DE4028546A1 - Piezoelektrischer resonator - Google Patents
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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 te der alles überdeckenden Er
regungselektrode 14a definiert werden (te=to ; mit to: 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 (6)
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.
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