DE69714159T2

DE69714159T2 - Piezoelektrischer Resonator und elektronisches Bauteil mit diesem Resonator

Info

Publication number: DE69714159T2
Application number: DE69714159T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Unami
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: NO971940L; CN1175125A; EP0827273A2; EP0827273B1; NO971940D0; CN1074213C; EP0827273A3; DE69714159D1; US5912600A; JPH10126203A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gemäß den beigefügten Ansprüchen betrifft die vorliegende Erfindung einen piezoelektrischen Resonator, der mit der mechanischen Resonanz eines piezoelektrischen Elements arbeitet, und insbesondere einen piezoelektrischen Resonator, der folgendes umfaßt: ein Basiselement mit einer Längsrichtung, einen aktiven Abschnitt, der aus einem polarisierten piezoelektrischen Element besteht und wenigstens einen Teil des Basiselements darstellt, und zwei äußere Elektroden, die mit dem aktiven Abschnitt versehen sind. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem elektronische Bauelemente zur Verwendung mit dem piezoelektrischen Resonator, wie zum Beispiel einen Oszillator, einen Diskriminator und ein Filter.
Fig. 38 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators. Ein piezoelektrischer Resonator 1 umfaßt ein piezoelektrisches Substrat 2, das zum Beispiel von oben betrachtet die Form einer rechteckigen Platte hat. Das piezoelektrische Substrat 2 ist in Dickenrichtung polarisiert. Auf beiden Oberflächen des piezoelektrischen Substrats 2 sind Elektroden 3 ausgebildet. Wenn ein Signal zwischen den Elektroden 3 eingeleitet wird, wird ein elektrisches Feld an das piezoelektrische Substrat 2 in Dickenrichtung angelegt, und das piezoelektrische Substrat 2 schwingt in Längsrichtung. In Fig. 39 ist ein piezoelektrischer Resonator 1 dargestellt, bei dem Elektroden 3 auf beiden Oberflächen eines piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet sind, das von oben betrachtet die Form einer quadratischen Platte hat. Das piezoelektrische Substrat 2 des piezoelektrischen Resonators 1 ist in Dickenrichtung polarisiert. Wenn ein Signal zwischen den Elektroden 3 in den piezoelektrischen Resonator 1 eingeleitet wird, wird ein elektrisches Feld in Dickenrichtung an das piezoelektrische Substrat 2 angelegt und das piezoelektrische Substrat 2 schwingt in einer Rechteckschwingung (in Richtung der Ebene).
Diese piezoelektrischen Resonatoren sind von einer unversteiften Art, bei der die Schwingungsrichtung von der Polarisationsrichtung und der Richtung des elektrischen Feldes verschieden ist. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient eines solchen unversteiften piezoelektrischen Resonators ist niedriger als der eines versteiften piezoelektrischen Resonators, bei dem die Schwingungsrichtung, die Polarisationsrichtung und die Richtung, in der ein elektrisches Feld angelegt wird, gleich sind. Ein unversteifter piezoelektrischer Resonator hat einen relativ kleinen Frequenzunterschied ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz. Dies führt insoweit zu einem Nachteil, als die Frequenzbandbreite im Gebrauch schmal ist, wenn ein unversteifter Frequenzresonator als Oszillator oder Filter verwendet wird. Der Freiheitsgrad bei der Auslegung der Eigenschaften ist daher bei einem solchen piezoelektrischen Resonator und bei den damit arbeitenden elektronischen Bauelementen niedrig.
Der in Fig. 38 gezeigte piezoelektrische Resonator arbeitet mit der Resonanz erster Ordnung in der Longitudinalmode. Aufgrund seines Aufbaus erzeugt er auch große Nebenresonanzen bei harmonischen Schwingungen einer ungeradzahligen Ordnung, wie zum Beispiel der dritten und fünften Ordnung, und bei der Breitenschwingung. Um diese Nebenresonanzen zu unterdrücken, werden einige Maßnahmen in Betracht gezogen, wie zum Beispiel Polieren, Erhöhen der Masse und Ändern der Form der Elektroden. Diese Maßnahmen erhöhen die Herstellungskosten.
Da das piezoelektrische Substrat bei Betrachtung von oben die Form einer rechteckigen Platte hat, darf das Substrat wegen einer eingeschränkten Festigkeit auch nicht dünner sein. Der Abstand zwischen den Elektroden kann daher nicht verringert werden, und eine Kapazität zwischen den Klemmen darf nicht groß ausgelegt werden. Dies ist äußerst unpraktisch für die Erzielung einer Impedanzanpassung an einen externen Schaltkreis. Um ein Abzweigfilter herzustellen, indem mehrere piezoelektrische Resonatoren abwechselnd hintereinander- und parallelgeschaltet werden, muß das Kapazitätsverhältnis des Reihenresonators zu dem Parallelresonator groß ausgelegt werden, um die Dämpfung zu erhöhen. Weil ein piezoelektrischer Resonator der oben beschriebenen Einschränkung hinsichtlich der Form unterliegt, kann jedoch keine große Dämpfung erzielt werden.
Der in Fig. 39 gezeigte piezoelektrische Resonator arbeitet mit der Rechteckresonanz erster Ordnung (in Richtung der Ebene). Aufgrund seines Aufbaus werden auch große Nebenresonanzen wie zum Beispiel jene in der Dickenmode und in der Dreifachwellenmode in Richtung der Ebene erzeugt. Da der piezoelektrische Resonator groß sein muß im Vergleich zu einem mit der Längsschwingung arbeitenden piezoelektrischen Resonator, um dieselbe Resonanzfrequenz zu erzielen, läßt sich der piezoelektrische Resonator nur schwer verkleinern. Um bei einem aus mehreren piezoelektrischen Resonatoren gebildeten Abzweigfilter das Kapazitätsverhältnis zwischen dem Reihenresonator und dem Parallelresonator zu erhöhen, werden die hintereinandergeschalteten Resonatoren dick ausgelegt und Elektroden werden nur auf einem Teil eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet, damit auch die Kapazität klein wird. Da in diesem Fall die Elektroden nur teilweise ausgebildet sind, ist die Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz sowie die Kapazität verringert. Die parallelgeschalteten Resonatoren müssen demnach ein kleines ΔF haben. Infolgedessen wird die Piezoelektrizität des piezoelektrischen Substrats nicht wirksam genutzt, und die Übertragungsbandbreite des Filters kann nicht erhöht werden.
Die Erfinder haben sich einen piezoelektrischen Resonator mit einer kleinen Nebenresonanz und einer großen Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz ausgedacht. Bei dem piezoelektrischen Resonator sind mehrere piezoelektrische Schichten und mehrere Elektroden abwechselnd aufgebracht, um ein Basiselement mit einer Längsrichtung zu bilden, und die mehreren piezoelektrischen Schichten sind in Längsrichtung des Basiselements polarisiert. Dieser mehrschichtige piezoelektrische Resonator ist von einer versteiften Art, und bei seinen piezoelektrischen Schichten sind die Schwingungsrichtung, die Polarisationsrichtung und die Richtung, in der ein elektrisches Feld angelegt wird, gleich. Im Vergleich zu einem unversteiften piezoelektrischen Resonator, bei dem die Schwingungsrichtung von der Polarisationsrichtung und der Richtung des elektrischen Feldes verschieden ist, hat der versteifte piezoelektrische Resonator daher einen größeren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und einen größeren Frequenzunterschied ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz. Außerdem ist es unwahrscheinlich, daß bei einem versteiften piezoelektrischen Resonator Schwingungen in Moden wie zum Beispiel der Breiten- und Dickenmode auftreten, die von der Grundschwingung verschieden sind.
