EA037878B1 - Monolithic piezoelectric filter and method for pre-tuning a piezoelement of a filter - Google Patents
Monolithic piezoelectric filter and method for pre-tuning a piezoelement of a filter Download PDFInfo
- Publication number
- EA037878B1 EA037878B1 EA201891993A EA201891993A EA037878B1 EA 037878 B1 EA037878 B1 EA 037878B1 EA 201891993 A EA201891993 A EA 201891993A EA 201891993 A EA201891993 A EA 201891993A EA 037878 B1 EA037878 B1 EA 037878B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- electrodes
- filter
- piezoelectric
- additional layer
- frequency
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezo-electric or electrostrictive material
- H03H9/56—Monolithic crystal filters
- H03H9/564—Monolithic crystal filters implemented with thin-film techniques
Abstract
Description
Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано при разработке, изготовлении и настройке элементов частотной селекции сигналов.The invention relates to piezoelectric technology and can be used in the development, manufacture and tuning of elements of frequency selection of signals.
Известен монолитный фильтр (патент RU 2373636, МПК H03H 9/54, опубл. 20.11.2009 г.), принятый за прототип, содержащий металлокерамический корпус для поверхностного монтажа со съемной крышкой, в котором размещены несколько пьезоэлектрических пластин с двумя парами возбуждающих электродов каждая, по крайней мере один согласующий конденсатор, корпус имеет две системы внутренних контактных площадок и слой металлизации как на его наружной поверхности, так и на внутренней поверхности за исключением участков, занимаемых наружными контактными площадками и согласующими конденсаторами, при этом слой металлизации образует замкнутый контур, электрически соединенный с системой заземленных внутренних контактных площадок. Обычно на поверхность пьезоэлектрической пластины напыляется пара металлических электродов, например, из серебра с определенными размерами и расчетной толщиной, которые определяют частоту точечных резонаторов, разнос нормальных частот и величину динамического сопротивления. При уменьшении размеров монолитного фильтра возникают трудности в связи с необходимостью уменьшения длины пьезоэлемента и сохранения минимальной величины вносимого затухания, также ограничиваются возможности настройки фильтра.Known monolithic filter (patent RU 2373636, IPC H03H 9/54, publ. 20.11.2009), taken as a prototype, containing a cermet body for surface mounting with a removable cover, which contains several piezoelectric plates with two pairs of exciting electrodes, each, at least one matching capacitor, the case has two systems of internal contact pads and a metallization layer both on its outer surface and on the inner surface, with the exception of the areas occupied by the outer contact pads and matching capacitors, while the metallization layer forms a closed loop, electrically connected with a system of grounded internal contact pads. Usually, a pair of metal electrodes, for example, of silver, with certain dimensions and design thickness, are sprayed onto the surface of a piezoelectric plate, which determine the frequency of point resonators, the separation of normal frequencies and the magnitude of the dynamic resistance. When the size of the monolithic filter is reduced, difficulties arise in connection with the need to reduce the length of the piezoelectric element and maintain a minimum value of the introduced attenuation; the possibilities of adjusting the filter are also limited.
