DE19758033C2

DE19758033C2 - Piezoelektrischer Dickenscherungsresonator

Info

Publication number: DE19758033C2
Application number: DE19758033A
Authority: DE
Inventors: Ryuhei Yoshida; Daisaku Kugo; Jiro Inoue
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2017-12-30
Also published as: JP3262007B2; MY116699A; CN1096717C; DE19758033A1; CN1192085A; JPH10200364A; US5942836A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Dickenscherungsresonator mit einem piezoelektrischen Substrat, einer ersten Elektrode, die sich von einem ersten Ende bis zu einem mittleren Abschnitt einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats erstreckt, und einer zweiten Elektrode, die sich von einem zweiten Ende bis zu dem mittleren Abschnitt einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats erstreckt, wobei Dickenscherungsschwingungen in einem Abschnitt des piezoelektri schen Substrats erzeugt werden, der sich zwischen der ersten und der zweiten Elektro de an dem mittleren Abschnitt des piezoelektrischen Substrats befindet.

Neben der Miniaturisierung von elektronischen Ausrüstungsteilen vor allem bei mobilen Kommunikationsgeräten besteht eine steigende Nachfrage danach, die Größe der Stromversorgungsvorrichtungen, wie z. B. Batterien oder Sekundärelementen, weiter zu verringern. Darüber hinaus besteht auch ein Bedarf nach Oszillatoren, die mit weniger Energie betrieben werden können, damit das Ausrüstungsteil so lange wie möglich ver wendet werden kann. Aber es ist schwierig, den Energieverbrauch bei den im Augen blick erhältlichen Keramikoszillatoren effektiv zu verringern, weil diese Oszillatoren dar auf ausgerichtet sind, bei höheren Frequenzen betrieben zu werden, und die Kapazität zwischen den Anschlüssen bzw. die Lastkapazität verhältnismäßig groß ist.

Als die oben genannte Art von Oszillator wird häufig ein Dickenscherungsresonator mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau verwendet. Der Resonator A ist aus einem dünnen rechteckigen piezoelektrischen Substrat 1 gebildet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Reso nator A ist eine Elektrode 2 so angeordnet, daß sie sich ausgehend von einem Ende bis zu einem mittleren Abschnitt auf einer Oberfläche des Substrats 1 erstreckt. Eine an dere Elektrode 3 ist ebenfalls so angeordnet, daß sie sich von dem anderen Ende bis zu dem mittleren Abschnitt der anderen Oberfläche des Substrats 1 erstreckt. Somit liegen sich die Elektroden 2 und 3 an dem mittleren Abschnitt des piezoelektrischen Substrats 1 entgegengesetzt gegenüber, wodurch die Dickenscherungsschwingungen bewirkt werden.

Die Kapazität C_f zwischen den Anschlüssen des Resonators A, der wie oben beschrie ben aufgebaut ist, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

C_f = ε₀ε_rΔLW/T

wobei ε₀ die Dielektrizitätskonstante des Vakuums angibt, ε_r die relative Dielektrizitäts konstante des Materials für das piezoelektrische Substrat darstellt, ΔL die Länge des sich überlappenden Abschnitts der Elektroden 2 und 3 bezeichnet, W die Breite des piezoelektrischen Substrats 1 angibt, und T die Dicke des Substrats 1 darstellt.

Bei der oben genannten Gleichung wird bei den Elementen, die die Kapazität C_f be stimmen, die Länge ΔL oder die Breite W verringert bzw. die Dicke T vergrößert, um die Kapazität C_f zu verringern. Die Dicke T kann aber nicht ohne weiteres geändert werden, weil eine bestimmte Korrelation zwischen der Dicke T und der Oszillationsfrequenz be steht. Es ist auch nicht leicht, die Länge ΔL zu ändern, weil im allgemeinen ein im we sentlichen festgelegtes Verhältnis ΔL/T zum Verhindern der Ausgabe von Falschan sprechungen aus dem Oszillator benötigt wird. Folglich kann am effektivsten die Breite W verringert werden, um die Kapazität C_f zu reduzieren.

Bei bekannten Oszillatoren, die Dickenscherungsschwingungen ausnützen, wie dies oben beschrieben worden ist, wird der Bereich der Breite W auf die folgende Weise be stimmt. In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 63-206018 wird z. B. ein Oszillator offenbart, der eine Breite W besitzt, die in dem Bereich von 0,8 mm ≦ W ≦ 1,4 mm liegt. Auch in der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 1-171121 ist ein Oszillator offenbart, der eine Breite W besitzt, die in dem Bereich von 0,75 mm ≦ W ≦ 0,90 mm liegt.

Aber selbst bei den Oszillatoren, deren Breiten W in Bereichen liegen, wie sie oben be stimmt worden sind, wird immer noch eine große Menge an Energie benötigt. Folglich ist es notwendig, daß die Breite W noch weiter verringert wird. Durch die Durchführung einer Vielzahl von Versuchen bezüglich des Verhältnisses zwischen der Breite und der Energie, die in den Oszillatoren verwendet werden, die sich die Dickenscherungs schwingungen zunutze machen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Beziehung zwischen der Breite und der Energie entdeckt, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Es sei angemerkt, daß die in Fig. 2 angegebenen Daten unter der Bedingung erzielt worden sind, daß ΔL/T im wesentlichen konstant war.

