DE19854699B4

DE19854699B4 - Piezoelektrischer Resonator

Info

Publication number: DE19854699B4
Application number: DE19854699A
Authority: DE
Inventors: Masaya Wajima
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: CN1219027A; US6525449B1; DE19854699A1; JPH11168343A; CN1147941C

Abstract

Piezoelektrischer Resonator, der eine harmonische Oberschwingung im Dickendehnungsmodus nutzt, mit
einem piezoelektrischen Substrat (2, 22), das eine erste Hauptfläche (2a, 22a) und eine zweite Hauptfläche (2d, 22c) hat;
einer ersten bzw. einer zweiten Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a), die partiell auf der ersten Hauptfläche (2a, 22a) bzw. der zweiten Hauptfläche (2d, 22c) des piezoelektrischen Substrats so liegen, daß sich die erste und zweite Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a) durch das piezoelektrische Substrat (2, 22) getrennt gegenüberliegen;
einer ersten bzw. einer zweiten Leitelektrode (3b, 23b; 4b, 26), die mit der ersten bzw. zweiten Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a) verbunden sind und sich jeweils zu Kanten (2b, 22b; 2e, 22d) des piezoelektrischen Substrats (2, 22) erstrecken;
einer ersten bzw. einer zweiten Anschlußelektrode (5, 25; 6, 26), die mit der ersten bzw. zweiten Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a) verbunden sind und sich jeweils entlang Kanten (2b, 22b; 2e,...

Description

Diese Erfindung befaßt sich mit im Dickendehnungsschwingungsmodus schwingenden piezoelektrischen Resonatoren, die eine harmonische Welle im Dickendehnungsschwingungsmodus ausnutzen und insbesondere mit einem in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonator, der die durch die Grundschwingung verursachten parasitären Resonanzen durch eine verbesserte Elektrodenform unterdrückt.
Ein piezoelektrischer Resonator, der eine harmonische Welle oder Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus nutzt, ist als im MHz-Bereich schwingender piezoelektrischer Resonator bekannt, der zur Erzeugung eines Taktsignals für Mikrocomputer verwendet wird. Da dieser piezoelektrische Resonator eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus nutzt, erzeugt die durch die Grundschwingung bei der Vibration in Dickenrichtung verursachte Resonanz eine störende parasitäre Resonanz. Deshalb werden dringend Wege gesucht, diese durch die Grundschwingung verursachte parasitäre Resonanz zu unterdrücken.

In der ungeprüften japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 4-216208 wird ein piezoelektrischer Resonator beschrieben, der die dritte Oberwelle im Dickendeh nungsschwingungsmodus nutzt und der durch die Anwendung schwimmender Elektroden die durch die Grundschwingung verursachte parasitäre Resonanz unterdrücken kann.

In 15 ist der Aufbau des in der obigen Patent-Offenlegungsschrift beschriebenen piezoelektrischen Resonators gezeigt. Bei diesem piezoelektrischen Resonator 61 liegt eine Vibrationselektrode 63 in der Mitte der ersten Hauptfläche eines rechtwinkligen piezoelektrischen Substrats 62 und eine Vibrationselektrode 64 in der Mitte der zweiten Hauptfläche desselben. Die Vibrationselektroden 63 und 64 liegen einander, getrennt durch das dazwischenliegende piezoelektrische Substrat 62, gegenüber.

Die Vibrationselektrode 63 ist durch eine Leitelektrode 65a elektrisch mit einer Anschlußelektrode 65b verbunden, die sich längs der Kante an einer kurzen Seite des piezoelektrischen Substrats 62 erstreckt. Die Vibrationselektrode 64 ist durch eine auf der zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats 62 liegende Leitelektrode 66a elektrisch mit einer längs einer Kante an der anderen kurzen Seite des Substrats liegenden Anschlußelektrode 66b verbunden.

Ein Paar schwimmender Elektroden 67a und 67b liegen auf der ersten Hauptfläche an den langen Seiten des piezoelektrischen Substrats 62, und ein auf der zweiten Hauptfläche liegendes schwimmendes Elektrodenpaar 67a und 67b liegt getrennt durch das piezoelektrische Substrat 62 dem schwimmenden Elektrodenpaar 67a und 67b gegenüber.

Bei dem piezoelektrischen Resonator 61 bildet der Teil, wo sich die Vibrationselektroden 63 und 64 gegenüberliegen, einen Schwingungsabschnitt, und die dritte Oberwelle im Dickendehnungsmodus wird im Schwingungsabschnitt eingefangen. Die Grundwelle wird vom Schwingungsabschnitt zu dem diesen umgebenden Bereich übertragen. Durch mechanische Belastung und piezoelektrische Kurzschlußeffekte der schwimmenden Elektroden 67a–67d absorbieren die Teile, wo sich die schwimmenden Elektroden 67a–67d befinden, die Vibrationsenergie der Grundwelle, und dadurch wird die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz unterdrückt.

