DE3027583A1

DE3027583A1 - Piezoelektrische baueinheit

Info

Publication number: DE3027583A1
Application number: DE19803027583
Authority: DE
Inventors: Toshio Ogawa; Kikuo Wakino
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1980-07-21
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE3027583C2

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Baueinheit. Darunter fallen alle Arten von piezoelektrischen Baugruppen, welche die charakteristischen Eigenschaften eines polarisierten oder quasi-polarisierten piezoelektrischen Elements ausnutzen, beispielsweise piezoelektrische Volumenschwinger, piezoelektrische Wandler, einen piezoelektrischen Wandler enthaltende mechanische Schwinger, elektroakustische Wandler und dergleichen.
Akustische Oberflächenwelleneinrichtungen wie akustische Oberflächenwellenfilter, akustische Oberflächenwellenschwinger, akustische Oberflächenwellen-Verzögerungsstrecken und dergleichen enthalten ein Keramikmaterial mit piezoelektrischer Wirkung. Typische Keramikmaterialien gehören zu einer Barium-Titanatgruppe, einer Blei-Titanatgruppe, einer Blei-Titanat-Zirkonatgruppe und dergleichen. Auch piezoelektrische Volumenschwinger enthalten ein derartiges Keramikmaterial. In jüngerer Zeit ist ein piezoelektrischer Volumenwellenschwinger in verschiedenen Arten von Filtern, Frequenzfallen, Diskriminatoren, Oszillatoren und dergleichen verwendet worden. Piezoelektrische Wandler, wie sie beispielsweise in mechanischen Schwingern und elektroakustischen Wandlern verwendet werden, enthalten ebenfalls Keramikmaterialen der zuvor genannten Gruppen. Andere mechanische Schwinger mit einem piezoelektrischen Wandler sind piezoelektrische Stimmgabeln und elektromechanische Filter, wie sie für Abstimmzwecke im Oszillator eines Empfängers, für Fernsteuerzwecke, in kleinen Signalgebern und dgl.
verwendet werden. Typische Beispiele für elektroakustische Wandler mit einem piezoelektrischen Keramikwandler sind Mikrofone, Tonabnehmer, Lautsprecher, Summer, Ultraschall- geber/Empfänger (Sonar), Ultraschallreiniger, Ultraschallgeräte, Fernsteuergeräte u.dgl. Sie arbeiten in verschiedenen Frequenzbereichen zwischen wenigen Hz und mehreren hundert kz, also in einem Bereich zwischen dem unteren Niederfrequenzband über den Hörbereich bis zum Ultraschallbereich.
Von allen diesen piezoelektrischen Einheiten werden große Zuverlässigkeit und stabile Betriebseigenschaften unter allen Einsatzbedingungen verlangt, auch bei erhöhten Temperaturen. Bekannte piezoelektrische Einheiten haben jedoch oft den Nachteil, daß sich ihre Betriebseigenschaften unter ungünstigen und besonders unter erhöhten Umgebungstemperaturen verschlechtern. Dies zeigt sich besonders unter Prüfbedingungen wie einem Wärmeschocktest und einem Hochtemperaturtest. Trotz zahlreicher Verbesserungsvorschläge zu den bekannten piezoelektrischen Einheiten konnte bisher keine Möglichkeit zur Beseitigung dieses Nachteils gefunden werden.
Für eine in einer piezoelektrischen Einheit verwendete ferroelektrische Platte besteht die wichtige Forderung, daß (a) beispielsweise bei einem Filter ein Einfügungsverlust, eine Mittenfrequenz u.dgl. sich auch bei Temperaturänderungen nicht verändern, und (b) im Fall eines Wandler beispielsweise ein großer elektromechanischer Koppelkoeffizient vorhanden ist, usw. Es ist versucht worden, beispielsweise den Hauptbestandteilen einer Keramik der Blei-Titanat-Zirkonatgruppe zahlreiche Zusätze beizufügen, um dadurch die Materialeigenschaften zu verbessern. Dabei wurden einige Teil-Fortschritte erzielt und beispielsweise beim Wärmeschocktest und beim Hochtemperaturtest vielleicht die zuvor angegebene Forderung (a) erfüllt, jedoch trat gleichzeitig eine Verschlechterung der unter (b) geforderten Eigenschaften auf.
Außerdem wurde versucht r die Forderung (a) durch ausgewählte Brennbedingungen zu erfüllen. Die Folge war jedoch eine Verschlechterung oder Streuung der Eigenschaften von (b). Solche Brennbedingungen sind schwierig zu steuern und nicht für die industrielle Massenproduktion geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine grundsätzliche Lösung zu finden, um piezoelektrische Einheiten der verschiedensten Arten so zu verbessern, daß sie insbesondere unter schwierigen Umwelt- und Temperaturbedingungen stabil und zuverlässig arbeiten.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Einheit mit einer ferroelektrischen Platte, die polarisiert ist und auf ihren die Polarisationsachse schneidenden Oberflächen zwei im elektrischen Kontakt mit den Oberflächen stehende Elemente trägt. Bei einer Tempetaturänderung der ferroelektrischen Platte wird durch eine in den beiden Elementen erzeugte und gespeicherte elektrische Ladung eine Potentialdifferenz erzeugt. Das wesentliche Element der vorliegenden Erfindung ist eine Ableiteinrichtung, welche mindestens mit einem der beiden Elemente im elektrischen Kontakt steht und die erwähnte Potentialdifferenz vermindert.
Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: Die durch den pyroelektrischen Effekt verursachten elektrischen Ladungen führen zum Aufbau eines elektrischen Gegenfeldes über die ferroelektrische Platte, welches die piezoelektrische Charakteristik der ferroelektrischen Platte durch Depolarisation verschlechtert. Da nun die erfindungsgemäße Ableiteinrichtung die entstehende Potentialdifferenz über eine externe elektrische Schaltung wirksam abbaut, wird eine Verschlechterung der Eigenschaften der ferroelektrischen Platte positiv verhindert. Die Erfindung bietet damit den weiteren Vorteil, daß nunmehr zur Stabilisierung der piezoelektrischen Eigenschaften die früher angewandte Änderung der Materialzusammensetzung der ferroelektrischen Platte überflüssig ist. Wie eingangs erwähnt, bedeutet eine Änderung der Materialzusammensetzung die Verschlechterung anderer Eigenschaften. Damit bietet die Erfindung die Möglichkeit, piezoelektrische Einheiten auf industrieller Basis in großen Mengen und mit geringem Ausschuß zu produzieren. Da durch die erfindungsgemäße Maßnahme die piezoelektrische Einheit nummehr auch bei ungünstigen Temperatureinflüssen äußerst stabil arbeitet, können auf dieser Basis äußerst zuverlässige Geräte hergestellt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet als akustische Oberflächenwelleneinheit und trägt auf der ferroelektrischen Platte eine Interdigitalelektrode und auf der anderen Oberfläche eine Masseelektrode oder ein anderes Element. Die Elektroden auf den beiden gegenüberliegenden Flächen sind durch ein Widerstandselement mit einem bestimmten Widerstandswert verbunden, beispielsweise mittels einer Widerstandspaste, eines Widerstands-Kunstharzmaterials o.dgl. Durch die so ausgebildete Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung erhält die Oberflächenwelleneinheit große Betriebsstabilität, insbesondere sehr geringe Änderungen oder Verschiebungen der Mittenfrequenz, des Einfügungsverlustes u.dgl., auch bei starken Temperaturänderungen oder hohen Umgebungstemperaturen.
Die Widerstandspaste kann mit für die Massenproduktion geeigneten Mitteln aufgetragen, eingebrannt o.dgl. werden. Die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung kann aber auch durch eine Widerstands-Harzschicht gebildet werden, mit dem die akustische Oberflächenwelleneinheit äußerlich umkleidet ist. In diesem Fall ist kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich. Falls die Einheit herkömmlich mit Harz beschichtet ist, kann sie in ein Metallgehäuse gesetzt und der Resthohlraum des Gehäuses mit einem Widerstands-Gießharz o.dgl. gefüllt werden. Auch dies ist eine Möglichkeit zur Anwendung der Erfindung ohne zusätzlichen Arbeitsgang.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Interdigitalelektrode und die Masseelektrode der akustischen Oberflächenwelleneinheit an Massepotential gelegt, die Interdigitalelektrode ist über ein Widerstandselement mit einem bestimmten Widerstandswert mit der Masse verbunden. Durch die Verbindung der beiden Elektroden mit dem Massepotential können alle durch Temperaturänderungen auftretenden elektrischen Ladungen schnell abgeleitet, das oben erwähnte elektrische Gegenfeld schnell reduziert und eine Depolarisation der ferroelektrischen Platte wirksam verhindert werden. Dabei ist der Aufbau und der Herstellprozeß äußerst einfach. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar, wenn es sich um ein hermetisch abgedichtetes akustisches Oberflächenwellenelement handelt.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel trägt die ferroelektrische Platte ein Paar Vibrationselektroden, die über ein Widerstandselement mit vorbestimmten Widerstandswert elektrisch verbunden sind, beispielsweise durch eine Widerstandspaste, ein Widerstandsharz o.dgl. Ein derartig erfindungsgemäß verbesserter piezoelektrischer Schwinger wird sehr zuverlässig arbeiten und unter extremen Temperaturbedingungen nur geringe Abweichungen seiner Eigenschaften zeigen. Herstellung und Aufbau sind einfach und für die Massenproduktion geeignet. Das Widerstandselement kann auch eine Widerstands-Harzschicht sein, in welcher das piezoelektrische Element eingebettet ist. Das erspart zusätzliche Produktionsschritte. Ist die in herkömmliches Harz eingeschlossene Einheit in einem Metallgehäuse untergebracht, dann kann dieses ohne Mehrarbeit mit einem Widerstands-Gießharz ausgegossen werden.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Vibrationselektroden-Paar der piezoelektrischen Einheit über ein Widerstandselement mit einem bestimmten Widerstandswert verbunden, damit aufgrund einer Temperaturänderung in den beiden Vibrationselektroden gespeicherte elektrische Ladungen abgeleitet, das zuvor beschriebene elektrische Gegenfeld schnell abgebaut und eine Depolarisation der ferroelektrischen Platte wirksam verhindert werden. Auch dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel läßt sich einfach und mit geringem Arbeitsaufwand fabrizieren.
Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig 1A und 1B ein der Erfindung entsprechendes akustisches Oberflächenwellenfilter in einer Draufsicht und einem Schnitt durch eine Linie B-B von Fig. 1A, Fig. 2 und 3 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 in Draufsicht und Querschnitt, jeweils maßstäblich vergrößert, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Interdigitalwandlers eines akustischen Oberflächenwellenfilters, Fig. 5A und 5B je ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Schaltung für einen Wärmeschocktest, A zum Stand der Technik und B zu Fig.1, Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Schaltung zum Messen des Einfügungsverlustes und der Mittenfrequenz, Fig. 7 eine grafische Darstellung zur Änderung des Einfügungsverlustes im Verlauf eines Wärmeschocktests bei einem erfindungsgemäßen und einem herkömmlichen Oberflächenwellenfilter, Fig. 8 eine grafische Gegenüberstellung der Abweichung der Mittenfrequenz eines erfindungsgemäßen und eines herkömmlichen Oberflächenwellenfilters, Fig. 9 und 10 grafische Darstellungen zum Frequenzgang vor und nach dem Wärmeschocktest bei einem herkömmlichen und einem erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilter, Fig. 1f eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilters, Fig. 12A und 12B eine Perspektivansicht bzw.
Schnittansicht im Verlauf einer Linie B-B eines anderen erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilter-Ausführungsbeispiels, Fig. 13 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Impulskompressors, wobei in Fig. 13A ein Chirp-Signal, in Fig. 13B schematisch der Impulskompressor und in Fig. 13C ein Ausgangssignal dargestellt ist, Fig. 14 eine Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer akustischen Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung, Fig. 15A und 15B ein anderes Ausführungsbeispiel einer Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung in einer Draufsicht und einer Perspektivansicht, Fig. 16 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für einen akustischen Oberflächenwellen-Resonator, Fig. 17 und 18 Perspektivdarstellungen eines erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellen-Convolvers, Fig. 19 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenverstärkers, Fig. 20 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines monolithischen akustisch/optischen Elementes, Fig. 21 ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines akustischen Oberflächenwellenfilters in einer Fig. 1B ähnlichen Darstellung, Fig. 22 und 23 grafische Darstellungen zur Änderung des Einfügungsverlustes bzw. der Mittenfrequenz des Filters von Fig. 21 im Vergleich zu einem herkömmlichen Oberflächenwellenfilter, Fig. 24 und 25 grafische Darstellungen des Frequenzganges vor und nach dem Wärmeschocktest bei einem herkömmlichen Oberflächenwellenfilter und dem von Fig. 21, Fig. 26 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilters, Fig. 27 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilters, Fig. 27A in Perspektivansicht und Fig. 27B im Schnitt durch eine Linie B-B von Fig. 27A, Fig. 28 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung, Fig. 29 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenresonators, Fig. 30 bis 34 eine Folge von Produktionsschritten bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilters, Fig. 35 ein herkömmlicher Keramikresonator mit Energieeinschluß, Fig. 36 bis 39 verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele von piezoelektrischen Keramikresonatoren mit Energieeinschluß, Fig. 40 eine grafische Gegenüberstellung zur Dickenänderung der Ausführungsbeispiele von Fig.
37 und 35, Fig. 41 bis 44 verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele piezoelektrischer Keramikfilter, Fig. 45 und 46 grafische Gegenüberstellungen zur Änderung des Einfügungsverlustes bzw. der Mittenfrequenz bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 42 und einem herkömmlichen piezoelektrischen Keramikfilter, Fig. 47 und 48 grafische Darstellungen zum Frequenzgang vor und nach dem Wärmeschocktest bei einem herkömmlichen piezoelektrischen Keramikfilter und dem von Fig. 42, Fig. 49 und 50 weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele piezoelektrischer Keramikresonatoren, Fig. 51 ein als rechteckiger Plattenresonator ausgeführtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, Fig. 52 ein Schaltbild eines Leitertyp-Filters, Fig. 53 eine Perspektivansicht eines für das Schaltbild von Fig. 52 verwendbaren Resonators, Fig. 54 und 55 Schaltbild und Ansicht eines Dreipolfilters, Fig. 56 ein erfindungsgemäßes Mehrfachscheibenfilter, Fig. 57 bis 61 aufeinanderfolgende Schritte bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Keramikresonators mit Energieeinschluß, Fig. 62 und 63 verschiedene Ansichten einer herkömmlichen piezoelektrischen Stimmgabel, Fig. 64 bis 67 schematische Seitenansichten zu verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen einer piezoelektrischen Stimmgabel, Fig. 68 eine grafische Gegenüberstellung der Änderungen des Einfügungsverlustes und der Resonanzfrequenz einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Stimmgabel, Fig. 69 eine andere erfindungsgemäße piezoelektrische Stimmgabel, Fig. 70 und 71 Perspektivdarstellungen je eines erfindungsgemäßen Reedfilters und eines H-Filters, Fig. 72 eine Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Filters für mehrere Betriebsarten, Fig. 73 einen herkömmlichen piezoelektrischen Zweipolsummer, Fig. 74 bis 77 verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele piezoelektrischer Summer, Fig. 78 eine grafische Gegenüberstellung zur Schalldruckänderung eines erfindungsgemäßen und eines herkömmlichen piezoelektrischen Zweipolsummers, Fig. 79 bis 82 verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele piezoelektrischer Dreipolsummer, Fig. 83 eine grafische Gegenüberstellung zur Schalldruckänderung bei einem erfindungsgemäßen und einem herkömmlichen Dreipolsummer, Fig. 84 ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Wandlers, Fig. 85 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Zweikristallschwingers, und Fig. 86 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Langevin-Schwingers.
Die Erfindung ist allgemein anwendbar auf die verschiedensten, ein polarisiertes piezoelektrisches Element enthaltenden Einrichtungen. Dazu zählen beispielsweise akustische Oberflächenwellenelemente, piezoelektrische Volumenwellenresonatoren, piezoelektrische Wandler, einen piezoelektrischen Wandler enthaltende mechanische Resonatoren, elektroakustische Transformatoren u.dgl. Nachstehend werden verschiedene Ausführungsbeispiele und Abwandlungen solcher Einrichtungen beschrieben.
Das in Fig. 1A und 1B dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines akustischen Oberflächenwellenfilters 2 gehört zu der vielfältigen Gruppe akustischer Oberflächenwelleneinrichtungen. Das Oberflächenwellenfilter 2 ist ein hermetisch abgedichteter Typ und daher mittels eines leitfähigen Klebers 3 auf einer luftdichten Basis 1 befestigt. Das Oberflächenwellenfilter 2 enthält eine beispielsweise aus einer Blei-Titanat-Zirkonat-Gruppe hergestellte ferroelektrische Keramikplatte 4, die auf einer Hauptoberfläche einen Eingangs-Interdigitalwandler 5 sowie einen Ausgangs-Interdigitalwandler 6 und auf ihrer gegenüberliegenden Hauptoborfläche eine Masseelektrode 7 trägt. Die freie Oberfläche der Masseelektrode 7 der Keramikplatte 4 ist mit einem leitfähigen Kleber 3 auf der Basis 1 befestigt. Die Keramikplatte4 ist in Richtung ihrer Dicke und folglich senkrecht zum Verlauf ihrer die Wandler 5 und 6 tragenden Hauptoberflächen polarisiert. Falls notwendig, kann zwischen den beiden Interdigitalwandlern 5 und 6 auf der Hauptoberfläche der Keramikplatte 4 eine Abschirmelektrode 8 angeordnet sein.
