CN1350367A - 压电谐振器、压电谐振器器件及其制造方法 - Google Patents

压电谐振器、压电谐振器器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及压电谐振器、压电谐振器器件以及它们的制造方法。该压电谐振器包括:一振动电极配置在压电基片的垂直于厚度方向的第一侧面上。第二振动电极配置在与第一侧面相对的第二侧面上,与第一振动电极相对。第一垫和第二垫分别形成在压电基片的垂直于厚度方向的侧面上,形成的区域其振幅最小。第一垫和第二垫分别电连接于第一振动电极和第二振动电极。

Description

压电谐振器、压电谐振器器件及其制造方法
                      发明背景
发明领域
本发明涉及压电谐振器、压电谐振器器件以及它们的制造方法。
相关技术说明
众所周知常规的利用压电传感器作谐振器的压电谐振器器件，该谐振器用于获得共振频率。压电传感器的例子包括压电基片，该基片的一个侧面和其相对侧面上具有一对电极。压电谐振器器件具有压电传感器，该传感器固定在形成两个负载电容的电容元件上，该电容组成振荡电路，压电谐振器器件垂直于厚度方向的一个侧面面向压电谐振器垂直于厚度方向的一个侧面。该压电谐振器器件还包括输入电极、输出电极和接地电极，这些电极在电气和机械上通过相应的连接导体连接于压电传感器或电容元件上，该谐振器器件用密封壳密封。
在JP-A-60-123120、JP-A-1-236715、JP-A-237066以及JP-A-10-135215中公开了这种谐振器器件。
利用厚度扩张振动的已知压电谐振器器件包括应用基波振动式的器件以及应用谐波振动式特别是第三谐波式的器件。
能量捕集式谐振器器件是典型的利用第三谐波振动的压电谐振器器件。因为用在能量捕集谐振器中的压电基片具有不振动的部分，所以为形成谐振器器件可在这些部分固定谐振器，这种器件很少有振动特性逐渐变坏的缺点，已获得广泛应用。
利用基波振动的厚度基频振动式压电谐振器器件表现出很高的共振特性，具有很高的品质因素Qmax值。但是和能量捕集式谐振器不一样，它们几乎没有不振动部分。在小型器件中整个压电基片均在振动，因而很难稳定地支承和固定基片。
另一方面，压电基片通过干燥到固化的导电胶的粘接固定在介电基片上。在压电谐振器器件用基波振动时，粘接剂的粘接强度趋向于不稳定，因为在支座上的导电胶粘度的变化或慢慢渗出会导致粘接区域变位。粘接剂粘接强度的变化或降低很容易因振动能量受到抑制而使振动特性变坏，因不能充分控制寄生振动而造成共振特性变坏，以及造成所需振荡的不稳定跳跃这种振荡缺点。
作为另一例子，常规压电谐振器器件具有压电传感器，该传感器用连接导体固定在一个基片的一个侧面上。输入电极、输出电极以及接地电极均通过相应的连接导体在电气和机械上连接于该基片，随后将压电传感器固定在该基片上，并用密封壳密封。
在这种结构中，压电传感器通过连接导体固定于基片的一个侧面，连接导体、基片和压电传感器之间线膨胀系数的差别趋向于形成热应力，这可能使连接导体破裂，这样便降低了部件相互连接的可靠性。为解决此问题，JP-A-8-288291提出应用一种导体，该连接导体包括涂有粘接膜的树脂球，由此可释放因导体、基片和压电传感器之间线膨胀系数的差别而造成的热应力。
然而，因为提出的连接导体具有作为核的树脂球，所以在连接导体和基片或压电传感器之间的粘接区域很可能会变化，而且其间的粘接强度也倾向于减少。还存在另一问题，即树脂球中的某些成分倾向于慢慢渗出，因而其间粘接强度倾向于降低。
JP-A-11-340776公开一种连接导体，该导体的核由Cu、Ag、碳、玻璃、陶瓷、树脂等构成，在其表面上形成导电膜。
然而上述先有技术没有说明释放因线膨胀系数差别造成的热压力，因为用于制造核的材料其线膨胀系数与压电元件或基片的线膨胀系数很不相同。
发明概述
本发明的目的是提供一种压电谐振器和具有该谐振器的器件，该谐振器可以受到稳定地支承，具有最小的振动能衰减。
本发明的另一目的是提供一种小型的压电谐振器以及具有这种谐振器的器件，该谐振器可以受到稳定的支承，而具其共振能的衰减最小。
本发明的再一目的是提供一种压电谐振器以及具有这种谐振器的器件，该谐振器具有稳定的共振特性，并具有很高的代表共振特性的品质因数Qmax值。
本发明的又一目的是提供一种高可靠性的压电谐振器器件，该器件不会在基片和压电传感器之间的结合部出现热冲击引起的开裂。
本发明的又一目的是提供一种压电谐振器器件，该器件在基片和压电传感器之间结合部的粘接强度不会受到削弱。
利用一种压电谐振器可以达到本发明的上述目的，这种压电谐振器包括压电基片、第一振动电极、第二振动电极、第一垫和第二垫，并工作在厚度扩张振动模式。压电基片为六面体。第一振动电极在压电基片的垂直于厚度方向的一个侧面上形成，而第二振动电振在压电基片的面向第一振动电极的相对侧面上形成。
