DE69736800T2

DE69736800T2 - Piezoelektrische vibrationsvorrichtung

Info

Publication number: DE69736800T2
Application number: DE69736800T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kakogawa-shi ARIMURA
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: WO1998005121A1; EP0855795B1; DE69736800D1; CN1110131C; TW441174B; EP0855795A1; ID17961A; KR19990063884A; CN1198270A; US6236140B1; EP0855795A4; JPH1098350A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Vibrationsvorrichtung, die eine Dickenscherschwingung nutzt, die für Kommunikationsgeräte oder dergleichen verfügbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft spezieller eine piezoelektrische Vibrationsvorrichtung, die Einflüsse durch Störschwingungen oder unnötige Schwingungen der allgemeinen nichtharmonischen Obertonmode beeinflussen und die garantierte Dämpfungskennlinie verbessern kann.
Beschreibung des Standes der Technik
Es wird nachfolgend der Stand der Technik mit Bezug auf die 31 und 32 beschrieben.
31 ist ein Diagramm einer Elektrodenkonstruktion und einer Schwingungsenergieverteilung von Störschwingungen der nichtharmonischen Obertonmode, allgemein als (3,1,3)-Mode bezeichnet, von einer Bodenseite einer herkömmlichen piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung her gesehen. 32 ist eine Schnittansicht entlang der Linie S-S in 31 und ein Diagramm der Schwingungsenergieverteilung von Störschwingungen einer Hauptschwingungsmode (durchgezogene Linie) und der (3,1,3)-Mode. Jedes Symbol von (3,1,3) bezeichnet eine Obertonordnung in einer Y'-Achsen-(Dicken)-Richtung, eine Obertonordnung in einer X'-Achsenrichtung und eine Obertonordnung in einer Z'-Achsenrichtung. Wie in 31 gezeigt, ist die (3,1,3)-Mode eine Mode der Störschwingung mit drei Schwingungsbergen (-tälern), die parallel zur Z'-Achsenrichtung angeordnet sind.
Als Quarzplatte 90 wird eine AT-geschnittene Quarzplatte verwendet. Eine Hauptebene der Quarzplatte 90 ist mit einer Eingangselektrode 191, einer Ausgangselektrode 192, ausgehenden Elektroden 191a, 192a zum Führen der Eingangselektrode 191 und der Ausgangselektrode 192 zum peripheren Teil der Quarzplatte 90 versehen, die andere Hauptebene der Quarzplatte 90 ist mit einer gemeinsamen Elektrode 193 und einer ausgehenden Elektrode 193a zum Führen der gemeinsamen Elektrode 193 zum peripheren Teil der Quarzplatte 90 versehen. Jede Elektrode wird mit Dünnfilmbildungsmitteln unter Anwendung eines Vakuumaufdampfungsverfahrens oder dergleichen ausgebildet. Obwohl nicht dargestellt, sind die Ein- und Ausgangselektroden 191, 192 jeweils mit einem Ein- und einem Ausgangsanschluss verbunden, die gemeinsame Elektrode 193 ist hermetisch in einem Zustand eingeschlossen, in dem sie mit einem Erdungsanschluss verbunden ist.
In der so aufgebauten piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung dienen die Ein- und Ausgangselektroden 191, 192, die einander gegenüberliegend in einem Zustand ausgebildet sind, in dem die Quarzplatte 90 dazwischen interveniert, und die gemeinsame Elektrode 193 als Resonanzbereiche, Symmetriemodenschwingungen (fa) und Schrägsymmetriemodenschwingungen (fs) werden durch die Elektroden begrenzt, sie sind akustisch gekoppelt und erzeugen so eine Mehrmodenhauptschwingung, mit der Folge, dass die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung mit den Passbandkennwerten eines vorbestimmten Filters entsteht.
Ferner wird im Stand der Technik als Elektrodenmaterialien des Hochfrequenztyps oder des Dreiordnungs-Obertontyps Aluminium eingesetzt.
Wie oben erwähnt, ist die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung so ausgelegt, dass nicht nur die Hauptschwingung, sondern auch eine nichtharmonische Obertonmode höherer Ordnung wie z.B. die Störschwingung der (3,1,3)-Mode durch die Elektroden eingeschlossen wird, so dass sie gleichzeitig erregt werden. Zudem gibt es über eine solche Mode hinaus verschiedene Störschwingungen wie z.B. eine, die als (3,3,1)-Mode mit drei Schwingungsbergen (oder -tälern) bezeichnet wird und parallel in der X-Achsenrichtung angeordnet ist, oder eine Schwingungsmode mit drei Schwingungsbergen (oder -tälern) jeweils in der Achsenrichtung. Bei diesen Störschwingungen, bei denen die Energie unter Erregungselektroden eingeschlossen ist, so dass sie als Stehwelle relativ stark erregt wird, gibt es Probleme, da die Störschwingungen die Hauptschwingung beeinflussen und die Passbandkennwerte durcheinander bringen und die garantierten Dämpfungskennlinien in Teilen außerhalb des Passbandes nicht genügend erhalten werden. Wenn wie im Stand der Technik Aluminium als Elektrodenmaterial eingesetzt wird, kann das Aluminium leicht oxidieren, was Ertrag und Produktivität mindert. Dazu kommt, wenn das Aluminiumoxid durch oxidierendes Aluminium entsteht, dann ist ein Leitungswiderstand für einen leitenden Klebstoff größer, so dass die garantierte Dämpfungskennlinie minderwertig ist.
Zum Lösen der Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine piezoelektrische Vibrationsvorrichtung zum Einschränken der in der Nähe der Hauptschwingung („Frequenz" genannt) erzeugten Störschwingungsmode bereitzustellen, so dass die Passbandkennlinie besser und breiter wird und die garantierte Dämpfungskennlinie in den Teilen außerhalb des Passbandes verbessert wird.
Die JP A62 156 413 offenbart einen piezoelektrischen Multiplexmodenfilter. Unerwünschte höhere Oberwellenoszillationen werden unterdrückt, indem eine Grube in der Mitte jeder Elektrodenfolie eines Paares von Erregungselektrodenfolien erzeugt wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den beiliegenden Hauptansprüchen definiert.
Zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung umfasst eine piezoelektrische Vibrationsvorrichtung, die eine Dickenscherschwingung mit einem Resonanzbereich nutzt, der von einer Eingangselektrode, einer Ausgangselektrode und einer gemeinsamen Elektrode gebildet wird, eine Quarzplatte mit einem Paar Hauptebenen, die Eingangselektrode und die Hauptelektrode auf einer Hauptebene der Quarzplatte angeordnet, wobei die Eingangselektrode und die Hauptelektrode nahe beieinander in einem regelmäßigen Abstand ausgebildet sind, und die gemeinsame Elektrode auf der anderen Hauptebene der Quarzplatte angeordnet ist, entsprechend der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode, wobei entweder ein Gewichtsverringerungsteil oder ein Gewichtserhöhungsteil teilweise auf wenigstens einer der peripheren Zonen der Eingangselektrode, der Ausgangselektrode und der gemeinsamen Elektrode angeordnet sind.
