DE19739495C2 - Piezoelektrisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein im Längsschwingungsmodus arbeitendes piezoelektrisches Bauteil für den Einsatz in einem AM-Filter usw.

Herkömmlicherweise ist, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentli­ chung Nr. 2-224515 dargestellt, ein piezoelektrisches Bauteil bekannt, bei dem ein im Längsschwingungsmodus arbeitendes piezoelektrisches Element in einem Gehäuse untergebracht ist. Bei diesem piezoelektrischen Element ist eine Hauptfläche mit Eingangs- und Ausgangselektroden bestückt, die mittels Teilung durch eine in Längsrichtung verlaufende lineare Nut ausgebildet sind, und die andere Hauptfläche ist mit einer gemeinsamen Elektrode bestückt, bei der ein Teil der Eingangs- bzw. der Ausgangselektrode separat mit einem Trägerabschnitt versehen ist, welcher aus einem isotropen elastischen leitenden Material besteht und einen elektrischen Kontaktabschnitt zur Herstellung eines elektrischen Kon­ takts mit einem externen Leiter bildet. Die oben genannten Trägerabschnitte sind beiderseits der Nut und in der gleichen Lage gegenüber der Längsabmessung der Eingangs- und der Ausgangselektroden angeordnet. Durch Druckbeaufschlagung des piezoelektrischen Elements von hinten durch ein Federorgan werden die oben genannten Trägerabschnitte in Preßkontakt mit Eingangs- und Ausgangsklemmen gebracht, die an dem Gehäuse befestigt sind, um Leitung durch Kontakt zu bewir­ ken.

Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Element ist der Abstand zwischen den voneinander getrennten Trägerorganen gering. Wenn also das oben be­ schriebene piezoelektrische Element an externe Leiter wie zum Beispiel die Klemmen eines Gehäuses angeschlossen wird, müssen sich die externen Leiter nahe beieinander befinden. Wenn es somit zu einer kleinen Abweichung in der Lage des piezoelektrischen Elements kommt, besteht die Befürchtung, daß es zwischen der Eingangs- und der Ausgangselektrode zu einem Kurzschluß kommt.

Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Bauteil sind die elastischen Trä­ gerabschnitte desselben mit den Klemmen eines Gehäuses verbunden, indem sie mit den Klemmen in Preßkontakt gebracht werden. Bei der Herstellung dieser Verbindung kann sich die Lage des piezoelektrischen Elements verändern, wenn es Vibrationen oder ähnlichen Einflüssen ausgesetzt ist. In Anbetracht dessen können die Trägerabschnitte, um die Haltekraft für das piezoelektrische Element und seine Leitfähigkeit zu verbessern, mit ein bestimmtes Muster bildenden Elek­ troden eines Montagesubstrats oder dergleichen mit Hilfe eines leitenden Klebers oder dergleichen verbunden und daran befestigt sein. In diesem Fall besteht wegen des geringen Abstands zwischen den Trägerabschnitten der Eingangs- und der Ausgangselektrode die Befürchtung, daß es zwischen der Eingangs- und der Ausgangs-elektrode zu einem Kurzschluß kommt, wenn der leitende Kleber unzureichend verteilt wird und es dadurch zu einer unzuverlässigeren Verbindung kommt.

Aus der nach dem Prioritätstag des vorliegenden Patents veröffentlichten DE 197 20 432 A1 der Patentinhaberin ist ein piezoelektrisches Element bekannt mit einer unteren Elektrode, welche auf der unteren Fläche davon ausgebildet ist, und einer oberen Elektrode, welche auf der oberen Fläche davon ausgebildet ist. Das piezoelektrische Element ist auf dem Substrat befestigt, wobei seine untere Elektrode mit Hilfe eines leitenden Klebstoffs mit dem Substrat verbunden ist, das Elektroden aufweist.

Dementsprechend besteht ein Zweck der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines piezoelektrischen Bauteils, bei dem ein im Längsschwingungsmodus arbei­ tendes piezoelektrisches Element an ein bestimmtes Muster bildende Elektroden eines Montagesubstrats montiert ist, wobei die Entstehung eines Kurzschlusses zwischen den separaten Elektroden des piezoelektrischen Elements verhindert und damit die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert wird.

Um obigen Zweck zu erreichen, ist entsprechend der vorliegenden Erfindung ein piezoelektrisches Bauteil vorgesehen, bei dem ein im Längsschwingungsmodus arbeitendes piezoelektrisches Element an ein bestimmtes Muster bildende Elek­ troden montiert ist, die an der Oberfläche eines nichtleitenden Montagesubstrats ausgebildet sind, bei dem eine Hauptfläche des genannten piezoelektrischen Elements mit einer ersten und einer zweiten Elektrode bestückt ist, die mittels Teilung durch eine in Längsrichtung verlaufende lineare Nut ausgebildet sind, während die andere Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer dritten Elektrode bestückt ist, wobei leitende Trägerorgane jeweils in Knotenbereichen so an der ersten und der zweiten Elektrode befestigt sind, daß dazwischen ein Ab­ stand gegenüber der Längsabmessung des piezoelektrischen Elements vorhan­ den ist, und bei dem die Hauptfläche des piezoelektrischen Elements mit der ersten und der zweiten Elektrode der Oberfläche des Montagesubstrats gegen­ überliegt, an dem die ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden ausgebildet sind, während die genannten Trägerorgane mit den ein bestimmtes Muster bil­ denden Elektroden des Montagesubstrats verbunden und daran befestigt sind, wobei ein nichtleitender Kleber auf dem Abschnitt zwischen eingangsseitiger Elektrode und ausgangsseitiger Elektrode aufgetragen ist.

Wenn die erste und die zweite Elektrode des piezoelektrischen Elements an die ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden des Montagesubstrats angeschlos­ sen sind, kann zwischen den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden in Längsrichtung ein Abstand vorhanden sein, da die an den Elektroden befestigten Trägerorgane so angeordnet sind, daß dazwischen gegenüber der Längsabmes­ sung ein Abstand vorhanden ist. Damit besteht kaum eine Befürchtung, daß es zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zu einem Kurzschluß kommt, selbst wenn das piezoelektrische Element seine Lage geringfügig verändert.