第一垫和第二垫中的各个垫在压电基片的垂直于厚度方向的至少一个侧面的其振幅最小的区域上形成。第一和第二垫由导体制作，分别电连接于第一振动电极和第二振动电极。
在本发明的压电谐振器中，第一振动电极在压电基片的垂直于厚度方向的一个侧面上形成，而第二振动电极在该压电基片的相对侧面上形成，与第一振动电极相对。因而在一对振动电极上加上电能上，该压电谐振器便以厚度扩张振动模式进行振动。
第一和第二垫均用导体制作，并分别电连接于第一和第二振动电极。因此，在加上电能时该对垫能够激发压电谐振器。
在本发明中，第一和第二垫分别配置在振幅小的区域。因此压电谐振器可利用这些垫进行稳定支承，并使振动能量抑制最小。具体是，第一和第二垫形成在压电基片的垂直于厚度方向的至少一个侧面上，分别位于角部区，这是因为六面体电基片以厚度扩张振动型的基本频率工作时在四个角部区其振幅最小。
上述作用和效果使得可以提供一种显示稳定共振特性的压电谐振器，该谐振器的代表共振特性的品质因数Qmax值很高，该谐振器可抑制振动能耗散，控制寄生振动，制止共振特性的变坏以及防止某些振荡缺陷例如所需振荡的不稳定跳跃。
在压电谐振器工作于采用基波振动的厚度扩张振动模式时，本发明是特别有效的。如上所述，这种压电谐振器因为应用了基波振动，所以显示出很好的共振特性(Qmax值大)，然而和能量捕集式振动不一样，这种振动在基片的整个体内传播，这样便很难固定基片。尺寸越小，困难越大。按照本发明，因为第一和第二垫在振幅较小的区域上形成，所以可尽量减小振动能量的衰减，使得可以稳定地支承和固定压电谐振器。
第一和第二垫最好包括导电膜和凸起部。导电膜粘接在压电基片的表面上，而凸起部粘接在导电膜上。
已采用导电胶将压电基片固定在介电基片等上。然而在应用基波振动模式的压电谐振器的情况下，由导电胶构成的接合部其粘接强度并不稳定，因为在固定处导电胶粘度的变化或慢慢渗出将造成粘接区的变位。结合部粘接强度的变化或降低可使振动能损耗而使特性变坏，还因为不能充分控制寄生振动而使共振动特性变坏，而且还造成一些振动缺陷例如所需振荡的不稳定跳跃。采用以下方法形成第一和第二垫可以解决由导电胶引起的这些问题，即先将导电膜粘接在压电基片上，然后再将凸起部粘接在导电膜上。
本发明还提供一种压电谐振器器件和制造该器件的方法，该器件包括上述压电谐振器和一种基片。
另外，利用一种压电谐振器器件可以达到本发明的目的，该器件包括压电传感器、基片和连接导体，其中压电传感器具有陶瓷压电元件、振动电极和引线电极，该基片的表面上具有端子电极。
连接导体包括支承体和涂于该支承体表面上的导电材料，并分别配置在传感器的引线电极和基片的端子电极之间，从而在电器和机械上连接和固定这些电极。连接导体的支承体包括其线膨胀系数近似于压电元件或该基片线膨胀系数的陶瓷。
如上所述，在本发明压电谐振器器件中用的压电传感器包括具有振动电极和引线电极的压元件，而且在基片的表面上具有终端电极。连接导体配置在压电传感器的引线电极和基片的端子电极之间，从而使它们在电气和机械上相连接。按照这种结构，可应用例如球形连接导体通过点接触连接于引线电极。因而可以稳定地支承压电传感器，同时又可尽量减小振动能衰减。即使在小型谐振器器件中，这种连接结构通过适当选择连接导体的尺寸便可以有效地稳定支承压电传感器，以及有效地尽量减小振动能的衰减。
上述作用和效果使得可以提供一种具有稳定共振特性的压电谐振器器件，该器件具有较高的代表共振特性的品质因数Qmax值，可抑制振动能的损耗，控制不必要的振动，防止共振特征变坏，并可防止一些振动缺陷，例如所需振动的不稳定跳跃。
另外，因为连接导体的核包括陶瓷，其线膨胀系数接近于压电元件或基片的线膨胀系数，所以连接导体不会因为热应力而开裂。和常规的树脂不同，本发明的连接球不改变粘接区域，而且基片或压电传感器也不会造成引起粘接强度降低的那些组成部件的成分的渗出。
下面参考附图更详细说明本发明的其它目的、组成和优点。这些附图只作举例用，没有限制性。
图1是从表面侧看去的透示图，示出本发明的压电谐振器；
图2是从其背后侧面看去的透示图，示出图1所示压电谐振器；
图3是图1所示垫一部分的放大图；
图4是在图1和2所示的压电谐振器中用计算机模拟的振幅分布；
图5是透视图，示出本发明压电谐振器的另一元件；
图6是从其表面侧看去的透视图，示出本发明压电谐振器的另一元件；
图7是图6所示压电谐振器的背后侧透视图；
图8示出组装具有本发明压电谐振器的压电谐振器器件的步骤；
图9是透视图、示出利用图8所示步骤得到的压电谐振器器件；
图10是图9所示压电谐振器器件一部分的放大图；
图11是图9和10所示压电谐振器器件的等效电路图；
图12是透视图，示出具有图6和7所示压电谐振器的压电谐振器器件；
图13是分解透视图，示出本发明的压电谐振器器件；
图14是透视图，示出已组装的压电谐振器器件，图中一部分已被切去；
图15是局部放大横截面侧视图，示出图13和14所示的已组装的压电谐振器器件；
图16是连接导体的放大横截面图；
图17是图1至3所示压电谐振器器件中压电传感器以厚度扩张振动型的基本频率工作时用计算机模拟的振幅分布。
