DE10322947A1

DE10322947A1 - Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter und elektronische Komponente

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Publication number: DE10322947A1
Application number: DE10322947A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Mitani; Toshio Nishimura; Hiroaki Kaida; Jiro Inoue
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: US6897744B2; DE10322947B4; US20030218520A1; CN1211924C; CN1461106A

Abstract

Ein längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter, welcher den piezoelektrischen Längseffekt nutzt, umfaßt eine Mehrzahl von sich parallel zueinander erstreckenden Anregungselektroden, einen laminierten piezoelektrischen Körper, welcher eine Mehrzahl von zwischen den Anregungselektroden angeordneten und in einer vorbestimmten Richtung polarisierten piezoelektrischen Schichten aufweist, eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode, die auf einer ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers ausgebildet sind, und eine auf einer zweiten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers ausgebildeten Erdungselektrode. Wenn zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode ein Eingangssignal angelegt wird, werden Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen von Oberwellen angeregt und in der Weise gekoppelt, daß ein Ausgangssignal zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Erdungskontakt abgegeben wird. T stellt die Abmessung der Breite zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers und D die Entfernung zwischen den nebeneinanderliegenden Anregungselektroden dar, und T/D ist gleich oder kleiner als 0,9. Als Ergebnis wird ein längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter, welcher eine große Dämpfung außerhalb des Bandes aufweist, geliefert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen, beispielsweise als Bandpassfilter bekannten Volumenwellenfilter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter und eine einen solchen piezoelektrischen Volumenwellenfilter enthaltende, Schwingungen verschiedener Ordnungen aufgrund des piezoelektrischen Längseffektes nutzende elektronische Komponente.

2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Eine Reihe von piezoelektrischen Volumenwellenfiltern wird als Bandfilter verwendet. Piezoelektrische Zwei-Moden-Volumenwellenfilter werden hauptsächlich innerhalb eines Frequenzbereiches von mehreren MHz bis Dutzenden von MHz verwendet, weil sie leicht zu miniaturisieren und kostengünstig sind.

Ein piezoelektrischer Zwei-Moden-Volumenwellenfilter wird in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 5-327401 offenbart.

Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht eines an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilters, welcher eine Dicken-/Längsschwingung verwendet.

Ein piezoelektrische Volumenwellenfilter 201 weist ein piezoelektrisches Substrat 202 auf, das in Richtung der Dicke polarisiert ist. Ein Paar Anregungselektroden 203 und 204 ist auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 202 angeordnet. Eine gemeinsame Anregungselektrode 205 liegt den Anregungselektroden 203 und 204 gegenüber, wobei das piezoelektrische Substrat 202 in Sandwichform dazwischen angeordnet ist.

Während der Nutzung wird ein Eingangssignal zwischen einer Anregungselektrode 203 und der gemeinsamen Anregungselektrode 205 angelegt, so daß das piezoelektrische Substrat 202 angeregt wird. Wenn das piezoelektrische Substrat 202 angeregt ist, werden ein in Fig. 21A gezeigter symmetrischer Modus und ein in Fig. 21B gezeigter antisymmetrischer Modus erzeugt. Die beiden Modi werden gekoppelt und bilden so eine Filterbandbreite. Ein Ausgangssignal wird zwischen der Anregungselektrode 204 und der Erdungselektrode 205 angeordnet.

Des weiteren ist zusätzlich zu dem in dem Dicken-/Längsmodus arbeitenden piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilter ein weiterer piezoelektrischer Zwei-Moden-Volumenwellenfilter bekannt, welcher das piezoelektrische Substrat 202 aufweist, das in einer zur Oberseite parallelen Richtung polarisiert ist und auf der Grundlage eines Scherschwingungsmodus arbeitet.

Der Grad der Kopplung zwischen dem symmetrischen Modus und dem antisymmetrischen Modus im an sich bekannten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201 hängt vom Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 ab. Der Abstand bestimmt eine Frequenzdifferenz zwischen dem symmetrischen Modus und dem antisymmetrischen Modus, wodurch ein Passband bestimmt wird.

Insbesondere muß bei der Herstellung eines Breitbandfilters der Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 verringert werden, um den Grad der Kopplung zwischen den beiden Modi zu erhöhen und um die Frequenz zwischen den beiden Modi zu erhöhen.

Die Anregungselektroden 203 und 204 werden üblicherweise unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens mit elektrisch leitender Paste hergestellt. Die Siebdrucktechnik unterliegt Einschränkungen in dem Bemühen um Verengung des Abstandes zwischen den Anregungselektroden 203 und 204. Wenn die Anregungselektroden 203 und 204 unter Verwendung eines photolitographischen Verfahrens hergestellt werden, wird der Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 verringert, aber es entstehen höhere Kosten.

Obwohl der Abstand zwischen den Anregungselektroden verringert wird, erhöht sich eine Kapazität zwischen dem Eingang und dem Ausgang im piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201, was zu einer geringeren Dämpfung führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter und eine den piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthaltende elektronische Komponente zu liefern, welche von den Nachteilen nach dem Stand der Technik frei ist, eine große Bandbreite aufweist, eine starke Dämpfung bietet, leicht zu miniaturisieren ist und zu geringen Kosten hergestellt werden kann.

Nach einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter mindestens vier sich parallel zueinander erstreckende Anregungselektroden, einen laminierten piezoelektrischen Körper, welcher eine Mehrzahl von zwischen den Anregungselektroden angeordneten und in einer zu den Anregungselektroden parallelen oder zu diesen senkrechten Richtung polarisierten piezoelektrischen Schichten aufweist, wobei der laminierte piezoelektrische Körper erste und zweite Endflächen aufweist, die sich in einer zur Mehrzahl der piezoelektrischen Schichten senkrechten Richtung erstrecken, und erste bis vierte Seitenflächen, die die ersten und zweiten Endflächen verbinden, eine Eingangselektrode, welche auf der ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur ersten Endfläche ausgebildet ist, eine Ausgangselektrode, welche auf der ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur zweiten Endfläche ausgebildet ist, und eine Erdungselektrode, welche auf der zweiten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers gegenüber der ersten Seitenfläche ausgebildet ist. Die Mehrzahl von Anregungselektroden weist eine erste Gruppe auf, die mit der Eingangselektrode verbunden ist, eine zweite Gruppe, die mit der Ausgangselektrode verbunden ist und eine dritte Gruppe, die mit der Erdungselektrode verbunden ist. Wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode angelegt wird, werden Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen angeregt und gekoppelt, so daß ein Ausgangssignal zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Erdungskontakt abgegeben wird. Das Verhältnis T/D ist gleich oder kleiner als 0,9, wobei T die Abmessung der Breite zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers darstellt und D die Entfernung zwischen nebeneinanderliegenden Anregungselektroden.

Vorzugsweise ist W/D gleich oder kleiner als 0,9, wobei W die Abmessung der Breite zwischen den dritten und vierten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers darstellt. Bei dieser Anordnung werden breite Störvibrationen wirksam beherrscht, und es ergeben sich ausgezeichnete Filtereigenschaften.

Vorzugsweise fällt die Abmessung W in einen Bereich von 1,7n - 0,7 < W/D < 1,7n + 0,7, wobei n eine positive ganze Zahl ist.

Der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem ersten Merkmal ist nicht auf einen bestimmten Schwingungsmodus beschränkt. Der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter kann eine Oberwelle eines Längenschwingungsmodus nutzen, der auf dem piezoelektrischen Längseffekt beruht, oder eine Oberwelle eines Dicken-/Längsschwingungsmodus, welcher auf dem piezoelektrischen Längseffekt beruht.

Vorzugsweise weist der längsgekoppelte piezoelektrische Multi-Mode- Volumenwellenfilter reflektierende Schichten auf, die jeweils an den ersten und zweiten Endflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers befestigt sind und aus einem Material hergestellt werden, welches eine zweite akustische Impedanz Z₂ aufweist, die niedriger ist als eine akustische Impedanz Z₁ eines piezoelektrischen Materials des laminierten piezoelektrischen Körpers, und Befestigungsteile, die jeweils an den Flächen der reflektierenden Schichten entgegengesetzt zu den Flächen derselben, welche mit den ersten und zweiten Endflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers verbunden sind, befestigt sind und aus einem Material hergestellt werden, das eine dritte akustische Impedanz Z₃ aufweist, die höher ist als die zweite akustische Impedanz Z₂. In dieser Anordnung wird eine Schwingung von der Grenze zwischen der reflektierenden Schicht und dem Befestigungsteil reflektiert. Der Befestigungsteil trägt damit mechanisch den laminierten piezoelektrischen Körper, ohne die Schwingungseigenschaften des laminierten piezoelektrischen Körpers zu beeinflussen.

Nach einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Komponente ein Gehäusesubstrat, den auf dem Gehäusesubstrat montierten längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter und einen mit dem Gehäusesubstrat in einer solchen Weise verbundenen Deckelteil auf, daß der Deckel den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt. Die vorliegende Erfindung liefert somit eine elektronische Komponente in einem Gehäuse, das einen längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthält, welcher eine große Bandbreite und starke Dämpfung bietet.

Nach einem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter einen piezoelektrischen Körper auf, der gegenüberliegende erste und zweite Endflächen und vier Seitenflächen, die die ersten und zweiten Endflächen verbinden, eine Mehrzahl von im piezoelektrischen Körper angeordneten Anregungselektroden, welche jeweils mit dazwischen angeordneten piezoelektrischen Schichten laminiert werden, eine an einer Außenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur ersten Endfläche ausgebildete Eingangselektrode, eine an der Außenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur zweiten Endfläche ausgebildete Ausgangselektrode und eine an der Außenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers ausgebildete Erdungselektrode auf. Die Mehrzahl von Anregungselektroden weist eine erste Gruppe auf, die mit der Eingangselektrode elektrisch verbunden ist, eine zweite Gruppe, die mit der Ausgangselektrode elektrisch verbunden ist und eine dritte Gruppe, die mit der Erdungselektrode elektrisch verbunden ist. Jede Anregungselektrode der ersten Gruppe und jede Anregungselektrode der dritten Gruppe wird alternierend in der Richtung der Laminierung des laminierten piezoelektrischen Körpers angeordnet, und jede zweite Anregungselektrode und jede dritte Anregungselektrode wird alternierend in der Richtung der Laminierung des laminierten piezoelektrischen Körpers angeordnet. Wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode angelegt wird, werden der erste bis dritte Modus angeregt. Der erste bis dritte Modus weisen jeweils mit den Ordnungen (N - 1)., N. und (N + 1). auf (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 3) werden gekoppelt, und das resultierende Ausgangssignal wird zwischen der Ausgangselektrode und der Erdungselektrode abgegeben.

Vorzugsweise haben die Beziehungen von Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) Gültigkeit, wobei Fa(N - 1) eine Antiresonanzfrequenz des ersten Modus darstellt, Fr(N) und Fa(N) jeweils eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz des zweiten Modus darstellen und Fr(N + 1) eine Resonanzfrequenz des dritten Modus darstellt. Wie später zu erörtern sein wird, werden Filtereigenschaften mit einem Breitband in einem Bereich von 1 bis 100 MHz bei hoher Dämpfung erhalten.

Vorzugsweise haben N ≥ -0,524k₃₃ + 42,7 Gültigkeit, wobei N eine Ordnung des harmonischen Modus ist und k₃₃ einen elektromechanischen Koeffizienten des piezoelektrischen Längseffektes darstellt. Der erste bis dritte Modus werden verläßlich gekoppelt, womit eine große Bandbreite bei hoher Dämpfung geboten wird. Die Ordnung N der Oberwellen kann unter Verwendung der obigen Gleichung entsprechend dem elektromechanischen Koeffizienten k₃₃ des piezoelektrischen Längseffektes berechnet werden. Mit anderen Worten können, wenn der elektromechanische Koeffizient k₃₃ bekannt ist, die Ordnungen der Oberwellen des ersten und des dritten Modus, die verwendet werden, leicht berechnet werden.

Vorzugsweise genügt eine Ordnung des harmonischen Modus N N ≥ -1,73S₃₃ ^E + 33,3, wobei S₃₃ ^E eine elastische Nachgiebigkeit des laminierten piezoelektrischen Körpers in dessen Polarisierungsrichtung darstellt. Auch in diesem Fall werden der erste bis dritte Modus verläßlich gekoppelt, womit eine große Bandbreite bei hoher Dämpfung geboten wird. Die Ordnung der Oberwellen kann unter Verwendung der obigen Gleichung in Übereinstimmung mit einer elastischen Nachgiebigkeit S₃₃ ^E des laminierten piezoelektrischen Körpers berechnet werden. Die Ordnungen N der Oberwellen für einen Drei-Moden-Filter werden leicht berechnet.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Reihe von Schwingungsmodi basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Oberwellen schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf diejenigen in einem Längenschwingungsmodus und diejenigen in einer Dicken-/Längsschwingung.

