DE1591298C2 - Piezoelektrisches Filter - Google Patents
Piezoelektrisches FilterInfo
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- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/05—Holders; Supports
- H03H9/10—Mounting in enclosures
- H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
- H03H9/1042—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a housing formed by a cavity in a resin
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Description
Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Filter mit einem aus einem piezoelektrischen Bauelement
bestehenden Resonator, der an zwei Seiten mit je einer Resonatorelektrode versehen ist, die über eine
Verlängerungselektrode mit einem Anschlußdraht in Verbindung steht, bei dem die Elektrodenbelegungen
des Resonators durch kappenartige Abstandsstücke überdeckt sind.
Bei piezoelektrischen Filtern ist es schwierig, gleichzeitig eine gute elektrische Verbindung sowie
eine gute mechanische Halterung des Resonators zu erreichen. Diese beiden Forderungen stehen sich entgegen,
da bei guter mechanischer Halterung die mechanischen Schwingungen des Resonators beeinträchtigt
werden.
Aus den USA.-Patentschriften 2817 778 und 25 95 037 sind Filteranordnungen bekannt, bei denen
Abstandsstücke auf den Elektroden des Resonators aufliegen. Diese Abstandsstücke bewirken im Elektrodenbereich
eine Dämpfung der Schwingungen. Aus den deutschen Patentschriften 5 18 651 und 9 47 480 sind piezoelektrische Kristallanordnungen
bekannt, bei denen der Resonator auf einem die Schwingung dämpfenden Werkstoff, wie z. B. Gummi
oder einem weichen Isolierstoff, aufliegt. Diese Werkstoffe, welche schwingungsdämpfend wirken,
haben die Aufgabe eines Stützkörpers. In der deutschen Patentschrift 5 18 651 ist der Resonator nach
einer Seite hin frei, während in der deutschen Patentschrift 9 47 480 der gesamte Resonator in einem Gehäuse
untergebracht ist. Bei diesen bekannten Anordnungen ist der gesamte Resonator dämpfungsarm
schwingend gelagert, wodurch natürlich die Schwingungen im Elektrodenbereich nachteilig beeinflußt
sind.
Aus der französischen Patentschrift 9 65 424 ist es bekannt, die Ränder des Resonators mit einem Isoliermaterial
zu überziehen. Es wird hierbei in diesen Bereichen eine Dämpfung erzielt. Bei dieser Anordnung
läßt es sich jedoch nicht vermeiden, daß auch noch ein großer Teil des nicht abgedeckten Resonators
Schwingungen ausführt. Auch in der USA.-Patentscbrift 25 62 741, welche einen mit einer feuchtigkeitsdichten
Umhüllung umgebenen Resonator zeigt, schwingt der gesamte Resonator.
Aus der deutschen Patentschrift 9 38 255 ist es bekannt,
ein gehärtetes Kunstharz direkt auf die Elektrodenoberfläche eines piezoelektrischen Elementes
als Umhüllung aufzubringen. Eine derartige Umhüllung beeinflußt die Schwingungen im Elektrodenbereich
nachteilig.
Das gleiche gilt für die Umhüllung des piezoelektrischen Elements in der USA.-Patentschrift
2512 878, bei der ebenfalls die Umhüllung aus einem festen Material direkt auf die gesamte Oberfläche
der Elektroden aufgebracht ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine ungestörte Schwingung im Elektrodenbereich des Resonators zu
erhalten.
Bei einem piezoelektrischen Filter der eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Auflagebereiche der kappenartigen Abstandsstücke auf der Oberfläche des Resonators
einen Abstand zu den Resonatorelektroden aufweisen und daß die gesamte Filteranordnung in eine
feste Isolierschicht eingehüllt ist.
Bei den bekannten piezoelektrischen Filtern schwingt die gesamte Resonatorfläche, oder die
Schwingungen im Elektrodenbereich sind nachteilig beeinflußt. Im Gegensatz hierzu schwingt beim piezoelektrischen
Filter gemäß der Erfindung die von den Elektroden bedeckte Fläche, während sich die übrige
Resonatorfläche in Ruhe befindet, so daß die Schwingungsenergie ungestört allein in den von den Elektroden
bedeckten Flächen vorhanden ist.