优先实施例详述
图1是从表面侧看去的透视图，示出本发明一个元件的压电谐振器。图2是从其背后侧面看去的透视图，示出图1所示的压电谐振器。所示压电谐振器包括压电基片1、第一振动电极21、第二振动电极22、第一垫31和第二垫32，并工作于厚度扩张振动模式，具体是基波振动模式。
压电基片1例如为1.2mm宽、1.2mm长和0.5mm厚。
压电基片1的制备方法是，先将烧结制品抛光，形成预定厚度，然后在高电场中进行极化处理。压电基片1出于环境考虑最好用不含PbO的无铅材料制作。压电基片1可用其有效泊松比小于1/3的压电材料制作。正是用这种其有效泊松比小于1/3的材料才得到基波的满意波形。
其有效泊松比小于1/3的压电材料包括：具有钙钛矿结构的化合物，例如正钽酸化合物、正铌酸化合物以及它们的固溶体；具有钛铁矿(ilumenite)结构的化合物及其固溶体；具有烧绿石结构的化合物；具有层结构的铋化合物；具有钨青铜结构的化合物。该元件的压电基片1包括用上述材料中的至少一种材料作主成分。
正钽酸化合物和正铌酸化合物包含其中具有至少一种第一元素、至少一种第二元素和氧元素的化合物，第一元素是从Na、K、Li中选出的元素，第二元素是Ta、Nb中选出的元素，这种化合物可用以下分子式表示：
                      ABO3式中A是第一元素，而B是第二元素。
具有层结构的铋化合物包括含有铋、至少一种第一元素、至少一种第二元素和氧元素的化合物。该第一元素从Na、K、Ba、Sr、Pb、Ca、Y、Ln(镧系元素)、铋等元素中选出，该第二元素从V、Zr、Sb、Ti、Nb、Ta、W、Mo等元素中选出，并可用下列分子式表示：
              (Bi2O3)2+(Cm-1DmO3m+1)2-式中C是第一元素，而D是第二元素，m代表1～8的整数。
不能用一般分子式表示的钨青铜化合物包括例如NaWO6BaNaNbO15。
尽管上述的化学分子式代表化学计量化合物，但是可以形成压电基片的压电材料不一定具有化学计量的组成。
在上述材料中，作为构成压电基片1的材料最好是带有层结构的铋化合物，因为它具有很高的机械品质因数Qm和很高的居里温度，作为谐振器它可以确保极好的特性。例如具有含铋、锶、钛和氧的层结构的化合物仍是最佳的。另外，还包括镧的化合物是特别优选的化合物。
第一振动电极21配置在压电基片1的垂直于厚度方向的侧面101上，第二振动电极22配置在压电基片1的相对侧面102上，该侧面也垂直于厚度方向。第一振动电极21和第二振动电极22彼此相对。第一振动电极21和第二振动电极22的形状包括如此元件中的长方形以及圆形。这些振动电极21和22可利用薄膜形成法例如直空沉积法和溅射法或漏模印刷法形成。可以用来形成振动电极的材料包括Ar、Ag、Cu、Cr和其合金。
第一垫31和第二垫32分别配置在角部区域A1和A2，位于压电基片的垂直于厚度方向的侧面102上。在角部区域内应选择振幅特别小的区域来形成这些垫。尽管图2所示实施例的第一垫31和第二垫32其形状为圆形，但也可以采用其它形状如多角形。
第一垫31用导体制作，电连接于第一振动电极21。在本实施例中，第一垫31形成在侧面102上，此侧面对着其中形成第一振动电极21的侧面101，使得第一垫31和第一振动电极21之间的电连接由引线电极42完成，该引线电极从侧面101延伸到另一侧面102。引线电极42原则上采用与第一振动电极相同的导电材料形成。
如图3的放大图所示，第一垫31包括导电膜311和凸出部312。导电膜311直接附着在压电基片1的侧面102上。凸出部312粘接在导电膜311上，形成凸出部。凸出部用从Ag、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni、Al和其合金中选出的至少一种材料和焊接剂组成。这也适用于导电膜311。
第二垫32用导体制作，并电连接于第二振动电极22。在本实施例中，第二垫形成在形成第二振动电极22的侧面102上。第二垫32和第二振动电极22之间的电连接由形成在该侧面102上的引线电极44完成。引线电极42原则上用与第二振动电极22相同的导电材料制作。
第二垫32包括导电膜321和凸出部322，此垫类似于参考图3说明的第一垫。导电膜321直接附着于压电基片1的侧面102，而凸出部粘接于导电膜321上，形成凸出部(见图3)。第二垫32的厚度与第一垫31的厚度相同。
图1和2所示元件的压电谐振器还包括第三垫33和第四垫34。第三垫33和第四垫分别配置在压电基片1侧面102的角部区域A3和A4。在角部区域A3和A4内应当选择振幅特别小的区域来形成这些垫。第三垫33和第四垫34的厚度与第一垫31和第二垫32的厚度相同。尽管此元件的第三垫31和第四垫34图中示为圆形，但也可以应用其它形状例如多角形。
用在本元件中的第三垫包括如图3所示的导电膜331和凸出部332。导电膜331直接附着在压电基片1的侧面102上，而凸出部332粘接于导电膜331，形成凸出部。
