CN1237829A - 片型压电谐振器和调节其谐振频率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含有电容器的片型压电谐振器，允许通过由层叠压电元件和介电基片生产压电谐振器后，对静电电容和谐振频率进行细微而高精度调节。谐振器包含由介电基片层叠的介电基片和外部电极，所述外部电极设置在层叠体上。将多个外部电极安排得沿相对的第一和第二表面从第一介电基片的外部主表面延伸到第二介电基片的外部主表面。在第二介电基片的外部主表面上，将至少一个外部电极分成第一和第二电极部分。

Description

片型压电谐振器和调节其谐振频率的方法

本发明涉及一种包含电容器的片型压电谐振器，以及关于调节片型压电谐振器的谐振频率的方法。本发明尤其涉及一种片型压电谐振器，它包含在介电基片之间设置有压电元件的电容器，以及关于调节其谐振频率的方法。

图7A和7B示出传统的包含电容器的片型压电谐振器。

如图7A所示，在片型压电谐振器51中，由绝缘陶瓷制成的第一密封基片53层叠在板状的压电元件52的下表面上，而由介电陶瓷制成的第二密封基片54层叠在压电元件52的上表面上。

压电元件52包含沿厚度方向极化的介电基片52a。如图7B所示，将第一激励电极52b设置在介电基片52a的上表面上，而将第二激励电极52c设置在介电基片52a的下表面上，从而电极52b和电极52c相对，同时介电基片52a设置在它们之间。

激励电极52b和52c分别和引导电极52d和52e连接。引导电极52d设置在介电基片52a的上表面上，以延伸到其外围，而引导电极52e设置在介电基片52a的下表面上，从而延伸到其和引导电极52d所延伸到的外围相对的另一个外围。

在密封基片52的内部表面内形成腔53a，并在密封基片54的内部表面内形成腔54a。

通过未描述的粘剂，将第一和第二密封基片53和54层叠成压电元件52，以形成平面结构。外部电极57、58和59设置在绝缘层的外部表面上。外部电极57连接到引导电极52d，由此建立与激励电极52b的电气连接，同时，外部电极59连接到引导电极52e，由此建立与激励电极52c的电气连接。

外部电极58接地。由此，谐振器连接在外部电极57和59之间，而静电电存在于地和外部电极57和59之间。由于密封基片54由电介质陶瓷制成，故上述静电电容大致上由外部电极58和外部电极57和59之间的密封基片54定义。

在图7A和7B所示的片型谐振器51中，当密封基片53和54结合到压电元件52，压电元件52除了侧面之外的表面，即，在压电元件52的上下表面由密封基片53和54密封。由此，谐振频率必需在压电元件52结合到密封基片53和54前调节。

但是，即使在压电元件52和密封基片53和54结合后，调节的频率会改变，这是由于后来的生产和处理步骤的因素导致的。由此，即使在生产压电元件52的过程中高精度地控制谐振频率，生产按照想要的频率具有高精度的片型压电谐振器51是非常困难的。因此，合格的片型压电谐振器51的百分比不利地低。

当在产生了片型压电谐振器51后部分地去掉了由电介质陶瓷制成的密封基片54的外部电极部分时，静电电容显著变化，从而谐振频率的细调是非常难的。

另外，由于从上表面看外部电极的形状和从下表面看是相同的，故自动识别谐振器的前面和反面是难的。

图8A和8B示出另一种传统的包含电容器的片型压电谐振器。

片型压电谐振器61具有壳子结构，它包含介电基片62和向下开口的盖子63。

如图8A和8B所示，外部电极64、65和66设置在介电基片62上，从而电极从基片的上表面通过了两侧表面延伸到其下表面。压电元件69通过导电粘剂层67和68结合到外部电极64和66。压电元件69由板状介电基片69a制成。第一激励电极69b设置在介电基片69a的上表面上，第二激励电极69c设置在其下表面上。