Da die schwimmenden Elektroden 67a–67d auf beiden Seiten des Schwingungsabschnitts vorgesehen sein müssen und sich in Richtung zu den kurzen Seiten des piezoelektrischen Substrats 62 erstrecken, läßt sich der piezoelektrische Resonator 61 wegen der Abschnitte, wo die schwimmenden Elektroden 67a–67d liegen, nicht kompakt genug herstellen. Da die schwimmenden Elektroden 67a–67d groß sein müssen, um die Grundwelle zu den Abschnitten zu leiten, wo sich die schwimmenden Elektroden 67a–67d befinden, ist es sehr schwierig, eine durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz zu unterdrücken und gleichzeitig den piezoelektrischen Resonator 61 kompakt herzustellen.

DE 196 07 499 A1 beschreibt einen piezoelektrischen Resonator, der eine harmonische Oberschwingung im Dickendehnungsmodus ausnutzt und ein piezoelektrisches Substrat mit einer ersten und zweiten Hauptfläche aufweist. Erste und zweite Anregungselektroden sind auf der ersten und zweiten Hauptfläche derart vorgesehen, daß sie sich durch das piezoelektrische Substrat getrennt gegenüberliegen. Weiterhin sind erste und zweite Leitelektroden vorgesehen, die mit den ersten bzw. zweiten Anregungselektroden verbunden sind und sich jeweils zu den Kanten des piezoelektrischen Substrates erstrecken. Die Breitenabmessung eines Abschnittes der Leitelektroden ist bei der Ausgestaltung der DE 196 07 499 A1 etwa halb so groß wie die Breite der Anregungselektroden.

Ein piezoelektrischer Resonator mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist aus JP 04-216208 A bekannt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus ausnutzenden piezoelektrischen und im Dickendehnungsmodus schwingenden Resonator anzugeben, bei dem die unerwünschte parasitäre Resonanz effektiv unterdrückt wird und der gleichzeitig kompakt hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem piezoelektrischen Resonator mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, der die unerwünschte parasitäre Resonanz, die durch die Grundwelle verursacht wird, effektiv unterdrückt und gleichzeitig kompakt hergestellt werden kann.

Weil der Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt mit einem Teil wenigstens der ersten und zweiten Leitelektrode verbunden ist, die ihrerseits mit der ersten und zweiten Anregungselektrode verbunden sind, wird die Grundwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus bei einem erfindungsgemäß gebildeten in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonator effektiv durch die erste und zweite Leitelektrode zu Enden des piezoelektrischen Substrats geleitet. Deshalb wird, indem der piezoelektrische Dickendehnungsresonator durch die Verwendung der mit der ersten und zweiten Leitelektrode verbundenen ersten und zweiten Anschlußelektrode befestigt ist, die abgeleitete Grundwelle wirksam gedämpft und deshalb die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz unterdrückt. Folglich hat der erfindungsgemäß gestaltete in Dickendehnung schwingende piezoelektrische Resonator der eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus nutzt, ausgezeichnete Resonanzeigenschaften.

Im Kontrast zu dem herkömmlichen in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonator, bei dem die Unterdrückung der Grundwelle durch die schwimmenden Elektroden eine kompakte Gestalt desselben verhindert, weil sich bei dem bekannten in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonator die schwimmenden Elektroden an beiden Seiten des Schwingungsabschnitts in Richtung zu den kurzen Seiten des piezoelektrischen Substrats erstrecken, wird die kompakte Herstellung eines erfindungsgemäß gestalteten piezoelektrischen Resonators nicht verhindert, weil der die parasitäre Resonanz unterdrückende Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt mit einem Teil der Leitelektroden verbunden ist.

Bei einem erfindungsgemäß gebildeten piezoelektrischen Resonator kann der Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt, da er sich in einer Richtung erstreckt, die sich mit der Richtung schneidet, in der sich die Leitelektroden erstrecken und so die Breite der Leitelektroden erhöht, leicht im selben Prozeßabschnitt hergestellt werden, in dem die Leitelektroden hergestellt werden. Zusätzlich kann der Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt leicht durch Erhöhen der Breite der Leitelektroden bei der Ausbildung derselben hergestellt werden. Außerdem kann der piezoelektrische Resonator trotz Unterdrückung der durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz kompakt gestaltet werden.

Die Konfiguration des in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonators kann so sein, daß die erste Anregungselektrode im wesentlichen Kreisform hat und im wesentlichen in der Mitte der ersten Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats liegt; ein im wesentlichen rechtwinkliger Elektrodenfilm, der einen der ersten Anregungselektrode durch das piezeoelektrische Substrat gegenüberliegenden Bereich enthält definiert die zweite Anregungselektrode, die zweite Leitelektrode und die zweite Anschlußelektrode; und der der ersten Anregungselektrode getrennt durch das piezoelektrische Substrat gegenüberliegende Bereich in dem im wesentlichen rechtwinkligen Elektrodenfilm fungiert als zweite Anregungselektrode.

