DE19961084B4

DE19961084B4 - Piezoelektrischer Dickendehnungsresonator

Info

Publication number: DE19961084B4
Application number: DE19961084A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kaida
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: CN1258130A; DE19961084A1; US6229246B1; JP2000183685A; JP3324536B2; CN1124682C

Abstract

Piezoelektrischer Dickendehnungsresonator, der aufweist:
– einen Resonanzbereich;
– einen Vibrationsdämpfungsbereich, der an jeder Seite des Resonanzbereiches liegt und ausgestaltet ist mit einer Oberwelle N-ter Ordnung im Dickendehnungsvibrationsmodus zu vibrieren;
– einen rechtwinkligen plattenförmigen piezoelektrischen Körper (2; 12);
– eine erste und eine zweite Anregungselektrode (3, 4; 13, 14), die jeweils auf einzelnen Oberflächen des rechtwinkligen plattenförmigen piezoelektrischen Körpers (2; 12) derart angeordnet sind, daß sich die Elektroden mit dem dazwischenliegenden piezoelektrischen Körper (2; 12) gegenüberliegen;
– mindestens eine Innenelektrode (6; 16; 22, 23; 25–27; 29, 30; 32–34), die innerhalb des piezoelektrischen Körpers (2; 12) derart angeordnet ist, daß sie zumindest teilweise der ersten und zweiten Anregungselektrode (3, 4; 13, 14) mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Lagen (2a, 2b; 12c, 12d, 12e, 12f, 12g) gegenüberliegt;
– wobei der Resonanzbereich durch einen Abschnitt gebildet ist, wo sich die erste Anregungselektrode (3; 13), die zweite Anregungselektrode (4; 14) und...

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Dickendehnungsresonator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Piezoelektrische Resonatoren sind in piezoelektrischen Resonanzbauteilen, wie z. B. piezoelektrischen Oszillatoren und piezoelektrischen Filtern verwendet worden. Es ist bekannt, dass diese herkömmlichen piezoelektrischen Resonatoren je nach der verwendeten Frequenz in verschiedenen piezoelektrischen Resonanzmoden schwingen können.

In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-117 409 ist ein energieeinfangender piezoelektrischer Resonator beschrieben, der die zweite Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus nutzt. Der beschriebene piezoelektrische Resonator wird nun bezogen auf die 9 und 10 erläutert.

9 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des piezoelektrischen Resonators. In dieser Figur wird der piezoelektrische Resonator durch einstückiges Brennen zweier aufeinander laminierter Keramikrohblätter 51 und 52 hergestellt, die aus piezeoelektrischem Material bestehen. In der Mitte des Keramikrohblatts 51 liegt eine runde Anregungselektrode 53, die über eine Leitungselektrode 54 zu einer Kante des Keramikrohblatts 51 führt. Außerdem liegt in der Mitte der Oberfläche des Keramikrohblatts 52 eine runde Anregungselektrode 55, die ihrerseits zu einer Kante des Keramikrohblatts 52 über eine Leitungselektrode 56 geführt ist. Außerdem ist auf der Unterseite des Keramikrohblatts 52 eine Anregungselektrode 57 gebildet, die zu einer Kante des Keramikrohblatts 52 durch eine Leitungselektrode 58 geführt ist, wie es in der 9 durch Spiegelung der Konfiguration unterhalb des Keramikrohblatts 52 angedeutet ist.

Die laminierten Keramikrohblätter 51 und 52 werden unter Druck, der in Dickenrichtung der laminierten Struktur einwirkt, gebrannt, um so einen Sinterkörper zu erzeugen. Danach wird der gesinterte Körper polarisiert, so dass der in 10 gezeigte piezoelektrische Resonator 60 entsteht.

In dem piezoelektrischen Resonator 60 sind die piezoelektrischen Lagen 61 und 82 in einer durch Pfeile in dieser Figur angegebenen Richtung polarisiert. D. h., dass die Polarisation des Sinterkörpers gleichsinnig in Dickenrichtung der Struktur ausgeführt wird.

Im Betrieb werden die Anregungselektroden 53 und 57 miteinander verbunden und zwischen ihnen und der Anregungselektrode 55 eine Wechselspannung angelegt, um so den piezoelektrischen Resonator 60 in Schwingung zu versetzen. In diesem Zustand wird Anregungsenergie in einem Bereich eingefangen, wo sich die Anregungselektroden 53, 55 und 57 überlappen, d. h. in einem Resonanzbereich A.

Wie oben beschrieben, wird der eine Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus nutzende piezoelektrische Resonator 60 als ein piezoelektrischer Resonator des energieeinfangenden Typs gebildet. Deshalb muss ein vibrationsdämpfender Bereich um den Resonanzbereich A herum vorgesehen sein. In anderen Worten muss der vibrationsdämpfende Bereich größer sein als die Fläche des Resonanzbereichs. Als Ergebnis lässt sich ein derartiger bekannter piezoelektrischer Resonator 60 nur schwer verkleinern.

Inzwischen wurde in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-235 422 ein piezoelektrischer Resonator des energieeinfangenden Typs beschrieben, der einen streifenförmigen piezoelektrischen Keramikkörper verwendet. In diesem piezoelektrischen Resonator muss kein besonderer piezoelektrischer Substratabschnitt um den Resonanzbereich angeordnet werden.