第四垫34包括导电膜341和凸出部342，此垫类似于参考图3说明的第一垫31。导电膜341直接固定在压电基片1的侧面102上，而凸出部342粘接于导电膜341，形成凸出部(见图3)。
在第二至第四垫32、33和34上的导电膜321、331和341以及凸出部32、33和34可利用从Au、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni、Al及其合金中选出的至少一种材料和粘接剂制作。
如上所述，在本发明的压电谐振器中，第一振动电极21配置在压电基片1的侧面101(垂直于厚度方向的一个侧面)上，而第二振动电极22配置在压电基片1的相对侧面102上。第一和第二振动电极21和22彼此相对。因此将电能加在该对振动电极21和22上时该压电谐振器便按厚度扩张振动型的基本频率工作。
第一垫31和第二垫32均用导体制造，并分别电连接于第一振动电极21和第二振动电极。因此该对垫31和32在加上电能时能够激发压电谐振器。
图4示出在图1和2所示的压电谐振器上用计算机模拟的振幅分布。图4中用A～E五种等级表示振幅。空白表示的区域具有最小的振幅。振幅按区域B(画虚线)、区域C(画垂直实线)、区域D(画横实线)和区域E(画斜实线)的顺序增加。
如图4所示，当六面体压电基片1以厚度扩张振动型的基本频率工作时，具有最小振幅的区域A出现在区域A1～A4的四个角部区域。在图1和2所示的元件中，第一垫31和第二垫32分别配置在角部区域A1和A2，即配置在其振幅最小的区域。因而第一垫31和第二垫32能够稳定地支承压电谐振器，同时又能尽量减小振动能的衰减。
在所示的元件中，还分别在压电基片1的侧面102的角部区域A3和A4配置第三和第四垫33和34。因此配置了四个支承件即第一到第四垫31、32、33和34，另外，另外由第三和第四垫33和34引起的振动能量抑制也是最小的。因此可以更稳定地支承压电谐振器。为形成三点支承结构可以省去第三垫33和第四垫34中任何一个垫。
另外，在图1和2所示的元件中，因为在振幅小的区域(区域A)还配置引线电极42，所以由引线电极2产生的振动能量衰减也是最小的，因而可确保牢固地支承压电基片。
上述作用和效果使得可以提供一种压电谐振器，这种谐振器具有稳定的共振特性，其代表共振特性的品质因数Qmax值较高，同时还能抑制振动能的损失，控制寄生振动，防止共振特性的变坏，并防止出现一些振荡缺陷例如所需振动的不稳定跳跃。
用在本元件中的第一至第四垫31、32、33和34分别包导电膜311、321、331、341以及凸出部312、322、332和342。各个导电膜粘接在压电基片1的表面上，而凸出部粘接在各自的导电膜上。
已采用导电胶将压电谐振器固定在介电基片等上。然而，在应用厚度扩张振动型基本频率的压电谐振器情况下，由导电胶形成的接合部倾向于具有不稳定的粘接强度，因为导电胶在粘接部粘度的变化或慢慢渗出会导致粘接区域的变位。接合部粘接强度的变化或降低易于因抑制振动能而使特性变坏，易于因不能充分控制寄生振动而使共振特性变坏，以及造成一些振荡缺陷例如所需振荡的不稳定跳跃。用导电胶引起的这些问题可以用下列方法克服，即将导电膜311、321、331或341粘接在压电基片1的表面上，然后用超声焊接法、低温焊接法等方法将凸出部312、322、332或342粘接在导电膜311、321、331或314，由此形成第一至第四垫31、32、33和34。
图5是透视图，示出本发明的另一元件的压电谐振器。与图1和2中相同的构成部件采用用在图1和2中的相同编号表示。在图5所示的元件中，第三垫33和第四垫34用绝缘材料制作。该元件表明，第三垫和第四垫33和34不一定像第一垫31和第二垫32一样总要具有导电结构。
图6是从表面侧看去的透视图，示出本发明压电谐振器的再一元件。图7示出图6所示元件的背后侧透视图。在这些图中，与图1和2相同的构成部件用图1和2所用的同一编号表示。在此元件中，第一垫配置在压电基片1的侧面101的角部区域A1上，而第二垫32、第三垫33、第四垫34和第五垫35形成在压电基片1的另一侧面102上。换言之，第一垫31和第二垫32位于不同的侧面上。
图8示出组装具有本发明压电谐振器的压电谐振器器件的步骤。图9是透视图，示出按图8步骤组装的压电谐振器器件。示出的压电谐振器器件包括压电谐振器7、基片6和密封外壳8。
压电谐振器7是图1和2所示的谐振器。第一至第四垫31～34已形成在压电谐振器7的侧面102上。
基片6是绝缘基座61，具有三个端子电极62、63和64，这些电极形在基座表面上，隔开一定间隔，为带状。在这些端子电极中，端子电极62和63是连接端子，而端子电极64是中间的接地电极。
在组装时，将第一到第四垫31、32、33和34通过凸出部312、322、332和342粘接在端子电极62和63上，由此将压电谐振器7固定在基片6上，如图10所示。
