供充分空间，从而使其在垫片107至109内部自由振动。在垫片107的外围有开槽107b至107d，同时垫片108和109分别有开槽108b和109b。开槽107b至107d，108b及109b使用构成外部电极的导电材料填充。更具体的是在包括上述元件的层压制品外侧使用导电材料构成外部电极，用同样方式，此种导电材料也用于填充开槽107b至107b，108b及109b。因此，可提高电路的可靠性。
与其它电子元件类似的是，需要减小图5所示的常规片型压电滤波器的体积，特别是厚度。
为了减小厚度，必须减小压电基片102和103之间的垫片107和层压在其外侧垫片108及109的厚度。可是，常规的片型压电滤波器101只能有限的减少垫片107至109或垫片107至109之间绝缘粘接层的厚度。所以，很难真正降低此类元件的厚度。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了一种比常规器件容易做得薄的高可靠的能量陷波压电滤波器，它的电极电连接可靠性大地改善。另外，本发明的优选实施例提供了一种能量陷波压电滤波器的生产方法。
根据本发明的优选实施例，能量陷波包括一个具有第一压电滤波器元件和第一转换电容的第一压电基片，一个具有第二压电滤波器元件和第二转换电容的第二压电基片，在第一和第二压电基片之间的粘接层，以及置于层压结构外侧的多层外部电极，通过层压固定第一和第二压电基片及粘接层。粘接层的弹性系数最好在0.5MPa至3000Mpa之间，同时粘接层的边缘最少有一个开槽。另外，构成外部电极的材料起码应插入该至少的一个槽内。
粘接层应有一个贯穿孔以使第一和第二压电滤波器在其内部具有充分的自由振动的空间。
另外，粘接层应由预先经过热固化处理的粘接片构成。
最好是该开槽用构成外部电极的材料填充。
依照本发明的其它优选实施例，一种压电滤波器的制造方法包括以下步骤：制备包括第一压电滤波器元件及第一转换电容元件的第一压电基片，包括第二压电滤波器元件及第二转换电容元件的第二压电基片，通过压合第一和第二压电基片及两者之间的粘接层构成多层结构，及在层压板外侧构成多层外部电极。粘接剂在热固化后弹性系数最好在0.5Mpa至3000Mpa之间。另外，在第一和第二压电基片之间的粘接边缘最少应有一个开槽，而且使用外部电极形成的材料填充在该开槽内。
热固粘接片是预先形成的和热固化的，它可以用作粘合剂。
最好是是，经热固化处理的粘接片在室温下没有粘性，在粘接过程中当加热时变得有粘性，而且没有流动性。
另外，粘接层应有一个贯穿孔以使第一和第二压电滤波器元件在其内部具有充分的自由振动的空间。
根据本发明的不同优选实施例的压电滤波器，粘接层的弹性系数大约可以在0.5MPa至3000MPa之间取值。这样，即使减少了粘接层的厚度，仍可以有效的抑制不希望的寄生响应并将其减至最小。此外，在粘接层的边缘至少有一个开槽，里面用与外部电极相同的材料填充。因此，即使在粘接层很薄的情况下，也可大大增加粘接层的端面和外部电极之间的接触区，使外部电极可靠性显著提高。
粘接层内部所具有的为第一和第二压电滤波器元件提供充分的自由振动空间的贯穿孔使其具有稳定滤波器的特征。
另外，在第一和第二压电基片之间使用经过热固化处理的粘接片构成的粘接层，并通过加热处理对粘接层进行固化，可以很容易的对第一和第二压电基片进行层压。
另外，在开槽内使用与外部电极相同的材料进行填充，可以很好的提高外部电极的可靠性。
根据本发明的不同优选实施例的压电膜生产方法，第一及第二压电基片之间粘接的弹性系数值大约在0.5Mpa至3000Mpa之间。这样，即使减小了粘接层的厚度，仍可有效的抑制不需要寄生响应。另外，由于粘接边缘至少有一个开槽，通过在开槽中填充与外部电极相同材料的填充物可有效的提高外部电极的可靠性。
在将经过热固化处理的预先形成的粘接片加热用于粘接时，由于其层压过程方便快捷，因此可大大提高生产率。
另外，经热固化处理的粘接片在室温时不呈现粘性，而在粘接过程中进行加热时呈现粘性，但却不具有流动性，很容易将粘接层固定在第一和第二压电基片之间。所以，在加热后粘接层可以更可靠地固定在所希望的位置。
