DE10025342A1 - Piezoelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Piezoelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Abstract
Ein piezoelektrisches Bauelement enthält ein piezoelektrisches Substrat mit einem piezoelektrischen Antriebsbauteil, das mit äußeren Beschichtungssubstraten versehen ist, die an dessen Hauptflächen mittels Kleberschichten laminiert sind, sowie Außenelektroden, die an den äußeren Flächen einer in dem piezoelektrischen Bauelement enthaltenen Schichtmasse ausgebildet sind. In dem piezoelektrischen Bauelement enthält jede der Kleberschichten eine erste Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von 60 oder weniger, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in einem Bereich der Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, an dem die Außenelektroden ausgebildet sind, eine zweite Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte von über 60 und eine dritte Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte von über 60 und mit einer Viskosität vor dem Aushärten bei einer Temperatur von 25 DEG C von 3,0 x 10·5· mPas oder höher. Die dritte Schicht ist zwischen der Peripherie der ersten Schicht und dem Bereich der Seitenflächen der Schichtmasse angeordnet, an dem die Außenelektroden ausgebildet sind.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft als piezoelektrische Resonatoren und piezoelek
trische Filter verwendete piezoelektrische Bauelemente und Verfahren zur Herstel
lung derselben. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein piezoelektri
sches Bauelement mit einem piezoelektrischen Substrat, das mittels Kleberschich
ten an zwei seiner Flächen mit äußeren Beschichtungssubstraten versehen ist, wo
bei das piezoelektrische Substrat ein piezoelektrisches Schwingungsbauteil der
Energiebegrenzungsart umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfah
ren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements.
Bei einem piezoelektrischen Bauelement der Energiebegrenzungsart wird ein pie
zoelektrisches Schwingungsbauteil zum Teil auf einem piezoelektrischen Substrat
ausgebildet. Das piezoelektrische Schwingungsbauteil muss in einer solchen Weise
abgedichtet sein, dass das piezoelektrische Schwingungsbauteil nicht am Schwin
gen gehindert wird.
Ein piezoelektrisches Bauelement der oben beschriebenen Energiebegrenzungsart
wird in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschrift Nr. 8-335844 offenbart.
Das piezoelektrische Bauelement wird nachstehend unter Bezug auf Fig. 4
und Fig. 5 beschrieben.
Ein in Fig. 4 gezeigtes piezoelektrisches Bauelement 51 umfasst ein mit äußeren
Beschichtungssubstraten 53 und 54 an dessen oberen bzw. unteren Flächen lami
niertes piezoelektrisches Substrat 52. Eine aus dem piezoelektrischen Substrat 52
und den äußeren Beschichtungssubstraten 53 und 54 gebildete Schichtmasse ist
mit Außenelektroden 55, 56 und 57 versehen.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist das piezoelektrische Substrat 52 mit Antriebselektroden
versehen, die zum Teil an den oberen und unteren Flächen des piezoelektrischen
Substrats 52 ausgebildet sind und die die piezoelektrischen Schwingungsbauteile
52a und 52b bilden. Die äußeren Beschichtungssubstrate 53 und 54 sind mittels
Kleberschichten, die Durchkontaktlöcher zur Schaffung von Räumen für die
Schwingung der piezoelektrischen Schwingungsbauteile 52a und 52b aufweisen,
mit dem piezoelektrischen Substrat 52 verklebt.
In dem piezoelektrischen Bauelement 51 umfassen die Kleberschichten erste
Schichten 58 und 59, die jeweils an den Seiten der äußeren Beschichtungssub
strate 53 bzw. 54 angeordnet sind, und zweite Schichten 60 und 61, die an der
Seite des piezoelektrischen Substrats 52 angeordnet sind. Die ersten Schichten 58
und 59 umfassen einen weichen Kleber mit einer Shore-D-Härte von 60 oder dar
unter und die zweiten Schichten 60 und 61 umfassen einen weichen Kleber mit ei
ner Shore-D-Härte von über 60. Die ersten Schichten 58 und 59 sind mit Durch
kontaktlöchern 58a und 58b bzw. mit Durchkontaktlöchern 59a und 59b versehen.
Die zweiten Schichten 60 und 61 sind mit Durchkontaktlöchern 60a bzw. Durch
kontaktlöchern 61a versehen.
Das piezoelektrische Bauelement 51 ist im Allgemeinen in Form eines piezoelektri
schen Bauelements bekannt, bei dem ein Raum für Schwingung durch die Hartkle
berschichten sichergestellt und eine ausgezeichnete Dämpfungswirkung durch die
Weichkleberschichten durch Vorsehen von in dem piezoelektrischen Bauelement
51 laminierten ersten Schichten 58 und 59 und zweiten Schichten 60 und 61 er
zeugt wird. Es ist ebenfalls bekannt, dass bei dem piezoelektrischen Bauelement
51 bei Ausdehnen oder Zusammenziehen der äußeren Beschichtungssubstrate 53
und 54, beispielsweise durch Erwärmen beim Bestücken einer Leiterplatte, die
durch das Ausdehnen bzw. Zusammenziehen erzeugte Spannung durch die ersten
Schichten 58 und 59 absorbiert wird, wodurch eine Schwankung der Frequenzei
genschaften des Bauelements nach dem Löten und bei Haltung in feuchter Umge
bung vermieden wird.