In diesem Fall ist, wie 11 zeigt, auf der oberen Fläche eines schmalen piezoelektrischen Substrats 71 eine Anregungselektrode 72a und auf dessen Unterseite eine Anregungselektrode 72b gebildet. Die Anregungselektroden 72a und 72b sind derart geformt, dass sie bis zu den beiden längeren Kanten des piezoelektrischen Substrats 71 reichen, d. h. so, dass jede Anregungselektrode die gesamte Breite des Substrats bedeckt. Die Anregungselektroden 72a und 72b liegen in der Mitte in Längsrichtung des piezoelektrischen Substrats 71 einander gegenüber und bilden dort einen Resonanzbereich. Zusätzlich sind die Anregungselektroden 72a und 72b in Längsrichtung des piezoelektrischen Substrats 71 so verlängert, dass sie bis zu den Kanten 71a und 71b reichen.

In dem in 11 gezeigten piezoelektrischen Resonator 70 werden bei einer Anregung im Dickendehnungsvibrationsmodus wegen der Beziehung zwischen der Breite W und der Dicke T des piezoelektrischen Substrats 71 unerwünschte Vibrationen erzeugt. Angesichts dieser Schwierigkeit zeigt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2-235 422, dass zur Verringerung der unerwünschten Störvibrationen zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz bei Nutzung der Grundschwingung der Wert W/T bei einer Resonanzfrequenz von 16 MHz auf annähernd 5,33, und wenn die dritte Oberwelle genutzt wird, der Wert W/T bei der Resonanzfrequenz von etwa 16 MHz auf annähernd 2,87 gesetzt werden muss.

Wie oben beschrieben, gibt es bei dem energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator, der in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-117 409 beschrieben ist und der die Oberwelle dritter Ordnung eines Dickendehnungsvibrationsmodus nutzt, das Problem, dass sich die Größe des piezoelektrischen Resonators nur schwer verringern lässt, da ein recht großer vibrationsdämpfender Bereich um den Resonanzbereich herum angeordnet sein muss.

Allerdings lässt sich die Größe des in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-235 422 beschriebenen energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator sehr wohl verringern, da bei diesem kein vibrationsdämpfender Bereich um den Resonanzbereich herum liegen muss. Wenn jedoch tatsächlich eine Oberwelle des Dickendehnungsvibrationsmodus verwendet wird, entstehen zusätzlich zu den zwischen dem Resonanzfrequenzband und dem Antiresonanzfrequenzband erzeugten Störvibrationen verschiedene unerwünschte Störvibrationen mit dem Ergebnis, dass keine befriedigenden Resonanzkennwerte erzielt werden konnten.

Außerdem ist die elektrische Kapazität dieses piezoelektrischen Resonators recht klein und wird deshalb von der Streukapazität einer Schaltungsplatte beeinflusst.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten piezoelektrischen Resonator zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile überwindet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des piezoelektrischen Dickendehnungsresonators gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erzielt einen piezoelektrischen Dickendehnungsresonator, der aufweist: Einen Resonanzbereich, einen Vibrationsdämpfungsbereich, der an jeder Seite des Resonanzbereichbandes liegt und zu einer Vibration mit einer Oberwelle N-ter Ordnung im Dickendehnungsvibrationsmodus angepasst ist, einen rechtwinkligen plattenförmigen piezoelektrischen Körper, eine erste und eine zweite Anregungselektrode, die jeweils auf einzelnen Oberflächen des rechtwinkligen plattenförmigen piezoelektrischen Körpers derart angeordnet sind, dass sich die Elektroden mit dem dazwischenliegenden piezoelektrischen Körper gegenüberliegen, mindestens eine Innenelektrode, die innerhalb des piezoelektrischen Körpers derart angeordnet ist, dass sie zumindest teilweise der ersten und zweiten Anregungselektrode mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Lagen gegenüberliegt, wobei der Resonanzbereich durch einen Abschnitt gebildet ist, wo sich die erste Anregungselektrode, die zweite Anregungselektrode und die wenigstens eine Innenelektrode in Dickenrichtung des piezoelektrischen Körpers überlappen, und der dadurch gekennzeichnet ist, dass, wenn eine die vibrationsdämpfenden Bereiche an beiden Seiten des Resonanzbereichs verbindende Richtung als erste Richtung festgelegt wird, die erste Anregungselektrode und die zweite Anregungselektrode so gebildet sind, dass sie in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung bis zu den Kanten des piezoelektrischen Körpers oder in die Nähe dieser Kanten reichen, und dass die Ungleichung |Dr – Di| ≤ Di/10 erfüllt ist, worin die Größe Dr die Dicke der piezoelektrischen Lagen zwischen den Anregungselektroden und der Innenelektrode oder die Dicke einer piezoelektrischen Lage zwischen mehreren Innenelektroden, die Größe T die Dicke des piezoelektrischen Körpers angeben und der Wert der Größe Di gleich T/N gesetzt ist.