Der Eingangs-Interdigitalwandler 5 besitzt kammförmig ineinandergreifende sowie durch Drähte 9 und 11 elektrisch mit Anschlußstiften 10 bzw. 12 verbundene Kammelektroden 5a und 5b. In ähnlicher Weise besitzt der Ausgangs-Interdigitalwandler 6 ineinandergreifende sowie durch Drähte 13 und 15 mit je einem Anschlußstift 14 bzw. 16 verbundene Kammelektroden 6a und 6b. Die Anschlußstifte 10, 12, 14 und 16 sind jeweils mittels einer Isolierung 20 gegenüber der luftdichten Basis 1 isoliert. Die Masseelektrode 7 ist über den leitfähigen Kleber 3 und die Basis 1 mit einem Anschlußstift 17, und die Abschirmelektrode 8 über einen Draht 18 elektrisch mit der Basis 1 verbunden. Ferner ist die das Oberflächen- wellenfilter 2 tragende luftdichte Basis 1 mit einer in Fig. 1B strichpunktiert angedeuteten luftdichten Kappe bedeckt.
Ein wesentliches Merkmal des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines akustischen Oberflächenwellenfilters 2 ist die elektrische Verbindung zwischen der Kammelektrode 6a des Interdigitalwandlers 6 und der an Masse potential liegenden Basis 1. Gemäß Fig. 1A und 1B liegt zwischen der Kammelektrode 6a und der Basis 1 ein durch Auftragen und Brennen einer Widerstandspaste gebildeter Widerstand 19.
Ferner können, obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, die Kammelektroden 5a und 5b des Interdigitalwandlers 5 und die Kammelektrode 6b des anderen Wandlers 6 entweder direkt oder über ein Widerstandselement elektrisch an die Basis 1 angeschlossen sein.
Ferner kann gemäß Fig. 2 der Anschlußstift 14 über einen Widerstand 19 oder eine Widerstandspaste elektrisch mit der Basis 1 verbunden sein; die elektrische Verbindung entspricht dann Fig. 1. Andererseits können die Kammelektroden 5a, 5b und 6b auch gemäß Fig. 3 ausgebildet sein, d.h. die Anschlußstifte 10, 12 und 16 und die Basis 1 über Widerstände oder Widerstandselemente elektrisch verbunden sein.
Gemäß Fig. 3 kann alternativ die Kammelektrode 6a über einen Widerstand oder Widerstandspaste 19 elektrisch mit der Masseelektrode 7 verbunden sein. Die anderen Kammelektroden 5a, 5b und 6b können ähnlich ausgebildet sein. Der Anschlußstift 14 kann aber muß nicht wie in Fig. 3 über die Isolierung 20 an der Basis befestigt sein. Wird statt der Isolierung 20 ein Widerstandsmaterial verwendet, dann erfolgt der elektrische Anschluß der Kammelektrode 6a mit der Basis 1 über den Draht 13, Anschluß 14 und den zuvor erwähnten Widerstand. Die anderen Anschlußstifte 10, 12 und 16 mit ihrer umgebenden Isolierung 20 können ähnlich ausgebildet sein.
Zur Ermittlung seiner Eigenschaften wurde das wie nachstehend erläutert hergestellte akustische Oberflächenwellenfilter einem Wärmeschocktest unterzogen. Die aus Keramiken der Blei-Titanat-Zirkonat-Gruppe hergestellte Keramikplatte 4 erhielt als Hauptbestandteil O.O5PB(Sn1#2 Sb1/2)O3-O.35PbTiO3-O.60PbZrO3 und zusätzlich 0,6 Gewichts-% MnO2. Die Keramikplatte 4 war 10 mm lang, 3 mm breit und 0,5 mm dick, und der Widerstandswert der Keramikplatte 4 in der Dicken- und Polarisationsrichtung betrug etwa 5 x 1O#S? . Der Eingangswandler 5 war apodisiert als Gewichtselektrode und der Ausgangswandler 6 als Normalelektrode hergestellt. Die akustische Oberflächenwellenlänge war mit 56 ßm und die Mittenfrequenz bei 45 MHz gewählt.
In Fig. 1 sind die Kammelektroden 5a, 5b des Eingangswandlers 5 und die Kammelektroden 6a, 6b des Ausgangswandlers 6 je jeweils über einen eigenen Widerstand mit der Basis 1 verbunden. Dieser Widerstand "19" in Fig. 1 bestand aus einem Metalloxid-Material und hatte wahlweise Widerstandswerte von 1 kR, 100 kQ, 10 Mg und 1000 M p.
Außerdem wurde ein aufgetragenes und gebranntes festes Widerstandselement von 10 M# hergestellt. Dann wurde fünfzigmal der Zyklus des Wärmeschocktests wiederholt, wobei jedesmal 60 Minuten lang eine Temperatur zwischen -550C und +1000C eingehalten und dabei jeweils innerhalb weniger Sekunden eine Temperaturverschiebung zwischen -550C und +1000C und zurück durchgeführt.
In Fig. 5A und 5B sind je eine elektrische Schaltung zur Durchführung des Wärmeschocktests für ein herkömmliches und für ein erfindungsgemäßes akustisches Oberflächenwellenfilter dargestellt, die Bezugszahlen beziehen sich auf entsprechende Einzelheiten von Fig. 1. Während gemäß Fig. 5A die Anschlußstifte 10 bis 17 des Oberflächenwellenfilters elektrisch nicht verbunden sind, besteht bei dem erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilter in Fig. 5B eine elektrische Verbindung von dem Anschlußstift 17 über den Widerstand mit den Anschlußstiften 10, 12, 14 und 16, und ferner sind der Eingangs- und der Ausgangs-Interdigitalwandler elektrisch miteinander verbunden.
Tabelle 1 enthält Meßergebnisse zur Charakteristik des akustischen Oberflächenwellenfilters bezüglich Einfügungsverlust und Mittenfrequenz unter Bezugnahme auf die Versuchs- oder Testzyklus-Nummer. X ist der Mittelwert und R die Streubreite über zehn Versuche. Tabelle I enthält die Werte der Mittenfrequenz bei 10 dB unter der Minimaldämpfung des Filters gemessen. Einfügungsverlust und Mittenfrequenz wurden mit der in Fig. 6 dargestellten Schalic tung gemessen, wobei die Bezugszahlen 1 bis 2 lauf die bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Einzelheiten beziehen, auf die hiermit verwiesen wird. Außerdem sind in Fig. 6 25Q -Widerstände 21 und 22 eingetragen, es handelt sich um interne Widerstände der betreffenden Anschlußstifte.
Ein Netzwerk-Analysierer 23 hat Eingangs- und Ausgangs-Impedanzen von 50Q sowie ferner einen Signalgenerator 24, einen Frequenzzähler 25, ein HF-Voltmeter 26 und dgl. Es sei erwähnt, daß die Schaltung von Fig. 6 nicht die zwischen den Kammelektroden 5a, 5b, 6a, 6b und der Basis 1 liegenden Widerstände enthält.
Fig. 7 zeigt die Änderung des Einfügungsverlustes (#Loss) und Fig. 8 die Änderung der Mittenfrequenz (afp) in Verbindung mit den Versuchen Nr. 1-1 bis 1-5 und 4-1 bis 4-5 in Tabelle 1.
Die Ergebnisse aus Tabelle 1 sowie Fig. 7 und 8 lassen erkennen, daß das Ausführungsbeispiel, welches einen Widerstand zwischen den Kammelektroden 5a und 5b sowie 6a und 6b der Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler 5, 6 und der Basis 1 als elektrische Verbindung aufweist, bei den Wärmeschocktests nur geringe Abweichungen seiner Charakteristik zeigt.
Der Filter-Frequenzgang eines herkömmlichen Oberflächenwellenfilters ist in Fig. 9 in Verbindung mit Versuchnummer 1 aufgetragen, und darin entspricht die Kurve A dem Frequenzgang vor und die Kurve B dem Frequenzgang nach dem Test. In Fig. 10 ist der Frequenzgang des erfindungsgemäßen Filters bei Versuchnummer 4 dargestellt, wobei die Kurve A dem Frequenzgang vor und die Kurve B nach dem Test entspricht.
Ein Vergleich zwischen 9 und 10 läßt erkennen, daß das erfindungsgemäße Oberflächenwellenfilter vor und nach dem Wärmeschocktest praktisch keinen Unterschied im Frequenzgang aufweist.
Der Grund für die im Wärmeschocktest erwiesene stabile Charakteristik bei dem Filter mit einem Widerstand zwischen den Kammelektroden und der Massepotential führenden Basis beruht vermutlich auf folgenden Tatsachen: Bei einem Oberflächenwellenfilter mit Kammelektroden auf einer ferroelektrischen Keramikplatte aus einer Bariumtitanat-Gruppe, Blei-Titanat-Zirkonatgruppe, Blei-Titanat-Gruppe o.dgl. führt eine Änderung der Umgebungstemperatur durch spontane Polarisation (Ps) zu einem pyroelektrischen Effekt im Elektrodenabschnitt und dadurch zur Erzeugung einer elektrischen Ladung der Elektrode. Diese elektrische Ladung bildet ein elektrisches Gegenfeld und verschiebt die Polarisation entgegengesetzt zu der Richtung des elektrischen Gleichstromfeldes bei der Polarisationsbehandlung. Dies führt zu einer Verschlechterung der piezoelektrischen Charakteristik bei einem herkömmlichen Filter, dessen Kammelektrode nicht über einen Widerstand an Masse liegt. Versuche haben gezeigt, daß diese Charakteristik-Einbuße besonders bei einer Temperaturänderung von hoch auf niedrig auftritt.
Dies liegt vermutlich daran, daß der spezifische Widerstand der Platte 4 bei tiefen Temperaturen größer als bei hohen Temperaturen ist. Folglich hält bei fallender Temperatur die Polarisationsabweichung der Platte 4 länger an als bei hoher Temperatur. Dagegen scheint bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der die Kammelektroden mit der Basis elektrisch verbindende Widerstand die durch den pyroelektrischen Effekt erzeugte elektrische Ladung abzuleiten, mit dem Ergebnis, daß kein elektrisches Gegenfeld erzeugt und eine Verschlechterung der piezoelektrischen Charakteristik wirksam vermieden wird.
Aus nachstehend erläutertem Grund wird vorzugsweise für diesen Zweck ein Widerstand benutzt, dessen Widerstandswert geringer als derjenige der Keramikplatte selbst ist.
Es wurde nach einer Beziehung zwischen dem Widerstandswert von Keramikplatten aus verschiedenen Materialien und einer Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften beim Wärmeschock- versuch gesucht. Beobachtet wurde, daß wenn der Widerstandswert der Keramikplatte kleiner als ein bestimmter Wert ist, nur eine geringe Änderung der elektrischen Eigenschaften beim Wärmeschocktest auftritt. Das liegt vermutlich daran, daß die elektrische Ladung des elektrischen Gegenfeldes, welches dem Polarisationsfeld entgegengerichtet ist, nicht auf der der ferroelektrischen Keramikplatte gegenüberliegenden Elektrodenseite gespeichert sondern durch das Innere der Keramikplatte abgeleitet wird. Jedoch wurde beobachtet, daß der Widerstandswert der Keramikplatte, wie zuvor beschrieben, die Verschlechterung der piezoelektrischen Charakteristik vermindert und die Ableitung erhöht, d.h. Art und Weise einer sonstigen natürlichen Entladung muß beachtet werden.
Das bedeutet, die elektrische Ladung sollte eher über äußere Schaltungselemente als durch die Mitte der Keramikplatte erfolgen. Daher wäre es besser, einen Widerstand mit einem niedrigen Widerstandswert (ggf. bis zum Wert O) als das Innere der Keramikplatte zwischen den die Ladung führenden Elektroden hat, anzuschließen.
Bei dem eingangs beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden die leitfähigen Elemente, wo die elektrische Ladung gespeichert ist, durch die Eingangs-und Ausgangs-Interdigitalwandler 5 und 6 gebildet, und die Polarisationsrichtung liegt senkrecht zu der Ebene der Keramikplatte, auf der sich diese Interdigitalwandler befinden. Nachstehend werden jedoch auch noch andere Ausführungsbeispiele beschrieben.
Bei dem in Fig. 11 dargestellten erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenfilter verläuft die.
Polarisationsrichtung parallel zur Hauptebene der ferroelektrischen Keramikplatte 4, die in diesem Fall 10 mm lang, 3 mm breit und 0,5 mm dick ist, und die ferner zwischen senkrecht zur Polarisationsrichtung liegenden Ebenen 27 und 28 einen Widerstandswert von 5 x 1013g hat. Auf der einen Hauptebene der Platte 4 liegen der Eingangs- und der Ausgangs-Interdigitalwandler 5, 6 als leitfähige Elemente und auf der entgegengesetzten Hauptebene die das andere leitfähige Element bildende Masseelektrode 7. Ferner sind die Ebenen 27 und 28 mit je einer Elektrode 29 bzw. 30 belegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel in Fig. 11 wird bei einer Temperaturänderung hauptsächlich in den Elektroden 29 und 30 elektrische Ladung gespeichert und nicht in den Wandlern 5 und 6. In Fig. 11 sind die beiden Elektroden 29 und 30 durch einen Draht 31 verbunden, können aber auch über einen Widerstand verbunden sein. Eine weitere Möglichkeit ist, statt der Elektroden 29, 30 auf den Ebenen 27 und 28 je ein Widerstandsmaterial aufzutragen, dessen Widerstandswert geringer als der Widerstandswert der Keramikplatte 4 zwischen den Ebenen 27 und 28 ist. Dann erfolgt eine elektrische Verbindung über den Draht 31 Eine andere Möglichkeit wäre es, die aus Wide-Estandsmaterial hergestellten Elektroden elektrisch mit Massepotential zu verbinden. Alternativ kann das Widerstandsmaterial auch Dämpfungseigenschaften haben, d.h. aus einem akustische Oberflächenwellen absorbierenden Material bestehen, welches dann auch auf der Seitenfläche der Platte 4 die Reflektion von Oberflächenwellen verhindert.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist ein hermetisch abgedichteter Oberflächenwellenfilter-Typ.
Alternativ dazu kann auch ein sog. Tauchtyp hergestellt werden, indem man das Filter in ein Kunstharz-Beschichtungsmaterial eintaucht.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 12A und 12B beschrieben.
In Fig. 12A und 12B hat die ferroelektrische Keramikplatte 4 eine Polarisationsachse in Richtung ihrer Dicke, auf der einen Hauptoberfläche der Platte 4 befinden sich beiderseits eine Abschirmelektrode 8 der Eingangs- und der Ausgangs-Interdigitalwandler 5, 6, und auf der entgegengesetzten Hauptoberfläche die Masseelektrode 7. Die Kammelektroden 5a, 5b, 6a, 6b der Interdigitalwandler 5 und 6 sind mit jeweils einem Anschluß 32a, 32b, 32c bzw. 32d elektrisch verbunden, und die mit einem fünften Anschluß 32e verbundene Abschirmelektrode 8 ist über einen auf die Seitenfläche der Keramikplatte 4 aufgebrannten Widerstand 33 mit der Masseelektrode 7 verbunden. Dieses akustische Oberflächenwellenfilter ist so mit einem Kunstharzmaterial 35 umschlossen, daß oberhalb der Hauptoberfläche der Keramikplatte 4, wo sich die Interdigitalwandler 5 und 6 befinden, ein Abstand 34 verbleibt. Statt dessen kann das Kunstharzmaterial 35 auch ein Widerstandsmaterial sein, dessen Widerstandswert kleiner als der der Keramikplatte 4 ist. In einem solchen Fall würden Aussparungen um die Anschlüsse 32a bis 32e, die Masseelektrode 7 und den Widerstand 33 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführung würde der Innenwiderstand des leitenden Kunstharzmaterials 35 bei Temperaturänderungen entstehende elektrische Ladungen ableiten.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen war der Widerstand jeweils ein festes Widerstandselement, ein gebrannter Widerstand, ein Beschichtungsmaterial mit innerem Widerstand o.dgl. Alternativ dazu können auch Halbleitermaterialien aus Glas, Kunstharz o.dgl. verwendet werden. Wesentlich ist, daß ein Widerstand nicht in der Platte 4 selbst gebildet sondern in die elektrische Schaltung eingefügt wird.
Das erfindungsgemäße akustische Oberflächenwellenfilter von Fig. 13B ist ein Impulskompressor für ein Nachrichtengerät, dessen Eingangs-Interdigitalwandler 5von einer dispersiven Verzögerungsleitung ein Chirp-Signal mit linear veränderter Frequenz zugeführt und an dessen Ausgangs-Interdigitalwandler 6 ein impulskomprimiertes Signal entnommen wird. Beide Wandler 5 und 6 sind über Widerstände mit Massepotential verbunden. Auf der einen Hauptoberfläche der in Richtung ihrer Dicke polarisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4 befinden sich die beiden Interdigitalwandler 5 und 6, und auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche die nicht dargestellte Masseelektrode. Bei diesem Impulskompressor können auch andere zuvor beschriebene Maßnahmen angewendet werden.
Außer bei den zuvor beschriebenen akustischen Oberflächenwellenfiltern kann die Erfindung auch auf akustische Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen, -Resonatoren, -Convolver, -Verstärker, - Signaleinrichtungen u.dgl.
angewandt werden. In Fig. 14 und 15 sind Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen dargestellt, von denen die in Fig. 14 einen reflektierenden Spurwechsler und die in Fig. 15 eine Anzapfung hat. Bei der Verzögerungsleitung von Fig. 14 ist die ferroelektrische Keramikplatte 4 in Richtung ihrer Dicke polarisiert und trägt die Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler 5 und 6, die über je einen Widerstand mit einer auf der anderen Hauptoberfläche der Platte 4 angeordneten Masseelektrode elektrisch verbunden sind. Mehrstreifenkoppler 36 und 37 beeinflussen die Ausbreitung der akustischen Oberflächenwelle von dem Eingangs-Interdigitalwandler 5 so, daß sie von einem Ende zum anderen reflektiert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 15A und 15B befinden sich auf der einen Hauptoberfläche der in Richtung ihrer Dicke polarisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4 der Eingangs-Interdigitalwandler 5 und in einem Abstand davon der eine Anzapfelektrode bildende Ausgangs-Interdigitalwandler 6, so daß ein dieser Relation entsprechender Ausgang von dem Eingang gewonnen wird. Der Eingangswandler 5 und die Anzapfelektrode 6 sind elektrisch über je einen Widerstand mit der nicht dargestellten und auf der anderen Hauptoberfläche befindlichen Masseelektrode oder mit Massepotential verbunden.
Der akustische Oberflächenwellen-Resonator von Fig. 16 trägt auf einer Hauptoberfläche der in Richtung ihrer Didke polarisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4 einen über einen Widerstand mit Massepatential verbundenen Interdigitalwandler 38. Obwohl nicht darqestellt kann die Widerstandsverbindunq von dem Wandler 38 auch zu einer Masseelektrode auf der anderen Hauptoberfläche der Platte 4 geführt sein.