Die ausgeschnittenen Durchkontaktlöcher 58b und 59b sind in den ersten Schich
ten 58 und 59 an deren Peripherie vorgesehen, um ein Brechen der Außenelektro
den 55, 56 und 57 zu verhindern. Bei den Außenelektroden 55, 56 und 57 besteht
ein Bruchrisiko, da bei Aufbringen der ersten Schichten 58 und 59 mit einem Kleber
geringer Härte an dem äußeren Beschichtungssubstrat 53 und 54 der Kleber wahr
scheinlich von der Peripherie des äußeren Beschichtungssubstrats 53 und 54 zu
den Seitenflächen der Schichtmasse herausfließt, da er weich ist, und der heraus
geflossene Kleber eine ordnungsgemäße Ausbildung der Außenelektroden 55, 56
und 57 durch Dünnschichtbeschichtung oder durch Beschichtung/Aushärtung einer
leitenden Paste verhindert.
Beim ersten Schritt zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements 51 wird die
erste Schicht 58 eines weichen Klebers auf einer Fläche des ebenen äußeren Be
schichtungssubstrats 53 ausgebildet und die erste Schicht 59 des weichen Klebers
wird auf einer Fläche des ebenen äußeren Beschichtungssubstrats 54 ausgebildet.
Die Viskosität eines Klebers mit einer Shore-D-Härte von 60 oder darunter beträgt
bei 25°C im Allgemeinen 1,5 × 105 mPas oder darunter. Daher besteht trotz der Aus
bildung von ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern 58b und 59b das Risiko, dass
der Kleber in die ausgeschnittenen Durchkontaktlöcher 58b und 59b fließt und aus
der Peripherie herausfließt, an der die Außenelektroden 55, 56 und 57 ausgebildet
sind, wodurch ein Bruchrisiko entsteht.
Das oben beschriebene Problem wird gelöst, wenn ein Kleber mit einer Shore-D-
Härte von 60 oder darunter und mit einer Viskosität vor dem Aushärten bei 25°C
von 3,0 × 105 mPas oder höher verwendet wird, doch ein derartiger Kleber ist nicht
einfach zu erhalten.
Bei der Herstellung des piezoelektrischen Bauelements 51 werden die zweiten
Schichten 60 und 61 eines harten Kleberes auf den ersten Schichten 58 und 59
aufgebracht. In diesem Fall werden durch die ausgeschnittenen Durchkontaktlöcher
58b und 59b der ersten Schichten 58 und 59, die unter den zweiten Schichten 60
und 61 angeordnet sind, Ausnehmungen in den zweiten Schichten 60 und 61 in der
Schichtmasse als Endprodukt gebildet. Das heißt, die Stärke des Klebers ist zwi
schen einem Bereich an der Peripherie der Schichtmasse, an der die Außenelek
troden 55, 56 und 57 ausgebildet sind, und dem verbleibenden Bereich, an dem die
Außenelektroden 55, 56 und 57 nicht ausgebildet sind, unterschiedlich, was zum
Teil am Rand der Schichtmasse Öffnungen erzeugt, wodurch ein Bruchrisiko der
Außenelektroden 55, 56 und 57 entsteht.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verlässli
ches piezoelektrisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben
zur Hand zu geben, bei dem ein Raum für die Schwingung des piezoelektrischen
Schwingungsbauteils sichergestellt wird, die durch eine Änderung der Temperatur
während des Aufschmelzlötens oder ähnliches erzeugte Spannung unterdrückt, die
Frequenzeigenschaften sich nicht ändern und es nicht zu einem durch Kleber
schichten bewirkten Bruch der Außenelektroden kommt.
Nach einer erfindungsgemäßen Erscheinungsform umfasst ein piezoelektrisches
Bauelement ein piezoelektrisches Substrat, das mit Antriebselektroden an dessen
gegenüberliegenden Hauptflächen, äußeren Beschichtungssubstraten, die jeweils
an den Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats laminiert sind, Kleberschich
ten für das Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der äußeren Beschich
tungssubstrate miteinander an den Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats
und mehreren an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse einschließlich
des piezoelektrischen Substrats, der äußeren Beschichtungssubstrate und der Kle
berschichten ausgebildeten Außenelektroden versehen ist. Jede der Kleberschich
ten umfasst eine erste Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte von nicht
mehr als 60 nach dem Aushärten, welche so ausgebildet ist, dass sie in einem Be
reich der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse, die mit den mehreren daran
ausgebildeten Außenelektroden versehen ist, nicht freiliegt, eine zweite Schicht
eines Klebers mit einer Shore-D-Härte von über 60 nach dem Aushärten und eine
dritte Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte von über 60 nach dem Aus
härten und mit einer Viskosität vordem Aushärten bei einer Temperatur von 25°C
von nicht weniger als 3,0 × 105 mPas, wobei die dritte Schicht zwischen der Periphe
rie der ersten Schicht und dem Bereich der lateralen Seitenflächen der Schichtma
sse, die mit den mehreren Außenelektroden darauf versehen ist, angeordnet ist.
Die zweite Schicht ist auf die erste und auf die dritte Schicht laminiert.
In dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement kann die erste und die
dritte Schicht jeder der Kleberschichten an den äußeren Beschichtungssub
stratseiten angeordnet und die zweite Schicht jeder der Kleberschichten an der pie
zoelektrischen Substratseite angeordnet sein.
In dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement kann die erste Schicht
jeder der Kleberschichten in Richtung auf die lateralen Seitenflächen der Schicht
masse mit ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern versehen sein und die dritte
Schicht jeder der Kleberschichten kann in den ausgeschnittenen Durchkontaktlö
chern angeordnet sein, so dass die erste Schicht nicht in einem Bereich der latera
len Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, die daran mit den mehreren Außene
lektroden versehen ist.