Fig. 2 zeigt, daß der Stromverbrauch beginnt, stark abzufallen, wenn die Breite W gleich oder kleiner als etwa 0,7 mm wird. Bei den oben beschriebenen Bereichen der Breite W können aber in Abhängigkeit von dem Wert der Breite W Störschwingungen in dem Frequenzband erzeugt werden, die abnormale Oszillationen bewirken, wie dies z. B. der Fall ist, wenn die Oszillationsfrequenz der Oberwellenfrequenz dritter Ordnung oder fünfter Ordnung der Scherschwingungen entspricht. Vor allem besteht bei Oszillatoren, die bei höheren Frequenzen betrieben werden, eine größere Wahrscheinlichkeit, daß größere Falschansprechungen erzeugt werden, wodurch verhindert wird, daß derartige Oszillatoren zur praktischen Anwendung gelangen.

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mit weniger Energie be triebenen piezoelektrischen Dickenscherungsresonator vorzusehen, bei dem Falschan sprechungen verhindert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungs gemäße Lösung besteht darin daß die Breite W des piezoelektrischen Substrats gleich oder kleiner als etwa 0,7 mm ist, und daß entweder die Formeln (1) und (3) oder die Formeln (2) und (3) erfüllt sind:

1. 0 < W < kT/(1 - α)
2. k(2n - 1)T/(1 - α) < W < k(2n + 1)T/(1 - α)
3. 0 < α < (fa - fr)/fa

wobei T die Dicke des piezoelektrischen Substrats bezeichnet, k gleich ½ ist, fa (1 - α) eine Oszillationsfrequenz f_osc

des Resonators bezeichnet, fa eine Antiresonanzfrequenz des Resonators bezeichnet, fr eine Resonanzfrequenz des Resonators bezeichnet, α eine reelle Konstante in einem Bereich von 0 < α < 0,1 ist und n eine positive ganze Zahl ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Bauteil mit dem erfin dungsgemäßen piezoelektrischen Dickenscherungsresonator vorgesehen, das folgen des umfaßt: eine isolierende Montageplatte mit mindestens zwei Befestigungselektro den, die sich zumindest auf einer oberen Fläche der Platte befinden, die oben genannte Art von piezoelektrischem Dickenscherungsresonator, der so auf der Montageplatte montiert ist, daß die erste Elektrode und die zweite Elektrode des Resonators jeweils an den Befestigungselektroden der Montageplatte angeschlossen sind, und eine Abdec kung, die auf der Montageplatte befestigt ist, um den Resonator abzudecken, wobei die Befestigungselektroden der Montageplatte so angeordnet sind, daß sie sich von einer Innenseite bis zu einer Außenseite der Abdeckung erstrecken.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Bauteil mit dem erfin dungsgemäßen piezoelektrischen Dickenscherungsresonator vorgesehen, das folgen des umfaßt: eine isolierende Montageplatte mit mindestens ersten, zweiten und dritten Befestigungselektroden, die sich zumindest auf einer oberen Fläche der Platte befin den, eine Kondensatorvorrichtung, die ein dielektrisches Substrat umfaßt, das zwei ein zelne Elektroden, die auf beiden Seiten einer Hauptfläche des dielektrischen Substrats angeordnet sind, und eine entgegengesetzte Elektrode besitzt, die den einzelnen Elektroden an dem mittleren Abschnitt der anderen Hauptfläche des Substrats entge gengesetzt gegenüberliegt, wobei die Kondensatorvorrichtung auf der Montageplatte so angebracht ist, daß die gegenüberliegende Elektrode der Kondensatorvorrichtung elektrisch mit der zweiten Befestigungselektrode der Montageplatte verbunden ist und die beiden einzelnen Elektroden der Kondensatorvorrichtung elektrisch mit den ersten und dritten Befestigungselektroden der Montageplatte und mit der ersten und der zwei ten Elektrode des Resonators verbunden sind, und eine Abdeckung, die auf der Monta geplatte befestigt ist, um den Resonator und die Kondensatorvorrichtung abzudecken, wobei die ersten, zweiten und dritten Befestigungselektroden der Montageplatte so angeordnet sind, daß sie sich von einer Innenseite bis zu einer Außenseite der Abdec kung erstrecken.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Bauteil mit dem erfin dungsgemäßen piezoelektrischen Dickenscherungsresonator vorgesehen, das folgen des umfaßt: eine Kondensatorvorrichtung, die ein dielektrisches Substrat umfaßt, das länger als der Resonator ist und zwei einzelne Elektroden, die auf beiden Seiten einer ersten Hauptfläche des dielektrischen Substrats angeordnet sind, und eine entgegen gesetzte Elektrode besitzt, die so angeordnet ist, daß sie den beiden einzelnen Elek troden des Kondensators an einem mittleren Abschnitt einer zweiten Hauptfläche des dielektrischen Substrats entgegengesetzt gegenüberliegt, wobei der Resonator an dem mittleren Abschnitt der Hauptfläche der Kondensatorvorrichtung befestigt ist, auf der sich die einzelnen Elektroden befinden, und erste, zweite und dritte Leitungsan schlüsse, von denen jeweils die ersten und zweiten Leitungsanschlüsse in abgestuften Abschnitten angeordnet sind, die durch beide Seitenflächen des Resonators und beide Enden der Kondensatorvorrichtung gebildet werden, und jeweils mit den ersten und zweiten Elektroden des Resonators und mit den einzelnen Elektroden der Kondensa torvorrichtung elektrisch verbunden sind, und von denen der dritte Leitungsanschluß elektrisch mit der gegenüberliegenden Elektrode der Kondensatorvorrichtung verbun den ist.