In diesem Fall definiert ein im wesentlichen rechtwinkliger Elektrodenfilm einschließlich eines der ersten Anregungselektrode durch das piezoelektrische Sub strat gegenüberliegender Bereichs die zweite Anregungselektrode, die zweite Leitelektrode und die zweite Anschlußelektrode, wobei die erste Anregungselektrode im wesentlichen Kreisform hat und im wesentlichen in der Mitte der ersten Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats liegt. Dadurch wird die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz durch den Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt unterdrückt, der an den Seiten der zweiten Leitelektrode in dem im wesentlichen rechtwinkligen Elektrodenfilm vorgesehen ist, und gleichzeitig werden Variationen in dem Bereich, in dem sich die erste und zweite Anregungselektrode überlappen, wesentlich reduziert.

Andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung noch deutlicher, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine ebene Ansicht eines gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonators.
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines chipartigen piezoelektrischen Resonatorbauteils, das den übereinstimmend mit dem ersten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator verwendet.
4 ist eine perspektivische Ansicht des chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteils, das den gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator enthält.
5 ist eine graphische Darstellung von Resonanzen, um die Frequenzgänge der dritten Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus des chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteils, das den gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator enthält, zu beschreiben.
6 ist eine graphische Darstellung von Resonanzen zur Beschreibung der Frequenzgänge der Grundwelle in dem chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteil, das den gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator enthält.
7 ist eine ebene Darstellung eines zum Vergleich dienenden piezoelektrischen Resonators.
8 ist eine graphische Darstellung von Resonanzen zur Beschreibung der Frequenzgänge der dritten Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus eines chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteils, das den zum Vergleich dienenden piezoelektrischen Resonator verwendet.
9 ist eine graphische Darstellung von Resonanzen zur Beschreibung der Frequenzgänge der Grundwelle des in Dickendehnung schwingenden chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteils, das den zum Vergleich dienenden piezoelektrischen Resonator verwendet.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gestalteten piezoelektrischen Resonators.
11 ist eine graphische Darstellung von Resonanzen zur Beschreibung von Frequenzgängen der dritten Oberwelle eines in Dickendehnung schwingenden chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteil, das den gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator verwendet.
12 ist eine graphische Darstellung von Resonanzen zur Beschreibung der Frequenzgänge der Grundwelle des im Dickendehnungsmodus schwingenden chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteils, das den gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator einsetzt.
Die 13a und 13b sind ebene Ansichten, die die Überlappungsbedingungen der Anregungselektroden in dem gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator veranschaulichen.
14 ist eine graphische Darstellung, die Veränderungen der durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz bei veränderter Breite D der Leitelektroden im piezoelektrischen Resonator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
15 ist eine perspektivische Darstellung eines bekannten in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonators.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein piezoelektrischer Resonator 1, der eine Oberwelle in einem Dickendehnungsschwingungsmodus nutzt, enthält ein piezoelektrisches Substrat 2 im wesentlichen in Form einer rechteckigen Platte. Das piezoelektrische Substrat 2 kann zum Beispiel aus piezoelektrischem Keramikmaterial bestehen, zum Beispiel aus Blei-Zirkonat-Titanatkeramik oder auch ein piezoelektrischer Einkristall sein, zum Beispiel ein Quarzkristall, LiTaO₃ und LiNbO₃. Wenn das piezoelektrische Substrat 2 aus piezoelektrischem Keramikmaterial hergestellt ist, ist das Substrat in Dickenrichtung polarisiert.
Auf der ersten Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Substrats 2 ist eine erste im wesentlichen kreisförmige Anregungselektrode 3a im wesentlichen in der Mitte der ersten Hauptfläche 2a vorgesehen. Verbunden mit der ersten Anregungselektrode 3a ist eine Leitelektrode 3b vorgesehen, die sich von der ersten Anregungselektrode 3a in Richtung zu einer Kante 2b der kurzen Seite des piezoelektrischen Substrats 2 erstreckt. Das äußere Ende der Leitelektrode 3b ist elektrisch mit einer Anschlußelektrode 5 verbunden, die längs der Kante 2b an der kurzen Seite des piezoelektrischen Substrats 2 vorgesehen ist.