Das erfindungsgemäße piezoelektrische Bauelement, das in Form von verschiede
nen piezoelektrischen Bauelementen verwendet wird, wie zum Beispiel als piezo
elektrischer Resonator oder piezoelektrischer Filter, kann mehrere Antriebselektro
den aufweisen, die einen piezoelektrischen Filter bilden.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Erscheinungsform ist ein Verfahren zur
Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements vorgesehen, wobei das piezo
elektrische Bauelement ein mit Antriebselektroden an dessen gegenüberliegenden
Hauptflächen versehenes piezoelektrisches Substrat, äußere Beschichtungssub
strate, die jeweils an den Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats laminiert
sind, Kleberschichten für das Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der
äußeren Beschichtungssubstrate miteinander an den Hauptflächen des piezoelek
trischen Substrats und mehrere an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse
einschließlich des piezoelektrischen Substrats, der äußeren Beschichtungssub
strate und der Kleberschichten ausgebildete Außenelektroden umfasst. Jede der
Kleberschichten enthält eine erste Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte
nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie in ei
nem Bereich der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse, die mit den mehreren
daran ausgebildeten Außenelektroden versehen ist, nicht freiliegt, eine zweite
Schicht eines Kleber mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 und
eine dritte Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von
über 60 und mit einer Viskosität vor dem Aushärten bei einer Temperatur von 25°C
von nicht weniger als 3,0 × 105 mPas, wobei die dritte Schicht zwischen der Periphe
rie der ersten Schicht und dem Bereich der lateralen Seitenflächen der Schichtma
sse, die mit den mehreren Außenelektroden daran versehen ist, angeordnet ist. Die
zweite Schicht ist auf die erste und die dritte Schicht laminiert. Das Verfahren zur
Herstellung des piezoelektrischen Bauelements umfasst die Schritte der Ausbildung
der dritten Schicht jeder der Kleberschichten auf einer Hauptfläche jeder der äuße
ren Beschichtungssubstrate, der Ausbildung der ersten Schicht jeder der Kleber
schichten in einem Bereich der Hauptfläche jedes der äußeren Beschichtungssub
strate, die nicht mit der dritten Schicht versehen ist, das Herstellen der zweiten
Schicht jeder der Kleberschichten und das Verkleben des piezoelektrischen Sub
strats und der äußeren Beschichtungssubstrate miteinander mittels der zweiten
Schicht, wobei die äußeren Beschichtungssubstrate mit der dritten und der ersten
Schicht versehen sind.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach
einer erfindungsgemäßen Ausführung;
Fig. 2 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeig
ten piezoelektrischen Bauelements;
Fig. 3 ist eine Kurve, die das Verhältnis zwischen der Viskosität eines Klebers und
der Menge des in einen Bereich ohne Kleberauftrag ausgeflossenen Klebers zeigt;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten piezoelektrischen Bauele
ments und
Fig. 5 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des bekannten pie
zoelektrischen Bauelements.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit
den Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach
einer erfindungsgemäßen Ausführung und Fig. 2 ist eine auseinander gezogene
perspektivische Ansicht desselben.
Ein in Fig. 1 gezeigtes piezoelektrisches Bauelement 1 umfasst ein piezoelektri
sches Substrat 2 mit ersten und zweiten äußeren Beschichtungssubstraten 3 und 4,
die darauf jeweils mittels ersten und zweiten Kleberschichten 5 bzw. 6 laminiert
sind. Eine Schichtmasse 7 ist mit dem piezoelektrischen Substrat 2, den ersten und
zweiten äußeren Beschichtungssubstraten 3 und 4 und den ersten und zweiten
Kleberschichten 5 und 6 konfiguriert.
Die Schichtmasse 7 ist mit ersten, zweiten und dritten Außenelektroden 8, 9 und 10
versehen, die entlang der oberen Fläche, den zwei lateralen Seitenflächen und der
unteren Fläche um die Schichtmasse 7 gewickelt sind.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das piezoelektrische Substrat 2 in einem ebenen Rechteck
ausgebildet und ist aus einem piezoelektrischen Einkristallmaterial einschließlich
Quarz oder einer piezoelektrischen Keramik, wie zum Beispiel Blei-Zirkonat-Titanat-
Keramik, gefertigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das piezoelektrische Substrat 2 mit piezoelektrischen
Energiebegrenzungs-Schwingungsbauteilen 11 und 12 versehen. Das piezoelektri
sche Schwingungsbauteil 11 enthält Antriebselektroden 13 und 14, die an der obe
ren Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnet sind, sowie eine an der
unteren Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnete gemeinsame An
triebselektrode 15 gegenüberliegend den Antriebselektroden 13 und 14. Das piezo
elektrische Schwingungsbauteil 12 enthält an der oberen Fläche des piezoelektri
schen Substrats 2 angeordnete Antriebselektroden 16 und 17 und eine an der unte
ren Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnete gemeinsame Antrieb
selektrode 18 gegenüberliegend den Antriebselektroden 16 und 17.
Die Antriebselektrode 13 des piezoelektrischen Schwingungsbauteils 11 ist mit ei
ner Eingangsbleielektrode 19 verbunden. Die Bleielektrode 19 ist in der Nähe eines
longitudinalen Endes des piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet und erstreckt
sich zwischen den lateralen Seitenflächen entlang der oberen Kante des longitudi
nalen Endes des piezoelektrischen Substrats 2. Die Antriebselektrode 16 des pie
zoelektrischen Schwingungsbauteils 12 ist mit einer Ausgangsbleielektrode 20
elektrisch verbunden. Die Bleielektrode 20 ist in der Nähe des anderen longitudi
nalen Endes des piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet und erstreckt sich zwi
schen den lateralen Seitenflächen entlang der oberen Kante des anderen longitudi
nalen Endes des piezoelektrischen Substrats 2.
