DE10011381A1 - Piezoelektrisches Resonanzbauteil - Google Patents

Abstract

Ein piezoelektrisches Resonanzbauteil (1) enthält ein Kondensatorsubstrat (2), einen auf dem Kondensatorsubstrat montierten piezoelektrischen Resonator (3) und einen Deckel (4), der fest an dem Kondensatorsubstrat (2) angebracht ist. Das Kondensatorsubstrat (2) enthält ein dielektrisches Substrat (5) rechtwinkliger Form, mehrere Innenelektroden, die schichtweise innerhalb des dielektrischen Substrats liegen und mehrere Außenelektroden (6, 7, 8), die auf wenigstens einer der einander gegenüberliegenden Seitenflächen des dielektrischen Substrats (5) liegen. Die mehreren Innenelektroden enthalten eine mit Erdpotential zu verbindende Innenelektrode (11) und wenigstens ein Paar geteilter Innenelektroden (9, 10), die in derselben Höhe und bezogen auf einen mittleren Abschnitt des dielektrischen Substrats (5) voneinander beabstandet angeordnet sind (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Resonanz­ bauteil, das z. B. für einen chipartigen piezoelektrischen Oszillator verwendet werden kann. Genauer betrifft die Erfindung ein piezoelektrisches Resonanzbauteil, das so gestaltet ist, dass ein piezoelektrisches Resonanzelement in einem Gehäuse untergebracht ist, welches ein Konden­ satorsubstrat aufweist.

Das piezoelektrische Resonanzelement ist in einem Gehäuse so untergebracht, dass dieses die Vibration seines piezo­ elektrischen Vibrationsabschnitts nicht behindert.

Z. B. ist in dem Gehäuse einer ein piezoelektrisches Resonanzelement verwendenden piezoelektrischen Oszillator­ schaltung ein Kondensator elektrisch mit dem piezoelek­ trischen Resonanzelement verbunden. Wenn eine derartige piezoelektrische Oszillatorschaltung in Form eines chip­ artigen Bauelements realisiert werden muss, ist der Kondensator innerhalb eines Gehäusesubstrats gebildet, so dass das piezoelektrische Resonanzbauteil kompakt ausfallen kann.

Z. B. beschreibt die Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 4- 192709 einer japanischen Patentanmeldung ein chipartiges piezoelektrisches Resonanzbauteil 50, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Dieses chipartige piezoelektrische Reso­ nanzbauteil 50 enthält als Gehäuse ein Kondensatorsubstrat 51, das durch Brennen eines monolithischen Keramikblocks hergestellt ist. Eine keramische Kappe 52, die sich nach unten öffnet, ist mit Lot 53 mit dem Kondensatorsubstrat 51 verlötet. Zur Verbesserung der Lötbarkeit ist eine aus Ag und Pd bestehende Lotschicht 54 auf der Unterseite der Keramikkappe 52 und eine aus NiCr und Au bestehende Lot­ schicht 55 auf der Oberseite des Kondensatorsubstrats 51 aufgebracht.

Ein piezoelektrisches Resonanzelement 56 ist von einem aus dem Kondensatorsubstrat 51 und der keramischen Kappe 52 gebildeten Gehäuse umschlossen. Das piezoelektrische Reso­ nanzelement 56 enthält ein piezoelektrisches Substrat 57 und Anregungselektroden 58 und 59, die jeweils auf der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Substrats 57 gebildet sind. Der Teil des piezoelektrischen Resonanz­ elements 56, wo die Anregungselektroden 58 und 59 einander überlappen, dient als Vibrationsabschnitt, der im energie­ einfangenden Dickenscherungsvibrationsmodus schwingt.

Das piezoelektrische Resonanzelement 56 ist an Elektroden 62 und 63 angelötet, die jeweils auf der Oberseite des Gehäusesubstrats 51 liegen.

Mehrere Innenelektroden 64 bis 68 liegen innerhalb des Kondensatorsubstrats 51. Die Innenelektroden 64 und 65 sind elektrisch über ein durch das Kondensatorsubstrat 51 hin­ durchgehende Fensterelektrode 69 verbunden. Eine Fenster­ elektrode 70 ist elektrisch mit der Unterseite der Innen­ elektrode 66 verbunden. Die Innenelektroden 67 und 68 sind elektrisch mit einer Fensterelektrode 71 verbunden, die sich durch das Kondensatorsubstrat 51 erstreckt. Die Fensterelektroden 69 und 71 sind so gebildet, dass ihre oberen Enden elektrisch jeweils mit den Elektroden 62 und 63 verbunden sind, und dass ihre unteren Enden elektrisch jeweils mit Anschlusselektroden 72 und 73 verbunden sind, die auf der Unterseite des Kondensatorsubstrats 51 liegen. Das untere Ende der Fensterelektrode 70 ist elektrisch mit einer Anschlusselektrode 74 verbunden, die auf der Unter­ seite des Kondensatorsubstrats 51 liegt.

Die japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 5-181 205 beschreibt ein piezoelektrisches Resonanz­ bauteil 81, wie es die Fig. 11 zeigt. Ein Kondensator­ substrat 82 und eine Kappe 83 bilden ein Gehäuse. Innen­ elektroden 84 und 85 sind in dem Kondensatorsubstrat 82 gebildet. Eine Elektrode 86a liegt auf der Oberseite des Kondensatorsubstrats 82 so, dass die Elektrode 86a und die Innenelektrode 85 einander mit einer dazwischenliegenden dielektrischen Lage überlappen. Gleichermaßen ist eine auf der Unterseite des Kondensatorsubstrats 82 liegende Elektrode 86b so gebildet, dass diese Elektrode 86b und die Innenelektrode 84 einander mit einer dazwischenliegenden dielektrischen Lage überlappen. Die Elektroden 86a und 86b sind miteinander elektrisch auf nicht dargestellten Seiten­ flächen des Kondensatorsubstrats 82 verbunden.