Die erste Anregungselektrode 3 hat im wesentlichen Kreisform. Die Grenze zwischen der ersten Anregungselektrode 3a und der mit der ersten Anregungselektro de 3a verbundenen Leitelektrode 3b ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Breite der Leitelektrode 3b bevorzugt im wesentlichen gleich dem Breitenmaß der ersten Anregungselektrode 3a, d. h. gleich ihrem Durchmesser, und die Leitelektrode 3b ist mit der Anregungselektrode 3a verbunden.
In dieser Beschreibung wird das Breitenmaß der ersten und zweiten Leitelektrode in der Richtung gemessen, die im wesentlichen senkrecht auf der Richtung steht, in der sich die erste und zweite Leitelektrode erstrecken.
Die erste Anschlußelektrode 5 ist entlang der Kante 2b der kurzen Seite an der ersten Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Substrats 2 gelegen und ihr Breitenmaß ist bevorzugt größer als das der ersten Leitelektrode 3b. Die erste Anschlußelektrode 5 ist so angeordnet, daß sie sich von der ersten Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Substrats 2 über eine Endfläche 2c zur zweiten Hauptfläche 2d erstreckt.
Andererseits liegt auf der zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats 2 eine zweite im wesentlichen kreisförmige Anregungselektrode 4a, im wesentlichen in dem mittleren Bereich der zweiten Hauptfläche. Die zweite Anregungselektrode 4a ist so angeordnet, daß sie, getrennt durch das piezoelektrische Substrat 2, der ersten Anregungselektrode 3a gegenüberliegt. Die zweite Anregungselektrode 4a ist mit einer zweiten Leitelektrode 4b verbunden. Die Breitenabmessung der zweiten Leitelektrode 4e ist bevorzugt gleich dem Durchmesser der zweiten Anregungselektrode 4a, nämlich gleich deren Breite.
Die zweite Leitelektrode 4b ist elektrisch mit einer zweiten Anschlußelektrode 6 verbunden, die entlang einer Kante 2a an einer kurzen Seite der zweiten Hauptfläche 2 des piezoelektrischen Substrats 2 liegt. Die Breite der zweiten Anschlußelektrode 6 ist bevorzugt größer als die der zweiten Leitelektrode 4b.
Da die Anschlußelektroden 5 und 6 Abschnitte haben, die auf der zweiten Hauptfläche 2d des piezoelektrischen Substrats im piezoelektrischen Resonator 1 liegen, kann der Resonator leicht mit seiner Oberfläche montiert werden, zum Beispiel auf einer gedruckten Schaltungsplatte und so dieselbe Ausrichtung, wie sie die Figur zeigt, haben.
In dem piezoelektrischen Resonator 1 wird, sobald den Anschlußelektroden 5 und 6 eine Wechselspannung angelegt wird im Vibrationsabschnitt, wo die erste und zweite Anregungselektrode 3a und 4a einander getrennt durch das piezoelektrische Substrat gegenüberliegen, eine Vibrationsschwingung im Dickendehnungsschwingungsmodus wegen des piezoelektrischen Effekts angeregt. Die dritte Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus wird im Vibrationsabschnitt eingefangen, wohingegen die Grundwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus nach außerhalb des Vibrationsabschnitts abgeleitet wird. Deshalb ist ein durch die Schwingung der Grundwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus verursachte parasitäre Resonanz ein Problem.
Bei dem dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechenden piezoelektrischen Resonator 1 wird zur Unterdrückung von durch die Grundwelle bewirkten unerwünschten parasitären Resonanzen die Breite der Leitelektroden 3b und 4b erweitert, und die Leitelektroden 3b und 4b sind auf diese Weise mit Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitten versehen. Anders gesagt unterdrücken die erste und zweite Leitelektrode 3b und 4b durch ihre Breite die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz und verbinden außerdem elektrisch die erste und zweite Anregungselektrode 3a und 4a mit den Anschlußelektroden 5 und 6 in dem gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Resonator 1.
Der Grund, weshalb eine durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz durch die Erhöhung der Breite der Leitelektroden 3b und 4b effektiv unterdrückt werden kann, nämlich indem man die Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitte vorsieht, liegt darin, daß die Grundwelle zu den Leitelektroden 3b und 4b geführt wird und wirksam durch die Störschwingungsunterdrückungselektrodenab schnitte zu beiden Substratenden in Längsrichtung des piezoelektrischen Substrats 2 abgeleitet wird.
Auf der anderen Seite sind die Anschlußelektroden 5 und 6 durch ein leitendes Verbindungsmaterial elektrisch mit der Außenseite verbunden und dort auch mechanisch befestigt. Deshalb wird die Grundwelle effektiv durch die Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitte zu den Teilen abgeleitet, wo die Anschlußelektroden 5 und 6 liegen, nämlich zu den beiden Enden in Längsrichtung des piezoelektrischen Substrats 2 und dort an den befestigten Abschnitten der Anschlußelektroden 5 und 6 wirksam gedämpft. Deshalb wird eine durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz unterdrückt.
Da die Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitte gemeinsam mit den Leitelektroden 3b und 4b als Einheit gebildet sind und es nicht nötig ist, schwimmende Elektroden an beiden Seiten des Vibrationsabschnitts in Richtung der kurzen Seiten des piezoelektrischen Substrats 2 vorzusehen, kann der in Dickendehnung schwingende piezoelektrische Resonator 1 kompakt hergestellt werden.