图11是图9和10所示压电谐振器器件的等效电路图。在此电路图中，在端子电极62和64之间的电容C01和端子电极63和64之间的电容C02是串联的，并连接于等效电阻R、等效电感L和等效电容C11和C12，这些等效电器均包括在压电谐振器7中，端子电极64连接于电容器C01和C02之间的结头。
图12是透视图，示出用图6和7所示压电谐振器的压电谐振器器件。与图9相同的构成部件用图9中的所用的同一编号表示。在此元件中，形成在压电晶片1的侧面101上的第一垫31用适当装置例如导线支架46连接于端子电极62。
制造压电谐振器1的步骤在这种技术中是周知的。例如，按要求的组分称出主要包含氧化物的原料，然后在水或适当溶剂例如丙酮中将称出料用锆英石球进行球磨，将其混合起来。然后使球磨混合的粉末完全干燥，并在例如加压条件下在700～900℃温度下进行煅烧。
将煅烧制品在例如球磨机中进行研磨，进行干燥，然后用适当量的粘接剂例如聚乙烯醇进行团粒化。
接着，采用单轴压机在200～300MPa的压力下将该团粒压成20mm长、20mm宽和1.5mm厚的薄板。
热处理压成的薄板，使粘接剂挥发，然后在1100℃～1350℃温度下焙烧。将焙烧制品用磨片磨光，然后进一步抛光成镜面，这样便得到基片。
采用例如真空沉积铜的方法在基片的各侧面上形成极化电极。然后对具有极化电极的基片进行极化处理，方法是例如将基片浸入加热到200～300℃的硅油中，并加上5～10kv/mm的电场，处理1min。
极化后除去极化电极，并修整该基片，例如切成小方块，由此制作出压电基片。随后，在压电基片的两侧面形成包括金属例如银的电极，方法是利用溅射等技术，由此形成本发明的压电基片。
下面说明本发明的其它元件。
图13是分解透视图，示出本发明的压电谐振器器件。图14是组装后图13所示压电谐振器器件的透视图，图中一部分已被切去。图15是图14所示压电谐振器器件的横截面图。图16是连接导体的放大截面图。图13～15示出本发明的利用厚度扩张振动型基波振动的压电谐振器器件的元件。示出的压电谐振器器件包括压电传感器503、基片505、连接导体531和533以及密封外壳509。
压电传感器503包括陶瓷压电元件511、许多引线电极513和515以及许多振动电极517和519。振动电极517和519配置在压电元件511的两个侧面上，该侧面垂直于宽度方向，彼此相对。引线电极513和515配置在压电元件511的平行于厚度方向的两个侧面上。该引线电极513和515分别电连接于振动电极517和519。
通过磨制烧结制品到规定厚度和在高电场中进行极化处理可制成压电元件511。该压电元件511出于对环境的考虑最好用不含pbo的无铅材料制作。压电元件可以用有效泊松比小于1/3的压电材料制作。采用这种其有效泊松比小于1/3的材料可以得到基波的满意波形。
其有效泊松比小于1/3的压电材料包括：具有钙钛矿结构的化合物例如正钽酸化合物、正铌酸化合物以及它们的固溶体；具有钛铁矿(ilumenite)结构的化合物和其固溶体；具有烧绿石结构的化合物；具有层状结构的铋化合物；以及具有钨青铜结构的化合物。本元件的压电元件11包括至少一种作为主要成分的上述材料。
正钽酸化合物和正铌酸化合物包括含有至少一种从Na、K、Li等元素中选出的第一元素、至少一种从Ta、Nb元素中选出的第二元素以及氧元素，其分子式如下：
                      ABO3式中A是第一元素，B是第二元素。
具有层结构的铋化合物包括含有至少一种从Na、K、Ba、Sr、Pb、Ca、Y、Ln(镧系元素)、Bi等元素中选出的第一元素、至少一种从V、Zr、Sb、Ti、Nb、Ta、W、Mo等元素中选出的第二元素，其分子式为：
                (Bi2O2)2+(Cm-1DmO3m+1)2-式中C是第一元素；D是第二元素；m是1～8的正整数。
没有总的分子式表示的钨青铜化合物包括例如NaWObBaNaNbO15。
尽管上述化学分子式代表化学计量化合物，但可以作成压电元件511的压电材料不一定具有化学计量组分。
作为压电元件511的组成材料最好用具有层状结构的铋化合物，因为它们具有高的机械品质因数Qm和高的居里温度，这样便能确保极好的谐振器特性。例如含Bi、Sr、Ti的层结构化合物仍然是最佳的。再含有La的化合物是特别优选的化合物。
再薄膜形成法例如用真空沉积法和溅射法形成振动电极517和519以及引线电极513和515。振动电极517和519以及引线电极513和515可用Ag、Cu、Cr等金属制作。压电传感器503例如为1～1.2mm宽、0.4～0.5mm厚和1～1.2mm长。
基片505由陶瓷基座572构件，该基座的表面上具有许多端子电极521、523和525。端子电极521和523围绕基座527的外周。在端子电极521和525之间以及端子电极523和525之间形成电容。构成基片505的主要陶瓷成分与构成压电元件511的主要成分相同。
