CN1431777A - 压电谐振器以及包含它的压电滤波器、双工器和通信装置 - Google Patents

压电谐振器以及包含它的压电滤波器、双工器和通信装置 Download PDF

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Abstract

一种包括衬底和振子的压电谐振器。振子包含薄膜部分，其包含至少一个设置在衬底上的压电薄膜层；和设置在衬底上的至少一对上电极和下电极。振子有这样的结构，其中薄膜部分通过在振子的深度方向上彼此相对的上电极和下电极，夹在振子的上表面和下表面之间；和由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，从衬底的深度方向观看，具有区别于长方形和正方形的四边形形状，四边形形状具有基本平行的边，其纵向长度大体上等于或小于约10倍振荡波长，并且有至少一部分，其中相对的电极边缘之间的距离是变化的。

Description

压电谐振器以及包含它的压电滤波器、双工器和通信装置
技术领域
本发明涉及包含衬底和振子的压电谐振器，振子有一个薄膜部分设置在衬底上，并有至少一个压电薄膜层，通过设置在衬底上、在深度方向上相对的至少一对上、下电极，夹在振子的上表面和下表面之间。更明确地说，本发明涉及压电谐振器，其用作例如移动电话、无线LAN(局域网)或其他装置的振荡器，或用作滤波器或其他器件的元件，并涉及压电滤波器、双工器和通信装置，它们都包含压电谐振器。
背景技术
在使用厚度纵向振荡模式的压电谐振器中，从深度方向观看的上、下电极重叠部分的相对边的长度，也就是说，当从深度方向观看，确定振子的上、下电极重叠部分的形状，是简单的长方形时，长方形的两对相对边的长度，决定Sn(n＝0，1，2，3等，这里n是非负的整数)振荡器模式的谐振频率。详细地说，当振子的形状从深度方向观看是正方形时，由于两对相对着的边是彼此相等的，由一对相对着的边决定的Sn(n＝0，1，2，3等，这里n是非负整数)振荡器模式的谐振频率，与另一对相对着的边决定的谐振频率相同。
当上、下电极重叠部分的形状从深度方向观看是圆形时，由于压电谐振器和振荡波长之间的关系与圆的直径有关，每一Sn(n＝0，1，2，3等，这里n是非负整数)振荡模式的谐振频率按每一整数n决定。
当从深度方向观看，压电谐振器的由上、下电极形成的重叠部分是长方形时，由于一对相对着的边的长度不同于另一对相对边的长度，所以由一对相对边的长度决定的Sn振荡模式的谐振频率不同于由另一对相对边决定的谐振频率，因而在整个大量谐振频率附近引起寄生振荡的产生。
因此，其振子从深度方向观看为长方形的压电谐振器，没有被普遍采用，因为认定为由长方形振子引起的寄生振荡的不利效果，比由正方形或圆形振子所引起的要大得多。
所以，其振子为简单正方形或圆形的压电谐振器被主要地采用。
在其振子以常用方式为正方形或圆形的压电谐振器子中，当振子的相对边之间的距离或直径做得大，以便获得主振荡的大响应时，在压电谐振器的频率特性中的谐振点和反谐振点之间的频率宽度一般会变宽，压电谐振器的Q系数很可能降低。换句话说，当相对电极的重叠部分从深度方向观看是正方形或圆形时，随着它的尺寸变得较大，Q系数会变得较小，因而导致压电谐振器的损耗增加。
例如在日本未审查专利申请公布No.2002-009579中揭示的已知的压电谐振器中，其形状从深度方向观看是圆形或包含圆形的任何形状，振子的半径r与厚度之间的关系满足r≥20t/n(n是正整数)，压电谐振器子的电极的尺寸大。同样，压电谐振器的Q系数降低，引起的问题是由压电谐振器形成的滤波器插入损耗增加。图31作为一个示例，表示已知压电谐振器的相对于频率的相位和阻抗特性。
在这种情况下，由于寄生分量产生大量脉动，并且寄生分量是在频率范围内的主振荡附近产生的，所以它的谐振特性变得不大稳定。例如寄生振荡与主振荡相干扰。
另外，例如在日本未审查专利申请公报No.2000-332568中揭示的已知压电谐振器中的振子是梯形，以便在它的电极端部反射的多个横向振荡模式中所涉及的较高次谐波中，抑制出现在厚度纵向振荡的谐振频带中的振荡模式。
但是，在具有如此形状振子的压电谐振器中，要求可振动地支持振子的膜片大于外接其电极的正方形。此外，由于电极有不规则的形状，膜片要变得比同样面积的正方形大，因而难以减小压电谐振器的尺寸。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的优选实施方案提供了一种压电谐振器，它能减小寄生振荡的影响，同时提供了包括这种压电谐振器的滤波器、双工器和通信装置。
根据本发明的优选实施方案的第一种压电谐振器包括衬底和振子，其中，振子包括具有至少一个压电薄膜层的设置在衬底上薄膜部分，和设置在衬底上的至少一对上、下电极。振子有这样的结构，其中薄膜部分通过在深度方向上彼此相对的上、下电极夹在振子的上、下表面之间。在从深度方向观看时，由相对的上、下电极确定的重叠部分最好具有区别于长方形和正方形的四边形形状，该四边方形具有基本平行的边，其纵向长度大体上等于或小于约10倍振荡波长，并有至少一个部分，其中相对电极边缘之间的距离是变化的。