Die vorliegende Erfindung erzielt die folgenden Vorteile. Die Breite des Resonators wird so eingestellt, daß sie einen vorbestimmten Bereich aufweist, der durch die Beziehung der Breite zu der Dicke, die Konstante α, die Oszillationsfrequenz, die Resonanzfre quenz und die Antiresonanzfrequenz bestimmt wird, wodurch ein Resonator vorgese hen wird, der mit wenig Energie betrieben werden kann und frei von Falschansprechun gen ist. Darüber hinaus ist es unnötig, daß die Breite des Resonators in Abhängigkeit von dem Frequenzbereich variiert wird. Somit kann die gleiche Kondensatorvorrichtung verwendet werden, ohne daß die Lastkapazität für die jeweiligen Frequenzbereiche ge ändert werden müssen, wodurch eine einfache Herstellung des Oszillators vorgesehen wird.

Die oben genannte Aufgabe sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfin dung deutlich, die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wer den. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Dickenscherungsre sonators veranschaulicht,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Breite und dem Energiever brauch des Resonators von Fig. 1 veranschaulicht,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke und der Breite des Resonators von Fig. 1 veranschaulicht,

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung, die eine Resonator vorrichtung veranschaulicht, die in einem oberflächenmontierbaren Oszillator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 5 eine Darstellung der Ober- und Unterseiten der Resonatorvorrichtung,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Resonatorvor richtung, die in einem oberflächenmontierbaren, einen Lastkondensator ent haltenden Oszillator gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung verwendet wird,

Fig. 7 eine Darstellung der Vorder- und Rückseiten einer Kondensatorvorrichtung, und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, die eine Resonatorvorrichtung veranschaulicht, die in einem Oszillator der Art mit Leitungsanschlüssen und einem Bela stungskondensator gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung verwendet wird.

Bevor die vorliegende Erfindung genauer beschrieben werden wird, wird zuerst das Prinzip der Erfindung erläutert.

Wenn in dem Frequenzband eine Welligkeit erzeugt wird, wird dies von der Tatsache aus betrachtet, daß die Schallgeschwindigkeit festgelegt ist, daß die Frequenzkonstante der Dickenscherungsschwingungen im wesentlichen der Frequenzkonstante der Stör schwingungen entspricht, die aufgrund der festgelegten Breite W des Oszillators er zeugt werden. Es ist aber in Betracht zu ziehen, daß die Schwingungen, die aufgrund der festgelegten Breite W erzeugt werden, höhere Oberschwingungen ungerader Ord nung enthalten, wie z. B. die der dritten und der fünften Ordnung. Die in dem Band er zeugte Welligkeit hat einen ungünstigen Einfluß zur Folge, wenn die Frequenz (2n + 1) fa', die aufgrund der festgelegten Breite W erzeugt worden ist, im wesentlichen mit der Oszillationsfrequenz f_osc zusammenfällt. Damit der ungünstige Einfluß der Welligkeit beseitigt werden kann, ist es folglich notwendig, daß beide der folgenden Formeln (4) und (5) gültig bleiben. Es sei angemerkt, daß fa' die Antiresonanzfrequenz der Stör schwingungen bezeichnet, und n der ungeradzahligen Ordnung der Störschwingungen entspricht, die die Dickenscherungsschwingungen überlagern, zum Beispiel entspricht n = 0 der Störschwingung (Breitenstörschwingung) erster Ordnung, n = 1 gehört zu der Störschwingung dritter Ordnung, und n = 2 entspricht der Störschwingung fünfter Ord nung. Die Oszillationsfrequenz f_osc liegt zwischen der Resonanzfrequenz fr und der Anti resonanzfrequenz fa der Scherschwingungen, d. h. also, daß fr ≦ f_osc ≦ fa ist. Wenn eine Konstante α so festgelegt wird, daß die Oszillationsfrequenz f_osc durch eine Frequenz dargestellt wird, die um einen Betrag von gleich fa × 2 niedriger ist als die Antireso nanzfrequenz fa, dann kann die oben beschriebene Beziehung zwischen der Oszilla tionsfrequenz f_osc und der Antiresonanzfrequenz fa durch die folgenden Formeln (6) und (7) angegeben werden.

1. Wfa' = k fa T
2. (2n + 1)fa' ≦ f_osc
3. f_osc = fa(1 - α)
4. 0 < α < (fa - fr)/fa

Bei dem obigen Ausdruck (4) gibt T die Dicke des piezoelektrischen Substrats an und k bezeichnet die Konstante, die durch die Charakteristiken der Welle bestimmt wird, zum Beispiel ist k gleich ½, wenn die Longitudinalwelle erzeugt wird, und k ist 1, wenn die Transversalwelle erzeugt wird. Da bei der vorliegenden Erfindung die Longitudinalwelle verwendet wird, ist die Konstante k gleich ½.

Die oben genannten Formeln (4) bis (6) werden so abgeändert, daß sie durch die For mel (8) dargestellt werden können.

1. W ≦ k(2n + 1)T/(1 - α)

Außerdem kann die Formel (8) durch die Ungleichung (9) dargestellt werden.

