DE2853834A1

DE2853834A1 - Kristallfilter

Info

Publication number: DE2853834A1
Application number: DE19782853834
Authority: DE
Inventors: Gerald Ewing Roberts
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1979-06-21
Also published as: GB2010624A; JPS5496944A; FR2412204A1

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA

Kristallfilter

Die Erfindung betrifft ein Kristallfilter, insbesondere ein monolithisches Kristallfilter.

Monolithische Dual-Filter bestehen aus einer einzigen Platte aus piezoelektrischem Material, die mit einem Paar von Eingangselektroden und einem Paar Ausgangselektroden versehen ist, welche Abstand zu den Eingangselektroden haben. Die den Eingangselektroden zugeführten Signale rufen Schwingungen in dem piezoelektrischem Material in der Hähe der. Eingangselektroden hervor. Diese Schwingungen werden akustisch durch das piezoelektrische Material in die Uahe der Ausgangselektroden gekoppelt. Diese übergekoppelten Schwingungen rufen Ausgangssignale hervor, die an den Ausgangselektroden erzeugt werden. Wie bei den meisten Filtern werden die FiI-tereigenschaften solcher monolithischen Dual-Filter durch einen externen, überbrückenden Kondensator verbessert, der zwischen eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode geschaltet ist. Ein derartiger externer Kondensator ermöglicht die Realisierung eines begrenzten Polfilters, das ein größeres Durchlaßband und eine höhere Dämpfung relativ

909825/0816

nahe an jeder Seite des Durchlaßbereiches aufweist. Viele der heute äußerst kompakt aufgebauten elektronischen Ausrüstungen, insbesondere kleine Zweiwegradios (two way radios), haben jedoch nicht den Raum verfügbar für einen derartigen.externen Kondensator.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein monolithisches Dual-Filter zu schaffen, das relativ klein und kompakt aufgebaut ist und dennoch verbesserte Durchlaß- und DämpfungsCharakteristiken hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem monolithischen Dual-Filter ist ein Überbrückungs— kondensator auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Materials vorgesehen, welches das Filter bildet. Dieses monolithische Dual-Filter hat begrenzte Polcharakteristiken ohne Einsatz eines externen, überbrückenden Kondensators.

Die angegebenen Probleme werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überbrückungskondensator auf das das monolithische Dual-Filter bildende piezoelektrische Material plattiert wird. Eine Plattierung ist auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Materials von einer Eingangselektrode, in Richtung auf die Ausgangselektrode der einen Oberfläche vorgesehen. Die andere Plattierung ist auf der anderen Hauptfläche des piezoelektrischen Materials von der anderen Ausgangselektrode in Richtung auf die Eingangselektrode auf der anderen Fläche vorgesehen. Diese kapazitiven Plattierun— gen sind so geformt, daß sie-.eine gemeinsame Fläche auf den betreffenden Oberflächen des piezoelektrischen Materials bedecken und somit einen Kondensator auf der gemeinsamen Fläche bilden. Dieser Kondensator bildet den Überbrückungskon-

8 0.9 825/0816

densator, der die verbesserten begrenzten Polcharakteristiken des monolithischen Dual-Pilters liefert.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des monolithischen PiIters anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 und 2 Ansichten der beiden Hauptflächen eines monolithischen Dual-Pilters, das mit einem Überbrückungskondensator versehen ist, und

Pig. 3 Pilterkurven zur Erläuterung der durch die Erfindung erzielten Verbesserung.

Pig. 1 und 2 zeigen Ansichten der beiden Hauptflächen eines monolithischen Dual-Pilters, das erfindungsgemäßen Aufbau hat. Zwei dieser Dual-Pilter sind in Kaskaden- oder Tandem-Schaltung geschaltet und durch einen Nebenschlußkondensator gekoppelt, wodurch ein monolithisches Vierfach-Pilter gebildet ist. Während ein derartiges Pilter verschiedene Ansprechfrequenzen und Größen haben kann,weist das Vierfach-Pilter, das durch zwei Dual-Pilter der dargestellten Art gebildet' wird, einen Durchlaßbereich von 14,4- KHz mit einer Mittenfreqüenz von 21,4· MHz auf. Jedes Dual-Pilter wird durch eine