在根据本发明优选实施方案的第一种压电谐振器中，其中相对电极之间距离变化的部分指的是这样的一个部分，在其中从深度方向观看，与振子形状相应的相对电极的形状具有至少一对相对边是彼此不平行的。在这样的一个部分中，相对边之间的距离沿边的方向是连续变化的，或是部分地不连续变化的。另外，当由上、下电极确定的振子重叠部分的形状具有至少两对平行边时，至少一对平行边之间的距离最好不同于另一对平行边之间的距离。
在根据本发明优选实施方案的第一种压电谐振器中，从深度方向观看，由相对的上、下电极确定的振子重叠部分的形状是有区别于长方形和正方形的四边形形状，四方形形状具有基本平行的边，其纵向长度大体上等于或小于约10倍振荡波长，并有至少这样一个部分，在该部分中相对电极边缘之间的距离是变化的。采用这种结构，由于在与该四方形的纵向长度方向成一个角度处出现的寄生分量，具有比同样面积的长方形中出现的寄生分量小的幅度，所以寄生分量不会使主振荡产生大的脉动，从而显著地改善压电谐振器的阻抗特性和相位特性。
根据本发明的优选实施方案的第二种压电谐振器包括衬底和振子，其中，振子包括具有至少一个压电薄膜层的设置在衬底上的薄膜部分，和设置在衬底上的至少一对上、下电极。振子有这样的结构，其中薄膜部分通过在深度方向上彼此相对的上、下电极夹在振子的上、下表面之间。由相对的上、下电极确定的重叠部分具有至少五个边的多边形形状，从深度方向观看，多边形形状具有基本平行的边，其纵向长度大体上等于或小于约10倍振荡波长，并有至少一个部分，在该部分中相对的电极边缘之间的距离是变化的。
在根据本发明优选实施方案的第二种压电谐振器中，其中相对电极之间距离变化的部分，指的是这样的一个部分，在其中与振子形状相应的相对电极的形状，从深度方向观看具有至少一对相对边是彼此不平行的。在这样的部分中，相对边之间的距离沿边的方向是连续变化的，或是部分地不连续变化的。
在根据本发明的优选实施方案的第二种压电谐振器中，由相对的上、下电极确定的振子重叠部分的形状，从深度方向观看，是至少五个边的多边形，多边形形状具有基本平行的边，其纵向长度大体上等于或小于约10倍振荡波长，并有至少这样一个部分，在该部分中相对的电极边缘之间的距离是变化的。采用这种结构，由于以与形状的纵向长度方向成一个角度出现的寄生分量，具有比同样面积的长方形中出现的寄生分量小的幅度，所以寄生分量不会使主振荡产生大的脉动，从而显著地改善压电谐振器的阻抗特性和相位特性。
发明者获得的实验结果显示，从深度方向观看的振子形状的互相平行的边的优选长度，大体是等于或小于约10倍振荡波长，如根据本发明优选实施例的第一和第二压电谐振器中那样。更详细地说，发明者比较过大量不同形状的样品，它们具有不同的纵向长度与振荡波长的比率，通过实验测得的出现在这些样品中的寄生分量和所获得的实验数据表示在图32中。寄生分量可通过阻抗和相位估算，如图32中所示，寄生分量是通过它的相位估算的。用相位估算时，估算的是偏离主振荡的相位角差。换句话说，相位角差越小，寄生分量就越小。如在图32中所显示的，当振子形状的基本平行的边的长度大体上等于或小于约10倍振荡波长时，有关的相位角中的差是小的，即等于或小于大约15度，这涉及到寄生分量出现与偏离主振荡的相位角之间的关系。因此，当从深度方向观看，振子形状的基本平行的边的长度，大体上等于或小于约10倍振荡波长时，寄生分量变小。
在根据本发明优选实施方案的第一或第二种压电谐振器中，振子的上、下电极重叠部分的形状，从深度方向观看时，最好相对于一条线或相对于一个点是对称的。在这种情况下，因为振子有对称的结构，寄生分量多半会彼此抵消，所以能改善压电谐振器的阻抗特性和相位特性。
在根据本发明优选实施方案的第二种压电谐振器中，由相对的上、下电极确定的振子重叠部分的形状，从深度方向观看最好是八边形。用这种结构，压电谐振器有优良的阻抗特性和相位特性。而且，在这种情况下，由相对的上、下电极确定的振子重叠部分的形状，从深度方向观看最好是长的八边形。进一步说，在这种情况下，由相对的上、下电极确定的振子重叠部分可以有这样的形状，即横向长度确定为b，纵向端部的横边长度确定为d，满足d/b≤0.5的关系。
采用这种结构，寄生分量的出现或影响比常规的结构减小，因此，压电谐振器有更加优良的相位特性和阻抗特性。
在根据本发明优选实施方案的第一种压电谐振器中，由相对上、下电极确定的振子重叠部分的形状，从深度方向观看，最好是菱形或梯形。采用这种结构，压电谐振器有优良的阻抗特性和相位特性。
在根据本发明优选实施方案的第三种压电谐振器，包括衬底和振子，其中，振子包括具有至少一个压电薄膜层的设置在衬底上的薄膜部分，和设置在衬底上的至少一对上、下电极。振子有这样的结构，其中薄膜部分通过在深度方向上相对的上、下电极夹在振子的上、下表面之间。此外，由相对的上、下电极确定的重叠部分，从深度方向观看，没有任何一对平行的边，并相对于直线对称。
