CN216134461U - 谐振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种谐振器，其包括基底、复合膜和纵向声波反射器，复合膜包括沿第一方向依次设置的第一电极、压电功能膜和第二电极，第一电极设置于基底和纵向声波反射器上；压电功能膜包括纵向压电膜和纵向非压电膜，纵向非压电膜包括主体部和由主体部延伸的呈环状的凸环；凸环的内侧面沿第一方向向主体部的正投影所围成的区域为谐振区，谐振器位于谐振区外的区域为非谐振区；第一、第二电极均完全覆盖谐振区，且第二电极位于非谐振区的部分设置于凸环；谐振器在谐振区内和在非谐振区内的声阻抗相异，且第一电极、压电功能膜和第二电极位于谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的。与相关技术相比，本实用新型的谐振器能量损失小且Q值增大。

Description

谐振器

【技术领域】

本实用新型涉及谐振器技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器。

【背景技术】

随着智能设备的日益增多，以及物联网和5G技术的不断普及，对高性能滤波器和多功器的需求越来越大。声学谐振器作为滤波器和多功器的重要组成部分，一直是近年来研究的重点对象。

相关技术中，谐振器包括沿第一方向叠设的基底、第一电极、压电膜以及第二电极，所述基底和所述第一电极之间设置有纵向声波反射器；所述纵向声波反射器沿所述第一方向的正投影内边缘所包围的区域为谐振区，所述第二电极沿所述第一方向的投影所包围的区域为激发区，在激发区内会产生纵向声波和横向声波。

然而，相关技术中，复合膜在激发区和激发区外不连续，横向声波向外传播到第二电极的侧边和谐振区的边缘时，各发生一次声波散射效应，导致产生大量横向波的叠加谐振，且大量声波能量进入衬底形成耗散，造成反谐振点的Q值大幅降低。

因此，实有必要提供一种新的谐振器解决上述技术问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种减少能量损失且Q值增大的谐振器。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种谐振器，其包括基底、沿第一方向设置于所述基底上方的复合膜以及设置于所述复合膜靠近所述基底一侧的纵向声波反射器；所述复合膜包括沿所述第一方向依次设置的第一电极、压电功能膜以及第二电极，所述第一电极设置于所述基底和所述纵向声波反射器之上；

所述压电功能膜包括纵向压电膜以及纵向非压电膜，所述纵向压电膜设置于所述第一电极远离所述基底一侧，所述纵向非压电膜包括环绕所述纵向压电膜且设置于所述第一电极远离所述基底一侧的主体部以及由所述主体部远离所述第一电极一侧向所述第二电极凸出延伸的呈环状的凸环；所述凸环的内侧面沿所述第一方向向所述主体部的正投影所围成的区域为谐振区，所述谐振器位于所述谐振区外的区域为非谐振区；所述第一电极和所述第二电极均完全覆盖所述谐振区，且所述第二电极位于所述非谐振区的部分设置于所述凸环远离所述主体部的一侧；所述纵向压电膜位于所述谐振区内；所述谐振器位于所述谐振区的部分的声阻抗与所述谐振器位于所述非谐振区的部分的声阻抗相异，且所述第一电极、所述压电功能膜和所述第二电极位于所述谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的。

优选的，所述第二电极包括位于所述谐振区内的第一部分和位于所述非谐振区并套设于所述第一部分远离所述主体部一侧的第二部分，所述第一部分叠设于所述主体部并盖设于所述纵向压电膜之上，所述凸环环绕所述第一部分且所述凸环的内侧面抵接于所述第一部分；所述第二部分设置于所述凸环远离所述主体部的一侧。

优选的，所述纵向压电膜沿所述第一方向向所述凸环的正投影完全落在所述凸环的内侧面所围成的区域内。

优选的，所述复合膜沿所述第一方向落在所述纵向压电膜的外侧面所围成的区域内的部分形成激发区，所述激发区位于所述谐振区内。

优选的，所述纵向压电膜具有沿所述第一方向的压电系数，所述纵向非压电膜沿所述第一方向的压电系数为零或小于所述纵向压电膜沿所述第一方向的压电系数。

优选的，所述纵向声波反射器为由所述基底靠近所述第一电极一侧向远离所述第一电极的方向凹陷形成的空腔结构。

优选的，所述纵向声波反射器为设置于所述基底靠近所述第一电极一侧的布拉格声反射镜，所述第一电极设置于所述布拉格声反射镜远离所述基底一侧。

优选的，所述纵向声波反射器包括沿所述第一方向叠设的第一膜层和第二膜层，所述第一膜层的声阻抗小于所述第二膜层的声阻抗，所述第一膜层与所述第二膜层共同形成所述布拉格声反射镜。