Zusätzlich wird in dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dickendehnungsresonator bevorzugt ein schmaler streifenförmiger piezoelektrischer Körper verwendet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erzielt ein piezoelektrisches Resonanzbauteil das aufweist: ein erstes Gehäuseglied und ein zweites Gehäuseglied, die ein Gehäuse bilden, den piezoelektrischen Dickendehnungsresonator wie er oben beschrieben ist und der mit dem ersten Gehäuseglied derart ausgerüstet ist, dass ein freier Raum gebildet wird, der die Vibrationen nicht stört, wobei das zweite Gehäuseglied am ersten Gehäuseglied derart befestigt ist, dass der mit dem ersten Gehäuseglied ausgerüstete piezoelektrische Dickendehnungsresonator umschlossen ist.

Zusätzlich wird in diesem piezoelektrischen Resonanzbauteil bevorzugt ein Kondensatorsubstrat als das erste Gehäuseglied verwendet. Anders gesagt, wird der piezoelektrische Dickendehnungsresonator an einem Kondensatorsubstrat befestigt, das ein dielektrisches Substrat und mehrere darauf gebildete Elektroden hat. Mit diesen Maßnahmen ist der piezoelektrische Dickendehnungsresonator elektrisch mit den auf dem Kondensatorsubstrat gebildeten Kondensatoren verbunden.

Die 1A und 1B zeigen jeweils perspektivisch und im vertikalen Schnitt einen einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung entsprechenden piezoelektrischen Dickendehnungsresonator.

2 zeigt graphisch die Beziehung zwischen den Werten von |Dr – Di|/Di × 100 (%) und Variationen 3CV in einer Resonanzfrequenz.

3 zeigt perspektivisch eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines piezoelektrischen Dickendehnungsresonators.

4 zeigt im vertikalen Schnitt eine Modifikation des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dickendehnungsresonators.

Die 5A und 5B zeigen im vertikalen Schnitt andere Modifikationen des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dickendehnungsresonators.

6 zeigt im vertikalen Schnitt eine andere Modifikation des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators.

7 zeigt in perspektivischer Explosionsansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonanzbauteils.

8 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsstruktur des piezoelektrischen Resonanzbauteils in 7 zeigt.

9 zeigt in perspektivischer Explosionsansicht ein Beispiel des bekannten piezoelektrischen Dickendehnungsresonators.

10 ist eine Schnittansicht des bekannten piezoelektrischen Dickendehnungsresonators in 9, und

11 zeigt perspektivisch ein anderes Beispiel eines bekannten piezoelektrischen Dickendehnungsresonators.

Diese Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezug auf einige nicht beschränkende Ausführungsbeispiele erläutert.

Die 1A und 1B zeigen jeweils perspektivisch und im vertikalen Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein piezoelektrischer Dickendehnungsresonator des ersten Ausführungsbeispiels ist aus einem schmalen streifenförmigen piezoelektrischen Körper 2 gebildet, der aus piezoelektrischer Keramik, wie z. B. Bleititanatkeramik, besteht. Der piezoelektrische Körper 2 wird in seiner Dickenrichtung einer gleichmäßigen Polarisationsbehandlung unterworfen.

Auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 2 ist eine erste Anregungselektrode 3 und auf seiner Unterseite eine zweite Anregungselektrode 4 gebildet. Die Anregungselektroden 3 und 4 erstrecken sich von einer Endfläche 2a des piezoelektrischen Körpers 2 zu seiner anderen Endfläche 2b jeweils auf seiner Ober- und Unterseite.

Außerdem sind die Anregungselektroden 3 und 4 miteinander durch eine an der Endfläche 2a des piezoelektrischen Körpers 2 gebildete Verbindungselektrode 5 verbunden.

Eine Innenelektrode 6 ist in mittlerer Position der Höhe des piezoelektrischen Körpers 2 gebildet. Die Innenelektrode 6 ist zur Endfläche 2b des piezoelektrischen Körpers 2 geführt und dort elektrisch mit einer auf der Endfläche 2b gebildeten Anschlusselektrode 7 verbunden.

Im Betrieb wird eine Wechselspannung jeweils zwischen der ersten Anregungselektrode 3 und der Innenelektrode 6 und der zweiten Anregungselektrode 4 und der Innenelektrode 6 angelegt, wodurch die Oberwelle zweiter Ordnung im Dickendehnungsvibrationsmodus stark angeregt wird, so dass der piezoelektrische Resonator in der zweiten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus schwingt.

In diesem Ausführungsbeispiel überlappen sich die erste Anregungselektrode 3, die zweite Anregungselektrode 4 und die Innenelektrode 6 mit der dazwischenliegenden piezoelektrischen Lage in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 2, d. h. in der Mitte der ersten Richtung. Als Ergebnis entsteht in dem Bereich, wo sich die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 überlappen, ein energieeinfangender Resonanzbereich. Die Energie, die erzeugt wird, wenn der Resonanzbereich angeregt ist, wird durch jeweilige piezoelektrische Abschnitte zwischen dem Resonanzbereich und den Endflächen 2a und 2b gedämpft.

Anders gesagt liegt, wenn der Resonanzbereich als Mittelteil betrachtet wird, an jeder Seite desselben ein vibrationsdämpfender Bereich aber nur in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 2, und die erste und zweite Anregungselektrode sind so gebildet, dass sie jeweils bis zu den Kanten des piezoelektrischen Substrats in dessen Breitenrichtung senkrecht zur Längsrichtung, d. h. bis zu den Längskanten reichen.