Известен способ тонкой настройки монолитного кристаллического фильтра (US 4343827, МПК H03H 9/00, H01P 11/00, H03H 3/00, опубл. 10.08.1982 г.), принятый за прототип, заключающийся в настройке фильтра, имеющего сплошной электрод на одной стороне кристаллической пластины и пару раздельных электродов на противоположной стороне пластины для образования двух резонаторов, и заключающийся в последовательном осаждении электродного материала сначала на выбранную часть сплошного электрода (преимущественно на половину) уравновешивая резонансные частоты разомкнутной цепи фильтра, а затем наносят дополнительный слой материала на всю поверхность сплошного электрода для настройки фильтра на желаемую частоту среднего диапазона. В прототипе вакуумным напылением осуществляется окончательная настройка пьезоэлемента фильтра второго порядка, уже смонтированного в корпус. Напыление ведется только со стороны сплошного электрода через перемещаемые маски-отверстия. К недостаткам данного метода настройки можно отнести то, что способ применим для настройки достаточно больших электродов, размером в несколько миллиметров, так как перемещаемые маски не примыкают близко к пьезоэлементу и сам пьезоэлемент имеет позиционные погрешности монтажа в корпус, что приводит к подпылению металла на другие области электрода. Таким образом, способ не пригоден для высокочастотных пьезоэлементов с размерами электродов менее миллиметра. Кроме того, данный способ предназначен только для выравнивания частот резонаторов, настройки разноса частот и окончательной настройки частоты и не позволяет изменить полосу пропускания.There is a known method of fine tuning a monolithic crystal filter (US 4343827, IPC H03H 9/00, H01P 11/00, H03H 3/00, publ. 08/10/1982), taken as a prototype, which consists in setting up a filter having a solid electrode on one side of the crystal plate and a pair of separate electrodes on the opposite side of the plate to form two resonators, and consists in sequential deposition of the electrode material first on the selected part of the solid electrode (mainly by half), balancing the resonant frequencies of the open filter circuit, and then applying an additional layer of material to the entire surface solid electrode to tune the filter to the desired midrange frequency. In the prototype, the final adjustment of the second-order filter piezoelectric element, already mounted in the housing, is carried out by vacuum deposition. Spraying is carried out only from the side of the solid electrode through movable mask holes. The disadvantages of this tuning method include the fact that the method is applicable for tuning sufficiently large electrodes, several millimeters in size, since the movable masks do not adjoin close to the piezoelectric element and the piezoelectric element itself has positional errors of installation in the case, which leads to dusting of the metal to other areas electrode. Thus, the method is not suitable for high-frequency piezoelectric elements with electrode sizes less than a millimeter. In addition, this method is only intended for equalizing the resonator frequencies, adjusting the frequency spacing and final tuning the frequency, and does not allow changing the bandwidth.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении возможностей настройки пьезоэлемента, в частности в обеспечении регулирования (увеличение или уменьшение) полосы пропускания фильтра без изменения величины зазора между электродами.The technical result, which the invention is aimed at, is to expand the possibilities of tuning the piezoelectric element, in particular, to ensure regulation (increase or decrease) of the filter passband without changing the size of the gap between the electrodes.
Указанный технический результат в части способа предварительной настройки пьезоэлемента фильтра достигается тем, что осуществляют напыление электродов на пьезоэлектрическую пластину пьезоэлемента и нанесение дополнительного слоя материала электрода на выбранную часть электрода, при этом производят напыление электродов с частотным понижением в несколько раз, затем выполняют нанесение дополнительного слоя материала в виде узких полос с понижением частоты до номинальной. Дополнительный слой материала на пьезоэлемент с разделенными электродами наносят со стороны зазора между электродами или по краю, противоположному зазору между электродами. Дополнительный слой материала на пьезоэлемент со сплошным электродом наносят по центру сплошного электрода или по краям.The specified technical result in terms of the method for presetting the piezoelectric element of the filter is achieved by the fact that the electrodes are deposited on the piezoelectric plate of the piezoelectric element and an additional layer of electrode material is applied to the selected part of the electrode, while the electrodes are sprayed with a frequency decrease several times, then an additional layer of material is applied in the form of narrow bands with frequency reduction to the nominal. An additional layer of material is applied to the piezoelectric element with separated electrodes from the side of the gap between the electrodes or along the edge opposite to the gap between the electrodes. An additional layer of material is applied to a piezoelectric element with a solid electrode in the center of the solid electrode or along the edges.