Die Innenelektroden 84 und 85 sind elektrisch jeweils mit Außenelektroden 87a und 87b verbunden, die so gebildet sind, dass sie die entsprechenden Endflächen des Konden­ satorsubstrats 82 bedecken. Die Außenelektroden 87a und 87b erstrecken sich so, dass sie Teile der Ober- und Unterseite des Kondensatorsubstrats 82 bedecken. Ein piezoelektrischer Resonator 90 ist mit Abschnitten der Außenelektroden 87a und 87b verlötet, die die jeweiligen Abschnitte der Ober­ seite des Kondensatorsubstrats 82 bedecken. Der piezoelek­ trische Resonator 90 ist ein energieeinfangender Typ, der im Dickenscherungsvibrationsmodus schwingt. Der piezoelek­ trische Resonator 90 liegt in einem durch das Kondensator­ substrat 82 und die Kappe 83 gebildeten Raum.

Das in Fig. 10 gezeigte piezoelektrische Resonanzbauteil 50 hat die darin gebildeten Fensterelektroden 69 bis 71 dazu, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Resonanzelement 56 und dem als Konden­ sator dienenden Kondensatorsubstrat 51 und zwischen den Anschlusselektroden 72 bis 74, dem Kondensator und dem piezoelektrischen Resonanzbauteil 56 hergestellt werden können.

Dementsprechend bedarf es bei der Herstellung des piezo­ elektrischen Resonanzbauteils 50 eines Schritts zur Aus­ bildung der Fensterelektroden 69 bis 71, wodurch sich die Anzahl der Herstellungsschritte wie auch der Schwierig­ keitsgrad bei der Bearbeitung erhöhen. Außerdem verursacht die Herstellung des Kondensatorsubstrats 51 verhältnismäßig hohe Kosten.

Da es der Fensterelektroden 69 bis 71 in dem Konden­ satorsubstrat 51 bedarf, lassen sich die Innenelektroden nicht so legen oder ausdehnen, dass sie an Bereichen, wo die Fensterelektroden 69 bis 71 liegen, zueinander hin­ weisen. Anders gesagt behindern die Fensterelektroden 69 bis 71 eine Vergrößerung des Bereichs, wo sich die Innen­ elektroden gegenüberliegen, und damit eine Verringerung der Abmessungen und der für die Montage notwendigen Fläche.

Ferner wird die Symmetrie des Kondensatorsubstrats 51 durch die Fensterelektroden 69 bis 71 beeinträchtigt, wodurch eine mögliche Verformung des Kondensatorsubstrats 51 beim Brennen verursacht werden kann. Z. B. sind die oberen und unteren Abschnitte der Fensterelektroden 70 bezogen auf eine durch die Mitte des Kondensatorsubstrats 51 gehende und parallel zu der Ober- und Unterseite des Konden­ satorsubstrats 51 liegende imaginäre Ebene nicht symme­ trisch. Diese Unsymmetrie kann eine Tendenz zur Verformung des Kondensatorsubstrats 51, damit eine verschlechterte Lötbarkeit zwischen dem Kondensatorsubstrat 51 und dem piezoelektrischen Resonanzelement 56 oder auch die Ent­ stehung einer Lücke zwischen dem Kondensatorsubstrat 51 und der Kappe 52 mit sich bringen, was die Dichtungseigen­ schaften beeinträchtigt. Außerdem sind, wenn das Kondensa­ torsubstrat 51 verformt ist, die Genauigkeit, wenn das piezoelektrische Resonanzbauteil 50 auf einer gedruckten Schaltungsplatte montiert wird oder die Lötbarkeit beein­ trächtigt.

Im Gegensatz dazu hat das piezoelektrische Resonanzbauteil 81, das in Fig. 11 dargestellt ist, keine im Kondensator­ substrat 82 gebildeten Fensterelektroden. Somit können bei diesem piezoelektrischen Resonanzbauteil 81 die oben beschriebenen mit den Fensterelektroden einhergehenden Schwierigkeiten nicht entstehen.

Bei der Montage des piezoelektrischen Resonanzbauteils 81 auf einer gedruckten Schaltungsplatte wird die elektrische Verbindung durch die Außenelektroden 87a und 87b und die auf den Seitenflächen des Kondensatorsubstrats 82 gebilde­ ten (nicht gezeigten) Außenelektroden, die elektrisch mit den Elektroden 86a und 86b verbunden sind, hergestellt. Die Außenelektroden 87a und 87b liegen auf den Endflächen des Kondensatorsubstrats 82, wohingegen die mit den Elektroden 86a und 86b verbundenen Außenelektroden auf den Seiten­ flächen des Kondensatorsubstrats 82 liegen. Dem ent­ sprechend müssen beide Endflächen und beide Seitenflächen des Kondensatorsubstrats 82 mit der gedruckten Schaltungs­ platte verlötet werden, und dies kann zu Komplikationen beim Montagevorgang führen.

Da weiterhin die Innenelektroden 84 und 85 mit den jeweils auf der Ober- und Unterseite des Kondensatorsubstrats 82 liegenden Elektroden 86a und 86b eine Kapazität ausbilden, lässt sich nur schwer eine große Kapazität herstellen. Damit eine große Kapazität hergestellt werden kann, muss die Anzahl der Schichten für die Innenelektroden 84 und 85 vergrößert werden, und deshalb lässt sich die Dicke des Kondensatorsubstrats 82 nur schwer verringern.