Allerdings müssen die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 nur im Resonanzbereich dieselbe Breite wie die Gesamtbreite des piezoelektrischen Körpers 2 haben. Außerhalb des Resonanzbereichs müssen sie nicht notwendigerweise dieselbe Gestalt haben. Z. B. braucht die Anregungselektrode 3 nur im Resonanzbereich so breit sein wie der piezoelektrische Körper 2. Im Gegensatz kann der Bereich oder Abschnitt der Anregungselektrode 3 zwischen dem Resonanzbereich und der Endfläche 2 schmaler sein, da dieser Bereich oder Abschnitt einfach ein Teil ist, wo die Anregungselektrode elektrisch mit der Verbindungselektrode 5 verbunden ist.

Bei dem piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 1 des ersten Ausführungsbeispiels liegen vibrationsdämpfende Bereiche auf jeder Seite des vibrierenden Bereichs nur in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 2, dagegen nicht in dessen Breitenrichtung. Dementsprechend kann die Breite des piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 1 verringert und deshalb ein kompakter piezoelektrischer Resonator hergestellt werden.

Außerdem hat der piezoelektrische Resonator bei diesem Ausführungsbeispiel eine Struktur, bei der die Anregungselektroden 3 und 4 und die Innenelektrode 6 unter Zwischenlage der piezoelektrischen Lagen laminiert sind und hat daher eine größere elektrische Kapazität als der bekannte piezoelektrische Resonator 70 (11), der keine Innenelektroden hat, mit dem Ergebnis, dass der piezoelektrische Resonator 1 kaum Einflüssen der von einer Schaltungsplatte herrührenden Streukapazität ausgesetzt ist.

Außerdem ist die elektrische Kapazität auch dadurch zu vergrößern, dass die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 so gebildet sind, dass sie bis zu den Kanten des piezoelektrischen Körpers 2 in dessen Breitenrichtung gehen, so dass es noch unwahrscheinlicher ist, dass die Streukapazität der Schaltungsplatte schädliche Einflüsse ausübt.

Bei dem piezoelektrischen Dickendehnungsresonator 1 des ersten Ausführungsbeispiels gilt, wenn jeweils die Dicke der piezoelektrischen Lagen 2a und 2b durch die Größen Dr₁ und Dr₂, die Gesamtdicke des piezoelektrischen Körpers 2 durch die Größe T angegeben sind und die Größe Di gleich T/N gesetzt wird, die Ungleichung |Dr1 – Di| ≤ Di/10 und |Dr₂ – Di| ≤ Di/10. N ist die Ornungszahl der Oberwelle, mit der der piezoelektrische Resonator schwingt. Diese Anordnung gestattet eine Verringerung der Abweichungen des Resonanzgangs des piezoelektrischen Resonators. In 2 ist die oben beschriebene Situation dargestellt.

In dem piezoelektrischen Dickendehnungsresonator 1 sollen idealerweise, um befriedigende Resonanzeigenschaften zu erzielen, die piezoelektrischen Lagen 2a und 2b oberhalb und unterhalb der Innenelektrode 6 gleiche Dicke haben. Jedoch neigen die piezoelektrischen Lagen 2a und 2b bei der Herstellung des piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 1 zu Dickenunterschieden. Dies liegt an Veränderungen der Dickenunterschieden der piezoelektrischen Rohblätter, die zur Bildung des piezoelektrischen Körpers 2 verwendet werden und an Schwankungen während des Brennens des piezoelektrischen Körpers 2.

Jedoch ist es erfindungsgemäß ersichtlich, dass es auch dann, wenn die Lage der Innenelektrode 6 in Dickenrichtung von der gewünschten Lage abweicht, kaum zu Abweichungen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz kommt. Diese Erfindung basiert auf der empirischen Erkenntnis, dass wenn die Ungleichung |Dr – Di| ≤ Di/10 erfüllt ist, Streuungen der Resonanzeigenschaften des piezoelektrischen Resonators des Ausführungsbeispiels verringert werden können.

Zur empirischen Untersuchung wurde ein piezoelektrischer Körper 2 mit 2 mm Länge, 0,4 mm Breite und 0,3 mm Höhe dazu verwendet, um verschiedene piezoelektrische Dickendehnungsresonatoren herzustellen und die Werte von |Dr – Di|/Di gemessen, wie sie sich bei den hergestellten piezoelektrischen Dickendehnungsresonatoren ergaben. Anders gesagt, wurde die Messung dazu ausgeführt, um zu ermitteln, wie weit die Position der Innenelektrode 6 von ihrer richtigen Position in Dickenrichtung abweicht.

Danach wurden die Resonanzfrequenzen bei diesen piezoelektrischen Dickendehnungsresonatoren gemessen. 2 zeigt das Ergebnis. Die senkrechte Achse von 2 gibt Variationen 3CV in den Resonanzfrequenzen von jedem der hergestellten 100 piezoelektrischen Resonatoren und die horizontale Achse die Werte von |Dr – Di|/Di × 100 (%) an.

2 zeigt deutlich, dass die Veränderungsrate der Resonanzfrequenzen sehr klein ist, d. h. kleiner oder gleich als 0,1 %, wenn der Wert von |Dr – Di|/Di × 100 (%) innerhalb von 10 % liegt.

