DE3032847A1

DE3032847A1 - Elektrisches bauelement mit einem oberflaechenwellen-resonator

Info

Publication number: DE3032847A1
Application number: DE19803032847
Authority: DE
Inventors: Seiich Arai; Satoru Fujishima
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1979-09-03
Filing date: 1980-09-01
Publication date: 1981-03-19
Also published as: JPS5637721A

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Bauelement mit einem auf dem Prinzip der akustischen Oberflächenwellen beruhenden Resonator (im folgenden kurz Oberflächenwellen- oder OW-Resonator genannt).
Ein kürzlich entwickelter Oszillator, der einen derartigen OW-Resonator enthält, wird als ein stabil arbeitender und für höhere Frequenzen als ein Kristall-Oszillator geeigneter Oszillator angesehen und eignet sich somit als Oszillatorschaltung für einen Fernseh-Tuner, einen Rundfunk-Frequenzumsetzer u.dgl.. Den Stand der Technik für die vorliegende Erfindung bildet eine in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellte und mit einem OW-Resonator 1 ausgerüstete Oszillatorschaltung, in welcher der mit einem Kondensator 2 in Reihe geschaltete OW-Resonator 1 eine positive Rückkoppelschleife eines ein aktives Bauelement wie einen Transistor enthaltenden Verstärkers AMP bildet. Die Reihenschaltung aus den genannten Elementen 1 und 2 kann auch umgedreht werden. In dieser bekannten Schaltung sind der OW-Resonator 1 und der Kondensator 2 als selbständige Bauelemente ausgebildet, und dadurch wird die gesamte Oszillatorschaltung umfangreich und teuer, besonders wenn als Kondensator 2 ein Trimmkondensator benutzt wird.
Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Schaffung eines verbesserten elektrischen Bauelementes der eingangs genannten Art Aufwand und Preis einer derartigen Oszillatorschaltung herabsetzen zu können.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, durch Einbeziehung des Kondensators in den Oberflächenwellen-Resonator ein relativ einfaches kombiniertes Bauelement zu schaffen, mit dem die gestellte Aufgabe vorteilhaft zu lösen ist.
Dabei wird der Kondensator durch zwei leitfähige Filme oder Schichten gebildet, welche auf die gegenüberliegenden Oberflächen des vorhandenen piezoelektrischen Dünnfilms des Oberflächenwellen-Resonators aufgetragen und elektrisch so verbunden sind, daß innerhalb dieses kombinierten Bauelementes der Oberflächenwellen-Resonator mit der elektrostatischen Kapazität des integrierten Kondensators elektrisch in Reihe geschaltet ist. Das erfindungsgemäße kombinierte Bauelement ist klein und kann leicht und billig hergestellt werden, so daß auch eine damit ausgerüstete Oszillatorschaltung wesentlich billiger als mit herkömmlichen getrennten Einzelbauelementen hergestellt werden kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein erster leitfähiger Film mit der einen Kammelektrode, und eine auf einem Substrat gebildete Ableitelektrode mit der anderen Kammelektrode der Interdigital-Wandlerelektrode verbunden. Die Interdigital-Wandlerelektrode bedeckt eine Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms, und die den Kondensator bildenden beiden leitfähigen Filme oder Schich- ten befinden sich gegenüberliegend auf je einer der beiden Hauptoberflächen des piezoelektrischen Dünnfilms. Nach Befestigung des Substrates auf einer Basis oder Grundplatte werden die Ableitelektrode und der zweite leitfähige Film jeweils durch Wire-Bonding mit separaten Außenanschlüssen verbunden.
Da es bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich ist, die Außenanschlüsse und das kombinierte Bauelement nur auf einer Hauptoberfläche der Basis oder Grundplatte zu montieren, kann die Herstellung sehr einfach und wirtschaftlich durchgeführt werden. Da zwischen dem piezoelektrischen Dünnfilm und der Basis das Substrat liegt besteht wenig Einfluß durch elektrostatische Kapazität.