Da weiterhin die Symmetrie des Kondensatorsubstrats 82 schlecht ist, können auch hier die mit dem piezoelek­ trischen Resonanzbauteil 50 einhergehenden Schwierigkeiten auftreten. Z. B. ist der Innenelektrodenabschnitt bezogen auf eine imaginäre Ebene, die durch die Mitte des Konden­ satorsubstrats 82 in dessen Dickenrichtung geht und sich parallel zur Ober- und Unterseite desselben erstreckt, oder bezogen auf eine imaginäre Ebene, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats 82 geht und sich in Dickenrichtung desselben erstreckt, unsymmetrisch. Deshalb neigt das Kondensatorsubstrat 82 beim Brennvorgang zu Verwerfungen.

Zur Vermeidung der oben beschriebenen Schwierigkeiten erzielen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ein piezoelektrisches Resonanzbauteil, das eine große Kapazität in einem Kondensatorsubstrat und dadurch die Dickenver­ ringerung desselben ermöglicht und die oben erwähnten, durch die Unsymmetrie des Kondensatorsubstrats hervorge­ rufenen Schwierigkeiten vermeidet.

Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung sieht ein piezoelektrisches Resonanzbauteil vor, das ein Kondensator­ substrat, ein auf dem Kondensatorsubstrat befestigtes piezoelektrisches Resonanzelement und einen Deckel auf­ weist, der fest an dem Kondensatorsubstrat angebracht ist, um das piezoelektrische Resonanzelement zu umhüllen. Das Kondensatorsubstrat und der Deckel bilden ein Gehäuse, welches das piezoelektrische Resonanzelement aufnimmt.

Das Kondensatorsubstrat weist ein dielektrisches Substrat in rechtwinkliger Form, mehrere in Lagen innerhalb des dielektrischen Substrats angeordnete Innenelektroden mit einer dazwischengeschichteten dielektrischen Lage und mehrere elektrisch mit dem Innenelektroden verbundene Außenelektroden auf, die auf wenigstens einer von einander gegenüberliegenden Seitenflächen des dielektrischen Subs­ trats gebildet sind.

Der obige Aufbau der Außenelektroden gestattet die Montage des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonanzbauteils beispielsweise auf einer gedruckten Schaltungsplatte, indem einfach die Seitenfläche oder Seitenflächen des Kondensa­ torsubstrats mit der Schaltungsplatte verbunden wird oder werden, und erleichtert dadurch einen effizienten Montage­ prozess.

Die mehreren Innenelektroden weisen eine mit Erdpotential zu verbindende Innenelektrode und ein Paar geteilter Innen­ elektroden auf, die in derselben Höhe liegen und, bezogen auf den Mittelabschnitt des dielektrischen Substrats, voneinander beabstandet sind. Dabei weisen das geteilte Innenelektrodenpaar und die mit Erdpotential verbundene Innenelektrode über die dielektrische Lage zueinander hin.

Die oben beschriebene Gestaltung der Innenelektrode ermöglicht eine Erhöhung der Kapazität, damit eine Ver­ ringerung der Dicke des Kondensatorsubstrats und eine daraus resultierende Größenverringerung des piezoelek­ trischen Resonanzbauteils.

Da die mit Erdpotential zu verbindende Innenelektrode(n) und ein Paar oder mehrere Paare von geteilten Innen­ elektroden in Lagen angeordnet sind, kann die Symmetrie der im Kondensatorsubstrat enthaltenen Innenelektroden leicht gesteigert werden.

Deshalb neigt das Kondensatorsubstrat, auch wenn es durch Brennen eines monolithischen Keramikblocks hergestellt wird, weniger zu Verformungen.

Auf diese Weise kann das piezoelektrische Resonanzbauteil zuverlässig auf dem Kondensatorsubstrat montiert werden und der Deckel ebenso zuverlässig mit dem Kondensatorsubstrat verbunden werden, ohne dass eine Lücke zwischen ihnen entsteht.

Demgemäß tritt bei der Montage des piezoelektrischen Resonanzbauteils auf dem Kondensatorsubstrat wie auch bei der Montage des piezoelektrischen Resonanzbauteils auf einer gedruckten Schaltungsplatte keine schlechte oder unsichere elektrische Verbindung auf.

Die Anzahl der in Lagen liegenden Innenelektroden ist nicht besonders beschränkt. Die mit Erdpotential zu verbindenden Innenelektroden und die geteilten Innenelektrodenpaare können abwechselnd in einer geeigneten Lagenzahl angeordnet sein.

Bevorzugt sind all die vielen Innenelektroden symmetrisch zu einer ersten imaginären Ebene, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats geht und sich parallel zu zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Kondensator­ substrats erstreckt, zu einer zweiten imaginären Ebene, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats geht und sich parallel zu den anderen beiden einander gegenüberliegenden Endflächen des Kondensatorsubstrats erstreckt, und symmetrisch zu einer dritten imaginären Ebene angeordnet, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats geht und sich parallel zur Ober- und Unterseite des Kondensatorsubstrats erstreckt.

Durch die obige Gestaltung neigt das Kondensatorsubstrat bei seiner Fabrikation viel weniger zur Verformung.

Noch bevorzugter weist unter allen Innenelektroden eine in Laminierrichtung der Innenelektroden am weitestens außen liegende Innenelektrode ein Paar geteilter Innenelektroden auf.