Anders gesagt ist es deutlich gemacht, dass, wenn der Wert von |Dr – Di|/Di × 100 (%) kleiner oder gleich 10 % ist, die Abweichungen der Resonanzeigenschaften nicht sehr groß sind.

Bei dem mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmenden piezoelektrischen Dickendehnungsresonator 1 wurde die Polarisation des piezoelektrischen Körpers 2 gleichsinnig in seiner Dickenrichtung durchgeführt. In diesem Fall ist der piezoelektrische Resonator ein Parallelschaltungstyp, bei dem die Richtung eines an jeder piezoelektrischen Lage anliegenden elektrischen Feldes umgedreht ist. Jedoch ist es bei dieser Erfindung auch möglich, einen piezoelektrischen Resonator des Reihenschaltungstyps zu verwenden, bei dem die Polarisierung bei mehreren piezoelektrischen Lagen in abwechselndem Sinn in Dickenrichtung umgekehrt ist. 3 zeigt einen solchen piezoelektrischen Dickendehnungsresonator 11 des Reihenschaltungstyps.

Der in 3 gezeigte piezoelektrische Dickendehnungsresonator 11 ist unter Verwendung eines streifenförmigen piezoelektrischen Körpers 12 hergestellt, der die Gestalt einer schmalen rechteckigen Platte hat. Auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 12 liegt ein erste Anregungselektrode 13 und auf seiner Unterseite eine zweite Anregungselektrode 14. Die erste Anregungselektrode 13 und die zweite Anregungselektrode 14 liegen einander am piezoelektrischen Körper 12 gegenüber. Zusätzlich überlappen sich die erste Anregungselektrode 13 und die zweite Anregungselektrode 14 im mittleren Bereich in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 12. Der Bereich, wo sich die Anregungselektroden 13 und 14 überlappen, wird als energieeinfangender Resonanzbereich verwendet.

Auch in der zweiten Ausführungsform erstrecken sich die erste Anregungselektrode 13 und die zweite Anregungselektrode 14 jeweils bis zu einer Endfläche 12a und einer Endfläche 12b des piezoelektrischen Körpers 12. Allerdings braucht kein Abschnitt dieser Elektroden außer dem Resonanzbereich eine die gesamte Breite des piezoelektrischen Körpers 12 bedeckende Breite haben.

Deshalb sollten die erste und die zweite Anregungselektrode 13 und 14, wenn man sie unter dem Gesichtspunkt betrachtet, dass sie einen energieeinfangenden Resonanzbereich unter gleichzeitiger Realisierung von Dämpfungsbereichen in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers bilden müssen, so geformt sein, dass sie bis zu den Längskanten die des piezoelektrischen Körpers in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung gehen.

In mittlerer Position in der Höhe des piezoelektrischen Körpers 12 ist eine Innenelektrode 16 so angeordnet, dass sie den piezoelektrischen Körper 12 einem Polarisationsvorgang unterwirft. Bei der Durchführung der Polarisation wird eine verhältnismäßig hohe Spannung an die Innenelektrode 16 und gleichzeitig eine verhältnismäßig geringe Spannung an die Anregungselektroden 13 und 14 gelegt, mit dem Ergebnis, dass die piezoelektrischen Lagen 12c und 12d einander entgegengesetzt in der Dickenrichtung polarisiert werden, wie dies durch die Pfeile in der Figur angedeutet ist. Zusätzlich werden die piezoelektrischen Lagen 12c und 12d derart geformt; dass sie die Ungleichung |Dr – Di| ≤ Di × 10 erfüllen.

Im Betrieb wird eine Wechselspannung zwischen der ersten Anregungselektrode 13 und der zweiten Anregungselektrode 14 angelegt, wohingegen die Innenelektrode 16 nicht verwendet ist. Dadurch kann die zweite Oberwelle TE₂ des Dickendehnungsvibrationsmodus angeregt werden.

Auch bei dem übereinstimmend mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gestalteten piezoelektrischen Dickendehnungsresonator 11 sind in Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers 12 keine vibrationsdämpfenden Bereiche auf beiden Seiten des Vibrationsbereichs angeordnet, und vibrationsdämpfende Bereiche liegen lediglich auf beiden Seiten des Vibrationsbereichs in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 12. Auf diese Weise lässt sich wie bei dem piezoelektrischen Resonator des ersten Ausführungsbeispiel ein kompakter piezoelektrischer Dickendehnungsresonator herstellen. Außerdem lässt sich, wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die innere Elektrode 16 und die Anregungselektroden 13 und 14 so gebildet sind, dass sie bis zu den beiden Kanten in Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers 12 reichen, die elektrische Kapazität erhöhen, mit dem Ergebnis, dass die Streukapazität der Schaltungsplatte fast keinen Einfluss hat.

Darüber hinaus können Schwankungen der Resonanzkennwerte des piezoelektrischen Resonators wirksam verringert werden, da genauso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Ungleichung |Dr – Di| ≤ Di/10 bei dem piezoelektrischen Dickendehnungsresonator 11 des zweiten Ausführungsbeispiels erfüllt ist.