第一激励电极69b连接到引导电极69d。引导电极69d安排在介电基片69a上，从而延伸到其周围边缘，并进一步通过侧表面延伸到介电基片69a的下表面。引导电极69d结合到导电粘剂层68的引导电极69d到达介电基片69a的下表面的部分。

第二激励电极69e连接到引导电极69e，它结合到导电粘剂层67。

具有开口63a的盖子63(覆盖上述压电元件69)通过绝缘粘剂(图8A和8B未示出)结合到介电基片62的上表面。

在片型压电谐振器61中，分别具有第一和第二激励电极69b和69c的谐振部分连接在外部电极64和66之间。外部电极65连接到地。因此，在外部电极65与外部电极64和66的每一个电极之间提供了由介电基片62引起的静电电容。

在图8A和8B所示的片型压电谐振器61中，可以在盖子63结合到介电基片62前，在压电元件69已经结合到介电基片62的情况下调节谐振频率。但是，当仅仅制造了压电元件69的一个表面上的激励电极以调节谐振频率时，激励电极69b和69c之间的对称性没有了。因此，由激励电极69b和69c的不对称性导致的寄生振动增加，因此不利地恶化了谐振器的特性。

或者，可以通过改变介电基片62的下表面的外部电极64、65和66的形状调节谐振频率。但是，介电基片62的下表面是用于安装的表面，而外部电极64、65和66的这种修改引起了各个片型压电谐振器61之间安装条件的变化。

为了克服上述的问题，本发明的较佳实施例提供了一种片型压电谐振器，包含电容器，它允许容易、高精度地调节谐振频率，而不增加在装配了压电元件和罩子材料后，由激励电极之间的不对称引起的不宜的寄生振动。

本发明的较佳实施例还提供了一种用于调节上段所述的谐振器的谐振频率的方法。

本发明的一个较佳实施例提供了一种片型谐振器，包括含有第一主表面和第二主表面的压电基片的压电元件，第一和第二激励电极分别设置在介电基片的第一和第二主表面上，并相对，同时将介电基片设置在其间，第一和第二引导电极分别连接到第一和第二激励电极，并延伸到介电基片的各个外围，第一和第二介电基片夹着压电元件，构成层叠体，设置多个外部电极，以从第一介电基片的第一外部主表面沿着层叠体的第一和第二侧表面延伸到第二介电基片的第二外部主表面，压电元件的第一和第二引导电极连接到多个外部电极中的任何一个，并且多个外部电极中的至少一个电极在第二介电基片的外表面主表面上被分为连接到设置在第一侧表面上的外部电极部分的第一电极部分，和连接到设置在第二侧表面上的外部电极部分的第二电极部分。

在上述片型压电谐振器中，至少一个外部电极在第二介电基片的外部主表面上被分为连接到设置在第一侧表面上的外部电极的第一电极部分，和连接到设置在第二侧表面上的外部电极部分的第二电极部分。通过这种独特的结构，通过部分的移动第一和第二电极部分中的至少一个，可容易而精确地调节静电电容。

在这种情况下，由于将第一和第二电极部分设置在第二介电基片的外部主表面上，故在产生了片型压电谐振器后，可以执行包含部分地移动电极以调节静电电容的处理。另外，在第一介电基片的外部主表面上，不需为频率的调节处理外部电极。因此，当第一介电基片的外部主表面用作安装表面时，电容和谐振频率容易而精确地被调节，而不需修改安装表面上的外部电极的结构。

另外，由于第一和第二电极部分部分地形成在第二介电基片的外部主表面上，故可通过部分地移动第一和第二电极部分，实现静电电容和由此导致的谐振频率的细调。

根据上述片型压电谐振器，包含电容器的片型压电谐振器允许容易而细微调节谐振频率，而不影响压电元件激励电极的对称性，即，不增加在安装压电元件和介电基片后，在激励电极之间的不对称性引起的寄生振动。由此，合格片型压电谐振器的比例大大增加，生产成本大大减小。