Durch die Verwendung des obigen Aufbaus kann die Streu­ kapazität zwischen dem piezoelektrischen Resonanzelement und dem Kondensatorsubstrat verringert werden, und dadurch können gute Resonanzkennwerte erreicht werden.

Bevorzugt hat der Deckel Kappenform mit einer sich nach unten öffnenden Öffnung. Allerdings ist der Deckel darauf nicht beschränkt. Beispielsweise können die Strukturen des Kondensatorsubstrats und des Deckels so modifiziert werden, dass eine nach oben ragende periphere Wand entlang der Umfangskante des Kondensatorsubstrats gebildet ist, so dass der Deckel dann plattenförmige Gestalt hat und zur Ver­ bindung mit der Oberkante der peripheren Wand angepasst ist.

Der in Form der oben erwähnten Kappe gebildete Deckel kann leicht auf dem Kondensatorsubstrat fixiert werden und dabei das piezoelektrische Resonanzelement umhüllen.

Bevorzugt dient als die oben erwähnte Kappe eine leitende Kappe, die auf dem Kondensatorsubstrat mittels eines Isoliermaterials montiert ist.

Die leitfähige Kappe kann das piezoelektrische Resonanz­ element elektromagnetisch abschirmen.

Alternativ dient als die oben erwähnte Kappe eine Isolier­ kappe, die mit dem Kondensatorsubstrat durch einen geeig­ neten Kleber verbunden ist.

Die Verwendung der Isolierkappe verhindert eine fehlerhafte elektrische Verbindung, die aus einem Kontakt zwischen der Kappe und einer am Kondensatorsubstrat liegenden Elektrode entstehen könnte.

Bei bestimmten Anwendungen dieser Erfindung dient ein energieeinfangender piezoelektrischer Resonator als piezo­ elektrisches Resonanzelement, und letzteres und ein im Kondensatorsubstrat gebildeter Kondensator bilden eine Oszillatorschaltung.

Mit der obigen Konfiguration kann ein eine Lastkapazität enthaltender piezoelektrischer Oszillator in Form eines chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteils realisiert werden.

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines einer Ausführungsform dieser Erfindung entsprechenden piezoelektrischen Resonanzbauteils;

die Fig. 2A und 2B sind jeweils ebene und Seiten­ ansichten eines in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendeten Kondensatorsubstrats;

die Fig. 3A und 3B zeigen Ansichten innerer Elektroden, die in einem dielektrischen Substrat gebildet sind, das für das in den Fig. 2A und 2B gezeigte Kondensatorsubstrat dient, wobei Fig. 3A eine schematische ebene Ansicht der geteilten Innenelektroden und Fig. 3B eine schematische ebene Ansicht einer mit Erdpotential zu verbindenden Innenelektrode darstellt;

die Fig. 4A und 4B zeigen jeweils eine Seiten- und Endansicht des in dem in den Fig. 2A und 2B gezeigten Kondensatorsubstrat verwendeten dielektrischen Substrats;

Fig. 5 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines in der Ausführungsform der Fig. 1 eingesetzten piezoelektrischen Resonanzelements;

die Fig. 6A bis 6C sind Schnittansichten des dielektrischen Substrats eingesetzt im Kondensatorsubstrat, das in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist, wobei Fig. 6A eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2A, Fig. 6B eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 2A und Fig. 6C eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in Fig. 2B darstellen;

Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Modifikation der vielen in Lagen in dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Kondensatorsubstrat gebildeten Innen­ elektroden;

die Fig. 8A und 8B sind ebene Ansichten, die jeweils eine Modifikation des in dieser Erfindung verwendeten Kondensatorsubstrats zeigen;

die Fig. 9A und 9B sind schematische ebene Ansichten, die die Formen der in dem in Fig. 8A gezeigten Konden­ satorsubstrat verwendeten Innenelektroden zeigen, wobei Fig. 9A eine mit Erdpotential zu verbindende Innen­ elektrode und Fig. 9B geteilte Innenelektroden zeigt;

Fig. 10 zeigt eine Schnittdarstellung eines bekannten piezoelektrischen Resonanzbauteils; und

Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht eines anderen bekannten piezoelektrischen Resonanzbauteils.

Nachstehend wird eine Ausführungsform dieser Erfindung im einzelnen bezogen auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines der Ausführungsform entsprechenden piezoelektrischen Resonanzbauteils.

Dieses piezoelektrische Resonanzbauteil 1 enthält ein Kondensatorsubstrat 2 und einen piezoelektrischen Resonator 3 des energieeinfangenden Typs, der als piezoelektrisches Resonanzelement fungiert und auf dem Kondensatorsubstrat 2 montiert ist. Das Kondensatorsubstrat 2 und eine leitende Kappe 4 bilden ein Gehäuse.

Das Kondensatorsubstrat 2 enthält ein dielektrisches Substrat 5, das rechtwinklige Form hat. Die Fig. 2A und 2B zeigen jeweils eine ebene Ansicht und eine Seitenansicht des Kondensatorsubstrats 2.

An dem Kondensatorsubstrat 2 sind Außenelektroden 6 bis 8 derart gebildet, dass sie wenigsten Abschnitte entgegen­ gesetzter Seitenflächen 5a und 5b des dielektrischen Subs­ trats 5 bedecken. Die Außenelektroden 6 und 8 liegen so, dass sie nicht nur Abschnitte der Seitenflächen 5a und 5b sondern auch Endflächen und Teile der Ober- und Unterseite des dielektrischen Substrats 5 bedecken. Die Außenelektrode 7 ist so gebildet, dass sie nicht nur Teile der Seiten­ flächen 5a und 5b sondern auch einen Abschnitt der Oberseite des dielektrischen Substrats 5 bedeckt. Ebenso erstreckt sich die Außenelektrode 7 über die Unterseite des dielektrischen Substrats 5.