在根据本发明优选实施方案的第三种压电谐振器中，由于振子具有对称的形状，寄生分量相互抵消，因而改善压电谐振器的阻抗特性和相位特性。
在根据本发明优选实施方案的第三种压电谐振器中，由上、下电极确定的振子重叠部分的形状，当从深度方向观看时，最好是等腰三角形或六角形。采用这种结构，压电谐振器具有优良的阻抗特性和相位特性。
在根据本发明优选实施例的第一至第三种压电谐振器中，由相对的上、下电极确定的振子重叠部分，其纵向长度可大体上等于或大于约20倍主振荡谐振波长。采用这种结构，与纵向长度有关的寄生分量进一步减小。
在根据本发明优选实施方案的第一至第三种压电谐振器中，衬底可有开口或凹部，而振子最好设置在开口或凹部的上面。采用这种结构，振荡模型压电谐振器中的寄生分量显著减小。
在根据本发明优选实施方案的第一至第三种压电谐振器中，由上、下电极施加的电信号可使振子以厚度纵向模式振荡。采用这种设计，以厚度纵向模式振荡的压电谐振器中的寄生分量显著减小。另外，在这些压电谐振器中，由于压电谐振器不影响主振荡以致引起大的脉动，压电谐振器的阻抗特性和相位特性改善，因而压电谐振器具有优良的谐振特性。
根据本发明优选实施方案的压电滤波器，包含根据本发明优选实施方案中的任一第一至第三种压电谐振器或者具有使用根据本发明优选实施方案的任一第一至第三种压电谐振器的多节结构。因为在压电谐振器中的寄生分量减小，所以有上述结构的压电滤波器具有优良滤波特性，其中由寄生分量引起的脉动被减至最小。当压电谐振器用作滤波器部件时，由压电谐振器的寄生分量引起的通频带中的信号脉动被减小，因此，能得到例如在筛选信号方面优良的带通滤波器。
根据本发明另一优选实施方案的双工器，包含根据本发明前述优选实施例的压电谐振器。因为压电谐振器中的寄生分量被减至最小，所以根据本发明优选实施方案的双工器具有优良的滤波特性，其中由寄生分量引起的脉动被消除和减至最小。
根据本发明另一优选实施方案的通信装置，包含根据本发明其他的优选实施方案的压电谐振器。因为压电谐振器中的寄生分量被减至最小，所以根据本发明优选实施方案的通信装置具有优良的特性。
本发明的其他特征、部件、特性和优点，从下面参考附图对其优选实施例的详细描述中，将看得更清楚。
附图说明
图1是根据本发明第一和第三至第七优选实施例的压电谐振器基本部分的垂直剖视图；
图2是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器的俯视图；
图3是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器的八角振子在深度方向上的俯视图；
图4A和4B分别是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器的振子样本1的俯视图，和样本1的谐振特性图；
图5A和5B分别是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器的振子样本2的俯视图，和样本2的谐振特性图；
图6A和6B分别是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器的振子样本3的俯视图，和样本3的谐振特性图；
图7A和7B分别是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器的振子样本4的俯视图，和样本4的谐振特性图；
图8A和8B分别是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器的振子样本5的俯视图，和样本5的谐振特性图；
图9是根据本发明第二优选实施例的压电谐振器的俯视图；
图10A和10B分别是沿图9中的A-A和B-B线所作的剖视图；
图11是图9中所示的压电滤波器的电路简要图；
图12是根据本发明第三优选实施例的压电谐振器振子形状的俯视图；
图13是图12中所示压电谐振器的谐振特性图；
图14是根据本发明第四优选实施例的压电谐振器振子形状的俯视图；
图15是图14中所示压电谐振器的谐振特性图；
图16是根据本发明第五优选实施例的压电谐振器振子形状的俯视图；
图17是图16中所示压电谐振器的谐振特性图；
图18是根据本发明第六优选实施例的压电谐振器振子形状的俯视图；
图19是图18中所示压电谐振器的谐振特性图；
图20是根据本发明第七优选实施例的压电谐振器振子形状的俯视图；
图21是图20中所示压电谐振器的谐振特性图；
图22是根据本发明的一个优选实施例的双工器的示意图；
图23是根据本发明的一个优选实施例的双工器的通信装置的示意图；
图24A至24C是根据本发明一个优选实施例的具有梯形结构的改进压电滤波器的电路简要图；
图25A至25E是根据本发明另一优选实施例的压电谐振器的振子在深度方向上的俯视图；
图26A至26D是根据本发明另一优选实施例的压电谐振器的振子在深度方向上的俯视图；
图27A至27C是根据本发明另一优选实施例的压电谐振器的振子在深度方向上的俯视图；
图28A至28B是根据本发明另一优选实施例的压电谐振器的振子在深度方向上的俯视图；