Указанный технический результат в части устройства достигается тем, что в монолитном пьезоэлектрическом фильтре, содержащем корпус с двумя системами контактных площадок, одна из которых предназначена для подачи и снятия высокочастотного сигнала, а другая предназначена для заземления, по меньшей мере один пьезоэлемент, представляющий собой пьезоэлектрическую пластину с нанесенными на нее электродами, достигается за счет того, что на электроды нанесен дополнительный слой материала в виде узких полос. При этом, если в фильтр установлено два и более пьезоэлемента, точки соединения каждых соседних пьезоэлементов соединены между собой электрически и механически при помощи перемычки. Дополнительный слой материала на пьезоэлементе, содержащем разделенные электроды, выполнен со стороны зазора между электродами или по краю, противоположному зазору между электродами.The specified technical result in part of the device is achieved by the fact that in a monolithic piezoelectric filter containing a housing with two systems of contact pads, one of which is intended for supplying and removing a high-frequency signal, and the other is intended for grounding, at least one piezoelectric element, which is a piezoelectric plate with electrodes deposited on it, is achieved due to the fact that an additional layer of material is applied to the electrodes in the form of narrow stripes. Moreover, if two or more piezoelectric elements are installed in the filter, the connection points of each adjacent piezoelectric elements are electrically and mechanically connected to each other using a jumper. An additional layer of material on a piezoelectric element containing separated electrodes is made from the side of the gap between the electrodes or along the edge opposite to the gap between the electrodes.
Дополнительный слой материала на пьезоэлементе, содержащем сплошной электрод, выполнен по центру сплошного электрода или по краям.An additional layer of material on a piezoelectric element containing a solid electrode is made in the center of the solid electrode or along the edges.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен монолитный пьезоэлектрический фильтр в металлостеклянном корпусе;The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a monolithic piezoelectric filter in a metal-glass housing;
на фиг. 2 - монолитный пьезоэлектрический фильтр в металлокерамическом корпусе для поверхностного монтажа;in fig. 2 - monolithic piezoelectric filter in a cermet case for surface mounting;
на фиг. 3 - пьезоэлемент фильтра с разделенными электродами;in fig. 3 - piezoelectric filter with separated electrodes;
- 1 037878 на фиг. 4 - пьезоэлемент фильтра со сплошным электродом.- 1 037878 in Fig. 4 - piezoelectric filter with a solid electrode.
Монолитный пьезоэлектрический фильтр размещен в корпусе 1, имеющем разъемное соединение с крышкой (на фигурах не показана), и содержит размещенный в корпусе 1 по меньшей мере один пьезоэлемент 2, выполненный в виде пьезоэлектрической пластины с нанесенными на нее с обеих сторон электродами 3 (см. фиг. 1, 2). При этом на электроды 3 нанесен дополнительный слой материала 4, из которого выполнены электроды 3, в виде узких полос (на фиг. 1 и 2 условно не показан). На фиг. 3 показан пьезоэлемент 2 с разделенными электродами 3, при этом дополнительный слой материала 4 может быть нанесен в зоне межэлектродного зазора или по внешним краям электродов 3 (на фиг. 3 показаны оба варианта). Нанесение дополнительного слоя материала 4 на внешние края электродов 3 позволяет получить, в случае необходимости, узкую полосу пропускания, нанесение на области, примыкающие к межэлектродному зазору, напротив, позволяет увеличить полосу пропускания.The monolithic piezoelectric filter is placed in the housing 1, which has a detachable connection with the cover (not shown in the figures), and contains at least one piezoelectric element 2 located in the housing 1, made in the form of a piezoelectric plate with electrodes 3 applied to it on both sides (see. Fig. 1, 2). In this case, an additional layer of material 4 is applied to the electrodes 3, from which the electrodes 3 are made, in the form of narrow strips (not shown in Figs. 1 and 2). FIG. 3 shows a piezoelectric element 2 with separated electrodes 3, while an additional layer of material 4 can be applied in the area of the interelectrode gap or along the outer edges of the electrodes 3 (both options are shown in Fig. 3). The deposition of an additional layer of material 4 on the outer edges of the electrodes 3 makes it possible to obtain, if necessary, a narrow bandwidth, the application to the areas adjacent to the interelectrode gap, on the contrary, allows an increase in the bandwidth.