Die Trägerorgane befinden sich im Knotenteil des piezoelektrischen Elements, das heißt im wesentlichen im mittleren Teil im Verhältnis zur Längsabmessung. Bei der vorliegenden Erfindung enthält der Knotenteil nicht nur einen völlig schwingungsfreien Teil, sondern auch einen Bereich, der hinsichtlich der Schwin­ gungscharakteristiken auch dann kein Problem mit sich bringt, wenn dieser Teil einer Zwangskraft ausgesetzt wird. Da es wünschenswert ist, daß die Trägerorga­ ne an der ersten und der zweiten Elektrode gegenüber der Längsabmessung einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen, sollten die Trägerorgane auf Positionen in Nähe der Schnittstelle zwischen dem Knotenteil und dem übri­ gen Teil festgelegt sein. Im allgemeinen hat der Knotenbereich im Fall eines im Längsschwingungsmodus arbeitenden Elements etwa 1/4 der Länge des Ele­ ments, so daß die Trägerorgane in diesem Abstand zueinander angeordnet sein können.

Es gibt mehrere Verfahren zum Anschließen der Trägerorgane an die ein be­ stimmtes Muster bildenden Elektroden. So bestehen die Trägerorgane beispiels­ weise aus einem leitenden Kleber, Metallperlen oder dergleichen und sind mit den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden durch einen leitenden Kleber oder dergleichen verbunden. Wenn die Trägerorgane aus einem nicht ausgehärteten leitenden Kleber bestehen, können sie direkt mit den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden verbunden werden. Um die Haftfestigkeit zwischen dem piezoelektri­ schen Element und dem Montagesubstrat zu verbessern, kann neben dem leiten­ den Kleber noch ein nichtleitender Kleber verwendet werden. Dieser nichtleitende Kleber kommt an denjenigen Stellen des piezoelektrischen Elements zur Verwen­ dung, die zu dessen Knotenteil gehören und die leitenden Trägerabschnitte aus­ schließen.

Wenn auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Elements zwei Nuten vorhan­ den sind, um durch Teilung mittels dieser Nuten drei Elektroden zu bilden, ist es wünschenswert, daß die leitenden Trägerorgane, die an der mittels Teilung der Nuten erzielten ersten Mittelelektrode befestigt sind, und die leitenden Trägeror­ gane, die an den zweiten Elektroden beiderseits der ersten Elektrode befestigt sind, zickzackförmig angeordnet sind. Wenn das piezoelektrische Element am Montagesubstrat angebracht wird, kann folgendes Problem auftreten. Wenn das piezoelektrische Element in geneigter Stellung angebracht wird, besteht nämlich die Befürchtung, daß entweder die erste oder die zweite Elektrode mit den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden eines anderen elektrischen Potentials in Kontakt kommen, so daß sich die Schwingungscharakteristiken verschlechtern. Wenn die Trägerorgane jedoch, wie oben beschrieben, zickzackförmig angeord­ net sind, erhält man eine Drei-Punkt-Abstützung, so daß ohne weiteres eine horizontale Lage erreicht und damit eine Verbesserung der Stabilität erzielt wird.

Neben den leitenden Trägerorganen ist es wünschenswert, jeweils in Knotenbe­ reichen der ersten und der zweiten Elektrode nichtleitende Trägerorgane zu befestigen. In diesem Fall sind für eine Elektrode eine Vielzahl von Trägerorganen vorhanden oder das Trägerorgan ist sehr lang, so daß, wenn das piezoelektrische Element mittels der Trägerorgane am Montagesubstrat angebracht ist, die Träger­ fläche zunimmt und dadurch eine Verbesserung der Stabilität erzielt wird. Es kann vorkommen, daß die leitenden Trägerorgane im Verhältnis zur Breitenabmessung des Elements ganz nahe an die nichtleitenden Trägerorgane herangebracht werden. Selbst in diesem Fall besteht keine Befürchtung, daß es zu einem Kurz­ schluß kommt.

Fig. 1 ist ein auseinandergezogener Perspektivschnitt eines piezoelektrischen Bauteils nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung.

Fig. 2 ist ein auseinandergezogener Perspektivschnitt der Kappe und des Montagesubstrats des in Fig. 1 dargestellten piezoelektrischen Bau­ teils.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Elements, wel­ ches auf dem in Fig. 1 dargestellten piezoelektrischen Bauteil montiert ist.

Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Knotenteils des in Fig. 3 dargestellten piezoelektrischen Elements.

Fig. 5 ist ein Diagramm, welches eine andere Anschlußstruktur für das piezo­ elektrische Element und das Montagesubstrat zeigt.

Fig. 6 ist ein Diagramm, welches noch eine andere Anschlußstruktur für das piezoelektrische Element und das Montagesubstrat zeigt.

Fig. 7 ist ein auseinandergezogener Perspektivschnitt eines piezoelektrischen Bauteils nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung.

Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht, die zeigt, wie das piezoelektrische Ele­ ment an einem Montagesubstrat montiert ist.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Elements, welches in dem in Fig. 7 dargestellten piezoelektrischen Bauteil zum Einsatz kommt.

Fig. 10 ist eine vergrößerte Ansicht, die eine weitere Methode zum Aufbau des in Fig. 7 dargestellten piezoelektrischen Elements auf dem Montage­ substrat zeigt.

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des piezo­ elektrischen Elements.

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht noch eines weiteren Beispiels des piezoelektrischen Elements.

Fig. 13 ist ein auseinandergezogener Perspektivschnitt eines piezoelektrischen Bauteils nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, und

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die das piezoelektrische Bauteil nach Fig. 13 im fertiggestellten Zustand zeigt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein piezoelektrisches AM-Filter in Aufbauausführung als Beispiel für das erfindungsgemäße piezoelektrische Bauteil. Dieses piezo­ elektrische Filter besteht aus einem Montagesubstrat 20, einem piezoelektrischen Element 1 und einer Kappe 30.