图29A至29B是振子和引线的俯视图；
图30是根据本发明的另一优选实施例的压电谐振器的垂直剖面图；
图31是已知压电谐振器的谐振特性图示；和
图32是压电谐振器的振子从深度方向观看的形状的相对平行边长度与振荡波长的比，与寄生分量和主振荡之间的相位差，两者之间关系的图示。
具体实施方式
下面将参考附图详述本发明的优选实施例。第一优选实施例
图1和图2是根据本发明第一优选实施例的压电谐振器1的简要垂直剖视图和简要俯视图。
压电谐振器1利用谐振频率例如1.95GHz左右的厚度纵向振荡的二次谐波。当然，压电谐振器1也可利用基波，三次谐波，四次谐波或第n次谐波(n＝5，6，7等，这里n为正整数)。压电谐振器1具有这样的结构，即以层叠方式将支持膜3，压电薄膜4，电极5和6的薄膜安排在衬底2上。
更详细地说，如图1中所示，压电谐振器1包括：带开口8的衬底2，它在俯视图上基本上的矩形，它规定了振荡的空间；设置在衬底2表面上的支持膜3；设置在支持膜3上的下电极5；设置在下电极5上的压电薄膜4；和设置在压电薄膜4上的上电极6。
衬底2最好用硅，Pyrex(已注册商标)玻璃，石英，或其他合适材料构成的板材制成。用例如蚀刻、激光加工或喷砂处理去掉衬底2的预定部分，在衬底2的中心部位垂直扩大形成开口8，以使振子7(以后将要描述)能够振荡。在这个优选实施例中，衬底2最好用硅制成。
支持膜3支持设置在它的上面的下电极5，压电薄膜4和上电极6，以便在开口8确定一个可振荡的薄膜部分。更详细地说，在这种情况下，支持膜3具有：薄膜层3a，最好用氧化硅(SiO2)制成；和薄膜层3b，最好用三氧化铝(Al2O3)制成，设置在薄膜层3a上。支持膜3例如可由氮化硅(SiN)，氮化铝，或代替氧化硅的其他合适的材料组成。具体地说，支持膜3最好具有至少两层并包含相反应力即压缩应力和拉伸应力的多层结构。
由优选铝制成的薄膜下电极5首先形成在支持膜3上。
由优选氧化锌(ZnO)制成的压电薄膜4形成在下电极5和支持膜3上。压电薄膜4可由氮化铝，PZT(压电跃变)或其他合适的材料制成。此外，压电薄膜4包括至少一个压电薄膜层，它可仅由一个压电元件形成，或者，可包括至少一个压电薄膜层和例如与压电薄膜不同的绝缘层。
薄膜上电极6形成在压电薄膜4的上表面，从深度方向观看与下电极5重叠一部分。上电极6最好用与下电极5相同类型的铝制成。下电极5和上电极6可优选用金(Au)，银(Ag)，铜(Cu)，白金(Pt)，镍(Ni)或其他合适的材料制成，以代替铝。
压电谐振器1处于这种密封状态，其中下电极5和上电极6与相应的外部电极相连。
由相对的下、上电极5和6形成的重叠部分的形状，当从深度方向观看时，是一个长而窄的八边形(长八边形)，如图2中所示。也就是说，下电极5具有由切割长方形每个长边的两个角形成的形状，而上电极6具有也由切割长方形每个长边的两个角形成的形状，结果是由这两个电极形成重叠部分长而窄的八边形形状。通过使上电极6形成具有上述形状，线可以做的粗，因此，由于线的电阻减小，使谐振器具有改善的Q值，进一步提供更好的滤波特性。重叠部分的形状是以一个角度在每一长而窄的长方形的纵向端部切去一对角而形成的。重叠部分的形状从深度方向观看，相对于与经过重叠部分纵向中心延伸、并基本上垂直于重叠部分纵向的虚拟中心线相应的直线，是对称的。
压电薄膜4由于从下电极5和上电极6施加的高频信号在这个重叠部分引起的压电效应而振荡。此后，将上电极6，下电极5，压电薄膜4和设置在下电极5下面的支持膜3的因压电效应而振荡的部分所确定的部分，称为振子7。
具有长而窄的八边形形状的振子7，从深度方向观看，具有纵向长度较好的是等于或大于约20λ，即约为主振荡(So模式)的振荡波长λ的20倍，如图1和2中所示。基本上垂直于纵向的横向长度可等于或小于约5λ，即为主振荡的振荡波长λ的5倍，或者可大于约5λ。
振子7的纵向长度更好的是等于或大于约80λ，即约为主振荡的振荡波长的80倍。
振子7纵向长度的上限，根据主振荡的谐振波长和压电谐振器1中的芯片大小来设定，振子7横向长度的下限几乎与主振荡的振荡波长λ相同。
压电谐振器的专有特性的实验数据，由发明者利用图4A至8A所示的振子样品测得，表示在图4B至8B中，其中振子被制成从深度方向观看是长而窄的八边形形状。
图3表示测量振子尺度的方法。更详细地说，从深度方向观看，具有长而窄八边形形状的振子的纵向长度和横向长度，被定义为a和b，沿振子纵向延伸的两边长度和沿横向延伸的两边长度，被定义为c和d。每对相对的平行边最的有基本上相同的长度。
图4A至8A中所示的振子样品的尺度和比率d/b表示的在表1中。在表中，每个尺度以对主谐振频率的振荡波长的比率来表示。
表1
  样品1     a     b     c     d     d/b
  样品2     63.9     26.7     3.2     6.4    0.239
  样品3     63.9     26.7     6.8     5.0    0.187
  样品4     74.8     20.5     6.8     6.8    0.332