较好地，在上述片型压电谐振器中，构成第一介电基片的介质材料具有比构成第二介电基片的介质材料相对更大的介质常数。由此，由其上设置了第一和第二电极部分的第二介电基片引起的静电电容相对小。这种特点使得能够通过部分地移动第一和第二电极部分中的至少一个电极，来更细微和精确地调节静电电容。由此，可以以更高的精度调节谐振频率。

较好地，在上述片型压电谐振器中，第一和第二电极部分中每一部分都具有窄的部分，其宽度小于外部电极的剩余部分。通过处理这样的窄的部分，可以更为精确地调节静电电容和谐振频率。

较好地，在上述片型压电谐振器中，多个外部电极包含连接到相应的第一和第二引导电极的第一和第二外部电极，以及连接到地的第三外部电极。这一较佳的特点使得能够提供一种三端型含电容器的压电谐振器，它具有独特的结构，允许非常精确地调节谐振频率。

较好地，在三端型含电容器的压电谐振器中，第一和第二外部电极被分为第一和第二电极部分。在这种情况下，可以通过部分地移动第一和第二外部电极的第一和第二电极部分的至少一个电极，高度精确地被调节谐振频率。

较好地，在三端型含电容器压电谐振器中，将第三外部电极分为第一和第二电极部分，其中第一和第二外部电极不分为第一和第二电极部分，而设置在第二介电基片的外部主表面上，以将第一侧表面连接到第二侧表面。

在这种情况下，通过部分地移动第三外部电极的第一和第二电极部分中的至少一个，可以细微而高精度地调节静电电容和谐振频率。另外，较好地调节提供在第三外部电极相对侧上的静电电容，以大致上相同。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种调节上述片型压电谐振器的谐振频率的方法，其中通过部分地移动第一和第二电极部分中的至少一个调节谐振频率，其中所述电极通过在第二介电基片的外部主表面上分开外部电极而形成。

因此，谐振器中的静电电容可以被细微而容易地调节，由此以类似的形式调节谐振频率。另外，由于可以在生产了片型压电谐振器后调节谐振频率，故其投资收益大大进步，而生产成本大大减小。

通过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而易见的。

图1是根据本发明的较佳实施例的片型压电谐振器的透视图；

图2是图1所示的片型压电谐振器的分解透视图；

图3是图1所示的片型压电谐振器的第一修改的透视图；

图4是图1所示的片型压电谐振器的第二修改的透视图；

图5是图1所示的片型压电谐振器的第三修改的透视图；

图6是透视图，描述了当通过完成移动上表面上的第一和第二电极部分以调节谐振频率时，图1所示的片型压电谐振器外部形状；

图7A是传统片型压电谐振器的透视图；

图7B是图7A所示的谐振器的垂直截面图；

图8A是另一种传统片型压电谐振器的透视图；

图8B是图8A所示的谐振器的分解透视图。

图1是根据本发明的较佳实施例的一种含有电容器的片型压电谐振器的透视图，图2是其分解透视图。

在片型压电谐振器1中第一介电基片3层叠在板状压电元件2的下表面上，而第二介电基片4层叠在压电元件2的上表面上。由此，层叠体5较好地由压电元件2和介电基片3和4定义。

压电元件2较好地包含大体上为矩形的压电基片2a。压电基片2a较好地由诸如锆钛酸铅陶瓷之类的压电陶瓷制成，并沿厚度方向极化。将大体上为环形的第一激励电极2b设置在介电基片2a的上表面上接近于中心位置，而将第二激励电极2c设置在介电基片2a的下表面的接近于中心位置，这样电极2b和2c相对。

第一激励电极2b连接到设置在介电基片2a的上表面上的第一引导电极2d，第一引导电极2d如此安排，以延伸到介电基片2a的周围，同时，第二激励电极2c连接到设置在介电基片2a的下表面上的第二引导电极2e，引导电极2e设置在介电基片2a的下表面上，从而延伸到其周围。