Bei einer piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung des Dreipoltyps, die eine Dickenscherschwingung mit einem Resonanzbereich anwendet, der von einer Eingangselektrode, einer Ausgangselektrode, einer Erdelektrode und einer gemeinsamen Elektrode gebildet wird, umfasst die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung eine Quarzplatte mit einem Paar Hauptebenen, die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode auf einer Hauptebene der Quarzplatte angeordnet, die Erdelektrode zwischen den Elektroden geschaltet, wobei die Eingangselektrode, die Ausgangselektrode und die Erdelektrode nahe beieinander in regelmäßigen Abständen ausgebildet sind, und die gemeinsame Elektrode auf der anderen Hauptebene der Quarzplatte angeordnet, entsprechend der Eingangselektrode, der Ausgangselektrode und der Erdelektrode, und in einer piezoelektronischen Vibrationsvorrichtung des Vierpoltyps, die eine Dickenscherschwingung mit einem Resonanzbereich nutzt, der von zwei Paaren von Ein- und Ausgangselektroden und gemeinsamen Elektroden gebildet wird, umfasst die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung eine Quarzplatte mit einem Paar Hauptebenen, wobei die beiden Paare von Ein- und Ausgangselektroden jeweils eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode aufweisen, die auf einer Hauptebene der Quarzplatte parallel angeordnet sind, wobei die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode nahe beieinander in einem regelmäßigen Abstand ausgebildet sind, und die gemeinsamen Elektroden auf der anderen Hauptebene der Quarzplatte angeordnet, entsprechend den jeweiligen Paaren von Ein- und Ausgangselektroden, wobei entweder ein Gewichtsverringerungsteil oder ein Gewichtserhöhungsteil anwendbar ist.
Entweder der Gewichtsverringerungsteil oder der Gewichtserhöhungsteil ist vorzugsweise auf einem Teil ausgebildet, wo eine Schwingungsenergie einer bei der Erregung der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung erzeugten Nebenschwingung relativ größer ist als die einer Hauptschwingung.
Ferner umfasst die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung eine Quarzplatte mit einem Paar Hauptebenen, einer rechteckigen Eingangselektrode und einer rechteckigen Ausgangselektrode, die auf einer Hauptebene der Quarzplatte angeordnet sind, wobei die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode nahe beieinander in einem regelmäßigen Abstand ausgebildet sind, eine rechteckige gemeinsame Elektrode auf der anderen Hauptebene der Quarzplatte angeordnet ist, entsprechend der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode, und ein Resonanzbereich durch die Eingangselektrode, die Ausgangselektrode und die gemeinsame Elektrode gebildet wird, wobei die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung, die eine Dickenscherschwingung nutzt, eine ausgehende Elektrode zum Führen jeder Elektrode zu peripheren Enden der Quarzplatte beinhaltet, und entweder der Gewichtsverringerungsteil oder der Gewichtserhöhungsteil auf wenigstens einer Mitte von fernen Seiten, wo die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode einander gegenüber liegen, auf wenigstens einer Mitte von fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode oder auf wenigstens einer Mitte der fernen Seiten, wo die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode einander gegenüber liegen, sowie auf wenigstens einer Mitte der fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode angeordnet ist.
In der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung kann der Gewichtsverringerungsteil mit einer Kerbe versehen sein und durch einen konkaven Teil gebildet werden, der durch Entfernen der Elektrode ganz oder teilweise, entsprechend jedem vorbestimmten Abschnitt der Elektroden, gebildet wird.
Außerdem kann der Gewichtserhöhungsteil so gebildet werden, dass die Elektrode ganz oder teilweise dick ausgebildet werden kann, oder so, dass Harzmaterial ganz oder teilweise zur Elektrode zugegeben werden kann.
Ferner ist eine Fläche der gemeinsamen Elektrode so ausgebildet, dass er größer ist als eine Gesamtfläche der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode, und die periphere Zone der gemeinsamen Elektrode wird wenigstens teilweise entweder mit dem Gewichtsverringerungsteil oder dem Gewichtserhöhungsteil versehen, der die gemeinsame Elektrode gegenüber der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode erreicht.
In der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete Elektrode strukturell dick ausgebildet.
In der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung ist die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete gemeinsame Elektrode vorzugsweise 2 bis 10 Mal so dick wie die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode, die auf der anderen Hauptebene ausgebildet sind.
In der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete Elektrode vorzugsweise aus einem Metallmaterial, das hauptsächlich aus Gold oder Silber besteht, aus Gold oder aus Silber gefertigt.
Wie in 10 gezeigt, ist es hinlänglich bekannt, dass in der Störschwingung der nichtharmonischen Obertonmode die Schwingungsenergieverteilung eher weiter nach außen geneigt ist als die Hauptschwingungsmode, die durch akustisches Koppeln einer Symmetriemodenschwingung (fs) und einer Schrägsymmetriemodenschwingung (fa) erzeugt wird, und in der peripheren Zone der gemeinsamen Elektrode, die der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode gegenüber liegt, ist die Schwingungsenergie der Störschwingung höher als die der Hauptschwingung. Hierbei wird gemäß der vorliegenden Erfindung die periphere Zone der gemeinsamen Elektrode mit dem Gewichtsverringerungsteil oder dem Gewichtserhöhungsteil versehen, so dass, wie aus der Schwingungsenergieverteilung gemäß 1 hervorgeht, ein Störschwingungsgleichgewicht extrem verloren geht, so dass die Schwingungsenergie der Störschwingung insgesamt geschwächt wird.
Auch kann die Störschwingung in der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung des Drei- oder Vierpoltyps verschoben werden, wodurch die Schwingungsenergie auf dieselbe Weise geschwächt wird.
Ferner wird durch die Konstruktion des Gewichtsverringerungsteils oder des Gewichtserhöhungsteils die Hauptschwingungsmode in der Mitte einer Erregungselektrode konzentriert, mit der Folge, dass die akustische Kopplung zwischen der Symmetriemodenschwingung (fs) und der Schrägsymmetriemodenschwingung (fa) so verstärkt wird, dass sie über die Breite des Passbandes in der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung verläuft.
Zudem ist die Fläche der gemeinsamen Elektrode größer als die Gesamtfläche der gegenüberliegenden Ein- und Ausgangselektrode, so dass z.B. die nichtharmonische Obertonmode stärker nach außen geneigt ist als die Energieverteilung der Schwingung. In einem solchen Zustand wird die Peripherie der gemeinsamen Elektrode wenigstens teilweise entweder mit dem Gewichtsverringerungsteil oder dem Gewichtserhöhungsteil versehen, der strukturell die gemeinsame Elektrode gegenüber erreicht, so dass die nichtharmonische Obertonmode selbst das Gleichgewicht verliert, wodurch die Schwingungsenergie sehr wirksam gedämpft wird. So ist zwar im Allgemeinen die Elektrodenfläche größer, so dass eine Ansteuerungsimpedanz gesenkt werden kann, aber gleichzeitig werden verschiedene Arten von Störschwingungen verstärkt. Andererseits wird erfindungsgemäß der Gewichtsverringerungsteil oder der Gewichtserhöhungsteil vorgesehen, so dass die Störschwingungen auf ein Niveau geschwächt werden können, das für den praktischen Gebrauch geeignet ist.
Die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung ist so aufgebaut, dass die auf einer der Hauptebenen der Quarzplatte gebildete Elektrode dick ausgebildet wird, so dass ein durch die periphere Endfläche der Erregungselektrode gebildeter Grenzzustand weiter verstärkt wird. So wird auf effiziente Weise ein Effekt erzeugt, der durch Anordnen des Gewichtsverringerungsteils oder des Gewichtserhöhungsteils erhalten wird, so dass ein Störbeschränkungseffekt verbessert wird.
Die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete gemeinsame Elektrode ist 2 bis 10 Mal so dick wie die auf der anderen Hauptebene ausgebildete Ein- und Ausgangselektrode, um die Energie der Störschwingung nach außen abzugeben, und ein durch die periphere Endfläche der Erregungselektrode gebildeter Grenzzustand wird sehr verstärkt, so dass ein Effekt erhalten werden kann, der durch Anordnen des Gewichtsverringerungsteils oder des Gewichtserhöhungsteils erhalten wird. Dadurch wird die Auswirkung auf die Störeinschränkung und die garantierte Dämpfungskennlinie verstärkt.