Vorzugsweise weist der längsgekoppelte piezoelektrische Multi-Mode- Volumenwellenfilter des weiteren reflektierende Schichten auf, die jeweils mit den ersten und zweiten Endflächen verbunden sind, und Befestigungsteile, die jeweils mit den reflektierenden Schichten verbunden sind, wobei die reflektierenden Schichten eine akustische Impedanz Z₂ haben, welche niedriger ist als sowohl die akustische Impedanz Z₁ des laminierten piezoelektrischen Körpers als auch die akustische Impedanz Z₃ der Befestigungsteile. In dieser Anordnung wird eine ausgehend vom laminierten piezoelektrischen Körper der reflektierenden Schicht übertragene Schwingung von der Grenze zwischen der reflektierenden Schicht und dem Befestigungsteil reflektiert. Der Befestigungsteil hält damit mechanisch den laminierten piezoelektrischen Körper, ohne die Schwingungseigenschaften des laminierten piezoelektrischen Körpers zu beeinflussen.

Nach einem vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Komponente ein Gehäusesubstrat, den auf dem Gehäusesubstrat montierten längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter und einen mit dem Gehäusesubstrat in einer solchen Weise verbundenen Deckelteil auf, daß der Deckel den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt. Die vorliegende Erfindung liefert somit eine elektronische Komponente in einem Gehäuse, das einen längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthält, welcher eine große Bandbreite und starke Dämpfung bietet.

Nach einem fünften Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter einen piezoelektrischen Körper auf, der gegenüberliegende erste und zweite Endflächen und vier Seitenflächen, die die ersten und zweiten Endflächen verbinden, eine Mehrzahl von im piezoelektrischen Körper angeordneten Anregungselektroden, welche jeweils mit dazwischen angeordneten piezoelektrischen Schichten laminiert werden, eine an einer ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur ersten Endfläche ausgebildete Eingangselektrode, eine an der ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur zweiten Endfläche ausgebildete Ausgangselektrode und eine an der zweiten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers gegenüber der ersten Seitenfläche ausgebildete Erdungselektrode auf. Die Mehrzahl von Anregungselektroden weist eine erste Gruppe auf, die mit der Eingangselektrode elektrisch verbunden ist, eine zweite Gruppe, die mit der Ausgangselektrode elektrisch verbunden ist, und eine dritte Gruppe, die mit der Erdungselektrode elektrisch verbunden ist. Jede Anregungselektrode der ersten Gruppe und jede Anregungselektrode der dritten Gruppe wird alternierend in einer sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstreckenden Richtung angeordnet, und jede zweite Anregungselektrode und jede dritte Anregungselektrode wird alternierend in einer sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstreckenden Richtung angeordnet. Wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode angelegt wird, werden Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen von Oberwellen angeregt und gekoppelt, so daß ein Ausgangssignal zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Erdungskontakt abgegeben wird. Ein Verhältnis von G/D ist nicht kleiner als 2, wobei G die Entfernung zwischen jedem der Enden der Anregungselektroden der ersten und der zweiten Gruppe und der ersten Seitenfläche und die Entfernung zwischen jedem der Enden der Anregungselektroden der dritten Gruppe und der ersten Seitenfläche darstellt, und D die Dicke der piezoelektrischen Schicht zwischen den nebeneinanderliegenden Anregungselektroden darstellt.

Vorzugsweise ist G/W gleich oder kleiner als 0,4, wobei W die Abmessung der Breite zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers darstellt.

Vorzugsweise weist der längsgekoppelte piezoelektrische Multi-Mode- Volumenwellenfilter des weiteren reflektierende Schichten auf, die jeweils mit den ersten und zweiten Endflächen verbunden sind, und Befestigungsteile, die jeweils mit den reflektierenden Schichten verbunden sind, wobei die reflektierenden Schichten eine akustische Impedanz Z₂ haben, welche niedriger ist als eine akustische Impedanz Z₁ des laminierten piezoelektrischen Körpers und eine akustische Impedanz Z₃ der Befestigungsteile. In dieser Anordnung wird eine ausgehend vom laminierten piezoelektrischen Körper der reflektierenden Schicht übertragene Schwingung von der Grenze zwischen der reflektierenden Schicht und dem Befestigungsteil reflektiert. Der Befestigungsteil trägt damit mechanisch den laminierten piezoelektrischen Körper, ohne die Schwingungseigenschaften des laminierten piezoelektrischen Körpers zu beeinflussen.