激励电极2b和2c可以是环形、矩形或其它适合的形状。

最好是板状的第一介电基片3由介质常数相对比构成第二介电基片4的电介质陶瓷的介质常数大的电介质陶瓷制成。

在第一介电基片3的上表面中形成腔3a，以提供一个空降，允许第一激励电极2b和第二激励电极2c之间的谐振部分的振动。

第二介电基片4最好是板状，并且由对介质常数为大约20或更大的电介质陶瓷制成。在第二介电基片4的下表面中形成腔4a，以提供空间，允许第一激励电极2b和第二激励电极2c之间定义的谐振部分的振动。

第一和第二介电基片3和4通过未经描述的绝缘粘剂结合到压电元件2，由此提供上述层叠体5。

将第一、第二和第三外部电极6-8设置在层叠体5的外部表面上。如从图1和2清楚示出的，最好安排第一、第二和第三外部电极6-8，以沿相对的第一和第二侧表面5a和5b，从层叠体5的下表面延伸到其上表面，即，第二介电基片4的外部主表面4b。

在第二介电基片4的外部主表面4b上，如此安排第一、第二和第三外部电极6-8，从而每一个电极被分为第一和第二电极部分，即，6a、6b、7a、7b、8a和8b。例如，在第一外部电极6的情况下，电极6包含在第二介电基片4的外部主表面4b上的第一电极部分6a和第二电极部分6b，电极部分6a如此安排，以连接到设置在第一侧表面5a上的外部电极部分，而电极部分6b安排得和第一电极部分6a分开一预定的距离，从而将电极部分6b连接到设置在第二侧表面5b上的外部电极部分。

类似地，第二和第三外部电极7和8具有第一和第二电极部分7a、7b、8a和8b。

第一外部电极6连接到引导电极2d，第二外部电极7连接到引导电极2e。由此，具有激励电极2b和2c的谐振器连接在外部电极6和7之间。外部电极8接地。

上述结构提供了一种含有电容器的片型压电谐振器，它具有三个连接端子，即，外部电极6、7和8。在这种情况下，在外部电极8和外部电极6或7之间产生静电电容。

更具体地说，第一静电电容由介电基片3和4位于外部电极6和8之间的部分形成，而第二静电电容由介电基片3和4位于外部电极7和8之间的部分形成。

在本较佳实施例的片型压电谐振器1中，将第一和第二电极部分6a-8b设置在层叠体5的上表面上，即，第二介电基片4的外部主表面4b，由此能够通过改变电极部分6a-8b的形状，容易地调节静电电容。简而言之，通过生产如图1所示的片型压电谐振器1，并进行移动，例如激光修整上述分开式的电极6a-8的一部分，容易地调节片型压电谐振器的谐振频率。由于可以在由介电基片3和4层叠了压电元件2后执行频率的调节，并且将外部电极6、7和8设置在层叠体5上，故可以容易而高精度地得到具有所需调节范围谐振频率的片型压电谐振器1。

在本较佳实施例中，构成介电基片3的电介质陶瓷的相对介质常数最好大于构成介电基片4的电介质陶瓷的相对介质常数。另外，和在介电基片4上相比，和外部电极6或7面对的外部电极8在介电基片3上延伸更长的距离。由此，层叠体5的静电电容大大依赖于介电基片3的外部电极8和6之间以及外部电极8和7之间的部分所提供的。

换句话说，从介电基片4的外部电极8和6之间和外部电极8和7之间的部分提供的静电电容小于介电基片3的相应的静电电容。因此，可以通过移动从上述第一和第二电极部分6a-8b选择的至少一个部分，细微地调节谐振频率。由此，在本发明的较佳实施例的片型压电谐振器1中，除了在生产谐振器后容易地调节谐振频率，由于谐振器的静电电容可以细微地调节，故可以高精度地调节谐振频率。

介电基片4较好地由相对介质常数为至少大约20的电介质陶瓷制成。当使用相对介质常数小于20的电介质陶瓷时，得到的静电电容对于得到调节谐振频率的精确度来说太小。

虽然如上所述，由于第一介电基片3的电介质陶瓷的相对介质常数和用于第三介电基片4的电介质陶瓷的不同，但在本发明的较佳实施例中，两个介电基片3和4可以具有相同的相对介质常数。但是，对本较佳实施例的结构的要求是，可以通过处理第一和第二电极部分6a-8b中的任何一个来完成对谐振频率的细微调节。

