DE4028546A1

DE4028546A1 - Piezoelektrischer resonator

Info

Publication number: DE4028546A1
Application number: DE19904028546
Authority: DE
Inventors: Osamu Ishii
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1992-03-12
Also published as: FR2666705A1; GB2247776A; GB9019564D0

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Resonator der in einem grundlegenden Vibrations-Modus bei mehr als 50 MHz reso niert, und insbesondere den Aufbau eines Resonators wobei eine ausgeprägte elektrische Verbindung der Elektroden desselben an dem Absatzteil der piezoelektrischen Platte sichergestellt sein soll, ohne daß die Produktivität desselben beeinträchtigt wäre.

Ein piezoelektrischer Resonator zum Abgeben einer stabilen und hohen grundlegenden Resonanzfrequenz ist in Form eines Quarzreso nators des Dicken-Scher-Typs (thickness shear mode) bekannt, bei dem ein nach AT-Art geschnittenes Plättchen (AT Cut Plate) dünn ausgebildet wird. Eei dem genannten Verfahren ist es nicht mög lich, daß AT-Cut-Plättchen dünner als 40µm zu machen, weshalb die höchste Resonanzfrequenz des Quarzresonators nur 40 MHz erreicht. Ein Quarzresonator des SAW (surface acoustic wave) Typs ist dazu in der Lage, eine hohe Frequenz von etwa 1 GHz zu erreichen. Der SAW-Resonator hat jedoch eine Temperaturcharakteristik, die unter halb derjenigen des AT-Cut-Quarzresonators liegt.

Um einen Hochfrequenz-Resonator mit der Temperaturcharakteristik eines AT-Cut-Quarzresonators zu erhalten, sind Resonatoren wie diejenigen in den Fig. 1a, 1b und 2a, 2b erforscht worden. Bei dem bekannten Resonator nach den Fig. 1a und 1b sind Aus nehmungen 2 in den Mittelbereichen der beiden Oberflächen eines Quarzkristallplättchens 1 ausgebildet, und zwar durch Trocken oder Naßätzen, um einen dünnen Vibrationsbereich 3 auszubilden. Auf beiden Oberflächen des Kristallplättchens 1 sind Elektroden masken der in Fig. 1a gezeigten Form durch Metallaufdampfen oder dergleichen ausgebildet.

Bei dem anderen bekannten Resonator nach Fig. 2a und 2b ist eine Ausnehmung 2 in dem Mittelbereich nur einer Oberfläche des Quarz kristallplättchens 1 ausgebildet, wobei der Rest des Aufbaus demjenigen des Resonators nach den Fig. 1a und 1b entspricht.

Nach diesem Stand der Technik umfassen die Elektrodenmasken 5, 6 Erregungselektroden 5a, 6a auf dem Mittelbereich des Vibrations abschnittes 3 und Führungsmasken 5b, 6b, die sich von den Er regungselektroden 5a, 6a zu dicken Ringabschnitten 7 erstrecken, welche den Vibrationsabschnitt 3 jeweils umgeben. Da die Führungs masken 5b und/oder 6b, welche sich von den Erregungselektroden 5a, 6a zu den dicken Ringabschnitten 7 erstrecken, und zwar über Absätze 8 zwischen dem dünnen Vibrationsabschnitt 3 und den dicken Ringabschnitten 7, schmal sind, erfolgt das Ausbilden der Füh rungsmasken 5b, 6b an den Absätzen 8 jedoch nicht gleichmäßig während des Metallaufdampfens. Daher treten manchmal schlechte Verbindungen der Führungsmasken 5b, 6b an den Absätzen 8 auf. Daher war die Produktivität der herkömmlichen Resonatoren nicht sehr hoch.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen piezo elektrischen Resonator zu schaffen, bei dem die vorgenannten Probleme bekannter Quarzresonatoren nicht mehr auftreten.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen AT-Cut- Quarzresonator zu schaffen, der eine grundlegende Resonanzfrequenz aufweist, welche oberhalb von 50 MHz liegt, und der eine gute elektrische Verbindung einer Elektrode garantiert, welche sich von einer Ausnehmung über einen Absatz erstreckt.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein piezoelektrischer Resonator geschaffen, bei dem eine Ausnehmung auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Plättchens und auf der gesamten Oberfläche mit der Ausnehmung eine Elektrode ausgebildet werden, um eine sich über alles erstreckende Elektrode zu erhalten.