In Fig. 17 und 18 findet die Erfindung Anwendung an einem akustischen Oberflächenwellen-Convolver, von denen die Ausführung in Fig. 17 für einen Rückkopplungsbetrieb vorgesehen und die in Fig. 18 mit einem Interdigitalwandler als Ausgangselektrode versehen ist. In beiden Fällen sind auf der einen Hauptoberfläche der in Richtung ihrer Dicke polarisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4 angeordnete Eingangs-Interdigitalwandler 5 und 5' mit einer nicht dargestellten, auf der anderen Hauptoberfläche gebildeten Masseelektrode über einen Widerstand elektrisch verbunden. Der Convolver-Ausgang wird an einer Ausgangselektrode 39 abgenommen.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 19 ist ein Oberflächenwellenverstärker mit separaten Medien. Auf der Hauptoberfläche der in Richtung ihrer Dicke polarisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4 sind Interdigitalwandler 5 und 5' gebildet und über einen Widerstand mit einer auf der Gegen-Hauptoberfläche liegenden Masseelektrode verbunden. Ferner sind ein Saphirsubstrat 40, ein Epitaxialhalbleiter 41 in Dünnfilmtechnik und Abstandstücke 42 vorhanden.
Fig. 20 zeigt eine monolithische akustisch/optische Einrichtung mit einem moxiolithischen ZnO-Dünnfilm 44. Auf der einen ffauptoberfläche der in Richtung ihrer Dicke p#larisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4 befindet sich ein#Interdigitalwandler 43 und der ZnO-Dünnfilm 44, und über letzterem sind Prismenkoppler 45 und 46 -angeordnet.
Diese Ausführung enthält ferner einen Polarisator 47 sowie Lichtvervielfacher 48 und 49. Der Interdigitalwandler 43 ist über einen Widerstand mit der auf der anderen Hauptober- fläche der Platte 4 angeordneten Masseelektrode verbunden.
Einzelheiten der Ausführungsbeispiele von Fig. 1 bis 3 sowie 11 und 12 können auch auf die Ausführungen von Fig. 13 bis 20 angewendet werden.
Das in Fig. 21 dargestellte erfindungsgemäße akustische Oberflächenwellenfilter ist dem in Fig. 1B weitgehend ähnlich, ihm fehlt jedoch die Masseelektrode 7. Außerdem ist die Keramikplatte 4 mittels eines Klebers 3' aus einem Widerstandmaterial, dessen Widerstandswert kleiner als derjenige der ferroelektrischen Keramikplatte 4 des Oberflächenwellenfilters ist, an der luftdichten Basis 1 befestigt. Im übrigen entspricht diese Ausführung der von Fig. 1 und wird daher nicht weiter beschrieben.
Ein wesentliches Merkmal der Ausführung von Fig. 21 bebesteht darin, das der Ausgangs-Interdigitalwandler 6 bzw.
seine Kammelektrode 6a über den Kleber 3' aus Widerstandsmaterial mit einem Verbindungsteil 19' elektrisch verbunden ist. Ferner können, obwohl nicht dargestellt, die Kammelektroden 5a und 5b -de s-#ncangs - Interdi gi ta Iwandler s 5 sowie die Kammelektrode 6b des Ausgangswandlers 6 mit Hilfe des einen Widerstand aufweisenden Klebers 3' elektrisch verbunden sein. Ferner kann~##s-Verbindungsteil 19' selbst aus einem Widerstandsmaterial hergestellt sein. In diesem Fall wird der Gesamtwiderstand von Kleber 3' und Verbindungsteil 19', die beide aus Widerstandsmaterial bestehen, kleiner gewählt als der Widerstandswert der Keramikplatte 4. Somit liegt erfindungsgemäß ein Widerstand elektrisch in Reihe zwischen dem aus Widerstandsmaterial bestehenden Kleber 3' und dem Eingangswandler 5 und/oder Ausgangswandler 6.
Zur Ermittlung seiner Eigenschaften wurde das folgendermaßen aufgebaute Oberflächenwellenfilter einem Wärmeschocktest ausgesetzt. Hauptbestandteil der aus einem Material der Blei-Titanat-Zirkonatgruppe bestehenden Keramikplatte 4 ist 0.05Pb(Sn1/2Sb1/2)03-O.35PbTiO3-O.60PbZrO3, hinzukommen 0,6 Gewichts-% MnO2. Die 10 mm lange, 3 mm breite und 0,5 mm dicke 11 Keramikplatte hat einen Widerstandswert von 5 x 10 mit einer in Richtung ihrer Dicke verlaufenden Polarisationsachse. Der Eingangs-Interdigitalwandler 5 war als apodisierte Gewichtselektrode und der Ausgangswandler 6 als Normalelektrode gemäß Fig. 4 ausgebildet.
Die Oberflächenwellenlänge betrug 56 ßm und die Mittenfrequenz lag bei 45 MHz.
Die Kammelektroden 5a, 5b des Eingangswandlers 5 gemäß Fig. 1 einerseits und die Kammelektroden 6a, 6b des Ausgangswandlers 6 andererseits waren jeweils über das Verbindungsteil 19' mit dem Kleber 3' aus Widerstandsmaterial elektrisch verbunden. Der Kleber 3' bestand aus einer gleichförmig in Phenolharz gleichmäßig gelösten Kohlepaste mit verschiedenen Widerstandswerten von 1 kS?, 100 kS?, 10 M t und 1000 M#. Diese Widerstandspaste wurde auf die andere Hauptoberfläche der Keramikplatte 4 aufgeuragen. Das Verbindungsteil 19' bildete eine Widerstandspaste aus einer Metalloxid-Gruppe mit verschiedenen Widerstandswerten von 1 kQ, 100 kp und 1000 MQ zu. Diese so präparierte Paste~wurde an der richtigen Stelle aufgetragen. Die so präparierte Keramikplatte 4 wurde mit der luftdichten Basis 1 zusammengesetzt, wärmebehandelt und gebrannt, und danach war sie fest mit der Basis 1 verbunden.
Andere Ausführungen waren statt dessen mit einem Verbindungs- teil 19' aus einer Silberpaste mit einem Widerstand von etwa 0# Q und einem Festwiderstand von 10 M2Lersatzweise ausgerüstet.
Anschließend wurde mit Hilfe der gleichen Meßschaltung wie zuvor der Wärmeschocktest mit den hergestellten Mustern ausgeführt. In Tabelle 2 sind die Meßergebnisse aus den verschiedenen Zyklen des Wärmeschocktests bezüglich Einfügungsverlust und Mittenfrequenz mit dem Mittelwert X und der Streubreite R für jeweils zehn Versuche angegeben. Die Mittenfrequenz entspricht der Stelle, wo die Bandbreite gegenüber der geringsten Dämpfung um 10 dB bei dem Oberflächenwellenfilter vermindert ist.
In Fig. 22 und 23 ist die Änderung des Einfügungsverlustes (ALoss) und die Änderung der Mittenfrequenz (#f 0) nach Durchführung des Wärmeschocktests für die Versuche Nr. 1-1 bis 1-5 und 4-1 bis 4-5 grafisch dargestellt. Diese Ergebnisse aus Tabelle II und den Fig.
22 und 23 lassen erkennen, daß der Wärmeschocktest bei der erfindungsgemäßen Ausführung nur zu geringen Abweichungen bei den wesentlichen Eigenschaften führt.
Fig. 24 zeigt den Frequenzgang bei einem herkömmlichen Muster gemäß Versuch Nr. 1-1 und 1-5, und zwar mit Kurve A vor und Kurve B nach dem Test. Zum Vergleich ist in Fig. 25 der Frequenzgang des erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenfilters in Verbindung mit Versuch Nr. 4-1 und 4-5 angegeben, und auch hier bedeutet Kurve A vor und Kurve B die Bedingungen nach dem Test. Offensichtlich führt der Test bei der erfindungsgemäßen Ausführung nur zu ge- ringen Frequenzgang-Änderungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß erfindungsgemäß die Kammelektroden des Interdigitalfilters über den aus einem Widerstandsmaterial bestehenden Kleber angeschlossen sind das zusammen mit dem aus Widerstandsmaterial bestehenden Verbindungsteil einen kleineren Widerstand hat als die ferroelektrische Keramikplatte. Dieses Merkmal stabilisiert den Frequenzgang beim Wärmeschocktest. Der Grund scheint darin zu liegen, daß durch den pyroelektrischen Effekt in der Elektrode und dem Klebemittel eine elektrische Ladung erzeugt wird und als elektrisches Gegenfeld zur Ablenkung der Polarisation entgegen der durch den Strom bei der Polarisierungsbehandlung erzeugten wir#! Feldrichtung.4 er erfindungsgemäße Einsatz des Klebemittels aus einem Widerstandsmaterial bewirkt eine Ableitung der durch den pyroelektrischen Effekt erzeugten elektrischen Ladung über diesen Widerstand, der beschriebene Einfluß klingt sehr schnell ab und unterdrückt das resultierende elektrische Gegenfeld, und die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften wird verhindert.
Deshalb ist, wie oben beschrieben, der für diesen Zweck verwendete Widerstand kleiner als der Eigenwiderstand der Keramikplatte gewählt.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen war die elektrische Ladung in dem leitfähigen Element gespeichert, welches durch den Eingangswandler 5, den Ausgangswandler 6 und den aus Widerstandsmaterial gebildeten Kleber 3' gebildet ist. Die Polarisationsachse verläuft senkrecht zu der die Interdigitalwandler tragenden Keramikplatte. Im Gegensatz dazu kann die Polarisationsachse aber auch schräg liegen. Nachstehend werden andere abweichende Aus- führungsbeispiele beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenfilter in Fig. 26 verläuft die Polarisationsrichtung der ferroelektrischen Keramikplatte 4, die 10 mm lang, 3 mm breit und 0,5 mm dick ist und zwischen Oberflächen 27 hat, und 28 einen Widerstand von 5 x 10 S hat, parallel zur Hauptebene und senkrecht zu den Oberflächen 27, 28. Die eine Hauptoberfläche trägt den Eingangswandler 5 und den Ausgangs-Interdigitalwandler 6. Die gegenüberliegende Hauptoberfläche sowie die seitlichen Oberflächen 27 und 28 der Keramikplatte 4 sind mit einer Leiterschicht 48 bedeckt, deren Widerstandswert kleiner als derjenige der Keramikplatte 4 ist. Diese Leiterschicht 48 kann auch aus einem Material mit Dämpfungseigenschaften bestehen, um in diesem Fall die Reflektion der Oberflächenwelle an den Seitenoberflächen zu unterdrücken. Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführung kann die Polarisationsrichtung parallel zur Keramikplatte 4 und die Leiterschicht bezüglich Fig. 26 senkrecht zur Polarisationsrichtung verlaufen, ferner auf den dazu senkrechten Oberflächen und der anderen Hauptoberfläche 47.
Das in Fig. 27 dargestellte erfindungsgemäße Filter ist in ein Kunstharzmaterial getaucht worden. Seine ferroelektrische Keramikplatte 4 hat ihre Polarisationsachse in Richtung der Dicke sowie beiderseits der einen Hauptoberfläche der Platte 4 beiderseits der Abschirmelektrode 8 die Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler 5, 6. Die Kammelektroden 5a, 5b sowie 6a, 6b der Wandler 5 und 6 sind jeweils mit einem Anschluß 32a...32d, und ferner die Abschirmelektrode 8 mit einem fünften Anschluß 32e elektrisch verbunden. Gemäß Fig. 27B verbleibt zwischen der die Inter- digitalwandler 5 und 6 tragenden Hauptoberfläche der Keramikplatte 4 und dem darüberliegenden Kunstharzmaterial 35' ein Abstand 34.
Das Kunstharzmaterial 35' hat einen geringeren Widerstandswert als die Keramikplatte 4 und ist durch Verteilen von Kohlepulver, Metalloxidpulver, Halbleiterkeramikpulver o.dgl. in einem isolierenden Beschichtungsharz beispielsweise hergestellt. Alternativ kann auch ein Kunstharzmaterial mit geringerem Widerstandswert als die Keramikplatte 4 verwendet werden. Das Kunstharzmaterial 35' bedeckt den Bereich um die Anschlüsse 32a bis 32e, einen Teil der die Eingangs- und Ausgangswandler 5, 6 tragenden Hauptoberfläche und die gesamte gegenüberliegende Hauptoberfläche der Platte 4. Bei dieser Ausführung ersetzt das Beschichtungs-Kunstharzmaterial 35' den Widerstands-Kleber 3' des luftdicht abgeschlossenen Typs und das Material des Verbindungsteils 19', und es bewirkt eine Entladung von bei einer Temperaturänderung gespeicherten elektrischen Ladungen, so daß auf diese Weise eine Verschlechterung der Eigenschaften bei Temperaturänderungen vermieden wird. Sollte die Isolierwirkung des Beschichtungs-Kunstharzmaterials 32' problematisch sein, dann können eine oder mehrere zusätzliche Schichten mit guter Isolationswirkung (nicht dargestellt) aufgetragen werden. Das Kunstharzmaterial 35' muß Isoliereigenschaften haben, welche die Ausbreitung der Oberflächenwelle zwischen den Anschlüssen 32a und 32b beispielsweise nicht behindert.
Außer den zuvor beschriebenen akustischen Oberflächenwelleneinrichtungen kann die Erfindung auch bei akustischen Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen angewandt werden, wie nachstehend beschrieben.
Die Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung von Fig. 28 enthält Eingangs- und Ausgangs-Interdigitalwandler 5 und 6 auf einer Oberfläche einer in Richtung der Dicke polarisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4. Mehrstreifenkoppler 36, 37 lassen die von dem Eingangswandler 5 kommende akustische Oberflächenwelle von einem zum anderen Ende reflektieren. Beide Interdigitalwandler 5 und 6 sind über Drähte 50 mit einem auf der anderen Hauptoberfläche der Platte angeordneten Leiterelement 51 aus einem Widerstandsmaterial verbunden, dessen Widerstandswert kleiner als derjenige der Keramikplatte 4 ist; es kann ein gebrannter Widerstand sein. Auch die Ausführung von Fig. 28 kann mit dem Kunstharzmaterial 35' gemäß Fig. 27 beschichtet sein.
Ein akustischer Oberflächenwellenresonator in Fig. 29 trägt auf der einen Hauptoberfläche seiner über die Dicke polarisierten ferroelektrischen Keramikplatte 4 den Interdigitalwandler 38, welcher wie bei der Ausführung in Fig.
28 über Drähte 50 mit einem auf der anderen Hauptoberfläche angeordneten Leiterelement (nicht dargestellt , entspricht 51 in Fig. 28) verbunden ist. Auch diese Ausführung kann ähnlich wie in Fig. 27 mit Kunstharzmaterial 35' beschichtet sein.
Im Zusammenhang mit der vorstehenden Beschreibung können als leitfähiges Element außer den Interdigitalwandlern noch die Masseelektrode und andere Elektroden vorhanden sein. Zu den leitfähigen Elementen können an der Oberfläche der ferroelektrischen Keramikplatte angeklebte oder befestigte gebrannte leitfähige Filme, aufgedampfte Leiterbahnen, aufgesprühte Leiterschichten, #aufplattierte Leiterbahnen, pastenartige Leiterschsichten oder dgl. gezählt werden.
In Fig. 30 bis 34 ist schrittweise die Herstellung einer erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwelleneinrichtung dargestellt. Zunächst wird gemäß Fig. 30 z.B. eine piezoelektrische Einheit 2 vorbereitet und dabei auf der einen Hauptoberfläche einer beispielsweise aus einer Blei-Titanat-Zirkonatgruppe bestehenden ferroelektrischen Keramikplatte 4 je ein Eingangs- und ein Ausgangs-Interdigitalwandler 5 und 6 aus einem leitfähigen Material sowie zwischen ihnen eine Abschirmelektrode 8 gebildet, falls notwendig. Auf der anderen Hauptoberfläche der Platte 4 wird eine Masseelektrode 7 geformt, und danach werden die jeweils zwei Kammelektroden 5a, 5b und, 6a, 6b der Wandler 5 und 6 mit je einem Anschluß 32a...32d verbunden. Die Abschirmelektrode 8 erhält einen Anschluß 32e. Die Masseelektrode 7 auf der Rückseite wird an die Abschirmelektrode 8 bzw. deren Anschluß 32e über eine leitfähige oder Widerstandspaste 33' angeschlossen.
Die soweit hergestellte piezoelektrische Einheit 2 wird bis zu einem Teilabschnitt der Anschlüsse 32a...32e beispielsweise in einem Tauchprozeß mit Kunstharzmaterial 35 bedeckt, beispielsweise einem isolierenden Epoxyharz. Dabei verbleibt über der die Interdigitalelektroden tragenden Hauptoberfläche der Platte 4 ein Hohlraum 34, um die Oberflächenwellen-Ausbreitung nicht zu behindern. Der Fachmann kennt Mittel zur Herstellung dieses Hohlraums 34.
Ein Beispiel für ein Metallgehäuse 52 zeigt Fig. 32. Ihr offener Innenraum 53 ermöglicht die Aufnahme der piezoelektrischen Einheit von Pig. 31. Dieses Metallgehäuse 52 erhöht den Feuchtigkeitsschutz und hat magnetische Abschirmeigenschaften, und das ergibt ein hochwertiges Erzeugnis.
Gemäß Fig. 33 wird die piezoelektrische Einheit 2 mit der Harzschicht 35 in den Innenraum 53 des Metallgehäuses 52 eingeführt, und danach werden in Fig. 34 alle Zwischenräume zwischen dem Gehäuse und der Harzschicht 35 mit einer Füll- oder Gießmasse 54 so ausgefüllt, daß die piezoelektrische Einheit 2 relativ zu dem Metallgehäuse 52 fixiert wird. Als Gießmasse 54 kann eine Widerstandspaste verwendet werden, deren Widerstandswert kleiner als der Widerstandswert der Einheit bzw. der Platte 4 zwischen den Anschlüssen vor dem Einfüllen der Masse 54 ist. Dieser Widerstand liegt dann parallel "zwischen den Anschlüssen", d.h. zwischen dem Bereich der Anschlüsse, wo die positiven und negativen elektrischen Ladungen infolge Temperaturänderungen der ferroelektrischen Keramikplatte gespeichert werden, wie weiter unten beschrieben wird. Geeignete Füllmassen 54 sind Kohlenstoff in Epoxyharz gelöst, Metalloxid in Phenolharz gelöst, Halbleiterpulver in Phenolharz gelöst, Metallpulver in Silikonharz gelöst oder Kombinationen dieser Lösungen In Fig. 34 sind die Anschlüsse 32a...32e über die Füllmasse (Widerstands-Paste) miteinander elektrisch verbunden, Eine so beschaffene Oberflächenwelleneinrichtung ist bei einem Wärmeschocktest sehr geringen Abweichungen des Einfügungsverlustes und der Mittenfrequenz ausgesetzt. Begründung: Akustische Oberflächenwelleneinrichtungen mit einem ferroelektrischen Keramikelement aus Bariumtitanat, Blei-Titanat-Zirkonat, Blei-Titanat o.dgl. sind wegen einer spontanen Polarisation ihrer Elektrodenabschnitte bei einer Änderung der Umgebungstemperatur einem pyroelektrischen Effekt unterworfen, welcher an den Elektroden eine elektrische Ladung erzeugt, die als elektrisches Gegenfeld wirkt und eine Polarisation in einer Richtung verursacht, welcher der elektrischen Gleichstrom-Feldrichtung im Verlauf der Polarisationsbehandlung entgegengesetzt ist. Dies führt zu einer Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften der Platte. Wenn wie z.B. bei der Ausführung von Fig. 34 die mit den Leiterelementen auf der Keramikplatte verbundenen Anschlüsse durch eine als Widerstandspaste ausgebildete Füllmasse verbunden sind, dann leitet diese Widerstandspaste die durch den pyroelektrischen Effekt erzeugte elektrische Ladung ab, es kann sich kein elektrisches Gegenfeld aufbauen, und die Eigenschaften der Keramikplatte werden nicht beeinträchtigt. Es muß in diesem Fall eine Widerstandspaste gewählt werden, deren Widerstandswert kleiner als der Eigenwiderstand der Keramikplatte ist.
Im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungen, wo die Elektroden auf beiden Hauptoberflächen der Keramikplatte 4 aus einem leitenden Material bestehen, können diese auch aus einer Widerstandssdzicht bestehen, beispielsweise einer Widerstandspaste, einem Halbleiterfilm, einem aufgedampften Widerstand, einem aufgesprühten Widerstand o.dgl. In diesem Fall muß der Widerstandswert der Widerstandspaste oder des als Füllmaterial verwendeten dünnen Films unter Berücksichtigung der Widerstandswerte der Elektroden ausgewählt werden. Als Außenhülle der piezoelektrischen Einheit kann ein aus Isolierkunstharz o.dgl. geformtes Gehäuse verwendet werden.