Platte oder "Wafer" (Scheibchen) mit einer Länge von 7jl mm (0,280 inch), einer Breite von 6,1 mm (0,240 ich) und einer Dicke von 0,07696 mm (0,00303 inch) gebildet. Das Pilter besteht aus einem geeigneten piezoelektrischen Material 10, das im wesentlichen flache und parallele Hauptflächen 10-1, 10-2 hat, die durch im wesentlichen gerade und gebogene Kanten begrenzt sind. Eine erste metallische Eingangselektrode 11 ist auf der einen Hauptfläche 10-1 und eine zweite metallische Eingangselektrode 12 auf der anderen Haupt fläche 10-2 angeordnet, wobei die beiden Ein-

909825/0816

gangselektroden 11, 12 in. einander gegenüberliegender Beziehung vorgesehen sind und im wesentlichen gleiche Formen und Lage auf der Oberfläche haben. Eine erste metallische Ausgangselektrode 13 ist auf der einen Hauptfläche 10-1 in Abstand zur Eingangselektrode 11 vorgesehen, während eine zweite metallische Ausgangselektrode 14 auf der anderen Hauptfläche 10-2 in Abstand zur Eingangselektrode 12 vorgesehen ist. Die Ausgangselektroden 13, 14- befinden sich in einander gegenüberliegender Beziehung und haben im wesentlichen gleiche Form und Lage auf der Oberfläche. Außenverbindungen für die Elektroden 11 bis 14 sind durch entsprechende metallische Anschlüsse 21 bis 24- gebildet. Die Elektorden 11 bis 14 und die Anschlüsse 21 bis 24 sind vorzugsweise auf das Material 10 gleichzeitig plattiert, wobei Maslken- und Metallverdampfungstechniken oder andere, gewünschte Techniken angewandt werden. Die Anschlüsse 21, auf der einen Hauptfläche 10-1 erstrecken sieh.tjrpischerweise auf die gegenüberliegenden Enden des Materials 10, während sich die Anschlüsse 22, 24 auf der anderen Hauptfläche 10-2 auf die gemeinsame Seite des'. Wafers IO erstrecken, wie dies gezeigt ist.

Das soweit beschriebene Filter bildet ein monolithisches Dual-Filter bekannter Art. Eingangs signale werden an die Eingänge 21, 22 angelegt ,um Schwingungen des Materials des Wafers 10 zwischen den Eingangselektroden 11, 12 hervorzurufen. Diese Schwingungen werden akustisch durch den Korper des Wafers 10 auf die Fläche der Ausgangselektroden 13,14 gekoppelt. Diese übergekoppelten Schwingungen erzeugen elektrische Signale, die an den .Ausgangselektroden 13, 14 abgegeben werden; diese Signale werden an den Ausgängen 23, abgeleitet. Ein derartiges Filter kann auf geeignete Weise befestigt werden, wie dies allgemein bekannt ist. Die Anschlüsse 22, 24 sind typischerweise miteinander verbunden und an Masse- oder einen gemeinsamen Bezugspunkt angeschlossen.

909825/0818

Die Kennlinien des soweit beschriebenen Filters sind in Fig. 3 durch die gestrichelte Linie 50 gezeigt. Figur 3 zeigt, daß die Dämpfung bei den unteren und höheren Frequenzen nicht einen gewünschten scharfen Maximalpunkt erreicht, der neben den Durchlaßfrequenzen liegt, mit dem Ergebnis, daß relativ schwache FiIterCharakteristiken erhalten werden. Ein derartiges Filter wird zum leil als All-Pol-Filter bezeichnet, was bedeutet, daß alle Punkte, an welchen eine unbegrenzte Dämpfung erhaltenwird, bei zwei Frequenzwerten auftritt, nämlich null und unendlich.

Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, wurden Filter mit einem externen Überbrückungskondensator konzipiert, der zwisehen einem Eingangsanschluß und einem entsprechenden Ausgangsanschluß liegt. Ein derartiges Filter hat die in Figur 3 durch die ausgezogene Kurve 41 dargestellte Filterkurve. Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß begrenzte Pole geschaffen sind, die eine scharfe Dämpfung auf beiden Seiten des FiIter-Durchlaßbereiches ergeben. Derartige Charakteristiken sind äußerst erwünscht.