Das Breitenmaß der Leitelektroden 3b und 4b, wo sich die Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitte befinden, ist bei der Unterdrückung der durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz nicht beschränkt. Bevorzugt ist die Breite D der ersten und zweiten Leitelektrode 3b und 4b gleich oder größer als d/2, wobei "d" das Breitenmaß der ersten und zweiten Anregungselektrode 3a und 4a, wie dies in 2 gezeigt ist, angibt. Wenn D kleiner als d/2 ist, kann die Wirkung, der durch die Erhöhung der Breite der Leitelektroden 3b und 4b erzeugten Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitte auf die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz in einigen Fällen nicht ausreichend sein.
In 14 sind Änderungen in der Stärke der durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz abhängig von Änderungen der Breite D der ersten und zweiten Leitelektrode 3b und 4b bei konstanter Breite "d" der ersten und zweiten Anregungselektrode 3a und 4a gezeigt. 14 veranschaulicht besonders eine durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz, nämlich den Maximalwert der Phasendifferenz in der Grundwelle, wenn sich in dem Beispiel des piezoelektrischen Resonators 1 dessen ebene Abmessung etwa 2,2 mm × 1,1 mm beträgt, die Breite D der ersten und zweiten Leitelektrode 3b und 4b von 0,2 zu 0,7 mm ändert, wobei der piezoelektrische Resonator die Mittenfrequenz von etwa 30 MHz hat und die Breite d der ersten und zweiten Anregungselektrode 3a und 4a etwa 0,7 mm beträgt. Aus 14 erkennt man deutlich, daß die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz verringert wird, wenn D etwa 0,35 mm oder mehr beträgt.
Besonders bevorzugt ist die Breite D der ersten und zweiten Leitelektrode 3b und 4b gleich oder größer als die Breite "d" der ersten und zweiten Anregungselektrode 3a und 4a.
Nachstehend wird bezogen auf einen besonderen Versuchsfall der Effekt bei der Unterdrückung der durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz beschrieben, wie sie unter Verwendung der Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitte die für die erste und zweite Leitelektrode vorgesehen sind, erzielt wird.
Unter Einsatz des in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonators 1 wurde ein chipartiges piezoelektrisches Resonanzbauteil hergestellt, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist. Ein Gehäusekörper 8, der eine im wesentlichen rechteckige Öffnung 8a in seinem oberen Teil hat und aus einem isolierenden Material besteht und eine flache Deckelplatte 9, die ebenfalls aus einem isolierenden Material besteht, bilden ein Gehäuse. Der piezoelektrische in Dickendehnung schwingende Resonator 1 ist innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Der Gehäusekörper 8 ist mit Außenelektroden 10a und 10b ausgestattet. Die Außenelektroden 10a und 10b liegen anschließend an die beiden Enden des Gehäusekörpers 8 in Längsrichtung und erstrecken sich ins Innere der Öffnung 8a zu ei nem Paar von Seitenflächen 8b und 8c und zur zweiten Hauptfläche 8d des Gehäusekörpers 8.
Im Inneren der Öffnung 8a des Gehäusekörpers 8 ist der piezoelektrische Resonator 1 durch elektrisch leitfähige Verbindungsglieder 11a und 11b elektrisch verbunden. Die Anschlußelektrode 6 ist mit der externen Elektrode 10a durch das elektrisch leitfähige Verbindungsglied 11a und die Anschlußelektrode 5 mit der Aussenelektrode 10b durch das elektrisch leitfähige Verbindungsglied 11b verbunden.
Die Deckelplatte 9 ist zur Abdichtung des Gehäuses durch ein isolierendes Verbindungsglied (nicht gezeigt) mit dem Gehäusekörper 8 verbunden. Da die Außenelektroden 10a und 10b so liegen, daß sie sich zu den Seitenflächen 8b und 8c und zur zweiten Hauptfläche 8d des Gehäusekörpers 8 erstrecken, läßt sich das in der obigen Weise hergestellte chipartige piezoelektrische Resonanzbauteil 11 leicht auf der Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplatte montieren.
Bei dem piezoelektrischen Resonator 1 wird die Grundwelle effektiv zu den beiden Enden des piezoelektrischen Substrats 2 durch die mit den Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitten versehenen Leitelektroden 3b und 4b in der oben beschriebenen Weise abgeleitet. Zusätzlich wird eine herausgestreute Grundwelle effektiv durch diesen Befestigungsmechanismus gedämpft, da beide Enden des piezoelektrischen Substrats 2 in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft mit dem Gehäusekörper 8 durch die elektrisch leitenden Verbindungsglieder 11a und 11b verbunden sind. Deshalb kann die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz wirksam unterdrückt werden.
Als Beispiel wurde das oben beschriebene chipförmige piezoelektrische Resonanzbauteil mit folgenden Spezifikationen hergestellt, und die sich einstellende dritte Oberwelle und die Grundschwingungen im Dickendehnungsschwingungsmodus wurden gemessen. Die 5 und 6 zeigen die Meßergebnisse. Der piezoelektrische in Dickendehnung schwingende Resonator 1 hat ein aus Bleititanat hergestelltes piezoelektrisches Substrat mit den ungefähren Maßen 2,2 mm × 1,1 mm × 0,25 mm (Dicke). Der Durchmesser der ersten und zweiten Anregungselektrode 3a und 4a war etwa 0,7 mm. Der Resonator 1 wurde so gebildet, daß die dritte Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus bei einer Frequenz von etwa 30 MHz auftrat.