Durch diesen Aufbau ist die elektrische Verbindung der Elektrode an dem Absatz zwischen der Ausnehmung und dem dicken Ringab schnitt, welcher die Ausnehmung umgibt, sichergestellt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbei spiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1a eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Quarz resonator;

Fig. 1b eine Schnittansicht entlang der Linie C-C des Quarzresonators nach Fig. 1a;

Fig. 2a eine Draufsicht auf einen anderen herkömmlichen Quarzresonator;

Fig. 2b eine Schnittansicht entlang der Linie D-D des Quarzresonators nach Fig. 2a;

Fig. 3a eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Resonators nach der Erfindung;

Fig. 3b eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des piezoelektrischen Resonators nach Fig. 3a;

Fig. 4a, 4b Diagramme der Verteilung von Vibrationsenergie bei dem herkömmlichen Resonator und dem Resonator nach der Erfindung;

Fig. 5a eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbei spiel eines piezoelektrischen Resonators nach der Erfindung; und

Fig. 5b eine Schnittansicht entlang der Linie B-B des piezoelektrischen Resonators nach Fig. 5a.

Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Quarzresonators nach der Erfindung und Fig. 3b zeigt eine Schnitt ansicht entlang der Linie A-A des Quarzresonators nach Fig. 3a.

Der Quarzresonator umfaßt ein Quarzkristallplättchen 11 auf dessen Oberfläche eine Ausnehmung 12 durch Trocken- oder Naßätzen ausge bildet ist, um einen dünnen Vibrationsabschnitt 18 zu schaffen. Auf der gesamten Oberfläche mit der Ausnehmung 12 ist eine Elek trode 14 durch Aufdampfen aufgebracht. Auf der ebenen Fläche entgegengesetzt der Oberfläche mit der Ausnehmung 12 des Quarz kristallplättchens 11 ist eine partielle Elektrodenmaske 16 ausge bildet, die im wesentlichen die gleiche ist, wie die Elektroden masken 5 des in Fig. 2a gezeigten Standes der Technik, wobei diese mittels Photolitographie oder dergleichen ausgebildet sind. Durch diesen Aufbau, bei dem die alles überdeckende Elektrode 14 auf der gesamten Oberfläche der Seite mit der Ausnehmung 12 aus gebildet ist, ist eine elektrische Verbindung zwischen einer Erregungselektrode 14a auf dem dünnen Vibrationsabschnitt 18 und einer elektrischen Leitermaske 14b auf einem dicken Ringabschnitt 15 garantiert, welcher die Ausnehmung 12 umgibt.

Die Fig. 4a und 4b zeigen die Verteilungen der Vibrationsener gie bei dem bekannten Resonator nach den Fig. 1a, 1b, 2a, und 2b bzw. bei einem Resonator nach der Erfindung, wie er in den Fig. 3a und 3b gezeigt ist.

Gemäß Fig. 4a weist der Resonator nach dem Stand der Technik auf beiden Oberflächen des dünnen Vibrationsabschnittes 3 die Er regungsmasken 5a, 6a auf, welche im wesentlichen gleich ausgestal tet sind und die gleiche Dicke t aufweisen. Dies resultiert in einer Steigerung in der Verteilung der Vibrationsenergie nach Fig. 4a.

Im Gegensatz dazu weist gemäß Fig. 4b der dünne Vibrationsab schnitt 18 des Resonators nach der Erfindung die alles überdecken de Elektrode 14a auf, welche auf der gesamten Oberfläche einer Seite desselben ausgebildet ist, wobei die Erregungselektrode 16a auf der anderen Seite liegt. Da es möglich ist, die alles über deckende Erregungselektrode 14a als integrales Teil des dünnen Vibrationsabschnittes 18 anzunehmen, hängt die Verteilung der Vibrationsenergie in einem gewissen Grade von der Fläche und der Dicke der Erregungselektrode 16a ab. Wenn daher die Er regungselektrode 16a nach diesem Ausführungsbeispiel mit einer Dicke von 2 t ausgebildet wird, ist somit die Verteilung der Vibrationsenergie im wesentlichen die gleiche wie diejenige nach dem obigen herkömmlichen Resonator (4a), wie dies die Zusammen schau der Fig. 4a und 4b zeigt.