1. k(2n - 1)T/(1 - α) < W < k(2n + 1)T/1 - α)

Bei der Formel (9) bezeichnet n eine positive ganze Zahl einschließlich 0. Wenn n aber 0 darstellt, dann wird die linke Seite der Formel mit einem negativen Wert angezeigt. Somit wird die folgende Formel nur verwendet, wenn n für 0 steht.

1. 0 < W < kT/(1 - α)

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben verschiedene Analysen und Studien über das Auftreten von Falschansprechungen durchgeführt, die in dem Dickensche rungsresonator erzeugt werden, wenn die Breite W des in dem Resonator verwendeten piezoelektrischen Substrats variiert wurde. Durch die oben genannten Versuche und Studien ist entdeckt und verifiziert worden, daß im wesentlichen keine Falschanspre chung erzeugt wird, die ungünstige Einflüsse auf die Oszillation in dem Frequenzband hat, wenn beide Bedingungen, die durch die Formeln (9) und (7) oder die Formeln (10) und (7) angegeben sind, erfüllt werden.

Darüber hinaus kann die Beziehung zwischen der Oszillationsfrequenz f_osc und der Anti resonanzfrequenz fa in Anbetracht der Temperaturcharakteristiken, einer Schwankung der Lastkapazität und einer äußeren Struktur des Oszillators im Hinblick auf eine prakti sche Anwendbarkeit vorzugsweise mit einem α-Bereich von 0 < α < 0,1 angegeben werden.

Wenn die oben genannten Formeln wie oben beschrieben erfüllt werden, dann kann die Welligkeit, die die Oszillation ungünstig beeinflußt, im wesentlichen beseitigt werden.

Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Breite W und der Dicke T des Reso nators, die durch die Formeln (1) und (2) angegeben ist. Es sei angemerkt, daß α vor zugsweise in dem folgenden Bereich liegt: 0 < α < 0,1. Die in Fig. 3 schraffiert darge stellten Abschnitte geben die Bereiche an, in denen der Oszillator aufgrund der er zeugten Falschansprechungen nicht verwendet werden kann. Die jeweiligen Bereiche entsprechen den Ordnungen der Störschwingungen, wobei n jeweils für 0, 1, 2, 3, 4, 5 steht.

Wenn z. B. ein Oszillator verwendet wird, der mit 8 MHz betrieben werden kann, dann liegt die Dicke T des piezoelektrischen Substrats etwa bei 150 µm. Demgemäß ist in Fig. 3 gezeigt, daß die Breite W des Substrats andere Werte aufweisen sollte als die Breiten von etwa 0,08 mm, 0,23 mm, 0,39 mm, 0,54 mm, 0,70 mm und 0,86 mm. Die Mittelwerte der Breiten, in denen der Oszillator verwendet werden kann, können durch die folgende Gleichung bestimmt werden.

W = nT/(1 - α)

Genauer gesagt umfassen die Mittelwerte der verwendbaren Breiten bei diesem Bei spiel die Werte 0,15 mm, 0,31 mm, 0,47 mm, 0,62 mm und 0,78 mm. Bei den von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen wurden die gewünsch ten Charakteristiken erhalten, wenn die Breite W in der Nähe der oben genannten Wer te festgelegt wurde. In der praktischen Verwendung wird der Vorteil der vorliegenden Erfindung effektiv dann erreicht, wenn die Oszillationsfrequenz f_osc gleich oder größer als 3 MHz ist.

Fig. 2 offenbart, daß die Breite des Substrats gleich oder kleiner als etwa 0,7 mm sein sollte, damit ein mit niedriger Energie betriebener Oszillator erhalten wird. Andererseits wird es durch extrem kleine Breiten W schwierig, das piezoelektrische Substrat maschi nell zu bearbeiten, zu ummanteln und zu montieren. Im Augenblick muß die Breite W mindestens etwa 0,3 mm betragen, damit man eine ausreichende Festigkeit erhält, die zum Bearbeiten des Substrats notwendig ist. Somit wird durch verschiedene Versuche und Studien, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vorgenommen worden sind, ein Resonator erhalten, der leicht maschinell zu bearbeiten und leicht zu montie ren ist und der eine welligkeitsfreie Impedanzkurve besitzt, wenn die Abmessungen des Substrats in den folgenden Bereichen festgelegt werden.

ΔL = 1,1 mm

W = 0,47 mm

Die vorliegende Erfindung wird nun durch Veranschaulichung der bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert.

Fig. 4 veranschaulicht eine Resonatorvorrichtung A, die in einem oberflächenmontierba ren Oszillator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der in Fig. 4 gezeigte Oszillator ist aus einer Montageplatte 10, einer Resonator vorrichtung A und einer Abdeckung 15 aufgebaut. Die Montageplatte 10 ist aus einer dünnen Isolierplatte gebildet, die aus einer Aluminiumoxidkeramik oder einem Glas epoxidharz hergestellt ist, und zwei bandartige Befestigungselektroden 11 und 12 sind auf der Oberseite und der Unterseite der Platte 10 vorgesehen. Die Enden der Elektro den 11 und 12 erstrecken sich jeweils bis zu Durchgangsvertiefungen 10a, die sich in beiden Kanten der Platte 10 befinden, und sind elektrisch mit den Befestigungselektro den (nicht gezeigt), die auf der unteren Fläche der Platte 10 angeordnet sind, durch Elektroden verbunden, die in den jeweiligen Durchgangsvertiefungen 10a angeordnet sind.