Die Antriebselektroden 14 und 17 sind mit einer in der Mitte der oberen Fläche des
piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildeten Kondensatorelektrode 21 elektrisch
verbunden. Die Kondensatorelektrode 21 liegt gegenüber einer in der Mitte der un
teren Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildeten Masseelektrode 22.
Die Masseelektrode 22 ist mit den Antriebselektroden 15 und 18 elektrisch verbun
den. Die Masseelektrode 22 gegenüber der Kondensatorelektrode 21 ist so ausge
bildet, dass sie sich zwischen den zwei unteren Kanten der lateralen Seitenflächen
des piezoelektrischen Substrats 2 erstreckt.
In der Schichtmasse 7 sind die Eingangsbleielektrode 19, die Ausgangsbleielektro
de 20 und die Masseelektrode 22 zu den lateralen Seitenflächen der Schichtmasse
7 geführt und sind jeweils mit den Außenelektroden 8, 9 bzw. 10 elektrisch verbun
den.
Die Antriebselektroden 13, 14, 15, 16, 17 und 18, die die piezoelektrischen Schwin
gungsbauteile 11 und 12 bilden, die Bleielektroden 19 und 20, die Kondensatore
lektrode 21 und die Masseelektrode 20 werden an den oberen und unteren Flächen
des piezoelektrischen Substrats 2 durch Strukturieren eines leitenden Materials
gebildet. Das leitende Material kann ein beliebiges Metall sein, beispielsweise Al,
Ag oder Ag-Pd.
Bei Verwendung einer piezoelektrischen Keramik wird das piezoelektrische Sub
strat 2 in der Stärkenrichtung polarisiert. Daher fungieren die piezoelektrischen
Schwingungsbauteile 11 und 12 als energiebegrenzende piezoelektrische Reso
natorbauteile, die eine Stärken- oder Longitudinalschwingungsmodeneigenschaft
aufweisen.
Das piezoelektrische Substrat 2 kann mit einem mit den piezoelektrischen Schwin
gungsbauteilen 11 und 12, der Kondensatorelektrode 21 und der Masseelektrode
22 ausgebildeten (nicht abgebildeten) Kondensator versehen sein und ist mit einem
piezoelektrischen Filter mit drei Anschlüssen, bei dem die Außenelektroden 8, 9
und 10 als Anschlüsse dienen, versehen.
Gemäß der Ausführung sind die äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 und die
ersten und zweiten Kleberschichten 5 und 6, die die piezoelektrischen Schwin
gungsbauteile 11 und 12 abdichten, so in dem piezoelektrischen Resonanzbauelement
1 vorgesehen, dass die Schwingung der piezoelektrischen Schwingungsbau
teile 11 und 12 nicht unterdrückt wird. Die äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4
können aus einem Keramikmaterial, beispielsweise einer isolierenden Keramik oder
einer dielektrischen Keramik oder einem anderen geeigneten Material, zum Beispiel
Kunstharz, gefertigt sein. Die äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 können aus
einem beliebigen geeigneten isolierenden Material gefertigt sein, so dass die pie
zoelektrischen Schwingungsbauteile 11 und 12 abgedichtet werden.
Das erfindungsgemäße piezoelektrische Bauelement 1 ist durch die Konfiguration
der ersten und zweiten Kleberschichten 5 und 6, die die äußeren Beschichtungs
substrate 3 und 4 mit dem piezoelektrischen Substrat 2 verbinden, gekennzeichnet.
Die Konfiguration der in Fig. 1 gezeigten ersten und zweiten Kleberschichten 5 und
6 wird nachfolgend durch Beschreibung eines Verfahrens zum Verkleben der äuße
ren Beschichtungssubstrate 3 und 4 mit dem piezoelektrischen Substrat 2 be
schrieben.
Beim Verkleben des äußeren Beschichtungssubstrats 3 mit dem piezoelektrischen
Substrat 2 wird ein Kleber mit einer Shore-D-Härte von über 60 nach dem Aushär
ten und mit einer Viskosität vor dem Aushärten bei 25° von 3,0 × 105 mPas oder hö
her auf die untere Fläche des äußeren Beschichtungssubstrats 3, das eine dritte
Schicht 23 bildet, aufgetragen, wobei der Kleber beispielsweise ein heißhärtender
Epoxidkleber ist. Die dritte Schicht 23 ist an der unteren Fläche des äußeren Be
schichtungssubstrats 3 an dessen Peripherie angeordnet. Die dritte Schicht 23 ist
zum Teil in Bereichen der Peripherie ausgebildet, an denen die Außenelektroden 8,
9 und 10 ausgebildet sind, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird.