На фиг. 4 показан пьезоэлемент 2 фильтра, содержащий электроды 3, выполненные в виде сплошного электрода, на который нанесен дополнительный слой материала 4, напыляемый по центру сплошного электрода напротив межэлектродного зазора расположенного с обратной стороны пьезоэлемента 2.FIG. 4 shows a piezoelectric element 2 of a filter, containing electrodes 3, made in the form of a solid electrode, on which an additional layer of material 4 is applied, sprayed in the center of the solid electrode opposite the interelectrode gap located on the reverse side of the piezoelectric element 2.
В случаях, когда в корпус 1 установлено более одного пьезоэлемента 2, для компенсации разрыва связи между соседними резонаторами точки соединения каждой пары соседних пьезоэлементов 2 соединены электрически и механически при помощи перемычки 5. На фиг. 1 и 2 показаны контактные площадки 6 подачи/съема высокочастотного сигнала, контактные площадки 7 заземления, токопроводящий элемент крепления 8 и внутренняя металлизация 9 корпуса 1.In cases where more than one piezoelectric element 2 is installed in the housing 1, in order to compensate for the break in the connection between adjacent resonators, the connection points of each pair of adjacent piezoelectric elements 2 are electrically and mechanically connected by means of a jumper 5. In FIG. 1 and 2 show contact pads 6 for supplying / removing a high-frequency signal, contact pads 7 for grounding, conductive attachment element 8 and internal metallization 9 of housing 1.
На корпусе 1 выполнена система контактных площадок 6, 7 (внешних и внутренних), часть из которых служит для передачи высокочастотного сигнала, а другая часть - для заземления. Для преобразования электрического сигнала в механические колебания и обратно в электрические колебания определенной частоты, с двух сторон пьезоэлементов 2 нанесены электроды 3, образующие резонаторы. Контактные площадки резонаторов смонтированы с помощью токопроводящих элементов крепления 8 на контактные площадки 6 подачи/съема высокочастотного сигнала и контактные площадки 7 заземления.On the housing 1, a system of contact pads 6, 7 (external and internal) is made, some of which are used for transmitting a high-frequency signal, and the other part for grounding. To convert an electrical signal into mechanical vibrations and back into electrical vibrations of a certain frequency, electrodes 3 are applied on both sides of the piezoelectric elements 2, forming resonators. The contact pads of the resonators are mounted using conductive fastening elements 8 on the contact pads 6 for supplying / removing the high-frequency signal and the contact pads 7 for grounding.
Монолитный пьезоэлектрический фильтр работает следующим образом.Monolithic piezoelectric filter works as follows.
Входной сигнал подается на внешнюю контактную площадку входа (входящую в систему контактных площадок 6 подачи/съема высокочастотного сигнала), связанную с электродом 3 входа. В подэлектродной области возникают колебания с частотой, соответствующей основному колебанию сдвига по толщине, и устанавливается сдвиговая стоячая волна. При определенном зазоре между электродами 3 у резонаторов, расположенных на одном пьезоэлементе 2, возникает электроакустическая связь, за счет которой происходит передача сдвиговых колебаний входного резонатора в подэлектродную область выходного резонатора. За счет большой массы металла в области межэлектродного зазора, вызванной нанесением дополнительного слоя материала 4 в виде полосы, происходит увеличение полосы пропускания. Если фильтр содержит в своем составе только один пьезоэлемент 2, то сигнал с выходного резонатора поступает на внешнюю контактную площадку выхода сигнала (входящую в систему контактных площадок подачи/съема высокочастотного сигнала). В случае если в состав фильтра входит более одного пьезоэлемента 2, точки соединения каждой пары соседних элементов 2 соединены электрически и механически при помощи перемычки 5. Пьезоэлементы 2 в местах, где установлена перемычка 5, не крепятся на корпус 1, тем самым обеспечивается минимальная емкость связи. Далее происходят аналогичные преобразования высокочастотного сигнала до выхода фильтра (внешней контактной площадки выхода).The input signal is applied to an external input pad (included in the RF signal input / output pad 6 system) associated with the input electrode 3. In the subelectrode region, oscillations occur with a frequency corresponding to the main oscillation of the shear along the thickness, and a shear standing wave is established. At a certain gap between the electrodes 3, the resonators located on one piezoelectric element 2 have an electroacoustic coupling, due to which the shear oscillations of the input resonator are transferred to the sub-electrode region of the output resonator. Due to the large mass of metal in the region of the interelectrode gap, caused by the deposition of an additional layer of material 4 in the form of a strip, an increase in the bandwidth occurs. If the filter contains only one piezoelectric element 2, then the signal from the output resonator goes to the external contact pad of the signal output (included in the system of contact pads for supplying / removing the high-frequency signal). If the filter includes more than one piezoelectric element 2, the connection points of each pair of adjacent elements 2 are electrically and mechanically connected by means of a jumper 5. Piezoelements 2 in the places where jumper 5 is installed are not attached to the housing 1, thereby ensuring the minimum communication capacitance ... Further, similar transformations of the high-frequency signal take place before the filter output (external contact pad of the output).