Die Resonatorvorrichtung A ist auf den Elektroden 11 und 12 mit Hilfe von Verbin dungsmaterialien 13 und 14 befestigt, die sowohl leitende als auch klebende Funktio nen besitzen, wie z. B. ein leitender Kleber oder ein leitendes Lötmittel. Ein Schwin gungsraum ist aufgrund der Dicke der Verbindungsmaterialien 13 und 14 sicher zwi schen der Resonatorvorrichtung A und der Platte 10 vorgesehen. Wie in Fig. 5 veran schaulicht ist, können sich die Enden 2a und 3a der jeweiligen Elektroden 2 und 3 der Vorrichtung A zum zuverlässigen Verbinden der Resonatorvorrichtung A mit den Elek troden 11 und 12 der Platte 10 vorzugsweise über beide Seitenflächen oder Endflächen des piezoelektrischen Substrats 1 bis zu den Oberflächen erstrecken, die den Oberflä chen gegenüberliegen, die mit den Elektroden 2 und 3 des piezoelektrischen Substrats 1 versehen sind. In diesem Fall werden die leitenden Klebstoffe 13 und 14 auf die Platte 10 z. B. durch Aufdrucken aufgebracht, damit sie eine bestimmte Dicke aufweisen, und dann wird die Resonatorvorrichtung A mit der Platte 10 verbunden, wodurch auf einfa che und zuverlässige Weise eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 2 und 3 der Vorrichtung A und den Befestigungselektroden 11 und 12 erzielt wird.

Die Abdeckung 15 wird mit einem Kleber 16 auf der Platte 10 festgeklebt, um die Reso natorvorrichtung A abzudecken. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 15 durch Tiefziehen eines Metallblechs zu einer "U"-Form im Längsquerschnitt hergestellt worden, aber sie kann auch durch Gesenkdrücken oder durch Druckgießen hergestellt werden. Im Hinblick auf die Hitzebeständigkeit und die chemische Beständigkeit kann als der Kleber 16 ein Epoxidkleber, ein Epoxidacrylatkleber oder ein Silikonkleber ver wendet werden, und in Anbetracht der Verbundwirkung mit der Abdeckung 15 und den Kosten wird vorzugsweise vor allem der Epoxidkleber verwendet. Nachdem die Boden fläche der Abdeckung 15 mit dem Kleber 16 durch Übertragung bestrichen worden ist, wird sie auf die Platte 10 aufgeklebt und der Kleber 16 härtet aus, wodurch die Innen seite der Abdeckung 15 problemlos abgedichtet wird.

Da die Breite der Resonatorvorrichtung A, die gemäß der vorliegenden Erfindung auf gebaut ist, minimal ist, kann auch die Breite des oberflächenmontierbaren Oszillators, in dem die Resonatorvorrichtung A eingebaut ist, verkleinert werden. Außerdem wird bei diesem Oszillator nur eine kleine Menge an Energie benötigt, wodurch man miniaturi sierte mobile Kommunikationseinrichtungen erhält, die mit niedrigerer Energie betrieben werden können.

Fig. 6 veranschaulicht die Resonatorvorrichtung A, die bei einem oberflächenmontierba ren Oszillator gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in dem eine Lastkapazität integriert ist. Dieser Oszillator wird in einem Colpitts-Schwingkreis verwendet und umfaßt eine Resonatorvorrichtung A und zwei Kondensatoren.

Eine Montageplatte 20, die aus einer Aluminiumoxidkeramik hergestellt ist, besitzt drei Befestigungselektroden 21, 22 und 23 an beiden Endabschnitten und in dem mittleren Abschnitt der Ober- und Unterseiten der Platte 20. Die Endabschnitte der Elektroden 21, 22 und 23 erstrecken sich bis zu Durchgangsvertiefungen 20a, 20b und 20c, die jeweils an beiden Kanten der Elektroden 21, 22 und 23 vorgesehen sind, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 21, 22 und 23, die auf der Oberseite vorgesehen sind, und den Elektroden hergestellt wird, die auf der Unterseite der Platte 20 ausgebildet sind. Eine rahmenartige Isolierschicht 24, die eine Form und einen Ab schnitt aufweist, die denen des Haftabschnitts einer Abdeckung 50 entsprechen, besitzt eine gewisse Dicke und wird auf den Elektroden 21, 22 und 23 der Platte 20 ange ordnet.

Mit Hilfe von folienähnlichen leitenden Materialien 25, 26 und 27, die sowohl leitende als auch klebende Funktionen besitzen, wie z. B. ein leitender Kleber, werden die Resona torvorrichtung A und eine Kondensatorvorrichtung 30, die integral miteinander laminiert sind, auf der Platte 20 festgeklebt. Die Kondensatorvorrichtung 30 umfaßt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, ein dielektrisches Substrat (z. B. ein Keramiksubstrat) 31, das die gleiche Länge und Breite wie die Resonatorvorrichtung A aufweist. Zwei einzelne Elektroden 32 und 33 erstrecken sich von beiden Enden bis zu dem mittleren Abschnitt der Oberseite der Vorrichtung 30, und eine entgegengesetzte Elektrode 34 ist so angeordnet, daß sie den einzelnen Elektroden 32 und 33 an dem mittleren Abschnitt der Unterseite der Vor richtung 30 gegenüberliegt. Zwei Kondensatoren sind durch die gegenüberliegenden Abschnitte gebildet, die von der entgegengesetzten Elektrode 34 und den jeweiligen einzelnen Elektroden 32 und 33 gebildet werden. Teilabschnitte 32a und 33a der ein zelnen Elektroden 32 und 33 sind jeweils an beiden Enden der Vorrichtung 30 vorgese hen, so daß sie sich über die Seiten- oder Endflächen des dielektrischen Substrats 31 bis zu der Unterseite der Vorrichtung 30 erstrecken.