Nachstehend wird ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer Volumenwellen-Resonator beschrieben. Anlsich sind piezoelektrische Resonatoren dieser Art bekannt wie beispiels- weise der in Fig. 35 dargestellte , der mit einer Energieeinschluß-Dicken/Longitudinalschwingung arbeitet.
Nachstehend wird die Erfindung nur in bezug auf die mit ihr erzielbare Verbesserung beschrieben. Der piezoelektrische Resonator 101 enthält eine beispielsweise aus ferroelektrischer Keramik einer Blei-Titanat-Zirkonatgruppe hergestellte 5 mm x 5 mm quadratische und 0,2 mm dicke piezoelektrische Platte 111, die in der Dicke polarisiert ist und auf ihren gegenüberliegenden Hauptebenen mit sich deckenden Vibrationselektroden 112 und 113 von 1 mm Durchmesser belegt ist, um die Platte in diesem Bereich zu erregen. Jede der Vibrationselektroden 112 und 113 ist über einen Leiterabschnitt 112a bzw. 113a mit einer Anschluß elektrode 114 bzw. 115 verbunden, die ihrerseits wieder beispielsweise über eine Lötstelle mit je einem Außenanschluß 116 bzw. 117 verbunden sind. Die soweit vorbereitete Einheit wird beispielsweise entsprechend der japanischen Patentanmeldung No.22384/1970 mit einem nicht dargestellten isolierenden Harzmaterial beschichtet, und der fertige piezoelektrische Resonator hat eine Resonanzfrequenz von 10,7 MHz.
Die in Fig. 36, 37, 38, 39A und 39B dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele enthalten gleichgroße Vibrationselektroden 112 und dgl. sowie eine gleichgroße piezoelektrische Platte 111, deren Keramikmaterial aus einer Blei-Titanat-Zirkonatgruppe wie (Pb0, 95Sr0,05) <Ti0,48Zr0,52)03 + 0t75 wtZ Nb205 + 0,15 wt% Cr203 besteht.
Bei herkömmlichem Aufbau (vor der Erfindung) hätte der Resonator zwischen den Außenanschlüssen 116, 117 einen Widerstand von 5 x 1012 p .
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel von Fig. 36 liegt zwischen den Außenanschlüssen 116 und 117 ein diskreter Widerstand 120, dessen Wert 1 kr, 100 kR, 10 MQ oder 1000 MQeragen kann, im vorliegenden Fall 100 k g beträgt. Dieser Widerstand 120 kann an geeigneter Stelle liegen, zwischen den Anschlußelektroden 114 und 115, den Leiterabschnitten 112a, 113a o.dgl. In Fig. 37 ist über beide Oberflächen der Keramikplatte 111 eine gebrannte Widerstandspaste 121 mit bestimmtem Widerstandswert geformt. Diese Paste besteht hier aus in Phenolharz verteiltem Kohlepulver und kann einen beliebigen Widerstandswert haben; bei vorliegenden Versuchen hatte die gebrannte Widerstandspaste 121 Werte von 1 k Q und 10 MR. . In Fig. 38 zeigt diese Widerstandspaste die Bezugszahl 122 zwischen den Anschlußelektroden 114, 115. Wie gesagt, jeder geeignete Platz ist wählbar.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 36, 37 und 39 sind die Elektroden 112, 113, 112a, 113a, -114 und 115 in einem Aufdampf- oder Sprühprozeß als Silberelektroden hergestellt worden, folglich liegt ihr Widerstandswert bei etwa null. Bei der Ausführung von Fig. 38 bestehen diese Elektroden aus einem aufgedampften oder aufgesprühten Widerstandsmetall wie Tantal, Titan o.dgl. bzw. einem Widerstands-Metalloxid wie Zinnoxid. In Fig. 38 befindet sich mit 122 bezeichnete gebrannte Silberpaste 122 mit einem Widerstand von annähernd null auf beiden Oberflächen der Keramikplatte 111, um die Elektroden 114, 115 direkt und nicht über einen Widerstand zu verbinden. Statt der Silberpaste 122 kann auch, falls erwünscht, ein Kurzschlußdraht verwendet werden. Ferner kann die Silberpaste 122 oder der Kurzschlußdraht eine Widerstandskomponente haben. In jedem Fall muß der sich aus den Elektroden 112, 113, 112a, 113a oder 114 und 115 sowie der Silberpaste 122 oder dem Kurzschlußdraht ergebende Gesamtwiderstand kleiner als der Eigenwiderstand der piezoelektrischen Keramikplatte 111 sein.
Das Resonatorelement von Fig. 39A, 13 ist mit einer Harzschicht 118 aus einer Widerstands- oder Halbleitermaterialschicht überzogen. Ein geeignetes Material ist Epoxyharz mit einem darin gelösten Pulver aus Kohle, Metall, Metalloxid, Halbleiteroxid oder Halbleiterglas mit einem wahlweise zwischen 1 k 2 und 1000 M k liegenden Widerstand.
An dieser Stelle wurden Widerstandswerte von 10 M Q und 1000 M g verwendet. In Fig. 39 ist die Harzschicht 118 wahlweise mit einer hochisolierenden und/oder glas festen Isolierschicht 119 aus einem Epoxyharz überzogen. Somit sind die Anschlußelektroden 114 und 115 durch den Widerstandswert der Harzschicht 118 elektrisch miteinander verbunden, 5. Fig. 39B.
Auch die Ausführungsbeispiele der Fig. 36, 37 und 38 können mit der Isolier-Harzschicht 119 von Fig. 39 oder mit einem von Widerstandskomponenten befreiten gewöhnlichen Harz überzogen sein.
Beim Wärmeschocktest eines so hergestellten piezoelektrischen Resonators wurde dieser jeweils für 60 min einer Temperatur von -50°C und +100°C ausgesetzt, und danach folgten 100 Temperaturänderungs-Zyklen zwischen -55°C und +100°C. Der Temperaturanstieg und -abfall jedes Zyklus dauerte wenige Sekunden.
Bei der die Ergebnisse dieses Wärmeschocktests enthaltenden Tabelle 3 bezieht sich der Versuch Nr.1 auf die bekannte Ausführung von Fig. 35, und die Versuche Nr. 2 bis 6 auf die der Fig. 36, 37 und 39. Die Meßergebnisse bezüglich der Eigenschaften des piezoelektrischen Resonators in Tabelle 3 betreffen die Dicke ß f; den Frequenzunterschied zwischen der kleinsten und größten Frequenz, d.h. der Resonanz und Antiresonanz bei der Resonanzimpedanz des Elementes. X ist der Mittelwert und R die Streubreite von zehn Versuchen.
Bei dem bekannten Resonator aus Fig. 35 ohne Einfügungswiderstand werden mit wachsender Zyklenzahl im Wärmeschocktest die Dickenänderung und die Streubreite größer. Im Gegensatz dazu bleibt bei der Ausführung von Fig. 37 im Versuch Nr. 2 mit der Widerstandspaste 121 von 1 kg die Änderung der Dicke t f gering und die Streubreite in erlaubten Grenzen. In Versuch Nr. 3 ist der Festwiderstand 120 von Fig. 36 mit 100 k Q gewählt, und in Versuch Nr. 4 hat die Widerstands-Harzschicht 118 von Fig. 39 10M Q . In Versuch Nr. 5 liegt der Widerstandswert von Fig. 37 bei 10 MQ , und in Versuch Nr. 6 wurde der Widerstandswert von Fig. 39 mit 1000 Mn gewählt. Die Versuche Nr. 2 bis 6 in Tabelle 3 haben bezüglich der Dicke t f deutlich bessere Werte als der herkömmliche Resonator aus Fig. 35 in Versuch Nr. 1. In Fig. 40 sind die als Dickenänderung Af bezeichneten Werte für die erfindungsgemäße Ausführung aus Fig. 39 (Versuch Nr. 6) und die herkömmliche aus Fig. 35 (Versuch Nr. 1) grafisch dargestellt.
Wie schon mehrfach betont, sind die Widerstandswerte der Elemente 120, 121, 118 sowie 112 ... 115 in den Fig. 36, 37, 39 bzw. 38 durch Verwendung von Festwiderständen, Widerstandspasten oder Silberpaste 122 mit einem Widerstandswert immer kleiner gewählt als der Eigenwiderstand der zugehörigen piezoelektrischen Keramikplatte 111. Die Auswertung der Wärmeschocktest-Versuche hat ergeben, daß die Abweichungen der elektrischen Eigenschaften des Elementes beim Wärmeschocktest kleiner werden, wenn der Widerstandswert der Keramikplatte kleiner als ein gegebener Wert ist. Die Ursache für dieses Ergebnis ist darin zu sehen, daß eine durch den pyroelektrischen Effekt aufgebaute Ladung mit einer Feldrichtung, welche der elektrischen Feldrichtung beim Polarisationsvorgang entgegengerichtet ist, nicht auf der der ferroelektrischen Keramikplatte zugekehrten Elektrode gespeichert sondern auf natürliche Weise über den Innenwiderstand der Keramikplatte abgeleitet wird.
Wie ferner schon mehrfach erläutert wurde beobachtet, daß sich mit der Widerstandsabnahme der Keramikplatte deren piezoelektrische Charakteristik verschlechtert und die Streuung erhöht, und deshalb muß ein anderer natürlicher Entladungsweg gesucht werden. Es ist also besser, die elektrische Ladung über eine äußere Schaltung als über den Innenwiderstand der Keramikplatte selbst abzuleiten. Die Elektroden, wo die elektrische Ladung erzeugt wird, müssen also über einen Widerstand überbrückt werden, der kleiner ist (einschließlich Widerstandswert O) als der Innenwiderstand der Keramikplatte. Für den Fall, daß die schwingende Elektrodenoberfläche die Polarisationsrichtung schneidet, darf der Widerstandswert einen Grenzwert nicht unterschreiten, um den Resonatorbetrieb nicht zu behindern. Dieser untere Widerstandsgrenzwert läßt sich aber nicht grundsätzlich angeben sondern muß von Fall zu Fall ermittelt werden.
Bei einer Änderung der Temperatur von niedrig (-55°C) auf hoch (+100°C) verursacht der pyroelektrische Effekt zwischen den Elektroden auf beiden Seiten der Platte 111 ein elektrisches Feld in Vorwärtsrichtung bezüglich der Polarisationsrichtung, und bei der entgegengesetzten Temperaturänderung von hoch nach niedrig ein entgegengesetztes elektrisches Feld. Vermutlich erfolgt durch das elektrische Wechselfeld eine Polarisationsumkehr der Platte 111 und dadurch eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften. Durch die erfindungsgemäße Verbindung der Elektroden auf beiden Oberflächen der Platte 111 über einen gegebenen Widerstandswert wird dieses elektrische Wechselstromfeld reduziert.
In Fig. 41A und 41B ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Dreipolfilters mit Energiefalle auf beiden Hauptoberflächen dargestellt. Derartige piezoelelektrische Filter sind bekannt, es werden hier nur erfindungsgemäße Merkmale erläutert. Das Filterelement 200 enthält eine piezoelektrische Keramikplatte 201 aus einer Barium-Titanat-, Blei-Titanat- oder Blei-Titanat-Zirkonat-Gruppe. Die eine Hauptoberfläche der Keramikplatte 201 trägt zwei Elektrodenpaare 202 und 203 und die gegenüberliegende Hauptoberfläche genau gegenüber Gegenelektroden 214 und 213. Jeweils eine Einzelelektrode jedes Paares ist über eine Leiterbahn 204 bzw. 205 mit einer Abnahmeelektrode 206 bzw. 207 verbunden, und die anderen beiden Einzelelektroden sind gemeinsam über eine Leiterbahn 208 an eine Elektrode 209 angeschlossen, der auf der Rückseite der Platte 201 eine Elektrode 217 gegenüberliegt, so daß die beiden Elektroden 209 und 217 einen Kondensator bilden. Die Elektrode 217 steht über Leiterbahnen 215 und 216 mit den Gegenelektroden 213 und 214 in Verbindung. Die sich gegenüberliegenden Elektroden 202, 214 bilden einen Vibratorabschnitt, und die sich gegenüberliegenden Elektroden 203 und 213 ebenfalls einen eigenen Vibratorabschnitt. Die Elektroden 206, 207 und 217 sind beispielsweise durch eine Lötverbindung mit je einem nach außen führenden Anschluß 210, 211 bzw. 212 verbunden. Nach Beschichtung des fertigen Elementes 200 mit einer nicht dargestellten Harzschicht ist das Dreipolfilter fertig.
Erfindungsgemäß sind die Anschlüsse 210 und 212 sowie die Elektrode 209 mit dem Anschluß 211 über je ein diskretes Widerstandselement 220 verbunden. Weitere erfindungsgemäß gestaltete Dreipolfilterelemente zeigen die Fig. 42, 43 und 44.
In Fig. 42 sind auf beiden Seiten der Platte 201 jeweils die Elektroden 206 und 217, 207 mit 217, und 209 mit 217 durch eine Widerstandspaste 221 elektrisch verbunden.
Der Auftragungsort der Widerstandspasten-Abschnitte 221 kann beliebig gewählt werden, beispielsweise auch so wie 222 in Fig. 43.
In Fig. 43 sind die Elektroden 202 bis 209 und 213 bis 217 nicht als aufgedampfte oder gesprühte Silberelektroden sondern aus einem Widerstandsmetall wie Tantal, Titan oder aus Metalloxid wie Zinnoxid aufgedampft oder gesprüht.
Außerdem sind die Elektroden 204 und 216, 215 und 205, und 209 mit 217 direkt durch Abschnitte aus Silberpaste 222 verbunden. Falls erwünscht, kann die Silberpaste 222 auch durch entsprechende Drahtstücke ersetzt werden. Sowohl die Silberpaste 222 als auch die Drahstücke können einen gewissen Widerstand aufweisen.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 44A und 44B ist mit einer Schicht 218 aus einem Harz mit Widerstands- oder Halbleitereigenschaften umgeben, und darüber befindet sich eine hochisolierende und/oder feuchtigkeitsdichte Harzschicht 219. Bei allen vorstehend erläuterten Ausführungen sind die eine Ladung erzeugenden Elektroden durch Widerstände verbunden, deren Werte kleiner als der Eigenwiderstand der piezoelektrischen Keramikplatte zwischen den Ladungserzeugungselektroden ist.
Vorstehend erläuterte Ausführungen ergaben im Wärmeschocktest die in Tabelle 4 aufgeführten Meßergebnisse bezüglich Einfügungsverlust und Mittenfrequenz, wobei das Dreipolfilterelement jeweils eine Anzahl von Testzyklen durchlief und aus zehn Versuchen der Mittelwert X und die Streubreite R ermittelt wurden. Versuch Nr. 1 bezieht sich auf ein herkömmliches Filter ohne Widerstände 220 gemäß Fig. 41. In Versuch Nr. 2 hatte die Ausführung von Fig. 44 Widerstände von 1 k Q , in Versuch Nr. 3 die Ausführung von Fig. 42 Widerstände von 100 kp t in Versuch Nr. 4 die Ausführung von Fig. 44 Widerstandswerte von 10 MQ , in Versuch Nr. 5 die Ausführung von Fig.41 Festwiderstände von 10 MQ, und in Versuch Nr. 6 die Ausführung von Fig. 42 Widerstandswerte von 1000 MR.
Die herkömmliche Ausführung hat wegen der fehlenden Einfügungswiderstände zunehmende Änderungen beim Einfügungsverlust und der Mittenfrequenz. Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen in den Versuchen Nr. 2 bis 6 sind diese Abweichungen wesentlich geringer und bleiben in zulässigen Grenzen.
In den Fig. 45 und 46 sind die Änderungen des Einfügungsverlustes bzw. der Mittenfrequenz für die Versuche Nr. 1 und 3 jeweils grafisch aufgetragen.
Der Filterfrequenzgang ist in Fig. 47 für das herkömmliche Filter aus Versuch Nr. 1, und in Fig. 48 für das erfindungsgemäße Filter aus Versuch Nr. 3 grafisch aufgetragen. Die durchgehende Kurve A zeigt die Filtereigenschaften vor, und die Kurve B nach dem Wärmeschocktest über 100 Zyklen.
Laut Fig. 47 zeigt das herkömmliche Filter nach 100 Zyklen des Wärmeschocktests eine starke Verschiebung der Mittenfrequenz und der Bandbreite. Dagegen zeigt das erfindungsgemäße Filterelement nach dem Wärmeschocktest nur geringe Abweichungen der Mittenfrequenz und Bandbreite.
Vorstehende Ausführungen enthielten entweder einen Widerstand, gebrannten Widerstand, Festwiderstand o.dgl., alternativ aber auch ein Widerstands-Harz. Im Rahmen der Erfindung können aber auch Halbleiterglas oder -paste, Halbleiteroxidpulver, pastenartige Halbleiterharze u.dgl. verwendet werden, um schaltungsmäßig die gewünschten Widerstandsverhältnisse herzustellen.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde zwischen den auf beiden Seiten der piezoelektrischen Platte vorhandenen Elektroden eine elektrische Verbindung über einen Widerstand hergestellt. Alternativ können die einzelnen Elektroden auch separat über gegebene Widerstandswerte mit Massepotential verbunden werden. Wesentlich ist, daß durch den pyroelektrischen Effekt erzeugte positive und negative Ladungen sofort abgeleitet werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführung ist das leitfähige Element, wo die elektrische Ladung gespeichert wird, eine Vibrationselektrode mit anderen auf der piezoelektrischen Keramikplatte angeordneten Elektroden, und die Polarisationsachse verläuft senkrecht zu der Elektroden-Ebene. Es gibt aber auch noch andere, nachstehend beschriebene Ausführungen.
Der in Fig. 49 dargestellte andersartige piezoelektrische Resonator dient hauptsächlich als Falle , und die Polarisationsrichtung seiner ferroelektrischen Keramikplatte 111 verläuft parallel zu seiner Hauptebene. Die in Längsrichtung schwingende Keramikplatte 111 ("thickness shear vibration") ist im vorliegenden Fall 5 mm x 5 mm quadratisch und 0,2 mm dick, und ihr Widerstand zwischen den Oberflächen 125 und 126 in der Polarisationsrichtung betrugt 101 4Q Leitfähige Elemente sind Vibrationselektroden 112, 113 von 2 mm Durchmesser, und andere Elektroden liegen auf anderen Hauptoberflächen der Keramikplatte 111. Ferner befinden sich auf den Seitenoberflächen 125 und 126 Elektroden 127, 128 herkömmlicher Art. Die Resonanzfrequenz liegt bei etwa 50 MHz.
Bei einem derartigen Resonator sind die leitenden Elemente, welche bei Temperaturänderungen die elektrische Ladung speichern, hauptsächlich die Elektroden 127, 128 und nicht die Vibratorelektroden 112 und 113. Deshalb sind hier die Elektroden 127 und 128 durch einen Widerstand in Form eines Kur.zschlußdrahtes 129 aus einem Widerstandsmaterial wie beispielsweise Metalloxid verbunden. Statt dessen können die Elektroden 127 und 128 elektrisch an Massepotential angeschlossen sein.
In Fig. 50 ist ein solcher Resonator ähnlich wie in Fig. 39 unter Aussparung der Elektroden 127, 128 in Harzschichten gekapselt.
Während bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen die Schwingungsrichtung meist in Richtung der Dicke oder senkrecht dazu lag, kann die Erfindung ebensogut auf andere Ausführungen angewendet werden, bei denen beispielsweise eine Dickentorsionsschwingung oder Dickenscherschwingung stattfindet. Im unteren Frequenzbereich kann statt einer Dickenschwingung eine offene Ringschwingung, Biegeschwingung, Dehnungsschwingung, Radialschwingung, Kantenschwingung o.dgl. stattfinden. Nachstehend werden typische Volumenwellen-Resonatoren beschrieben.
Auf der in Richtung ihrer Dicke polarisierten rechteckigen Keramikplatte 231 des Plattenresonators von Fig. 51 befinden sich auf beiden Hauptoberflächen Elektroden 232 bzw. 233, die auf eine der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Arten elektrisch durch einen Widerstand 234 verbunden sind.