Das dielektrische Substrat 5 enthält paarweise geteilte Innenelektroden 9 und 10, wie sie in Fig. 3A dargestellt sind, und eine mit Erdpotential zu verbindende Innen­ elektrode 11. Die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10 und die Innenelektrode 11 sind in Lagen angeordnet.

Gemäß Fig. 3A liegen die gepaarten geteilten Innen­ elektroden 9 und 10 in derselben Höhe. Die gepaarten geteilten Innenelektroden 9 und 10 haben eine Form, die man durch Teilung einer zwischen den Endflächen 5c und 5d des dielektrischen Substrats sich erstreckenden imaginären Innenelektrode im mittleren Abschnitt des dielektrischen Substrats 5 parallel zu den Endflächen 5c und 5d erhält.

Die geteilte Innenelektrode 9 (10) hat Zuleitungsabschnitte 9a und 9b (10a und 10b), die sich jeweils zu den Seitenflächen 5a und 5b des dielektrischen Substrats 5 erstrecken. Die Zuleitungsabschnitte 9a und 9b sind mit der Außenelektrode 6 verbunden und die Zuleitungsabschnitte 10a und 10b mit der Außenelektrode 8. Bei dieser Ausführungsform sind die Zuleitungsabschnitte 9a und 9b so gebildet, dass sie bis zur Endfläche 5c des dielektrischen Substrats 5 reichen, und die Zuleitungsabschnitte 10a und 10b reichen bis zur Endfläche 5d des dielektrischen Substrats 5.

Die mit Erdpotential zu verbindende Innenelektrode 11 liegt auf einer anderen Höhe als das geteilte Innenelektrodenpaar 9 und 10. Die Innenelektrode 11 hat Zuleitungsabschnitte 11a und 11b, die sich in Richtung der Mittellinie des dielektrischen Substrats 5 und parallel zu den Endflächen 5c und 5d erstrecken und jeweils bis zu den Seitenflächen 5a und 5b reichen. Auf diese Weise sind die Zuleitungsabschnitte 11a und 11b elektrisch mit der Außenelektrode 7 verbunden.

Fig. 4A zeigt die Seitenfläche 5b des dielektrischen Substrats 5. Fig. 4B zeigt die Endfläche 5c des dielek­ trischen Substrats 5.

Aus Fig. 4A erkennt man, dass der Zuleitungsabschnitt 11b auf der Seitenfläche 5b in der Mittenposition bezogen auf die Dickenrichtung des dielektrischen Substrats 5 frei liegt. Gemäß Fig. 4B liegt die geteilte Innenelektrode 9 an der Endfläche 5c frei.

Bei dieser Ausführungsform sind die Innenelektroden in drei Lagen angeordnet und insbesondere in der Reihenfolge von oben nach unten kommen ein geteiltes Innenelektrodenpaar 9 und 10, dann die Innenelektrode 11 und schließlich noch ein geteiltes Innenelektrodenpaar 9 und 10. Anders gesagt liegen die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10 in den äußersten Lagen des Laminats der Innenelektroden.

Die Innenelektrode 11 und die geteilten Innenelektroden­ paare 9 und 10 sind in Lagen angeordnet und bilden einen Kondensator im Kondensatorsubstrat 2. Genauer ist die Außenelektrode 7 mit Erdpotential verbunden und bildet so einen Kondensator zwischen der Außenelektrode 7 und der Außenelektrode 6 und einen weiteren Kondensator zwischen der Außenelektrode 7 und der Außenelektrode 8.

Nun wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen, die den auf die Oberseite des Kondensatorsubstrats 2 mittels Lötstellen 12 und 13 aufgelöteten piezoelektrischen Resonator 3 zeigt. Der piezoelektrische Resonator 3 ist einer des energieein­ fangenden Typs, der eine Oberwelle des Dickendehnungs­ vibrationsmodus nutzt.

Gemäß Fig. 5 enthält der piezoelektrische Resonator 3 ein piezoelektrisches Substrat 14, das eine dünne rechtwinklige Form hat. Das piezoelektrische Substrat 14 kann aus piezo­ elektrischer Keramik gebildet sein, z. B. aus Bleititanat- Zirkonatkeramik, aus Kristall oder aus einem geeigneten piezoelektrischen Einkristall. Falls das piezoelektrische Substrat 14 aus piezoelektrischer Keramik gebildet ist, ist das Substrat 14 so polarisiert, dass die Polarisationsachse in Dickenrichtung des piezoelektrischen Substrats liegt.

Auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats 14 ist eine erste Anregungselektrode 15 und auf der Unterseite des piezoelektrischen Substrats 14 eine zweite Anregungselek­ trode 16 gebildet. Eine innere Anregungselektrode 17 liegt im piezoelektrischen Substrat 14 in mittlerer Höhe. Die Anregungselektroden 15 und 16 und die innere Anregungs­ elektrode 17 überlappen einander in Dickenrichtung des piezoelektrischen Substrats 14, und zwischen ihnen liegt eine piezoelektrische Lage. Ein überlappender Abschnitt der Anregungselektroden 15 und 17 dient als Vibrationsabschnitt der energieeinfangenden Art.

Die Anregungselektroden 15 und 16 sind mittels einer Anschlusselektrode 18 miteinander elektrisch verbunden. Die Anschlusselektrode 18 erstreckt sich von der Oberseite zur Unterseite des piezoelektrischen Substrats 14 über eine Endfläche 14b hinweg.