Falls die Elektrode aus einem Metallmaterial hergestellt ist, das hauptsächlich aus Gold oder Silber besteht, und die Störschwingung eine nichtharmonische Dickenscherschwingung wie oben erwähnt ist, dann ist aufgrund der Elektrodenkonstruktion aus einem Metall mit relativ höherer Dichte der Frequenzverringerungsbetrag der nichtharmonischen Schwingung geringer als der der Hauptschwingung, wobei die Störschwingung eine scheinbar höhere Frequenz hat als die Hauptschwingung. Das heißt, die Störschwingung kann weit von der Hauptschwingung entfernt sein. Ferner ist es nicht leichter, Silber zu oxidieren als Aluminium, da es keine Möglichkeit gibt, dass der Leitungswiderstand für den leitenden Klebstoff nicht erhöht wird, so dass die Dämpfungskennlinie verstärkt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer ersten Ausgestaltung eines monolithischen Kristallfilters einer bevorzugten piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 1.
4 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 5.
7 ist eine Schnittansicht, die eine vierte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in 8.
10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E in 8.
11 ist ein Diagramm, das die Dicke jeder Elektrode zeigt, anwendbar auf jede Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Graph, der einen Frequenzkennwert der ersten Ausgestaltung gemäß 1 zeigt.
13 ist ein Graph, der einen Frequenzkennwert der fünften Ausgestaltung gemäß 5 zeigt.
14 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer Modifikation der fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist ein Graph, der einen Frequenzkennwert einer Modifikation der fünften Ausgestaltung gemäß 14 zeigt.
16 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist ein Graph, der einen Frequenzkennwert der sechsten Ausgestaltung gemäß 16 zeigt.
18 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer Modifikation der sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist ein Graph, der einen Frequenzkennwert in einer Modifikation der sechsten Ausgestaltung gemäß 18 zeigt.
20 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer anderen Modifikation der sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
21 ist eine Draufsicht auf eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode, die eine Elektrodenkonstruktion einer piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung illustriert, die zum Erhalten des mit einem Elektrodenmaterial erzeugten Frequenzkennwertes anwendbar ist.
22 ist ein Graph, der einen Frequenzkennwert in einem Zustand zeigt, in dem das Elektrodenmaterial in der in 21 gezeigten Elektrodenkonstruktion Aluminium ist.
23 ist ein Graph, der einen Frequenzkennwert in einem Zustand zeigt, in dem das Elektrodenmaterial in der in 21 gezeigten Elektrodenkonstruktion Silber ist.
24 ist ein Graph, der eine garantierte Dämpfungskennlinie für die Dicke der gemeinsamen Elektrode in dem Zustand zeigt, in dem das Elektrodenmaterial die Mehrlagenkonstruktion Chrom-Silber-Chrom ist, die Dicke einer geteilten Elektrode 500 Å und die Frequenz der Hauptschwingung 130 MHz betragen.
25 ist ein Graph, der eine Einfügungsverlustkennwert zur Dicke der gemeinsamen Elektrode in einem Zustand zeigt, in dem das Elektrodenmaterial die Mehrlagenkonstruktion Chrom-Silber-Chrom ist, die Dicke einer geteilten Elektrode 500 Å und die Frequenz der Hauptschwingung 130 MHz betragen.
26 ist ein Graph, der eine garantierte Dämpfungskennlinie für die Dicke der gemeinsamen Elektrode in einem Zustand zeigt, in dem das Elektrodenmaterial die Mehrlagenkonstruktion Chrom-Silber-Chrom ist, die Dicke der geteilten Elektrode 500 Å und die Frequenz der Hauptschwingung 45 MHz betragen.
27 ist ein Graph, der einen Einfügungsverlustkennwert für die Dicke der gemeinsamen Elektrode in einem Zustand zeigt, in dem das Elektrodenmaterial die Mehrlagenkonstruktion Chrom-Silber-Chrom ist, die Dicke der geteilten Elektrode 500 Å und die Frequenz der Hauptschwingung 45 MHz betragen.
28 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer siebten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
29 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer achten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
30 ist eine auseinander gezogene Perspektivansicht eines Gehäuses, das zum Messen eines Frequenzkennwertes der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung verwendet wird.
31 ist eine Draufsicht, die eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode einer herkömmlichen piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung zeigt.
32 ist eine Schnittansicht entlang der Linie S-S in 31.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
Es werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ausführlich beschrieben.
Die 1, 2 und 3 sind erläuternde Diagramme einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die einen monolithischen Kristallfilter verwenden. 1 ist eine Draufsicht auf eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 1. Die 1 und 3 illustrieren typischerweise einen Schwingungsenergieverteilungszustand einer Hauptschwingungsmode und einer Schwingungsenergiemode (3,1,3), d.h. der Störschwingung.
Als Quarzplatte 1 wird eine AT-geschnittene, rechteckig ausgearbeitete Quarzplatte verwendet. Auf einer Hauptplatte (Unterseite) der Quarzplatte 1 ist ein Paar aus einer rechteckigen Eingangselektrode 21 und einer rechteckigen Ausgangselektrode 22 nahe beieinander in einem vorbestimmten Abstand in einer Z'-Achsenrichtung ausgebildet. Die Eingangselektrode 21 und die Ausgangselektrode 22 werden von den ausgehenden Elektroden 21a, 22a zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie der Quarzplatte 1 liegt. Ferner ist auf der anderen Hauptebene (Oberseite) gegenüber der Eingangselektrode 21 und der Ausgangselektrode 22 eine rechteckige gemeinsame Elektrode 23 ausgebildet, die gemeinsame Elektrode 23 wird von der ausgehenden Elektrode 23a zur anderen Ecke der Quarzebene 1 geführt und mit einem Erdungsanschluss (nicht dargestellt) verbunden. Ein mittlerer Teil einer kurzen Seite der gemeinsamen Elektrode 23 ist mit Kerben 231, 232 versehen. Wie in den Schnittansichten in den 2 und 3 deutlich illustriert ist, liegen die Positionen der peripheren Enden der Eingangselektrode 21, der Ausgangselektrode 22 und der gemeinsamen Elektrode 23 etwa in denselben Positionen zueinander wie in der jeweils anderen Hauptebene (Ober- und Unterseite), und Kerben 231, 232 der gemeinsamen Elektrode 23 sind nach innen geneigt.
Beim Erregen des monolithischen Kristallfilters mit dem obigen Aufbau ergibt sich der in 12 gezeigte Frequenzkennwert. Im Vergleich zu 22, die den Frequenzkennwert des monolithischen Kristallfilters im Stand der Technik zeigt, wird in der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Störschwingung wie z.B. eine nichtharmonische Obertonmode mit einer relativ großen Schwingungsenergie auf herkömmliche Weise gedämpft. Aufgrund der charakteristischen Elektrodenkonstruktion in der vorliegenden Erfindung wird kein elektrisches Feld zu den Kerben 231, 232 addiert, was der Grund dafür zu sein scheint, dass keine Erregung gemäß dem entgegengesetzten piezoelektrischen Effekt stattfindet. Mit anderen Worten, man ist der Ansicht, dass gemäß der Schwingungsenergieverteilung wie in 1 gezeigt die Schwingung das Gleichgewicht entlang den Kerben 231, 232 verliert, die Schwingungsenergie der nichtharmonischen Obertonmode wie in 3 gezeigt wird eingeschränkt und dadurch geschwächt. Zudem ist das Passband der vorliegenden Erfindung breiter als das des Standes der Technik, obwohl dies in 2 nur schwer erkennbar ist.
Der für die vorliegende Erfindung eingesetzte monolithische Kristallfilter ist eine rechteckige, AT-geschnittene Quarzplatte von 2,5 × 5 mm, deren Mittenfrequenz auf 130 MHz festgelegt ist, wobei ein Paar rechteckige Elektroden lange Seiten von 0,78 mm und kurze Seiten von 0,56 mm hat, die auf der Rückseite in einem Abstand von 0,1 mm zwischen den Elektroden ausgebildet sind, und eine gemeinsame Elektrode gegenüber dem Paar Ein- und Ausgangselektroden mit einer dem fast entsprechenden Größe auf der Oberfläche ausgebildet ist. Daher hat die gemeinsame Elektrode der vorliegenden Erfindung eine andere Form als im Stand der Technik. Als eine Elektrodenform zum Reduzieren des Gewichts sind z.B. auf der gemeinsamen Elektrode ausgebildete Kerben gemäß der vorliegenden Ausgestaltung illustriert. Die Form der Kerbe ist nicht auf die in der vorliegenden Ausgestaltung illustrierte Form begrenzt und es sind Formen und Größen zulässig, die keinen Einfluss auf die Verdrängungsverteilung der Hauptschwingungsmode haben, inklusive einer Kurvenform.