Bei einem piezoelektrischen Resonator mit diesem Schichtaufbau ist jede Elektrode in jeder piezoelektrischen Schicht auf der gesamten Fläche einer zur Längsrichtung des Basiselements senkrechten Oberfläche ausgebildet. Die Abstände zwischen den Elektroden und die Anzahl der Elektroden müssen daher geändert werden, um ΔF auf den gewünschten Wert einzustellen.
Demnach ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Resonator bereitzustellen, der einen hohen Freiheitsgrad bei der Auslegung der Eigenschaften hat und bei dem die Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann, ohne die Abstände zwischen Elektroden oder die Anzahl von Elektroden zu ändern, und ein elektronisches Bauelement bereitzustellen, bei dem der piezoelektrische Resonator verwendet wird.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die obengenannte Aufgabe gelöst durch Bereitstellung eines piezoelektrischen Resonators der obengenannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß mehrere mit den äußeren Elektroden verbundene innere Elektrode in Abständen in Längsrichtung des Basiselements in/auf dem aktiven Abschnitt angeordnet sind, wenigstens eine der inneren Elektroden teilweise einen Querschnitt des Basiselements senkrecht zur Längsrichtung bedeckt, und das Basiselement eine Grundschwingung in Längsrichtung erzeugt, wenn ein elektrisches Wechselfeld in Längsrichtung des Basiselements über die mehreren inneren Elektroden an jeden aktiven Abschnitt angelegt wird.
Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator kann wenigstens ein Teil der mehreren inneren Elektroden einen Querschnitt des Basiselements senkrecht zur Längsrichtung teilweise streifenförmig bedecken.
Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator können einander abwechselnde Schichten der mehreren inneren Elektroden einen Querschnitt des Basiselements senkrecht zur Längsrichtung teilweise streifenförmig bedecken, und die anderen einander abwechselnden Schichten der mehreren inneren Elektroden können einen Querschnitt des Basiselements senkrecht zur Längsrichtung vollständig bedecken.
Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator kann der piezoelektrische Resonator ferner ein Trägerelement umfassen und ein in Längsrichtung zwischen dem Trägerelement und einem Mittelabschnitt des Basiselements angeordnetes Befestigungselement.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die vorstehende Aufgabe gelöst durch Bereitstellung eines elektronischen Bauelements zur Verwendung mit dem oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator, wobei das Bauelement dadurch gekennzeichnet ist, daß das Trägerelement ein Isoliersubstrat ist, auf dem eine Musterelektrode vorgesehen ist, und das Basiselement durch das Befestigungselement auf dem Isoliersubstrat befestigt ist.
Das oben beschriebene elektronische Bauelement kann ein Abzweigfilter sein, bei dem mehrere Basiselemente durch das Befestigungselement auf dem Isoliersubstrat befestigt und leiterförmig miteinander verbunden sind.
Der piezoelektrische Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung ist von einer versteiften Art und hat piezoelektrische Schichten, bei denen die Schwingungsrichtung, die Polarisationsrichtung und die Richtung, in der ein elektrisches Feld angelegt wird, gleich sind. Im Vergleich zu einem unversteiften piezoelektrischen Resonator, bei dem die Schwingungsrichtung von der Polarisationsrichtung und der Richtung des elektrischen Feldes verschieden ist, hat der versteifte piezoelektrische Resonator daher einen größeren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und einen größeren Frequenzunterschied ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz. Außerdem ist es unwahrscheinlich, daß bei dem versteiften piezoelektrischen Resonator Schwingungen in Moden wie der Breiten- und Dickenmode auftreten, die von der Längsschwingung verschieden sind.
Da bei einem piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens ein Teil von mehreren Elektroden in den piezoelektrischen Schichten teilweise auf Oberflächen ausgebildet ist, die senkrecht sind zur Längsrichtung des Basiselements, kann der aus der Richtung senkrecht zu den Elektroden gesehene Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden geändert werden, und ΔF wird dadurch eingestellt. Dies führt zu einem hohen Freiheitsgrad bei der Auslegung der Eigenschaften.
Wenn elektronische Bauelemente wie zum Beispiel ein Oszillator, ein Diskriminator und ein Filter unter Verwendung eines piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wird der piezoelektrische Resonator auf einem Isoliersubstrat montiert, auf dem Musterelektroden ausgebildet sind, und wird mit einer Kappe abgedeckt, um chipartige (oberflächenmontierte) elektronische Bauelemente zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Differenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz groß im Vergleich zu der eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators, und es kann ein piezoelektrischer Resonator mit einem breiten Frequenzband erhalten werden. Außerdem ist es unwahrscheinlich, daß ein piezoelektrischer Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung Schwingungen in anderen Moden als in der Grundschwingungsmode erzeugt, und er erzielt überlegene Eigenschaften. Ferner kann ΔF bei einem piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung auf den gewünschten Wert eingestellt werden, ohne die Abstände zwischen Elektroden und die Anzahl von Elektroden zu ändern. Dies führt zu einem hohen Freiheitsgrad bei der Auslegung der Eigenschaften.
Da ein chipartiges elektronisches Bauelement unter Verwendung des piezoelektrischen Resonators hergestellt werden kann, läßt sich das Bauelement leicht auf einer Leiterplatte montieren.
Die oben beschriebene Aufgabe, weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Ansicht des Aufbaus des in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen Resonators.
Fig. 3 ist eine Draufsicht der bei dem in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen Resonator verwendeten Elektroden.
Fig. 4 ist eine Ansicht einer Hauptplatine und von streifenförmig ausgebildeten Elektroden, wie sie beide zur Herstellung des in Fig. 1 und 2 gezeigten piezoelektrischen Resonators verwendet werden.
Fig. 5 ist eine Ansicht einer weiteren Hauptplatine und weiterer streifenförmig ausgebildeter Elektroden.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines zum Vergleich dargestellten unversteiften piezoelektrischen Resonators, der in Längsrichtung schwingt.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines versteiften piezoelektrischen Resonators, der in Längsrichtung schwingt.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines zum Vergleich dargestellten unversteiften piezoelektrischen Resonators, der in Richtung der Ebene schwingt (Rechteckschwingung).
Fig. 9 ist eine Ansicht eines weiteren piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist eine Draufsicht auf Elektroden, die bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator verwendet werden.
Fig. 11 ist eine Draufsicht auf eine weitere Elektrode, die bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator verwendet wird.
Fig. 12 ist eine Ansicht noch eines weiteren piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist eine Draufsicht auf Elektroden, die bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator verwendet werden.