Das in Fig. 52 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Leitertyp-Filter enthält einen piezoelektrischen rechteckigen Plattenresonator 241, der mit Kantenschwingung arbeitet. Da die Polarisationsrichtung in die Dicke geht, sind die über die beiden Hauptoberflächen der Keramikplatte 242 gehenden Elektroden 243 und 244 durch eine Widerstandspaste 245 verbunden. Statt dessen könnten auch andere vorher beschriebene erfindungsgemäße Maßnahmen angewendet sein.
Fig. 54 zeigt ein sog. Dreipolfilter mit Kantenschwingung und einer Serien-Koppelkapazität ; das darin verwendete Filterelement 241 zeigt Fig. 54. Die Polarisationsrichtung verläuft über die Dicke. Die eine Hauptoberfläche der Keramikplatte 242 trägt konzentrisch um eine Punktelektrode 243 eine Ringelektrode 244, und die andere Hauptoberfläche eine Ganzflächenelektrode 245. Die Elektroden 243, 244 und 244, 245 sind jeweils durch Widerstandspaste 246 bzw. 247 elektrisch verbunden, oder alternativ durch eine zuvor beschriebene Maßnahme.
Bei dem zusammengesetzten Mehrfachscheibenfilter von Fig. 56 sind scheibenförmige Keramikplatten 251 und 252 über eine gemeinsame Elektrode 253 verbunden, und ihre gegenüberliegenden Oberflächen tragen jeweils eine als Eingang oder Ausgang dienende Elektrode 254 bzw. 255.
Die Polarisationsrichtung verläuft in Richtung der Dicke, und daher sind die Elektrodenpaare 253, 254 und 253, 255 durch je einen Widerstand 257 miteinander verbunden.
In den Fällen, wo die Polarisationsachse schräg, senkrecht oder parallel zu der Platte verläuft, können abhängig von der Größe der durch Temperaturänderungen erzeugten elektrischen Ladung geeignete Kombinationen gefunden werden.
Bei der Herstellung eines anderen erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators nach Fig. 57 bis 61 wird zunächst eine piezoelektrische Einheit 101 gemäß Fig.
57 hergestellt. Dessen beispielsweise aus Blei-Titanat-Zirkonat hergestellte ferroelektrische Keramikplatte 111 trägt beiderseits sich gegenüberliegende Vibratorelektroden 112 und 113, die jeweils über einen Leiterabschnitt 112a oder 113a mit einer Anschlußelektrode 114 bzw. 115 verbunden sind. Letztere sind über Lötstellen mit je einem Außenanschluß 116 bzw. 117 verbunden. Dann wird die halbfertige Einheit beispielsweise gemäß der japanischen Patentschrift 22384/1970 mit einer Isolierharzschicht 119' überzogen, und die Einheit 101 ist fertig. Anschließend wird gemäß Fig. 59 und 60 die mit der Harzschicht 119' bedeckte piezoelektrische Einheit 101 in der dargestellten Richtung in den Hohlraum 53' eines Metallgehäuses 52' eingesetzt. Danach wird der verbleibende Innenraum des Metallgehäuses 52' mit einem Füll- oder Gießmaterial 54' in Form einer Widerstandspaste ausgefüllt, um die Einheit 101 in dem Metallgehäuse 52' zu fixieren. Der Widerstandswert der als Füllmaterial benutzten Widerstandspaste ist so gewählt, daß er parallel zu den herausragenden Außenanschlüssen 116, 117 kleiner ist als der innere Widerstand der Einheit bzw. Keramikplatte 111 in diesem Bereich. Mit "zwischen den Anschlüssen" ist der Abschnitt zwischen den Anschlüssen gemeint, wo gemäß nachstehender Beschreibung bei einer Temperaturänderung der Keramikplatte die positive und negative elektrische Ladung gespeichert wird. Als Füllmaterial 54' kann Epoxyharz mit darin verteiltem Kohlepulver, Phenolharz mit darin verteiltem Metalloxid-oder Halbleiter-Pulver, Silikonharz mit einem verteilten Metallpulver oder eine Kombination dieser Mischungen verwendet werden. Folglich sind gemäß Fig. 61 die Außenanschlüsse 116 und 117 über die Widerstandspaste 54' elektrisch verbunden. Durch diese Maßnahme bleiben der Einfügungsverlust und die Mittenfrequenz der Einheit beim Wärmeschocktest im wesentlichen konstant, weil alle elek- trischen Ladungen, die bei dem piezoelektrischen Element durch einen pyroelektrischen Effekt an den Elektroden entstehen, über das Füllmaterial 54' wirksam abgeleitet werden. Die theoretischen Grundlagen für diesen durch die Erfindung ausgenutzten Effekt sind vorstehend in Verbindung mit anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung bereits mehrfach eingehend erläutert worden.
Die bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel auf beiden Hauptoberflächen der Keramikplatte 101 gebildeten Elektroden bestehen aus einem leitfähigen Material, sie könnten beispielsweise aber auch aus einem Widerstandsfilm, einem Halbleiterfilm oder einer Widerstandspaste bestehen. In diesem Fall müßte der Widerstandswert der als Füllmaterial 54' verwendeten Widerstandspaste unter Berücksichtigung einer Relation zu dem Widerstandswert der Elektroden ausgewählt werden.
Außer bei dem zuvor beschriebenen piezoelektrischen Zweipolresonator mit Energiefalle eignet sich die Erfindung auch für Dopllelschwingungs-Resonatoren oder filter mit und ohne Energiesperre. Die Kunststoffumhüllung kann im Tauch- oder Formspritzverfahren hergestellt sein. Als wesentliches Merkmal haben alle diese Resonatoren oder Filter nach außen herausgeführte Anschlüsse, an denen die positive und negative elektrische Ladung bei Temperaturänderungen der ferroelektrischen Keramikplatte gespeichert wird.
Das in Fig. 62 und 63 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines mechanischen Resonators mit piezoelektrischen Wandler ist eine prinzipiell bekannte piezoelektrische Stimmgabel 301, an der hier nur die erfindungs- gemäßen Merkmale beschrieben werden. Im Schwingungsknotenbereich der Stimmgabel sind 1,7 x 7 x 0,2 mm große rechteckige piezoelektrische Platten 311 und 311' befestigt, die einander cJlelchen,so daß nachstehend nur die eine Platte 311 beschrieben wird.
Diese Platte besteht beispielsweise aus einer ferroelektrischen Keramik der Blei-Titanat-Zirkonatgruppe und ist in Richtung ihrer Dicke polarisiert. Die beiden Hauptoberflächen der Keramikplatte 311 sind mit Elektroden 312 und 313 belegt, von denen die Elektrode 312 über einen Draht 314 mit einem nach außen führenden Anschluß 315 verbunden ist. Die andere Elektrode 313 steht über die Stimmgabelbasis und einen Vorsprung der Basis mit einem gemeinsamen Anschluß 316 in Verbindung, der durch eine Harzgrundplatte 317 hindurchgeführt und durch ein leitfähiges Gehäuse 318 abgeschirmt ist.
Ab Fig. 64 folgen Abwandlungen dieser Ausführung, da es noch andere Stimmgabeln als in Fig. 62 und 63 dargestellt gibt; diese Abwandlungen sind nur in wesentlichen Einzelheiten dargestellt. Die Abmessungen der piezoelektrischen Platte 311 sowie der Elektroden 312 und 313 entsprechen denen von Fig. 62, 63. Bei allen diesen Ausführungen wird eine Keramik aus der Blei-Titanat-Zirkonatgruppe mit der Zusammensetzung (Pb0,95Sr0,05) (Ti0,48Zr0,52)O3 + 0,75 wtt Nb205 + 0,15 wt% Cm203 + 0,5 wt% MnO2 verwendet. Dann beträgt der Widerstandswert zwischen den Elektroden 312 und 313 ohne zusätzliche Anwendung erfindungsgemäße Maßnahmen 7 x 1011Q In Fig. 64 sind die beiden Elektroden 312 und 313 durch einen Festwiderstand von 100 kS? überbrückt, dessen Widerstandswert aber auch einen anderen gewünschten Wert zwischen 1 k Q und 1000 MQ haben kann. Die Anschluß stelle des Widerstands 320 kann nach Wunsch gewählt werden.
In Fig. 65 sind die Elektroden 312 und 313 durch eine auf die eine Seitenfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 311 aufgebrannte Widerstandspaste 321 überbrückt, die beispielsweise aus in Phenolharz verteiltem Kohlepulver besteht und bei dem Versuch einen Widerstand von 1 kQ oder 10 MQ hatte, obwohl der Widerstand auch in dem Bereich zwischen 1 k# und 1000 MQ liegen kann. Die Auftragungsstelle der Widerstandspaste 321 kann beliebig gewählt werden, in Fig. 66 liegt sie an einer mit 322 bezeichneten Stelle.
Bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 64, 65 und 67 bestehen die Elektroden aus einem aufgedampften oder gesprühten Silbermaterial mit einem Widerstandswert von etwa null. In Fig. 66 werden Elektroden aus einem Widerstandsmetall wie Tantal oder Titan oder aus einem Widerstands-Metalloxid wie Zinnoxid verwendet, die ebenfalls aufgedampft oder gesprüht wurden. Daher wird in Fig. 66 statt der Widerstandspaste eine Silberpaste 322 mit einem Widerstandswert von annähernd null auf die Seitenfläche der Platte 311 aufgebrannt, um die Elektroden 312 und 313 direkt kurzzuschließen. Statt dessen kann auch ein nicht dargestellter Kurzschlußdraht an beliebiger Stelle angebracht sein, falls erwünscht. Ferner können auch die Silberpaste 322 oder der Kurzschlußdraht einen gewissen Widerstandswert aufweisen. Der resultierende Gesamtwider- stand dieser Elektroden mit der Silberpaste 322 oder dem Kurzschlußdraht muß kleiner sein als der innere Widerstand der Keramikplatte 311 zwischen den Elektroden 312 und 313.
In Fig. 67 besteht die Basis 317' aus einem Harz mit Widerstands- oder Halbleiter-Eigenschaften, beispielsweise aus einem Epoxyharz, in dem ein pulverisiertes Material wie Kohle, Metall, Metalloxid, Halbleiteroxid oder Halbleiterglas verteilt ist. Diese Widerstands-Grundplatte 317' hatte bei dem Versuch einen Widerstand von 10 MQ oder 1000 MQ, obwohl dieser Widerstandswert zwischen 1 kQund 1000 MQ haben kann. Außerdem ist die Harzgrundplatte 317' mit einer hochisolierenden und/oder feuchtigkeitsdichten Harzschicht 323 aus einem herkömmlichen Epoxyharz-Material überzogen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden nach außen geführten Anschlüsse 315 und folglich die Elektroden 312 und 313 durch den Widerstandswert der Widerstands-Harzgrundplatte 317' überbrückt.
Anschließend wurde eine so ausgebildete piezoelektrische Stimmgabel einem Wärmeschocktest unterzogen und dabei jeweils 60 Minuten lang auf je einer Temperatur von -550C und +100°C gehalten, und dann wurden 100 Temperaturwechselzyklen zwischen -550C und +1000C und zurück, jeweils innerhalb weniger Sekunden, durchgeführt.
Die Ergebnisse des Wärmeschocktests sind in Tabelle 5 angegeben, und zwar bezieht sich Versuch Nr. 1 auf die herkömmliche Ausführung von Fig. 62, und die Versuche Nr. 2 bis 6 auf die Ausführungen von Fig. 64, 65 und 67. Alle diese Ausführungen hatten das gemeinsame Merkmal, daß ihre die Ladung erzeugenden Elektroden über einen Widerstand miteinander verbunden sind, dessen Wert kleiner als der Eigenwiderstand der piezoelektrischen Keramikplatte zwischen den die Ladung erzeugenden Elektroden ist.
Die in Tabelle 5 aufgeführten Meßergebnisse aus dem Wärmeschocktest beziehen sich auf den Einfügungsverlust und die Resonanzfrequenz, und zwar jeweils über eine Anzahl von Testzyklen. Gemäß Tabelle 5 zeigt sich bei der herkömmlichen Ausführung in Fig. 62, 63 ohne Einfügungs- oder Uberbrückungswiderstand mit zunehmender Anzahl von Testzyklen eine größere Abweichung beim Einfügungsverlust und bei der Resonanzfrequenz. Dagegen zeigen die erfindungsgemäßen Ausführungen nur sehr geringe Abweichungen, beispielsweise hat die Ausführung von Fig. 65 mit einer Widerstandspaste 321 von 1 k Q nur eine sehr geringe Änderung des Einfügungsverlustes (Loss), und die Abweichungen der Resonanzfrequenz fr liegen in zulässigen Grenzen. Ähnliches gilt für die anderen Ausführungen wie die von Fig. 64 mit einem Festwiderstand 320 von 100 k Q in Versuch Nr. 3, die von Fig. 67 mit einer Widerstands-Grundplatte 317' von 10 MR, die von Fig. 66 mit einem wirksamen Widerstand von 10 MP in Versuch Nr. 5, und die von Fig. 67 mit einem Widerstandswert von 1000 M Q in Versuch Nr. 6.
Besonders deutlich werden die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele gegenüber dem Stand der Technik in Fig. 62 und 63 durch die grafische Darstellung von Fig. 68, wo auf der Grundlage der Daten von Tabelle 5 die Änderungen des Einfügungsverlustes und der Resonanzfrequenz von Versuch Nr. 6 (Ausführung von Fig. 67, Widerstands-Harzgrundplatte 317' mit 1000 MS2) den entsprechenden Werten des herkömmlichen Ausführungsbeispiels aus Fig. 62 gegenübergestellt sind.
Grundsätzlich besteht erfindungsgemäß die Bedingung, daß der Widerstandswert des Festwiderstands 320 in Fig. 64, der Widerstandspaste 321 in Fig. 65 und der Widerstandswert der Harzgrundplatte 317' von Fig. 67 kleiner ist als der Widerstandswert der piezoelektrischen Keramikplatte 311 zwischen ihren Elektroden 312 und 313. Ferner muß bei der Ausführung von Fig. 66 die Summe der Widerstände der aus Widerstandspaste geformten Elektroden 312 und 313 insgesamt kleiner sein als der Widerstandswert in der Keramikplatte 311 zwischen den Elektroden 312 und 313. Der Wärmeschocktest zeigt, daß unter Berücksichtigung des Widerstandswertes der Keramikplatte aus verschiedenen Materialien bei einem geringen Widerstandswert der Keramikplatte auch die Abweichungen ihrer elektrischen Eigenschaften beim Wärmeschocktest klein werden. Dies liegt vermutlich darin, daß die elektrische Ladung des elektrischen Gegenfeldes, welches dem bei der Polarisation aufgebauten elektrischen Feld entgegengerichtet ist, aufgrund des pyroelektrischen Effektes nicht in den Elektroden beiderseits der ferroelektrischen Keramikplatte gespeichert wird, sondern auf natürliche Weise über den Innenwiderstand der Keramikplatte abgeleitet wird.
Ein geringer Innenwiderstand der Keramikplatte hat jedoch den Nachteil, wie dies bereits mehrfach im Anfang der Figurenbeschreibung beschrieben wurde und auch am Ende noch einmal beschrieben wird, daß sich damit die piezoelektrischen Eigenschaften und die Vielfalt der elektrischen Eigenschaften vermindert. Deshalb ist es vorteilhaft, einen zu geringen Innenwiderstand der piezoelektrischen Platte zu vermeiden und statt dessen einen# anderen natürlichen Entladungspfad zu schaffen. Der erfindungsgemäße überbrückungswiderstand bildet diesen Pfad. Anstelle der Verwendung eines Uberbrückungswiderstands können auch sämtliche von der Ladungsbildung betroffenen Elektroden über gegebene Widerstandswerte einschließlich dem Wert null mit Massepotential verbunden sein. Wesentlich ist, daß alle positiven und negativen elektrischen Ladungen, die durch den pyroelektrischen Effekt erzeugt werden, einwandfrei abgeleitet werden.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen waren die leitfähigen Elemente, in denen die elektrischen Ladungen gespeichert werden, Elektroden auf einer piezoelektrischen Keramikplatte mit senkrecht zu der Plattenebene verlaufender Polarisationsachse. Es gibt aber auch noch andere, nachstehend aufgeführte Ausführungsbeispiele.
Bei der Ausführung von Fig. 69 verläuft die Polarisationsachse parallel zu den Hauptebenen der ferroelektrischen Keramikplatte 311, die rechteckig mit den Maßen 1,7 mm x 7 mm ausgebildet sowie 0,2 mm dick ist und zwischen ihren senkrecht zur Polarisationsachse liegenden Seitenflächen 331, 332 einen Widerstand von 5 x 10 13Q hat. Als leitfähige Elemente dienen die Elektroden 312 und 313 auf den Hauptoberflächen der Keramikplatte 311. Außerdem sind nach einem bekannten Verfahren auf den Seitenflächen 331, 332 Elektroden 333 und 334 aufgetragen, in denen bei einer Temperaturänderung die elektrische Ladungen gespeichert werden, nicht aber in den Elektroden 312, 313. Darum sind bei dieser Ausführung die Seitenelektroden 333 und 334 durch einen Draht 335 kurzgeschlossen. Sie könnten aber auch mit einem Widerstand überbrückt sein. Die Seitenelektroden 333, 334 können aus einem Material mit Eigenwiderstand wie aus einem Widerstands-Metalloxid bestehen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Seitenelektroden 333, 334 nicht miteinander, sondern elektrisch mit Massepotential zu verbinden. Die Erfindung ist also nicht nur auf piezoelektrische Stimmgabeln, sondern auch auf beliebige andere mechanische Filter anwendbar, bei denen ein piezoelektrischer Wandler mit einem mechanischen Schwinger kombiniert ist. Es folgen einige typische mechanische Filter.
Bei einem in Fig. 70 dargestellten Reed-Abstimmfilter sind auf über Drehkoppler 344 und 345 verbundenen Schwingern 340, 341 piezoelektrische Wandler 342 bzw. 343 befestigt und erregen Lateralschwingungen. In Fig. 71 sind an einem H-Schwinger 350 piezoelektrische Wandler 351, 352 befestigt und regen Expansionsschwingungen an.
Fig. 72 zeigt ein mechanisches Filter mit Mehrfachschwingungen, bei dem auf angrenzenden Seitenoberflächen eines annähernd quadratisch prismatischen Schwingers360 piezoelektrische Wandler 361, 362 befestigt sind.
Außer auf die zuvor behandelten Ausführungen kann die Erfindung auch auf andere mit einem piezoelektrischen Wandler kombinierte mechanische Schwinger bzw. Resonatoren angewandt werden.
Je nachdem ob die Polarisationsachse schräg, senkrecht oder parallel zur Plattenebene verläuft, können geeignete Kombinationen gefunden werden, abhängig von der Größe der durch eine Temperaturänderung erzeugten elektrischen Ladung.
Fig.73 zeigt einen bekannten piezoelektrischen Summer als Beispiel eines mit einem piezoelektrischen Wandler ausgestatteten elektroakustischen Wandlers, dessen grundsätzlicher Aufbau dem Fachmann bekannt ist. Daher werden nur für die Erfindung wesentliche Einzelheiten beschrieben. Der auf einer Frequenz von 3160 kHz schwingende piezoelektrische Summer 401 enthält eine piezoelektrische Platte 403 mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Dicke von 0,23 mm, auf deren einer Hauptoberfläche konzentrisch eine Metallscheibe 402 von 35 mm Durchmesser und 0,48 mm Dicke befestigt ist, welche auf ihrer anderen Seite durch eine Auflage 404 abgestützt ist. Die beispielsweise aus einer ferroelektrischen Keramik einer Blei-Titanat-Zirkonat-Gruppe hergestellte und in Richtung ihrer Dicke polarisierte piezoelektrische Platte 403 ist auf ihren beiden Hauptoberflächen mit Elektroden 405, 406 von 25 mm Durchmesser belegt, an die jeweils ein Anschlußdraht 407, 408 angelötet ist.