Der monolithische Kristallfilter hat einen nicht dargestellten Aufbau, mit anderen Worten einen Aufbau, bei dem eine Basis mit jeweils mit einem Auflagekörper verbundenen Leitungsanschlüssen vorbereitet ist, und die Quarzplatte 1 der obigen Elektrodenkonstruktion kann auf dem mit den Leitungsanschlüssen verbundenen Auflagekörper aufliegen und mit einer Kappe hermetisch verschlossen werden, und einen anderen Aufbau, bei dem die Quarzplatte auf einem Gehäuse mit einer äußeren Leitungselektrodeninsel montiert und dadurch hermetisch verschlossen ist.
Als eine Form der Elektrode zum Reduzieren des Gewichts wird nachfolgend eine zweite Ausgestaltung oder Konstruktion beschrieben, bei der Elektrodenteile in vorbestimmten Abschnitten der Elektrode zum Bohren eines Lochs entfernt wurden.
4 ist eine Draufsicht auf eine Rückseite mit einer darauf ausgebildeten gemeinsamen Elektrode, um den Aufbau der zweiten Ausgestaltung zu illustrieren. Dieselben Elemente wie in der ersten Ausgestaltung erhielten dieselben Bezugsziffern und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
In dieser Ausgestaltung wird eine gemeinsame Elektrode 24 von ausgehenden Elektroden 24a, 24b zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie auf der Quarzplatte 1 liegt.
Die auf der Rückseite der Quarzplatte 1 ausgebildete gemeinsame Elektrode 24 ist mit einer Reihe von Löchern 241, 242, 243, 244, 245, 246 versehen, die Abschnitte, wo diese Löcher ausgebildet sind, sind Bereiche, in denen die Störschwingung der (3,3,1)-Mode relativ stark erregt ist. Jedes Loch (Grube) kann mit bekannten Mitteln wie z.B. Entfernen des elektrischen Materials der vorbestimmten Abschnitte durch Emittieren von Laserstrahlen nach dem Bilden der Erregungselektroden gebildet werden. Man glaubt, dass die Störschwingung der (3,3,1)-Mode bei einer solchen Anordnung das Gleichgewicht zum Dämpfen der Schwingungsenergie verliert.
Die zweite Ausgestaltung hat zwar eine Struktur, bei der das Loch auf der gemeinsamen Elektrode gebohrt ist, aber die Konstruktion ist nicht auf das Loch begrenzt und es ist auch eine Konstruktion möglich, bei der ein Teil der Elektrode zum Bilden des Lochs (der Grube) verdünnt (konkav) wird. Ferner kann ein Aufbau zulässig sein, bei dem diese Löcher und Gruben mit den oben erwähnten Kerben gemischt werden.
Ferner wird nun als Elektrodenform zum Reduzieren des Gewichts eine dritte Ausgestaltung zum Illustrieren einer Konstruktion beschrieben, bei der die Elektrode wie in den 5 und 6 gezeigt ausgebildet ist.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite einer dritten Ausgestaltung einer Struktur, wo die gemeinsame Elektrode ausgebildet ist. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 5. Dieselben Elemente wie in der ersten Ausgestaltung erhielten dieselben Bezugsziffern und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
Auf einer Hauptebene werden eine Eingangselektrode 31 und eine Ausgangselektrode 32 parallel zu einer Z"-Achsenrichtung mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen nahe beieinander ausgebildet. Die Eingangselektrode 31 und die Ausgangselektrode 32 werden von ausgehenden Elektroden 31a, 32a zu jeder Ecke geführt, die auf den diagonalen Linien auf der Quarzplatte 1 liegen. Auf der anderen Hauptebene sind gemeinsame Elektroden 33 und 34 gegenüber der Eingangselektrode 31 und der Ausgangselektrode 32 ausgebildet. Diese gemeinsamen Elektroden 33, 34 werden von ausgehenden Elektroden 33a, 34a zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie auf der Quarzplatte 1 liegt. Ferner hat jede Elektrode eine Anordnung, bei der ein Paar aus Eingangselektrode 31 und Ausgangselektrode 32 und ein Paar der gemeinsamen Elektrode 33, 34 ferne Seiten haben, die bogenförmig sind und einander in einer X-Achsenrichtung gegenüber liegen. Bei dieser Anordnung ist eine Form teilweise der ovalen Schwingungsenergieverteilung ähnlich, so dass diese angenommen werden kann. Die Ausgestaltung verwendet zwar eine Anordnung, bei der die Elektroden parallel zur X-Achsenrichtung angeordnet sind, aber dies ist fakultativ und richtet sich nach den gewünschten elektrischen Eigenschaften wie z.B. die Notwendigkeit zum Erweitern des Passbandes.
Die dritte Ausgestaltung hat zwecks Reduzierung des Gewichts eine Anordnung, bei der eine Kerbe 331 in der Mitte des kreisbogenförmigen Endes der gemeinsamen Elektrode 33 und eine Kerbe 321 in der Mitte des kreisbogenförmigen Endes der Ausgangselektrode 32 ausgebildet sind. Die Anordnung, bei der diese Kerben ausgebildet sind, kann ebenso wie in der ersten und der zweiten Ausgestaltung bewirken, dass die Schwingungsenergie der Störschwingung der nichtharmonischen Obertonmode oder dergleichen gedämpft wird.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 7 eine vierte Ausgestaltung beschrieben. Diese zeigt eine Schnittansicht eines monolithischen Kristallfilters mit einer Form einer Elektrode, der ein Gewicht hinzugefügt wird.
In derselben Elektrodenkonstruktion der vorliegenden Erfindung wie im Stand der Technik in 31 wird eine zusätzliche Elektrode 371 aus demselben Material wie das einer gemeinsamen Elektrode 37 an einem Ende der Elektrode 37 ausgebildet. Der Ausbildungsabschnitt der zusätzlichen Elektrode 371 ist ein Abschnitt, bei dem die nichtharmonische Obertonmode relativ stark erregt ist, so dass Störschwingungen der nichtharmonischen Obertonmode oder dergleichen gedämpft werden.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die 8 bis 10 eine fünfte Ausgestaltung beschrieben.
8 ist eine Draufsicht auf die Hauptebene auf der Seite der gemeinsamen Elektrode. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in 8. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E in 8.
Gemäß der Ausgestaltung hat eine auf einer Hauptebene ausgebildete rechteckige gemeinsame Elektrode 43 vier Seiten, die länger sind als die einer rechteckigen Eingangselektrode 41 und einer rechteckigen Ausgangselektrode 42, die auf der anderen Hauptebene ausgebildet sind, um sowohl die Eingangselektrode 41 als auch die Ausgangselektrode 42 abzudecken. Kerben 431, 432 sind jeweils in der Mitte der kurzen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode 43 ausgebildet. Die Tiefe der Kerben erreicht die gemeinsame Elektrode 43 gegenüber der auf der Rückseite ausgebildeten Ein- und Ausgangselektrode 41, 42.
Die gemeinsame Elektrode 43 wird von einer mit einem Erdungsanschluss (nicht dargestellt) zu verbindenden ausgehenden Elektrode 43a zur anderen Ecke der Quarzplatte 1 geführt. Ferner werden die Eingangselektrode 41 und die Ausgangselektrode 42 durch ausgehende Elektroden 41a, 42a zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie auf der Quarzplatte 1 liegt.