Внутренняя металлизация 9 корпуса 1 служит для получения высокой величины гарантированного затухания фильтра.Internal metallization 9 of the housing 1 serves to obtain a high value of the guaranteed attenuation of the filter.
Известно, что максимальное значение полосы пропускания монолитных фильтров ограничены, прежде всего, пьезоэлектрическими свойствами применяемых материалов. Традиционные максимальные значения полос пропускания монолитных кварцевых фильтров не превышают 0,3%, а для фильтров на танталате лития 4% от номинальной частоты. Но и эти значения полос пропускания труднодостижимы. Это объясняется тем, что с расширением полосы пропускания емкость связи между соседними пьезоэлементами 2 стремится к нулевым значениям, но невозможно получить требуемые малые или нулевые значения емкостей связи между соседними пьезоэлементами 2, так как проходные изоляторы и монтажные площадки в металлостеклянных корпусах (фиг. 1) или контактные площадки металлокерамического корпуса (фиг. 2) образуют собственную так называемую монтажную емкость, равную (2-4) пФ. Традиционно решением этой проблемы была замена емкостей связи на индуктивность, например установка катушек индуктивности, но такое решение ведет к существенному увеличению габаритов корпусов фильтров. Для обеспечения в монолитном пьезоэлектрическом фильтре минимальной емкости между точками соединения (горячими точками) соседних пьезоэлементов 2 предлагается убрать крепление на корпус в этом месте (оставив его в трех точках), а точки соединения соседних пьезоэлементов 2 соединить электрически и механически при помощи перемычек 5. В этом случае для получения максимальной полосы пропускания достаточно введения индуктивности во внешнюю цепь согласования фильтра (заменив RC-цепи согласования на LC-цепи), что не повлечет за собой необходимости менять конструкцию и габариты фильтра.It is known that the maximum value of the passband of monolithic filters is limited, first of all, by the piezoelectric properties of the materials used. Traditional maximum passbands of monolithic quartz filters do not exceed 0.3%, and for lithium tantalate filters 4% of the nominal frequency. But even these bandwidths are difficult to achieve. This is due to the fact that with the expansion of the bandwidth, the coupling capacitance between adjacent piezoelectric elements 2 tends to zero values, but it is impossible to obtain the required small or zero values of the coupling capacities between adjacent piezoelements 2, since the bushings and mounting pads in metal-glass cases (Fig. 1) or the contact pads of the cermet body (Fig. 2) form their own so-called mounting capacitance, equal to (2-4) pF. Traditionally, the solution to this problem was to replace the coupling capacities with inductance, for example, the installation of inductors, but this solution leads to a significant increase in the dimensions of the filter housings. To ensure a minimum capacitance in a monolithic piezoelectric filter between the connection points (hot spots) of adjacent piezoelectric elements 2, it is proposed to remove the mount on the case at this place (leaving it at three points), and connect the connection points of adjacent piezoelectric elements 2 electrically and mechanically using jumpers 5. В In this case, to obtain the maximum bandwidth, it is sufficient to introduce inductance into the external matching circuit of the filter (replacing the RC matching circuits with LC circuits), which does not entail the need to change the design and dimensions of the filter.