另外，粘接片具有一个为第一和第二压电滤波器元件提供在其内部振动的充足空间的贯穿孔，第一和第二滤波器元件的振动可以保证滤波器的稳定特性。
根据本发明的第一方面，提供一种压电滤波器，包括：包括第一压电滤波元件和第一转换电容的第一压电基片；包括第二压电滤波元件和第二转换电容的第二压电基片；一种位于第一压电基片和第二压电基片之间的粘接层，以致形成包括第一和第二压电基片及所述的粘接层的层压结构；和在所述层压结构外侧的多个外部电极；所述粘接层的弹性系数范围为0.5Mpa至3000Mpa，所述粘接层边缘有最少一个开槽，并且使用与外部电极相同的材料填入所述的开槽
根据本发明的第二方面，提供一种压电滤波器制造方法，包括：制备包括第一压电滤波元件和第一转换电容的第一压电基片，和包括第二压电滤波元件和第二转换电容的第二压电基片；通过在所述第一和第压电基片之间叠放粘胶进行层压；和在所述的层压板外侧构成多个外部电极；其中所述粘胶的弹性系数范围在0.5Mpa至3000Mpa之间，在第一和第二压电基片之间的所述粘接片边缘最少有一个开槽，并且使用与外部电极使用的材料相同的材料填入所述的至少一个开槽。
下面将根据附图，对本发明优选实施例进行更详细的描述，以更清楚的说明本发明的其它特点、因素、特性及优点。
附图说明
图1为本发明的压电滤波器的优选实施例的透视图；
图2为图1所示压电滤波器沿有A-A线的平面剖开的纵剖面图；
图3表示在充分抑制寄生响应的条件下，粘接层的弹性系数和厚度间的关系曲线图；
图4为表示粘接片的厚度和寄生响应抑制之间关系曲线图；
图5为通常的压电滤波器的透视图；
具体实施方式
下面将根据附图对本发明的优选实施例进行说明。
图1为本发明的片型能量陷波压电滤波器1优选实施例的剖视图，图2为图1所示压电滤波器的纵剖面图。
根据本优选实施例，压电滤波器1包括一个第一压电基片2和一个第二压电基片3。
第一压电基片2最好由压电陶瓷，如锆酸铅、钛酸铅类陶瓷的压电单晶体，如石英或其它适当的材料构成，并且最好为矩形。在第一压电基片2上置有一个第一压电滤波器元件4和一个第一转换电容5。第一压电滤波器4元件包括一对位于第一压电基片2端面中间位置的谐振电极4a和4b。另外，第一压电滤波器4还包括另一对位于第一压电基片2底面中间位置的谐振电极以和谐振电极4a和4b对应。
谐振电极4a与铅电极6a连接，同时谐振电极4b与沿第一压电基片2边缘延伸的第一转换电容5的电容器电极5a连接。位于第二压电基片2底面电极的形状尽量与位于第二压电基片3端面电极的形状相同。另外，位于第二压电基片3底面电极的形状尽量与位于第一压电基片2端面电极的形状相同。
第二压电滤波器7和第二转换电容器8位于第二压电基片3上。第二压电滤波器7包括一个位于其端面的谐振电极7a。另外，与谐振电极4a和4b相同的一对谐振电极(未画出)被置于第二压电基片3的底面，以便与谐振电极7a相对。
第二转换电容器8包括一个与谐振电极7a连接的电容电极8a。另外，另一个与位于第一压电基片2端面的电容电极5a相同的电容电极(未画出)位于第二压电基片3的底面。所以，电容电极8a和位于第二压电基片3底面的另一个电容电极通过第二压电基片对应，从而构成第二传输电容器8。
类似的，在上述第一压电基片2的底面有一个电容电极(未画出)与电容电极5a对应。
第一和第二压电基片2和3及其中间由预先经过热固化处理的粘合剂构成的粘接片9进行压合。粘接片9接近中心的位置有一个为压电滤波无件4和7提供足够的自由振动空间的贯穿孔。
另外，粘接片9相对的两面上分别有开槽9b至9d及9e至9g。俯视时，这些开槽均为半圆形。
在大粘接片上直接形成基本圆形贯穿孔，用作开槽9b至9d和9e至9g。
粘接片10和11分别叠放于压电基片2和3的外侧面。应尽量使用与粘接片9相同的材料构成粘接片10和11。并且分别开有为压电滤波器4和7提供足够自由振动空间的贯穿孔10a和11a。
并非一定要使用与粘接片9相同的材料构成粘接片10和11。也可以如图1所示，在矩形框内用足够的绝缘粘合剂构成粘接片10和11。
外壳基片12和13分别叠放于粘接片10和11的外侧。外壳基片12和13内侧均有一个凹槽13a。因此为压电滤波器无件4和7提供了足够的自由振动的空间。