Mit der oben erwähnten Konstruktion kann erreicht werden, dass insbesondere die nichtharmonische Obertonmode das Gleichgewicht aufgrund der Schwingungsenergieverteilung in einem Zustand verliert, in dem die nichtharmonische Obertonmode stark nach außen geneigt ist, wodurch die Schwingungsenergie äußerst wirksam gedämpft wird. Im Allgemeinen wird die Elektrodenfläche vergrößert, so dass die Ansteuerungsimpedanz gesenkt werden kann, was andererseits das Problem verursacht, dass verschiedene Störschwingungsarten gleichzeitig stärker sind. Durch Verwenden eines Aufbaus der Elektrodenform zum Reduzieren des Gewichts oder eines Aufbaus der Elektrodenform zum Erhöhen des Gewichts können die Störschwingungen auf ein praktisches Gebrauchsniveau geschwächt werden.
In einer in 8 gezeigten Konstruktion werden Kerben in einer Z'-Achsenrichtung positioniert, so dass sie einander gegenüber liegen. Ihre Positionen sind jedoch nicht auf die Z'-Achse begrenzt, auch Kerben 931, 932, 933, 934 können strukturell in einer X-Achsenrichtung auf einer gemeinsamen Elektrode 93 wie in 20 gezeigt ausgebildet werden. Im Falle der Konstruktion gemäß 20, bei der die gemeinsame Elektrode kurze Seiten L₀ von 1,30 mm hat und die Ein- und Ausgangselektroden jeweils eine Breite L₂ von 0,78 mm haben, ergibt sich eine Beziehung zwischen einer X-Achsendistanz L₁ von einer Kerbe zur gegenüberliegenden in der X-Achsenrichtung und Tabelle 1 zeigt die Werte der Störschwingungsdämpfung.
[Tabelle 1]
Wie aus der obigen Tabelle hervorgeht, ist der Störschwingungsdämpfungsbetrag umso größer, je kleiner L₁ ist, mit anderen Worten, je tiefer die Kerben sind, was bevorzugt wird.
Ein für die fünfte Ausgestaltung verwendeter monolithischer Kristallfilter ist eine rechteckige AT-geschnittene Quarzplatte von 2,5 × 5 mm mit einer auf 130 MHz festgelegten Mittenfrequenz und hat eine Anordnung, bei der ein Paar rechteckige Elektroden mit langen Seiten von 0,78 mm, kurzen Seiten von 0,56 mm auf der Rückseite in einem Abstand von 0,1 mm zwischen den Elektroden und eine rechteckige gemeinsame Elektrode 43 mit langen Seiten von 1,84 mm und kurzen Seiten von 1,1 mm auf der Oberfläche ausgebildet sind, um die Ein- und Ausgangselektroden abzudecken. Wenn man einen Frequenzkennwert in dem monolithischen Kristallfilter in der obigen Anordnung wie in 13 gezeigt mit 22 vergleicht, die einen Frequenzkennwert im monolithischen Kristallfilter des Standes der Technik zeigt, dann wird offensichtlich, dass die Störschwingung der nichtharmonischen Obertonmode oder dergleichen mit herkömmlicherweise relativ höherer Schwingungsenergie gedämpft wird. Ebenso hat der obige Fall auf dieselbe Weise wie die Vorrichtung gemäß der in 12 gezeigten ersten Ausgestaltung die Eigenschaft, dass das Passband breiter ist als bei einem herkömmlichen Produkt, obwohl diese Tatsache in 13 schwer zu erkennen ist.
Als eine Modifikation der fünften Ausgestaltung wird in 14 eine Konstruktion gezeigt. Bei dieser Modifikation hat eine auf einer Hauptebene ausgebildete rechteckige gemeinsame Elektrode 53 vier Seiten, die länger sind als die einer rechteckigen Eingangselektrode 51 und einer rechteckigen Ausgangselektrode 52 auf der anderen Hauptebene, um sowohl die Eingangselektrode 51 als auch die Ausgangselektrode 52 abzudecken, und die Tiefe jeder Kerbe 531, 532 erreicht die gemeinsame Elektrode 53 gegenüber der auf der Rückseite ausgebildeten Ein- und Ausgangselektrode 51, 52, so dass die Konstruktion der Modifikation mit der in 8 gezeigten in den obigen Punkten äquivalent ist, aber andererseits unterscheidet sich die Form jeder Kerbe in der Modifikation von der in 8. Die gemeinsame Elektrode 53 wird von mit einem Erdungsanschluss (nicht dargestellt) zu verbindenden ausgehenden Elektroden 53a, 54a zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie der Quarzplatte 1 liegt. Ferner werden die Eingangselektrode 51 und die Ausgangselektrode 52 durch ausgehende Elektroden 51a, 52a zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie der Quarzplatte 1 liegt.
Ein Vergleich des Frequenzkennwerts des monolithischen Kristallfilters mit dem in 15 gezeigten Aufbau mit dem Frequenzkennwert des monolithischen Kristallfilters des Standes der Technik gemäß 22 zeigt, ebenso wie die oben in 8 erwähnte Konstruktion, dass die Störschwingung der nichtharmonischen Obertonmode oder dergleichen herkömmlicherweise mit relativ größerer Schwingungsenergie gedämpft wird und man erkennt, dass die Störschwingung in (f1) und (f2) weit von der Hauptschwingung entfernt ist, woran die Tatsache des Dämpfens der Störschwingung (f2) erkenntlich ist.
Als Nächstes wird eine sechste Ausgestaltung unten mit Bezug auf 16 beschrieben. 16 ist eine Draufsicht auf eine Hauptebene mit der gemeinsamen Elektrode.
In dieser Ausgestaltung sind Kerben 631, 632, die auf einer Eingangselektrode 61, einer Ausgangselektrode 62 und einer gemeinsamen Elektrode 63 so ausgebildet sind, dass sie einander in einer Z'-Achsenrichtung zugewandt sind, strukturell mit denen in der in 14 gezeigten Modifikation äquivalent. Andererseits ist sie strukturell dadurch gekennzeichnet, dass Kerben 633, 634, 635, 636 auf der gemeinsamen Elektrode 63 in einer X-Achsenrichtung ausgebildet sind. Die Kerben 633 und 634 sowie 635 und 636 sind jeweils so ausgebildet, dass sie einander zugewandt sind.
17 zeigt den Frequenzkennwert des monolithischen Kristallfilters. Ebenso wie in 15, die den Frequenzkennwert mit der in 8 gezeigten, oben erwähnten Anordnung illustriert, sind die Störschwingungen in (f3) und (f4) weit von den Hauptschwingungen entfernt, und in der sechsten Ausgestaltung erkennt man, dass nicht nur die Störschwingung in (f3), sondern auch die in (f4) gedämpft wird.
Ferner können als eine Modifikation der sechsten Ausgestaltung Konstruktionen in den 18 und 19 angeführt werden. In einer Anordnung der 18 sind Formen und Ausbildungspositionen der Kerben 731, 732, 733, 734 auf einer gemeinsamen Elektrode 73 in X-Achsenrichtung strukturell äquivalent mit denen in 16. Die Formen der in Z'-Achsenrichtung ausgebildeten Kerben 741 und 742 unterscheiden sich zwar von denen in 16, aber Ausbildungsabschnitte davon entsprechen denen in 16. Kurze Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode 73 sind bogenförmig nach außen ausgebildet. Die Anordnung hat denselben Effekt wie die in 16.
In einer in 19 gezeigten Anordnung ist eine gemeinsame Elektrode 83 mit Kerben 831, 832, 833, 834 versehen, die die gemeinsame Elektrode 83 gegenüber einer Eingangselektrode 81 und einer Ausgangselektrode 82 über jede Diagonallinie erreichen, die von jeder Ecke der rechteckigen Elektrode gezogen wird. Die Anordnung hat auch denselben Effekt wie die in 16.