Darüber hinaus kann die Resonanzfrequenz des dünnen Vibrationsab schnittes 18 durch die Summe der Dicke des Vibrationsabschnittes 18 und der equivalenten Dicke t_e der alles überdeckenden Er regungselektrode 14a definiert werden (t_e=t_o ; mit t_o: Dicke der Elektrode, ρ₀: Dichte des Elektrodenwerkstoffes, ρ: Dichte des Quarzkristalls). Daher ist es möglich, die Resonanzfrequenz des dünnen Vibrationsabschnittes 18 geringfügig dadurch zu justie ren, daß die Dicke der alles überdeckenden Elektrode 14a einge stellt wird, und zwar ohne daß die Gesamtcharakteristika des Resonators verändert werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 5a und 5b gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein mono lithisches Kristallfilterelement dar, welches wenigstens zwei Elektroden 19a, 20a aufweist, die nahe beeinander auf einer ebenen Oberfläche eines Quarzkristallplättchens 11 ausgebildet sind.

Da die alles überdeckende Elektrode 14 ohne eine Maske oder der gleichen auf der Oberfläche mit der Ausnehmung 12 beim Herstellen der genannten Ausführungsbeispiele ausgebildet werden kann, wird darüber hinaus das Aufdampfverfahren einfacher als bei dem her kömmlichen Resonator.

Die Beschreibungen der obigen Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf Quarzresonatoren. Es sei jedoch darauf hinge wiesen, daß diese Erfindung auch bei Resonatoren, welche die verschiedensten Arten piezoelektrischer Werkstoffe verwenden, und dergleichen Anwendung finden kann.

Zusammenfassend sei festgehalten, daß der piezoelektrische Reso nator nach der Erfindung einen dünnen Vibrationsabschnitt und einen dicken Ringabschnitt aufweist, welcher den Vibrationsab schnitt umgibt, um diesen zu halten. Ferner ist eine alles über deckende Elektrode auf der gesamten Oberfläche der Seite mit der Ausnehmung ausgebildet. Daher kann eine elektrische Verbindung der alles überdeckenden Elektrode an einen Absatz aufrechterhalten werden. Darüber hinaus ist der Resonator nach der Erfindung mittels eines einfachen Elektroden-Aufdampfverfahrens herzu stellen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. Piezoelektrischer Resonator, der umfaßt: ein piezoelektrisches Plättchen (11) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, einen dicken Ringabschnitt (15), welcher einen dünnen Vibrationsabschnitt (18) umgibt, der durch Abtragen einer Ausnehmung (12) auf der ersten Fläche des piezoelektrischen Plättchens (11) ausgebildet ist, eine alles überdeckende Elektrode (14), die auf der ersten Ober fläche ausgebildet ist, und eine partielle Elektrodenmaske (16), die auf der zweiten Oberfläche ausgebildet ist, wobei die partielle Elektrodenmaske (16) eine Erregungselektrode (14a) auf dem dünnen Vibrationsabschnitt (18) und eine Lei termaske (14b) aufweist, welche sich von der Erregungselek trode (14a) zu der Peripherie der zweiten Oberfläche er streckt.

2. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als piezoelektrische Plättchen (11) ein AT- Cut-Quarzkristallplättchen verwendet wird.

3. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12) durch Ätzen ausgebil det ist.

4. Piezoelektrischer Resonator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die alles überdeckende Elektrode (14) durch Aufdampfen ohne Maske ausgebildet ist.

5. Piezoelektrischer Resonator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungselektrode (14a) und die Leitermaske (14b) davon durch Photo-Lithograpie ausgebildet sind.

6. Piezoelektrisches Filterelement, das umfaßt: ein piezoelektrisches Plättchen (11) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, einen dicken Ringabschnitt (15), der einen dünnen Vibrationsabschnitt (18) umgibt, welcher durch Abtragen einer Ausnehmung (12) auf der ersten Ober fläche des piezoelektrischen Plättchens (11) ausgebildet ist, eine alles überdeckende Elektrode (14), die auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, und mehrere Elektroden (19a, 20a), die nahe beeinander auf dem dünnen Vibrationsab schnitt (18) auf der zweiten Oberfläche ausgebildet sind, und ein Paar Führungsmasken, die sich von den Elektroden (19a, 20a) zu der Peripherie der zweiten Oberfläche er strecken.