Nach der Bildung der dritten Schicht 23 wird ein weicher Kleber mit einer Shore-D-
Härte nach dem Aushärten von 60 oder weniger an der unteren Fläche des äuße
ren Beschichtungssubstrats 3, das eine erste Schicht 24 bildet, angebracht, wobei
der Kleber beispielsweise ein heiß aushärtender Epoxidkleber ist. Der Kleber zur
Ausbildung der ersten Schicht 24 wird so aufgetragen, dass Durchkontaktlöcher
24a zur Bildung von Räumen ausgebildet werden, damit die Schwingung der piezoelektrischen
Schwingungsbauteile 11 und 12 nicht unterdrückt wird. Die erste
Schicht 24 ist so vorgesehen, dass auch ausgeschnittene Durchkontaktlöcher 24b
gebildet werden, in welchen die dritte Schicht 23 angeordnet ist. Da der Kleber zur
Bildung der ersten Schicht 24, der eine Shore-D-Härte von 60 oder darunter hat,
weich ist, neigt der Kleber zu einem Herausfließen aus dem kleberbeschichteten
Bereich. Bei dem ausführungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement 1 wird je
doch ein Herausfließen des die erste Schicht 24 bildenden Klebers durch die dritte
Schicht 23, welche eine Viskosität vor dem Aushärten von 3,0 × 105 mPas oder hö
her aufweist, verhindert. Der die erste Schicht 24 bildende Kleber erreicht nicht die
unteren Kanten der lateralen Seitenflächen des äußeren Beschichtungssubstrats 3,
an dem die Außenelektroden 8, 9 und 10 ausgebildet sind.
Nach der Bildung der ersten Schicht 24 wird eine zweite Schicht 25 einschließlich
eines harten Klebers, der eine Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60
aufweist, gebildet. Der die zweite Schicht 25 bildende Kleber ist beispielsweise ein
heißaushärtender Epoxidkleber. Die zweite Schicht 25 ist mit Durchkontaktlöchern
25a versehen, so dass die Schwingung der piezoelektrischen Schwingungsbauteile
11 und 12 nicht unterdrückt wird. Die zweite Schicht 25 bedeckt die obere Fläche
des piezoelektrischen Substrats 2 mit Ausnahme der zu den Durchkontaktlöchern
25a gehörigen Teile desselben.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird das äußere Beschichtungssubstrat 4 in der gleichen Wei
se wie bei dem äußeren Beschichtungssubstrat 3 mit dem Substrat 2 verklebt, in
dem die dritte Schicht 23 an der oberen Fläche des äußeren Beschichtungssub
strats 4 gebildet wird, die erste Schicht 24 gebildet wird, dann die zweite Schicht 25
gebildet wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführung enthält sowohl die erste Kleberschicht 5 als
auch die zweite Kleberschicht 6 die erste Schicht 24, die zweite Schicht 25 und die
dritte Schicht 23. Die ersten Schichten 24 mit den Durchkontaktlöchern 24a und
24b werden so an den äußeren Beschichtungssubstraten 3 und 4 aufgebracht,
dass die auf den äußeren Beschichtungssubstraten 3 und 4 angeordneten dritten
Schichten 23 den ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern 24b zugeordnet sind, wo
durch die zweiten Schichten 25 durch das ausgeschnittene Durchkontaktloch 24b
der ersten Schichten 24 auf den ersten Schichten 24 und auf den dritten Schichten
23 laminiert werden.
Die ersten und zweiten Kleberschichten 5 und 6 zwischen dem piezoelektrischen
Substrat 2 und jedem der äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 können mit der
gleichen Gesamtstärke eingestellt werden, wenn die Stärke nach dem Aushärten
der ersten Schichten 24, der zweiten Schichten 25 und der dritten Schichten 23 die
gleiche ist.
Die Stärke nach dem Aushärten der ersten Schichten 24 muss nicht unbedingt der
Stärke nach dem Aushärten der dritten Schichten 23 entsprechen, da die ersten
Schichten 24 weich sind, daher die ersten Schichten 24 die Druckspannung auf
nehmen, so dass deren Stärke verringert wird, wenn die äußeren Beschichtungs
substrate 3 und 4 zum Verkleben auf das piezoelektrischen Substrat 2 gedrückt
werden, wenn die Stärke der ersten Schichten 24 etwas größer als die Stärke nach
dem Aushärten der dritten Schichten 23 ist. Nach dem Zusammensetzen der äuße
ren Beschichtungssubstrate 3 und 4 und des piezoelektrischen Substrats 2 kann
die Stärke der Kleberschichten 5 und 6 dadurch im Wesentlichen gleich sein.
Bei dem ausführungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement 1 können dank der
Tatsache, dass die zweiten Schichten 25 des harten Klebers eine Shore-D-Härte
nach dem Aushärten von über 60 aufweisen, Räume um die piezoelektrischen
Schwingungsbauteile 11 und 12 sichergestellt werden, so dass die Schwingung der
piezoelektrischen Schwingungsbauteile 11 und 12, in denen unerwünschte
Schwingung gedämpft werden kann, nicht verhindert wird.
In dem ausführungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement 1 kann bei Ausdehnen
oder Zusammenziehen der äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 aufgrund der
bei der Bestückung einer Leiterplatte oder ähnlichen erzeugte Wärme die durch das
Ausdehnen oder Zusammenziehen erzeugte Spannung durch die ersten Schichten
24 mit der geringen Härte, die zwischen den zweiten Schichten 25 und den äuße
ren Beschichtungssubstraten 3 und 4 vorgesehen sind, absorbiert werden. Daher
kann die Schwankung der Frequenzeigenschaften des Bauelements nach dem
Löten und Halten in einer feuchten Umgebung unterdrückt werden.
Ein durch ein Ausfließen des Klebers der ersten Schichten 24 bewirktes Bruchrisiko
der Außenelektroden 8, 9 und 10 wird zudem durch die an den Peripherien der äu
ßeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 vorgesehenen dritten Schichten 23 verrin
gert.