Für Vergleichszwecke wurde ein in Dickendehnung schwingender piezoelektrischer Resonator 71 wie er in 7 gezeigt ist, hergestellt, der keine Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitte hatte. Ein chipartiges piezoelektrisches Resonanzbauteil wurde in derselben Weise unter Verwendung eines Gehäusekörpers 8 eines Gehäusedeckels 9 und elektrisch leitender Verbindungsglieder 11a und 11b hergestellt und seine Kennwerte gemessen. Der piezoelektrische Resonator 71, wie er in 7 zum Vergleich gezeigt ist, verwendet eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus, und verwendete dasselbe piezoelektrische Substrat wie der dem hier bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechende piezoelektrische Resonator 1. Der Durchmesser der ersten und zweiten Anregungselektrode wurde zu 0,7 mm, wie der Durchmesser des hier bevorzugten Ausführungsbeispiels gewählt. Anders gesagt, wurde der piezoelektrische Resonator 71 in genau derselben Weise gebildet, wie der piezoelektrische Resonator 1 mit der Ausnahme, daß die Breite der Leitelektroden 73 und 74 0,3 mm betrug.
Die 8 und 9 zeigen Reaktionen des zum Vergleich dienenden chipartigen piezoelektrischen Resonanzbauteils jeweils für die dritte harmonische (Ober)Welle und die Grundwelle im Dickendehnungschwingungsmodus. Ein Vergleich zwischen den 8 und 9 mit den 5 und 6 macht deutlich, daß das Phasenmaximum einer durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz bei dem hier bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 61,5° lag, wohingegen das Phasenmaximum der durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz bei dem zum Vergleich herangezogenen, in Dickendehnung schwingenden piezoelektrischen Resonator 71 höher bei 78,6° lag. Deshalb ist es klar, daß die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz bei dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonator wirksam unterdrückt wurde.
Die für die erste und zweite Anregungselektrode, die erste und zweite Leitelektrode und die erste und zweite Leitelektrode verwendeten Materialien sind nicht beschränkt. Geeignete, üblicherweise für einen piezoelektrischen Resonator verwendete Elektrodenmaterialien wie zum Beispiel Ag, Cu und eine Ag-Pd-Legierung können verwendet werden.
Die äußere Form der Anregungselektroden, wenn man von oben auf die erste und zweite Anregungselektrode blickt, ist nicht auf die Kreisform beschränkt. Sie können jede Form, wie zum Beispiel eine quadratische oder rechteckige oder andere geometrische Formen haben.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators, der eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus nutzt und der ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. In dem dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechenden piezoelektrischen Resonator 21, ist eine mit einem Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt versehene Leitelektrode lediglich auf einer Hauptfläche eines piezoelektrischen Substrats 22 ausgebildet.
Im wesentlichen in der Mitte der ersten Hauptfläche 22a des piezoelektrischen Substrats 22 liegt eine Anregungselektrode 23a, die im wesentlichen kreisförmig ist. Die erste Anregungselektrode 23a ist mit einer Anschlußelektrode 25 durch eine Leitelektrode 23b verbunden. Die Anschlußelektrode 25 erstreckt sich von der ersten Hauptfläche 22a des piezoelektrischen Substrats 22 zur zweiten Hauptfläche 22c über eine Seitenfläche 22b.
Andererseits ist auf der zweiten Hauptfläche 22c des piezoelektrischen Substrats 22 eine im wesentlichen rechteckige Elektrode 26 angeordnet und erstreckt sich von einer Kante 22d an einer kurzen Seite des piezoelektrischen Substrats 22 etwa bis zur Mitte mit einem mit der Gesamtbreite des piezoelektrischen Substrats 22 übereinstimmenden Breitenmaß. Die Elektrode 26 erstreckt sich bis zu einer Stelle, wo sie der ersten Anregungselektrode 23a, getrennt durch das piezoelektrische Substrat 22, gegenüberliegt. Bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet ein Elektrodenabschnitt, der der ersten Anregungselektrode 23a, getrennt durch das piezoelektrische Substrat 22, gegenüberliegt, nämlich ein im wesentlichen kreisförmiger Elektrodenabschnitt 26a, wie er in 10 gezeigt ist, eine zweite Anregungselektrode in der Elektrode 26. Innerhalb der Elektrode 26 bildet ein Abschnitt in der Nähe der Kante 22d einen Anschlußelektrodenabschnitt für die Verbindung mit der Umgebung. Der andere Abschnitt, nämlich der den Anschlußelektrodenabschnitt mit dem zweiten Anregungselektrodenabschnitt 26a verbindende Abschnitt, bildet eine zweite Leitelektrode und einen Störschwingungsunterdrükkungselektrodenabschnitt, der mit der zweiten Leitelektrode in der Richtung verbunden ist, in der sich die zweite Leitelektrode erstreckt.
In anderen Worten sind in dem piezoelektrischen Resonator 21 die Anregungselektrode 23a und die Leitelektrode 23b auf der ersten Hauptfläche 22a des piezoelektrischen Substrats 22 in derselben Weise, wie bei dem bekannten eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus verwendenden piezoelektrischen Resonator vorgesehen, wohingegen die zweite Leitelektrode verbunden mit der gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung gebildeten Störschwingungsunterdrückungselektrode auf der zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats 22 liegt.