Das Montagesubstrat 20 ist eine rechteckige, nichtleitende dünne Platte aus Tonerdekeramik, Glaskeramik, Glasepoxidharz oder dergleichen. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind auf der Oberseite des Montagesubstrats 20 drei ein bestimmtes Muster bildende Elektroden 21, 22 und 23 auf der Eingangsseite, der Ausgangs­ seite und der Erdungsseite nach einem bekannten Verfahren ausgebildet, wie zum Beispiel durch Kathodenzerstäubung, Aufdampfung oder Aufdrucken. Die ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 21, 22 und 23 erstrecken sich rund um die Seitenkanten des Montagesubstrats 20 bis zu dessen Rückseite. Die Ein­ gangs- und Ausgangsseiten der Innen-endabschnitte der ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 21 und 22 werden durch Siebdruck oder dergleichen mit einer leitenden Paste 24, 25 versehen.

Das piezoelektrische Element 1 arbeitet im Längsschwingungsmodus und ist mit einem dünnen, rechteckigen piezoelektrischen Keramiksubstrat 2 versehen. Auf einer Hauptfläche dieses piezoelektrischen Substrats 2 sind mittels Teilung durch zwei lineare Nuten, die sich entlang der Längsabmessung erstrecken, wie in Fig. 3 dargestellt, drei Elektroden 4, 5a und 5b ausgebildet. Von diesen Elektroden bildet die mittlere, relativ breite Elektrode 4 die Eingangselektrode und die relativ schmalen Elektroden 5a und 5b beiderseits der Eingangselektrode sind die Aus­ gangselektroden. Die Breite der Eingangselektrode 4 ist etwa doppelt so groß wie die der Ausgangselektroden 5a und 5b. Es ist auch möglich, daß die mittlere Elektrode 4 die Ausgangselektrode und die Elektroden 5a und 5b beiderseits derselben die Eingangselektroden bilden. Eine gemeinsame Elektrode (Erdungs­ elektrode) 7 ist auf der ganzen anderen Hauptfläche des piezoelektrischen Sub­ strats 2 ausgebildet.

Leitende Trägerorgane 6a, 6b und 6c sind an denjenigen Abschnitten des Ele­ ments 1 befestigt, die sich an der Eingangselektrode 4 und den Ausgangselektro­ den 5a und 5b und die sich an den Enden des Knotenteils des Elements 1 befin­ den, und die Trägerorgane 6a, 6b und 6c sind allgemein zickzackförmig angeord­ net. Die Trägerorgane 6a, 6b und 6c dieser Ausführungsform werden dadurch ausgebildet, daß man die Elektroden 4, 5a und 5b mit einer leitenden Paste in einer Dicke von beispielsweise ca. 100 µm versieht und die Paste aushärten läßt. Es ist auch möglich, sie aus Lötperlen, Goldperlen oder dergleichen zu bilden. Wie in Fig. 4 zu sehen, sind die Trägerorgane 6b und 6c an den Ausgangselek­ troden 5a und 5b in der gleichen Lage gegenüber der Längsabmessung befestigt und das Trägerorgan 6a an der Eingangselektrode 4 ist in einer Lage ausgebildet, die zu den Trägerorganen 6b und 6c einen Mindestabstand von S entlang der Längsabmessung aufweist. Dieser Abstand S ist natürlich größer eingestellt als die Breite d der Nuten 3. Der maximale Abstand L zwischen dem Trägerorgan 6a und den Trägerorganen 6b und 6c ist im wesentlichen der gleiche wie die Länge des Knotenbereichs (zum Beispiel etwa 1/4 der Elementlänge. Die Breite der an den Elektroden 4, 5a und 5b befestigten Trägerorgane 6a, 6b und 6c ist die glei­ che wie die Breite der Elektroden 4, 5a bzw. 5b.

Das obige piezoelektrische Element 1 ist auf dem Montagesubstrat 20 in der Weise montiert, daß die Seite, auf der sich die Eingangs- und Ausgangselektro­ den 4, 5a und 5b befinden, der Oberfläche des Montagesubstrats 20 gegenüber­ liegt. Das Trägerorgan 6a an der Eingangselektrode ist also mit der eingangsseiti­ gen ein bestimmtes Muster bildende Elektroden 21 verklebt und die Trägerorgane 6b und 6c an den Ausgangselektroden 5a und 5b sind mit der ausgangsseitigen ein bestimmtes Muster bildende Elektroden 22 mittels der leitenden Paste 24, 25 verklebt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Höhe der Trägerorgane 6a, 6b und 6c so klein wie beispielsweise ca. 100 µm, so daß eine leichte Neigung des piezoelektri­ schen Elements 1 dazu führen kann, daß der Endteil des piezoelektrischen Ele­ ments 1 mit der Oberfläche des Montagesubstrats 20 in Berührung kommt, so daß die Schwingungscharakteristiken gestört werden, oder die Ausgangselektroden 4, 5a und 5b mit den ein bestimmtes Muster bildende Elektroden Muster 21 bis 23 unterschiedlicher elektrischer Potentiale in Kontakt kommen, so daß eine fehler­ hafte Verbindung entsteht. Da das piezoelektrische Element 1 jedoch durch die drei Trägerorgane 6a, 6b und 6c stabil abgestützt wird, besitzt das Element eine hervorragende horizontale Stabilität und kann eine Störung der Schwingungscha­ rakteristiken und eine fehlerhafte Verbindung verhindern.

Nach Verklebung des piezoelektrischen Elements 1 werden die gemeinsame Elektrode 7 des piezoelektrischen Elements 1 und die erdungsseitige ein be­ stimmtes Muster bildende Elektrode 23 durch einen leitenden Draht 26, wie in Fig. 2 dargestellt, miteinander verbunden. Diese Verbindung durch den Draht 26 läßt sich nach einem der bekannten Drahtverbindungsverfahren leicht ausführen.