Die Unterseite der Resonatorvorrichtung A und die Oberseite der Kondensatorvorrich tung 30 sind an beiden Enden der Vorrichtungen A und 30 durch die Verbindungsmate rialien 40 und 41 miteinander verbunden, die sowohl leitende als auch klebende Funk tionen aufweisen, wie z. B. ein leitender Kleber. Genauer gesagt sind die Elektroden 2 und 3, die sich auf der Unterseite der Resonatorvorrichtung A befinden, jeweils elek trisch mit den Elektroden 32 und 33 verbunden, die sich auf der Oberseite der Konden satorvorrichtung 30 befinden. Darüber hinaus ist ein Schwingungsraum zwischen dem schwingenden Abschnitt der Resonatorvorrichtung A und der Kondensatorvorrichtung 30 aufgrund der Dicke der Materialien 40 und 41 gebildet. Es sei angemerkt, daß die Dämpfungsmaterialien 42 und 43 für die Frequenzeinstellungen, z. B. Kunststoff, auf beide Enden der Unterseite der Resonatorvorrichtung A aufgebracht werden.

Die Resonatorvorrichtung A und die Kondensatorvorrichtung 30, die einstückig mitein ander laminiert sind, wie oben besprochen worden ist, werden auf der Platte 20 durch das Aufbringen der folienartigen leitenden Materialien 25, 26 und 27 auf der Konden satorvorrichtung 30 befestigt, so daß die einzelnen Elektroden 32 und 33 der Konden satorvorrichtung 30 elektrisch und physikalisch jeweils mit den Befestigungselektroden 21 und 22 verbunden sind, die auf der Platte 20 vorgesehen sind, und die gegenüber liegende Elektrode 34 ist mit der Befestigungselektrode 23 verbunden. Auf Grund der Teilelektroden 32a und 33a, die sich an beiden Enden der Unterseite der Kondensator vorrichtung 30 befinden und elektrisch jeweils mit den einzelnen Elektroden 32 und 33 verbunden sind, können die einzelnen Elektroden 32 und 33 mit Hilfe der leitenden Materialien 25 und 26 zuverlässig und sicher jeweils mit den Elektroden 21 und 22 auf der Platte 20 verbunden werden.

Ein integraler Aufbau der Resonatorvorrichtung A und der Kondensatorvorrichtung 30 kann ohne weiteres hergestellt werden, indem z. B. eine Grundplatte, auf der sich die Resonatorvorrichtung A befindet, mit einer Grundplatte verbunden wird, die die Kon densatorvorrichtung 30 aufweist, die die Materialien 40 und 41 umfaßt, und indem die integrierte Struktur auf die gewünschte Größe der Vorrichtung zugeschnitten wird.

Eine Abdeckung 50 ist auf der Platte 20 durch einen Kleber 51 befestigt, um die Reso natorvorrichtung A und die Kondensatorvorrichtung 30 abzudecken. Für die Abdeckung 50 wird ein Material verwendet, das dem der Abdeckung 15, die in dem vorhergehen den, in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ähnlich ist. Der Kleber 51 umfaßt ebenfalls ein Material der Art, das dem entspricht, das bei dem in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel diskutiert worden ist. Nachdem die Bodenflä che der Abdeckung 50 mit dem Kleber 51 durch Übertragen überzogen worden ist, wird die Abdeckung 50 auf der Isolierschicht 42 festgeklebt, und der Kleber 51 härtet aus.

Obwohl bei den oben genannten Ausführungsbeispielen die Kondensatoren durch die Kondensatorvorrichtung 30 gebildet werden, können Kondensatoren in der folgenden Art und Weise auch direkt auf der Montageplatte 20 vorgesehen werden. Kondensator elektroden können auf der Montageplatte 20 angeordnet werden, auf der eine dielektri sche Schicht aufgebracht sein kann, und dann können die Kondensatorelektroden au ßerdem auch auf der dielektrischen Schicht angeordnet werden.

Fig. 8 veranschaulicht eine Resonatorvorrichtung A, die in einem Oszillator der Lei tungsanschlußart, in dem ein Lastkondensator integriert ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In Fig. 8 ist eine Kon densatorvorrichtung 60 und Leitungsanschlüsse 70, 71 und 72 gezeigt. Obwohl bei die sem Ausführungsbeispiel runde stabförmige Leitungsanschlüsse verwendet werden, können auch flache Leitungsanschlüsse verwendet werden.

