DE19859209C2 - Piezoelektrischer Resonator zur Erzeugung einer Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Resonator, der dazu angepaßt ist, eine Oberwelle im Dickendehnungs­ schwingungsmodus zu erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung den oben beschriebenen piezoelektrischen Resona­ tor, der eine Vielzahl von Anregungselektroden aufweist, die in Dickenrichtung übereinander mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Schichten angeordnet sind.

Ein laminierter piezoelektrischer Resonator, der eine Oberwelle in einem Dickendehnungsschwingungsmodus verwendet ist bekannt. Ein solcher piezoelektrischer Resonator wird z. B., wie in der perspektivischen Explosionsansicht in Fig. 10 gezeigt ist, in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 176110/1989 offenbart. Der piezoelektrische Resonator weist eine auf einem mittleren Bereich einer oberen Fläche einer piezoelektrischen Schicht 51 angeordnete Anregungselektrode 52, eine auf einem mittleren Bereich einer oberen Fläche einer piezoelektrischen Schicht 53 angeordnete Anregungs­ elektrode 54 und eine auf einem mittleren Bereich einer unteren Fläche der piezoelektrischen Schicht 53 angeordnete Anregungselektrode 55 auf. In Fig. 10 wird die Anregungs­ elektrode 55 gezeigt, wie sie auf eine Ebene an der Unterseite projiziert wird.

Dünne Ableitelektroden 52a, 54a und 55a sind jeweils kontinuierlich mit den Anregungselektroden 52, 54, 55 angeordnet. Jede Ableitelektrode 52a, 54a und 55a erstreckt sich zu einer Kante der piezoelektrischen Schicht 51 oder 53.

Wie Fig. 11 zeigt, sind in dem piezoelektrischen Resonator die Bereiche der Anregungselektroden 52, 54 und 55 übereinander angeordnet und die zwischen den Elektroden angeordneten Bereiche der piezoelektrischen Schichten 51 und 53 bilden einen Schwingungssabschnitt, in dem die Dickendehnungsschwingung einer Oberwelle angeregt wird, wenn eine Wechselspannung zwischen der Anregungselektrode 54 und den Anregungselektroden 52 und 55 angelegt wird.

Jedoch besteht bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator das Problem, daß beim Betrieb eine Schwingung in einem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus (A-Modus) auftritt, die in der Resonanzkurve als Welligkeit erscheint.

Um den oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator herzustellen, ist, wie Fig. 12 zeigt, ein piezoelektrischer Mutterkörper 56 vorgesehen, der einer ebenen Anordnung einer Vielzahl von laminierten Teilen entspricht, die aus den piezoelektrischen Schichten 51 und 53 gebildet sind. Laminateinheiten, die jeweils einem piezoelektrischen Resonator entsprechen, erhält man, indem man den piezo­ elektrischen Mutterkörper 56 entlang der gestrichelten Linien A bis C in Fig. 12 parallel zur Dickenrichtung durchschneidet. In Fig. 12 sind die in dem piezo­ elektrischen Körper 56 gebildeten Elektrodenfilme mit 58 bezeichnet, während die auf der Oberfläche des piezoelek­ trischen Mutterkörpers 56 gebildeten Anregungselektroden 52 und Ableitelektroden 52a nicht dargestellt sind.

Elektrodenfilme 58 sind zur Bildung der in Fig. 10 gezeigten inneren Anregungselektroden 54 und Ableit­ elektroden 54a vorgesehen. Die Kanten der Ableitelektroden 54a können durch Schneiden entlang der gestrichelten Linien B zuverlässig an den Seitenflächen der piezoelektrischen Resonatoren 57 freigelegt werden.

Das heißt, nach dem Vorbereiten des in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Mutterkörpers 56 werden Endflächen der Ableitelektroden 54a durch Schneiden des inneren Elektrodenfilms 58 entlang der gestrichelten Linien B freigelegt. Durch dieses Schneiden müssen bestimmte Bereiche des piezoelektrischen Körpers, die zwischen den gestrichelten Linien B und C dargestellt sind, entfernt werden, was einen unnötigen Verbrauch von piezoelektrischem Material und Elektrodenmaterial bedeutet. Dadurch wird die Möglichkeit einer Verringerung der Herstellungskosten eingeschränkt.

Somit weist der herkömmliche piezoelektrische Resonator, der dazu angepaßt ist, im Dickendehnungsschwingungsmodus zu schwingen, den Nachteil auf, daß er eine vom schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachte Welligkeit aufweist und aufgrund des unnötigen Verbrauchs von piezoelektrischem und Elektrodenmaterial bei einer Massen­ produktion erhöhte Herstellungskosten verursacht.