Es ist ferner möglich, den zweiten leitfähigen Film auf dem Substrat zu formen und darauf den piezoelektrischen Dünnfilm zu legen, der die Interdigital-Wandlerelektrode und den ersten leitfähigen Film auf einer Oberfläche trägt. In diesem Fall wird die Ableitelektrode für den zweiten leitfähigen Film auf dem Substrat ausgebildet, während sich die Ableitelektrode für die Kammelektrode der Interdigital-Wandlerelektrode auf dem piezoelektrischen Dünnfilm befindet. Die beiden Ableitelektroden können zur externen Verbindung des zusammengesetzten Bauelementes verwendet werden.
Das aus einem OW-Resonator und einem Kondensator bestehende kombinierte erfindungsgemäße Bauelement eignet sich gut für Oszillatorschaltungen und ermöglicht insbesondere die Miniaturisierung solcher Oszillatorschaltungen. Außerdem kann das erfindungsgemäße kombinierte Bauelement leicht und ohne Komplikationen hergestellt werden, eignet sich für die Serienfertigung und ist billig.
Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert, die auch den eingangs erwähnten Stand der Technik enthält. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer herkömmlichen Os zillatorschaltung mit einem als Einzelbauelement ausgebildeten Oberflächenwellen-Resonator, Fig. 2 eine Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 3 einen Schnitt im Verlauf einer Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführung von Fig. 2, Fig. 5 einen Fig. 3 ähnlichen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 6 eine Fig. 4 ähnliche Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das in Fig. 2 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungemäßen kombinierten elektrischen Bauelementes 10 umfaßt einenOW-Resonator (auf dem Prinzip der akustischen Oberflächenwellen beruhenden Resonator) in Verbindung mit einem Kondensator und ist zwecks hermetischer Abdichtung auf einer Metallgrundplatte 20 befestigt.
Als Unterlage für das aus dem OW-Resonator und dem Kondensator bestehende kombinierte Bauelement 10 dient ein Substrat 11 aus einem keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweisenden Material wie Glas. Auf dem Substrat 11 ist eine aus ineinandergreifenden Kammelektroden 13 und 14 bestehende Interdigital-Wandlerelektrode 12 geformt. An ihren Enden sind die ineinandergreifenden Kammelektroden 13 und 14 jeweils durch eine gemeinsame Elektrode verbunden. In einem Abstand von der Interdigital-Wandlerelektrode 12 befindet sich ein die eine Kondensatorelektrode bildender erster leitfähiger Film 15 mit bestimmten Abmessungen und ist elektrisch mit der einen Kammelektrode 13 verbunden.
Ferner ist auf dem Substrat 11 eine von der gemeinsamen Elektrode der anderen Kammelektrode 14 ausgehende Ableitelektrode 16 geformt. Ein piezoelektrischer Dünnfilm 17 bedeckt das Substrat 11 so, daß zumindest die Interdigital-Wandlerelektrode 12 und der erste leitfähige Film 15 bedeckt, die Ableitelektrode 16 jedoch freigelassen ist.
Auf die freie Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 17 ist an einer dem Film 15 gegenüberliegenden Stelle ein zweiter leitfähiger Film 18 aufgetragen, welcher als zweite Kondensatorelektrode dient und außerdem eine zweite Ableitelektrode bildet, wie nachstehend beschrieben wird.
Bei dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel bildet der piezoelektrische Dünnfilm 17 mit der Interdigital-Wandlerelektrode 12 den OW-Resonator, und die beiden leitfähigen Filme 15 und 18 den oben erläuterten Kondensator.
Das Substrat 11 des so ausgebildeten kombinierten Bauelementes 10 wird auf eine Metallgrundplatte 20 eines luftdichten Gehäuses gesetzt und dort beispielsweise mit einem Klebemittel befestigt. Zwei isoliert durch die Metallgrundplatte 20 hindurchgeführte Außenanschlüsse 21 und 22 sind durch Wire-Bonding über je einen Verbindungsdraht 23 bzw. 24 mit der Ableitelektrode 16 bzw.
mit dem zweiten leitfähigen Film 18 verbunden.
Bei dem kombinierten Bauelement 10 bildet der piezoelektrische Dünnfilm 17 das Dielektrikum zwischen den beiden gegenüberliegenden leitfähigen Filmen oder Schichten 15 und 18 des so gebildeten elektrostatischen Kondensators. Da der erste leitfähige Film 15 bereits mit der einen Kammelektrode 13 verbunden ist, liegen der OW-Resonator und der Kondensator in Reihe zwischen den Außenanschlüssen 21 und 22.