  样品5     74.8     26.7     3.2     1.3    0.049
  样品6     87.2     20.5     6.8     3.1    0.151
图4表示表1中的样品1从深度方向观看的形状，图4B表示它被测得的阻抗特性和相位特性。同样，图5A至8A分别表示样品2至5从深度方向观看的形状，图5B至8B分别表示它们被测得的阻抗特性和相位特性。
在采用图4A至8A所示各样品的压电谐振器中，每对基本平行的边的长度，最好等于或小于约10倍振荡波长，任何相对的电极边缘之间的距离(将在后面描述)，而不是两对基本平行的边，在纵向或横向上是变化的。并且，当至少两对基本平行的电极边缘的边，确定由相对的上、下电极确定的重叠部分的振子形状时，至少一对基本平行的边之间的距离，即与这些基本平行的边相应的电极边缘之间的距离，不同于另一对基本平行的边之间的距离，即与这些基本平行的边相应的电极边缘之间的距离。这种设计可使由电极边缘之间振荡引起的寄生分量减小。每个样品的比率d/b最好等于或小于约0.5，因此，使寄生分量进一步消除和减小至最小。第二优选实施例
下面将参考图9至11，描述根据本发明第二优选实施例的滤波器示例，其包含根据本发明各个优选实施例的压电谐振器。图9至11表示L形多节滤波器11，其中一个压电谐振器串联在输入和输出端子之间，另一个压电谐振器并联在输入端子的接地端子之间。
如图9所示，多节滤波器11最好具有单片结构。更详细地说，多节滤器11具有：衬底12，由与前述第一优选实施例相同类型的硅制成；开口18，形成在衬底12上并确定为振荡空间；和支持膜3，其由氧化硅制成，并设置在衬底12的表面上，以便复盖开口18。另外，多节滤波器11具有设置在支持膜13上的下电极15，和压电薄膜14，其由氧化锌(ZnO)制成，起到压电振荡的作用，以层叠方式设置在下电极15和支持膜13上。支持膜13分为薄膜层13a，其由氧化硅(SiO2)制成，设置在衬底12的表面上覆盖开口18；和薄膜层13b，其由三氧化铝(Al2O3)制成，设置在薄膜层13a上。除此之外，多节滤波器11具有上电极16a和16b，设置在压电薄膜14的上面，从深度方向观看，部分地重叠在下电极15上。下电极15与上电极16a之间以及下电极15与上电极16b之间重叠部分的形状，从深度方向观看时是长八边形。因此，下电极15与上电极16a之间和重叠部分，确定一个串联的压电谐振器19a，下电极15与上电极16b之间的另一重叠部分，确定另一并联的压电谐振器19b。
从深度方向观看，设置在下电极15和上电极16a之间的包含压电薄膜14的重叠部分，确定振子17a，其由于从下电极15和上电极16a施加的高频信号所致压电效应而振荡。同样，从深度方向观看，设置在下电极15和上电极16b之间的包含压电薄膜14的重叠部分，确定振子17b，其由于从下电极15和上电极16b施加的高频信号所致压电效应而振荡。
振子17a和振子17b从深度方向观看的长八边形纵向长度，最好大体上等于或大于约20倍主谐振频率的波长λ长八边形横向长度最好大体上等于或小于约5倍主谐振频率的波长λ。
在具有上述结构的多节滤波器11中，两个压电谐振器19a和19b中的寄生分量减小，因而滤波器滤波特性的脉动减小，使滤波特性得以改善。第三优选实施例
下面将参考图1，12和13，描述根据本发明第三优选实施例的压电谐振器。根据第三优选实施例的压电谐振器，具有与图1的垂直剖视图所示的第一优选实施例相同的结构。所以将描述与第一优选实施例中不同的从深度方向观看的振子7的形状之类，对与第一优选实施例相同结构的描述省略。
如图12所示，压电谐振器1振子7的形状，从深度方向观看最好是等腰三角形。振子7的两个等边和底的长度，最好分是约66.2倍和约40.9倍主谐振频率的波长。
图13是压电谐振器1的阻抗特性和相位特性图。在这个压电谐振器1中，由于振子从深度方向观看是等腰三角形，因此，相对的等边之间的距离向着三角形的顶点逐渐变小，形成振子并相应于基本上相等的边的电极边缘之间的距离沿着相等的边变化。结果，如图13所示，因为振子7有对称的形状，所以寄生分量多半会相互抵消，因而改善压电谐振器的阻抗特性和相位特性。第四优选实施例
下面将参考图1，14和15，描述根据本发明第四优选实施例的压电谐振器。根据第四优选实施例的压电谐振器，具有与图1的垂直剖视图所示的第一优选实施例相同的结构。所以将描述与第一优选实施例中不同的从深度方向观看的振子7的形状和其他特性，对与第一优选实施例相同结构的描述省略。
如图14所示，压电谐振器1的振子7的形状，从深度方向观看最好是菱形。振子7的两对基本平行的边和长度L，最好大体上等于约10倍主谐的波长。
图15是压电谐振器的阻抗特性和相位特性图。如上所述，由于振子7的形状从深度方向观看是菱形，其中相对的平行边的长度L优选为等于或小于振荡波长的约10倍，振子的对称形状使寄生分量能因相互抵消而减小，所以可得到脉动极小的压电谐振器优良特性，如图15所示。第五优选实施例