Aus der DE 30 26 655 A1 ist ein piezoelektrischer Schwinger bekannt, der eine längliche rechteckige dünne Platte aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial umfaßt. Ungefähr in der Mitte dieser Platte ist eine erste Elektrode aufgebracht. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Elektrode aufgebracht. In den End­ kantenbereichen der Platte sind Dämpfungsmittel aufgebracht, durch die uner­ wünschte Schwingungen unterdrückt werden sollen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Resonator bereitzustellen, der dazu angepaßt ist, im Dickendehnungsschwingungsmodus zu schwingen, bei dem die durch den schrägen symmetrischen Schwingungsmodus hervor­ gerufene Welligkeit wirksam verkleinert wird und der eine günstige Resonanzkurve haben kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen zur Schwingung im Dickendehnungsschwingungsmodus angepaßten Resonators anzu­ geben, bei dem die durch den schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachte Welligkeit nicht so leicht auftritt und der kostengünstig hergestellt werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht einen piezoelektrischen Resonator vor, der dazu angepaßt ist, eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus zu erzeugen und der ein piezoelektrisches Glied in Form einer rechteckigen Platte, eine Vielzahl Anregungselektroden, die auf oder in dem piezoelektrischen Glied übereinander mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Schichten des piezo­ elektrischen Glieds in dessen Dickenrichtung angeordnet sind; jeweils mit den Anregungselektroden verbundene Ableitelektroden, die sich zu den Seitenflächen des piezoelektrischen Glieds hin erstrecken und auf denselben Höhenpositionen wie die Anregungselektroden liegen; und eine Blindelektrode aufweist, die an wenigstens einer der Höhenpositionen der Anregungselektroden und an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß sie um die entsprechende Anregungselektrode in einem symmetrischen Verhältnis zu der mit der Anregungselektrode verbundenen Ableitelektrode steht.

Gemäß dem oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator ist eine Blindelektrode an wenigstens einer der Höhen­ positionen der Anregungselektroden und an einer solchen Stelle angeordnet, daß sie um die entsprechende Anregungs­ elektrode in einem symmetrischen Verhältnis zu der mit der Anregungselektrode verbundenen Ableitelektrode steht. Der Grad der Symmetrie der Elektrodenstruktur kann auf diese Art verbessert werden. Daher kann eine durch einen schrägen symmetrischen Schwingungsmodus erzeugte Welligkeit verrin­ gert werden, und so wird es ermöglicht, gute Resonanzwerte mit reduzierter Welligkeit in einem piezoelektrischen, eine Oberwelle in einem Dickendehnungsschwingungsmodus verwen­ denden Resonator zu erhalten.

Im oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator kann das piezoelektrische Glied eine erste und eine zweite Haupt­ fläche enthalten, und die Vielzahl der Anregungselektroden kann erste und zweite, jeweils auf der ersten und zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Glieds angeordnete Anregungselektroden und eine innerhalb des piezoelektri­ schen Glieds angeordnete interne Anregungselektrode enthalten.

Gemäß der obigen Struktur gibt es außerhalb in Dicken­ richtung des Abschnitts, in dem die Anregungselektroden laminiert sind, keine aus piezoelektrischem Material bestehende Schichten. Somit ist die Anzahl der laminierten piezoelektrischen Schichten begrenzt, so daß ein piezo­ elektrischer Dickendehnungsschwingungsresonator kosten­ günstig hergestellt werden kann.

Im oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator kann eine Vielzahl von Anregungselektroden im piezoelektrischen Glied angeordnet werden, wobei es eine piezoelektrische Schicht in Dickenrichtung außerhalb der in Dickenrichtung äußersten Anregungselektrode unter der Vielzahl Anregungselektroden gibt.

Gemäß der obigen Struktur ist die Vielzahl der Anregungs­ elektroden im piezoelektrischen Glied an verschiedenen Höhenpositionen angeordnet, und außerhalb der in Dicken­ richtung äußersten Anregungselektroden gibt es piezoelek­ trische Schichten. Auf diese Weise kann die Feuchtigkeits­ dichtigkeit des Schwingungsabschnitts verbessert werden. Außerdem kann aufgrund der Existenz der äußeren piezoelek­ trischen Schichten die mechanische Stabilität des piezoelektrischen Dickendehnungsschwingungsresonators verbessert werden.

Im oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator kann das piezoelektrische Glied ein längliches streifenförmiges piezoelektrisches Glied sein, das in seiner ebenen Form eine längere und eine kürzere Seite hat.

Gemäß der obigen Struktur kann man ein piezoelektrisches Resonatorbauteil erhalten, das eine ebenso geringe Breite aufweist, wie ein herkömmlicher piezoelektrischer Resonator, der einen Dickengleitschwingungsmodus verwendet, und so ist es möglich, einen kleineren piezoelektrischen Resonator zu gestalten.