在本发明的优选实施例中，外壳基片12和13最好用绝缘陶瓷，如氧化铝，或其它相当材料构成。不论用何种材料，外壳12和13基片都可以用另一种适当的绝缘材料，如合成树脂或其它相当材料构成。
排列多层外部电极，使之沿包括上述元件在内的多层结构纵向延伸。最好使用薄膜形成方法，诸如真空溅射、淀积、电镀或其它适当方法或使用导电胶构成外部电极。
本优选实施例的特征在于，粘接片9的弹性系数范围在0.5Mpa至3000Mpa之间，在开槽9b至9d和9e至9g中使用与外部电极相同的材料填充。
在常规的片型压电滤波器中，用于粘接压电基片的粘接层的弹性系数一般相对较高，因此，需将粘接层制作的比较厚。在减小粘接层的弹性系数时，就会减弱粘接层端面和外部电极之间的粘接强度，从而造成外部电极的脱离。这样，会降低粘接层端面和外部电极之间电接触的可靠性。因此，在常规的压电滤波器中，使用极高弹性系数，如5000Mpa的粘胶构成粘接压电基片的粘接层，也就是图5所示空间107。然而，在使用具有这种较高弹性系数的粘胶时，除非增加粘接胶片的厚度，否则无法有效的抑制寄生响应。
相反的，在本优选实施例的片型压电滤波器1中，如上所述，粘接片9具有相对较低的弹性系数，即使粘接片9很薄，也可以有效抑制不需要的寄生响应并将之降至最低。如上所述，当粘接片9的弹性系数很低时，就会出现粘接片9的端面和外部电极之间的电接触可靠性降低的危险。然而，在本优选实施例中，粘接片9上有开槽9b至9d和9e至9g，可以有效的提高电连接的可靠性。
更特别的是，使用构成外部电极的材料填充开槽9b至9d和9e至9g，从而大大加强了外部电极和粘接片9端面之间的粘接强度。图2是沿对应线A-A的平面剖开的图1中所示的压电滤波器的纵剖面图。如图2所示，外部电极14和15分别充满了开槽9d和9g。所以，粘接片9的端面与外部电极14和15之间的接触面积分大大增加了。这样，外部电极14和15不会从粘接层9的端面脱离。
在本优选实施例中，压电基片2和3和具有小弹性系数的粘接片9一起层压。所以，即使减少了粘接片9的厚度，也仍可有效的抑制不需要的寄生响应。另外，由于具有开槽9b至9d和9e至9g，可大大提高外部电极和粘接片9端面电接触的可靠性。
下面将结合实验例说明本优选实施例的效果。
以尺寸为20mm×30mm×厚度0.2mm的基本矩形结构的PZT作为压电基片2和3。然后，使银形成在压电基片的端面和底面作为传导膜，用光刻法制成谐振电极4a、4b和7a，电容电极5a和8a等，并制备了有不同的热固化处理后弹性系数和厚度的粘接片9的不同类型的压电滤波器1。
至于压电滤波器的寄生响应抑制效果，它与常规类型是相同的，图3所示为弹性系数与粘接片厚度关系曲线图。本例的和常规类型的寄生响应抑制效果按如下原则确定。首先，具有弹性系数为大约3000Mpa，厚度大约为300μm的粘合层的压电滤波器用来测量表现滤波特性的寄生响应值X。然后，当测量的寄生值在X±1％范围时，确定的寄生响应抑制效果与传常规型的相同。
如图3所示，降低其弹性系数，即使粘接片9很薄时，仍可维持寄生响应的抑制效果。
例如，虽然常规类型的粘接片厚度应在200μm左右，将粘接片的弹性系数降至2Mpa，其厚度可减少至大约40μm。另外，在粘接片的弹性系数为600Mpa左右时，其厚度可减至75μm左右。另外，当粘接片的弹性系数为1200Mpa左右时，其厚度可减至100μm左右。
所以，可以看出可通过降低粘接片9的弹性系数来减少其厚度。
当弹性系数超过3000Mpa左右时，粘接片的厚度为大约200μm或更厚，这时其所需要的厚度与常规类型相同。这样，根据本发明的优选实施例，弹性系数的上限大约为3000Mpa。
图4和表1所示为粘接片9弹性系数和厚度不同时的各种类型压电滤波器寄生响应抑制效果图；在图4中，纵轴为寄生响应抑制效果，用表示滤波器特性的寄生响应幅度表示。
表1：
如表1所示，粘接片9的弹性系数不变时，不需要的寄生响应抑制效果随厚度的增加而改善。另一方面，当粘接片9的厚度不变时，寄生响应抑制效果随弹性系数的减小而迅速提高。
所以，粘接片9的弹性系数越小，其厚度也就越减小。另外，即使在这种情况下，仍可有效抑制寄生响应并将其降至最低。然而，当粘接片9的弹性系数过度地减小时，其机械强度和粘接强度也会减小，因此压电滤波器1的产品质量就会降低。因此，粘接片9的弹性系数需大于0.5Mpa。
