DE1591298C2 - Piezoelektrisches Filter - Google Patents

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)

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.