如图16所示，连接导体531和533分别包括核801和粘接在核801的导电膜802。连接导体531和533分别配置在压电传感器503的引导电极513、515和基片505的端子电极521、523之间，从而在电气和机械上固定和连接这些电极。核801由陶瓷成分组成，其线膨胀系数近似于压电元件511或基片505的线膨胀系数。具体是，核801和压电元件511或基片505最好具有相同的陶瓷成分。
在此特定元件中，具有导电膜802的核801为球形。它可以为其它形状例如半球形或多面体形。导电膜802包括导电树脂膜。用导电胶涂在核801上，然后干燥固化便可形成导电树脂膜，该导电胶包括至少一种从Ag、Cu、Ni和Au和Pd金属中选出的导电成分。
或者导电膜802包括金属膜，该金属膜包括至少一种从Ag、Cu、Ni、Au和Pd金属中选出的金属。用电镀等方法形成金属膜，该金属膜可具有单层结构或多层结构。可以在导电膜802上形成具有充分焊接性的金属膜。另外，可以联用金属膜和导电树脂膜。连接导体531和533的直径例如为0.3～0.5mm。
导电粘合剂535和537包括Ag和至少一种粘接树脂，粘接树脂选自酚醛树脂、尿烷树脂/环氧树脂的混合树脂以及环氧树脂。导电胶的固化条件举例如下：
酚醛树脂：150℃，30min(在空气中)
尿烷树脂/环氧树脂：170℃，10min(在空气中)
环氧树脂：200℃，30min(在空气中)
将压电传感器503装在基片505上。将连接导体531和533配置在基片505和传感器503之间，使得在压电传感器503和基片505之间形成间隙G。
由于在此元件中是球形，所以连接导体531和533与压电传感器503的引线电极513和515分别形成点接触。如果需要，可将导电粘接剂535加在接触点周围。因而可将连接导体531和533分别固定在引线电极513和515上，由此形成电和机械的连接。
用于粘接在引线电极513和515上的导电胶535最好具有弹性，使得压电传感器503可以充分显示其特性。在这方面，尿烷树脂/环氧树脂和酚醛树脂优于环氧树脂。
由于在此元件中是球形，所以连接导体531和533与端子电极521和523也分别形成点接触。如果需要，可在接触点四周加上导电胶537。由此将连接导体531和533分别固定在端子电极521和523，形成电和机械的连接。
用于粘接到端子电极521和523上的导电粘接剂537不需要弹性，和用于粘接到引线电极513和513上的粘接胶不一样。因此可用环氧树脂粘接剂，也可用尿烷树脂/环氧树脂的混合树脂以及酚醛树脂。
在本发明中，导电粘接剂535和537不总是必要的。例如，根据在核801上形成导电膜802的材料可以用超声焊、低温焊等方法取代用导电粘接剂进行粘接。
如上所述，在本发明的压电谐振器器件中，压电传感器503具有带振动电极517、519和引线电极513、515的压电元件511；基片505在其表面上具有端子电极521和523；连接导体531、533配置在压电传感器505的引线电极513、515基片505的端子电极521、523之间，使得传感器503和基片505被固定，并在电和机械上连接在一起。因此利用如上述例示实施例中的球形连接导体通过点接触便可以在连接导体531、533和引线电极513、515之间实现连接和固定。结果，使振动能抑制最小，而且可以稳定地支承压电传感器503。这种连接结构通过正确选择连接导体531和533的尺寸来形成相同作用可以很容易地适合于小型谐振器。
利用这些作用可以形成一种压电谐振器器件，这种器件表现出稳定的共振特性，具有很高的代表共特性的品质因数Qmax值，同时可以抑止振动能的损失，控制寄生振动，并可以防止共振特性的变坏并防止出现所需振荡的不稳定跳跃。
因为连接导体531和533的核801包含其线膨胀系数接近于压电元件511或基片505线膨胀系数的陶瓷，所以连接导体531和533不会因热压力而开裂。如常规树脂球不同，连接导体531和533不会改变与基片505或压电传感器503的粘接区域，也会造成会引起粘接强度降低的构成部件的成分的渗出。下面参考试验例子的数据详细说明。
例子1
制备十个具有图1～3所示结构的压电谐振器器件样品，并进行热冲击试验。在热冲击试验中，样品在-40℃温度下保持30min，然后在85℃保持30min，由此完成一次热冲击循环，重复100次这样的循环。组成部件的材料，其线膨胀系数以及热冲击试验的结果示于表1。
例子2
制备十个具有图1～3所示结构的压电谐振器器件样品，用其进行热冲击试验。在热冲击试验中，将样品在-40℃下保持30min，接着在85℃下保持30min，由此完成一次热冲击循环，重复100次这样的循环。构成部件的材料、其线膨胀系数以及热冲击试验的结果示于表1。与例1不同的是在例2中用“US”作陶瓷基片，而在例1中用“SLBT”作基片。此处“US”代表SrTiO3-CaTiO3陶瓷，而“SLBT”代表具有层结构的铋化合物。
比较例1
