DE10025342B4

DE10025342B4 - Piezoelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE10025342B4
Application number: DE10025342A
Authority: DE
Inventors: Kunio Sawai; Motohide Yonemura; Syuji Fujii
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: CN1156966C; CN1274992A; JP2000332566A; US20020005684A1; JP3755564B2; KR100343522B1; US6604267B2; US6313569B1; KR20000077403A; DE10025342A1

Abstract

Piezoelektrisches Bauelement, welches Folgendes umfasst:
ein mit Antriebselektroden an dessen gegenüberliegenden Hauptflächen versehenes piezoelektrisches Substrat;
äußere Beschichtungssubstrate, die jeweils an den Hauptflächen des besagten piezoelektrischen Substrats laminiert sind;
Kleberschichten zum Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der äußeren Beschichtungssubstrate miteinander an den Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats und
mehrere an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse, welche durch das besagte piezoelektrische Substrat, die besagten äußeren Beschichtungssubstrate und die besagten Kleberschichten gebildet wird, ausgebildete Außenelektroden;
dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kleberschichten eine erste Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, an denen die Außenelektroden ausgebildet werden, 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...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft als piezoelektrische Resonatoren und piezoelektrische Filter verwendete piezoelektrische Bauelemente nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und Verfahren zur Herstellung derselben.
Bei einem piezoelektrischen Bauelement der Energiebegrenzungsart wird ein piezoelektrisches Schwingungsbauteil zum Teil auf einem piezoelektrischen Substrat ausgebildet. Das piezoelektrische Schwingungsbauteil muss in einer solchen Weise abgedichtet sein, dass das piezoelektrische Schwingungsbauteil nicht am Schwingen 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 4 und 5 beschrieben.

Ein in 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 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 Beschichtungssubstrate 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 darunter und die zweiten Schichten 60 und 61 umfassen einen weichen Kleber mit einer Shore-D-Härte von über 60. Die ersten Schichten 58 und 59 sind mit Durchkontaktlöchern 58a und 58b bzw. mit Durchkontaktlöchern 59a und 59b versehen. Die zweiten Schichten 60 und 61 sind mit Durchkontaktlöchern 60a bzw. Durchkontaktlöchern 61a versehen.

Das piezoelektrische Bauelement 51 ist im Allgemeinen in Form eines piezoelektrischen Bauelements bekannt, bei dem ein Raum für Schwingung durch die Hartkleberschichten 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 erzeugt 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 Frequenzeigenschaften des Bauelements nach dem Löten und bei Haltung in feuchter Umgebung vermieden wird.

Die ausgeschnittenen Durchkontaktlöcher 58b und 59b sind in den ersten Schichten 58 und 59 an deren Peripherie vorgesehen, um ein Brechen der Außenelektroden 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 wahrscheinlich von der Peripherie des äußeren Beschichtungssubstrats 53 und 54 zu den Seitenflächen der Schichtmasse herausfließt, da er weich ist, und der herausgeflossene 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 Beschichtungssubstrats 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 Ausbildung 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 zwischen einem Bereich an der Peripherie der Schichtmasse, an der die Außenelektroden 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 verlässliches 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 Kleberschichten bewirkten Bruch der Außenelektroden kommt.

Nach einer erfindungsgemäßen Erscheinungsform umfasst ein piezoelektrisches Bauelement die Merkmalskombination des Anspruchs 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.

In dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement kann die erste und die dritte Schicht jeder der Kleberschichten an den äußeren Beschichtungssubstratseiten angeordnet und die zweite Schicht jeder der Kleberschichten an der piezoelektrischen Substratseite angeordnet sein.

In dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement kann die erste Schicht jeder der Kleberschichten in Richtung auf die lateralen Seitenflächen der Schichtmasse mit ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern versehen sein und die dritte Schicht jeder der Kleberschichten kann in den ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern angeordnet sein, so dass die erste Schicht nicht in den Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, an denen die mehreren Außenelektroden ausgebildet werden.