Nach Herstellung der Drahtverbindung wird eine Kappe 30 zur Abdeckung des piezoelektrischen Elements 1 mit dem Montagesubstrat 20 verklebt, um so die Peripherie des piezoelektrischen Elements 1 zu versiegeln. Die gesamte Periphe­ rie der Öffnung der Kappe 30 wird nach einem Verfahren wie zum Beispiel dem Transfer-Verfahren mit einem Versiegelungskleber 31 versehen. Nachdem die Kappe 30 mit dem Montagesubstrat 20 verklebt ist, härtet der Versiegelungskleber 31 aus und dadurch wird die Kappe 30 am Substrat befestigt. Die Kappe 30 kann aus einem nichtleitenden Material, wie zum Beispiel Tonerdekeramik, oder einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium, bestehen. Gleichzeitig mit dem Aushärten des Versiegelungsklebers 31 kann auch die leitende Paste 24, 25 aushärten.

Während das piezoelektrische Element 1 bei der oben beschriebenen Ausfüh­ rungsform nur mittels der leitenden Paste 24, 25 am Montagesubstrat 20 verklebt wird, ist es auch möglich, neben der leitenden Paste 24, 25 zur Befestigung des Elements einen nichtleitenden Kleber 32 zu verwenden. In diesem Fall wird der nichtleitende Kleber 32 auf den Abschnitt zwischen der eingangsseitigen Elektro­ de 21 und der ausgangsseitigen Elektrode 22 aufgetragen und es wird dafür gesorgt, daß der nichtleitende Kleber 32 zwischen den Trägerorganen 6a bis 6c haftet, wenn das piezoelektrische Element 1 mit dem Montagesubstrat 1 verklebt wird, so daß das piezoelektrische Element 1 fest am Substrat gesichert werden kann.

Wie oben beschrieben, dient der leitende Kleber 24, 25, wenn sowohl der leitende Kleber 24, 25 als auch der nichtleitende Kleber 32 verwendet wird, hauptsächlich zur Herstellung der elektrischen Leitfähigkeit der leitenden Teile 36a bis 38a der Trägerorgane 36 bis 38 und der ein bestimmtes Muster bildende Elektroden 21 und 22, und der nichtleitende Kleber 27 dient zur gegenseitigen mechanischen Befestigung des Montagesubstrats 22 und des piezoelektrischen Elements 30, so daß die Kleber ihre jeweilige Funktion erfüllen, wodurch sich ein Montageaufbau erzielen läßt, der sowohl mit elektrischer Leitfähigkeit als auch mechanischer Haltekraft versehen ist.

Wie in Fig. 6 dargestellt, ist es weiterhin möglich, das piezoelektrische Element 1 und das Montagesubstrat 20 mittels eines anisotropen leitenden Klebers 33 miteinander zu verkleben. Bekanntermaßen leitet ein anisotroper leitender Kleber 33 nur in entgegengesetzten Richtungen, so daß er nur zwischen den gegenüber­ liegenden Trägerorganen 6a bis 6c und den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 21 und 22 leitet. In diesem Fall gibt es kein Problem, wenn der ani­ sotrope leitende Kleber 33 in anderen Abschnitten verteilt wird als den gegen­ überliegenden Abschnitten der Trägerorgane 6a bis 6c und der ein bestimmtes Muster bildende Elektroden 21 und 22, so daß der anisotrope leitende Kleber 33 auf einen breiten Bereich zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Montagesubstrat 20 aufgetragen werden kann. Es ist jedoch nicht wünschens­ wert, ihn über den Knotenteil hinaus aufzutragen.

Fig. 7 zeigt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die aus einem piezoelektrischen AM-Filter in Aufbauausführung mit zwei piezoelektrischen Elementen 60 und 61 besteht.

Auf einem Substrat 40 ausgebildet sind eine eingangsseitige ein bestimmtes Muster bildende 41, eine ausgangsseitige ein bestimmtes Muster bildende Elek­ trode 42, eine erdungsseitige ein bestimmtes Muster bildende Elektrode 43 und eine Zwischenelektrode 44. Die eingangs-, ausgangs- und erdungsseitigen ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 41 bis 43 erstrecken sich mittels Nutab­ schnitten 40a, die an Kanten des Substrats 40 ausgebildet sind, bis zur Rückseite. In dem Abschnitt des Substrats 40, mit dem eine Kappe verklebt ist, ist eine rahmenartige nichtleitende Schicht 45 ausgebildet.

Wie in Fig. 8(A) dargestellt, werden die Elementmontageabschnitte der ein­ gangsseitigen und ausgangsseitigen ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden Muster 41 und 42 und die Zwischenelektrode 44 durch Siebdruck oder derglei­ chen zweidimensional mit leitender Paste 46, 47, 48, 49 versehen. Weiterhin wird ein nichtleitender Kleber 50, 51 zur Befestigung des Elements tropfenförmig auf den Abschnitt zwischen der eingangsseitigen ein bestimmtes Muster bildende Elektrode 41 und der Zwischenelektrode 44 und auf den Abschnitt zwischen der ausgangsseitigen ein bestimmtes Muster bildenden ElektrodeMuster 42 und der Zwischenelektrode 44 durch Stift-Transfer, Verteilung usw. aufgetragen. Es ist wünschenswert, daß die Dicke der nichtleitenden Kleberteile 50 und 51 größer ist als die Summe der Dicken der ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 41, 42 und 44 und der Dicken der leitenden Elektrodenteile 46 bis 49.

Jedes der beiden piezoelektrischen Elemente 60 und 61 arbeitet im Längsschwin­ gungsmodus und ist mit einem rechteckigen piezoelektrischen Substrat 62, wie in Fig. 9 dargestellt, versehen. Auf einer Hauptfläche dieses piezoelektrischen Substrats 62 sind mittels Teilung durch zwei Nuten 63 drei Elektroden 64, 65a und 65b ausgebildet. Von diesen ist die mittlere, relativ breite Elektrode 64 die Ein­ gangselektrode und die relativ schmalen Elektroden 65a und 65b beiderseits derselben sind die Ausgangselektroden. Auf der anderen Hauptfläche des piezo­ elektrischen Substrats 62 ist eine gemeinsame Elektrode 66 ausgebildet.