Im oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator können sich die mit den ersten und zweiten Anregungselektroden verbundenen Ableitelektroden mit derselben Breite wie die ersten und zweiten Anregungselektroden zu einer Seiten­ fläche des piezoelektrischen Glieds hin erstrecken.

Gemäß der obigen Struktur können die ersten und zweiten Anregungselektroden und die mit ihnen verbundenen Ableit­ elektroden in einfacher Weise und gleichzeitig im gleichen Arbeitsprozeß angebracht werden.

Im obigen piezoelektrischen Resonator kann das piezo­ elektrische Glied eine längliche rechteckige Form mit einer längeren und einer kürzeren Seite haben; die mit der ersten und zweiten Anregungselektrode verbundenen Ableitelektroden können sich zu einer Seitenfläche des piezoelektrischen Glieds hin an einem seiner Enden in seiner Längsrichtung erstrecken; und die erste und zweite Anregungselektrode sind so angeordnet, daß sie sich zu beiden Enden des piezoelektrischen Glieds hin in dessen Breitenrichtung erstrecken.

Gemäß der obigen Struktur kann man den piezoelektrischen Resonator, der dazu angepaßt ist, im Dickendehnungs­ schwingungsmodus zu schwingen, leicht dadurch erhalten, daß man einen piezoelektrischen Mutterkörper in Dickenrichtung durchschneidet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht ebenso ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen piezoelektrischen Resonators vor, das folgende Schritte umfaßt:
Vorbereiten eines piezoelektrischen Mutterkörpers, in dem sich eine Vielzahl von Einheitsbereichen befindet, von denen jeder eine Vielzahl von Anregungselektroden enthält, die eine über der anderen mit dazwischenliegenden piezo­ elektrischen Schichten in Dickenrichtung angeordnet sind, und in dem jeweils mit den Anregungselektroden verbundene Elektrodenfilme dadurch gebildet werden, daß sie in einer Ebene verteilt sind; und
Durchschneiden des piezoelektrischen Mutterkörpers in Dickenrichtung, um eine Vielzahl von piezoelektrischen Resonatoren zu erhalten, in der Art, daß die Elektroden­ filme so geteilt werden, daß sie die Anregungselektroden in jedem der piezoelektrischen Resonatoren und die Blind­ elektrode eines angrenzenden piezoelektrischen Resonators bilden.

Gemäß dem obigen Verfahren werden durch gleichzeitiges Durchschneiden und Abtrennen der Elektrodenfilme die Ableitelektroden zuverlässig an einer Seitenfläche des piezoelektrischen Glieds freigelegt, wobei ein unnötiger Verbrauch von piezoelektrischem Material und Elektroden­ material vermieden wird. Daher kann der oben beschriebene erfindungsgemäße piezoelektrische Resonator in effizienter Massenproduktion hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten des piezoelektrischen Dickendehnungs­ schwingungsresonators vermindert werden.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung verdeutlicht, die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines laminierten piezoelektrischen Resonators, der dazu angepaßt ist, eine harmonische Welligkeit im Dickendehnungsschwingungsmodus zu erzeugen, und der eine erste bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt.

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in Fig. 1.

Die Fig. 3a und 3b stellen Diagramme dar, die jeweils die mit der Methode der Finiten Elemente erzielten Analyseergebnisse zeigen, und beziehen sich auf den Fall, in dem der piezoelektrische Resonator mit einer Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus schwingt und auf den Fall, in dem der Resonator in einem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus schwingt.

Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines zum Vergleich dienenden laminierten piezoelektrischen Resona­ tors, der dazu angepaßt ist, in einem Dickendehnungs­ schwingungsmodus zu schwingen, und der keine Blind­ elektroden hat.

Fig. 5 ist eine Graphik, die den Impedanz-Frequenzgang eines piezoelektrischen Resonators der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt.

Fig. 6 ist eine Graphik, die die Impedanz-Frequenzgang eines zum Vergleich dienenden laminierten piezoelektrischen Resonators zeigt, der dazu angepaßt ist, im Dicken­ dehnungsschwingungsmodus zu schwingen.

Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Mutterkörpers, der bei der Herstellung des laminierten piezoelektrischen Resonators der ersten bevorzugten Ausführungsform vorbereitet wird.

Fig. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Modifikationsbeispiels eines erfindungsgemäßen piezo­ elektrischen Resonators.

Fig. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Modifikationsbeispiels eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators.

Fig. 10 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators, der dazu angepaßt ist, im Dickendehnungsschwingungsmodus zu schwingen.

Fig. 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen laminierten piezoelektrischen Resonators, der dazu angepaßt ist, im Dickendehnungsschwingungsmodus zu schwingen.