Auch im zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel vibriert, wenn zwischen den Anschlußelektroden 25 und 26 eine Wechselspannung angelegt wird, ein Schwingungsabschnitt (das ist der Abschnitt, wo die erste Anregungselektrode 23a der zweiten Anregungselektrode 26a jeweils auf der Vorder- und Rückfläche gegenüberliegt) in einem Dickendehnungsschwingungsmodus, und die dritte Oberwelle bei der Dickendehnungsvibration wird wirksam im Schwingungsabschnitt eingefangen. Die Grundwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus wird zur Umgebung des Schwingungsabschnitts abgeleitet. Da die Elektrode 26 im wesentlichen rechteckig gebildet ist, anders gesagt, da die zweite Leitelektrode und die Störschwingungsunterdrückungselektrode zusammen mit der zweiten Leitelektrode ausgebildet sind, kann die Grundwelle wirksam zur Kante 22d geleitet werden. Deshalb wird, wenn die Elektrode 26 in der Nähe der Kante 22d befestigt ist, die Grundwelle gedämpft und deshalb die durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz wirksam unterdrückt.
Anhand eines speziellen Beispiels wird gezeigt, daß eine durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz in dem piezoelektrischen Resonator 21 wirksam unterdrückt werden kann.
Das Beispiel des piezoelektrischen Resonators 21 wurde mit folgenden Spezifikationen erzeugt. Auf demselben piezoelektrischen Substrat wie in der ersten Versuchsprobe in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde eine im wesentlichen kreisförmige Anregungselektrode 23a mit einem Durchmesser von etwa 0,7 mm und eine erste Leitelektrode 23b deren Breite etwa 0,3 mm war, auf der ersten Hauptfläche erzeugt. Anders gesagt, ist die Elektrodenstruktur auf der ersten Hauptfläche dieselbe, wie in dem oben beschriebenen Vergleichsfall. Eine im wesentlichen rechteckige Elektrode 26, deren Breite etwa 1,1 mm und deren Länge etwa 1,45 mm war, wurde auf der zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats 22 gebildet.
Aus dem in der vorangehend beschriebenen Weise erzeugten piezoelektrischen Resonator, der eine dritte Oberwelle bei einer Frequenz von 34 MHz hatte, wurde ein chipartiges Bauteil in derselben Weise hergestellt, wie das in den 3 und 4 gezeigte chipartige piezoelektrische Resonanzbauteil, und seine Kennwerte wurden gemessen. Die 11 und 12 zeigen die dritte Oberwelle und Grundwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus.
12 macht deutlich, daß das Phasenmaximum einer durch die Grundwelle verursachten parasitären Resonanz recht klein bei 57° liegt, wenn der gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel gebildete piezoelektrische Resonator 21 eingesetzt wurde, und eine durch die Grundwelle verursachte parasitäre Resonanz kann im Vergleich mit einem Fall, wo der oben beschriebene, zu Vergleichszwec ken herangezogene piezoelektrische Resonator eingesetzt wurde, wirksam unterdrückt werden.
Da die auf der zweiten Hauptfläche liegende Elektrode 26 im wesentlichen rechteckförmig ist und über die gesamte Breite der zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats 22 bei dem das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel darstellenden piezoelektrischen Resonator 21 geht, ist die Überlappungsgenauigkeit zwischen der Anregungselektrode 23a und dem zweiten Anregungselektrodenabschnitt 26a gesteigert.
Auch wenn die gedruckten Positionen der ersten Anregungselektrode 23a, der Leitelektrode 23b und der Anschlußelektrode 25 in Längsrichtung des piezoelektrischen Substrats 22 gegenüber den in Fall gemäß 13a gezeigten Positionen, in denen die erste Anregungselektrode 23a korrekt mit der im wesentlichen rechteckigen Elektrode 26 überlappt, verschoben sind, ändert sich der Ort des Schwingungsabschnitts auch dann nicht, wenn die erste Anregungselektrode 23a in einer Position ist, wo sie der im wesentlichen rechteckigen Elektrode 26 gegenüberliegt. Anders gesagt, läßt sich so die Präzision des Überlappungsbereichs zwischen der Elektrode 26 und der ersten Anregungselektrode 23a steigern oder die Toleranz beim Drucken der ersten Anregungselektrode 23a erweitern, da ein Abschnitt der im wesentlichen rechteckigen Elektrode 26 eine Anregungselektrode definiert.
Auch wenn die gedruckte Position der ersten Anregungselektrode 23a in Breitenrichtung der ersten Anregungselektrode 23a verschoben wird, läßt sich zuverlässig ein den gewünschten Bereich einnehmender Schwingungsabschnitt bilden, wenn der Abschnitt, der durch Projektion der ersten Anregungselektrode 23a nach unten erzeugt wird in die im wesentlichen rechteckige Elektrode 26 fällt.
Bei dieser Erfindung kann, um den durch den Störschwingunsunterdrückungselektrodenabschnitt verursachten Störschwingungsunterdrückungseffekt zu steigern, eine Harzlage auf den Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt laminiert werden, um so den Dämpfungseffekt zu erhöhen. Ein geeigneter Kunstharz, wie zum Beispiel Epoxidharz oder Silikonharz kann für eine solche Harzlage dienen. Es wird bevorzugt, daß Klebstoffe, wie zum Beispiel Silikonklebstoff und Epoxidklebstoff verwendet werden, da sie sich leicht auf dem Störschwingunsunterdrückungselektrodenabschnitt auftragen lassen.