In der oben erwähnten fünften und sechsten Ausgestaltung kann die gemeinsame Elektrode so gestaltet sein, dass nur zwei einander gegenüberliegende Seiten länger sind als die der Ein- und Ausgangselektroden, oder die gemeinsame Elektrode kann auf der gesamten Oberfläche der Quarzplatte ausgebildet sein. Im Falle des Verbindens der Quarzplatte mit einer Elektrodeninsel eines Gehäuses durch ein leitendes Verbindungsmaterial oder dergleichen besteht die Möglichkeit, dass ein Kurzschluss zwischen den Ausgangselektroden der Ein- und Ausgangselektroden verursacht wird, die auf der anderen Hauptebene und der Elektrodeninsel ausgebildet sind, mit der Folge, dass ein elektrodenloser Bereich ausgebildet werden muss, um zu verhindern, dass das Problem beim Gebrauch der Anordnung auftritt.
In jeder Ausgestaltung kann entweder die Eingangselektrode oder die Ausgangselektrode auf einer Hauptebene oder die gemeinsame Elektrode auf der anderen Hauptebene dick ausgebildet werden, z.B. wie in 11 gezeigt, wobei eine Dicke G1 der gemeinsamen Elektrode 37 größer ist als eine Dicke G2 der Eingangselektrode 35 oder der Ausgangselektrode 36. Die Dicke G1 beträgt vorzugsweise das Vierfache der Dicke G2, um die Störschwingungsenergie nach außen zu emittieren. Mit zunehmender Dicke wächst das Band. Wenn jedoch ein Inkrement eine bestimmte Grenze erreicht, dann kann ein weiteres Inkrement das Band nicht mehr viel vergrößern. Die Vorrichtung muss so ausgelegt werden, dass diese obige Tatsache berücksichtigt wird. Mit einer solchen Anordnung werden Änderungen von Grenzbedingungen aufgrund der Verringerung oder Erhöhung eines Gewichts weiter verstärkt, so dass Störschwingungen eingeschränkt werden können.
In jeder oben erwähnten Ausgestaltung ist die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete gemeinsame Elektrode vorzugsweise 2 bis 10 Mal so dick wie die auf der anderen Hauptebene ausgebildete Ein- und Ausgangselektrode, um die Störschwingungsenergie nach außen zu emittieren. So beträgt beispielsweise, wie in 11 gezeigt, die Dicke der gemeinsamen Elektrode 37 etwa das Zweifache der Dicke G2 der Eingangselektrode 35 und der Ausgangselektrode 36. Die Begrenzung des Umfangs auf das Zwei- bis Zehnfache soll die Tatsache berücksichtigen, dass das Band mit zunehmender Dicke wächst, aber wenn das Inkrement eine bestimmte Grenze erreicht, dann kann ein weiteres Inkrement das Band nicht mehr viel vergrößern. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf in den 24 und 25 illustrierte experimentelle Daten beschrieben.
24 zeigt jede garantierte Dämpfung, falls eine Mehrlagenkonstruktion aus Chrom-Silber-Chrom als Elektrodenmaterial verwendet wird, wobei die Dicke der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode 500 Å und die Frequenz der Hauptschwingung 130 MHz betragen und die Dicke der gemeinsamen Elektrode wie folgt geändert wird: 500 Å, 1000 Å, 2000 Å, 3000 Å, 4000 Å, 5000 Å, 6000 Å und 7000 Å. 25 ist ein Graph zum Illustrieren von Einfügungsverlusten für jede Dicke der gemeinsamen Elektrode. 26 zeigt ferner jede garantierte Dämpfung, falls die Mehrlagenkonstruktion aus Chrom-Silber-Chrom als Elektrodenmaterial verwendet wird, wobei die Dicke der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode 500 Å und die Frequenz der Hauptschwingung 45 MHz betragen und die Dicke der gemeinsamen Elektrode wie folgt geändert wird: 500 Å, 1000 Å, 2000 Å, 3000 Å, 4000 Å, 5000 Å, 6000 Å und 7000 Å. 27 ist ein Graph zum Illustrieren der Einfügungsverluste für jede Dicke der gemeinsamen Elektrode.
Wenn die Frequenz der Hauptschwingung 130 MHz beträgt, neigen die Einfügungsverluste dazu, höher als in 25 gezeigt zu sein, so dass ein Einfügungsverlust von weniger als etwa 3 dB in den nutzbaren Bereich fällt. Wenn die Frequenz der Fundamentalwelle 45 MHz beträgt, dann neigt der Einfügungsverlust dazu, niedriger zu sein, so dass ein Einfügungsverlust von weniger als etwa 2 dB in den nutzbaren Bereich fällt. Ferner liegt, wenn man den geeignetsten Wert der garantierten Dämpfungskennlinie berücksichtigt, in den obigen beiden Fällen der beste Dickenbereich für die gemeinsame Elektrode bei 1000 Å bis 5000 Å. Die obigen Daten unterstützen den Bereich der Dicke der gemeinsamen Elektrode, der experimentell beim Zwei- bis Zehnfachen der Dicke der Ein- und Ausgangselektroden festgelegt wurde.
Mit der oben erwähnten Konstruktion können bessere garantierte Dämpfungskennlinien erhalten werden, Änderungen der Grenzbedingung durch Reduzieren oder Erhöhen eines Gewichts werden stärker hervorgehoben, mit der Folge, dass Störschwingungen effektiv eingeschränkt werden können.
Der Störschwingungseinschränkungseffekt unterscheidet sich je nach der Größe (eine Menge) eines Gewichtsverringerungsteils oder eines Gewichtserhöhungsteils, so dass es Fälle gibt, bei denen die Hauptschwingungsmode gedämpft wird. Ferner müssen die Kerben so ausgelegt werden, dass Produktionsfehler beim Herstellen der Elektrode berücksichtigt werden.
In den obigen Ausgestaltungen wird die Mehrlagenkonstruktion aus Chrom-Silber-Chrom als Elektrodenmaterial verwendet. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Fall des Einsatzes von Aluminium als Elektrodenmaterial ist es vorteilhaft, dass die Störschwingung weiter von der Hauptschwingung entfernt erzeugt werden kann. Die 22 und 23 zeigen Frequenzkennwerte in dem Fall, dass die in 21 gezeigte Konstruktion auf die Elektroden aufgebracht wird und jeweils Aluminium und Silber als Elektrodenmaterial verwendet werden. Obwohl weder die gemeinsame Elektrode 13, noch die Eingangselektrode 11 oder die Ausgangselektrode 12 eine Konstruktion zum Verringern oder Erhöhen eines Gewichts haben, die eine charakteristische Konstruktion der vorliegenden Erfindung ist, werden nur Unterschiede in Aktion und Effekt beschrieben, die durch die Differenz des Elektrodenmaterials erhalten werden. Wie in 22 gezeigt, werden bei der Verwendung einer Aluminiumelektrode die Störschwingungen (f5), (f6) in der peripheren Zone der Hauptschwingung stark vergrößert, aber andererseits werden, wenn eine Silberelektrode verwendet wird, die Störschwingungen (f7), (f8) weit von der Hauptschwingung entfernt erzeugt. Dies hat die nachfolgend aufgeführten Gründe. Erstens, falls die Störschwingung eine nichtharmonische Dickenscherschwingung ist und durch eine schwere Elektrode mit relativer Dichte gebildet wird, ist ein Dekrement der Frequenz der nichtharmonischen Schwingung kleiner als das einer Frequenz der Hauptschwingung, mit der Folge, dass die Frequenz der Störschwingung scheinbar höher ist als die der Hauptschwingung. Zweitens ist dies auf die zusätzlichen Gründe zurückzuführen, dass Aluminium leicht oxidiert und im Vergleich zu Silber ein unstabileres Material ist. Gemäß der obigen Beschreibung ist die Verwendung von Silber als Elektrodenmaterial ein effektives Mittel zum Einschränkung der Auswirkungen der Störschwingung. Ferner ist auch die Verwendung von Gold anstatt Silber als Elektrodenmaterial zulässig. Darüber hinaus ist das Elektrodenmaterial nicht nur auf Gold und Silber begrenzt und es sind mehrere hauptsächlich aus Gold oder Silber bestehende Metallkonstruktionen möglich, inklusive Dreilagenkonstruktionen wie Chrom-Silber-Gold, Chrom-Silber-Chrom, Chrom-Gold-Chrom, Nickel-Silber-Nickel, Chrom-Silber-Nickel oder Nickel-Silber-Chrom, und Doppellagenkonstruktionen oder Elektrodenkonstruktionen wie Chrom-Silber, Chrom-Gold, Nickel-Silber, Nickel-Gold oder dergleichen. Auch mit diesen Elektroden kann derselbe Effekt. wie beim Einsatz nur von Silber erzielt werden.