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines piezo­ elektrischen Mutterkörpers, der bei der Massenproduktion des herkömmlichen laminierten zur Schwingung im Dicken­ dehnungsschwingungsmodus angepaßten piezoelektrischen Resonators verwendet wird.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines laminierten piezoelektrischen Resonators, der dazu angepaßt ist, eine Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus zu erzeugen, und der eine erste bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt. Ein piezoelektrischer Resonator 1 gemäß dieser Ausführungsform wird dadurch gebildet, daß ein längliches piezoelektrisches Glied 2 in Form einer rechteckigen Platte vorgesehen ist. Das piezoelektrische Glied 2 ist aus piezoelektrischem Keramikmaterial gebildet, z. B. aus einem piezoelektrischen Einkristall LiTaO₃, LiNbO₃, Quarz oder dergleichen, oder aus einem piezoelektrischen Keramik­ material, wie aus auf Blei-Zirkonat-Titanat basierender Keramik. Das piezoelektrische Glied 2 wird in Dickenrichtung polarisiert, wenn es aus piezoelektrischem Keramikmaterial gebildet ist.

Eine erste Anregungselektrode 3 ist auf einer ersten Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Glieds 2 angeordnet.

Eine zweite Anregungselektrode 4 ist auf einer zweiten Hauptfläche 2b angeordnet. Eine innere Anregungselektrode 5 ist im piezoelektrischen Glied 2 auf mittlerer Höhe so angeordnet, daß sie sich zwischen den Anregungselektroden 3 und 4 erstreckt und piezoelektrische Schichten dazwischen­ liegen.

Die Anregungselektroden 3 bis 5, auf die hier Bezug genommen wird, bilden Elektrodenbereiche, die übereinander mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Schichten in Dickenrichtung angeordnet sind. Das heißt, in dieser Ausführungsform ist eine Elektrode kontinuierlich mit der Anregungselektrode 3 so angeordnet, daß sie sich zu einer Endfläche 2c des piezoelektrischen Glieds 2 an einem Ende in Längsrichtung erstreckt, wobei dieser mit der Anregungs­ elektrode 3 verbundene Elektrodenbereich eine Ableit­ elektrode 3a bildet. Ebenso ist eine Ableitelektrode 4a kontinuierlich mit der Anregungselektrode 4 angeordnet. Ebenso ist eine sich zur anderen Endfläche 2d des piezoelektrischen Glieds erstreckende Ableitelektrode 5a kontinuierlich mit der Anregungselektrode 5 angeordnet.

Der Abschnitt, in dem die Anregungselektroden 3 bis 5 in Dickenrichtung übereinanderliegen, d. h., der Abschnitt, der in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien D begrenzt ist, bildet einen Schwingungsabschnitt, und die oben beschrie­ benen Ableitelektroden 3a, 4a und 5a liegen außerhalb dieses Schwingungsabschnitts D.

Es ist nicht notwendig, jede der Ableitelektroden 3a, 4a und 5a so anzuordnen, daß sie dieselbe Breite wie die Anregungselektroden 3 bis 5 haben. Jede der Ableit­ elektroden 3a, 4a und 5a kann so angeordnet sein, daß sie geringere Abmessungen hat als die jeweiligen Anregungselektroden 3 bis 5. Zur Vereinfachung der Elektroden­ anordnung, sind in dieser Ausführungsform jedoch alle Anregungselektroden 3 bis 5 und alle Ableitelektroden 3a bis 5a so angeordnet, daß sie alle dieselbe Breite wie das piezoelektrische Glied 2 haben.

Im piezoelektrischen Resonator 1 ist auf der ersten Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Glieds 2 eine Blindelektrode 3b an einer solchen Stelle angeordnet, daß sie im Bezug auf die Anregungselektrode 3 symmetrisch zur Ableitelektrode 3a liegt. Ebenso ist auf der zweiten Hauptfläche 2b des piezoelektrischen Glieds 2 eine Blindelektrode 4b an einer solchen Stelle angeordnet, daß sie in Bezug auf die Anregungselektrode 4 symmetrisch zur Ableitelektrode 4a liegt. Ferner ist auf mittlerer Höhe des piezoelektrischen Glieds 2, d. h., auf der Höhe der Anregungselektrode 5, eine Blindelektrode 5b an einer solchen Stelle angeordnet, daß sie in Bezug auf die Anregungselektrode 5 symmetrisch zur Ableitelektrode 5a liegt.

Ein Merkmal des piezoelektrischen Resonators dieser Ausführungsform liegt darin, daß die oben beschriebenen Blindelektroden 3b, 4b und 5b dafür vorgesehen sind, das Auftreten einer vom schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachten Welligkeit zu vermindern. Dieses Merkmal wird mit Bezug auf die Fig. 2 bis 6 erläutert.