Fig. 14 ist eine Draufsicht auf weitere Elektroden, die bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator verwendet werden.
Fig. 15 ist eine Draufsicht auf noch weitere Elektroden, die bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator verwendet werden.
Fig. 16 ist eine Draufsicht auf eine weitere Elektrode, die bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator verwendet wird.
Fig. 17 ist eine Ansicht, aus der die für das Basiselement während der Grundschwingung in Längsrichtung erforderliche ideale Antriebskraft hervorgeht.
Fig. 18 ist eine Ansicht, aus der die durch die Nebenschwingung dritter Ordnung im Basiselement des in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonators erzeugten Ladungen hervorgehen.
Fig. 19 ist eine Ansicht, aus der die durch die Nebenschwingung dritter Ordnung im Basiselement des in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonators erzeugten Ladungen hervorgehen.
Fig. 20 ist eine Ansicht, aus der die durch die Nebenschwingung fünfter Ordnung im Basiselement des in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonators erzeugten Ladungen hervorgehen.
Fig. 21 ist eine Ansicht, aus der die durch die Nebenschwingung fünfter Ordnung im Basiselement des in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonators erzeugten Ladungen hervorgehen.
Fig. 22 ist eine Draufsicht auf eine weitere Elektrode, die bei dem piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 23 ist eine Draufsicht auf noch eine weitere Elektrode, die bei einem piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 24 ist eine Ansicht eines inaktiven Abschnitts.
Fig. 25 ist eine Ansicht eines weiteren inaktiven Abschnitts.
Fig. 26 ist eine Ansicht noch eines weiteren inaktiven Abschnitts.
Fig. 27 ist eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements, bei dem ein piezoelektrischer Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 28 ist eine perspektivische Ansicht eines Isoliersubstrats, das bei dem in Fig. 27 dargestellten elektronischen Bauelement verwendet wird.
Fig. 29 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in Fig. 27 dargestellten elektronischen Bauelements.
Fig. 30 ist eine Ansicht eines weiteren Aufbaus zur Befestigung des piezoelektrischen Resonators an dem Isoliersubstrat.
Fig. 31 ist eine Seitenansicht des in Fig. 30 dargestellten Aufbaus zur Befestigung des piezoelektrischen Resonators.
Fig. 32 ist eine Ansicht noch eines weiteren Aufbaus zur Befestigung des piezoelektrischen Resonators an dem Isoliersubstrat.
Fig. 33 ist eine Seitenansicht des in Fig. 32 dargestellten Aufbaus zur Befestigung des piezoelektrischen Resonators.
Fig. 34 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Abzweigfilters, bei dem piezoelektrische Resonatoren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Fig. 35 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Isoliersubstrats und der piezoelektrischen Resonatoren, die bei dem in Fig. 34 dargestellten Abzweigfilter verwendet werden.
Fig. 36 ist ein entsprechender Schaltplan des in Fig. 34 und 35 dargestellten Abzweigfilters.
Fig. 37 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines zweipoligen elektronischen Bauelements, bei dem ein piezoelektrischer Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 38 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators.
Fig. 39 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren herkömmlichen piezoelektrischen Resonators.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt den inneren Aufbau des piezoelektrischen Resonators. Der in Fig. 1 und 2 gezeigte piezoelektrische Resonator 10 umfaßt ein Basiselement 12 in der Form eines rechtwinkligen Quaders. Das Basiselement 12 umfaßt 20 aufeinandergeschichtete piezoelektrische Schichten 12a, die zum Beispiel aus piezoelektrischer Keramik bestehen. Jede dieser piezoelektrischen Schichten 12a hat dieselben Abmessungen. Die piezoelektrischen Schichten 12a sind so polarisiert, daß benachbarte Schichten entgegengesetzte Polarisationsrichtungen aufweisen, wie in Fig. 2 durch Pfeile dargestellt.
Elektroden 14 sind zwischen den 20 piezoelektrischen Schichten 12a in dem Basiselement 12 ausgebildet. Gemäß Fig. 3 sind die Elektroden 14 in den piezoelektrischen Schichten 12a in sechs Streifen auf Hauptflächen senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet. Die Elektroden 14 verlaufen zum Beispiel als gerades Band zwischen gegenüberliegenden Seiten der piezoelektrischen Schichten 12a in der Richtung, in der sich die äußeren Elektroden 20 und 22, die später beschrieben werden, gegenüberliegen. Diese Elektroden 14 sind senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 in bestimmten Abständen in Längsrichtung des Basiselements 12 angeordnet. Die Abstände zwischen den Elektroden 14 sind gleich den Abmessungen der entsprechenden piezoelektrischen Schichten 12a in Längsrichtung des Basiselements 12.
Auf den gegenüberliegenden Seitenflächen des Basiselements 12 sind jeweils mehrere Isolierfilme 16 bzw. 18 ausgebildet. Auf einer Seitenfläche des Basiselements 12 bedeckt der Isolierfilm 16 den freiliegenden Endabschnitt jeder zweiten Elektrode 14. Auf der anderen Seitenfläche des Basiselements 12 bedeckt der Isolierfilm 18 den freiliegenden Endabschnitt jeder zweiten Elektrode 14, der auf der oben beschriebenen Seitenfläche nicht mit dem Isolierfilm 16 bedeckt ist. Die beiden Seitenflächen des Basiselements 12, auf denen die Isolierfilme 16 und 18 ausgebildet sind, dienen den äußeren Elektroden als Verbindungsabschnitte, die später beschrieben werden.
In diesen Verbindungsabschnitten, nämlich den Seitenflächen des Basiselements 12, auf denen die Isolierfilme 16 und 18 ausgebildet sind, sind äußere Elektroden 20 und 22 ausgebildet. Die Elektrode 20 ist mit Elektroden 14 verbunden, die nicht mit dem Isolierfilm 16 bedeckt sind, und die Elektrode 22 ist mit Elektroden 14 verbunden, die nicht mit dem Isolierfilm 18 bedeckt sind. Mit anderen Worten, zwei benachbarte Elektroden 14 sind mit den Elektroden 20 bzw. 22 verbunden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Resonators 10 beschrieben.
Es werden mehrere aus piezoelektrischer Keramik bestehende Hauptplatinen 30 hergestellt. Gemäß Fig. 4 sind auf einer Hauptfläche jeder Hauptplatine 30 Elektroden 32 ausgebildet, die zum Beispiel aus Silber und Palladium bestehen. Dann werden die mehreren Hauptplatinen 30 aufeinandergeschichtet, um ein mehrschichtiges Element fertigzustellen. Auf der oben angeordneten Hauptplatine 30 sind keine Elektroden 32 ausgebildet. Das mehrschichtige Element wird längs einer in Fig. 4 gezeigten gestrichelten Linie geschnitten. Dann werden die Isolierfilme 16 und 18 und die äußeren Elektroden 20 und 22 darauf ausgebildet, um den piezoelektrischen Resonator 10 fertigzustellen. Die Hauptplatinen 30 entsprechen den piezoelektrischen Schichten 12a, und die Elektroden 32 entsprechen den Elektroden 14.
Vorzugsweise werden die Elektroden 32 unter den folgenden Bedingungen (a), (b) und (c) in Streifen auf einer Hauptplatine 30 ausgebildet, wenn der piezoelektrische Resonator 10 gemäß obiger Beschreibung hergestellt wird.
(a) Mehrere Elektroden 32 sollen in Streifen auf einer Hauptplatine 30 ausgebildet werden.
(b) Ein Elektrodenabstand "d", der die Summe der Breite einer Elektrode 32 und der Breite eines Abschnitts ist, in dem keine Elektrode zwischen benachbarten Elektroden 32 auf einer Hauptplatine ausgebildet ist, soll konstant sein, und die Breite jeder Elektrode 32 soll ebenfalls konstant sein.