Eine nähere Erläuterung der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen gegeben. Es zeigen
F i g. 1 und 2 eine perspektivische Ansicht eines bekannten piezoelektrischen Filters,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der einzelnen Teile eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht mit teilweise
aufgebrochener Isolierschicht,
F i g. 5 eine Draufsicht und einen Querschnitt eines Abstandsstückes,
F i g. 6 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform gemäß F i g. 6,
F i g. 8 eine grafische Darstellung der Frequenzcharakteristik eines piezoelektrischen Filters nach
der Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 und2 der Zeichnung wird zunächst der bekannte Aufbau dargelegt. In
F i g. 1 ist eine sogenannte Drahthalterung für den piezoelektrischen Resonator dargestellt, während
F i g. 2 eine sogenannte Metallfederanordnung betrifft. Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist ein Resonator
1 in einem Gehäuse 4' mittels einer Drahtzuführungsleitung 3 aufgehängt. Die Drahtzuführungsleitung
3 ist einerseits mit einer Resonatorplatte 2 und andererseits mit auf einem Sockel 4 befestigten
Anschlußklemmen verlötet.
Bei der Anordnung gemäß F i g. 2 ist ein Resonator 1, der mit einer Resonatorplatte 2 versehen ist,
zwischen metallischen Kontaktfedern 5 und 5' angeordnet, die einander gegenüberliegen und in einem
Sockel 6 und einem Gehäuse 6' so befestigt sind, daß der Resonator 1 zwischen den metallischen Kontaktfedern
5 und 5' gehaltert ist.
Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 muß der Resonator aufgehängt werden, so daß das den Resonator
umgebende Gehäuse ziemlich groß wird. Weiterhin ist diese Anordnung anfällig gegenüber äußeren mechanischen
Vibrationen oder Stoßen. Ein weiterer
Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß sie für eine Massenfertigung nicht geeignet ist.
Im Vergleich hierzu weist die Anordnung nach F i g. 2 zwar den Vorteil auf, daß die Baugröße wesentlich
kleiner ist. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß der Resonator allein durch den Druck in der Berührungsfläche,
der durch die /beiden Metallfederkontakte ausgeübt wird, gehalten wird, so daß die Lage
des Resonators Veränderungen auf Grund von äußeren Einflüssen, wie Vibrationen oder Stoßen, unterliegt.
Hierdurch wird die Filtercharakteristik nachteilig beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung
ist darin zu sehen, daß der Übergangswiderstand im Berührungspunkt zwischen Resonatorelektrode
und Metallfederkontakt unerwünschten Änderungen ausgesetzt ist, die durch wechselnde Temperatur
und Feuchtigkeit hervorgerufen werden.
In den F i g. 3, 4 und 7 ist ein piezoelektrisches Bauelement mit einem Resonator?, z. B. aus Bleizirkontitanat,
dargestellt. Der Resonator 7 ist mit Elektroden 8 und 8' versehen. Weiterhin sind Elektroden
9 und 9' zur elektrischen Verbindung mit den äußeren Anschlüssen und Stromkreisen vorgesehen.
Die Enden der Elektroden 9 und 9' sind jeweils mit Anschlußdrähten 10 und 10' verbunden, was durch
Löten oder durch Verbindung mit einer Leitpaste geschehen kann. Es ist wichtig, daß die Anschlußdrähte
10 und 10' mit den Elektroden 9 und 9' verbunden sind, die eine Verlängerung der Resonatorelektroden
8 und 8' darstellen, so daß die Resonatorschwingungen von den Anschlußdrähten ferngehalten werden.
Weiterhin sind kappenförmige Abstandsstücke
11 und 11' vorgesehen, die aus Gummi, Kunstharz oder aus einem mit Kunstharz überzogenen Metall
bestehen können. Diese Abstandsstücke sind genauer noch in Fig. 5a dargestellt. Die Abstandsstücke 11
und 11' überdecken jeweils die Resonatorelektroden 8 und 8' und stehen jeweils mit den beiden Oberflächen
des Resonators 7 in Verbindung, wodurch Räume 13 und 13' genau oberhalb der Resonatorelektroden gebildet
werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Abstandsstücke ist in F i g. 5 b dargestellt. Diese Abstandsstücke
können aus Gummi, Kunstharz oder aus einem Metall bestehen, das mit einer dielektrischen
Kunstharzfolie überzogen ist. Eine Isolierschicht 12 kann durch Eintauchen in ein Phenoloder
Epoxykunstharz oder durch Spritzguß mittels einer Spritzgußmaschine hergestellt werden.