Da in manchen Fällen es unerwünscht ist, einen externen Überbrückungskondensator in Form eines diskreten Schaltungselements vorzusehen, wird das in Figur 1 und 2 gezeigte Filter mit einem Überbrückungskondensator auf den Oberflächen 10-1, 10-2 des piezoelektrischen Wafers IO versehen. Dieser Überbrückungskondensator ist von dem Eingangsanschluß 21 durch eine metallische Plattierung 31 auf.der Oberfläche 10-1 vorgesehen, die sich vom Anschluß 21 entlang der Kante des Wafers 10 in !Richtung auf das andere Ende des W;afers zu einer Fläche 32 erstreckt. Eine weitere metallische Plattierung 41 ist auf der anderen Oberfläche 10-2 vorgesehen und verläuft von einer Fläche, die der Anschlußstelle 23 entspricht, entlang der Kante in Sichtung auf das andere Ende zu einer Fläche 42. Es ist zu beachten, daß die metal-

909825/081«

lischen Flächen 32^ 42 in einander gegenüberliegender Beziehung stehen und zusammenfallen oder sich überlappen, um zwei Platten eines Kondensators zu bilden, die durch das piezoelektrische Material des Wafers IO getrennt sind.

Gemäß. Figur 1 sind die Plattierung 31 und die Fläche 32 vorzugsweise auf die Oberfläche 10-1 als leil des Anschlusses 21 plattiert. Die Plattierung 4-1 und die Fläche 42 befinden sich auf der Oberfläche 10-2, so daß eine Verbindung zwischen der Plattierung 41 auf der Fläche 10-2 zu dem Anschluß 23 auf der Fläche 10-1 hergestellt werden muß. Dies kann durch Plattierung um die Kante des Wafers IO herum geschaffen werden, um die Verbindung zu ergeben, oder durch ein geeignetes Behältnis für das Filter, das soxvohl mit dem Anschluß 23 als auch mit der Plattierung 41 in Eingriff steht. Oder es- kann jede andere geeignete Verbindung Torgesehen werden. Wenn der Eingangsanschluß 21 auf der Fläche 10-1 mit der gemeinsamen Fläche 32 verbunden ist, bildet dies eine Platte eines Kondensators. Die andere Platte des Kondensators wird durch die gemeinsame Fläche 42 auf der Oberfläche 10-2 gebildet. Diese andere Platte ist an den Ausgangsanschluß 23 (auf der Fläche 10-1) angeschlossen, um einen Überbrückungskondensator zwischen den entsprechenden Eingangs- und Ausgangsanschlüssen zu schaffen. Solch ein Überbrückungskondensator ergibt verbesserte Filterkurven, wie in Figur 3 durch die volle Linie 51 gezeigt ist, wobei dies ohne dem Erfordernis eines diskreten, externen Kondensators möglich ist, der eines Eaumes bedarf. Die Plattierungen 31» 41 und;;die Flächen 32,42 können gleichzeitig mit den Elektroden 11 bis 14 und den Anschlüssen 21 bis 24 hergestellt werden.

Die Erfindung schafft somit ein verbessertes, monolithisches Dual-Filter mit einem eigenen, integralen Überbrückungskondensator, wobei das Filter verbesserte Filterkurven hat. Bei der dargestellten Ausführungsform sind verschiedene Ab-

909825/081«

Wandlungen vornehmbar, beispielsweise ist der Überbrückungskondensator nickt auf eine spezielle Frequenz, Größe oder Form'der monolithischen Dial-Filter begrenzt. Die gemeinsamen Flächen, welche die beiden Platten des Überbrüekuiigskondansators bilden, können an beinahe jeder geeigneten Stelle auf den Hauptoberflächen vorgesehen sein, jedoch wird es bevorzugt, eine Lage auszuwählen, die in einer Dimension des piezoelektrischen Wafers gemäß der Zeichnung zentriet ist. Die Größe der gemeinsamen Flächen kann verändert werden, um die erwünschte Überbrückungskapazität zu schaffen. Außerdem können Überbrückungskondensatoren gemäß der Erfindung bei zwei Dual-Filtern verwendet werden, die zum Teil auch als monolithische Tierer-Filter bezeichnet werden, beziehungsweise als monolithisches "Quad-Filter". Zur Verbindung der Kondensatorelektrode auf der einen Hauptfläche und der Kondensatorelektrode auf der anderen Oberfläche können beliebige Mittel verwendet werden.

Die Erfindung schafft somit ein monolithisches Dual-Filter, das endliche Dämpfungspole hat. Das monolithische Dual-Filter weist kapazitive Plattierungen auf dem piezoelektrischen Material zwischen den Eingangs- und Ausgangselektroden auf, welche die begrenzten, d.h. endlichen Dämpfungspole schaffen.