Das erste und zweite Ausführungsbeispiel, die die piezoelektrischen Resonatoren 1 und 11 verkörpern, verwenden jeweils die zweite Oberwelle des Dickendehnungsvibrationsmodus. Jedoch kann auch ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer Resonator andere Oberwellen nutzen als die zweite Oberwelle der Dickendehnungsvibration. Die 4 bis 6 zeigen Schnittdarstellungen zur Erläuterung von piezoelektrischen Resonatoren, die andere Oberwellen verwenden, und diese sind der das erste Ausführungsbeispiel darstellenden 1B äquivalent.

In 4 ist ein piezoelektrische Dickendehnungsresonator 21 vom Parallelschaltungstyp gezeigt, der die dritte Oberwelle der Dickendehnungsvibration nutzt. Innerhalb des piezoelektrischen Körpers 2 sind zwei Innenelektroden 22 und 23 angeordnet, und damit wird die Polarisation des piezoelektrischen Körpers 2 gleichmäßig in Dickenrichtung durchgeführt, wie sie in 4 durch einen Pfeil angedeutet ist. Mit dieser Polarisation kann der piezoelektrische Dickendehnungsresonator 21 die dritte Oberwelle der Dickendehnungsvibration ausbilden.

Die 5A zeigt im Längsschnitt einen piezoelektrischen Dickendehnungsresonator 24 des Parallelschaltungstyps, der die Oberwelle vierter Ordnung der Dickendehnungsvibration nutzt. Der piezoelektrische Körper 2 dieses piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 24 erfährt eine gleichmäßige Polarisation in seiner Dickenrichtung. Innerhalb des piezoelektrischen Körpers 2 sind drei Innenelektroden 25–27 mit den gleichen Abständen dazwischen in Dickenrichtung angeordnet, wodurch die Oberwelle vierter Ordnung des Dickendehnungsvibrationsmodus wirksam erregt wird.

5B zeigt eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 28 des Reihenschaltungstyps, der die Oberwelle dritter Ordnung der Dickendehnungsvibration nutzt. Innerhalb des piezoelektrischen Körpers 12 dieses piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 28 sind zwei Innenelektroden 29 und 30 angeordnet, wodurch das Innere des piezoelektrischen Körpers 12 in drei piezoelektrische Lagen 12e–12g unterteilt wird. Die unter Verwendung der Innenelektroden 29 und 30 durchgeführte Polarisation polarisiert die benachbarten piezoelektrischen Lagen jeweils in umgekehrtem Sinn in Dickenrichtung. Als Ergebnis wird, wenn eine Wechselspannung an die erste Anregungselektrode 13 und die zweite Anregungselektrode 14 angelegt wird, die dritte Oberwelle der Dickendehnungsvibration angeregt.

Gleichermaßen zeigt 6 eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 31 des Reihenschaltungstyps, der die Oberwelle vierter Ordnung der Dickendehnungsvibration nutzt. Drei Innenelektroden 32–34 sind im Inneren des piezoelektrischen Körpers 12 dieses piezoelektrischen Dickendehnungsresonators 31 angeordnet. Unter Verwendung dieser Innenelektroden 32–34 lassen sich benachbarte piezoelektrische Lagen in Dickenrichtung derart polarisieren, dass sie jeweils im entgegengesetzten Sinn polarisiert werden, wie dies durch Pfeile in 6 angedeutet ist.

Wenn in dieser Situation eine Wechselspannung an der ersten Anregungselektrode 13 und der zweiten Anregungselektrode 14 angelegt wird, kann dieser piezoelektrische Resonator 31 im Dickendehnungsvibrationsmodus mit der Oberwelle vierter Ordnung schwingen.

Bei allen in den 4–6 dargestellten piezoelektrischen Dickendehnungsresonatoren sind auch, wie oben beschrieben, die vibrationsdämpfenden Bereiche nur in einer Richtung angeordnet, d. h. in einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der die erste und zweite Anregungselektrode ausgebildet sind, so dass diese Elektroden bis zu den Kanten des piezoelektrischen Körpers oder bis in deren Nähe gehen. Eine derartige Anordnung gestattet die Herstellung eines kompakten piezoelektrischen Dickendehnungsresonators. Zusätzlich lässt sich bei diesen piezoelektrischen Resonatoren die elektrische Kapazität erhöhen, da jedes Ausführungsbeispiel wenigstens eine Innenelektrode enthält, so dass es kaum Probleme durch die Streukapazität der Schaltungsplatte gibt.

Außerdem lassen sich auch bei den in den 4–6 gezeigten piezoelektrischen Dickendehnungsresonatoren Variationen der Resonanzkennwerte jeder Modifikation wirksam verringern, da die Beziehung |Dr – Di| ≤ Di/10 erfüllt ist.

7 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht zur Erläuterung eines ein dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung bildenden piezoelektrischen Resonanzbauteils.