Die Stärke der Kleberschichten 5 und 6 kann dank des Vorsehens der ersten
Schichten 24 in den Stellen mit Ausnahme der dritten Schichten 23 bei einem vor
bestimmten Wert eingestellt werden, wodurch ein Bruch der Außenelektroden 8, 9
und 10 unterdrückt wird.
Die dritten Schichten 23 liegen an den lateralen Seiten der Schichtmasse 7 an den
Stellen frei, an denen die Außenelektroden 8, 9 10 ausgebildet sind. Ein Bruchrisiko
der Außenelektroden 8, 9 und 10 ist jedoch verringert, da die dritten Schichten 23
einen Kleber mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 beinhalten.
Der die zweiten Schichten 25 bildende Kleber und der die dritten Schichten 23 bil
dende Kleber können von gleicher Art sein, wenn der Kleber die oben beschriebene
Shore-Härte und Viskosität aufweist. Das heißt, der die zweiten Schichten 25 bil
dende Kleber kann eine Viskosität bei einer Temperatur von 25°C von entweder 3-
105 mPas oder weniger oder 3 × 105 mPas oder höher aufweisen.
Der Grund für das erfindungsgemäße Festlegen der Viskosität des die dritten
Schichten 23 bildenden Klebers bei 3 × 105 mPas oder höher ist, dass die exakte
Bildung der dritten Schichten 23 in einer vorbestimmten Form bei einer Viskosität
von unter 3-105 mPas schwierig ist, wobei der Kleber der dritten Schichten 23 in
andere Teile ausfließt, wodurch ein Bruchrisiko der Außenelektroden 8, 9 und 10
hervorgerufen wird, welches unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wird.
Fig. 3 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Viskosität eines Klebers und
der Menge des ausgeflossenen Klebers nach Auftragen des Klebers zeigt. Ein Kle
ber mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 wurde bei einer
Temperatur von 25°C mit einer Stärke von 50 µm aufgetragen, und die Menge des
von dem Auftragsbereich ausgeflossenen Klebers wurde gemessen. Das Ergebnis
zeigt, dass die Menge des ausgeflossenen Klebers merklich größer war, wenn die
Viskosität bei 25°C unter 3 × 105 mPas lag. Es wurde festgestellt, dass die Außene
lektroden 8, 9 und 10 durch den ausgeflossenen Kleber zerbrochen werden, wenn
die dritten Schichten 23 mit einem Kleber mit einer Viskosität in diesem Bereich
ausgebildet werden. Es wurde im Gegenteil festgestellt, dass durch Verwendung
des Klebers mit einer Viskosität von 3 × 105 mPas oder höher bei 25°C, wobei die
ausgeflossene Menge unter 0,3 mm lag, ein Ausfließen des Klebers zu den latera
len Seiten, an denen die Außenelektroden 8, 9 und 10 ausgebildet werden, verhin
dert werden kann und die dritten Schichten 23 unter den zweiten Schichten 25 in
einer vorbestimmten Form ausgebildet werden können.
Das piezoelektrische Bauelement ist erfindungsgemäß mit den ersten und zweiten
Kleberschichten 5 und 6 versehen, die jeweils erste, zweite und dritte Schichten 24,
25 und 23 umfassen. Wenn sich die äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 aus
dehnen oder zusammenziehen, kann die durch das Ausdehnen oder Zusammen
ziehen verursachte Spannung durch die weich gefertigten ersten Schichten absor
biert werden, wodurch die Schwankung der Eigenschaften des Bauelements unter
drückt wird. Die ersten Schichten 24 sind, obwohl sie weich sind, so ausgebildet,
dass ihr Kleber nicht in Teile der lateralen Seiten der Schichtmasse 7 ausfliesst, an
denen die Außenelektroden 8, 9 und 10 ausgebildet sind, wodurch das Bruchrisiko
der Außenelektroden 8, 9 und 10 verringert wird, welches durch das Ausfließen des
in den ersten Schichten 24 enthaltenen Klebers wahrscheinlich auftritt.
Erfindungsgemäß werden durch die zweiten Schichten 25, die hart sind, die Reso
nanzeigenschaft und die Filtereigenschaft der piezoelektrischen Schwingungsbau
teile 11 und 12, die mit an dem piezoelektrischen Substrat 2 vorgesehenen Antriebselektroden
13, 14, 15, 16, 17 und 18 ausgebildet sind, wie vorgesehen gewahrt
und eine unerwünschte Schwingung kann gedämpft werden, wodurch ausgezeich
nete Resonanzeigenschaften und Filtereigenschaften ermöglicht werden.
Bei der Anordnung, bei der die einen Kleber mit der Viskosität bei 25°C von 3,0 × 105 mPas
oder höher und der Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 enthal
tenden dritten Schichten 23 in den Teilen der lateralen Seiten der Schichtmasse 7
angebracht sind, an denen die Außenelektroden 8, 9 und 10 ausgebildet werden,
und zwischen den äußeren Beschichtungssubstraten 3 und 4 und den ersten
Schichten 24 angeordnet sind, können die dritten Schichten 23 in einer gewünsch
ten Form ausgebildet werden und das Ausfließen aus den ersten Schichten 24
kann effektiv unterdrückt werden, wenn zuerst die dritten Schichten 23 gebildet und
dann die ersten Schichten 24 gebildet werden. Die dritten Schichten 23 fließen
nicht so leicht zu den lateralen Seiten der Schichtmasse 7 aus, an denen die Au
ßenelektroden 8, 9 und 10 ausgebildet werden, da die dritten Schichten 23 wie
oben beschrieben eine hohe Viskosität aufweisen. Die zweiten Schichten 25 über
lagern die ersten und dritten Schichten 24 und 23, wodurch ein Risiko einer Öff
nungsbildung aufgrund einer Ungleichmäßigkeit der Stärke des Klebers an den la
teralen Seiten der Schichtmasse 7 verringert wird, wodurch ein Bruchrisiko der Au
ßenelektroden 8, 9 und 10 verringert wird.