下面将参考图1，16和17，描述根据本发明第五优选实施例的压电谐振器。根据第五优选实施例的压电谐振器，具有与图1的垂直剖视图所示的第一优选实施例相同的结构。所以将描述与第一优选实施例中不同的从深度方向观看的振子7的形状和其他特性，对与第一优选实施例相同结构的描述省略。
如图16所示，当从深度方向观看时，压电谐振器1的振子7最好是相对于直线的对称八边形，其中，四对邻边形成凹角，另四对邻边形成凸角。
图17是压电谐振器的阻抗特性和相位特性图。如上所述，当从深度方向观看时，由于振子7具有的形状中，相对的边之间的距离，即与这些边相应的电极边缘之间的距离，沿着边的方向变化，同时也形成直线对称，振子的对称形状，使寄生分量因相互抵消而减小，因而可得到脉动极小的压电谐振器优良特性，如图17所示。第六优选实施例
下面将参考图1，18和19，描述根据本发明第六优选实施例的压电谐振器。根据第六优选实施例的压电谐振器，具有与图1的垂直剖视图所示的第一优选实施例相同的结构。所以将描述与第一优选实施例中不同的从深度方向观看的振子7的形状和其他特性，对与第一优选实施例相同结构的描述省略。
如图18所示，当从深度方向观看时，压电谐振器1的振子7最好是相对于直线对称的六角形。
图19是压电谐振器的阻抗特性和相位特性图。如上所示，由于振子7的形状从深度方向观看是相对于直线对称的六角形，没有相互平行的相对边，因此，由于相对边之间的距离沿着边的方向变化，与这些边相应的确定振子的电极边缘之间的距离，沿着边的方向变化，又由于直线对称的振子7有对称的形状，寄生分量相互抵消，所以压电谐振器的阻抗特性和相位特性得以改善，如图19所示。第七优选实施例
下面将参考图1，20和21，描述根据本发明第七优选实施例的压电谐振器。根据第七优选实施例的压电谐振器，具有与图1的垂直剖视图所示的第一优选实施例相同的结构。所以将描述与第一优选实施例中不同的从深度方向观看的振子7的形状和其他特性，对与第一优选实施例相同结构的描述省略。
如图20所示，当从深度方向观看时，压电谐振器1的振子7的形状，最好是相对于直线对称的梯形。梯形的平行边中较短的一边的长度L最好大体上等于或小于约10倍振荡波长。
图21是压电谐振器的阻抗特性和相位特性图。如上所述，由于振子7从深度方向观看是梯形，其中相对的平行边中较短的一边的长度L优选为大体上等于或小于10倍振荡波长，振子的对称形状使寄生分量因相互抵消而减小，因而可得到脉动极小的压电谐振器优良特性，如图21所示。第八优选实施例
接下来，将描述根据本发明另一优选实施例的双工器。图22所示的双工器20具有：天线端子21，接收端子22，和发射端子23。双工器20具有这样的结构，其中，根据本发明各种优选实施例的压电谐振器或根据本发明各种优选实施例的压电滤波器(两者都允许信号在预定的频带范围内通过)，被作为电路部件提供在接收和发送端子22和23与天线端子21之间。由于压电滤波器起电路部件的作用，其中装有根据本发明优选实施例的压电谐振器或根据本发明优选实施例由压电谐振器限定的压电滤波器，所以双工器20具有改善的接收和发送特性和改善的性能。第九优选实施例
下面将描述根据本发明又一优选实施例的通信装置，其用作为各种通信设备例如便携式电话终端和LAN装置之一。图23是通讯装置的简要方块图。
如图23所示，通信装置24具有提供在其主机中的接收电路25和发送电路26，此外还有天线27。如在第八优选实施例中所述，信号通过双工器20，在天线27与发送电路26以及天线27与接收电路25之间传送。因此，由于根据本发明优选实施例的压电谐振器，或根据本发明优选实施例具有压电谐振器的压电滤波器，被提供在双工器20中作为电路部件，所以通信装置具有改善的发送和接收特性的改善的性能。
本发明不局于前面的优选实施例，可以考虑以下面的例子来说明的各种应用和修改。
虽然根据前面优选实施例的压电谐振器最好有接近1.95GHz的谐振频率，但熟练的技术人员明白，本发明可应用于具有大于1.95GHz或小于1.95GHz的任何谐振频率的压电谐振器。
虽然根据第二优选实施例的压电滤波器最好是L型多节滤波器，但根据本发明的压电谐振器可应用于各种压电滤波器变体，例如，图24A所示的π型多节滤波器，连有两个串联压电谐振器和两个并联压电谐振器，图24B所示的L型多节滤波器，在输出端子与接地端子之间连有并联的压电谐振器，图24C所示的T型多节滤波器，连有两个串联的压电谐振器和一个并联的压电谐振器。另外，虽然根据本发明第二优选实施例的滤波器有两个并置的压电谐振器，为的是形成单一部件，但也可以安排三个或更多个压电谐振器形成单一部件，压电谐振器的安排也不限于在给定方向上并置。
虽然在前面的优选实施例中，振子的形状从深度方向观看，是长而窄的八边形，但根据本发明的压电谐振器的振子7，从深度方向观看，也可以有图25A至28B所示的形状之一。