Nach einem sechsten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Komponente ein Gehäusesubstrat, den auf dem Gehäusesubstrat montierten längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter und einen mit dem Gehäusesubstrat in einer solchen Weise verbundenen Deckelteil auf, daß der Deckel den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt. Die vorliegende Erfindung liefert somit eine elektronische Komponente in einer Verpackung, die einen längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthält, welcher eine große Bandbreite und starke Dämpfung bietet.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1A und 1B jeweils perspektivische Querschnittsansichten eines piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen symmetrischen und einen antisymmetrischen in dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem ersten Ausführungsbeispiel angeregten Modus;
Fig. 3 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die diagrammartig den piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter zeigt, welcher eine Dicke T aufweist, wobei die piezoelektrische Schicht eine Dicke D aufweist;
Fig. 5 Schwankungen beim elektromechanischen Koeffizienten bei variierendem T/D;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher eine Breitenabmessung W von 280 µm aufweist;
Fig. 8 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher eine Breitenabmessung W von 320 µm aufweist;
Fig. 9 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher eine Breitenabmessung W von 360 µm aufweist;
Fig. 10 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher eine Breitenabmessung W von 400 µm aufweist;
Fig. 11 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher eine Breitenabmessung W von 440 µm aufweist;
Fig. 12 den Zustand, bei dem eine breite Störschwingung bei variierendem W/D-Koeffizienten auftritt;
Fig. 13 eine Vorderansicht einer Variante des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 eine Explosionszeichnung einer Filtervorrichtung, welche zwei piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters mit zwei integrierten Filterelementen;
Fig. 17 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften eines piezoelektrischen Ein- Element-Multi-Mode-Volumenwellenfilters;
Fig. 18 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften von in Reihe geschalteten piezoelektrischen Zwei-Elemente-Multi-Mode-Volumenwellenfiltern und eines integrierten piezoelektrischen Zwei-Elemente-Multi-Mode- Volumenwellenfilters;
Fig. 19 eine Explosionszeichnung einer Filtervorrichtung, welche eine Mehrzahl von Filterelementen eines piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach dem dritten Ausführungsbeispiel aufweist;
Fig. 20 eine Querschnittsansicht eines den Dicken-/Längsmodus nutzenden an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilters;
Fig. 21A und 21B jeweils schematisch einen symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen Modus des an sich bekannten piezoelektrischen Zwei- Moden-Volumenwellenfilters nach Fig. 20;
Fig. 22A eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und Fig. 22B eine Längsschnittansicht des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 23 einen in dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem vierten Ausführungsbeispiel angeregten symmetrischen Modus und antisymmetrischen Modus;
Fig. 24 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilters nach dem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 25 einen symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen Modus, wobei die Ordnung N der Oberwellen den Bedingungen von Fa(N - 1) < Fr und Fa(N) < Fr(N + 1) im piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter genügt;
Fig. 26 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilters, welcher eine (N - 1). Oberwelle, eine N. Oberwelle und eine (N + 1). Oberwelle nach Fig. 25 nutzt;
Fig. 27 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilters, welcher die Ordnung N = 6 hat;
Fig. 28 Dämpfung versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilters, welcher die Ordnung N = 10 hat;
Fig. 29 die Ordnung N und Varianten der Positionen der Resonanzfrequenz und Antiresonanzfrequenz bei der N. Oberwelle, der (N - 1). Oberwelle und der (N + 1). Oberwelle im piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter des vierten Ausführungsbeispiels;
Fig. 30 die Beziehung zwischen dem elektromechanischen Koeffizienten K₃₃ eines piezoelektrischen Körpers und der Mindestordnung N einer Oberwelle, welche den Bedingungen von Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) genügt;
Fig. 31 die Beziehung zwischen einer elastischen Nachgiebigkeit S₃₃ ^E des piezoelektrischen Körpers und der Mindestordnung N einer Oberwelle, welche den Bedingungen von Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) genügt;
Fig. 32 eine Variante des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 33 eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 34 eine Explosionszeichnung eines piezoelektrischen Resonators als elektronische Komponente, welche den piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter nach dem vierten Ausführungsbeispiel enthält;
Fig. 35 eine Explosionszeichnung eines piezoelektrischen Resonators als elektronische Komponente, welche den piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter nach dem fünften Ausführungsbeispiel enthält;
Fig. 36 eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 37 einen symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen Modus des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach dem sechsten Ausführungsbeispiel;
Fig. 38 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters mit G/D = 1,0;
Fig. 39 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters mit G/D = 1,5;
Fig. 40 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters mit G/D = 2,0;
Fig. 41 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters mit G/D = 2,5;
Fig. 42 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters mit G/D = 3,0;
Fig. 43A eine Querschnittsansicht, welche schematisch eine Schwingungskonfiguration darstellt, nämlich eine Oberwelle eines Biegeschwingungsmodus, der bei dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem sechsten Ausführungsbeispiel ein Problem sein kann, und Fig. 43B zeigt eine Schwingungskonfiguration einer Oberwelle des Biegeschwingungsmodus, welcher unter Verwendung der Finit-Element- Methode analysiert wurde;
Fig. 44 eine Veränderung der Größe der Störkomponenten, welche im Passband des Filters bei verändertem G/D erscheinen;
Fig. 45 Schwankungen bei der spezifischen Bandbreite bei Veränderungen mit variierendem G/W;
Fig. 46 eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters nach einem siebten Ausführungsbeispiel und
Fig. 47 eine Explosionszeichnung einer elektronischen Komponente, welche den auf einem Gehäusesubstrat montierten piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilter des siebten Ausführungsbeispiels zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Die Fig. 1A und 1B sind jeweils perspektivische bzw. Querschnittsansichten eines piezoelektrischen Drei-Moden-Volumenwellenfilters 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 umfaßt einen stangenförmigen piezoelektrischen Körper 2, welcher im Querschnitt eine rechteckige Form aufweist. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 ist ein piezoelektrischer Drei-Moden- Volumenwellenfilter, welcher einen Längenschwingungsmodus nutzt, der sich in der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2 bewegt.
Der piezoelektrische Körper 2 wird aus Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT) hergestellt, und seine akustische Impedanz Z₁ beträgt 3,4 × 10⁷ (kg/m²S).
Der piezoelektrische Körper 2 weist erste und zweite gegenüberliegende Endflächen 2a und 2b auf. Reflektierende Schichten 31 und 32 sind jeweils mit den ersten und zweiten Endflächen 2a und 2b verbunden, und Befestigungsteile 33 und 34 werden anschließend jeweils mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden. Die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34 haben im Querschnitt die gleiche Form wie der piezoelektrische Körper 2.
Der Aufbau und der Betrieb der reflektierenden Schichten 31 und 32 sowie der Befestigungsteile 33 und 34 werden später erörtert.
Anregungselektroden 3 und 15 werden ausgebildet und decken die Endflächen 2a und 2b ab. Der piezoelektrische Körper 2 ist in Richtung der Länge derselben verteilt und umfaßt eine Mehrzahl von Anregungselektroden 4 bis 14, die sich in Richtung der Breite des piezoelektrische Körpers 2 erstrecken.
Die Anregungselektroden 3 bis 15 sind parallel zueinander angeordnet, und piezoelektrische Schichten, welche die gleiche Dicke haben, sind zwischen den Anregungselektroden 3, . . ., und 9a und 9b, . . . und 15 eingelegt.
Jede piezoelektrische Schicht zwischen jeweils nebeneinanderliegenden Anregungselektroden 3 bis 15 in dem piezoelektrischen Körper 2 ist in einer zu den Anregungselektroden 3 bis 15 senkrechten Richtung polarisiert.
Die Anregungselektroden 3 bis 15 werden zusammen mit der den piezoelektrischen Körper 2 bildenden piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer Keramik-Laminierungs- und integralen Brenntechnik gefertigt. Es kann eine andere Technik zur Herstellung des piezoelektrischen Körpers 2 und der Anregungselektroden 3 bis 15 verwendet werden. Die Anregungselektroden 3 bis 15 können auf den Endflächen 2a bzw. 2b ausgebildet werden, nachdem der piezoelektrische Körper 2 unter Verwendung der Keramik-Laminierungs- und integralen Brenntechnik hergestellt wurde.
Der piezoelektrische Körper 2 weist vier Seitenflächen auf, die die Endflächen 2a und 2b verbinden. Insbesondere weist der piezoelektrische Körper 2 eine Oberfläche 2c als eine erste Seitenfläche, die Bodenfläche 2d als eine zweite Seitenfläche und zwei gegenüberliegende Seitenflächen 2e als dritte und vierte Seitenflächen (die vierte Seitenfläche wird nicht gezeigt) auf. Eine Eingangselektrode 16 wird auf der Oberfläche 2c in größerer Nähe zur Endfläche 2a ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 17 wird auf der Oberfläche 2c in größerer Nähe zur Endfläche 2b ausgebildet. Eine Erdungselektrode 18 wird auf der Bodenfläche 2d ausgebildet. Die Eingangselektrode 16 erstreckt sich über die Endfläche 2a und die reflektierende Schicht 31 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 33. Die Ausgangselektrode 17 erstreckt sich über die Endfläche 2b und die reflektierende Schicht 32 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 34.
Die Eingangselektrode 16, die Ausgangselektrode 17 und die Erdungselektrode 18 können aus dem gleichen Metall wie die Anregungselektroden 3 bis 15 hergestellt werden, sie können beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber hergestellt werden.
Isoliermaterialien 20 werden auf der Oberfläche 2c des piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht, um mit den oberen Enden der Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in Kontakt zu sein. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 sind von der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 elektrisch isoliert. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 sind jeweils mit der Erdungselektrode 18 elektrisch verbunden.
Die Isoliermaterialien 20 werden des weiteren auf der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht, um mit den unteren Enden der Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 in Kontakt zu sein. Die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 sind von der Erdungselektrode 18 elektrisch isoliert. Die Anregungselektroden 4, 6 und 8 werden jeweils mit der Eingangselektrode 16 elektrisch verbunden und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 werden jeweils mit der Ausgangselektrode 17 elektrisch verbunden.
Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 bilden eine dritte Gruppe von Anregungselektroden nach der vorliegenden Erfindung. Die in größerer Nähe zur Endfläche 2a angeordneten Anregungselektroden 4, 6 und 8 bilden eine erste Gruppe, und die in größerer Nähe zur Endfläche 2b angeordneten Anregungselektroden 10, 12 und 14 bilden eine zweite Gruppe.
Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in der dritten Gruppe werden jeweils mit der Erdungselektrode 18 elektrisch verbunden. Die Anregungselektroden 4, 6 und 8 in der ersten Gruppe werden jeweils mit der Eingangselektrode 16 elektrisch verbunden, und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 in der zweiten Gruppe werden jeweils mit der Ausgangselektrode 17 elektrisch verbunden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich jede der Anregungselektroden 3 bis 15 über den vollen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2. Es ist auch akzeptabel, daß jede der Anregungselektroden 3 bis 15 sich nur über einen Teil des Querschnitts des piezoelektrischen Körpers 2 erstreckt.
Die Isoliermaterialien 20 sind nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt. Die Isoliermaterialien 20 können ein isolierendes Harz oder ein isolierender Klebstoff sein.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32, die aus einem Epoxydharz hergestellt werden, haben eine akustische Impedanz Z₂ von 1,87 × 10⁶(kg/m²S). Die aus einer Keramik hergestellten Befestigungsteile 33 und 34 haben eine akustische Impedanz Z₃ von 3,4 × 10⁷(kg/m²S).
Die Materialien der reflektierenden Schichten 31 und 32 und der Befestigungsteile 33 und 34 sind auf die oben erörterten unter der Voraussetzung nicht beschränkt, daß die akustische Impedanz Z₂ niedriger ist als jede der akustischen Impedanzen Z₁ und Z₃.
Der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird nachstehend erläutert. Fig. 2 zeigt einen symmetrischen Modus (S-Modus) in einer unterbrochenen Linie und einen antisymmetrischen Modus (A- Modus) in einer durchgezogenen Linie, die jeweils in dem piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilter 1 angeregt werden. In dem piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilter 1 beträgt die Höhe T des piezoelektrischen Körpers 2 zwischen der Oberfläche 2c und der Bodenfläche 2d 120 µm, die Dicke jeder piezoelektrischen Schicht zwischen zwei beliebigen nebeneinanderliegenden Anregungselektroden beträgt 150 µm, und die Breitenabmessung W des piezoelektrischen Körpers 2, d. h. also die Breitenabmessung rechtwinkelig zur Länge des piezoelektrischen Körpers 2 und parallel zur Oberfläche 2c und zur Bodenfläche 2d, beträgt 300 µm. Eine 12. Oberwelle wird im symmetrischen Modus stark angeregt, und die 11. und die 13. Oberwellen werden im antisymmetrischen Modus stark angeregt.
Wenn der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel tatsächlich betrieben wird, sind der symmetrische Modus und der antisymmetrische Modus gekoppelt, woraus sich Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 ergeben. Die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 werden in Fig. 3 gezeigt.
In der Zeichnung stellt eine durchgezogene Linie Dämpfung versus Frequenzeigenschaften dar, und eine unterbrochene Linie stellt Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters 1 dar.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind die Reaktionen auf die 11. bis 13. Oberwellen nahe beieinander. Filtereigenschaften, die die 11. harmonische Resonanzfrequenz und die 13. harmonische Antiresonanzfrequenz als Dämpfungspole haben, werden so, wie in Fig. 3 gezeigt, erhalten.
Wie in Fig. 3 gezeigt, führt das erste Ausführungsbeispiel dazu, daß Filtereigenschaften mit einer Bandbreite von ungefähr 2 Hz bei einer Mittenfrequenz derselben bei 11 MHz erhalten werden.
Bei einem an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilter 201 (siehe Fig. 20) hängt eine Frequenzdifferenz zwischen einem symmetrischen Modus und einem antisymmetrischen Modus von dem Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 ab, die auf einer Fläche eines piezoelektrischen Substrats 202 ausgebildet werden. Im Gegensatz dazu hängen die Frequenzdifferenz zwischen der 11. Oberwelle und der 12. Oberwelle sowie die Frequenzdifferenz zwischen der 12. Oberwelle und der 13. Oberwelle jeweils von dem Verhältnis von Ordnungen von Oberwellen ab und sind vom Abstand zwischen den Anregungselektroden unabhängig. Um eine gewünschte Bandbreite zu erreichen, werden die Ordnungen von Oberschwindungen, die der Bandbreite entsprechen, einfach ausgewählt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden 12 piezoelektrische Schichten, die jeweils sandwichartig zwischen mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden eingelegt sind, ausgebildet, und die 11. bis 13. Oberwellen werden effizient angeregt. Durch Veränderung der Anzahl von piezoelektrischen Schichten werden drei verschiedene Ordnungen von Oberwellen angeregt. Der piezoelektrische Drei-Moden-Volumenwellenfilter ist damit hergestellt.