Zur Verwendung in der Oszillatorschaltung von Fig. 1 kann z.B. der Außenanschluß 21 mit der Basis des Transistors AMP und der zweite Außenanschluß 22 mit Masse verbunden werden, um eine positive Rückkoppelschleife zu bilden.
Der auf dem Dünnfilm 17 freiliegende zweite leitfähige Film 18 kann beispielsweise mittels eines Laserstrahls beschnitten und dadurch die elektrostatische Kapazität des durch die Filme oder Schichten 15, 18 gebildeten Kondensators justiert werden. Folglich kann die Arbeitsfrequenz der Oszillatorschaltung in Fig. 1 z.B. einfach durch Beschneiden des zweiten leitfähigen Films 18 justiert werden.
Die Interdigital-Wandlerelektrode 12 und der erste leitfähige Film 15 können gleichzeitig durch Aufdampfen eines Metalls wie Aluminium o.dgl. auf das Substrat 11 aufgetragen werden, und der zweite leitfähige Film 18 wird entsprechend aufgetragen, Der piezoelektrische Dünnfilm 17 kann aus bekannten Materialien wie beispielsweise ZnO, CdS, AlN, ZnS, Bi12PbO19 oder LiNbz durch Aufdampfen, Auf- sprühen, in einem chemischen Dampfablagerungsprozeß o.dgl. hergestellt sein.
Der zwischen den beiden als Kondensatorelektroden dienenden leitfähigen Filmen 15 und 18 liegende Abschnitt des piezoelektrischen Dünnfilms 17 wird zu Schwingungen in Richtung seiner Dicke angeregt, jedoch liegt hier die Resonanzstelle in einem anderen Frequenzbereich als bei dem Interdigitalwandler, so daß die Kondensator-Schichten 15, 18 keinen negativen Einfluß auf den Wandler ausüben können. Folglich sind auch keine Hilfsmittel zur Unterdrückung eines piezoelektrischen Effektes des Dünnfilms 17 im Bereich des Kondensators notwendig, der durch den leitfähigen Film 15, den piezoelektrischen Dünnfilm 17 und den leitfähigen Film 18 gebildet ist.
Im Gegensatz zu Fig. 3 sind bei dem in Fig. 5 geschnitten dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Interdigital-Wandlerelektrode 12 und der erste leitfähige Film 15 auf der einen Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 17, und der zweite leitfähige Film 18 auf dem Substrat 11 aufgetragen. Ferner ist eine in Fig. 5 nicht dargestellte Ableitelektrode auf dem Substrat 11 notwendig, die nicht von dem Dünnfilm 17 überdeckt ist und mit dem zweiten leitfähigen Film 18 verbunden ist. Eine andere, ebenfalls nicht dargestellte Ableitelektrode befindet sich auf der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 17 und ist mit der einen Kammelektrode verbunden.
Beide nicht dargestellte Ableitelektroden sind durch Wire-Bonding mit je einem der Außenanschlüsse 21, 22 in Fig. 2 verbunden.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele haben die Eigenschaft, daß durch Erhöhung der Anzahl der ineinandergreifenden Kammelektroden der Interdigital-Wandlerelektrode 12 ein induktiver Anteil des scheinbaren Eingangsleitwertes ausnutzbar ist. D.h,, bei diesen Ausführungen besteht der Wandler nur aus gegenseitig ineinandergreifenden kammförmigen Elektroden.
Bei einem in Fig. 6 dargestellten anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung befinden sich beiderseits in der Wellenausbreitungsrichtung der Kammelektroden 13 und 14 der Interdigital-Wandlerelektrode 12 Reflektionselektroden 12a, 12b, die beispielsweise ähnlich wie die Kammelektroden 13, 14 und der erste leitfähige Film 15 durch Aufdampfen von Aluminium auf das Substrat 11 hergestellt sein können. Somit besteht hier die Interdigital-Wandlerelektrode 12 aus den Kammelektroden 13, 14 und den Reflektionselektroden 12a, 12b. Ferner sind auf das Substrat 11 eine Ableitelektrode 16 und auf den piezoelektrischen Dünnfilm 17 ein zweiter leitfähiger Film 18 aufgebracht.