(c) Die Breite "c" eines Abschnitts, in dem das mehrschichtige Element mit einer Dicing-Maschine zu einem piezoelektrischen Resonator geschnitten wird, soll ein Vielfaches des Elektrodenabstands "d" sein.
Wenn ein piezoelektrischer Resonator unter Einhaltung der obengenannten Bedingungen hergestellt wird, ändert sich die Gesamtfläche der auf einer piezoelektrischen Schicht ausgebildeten Elektroden nicht, selbst wenn die Schnittpositionen variieren, und es ist unwahrscheinlich, daß es zu Änderungen in den Eigenschaften kommt. Wenn der Elektrodenabstand "d" auf 0,4 mm eingestellt ist, die Breite "c" eines Abschnitts, in dem das mehrschichtige Element mit einer Dicing- Maschine geschnitten wird, auf 0,4 mm eingestellt ist, und die Breite einer Elektrode auf 0,2 mm eingestellt ist, sind die obengenannten Bedingungen erfüllt und die Gesamtfläche der auf einer piezoelektrischen Schicht ausgebildeten Elektroden ist konstant, selbst wenn die Schnittpositionen variieren. Die Eigenschaften eines herzustellenden piezoelektrischen Resonators variieren daher auch nicht.
Falls dagegen die obengenannten Bedingungen nicht erfüllt sind, wenn die Breite "c" eines Abschnitts, in dem das mehrschichtige Element geschnitten wird, zum Beispiel kein Vielfaches des Elektrodenabstands "d" ist, ist die Gesamtfläche der auf einer piezoelektrischen Schicht ausgebildeten Elektroden je nach den Schnittpositionen verschieden, und es kann zu Änderungen in den Eigenschaften kommen.
Bei dem piezoelektrischen Resonator 10 werden die äußeren Elektroden 20 und 22 als Eingangs- und Ausgangselektroden verwendet. Die piezoelektrischen Schichten 12a mit Ausnahme der an beiden Enden des Basiselements 12 angeordneten piezoelektrischen Schichten 12a sind piezoelektrisch aktiv, weil ein elektrisches Feld zwischen benachbarten Schichten der Elektroden 14 angelegt wird, indem ein Signal an die äußeren Elektroden 20 und 22 angelegt wird. Da Spannungen in entgegengesetzten Richtungen an die in entgegengesetzten Richtungen polarisierten piezoelektrischen Schichten 12a in dem Basiselement 12 angelegt werden, expandieren und kontrahieren die piezoelektrischen Schichten 12a als Ganzes in derselben Richtung. Mit anderen Worten, ein elektrisches Wechselfeld wird mit Hilfe der mit den äußeren Elektroden 20 und 22 verbundenen Elektroden 14 in Längsrichtung des Basiselements 12 an jede piezoelektrische Schicht 12a angelegt, und in jeder piezoelektrischen Schicht wird eine Antriebskraft zum Ausdehnen und Zusammenziehen erzeugt. Der gesamte piezoelektrische Resonator 10 schwingt daher in Längsrichtung in der Grundschwingung, wobei die Mitte des Basiselements 12 als Schwingungsknoten dient.
Bei dem piezoelektrischen Resonator 10 sind die Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Schicht 12a, die Richtung des infolge eines Eingangssignals angelegten elektrischen Feldes und die Schwingungsrichtung in der piezoelektrischen Schicht 12a alle gleich. Mit anderen Worten, der piezoelektrische Resonator 10 ist von einer versteiften Art. Der piezoelektrische Resonator 10 hat einen größeren elektromagnetischen Kopplungskoeffizienten als ein unversteifter piezoelektrischer Resonator, bei dem die Schwingungsrichtung von der Polarisationsrichtung und der Richtung des elektrischen Feldes verschieden ist. Der piezoelektrische Resonator 10 hat daher einen größeren Frequenzunterschied ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz als der herkömmliche unversteifte piezoelektrische Resonator. Dies bedeutet, daß der piezoelektrische Resonator 10 ein breites Frequenzband erhält im Vergleich zu dem herkömmlichen unversteiften piezoelektrischen Resonator.
Um die Unterschiede zwischen versteiften und unversteiften piezoelektrischen Resonatoren zu messen, wurden die in Fig. 6, 7 und 8 gezeigten piezoelektrischen Resonatoren hergestellt. Der in Fig. 6 gezeigte piezoelektrische Resonator wurde hergestellt durch Ausbilden von Elektroden auf beiden Oberflächen in Dickenrichtung eines piezoelektrischen Substrats mit den Maßen 4,0 mm · 1,0 mm · 0,38 mm. Dieser piezoelektrische Resonator wurde in Dickenrichtung polarisiert und schwang in Längsrichtung, wenn ein Signal an die Elektroden angelegt wurde. Der in Fig. 7 gezeigte piezoelektrische Resonator hat dieselben Abmessungen wie der in Fig. 6 gezeigte piezoelektrische Resonator. Elektroden wurden auf beiden Oberflächen in Längsrichtung eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet. Der piezoelektrische Resonator wurde in Längsrichtung polarisiert und schwang in Längsrichtung, wenn ein Signal an die Elektroden angelegt wurde. Der in Fig. 8 gezeigte piezoelektrische Resonator wurde hergestellt durch Ausbilden von Elektroden auf beiden Oberflächen in Dickenrichtung eines piezoelektrischen Substrats mit den Maßen 4,7 mm · 4,7 mm · 0,38 mm. Dieser piezoelektrische Resonator wurde in Dickenrichtung polarisiert und schwang in Richtung der Ebene, wenn ein Signal an die Elektroden angelegt wurde. Die in Fig. 6 und 8 gezeigten piezoelektrischen Resonatoren waren von unversteifter Art, und der in Fig. 7 gezeigte piezoelektrische Resonator war von versteifter Art.
Die Resonanzfrequenz Fr und der elektromechanische Kopplungskoeffizient K eines jeden dieser piezoelektrischen Resonatoren wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1, 2 und 3 dargestellt. Tabelle 1 gibt die Meßergebnisse des in Fig. 6 dargestellten piezoelektrischen Resonators an. Tabelle 2 gibt die Meßergebnisse des in Fig. 7 dargestellten piezoelektrischen Resonators an. Tabelle 3 gibt die Meßergebnisse des in Fig. 8 dargestellten piezoelektrischen Resonators an. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3
Aus den Meßwerten geht hervor, daß ein versteifter piezoelektrischer Resonator einen größeren elektromagnetischen Kopplungskoeffizienten K hat als ein unversteifter piezoelektrischer Resonator und daher einen größeren Frequenzunterschied ΔF zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz. Die größte Nebenschwingung bei einem versteiften piezoelektrischen Resonator ist eine Dreifachwellenschwingung in Längsrichtung, und der elektromagnetische Kopplungskoeffizient K beträgt während der Schwingung 12,2%. Während der Schwingung in Breitenrichtung, die von der Grundschwingung verschieden ist, beträgt der elektromagnetische Kopplungskoeffizient K 4,0%. Im Gegensatz dazu beträgt der elektromagnetische Kopplungskoeffizient K während der Schwingung in Breitenrichtung bei einem unversteiften, mit einer Längsschwingung arbeitenden piezoelektrischen Resonator 25,2%. Bei einem unversteiften, mit einer Rechteckschwingung arbeitenden piezoelektrischen Resonator beträgt der elektromagnetische Kopplungskoeffizient K während der Schwingung in Dickenrichtung 23,3%. Es versteht sich daher, daß ein versteifter piezoelektrischer Resonator kleinere Nebenschwingungen hat als ein unversteifter piezoelektrischer Resonator.
Bei dem piezoelektrischen Resonator 10 ist wenigstens ein Teil einer Vielzahl von Elektroden 14 in den piezoelektrischen Schichten 12a teilweise auf Oberflächen ausgebildet, die senkrecht sind zur Längsrichtung des Basiselements 12, kann der aus der Richtung senkrecht zu den Elektroden gesehene Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden geändert werden und wird dadurch ΔF eingestellt. Dies führt zu einem hohen Freiheitsgrad bei der Auslegung der Eigenschaften.