Allgemein wird ein piezoelektrischer Drei-Moden-Volumenwellenfilter unter Verwendung einer N. Oberwelle (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 3), einer (N - 1). Oberwelle und einer (N + 1). Oberwelle aufgebaut. Ein piezoelektrischer Volumenwellenfilter mit verschiedenen Bandbreiten kann durch Auswahl der Ordnung N geliefert werden.
Bei an sich bekannten Zwei-Moden-Volumenwellenfiltern muß die Präzision der Anregungselektroden 203 und 204 zur Erreichung eines Breitbandes vergrößert werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine gewünschte Bandbreite bzw. große Bandbreite mühelos ohne das Implementieren unnötig hoher Präzision bei den Anregungselektroden 3 bis 15 erreicht.
Die Dämpfung beim piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 hängt von einem Verhältnis einer Kapazität C_{I - G} zwischen der Eingangselektrode 16 und der Erdungselektrode 18 zu einer Kapazität C_{I - O} zwischen der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 ab. Je größer das Verhältnis C_{I - G}/C_{I - O}, d. h. je kleiner die Kapazität C_{I - O} ist, desto stärker wird die Dämpfung. Da in dem ersten Ausführungsbeispiel die mit der Erdungselektrode 18 verbundenen Anregungselektroden 9a und 9b zwischen den mit der Eingangselektrode 16 verbundenen Anregungselektroden 3, 5 und 7 und den mit der Ausgangselektrode 17 verbundenen Anregungselektroden 10, 12 und 14 angeordnet sind, ist die Kapazität C_{I - O} klein. Die Dämpfung außerhalb des Bandes wird somit erhöht. Die Dämpfung ist im Vergleich zu dem an sich bekannten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201 groß.
Die piezoelektrischen Schichten, die jeweils sandwichartig zwischen den mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden angeordnet sind, weisen die gleiche Dicke auf. Jedoch ist es nicht erforderlich, daß die Dicken der piezoelektrischen Schichten im Filter einheitlich sind. Durch die Wahl unterschiedlicher Dicken wird die Anregungsempfindlichkeit der Ordnungen der verwendeten Modi erhöht, und die Anregungsempfindlichkeit der Ordnungen der Modi, die störend werden, wird gemindert.
Da die reflektierenden Schichten 31 und 32 jeweils mit zwei Endflächen des piezoelektrischen Körpers 2 verbunden sind und die Befestigungsteile 33 und 34 jeweils mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 in dem piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 des ersten Ausführungsbeispiels verbunden sind, wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben gehalten.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32 werden aus einem Material gefertigt, welches eine zweite akustische Impedanz 22 aufweist, die geringer ist als eine akustische Impedanz 21 des piezoelektrischen Körpers 2. Die Befestigungsteile 33 und 34 haben eine dritte akustische Impedanz 23, die größer ist als die zweite akustische Impedanz 22. Von dem piezoelektrischen Körper 2 übertragene Schwingungen werden durch die Grenzen zwischen den reflektierenden Schichten 31 und 32 und den Befestigungsteilen 33 und 34 reflektiert. Mit anderen Worten werden Schwingungsleckagen zu den Befestigungsteilen 33 und 34 fast vollständig unterdrückt. Obwohl die Befestigungsteile 33 und 34 mechanisch gehalten werden, werden die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 nicht schädlich beeinflußt.
Da die Dicke T des piezoelektrischen Körpers 2 120 µm beträgt, beträgt die Dicke D der piezoelektrischen Schicht zwischen nebeneinanderliegenden Anregungselektroden 150 µm, und die Breitenabmessung W des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt in dem piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des ersten Ausführungsbeispiels 300 µm, und deshalb werden die 11. bis 13. Oberwellen, wie bereits erörtert, effizient angeregt. Die Dicke T des piezoelektrischen Körpers 2 bezieht sich auf die Abmessung der Höhe zwischen der Oberfläche 2c als erste, die Eingangselektrode 16 und die Ausgangselektrode 17 tragende Seitenfläche, und der Unterfläche 2d als zweite, die Erdungselektrode 18 tragende Seitenfläche.
Die Erfinder haben festgestellt, daß die Oberwellen verschiedener Ordnungen dann effizient angeregt werden, wenn die Dicke T und die Breitenabmessung W des piezoelektrischen Körpers 2 eine besondere Beziehung zur Dicke D der sandwichartig zwischen zwei nebeneinanderliegenden Anregungselektroden angeordneten piezoelektrischen Schicht haben. Wenn insbesondere das Verhältnis T/D 0,9 oder kleiner ist und vorzugsweise wenn das Verhältnis von W/D 0,9 oder kleiner ist, werden Oberwellen mit verschiedenen Ordnungen effizient angeregt. Dies wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 12 detaillierter erörtert.
Eine piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter-Vorrichtung 41 mit 11 Anregungselektroden und 10 piezoelektrischen Schichten wird hergestellt, wie dies schematisch in Fig. 4 gezeigt wird. Der piezoelektrische Multi-Mode- Volumenwellenfilter 41 ist im Aufbau zum piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 1 identisch, außer daß die Anzahl von Anregungselektroden und die Anzahl von piezoelektrischen Schichten unterschiedlich sind. T stelle die Abmessung des Abstandes zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen eines den piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 41 bildenden piezoelektrischen Körpers 42 dar, und D stelle die Dicke einer sandwichartig zwischen beliebigen nebeneinanderliegenden Anregungselektroden angeordnete piezoelektrischen Schicht dar.
Ein elektromechanischer Koeffizient K des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters 41 wird mit unterschiedlichen T und D gemessen. Die Ergebnisse der Messungen werden in Fig. 5 gezeigt.
Der elektromechanische Koeffizient K bleibt groß, wenn T/D kleiner sind als 0,9, und fällt stark ab, wenn T/D über 0,9 hinaus zunehmen. Eine ausreichend große Bandbreite ist damit sichergestellt, wenn T/D 0,9 oder größer sind.
Fig. 6 zeigt einen piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 43 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, der den gleichen Aufbau hat wie der des ersten Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme, daß der piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 43 12 piezoelektrische Schichten aufweist. Die Dicke D der sandwichartig zwischen nebeneinanderliegenden Anregungselektroden angeordneten piezoelektrischen Schicht und die Breitenabmessung des piezoelektrischen Körpers 2 werden so eingestellt, daß sie unterschiedlich sind, um die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 43 zu evaluieren. Die Fig. 7 bis 11 zeigen die Ergebnisse des zweiten Ausführungsbeispiels.
Die in den Fig. 7 bis 11 gezeigten Ergebnisse werden erreicht, indem die Breitenabmessungen W auf 280, 320, 360, 400 und 440 µm eingestellt wird und die Dicke D bei 150 µm konstant bleibt.
Wie gezeigt, werden die Bandbreite und die Filtereigenschaften durch Variieren der Breitenabmessung W verändert. Störkomponenten, die in den Fig. 7 bis 11 durch die Pfeile X1 bis X3 dargestellt werden, sind bei den Gruppenlaufzeit- Charakteristika nicht zu vernachlässigen.
Die Störkomponenten werden als breite Störschwingungen betrachtet. Die Beziehung des Verhältnisses von W/D der Breitenabmessung W und der Dicke D der piezoelektrischen Schicht, die Mittenfrequenz Fo und die Frequenz Fsp, bei der die Breitenstörkomponenten stattfinden, wird ermittelt.
Fig. 12 zeigt die Ergebnisse der Ermittlung. Wie gezeigt, stellt die Abszisse das Verhältnis W/D und die Ordinate (Fsp-Fo)/Fo(%) dar. Diamantsymbole zeigen fundamentale Wellen von breiten Störkomponenten, und quadratische Symbole zeigen dritte Oberwellen der breiten Störkomponenten.
Da die 3 dB-Bandbreite bei aktuellen piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfiltern üblicherweise 10% beträgt, besteht das Erfordernis, daß innerhalb von ± 5% der Mittenfrequenz Fo des Filters keine Störkomponenten vorhanden sind. Diese Bedingungen werden durch einen gestrichelt gezeichneten Kasten in Fig. 12 dargestellt.
Wie in Fig. 12 zu sehen ist, ist die Auswirkung von Störkomponenten innerhalb des durch den gestrichelt gezeichneten Kasten umschlossenen Bereichs vernachlässigbar. Der Bereich des Kastens wird als 1,0 < W/D < 2,4 und 2,7 < W/D < 4,1 definiert. Da die breiten Störkomponenten periodisch auftreten, wird der Bereich, der es ermöglicht, die Filtereigenschaften zu erreichen, die durch den gestrichelt gezeichneten Kasten eingeschlossen werden, allgemein als 1,7xn - 0,7 < W/D < 1,7xn + 0,7(n ist eine positive ganze Zahl) definiert.
Es treten innerhalb des Bandpasses keine Störkomponenten auf, wenn das Verhältnis W/D auf die oben beschriebenen Bereiche beschränkt wird. Daraus ergibt sich ein ausgezeichneter Filter.
Fig. 13 ist eine Vorderansicht einer Variante des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilters 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet Isoliermaterialien 20, um die Anregungselektroden von den Elektroden elektrisch zu isolieren, die von den Anregungselektroden elektrisch getrennt bleiben müssen. Im Gegensatz dazu erstrecken sich die Anregungselektroden 3 bis 15 so, daß die Enden derselben die Oberfläche 2c oder die Bodenfläche 2d in dem Längsquerschnittsbereich des piezoelektrischen Körpers 2, wie in Fig. 13 gezeigt, nicht erreichen. Auf diese Weise werden die Anregungselektroden 3 bis 15 von denjenigen elektrisch isoliert, die von den Anregungselektroden 3 bis 15 elektrisch getrennt bleiben müssen.
Bei der in Fig. 13 gezeigt Variante des piezoelektrischen Volumenwellenfilters erstrecken sich Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in der Weise, daß deren Enden die Oberfläche 2c des piezoelektrischen Körpers 2 nicht erreichen. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 des dritten Ausführungsbeispiels werden von der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 elektrisch isoliert. Analog erstrecken sich die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 in der Weise, daß ihre Enden die Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2 nicht erreichen. Die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 sind von der Erdungselektrode 18 elektrisch isoliert.
Die piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach der Erfindung können auch andere Schwingungsmodi verwenden als den Längenmodus. Beispielsweise kann die Erfindung den Dicken-/Längsschwingungsmodus verwenden. Des weiteren ist die Erfindung auf einen piezoelektrischen Multi-Mode-Anreicherungs- Volumenwellenfilter anwendbar.
Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung des Multi-Mode-Volumenwellenfilters 71 eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 71 weist einen laminierten piezoelektrischen Körper 72 auf, in den piezoelektrische Schichten mit einer Mehrzahl von sandwichartig dazwischen angeordneten Anregungselektroden 73 bis 85 laminiert werden. Ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Material, das die piezoelektrische Schicht bildete, ein beliebiges geeignetes piezoelektrisches Material, wie z. B. Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik, sein.
Bei dem laminierten piezoelektrischen Körper 72 wird die Laminierungsrichtung der Anregungselektroden 73 bis 85, nämlich die vertikale Richtung in Fig. 14, als die Richtung der Dicke bezeichnet. Die Anregungselektrode 73 wird auf der oberen Endfläche 72a des laminierten piezoelektrischen Körpers 72 ausgebildet. Die Anregungselektrode 85 wird auf der unteren Endfläche 72b ausgebildet. Die verbleibenden Anregungselektroden 74 bis 84 sind Innenelektroden.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Endflächen 72a und 72b in einer zur Richtung der Anregungselektroden 73 bis 85 senkrechten Richtung und bilden jeweils die ersten und zweiten Endflächen nach der Erfindung.
Eine Eingangselektrode 16 wird auf einer Seitenfläche 72c des laminierten piezoelektrischen Körpers 72 in größerer Nähe zur ersten Endfläche 72a ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 17 wird auf der Seitenfläche 72c in größerer Nähe zur zweiten Endfläche 72b ausgebildet. Eine Erdungselektrode 18 wird auf einer Seitenfläche 72d gegenüber der Seitenfläche 72c ausgebildet.
Der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 71 wird auf der 11., 12. und 13. Oberwelle der Dicken-/Längsschwingung stark angeregt, wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode 16 und der Erdungselektrode 18 angelegt wird.
Die 11. bis 13. Oberwelle werden gekoppelt und bilden ein breites Bandpass des Filters. Das dritte Ausführungsbeispiel liefert einen längsgekoppelten piezoelektrischen Drei-Moden-Volumenwellenfilter, der die Dicken-/Längsbewegung, die auf dem piezoelektrischen Längseffekt basiert, nutzt. Das dritte Ausführungsbeispiel nutzt Schwingungsmodi, die sich von denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels unterscheiden. Jedoch wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel ebenso wie bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen eine Kopplung von Oberwellen verschiedener Ordnungen vorgenommen, wodurch eine große Bandbreite des Filters geschaffen wird. Auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird eine gewünschte Bandbreite leicht dadurch erreicht, daß die verwendeten Oberwellen unterschiedlich gewählt werden. Insbesondere wird eine gewünschte Oberwelle effizient durch Anpassen der Anzahl der zu laminierenden piezoelektrischen Schichten angeregt. Piezoelektrische Volumenwellenfilter mit verschiedenen Bandbreiten werden somit geliefert.
Eine Mehrzahl von sich untereinander in der Dicke unterscheidenden piezoelektrischen Schichten kann verwendet werden. Eine verwendete Oberwelle wird effizient angeregt, und die Anregungsempfindlichkeit einer Oberwelle einer Ordnung, die zu einer Störkomponente führt, wird gemindert. So entsteht ein ausgezeichneter Filter.
Zwei piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel können in Reihe geschaltet werden, um eine Dämpfung zu erhöhen.
Eine in Fig. 15 gezeigt piezoelektrische Resonatorkomponente 38 weist piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 auf, welche unter Verwendung von elektrisch leitenden Klebstoffen 37 auf einem Gehäusesubstrat 35 montiert und fixiert werden. Ein Metalldeckel 36 wird unter Verwendung von isolierenden Klebstoffen auf dem Gehäusesubstrat 35 befestigt, um die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 abzudecken. Auf diese Weise wird eine piezoelektrische Volumenwellenfiltervorrichtung mit den dazwischen eingekapselten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 hergestellt. Elektroden 35a bis 35d werden auf dem Gehäusesubstrat 35 ausgebildet. Die Elektroden 35a bis 35d ermöglichen es, die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 miteinander elektrisch zu verbinden, während gleichzeitig Anschlußelektroden gebildet werden, die aus dem Gehäuse herauszuführen sind.
Es wird auf Fig. 15 Bezug genommen. Zwei piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 und 1 werden Seite an Seite angeordnet. Alternativ können die beiden piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 untereinander unter Verwendung eines isolierenden Klebstoffs montiert werden.
In dem in Fig. 15 gezeigten Beispiel werden die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 als getrennte Einheiten vorbereitet und dann in Reihe geschaltet. Alternativ können die beiden piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1, wie in Fig. 16 gezeigt, integriert werden. Wie gezeigt, wird oben auf einem einzelnen piezoelektrischen Substrat 102 in einem piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 101 eine Rille 102a ausgebildet, und der gleiche Aufbau wie bei dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 wird auf beiden Seiten der Rille 102a ausgebildet. Die Integration der beiden piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 1 und 1 erhöht die Selektivität des Filters. Dies wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 17 und 18 erläutert.
Fig. 17 zeigt Dämpfung versus Frequenzeigenschaften der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A jeweils in einer durchgezogenen bzw. gestrichelten Linie.
Fig. 18 zeigt Dämpfung versus Frequenzeigenschaften der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A, die in Serie verbunden sind, in einer gestrichelten Linie und Dämpfung versus Frequenzcharakteristika der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A in integrierter Form in einer durchgezogenen Linie.
Wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 18 dargestellt, erhöht die Integration der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A nicht nur die Selektivität, sondern erweitert auch die Bandbreite.