Die erfindungsgemäße präparierten Ausführungsbeispiele von Fig. 74, 75, 76 und 77 enthalten jeweils eine piezoelektrische Platte 403 aus Keramik einer Blei-Titanat-Zirkonat-Gruppe mit der Zusammensetzung (Pb0,95Sr0,05) (Ti0,48 Zr0,52)03 + 0,75 wt% Nb205, wie im Fall von Fig. 73. Bei dieser Keramik beträgt der Widerstandswert im Ursprungszustand (vor Anwendung der Erfindung) zwischen den Anschlußdrähten 407 und 408 = 3 x 1010#. Bei der Ausführung von Fig. 74 ist zwischen den Anschlußdrähten 407, 408 ein Festwiderstand 409 angeschlossen, dessen Widerstandswert hier 100 k Q beträgt, wahlweise aber auch einen anderen Wert zwischen 1 k g und 1000 M g haben kann. Die genauen Anschlußpunkte zwischen dem Festwiderstand 409 und den Anschlußdrähten 407, 408 oder den Plattenelektroden 405, 406 kann ganz nach Wunsch gewählt werden.
Bei der Ausführung von Fig. 75 sind die Elektroden 405 und 406 durch eine auf die Seitenoberfläche der Keramikplatte 403 aufgebrannte Widerstandspaste 410 überbrückt, die aus Phenolharz mit darin verteiltem Kohlepulver besteht und bei den durchgeführten Versuchen jeweils einen Widerstand von 1 k 2 und 10 M Q hatte; wahlweise kann der Widerstandswert innerhalb eines Bereiches von 1 k Q bis 1000 M Q liegen. Die genaue Lage der Widerstandspaste 410 kann willkürlich gewählt werden, beispielsweise auch bei 411 in Fig. 76, oder sie kann auch beispielsweise die gesamte Umfangsoberfläche der Platte bedecken.
Bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 74, 75 und 77 bestehen die Plattenelektroden aus aufgedampftem oder aufgesprühtem Silbermaterial mit einem Widerstandswert von etwa null. Dagegen besitzt das Ausführungsbeispiel von Fig. 76 aufgedampfte oder aufgesprühte Elektroden aus einem Widerstandsmetall wie Tantal oder Titan oder einem Widerstands-Metalloxid wie Zinnoxid. Als Überbrückung dient hier Silberpaste 411 mit einem Widerstandswert von annähernd null, die so an einer entsprechenden Fläche der piezoelektrischen Keramikplatte 403 aufgebrannt ist, daß sie die Elektroden 405 und 406 direkt verbindet. Statt der Silberpaste 411 können die Elektroden auch durch einen nicht dargestellten Draht an beliebig gewählter Stelle überbrückt sein. Ferner können die Silberpaste 411 oder der Kurzschlußdraht einen Eigenwiderstand haben. In jedem Fall muß der Gesamtwiderstand, den die Elektroden mit der Silberpaste 411 oder mit dem Kurzschlußdraht haben, kleiner als der Widerstandswert der piezoelektrischen Keramikplatte 403 zwischen ihren Elektroden 405, 406 gewählt sein.
In Fig. 77 ist ein derartiger Summer 401 mit einer Treiberschaltung zusammen in einem erfindungsgemäßen Resonanzgehäuse 412 eingekapselt, und die Summer-Anschlußdrähte 407 und 408 sind mit Anschlußkontakten 414 und 415 auf einer Anschlußplatte 413 verbunden.
Der erfindungsgemäße Ableitwiderstand wird hier durch ein für das Gehäuse 412 und/oder die Anschlußplatte 413 verwendetes Widerstands- oder Halbleiter-Harzmaterial gebildet. Dieses Iiarzmaterial kann beispielsweise Epoxyharz mit darin verteiltem Kohle-, Metall-, Metalloxid-, Halbleiteroxid oder Halbleiterglas-Pulver sein. Der Widerstandswert#dieses Materials war bei einem Versuch gewählt bei 10 M Q und 1000 MS2'kainjedoch wahlweise in einem Bereich zwischen 1 k2 und 1000 MSZ iiesen. Außerdem kann das Gehäuse 412 und/oder die Anschlußplatte 413 mit eirem hochisolierenden und/oder feuchtigkeitsdichten Harzmaterial wie gewöhnlichem Epoxyharz überzogen werden.
Somit sind bei dieser Ausführung die Elektroden 405 und 406 durch das Widerstandsmaterial überbrückt, aus dem das Gehäuse 412 und/oder die Platte 413 bestehen.
Anschließend wurden derartige piezoelektrische Summer 401 einem Wärmeschocktest unterzogen und dabei zunächst je 60 Minuten lang einer Temperatur von -55 0C und von +1000C ausgesetzt. Danach wurden 100 Temperaturwechselzyklen durchgeführt, bei denen die Temperatur jeweils innerhalb weniger Sekunden von -550C auf +1000C und zurück verändert wurde. Die zugehörigen Testergebnisse sind in Tabelle 6 aufgetragen, wobei sich der Versuch Nr. 1 auf die bekannte Ausführung in Fig. 73, und die Versuche Nr. 2 bis 6 auf die erfindungsgemäßen Ausführungen von Fig. 74, 75 und 77 beziehen.Gemeinsames wesentliches Merkmal aller erfindungsgemäßen Ausführungen ist es, daß die einer elektrischen Ladung ausgesetzten Elektroden über einen Widerstandswert verbunden sind, welcher kleiner ist als der Widerstandswert der zwischen den ladungserzeugenden Elektroden liegenden piezoelektrischen Keramikplatte.
Tabelle 6 enthält als Meßergebnis über die Eigenschaften des piezoelektrischen Summers 401 den in einer festgelegten Entfernung von 10 cm gemessenen Schalldruck bei einer entsprechenden Anzahl von Testzyklen. Die Messungen wurden an dem im Resonanzgehäuse 412 gekapselten Summer 401 durchgeführt.
Die herkömmliche Ausführung nach eig. 73 hat keinen Ableitwiderstand, und deshalb nimmt der Schalldruck mit steigender Anzahl von Wärmeschockzyklen ab. Im Gegensatz dazu bleibt der Schalldruck im Testverlauf sämtlicher erfindungsgemäßer Ausführungen im wesentlichen konstant, so bei der Ausführung von Fig. 75 in Versuch Nr. 2, deren Widerstandspaste 410 mit 1 k Q gewählt ist, die Ausführung von Fig. 74 in Versuch Nr. 3, deren Festwiderstand 409 einen Wert von 100 k# g hat, die Ausführung von 77 in Versuch Nr. 4, bei der zwischen den Anschlüssen 414 und 415 ein Widerstandswert von 10 MSP liegt, die Ausführung von Fig. 75 in Versuch Nr. 5, deren Widerstand bei 10 M gewählt ist, und die Ausführung von Fig. 77 in Versuch Nr. 6, bei der zwischen den Anschlüssen 414 und 415 die Widerstandsplatte 413 einen Wert von 1000 M# Q aufweist. Damit wird die Uberlegenheit der erfindungsgemäßen Ausführungen in den Versuchen Nr. 2 bis 6 bezüglich ihrer Schalldruck-Stabilität gegenüber der bekannten Ausführung von Fig. 73/ Versuch Nr. 1 deutlich.
In Fig. 78 ist grafisch der Schalldruckverlauf aus Versuch Nr. 6 (Ausführungsbeispiel Fig.77) in Form einer unterbrochenen Linie, und dazu ferner als durchgehende Linie der Schalldruckverlauf der herkömmlichen Ausführung von Fig. 73 in Versuch Nr. 1 grafisch dargestellt.
Wesentliches Merkmal aller erfindungsgemäßen Ausführungen ist, daß der Widerstandswert ihres Überbrückungswiderstands (Festwiderstand 409 in Fig.74,Widerstandspaste 410 in Fig.75, Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 414, 415 in Fig.77) kleiner gewählt ist als der inhärente Widerstand der piezoelektrischen Keramikplatte 411 zwischen ihren Elektroden 405 und 406. Gleiches gilt für die Ausführung von Fig. 76, wo die Summe aus den Widerstandswerten der aus Widerstandspaste bestehenden Elektroden 405, 406 und dem Widerstandswert der Silberpaste 411 zusammen kleiner ist als der inhärente Widerstand der Keramikplatte 411 zwischen ihren Elektroden 405 und 406. Bei der Auswertung der Beziehung zwischen dem Widerstandswert der Keramikplatte aus verschiedenen Materialien und der Veränderung ihrer elektrischen Eigenschaften beim Wärmeschocktest hat sich gezeigt, daß der Widerstandswert der Keramikplatte stärker abnimmt als ein bestimmter Wert der elektrischen Eigenschaften beim Wärmeschocktest. Die Ursache für dieses Ergebnis scheint darin zu liegen, daß eine durch den pyroelektrischen Effekt aufgebaute Ladung mit einer Feldrichtung, welche der elektrischen Feldrichtung beim Polarisationsvorgang entgegengerichtet ist, nicht auf den Elektroden an den Hauptoberflächen der ferroelektrischen Keramikplatte gespeichert sondern auf natürlichem Wege über den Innenwiderstand der Keramikplatte abgeleitet wird.
Ferner wurde festgestellt, daß mit abnehmendem Eigenwiderstand der Keramikplatte auch ihre piezoelektrischen Eigenschaften abnehmen und Streuungen ihrer elektrischen Eigenschaften erhöht. Es ist folglich notwendig, einen anderen natürlichen Entladungsweg zu wählen, statt den Eigenwiderstandswert der piezoelektrischen Keramikplatte zu reduzieren. Das heißt, elektrische Ladungen sollten besser extern als intern über die Keramikplatte abgeleitet werden, und zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß die Elektroden durch einen Ableitwiderstand verbunden, dessen Widerstandswert kleiner (bis zum Wert null) als der interne Widerstand der Keramikplatte ist. Für den Fall, daß die Schwingelektrodenebene die Polarisationsrichtung schneidet, sind der Verminderung dieses Widerstandswertes jedoch Grenzen gesetzt, damit nicht dadurch der Betrieb des piezoelektrischen Wandlers behindert wird. Für einen solchen Grenzwert kann kein allgemein gültiger Wert angegeben werden, er muß von Fall zu Fall bestimmt werden.
Wenn bei dem Wärmeschocktest die Temperatur von niedrig (-550C) auf hoch (+100°C) verändert wird, entsteht zwischen den Elektroden 405 und 406 auf den Hauptoberflächen der Keramikplatte 403 ein elektrisches Feld in Vorwärtsrichtung zur Polarisationsrichtung, und bei der entgegengesetzten Temperaturänderung von hoch nach niedrig entsteht ein entgegengesetztes elektrisches Feld. Vermutlich geht durch ein solches elektrisches Wechselfeld die Polarisation der Platte 403 verloren, und dadurch werden ihre piezoelektrischen Eigenschaften schlechter. Da erfindungsgemäß ein Ableitwiderstand mit gegebenem Widerstandswert zwischen die Elektroden 405 und 406 auf beiden die Polarisationsrichtung schneidenden Flächen der Platte 403 gelegt ist, wird dieses elektrische Wechselfeld sofort abgebaut und unwirksam gemacht.
Fig. 79 zeigt einen erfindungsgemäß ausgestalteten piezoelektrischen Summer 421, einen ansich bekannten Grundtyp mit drei Anschlüssen, der hier nur in bezug auf seine für die Erfindung wesentlichen Merkmale beschrieben wird. Dieser Summer schwingt auf einer Frequenz von 3050 kHz, und seine piezoelektrische Keramikplatte 423, die bei einem Durchmesser von 25 mm 0,23 mm dick ist, klebt konzentrisch auf einer Oberfläche einer Metallscheibe 422 von 35 mm Durchmesser und 0,48 mm Dicke. Die piezoelektrlsche Platte 423 ist auf einer Hauptoberfläche mit einer ausgespart kreisrunden Elektrode 424 und einer in der Aussparung gelegenen Elektrole 425, und auf der anderen Hauptoberfläche durchgehend mit einer Elektrode 426 belegt. An die Elektroden 424, 425 sowie an die Metallscheibe 422 sind je ein Anschlußdraht 427, 428 bzw. 429 angelötet, und jeweils zwei Anschlußdrähte 427, 429 sowie 428, 429 sind durch einen Festwiderstand 430 bzw. 431 überbrückt.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 80 sind die Elektrode 424 mit der Metallscheibe 422 (und damit zwangsläufig mit der Elektrode 426), und die Elektrode 425 mit der Metallscheibe 422 über Widerstandspaste 432 elektrisch verbunden. Die Position für die Widerstandspaste kann beliebig gewählt werden, beispielsweise auch wie bei 434 in Fig. 81, oder über den gesamten Umfang verteilt.
Bei den Ausführungen in Fig. 80 und 81 können die Elektroden 424 und 426 statt aus aufgedampftem oder gesprühtem Silbermaterial aus einem aufgedampften oder aufgesprühten Wider- standsmetall wie Tantal oder Titan oder Widerstands-Metalloxid wie Zinnoxid o.dgl. bestehen. Silberpaste (mit einem Widerstandswert von annähernd null) 432 und 433 oder 434 und 433 befindet sich auf beiden Oberflächen der Platte 423, um die Elektroden 424 und 425 direkt mit der Metallscheibe 422 zu verbinden. Statt durch diese genannten Silberpaste-Verbindungen können die Elektroden auch über Drähte kurzgeschlossen sein.
Die Anschlußpunkte können beliebig gewählt werden. Es ist möglich, diese Silberpaste-Verbindungen 432 und 433 oder 434 und 433 sowie die Kurzschlußdrähte mit einer Widerstandskomponente zu versehen.
In Fig. 82 ist (ähnlich wie bei der Ausführung von Fig. 77) das Gehäuse 412 und/oder die Platte 435 aus einem Widerstands- oder Halbleiter-Harzmaterial hergestellt und gegebenenfalls mit einer hochisolierenden und/oder feuchtigkeitsdichten zweiten Harzschicht überzogen. Alle diese Ausführungen haben das gemeinsame Merkmal, daß ihre ladungserzeugenden Elektroden durch einen Ableitwiderstand überbrückt sind, dessen Widerstandswert kleiner als der Eigenwiderstand der piezoelektrischen Keramikplatte zwischen den Elektroden ist.
Derartige piezoelektrische Summer mit drei Anschlüssen wurden, in einem Resonanzgehäuse 412 gemäß Fig. 82 untergebracht, einem eine Anzahl von Testzyklen umfassenden Wärmeschocktest nach Tabelle 7 unterzogen. Der Versuch Nr. 1 entspricht der bekannten Ausführung in Fig. 79 ohne Ableitwiderstand. Der Versuch Nr. 2 bezieht sich auf die Ausführung von Fig. 82 mit einem Widerstandswert von 1 Versuch Nr. 3 auf Fig. 80 mit einem Widerstandswert von 100 k9 , Versuch Nr. 4 auf Fig. 82 mit einem Widerstands- wert von 10 MQ , Versuch Nr. 5 auf Fig. 79 mit einem Festwiderstand von 10 M Q , und Versuch Nr. 6 auf Fig.
80 mit einem Widerstandswert von 1000 M# Q . Gemäß Tabelle 7 tritt bei der herkömmlichen, keinen Ableitwiderstand aufweisenden Ausführung mit zunehmender Anzahl der Testzyklen eine größer werdende Schalldruckabweichung auf.
Dagegen zeigen die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele aus Versuch Nr. 2 bis 6 nur eine äußerst geringe Schalldruck-Veränderung im Verlauf der Testzyklen.
In Fig. 83 ist der Schalldruck-Verlauf relativ zu der Anzahl der Zyklen für Versuch Nr. 1 (durchgehende Linie) und Versuch Nr. 3 (unterbrochene Linie) grafisch dargestellt. Die Grafik läßt die starke Abweichung des Schalldruckes nach 100 Zyklen des Wärmeschocktests erkennen, während die erfindungsgemäße Ausführung im Verlauf des Wärmeschocktests praktisch keine Veränderung zeigt.
Als Ableitwiderstände wurde bei den besprochenen Ausführungen gebrannte Widerstände, diskrete Festwiderstände oder als Widerstand präpariertes Harz verwendet. Andere Möglichkeiten im Rahmen der Erfindung sind beispielsweise Halbleiterglas, Halbleiterpaste, Halbleiteroxidpulverpaste, Halbleiterharz o.dgl. Bei den beschriebenen Ausführungen waren die Elektroden auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Keramikplatte durch einen zwischen sie gelegten Widerstand elektrisch miteinander verbunden.
Alternativ können die betreffenden Elektroden auch separat über einen gegebenen Widerstandswert elektrisch an Massepotential gelegt sein. Auch dies ist eine Möglichkeit, durch den pyroelektrischen Effekt hervorgerufene positive und negative elektrische Ladungen sicher abzuleiten.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen verlief die Polarisationsachse senkrecht zu der Ebene der piezoelektrischen Keramikplatte, auf der sich die Elektroden befinden. Im Gegensatz dazu verläuft bei der Ausführung in Fig. 84 die Polarisationsrichtung parallel zur Hauptebene der Keramikplatte 443, die als Scheibe von 25 mm Durchmesser und 0,23 mm Dicke ausgebildet ist und zwischen ihren senkrecht zur Polarisationsrichtung verlaufenden Seitenflächen 444 und 445 einen Widerstandswert von 1010 hat. Auf den Hauptoberflächen dieser Keramikplatte 443 befinden sich leitfähige Elektroden 405 und 406. Ferner sind die Seitenflächen 444 und 445 mit Seitenelektroden 446, 447 belegt. Ihre Herstellweise ist bekannt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die elektrische Aufladung bei einer Temperaturänderung hauptsächlich an den Seitenelektroden 446, 447 und nicht an den Elektroden 405 und 406. Zur Ableitung sind daher die Seitenelektroden 446 und 447 beispielsweise durch einen Kurzschlußdraht 448, unter Umständen aber auch durch ein Widerstandselement überbrückt. Die Seitenelektroden 446, 447 können auch aus einem Material mit Widerstandseigenschaft bestehen, beispielsweise einem Widerstands-Metalloxid. Alternativ können die Seitenelektroden 446, 447 auch elektrisch an Massepotential gelegt sein.
Die Erfindung ist auch auf andere elektroakustische Wandler anwendbar, beispielsweise auf den in Fig. 85 dargestellten Zweielementschwinger 450, der zwei piezoelektrische Keramikplatten 451 und 452 enthält, deren auf jeweils beiden Hauptoberflächen angeordnete Elektroden 453 und 454 bzw.
455 und 456 jeweils durch Widerstandspasten 457 und 458 verbunden sind. Alternativ sind auch die verschiedenen vorstehend erläuterten Überbrückungsarten anwendbar.
Fig. 86 betrifft einen sog.Langevin-Schwinger 460, bei dem auf beiden Hauptoberflächen einer scheibenförmigen piezoelektrischen Keramikplatte 461 befestigte Metallsäulen 462 und 463 mittels Widerstandspaste 464 überbrückt sind. Auch hier können die oben beschriebenen anderen Überbrückungsarten angewandt werden. Falls dieser Langevin-Schwinger flüssigkeitsdicht in Gummi, Harz o.dgl. eingebettet ist, kann der verwendete Gummi, das Harz o.dgl. eine Widerstandskomponente aufweisen.
Bei allen beschriebenen Ausführungen wird erfindungsgemäß eine durch den pyroelektrischen Effekt in dem piezoelektrischen Wandler der elektroakustischen Einheit verursachte elektrische Ladung sicher abgeleitet. Dieser Grundgedanke der Erfindung kann selbstverständlich auch bei anceren, in dieser Patentschrift nicht erwähnten elektroakustischen Wandlern angewendet werden.
Die Größe der bei einer Temperaturänderung erzeugten elektrischen Ladung wird jeweils davon abhängen, ob die Polarisationsachse schräg, senkrecht oder parallel zur Hauptebene der Keramikplatte verläuft.
Falls bei den beschriebenen Ausführungen die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung eine Masseverbindung ist, verbindet sie meist das erste und das zweite Element mit der Masse. Es ist aber auch möglich, nur das erste oder das zweite Element an Massepotential zu legen, falls es sich um eine Interdigitalelektrode, eine Masseelektrode, eine Schwingerelektrode o. dgl. handelt.