Bei dem piezoelektrischen Resonator 10 kann die Kapazität des Resonators eingestellt werden durch Ändern der Überlappungsbereiche der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden 14, der Anzahl der piezoelektrischen Schichten 12a oder der Elektroden 14 oder der Abmessungen der piezoelektrischen Schichten 12a in Längsrichtung des Basiselements 12. Mit anderen Worten, die Kapazität kann erhöht werden durch Vergrößern der Überlappungsbereiche der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden 14, der Anzahl der piezoelektrischen Schichten 12a oder der Elektroden 14 oder durch Verkleinern der Abmessungen der piezoelektrischen Schichten 12a in Längsrichtung des Basiselements 12. Die Kapazität kann dagegen verringert werden durch Verkleinern der Überlappungsbereiche der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden 14, der Anzahl der piezoelektrischen Schichten 12a oder der Elektroden 14 oder durch Vergrößern der Abmessungen der piezoelektrischen Schichten 12a in Längsrichtung des Basiselements 12. Dies bedeutet, daß sich für die Auslegung der Kapazität ein hoher Freiheitsgrad ergibt. Es läßt sich daher leicht eine Impedanzanpassung an einen externen Schaltkreis erzielen, wenn der piezoelektrische Resonator 10 auf einer Leiterplatte montiert und verwendet wird.
Fig. 9 ist eine Ansicht eines weiteren piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung. Anders als bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten piezoelektrischen Resonator ist bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator jede zweite Schicht von Elektroden 14 in den piezoelektrischen Schichten 12a auf dem gesamten Bereich einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet. Mit anderen Worten, bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator 10 ist jede zweite Schicht von Elektroden 14 einschließlich der zweiten Elektrodenschicht in den piezoelektrischen Schichten 12a von einem Ende des Basiselements in Längsrichtung in sechs Streifen auf einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet, wie in Fig. 10 gezeigt, und die jeweils andere zweite Schicht von Elektroden 14 einschließlich der ersten Schicht vom Ende des Basiselements in Längsrichtung ist in den piezoelektrischen Schichten 12a auf dem gesamten Bereich einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet, wie in Fig. 11 gezeigt.
Der in Fig. 9 gezeigte piezoelektrische Resonator erzielt dieselben Vorteile wie der in Fig. 1 und 2 gezeigte piezoelektrische Resonator.
Da der in Fig. 9 gezeigte piezoelektrische Resonator einen größeren Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte jedes Paares benachbarter Elektrodenschichten hat als der in Fig. 1 und 2 gezeigte piezoelektrische Resonator, hat der in Fig. 9 gezeigte piezoelektrische Resonator ein größeres ΔF und eine größere Kapazität.
Da bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator, anders als bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten piezoelektrischen Resonator, jede zweite Schicht von Elektroden 14 in den piezoelektrischen Schichten 12a auf dem gesamten Bereich einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet ist, ändert sich der Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte jedes Paares von benachbarten Elektroden 14 wenig und variieren die Eigenschaften kaum, wenn die piezoelektrischen Schichten 12a und die streifenförmigen Elektroden 14 hergestellt werden durch Schneiden großer piezoelektrischer Schichten, aus denen Elektroden in einer Vielzahl von Streifen auf den Hauptflächen gebildet wurden, selbst wenn sich die Schnittpositionen verschieben.
Fig. 12 ist eine Ansicht noch eines weiteren piezoelektrischen Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung. Da bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator, anders als bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator, die Gesamtfläche von in Streifen in einer Elektrodenschicht ausgebildeten Elektroden 14 größer ist, da bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator die Schicht näher an der Mitte des Basiselements 12 in Längsrichtung liegt, wird der Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte jedes Paares von benachbarten Elektroden 14 größer, wenn das Paar näher bei der Mitte des Basiselements 12 in Längsrichtung liegt. Die sonstigen Konfigurationen sind dieselben wie bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator. Nachfolgend wird nur der Unterschied dazwischen beschrieben.
Bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator 10 ist in den piezoelektrischen Schichten 12a jede zweite Schicht von Elektroden 14, die in der Mitte des Basiselements 12 in Längsrichtung angeordnet sind, in sechs Streifen auf einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet, wie in Fig. 13 gezeigt. Jede zweite Schicht von Elektroden 14, die außerhalb der oben beschriebenen einander abwechselnden Schichten angeordnet sind, ist in den piezoelektrischen Schichten 12a in vier Streifen auf einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet, wie in Fig. 14 gezeigt. Jede zweite Schicht von Elektroden 14, die noch weiter außerhalb der oben beschriebenen einander abwechselnden Schichten angeordnet sind, ist in den piezoelektrischen Schichten 12a in drei Streifen auf einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet, wie in Fig. 15 gezeigt. In diesem Fall sind diese Elektroden 14 zum Beispiel in Form eines geraden Bandes zwischen gegenüberliegenden Seiten der piezoelektrischen Schichten 12a in der Richtung ausgebildet, in der sich die äußeren Elektroden 20 und 22 gegenüberliegen. Diese in Streifen ausgebildeten Elektroden 14 haben fast dieselbe Breite. Jede der anderen Schichten von Elektroden 14 ist in den piezoelektrischen Schichten 12a auf der gesamten Fläche einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet, wie in Fig. 16 gezeigt. Der Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden ist daher größer, da die Elektroden näher bei der Mitte des Basiselements 12 in Längsrichtung angeordnet sind.
Der in Fig. 12 gezeigte piezoelektrische Resonator erzielt dieselben Vorteile wie der in Fig. 9 gezeigte piezoelektrische Resonator.
Bei der Grundschwingung in Längsrichtung ist in einem näher bei der Mitte des Basiselements in Längsrichtung liegenden Abschnitt wegen der großen Masse von diesem Abschnitt bis zu einem Ende des Basiselements in Längsrichtung eine stärkere Antriebskraft erforderlich. Idealerweise ist gemäß Fig. 17 eine Antriebskraft mit einer anderen Stärke erforderlich, die einer Kosinuskurve entspricht, bei der die Länge des Basiselements der halben Wellenlänge entspricht und die in der Mitte in Längsrichtung des Basiselements eine maximale Amplitude hat. Da jedoch bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator 10 mehrere Elektroden 14 so ausgebildet sind, daß der Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden 14 größer ist, da die Elektroden näher bei der Mitte des Basiselements 12 in Längsrichtung angeordnet sind, erhält man in der gesamten Zone in Längsrichtung des Basiselements 12 eine Antriebskraft mit einer anderen Stärke, die für die Grundschwingung in Längsrichtung angemessen ist. Der elektromagnetische Kopplungskoeffizient und ΔF werden daher größer.