Wie in Fig. 19 gezeigt, können drei in Fig. 14 gezeigte piezoelektrische Multi- Mode-Volumenwellenfilter 71 auf einem Gehäusesubstrat 86 montiert werden. Darüber hinaus kann ein Deckelteil 87 an dem Gehäusesubstrat 86 befestigt werden. Der Deckelteil 87 wird in einer solchen Weise an dem Gehäusesubstrat 86 befestigt, daß der Deckelteil 87 die drei piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 71 abdeckt.
Fig. 22A ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Drei-Moden- Volumenwellenfilters 1 eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und Fig. 22B ist eine Längsschnittansicht des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 umfaßt einen stabförmigen piezoelektrischen Körper 2 mit einem rechteckigen Querschnitt. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 ist der piezoelektrische Drei-Moden-Volumenwellenfilter, der Oberwellen des Längenschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt, der sich in der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2 ausbreitet, verwendet.
Die Materialien des piezoelektrischen Körpers 2 umfassen nach der vorliegenden Erfindung eine Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik, sind jedoch darauf nicht beschränkt. Die akustische Impedanz 21 des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt 3,40 × 10⁷ kg/m²S.
Der piezoelektrische Körper 2 hat erste und zweite Endflächen 2a und 2b, die sich in der Richtung ihrer Länge gegenüberliegen. Die reflektierenden Schichten 31und 32 sind jeweils mit den Endflächen 2a und 2b verbunden, und die Befestigungsteile 33 und 34 werden dann jeweils mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden. Die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34 haben die gleiche Querschnittsform wie der piezoelektrische Körper 2. Die reflektierenden Schichten 31 und 32, die aus einem Epoxydharz hergestellt werden, haben eine akustische Impedanz Z₂ von 1,87 × 10⁶(kg/m²S). Die aus einer Keramik hergestellten Befestigungsteile 33 und 34 haben eine akustische Impedanz Z₃ von 3,40 × 10⁷(kg/m²S).
Die Anregungselektroden 3 und 15 werden so ausgebildet, daß sie die Endflächen 2a und 2b abdecken. Der piezoelektrische Körper 2 ist in der Richtung der Länge desselben verteilt und umfaßt eine Mehrzahl von Anregungselektroden 4 bis 14, die sich in Richtung der Breite des piezoelektrischen Körpers 2 erstrecken.
Die Anregungselektroden 3 bis 15 sind parallel zueinander angeordnet. Nebeneinanderliegende Anregungselektroden sind sich gegenüberliegend angeordnet, wobei die piezoelektrische Schicht sandwichartig dazwischen angeordnet ist. Die Dicken der piezoelektrischen Schichten zwischen den nebeneinanderliegenden Anregungselektroden sind bei dem vierten Ausführungsbeispiel einheitlich. Es ist nicht erforderlich, daß alle piezoelektrischen Schichten in der Dicke zueinander gleich sind.
Jede piezoelektrische Schicht zwischen jeweils zwei nebeneinander angeordneten Anregungselektroden 3 bis 15 im piezoelektrischen Körper 2 ist in einer zu den Anregungselektroden 3 bis 15 senkrechten Richtung polarisiert.
Die Anregungselektroden 3 bis 15 werden zusammen mit der den piezoelektrischen Körper 2 bildenden piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer Keramik-Laminierungs- und integralen Brenntechnik gefertigt. Es kann eine andere Technik zur Herstellung des piezoelektrischen Körpers 2 und der Anregungselektroden 3 bis 15 verwendet werden.
Die Anregungselektroden 3 bis 15 können jeweils auf den Endflächen 2a und 2b ausgebildet werden, nachdem der piezoelektrische Körper 2, der die Anregungselektroden 4 bis 14 umfaßt, unter Verwendung der Keramik-Lamierungs- und integralen Brenntechnik hergestellt wurde.
Der piezoelektrische Körper 2 weist eine Oberfläche 2c, eine Bodenfläche 2d und Seitenflächen 2e (eine Seitenfläche wird nicht gezeigt) als erste bis vierte Seitenflächen auf, die die Endflächen 2a und 2b verbinden. Eine Eingangselektrode 16 wird auf der Oberfläche 2c in größerer Nähe zur Endfläche 2a als erste Seitenfläche ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 17 wird auf der Oberfläche 2c in größerer Nähe zur Endfläche 2b ausgebildet. Eine Erdungselektrode 18 wird auf der Bodenfläche 2d als zweite Seitenfläche ausgebildet. Die Eingangselektrode 16 erstreckt sich über die Endfläche 2a und die reflektierende Schicht 31 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 33. Die Ausgangselektrode 17 erstreckt sich über die Endfläche 2b und die reflektierende Schicht 32 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 34.
Die Erdungselektrode 18 erstreckt sich auf der Bodenfläche 2d über die reflektierenden Schichten 31 und 32 und erreicht die Flächen der Befestigungsteile 33 und 34.
Die Eingangselektrode 16, die Ausgangselektrode 17 und die Erdungselektrode 18 können aus dem gleichen Metall wie die Anregungselektroden 3 bis 15 hergestellt werden, sie können beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber hergestellt werden.
Isoliermaterialien 20 werden auf der Oberfläche 2c aufgebracht, um mit den oberen Enden der Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in Kontakt zu sein. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 werden von der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 elektrisch isoliert. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 werden jeweils mit der Erdungselektrode 18 auf der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2 elektrisch verbunden.
Die Isoliermaterialien 20 werden des weiteren auf der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht, um mit den unteren Enden der Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 in Kontakt zu sein. Die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 werden von der Erdungselektrode 18 elektrisch isoliert. Die Anregungselektroden 4, 6 und 8 werden jeweils mit der Eingangselektrode 16 elektrisch verbunden, und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 werden jeweils mit der Ausgangselektrode 17 elektrisch verbunden.
Die in größerer Nähe zu der Endfläche 2a angeordneten Anregungselektroden 4, 6 und 8 bilden eine erste Gruppe, und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 bilden eine zweite Gruppe. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 bilden eine dritte Gruppe von Anregungselektroden nach der vorliegenden Erfindung.
In der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2, d. h. also in der Richtung der Laminierung der piezoelektrischen Schichten, sind die Anregungselektroden 4, 6 und 8 in der ersten Gruppe und die Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9a in der dritten Gruppe so angeordnet, daß die Elektroden der ersten Gruppe jeweils mit den Elektroden der dritten Gruppe alternieren. Analog sind die Anregungselektroden 10, 12 und 14 in der zweiten Gruppe und die Anregungselektroden 11, 13 und 15 in der dritten Gruppe so angeordnet, daß die Elektroden der zweiten Gruppe jeweils mit den Elektroden der dritten Gruppe alternieren.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel erstreckt sich jede der Anregungselektroden 3 bis 15 über den vollen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2. Es ist auch akzeptabel, daß jede der Anregungselektroden 3 bis 15 sich nur über einen Teil des Querschnitts des piezoelektrischen Körpers 2 erstreckt.
Die Isoliermaterialien 20 sind nicht auf ein bestimmtes Material begrenzt. Die Isoliermaterialien 20 können ein isolierendes Harz oder ein isolierender Klebstoff sein, solange die Isoliermaterialien dem Zweck dienen, die Anregungselektroden jeweils von der Eingangselektrode 16, der Ausgangselektrode 17 und der Erdungselektrode 18 elektrisch zu isolieren.
Der Betrieb des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des vierten Ausführungsbeispiels wird nun erörtert.
Der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach dem vierten Ausführungsbeispiel wird hergestellt. Die Dicke des piezoelektrischen Körpers 2, d. h. die Höhe zwischen der Oberfläche 2c und der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2, beträgt 110 µm, die Breitenabmessung des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt 300 µm, und die Dicke der piezoelektrischen Schicht zwischen jeweils nebeneinanderliegenden Anregungselektroden beträgt 130 µm. Wenn eine Wechselstromspannung zwischen der Eingangselektrode 16 und der Erdungselektrode 18 angelegt wird, werden entsprechend die in Fig. 23 gezeigten Schwingungsmodi angeregt.
Wie gezeigt, stellt eine unterbrochene Linie einen symmetrischen Modus dar, und eine durchgezogene Linie stellt einen antisymmetrischen Modus dar. Die Pfeile A und B zeigen jeweils 11. und 13. Oberwellen, und ein Pfeil C zeigt eine 12. Oberwelle.
Der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des vierten Ausführungsbeispiels wird auf der 11. bis 13. Oberwelle der Längenschwingung, die auf dem piezoelektrischen Längseffekt beruht, effizient angeregt.
Wenn die 11. bis 13. Oberwellen gekoppelt werden, zeigt der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 entsprechende Filtereigenschaften.
Fig. 24 zeigt Filtereigenschaften des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1, die als Reaktion auf das Eingangssignal erhalten werden.
Wie gezeigt, werden Breitbandfiltereigenschaften mit einer Mittenfrequenz von 12,8 MHz erhalten.
Die Erfinder haben geprüft, welche Kombination von Modi zu ausgezeichneten Filtereigenschaften führt. Die Ergebnisse der Prüfungen werden unter Bezugnahme auf die Fig. 25 bis 28 erörtert.
Die Fig. 25 bis 28 zeigen Filtereigenschaften mit den Ordnungen von Oberwellen bei veränderten Längenschwingungsmodi. Es wird auf Fig. 25 Bezug genommen. Eine gestrichelte Linie stellt die Filterreaktion auf eine 8. Oberwelle (d. h. N = 8) des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1 im symmetrischen Modus dar, und eine durchgezogene Linie zeigt die Filterreaktion auf die 7. und 8. Oberwelle im antisymmetrischen Modus. Fig. 26 zeigt Filtereigenschaften eines gekoppelten Filters der Ordnung N = 8 mit den 7. bis 9. Oberwellen. Wie gezeigt, tritt im Bandpass des Filters eine durch einen Pfeil D dargestellte Durchlaßdämpfung auf.
Die Fig. 27 und 28 zeigen Filtereigenschaften mit der Ordnung N = 6 bzw. N = 10. Wie in Fig. 27 gezeigt, tritt eine starke durch einen Pfeil E dargestellte Durchlaßdämpfung im Bandpass auf, selbst wenn die Ordnung N = 6 ist. Wie in Fig. 28 gezeigt, treten keine starken Durchlaßdämpfungen im Bandpass auf, wenn die Ordnung N = 10 ist.
Wie sich anhand der in Fig. 24 und in den Fig. 26 bis 28 gezeigten Ergebnisse ergibt, wird die Durchlaßdämpfung um so mehr reduziert, je höher die Ordnung N ist. Wenn Filtereigenschaften dadurch erhalten werden, daß drei aufeinanderfolgende Oberwellen einer (N - 1). Oberwelle, einer N. Oberwelle und einer N + 1. Oberwelle gekoppelt werden, ergeben sich ausgezeichnete Filtereigenschaften, wenn die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) erfüllt sind. Hier steht Fa für eine Antiresonanzfrequenz und Fr für eine Resonanzfrequenz.
Da die Bedingungen Fa(11) > Fr(12) und Fa(12) > Fr(13) bei N = 12 zutreffen, wie in Fig. 13 gezeigt wird, werden, wie in Fig. 24 gezeigt, ausgezeichnete Filtereigenschaften erhalten.
In dem Maße wie die Ordnung N kleiner wird, ist die 7. Oberwelle von der 8. Oberwelle beabstandet, wie klar in Fig. 25 gezeigt wird, und Fa(7) < Fr(8) und Fa(8) < Fr(9) treffen zu. Die oben erwähnte Durchlaßdämpfung D tritt auf.
Wenn die Ordnung N so gewählt wird, daß den Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) in dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 genügt wird, werden der erste bis dritte Modus verläßlich gekoppelt, und es werden ausgezeichnete Filtereigenschaften erhalten.
Die Frequenzen des ersten bis dritten Modus werden entsprechend dem Verhältnis von Ordnungen von im piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 genutzten Oberwellen getrennt. Die Frequenz jedes Modus ist unabhängig vom Abstand zwischen den Anregungselektroden. Bei an sich bekannten quergekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfiltern hängt die Frequenz jedes Modus von einem Abstand zwischen Anregungselektroden ab. Um eine gewünschte Bandbreite zu erreichen, wird die der Bandbreite entsprechende Ordnung von Oberwellen einfach ausgewählt. Breitbandfiltereigenschaften werden mühelos erreicht. Bei dem Versuch, ein breites Band zu erreichen, ist die Ausbildung von segmentierten Anregungselektroden bei dem an sich bekannten quergekoppelten Multimodefilter schwierig. Im Gegensatz dazu wird die große Bandbreite bei dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 des vierten Ausführungsbeispiels mühelos erreicht.
Der an sich bekannte quergekoppelte Multi-Mode-Filter hat den Nachteil, daß die Dämpfung des Filters nicht ausreichend groß sein kann. Die Dämpfung beim piezoelektrische Volumenwellenfilter hängt ab von einem Verhältnis einer Kapazität CI - G zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode zu einer Kapazität C I - O zwischen der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode. Je kleiner die Kapazität zwischen der Eingangs- und der Ausgangselektrode bezogen auf die Kapazität zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode, desto größer wird die Dämpfung. Da die mit der Erdungselektrode 18 verbundenen Anregungselektroden zwischen den mit der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 verbundenen Anregungselektroden präsent sind, wird die Kapazität zwischen der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 extrem klein. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 nach dem vierten Ausführungsbeispiel erhält eine starke Dämpfung im Vergleich zu dem an sich bekannten Multi-Mode- Filter.
Wie bereits erörtert, werden die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) in dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 um so besser erfüllt, je größer die Ordnung N ist. Die Erfinder haben die Resonanzfrequenz Fr und die Antiresonanzfrequenz Fa der (N - 1). Oberwelle, der N. Oberwelle und der (N + 1). Oberwelle in bezug auf verschiedene Ordnungen N im piezoelektrischen Multi- Mode-Volumenwellenfilter 1 ermittelt. Fig. 29 zeigt die Ergebnisse der Ermittlung. Wie gezeigt, stellen Diamantsymbole N. harmonische Resonanzfrequenzen dar, quadratische Symbole stellen (N - 1). harmonische Resonanzfrequenzen dar, und dreieckige Symbole stellen (N + 1). harmonische Resonanzfrequenzen dar. Die Antiresonanzfrequenzen der N. Oberwellen, der (N - 1). Oberwellen und der (N + 1). Oberwellen werden durch Enden von Fehlerbalken dargestellt.
Wie in Fig. 29 gezeigt, werden die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) erfüllt, wenn die Ordnung N gleich oder größer ist als 9. Die Ordnung N ist vorzugsweise gleich oder größer als 9.
Die Erfinder haben geprüft, wie der elektromechanische Koeffizient und die elastische Nachgiebigkeit S₃₃ ^E des piezoelektrischen Körpers 2 in bezug auf die Ordnung eingestellt werden, um die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) zu erfüllen.
Fig. 30 zeigt die Ergebnisse der Ermittlung der die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) erfüllenden Ordnung N in dem Maße, wie die den piezoelektrischen Körper 2 bildenden Materialien verändert werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 30 stellt die Abszisse den elektromechanischen Koeffizienten K₃₃ dar, und die Ordinate stellt die die Bedingungen erfüllende Ordnung N dar. In einem Bereich oberhalb der geraden Linie der Fig. 30 werden die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) erfüllt.
Wenn die Ordnung N als Reaktion darauf bestimmt wird, daß der elektromechanische Koeffizient K₃₃ die Beziehung N ≥ -0,524K₃₃ + 42,7 in Fig. 30 erfüllt, werden die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) zuverlässig erfüllt. Eine Mindestordnung N, die entsprechend dem elektromechanischen Koeffizienten des piezoelektrischen Körpers 2 zu ausgezeichneten Filtereigenschaften führt, wird unter Bezugnahme auf Fig. 30 ermittelt.
Fig. 31 zeigt die Beziehung zwischen einer elastischen Nachgiebigkeit S₃₃ ^E des piezoelektrischen Körpers 2 und der Mindestordnung N der Oberwelle, die die Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) erfüllt.
Die gerade Linie in Fig. 31 steht für N = -1,73S₃₃ ^E +33,3. Die Ordnung N wird mühelos als Reaktion darauf ermittelt, daß S₃₃ ^E die Beziehung N = -1,73S₃₃ ^E +33,3 erfüllt.
Der gesamte piezoelektrische Körper 2 wird in dem piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 1 nach dem vierten Ausführungsbeispiel in Schwingungen versetzt. Wenn die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34 nicht vorgesehen sind, muß der piezoelektrische Körper 2 mechanisch durch eine Feder oder ähnliches gehalten werden.
Wenn die piezoelektrischen Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34 vorgesehen sind, wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben ohne jede schädliche Auswirkung auf die Filtereigenschaften gehalten.