Eine Anschlusselektrode 19 ist an der anderen dieser Endfläche 14b gegenüberliegenden Endfläche 14a gebildet. Die Anschlusselektrode 19 ist elektrisch mit der inneren Anregungselektrode 17 verbunden.

Die Anschlusselektrode 19 liegt so, dass sie bis zur Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Substrats 14 reicht.

Der Vibrationsabschnitt des piezoelektrischen Resonators 3 wird durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den Anschlusselektroden 18 und 19 im Dickendehnungsvibrations­ modus angeregt und fängt dadurch eine Oberwelle des Dickendehnungsvibrationsmodus ein, wodurch die auf der Oberwelle beruhenden Resonanzeigenschaften erreicht werden.

Wie zuvor erwähnt, wird der piezoelektrische Resonator 3 auf dem Kondensatorsubstrat 2 durch Lötstellen 12 und 13 angelötet. D. h., dass die Anschlusselektrode 19 elektrisch und mechanisch mit der Außenelektrode 6 des Kondensator­ substrats 2 durch Lot 12 verbunden wird.

Die Anschlusselektrode 18 des piezoelektrischen Resonators ist elektrisch und mechanisch mit der Außenelektrode 8 des Kondensatorsubstrats 2 durch Lot 13 verbunden. Die Löt­ stellen 12 und 13 sind so aufgebracht, dass sie eine gewisse Dicke aufweisen, und bilden dadurch eine Lücke D zwischen der Unterseite des piezoelektrischen Resonators 13 und der Oberseite des Kondensatorsubstrats 2. Die Lücke D dient dazu, die Vibration des piezoelektrischen Vibrations­ abschnitts nicht zu behindern.

Die Kappe 4 ist aus leitendem Material gebildet, wie z. B. aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, und hat eine Öffnung 4a, die in Fig. 1 nach unten gerichtet ist. Ein isolie­ render Klebstoff 20 ist auf die Unterseite 4b aufgebracht und umringt die Öffnung 4a. Die leitende Kappe 4 ist mit der Oberseite des Kondensatorsubstrats 2 durch isolierenden Klebstoff 20 verbunden. Durch die Verwendung der leitenden Kappe 4 ist der innere piezoelektrische Resonator 3 elektromagnetisch abgeschirmt.

Um einen elektrischen Kontakt zwischen der leitenden Kappe 4 und den Außenelektroden 6 und 8 mit Sicherheit auszuschließen, dient ein (nicht gezeigter) Isolierfilm, der eine rechtwinklige Form hat und der auf dem Kondensatorsubstrat 2 gebildet ist, und die leitende Kappe 4 kann mit dem Isolierfilm mit elektrisch isolierendem Klebstoff 20 verbunden werden.

In dem dieser Ausführungsform entsprechenden piezoelek­ trischen Resonanzbauteil 1 enthält das Kondensatorsubstrat 2 die mit Erde zu verbindende Innenelektrode 11 und die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10. Deshalb kann, wenn die Innenelektroden in derselben Anzahl von Schichten oder Lagen angeordnet sind, das piezoelektrische Resonanzbauteil 1 im Vergleich mit dem in Fig. 11 gezeigten bekannten piezoelektrischen Resonanzbauteil 81 eine größere Kapazität erhalten. Anders gesagt kann, wenn dieselbe Kapazität er­ zielt werden soll, die Anzahl der Innenelektrodenschichten des piezoelektrischen Resonanzbauteils 1 kleiner werden als die Anzahl der Innenelektrodenschichten bei dem bekannten piezoelektrischen Resonanzbauteil 81, wodurch sich die Dicke des Kondensatorsubstrat 2 verringert.

Die geteilten inneren Elektrodenpaare 9 und 10 haben eine Form, die man durch Teilung einer sich zwischen den Endflächen 5c und 5d des dielektrischen Substrats 5 erstreckenden imaginären Innenelektrode im mittleren Teil des dielektrischen Substrats 5 parallel zu den Endflächen 5c und 5d erhält. Die Zuleitungsabschnitte 11a und 11b der mit Erdpotential zu verbindenden Innenelektrode 11 er­ strecken sich im Mittelabschnitt des dielektrischen Subs­ trats 5 parallel zu den Endflächen 5c und 5d und erreichen jeweils die Endflächen 5a und 5b. Dem entsprechend können in dem Kondensatorsubstrat 2 die geteilten inneren Elektro­ denpaare 9 und 10 und die Innenelektrode 11 in Schichten mit einem hohen Symmetriegrad angeordnet werden. Wenn bei der Herstellung des Kondensatorsubstrats 2 ein mono­ lithischer Keramikblock gebrannt wird, neigt das sich daraus ergebende Kondensatorsubstrat 2 weniger zu Ver­ werfungen oder Verformungen.

Insbesondere sind gemäß dieser Ausführungsform in dem Kondensatorsubstrat 2 die mehreren Innenelektroden 9 bis 11 symmetrisch bezogen auf eine erste imaginäre Ebene, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats 2 geht und sich parallel zu zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen 5c, 5d des Kondensatorsubstrats 2 erstreckt, eine zweite imaginäre Ebene, die durch die Mitte des Kondensator­ substrats 2 geht und sich parallel zu den anderen beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen 5a und 5b des Kondensatorsubstrats 2 erstreckt, und eine dritte imaginäre Ebene angeordnet, die durch die Mitte des Kondensator­ substrats 2 geht und sich parallel zu den entgegengesetzten Ober- und Unterseiten des Kondensatorsubstrats 2 erstreckt. Dadurch wird noch zuverlässiger die Verformung des Konden­ satorsubstrats 2 verhindert, die sonst beim Brennen auftreten könnte. Diese Symmetrieeigenschaft wird nun im einzelnen bezogen auf die Fig. 6A bis 6C beschrieben.