优选的，所述第一膜层包括至少两个，所述第二膜层包括至少两个，所述第一膜层和所述第二膜层沿所述第一方向依次交替叠设。

优选的，所述凸环的内侧面所围成的区域沿所述第一方向向所述纵向声波反射器的正投影落在所述纵向声波反射器的范围内。

与相关技术相比，本实用新型的谐振器中，纵向非压电膜包括环绕纵向压电膜且设置于第一电极远离基底一侧的主体部以及由主体部远离第一电极一侧向第二电极凸出延伸的呈环状的凸环，第二电极设置于主体部并盖设纵向压电膜之上，凸环的内侧面抵接于第二电极；凸环的内侧面沿第一方向向主体部的正投影所围成的区域为谐振区，谐振器位于谐振区外的区域为非谐振区；第一电极和第二电极均完全覆盖谐振区，且第二电极位于非谐振区的部分设置于凸环远离主体部的一侧；复合膜位于谐振区的部分的声阻抗与复合膜位于非谐振区的部分的声阻抗相异，且第一电极、压电功能膜和第二电极位于谐振区内的部分的声阻抗均是不变的；上述结构中，通过凸环的设置，引起了复合膜设置该凸环的位置的声阻抗增加，从而使得该凸环作为横向声波反射器，在横向声波向外传播过程中，只在横向声波反射器处发生一次声波散射效应，且横向声波反射器对横向声波主要发生的是声波反射作用，因此在纵向、横向声波反射器的共同作用下，横向波谐振更少更弱，反谐振点的Q值大幅提高。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本实用新型谐振器实施方式一的立体结构示意图；

图2为本实用新型谐振器实施方式一的部分立体结构分解图；

图3为图1沿A-A线的剖视图；

图4为本实用新型谐振器实施方式二的部分立体结构分解图；

图5为本实用新型谐振器实施方式二的截面示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

首先，需要说明的是，在实际应用中，谐振器中电极的形状多为变迹多边形，而谐振器中电极具体的形状可以根据实际设计的情况进行具体的设置，比如，下面所提及到的图1-3所示的实施方式一的谐振器电极以及图4-5所示实施方式二的谐振器电极的形状均为正方形，该形状的设置并非限定了本专利中的谐振器电极形状不能用变迹多边形以及其他形状。下面通过两个实施方式对本实用新型的谐振器进行展开描述：

实施方式一

请参阅图1-3所示，本实用新型提供一种谐振器100，其包括基底1、沿第一方向(即X轴方向)设置于所述基底1上方的复合膜2以及设置于所述基底1和所述复合膜2之间的纵向声波反射器3，其中，所述第一方向为所述谐振器100的厚度方向。

所述复合膜2包括沿所述第一方向依次设置的第一电极21、压电功能膜22以及第二电极23，所述第一电极21设置于所述基底1和所述纵向声波反射器3之上。

相邻两个结构相互之间的设置方式是不限的，比如，在本实施方式一中，所述复合膜2叠设于所述基底1的表面上，所述第一电极21叠设于所述基底1并盖设于所述纵向声波反射器3之上，所述压电功能膜22叠设于所述第一电极21的表面上，所述第二电极23叠设于所述压电功能膜22 远离所述第一电极21的表面上；当然，在其他实施方式中，在相邻两个结构之间增设其它的膜层结构，使得两者相互之间不直接叠设也是可行的，譬如，可以根据实际设计的需要，复合膜与基底之间增加其它的膜层结构也是可行，同样道理，而在第一电极与压电功能膜之间、或在压电功能膜与第二电极之间增设其它的膜层结构也是可行的。