Da die akustische Impedanz 22 der reflektierenden Schichten 31 und 32 niedriger ist als die jeweiligen akustischen Impedanzen 21 und 23 des piezoelektrischen Körpers 2 und der Befestigungsteile 33 und 34, wie bereit erläutert wurde, werden die sich vom piezoelektrischen Körper 2 bewegenden Schwingungen von den Grenzen der reflektierenden Schichten 31 und 32 und der Befestigungsteile 33 und 34 reflektiert. Mit anderen Worten werden Schwingungsleckagen zu den Befestigungsteilen 33 und 34 fast vollständig unterdrückt. Selbst wenn die Befestigungsteile 33 und 34 mechanisch gehalten werden, werden die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 nicht schädlich beeinflußt.
Fig. 32 ist eine Seitenansicht einer Variante des piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 1 nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Im piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 werden die Isoliermaterialien 20 auf der Oberfläche und der Bodenfläche des piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht, um die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 gegenüber der Eingangselektrode 16 oder der Ausgangselektrode 17 elektrisch zu isolieren und um die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 gegenüber der Erdungselektrode 18 elektrisch zu isolieren. Bei der in Fig. 32 gezeigten Variante erstrecken sich die Anregungselektroden 3 bis 15 in der Weise, daß ihre Enden nicht alternierend die Oberfläche 2c oder die Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2 erreichen. Beispielsweise erstreckt sich die Anregungselektrode 4 in der Weise, daß ihr Ende nicht die Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2 erreicht, und die Anregungselektrode 5 erstreckt sich in der Weise, daß ihr Ende nicht die Oberfläche 2c des piezoelektrischen Körpers 2 erreicht. Auf diese Weise entsteht bei jeder der Anregungselektroden 3 bis 15 ein Abstand entweder zur Oberfläche 2c oder zur Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2. Diese Anordnung beseitigt die Notwendigkeit des Aufbringens von Isoliermaterialien 20 auf der Oberfläche 2c und der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34 werden bei dem in Fig. 32 gezeigten piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter 41 nicht gezeigt. Die reflektierenden Schichten und die Befestigungsteile werden nicht notwendigerweise in die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Volumenwellenfilter eingebaut.
Das vierte Ausführungsbeispiel wurde in Verbindung mit dem längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter, der den Längenschwindungsmodus nutzt, erörtert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Längenschwingungsmodus beschränkt. Alternativ können Oberwellen anderer Schwingungsmodi verwendet werden.
Fig. 33 ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Drei-Moden- Anreicherungs-Volumenwellenfilters 51, welcher Oberwellen der Dicken- /Längsschwingung verwendet. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 51 weist einen laminierten piezoelektrischen Körper 52 auf. Der laminierte piezoelektrische Körper 52 ist in Fig. 33 gleichmäßig in der Richtung der Dicke, d. h. also in der durch einen Pfeil P dargestellten Richtung, polarisiert. Die Richtung der Dicke verläuft von der zweiten Endfläche 52b zu einer ersten Endfläche 52a des laminierten piezoelektrischen Körpers 52. Anregungselektroden 53 und 65 werden an den Endflächen 52a bzw. 52b ausgebildet. Eine Mehrzahl von Innenelektroden 54 bis 64 ist in dem laminierten piezoelektrischen Körper 52 angeordnet. Die Anregungselektroden 53 bis 65 erstrecken sich zusammen mit dazwischen sandwichartig angeordneten piezoelektrischen Schichten, wenn dies in der Richtung der Dicke betrachtet wird. Die Anregungselektroden 53 bis 65 werden alternierend zu den Seitenflächen 52c und 52d hinausgeführt.
Die Anregungselektroden 53, 55, 57, 59a, 59b, 61, 63 und 65 werden mit einer auf der Seitenfläche 52c ausgebildeten Erdungselektrode 68 elektrisch verbunden. Eine Eingangselektrode 66 wird in Fig. 33 auf der Seitenfläche 52d auf dem oberen Teil derselben ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 67 wird auf der Seitenfläche 52d auf dem unteren Teil derselben ausgebildet. Die Anregungselektroden 54, 56 und 58 werden mit der Eingangselektrode 66 elektrisch verbunden, und die Anregungselektroden 60, 62 und 64 werden mit der Ausgangselektrode 67 elektrisch verbunden.
Ein piezoelektrischen Multi-Mode-Anreicherungs-Volumenwellenfilter kann unter Verwendung des in der Dickenrichtung polarisierten laminierten piezoelektrischen Körpers 52 hergestellt werden. Die Oberwellen der Dicken-/Längsschwingung werden anschließend erzeugt. So entsteht ein piezoelektrischer Multi-Mode- Anreicherungs-Volumenwellenfilter.
Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 51 weist weder reflektierende Schichten noch Befestigungsteile auf. Die Anregungselektroden 53 bis 65 erstrecken sich zum Teil zusammen mit dazwischen sandwichartig angeordneten piezoelektrischen Schichten, und die Schwingungsenergie wird in Bereichen eingeschlossen, in denen die Anregungselektroden 53 bis 65 einander gegenüberliegen. Mit anderen Worten wird ein piezoelektrische Anreicherungs-Schwingungsbereich ausgebildet. Selbst wenn der piezoelektrische Volumenwellenfilter 51 an den Seitenflächen 52c und 52d mechanisch gehalten wird, werden die Filtereigenschaften nicht signifikant ungünstig beeinflußt.
Die Fig. 34 und 35 sind Explosionszeichnungen eines piezoelektrischen Resonators als elektronische, den erfindungsgemäßen piezoelektrischen Multi-Mode- Volumenwellenfilter enthaltende Komponente.
Wie oben erörtert, verwendet der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach dem vierten Ausführungsbeispiel die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 wird mechanisch an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben gehalten.
Die in Fig. 34 gezeigte piezoelektrische Resonatorkomponente 61 weist nach dem vierten Ausführungsbeispiel zwei auf einem Gehäusesubstrat 62 montierte piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 auf. Insbesondere werden die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 unter Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffes miteinander auf dem Gehäusesubstrat 62 verbunden.
Ein Deckelteil 64 mit einer nach unten gerichteten Öffnung ist mit dem Gehäusesubstrat 62 verbunden und deckt die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 ab. Entsprechend wird die die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 enthaltende piezoelektrische Resonatorkomponente 61 geliefert.
Fig. 35 ist eine Explosionszeichnung eines piezoelektrischen Resonators als eine elektronische Komponente, welche drei piezoelektrische Multi-Mode- Volumenwellenfilter 51A enthält, die jeweils abgesehen von den Außenabmessungen zu dem in Fig. 33 gezeigten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51 identisch sind. Eine piezoelektrische Resonatorkomponente 71 umfaßt ein Gehäusesubstrat 72. Die drei piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51A werden unter Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffs 73 auf dem Gehäusesubstrat 72 montiert und fixiert. Der elektrisch leitende Klebstoff 73 wird mit einer Stärke aufgetragen, die einen Abstand zwischen dem Gehäusesubstrat 72 und jedem der drei piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51A läßt, um es zu ermöglichen, daß ein piezoelektrisch schwingender Teil jedes piezoelektrischen Volumenwellenfilters 51A schwingen kann.
Ein Deckelteil 74 ist an dem Gehäusesubstrat 72 befestigt und deckt die drei piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51A ab.
Die Deckelteile 64 und 74 werden vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt, um die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51 elektromagnetisch abzuschirmen. Wenn die Deckelteile 64 und 74 aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt werden, müssen die Deckelteile 64 und 74 an den Gehäusesubstraten 62 und 72 verbunden werden, womit sichergestellt wird, daß die Deckelteile 64 und 74 von den Elektroden auf den Gehäusesubstraten 62 und 72 elektrisch isoliert sind.
Fig. 36 ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Drei-Moden- Volumenwellenfilters 1 nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 weist einen stabförmigen piezoelektrischen Körper 2 auf, der einen rechteckigen Querschnitt hat. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 ist ein piezoelektrischer Drei-Moden-Volumenwellenfilter, welcher einen Längenschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt nutzt, der sich in der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2 bewegt.
Die Materialien des piezoelektrischen Körpers 2 umfassen erfindungsgemäß eine Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik, sind jedoch darauf nicht beschränkt. Die akustische Impedanz 21 des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt 3,40 × 10⁷ kg/m²S.
Der piezoelektrische Körper 2 weist erste und zweite Endflächen 2a und 2b auf, die sich in Richtung ihrer Länge gegenüberliegen. Reflektierende Schichten 31 und 32 werden jeweils mit den Endflächen 2a und 2b verbunden, und Befestigungsteile 33 und 34 werden anschließend jeweils mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden. Die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34 haben den gleichen Querschnitt wie der piezoelektrische Körper 2.
Der Aufbau und der Betrieb der reflektierenden Schichten 31 und 32 sowie der Befestigungsteile 33 und 34 werden später erörtert.
Anregungselektroden 3 und 18 werden ausgebildet und decken die Endflächen 2a und 2b im piezoelektrischen Körper 2 jeweils ab. Der piezoelektrische Körper 2 ist in Richtung der Länge desselben verteilt und umfaßt eine Mehrzahl von Anregungselektroden 4 bis 17, die sich in Richtung der Breite des piezoelektrischen Körpers 2 erstrecken.
Die Anregungselektroden 3 bis 18 sind parallel zueinander angeordnet. Die Dicken der piezoelektrischen Schichten zwischen den nebeneinanderliegenden Anregungselektroden 3 bis 9 und die Dicken der piezoelektrischen Schichten zwischen den nebeneinanderliegenden Anregungselektroden 11 bis 18 werden so eingestellt, daß sie einheitlich sind.
Jede piezoelektrische Schicht zwischen jeweils zwei der nebeneinanderliegenden Anregungselektroden 3 bis 10 und der Anregungselektroden 11 bis 18 in dem piezoelektrischen Körper 2 sind jeweils in einer zu den Anregungselektroden 3 bis 18 senkrechten Richtung polarisiert.
Die Anregungselektroden 3 bis 18 werden zusammen mit der den piezoelektrischen Körper 2 bildenden piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer Keramik-Laminierungs- und integralen Brenntechnik gefertigt. Es kann eine andere Technik zur Herstellung des piezoelektrischen Körpers 2 und der Anregungselektroden 3 bis 18 verwendet werden. Die Anregungselektroden 3 und 18 können auf den Endflächen 2a bzw. 2b ausgebildet werden, nachdem der piezoelektrische Körper 2 unter Verwendung der Keramik-Lamierungs- und integralen Brenntechnik hergestellt wurde.
Der piezoelektrische Körper 2 weist vier Seitenflächen auf, die die Endflächen 2a und 2b verbinden. Insbesondere weist der piezoelektrische Körper 2 eine Oberfläche 2c als eine erste Seitenfläche, die Bodenfläche 2d als eine zweite Seitenfläche und zwei gegenüberliegende Seitenflächen 2e als dritte und vierte Seitenflächen (die vierte Seitenfläche wird nicht gezeigt) auf.
Eine Eingangselektrode 19 wird auf der Oberfläche 2c in größerer Nähe zur Endfläche 2a ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 20 wird auf der Oberfläche 2c in größerer Nähe zur Endfläche 2b ausgebildet. Eine Erdungselektrode 21 wird auf der Bodenfläche 2d ausgebildet.
Die Eingangselektrode 19 erstreckt sich über die Endfläche 2a und die reflektierende Schicht 31 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 33. Die Ausgangselektrode 20 erstreckt sich über die Endfläche 2b und die reflektierende Schicht 32 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 34.
Die Eingangselektrode 19, die Ausgangselektrode 20 und die Erdungselektrode 21 können aus dem gleichen Metall wie die Anregungselektroden 3 bis 18 hergestellt werden, sie können beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber hergestellt werden.
Die Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 erstrecken sich von der Oberfläche 2c des piezoelektrischen Körpers 2 nach unten, wobei die unteren Enden derselben die Bodenfläche 2d nicht erreichen. Analog erstrecken sich die Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 von der Oberfläche 2c des piezoelektrischen Körpers 2 nach unten, wobei die unteren Enden derselben die Bodenfläche 2d nicht erreichen. Die eine erste Gruppe bildenden Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 werden mit der Eingangselektrode 19 elektrisch verbunden. Die eine zweite Gruppe bildenden Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 werden mit der Ausgangselektrode 20 verbunden.
Die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 11, 13, 15 und 17 erstrecken sich von der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2 nach oben, wobei die oberen Enden derselben die Oberfläche 2c nicht erreichen. Die eine dritte Gruppe bildenden Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 11, 13, 15 und 17 werden mit der Erdungselektrode 21 elektrisch verbunden.
Wie in Fig. 36 gezeigt, werden die Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 in der ersten Gruppe und die Anregungselektroden 4, 6, 8 und 10 in der dritten Gruppe alternierend in einer zwischen den ersten und zweiten Endflächen 2a und 2b ausgerichteten Richtung angeordnet, d. h. in der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2. Analog werden die Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 und die Anregungselektroden 11, 13, 15 und 17 alternierend in der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2 auf der Seite der Endfläche 2b angeordnet.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32, die aus einem Epoxydharz hergestellt werden, haben eine akustische Impedanz Z₂ von 1,87 × 10⁶(kg/m²S). Die aus einer Keramik hergestellten Befestigungsteile 33 und 34 haben eine akustische Impedanz Z₃ von 3,4 × 10⁷(kg/m²S).
Die Materialien der reflektierenden Schichten 31 und 32 und der Befestigungsteile 33 und 34 sind nicht auf irgendwelche bestimmten Materialien unter der Voraussetzung beschränkt, daß die akustische Impedanz Z₂ niedriger ist als jede der akustischen Impedanzen Z₁ und Z₃.
Der Betrieb des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel wird nunmehr erörtert.
Bei dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 beträgt die Dicke des piezoelektrischen Körpers zwischen der Seitenfläche 2e als dritte und vierte Seitenflächen des piezoelektrischen Körpers 2 50 µm, die Dicke D der piezoelektrischen Schicht zwischen den mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden beträgt 60 µm, die Länge des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt 880 µm, die sich parallel erstreckende Breite der Anregungselektroden beträgt 260 µm, die Höhe W des piezoelektrischen Körpers 2 zwischen der Oberfläche 2c und der Bodenfläche 2d beträgt 620 µm, und der Abstand G zwischen dem Ende jeder Anregungselektrode und jeweils entweder der Oberfläche 2c oder der Bodenfläche 2d beträgt 180 µm. Hier gilt: G/D = 3,0 und G/W = 0,29. Fig. 37 zeigt einen symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen Modus des so konstruierten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1. Eine 14. Oberwelle wird im symmetrischen Modus stark angeregt, und die 13. und 15. Oberwellen werden im antisymmetrischen Modus stark angeregt.
Beim tatsächlichen Betrieb des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel werden der symmetrische Modus und der antisymmetrische Modus gekoppelt, woraus sich Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 ergeben. Die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 werden in Fig. 42 gezeigt.
Es wird auf Fig. 37 Bezug genommen. Die Reaktionen auf die 11. bis 13. Oberwellen liegen nahe beieinander. Die Filtereigenschaften mit der 13. harmonischen Resonanzfrequenz und der 15. harmonischen Antiresonanzfrequenz als Dämpfungspole werden so, wie in Fig. 42 gezeigt, erhalten.
Wie in Fig. 42 gezeigt, führt das sechste Ausführungsbeispiel zu Filtereigenschaften mit einer Bandbreite von ca. 4 MHz, wobei die Mittenfrequenz derselben bei 26,5 MHz liegt.