Da bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator die Kapazität zwischen den Elektroden 14 größer wird, wenn die Elektroden näher bei der Mitte des Basiselements in Längsrichtung angeordnet sind, verglichen mit einem piezoelektrischen Resonator mit einem Schichtaufbau, bei dem der Überlappungsbereich der gegenüberliegenden Abschnitte benachbarter Elektroden konstant ist, wie zum Beispiel bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator, werden in jeder piezoelektrischen Schicht 12a durch Schwingungen einer ungeradzahligen Ordnung, zum Beispiel durch Schwingungen der dritten und fünften Ordnung erzeugte Ladungen aufgehoben, und Nebenschwingungen einer hohen Ordnung werden unterdrückt.
Betrachten wir zum Beispiel die Nebenschwingung der dritten Ordnung. Gemäß Fig. 18 werden bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator von einem Ende zum anderen Ende in Längsrichtung des Basiselements Ladungen mit einer zyklischen Amplitude und mit derselben maximalen Amplitude erzeugt, und die Ladungen werden nicht hinreichend aufgehoben und bleiben somit erhalten. Bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator werden dagegen Ladungen so erzeugt, daß sie eine größere Amplitude haben, da sie gemäß Fig. 19 näher bei der Mitte des Basiselements in Längsrichtung erzeugt werden, und die meisten Ladungen werden aufgehoben. Als nächstes wird die Nebenschwingung der fünften Ordnung untersucht. Genauso wie bei der Nebenschwingung der dritten Ordnung werden gemäß Fig. 20 bei dem in Fig. 9 gezeigten piezoelektrischen Resonator von einem Ende zum anderen Ende in Längsrichtung des Basiselements Ladungen mit einer zyklischen Amplitude und derselben maximalen Amplitude erzeugt, und die Ladungen werden nicht hinreichend aufgehoben und bleiben somit erhalten. Bei dem in Fig. 12 gezeigten piezoelektrischen Resonator werden dagegen Ladungen so erzeugt, daß sie eine größere Amplitude haben, da sie gemäß Fig. 21 näher bei der Mitte des Basiselements in Längsrichtung erzeugt werden, und die meisten Ladungen werden aufgehoben. Bei Nebenschwingungen einer ungeradzahligen Ordnung, wie zum Beispiel bei Schwingungen der siebten, neunten und elften Ordnung, werden die meisten Ladungen wie bei der Nebenschwingung der dritten und fünften Ordnung aufgehoben. Der in Fig. 12 gezeigte piezoelektrische Resonator unterdrückt daher Nebenschwingungen einer hohen Ordnung mehr als der in Fig. 9 gezeigte piezoelektrische Resonator.
Bei den oben beschriebenen piezoelektrischen Resonatoren sind Elektroden 14 in einer piezoelektrischen Schicht 12a in einer Vielzahl von Streifen auf einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet, und Elektroden 14 sind in einer piezoelektrischen Schicht 12a auf der gesamten Fläche einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Erfindung können Elektroden 14 in einer piezoelektrischen Schicht 12a in einem Streifen auf einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 ausgebildet sein, wie in Fig. 22 gezeigt, oder sie können mit Löchern 15 ausgebildet sein, wie in Fig. 23 gezeigt.
Die Elektroden 14 können in einer piezoelektrischen Schicht 12a auf einer Hauptfläche senkrecht zur Längsrichtung des Basiselements 12 in einem oder mehreren Streifen im Winkel zu der Seitenfläche ausgebildet sein, auf der eine äußere Elektrode ausgebildet ist.
Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Resonator 10 ist das Basiselement 12 so ausgebildet, daß die an beiden Enden des Basiselements 12 in Längsrichtung angeordneten piezoelektrischen Schichten 12a als piezoelektrisch inaktive Abschnitte dienen, und die anderen piezoelektrischen Schichten 12a dienen als piezoelektrisch aktive Abschnitte. Solche inaktiven Abschnitte 24 können so ausgebildet sein, daß kein elektrisches Feld angelegt wird, wenn an den Enden des Basiselements 12 keine Elektroden 14 ausgebildet sind, wie in Fig. 24 gezeigt. Die Enden des Basiselements 12 können polarisiert sein oder nicht. Gemäß Fig. 25 können nur die Enden des Basiselements 12 nicht polarisiert sein. Selbst wenn ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 14 angelegt wird, sind in diesem Fall die nicht polarisierten Abschnitte piezoelektrisch inaktiv. Der Aufbau kann dergestalt sein, daß an die als inaktive Abschnitte 24 dienenden piezoelektrischen Schichten kein elektrisches Feld angelegt wird, weil die Abschnitte durch die Isolierfilme 16 und 18 isoliert sind, selbst wenn die Abschnitte polarisiert sind, wie in Fig. 26 gezeigt. Mit anderen Worten, nur wenn eine piezoelektrische Schicht polarisiert ist und ein elektrisches Feld angelegt wird, wird die Schicht piezoelektrisch aktiv, andernfalls ist sie inaktiv. Bei der in Fig. 25 gezeigten Konfiguration ist ein Kondensator in einem inaktiven Abschnitt ausgebildet, und die Kapazität des piezoelektrischen Resonators kann erhöht werden. Gemäß Fig. 26 kann eine kleine Elektrode 26 auf einer Stirnfläche des Basiselements 12 in Längsrichtung ausgebildet werden, um die Frequenz einzustellen oder die Verbindung mit einem externen Schaltkreis herzustellen.
Ein piezoelektrischer Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung muß nicht unbedingt einen inaktiven Abschnitt umfassen. Das Basiselement kann auch nur aktive Abschnitte umfassen.
Bei jedem der oben beschriebenen piezoelektrischen Resonatoren 10 ist eine piezoelektrische Schicht 12a zwischen zwei benachbarten Schichten von Elektroden 14 vorgesehen. Es können mehrere piezoelektrische Schichten dazwischen vorgesehen sein.
Eine Scheinelektrode, die nicht mit einer äußeren Elektrode verbunden ist, kann für das Basiselement 12 vorgesehen sein.
Unter Verwendung eines solchen piezoelektrischen Resonators 10 werden elektronische Bauelemente wie Oszillatoren und Diskriminatoren hergestellt. Fig. 27 ist eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements 60. Das elektronische Bauelement 60 umfaßt ein Isoliersubstrat 62, das als Trägerelement dient. An gegenüberliegenden Endabschnitten des Isoliersubstrats 62 sind jeweils zwei Einkerbungen 64 ausgebildet. Auf einer Oberfläche des Isoliersubstrats 62 sind zwei Musterelektroden 66 und 68 ausgebildet, wie in Fig. 28 gezeigt. Eine Musterelektrode 66 ist zwischen gegenüberliegenden Einkerbungen 64 ausgebildet und erstreckt sich L-förmig von einem Punkt an einem Ende zur Mitte des Isoliersubstrats 62. Die andere Musterelektrode 68 ist zwischen gegenüberliegenden Einkerbungen 64 ausgebildet und erstreckt sich gerade von einem Punkt an dem anderen Ende zur Mitte des Isoliersubstrats 62. Die Musterelektroden 66 und 68 sind so ausgebildet, daß sie von den Enden des Isoliersubstrats 62 zur entgegengesetzten Seite herumgeführt sind.
An einem in der Mitte des Isoliersubstrats 62 angeordneten Ende der Musterelektrode 66 ist ein als Befestigungselement dienender Vorsprung 70 mit einem elektrisch leitenden Kleber ausgebildet. Gemäß Fig. 29 ist der oben beschriebene piezoelektrische Resonator 10 so auf dem Vorsprung 70 befestigt, daß die Mitte des Basiselements 12 auf dem Vorsprung 70 liegt. Eine äußere Elektrode 22 des piezoelektrischen Resonators 10 ist zum Beispiel mit dem Vorsprung 70 verbunden. Der Vorsprung 70 kann im voraus auf dem piezoelektrischen Resonator 10 ausgebildet werden. Die andere äußere Elektrode 20 ist mit einem elektrisch leitenden Draht 72 mit einer Musterelektrode 68 verbunden. Der elektrisch leitende Draht 72 ist mit der Mitte der äußeren Elektrode 20 des piezoelektrischen Resonators 10 verbunden.