制备比较例的十个样并用其进行热冲击试验。在比较例中，连接导体531和533的核801是铜球。在热冲击试验中，将样品在-40℃下保持30min，然后在85℃下保持30min，由此进行一次热冲击循环。重复100次这样的循环。构成部件的材料、其线膨胀系数以及热冲击试验结果示于表1。
                       表1
    部件   材料  线膨胀系数(ppm/℃)  测试结果
例1 陶瓷压电元件 SLBT     8.2 不裂
中核 SLBT     8.2
陶瓷基片 SLBT     8.2
例2 陶瓷压电元件 SLBT     8.2 不裂
中核 SLBT     8.2
陶瓷基片 US     7.64
例3 陶瓷压电元件 SLBT     8.2 不裂
中核 Cu     16.5
陶瓷基片 US     7.64
如表1所示，在用铜球作核的比较例1的所有10个样品中球和导电粘接剂(热固树脂)发生开裂，与此相反，在用陶瓷球(SLBT)作核的例子1和2的每个样品中其导电粘接层(热固树脂)均未破裂。
连接导体531和533最好在下面说明的振幅小的区域连接于压电传感器503。
图17示出在图13～15所示压电谐振器器件的压电传感器上用计算机模拟的振动振幅分布，该器件以厚度扩张振动型的基本频率工作。图17中，振幅用A～E五级表示。空白代表的区域A其振幅最小。振幅按区域B(画虚线)、区域C(画垂直实线)、区域D(画横实线)和区域E(画斜实线)的顺序增加。
如图17所示，当多面体压电元件511以厚度扩张振动型的基本频率工作时，具有最小振幅的区域A位于四个角部区域。
在图13～15所示的元件中，连接导体531和533在振幅最小的区域A连接于压电传感器503的各个侧面上。因此，由连接导体531和533引起的振动能量抑制可以减小到最小；可以抑止振动能的损失；对于不寄生振动不充分控制可以进行补偿；可以防止共振特性变坏或防止出现某些振荡缺陷例如不稳定的振动跳跃，因而可以获得具有稳定共振特征的压电谐振器器件，该器件具有很高的代表共振特性的品质因数Qmax值。
如图17所示，振幅最小的区域A还出现在压电元件511的垂直于厚度方向的各个侧面的四个角部区域上。因此，当连接导体531、533连接于压电元件511的垂直于厚度方向的各侧面上的四个角部区域时也会同样表现出上述效果。
如上所述，本发明产生以下效果。
(a)提供了一种可以受到稳定支承并且其振动能衰减最小的压电谐振器和一种具有这种谐振器的器件。
(b)提供了一种可以受到稳定支承并且其振动能抑制最小的小型压电谐振器和一种具有这种谐振器的器件。
(c)提供了一种具有稳定共特性的和表征共振特性的品质因数Qmax较高的压电谐振器以及一种包含这种谐振器的器件。
(d)提供一种高可靠的压电谐振器器件，该器件在基片和压电传感器之间的粘接部不会产生由热冲击作用造成的破裂。
(e)提供一种压电谐振器器件，这种器件在基片和压电传感器之间的粘接部没有粘接强度降低的缺点。
尽管说明书中只具体说明本发明的某些实施例，但是可以明显看出，对这些实施例可以进行各种改变而不超出本发明的精神和范围。

Claims (28)

1.一种压电谐振器，包括：
压电基片；
第一振动电极；
第二振动电极；
第一垫；
第二垫；
其中，上述压电基片是六面体；
上述第一振动电极配置在上述压电基片的垂直于厚度方向的第一侧面上；
上述第二振动电极配置在上述压电基片的垂直于厚度方向的第二侧面上，此电极与上述第一振动电极相面对；
上述第一垫和上述第二垫分别配置在上述压电基片的垂直厚度方向的至少一个侧面上的振幅较小的区域上。
上述第一垫用导体制作，电连接于上述第一振动电极；
上述第二垫用导体制作，电连接于上述第二振动电极。
2.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，上述第一和第二垫配置在同一侧面上。
3.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，上述第一垫和上述第二垫配置在不同的侧面上。
4.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：上述第一垫和上述第二垫分别包括一导电膜和一凸出部；上述导电膜粘接在上述压电基片的表面上，而上述凸出部粘接在上述导电膜上。
5.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，还包括：
第三垫；
第四垫；
其中，上述第三垫和上述第四垫分别配置上述压电基片的垂直于厚度方向的至少一个侧面上的振幅较小的区域上。
6.如权利要求5所述的压电谐振器，其特征在于，上述第三垫和上述第四垫用导体制作。
7.如权利要求6所述的压电谐振器，其特征在于，上述第三和第四垫分别包括导电膜和凸出部；上述导电膜粘接在上述压电基片的表面上，而上述凸出部粘接在上述导电膜上。
8.如权利要求5所述的压电谐振器，其特征在于，上述第三和第四垫用绝缘材料制作。