更详细地说，图25A所示的振子7具有横向长的六角形形状，其中相对的平行边的长度最好等于或小于约10倍振荡波长λ。图25B所示的振子7具有横向长的椭圆形形状，其中纵向长度L最好是至少约20倍振荡波长λ。图25C所示的振子7具有半圆形形状，其中纵向长度L是至少约20倍振荡波长λ。图25D所示的振子7具有锐角等腰三角形形状，其中纵向长度L(即从三角形的底到顶点的距离)是至少20倍振荡波长λ。图25E所示的振子7具有菱形形状，每一边有阶梯形状，其中相对的平行边的长度，最好大体上等于或小于约10倍振荡波长λ，而纵向长度L则是至少约20倍振荡波长λ。当从深度方向观看时，图25A至25E所示这些振子的形状，相对于与经过预定宽度方向的中心延伸、并垂直于预定宽度方向的相应虚拟中心线相应的直线，是对称的。
图26所示的振子7具有横向长的16边形成多边形形状，其中相对的平行边的长度最好大体上等于或小于约10倍振荡波长λ，而纵向长度L则是至少约20倍振荡波长λ。图26B所示的振子7具有长而窄的相对于一直线对称的七角形形状，纵向长度L是至少约20倍振荡波长λ。图26C所示的振子7具有长而窄的八角形形状，其中四个边是凸形曲线，相对的平行边的长度，最好大体上等于或小于约10倍振荡波长λ，而纵向长度L则是至少20倍振荡波长λ。图26D所示的振子7具有长而窄的八边形形状，其中四个边是凹形曲线，相对的平行边的长度，最好大体上等于或小于约10倍振荡波长λ，而纵向长度L则是至少20倍振荡波长λ。当从深度方向观看时，图26A至26D所示的这些振子的形状，相对于与经过相应的预定宽度方向的中心延伸、并垂直于预定宽度方向的相应虚拟中心线，是左右对称的。
此外，图27A所示的振子7具有菱形形状，其中纵向长度L1相对于横向长度L2的比，最好近似于11∶3，而相对的平行边的长度，则最好大体上等于或小于约10倍振荡波长λ。图27B所示的振子7具有菱形形状，其中纵向长度L1相对于横向长度L2的比，最好近似于6∶1，而相对的平行边的长度，则大体上等于或小于约10倍振荡波长λ。图27C所示的振子具有梯形形状，其顶角最好约30°，而上底边的长度则最好大体上等于或小于约10倍振荡波长λ。当从深度方向观看时，图27A至27D所示的这些振子的形状，相对于与经过相应的预定宽度方向的中心延伸、并垂直于预定宽度方向的相应虚拟中心线相应的直线，是左右对称的。
进一步，图28A所示的振子7具有这样的形状，即从正方形的第一边，向正方形内切去一个钝角等腰三角形而形成的形状，其中纵向长度L(即正方形每一边的长度)，最好是大体上至少约20倍振荡波长λ。图28B所示的振子7具有这样的形状，即从长方形的第一边，向长方形内切去一个钝角等腰三角形而形成的形状，其中纵向长度L(即长方形的长边的长度)，最好是大体上至少约20倍振荡波长λ。当从深度方向观看时，图28A至28B所示的这些振子的形状，相对于与经过相应的预定宽度方向的中心延伸、并基本上垂直于预定宽度方向的相应虚拟中心线相应的直线，是对称的。
虽然在前面的优选实施例中，用来使上电极和外部电极互相连接的导线，被安排成与上电极连接而沿接振子的纵向延伸，但导线28也可与上电极6连接而沿着与上电极6的纵向，成一定角度的方向延伸，如图29A和29B所示。图29A所示的结构中，导线28沿着与纵向成30°角的方向延伸，图29B所示的结构中，导线28沿着与纵向成45°角的方向延伸。由于导线28如上所述沿着与振子的纵向成一定角度的方向延伸，部件总长度在振子的纵向可以做得小，因而能减小部件的尺寸。
虽然在前面的优选实施例中，开口的安排是经过衬底垂直延伸，并且振子设置在开口中，但根据本发明优选实施例31也可有这样的结构，其中，例如图30所示，衬底32具有其上表面的凹部38，从而形成有底的空腔，下电极35通过绝缘层33覆盖空腔38，上电极36则处于形成在下电极35上的压电薄膜34上。
尽管已参考现在考虑的优选实施例对本发明进行了描述，应当了解，在不偏离本发明的广泛的各个方面的情况下，可对优选实施例做出各种变化和修改，因此，要说明的是，所附权利要求包括所有属于本发明的实际精神和范围内的这些变化和修改。

Claims (28)

1、一种压电谐振器，其特征在于包括：
衬底；和
振子，其包含：
包含至少一个压电薄膜层的设置在衬底上的薄膜部分；和
设置在衬底上的至少一对上电极和下电极；
其中，振子有这样的结构，其中薄膜部分通过在振子的深度方向上彼此相对的上电极和下电极，夹在振子的上表面和下表面之间；和
由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，从衬底的深度方向观看，具有区别于长方形和正方形的四边形形状，所述四边形形状具有基本平行的边，其纵向长度大体上等于或小于约10倍振荡波长，并且有至少一个部分，在该部分中相对的电极边缘之间的距离是变化的。
2.一种压电谐振器，其特征在于包括：
衬底；和
振子，其包含：
含至少一个压电薄膜层的设置在衬底上的薄膜部分；和
设置在衬底上的至少一对上电极和下电极；
其中，振子有这样的结构，其中薄膜部分通过在振子的深度方向上彼此相对的上电极和下电极，夹在振子的上表面和下表面之间；和