Bei einem an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilter 201 (siehe Fig. 14) hängt eine Frequenzdifferenz zwischen einem symmetrischen Modus und einem antisymmetrischen Modus von dem Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 ab, die auf einer Fläche eines piezoelektrischen Substrats 202 ausgebildet werden. Im Gegensatz dazu hängen bei dem sechsten Ausführungsbeispiel die Frequenzdifferenz zwischen der 13. Oberwelle und der 14. Oberwelle sowie die Frequenzdifferenz zwischen der 14. Oberwelle und der 15. Oberwelle jeweils von den Verhältnissen von Ordnungen von Oberwellen ab und sind von dem Abstand zwischen den Anregungselektroden unabhängig. Um eine gewünschte Bandbreite zu erreichen, werden die Ordnungen von Oberschwingungen, die der Bandbreite entsprechen, einfach ausgewählt. Die gewünschte Bandbreite wird so mühelos erreicht.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel werden 14 piezoelektrische Schichten, die jeweils sandwichartig zwischen mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden eingelegt sind, ausgebildet, und die 13. bis 15. Oberwellen werden wirksam angeregt. Durch Veränderung der Anzahl von piezoelektrischen Schichten werden drei verschiedene Ordnungen von Oberwellen angeregt. Der piezoelektrische Drei-Moden-Volumenwellenfilter ist damit hergestellt.
Allgemein wird ein piezoelektrischer Drei-Moden-Volumenwellenfilter unter Verwendung einer N. Oberwelle (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 3), einer (N - 1). Oberwelle und einer (N + 1). Oberwelle aufgebaut. Ein piezoelektrischer Volumenwellenfilter mit verschiedenen Bandbreiten kann durch Auswahl von N geliefert werden.
Bei an sich bekannten Zwei-Mode-Volumenwellenfiltern muß die Präzision der Anregungselektroden 203 und 204 zur Erreichung eines Breitbandes erhöht werden. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird eine gewünschte Bandbreite bzw. große Bandbreite mühelos ohne das Implementieren unnötig hoher Präzision bei den Anregungselektroden 3 bis 18 erreicht.
Die Dämpfung beim piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 hängt von einem Verhältnis einer Kapazität C_{I - G} zwischen der Eingangselektrode 19 und der Erdungselektrode 21 zu einer Kapazität C_{I - O} zwischen der Eingangselektrode 19 und der Ausgangselektrode 20 ab. Je größer das Verhältnis C_{I - G}/C_{I - O}, d. h. je kleiner die Kapazität C_{I - O} ist, desto stärker wird die Dämpfung. Da in dem sechsten Ausführungsbeispiel die mit der Erdungselektrode 21 verbundenen Anregungselektroden 10 und 11 zwischen den mit der Eingangselektrode 19 verbundenen Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 und den mit der Ausgangselektrode 20 verbundenen Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 angeordnet sind, ist die Kapazität C_{I - O} klein. Die Dämpfung außerhalb des Bandes wird somit erhöht. Die Dämpfung ist im Vergleich zu dem an sich bekannten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201 groß.
Die piezoelektrischen Schichten, die jeweils sandwichartig zwischen den mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden angeordnet sind, weisen die gleiche Dicke auf. Jedoch ist es nicht erforderlich, daß die Dicke der piezoelektrischen Schichten im Filter einheitlich ist. Durch die Wahl unterschiedlicher Dicken wird die Anregungsempfindlichkeit der Ordnungen der verwendeten Modi erhöht, und die Anregungsempfindlichkeit der Ordnungen der Modi, die störend werden, wird gemindert.
Da in dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 des sechsten Ausführungsbeispiels die reflektierenden Schichten 31 und 32 jeweils mit zwei Endflächen des piezoelektrischen Körpers 2 verbunden sind und die Befestigungsteile 33 und 34 jeweils mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden sind, wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben gehalten.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32 werden aus einem Material gefertigt, welches eine zweite akustische Impedanz Z₂ aufweist, die geringer ist als eine akustische Impedanz Z₁ des piezoelektrischen Körpers 2. Die Befestigungsteile 33 und 34 haben eine dritte akustische Impedanz Z₃, die größer ist als die zweite akustische Impedanz Z₂. Von dem piezoelektrischen Körper 2 übertragene Schwingungen werden durch die Grenzen zwischen den reflektierenden Schichten 31 und 32und den Befestigungsteilen 33 und 34 reflektiert. Mit anderen Worten werden Schwingungsleckagen zu den Befestigungsteilen 33 und 34 fast vollständig unterdrückt. Selbst wenn die Befestigungsteile 33 und 34 mechanisch gehalten werden, werden die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1 nicht beeinträchtigt.
Bei dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 des sechsten Ausführungsbeispiels ist G/D gleich oder größer als 2,0, wobei G die Entfernung zwischen jedem der Enden der Anregungselektroden der ersten und zweiten Gruppe und der Bodenfläche 2d als zweite Seitenfläche und die Entfernung zwischen jedem der Enden der Anregungselektroden in der dritten Gruppe und der Oberfläche 2c als erste Seitenfläche darstellt, und D die Dicke der piezoelektrischen Schicht zwischen den mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden darstellt. So werden ausgezeichnete Filtereigenschaften erhalten.
Die Erfinder haben die Filtereigenschaften bei variierenden Abmessungen G und D des piezoelektrische Volumenwellenfilters 1 gemessen und festgestellt, daß in Abhängigkeit von dem Verhältnis G/D eine große Störkomponente im Bandpass auftritt. Beispielsweise haben die Erfinder festgestellt, daß die Störkomponenten beherrscht werden, wenn das Verhältnis G/D auf gleich oder größer als 2 eingestellt wird.
Die Fig. 38 bis 41 zeigen Filtereigenschaften, die mit dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel erhalten wurden, wenn das Verhältnis G/D auf 1,0, 1,5, 2,0 bzw. 2,5 eingestellt wurde. Fig. 42 zeigt Filtereigenschaften, die mit dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel bei einem auf 3,0 eingestellten Verhältnis G/D erhalten wurden.
Große durch die Pfeile X1 und X2 dargestellte Störkomponenten treten im Bandpass bei den Filtereigenschaften der Fig. 38 und 39 auf. Keine solchen großen Störkomponenten treten im Bandpass bei den Filtereigenschaften auf, die in Fig. 40 bis 42 gezeigt werden, wo das G/D-Verhältnis gleich 2,0 oder größer ist. Die Erfinder haben die Ergebnisse unter Verwendung der Finitelementmethode geprüft und festgestellt, daß Oberwellen des Biegeschwingungsmodus erzeugt werden, wenn das G/D-Verhältnis auf 1,0 eingestellt wird, wie dies in den Fig. 43A und 43B gezeigt wird, wobei eine große Störkomponente im Bandpass auftritt. Fig. 43A zeigt schematisch einen Teil des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1. Wenn das Verhältnis G/D auf 1,0 oder kleiner eingestellt wird, wird der piezoelektrische Körper 2 auf einer Oberwelle des Biegeschwingungsmodus, wie in Fig. 43B gezeigt, in Schwingung versetzt, wodurch er unter Störschwingungen leidet.
Fig. 44 zeigt die Ergebnisse der Fig. 38 bis 41 in einer anderen Darstellung. Wie gezeigt, stellt die Abszisse das Verhältnis G/D dar, und die Ordinate stellt den Umfang der Störkomponenten dFs/Fas (%) dar, die im Bandpass auftreten. Hier steht dFs für eine Differenz zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz der Störkomponente, und Fas stellt die Antiresonanzfrequenz der Störkomponente dar. Wie gezeigt, wird die Störkomponente im Bandpass wirksam beherrscht, wenn das Verhältnis G/D auf 2,0 oder größer eingestellt wird.
Insbesondere wird die Störkomponente aufgrund der Oberwellen des Biegeschwingungsmodus erzeugt, da zwischen den Anregungselektroden 3 bis 18, den Enden der Anregungselektroden 3 bis 18, der Eingangselektrode 19, der Ausgangselektrode 20 und der Erdungselektrode 21 elektrische Felder erzeugt werden. Wird das G/D-Verhältnis auf 2,0 oder größer eingestellt, wird die Störkomponente wirksam unterdrückt.
Die Erfinder fertigten den piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 mit variierenden Abmessungen W zwischen der Oberfläche 2c und der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen Körpers 2. Eine spezifische Bandbreite dF/Fa (%) wird an einer Mehrzahl von piezoelektrischen Volumenwellenfiltern 1 gemessen. Hier steht dF für eine Differenz zwischen der Antiresonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz der 14. Oberwelle des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1 und Fa für die Antiresonanzfrequenz. Fig. 45 zeigt die Ergebnisse von Messungen. Wie gezeigt, wird die spezifische Bandbreite scharf verengt, wenn das G/W-Verhältnis über 0,4 ansteigt. Erfindungsgemäß ist das Verhältnis G/W vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,4.
Streukapazitäten treten zwischen den Anregungselektroden 3 bis 18 und der Eingangselektrode 19, der Ausgangselektrode 20 und der Erdungselektrode 21 auf, wobei jede ein unterschiedliches Potential im piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 hat, und reduzieren die spezifische Bandbreite. Die Minderung der spezifischen Bandbreite wird durch Mindern des Verhältnisses G/W unter 0,4 beherrscht.
Wenn das Verhältnis G/D auf gleich oder größer als 2,0 eingestellt wird und wenn das Verhältnis G/W auf gleich oder kleiner als 0,4 eingestellt wird, wird entsprechend ein piezoelektrischer Volumenwellenfilter mit beherrschter Störkomponente im Bereich des Bandpasses und mit ausreichender spezifischer Bandbreite geliefert.
Der erfindungsgemäße piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter kann eine Oberwelle mit einem anderen Schwingungsmodus als der Längenschwingung verwenden. Beispielsweise kann eine Oberwelle des Dickenlängsschwingungsmodus genutzt werden. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf piezoelektrische Multi-Mode-Anreicherungs-Volumenwellenfilter.
Fig. 46 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Multi-Mode- Anreicherungs-Volumenwellenfilters 71 nach einem siebten Ausführungsbeispiel.
Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 weist einen laminierten piezoelektrischen Körper 72 auf, in den eine Mehrzahl von Anregungselektroden 73 bis 88 mit jeweils sandwichartig dazwischen angeordneten piezoelektrischen Schichten einlaminiert werden. Wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird der piezoelektrische Körper aus einer piezoelektrischen Keramik, wie z. B. Blei-Zirkonat-Titanat- Keramik, hergestellt.
In dem laminierten piezoelektrischen Körper 72 ist die Laminierungsrichtung der Anregungselektroden 73 bis 88, nämlich die horizontale Richtung in Fig. 47, die Längsrichtung. Die Anregungselektrode 73 wird auf einer Endfläche 72a des laminierten piezoelektrischen Körpers 72 ausgebildet, und die Anregungselektrode 88 wird auf der anderen Endfläche 72b ausgebildet. Die verbleibenden Anregungselektroden 74 bis 87 werden innen angeordnet.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel liegen die Endflächen 72a und 72b in einer zu den Anregungselektroden 73 bis 88 senkrechten Richtung gegenüber und bilden jeweils erfindungsgemäß erste und zweite Endflächen.
Eine Eingangselektrode 19 wird auf der Oberfläche 72c in größerer Nähe zur ersten Endfläche 72a ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 20 wird auf der Oberfläche 72c in größerer Nähe zu der zweiten Endfläche 72b ausgebildet. Eine Erdungselektrode 21 wird auf der Bodenfläche 72d ausgebildet.
Jede zwischen den mit verschiedenen Potentialen innerhalb des piezoelektrischen Körpers 2 verbundenen Anregungselektroden sandwichartig eingelegte piezoelektrische Schicht wird in einer zu der Anregungselektrode senkrechten Richtung polarisiert.
Wenn im siebten Ausführungsbeispiel zwischen der Eingangselektrode 19 und der Erdungselektrode 21 ein Eingangssignal angelegt wird, wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 auf den 13., 14. und 15. Oberwellen der Dicken- /Längsschwingung stark angeregt.
Die 13., 14. und 15. Oberwellen werden gekoppelt, wodurch ein breiter Bandpass ausgebildet wird.
Das siebte Ausführungsbeispiel liefert einen längsgekoppelten piezoelektrischen Drei-Moden-Volumenwellenfilter, der die Dicken-/Längsbewegung basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt verwendet. Das siebte Ausführungsbeispiel nutzt andere Schwingungsmodi als das erste und zweite Ausführungsbeispiel. Jedoch koppelt wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel das siebte Ausführungsbeispiel Oberwellen verschiedener Ordnungen und liefert damit eine große Bandbreite des Filters. Auch beim siebten Ausführungsbeispiel wird eine gewünschte Bandbreite mühelos dadurch erreicht, daß die verwendeten Oberwellen variiert werden. Insbesondere wird eine gewünschte Oberwelle effizient dadurch angeregt, daß die Anzahl von piezoelektrischen, zu laminierenden Schichten angepaßt wird. Somit werden piezoelektrische Volumenwellenfilter mit verschiedenen Bandbreiten geliefert.
Wenn das Verhältnis G/D auf gleich oder größer als 2,0 eingestellt wird, werden die Störkomponenten innerhalb des Bandpasses wirksam unterdrückt. Ist das Verhältnis G/W auf gleich oder kleiner als 0,4 eingestellt, wird eine ausreichende spezifische Bandbreite erhalten.
Es wird eine Mehrzahl von piezoelektrischen, sich in der Dicke voneinander unterscheidenden Schichten verwendet. Eine verwendete Oberwelle wird wirksam angeregt, und die Anregungsempfindlichkeit einer Oberwelle einer Ordnung, die zu einer Störkomponente führt, wird reduziert. Somit ergibt sich ein ausgezeichneter Filter.
Zwei piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des ersten Ausführungsbeispiels können in Reihe geschaltet werden, um eine starke Dämpfung weiter zu erhöhen.
Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 wird mechanisch gehalten, ohne reflektierende Schichten und Befestigungsteile zu verwenden, wobei die Filtereigenschaften von Beeinträchtigung frei bleiben. Wie in Fig. 47 gezeigt, wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 auf einem Gehäusesubstrat 91 unter Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffs 92 montiert.
Ein Deckelteil 93 wird an dem Gehäusesubstrat 91 befestigt, und drei piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 werden, wie in Fig. 47 gezeigt, auf dem Gehäusesubstrat 91 montiert. Der Deckelteil 93 deckt damit die drei piezoelektrischen Volumenwellenfilter 71 ab.
Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 des sechsten Ausführungsbeispiels kann auch in dem aus einem Gehäusesubstrat und einem Deckelteil bestehenden Gehäuse eingekapselt werden, das zu dem in Fig. 47 gezeigten identisch ist. In diesem Fall wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch auf dem Gehäusesubstrat unter Verwendung der Befestigungsteile 33 und 34 gehalten.
Wenn ein Eingangssignal an den erfindungsgemäßen längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter angelegt wird, werden Schwingungen verschiedener Ordnungen angeregt und auf dem laminierten piezoelektrischen Körper gekoppelt, was zu einem Filterbandpass führt. Durch Anpassung der Anzahl von piezoelektrischen Schichten können verschiedene Modi verschiedener Ordnungen verwendet werden. Die Filtercharakteristik mit einer großen Bandbreite wird mühelos erhalten.
Bei dem an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Mode-Volumenwellenfilter wird der Frequenzunterschied zwischen den Modi durch den Abstand zwischen den auf einer Seite des piezoelektrischen Substrats ausgebildeten Anregungselektroden bestimmt. Um eine große Bandbreite zu erreichen, muß die Ausbildungsgenauigkeit der Anregungselektroden erhöht werden. Erfindungsgemäß wird ein Breitbandmerkmal mühelos durch einfache Auswahl der verwendeten Modi erhalten.
Wenn der Abstand zwischen den auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildeten Anregungselektroden verengt wird, um bei an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfiltern ein Breitband zu erreichen, nimmt die Kapazität zwischen Eingangs- und Ausgangselektrode zu, und die Dämpfung wird gemindert. Der erfindungsgemäße piezoelektrische Multi-Mode- Volumenwellenfilter beseitigt das Erfordernis der Verengung des Abstandes zwischen den Anregungselektroden auch dann, wenn ein Breitbanddesign beabsichtigt wird. Eine starke Dämpfung wird mühelos erreicht.
Da erfindungsgemäß das Verhältnis T/D 0,9 oder kleiner ist, werden die Modi verschiedener Ordnungen mühelos angeregt. Demzufolge werden Filtereigenschaften mit noch größerer Bandbreite und ausgezeichneter Selektivität geliefert.
Erfindungsgemäß ergibt sich ein piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter mit großer Bandbreite und starker Dämpfung.
Wenn der Eingang an den erfindungsgemäßen längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter angelegt wird, werden Schwingungen des ersten bis dritten Modus angeregt und im laminierten piezoelektrischen Körper gekoppelt, wodurch ein Bandpass entsteht. Da die Ordnung N des Modus so gewählt wird, daß den Bedingungen Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) genügt wird, werden ausgezeichnete Filtereigenschaften mit großer Bandbreite und frei von unerwünschten Durchlaßdämpfungen geliefert.