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittansicht des piezoelektrischen Resonators 1 entlang der Pfeillinie E-E in Fig. 1. Im piezoelektrischen Resonator 1 liegen die Blindelektroden 3b, 4b und 5b so, daß sie um die Anregungselektroden 3 bis 5 symmetrisch zu den Ableitelektroden 3a, 4a und 5a angeordnet sind, so daß der Symmetriegrad der Elektrodenpositionen erhöht wird und es auf diese Weise ermöglicht wird, das Auftreten der von dem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachten Welligkeit zu begrenzen.

Das heißt, in dem in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen Resonator wird der Schwingungsabschnitt D von einer zweiten Oberwelle der Dickendehnungsschwingung angeregt, wenn eine Wechselspannung zwischen der Anregungselektrode 5 und den Anregungselektroden 3 und 4 angelegt wird. Fig. 3A zeigt das mit der Methode der Finiten Elemente gewonnene Analyseergebnis der Verteilung der Auslenkungen über dem Querschnitt des piezoelektrischen Dickendehnungs­ schwingungsresonators 1 entlang der Linie E-E in Fig. 1.

Fig. 3B zeigt zum Vergleich das mit der Methode der Finiten Elemente gewonnene Analyseergebnis der Verteilung in einem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus des oben beschriebenen piezoelektrischen Dickendehnungsschwingungs­ resonators 1.

Auf diese Weise kann gemäß dieser Ausführungsform der Symmetriegrad der Elektrodenstruktur dadurch verbessert werden, daß Blindelektroden 3b bis 5b bezogen auf den Schwingungsabschnitt D symmetrisch zu den Ableitelektroden 3a bis 5a, die sich vom Schwingungsabschnitt D weg erstrecken, liegen, und so wird die durch den schrägen symmetrischen Schwingungsmodus bewirkte Welligkeit begrenzt.

Die oben beschriebene Wirkung der Verringerung einer durch einen schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachten Welligkeit in dem piezoelektrischen Resonator 1 wird mit Bezug auf Versuchsbeispiele beschrieben.

Ein aus Blei-Titanat gebildetes piezoelektrisches Glied 2 mit den Maßen 2,5 × 0,4 × 0,3 mm wurde als laminierter piezoelektrischer Resonator 1 hergestellt. In diesem piezo­ elektrischen Resonator 1 hatte der Bereich, in dem sich die Anregungselektroden 3 bis 5 im Schwingungsabschnitt D gegenüberliegen, die Maße 0,4 × 0,6 mm, die Länge der Ableitelektroden 3a, 4a und 5a in Längsrichtung des piezoelektrischen Glieds 2 betrug 1,55 mm, und Elektroden mit den Maßen 0,4 × 0,5 mm waren als Blindelektroden 3b, 4b und 5b ausgebildet

Zum Vergleich wurde ein im Querschnitt in Fig. 4 dargestellter, laminierter, zur Schwingung im Dicken­ dehnungsschwingungmodus angepaßter piezoelektrischer Reso­ nator 10 hergestellt, indem er genauso aufgebaut wurde wie der piezoelektrische Resonator 1 der oben beschriebenen Ausführungsform, allerdings ohne die oben beschriebenen Blindelektroden 3b, 4b, 5b.

Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils die Impedanz-Frequenz- Gänge der piezoelektrischen Resonatoren 1 und 10.

Im für Vergleichszwecke hergestellten piezoelektrischen Resonator 10 erschien, wie man in Fig. 6 deutlich sehen kann, eine große durch den Pfeil F gekennzeichnete Welligkeit zwischen der Resonanzfrequenz fr und der Antiresonanzfrequenz fa. Diese Welligkeit rührt, wie oben beschrieben, von dem schrägen symmetrischen Schwingungs­ modus her.

Im Gegensatz dazu war, wie man in Fig. 5 deutlich erkennen kann, die von einem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachte Welligkeit sehr klein, wie mit dem Pfeil G angedeutet ist.

Im piezoelektrischen Resonator 1 dieser Ausführungsform sind Blindelektroden 3b bis 5b jeweils so angeordnet, daß sie um alle Anregungselektroden 3 bis 5 herum zu den Ableitelektroden 3a bis 5a symmetrisch liegen. Selbst wenn jedoch eine Blindelektrode wenigstens in einer der Höhenpositionen angeordnet ist, an denen Anregungs­ elektroden 3, 4 oder 5 liegen und an einer solchen Position, daß sie symmetrisch zur Ableitelektrode liegt, kann der Symmetriegrad dieser Elektrodenstruktur im Vergleich zu der des piezoelektrischen Resonators 10, der keine Blindelektrode aufweist, verbessert werden. In einem solchen Fall kann deshalb eine durch einen schrägen symmetrischen Schwingungsmodus auftretende Welligkeit auch wie in der oben beschriebenen Ausführungsform verkleinert werden.