Fig. 6A ist eine Schnittansicht des dielektrischen Substrats 5 entlang der Schnittlinie A-A von Fig. 2A, d. h. eine Schnittansicht entlang der zweiten imaginären Ebene, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats 2 geht und sich parallel zu den Seitenflächen 5a und 5b erstreckt. Die Innenelektroden, die sich zu den voneinander weiter entfernten Blattkanten der Papierebene von Fig. 6A erstrecken, sind bezogen auf die zweite imaginäre Ebene symmetrisch zu denen, die sich zu den nahen Seitenkanten der Papierebene von Fig. 6A erstrecken.

Fig. 6B ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C von Fig. 2B, d. h. eine Schnittansicht entlang der dritten imaginären Ebene, die sich parallel zur Ober- und Unterseite des Kondensatorsubstrats 2 erstreckt. Die Innenelektrode 11 liegt auf der dritten imaginären Ebene, und die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10 liegen oberhalb und unterhalb der dritten imaginären Ebene. Auf diese Weise sind die Innenelektroden symmetrisch bezogen auf die dritte imaginäre Ebene.

Fig. 6C ist eine Schnittansicht längs der Schnittlinie B-B von Fig. 2A; d. h. ein Schnitt entlang der ersten imaginären Ebene, die durch die Mitte des Kondensator­ substrats 2 geht und sich parallel zu den Endflächen 5c und 5d erstreckt. Die Innenelektroden 9 bis 11 liegen ebenfalls symmetrisch bezogen auf die erste imaginäre Ebene.

In dem Kondensatorsubstrat dieser Ausführungsform liegen die Innenelektroden symmetrisch bezogen auf die erste bis dritte imaginäre Ebene, wodurch das dielektrische Substrat 5 bei der Herstellung des Kondensatorsubstrats 2 weniger zu Verformungen neigt.

Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Innenelektroden symmetrisch bezogen auf die erste bis dritte imaginäre Ebene angeordnet. Diese Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. D. h., wenn die mehreren Innenelektroden aus geteilten Innenelektrodenpaaren und einer mit Erdpotential zu verbindenden Innenelektrode bestehen, die über eine dielektrische Schicht den geteilten Innenelektroden gegenüberliegt, sind die geteilten Innen­ elektrodenpaare so gebildet, dass sie in derselben Höhe liegen und voneinander in einem mittleren Abschnitt des dielektrischen Substrats getrennt sind. Deshalb lässt sich die Symmetrie des Kondensatorsubstrats steigern.

Demgemäß kann durch die Anwendung der geteilten Innen­ elektroden und der mit Erdpotential zu verbindenden Innen­ elektrode, auch wenn mehrere Innenelektroden nicht symmetrisch bezüglich der ersten bis dritten imaginären Ebene angeordnet sind, die Symmetrie des Kondensator­ substrats mehr gesteigert werden als beim bekannten piezoelektrischen Resonanzbauteil. Deshalb kann die Ver­ formung des Kondensatorsubstrats entsprechend verhindert werden.

Von den Innenelektroden 9 bis 11 liegen die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10 in der äußersten Laminat­ schicht, reduzieren dadurch die Streukapazität zwischen den piezoelektrischen Resonator 3 und der Elektrode mit dem Erdpotential und ergeben dadurch gute Resonanzkennwerte. Die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10 müssen jedoch nicht notwendigerweise in der äußersten Laminatschicht liegen.

Fig. 7 ist eine schematische Schnittdarstellung, die eine Modifikation mehrerer in Lagen gebildeter Innenelektroden in einem bei einem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonanzbauteil verwendeten Kondensatorsubstrat zeigt.

In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10 oberhalb und unter­ halb der mit Erdpotential zu verbindenden Innenelektrode 11 angeordnet. Jedoch kann die Anzahl der Lagen der im Kondensatorsubstrat gebildeten Innenelektroden je nach Erfordernissen variiert werden. Beispielsweise sind, wie Fig. 7 zeigt, die geteilten Innenelektrodenpaare 9 und 10 und die mit Erdpotential zu verbindende(n) Innenelek­ trode(n) 11 abwechselnd lageweise angeordnet, so dass sich sieben Innenelektrodenlagen ergeben.

Außerdem liegen zur Verringerung der Streukapazität zwischen dem piezoelektrischen Resonator 3 und dem Konden­ satorsubstrat 2 geteilte Innenelektrodenpaare 9 und 10 in jeder äußersten Laminatschicht. Jedoch kann statt dessen die mit Erdpotential zu verbindende Innenelektrode 11 in der äußersten Laminatschicht liegen.

Die Fig. 8A und 8B sind ebene Ansichten von Modifikationen der auf dem Kondensatorsubstrat 2 gebildeten Außenelektroden 6 bis 8. In einem Kondensatorsubstrat 31, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, ist eine Außenelektrode 37 derart geformt, dass sie die mittleren Abschnitte entgegengesetzter Seitenflächen 32a und 32b eines dielek­ trischen Substrats 32 bedecken und sich über die Unterseite des dielektrischen Substrats 32 erstreckt.