Claims

1. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter, welcher aufweist:
mindestens vier sich parallel zueinander erstreckende Anregungselektroden,
einen laminierten piezoelektrischen Körper, welcher eine Mehrzahl von zwischen den Anregungselektroden angeordneten und in einer zu den Anregungselektroden senkrechten oder parallelen Richtung polarisierten piezoelektrischen Schichten aufweist, wobei der laminierte piezoelektrische Körper erste und zweite Endflächen aufweist, die in einer zur Mehrzahl der piezoelektrischen Schichten senkrechten Richtung ausgerichtet sind, und erste bis vierte Seitenflächen, die die ersten und zweiten Endflächen verbinden;
eine auf der ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur ersten Endfläche ausgebildete Eingangselektrode;
eine auf der ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur zweiten Endfläche ausgebildete Ausgangselektrode;
und
eine auf der zweiten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers gegenüber der ersten Seitenfläche ausgebildete Erdungselektrode, wobei die Mehrzahl von Anregungselektroden eine erste Gruppe, welche mit der Eingangselektrode elektrisch verbunden ist, eine zweite Gruppe, welche mit der Ausgangselektrode elektrisch verbunden ist, und eine dritte Gruppe, welche mit der Erdungselektrode elektrisch verbunden ist, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Anlegen eines Eingangssignals zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen angeregt und gekoppelt werden, so daß ein Ausgangssignal zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Erdungskontakt abgegeben wird, und
dadurch, daß T/D gleich oder kleiner ist als 0,9, wobei T für die Abmessung der Breite zwischen den sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers steht und D für die Entfernung zwischen den danebenliegenden Anregungselektroden steht.

2. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß W/D gleich oder kleiner ist als 0,9, wobei W die Abmessung der Breite zwischen der dritten und vierten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers darstellt.

3. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung W im Bereich von 1,7n - 0,7 < W/D < 1,7n + 0,7 liegt, wobei n eine positive ganze Zahl ist.

4. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen Oberwellen eines Längenschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt sind.

5. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen Oberwelle eines Dicken-/Längsschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt sind.

6. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren umfaßt:
reflektierende Schichten, die jeweils an den ersten und zweiten Endflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers befestigt sind und aus einem Material hergestellt werden, das eine zweite akustische Impedanz Z₂ aufweist, die niedriger ist als die akustische Impedanz Z₁ des piezoelektrischen Materials des laminierten piezoelektrischen Körpers, und
Befestigungsteile, die jeweils an den Flächen der reflektierenden Schichten gegenüber deren an den ersten und zweiten Endflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers befestigten Flächen, befestigt sind und aus einem Material hergestellt werden, das eine dritte akustische Impedanz Z₃ aufweist, die höher ist als die zweite akustische Impedanz Z₂.

7. Elektronische Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist ein Gehäusesubstrat, einen auf dem Gehäusesubstrat montierten längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 1 und ein mit dem Gehäusesubstrat in der Weise verbundenen Deckelteil, daß der Deckel den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt.

8. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter, welcher umfaßt:
einen piezoelektrischen Körper, der gegenüberliegende erste und zweite Endflächen und vier Seitenflächen, die die ersten und zweiten Endflächen verbinden, aufweist,
eine Mehrzahl von im piezoelektrischen Körper angeordneten Anregungselektroden, welche jeweils mit dazwischen angeordneten piezoelektrischen Schichten zusammen laminiert werden,
eine auf einer Außenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur ersten Endfläche ausgebildete Eingangselektrode, eine auf der Außenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur zweiten Endfläche ausgebildete Ausgangselektrode, und
eine auf der Außenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers ausgebildete Erdungselektrode,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Anregungselektroden eine erste Gruppe, die mit der Eingangselektrode elektrisch verbunden ist, eine zweite Gruppe, die mit der Ausgangselektrode elektrisch verbunden ist, und eine dritte Gruppe, die mit der Erdungselektrode elektrisch verbunden ist, aufweist,
dadurch, daß jede Anregungselektrode der ersten Gruppe und jede Anregungselektrode der dritten Gruppe alternierend in der Richtung der Laminierung des laminierten piezoelektrischen Körpers angeordnet wird, und jede zweite Anregungselektrode und jede dritte Anregungselektrode alternierend in der Richtung der Laminierung des laminierten piezoelektrischen Körpers angeordnet wird,
dadurch, daß, wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode angelegt wird, der erste bis dritte Schwingungsmodus der N. Ordnung, der (N - 1). Ordnung und der (N + 1). Ordnung (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 3) angeregt und gekoppelt werden, und zwischen der Ausgangselektrode und der Erdungselektrode ein Ausgangssignal abgegeben wird, und
dadurch, daß die Beziehungen von Fa(N - 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1) Gültigkeit haben, wobei Fa(N - 1) eine Antiresonanzfrequenz des ersten Modus darstellt, Fr(N) und Fa(N) jeweils eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz des zweiten Modus darstellen und Fr(N + 1) eine Resonanzfrequenz des dritten Modus darstellt.

9. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß N der N. Ordnung der Bedingung von N ≥ 0,524k₃₃ + 42,7 genügt, wobei k₃₃ einen elektromechanischen Koeffizienten des piezoelektrischen Längseffektes darstellt.

10. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß N der N. Ordnung der Bedingung von N ≥ 1,73S₃₃ ^E + 33,3 genügt, wobei S₃₃ ^E eine elastische Nachgiebigkeit des laminierten piezoelektrischen Körpers in der Richtung der Polarisierung desselben darstellt.

11. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 8, der des weiteren umfaßt reflektierende Schichten, die jeweils an den ersten und zweiten Endflächen befestigt sind, und Befestigungsteile, die jeweils an den reflektierenden Schichten befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Schichten eine akustische Impedanz 22 haben, die niedriger ist als jede der akustischen Impedanz Z₁ des laminierten piezoelektrischen Körpers und der akustischen Impedanz Z₃ der Befestigungsteile.

12. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen Oberwellen eines Längenschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt sind.

13. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen Oberwellen eines Dicken-/Längsschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt sind.

14. Elektronische Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäusesubstrat, einen auf dem Gehäusesubstrat montierten längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 8 und einen mit dem Gehäusesubstrat in der Weise verbundenen Deckelteil aufweist, daß der Deckel den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt.

15. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter, welcher umfaßt:
einen piezoelektrischen Körper, der gegenüberliegende erste und zweite Endflächen und vier Seitenflächen, die die ersten und zweiten Endflächen verbinden, aufweist,
eine Mehrzahl von im piezoelektrischen Körper angeordneten Anregungselektroden, welche jeweils mit dazwischen angeordneten piezoelektrischen Schichten zusammen laminiert werden,
eine auf der ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur ersten Endfläche ausgebildete Eingangselektrode, eine auf der ersten Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers in größerer Nähe zur zweiten Endfläche ausgebildete Ausgangselektrode, und eine auf der zweiten der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden Seitenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers ausgebildete Erdungselektrode,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Anregungselektroden eine erste Gruppe, die mit der Eingangselektrode elektrisch verbunden ist, eine zweite Gruppe, die mit der Ausgangselektrode elektrisch verbunden ist, und eine dritte Gruppe, die mit der Erdungselektrode elektrisch verbunden ist, aufweist,
dadurch, daß jede Anregungselektrode der ersten Gruppe und jede Anregungselektrode der dritten Gruppe in einer sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstreckenden Richtung alternierend angeordnet wird, und jede zweite Anregungselektrode und jede dritte Anregungselektrode alternierend in einer sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstreckenden Richtung angeordnet wird,
dadurch, daß, wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode angelegt wird, Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen von Oberwellen angeregt und gekoppelt werden, so daß ein Ausgangssignal zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Erdungskontakt abgegeben wird, und
dadurch, daß G/D nicht kleiner ist als 2, wobei G die Entfernung zwischen jedem der Enden der ersten und zweiten Gruppe von Anregungselektroden und der ersten Seitenfläche und die Entfernung zwischen jedem der Enden der dritten Gruppe von Anregungselektroden und der ersten Seitenfläche darstellt und D die Dicke der piezoelektrischen Schichten zwischen nebeneinanderliegenden Anregungselektroden darstellt.

16. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß G/W gleich oder kleiner ist als 0,4, wobei W die Abmessung der Breite zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen Körpers darstellt.

17. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen Oberwellen eines Längenschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt sind.

18. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 15, der des weiteren umfaßt reflektierende Schichten, die jeweils an den ersten und zweiten Endflächen befestigt sind, und Befestigungsteile, die jeweils an den reflektierenden Schichten befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Schichten eine akustische Impedanz Z₂ aufweisen, die niedriger ist als eine akustische Impedanz Z₁ des laminierten piezoelektrischen Körpers und eine akustische Impedanz Z₃ der Befestigungsteile.

19. Längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen Oberwellen eines Dicken- /Längsschwingungsmodus basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt sind.

20. Elektronische Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist ein Gehäusesubstrat, einen auf dem Gehäusesubstrat montierten längsgekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach Anspruch 15 und einen mit dem Gehäusesubstrat in der Weise verbundenen Deckelteil, daß der Deckel den piezoelektrische Volumenwellenfilter abdeckt.