In Längsrichtung verlaufende Trägerorgane 67 bis 69 sind an denjenigen Ab­ schnitten des Elements befestigt, die sich an der Eingangselektrode 64 und den Ausgangselektroden 65a und 65b befinden und die zum Knotenteil des Elements 60, 61 gehören, so daß sie parallel und in gleicher Position zur Längsabmessung des Elements angeordnet sind. Die Trägerorgane 67 bis 69 dieser Ausführungs­ form bestehen aus leitenden Teilen 67a bis 69a und nichtleitenden Teilen 67b bis 69b. Der leitende Teil 67a auf der Eingangselektrode 64 und die leitenden Teile 68a und 69a auf den Ausgangselektroden 65a und 65b sind an den entgegenge­ setzten Endteilen der Trägerorgane 67 bis 69 ausgebildet. Somit besteht zwi­ schen den leitenden Teilen 67a bis 69a ein Abstand gegenüber der Längsabmes­ sung des Elements und sie sind zickzackförmig angeordnet. Im Fall dieser Aus­ führungsform sind die Trägerorgane 67 bis 69 über die gesamte Fläche des Knotenbereichs des Elements 60, 61 ausgebildet und die Länge L der Trägeror­ gane ist auf etwa 1/4 der Gesamtlänge des Elements 60, 61 eingestellt.

In Nähe der Endteile der Eingangs- und Ausgangselektroden 64, 65a und 65b des piezoelektrischen Elements 60, 61 sind Nuten 70 für die Reduzierung von Störun­ gen so ausgebildet, daß sie sich längs der Breitenabmessung erstrecken.

Das piezoelektrische Element 60, 61 ist so montiert, daß dessen Seite, auf der sich die Eingangs- und die Ausgangs-elektrode befinden, der Oberfläche des Montagesubstrats 40 gegenüberliegt. Dies bedeutet bei einem piezoelektrischen Element 60, daß der leitende Teil 67a des Trägerorgans 67 an der Eingangselek­ trode 64 mit der eingangsseitigen ein bestimmtes Muster bildenden Elektrode 41 durch leitende Paste 46 verbunden ist und die leitenden Teile 68a und 69a der Trägerorgane 68 und 69 an den Ausgangselektroden 65a und 65b mit der Zwi­ schenelektrode 44 durch leitende Paste verbunden sind. Für das andere piezo­ elektrische Element 61 bedeutet dies, daß der leitende Teil 67a des Trägerorgans 67 an der Eingangselektrode 64 mit der Zwischenelektrode 44 durch leitende Paste 49 verbunden ist und die leitenden Teile 68a und 69a der Trägerorgane 68 und 69 an den Ausgangselektroden 65a und 65b mit der ausgangsseitigen ein bestimmtes Muster bildenden Elektrode 42 durch leitende Paste 47 verbunden sind. Somit sind die beiden Elemente 60 und 61 zwischen der eingangsseitigen Elektrode 41 und der ausgangsseitigen Elektrode 42 in Kaskade geschaltet. Wenn die piezoelektrischen Elemente 60 und 61 auf dem Montagesubstrat 40 montiert sind, bewirkt ein nichtleitender Kleber 50, 51, der auf den Abschnitt zwischen der eingangsseitigen ein bestimmtes Muster bildende Elektrode 41 und der Zwischenelektrode 44 und auf den Abschnitt zwischen der ausgangsseitigen ein bestimmtes Muster bildenden Elektrode 42 und der Zwischenelektrode 44 aufgetragen wird, die feste Verklebung des Montagesubstrats 40 mit den nichtlei­ tenden Teilen 67b bis 69b der Trägerorgane 67 bis 69, wodurch die piezoelektri­ schen Elemente 60 und 61 in ihrer Position horizontal und auf stabile Weise befestigt werden.

Nach Befestigung der piezoelektrischen Elemente 60 und 61 an dem Montage­ substrat 40 werden die gemeinsamen Elektroden 66 der piezoelektrischen Ele­ mente 60 und 61 mit der erdungsseitigen ein bestimmtes Muster bildenden Elek­ trode 43 des Montagesubstrats 40 durch die Drähte 71 bzw. 72 verbunden.

Eine Kappe 80 aus Metall ist in einer Größe ausgebildet, die ausreicht, um die beiden Elemente 60 und 61 gleichzeitig abzudecken, und die gesamte Peripherie der Kappenöffnung wird mit einem Versiegelungskleber 81 versehen. Wenn die Kappe 80 gegen das Substrat 40 gepreßt wird, erfolgt die Verklebung der Öffnung der Kappe 80 mit der nichtleitenden Schicht 45. In diesem Zustand erfolgt die Aushärtung des Versiegelungsklebers 81 und der leitenden Kleberteile 46 bis 49 im wesentlichen gleichzeitig, wodurch die Versiegelung des Innenraums der Kappe 80 und ihr elektrischer Anschluß abgeschlossen werden und somit ein piezoelektrisches Filter entsteht.

Während bei der oben beschriebenen Ausführungsform zur Verbindung der Trägerorgane 67 bis 69 der Elemente 60 und 61 mit dem Montagesubstrat 40 sowohl leitender Kleber 46 bis 49 als auch Befestigungskleber 50, 51 verwendet werden, ist es stattdessen auch möglich, einen anisotropen leitenden Kleber 82, wie in Fig. 10 dargestellt, zu verwenden. In diesem Fall kann der anisotrope leitende Kleber 82 nicht nur auf die einander gegenüberliegenden Abschnitte der Trägerorgane 67 bis 69 und auf ein bestimmtes Muster bildende Elektroden 41, 42 und 44 aufgetragen werden, sondern auch weitgehend auf andere Teile, so daß die Elemente 60 und 61 stabil an dem Montagesubstrat 40 befestigt werden können und sich ein hoher Zuverlässigkeitsgrad hinsichtlich der Leitfähigkeit erzielen läßt.