Das erfindungsgemäße piezoelektrische Bauelement, das in Form von verschiedenen piezoelektrischen Bauelementen verwendet wird, wie zum Beispiel als piezoelektrischer Resonator oder piezoelektrischer Filter, kann mehrere Antriebselektroden aufweisen, die einen piezoelektrischen Filter bilden.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Erscheinungsform ist ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements vorgesehen, wobei das piezoelektrische Bauelement ein mit Antriebselektroden an dessen gegenüberliegenden Hauptflächen versehenes piezoelektrisches Substrat, äußere Beschichtungssubstrate, 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 piezoelektrischen Substrats und mehrere an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse einschließlich des piezoelektrischen Substrats, der äußeren Beschichtungssubstrate 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 nicht in Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, an denen die Außenelektroden ausgebildet werden, 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 Peripherie der ersten Schicht und den Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse, an denen die mehreren Außenelektroden ausgebildet werden, 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 äußeren Beschichtungssubstrate, der Ausbildung der ersten Schicht jeder der Kleberschichten in einem Bereich der Hauptfläche jedes der äußeren Beschichtungssubstrate, die nicht mit der dritten Schicht versehen ist, das Herstellen der zweiten Schicht jeder der Kleberschichten und das Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der äußeren Beschichtungssubstrate miteinander mittels der zweiten Schicht, wobei die äußeren Beschichtungssubstrate mit der dritten und der ersten Schicht versehen sind.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach einer erfindungsgemäßen Ausführung;
2 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten piezoelektrischen Bauelements;
3 ist eine Kurve, die das Verhältnis zwischen der Viskosität eines Klebers und der Menge des in einen Bereich ohne Kleberauftrag ausgeflossenen Klebers zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten piezoelektrischen Bauelements und
5 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des bekannten piezoelektrischen Bauelements.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach einer erfindungsgemäßen Ausführung und 2 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht desselben.
Ein in 1 gezeigtes piezoelektrisches Bauelement 1 umfasst ein piezoelektrisches 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 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 2 gezeigt, ist das piezoelektrische Substrat 2 mit piezoelektrischen Energiebegrenzungs-Schwingungsbauteilen 11 und 12 versehen. Das piezoelektrische Schwingungsbauteil 11 enthält Antriebselektroden 13 und 14, die an der oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnet sind, sowie eine an der unteren Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnete gemeinsame Antriebselektrode 15 gegenüberliegend den Antriebselektroden 13 und 14. Das piezoelektrische Schwingungsbauteil 12 enthält an der oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnete Antriebselektroden 16 und 17 und eine an der unteren Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnete gemeinsame Antriebselektrode 18 gegenüberliegend den Antriebselektroden 16 und 17.
Die Antriebselektrode 13 des piezoelektrischen Schwingungsbauteils 11 ist mit einer 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 piezoelektrischen Schwingungsbauteils 12 ist mit einer Ausgangsbleielektrode 20 elektrisch verbunden. Die Bleielektrode 20 ist in der Nähe des anderen longitudinalen Endes des piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet und erstreckt sich zwischen den lateralen Seitenflächen entlang der oberen Kante des anderen longitudinalen 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 unteren Fläche des piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildeten Masseelektrode 22. Die Masseelektrode 22 ist mit den Antriebselektroden 15 und 18 elektrisch verbunden. Die Masseelektrode 22 gegenüber der Kondensatorelektrode 21 ist so ausgebildet, 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 Ausgangsbleielektrode 20 und die Masseelektrode 22 zu den lateralen Seitenflächen der Schichtmasse 7 geführt und sind jeweils mit den Außenelektroden 8, 9 bzw. 10 elektrisch verbunden.
Die Antriebselektroden 13, 14, 15, 16, 17 und 18, die die piezoelektrischen Schwingungsbauteile 11 und 12 bilden, die Bleielektroden 19 und 20, die Kondensatorelektrode 21 und die Masseelektrode 22 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 Substrat 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 Schwingungsbauteilen 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 Schwingungsbauteile 11 und 12 abdichten, so in dem piezoelektrischen Resonanzbauelement 1 vorgesehen, dass die Schwingung der piezoelektrischen Schwingungsbauteile 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 piezoelektrischen 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 Beschichtungssubstrate 3 und 4 mit dem piezoelektrischen Substrat 2 verbinden, gekennzeichnet. Die Konfiguration der in 1 gezeigten ersten und zweiten Kleberschichten 5 und 6 wird nachfolgend durch Beschreibung eines Verfahrens zum Verkleben der äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 mit dem piezoelektrischen Substrat 2 beschrieben.