当执行上述对谐振频率的调节时，不必对第一和第二电极部分6a-8b都进行处理，但至少处理一个电极部分，由此完成调节。较好地，调节提供在外部电极8的相对侧面上的静电电容，使之大致上相等。由此，调节从第一和第二电极部分8a和8b中选出的至少一部分的方法是较好的。或者，有一种较好的方法，即，调节从第一和第二电极部分6a和6b中选出的至少一部分，并类似地调节第一和第二电极部分7a和7b的相应的部分。

虽然在上述较佳实施例中，第一和第二电极部分6a-8b接近于大致上相同的矩形的形状，但是第一和第二电极部分的形状可以适当地改变。图3到5中示出一些形状变化的例子。

在图3所示的片型压电谐振器11中，第一外部电极16的第一和第二电极部分16a和16b，以及第二外部电极17的第一和第二电极部分17a和16b具有凹口12，该凹口12形成在电极对着电极部分18a和18b的那侧。通过提供这样的凹口12。形成有凹口部分的部分相对比其余的部分窄。例如，在外部电极16的第一电极部分16a中，凹口12的形成在凹口相对两侧提供的更窄的部分16a1和16a2。由此，去掉部分16a1和/或16a2，由此容易而更为细微地调节静电电容。

在图4所示的片型压电谐振器中21中，第一和第二电极部分26a、26b、27a和27b大致上都是L形。由此，可以容易地执行部分地去掉L形的第一和第二电极部分26a-27b，由此容易而更为细微地调节了静电电容。

在图5所示的片型压电谐振器31中，在第三外部电极38中设置的第一和第二电极部分38a和38b最好大致上为T形。由此可以容易地部分地去掉第一和第二电极部分38a和38b，由此更为细微地调节静电电容。

虽然如上所述，根据目标谐振频率去掉第一和第二电极部分，在最终情况下，如图6所示，整个地去掉电极部分，以调节谐振频率。

在上述片型谐振器1、11、21和31中，第一、第二和第三外部电极都分为相应的的第一和第二电极部分。但是，在本发明的另一个较佳实施例中，可以通过部分地去掉第一电极部和/或第二电极部分完成细微的频率调节，只要在至少一个外部电极上对介电基片4的主表面上的外部电极进行分开。

较好地，在具有第一、第二和第三外部电极6-8的片型压电谐振器1中，将第三外部电极8分开成第一和第二电极部分8a和8b，并将第一和第二外部电极6和7设置在介电基片4的外部主表面4上，而不需分开，即，两个外部电极没有被分开的电极部分6a、6b、7a和7b，以在由第三外部电极8分开的部分内提供大致上相等的静电电容。在这种情况下，当第三外部电极8的第一和第二电极部分8a和8b中的至少一个被部分去掉，以调节谐振频率时，便可靠地将由第三外部电极8分开的部分中的静电电容调节为相等。

或者，可以将第三外部电极8设置在外部主表面4b上，并且并分开成第一和第二电极部分8a和8b，并且可以以分开的方式形成第一和第二外部电极6和7，如图1所示。在这种情况下，当部分地去掉第一和第二外部电极6和7的第一和第二电极部分6a-7a中的任何部分时，较好地以类似的方式在第一外部电极6和第二外部电极7处执行去除。

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

Claims (20)

1．一种片型谐振器，其特征在于包含：

电容器；

压电元件，包含：

介电基片，具有第一主表面和第二主表面；

分别设置在所述介电基片的所述第一和第二主表面上的第一和第二激励电极，所述激励电极相对，并且介电基片设置在其间；及

分别连接到第一和第二激励电极，并延伸到介电基片的相应外围的第一和第二引导电极；

第一和第二介电基片，夹着压电元件，构成层叠体；

多个外部电极，设置得沿层叠体的相对的第一和第二侧表面从第一介电基片的外部主表面延伸到第二介电基片的外部主表面；

所述压电元件的第一和第二引导电极，安排得能够连接到外部电极中任何电极；及

多个外部电极中的至少一个电极，所述外部电极在第二介电基片的外部主表面上被分开成连接到设置在层叠体的第一侧表面上的多个外部电极中的一个外部电极的第一电极部分和连接到设置在层叠体的第二侧表面上的多个外部电极中的一个外部电极的第二电极部分。