具体的，所述纵向声波反射器3为由所述基底1靠近所述第一电极21 一侧向远离所述第一电极21的方向凹陷形成的空腔结构，所述第一电极 21完全覆盖所述空腔结构。

所述压电功能膜22包括纵向压电膜221以及纵向非压电膜222。

在本实施方式一中，所述纵向压电膜221设置于所述第一电极21之上的，所述纵向非压电膜222环绕所述纵向压电膜221外周缘设置且设置于所述第一电极21远离所述基底1一侧，具体的，本实施方式中，所述纵向压电膜221叠设于所述第一电极21远离所述基底1的表面上，所述纵向非压电膜222叠设于所述第一电极21远离所述基底1的表面上；所述压电功能膜22具有沿所述第一方向的压电系数，更具体的，所述纵向压电膜221 具有沿所述第一方向的压电系数，所述纵向非压电膜222沿所述第一方向的压电系数为零或小于所述纵向压电膜221沿所述第一方向的压电系数。

进一步的，所述纵向非压电膜222包括环绕所述纵向压电膜221且叠设于所述第一电极21远离所述基底1一侧的主体部2221以及由所述主体部2221远离所述第一电极21一侧向所述第二电极23凸出延伸的凸环 2222，所述第二电极23叠设于所述主体部2221并盖设所述纵向压电膜221 之上，所述凸环2222的内侧面2220环绕所述第二电极23且抵接于所述第二电极23以充当横向声波反射器4。

值得一提的是，所述凸环2222具体的形状是不限的，在本实施方式一中，所述凸环2222呈封闭的环状结构；当然，在其他的实施方式中，凸环也可以呈开口的环状结构。

上述结构中，通过所述凸环2222的设置，有效地增加了所述纵向非压电膜222设置所述凸环2222的位置沿所述第一方向的整体厚度，从而使得所述纵向非压电膜222设置凸环2222的部分的声阻抗大于不设置凸环 2222的部分的声阻抗，为所述凸环2222充当所述横向声波反射器4提供了条件。

更进一步的，所述纵向压电膜221和所述纵向非压电膜222分别为两种不同的材料制成；或，所述纵向压电膜221和所述纵向非压电膜222分别为两种结晶特性不同的同种材料制成；更进一步的，所述纵向非压电膜 222为材料不同的两层或多层膜组成的复合结构。

需要特别说明的是，所述凸环2222的内侧面2220沿所述第一方向向所述主体部2221的正投影所围成的区域为谐振区10，所述谐振器100位于所述谐振区10外的区域为非谐振区20。

所述第一电极21和所述第二电极23均完全覆盖所述谐振区10，且所述第二电极23位于所述非谐振区20的部分叠设于所述凸环2222远离所述主体部2221的一侧；所述纵向压电膜221位于所述谐振区10内。

进一步的，所述第二电极23包括位于所述谐振区10内的第一部分231 和位于所述非谐振区20并套设于所述第一部分231远离所述主体部一侧的第二部分232，所述第一部分231设置于所述主体部2221并盖设于所述纵向压电膜221之上，所述凸环2222环绕所述第一部分231且所述凸环2222 的内侧面2220抵接于所述第一部分231，即所述凸环2222的内侧面2220 抵接于所述第一部分231；所述第二部分232设置于所述凸环222远离所述主体部2221的一侧；具体的，所述第一部分231叠设于所述主体部2221 远离所述压电功能膜22的表面上，所述第二部分232叠设于所述凸环222 远离所述主体部2221的表面上。

所述谐振区10由激发区101和非激发区102共同组成，其中，所述激发区101由所述复合膜2沿所述第一方向落在所述纵向压电膜221的外侧面2210所围成的区域的部分形成，而所述非激发区102围绕所述激发区 101外周侧设置，实际上，所述非激发区102为所述谐振区10与所述激发区101之差。所述谐振器100位于所述谐振区10的部分的声阻抗与所述谐振器100位于所述非谐振区20的部分的声阻抗相异，使得所述谐振区10 的声阻抗与所述非谐振区20之间的声阻抗之间不连续，且所述复合膜2 的各个膜层位于所述谐振区10的部分的声阻抗是大致不变的，具体的，所述第一电极21、所述压电功能膜22、所述第二电极23位于所述谐振区10 内的部分的声阻抗是大致不变的。值得说明的是，所述复合膜2的各个膜层位于所述谐振区10的部分的声阻抗是大致不变的，本实施方式中所述第一电极21、所述压电功能膜22、所述第二电极23位于所述谐振区10内的部分的声阻抗均是大致不变的。具体的，复合膜2位于激发区101内部分的声阻抗不变，复合膜2位于非激发区102内部分的声阻抗相对于复合膜 2位于激发区101内部分的声阻抗上下浮动30％以内均可以认为复合膜2 的各个膜层位于谐振区10的部分的声阻抗是大致不变的。在本实施方式中，纵向非压电膜222在非激发区102内部分的声阻抗相当于纵向压电膜 221的声阻抗的70％到130％均可以认为压电功能膜22在谐振区10内的部分的声阻抗是大致不变的。同样的，第一电极21和第二电极23在激发区 101和非激发区102内的声阻抗满足上述关系的情况下，也可以认为第一电极21和第二电极23在谐振区10内的部分的声阻抗是大致不变的。更具体的，所述复合膜2位于所述谐振区10的部分的声阻抗大于所述复合膜2 位于所述非谐振区20的部分的声阻抗。

