DE2445685B2

DE2445685B2 - Verfahren zur herstellung eines keramikresonators

Info

Publication number: DE2445685B2
Application number: DE19742445685
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Fink, Rudolf, Dipl.-lng.; Hoeffgen, Dietrich, Dipl.-Phys. Dr.rer.nat; 8672 Selb
Priority date: 1974-09-25
Filing date: 1974-09-25
Publication date: 1977-09-22
Also published as: DE2445685A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen keramischen Resonators, der nach dem Dickenschwingerprinzip und/oder nach dem Dickenscherschwingerprinzip arbeitet, bestehend aus einem scheibenförmigen Körper beliebiger Grundflächengestalt mit auf den gegenüberliegenden Hauptflächen angeordneten Elektrodenstrukturen.

Derartige piezoelektrische Keramikresonatoren sind seit langem bekannt. Die DT-PS 19 14 307 beschreibt einen Dickenschwinger, der in seiner Gesamtheit oder wenigstens zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden polarisiert ist. Dabei treten jedoch am Plättchenrand, der eine mechanische Störstelle für die an sich störenden Dickenscherwellen darstellt, Reflexionen auf, die das Dämpfungsverhalten derartiger Resonatoren negativ beeinflussen. Bei der Polarisation nur eines Teilbereiches der Hauptflächen des Plättchens bildet die Polarisationsgrenze eine Störstelie, die <>5 zusätzlich zu unerwünschten Reflexionen führt.

Aus der DT-PS 16 16 444 ist ein Dickenschwinger bekannt, der einen Dickenausdehnungsmodus oder einen Dickenschermodus ausnutzen soll. Dabei ist es jedoch so, daß neben der beispielsweise erwünschten Dickenres'onanz eine unerwünschte Dickenscherreson-n·' auftritt und umgekehrt Dieser Sachverhalt ist bereits vorgeschlagen (DT-OS 24 38 758, vgl. Seite 2), wobei in einem Ausführungsbeispiel eines 5,5 MHz-Filters bei ca 2,5 MHz eine störende Scherwelfcnreuonanz auftritt. . .

Aus der DT-AS 19 48 977 ist eine piezoelektrische Resonatoranordnung bekannt, bei der die Nebenwellen unterdrückt werden sollen. Die Nebenwellenunterdrückung erfolgt dort durch aufeinander senkrecht stehende Reihen von Belägen. Den gleichen Effekt erzielt eine Resonatorbauform gemäß der DT-AS 20 40 049, bei welcher außer aufeinander senkrecht stehenden Elektrodenbelägen auch Querschnittssprünge zur Nebenwellendärnpfung und zur Erhöhung der Flankensteilheit in der Durchlaßcharakteristik vorgesehen sind. Diese zuletzt genannten Bauformen haben jedoch den Nachteil, daß das keramische Plättchen relativ groß sein muß, um die aufeinander senkrecht stehenden Reihen von Elektrodenbelägen darstellen zu können.

Desgleichen bilden die aus der zuletzt genannten Auslegeschrift und aus der DT-AS 22 55 432 bekannten Querschnittssprünge bei Dickenschwinger-Resonatoren Unstetigkeitsstellen dar, wodurch störende Reflexionen nicht zu vermeiden sind. Ein weiterer Nachteil der aus der DT-AS 22 55 432 bekannten Ausführungsform eines piezoelektrischen Dickenschwinger-Resonators besteht in der aufwendigen Herstellung der Aussparung, so daß eine Massenproduktion kaum denkbar erscheint.

Eine andere Möglichkeit, die bei piezoelektrischen Keramikresonatoren auftretenden, störenden Reflexionen zu verhindern, ist aus der DT-AS 21 26 341 bekannt. Dort wird der Rand eines piezoelektrischen Keramikplättchens unregelmäßig ausgebildet, wobei jedoch auch an diese Unregelmäßigkeit gewisse Anforderungen gestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei nach dem Dickenschwingerprinzip arbeitenden Resonatoren unvermeidbar auftretenden Nebenwellen, wie Dickenscherwellen, mit einfachen Mitteln zu unterdrükken, wobei der Bereich der Hauptflächen der keramischen Plättchen unkritisch groß sein kann, in dem in Richtung der Dicke des Plättchens polarisiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäßi dadurch gelöst, daß das an sich bekannte, normalerweise in einer Bleiatmosphäre zu sinternde, geformte Keramikmaterial in einer normalen Ofenatmosphäre dichtgesintert wird, so daß die unter der Oberfläche des Keramikkörpers liegenden Randzonen bleiverarmt sind.