Die in den 12, 13, 15, 17, 22 und 23 gezeigten Frequenzkennwerte werden mit einem in einer auseinander gezogenen Perspektivansicht von 30 illustrierten Gehäuse gemessen. Die zu messende piezoelektrische Vibrationsvorrichtung 300 kann eine beliebige der Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sein. So sind beispielsweise, wie in 30 gezeigt, auf einer Ebene eines piezoelektrischen Substrats 310 ein Paar Ein- und Ausgangsschwingungselektroden 311, 312 so ausgebildet, dass sie einen vorbestimmten, dazwischen intervenierenden Spalt G haben, und auf der anderen Ebene ist eine gemeinsame Elektrode 313 dieser zugewandt ausgebildet, wobei die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung 300 in einem Oberflächenmontagegehäuse 320 steckt.
Das Gehäuse 320 umfasst einen Gehäusekörper 321 aus einem Isoliermaterial wie Keramik und einen Metalldeckel 322 zum Abdecken einer Oberseitenöffnung des Gehäusekörpers 321 über einen Kovarring (nicht gezeigt). Der Gehäusekörper 321 ist mit zwei Gruben 341, 342 jeweils gegenüber der Eingangsschwingungselektrode 311 und der Ausgangsschwingungselektrode 312 auf dem piezoelektrischen Substrat 310 jeweils in einem Fertigungszustand vorgesehen, und eine Partition 343 ist zwischen den jeweiligen Gruben 341 und 342 entlang dem Spalt G vorgesehen, der zwischen dem Paar Ein- und Ausgangsschwingungselektroden 311, 312 interveniert.
In der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung 300 liegt das Paar Ein- und Ausgangsschwingungselektroden 311 und 312, die jeweils dem Boden der Gruben 341, 432 zugewandt sind, auf dem Gehäusekörper 321 in der peripheren Zone der Gruben 341, 342 an drei Ecken des piezoelektrischen Substrats 310 auf. Das Paar Ein- und Ausgangsschwingungselektroden 311, 312 und die gemeinsame Elektrode 313 werden jeweils von diesen jeweils entsprechenden ausgehenden Elektroden zu drei Ecken des piezoelektrischen Substrats 310 geführt und der Gehäusekörper 321 ist mit drei Anschlussinseln P an den Positionen versehen, die den Ecken in der peripheren Zone der Gruben 341, 342 entsprechen. Das piezoelektrische Substrat 310 wird an den Anschlussinseln P automatisch in einem Zustand befestigt, in dem der leitende Klebstoff eine Schwingung des piezoelektrischen Substrats 310 an drei Ecken nicht verhindert, und gleichzeitig, wenn das Paar Ein- und Ausgangsschwingungselektroden 311, 312 und die gemeinsame Elektrode 313 elektrisch mit den jeweiligen Anschlussinseln P verbunden sind. Unter einer solchen Bedingung erfolgt die Messung.
In den oben erwähnten ersten bis sechsten Ausgestaltungen wurde zwar die Elektrodenkonstruktion des Zweipoltyps beschrieben, aber die Ausgestaltungen können ebenso auch auf piezoelektrische Vibrationsvorrichtungen des Dreipoltyps oder des Vierpoltyps angewendet werden. Die Ausgestaltungen werden mit Bezug auf die 28 und 29 beschrieben.
28 ist eine Draufsicht auf eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer siebten Ausgestaltung zum Illustrieren einer piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung des Dreipoltyps.
Als Quarzplatte 1 wird auf einer Hauptebene eine AT-geschnittene, rechteckig bearbeitete Quarzplatte verwendet, eine rechteckige Eingangselektrode 261, eine Erdelektrode 263, eine Ausgangselektrode 262 sind in vorbestimmten Abständen in einem Zustand ausgebildet, in dem die Erdelektrode 263 zwischen der Eingangselektrode 261 und der Ausgangselektrode 262 interveniert. Die Eingangselektrode 261 und die Ausgangselektrode 262 werden von ausgehenden Elektroden 261a, 262a zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie der Quarzplatte 1 liegt. Die Erdelektrode 263 wird von ausgehenden Elektroden (nicht dargestellt) zu jeder Ecke geführt, die auf einer anderen Diagonallinie liegt. Andererseits ist auf der anderen Hauptebene eine gemeinsame Elektrode 264 gegenüber der Eingangselektrode 261, der Erdelektrode 263 und der Ausgangselektrode 262 ausgebildet, und die gemeinsame Elektrode 264 wird von ausgehenden Elektroden 264a, 264b zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie der Quarzplatte 1 liegt, um gemeinsam mit der Erdelektrode 263 verbunden zu werden. An der Peripherie der gemeinsamen Elektrode 264 sind Kerben 265 in einer solchen Tiefe ausgebildet, dass die Kerben die Eingangselektrode 261 und die dieser gegenüberliegende Ausgangselektrode 262 erreichen können. In der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung des Dreipoltyps ist die gemeinsame Elektrode 264 mit einem Gewichtsverringerungsteil versehen, so dass das Gleichgewicht der Störschwingung verloren geht und die Schwingungsenergie der Störschwingung insgesamt geschwächt wird.
29 ist eine Draufsicht auf eine Hauptebene mit einer gemeinsamen Elektrode in einer achten Ausgestaltung zum Illustrieren einer piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung des Vierpoltyps.
Als Quarzplatte 1 wird eine AT-geschnittene, rechteckig ausgearbeitete Quarzplatte auf einer Hauptebene verwendet, zwei Paare von Ein- und Ausgangselektroden oder eine rechteckige Eingangselektrode 271 und eine rechteckige Ausgangselektrode 272, eine rechteckige Eingangselektrode 281 und eine rechteckige Ausgangselektrode 282 sind jeweils in vorbestimmten Abständen ausgebildet. Die Eingangselektrode 271 und die Ausgangselektrode 272 sowie die Eingangselektrode 281 und die Ausgangselektrode 282 werden jeweils von ausgehenden Elektroden 271a, 272a, 281a und 282a zu jeder Ecke der Quarzplatte 1 geführt. Andererseits sind auf der anderen Hauptebene gemeinsame Elektroden 273, 283 jeweils so ausgebildet, dass sie der Eingangselektrode 271 und der Ausgangselektrode 272 sowie der Eingangselektrode 281 und der Ausgangselektrode 282 gegenüberliegen, und die gemeinsamen Elektroden 273, 283 werden von ausgehenden Elektroden 273a, 283a zu jeder Ecke geführt, die auf einer Diagonallinie der Quarzplatte 1 liegt. An der Peripherie der gemeinsamen Elektroden 273, 283 sind jeweilige Kerben 274, 284 in jeder Tiefe ausgebildet, so dass jede Kerbe die Eingangselektrode 271 und die Ausgangselektrode 272 sowie die Eingangselektrode 281 und die dieser gegenüberliegende Ausgangselektrode 282 erreichen kann. In der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung des Vierpoltyps sind die gemeinsamen Elektroden 274, 284 jeweils mit Gewichtsverringerungsteilen versehen, so dass das Gleichgewicht der Störschwingung verloren geht und die Schwingungsenergie der Störschwingung insgesamt geschwächt wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben erwähnt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die piezoelektrische Schwingungsvorrichtung, die eine Dickenscherschwingung nutzt, die für Kommunikationsgeräte oder dergleichen zur Verfügung steht, als zuverlässige Vorrichtung effektiv, indem ermöglicht wird, dass sie die Auswirkungen einer Störschwingung einschränkt und garantierte Dämpfungskennlinien verbessert werden.