Beim Verkleben des äußeren Beschichtungssubstrats 3 mit dem piezoelektrischen Substrat 2 wird ein Kleber mit einer Shore-D-Härte von über 60 nach dem Aushärten und mit einer Viskosität vor dem Aushärten bei 25° von 3,0 × 10⁵ mPas oder höher 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 Beschichtungssubstrats 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 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 äußeren 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 jedoch 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 höher 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 2 gezeigt wird das äußere Beschichtungssubstrat 4 in der gleichen Weise wie bei dem äußeren Beschichtungssubstrat 3 mit dem Substrat 2 verklebt, in dem die dritte Schicht 23 an der oberen Fläche des äußeren Beschichtungssubstrats 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, wodurch 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 aufnehmen, so dass deren Stärke verringert wird, wenn die äußeren Beschichtungssubstrate 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 äußeren 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 äußeren 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 äußeren Beschichtungssubstrate 3 und 4 vorgesehenen dritten Schichten 23 verringert.
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 vorbestimmten 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 bildende Kleber können von gleicher Art sein, wenn der Kleber die oben beschriebene Shore-Härte und Viskosität aufweist. Das heißt, der die zweiten Schichten 25 bildende 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 3 beschrieben wird.
3 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Viskosität eines Klebers und der Menge des ausgeflossenen Klebers nach Auftragen des Klebers zeigt. Ein Kleber 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 Außenelektroden 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 lateralen Seiten, an denen die Außenelektroden 8, 9 und 10 ausgebildet werden, verhindert 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 Zusammenziehen verursachte Spannung durch die weich gefertigten ersten Schichten absorbiert werden, wodurch die Schwankung der Eigenschaften des Bauelements unterdrückt 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 Resonanzeigenschaft und die Filtereigenschaft der piezoelektrischen Schwingungsbauteile 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 ausgezeichnete 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 enthaltenden 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 gewünschten 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 Außenelektroden 8, 9 und 10 ausgebildet werden, da die dritten Schichten 23 wie oben beschrieben eine hohe Viskosität aufweisen. Die zweiten Schichten 25 überlagern die ersten und dritten Schichten 24 und 23, wodurch ein Risiko einer Öffnungsbildung aufgrund einer Ungleichmäßigkeit der Stärke des Klebers an den lateralen Seiten der Schichtmasse 7 verringert wird, wodurch ein Bruchrisiko der Außenelektroden 8, 9 und 10 verringert wird.
Erfindungsgemäß kann ein zuverlässiges piezoelektrisches Bauelement in einem stabilen Zustand erzeugt werden, bei dem ausgezeichnete Resonanz- und Filtereigenschaften 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 Beschichtungssubstratseiten 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 Durchkontaktlöchern versehen, die in Richtung auf die lateralen Seiten der Schichtmasse ausgeschnitten sind, und die dritten Schichten der Kleberschichten sind in den ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern angeordnet, so dass die ersten Schichten nicht in Bereichen der lateralen Seiten der Schichtmasse freiliegen, an denen die Außenelektroden ausgebildet werden. Das erfindungsgemäße piezoelektrische Bauelement kann allein durch Strukturieren der ersten Schichten, so dass es mit den ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern versehen ist, mühelos erzeugt werden.
Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelemente können in Form verschiedener piezoelektrischer Resonatoren und piezoelektrischer Filter verwendet werden. Bei einer Anordnung in der erfindungsgemäßen Ausführung kann das piezoelektrische 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 Bauelements umfasst die Schritte der Ausbildung dritter Schichten der ersten und zweiten Kleberschichten auf den Hauptflächen der ersten und zweiten äußeren Beschichtungssubstrate und der Ausbildung erster Schichten der ersten und zweiten Kleberschichten 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 Bildung 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 angeordnet 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