Wenn Trägerorgane 67 bis 69 mit leitenden und nichtleitenden Teilen vorgesehen sind, brauchen diese nicht so ausgebildet zu sein, daß sie sich kontinuierlich in Längsrichtung erstrecken, und die leitenden Teile 67a bis 69a und die nichtleiten­ den Teile 67b bis 69b können, wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt, vonein­ ander getrennt sein. In jedem Fall liegt zwischen den leitenden Teilen 67a bis 69a ein Abstand gegenüber der Längsabmessung des Elements und sie sind zick­ zackförmig angeordnet. Während bei diesem Beispiel diejenigen Abschnitte der Elektroden 64, 65a und 65b, die sich zwischen den leitenden Teilen 67a bis 69a und den nichtleitenden Teilen 67b bis 69b befinden, freiliegend sind, können die Abschnitte auch mit einem dünnen Trägerorgan abgedeckt sein.

Fig. 13 zeigt ein piezoelektrisches AM-Filter in Leitungsklemmenausführung entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses piezoelektrische Filter ist mit einem Montagesubstrat 90, einem piezoelektrischen Element 100, einer Metallkappe 110, Leitungsklemmen 120 bis 122 usw. verse­ hen.

Das Montagesubstrat 90 ist eine rechteckige, nichtleitende dünne Platte aus Tonerdekeramik, Glaskeramik, Glasepoxidharz oder dergleichen. An der Oberflä­ che des Montagesubstrats 90 befinden sich Eingangs- und Ausgangsmusterelek­ troden 91 und 92, die nach einem der bekannten Verfahren, wie zum Beispiel durch Kathodenzerstäubung, Aufdampfung oder Aufdruck, ausgebildet wurden. Die ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 91 und 92 sind symmetrisch ausgebildet und die externen Verbindungsabschnitte 91a und 92a sind entlang den kurzen Seiten des Montagesubstrats 90 in der Weise ausgebildet, daß sie sich kopfhörerartig zur Rückseite über Nutteile 90a erstrecken, die an beiden Enden des Montagesubstrats 90 ausgebildet sind. Interne Verbindungsabschnitte 91a und 92a erstrecken sich von den externen Verbindungsabschnitten 91b und 92b zum mittleren Teil des Montagesubstrats 90.

An der Oberfläche des Montagesubstrats 90 ist eine nichtleitende Schicht 93, wie zum Beispiel ein nichtleitendes Resist-Muster, durch Siebdruck oder dergleichen so ausgebildet, daß es einen Teil der ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 91 und 92 abdeckt. Die internen Verbindungsabschnitte 91b und 92b der ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 91 und 92 sind durch einen Mittelraum­ teil 93a der nichtleitenden Schicht 93 freiliegend. Diese nichtleitende Schicht 93 soll verhindern, daß es zwischen den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 91 und 92 des Montagesubstrats und der Metallkappe 110 zu einem Kurzschluß kommt, so daß Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Montagesubstrats 90 durch die Dicke der ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden 91 und 92 abge­ schwächt und eine fehlerhafte Versiegelung der Kappe 110 verhindert werden.

Das piezoelektrische Element 100 ist ein im Längsschwingungsmodus arbeiten­ des piezoelektrisches Filterelement und hat die gleiche Konfiguration wie bei den piezoelektrischen Elementen und 61, die in Fig. 9 dargestellt sind, so daß die Bauteile, die die gleichen sind wie bei den piezoelektrischen Elementen 60 und 61, durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind und eine Beschreibung solcher Bauteile entfällt. Wie im Fall von Fig. 9 sind Trägerorgane 67 bis 69 mit leitenden Teilen und nichtleitenden Teilen an den Eingangs- und Ausgangselektroden 64, 65a und 65b des piezoelektrischen Elements 100 befestigt.

Ein aus Gold oder dergleichen bestehender leitender Draht 101 ist durch Draht­ verbindung an einem Mittelteil befestigt, der den Knotenteil der gemeinsamen Elektrode 66 des piezoelektrischen Elements 100 bildet. Während der Draht 101 in diesem Beispiel ein Au-Draht mit einem Durchmesser von 30 µm ist, kann auch jeder andere Drahttyp verwendet werden, solange er leitfähig, elastisch und witterungsbeständig ist. Vom Standpunkt einer Verbesserung in der Elastizität des Drahts 101 und der zuverlässigen Leitung sind sowohl die Primär- als auch die Sekundärseite an der gemeinsamen Elektrode 66 angebracht und der dazwi­ schenliegende Abschnitt hat die Form einer Schleife. Die Höhe der Schleife kann willkürlich gewählt werden. Berücksichtigt man jedoch die Abweichung in der Montage des Elements 100, die Größenabweichung der Kappe 110 usw., muß die Konstruktion so festgelegt werden, daß der Draht 101 zuverlässig gegen die obere Innenseite der Kappe 110 gepreßt wird.