Tabelle 1

Versuch Eingeset#t. Anzahl d. Einfüg.-
Nr. Widerstands-Zyklen Verlust Mittenfrequenz
Wert x (dB) R(dB) X (mHz) R(kHz)
1-1 0 #0.4 0.2 44.137 43
2 5 21.1 0.2 44.110 48
ohne
3 10 22.0 0.3 44.085 57
4 20 23.5 0.5 44.028 71
5 50 28.0 1.1 43.961 104
2-1 0 20.7 0.2 44.097 40
2 gebrannter 5 20.6 0.2 44.103 38
3 Wid. 10 20.6 0.2 44.105 35
4 1 kn 20 20.7 0.1 44.098 33
5 50 20.8 0.2 44.090 36
3-1 0 20.5 0.1 44.116 30
2 gebrannter 5 20.5 0.2 44.110 37
Wid.
3 10 20.6 0.2 44.078 39
4 100 kn 20 20.6 0.2 ~44.083 40
5 50 20.5 0.2 44.105 35

(Forts.Tab. 1)

Versuch Eingesetzt. Anzahl d. Einfüg.
Nr. Widerstands Zyklen Verlust Mittenfrequenz
Wert x (dB) R(dB! X (MHz) R(kHz)
4-1 0 20.8 0.2 44.103 28
2 gebrannter 5 20.7 0.2 44.115 34
Wid.
3 10 20.7 0.2 44.119 30
4 10 mm 20 20.7 0.1 44.112 24
5 50 20.7 0.1 44.109 26.
5-1 0 20.3 0.2 44.128 40
2 Festwid. 5 20.2 0.1 44.132 35
3 10 20.4 0.1 44.120 39
4 10 M# 20 20.3 0.1 44.125 32
5 50 20.3 0.1 44.126 33
6-1 0 20.6 0.1 44.124 26
2 5. 20.8 0.1 44.096 31
gebrannter
3 Wid. 10 20.7 0.2 44.105 34 10
4 1000 M# 20 20.6 0.1 44.120 30
5 50 20.6 0.2 44.108 37

Tabelle 2 Versuch Widerstand Widerstand Anzahl der Einfüg.- Mitten-Nr. des d. Verbind. Zyklen verlust frequenz Klebers 3' Materials X(dB) R(dB) X(MHz) R(krIz) 1-1 0 20.2 0.2 44.135 41 2 5 21.0 0.2 44.093 53 3 1000 Mn ohne 10 22.3 0.4 44.057 65 4 20 24.6 0.9 44.014 87 5 50 28.5 1.5 43.901 114 2-1 0 20.5 0.1 44.110 35 2 gebrannter 5 20.5 0.1 44.115 38 3 1 kn Wid. 10 20.6 0.2 44.108 42 4 111 20 20.8 0.2 44.097 44 5 50 20.7 0.2 44.103 40 3-1 0 20.4 0.1 44.119 40 2 gebrannter 5 20.6 0.2 44.108 37 3 100 kn Wid. 10 20,6 0.2 44.111 35 4 100 k# 20 20.7 0.2 44.102 42 5 50 20.8 0.2 44.110 41 (Forts.Tab.2) Versuch Widerstand Widerstand Anzahl der Einfüg.- Mitten-Nr. des d. Verbind. Zyklen verlust frequenz Klebers 3' Materials X(dB) R(dB) X (Maz) R(kHz) 4-1 0 20.3 0.1 44.126 29 2 gebrannter 5 20.3 0.1 44.127 33 Wid. -3 10 Mn Wid 10 20.4 0.2 44.127 31 4 1000 MQ 20 20.4 0.1 44.124 38 5 50 20.4 0.2 44.122 36 5-1 0 20.1 0.1 44.141 43 2 5 20.3 0.1 44.133 40 3 10 Mn 10 20.3 0.2 44.130 37 Festwid.

4 20 20.5 0.2 44.125 36 10 MQ 5 50 20.7 0.2 44.114 39 6-1 0 20.2 0.1 44.132 33 2 5 20.5 0.2 44.123 35 gebranntes 3 1000 M# Silber 10 20.4 0.2 44.127 39 4 0# 20 20.4 0.1 44.128 31 5 50 20.5 0.2 44.120 36- Tabelle 3

Versuch Art, Aufbau u. Anzahl der Dicke(#f)
Nr. Widerst. -Wert Zyklen
X (kHz) R (kHz)
1-1 0 495 - 9
2 10 484 15
ohne
3 20 468
(Fig. 35)
4 40 447 36
5 100 371 44
2-1 0 502 5
2 gebrannter 10 500 6
Wid.
3 20 495 6
(Fig. 37)
4 40 494 8
1 kQ
5. 100 491 10
3-1 0 510 8
Festwid.
2 10 507 8
3 20 504 9
(Fig. 36)
4 40 500 9
100 kn
.5 100 498 11

(Forts.Tab.3)

Versuch Art, Aufbau u. Anzahl der Dicke(#f)
Nr. Widerst.-Wert Zyklen
X (kHz} R (kHz)
4-1 0 505 10
2 Harzschicht 10 503 10
3 20 500 9
(Fig. 39)
4 40 497 11
10 M#
-5 . 100 495 12
5-1 0 497 7
2 10 496 8
gebrannter
3 Wid. 20 494 10
(Fig. 37)
4 40 491 10
10 M#
5 100 490 11
6-1 û 503 6
2 Harzschicht 10 501 8
3 20 49.9 9
(Fig. 39)
4 40 495 11
1000 Ma
5 100 492 12

Tabelle 4 Versuch Art,Aufbau Anzahl d. Einfüg.- Mittenfrequenz Nr. u.Widerst.- Zyklen Verlust Wert x (dB) R(dB) X (MHz) R (kHz) 1-1 0 13.4 0.2 10.699 25 2 10 14.1 0.5 10.680 30 3 ohne 20 14.7 0.9 10.663 41 4 40 16.2 1.3 10.627 68 5 100 19.8 1.8 10.546 83 2-1 0 13.7 0.3 10.693 27 2 ~ 10 13.8 0.3 10.690 26 Harzschicht 3 20 13.9 0.2 10.687 25 4 1 kn 40 13.9 0.3 10.687 26 5 100 14.0 0.3 10.685 27 3-1 0 13.5 0.2 10.697 23 2 gebrannter 10 13.5 0.2 10.696 24 Wid.

3 20 13.6 0.3 10.694 26 4 100 k# 40 13.8 0.3 10.690 26 5 100 13.8 0.3 10.691 26 XForts.Tab.4) Versuch Art,Aufbau Anzahl d. Einfüg.- Mittenfrequenz Mr. u.Widerst.- Zyklen Verlust Wert X (dB) R(dB) X (MHz) R (kHz) 4-1 0 13.3 0.1 10.704 18 2 Harzschicht 10 13.4 0.1 10.700 20 3 20 13.6 0.2 10.695 23 4 10 M# 40 13.7 0.2 10.690 22 5 100 13.9 0.2 10.688 25 5-1 0 13.0 0.2 10.715 23 2 Festwid. 10 13.2 0.2 10.707 24 3 20 13.5 0.3 10.699 25 4 10 M# 40 13.6 0.3 10.696 27 5 100 13.7 0.3 10.692 26 6-1 0 13.2 0.2 10.708 22 2 gebrannter 10 ~ 13.3 0.2 10.704 23 3 Wid. 20 13.5 0.3 10.700 26 4 :1000 Mn 40 13.7 0.2 10.696 25 5 . 100 13.8 0.2 10.690 25 Tabelle 5

Versuch Art,Aufbau u. Anzahl d. Stimmgabel-Kennwerte
Nr. Widerst. - Zyklen
Wert Loss (dB) fr(kHz)
X X
1-1 0 8.5 900.02
2 10 8.6 899.72
ohne
3 20 8.7 899.51
(Fig. 62)
4 40 8.9 899.20
5 100 9.1 898.97
2-1 0 8.5 900.53
2 gebrannter 10 8.4 900.57

3 20 8.5 900.55
(Fig. 65)
4 40 8.5 900.54
1 kn
5 100 8.5 900.55
3-1 0 8.5 900.24
2 Festwid. 10 8.5 900.20
3 20 8.5 900.25
(Fig. 64)
4 40 8.5 900.23
100 k#
5 100 8.6 900.18

(Forts.Tab. 5)

Versuch Art,Aufbau u Anzahl d. Stimmgabel-Kennwerte

Nr. Widerst.- Zyklen

Wert Loss(dB) fr(kHz)

X X

4-1 0 8.4 899.95

2 Widerst.- -10 8.4 899.97

Harzbasis

3 20 8.3 900.01

(Fig. 67)

4 40 8.4 899.94

10 M#

5 100 ~ 8.4 899.93

5-1 0 8.5 901.02

2 gebrannter 10 8.5 901.00

Wid. 20 8.4 901.06

(Fig. 65)

4 40 8.4 901.07

10 Mn

5 100 8.4 901.07

6-1 0 8.4 900.71

2 Widerst.- 10 8.4 900.70

Harzbasis

3 20 8.5 900.65

(Fig. 67)

4 40 8.5 900.67

1000 M#

5 100 8.4 900.69

Tabelle 6 Versuch Art,Aufbau u. Anzahl der Summer-Schalldruck Nr. Widerst.-Wert Zyklen (dB) 1-1 0 85 2 ohne 10 80 3 20 77 4 (Fig. 73) 40 72 5 100 65 2-1 0 87 2 gebrannter 10 87 Wid.