Claims

Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung, die eine Dickenscherschwingung mit einem Resonanzbereich nutzt, der von einer Eingangselektrode (21), einer Ausgangselektrode (22) und einer gemeinsamen Elektrode (23) gebildet wird, wobei jede Elektrode rechteckig ausgebildet ist, wobei die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Quarzplatte (1) mit einem Paar Hauptebenen, die Eingangselektrode (21) und die Ausgangselektrode (22) auf einer Hauptebene der Quarzplatte angeordnet, wobei die Eingangselektrode (21) und die Ausgangselektrode (22) nahe beieinander in einem regelmäßigen Abstand ausgebildet sind, und die gemeinsame Elektrode (23) auf der anderen Hauptebene der Quarzplatte (1) angeordnet, entsprechend der Eingangselektrode (21) und der Ausgangselektrode (22), entweder ein Gewichtsverringerungsteil (231/232) oder ein Gewichtserhöhungsteil (371) wenigstens teilweise auf einer der peripheren Zonen der Eingangselektrode (21) und der Ausgangselektrode (22) oder einer peripheren Zone der gemeinsamen Elektrode (23) angeordnet, wobei entweder der Gewichtsverringerungsteil (231/232) oder der Gewichtserhöhungsteil (371) auf einem Abschnitt angeordnet ist, bei dem eine Schwingungsenergie einer bei der Erregung der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung erzeugten Nebenschwingung relativ größer ist als die einer Hauptschwingung, wobei entweder der Gewichtsverringerungsteil (231/232) oder der Gewichtserhöhungsteil (371) auf wenigstens einer Mitte von fernen Seiten, wo die Eingangselektrode (21) und die Ausgangselektrode einander gegenüber liegen, wenigstens einer Mitte von fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode (23) oder wenigstens einer Mitte der fernen Seiten, wo die Eigangselektrode (21) und die Ausgangselektrode (22) einander gegenüber liegen, sowie wenigstens einer Mitte der fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode (23) angeordnet ist.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung, die eine Dickenscherschwingung mit einem Resonanzbereich anwendet, der von einer Eingangselektrode (21), einer Ausgangselektrode (22), einer Erdelektrode und einer gemeinsamen Elektrode (23) gebildet wird, wobei jede Elektrode rechteckig ausgebildet ist, wobei die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Quarzplatte (1) mit einem Paar Hauptebenen, die Eingangselektrode (21) und die Ausgangselektrode (22) auf einer Hauptebene der Quarzplatte (1) angeordnet, die Erdelektrode zwischen die Elektroden geschaltet, wo die Eingangselektrode (21), die Ausgangselektrode (22) und die Erdelektrode jeweils nahe beieinander in regelmäßigen Abständen ausgebildet sind, und die gemeinsame Elektrode (23) auf der anderen Hauptebene der Quarzplatte (1) angeordnet, entsprechend der Eingangselektrode (21), der Ausgangselektrode (22) und der Erdelektrode, wobei entweder ein Gewichtsverringerungsteil (231/232) oder ein Gewichtserhöhungsteil (371) wenigstens teilweise auf einer der peripheren Zonen der Eingangselektrode (21) und der Ausgangselektrode (22) oder einer peripheren Zone der gemeinsamen Elektrode (23) angeordnet ist, wobei entweder der Gewichtsverringerungsteil (231/232) oder der Gewichtserhöhungsteil (371) auf wenigstens einer Mitte der fernen Seiten, wo die Eingangselektrode oder die Ausgangselektrode einander gegenüber liegen, wenigstens einer Mitte von fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode oder wenigstens einer Mitte der fernen Seiten, wo die Eingangselektrode (21) und die Ausgangselektrode (22) einander gegenüber liegen, sowie wenigstens einer Mitte der fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode angeordnet sind, wobei entweder der Gewichtsverringerungsteil (231/232) oder der Gewichtserhöhungsteil (371) auf einem Abschnitt angeordnet ist, wo eine Schwingungsenergie einer bei der Erregung der piezoelektrisehen Vibrationsvorrichtung erzeugten Nebenschwingung relativ größer ist als die einer Hauptschwingung.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung, die eine Dickenscherschwingung mit Resonanzbereichen nutzt, die von zwei Paaren von Eingangs-(271/281) und Ausgangs-(272/282) Elektroden und gemeinsamen Elektroden (273/283) gebildet werden, wobei die piezoelektrische Vibrationsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Quarzplatte (1) mit einem Paar Hauptebenen, wobei die beiden Paare von Eingangs-(271/281) und Ausgangselektroden (272/282) jeweils eine Eingangselektrode (271) und eine Ausgangselektrode (272) aufweisen, die auf einer Hauptebene der Quarzplatte parallel angeordnet sind, wobei die Eingangselektrode (271/281) und die Ausgangselektrode (272/282) nahe beieinander in einem regelmäßigen Abstand ausgebildet sind, und die gemeinsamen Elektroden (273/283) auf der anderen Hauptebene der Quarzplatte (1) angeordnet, entsprechend den jeweiligen Paaren von Eingangs- (271/281) und Ausgangselektroden (272/282), wobei entweder ein Gewichtsverringerungsteil (274/289) oder ein Gewichtserhöhungsteil teilweise auf einer der peripheren Zonen der Eingangselektrode (271/281) und der Ausgangselektrode (272/282) oder einer peripheren Zone der gemeinsamen Elektrode (273/283) angeordnet ist.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei entweder der Gewichtsverringerungsteil oder der Gewichtserhöhungsteil auf einem Abschnitt ausgebildet ist, wo eine Schwingungsenergie einer bei der Erregung der piezoelektrischen Vibrationsvorrichtung erzeugten Nebenschwingung relativ größer ist als die einer Hauptschwingung.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede Elektrode rechteckig ausgebildet und entweder der Gewichtsverringerungsteil oder der Gewichtserhöhungsteil auf wenigstens einer Mitte von fernen Seiten, wo die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode einander gegenüber liegen, wenigstens einer Mitte von fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode oder wenigstens einer Mitte der fernen Seiten, wo die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode einander gegenüber liegen, sowie wenigstens einer Mitte der fernen Seiten gegenüber der gemeinsamen Elektrode angeordnet ist.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gewichtsverringerungsteil mit einer Kerbe versehen ist.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gewichtsverringerungsteil durch einen konkaven Teil gebildet wird, der durch Entfernen der Elektrode ganz oder teilweise, entsprechend jedem vorbestimmten Abschnitt der Elektroden, gebildet wird.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gewichtserhöhungsteil dadurch gebildet wird, dass die Elektrode ganz oder teilweise dick ausgebildet wird, oder dadurch, dass Harzmaterial der Elektrode ganz oder teilweise zugegeben werden kann.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7 oder 8, wobei ein Bereich der gemeinsamen Elektrode größer ausgebildet ist als ein Gesamtbereich der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode und die periphere Zone der gemeinsamen Elektrode wenigstens teilweise entweder mit dem Gewichtsverringerungsteil oder dem Gewichtserhöhungsteil versehen ist, der die gemeinsame Elektrode gegenüber der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode erreicht.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete Elektrode dick ausgebildet ist.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete gemeinsame Elektrode 2 bis 10 Mal so dick ist wie die auf der anderen Hauptebene ausgebildete Eingangselektrode und Ausgangselektrode.
Piezoelektrische Vibrationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die auf einer Hauptebene der Quarzplatte ausgebildete Elektrode aus Gold, Silber oder einem Metallmaterial gebildet ist, das hauptsächlich aus Gold oder Silber besteht.