2．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于构成第一介电基片的电介质材料相对介质常数大于构成第二介电基片的电介质材料的相对介质常数。

3．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于第一和第二电极部分的每一个电极部分都具有窄部分，所述窄部分宽度小于多个外部电极相应的一个电极的剩下部分。

4．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于多个外部电极包含分别连接到第一和第二引导电极的第一和第二外部电极，以及接地的第三外部电极。

5．如权利要求4所述的片型压电谐振器，其特征在于第一和第二外部电极都分开成包含第一和第二电极部分。

6．如权利要求4所述的片型压电谐振器，其特征在于第三外部电极分开成第一和第二电极部分，并且第一和第二外部电极不分开成第一和第二电极部分，但是设置在第二介电基片的外部主表面上，以将层叠体的第一侧表面连接到层叠体的第二侧表面。

7．如权利要求4所述的片型压电谐振器，其特征在于第一、第二和第三外部电极的每一个都分开成包括第一和第二电极部分。

8．如权利要求7所述的片型压电谐振器，其特征在于将第一外部电极连接到第一引导电极，将第二外部电极连接到第二引导电极，将第三外部电极接地。

9．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于外部电极的第一个安排得和其它的外部电极相对，而在第一介电基片上延伸比在第二介电基片上更长的距离。

10．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于，多个外部电极包含至少第一、第二和第三外部电极，并且在第二介电基片的第一和第二外部电极之间以及在第一和第三外部电极之间提供的静电电容小于第一介电基片的相应的静电电容。

11．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于第二介电基片由相对介质常数至少大约20的电介质陶瓷制成。

12．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于第一和第二介电基片具有相同的相对介质常数。

13．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于外部电极相对侧上提供的静电电容大致上相等。

14．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于第一和第二电极部分大致上都是L形。

15．如权利要求1所述的片型压电谐振器，其特征在于第一和第二电极部分大致上都是T形。

16．一种调节片型压电谐振器的谐振频率的方法，其特征在于包含步骤：

提供片型压电谐振器，所述压电谐振器包括：

电容器；压电元件，所述压电元件包含：具有第一主表面和第二主表面的介电基片，；分别设置在所述介电基片的所述第一和第二主表面上的第一和第二激励电极，其中所述激励电极相对，并且介电基片设置在其间；及分别连接到第一和第二激励电极，并延伸到介电基片的各个外围的第一和第二引导电极；第一和第二介电基片，夹着压电元件以构成层叠体；多个外部电极，设置得沿层叠体的相对的第一和第二侧表面从第一介电基片的外部主表面延伸到第二介电基片的外部主表面；所述压电元件的第一和第二引导电极，安排得能够连接到外部电极中任何电极；及

将所述外部电极中的至少一个电极在第二介电基片的外部主表面上分开成连接到设置在层叠体的第一侧表面上的多个外部电极中的一个外部电极的第一电极部分和连接到设置在层叠体的第二侧表面上的多个外部电极中的一个外部电极的第二电极部分，以调节谐振器的谐振频率。

17．如权利要求16所述的方法，其特征在于分开的步骤包含通过去掉第一和第二电极部分的至少一个电极的部分的步骤；

18．如权利要求17所述的方法，其特征在于通过激光修整执行去掉的步骤。

19．如权利要求16所述的方法，其特征在于构成第一介电基片的电介质材料具有大于构成第二介电基片的电介质材料的介质常数。

20．如权利要求16所述的方法，其特征在于第一电极部分和第二电极部分中的每一个都形成得具有窄部分，所述窄部分宽度小于多个外部电极的相应的一个电极的其余部分。

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