上述结构中，当谐振器100工作时，在所述复合膜2位于所述激发区 101内的部分会激发纵向声波S1(为工作模态声波)和横向声波S2(为非工作模态声波)，纵向声波S1被上下两个反射界面约束在所述复合膜2内，而横向声波S2则会从所述复合膜2内部沿垂直所述第一方向向外横向传播。

由于所述非激发区102的声阻抗与所述激发区101的声阻抗相同，当所述横向声波S2经过所述激发区101和所述非激发区102之间的分界面时，避免了所述横向声波S2发生声波散射效应，有效地降低横向声波S2 的声波能量发生散射损耗现象，保证了所述横向声波S2的大部分声波能量发生透射并向前传播；而又由于所述非激发区102的声阻抗小于所述非谐振区20的声阻抗，当所述横向声波S2经过所述非激发区102和所述非谐振区20之间的分界面时，但所述横向声波S2的大部分声波能量主要通过声波反射作用返回所述谐振区10内并传播，仅有小部分能量会发生声波散射效应，有效地避免了大部分的横向声波S2进入所述非谐振区20从而形成能量损耗；在实际应用中，当控制所述非激发区102的宽度足够小，横向入射波和反射波便不会在所述非激发区102形成驻波谐振，避免形成横向声波S2的寄生模态，更进一步地保证所述横向声波S2的声波能量。

上述结构中，在横向声波S2向外传播过程中，只在所述凸环2222的内侧面2220处发生一次声波散射效应，而所述横向声波S2的大部分声波能量主要通过声波反射作用返回所述谐振区10内并传播，有效地保证了所述横向声波S2的声波能量，因此在纵向声波反射器3和横向声波反射器4 的配合作用下，横向声波谐振更少更弱，反谐振点的Q值大幅提高，从而获得较大的器件Q值。

进一步的，为了保证所述激发区101位于所述谐振区10内，所述纵向压电膜221沿所述第一方向向所述凸环2222的正投影落在所述凸环2222 的内侧面2220所围成的范围内；所述凸环2222的内侧面2220所围成的区域沿所述第一方向向所述纵向声波反射器3的正投影完全落在所述纵向声波反射器3的范围内。

实施方式二

请参阅图4-5所示出了实施方式二的谐振器100a，图4实质为图2所示的结构的另一实施方式的示意图，实施方式二的谐振器100a是实施方式一的发声器件的衍生实施方式，两者的结构基本相同，对于相同部分不再一一赘述，而实施方式二的谐振器100a的主要的区别点在于：

纵向声波反射器3a为设置于基底1a靠近第一电极21a一侧的布拉格声反射镜，第一电极21a设置于该布拉格声反射镜远离基底1a一侧；更具体的，第一电极21a叠设于布拉格声反射镜远离基底1a的表面上，当然，在其他实施方式中，第一电极与布拉格声反射镜相互之间不直接叠设也是可行的，譬如，可以根据实际设计的需要，第一电极与布拉格声反射镜之间增加其它的膜层结构也是可行。

进一步的，纵向声波反射器3a包括沿第一方向(即为谐振器100a的厚度方向，图中的X轴方向)叠设的第一膜层31a和第二膜层32a，第一膜层31a的声阻抗小于第二膜层32a的声阻抗，第一膜层31a与第二膜层 32a共同形成布拉格声反射镜。

值得一提的是，第一膜层31a和第二膜层32a均分别包括至少两个，而上述两者的具体数量设置的可以根据实际使用的需要进行具体的设置，比如，在本实施方式中，第一膜层31a包括两个，第二膜层32a包括两个，第一膜层31a和第二膜层32a沿第一方向依次交替叠设。