Eine Außenelektrode 36 (38) ist auf dem dielektrischen Substrat 32 in der Nähe ihres Endabschnitts derart geformt, dass sie sich über die Seitenflächen 32a und 32b und über die Unter- und Oberseite des dielektrischen Substrats 32 erstrecken. In dieser Weise können die Außenelektroden 36 und 38 so gebildet sein, dass sie die Endflächen 32c und 32d des dielektrischen Substrats 32 nicht bedecken. Auch in diesem Fall kann das piezoelektrische Resonanzbauteil in einfacher Weise mit seinen Seitenflächen 32a und 32b auf einer gedruckten Schaltungsplatte aufgelötet werden. Demgemäß kann auch hier, wie im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform, der Lötvorgang vereinfacht werden.

Die Fig. 9A und 9B zeigen schematische ebene Ansichten von Innenelektroden, die schichtweise in dem dielektrischen Substrat 32 von Fig. 8A angeordnet sind. Wie die Fig. 9A zeigt, ist eine Innenelektrode 11 in der gleichen Art gebildet, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform. Wie Fig. 9B zeigt, ist ein geteiltes Innenelektrodenpaar 9a und 10a so gebildet, dass es nicht bis zu den Endflächen 32c und 32d des dielektrischen Substrats 32 reicht. Zuleitungsabschnitte 9a, 9b und 10a und 10b liegen einfach an den Seitenflächen 32a und 32b frei. Da die geteilten Innenelektrodenpaare 9a und 10a nicht an den Endflächen 32c und 32d frei liegen, hat das dielektrische Substrat 32 verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Feuchte im Vergleich mit dem dielektrischen Substrat 5.

In dem in Fig. 8A gezeigten Kondensatorsubstrat 31 ist die Außenelektrode 37 so gebildet, dass sie nicht bis zur Oberseite des dielektrischen Substrats 32 reicht. Jedoch kann, wie Fig. 8B zeigt, die Außenelektrode 37, die mit Erdpotential zu verbinden ist, derart gebildet werden, dass sie sich über die Oberseite des dielektrischen Substrats 32 erstreckt. In einem in Fig. 8B dargestellten Kondensator­ substrat 39 sind die Außenelektroden 36 bis 38 derart gebildet, dass sie sich über die einander entgegengesetzten Seitenflächen 32a und 32b und über die Ober- und Unterseite des dielektrischen Substrats 32 hinweg erstrecken. Da die Ober- und Unterseiten dieselbe Gestalt haben, kann ein Prozessschritt zur Ausrichtung des Kondensatorsubstrats 39 während des Zusammenbaus weggelassen werden.

Obwohl die Erfindung bezogen auf bevorzugte Ausführungs­ formen derselben im einzelnen dargestellt und beschrieben wurde, ist es den einschlägigen Fachleuten ohne weiteres verständlich, dass die vorangehend erwähnten und andere Veränderungen in Form und Detail durchgeführt werden können, ohne dass von dem in den beiliegenden Patent­ ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abgewichen wird.

Claims (7)

1. Piezoelektrisches Resonanzbauteil, das aufweist:

• - ein Kondensatorsubstrat;
• - ein auf dem Kondensatorsubstrat befestigtes piezoelektri­ sches Resonanzelement; und
• - einen Deckel, der fest an dem Kondensatorsubstrat ange­ bracht ist, um das piezoelektrische Resonanzelement zu umhüllen,

dadurch gekennzeichnet, dass

• - das Kondensatorsubstrat ein dielektrisches Substrat in rechtwinkliger Form, mehrere in Lagen im dielektrischen Substrat mit einer dazwischen geschichteten dielektri­ schen Lage angeordnete innere Elektroden und mehrere Außenelektroden aufweist, die jeweils elektrisch mit wenigstens einer Innenelektrode verbunden und auf wenigstens einer von zwei einander gegenübenliegender Seitenflächen des dielektrischen Substrats liegen, und
• - die Innenelektroden eine mit Erdpotential zu verbindende Innenelektrode und ein Paar geteilter Elektroden aufweist, die in derselben Höhe liegen und bezogen auf den Mittelabschnitt des dielektrischen Substrats von­ einander beabstandet sind, wobei das Paar der geteilten Innenelektroden und die mit Erdpotential zu verbindende Innenelektrode über die dielektrische Lage zueinander hinweisen.

2. Piezoelektrisches Resonanzbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektroden symmet­ risch, bezogen auf eine erste imaginäre Ebene, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats verläuft und sich parallel zu zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Kondensatorsubstrats erstreckt, eine zweite imaginäre Ebene, die durch das Kondensatorsubstrat geht und parallel zu den beiden anderen einander gegenüberliegenden Endflächen des Kondensatorsubstrats erstreckt und zu einer dritten imaginären Ebene angeordnet sind, die durch die Mitte des Kondensatorsubstrats verläuft und sich parallel zur Ober- und Unterseite des Kondensatorsubstrats erstreckt.

3. Piezoelektrisches Resonanzbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Innenelektroden unter den mehreren Innenelektroden eine Innenelektrode bilden, die in Laminierrichtung der Innenelektrode am weitesten außen liegt.

4. Piezoelektrisches Resonanzbauteil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel Kappenform mit einer nach unten weisenden Öffnung hat.

5. Piezoelektrisches Resonanzbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe elektrisch leitend ist und auf dem Kondensatorsubstrat mittels eines Isoliermaterials montiert ist.

6. Piezoelektrisches Resonanzbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe isolierend und auf dem Kondensatorsubstrat mittels eines Klebstoffs befestigt ist.

7. Piezoelektrisches Resonanzbauteil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass es den energie­ einfangenden Typ verkörpert, und dass das piezoelektrische Resonanzelement und der in dem Kondensatorsubstrat verkörperte Kondensator eine Oszillatorschaltung bilden.