3 20 86 (Fig. 75) 4 40 86 1 kn 5 100 86 3-1 0 84 2 Festwid. 10 85 3 20 85 (Fig. 74) 40 85 4 40 85 100 kQ 5 100 84 (Forts.Tab.6) Versuch Art,Aufbau u. Anzahl der Summer-Schalldruck Nr. Widerst.-Wert Zyklen (dB) 4-1 0 86 2 Wid.-Platte 13 10 87 3 20 86 (Fig. 77) 4 40 86 10 Mn 5 100 86 5-1 0 86 2 10 85 gebrannter 3 Wid. 20 86 (Fig. 75) 4 40 85 10 M# 5 100 85 6-1 0 85 2 Wid.-Platte 13 10 84 3 20 84 (Fig. 77) 4 40 85 1000 Mn 5 100 84 Tabelle 7 Versuch Art,Aufbau u. Anzahl der Summer-Schalldruck Nr. Widerst.-Wert Zyklen (dB) 1-1 û 80 2 10 75 ohne 3 10 20 10 71 4 40 67 5 100 62 2-1 0 81 2 gebrannter 10 80 Wid.
3 20 80 4 1 kn 40 81 5 100 81 3-1 0 79 2 10 79 3 Festwid. 20 78 4 100 ka 40 79 5 100 79 (Forts.Tab.7) Versuch Art,Aufbau u. Anzahl der Summer-Schalldruck Nr. Widerst.-Wert Zyklen (dB) 4-1 0 79 Wid.-Platte 35 2 10 79 3 20 79 4 10 Mn 40 78 5 100 78 5-1 0 82 2 l0 81 Festwid. 10 3 20 81 4 10 Mn 40 82 5 100 81 6-1 0 81 2 gebrannter 10 80 Wid.
3 20 80 4 1000 Mn 40 80 5 100 80 ZUSAMMENFASSUNG Eine piezoelektrische Einheit enthält ein polarisiertes ferroelektrisches Keramikplättchen (4), auf dessen die Polarisationsachse schneidenden Hauptoberflächen Elektroden (5,7) ausgebildet und mittels einer äußeren Widerstandsanordnung (z.B.19) mit gegebenem Widerstandswert miteinander verbunden sind. Dieser Widerstandswert ist so gewählt, daß er kleiner als der inhärente Widerstandswert des ferroelektrischen Keramikplättchens zwischen seinen beiden Hauptoberflächen ist. Wenn bei einer Änderung der Temperatur des ferroelektrischen Keramikplättchens aufgrund des pyroelektrischen Effektes in den beiden Elektroden positive und negative elektrische Ladungen gespeichert werden, dann wird die durch diese elektrischen Ladungen hervorgerufene Potentialdifferenz schnell über die äußere Widerstands anordnung abgebaut.

Claims

Piezoelektrische Baueinheit PATENTANSPRÜCHE Piezoelektrische Baueinheit, gekennzeichnet durch - eine in einer Polarisationsachsenrichtung polarisierte ferroelektrische Platte (4; 111; 201; 311; 403; ...) mit zwei entgegengesetzten, diepolarisationsachse schneidenden Oberflächen, - auf mindestens einer der beiden Oberflächen angeordnete, mit ihnen in Kontakt befindliche und sich zumindest teilweise gegenüberliegende erste llnd zweite Elemente (z.B.5;6), in denen eine elektrische Ladung gespeichert wird und zwischen denen infolge einer Temperaturänderung der ferroelektrischen Platte eine Potentialdifferenz entsteht, und - eine mit mindestens einem von den ersten und zweiten Elementen elektrisch verbundene Ableiteinrichtung (19;19';33;33';50;54';118;121;#22;129;22 247;317';409;...) zur Verminderung der Potentialdifferenz.
2. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 mit einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite Element der Oberflächenwelleneinrichtung eine Interdigitalelektrode ist und zusammen mit der ferroelektrischen Platte einen Interdigitalwandler (z.B.5;6;) bildet, und daß die Ableiteinrichtung ein die Interdigitalelektrode auf Massepotential legender Masseanschluß ist.
3. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseanschluß ein zwischen der Interdigitalelektrode und dem Massepotential (z.B. 17) liegendes Widerstandselementum#aßt.
4. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der inhärente Widerstandswert der ferroelektrischen Platte (z.B.4) zwischen ihren beiden Oberflächen gewählt ist.
5. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenwelleneinheit (z.B.Fig.1A/B) eine hermetisch abgedichtete Ausführung ist und eine luftdichte Basis (1) hat, auf der die ferroelektrische Platte (4) befestigt ist und die als Massepotentialelement dient; und daß das Widerstandselement zwischen der Interdigitalelektrode und der Basis (1) angeschlossen ist.
6. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement aus einer zwischen der Interdigitalelektrode (6a) und der luftdichten Basis (1) aufgetragenen Widerstandspaste (19) besteht.
7. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Oberflächenwelleneinrichtung, die der Interdigitalelektrode entgegengesetzt ist, eine Masseelektrode (7) vorhanden ist.
8. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseelektrode (7) über eine Masseverbindungseinrichtung (3') mit Massepotential verbunden ist.
9. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseverbindungseinrichtung eine elektrische Verbindung zwischen der Masseelektrode (7) und der Interdigitalelektrode über ein Widerstandselement umfaßt.
10 Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der inhärente Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden Hauptoberflächen gewählt ist.
11. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 mit einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß - parallel zu der Polarisationsachse auf der einen Oberfläche der ferroelektrischen Platte (z.B.4) eine gemeinsam mit der Platte einen Interdigitalwandler (z.B,5) bildende Interdigitalelektrode (5a...) ausgebildet ist, - mindestens eines der auf den die Polarisationsachse schneidenden Oberflächen angeordneten ersten und zweiten Elemente aus einem elektrisch leitenden Material besteht, und - die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung aus einem das erste mit dem zweiten Element verbindenden elektrischen Verbindungselement (z.B.19) besteht.
12. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Verbindungselement ein Widerstands-Bauteil umfaßt.
13. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Element aus einem Widerstandsmaterial bestehen und durch das elektrische Verbindungsteil direkt verbunden sind.
14. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 mit einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Interdigitalelektrode (z.B.5a) das erste Element bildet und gemeinsam mit der ferroelektrischen Platte (z.B.4) einen Interdigitalwandler bildet; eine auf der ferroelektrischen Platte ausgebildete Masseelektrode (7) das zweite Element bildet; und daß die Interdigitalelektrode mit der Masseelektrode durch ein die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung bildendes Verbindungsteil (z.B.19) verbunden ist.
15. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil ein zwischen der Interdigitalelektrode und der Masseelektrode angeordnetes Widerstandsbauteii ist.
16. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstands-Bauteils kleiner als der innere Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden Oberflächen gewählt ist.
17. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstands-Bauteil eine zwischen der Interdigitalelektrode und der Masseelektrode aufgebrachte Widerstandspaste ist.
18. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je ein Abschnitt der ferroelektrischen Platte, der Interdigitalelektrode und der Masseelektrode mit einer aus einem Widerstands- Harzmaterial bestehenden, die Interdigitalelektrode elektrisch mit der Masseelektrode verbindenden Harzschicht (z.B.35') bedeckt sind.
19. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Widerstand aufweisende Harzschicht mit einer aus einem hochisolierenden Harzmaterial bestehenden zweiten Harzschicht (z.B.219) überzogen ist.
20, Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Interdigitalelektrode und der Masseelektrode jeweils Ableitanschlüsse (32a...) verbunden sind, die auch elektrisch an das Verbindungsteil (z.B.33) angeschlossen sind.
21. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil ein zwischen den Ableitanschlüssen angeschlossenes Widerstands-Bauteil (z.B.220) ist.
22, Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstands-Bauteils kleiner als der innere Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden Oberflächen gewählt ist.
23. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstands-Bauteil ein Festwiderstand (z.B.120;220) ist.
24. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 21, oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsbauteil ein zwischen den beiden Ableitanschlüssen eingeführtes Widerstands-Harzmaterial (z.B.118) ist (Fig.39).
25. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß - die ferroelektrische Platte, die Interdigitalelektrode und die Masseelektrode mit Ausnahme eines Bereiches der Ableitanschlüsse mit einer ersten Harzschicht (z.B.35) bedeckt sind und ein akustisches Oberflächenwellenelement bilden, welches von einem Gehäuse (52) umgeben ist, und - zwischen der ersten Harzschicht auf dem Oberflächenwellenelement und dem Gehäuse sowie zwischen den Ableitanschlüssen (32a...) eine aus einem Widerstands-Harzmaterial bestehende zweite Harzschicht (54) eingefüllt ist (z.B.Fig.34).
26. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 mit einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen der beiden Oberflächen der ferroelektrischen Platte (z.B.4) eine als erstes Element dienende sowie gemeinsam mit der Platte einen Interdigitalwandler bildende Interdigitalelektrode angeordnet ist, und daß die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung die Interdigitalelektrode elektrisch mit dem zweiten Element verbindet.
27. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Interdigitalelektrode und das zweite Element aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, und daß die elektrische Verbindung zwischen ihnen über ein Widerstandselement erfolgt.
28. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner gewählt ist als der innere Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden Oberflächen.
29. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement aus einer zwischen der Interdigitalelektrode und dem zweiten Element aufgetragenen Widerstandspaste (z.B.19) besteht.
30. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die ferroelektrische Platte und die Interdigitalelektrode mit einer aus einem Widerstandsharz bestehenden Harzschicht bedeckt sind, deren an die andere Oberfläche der ferroelektrischen Platte angrenzender Abschnitt das zweite Element bildet, welches über die Harzschicht elektrisch mit der Interdigitalelektrode verbunden ist.
31. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Interdigitalelektrode und/oder das zweite Element aus einem Widerstandsmaterial besteht, und daß diese Elemente über die elektrische Verbindung direkt miteinander verbunden sind.
32. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gleichen Oberfläche der akustischen Oberflächenwelleneinrichtung, wo sich die Interdigitalelektrode (5a...) befindet, eine Abschirmelektrode (8) ausgebildet ist, welche zusammen mit der Interdigitalelektrode das erste oder das zweite Element bildet.
33. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 in Form eines piezoelektrischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß - in dem Resonator eine Volumenwelle der ferroelektrischen Platte (111) ausgenutzt wird, - das erste und das zweite Element des Resonators durch mit der ferroelektrischen Platte zusammenwirkende Vibrationselektroden (112,113) gebildet sind, und - die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung durch ein mindestens eine der Vibrationselektroden mit Massepotential verbindendes Erdungsteil (z.B.122) gebildet ist (Fig.36-38).
34. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdungsteil ein zwischen der Vibrationselektrode und dem Massepotential verbundenes Widerstandselement vorhanden ist.
35. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner gewählt ist als der inhärente Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden Oberflächen.
36. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 in Form eines piezoelektrischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß - in dem Resonator eine Volumenwelle der ferroelektrischen Platte (201) ausgenutzt wird, - auf den beiden Oberflächen der ferroelektrischen Platte parallel zu deren Polarisationsachse mehrere Vibrationselektroden (202,203) ausgebildet sind, - mindestens eines der auf den die Polatisationsachse schneidenden beiden Oberflächen geformten ersten und zweiten Elemente aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, und - die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung aus einem das erste mit dem zweiten Element elektrisch verbindenden Verbindungsteil (z.B.220) besteht (z.B.Fig.41).
37. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Element als elektrische Verbindung ein Widerstandselement angeordnet ist.
38. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der inhärente Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden die Polarisationsachse schneidenden Oberflächen gewählt ist.
39. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung das erste mit dem zweiten Element direkt verbindet.
40, Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1, in Form eines eine Volumenwelle der ferroelektrischen Platte ausnutzenden piezoelektrischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß Vibrationselektroden zusammen mit der ferroelektrischen Platte das erste und zweite Element bilden, und daß die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung durch ein die Vibrationselektroden elektrisch verbindendes Verbindungsteil gebildet wird.
41. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil ein Widerstandselement ist.
42. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der innere Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen den beiden Oberflächen gewählt ist.
43, Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement aus einer zwischen den Vibrationselektroden aufgetragenen Widerstandspaste besteht.
44, Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 40 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt der ferrolelektrischen Platte und der Vibrationselektroden mit einer aus einem Widerstands-Harzmaterial bestehenden Harzschicht (218) bedeckt sind, welche die Vibrationselektroden elektrisch verbindet (z.B.Fig.44).
45. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 44, gekennzeichnet durch eine die Widerstands-Harzschicht überdeckende hochisolierende zweite Harzschicht (219).
46. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationselektroden und die Masseelektrode jeweils mit einem Anschluß (210,211,212) verbunden sind, welche ihrerseits durch das Verbindungsteil elektrisch verbunden werden.
47. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen über ein Widerstandselement erfolgt.
48. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der innere Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden Oberflächen gewählt ist.
49. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement ein zwischen den Anschlüssen befestigter Festwiderstand ist.
50. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement eine zwischen den Anschlüssen eingefügte Widerstandspaste ist.
51. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 40 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß - ein aus der ferroelektrischen Platte, den Vibrationselektroden und einer Masselektrode bestehendes Resonatorelemement mit Ausnahme eines Abschnitts seiner Außenanschlüsse mit einer ersten Harzschicht bedeckt ist, - ein Gehäuse zur Aufnahme des Resonatorelementes mit der ersten Harzschicht bedeckt ist, und - der freie Raum zwischen dem in dem Gehäuse untergebrachten Resonatorelement und dem Gehäuse einschließlich des Bereiches zwischen den Außenanschlüssen mit einer aus einem Widerstands-Harzmaterial bestehenden zweiten Harzschicht gefüllt ist (z.B.Fig.61).
52. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 33 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Virbrationselektroden eine nicht direkt an der Erzeugung der Volumenwelle beteiligte zusätzliche Elektrode (z.B.127) vorhanden ist, welche mindestens eines der ersten und zweiten Elemente bildet.
53. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 in Form eines piezoelektrischen Wandlers, dadurch gekennzeichnet, daß - das erste und das zweite Element mit der ferroelektrischen Platte (z.B.311) zusammenwirkende Elektroden (z.B.312,313) sind, - ein elektrisches Signal an den Elektroden in eine mechanische Vibration der ferroelektrischen Platte verwandelt wird und umgekehrt, und - die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung eine mindestens eine der Elektroden an Masse legende Masseverbindung ist.
54. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseverbindung ein mindestens zwischen der einen Elektrode und dem Massepotential eingefügtes Widerstandselement ist.
55. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner gewählt ist als der innere Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden die Polarisationsachse schneidenden Oberflächen.
56. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 in Form eines piezoelektrischen Wandlers, dadurch gekennzeichnet, daß - auf den beiden parallel zu der Polarisationsachse verlaufenden Oberflächen der ferroelektrischen Platte Elektroden ausgebildet sind, - ein elektrisches Signal an den Elektroden in eine mechanische Vibration der ferroelektrischen Platte verwandelt wird und umgekehrt, - mindestens das eine von den auf den beiden die Polarisationsachse schneidenden Oberflächen geformten ersten und zweiten Elementen aus einem elektrisch leitenden Material besteht, und - die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung aus einer das erste mit dem zweiten Element elektrisch verbindenden Verbindungsteil besteht.
57. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil ein Widerstdndselement ist.
58. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der innere Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen ihren beiden die Polarisationsachse schneidenden Oberflächen gewählt ist.
59. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 56 oder 57, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Verbindungsteil eine direkte Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Element ist.
60. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 1 in Form eines piezoelektrischen Wandlers, dadurch gekennzeichnet, daß - mindestens eine Elektrode das erste Element bildet, weitere Elektroden an der ferroelektrischen Platte vorhanden sind und eine Masseelektrode an der Platte das zweite Element bildet, ein von den Elektroden bezogenes elektrisches Signal in eine mechanische Vibration der ferroelektrischen Platte umgewandelt wird und umgekehrt, und - die Potentialdifferenz-Ableiteinrichtung durch eine die Elektroden elektrisch verbindende Verbindungseinrichtung gebildet wird.
61. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung ein Widerstandselement umfaßt.
62. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der inhärente Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen den beiden Oberflächen gewählt ist.
63. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement eine zwischen den Elektroden aufgetragene Widerstandspaste ist.
64. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler an die Elektroden angeschlossene Außenanschlüsse besitzt, mit denen das Verbindungselement verbunden ist.
65. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil aus einem zwischen den Außenanschlüssen verbundenen Widerstandselement besteht.
66. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes kleiner als der inhärente Widerstandswert der ferroelektrischen Platte zwischen den beiden Oberflächen gewählt ist.
67. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement aus einem zwischen den Außenanschlüssen verbundenen Festwiderstand besteht.
68. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement aus einem Widerstandsharz besteht, welches zwischen die Außenanschlüsse eingefüllt ist.
69. Piezoelektrische Einheit nach einem der Ansprüche 53 bis 68, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler zusätzlich zu den Elektroden eine nicht direkt an der Erzeugung der Volumenwelle beteiligte Zusatzelektrode aufweist, welche mindestens das eine und/oder das zweite Element bildet.
70. Piezoelektrische Einheit nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Harzschicht durch eine hochisolierende zweite Harzschicht überdeckt ist.