与相关技术相比，本实用新型的谐振器中，纵向非压电膜包括环绕纵向压电膜且设置于第一电极远离基底一侧的主体部以及由主体部远离第一电极一侧向第二电极凸出延伸的呈环状的凸环，第二电极设置于主体部并盖设纵向压电膜之上，凸环的内侧面抵接于第二电极；凸环的内侧面沿第一方向向主体部的正投影所围成的区域为谐振区，谐振器位于谐振区外的区域为非谐振区；第一电极和第二电极均完全覆盖谐振区，且第二电极位于非谐振区的部分设置于凸环远离主体部的一侧；复合膜位于谐振区的部分的声阻抗与复合膜位于非谐振区的部分的声阻抗相异，且第一电极、压电功能膜和第二电极位于谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的；上述结构中，通过凸环的设置，引起了复合膜设置该凸环的位置的声阻抗增加，从而使得该凸环作为横向声波反射器，在横向声波向外传播过程中，只在横向声波反射器处发生一次声波散射效应，且横向声波反射器对横向声波主要发生的是声波反射作用，因此在纵向、横向声波反射器的共同作用下，横向波谐振更少更弱，反谐振点的Q值大幅提高。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种谐振器，其包括基底、沿第一方向设置于所述基底上方的复合膜以及设置于所述复合膜靠近所述基底一侧的纵向声波反射器，其特征在于，所述复合膜包括沿所述第一方向依次设置的第一电极、压电功能膜以及第二电极，所述第一电极设置于所述基底和所述纵向声波反射器之上；

所述压电功能膜包括纵向压电膜以及纵向非压电膜，所述纵向压电膜设置于所述第一电极远离所述基底一侧，所述纵向非压电膜包括环绕所述纵向压电膜且设置于所述第一电极远离所述基底一侧的主体部以及由所述主体部远离所述第一电极一侧向所述第二电极凸出延伸的呈环状的凸环；所述凸环的内侧面沿所述第一方向向所述主体部的正投影所围成的区域为谐振区，所述谐振器位于所述谐振区外的区域为非谐振区；所述第一电极和所述第二电极均完全覆盖所述谐振区，且所述第二电极位于所述非谐振区的部分设置于所述凸环远离所述主体部的一侧；所述纵向压电膜位于所述谐振区内；所述谐振器位于所述谐振区的部分的声阻抗与所述谐振器位于所述非谐振区的部分的声阻抗相异，且所述第一电极、所述压电功能膜和所述第二电极位于所述谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的。

2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述第二电极包括位于所述谐振区内的第一部分和位于所述非谐振区并套设于所述第一部分远离所述主体部一侧的第二部分，所述第一部分叠设于所述主体部并盖设于所述纵向压电膜之上，所述凸环环绕所述第一部分且所述凸环的内侧面抵接于所述第一部分；所述第二部分设置于所述凸环远离所述主体部的一侧。

3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述纵向压电膜沿所述第一方向向所述凸环的正投影完全落在所述凸环的内侧面所围成的区域内。

4.根据权利要求3所述的谐振器，其特征在于，所述复合膜沿所述第一方向落在所述纵向压电膜的外侧面所围成的区域内的部分形成激发区，所述激发区位于所述谐振区内。

5.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述纵向压电膜具有沿所述第一方向的压电系数，所述纵向非压电膜沿所述第一方向的压电系数为零或小于所述纵向压电膜沿所述第一方向的压电系数。

6.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述纵向声波反射器为由所述基底靠近所述第一电极一侧向远离所述第一电极的方向凹陷形成的空腔结构。

7.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述纵向声波反射器为设置于所述基底靠近所述第一电极一侧的布拉格声反射镜，所述第一电极设置于所述布拉格声反射镜远离所述基底一侧。

8.根据权利要求7所述的谐振器，其特征在于，所述纵向声波反射器包括沿所述第一方向叠设的第一膜层和第二膜层，所述第一膜层的声阻抗小于所述第二膜层的声阻抗，所述第一膜层与所述第二膜层共同形成所述布拉格声反射镜。

9.根据权利要求8所述的谐振器，其特征在于，所述第一膜层包括至少两个，所述第二膜层包括至少两个，所述第一膜层和所述第二膜层沿所述第一方向依次交替叠设。

10.根据权利要求1-9任一项所述的谐振器，其特征在于，所述凸环的内侧面所围成的区域沿所述第一方向向所述纵向声波反射器的正投影落在所述纵向声波反射器的范围内。

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