Eine Metallkappe 74 wird auf das Isoliersubstrat 62 gesetzt, um das elektronische Bauelement 60 fertigzustellen. Um zu verhindern, daß die Metallkappe 74 mit den Musterelektroden 66 und 68 kurzgeschlossen wird, wird im voraus Isolierharz auf das Isoliersubstrat 62 und die Musterelektroden 66 und 68 aufgetragen. Bei dem elektronischen Bauelement 60 werden die Musterelektroden 66 und 68 verwendet, die so ausgebildet sind, daß sie als Eingangs- und Ausgangsklemmen zum Anschluß an externe Schaltkreise von den Enden des Isoliersubstrats 62 zur Rückseite geführt werden.
Da bei diesem elektronischen Bauelement 60 die Mitte des piezoelektrischen Resonators 10 an dem Vorsprung 70 befestigt ist, sind die Enden des piezoelektrischen Resonators 10 getrennt von dem Isoliersubstrat 62 angeordnet, so daß eine Schwingung nicht verhindert wird. Eine angeregte Längsschwingung wird nicht abgeschwächt, weil die Mitte des piezoelektrischen Resonators, die als Schwingungsknoten dient, an dem Vorsprung 70 befestigt ist und mit dem elektrisch leitenden Draht 72 verbunden ist.
Das elektronische Bauelement 60 wird zusammen mit IC-Bausteinen und anderen Bauelementen auf einer Leiterplatte montiert, um einen Oszillator oder einen Diskriminator zu bilden. Da das elektronische Bauelement 60 durch die Metallkappe 74 abgedichtet und geschützt ist, kann es als chipartiges (oberflächenmontiertes) Bauelement verwendet werden, das durch Reflow-Löten montiert werden kann.
Wenn das elektronische Bauelement 60 bei einem Oszillator verwendet wird, werden Nebenschwingungen bis auf ein geringes Maß unterdrückt und durch die Nebenschwingungen verursachte ungewöhnliche Schwingungen werden aufgrund der Merkmale des bei dem elektronischen Bauelement 60 verwendeten piezoelektrischen Resonators 10 verhindert. Es läßt sich auch leicht eine Impedanzanpassung an einen externen Schaltkreis erzielen, da die Kapazität des piezoelektrischen Resonators 10 auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann. Vor allem wenn das elektronische Bauelement bei einem Oszillator für eine spannungsgesteuerte Schwingung verwendet wird, wird infolge eines großen ΔF des Resonators ein herkömmlicherweise nicht erreichbarer weiter Frequenzbereich erzielt.
Wenn das elektronische Bauelement 60 bei einem Diskriminator verwendet wird, wird infolge eines großen ΔF des Resonators ein weiter Bereich für den Spitzenabstand erzielt. Da der Resonator einen weiten Kapazitätsbereich liefert, läßt sich außerdem auch leicht eine Impedanzanpassung an einen externen Schaltkreis erzielen.
Der piezoelektrische Resonator 10 kann so auf dem Isoliersubstrat 62 montiert werden, daß zwei Vorsprünge 70 aus einem elektrisch leitenden Material wie zum Beispiel einem elektrisch leitenden Kleber auf beiden Musterelektroden 66 und 68 ausgebildet sind, und die äußeren Elektroden 20 und 22 des piezoelektrischen Resonators 10 sind mit den zwei Vorsprüngen 70 verbunden, wie in Fig. 30 und 31 gezeigt. Der piezoelektrische Resonator 10 kann außerdem in einer in Fig. 32 und 33 gezeigten Weise auf dem Isoliersubstrat 62 montiert werden, wo zwei aus einem Isoliermaterial wie zum Beispiel einem isolierenden Kleber bestehende Vorsprünge 70 auf dem Isoliersubstrat 62 ausgebildet sind, und die äußeren Elektroden 20 und 22 sind mit elektrisch leitendem Draht 72 mit den Musterelektroden 66 und 68 verbunden. Die Vorsprünge 70 können im voraus auf dem piezoelektrischen Resonator 10 ausgebildet werden.
Ein Abzweigfilter kann unter Verwendung mehrerer piezoelektrischer Resonatoren 10 hergestellt werden. Gemäß Fig. 34 und 35 sind drei Musterelektroden 76, 78 und 80 auf einem Isoliersubstrat 62 ausgebildet, das als Trägerelement in einem elektronischen Bauelement 60 dient. Die als Befestigungselemente dienenden Vorsprünge 82 und 86 sind mit elektrisch leitendem Kleber auf den an beiden Enden befindlichen Musterelektroden 76 und 80 ausgebildet. Auf der mittleren Musterelektrode 78 sind zwei als Befestigungselemente dienende Vorsprünge 84 und 88 mit elektrisch leitendem Kleber ausgebildet.
Eine äußere Elektrode 22 für jeden der piezoelektrischen Resonatoren 10a, 10b, 10c und 10d ist an jedem der Vorsprünge 82, 84, 86 und 88 befestigt. Die Vorsprünge 82, 84, 86 und 88 können im voraus auf den piezoelektrischen Resonatoren 10a, 10b, 10c und 10d ausgebildet werden. Die anderen äußeren Elektroden 20 für die piezoelektrischen Resonatoren 10a, 10b und 10c sind mit elektrisch leitendem Draht 72 miteinander verbunden. Die andere äußere Elektrode 20 eines piezoelektrischen Resonators 10d ist mit elektrisch leitendem Draht 72 mit der Musterelektrode 80 verbunden. Eine Metallkappe 74 wird auf das Isoliersubstrat 62 gesetzt.
Das elektronische Bauelement 60 wird als Abzweigfilter mit einem in Fig. 36 gezeigten kettenartigen Schaltkreis verwendet. Zwei piezoelektrische Resonatoren 10a und 10c dienen als Reihenresonatoren und die beiden anderen piezoelektrischen Resonatoren 10b und 10d dienen als Parallelresonatoren. Bei einem solchen Abzweigfilter sind die parallelen piezoelektrischen Resonatoren 10b und 10d so ausgelegt, daß sie eine wesentlich höhere Kapazität haben als die seriellen piezoelektrischen Resonatoren 10a und 10c.
Die Dämpfung in dem Abzweigfilter wird bestimmt durch das Kapazitätsverhältnis zwischen den Reihenresonatoren und den Parallelresonatoren. Bei diesem elektronischen Bauelement 60 kann die Kapazität eingestellt werden durch Ändern der bei den piezoelektrische Resonatoren 10a bis 10d verwendeten Anzahl von aufgebrachten Schichten. Verglichen mit einem Fall, wo die herkömmlichen unversteiften piezoelektrischen Resonatoren verwendet werden, wird daher ein Abzweigfilter mit einer größeren Dämpfung bei weniger Resonatoren realisiert durch Ändern der Kapazität der piezoelektrischen Resonatoren. Da die piezoelektrischen Resonatoren 10a bis 10d ein größeres ΔF haben als der herkömmliche piezoelektrische Resonator, wird ein breiteres Übertragungsfrequenzband realisiert als bei dem herkömmlichen piezoelektrischen Resonator.
Gemäß Fig. 37 kann ein zweipoliges elektronisches Bauelement 60 wie zum Beispiel ein Keramikoszillator und ein Keramikdiskriminator mit einem piezoelektrischen Resonator 10 hergestellt werden. Es werden zwei Klemmen 90 aus einem elektrisch leitenden Material vorbereitet, um ein solches zweipoliges Bauelement 60 herzustellen. Diese Klemmen 90 sind so ausgebildet, daß sie aus Bügeln 92 ragen. Praktisch sind mehrere Klemmen 90 parallel auf jedem Bügel 92 ausgebildet. Eine Klemme 90 ist mit einem Falzabschnitt 94 im mittleren Abschnitt und einem H-förmigen Auflageelement 96 am Ende versehen. Das Auflageelement 96 ist gebogen und mit einem vorstehenden Befestigungselement 98 in der Mitte versehen. Die zwei Klemmen 90 sind so angeordnet, daß ihre Befestigungselemente 98 einander gegenüberliegen.
Der piezoelektrische Resonator 10 ist zwischen den Befestigungselementen 98 gelagert. Die Befestigungselemente 98 stoßen in der Mitte des piezoelektrischen Resonators in Längsrichtung an die äußeren Elektroden 20 und 22 an. Da die Klemmen 90 Falzabschnitte 94 haben, die als Federelemente dienen, ist der piezoelektrische Resonator 10 durch die Klemmen 90 federnd gelagert. Ein Gehäuse 100 mit einer Öffnung an einem Ende wird auf den piezoelektrischen Resonator 10 gesetzt. Die Öffnung des Gehäuses 100 wird mit Papier verschlossen und dann mit Harz abgedichtet. Die Klemmen 90 werden von den Bügeln 92 abgeschnitten, um das elektronische Bauelement 60 fertigzustellen. Somit kann das elektronische Bauelement 60 mit einer anderen Form als einer Chipform hergestellt werden.