9.如权利要求4所述的压电谐振器，其特征在于，上述凸出部用至少一种从Au、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni、Al、它们的合金以及焊料中选出的金属构成。
10.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，从第一侧面四个角部区域的至少部分区域中选出振幅小的区域。
11.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，该谐振器按基波厚度扩张振动型工作。
12.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，上述压电基片用无铅压电材料制作。
13.一种压电谐振器器件，包括：
压电谐振器；
基片；
其中，上述压电谐振器是一种包括以下部件的压电谐振器：压片基片；第一振动电极；第二振动电极；第一垫；第二垫；
其中，上述压电基片是一个六面体；上述第一振动电极配置在压电基片的垂直于厚度方向的第一侧面上；上述第二振动电极配置在压电基片的垂直于厚度方向的第二侧面上，与上述第一振动电极相面对；上述第一垫和上述第二垫分别配置在振幅小的区域上，这些区域位于压电基片的垂直于厚度方向的至少一个侧面上；上述第一垫用导体制造，电连接于上述第一振动电极；上述第二垫用导体制造，电连接于上述第二振动电极；
其中，在上述基片的表面上具有至少两个端子电极；上述压电谐振器固定在上述基片的表面上；上述第一垫和上述第二垫连接于上述两个端子电极。
14.一种制造压电谐振器器件的方向，其特征在于：
上述压电谐振器器件包括压电谐振器和基片；上述压电谐振器包括压电基片、第一振动电极、第二振动电极、第一垫和第二垫；
上述压电基片是六面体；
上述第一振动电极配置在上述压电基片的垂直于厚度方向的第一侧面上；
上述第二振动电极配置在上述压电基片的垂直于厚度方向的第二侧面上，与上述第一振动电极相面对；
上述第一和第二垫分别配置在振幅小的区域上，这些区域位于上述压电基片的垂直于厚度方向的至少一个侧面上；
上述第一垫由导电膜组成，电连接于上述第一振动电极；
上述第二垫由导电膜组成，电连接于上述第二振动电极；
上述基片的表面上具有至少两个端子电极；
上述方法包括以下步骤：
在构成上述第一垫和上述第二垫各个垫的上述导电膜上形成凸出部；
将上述压电谐振器固定在上述基片表面上，并通过上述凸出部使上述第一垫和上述第二垫连接于上述两个端子电极。
15.如权利要求14所述的制造压电谐振器器件的方法，还包括以下步骤：
在振幅小的区域上形成第三和第四垫，这些区域位于压电基片的垂直于厚度方向的一个侧面上；
使形成上述第三垫和上述第四垫的侧面对着上述基片的表面。
16.如权利要求15所述的制造压电谐振器器件的方法，其特征在于，上述第三垫和上述第四垫用导体制造。
17.如权利要求16所述的制造压电谐振器器件的方法，其特征在于，形成上述第三垫和上述第四垫的方法是，先将导电膜粘接在上述压电基片上，然后将凸出部粘接在上述导电膜上。
18.如权利要求14所述的制造压电谐振器器件的方法，其特征在于，振幅小的区域是从第一侧面四个角部区域的至少部分角部区域中选出的。
19.一种压电谐振器器件，包括：
压电传感器；
基片；
连接导体；
其中，上述压电传感器包括陶瓷压电元件、振动电极和引线电极；
上述基片的表面上具有端子电极；
各个上述连接导体包括核和粘接在核表面上的导电膜，并配置在上述压电传感器的上述引线电极和上述基片的端子电极之间，从而在电和机械上将这些电极连接和固定在一起，上述核包括陶瓷，该陶瓷的线膨胀系数接近于上述压电元件和上述基片的线膨胀系数。
20.如权利要求19所述的压电谐振器器件，其特征在于，上述连接导体的核为球形。
21.如权利要求19所述的压电谐振器器件，其特征在于，上述连接导体的上述导电膜包括导电树脂膜。
22.如权利要求19所述的压电谐振器器件，其特征在于，上述连接导体的上述导电膜包括金属膜。
23.如权利要求22所述的压电谐振器器件，其特征在于，上述金属膜包括Ag、Cu、Ni、Au和Pd膜中的至少一种膜。
24.如权利要求19所述的压电谐振器器件，其特征在于，上述压电传感器按厚度扩张振动型工作。
25.如权利要求24所述的压电谐振器器件，其特征在于：上述振动电极是一对振动电极，配置在上述压电之件的垂直于厚度方向的各个侧面上；上述连接导体分别连接于上述压电传感器的各个上述引线电极，其连接点是压电传感器具有最小振幅的点。
26.如权利要求19所述的压电谐振器器件，其特征在于，上述压电传感器利用基波振动。
27.如权利要求26所述的压电谐振器器件，其特征在于，压电元件具有小于1/3的有效泊松比。
28.如权利要求19所述的压电谐振器器件，其特征在于，上述压电传感器包括用无铅材料制作的压电基片。
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