Die Metallkappe 110 zur Abdeckung des Elements 100 ist zwecks Versiegelung mit dem Montagesubstrat 90 verklebt. Die Öffnung der Kappe 110 wird im voraus mit einem Kleber 111 einheitlicher Dicke zur Versiegelung mittels Transfer- Verfahren oder dergleichen aufgetragen. Weiterhin wird der Teil der oberen In­ nenseite der Kappe 110 und insbesondere der dem Draht 101 des piezoelektri­ schen Elements 100 gegenüberliegende Teil durch Verteilung, Stift-Transfer oder dergleichen mit einem leitenden Kleber 112 versehen. Die aufgetragene Menge, d. h. die Dicke, des leitenden Klebers 112 muß so eingestellt sein, daß der leitende Kleber 112 beim Verleimen mit dem Montagesubstrat 90 an dem Draht 101, nicht jedoch an dem piezoelektrischen Element 100 haftet. Durch Abdeckung des Montagesubstrats 90 mit der Kappe 110 wird die Öffnung der Kappe 110 in engen Kontakt mit der nichtleitenden Schicht 93 des Montagesubstrats 90 gebracht, und dadurch wird das Innere der Kappe 110 versiegelt. Weiterhin wird der Draht 101, wenn das Montagesubstrat 90 mit der Kappe 110 abgedeckt ist, in Preßkontakt mit der Innenseite der Kappe 110 gebracht und dringt in den leitenden Kleber 112 ein und wird gequetscht. Wenn bei diesem Zustand eine Erwärmung auf eine festgelegte Temperatur und für einen festgelegten Zeitraum erfolgt, härten der Versiegelungskleber 111 und der leitende Kleber 112 im wesentlichen gleichzeitig aus, wodurch die Kappe 110 zur Versiegelung mit dem Montagesubstrat 90 verklebt wird, und die gemeinsame Elektrode 66 des Elements 100 wird elektrisch mit der Kappe 110 verbunden. Da der leitende Kleber 112 einen Abstand vom piezoelektrischen Element 100 aufweist, wird die Wärme der Kappe 110 zum Zeitpunkt der Erwärmung nicht unmittelbar an das piezoelektrische Element 100 abgeleitet, so daß es beispielsweise möglich ist, den Einfluß der Wärme auf das piezoelektrische Element 100 abzuschwächen.

Die Eingangs- und Ausgangsklemmen 120 und 121 werden mit den externen Anschlußabschnitten 91a und 92a der sich bis zur Rückseite des Montagesub­ strats erstreckenden der ein Muster bildenden Elektroden 91 und 92 durch Löten oder dergleichen verbunden, wodurch es möglich ist, zu verhindern, daß die Eingangs- und Ausgangsklemmen 120 und 121 in enge Nähe zur Kappe 110 gebracht werden. An die Außenfläche der Kappe 110 ist eine Erdungsklemme 122 angelötet, angeschweißt oder mit einem ähnlichen Verfahren daran befestigt. Die Erdungsklemme 122 kann mit der Kappe 110 verbunden werden, bevor die Kappe 110 mit dem Montagesubstrat 90 verklebt wird.

Nach Anschluß der Leitungsklemmen 120 bis 122 wird die Peripherie des Monta­ gesubstrats 90 und der Kappe 110 mit einem Außenüberzug 123 abgedeckt, um dadurch ein vollständiges Produkt zu erzielen.

Im Fall des piezoelektrischen Bauteils der oben beschriebenen Ausführungsform ist die erdungsseitige gemeinsame Elektrode 66 des piezoelektrischen Elements 100 elektrisch über den Draht 100 mit der Kappe 110 verbunden, und die Kappe 110 ist elektrisch mit der Erdungsklemme 122 verbunden, so daß auf dem Monta­ gesubstrat 90 keine Erdungselektrode ausgebildet zu werden braucht und es daher möglich ist, die Größe des Montagesubstrats 90 zu verringern und den Anschlußprozeß zu vereinfachen. Da weiterhin keine Notwendigkeit besteht, die gemeinsame Elektrode 66 des piezoelektrischen Elements 100 an die Erdungse­ lektrode des Montagesubstrats durch einen Draht anzuschließen, ist es möglich, die Probleme auszuschalten, die auf den Höhenunterschied zwischen den be­ treffenden Anschlußstiften zurückzuführen sind, so daß das Herabfallen oder der Bruch des Drahts verhindert und eine Vergrößerung der Kappe vermieden werden kann.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf obige Ausführungsformen.

Während die Eingangs- und Ausgangselektroden des piezoelektrischen Elements bei den obigen Ausführungsformen mittels Teilung in drei Abschnitte durch zwei Nuten ausgebildet werden, können die Elektroden auch mittels Teilung durch eine Nut in zwei Abschnitten ausgebildet werden. In diesem Fall sind die an den Elek­ troden befestigten Trägerorgane nicht zickzackförmig angeordnet, sondern so ausgerichtet, daß sie gegenüber der Längsabmessung des Elements voneinander weg verschoben werden.

Während bei den obigen Ausführungsformen weiterhin die Breite der Mittelelek­ trode, wenn die Eingangs- und Ausgangselektroden des piezoelektrischen Ele­ ments mittels Teilung in drei Abschnitte durch zwei Nuten ausgebildet sind, größer ist als die Breite der beiderseitigen Elektroden, ist es auch möglich, daß die Elek­ troden die gleiche Breite haben. Wenn die Breite der Mittelelektrode jedoch größer ist als die Breite der Elektroden auf beiden Seiten, wie im Fall der obigen Ausfüh­ rungsformen, ist die Breite des an der Mittelelektrode befestigten Trägerorgans ebenfalls relativ groß, so daß durch Verklebung des Elements mit dem Montage­ substrat oder dergleichen eine Verbesserung der Stabilität erreicht und es da­ durch vorteilhafterweise ermöglicht wird, eine Neigung des Elements gegenüber der Längsabmessung zuverlässig zu verhindern.

Anstelle des in Fig. 3 dargestellten piezoelektrischen Elements kann das auf dem piezoelektrischen Bauteil der ersten Ausführungsform (Fig. 1) montierte piezoelektrische Element dasjenige sein, welches in den Fig. 9, 11 oder 12 dargestellt ist. Weiterhin kann es sich bei dem auf dem piezoelektrischen Bauteil der zweiten und dritten Ausführungsform (Fig. 7 und 13) montierte piezoelektri­ sche Element um das in den Fig. 3, 11 oder 12 dargestellte handeln.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ist eine Hauptfläche eines piezo­ elektrischen Substrats entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer ersten und einer zweiten Elektrode versehen, die mittels Teilung durch lineare Nuten entlang der Längenabmessung des Substrats ausgebildet sind, und leitende Trägerorgane sind jeweils in Knotenbereichen der ersten und der zweiten Elektro­ de so befestigt, daß zwischen ihnen ein Abstand gegenüber der Längsabmessung des piezoelektrischen Substrats besteht, und die erste und die zweite Elektrode des piezoelektrischen Elements sind mit den ein bestimmtes Muster bildenden Elektrodenn eines Montagesubstrats mit Hilfe von Trägerorganen verbunden, so daß selbst dann, wenn das piezoelektrische Element in seiner Lage eine gewisse Abweichung aufweist, keine Befürchtung besteht, daß es zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zu einem Kurzschluß kommt, und damit wird es möglich, ein piezoelektrisches Bauteil mit einem hohen Maß an Anschlußzuverlässigkeit zu erzielen.