Claims

1. Piezoelektrischer Resonator (10), der folgendes umfaßt:

ein Basiselement (12) mit einer Längsrichtung,

einen aktiven Abschnitt, der aus einem polarisierten piezoelektrischen Element besteht und wenigstens einen Teil des Basiselements (12) darstellt, und

zwei äußere Elektroden (20, 22), die mit dem aktiven Abschnitt versehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

mehrere mit den äußeren Elektroden (20, 22) verbundene innere Elektroden (14) im Abstand voneinander in Länsgrichtung des Basiselements (12) in/auf dem aktiven Abschnitt angeordnet sind,

wenigstens eine der inneren Elektroden (14) teilweise einen Querschnitt des Basiselements (12) senkrecht zur Längsrichtung bedeckt, und

das Basiselement (12) eine Grundschwingung in Längsrichtung erzeugt, wenn ein elektrisches Wechselfeld in Längsrichtung des Basiselements (12) über die mehreren inneren Elektroden (14) an den aktiven Abschnitt angelegt wird.

2. Piezoelektrischer Resonator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der mehreren Elektroden (14) einen Querschnitt des Basiselements (12) senkrecht zur Längsrichtung teilweise streifenförmig bedeckt.

3. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einander abwechselnde Schichten der mehreren inneren Elektroden (14) einen Querschnitt des Basiselements (12) senkrecht zur Längsrichtung teilweise streifenförmig bedecken, und die anderen einander abwechselnden Schichten der mehreren inneren Elektroden (14) einen Querschnitt des Basiselements (12) senkrecht zur Längsrichtung vollständig bedecken.

4. Piezoelektrischer Resonator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Resonator (10) ferner ein Trägerelement (62) umfaßt, und daß ein Befestigungselement (70) in Längsrichtung zwischen dem Trägerelement (62) und einem Mittelabschnitt des Basiselements (12) angeordnet ist.

5. Elektronisches Bauelement (60) zur Verwendung mit dem piezoelektrischen Resonator (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (62) ein Isoliersubstrat (62) ist, auf dem eine Musterelektrode (66, 68) vorgesehen ist, und das Basiselement (12) durch das Befestigungselement (70) auf dem Isoliersubstrat (62) befestigt ist.

6. Elektronisches Bauelement (60) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauelement (60) ein Abzweigfilter ist, bei dem mehrere Basiselemente (10a, 10b, 10c, 10d) durch das Befestigungselement (82, 84, 86, 88) auf dem Isoliersubstrat (62) befestigt und leiterförmig miteinander verbunden sind.