Erfindungsgemäß kann ein zuverlässiges piezoelektrisches Bauelement in einem
stabilen Zustand erzeugt werden, bei dem ausgezeichnete Resonanz- und Filterei
genschaften erzeugt werden, Änderungen der Eigenschaften im Laufe der Zeit
nicht feststellbar sind und ein Bruch der Außenelektroden kaum auftritt.
Bei dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement sind die ersten und
zweiten Schichten jeder der Kleberschichten an den äußeren Beschichtungssub
stratseiten angeordnet und die zweiten Schichten jeder der Kleberschichten sind an
der piezoelektrischen Substratseite angeordnet, wodurch eine unerwünschte
Schwingung des piezoelektrischen Substrat durch die zweiten Schichten gedämpft
werden kann. Bei dieser Anordnung kann die unerwünschte Schwingung effektiv
unterdrückt werden.
Erfindungsgemäß sind die ersten Schichten der Kleberschichten mit Durchkontakt
löchern versehen, die in Richtung auf die lateralen Seiten der Schichtmasse ausge
schnitten sind, und die dritten Schichten der Kleberschichten sind in den ausge
schnittenen Durchkontaktlöchern angeordnet, so dass die ersten Schichten nicht in
Bereichen der lateralen Seiten der Schichtmasse freiliegen, an denen die Außene
lektroden ausgebildet werden. Das erfindungsgemäße piezoelektrische Bauelement
kann allein durch Strukturieren der ersten Schichten, so dass es mit den ausge
schnittenen Durchkontaktlöchern versehen ist, mühelos erzeugt werden.
Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelemente können in Form verschie
dener piezoelektrischer Resonatoren und piezoelektrischer Filter verwendet wer
den. Bei einer Anordnung in der erfindungsgemäßen Ausführung kann das piezo
elektrische Bauelement als zuverlässiger piezoelektrischer Filter fungieren, bei dem
mehrere Antriebselektroden so konfiguriert sind, dass der piezoelektrische Filter
gebildet wird.
Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauele
ments umfasst die Schritte der Ausbildung dritter Schichten der ersten und zweiten
Kleberschichten auf den Hauptflächen der ersten und zweiten äußeren Beschich
tungssubstrate und der Ausbildung erster Schichten der ersten und zweiten Kleber
schichten an den Abschnitten der Hauptflächen der ersten und zweiten äußeren
Beschichtungssubstrate, an denen die dritten Schichten nicht ausgebildet sind. Die
dritten Schichten können exakt in einer gewünschten Form gebildet werden und der
Kleber der dritten Schichten fließt nicht merklich zu den lateralen Seiten der
Schichtmasse, da die dritten Schichten einen Kleber mit hoher Viskosität enthalten.
Das Ausfließen eines weichen Klebers der ersten Schichten wird auch aufgrund der
dritten Schichten unterdrückt. Das Verfahren umfasst ebenfalls die Schritte der
Ausbildung zweiter Schichten der ersten und zweiten Kleberschichten nach der Bil
dung der ersten und dritten Schichten und das Verkleben eines piezoelektrischen
Substrats und der ersten und zweiten äußeren Beschichtungssubstrate miteinander
mittels der zweiten Schichten, wodurch die Kleberschichten gleichmäßig angeord
net werden, so dass ein Risiko einer Bildung von Öffnungen an den lateralen Seiten
der Schichtmasse verringert wird und der Bruch von Außenelektroden unterdrückt
wird.
Claims (5)
1. Piezoelektrisches Bauelement, welches Folgendes umfasst:
ein mit Antriebselektroden an dessen gegenüberliegenden Hauptflächen verse henes piezoelektrisches Substrat;
äußere Beschichtungssubstrate, die jeweils an den Hauptflächen des besagten piezoelektrischen Substrats laminiert sind;
Kleberschichten zum Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der äuße ren Beschichtungssubstrate miteinander an den Hauptflächen des piezoelektri schen Substrats und
mehrere an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse, welche das be sagte piezoelektrische Substrat, die besagten äußeren Beschichtungssubstrate und die besagten Kleberschichten enthält, ausgebildete Außenelektroden;
dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kleberschichten eine erste Schicht ei nes Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in einem Bereich der lateralen Seitenflächen der mit den daran ausgebildeten Außenelektroden versehenen Schichtmasse freiliegt, eine zweite Schicht eines Klebers mit einer Shore-D- Härte nach dem Aushärten von über 60 und eine dritte Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 und mit einer Visko sität vor dem Aushärten bei einer Temperatur von 25° von nicht weniger als 3,0 × 105 mPas umfasst, wobei die dritte Schicht zwischen der Peripherie der er sten Schicht und dem Bereich der lateralen Seitenflächen der mit den mehreren Außenelektroden daran vorgesehenen Schichtmasse angeordnet ist, und wobei die zweite Schicht an der besagten ersten Schicht und der besagten dritten Schicht laminiert ist.