Da die Trägerorgane außerdem in einer solchen Lage befestigt sind, daß dazwi­ schen ein Abstand gegenüber der Längsabmessung des piezoelektrischen Sub­ strats vorhanden ist, wird der Effekt der Verhinderung einer Neigung des piezo­ elektrischen Elements gegenüber der Längsabmessung verbessert, wenn das piezoelektrische Element an externe Leiter angeschlossen ist, wodurch es mög­ lich wird, die Entstehung eines Kurzschlusses oder die Schwingungsbehinderung durch Herstellung eines Kontakts zwischen dem Endteil des piezoelektrischen Elements und dem Montagesubstrat usw. zu verhindern oder einzuschränken.

Claims (6)

1. Piezoelektrisches Bauteil, bei dem ein im Längsschwingungsmodus arbeiten­ des piezoelektrisches Element (1) an ein bestimmtes Muster bildende Elek­ troden (21-23) montiert ist, die an der Oberfläche eines nichtleitenden Monta­ gesubstrats (20) ausgebildet sind,
bei dem eine Hauptfläche des genannten piezoelektrischen Elements (1) mit einer ersten und einer zweiten Elektrode (4, 5) bestückt ist, die mittels Teilung durch eine in Längsrichtung verlaufende Nut (3) ausgebildet sind,
während die andere Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer dritten Elektrode (7) bestückt ist,
wobei leitende Trägerorgane (6a-c) jeweils in Knotenbereichen so an der er­ sten und der zweiten Elektrode (4, 5) befestigt sind, daß dazwischen ein Ab­ stand (S) gegenüber der Längsabmessung des piezoelektrischen Elements (1) vorhanden ist, und
bei dem die Hauptfläche des piezoelektrischen Elements (1) mit der ersten und der zweiten Elektrode (4, 5) der Oberfläche des Montagesubstrats (20) gegenüberliegt, an dem die ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden (21-23) ausgebildet sind,
während die genannten Trägerorgane (6a-c) mit den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden (21-23) des Montagesubstrats (20) verbunden und dar­ an befestigt sind,
wobei ein nichtleitender Kleber (32) auf dem Abschnitt zwischen eingangssei­ tiger Elektrode (21) und ausgangsseitiger Elektrode (22) aufgetragen ist.

2. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 1, bei dem eine Hauptfläche des genannten piezoelektrischen Elements mit drei Elektroden bestückt ist, die mittels Teilung durch zwei in Längsrichtung verlaufende Nuten ausgebildet sind, und bei dem das leitende Trägerorgan, welches an der ersten, mittels Teilung durch die beiden Nuten ausgebildeten Mittelelektrode befestigt ist, und die an den zweiten Elektroden beiderseits der ersten Elektrode befestigten Trägeror­ gane zickzackförmig angeordnet sind.

3. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem neben den ge­ nannten leitenden Trägerorganen auch nichtleitende Trägerorgane jeweils in Knotenbereichen der ersten und der zweiten Elektrode des genannten piezo­ elektrischen Elements befestigt sind.

4. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Kappe zur Abdeckung des genannten piezoelektrischen Elements mit dem genannten Montagesubstrat verklebt und das Innere der genannten Kappe versiegelt ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauteils, bei dem ein im Längsschwingungsmodus arbeitendes piezoelektrisches Element (1) an ein bestimmtes Muster bildende Elektroden (21-23) montiert ist, die an der Ober­ fläche eines nichtleitenden Montagesubstrats (20) ausgebildet sind, bei dem eine Hauptfläche des genannten piezoelektrischen Elements (1) mit einer er­ sten und einer zweiten Elektrode (4, 5) bestückt ist, die mittels Teilung durch eine in Längsrichtung verlaufende Nut (3) ausgebildet sind, während die ande­ re Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer dritten Elektrode (7) bestückt ist, wobei leitende Trägerorgane (6a-c) so an der ersten und der zweiten Elektrode (4, 5) befestigt sind, daß dazwischen ein Abstand (S) ge­ genüber der Längsabmessung des piezoelektrischen Elements (1) vorhanden ist, wobei das genannte Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Auftragen eines leitenden Klebers auf die ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden (21-23) des genannten Montagesubstrats (20);
Anordnung der Hauptfläche des genannten piezoelektrischen Elements (1) in der Weise, daß die erste und die zweite Elektrode (4, 5) der Oberfläche des genannten Montagesubstrats (20), woran die ein bestimmtes Muster bilden­ den Elektroden (21-23) ausgebildet sind, gegenüberliegen, sowie Verklebung und Befestigung der genannten Trägerorgane mit bzw. an den die ein be­ stimmtes Muster bildenden Elektroden (21-23) des genannten Montagesub­ strats (20) mit Hilfe des leitenden Klebers;
Auftragen eines nichtleitenden Klebers (32) auf den Abschnitt zwischen ein­ gangsseitiger Elektrode (21) und ausgangsseitiger Elektrode (20).

6. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauteils nach Anspruch 5, weiterhin enthaltend den Schritt des Auftragens eines nichtleitenden Klebers zwischen den ein bestimmtes Muster bildenden Elektroden des genannten Montagesubstrats vor Verklebung des genannten piezoelektrischen Elements mit bzw. vor seiner Befestigung an dem genannten Montagesubstrat, wobei das piezoelektrische Element mittels eines leitenden Klebers und eines nicht­ leitenden Klebers mit dem genannten Montagesubstrat verklebt wird.