Piezoelektrisches Bauelement, welches Folgendes umfasst: ein mit Antriebselektroden an dessen gegenüberliegenden Hauptflächen versehenes piezoelektrisches Substrat; äußere Beschichtungssubstrate, die jeweils an den Hauptflächen des besagten piezoelektrischen Substrats laminiert sind; Kleberschichten zum Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der äußeren Beschichtungssubstrate miteinander an den Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats und mehrere an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse, welche durch das besagte piezoelektrische Substrat, die besagten äußeren Beschichtungssubstrate und die besagten Kleberschichten gebildet wird, ausgebildete Außenelektroden; dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kleberschichten eine erste Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, an denen die Außenelektroden ausgebildet werden, 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 Viskosität vor dem Aushärten von nicht weniger als 3,0 × 10⁵ mPas bei einer Temperatur von 25° C umfasst, wobei die dritte Schicht zwischen der Peripherie der ersten Schicht und den Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse, an denen die mehreren Außenelektroden ausgebildet werden, angeordnet ist, und wobei die zweite Schicht an der besagten ersten Schicht und der besagten dritten Schicht laminiert ist.
Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht und die dritte Schicht jeder der Kleberschichten an den äußeren Beschichtungssubstratseiten angeordnet sind und die zweite Schicht jeder der Kleberschichten an der piezoelektrischen Substratseite angeordnet ist.
Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht jeder der Kleberschichten mit in Richtung auf die lateralen Seitenflächen der Schichtmasse ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern versehen ist und die dritte Schicht jeder der Kleberschichten in den ausgeschnittenen Durchkontaktlöchern angeordnet ist, so dass die erste Schicht nicht in den Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, an denen die mehreren Außenelektroden ausgebildet werden.
Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Antriebselektroden einen piezoelektrischen Filter bilden.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements, welches Folgendes umfasst: ein mit Antriebselektroden an den einander gegenüberliegenden Hauptflächen versehenes piezoelektrisches Substrat; äußere Beschich tungssubstrate, die jeweils an den Hauptflächen des besagten piezoelektrischen Substrats laminiert sind; Kleberschichten zum Verkleben des piezoelektrischen Substrats und der äußeren Beschichtungssubstrate miteinander an den Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats und mehrere an den lateralen Seitenflächen einer Schichtmasse, die durch das besagte piezoelektrische Substrat, die besagten äußeren Beschichtungssubstrate und die besagten Kleberschichten gebildet wird, ausgebildete Außenelektroden; dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kleberschichten eine erste Schicht eines Klebers mit einer Shore-D-Härte nach dem Aushärten von nicht mehr als 60, die so ausgebildet ist, dass sie nicht in Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse freiliegt, an denen die Außenelektroden ausgebildet werden, 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 Viskosität vor dem Aushärten von nicht weniger als 3,0 × 10⁵ mPas umfasst, wobei die dritte Schicht zwischen der Peripherie der ersten Schicht und den Bereichen der lateralen Seitenflächen der Schichtmasse, an denen die mehreren Außenelektroden ausgebildet werden, angeordnet ist, und die besagte zweite Schicht an der besagten 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 Bereich 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 äußeren Beschichtungssubstrate miteinander durch die besagte zweite Schicht, wobei die äußeren Beschichtungssubstrate die dritte Schicht und die erste Schicht beinhalten.