In dem piezoelektrischen Resonanzbauteil des dritten Ausführungsbeispiels ist der in 1 dargestellte piezoelektrische Resonator 1 auf einem Kondensatorsubstrat 41 angeordnet, das ein erstes Gehäuseglied ist. Das Kondensatorsubstrat 41 hat ein dielektrisches Substrat 41a, das aus einem dielektrischen Material, wie z. B. einer dielektrischen Keramik, gebildet ist. Auf dem dielektrischen Substrat 41a sind Elektroden 41b–41d ausgebildet. Die Elektroden 41b und 41d sind so gebildet, dass sie bis zur Oberseite des dielektrischen Substrats 41a reichen. In den Bereichen, wo die Elektroden 41b und 41d bis zur Oberseite des dielektrischen Substrats 41a reichen, ist der piezoelektrische Resonator 1 mit leitenden Klebstoffen 42 und 43 verbunden. Anders gesagt, sind die Anschlusselektroden 5 und 7 des piezoelektrischen Resonators 1 durch die leitenden Klebstoffe 42 und 43 elektrisch mit den Elektroden 41b und 41d verbunden. Mit dieser Bedingung ist der piezoelektrische Resonator 1 auf dem dielektrischen Substrat 41a unter Einhaltung eines Zwischenraums fixiert, der dafür sorgt, dass die Vibration des piezoelektrischen Resonators 1 nicht behindert wird.

Außerdem sind die leitenden Klebstoffe 42 und 43 so angebracht, dass sie die Teile längs der gesamten Länge der unteren Kanten der Endflächen 2a und 2b der Anschlusselektroden 5 und 7 einschließen. Anders gesagt, sind die unteren Kanten der Endflächen 2a und 2b mechanisch an dem Kondensatorsubstrat 41 befestigt, wodurch der piezoelektrische Resonator 1 an seinen beiden Enden in Längsrichtung festgehalten ist.

Auf dem Kondensatorsubstrat 41 sind Kondensatoren jeweils zwischen den Elektroden 41b und 41c und den Elektroden 41d und 41c gebildet. Als Ergebnis entsteht zwischen den Elektroden 41b–41d ein in 8 gezeigter Schwingkreis, der einen Resonator und zwei Kondensatoren enthält.

Auf das das erste Gehäuseglied bildende Kondensatorsubstrat 41 wird eine ein zweites Gehäuseglied bildende Kappe 44 mittels eines (nicht gezeigten) isolierenden Klebstoffs aufgesetzt und damit verbunden, wodurch der piezoelektrische Resonator 1 durch das aus dem ersten und zweiten Gehäuseglied bestehende Gehäuse gekapselt ist. Demgemäß lässt sich das piezoelektrische Resonanzbauteil des dritten Ausführungsbeispiels wie andere elektronische Bauteile auf der Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplatte unter Verwendung der Elektroden 41b–41d montieren. Da außerdem der piezoelektrische Resonator und die beiden Kondensatoren elektrisch miteinander verbunden sind und die in 8 gezeigte Schaltung bilden, kann ein eine Lastkapazität enthaltender piezoelektrischer Oszillator in einem einzigen Bauteil untergebracht werden.

Außerdem lassen sich als erstes und zweites Gehäuseglied auch andere Gehäuseglieder verwenden, deren Struktur sich von der des Kondensatorsubstrats 41 und der Kappe 44, wie sie in 7 gezeigt sind, unterscheidet. Z. B. kann als erstes Gehäuseglied ein Behälter dienen, dessen Öffnung nach oben geöffnet ist. Der piezoelektrische Resonator 1 wird in dem Behälter untergebracht und die Öffnung durch ein ein zweites Gehäuseglied bildendes plattenförmiges Glied verschlossen, um so ein piezoelektrisches Resonatorbauteil herzustellen.

Nach der obigen Beschreibung stellt diese Erfindung einen piezoelektrischen Dickendehnungsresonator zur Verfügung, der einen rechteckigen plattenförmigen piezoelektrischen Körper, eine erste und zweite auf den beiden Oberflächen des piezoelektrischen Körpers ausgebildete Anregungselektrode und wenigstens eine innerhalb des piezoelektrischen Körpers liegende Innenelektrode enthält, die wenigstens teilweise der ersten und zweiten Anregungselektrode gegenüberliegt. Da der erfindungsgemäße piezoelektrische Dickendehnungsresonator eine Innenelektrode hat, ist im Vergleich mit einem herkömmlichen piezoelektrischen Dickendehnungsresonator ohne Innenelektrode oder Innenelektroden die elektrische Kapazität des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators erhöht. Diese Anordnung gestattet es, die schädlichen Einflüsse einer durch eine Schaltungsplatte hervorgerufenen Streukapazität zu verringern mit dem Ergebnis, dass ein piezoelektrischer Resonator mit befriedigenden Resonanzeigenschaften hergestellt werden kann.

Zusätzlich ist ein Vibrationsdämpfungsbereich nur in einer Richtung, d. h. in Längsrichtung des piezoelektrischen Resonators zu beiden Seiten des Resonanzbereichs vorgesehen. Dagegen hat der erfindungsgemäße piezoelektrische Resonator keine vibrationsdämpfenden Bereiche in einer zu dieser Längsrichtung senkrechten Richtung auf beiden Seiten des Resonanzbereichs. Deshalb kann ein kompakter piezoelektrischer Resonator hergestellt werden, weil die Abmessung des piezoelektrischen Resonators in dieser Richtung, in der keine vibrationsdämpfenden Bereiche liegen, verringert werden kann.