由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，当从深度方向观看时，具有至少五个边的多边形形状，多边形形状具有基本平行的边，其纵向度大体上等于或少于约10倍振荡波长，并且有至少一个部分，在该部分中相对的电极边缘之间的距离是变化的。
3.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和1下电极确定的振子重叠部分，当从深度方向观看时，相对于一直线是对称的。
4.根据权利要求2所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，当从深度方向观看时，相对于一直线是对称的。
5.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，当从深度方向观看时，相对于一个点是对称的。
6.根据权利要求2所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，当从深度方向观看时，相对于一个点是对称的。
7.根据权利要求2所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的形状，当从深度方向观看时，是八边形。
8.根据权利要求7所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的形状，当从深度方向观看时，是伸长的八边形。
9.根据权利要求8所述的压电谐振器，其特征在于：当从深度方向观看时，由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，具有这样的形状，其中，当横向长度定义为b，而在纵向端部处横边长度定义为d时，满足关系d/b≤0.5。
10.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：当从深度方向观看时，由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的形状是菱形。
11.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：当从深度方向观看时，由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的形状是梯形。
12.一种压电谐振器，其特征在于包括：
衬底；和
振子，其包含：
包含至少一个压电薄膜层的设置在衬底上的薄膜部分；和
设置在衬底上的至少一对上电极和下电极；
其中，振子有这样的结构，其中薄膜部分通过在振子的深度方向上彼此相对的上电极和下电极，夹在振子的上表面和下表面之间；和
由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分，当从深度方向观看时，没有成对的平行边，并相对于一直线是对称的。
13.根据权利要求12所述的压电谐振器，其特征在于：当从深度方向观看时，由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的形状是等腰三角形。
14.根据权利要求12所述的压电谐振器，其特征在于：当从深度方向观看时，由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的形状是六角形。
15.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的纵向长度，等于或大于约20倍主振荡的谐振波长。
16.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：衬底具有开口和凹部两者之一，振子设置在开口和凹部两者之一上。
17.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于：振子响应施加至上电极和下电极的电信号，以厚度纵向模式振荡。
18.一种压电滤波器，其包含根据权利要求1的压电谐振器。
19.一种压电滤波器，其具有多节结构，并包含根据权利要求1的压电谐振器。
20.一种双工器，其包含根据权利要求1的压电谐振器。
21.一种通信装置，其包含根据权利要求1的压电谐振器。
22.根据权利要求12所述的压电谐振器，其特征在于：由相对的上电极和下电极确定的振子重叠部分的纵向长度，等于或大于约20倍主振荡的谐振波长。
23.根据权利要求12所述的压电谐振器，其特征在于：衬底具有开口和凹部两者之一，振子设置在开口和凹部两者之一上。
24.根据权利要求12所述的压电谐振器，其特征在于：振子响应施加至上电极和下电极的电信号，以厚度纵向模式振荡。
25.一种压电滤波器，其包含根据权利要求12的压电谐振器。
26.一种压电滤波器，其具有多节结构，并包含根据权利要求12的压电谐振器。
27.一种双工器，其包含根据权利要求12的压电谐振器。
28.一种通信装置，其包含根据权利要求12的压电谐振器。
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