Selbstverständlich ist die Abwandlung von Fig. 5 auch auf die Ausführung von Fig. 6 anwendbar.
Das erfindungsgemäße kombinierte elektrische Bauelement 10 ist z.B. in Verbindung mit einer Oszillatorschaltung gemäß Fig. 1 anwendbar, kann selbstverständlich aber auch in Verbindung mit anderen Resonanzeinrichtungen o.dgl.
benutzt werden.
Ferner besteht die Möglichkeit zwischen dem Substrat 11 und dem piezoelektrischen Dünnfilm 17 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Isolierschicht aus SiO2 o.dgl.
zu verwenden.

Claims

Elektrisches Bauelement mit einem Oberflächenwellen-Resonator Priorität: 3. September 1979, Japan, No. 113410/1979 PATENTANSPRUCHE Elektrisches Bauelement mit einem auf dem Prinzip der akustischen Oberflächenwellen beruhenden Oberflächenwellen-Resonator, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - mit dem Oberflächenwellen-Resonator (12,17) ein Kondensator (15,18) zu einem kombinierten Bauelement integral verbunden ist, - der Oberflächenwellen-Resonator durch einen auf ein Substrat (11) aufgetragenen piezoelektrischen Dünnfilm (17) und eine auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms ausgebildete, mehrere Kammelektroden-Paare (13, 1 4) umfassende Interdigital-Wandlerelektrode (12) gebildet ist! und - der Kondensator aus einem auf derselben einen Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms vorhandenen und mit einer der Kammelektroden (13) verbundenen ersten leitfähigen Film (15) und einem dem ersten leitfähigen Film gegenüberliegend auf der anderen Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms aufgebrachten zweiten leitfähigen Film (18) besteht.
2, Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine relativ große Anzahl von Kammelektroden-Paaren (13,14) vorhanden ist, so daß der Oberflächenwellen-Resonator nur aus den Kammelektroden und dem piezoelektrischen Dünnfilm (17) besteht.
3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine relativ geringe Anzahl von Kammelektroden-Paaren (13,14) vorhanden sind und der Oberflächenwellen-Resonator auf dieser einen Oberfläche des piezoelektrischen DünnfilmS(17) zu beiden Seiten der relativ wenigen Kammelektroden-Paare zusätzlich Reflektionselektroden (12a,12b) trägt, so daß die Kammelektroden in Zusammenwirkung mit den Reflektionselektroden die Interdigital-Wandlerelektrode (12) bilden.
4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der anderen Kammelektrode (14) eine auf dem Substrat (11) aufgebrachte Ableitelektrode (16) verbunden und ebenso wie der zweite leitfähige Film (1-8) zur Verbindung mit einer externen Schaltung vorgesehen ist.
5. Bauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine auf dem Substrat (11) gebildete und mit dem zweiten leitfähigen -Film (18) verbundene erste Ableitelektrode (16), und eine auf dem piezoelektrischen Dünnfilm (17) aufgebrachte sowie mit der-ersten Kammelektrode (13) der Interdigital-Wandlerelektrode verbundene zweite Ableitelektrode zur Verbindung mit einer externen Schaltung vorgesehen sind
6. Bauelement nach Anspruch 4 oder.5, d a d u r c h g-e k e n n z e i c h n e t , daß das elektrische Kombinations-Bauelement in der Rückkoppelschleife eines Verstärkers (AMP) liegt, welcher als externe Schaltung ein aktives Bauelement enthält.
7. -Baue.lement nach Anspruch 4, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat (11) auf einer Basis (20) befestigt ist, welche zwei Außenanschlüsse (21, 22) trägt, von denen der eine (21) über eine erste Verbindungsleitung (23) mit der Ableitelektrode (16) und der andere über eine zweite Verbindungsleitung (24) mit dem zweiten leitfähigen Film (18) verbunden sind.
8. Bauelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat (11) auf einer Basis (20) befestigt ist, welche zwei Außenanschlüsse (21,22) trägt, von denen der eine über eine erste Verbindungsleitung (23) mit der ersten Ableitelektrode (16) und der andere über eine zweite Verbindungsleitung (24) mit der anderen der beiden Ableito elektroden verbunden sind.