Bei der Kondensatorvorrichtung 60 sind zwei einzelne Elektroden 62 und 63 an beiden Enden der einen Hauptfläche eines dielektrischen Substrats 61 vorgesehen, das z. B. aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, während eine gegenüberliegende Elektrode 64, die den einzelnen Elektroden 62 und 63 entgegengesetzt gegenüberliegt, an dem mittleren Abschnitt der anderen Hauptfläche des Substrats 61 vorgesehen ist. Das Vor sehen von Teilelektroden, die elektrisch mit den einzelnen Elektroden auf der Unterseite des Substrats 61 verbunden sind, wie z. B. diejenigen, die in Fig. 7 veranschaulicht sind, können bei der Kondensatorvorrichtung 60 weggelassen werden. Obwohl die Breite der Kondensatorvorrichtung 60 gleich der Breite der Resonatorvorrichtung A ist, ist die Länge der Kondensatorvorrichtung 60 länger als die Länge der Resonatorvorrichtung A, und die Resonatorvorrichtung A ist mit einem leitenden Kleber (nicht gezeigt) an dem mittleren Abschnitt der Hauptfläche der Kondensatorvorrichtung 60 angeklebt, auf der sich die einzelnen Elektroden 62 und 63 befinden. Folglich sind die auf der Resonator vorrichtung A vorgesehenen Elektroden 2 und 3 elektrisch jeweils mit den einzelnen Elektroden 62 und 63 verbunden. Ein vorbestimmter Schwingungsraum ist durch die Verbindungsmaterialien, wie sie oben im Hinblick auf andere Ausführungsbeispiele be schrieben worden sind, zuverlässig zwischen dem mittleren Abschnitt der Resonator vorrichtung A und der Kondensatorvorrichtung 60 vorgesehen.

Die vorderen Enden der drei Leitungsanschlüsse 70, 71 und 72 werden etwas flachge drückt, und die vorderen Enden der Leitungsanschlüsse 70 und 71 werden auf beiden Seiten in abgestuften Abschnitten angeordnet und festgelötet, die durch die beiden Seitenflächen der Resonatorvorrichtung A und die beiden Enden der Kondensatorvor richtung 60 gebildet werden. Die abgestuften Abschnitte ergeben sich aus dem Län genunterschied zwischen dem Resonator A und der Kondensatorvorrichtung 60. Das Lötmittel auf einer Seite deckt den Leitungsanschluß 70, die Elektrode 2 der Resona torvorrichtung A und die einzelne Elektrode 62 der Kondensatorvorrichtung 60 ab, wo durch diese drei Elemente sicher miteinander verbunden werden. Das Lötmittel auf der anderen Seite deckt den Leitungsanschluß 71, die Elektrode 3 der Resonatorvorrich tung A und die einzelne Elektrode 63 der Kondensatorvorrichtung 60 ab, wodurch diese drei Elemente zuverlässig miteinander verbunden werden. Außerdem ist der mittlere Leitungsanschluß 72 mit der entgegengesetzten Elektrode 64 der Kondensatorvor richtung 60 verlötet.

Wie oben beschrieben worden ist, hat das Lötmittel die Funktion, den Leitungsanschluß 70, die Elektrode 2 der Resonatorvorrichtung A und die einzelne Elektrode 62 der Kon densatorvorrichtung 60 zu verbinden und auch getrennt davon den Leitungsanschluß 71, die Elektrode 3 und die einzelne Elektrode 63 miteinander zu verbinden. Demge mäß kann anstelle eines leitenden Klebers auch ein isolierender Kleber verwendet wer den, um die Resonatorvorrichtung A mit der Kondensatorvorrichtung 60 zu verbinden. Die Resonatorvorrichtung A, die Kondensatorvorrichtung 60 und die vorderen Enden der Leitungsanschlüsse 70, 71 und 72 sind mit einem Tauchkunststoff oder einem Kunststoffgehäuse ummantelt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die Kondensatorvorrichtung 60 nicht nur als ein Schaltungselement, sondern auch als eine Verstärkungsplatte für die Resonatorvor richtung A. Somit kann die Kondensatorvorrichtung 60 die Resonatorvorrichtung A vor dem Zerbrechen schützen, selbst wenn die Breite der Resonatorvorrichtung A minimal ist.

Ein Oszillator der zusammengesetzten Art, der durch die Kombination aus Resonator vorrichtung A und Kondensatorvorrichtung 60 gebildet ist, ist in dem Ausführungsbei spiel erläutert worden, das in Fig. 8 veranschaulicht ist. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf die oben genannte Art beschränkt, und es kann einfach eine Verstär kungsplatte anstatt der Kondensatorvorrichtung 60 verwendet werden. In diesem Fall wird der mittlere Leitungsanschluß 72 einfach weggelassen, da die vorliegende Erfin dung als ein Zweipol-Oszillator ohne einen Lastkondensator verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele begrenzt. Als das piezoelektrische Substrat, das für den Resonator verwendet wird, kann anstelle eines Keramiksubstrats, das z. B. aus PZT oder PbTiO₃ hergestellt ist, ein Einkristall substrat verwendet werden, das z. B. aus LT oder LN oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung in bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele be schrieben worden ist, werden den Fachleuten auf diesem Gebiet viele andere Variatio nen und Abwandlungen und andere Verwendungen offensichtlich sein. Deshalb wird die spezielle Offenbarung in der Erfindung vorzugsweise nur durch die anhängenden An sprüche begrenzt.