Tatsächlich kann der Grad der Symmetrie der Elektroden­ struktur weiter verbessert werden, wenn Blindelektroden 3b bis 5b jeweils an allen Höhenpositionen gebildet werden, an denen Anregungselektroden 3 bis 5 angeordnet sind, wie das in der oben beschriebenen Ausführungsform der Fall ist. Eine von einem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachte Welligkeit kann dadurch wirksam verringert werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Daher ist die Anordnung der Elektroden in der mit Bezug auf die Ausführungsform beschriebenen Weise bevorzugt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Resonators 1 beschrieben.

Normalerweise fertigt man den piezoelektrische Resonator 1 indem man zur Verbesserung der Massenherstellung einen piezoelektrischen Mutterkörper herstellt und diesen in seiner Dickenrichtung zerschneidet. Das heißt, ein piezoelektrischer Mutterkörper wird bereitgestellt, der aus einer ebenen Matrix-Anordnung einer Vielzahl von Einheiten besteht, die aus den oben beschriebenen Anregungselektroden 3 bis 5, den Ableitelektroden 3a bis 5a und den Blindelektroden 3b bis 5b besteht. Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht dieses piezoelektri­ schen Mutterkörpers.

In Fig. 7 sind die auf der ersten und zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Mutterkörpers 11 gebildeten Elektro­ den nicht dargestellt. D. h., in der Figur werden die Anregungselektroden 3 und 4, die Ableitelektroden 3a und 4a und die Blindelektroden 3b und 4b nicht gezeigt.

Im piezoelektrischen Mutterkörper 11 sind Elektroden 12 auf mittleren Höhenpositionen gebildet. Der piezoelektrische Mutterkörper 11 wird entlang der gestrichelten Linien H in Fig. 7 parallel zur Dickenrichtung geschnitten und so die Anregungselektrode 5 und die Ableitelektrode 5a in jedem piezoelektrischen Resonator 1 und die Blindelektrode 5b des angrenzenden piezoelektrischen Resonators gebildet. Das heißt, daß bei der Herstellung des piezoelektrischen Mutterkörpers 11 der Elektrodenfilm 12 geformt wird, indem miteinander einstückig die Anregungselektrode 5 und die Ableitelektrode 5a des jeweiligen piezoelektrischen Dicken­ dehnungsschwingungsresonators und die Blindelektrode 6b des angrenzenden piezoelektrischen Resonators am äußeren Ende der Ableitelektrode 5a gebildet werden. Der piezoelektri­ sche Mutterkörper 11 wird in Richtung der gestrichelten Linien H parallel in Dickenrichtung durchgeschnitten, d. h., der Elektrodenfilm 12 wird zerteilt, um auf einer Seite die Anregungselektrode 5 und die Ableitelektrode 5a des betreffenden piezoelektrischen Resonators und die Blind­ elektrode 5b des auf der anderen Seite angrenzenden piezoelektrischen Resonators zu bilden.

Ebenso werden Elektrodenfilme zur Bildung der Anregungs­ elektroden 3 und 4, der Ableitelektroden 3a und 4a und der Blindelektroden 3b und 4b, die sich auf der ersten und zweiten Hauptfläche des piezoelektrischen Dickendehnungs­ schwingungsresonators 1 befinden, gebildet und in Richtung der oben erwähnten gestrichelten Linien H durchgeschnitten, um die Anregungselektroden 3 und 4 und die Ableitelektroden 3a und 4a des piezoelektrischen Resonators auf einer Seite und die Blindelektroden 3b und 4b des angrenzenden piezoelektrischen Resonators zu bilden.

Dagegen werden, wie in Fig. 12 gezeigt ist, der piezoelektrische Bereich des herkömmlichen, zur Schwingung im Dickendehnungsschwingungsmodus angepaßten piezoelektri­ schen Resonators zwischen den gestrichelten Linien B und C und das Elektrodenmaterial im piezoelektrischen Bereich unnötig verschwendet, damit bei der Herstellung eines piezoelektrischen Resonators eine Ableitelektrodenendfläche jedes piezoelektrischen Glieds freigelegt wird. Wenn dagegen der piezoelektrische Resonator 1 der oben beschriebenen Ausführungsform in Massenproduktion herge­ stellt wird, fällt kein unnötiger Abfall von piezo­ elektrischem Material und Elektrodenmaterial an. Deshalb können die Abfallmengen an piezoelektrischem Material und Elektrodenmaterial verringert und so die Herstellungskosten des piezoelektrischen Resonators 1 gesenkt werden.