Da außerdem, wie oben beschrieben, die Ungleichung |Dr – Di| ≤ Di/10 in dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonator erfüllt ist, lassen sich Variationen in den Resonanzkennwerten wirksam verringern. Deshalb lassen sich auch, wenn der erfindungsgemäße piezoelektrische Dickendehnungsresonator in Massenproduktion hergestellt wird, zufriedenstellende Resonanzkennwerte erzielen, auch wenn die Lage der Innenelektrode mehr oder weniger variiert, so lang der Wert |Dr – Di| innerhalb des oben spezifizierten Bereichs liegt.

Die Verwendung eines schmalen streifenförmigen piezoelektrischen Körpers gestattet es, die Breite des piezoelektrischen Resonators zu verringern. Deshalb kann ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer Dickendehnungsresonator noch mehr verkleinert werden.

Weiterhin ist bei einem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonanzbauteil der piezoelektrische Dickendehnungsresonator der Erfindung in einem aus einem ersten Gehäuseglied und einem zweiten Gehäuseglied bestehenden Gehäuse gekapselt. Dadurch kann das erfindungsgemäße piezoelektrische Resonanzbauteil wie ein herkömmliches chipartiges piezoelektrisches Bauteil auf der Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplatte oder dergleichen montiert werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße piezoelektrische Resonanzbauteil auch ein elektronisches Bauteil mit einer Anschlussleitung oder Lötfahne sein, indem ein Zuleitungs- oder Lötanschluss mit einem der Gehäuseglieder gekoppelt ist.

Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonanzbauteil wenn, wie bei dem Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ein Kondensatorsubstrat als erstes Gehäuseglied dient und der piezoelektrische Dickendehnungsresonator elektrisch mit den auf dem Kondensatorsubstrat gebildeten Kondensatoren verbunden ist, ein piezoelektrischer Oszillator, der eine Kapazität enthält, als ein einziges Bauteil hergestellt werden.

Claims

Piezoelektrischer Dickendehnungsresonator, der aufweist: – einen Resonanzbereich; – einen Vibrationsdämpfungsbereich, der an jeder Seite des Resonanzbereiches liegt und ausgestaltet ist mit einer Oberwelle N-ter Ordnung im Dickendehnungsvibrationsmodus zu vibrieren; – einen rechtwinkligen plattenförmigen piezoelektrischen Körper (2; 12); – eine erste und eine zweite Anregungselektrode (3, 4; 13, 14), die jeweils auf einzelnen Oberflächen des rechtwinkligen plattenförmigen piezoelektrischen Körpers (2; 12) derart angeordnet sind, daß sich die Elektroden mit dem dazwischenliegenden piezoelektrischen Körper (2; 12) gegenüberliegen; – mindestens eine Innenelektrode (6; 16; 22, 23; 25–27; 29, 30; 32–34), die innerhalb des piezoelektrischen Körpers (2; 12) derart angeordnet ist, daß sie zumindest teilweise der ersten und zweiten Anregungselektrode (3, 4; 13, 14) mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Lagen (2a, 2b; 12c, 12d, 12e, 12f, 12g) gegenüberliegt; – wobei der Resonanzbereich durch einen Abschnitt gebildet ist, wo sich die erste Anregungselektrode (3; 13), die zweite Anregungselektrode (4; 14) und die wenigstens eine Innenelektrode in Dickenrichtung des piezoelektrischen Körpers (2; 12) überlappen; wobei, – wenn eine die vibrationsdämpfenden Bereiche an beiden Seiten des Resonanzbereichs verbindende Richtung als erste Richtung festgelegt wird, die erste Anregungselektrode (3; 13) und die zweite Anregungselektrode (4; 14) so gebildet sind, daß sie in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung bis zu den Kanten des piezoelektrischen Körpers (2; 12) oder in die Nähe dieser Kanten reichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichung |Dr – Di| ≤ Di/10 erfüllt ist, worin die Größe Dr die Dicke der piezoelektrischen Lagen zwischen den Anregungselektroden und der Innenelektrode oder die Dicke einer piezoelektrischen Lage zwischen mehreren Innenelektroden, die Größe T die Dicke des piezoelektrischen Körpers angegeben und der Wert der Größe Di gleich T/N gesetzt ist.
Piezoelektrischer Dickendehnungsresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper aus einem schmalen streifenförmigen piezoelektrischen Glied gebildet ist.
Verwendung eines piezoelektrischen Dickendehnungsresonators (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 für ein piezoelektrisches Resonanzbauteil mit einem ersten Gehäuseglied (41) und einem zweiten Gehäuseglied (44), die ein Gehäuse bilden; wobei der piezoelektrische Resonator mit dem ersten Gehäuseglied (41) derart ausgerüstet ist, daß ein freier Raum gebildet wird, der die Vibration nicht stört, und das zweite Gehäuseglied (44) am ersten Gehäuseglied (41) derart befestigt ist, daß der mit dem ersten Gehäuseglied (41) ausgerüstete piezoelektrische Dickendehnungsresonator (1) umschlossen ist.
Verwendung nach Anspruch 3, wobei das erste Gehäuseglied (41) aus einem Kondensatorsubstrat gebildet ist, das ein dielektrisches Substrat und mehrere darauf gebildete Elektroden (41b, 41d) hat und daß der piezoelektrische Dickendehnungsresonator (1) elektrisch mit den auf dem Kondensatorsubstrat gebildeten Kondensatoren verbunden ist.