Der Keramikkörper wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung durch Strangziehen oder Pressen hergestellt und nach dem Sinterbrand in Einzelscheiben auseinandergeschnitten, geschliffen und polarisiert. Aus Rationalisierungsgründen wird der dichtgesinterte Keramikkörper vorzugsweise mittels Mehrfachsäge in einem Arbeitsgang in eine Vielzahl gleich oder ungleich dicker Scheiben auseinandergeschnitten.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch möglich, die Resonatorscheiben einzeln zu pressen und nach dem Sinterbrand zu schleifen und zu polarisieren. In den meisten Anwendungsfällen reicht die durch einen Schleifvorgang erzielte Oberflächengüte für den Resonatorkörper nach dem Dickenschwingerprinzip nicht aus, so daß vorzugsweise nach dem Schleifen ein Läppvorgang auf den gegenüberliegenden Hauptfiä-

chen durchgeführt wird. Die Polarisation der so hergestellten Keramikplättchen geschieht durch Hilfselektroden, welche die beiden gegenüberliegenden Hauptflächen vollständig oder unvollständig übcrdekken. Die nicht vollständige Überdeckung der Hauptflächen soll bedeuten, daß nur ein zentraler Flächenbereich vollständig von der Hilfselektrode bedeckt ist. Nach dem Polarisationsvorgang, der bevorzugt bei erhöhter Temperatur in einem Ölbad durchgeführt wird, werden die Polarisations-Hilfselektroden vom Keramikplättchen entfernt. Bei diesen Hilfselektroden kann es sich sowohl um Metallelektroden handeln, die auf die Hauptflächen aufgedruckt werden, als auch um Elektroden, welche an die unmetallisierten Hauptflächen angepreßt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, bei einem einfachen, in der Massenproduktion leicht anwendbaren Herstellungsverfahren piezoelektrische Keramikplättchen zu erhalten, bei denen der Übergang zwischen Polarisationsbereich und unpolarisiertem Randgebiet kontinuierlich ist.

Dieser kontinuierlicher Übergang zu unpolarisierten Randgebieten ergibt sich infolge der Bleiverarmung der Keramik. Zusätzlich wird durch die Bleiverarmung eine zum Rand hin kontinuierlich zunehmende Verzerrung der Gitterstruktur erzeugt. Dadurch kann die störende Dickenscherwelle ungestört auslaufen. Desgleichen ist es auch möglich, die von den Elektrodenstrukturen ausgehenden Anschlußflächen am unpolarisierten flättchenrand zu dimensionieren bzw. auch einen monolithisch integrierten Kopplungskondensator in den Randbereich einzubeziehen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß alle bekannten, normalerweise in einer Bleiatmosphäre zu sinternden piezoelektrischen Kcramikmaterialien verwendet und daß diese in normaler Ofenatmosphäre gebrannt werden können. Die Bleiverarmung tritt nur in radialer Richtung vom R:ind der Scheibe aus betrachtet ein, da in axialer Richtung in jedem Fall durch einen Bearbeitungsvorgang die eventuell bleiverarmten Bereiche entfernt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher

ίο beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines stranggezogenen, dichtgesinterten Keramikkörpers,

F i g. 2 den Keramikkörper teilweise zersägt und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Bleiverar-

mung.

Fig. 1 zeigt einen Strang 1 aus einer an sich bekannten Keramikzusammensetzung, der nach dem Sinterbrand und einer Polarisationsbehandlung einen piezoelektrischen Effekt aufweist. Aus den bekannten

Keramikmaterialien werden die ausgewählt, die normalerweise in einer Bleiatmosphäre sintergebrannt werden. Durch das Brennen in Normalatmosphäre ergibt sich in einem Bereich 3 unter der gesamten Strangoberfläche 2 eine Bleiverarmung.

Der dichtgesinterte und an den Außenzonen 3 bleiverarmte Keramikkörper 1 wird in dünne Scheiben 4 auseinandergeschnitten (Fig. 2), die anschließend in Dickenrichtung polarisiert werden. An die Oberflächengüte der Hauptflächen 5 werden die bekannten Anforderungen gestellt.

F i g. 3 zeigt den radialen Verlauf der Bleiverarmung einer Keramikscheibe. Daraus ist ersichtlich, daß die Bleiverarmung und damit der unpolarisierte Bereich kontinuierlich beginnt, so daß Reflexionen störender Dickenscherrollen vermieden werden.

Uier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen keramischen Resonators, der nach dem :■< Dickenschwingerprinzip und/oder nach dem Dikkenscherschwingerprinzip arbeitet, bestehend aus einem scheibenförmigen Körper beliebiger Grundflächengestalt mil auf gegenüberliegenden Hauptflächen angeordneten Elektrodenstrukturen, dadurch gekennzeichnet, daß das an sich bekannte, normalerweise in einer Bleiatmosphäre zu sinternde geformte Keramikmaterial in einer normalen Ofenatmosphäre dichtgesintert wird, so daß die unter der Oberfläche des Keramikkörpers i.s liegenden Randzonen bleiverarmt sind.

2. Verfahren nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper durch Strangziehen oder Pressen hergestellt und nach dem Sinierbrand in Einzelscheiben auseinanciergeschnit- zo ten, geschliffen und polarisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper durch einen Mehrfachschnitt auseinandergetrennt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper durch Pressen hergestellt und nach dem Sinterbrand geschliffen, vorzugsweise geläppt und polarisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation des scheibenförmigen Körpers durch Hilfselektroden geschieht, welche die Hauptflächen vollständig überdecken.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation des scheibenförmigen Körpers durch Hilfselektroden geschieht, welche die Hauptflächen nicht vollständig überdekken.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden nach dem Polarisationsvorgang von den Hauptflächen des scheibenförmigen Körpers entfernt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.

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