Ein wie vorstehend beschriebenes piezoelektrisches, erfindungsgemäßes Filter weist im wesentlichen folgende
Merkmale auf:
Der Resonator besteht aus einem piezoelektrischen Element, wobei die Energie im Bereich der Elektroden
eingeschlossen ist. Mit den Resonatorelektroden stehen Verlängerungselektroden in Verbindung, die
ihrerseits mit Anschlußdrähten verbunden sind. Vorzugsweise kappenartig ausgebildete Abstandsstücke,
die an den Oberflächen des piezoelektrischen Elements anliegen, gewährleisten einen ausreichenden
Raum oberhalb der Resonatorelektroden. Eine Isolierschicht überdeckt unmittelbar und direkt die Oberflächen
des piezoelektrischen Elementes, ausgenommen der Bereich der Resonatorelektroden. Die Isolierschicht
wird vorzugsweise durch Eintauchen in ein Phenol- oder Epoxykunstharz oder durch Spritzguß
mittels einer Spritzgußmaschine erzeugt.
Ein piezoelektrisches Filter gemäß der Erfindung weist den Vorteil auf, daß der Raumbedarf zur Befestigung
und Aufhängung des Resonators sehr gering ist. Außerdem ist zur Ummantelung des Resonators
ίο kein gesondertes Gehäuse erforderlich, was gleichfalls
zu einer Verringerung der Baugröße beiträgt. Die Anschlußdrähte sind mit den Elektroden verlötet
oder durch eine Leitpaste verbunden und ragen in die Isolierschicht. Hierdurch wird eine gute elektrisehe
Verbindung und mechanische Halterung des piezoelektrischen Elementes gewährleistet, und es
werden die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden, die den Übergangswiderstand sowie die
Instabilität und Veränderung der elektrischen Eigenschäften betreffen. Auf Grund der Tatsache, daß die
Isolierschicht sehr einfach durch Eintauchen in Kunststoff oder durch Gießen, Spritzen oder Formen
hergestellt werden kann, ist ein erfindungsgemäßes piezoelektrisches Filter sehr gut geeignet für eine
Großserienfertigung. Der Preis ist dementsprechend niedrig.
In den F i g. 3 und 4 ist nur eine Resonatorelektrode dargestellt. Eine Anwendung bei Mehrfachelektroden
oder verzweigten Elektroden ist jedoch ohne weiteres möglich.
Es wird nachfolgend noch ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben:
Im Mittelpunkt einer piezoelektrischen, keramischen Scheibe mit einer Dicke von etwa 0,2 mm und
einer quadratischen Fläche von 5x5 mm wird eine Resonatorelektrode mit etwa 2 mm Durchmesser angeordnet,
wodurch ein elektrischer Resonator mit eingeschlossener Schwingungsenergie entsteht, der
mit 10,7 MHz schwingt. An jeder Seite der keramisehen
Scheibe wird die Resonatorelektrode mit einer äußeren Verbindungselektrode verlängert, die mit
einem Anschlußdraht verlötet wird. Ein kappenartiges Abstandsstück aus Kunststoff mit einer Dicke
von 0,5 mm, einem inneren Durchmesser von etwa 2,5 mm und einer.Höhe von etwa 0,5 mm wird auf
der Oberfläche der keramischen Scheibe so angeordnet, daß die Resonatorelektrode überdeckt wird, wobei
jedoch jede Berührung zwischen dem Abstandsstück und der Resonatorelektrode vermieden wird.
Die gesamte Anordnung wird sodann in Phenolkunstharz eingetaucht und gehärtet.
Ein in der vorgenannten Weise hergestelltes Filter weist eine Frequenzcharakteristik gemäß F i g. 8 auf,
wobei die Veränderungen vor und nach dem Herstellungsverfahren äußerst geringfügig sind. Das so hergestellte
Filter ist sehr klein und weist eine gute Steifigkeit auf.
Piezoelektrische Filter gemäß der Erfindung sind für eine Vielzahl von Anwendungsfällen geeignet.
Besonders bevorzugt werden sie als Zwischenfrequenzfilter für Fernseh- und Radiogeräte sowie als
Bauelemente für Hochfrequenzoszillatoren benutzt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Piezoelektrisches Filter mit einem aus einem piezoelektrischen Bauelement bestehenden Resonator, der an zwei Seiten mit je einer Resonatorelektrode versehen ist, die über eine Verlängerungselektrode mit einem Anschlußdraht in Verbindung steht, bei dem die Elektrodenbelegung des Resonators durch kappenartige Abstandsstücke überdeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagebereiche der kappenartigen Abstandsstücke (11, 11') auf der Oberfläche des Resonators (7) einen Abstand zu den Resonatorelektroden (8, 8') aufweisen und daß die gesamte Filteranordnung in eine feste Isolierschicht (12) eingehüllt ist.
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