ein mit Antriebselektroden an dessen gegenüberliegenden Hauptflächen verse henes piezoelektrisches Substrat;
äußere Beschichtungssubstrate, die jeweils an den Hauptflächen des besagten piezoelektrischen Substrats laminiert sind;
Kleberschichten zum Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der äuße ren Beschichtungssubstrate miteinander an den Hauptflächen des piezoelektri schen Substrats und
mehrere an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse, welche das be sagte piezoelektrische Substrat, die besagten äußeren Beschichtungssubstrate und die besagten Kleberschichten enthält, ausgebildete Außenelektroden;
dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kleberschichten eine erste Schicht ei nes Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in einem Bereich der lateralen Seitenflächen der mit den daran ausgebildeten Außenelektroden versehenen Schichtmasse freiliegt, eine zweite Schicht eines Klebers mit einer Shore-D- Härte nach dem Aushärten von über 60 und eine dritte Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 und mit einer Visko sität vor dem Aushärten bei einer Temperatur von 25° von nicht weniger als 3,0 × 105 mPas umfasst, wobei die dritte Schicht zwischen der Peripherie der er sten Schicht und dem Bereich der lateralen Seitenflächen der mit den mehreren Außenelektroden daran vorgesehenen Schichtmasse angeordnet ist, und wobei die zweite Schicht an der besagten ersten Schicht und der besagten dritten Schicht laminiert ist.
2. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Schicht und die dritte Schicht jeder der Kleberschichten an den äuße
ren Beschichtungssubstratseiten angeordnet sind und die zweite Schicht jeder
der Kleberschichten an der piezoelektrischen Substratseite angeordnet ist.
3. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass die erste Schicht jeder der Kleberschichten mit in Richtung auf die
lateralen Seitenflächen der Schichtmasse ausgeschnittenen Durchkontaktlö
chern versehen ist und die dritte Schicht jeder der Kleberschichten in den aus
geschnittenen Durchkontaktlöchern angeordnet ist, so dass die erste Schicht
nicht in einem Bereich der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt,
die darauf mit den mehreren Außenelektroden versehen ist.
4. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, dass die mehreren Antriebselektroden einen piezoelektrischen Filter
bilden.
5. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements, welches Fol
gendes umfasst: ein mit Antriebselektroden an den einander gegenüberliegen
den Hauptflächen versehenes piezoelektrisches Substrat; äußere Beschich
tungssubstrate, die jeweils an den Hauptflächen des besagten piezoelektrischen
Substrats laminiert sind; Kleberschichten zum Verkleben des piezoelek
trischen Substrats und der äußeren Beschichtungssubstrate miteinander an
den Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats und mehrere an den latera
len Seitenflächen einer Schichtmasse, die das besagte piezoelektrische Sub
strat, die besagten äußeren Beschichtungssubstrate und die besagten Kleber
schichten enthält, ausgebildete Außenelektroden;
dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kleberschichten eine erste Schicht ei nes Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in einem Bereich der lateralen Seiten flächen der mit den daran ausgebildeten Außenelektroden versehenen Schichtmasse freiliegt, eine zweite Schicht eines Klebers mit einer Shore-D- Härte nach dem Aushärten von über 60 und eine dritte Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 und mit einer Visko sität vor dem Aushärten von nicht weniger als 3,0 × 105 mPas umfasst, wobei die dritte Schicht zwischen der Peripherie der ersten Schicht und dem Bereich der lateralen Seitenflächen der mit den mehreren Außenelektroden daran vorgese henen Schichtmasse angeordnet ist, und die besagte zweite Schicht an der be sagten ersten Schicht und der besagten dritten Schicht laminiert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Ausbilden der besagten dritten Schicht jeder der Kleberschichten an einer Hauptfläche jeder der äußeren Beschichtungssubstrate;
Ausbilden der besagten ersten Schicht jeder der Kleberschichten in einem Be reich der Hauptfläche jedes der äußeren Beschichtungssubstrate, der nicht mit der dritten Schicht versehen ist;
Herstellen der besagten zweiten Schicht jeder der Kleberschichten und Verkleben des besagten piezoelektrischen Substrats und der besagten äuße ren Beschichtungssubstrate miteinander durch die besagte zweite Schicht, wo bei die äußeren Beschichtungssubstrate die dritte Schicht und die erste Schicht beinhalten.
dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kleberschichten eine erste Schicht ei nes Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in einem Bereich der lateralen Seiten flächen der mit den daran ausgebildeten Außenelektroden versehenen Schichtmasse freiliegt, eine zweite Schicht eines Klebers mit einer Shore-D- Härte nach dem Aushärten von über 60 und eine dritte Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von über 60 und mit einer Visko sität vor dem Aushärten von nicht weniger als 3,0 × 105 mPas umfasst, wobei die dritte Schicht zwischen der Peripherie der ersten Schicht und dem Bereich der lateralen Seitenflächen der mit den mehreren Außenelektroden daran vorgese henen Schichtmasse angeordnet ist, und die besagte zweite Schicht an der be sagten ersten Schicht und der besagten dritten Schicht laminiert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Ausbilden der besagten dritten Schicht jeder der Kleberschichten an einer Hauptfläche jeder der äußeren Beschichtungssubstrate;
Ausbilden der besagten ersten Schicht jeder der Kleberschichten in einem Be reich der Hauptfläche jedes der äußeren Beschichtungssubstrate, der nicht mit der dritten Schicht versehen ist;
Herstellen der besagten zweiten Schicht jeder der Kleberschichten und Verkleben des besagten piezoelektrischen Substrats und der besagten äuße ren Beschichtungssubstrate miteinander durch die besagte zweite Schicht, wo bei die äußeren Beschichtungssubstrate die dritte Schicht und die erste Schicht beinhalten.
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