909825/0818

e e r s e

Claims

Vv ^IcMiyi . 9254 J-Mi a, M. 1 ■ GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y·, VStA Patentansprüche

1. ../Kristallfilter mit einem, piezoelektrischen Glied_t das ' erste und zweite, Abstand zueinander aufweisende und im wesentlichen flache, parallele Hauptflächen enthält, die durch Kanten begrenzt sind, mit einem Paar von einander gegenüberliegenden Eingangselektroden auf den Hauptflächen, die das piezoelektrische Element abhängig von an sie angelegten elektrischen Signalen in Schwingung versetzen, mit einem Paar von einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden auf dent Hauptflächen, die akustisch mit d.em Eingangselektrodenpaar gekoppelt sind und elektrische Signale abhängig von den durch die Eingangselektroden hervorgerufenen Schwingungen liefern, und mit einer tfoerbrückungskondensatoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kondensatorelektrode (21) auf der ersten Hauptfläche (10-1) vorgesehen und von einem Anschluß ab schnitt der ersten Elektrode auf der ersten Hauptfläche in Richtung auf den Mtte lab schnitt des piezoelektrischen Elements verläuft, jedoch Abstand zu den Eingangs- und Ausgangselektroden (11 bis 14·) aufweist, daß eine zweite Kondensat or elektrode (23) auf der zweiten Hauptfläche (10-2) vorgesehen ist und sich von einem Verbindungsabschnitt auf der zweiten Hauptfläche (10-2) in Eichtung auf den Mittelabschnitt des piezoelektrischen Elements unter Einhaltung eines Abstands zu den Elektroden er-

9'09825/081S

ORIGINAL INSPECTED

streckt, daß die ersten und zweiten Kondensatorplatten Bereiche aufweisen, die über eine ausgewählte Fläche einander gegenüberliegen, um einen Kondensator zwischen einem Teil des Körpers des piezoelektrischen Elements als Dielektrikum zu bilden.

2. Kristallfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeich η e t , daß der Überbrückungskondensator mit der ersten Kondensatorelektrode (21) an die zugehörige Eingangselektrode in der Nähe der Kante des piezoelektrischen Elements (10) angeschlossen ist und daß die zweite Kondensatorelektrode (23) an die entsprechende Ausgangselektrode (13) auf der ersten Hauptfläche (10-1) in der Nähe der anderen Kante des piezoelektrischen Elements angeschlossen ist,

3· Monolithisches Kristallfilter nach Anspruch 1 mit einem Wafer aus piezoelektrischem Material, welches im wesentlichen flache und parallele Hauptflächen, ein Paar von einander gegenüberliegenden Eingangselektroden, die jeweils auf die Hauptflächen plattiert sind, und ein Paar von einander gegenüberliegenden Ausgangselektroden aufweist, die jeweils auf die Hauptflächen und unter Einhaltung eines Abstand zu den Eingangselektroden plattiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß eine erste metallische Plattierung (31) auf einer der Hauptflächen 10-1, 10-2) vorgesehen ist, daß eine zweite metallische Plattierung (41) auf der anderen Hauptfläche angeordnet ist, daß die beiden metallischen Plattierungen ein gemeinsames Volumen zwischen sich definieren, welches einen Kondensator bildet, daß eine Einrichtung zur Verbindung der ersten metallischen Plattierung mit der Eingangselektrode auf der einen Hauptfläche und eine Einrichtung zur Verbindung der zweiten metallischen Plattierung mit der Ausgangselektrode auf der einen Hauptfläche angeordnet ist, wodurch ein Überbrückungskondensator zwischen den Eingangs- und Ausgangselektroden auf der einen Hauptfläche gebildet wird.

909025/0818

4. Monolithisches Kristallfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Verbindung der zweiten metallischen Plattierung mit der Ausgangselek trode auf der einen Hauptfläche durch einen externen Leiter gebildet ist. ·

5· Monolithisches Kristallfilter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung der . zweiten metallischen Plattierung mit der Ausgangselek trode auf der einen Hauptfläche einen externen Leiter aufweist und daß die Einrichtung zur Verbindung der ersten metallischen Plattierung mit der Einganselektrode auf der einen Hauptfläche eine Plattierung auf dem piezoelektrischen Vafer aufweist.

6. Monolithisches Kristallfilter nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung der ersten metallischen Plattierung mit der Eingangselektrode auf der einen Hauptfläche eine Plattierung auf dem piezoelektrischen Vafer aufweist und daß die Einrichtung zur Verbindung der zweiten metallischen Plattierung mit der Ausgangselektrode auf der einen Hauptfläche ebenfalls eine Plattierung auf', dem piezoelektrischen Vafer. aufweist.

909825/0818