Claims

1. Piezoelektrischer Dickenscherungsresonator mit
einem piezoelektrischen Keramikubstrat (1),
einer ersten Elektrode (2), die sich von einem ersten Ende bis zu einem mittle ren Abschnitt einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Keramiksubstrats (1) erstreckt, und
einer zweiten Elektrode (3), die sich von einem zweiten Ende bis zu dem mittleren Abschnitt einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Kera miksubstrats (1) erstreckt, wobei Dickenscherungsschwingungen in einem Abschnitt des piezoelektrischen Substrats erzeugt werden, der sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (2, 3) an dem mittleren Abschnitt des piezoelektrischen Keramiksubstrats (1) befindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite W des piezoelektrischen Keramiksubstrats (1) gleich oder klei ner als etwa 0,7 mm ist und daß entweder die Formeln (a) und (c) oder die Formeln (b) und (c) erfüllt sind:

a) 0 < W < kT/(1 - α)
b) k(2n - 1)T/(1 - α) < W < k(2n + 1)T/(1 - α)
c) 0 < α < (fa - fr)/fa

wobei T die Dicke des piezoelektrischen Substrats bezeichnet, k gleich ½ ist, fa (1 - α) eine Oszillationsfrequenz f_osc des Resonators bezeichnet, fa eine Anti resonanzfrequenz des Resonators bezeichnet, fr eine Resonanzfrequenz des Resonators bezeichnet, α eine reelle Konstante in einem Bereich von 0 < α < 0,1 ist, und n eine positive ganze Zahl ist.

2. Elektronisches Bauteil mit einem piezoelektrischen Dickenscherungsresonator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine isolierende Montageplatte (10) mit mindestens zwei Befestigungselektro den (11, 12), die zumindest auf einer oberen Fläche der Platte (10) angeord net sind, wobei der piezoelektrische Dickenscherungsresonator so auf der Montageplatte (10) angebracht ist, daß die erste Elektrode (2) und die zweite Elektrode (3) des Resonators jeweils an den Befestigungselektroden (11, 12) der Montageplatte angeschlossen sind, und eine Abdeckung (15), die auf der Montageplatte (10) befestigt ist, um den Resonator abzudecken, wobei die Befestigungselektroden (11, 12) der Montageplatte (10) so angeordnet sind, daß sie sich von einer Innenseite bis zu einer Außenseite der Abdeckung (15) erstrecken.

3. Elektronisches Bauteil mit einem piezoelektrischen Dickenscherungsresonator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine isolierende Montageplatte (20) mit mindestens ersten, zweiten und dritten Befestigungselektroden (21, 22, 23), die zumindest auf einer oberen Fläche der Platte (20) angeordnet sind,
eine Kondensatorvorrichtung (30), die ein dielektrisches Substrat umfaßt, das zwei einzelne Elektroden (32, 33), die auf beiden Seiten einer Hauptfläche des dielektrischen Substrats angeordnet sind, und eine entgegengesetzte Elektrode (34) besitzt, die so angeordnet ist, daß sie den beiden einzelnen Elektroden (32, 33) an einem mittleren Abschnitt der anderen Hauptfläche des dielektrischen Substrats entgegengesetzt gegenüberliegt, wobei die Konden satorvorrichtung (30) auf der Montageplatte (20) so angebracht ist, daß die gegenüberliegende Elektrode (34) der Kondensatorvorrichtung (30) elektrisch mit der zweiten Befestigungselektrode (22) der Montageplatte (20) verbunden ist und die beiden einzelnen Elektroden (32, 33) der Kondensatorvorrichtung (30) elektrisch mit den ersten und dritten Befestigungselektroden (21, 23) der Montageplatte (20) und mit der ersten und der zweiten Elektrode (2, 3) des Resonators verbunden sind, und
eine Abdeckung (50), die auf der Montageplatte (20) befestigt ist, um den Re sonator und die Kondensatorvorrichtung (30) abzudecken, wobei die ersten, zweiten und dritten Befestigungselektroden (21, 22, 23) der Montageplatte so angeordnet sind, daß sie sich von einer Innenseite bis zu einer Außenseite der Abdeckung (50) erstrecken.

4. Elektronisches Bauteil mit einem piezoelektrischen Dickenscherungsresonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine Kondensatorvorrichtung (60), die ein dielektrisches Substrat (61) umfaßt, das länger als der Resonator ist und zwei einzelne Elektroden (62, 63), die auf beiden Seiten einer ersten Hauptfläche des dielektrischen Substrats (61) an geordnet sind, und eine entgegengesetzte Elektrode (64) besitzt, die so ange ordnet ist, daß sie den beiden einzelnen Elektroden (62, 63) der Kondensator vorrichtung an einem mittleren Abschnitt einer zweiten Hauptfläche des die lektrischen Substrats (61) entgegengesetzt gegenüberliegt, wobei der Reso nator an dem mittleren Abschnitt der Hauptfläche der Kondensatorvorrichtung (60) befestigt ist, auf der die einzelnen Elektroden (62, 63) angeordnet sind, und
erste, zweite und dritte Leitungsanschlüsse (70, 71, 72), von denen jeweils die ersten und zweiten Leitungsanschlüsse (70, 71) in abgestuften Abschnitten angeordnet sind, die durch beide Seitenflächen des Resonators und beide Enden der Kondensatorvorrichtung (60) gebildet werden und jeweils elektrisch mit den ersten und zweiten Elektroden (2, 3) des Resonators und mit den ein zelnen Elektroden (62, 63) der Kondensatorvorrichtung (60) verbunden sind, und von denen der dritte Leitungsanschluß (72) elektrisch mit der gegenüber liegenden Elektrode (64) der Kondensatorvorrichtung (60) verbunden ist.