Beim Herstellungsprozeß des piezoelektrischer Mutterkörpers 11 kann eine bekannte Technik für laminierte Keramik angewandt werden. Das heißt, dem Elektrodenfilm 12 entsprechende Elektroden werden im Siebdruckverfahren auf piezoelektrische keramische Rohlinge gedruckt, die keramischen Rohlinge, auf die die Elektroden gedruckt sind, werden so gestapelt, daß die Anregungselektroden 3 bis 5, die Ableitelektroden 3a bis 5a und die Blindelektroden 3b bis 5b in einem in Fig. 1 gezeigten Verhältnis positioniert sind, wodurch man den piezoelektrischer Mutterkörper erhält. Dieser piezoelektrischer Mutterkörper wird in Dickenrichtung gepreßt und dann in Richtung der gestrichelten Linie H durchgeschnitten, um laminierte, den piezoelektrischen Dickendehnungsschwingungsresonator­ einheiten 1 entsprechende Chips zu erhalten. Die in oben beschriebener Weise hergestellten laminierten Chips werden gebacken, und externe Elektroden 6 auf geeignete Weise, z. B. durch Abscheidung, Galvanisieren oder Sputtern, hergestellt, wodurch man piezoelektrische Dickendehnungs­ schwingungsresonatoren 1 erhält.

Das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Resonators 1 ist nicht auf das oben beschriebene beschränkt. Ein piezoelektrisches Glied 2 kann man auch dadurch herstellen, daß man vorher gebackene piezo­ elektrische Platten aufeinander stapelt.

Im piezoelektrischen Resonator 1 der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Anregungselektrode 3, die Ableitelektrode 3a und die Blindelektrode 3b auf der ersten Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Glieds 2 gebildet, während die Anregungselektrode 4, die Ableitelektrode 4a und die Blindelektrode 4b auf der zweiten Hauptfläche 2b gebildet werden. Jede der Anregungselektroden, der Ableitelektroden und der Blindelektroden können jedoch auch im piezoelektrischen Glied eingebettet sein.

Die Fig. 8 und 9 sind Querschnittsansichten der Modifikationsbeispiele, bei denen Anregungselektroden, Ableitelektroden und Blindelektroden innerhalb eines piezoelektrischen Glieds gebildet werden.

In einem in Fig. 8 gezeigten laminierten piezoelektrischen Resonator 21 zur Erzeugung einer Oberwelle im Dicken­ dehnungsschwingungsmodus liegen Anregungselektroden 23 und 24 auf einem piezoelektrischen Glied 22 in Dickenrichtung übereinander, und zwischen ihnen liegt eine Schicht 22a aus piezoelektrischem Material. Außerhalb des Schwingungs­ bereichs, in dem die Anregungselektroden 23 und 24 übereinander liegen, ist eine Ableitelektrode 23a so angeordnet, daß sie mit der Anregungselektrode 23 verbunden ist, und eine Ableitelektrode 24a ist so angeordnet, daß sie mit der Anregungselektrode 24 verbunden ist. Die Ableitelektroden 23a und 24a sind an den Endflächen des piezoelektrischen Glieds 22 freigelegt.

An den Höhenpositionen, an denen die Anregungselektroden 23 und 24 plaziert sind, sind jeweils Blindelektroden 23b und 24b so angeordnet, daß sie um die Anregungselektroden 23 und 24 herum symmetrisch zu den Ableitelektroden 23a und 24a liegen.

Ebenso ist in einem piezoelektrischen Resonator 21 zur Erzeugung einer Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus der Grad der Symmetrie der Elektrodenstruktur verbessert, da Blindelektroden 23b und 24b eingebaut sind. Daher ist es möglich, eine von einem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachte Welligkeit zu verkleinern und die Resonanzkurve zu verbessern.

Fig. 9 ist eine schematische Querschnittansicht eines laminierten piezoelektrischen Resonators zur Erzeugung einer Oberwelle im Dickendehnungsschwingungsmodus, der ein anderes Modifikationsbeispiel darstellt, in dem die Anregungselektroden innerhalb eines piezoelektrischen Glieds gebildet sind. Der in Fig. 9 gezeigte piezo­ elektrische Resonator 31 hat denselben Aufbau, wie der piezoelektrische Resonator 1 der ersten Ausführungsform, außer daß bei einem piezoelektrischen Glied 32 piezoelektrische Schichten 32e und 32f in Dickenrichtung jeweils außen auf den Anregungselektroden 3 und 4 vorgesehen sind. Auch im piezoelektrischen Resonator 31 wird der Symmetriegrad der Elektrodenstruktur durch die Bildung von Blindelektroden 3b bis 5b verbessert. Daher ist es möglich, eine von einem schrägen symmetrischen Schwingungsmodus verursachte Welligkeit zu verkleinern und eine gute Resonanzkurve zu erhalten, wie das beim piezoelektrischen Resonator der ersten Ausführungsform der Fall ist.