Claims

Piezoelektrischer Resonator, der eine harmonische Oberschwingung im Dickendehnungsmodus nutzt, mit einem piezoelektrischen Substrat (2, 22), das eine erste Hauptfläche (2a, 22a) und eine zweite Hauptfläche (2d, 22c) hat; einer ersten bzw. einer zweiten Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a), die partiell auf der ersten Hauptfläche (2a, 22a) bzw. der zweiten Hauptfläche (2d, 22c) des piezoelektrischen Substrats so liegen, daß sich die erste und zweite Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a) durch das piezoelektrische Substrat (2, 22) getrennt gegenüberliegen; einer ersten bzw. einer zweiten Leitelektrode (3b, 23b; 4b, 26), die mit der ersten bzw. zweiten Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a) verbunden sind und sich jeweils zu Kanten (2b, 22b; 2e, 22d) des piezoelektrischen Substrats (2, 22) erstrecken; einer ersten bzw. einer zweiten Anschlußelektrode (5, 25; 6, 26), die mit der ersten bzw. zweiten Anregungselektrode (3a, 23a; 4a, 26a) verbunden sind und sich jeweils entlang Kanten (2b, 22b; 2e, 22d) des piezoelektrischen Substrats (2, 22) erstrecken; und einem Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt mit einem Teil wenigstens der ersten und/oder der zweiten Leitelektrode (3b, 23b; 4b, 26) verbunden ist, und so angeordnet ist, daß er sich in einer Richtung erstreckt, die die Richtung schneidet, in der sich die Leitelektroden (3b, 23b; 4b, 26) erstrecken, und so die Breite der Leitelektroden (3b, 23b; 4b, 26) erhöht, wobei die Breitenabmessung eines Abschnitts der Leitelektroden (3b, 23b; 4b, 26), wo der Störschwingungsunterdrückungselektrodenabschnitt liegt, gleich oder größer ist als die Breite der Anregungselektroden (3a, 23a, 4a, 26a).
Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anregungselektrode (23a) im wesentlichen kreisförmig ist und im wesentlichen in der Mitte der ersten Hauptfläche (22a) des piezoelektrischen Substrats (22) liegt; ein im wesentlichen rechtwinkliger Elektrodenfilm (26), der einen der ersten Anregungselektrode (23a) durch das piezoelektrische Substrat (22) gegen überliegenden Bereich enthält, die zweite Anregungselektrode (26a), die zweite Leitelektrode und die zweite Anschlußelektrode bildet; und ein der ersten Anregungselektrode (23a) durch das piezoelektrische Substrat (22) gegenüberliegender Bereich in dem einen im wesentlichen rechtwinkligen Elektrodenfilm (26) die zweite Anregungselektrode (26a) definiert.
Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Seitenkanten des piezoelektrischen Substrats (2, 22) keine Elektroden tragen.
Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste und zweite Anschlußelektrode (5, 25, 6, 26) jeweils entlang den kürzeren Seitenkanten (2b, 22b; 2e, 22d) des piezoelektrischen Substrats erstrecken.
Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Anregungselektrode (3a, 4a) im wesentlichen Kreisform haben.