最好是，粘接片9的弹性系数大约在0.5至1500Mpa之间，以便有效的抑制寄生响应并降低粘接片9的厚度。
在上述优选实施例中，粘接片9应事先进行形成，而且最好由加热固化的热固化的粘接片构成。
无论如何，本发明不仅局限于此，也可用具有热固化性的粘接片代替粘接片9。同时，在使用热固化粘接片时，其弹性系数在加热固后应在0.5MPa至300OMpa之间，可大大减小粘接厚度，而仍保持与上述类似的效果。
然而，从方便的角度看，最好有预先制成的如前所述的粘接片可供使用。更好的情况是，使用在室温下无粘性，而在加热后才具有粘性，并不流动性的经热固化处理的粘接片作为上述粘接片。
在本优选实施例已经披露，其它基于本公开原理的不同模式也在随后权利要求保护范围。所以，本发明的保护范围根据权利要求限定。
Claims (20)
1.一种压电滤波器，包括：
包括第一压电滤波元件和第一转换电容的第一压电基片；
包括第二压电滤波元件和第二转换电容的第二压电基片；
一种位于第一压电基片和第二压电基片之间的粘接层，以致形成包括第一和第二压电基片及所述的粘接层的层压结构；和
在所述层压结构外侧的多个外部电极；
所述粘接层的弹性系数范围为0.5Mpa至3000Mpa，所述粘接层边缘有最少一个开槽，并且使用与外部电极相同的材料填入所述的开槽。
2.如权利要求1所述的压电滤波器，其中，所述的粘接层包括一个提供足够空间使所述第一和第二压电滤波元件自由振动的贯穿孔；
3.如权利要求1所述的压电滤波器，其中所述的粘接层由预先形成的热固粘接片构成。
4.如权利要求1所述的压电滤波器，其中，最少一个开槽使用构成外部电极的材料填充。
5.如权利要求1所述的压电滤波器，其中，由压电陶瓷和压电单晶体制成所述的第一压电基片和第二压电基片。
6.如权利要求1所述的压电滤波器，其中有在其相对的两边有多个开槽的粘接片。
7.如权利要求6所述的压电滤波器，其中，多个开槽中的每一个都是半圆形
8.如权利要求1所述的压电滤波器，由层压在第一和第二压电基片外侧的附加粘接片组成。
9.如权利要求8所述的压电滤波器，使用构成第一和第二压电基片之间粘接片的材料制成的附加粘接片。
10.如权利要求8所述的压电滤波器，在附加粘接片中有一个为压电滤波元件提供足够振动空间的贯通孔。
11.一种压电滤波器制造方法，包括：
制备包括第一压电滤波元件和第一转换电容的第一压电基片，和包括第二压电滤波元件和第二转换电容的第二压电基片；
通过在所述第一和第二压电基片之间叠放粘胶进行层压；和
在所述的层压板外侧构成多个外部电极；
其中所述粘胶的弹性系数范围在0.5Mpa至3000Mpa之间，在第一和第二压电基片之间的所述粘接片边缘最少有一个开槽，并且使用与外部电极使用的材料相同的材料填入所述的最少一个开槽。
12.如权利要求11所述的方法，其中预先形成的热固化粘接片在加热后用于粘接。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述热固化粘接片在室温下不具粘性，而在粘接过程中通过加热粘接，并且不具有流动性。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述的粘接片有一个为第一和第二压电滤波元件提供足够的自由振动空间的贯通孔。
15.如权利要求11所述的方法，其中第一压电基片和第二压电基片使用压电陶瓷和压电单晶体制成。
16.如权利要求14所述的方法，其中粘接片相对的两侧具有多个开槽。
17.如权利要求16所述的方法，其中多个开槽的每个有半圆形。
18.如权利要求11所述的方法，还包括层压在在第一和第二压电基片外侧的附加粘接片的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，其中附加粘接片使用与第一和第二压电基片之间粘接片相同的材料制成。
20.如权利要求18所述的方法，其内部具有为压电滤波器提供足够自由振动空间的贯穿孔。
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