Während alle Anregungselektroden 3 bis 5, 23 und 24 in den oben beschriebenen piezoelektrischen Resonatoren 1, 21 und 31 so angeordnet sind, daß sie sich über die gesamte Breite des länglichen streifenförmigen in der Ebene rechteckigen piezoelektrischen Glieds 2 erstrecken, ist die Form der Anregungselektroden im erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonator nicht auf das dargestellten Beispiel beschränkt.

Zum Beispiel können Anregungselektroden mit einer im allgemeinen runden oder auch jeder anderen Form so angeordnet werden, daß sie nur einen Teilbereich in der Mitte eines in ebener Ansicht rechteckigen piezoelektri­ schen Glieds einnehmen, wie das bei den herkömmlichen in Fig. 10 dargestellten piezoelektrischen Längsvibrations­ resonatoren der Fall ist.

Claims (6)

1. Piezoelektrischer Resonator (1; 21; 31), der dazu angepaßt ist, eine harmonische Welle im Dickendehnungs­ schwingungsmodus zu erzeugen und gekennzeichnet ist durch:
ein piezoelektrisches Glied (2; 22; 32) in Form einer rechteckigen Platte;
eine Vielzahl Anregungselektroden (3, 4, 5; 23; 24), die auf oder in dem piezoelektrischen Glied (2; 22; 32) eine über der anderen mit dazwischenliegenden piezo­ elektrischen Schichten des piezoelektrischen Glieds (2; 22; 32) in dessen Dickenrichtung angeordnet sind;
jeweils mit den Anregungselektroden (3, 4, 5; 23; 24) verbundene Ableitelektroden (3a, 4a, 5a; 23a; 24a), die sich zu den Seitenflächen des piezoelektrischen Glieds (2; 22; 32) hin erstrecken und auf denselben Höhenpositionen wie die Anregungselektroden (3, 4, 5; 23; 24) liegen; und
eine Blindelektrode (3b, 4b, 5b; 23b; 24b), die an wenigstens einer der Höhenpositionen der Anregungselektroden (3, 4, 5; 23; 24) und an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß sie um die entsprechende Anregungs­ elektrode symmetrisch zu der mit der Anregungselektrode verbundenen Ableitelektrode steht.

2. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Glied (2) eine erste und eine zweite Hauptfläche (2a, 2b) umfaßt, und die Anregungselektroden (3, 4, 5) erste und zweite, jeweils auf der ersten und zweiten Hauptfläche (2a, 2b) des piezo­ elektrischen Glieds (2) angeordnete Anregungselektroden (3, 4) und eine innerhalb des piezoelektrischen Glieds angeordnete interne Anregungselektrode (5) enthalten.

3. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl Anregungselektroden (23, 24) im piezoelektrischen Glied (22; 32) angeordnet sind, wobei eine piezoelektrische Schicht in Dickenrichtung außerhalb der in Dickenrichtung äußersten Anregungs­ elektrode unter der Vielzahl Anregungselektroden (23, 24) existiert.

4. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den ersten und zweiten Anregungselektroden (3, 4) verbundenen Ableitelektroden (3a, 4a) sich mit derselben Breite wie die ersten und zweiten Anregungselektroden (3, 4) zu einer Seitenfläche des piezoelektrischen Glieds (2) hin erstrecken.

5. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Glied (2) ein rechteckige Form mit einer längeren und einer kürzeren Seite hat;
daß sich die mit der ersten und zweiten Anregungs­ elektrode (3, 4) verbundenen Ableitelektroden (3a, 4a) zu einer Seitenfläche des piezoelektrischen Glieds (2) hin an einem seiner Enden in seiner Längsrichtung erstrecken; und
daß die erste und zweite Anregungselektrode (3, 4) so angeordnet sind, daß sie sich zu beiden Enden des piezo­ elektrischen Glieds (2) hin in dessen Breitenrichtung erstrecken.

6. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Resonators nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Vorbereiten eines piezoelektrischen Mutterkörpers (11), in dem sich eine Vielzahl von Einheitsbereichen befindet, von denen jeder eine Vielzahl von Anregungs­ elektroden (3, 4, 5; 23, 24) enthält, die eine über der anderen mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Schichten in Dickenrichtung angeordnet sind, und in dem jeweils mit den Anregungselektroden (3, 4, 5) verbundene Elektroden­ filme (12) dadurch gebildet werden, daß sie in einer Ebene verteilt sind; und
Durchschneiden des piezoelektrischen Mutterkörpers (11) in Dickenrichtung, um eine Vielzahl von piezo­ elektrischen Resonatoren (1, 21, 31) zu erhalten, in der Art, daß die Elektrodenfilme (12) so geteilt werden, daß sie die Anregungselektroden (3, 4, 5; 23, 24) in jedem der piezoelektrischen Resonatoren und die Blindelektrode (3b, 4b, 5b; 23b, 24b) eines angrenzenden piezoelektrischen Resonators bilden.