Так как для преобразования электрического сигнала в механические колебания и обратно в электрические колебания определенной частоты необходимо напылить с двух сторон пьезоэлектрическойSince to convert an electrical signal into mechanical vibrations and back into electrical vibrations of a certain frequency, it is necessary to spray on both sides of the piezoelectric
- 2 037878 пластины электроды 3, то необходимо определить величину, на которую необходимо сделать тоньше пьезоэлектрическую пластину, чтобы в сумме с толщиной напыленных электродов 3 пьезоэлемент 2 позволял получить номинальную частоту.- 2 037878 plate electrodes 3, then it is necessary to determine the amount by which it is necessary to make the piezoelectric plate thinner, so that, in total with the thickness of the deposited electrodes 3, piezoelectric element 2 makes it possible to obtain the nominal frequency.
Толщина напыляемого слоя металла определятся расчетным параметром AF, называемым частотным понижением или степенью частотного понижения. Этот параметр зависит от материала пьезоэлектрической пластины, углов среза, размеров электрода, номинальной частоты, толщины пластины, направления передачи частотного сигнала и т.д. Фактически частотное понижение определяет максимальное количество металла (нагрузочную массу), которое может быть нанесено на электроды 3 без ухудшения добротности, динамического сопротивления, величины подавления паразитных резонансов у данного пьезоэлемента 2.The thickness of the sprayed metal layer is determined by a design parameter AF, called the frequency reduction or the degree of frequency reduction. This parameter depends on the material of the piezoelectric plate, cut angles, electrode dimensions, nominal frequency, plate thickness, direction of transmission of the frequency signal, etc. In fact, the frequency reduction determines the maximum amount of metal (load mass) that can be applied to the electrodes 3 without deteriorating the quality factor, dynamic resistance, and the amount of suppression of parasitic resonances for this piezoelectric element 2.
С ростом номинальных частот фильтров и с увеличением полос пропускания усложняется процесс настройки пьезоэлементов традиционными способами - механическим шлифованием или ионноплазменным травлением определенных областей электродов [1, 2]. С одной стороны, размеры электродов с увеличением номинальных частот уменьшились с нескольких миллиметров до долей миллиметров и величина частотного понижения уже не позволяет вести настройку в широких пределах. С другой стороны, увеличение полосы пропускания ограничено величиной межэлектродного зазора. Чем шире полоса пропускания, тем меньше должен быть зазор. Существуют технологические ограничения по получению малых зазоров. Так, при лазерном способе изготовления масок для напыления электродов можно достичь величины зазора 0,08 мм, при изготовлении масок способом фотолитографии 0,03 мм, но такие перемычки легко обрываются и подвержены эффекту подпыления, приводящему к смыканию электродов. Объединение электродов с одной стороны пластины в один сплошной электрод позволяет несколько расширить полосу пропускания на 10-20%.With an increase in the nominal filter frequencies and an increase in passbands, the process of tuning piezoelectric elements by traditional methods becomes more complicated - mechanical grinding or ion-plasma etching of certain areas of the electrodes [1, 2]. On the one hand, the dimensions of the electrodes with an increase in the nominal frequencies decreased from several millimeters to fractions of a millimeter, and the magnitude of the frequency reduction no longer allows tuning within wide limits. On the other hand, the increase in bandwidth is limited by the size of the interelectrode gap. The wider the bandwidth, the smaller the gap should be. There are technological limitations for obtaining small clearances. So, with the laser method of manufacturing masks for sputtering electrodes, a gap of 0.08 mm can be achieved, while making masks by the photolithography method, 0.03 mm, but such bridges are easily broken off and are subject to the effect of dusting, leading to the closure of the electrodes. Combining the electrodes on one side of the plate into one solid electrode allows you to slightly expand the bandwidth by 10-20%.
Способ предварительной настройки пьезоэлемента фильтра осуществляется следующим образом.The method of preliminary adjustment of the filter piezoelectric element is carried out as follows.
Теоретически относительная величина частотного понижения не превышает значения 0,04 [1] и толщина пьезоэлектрической пластины определяется как t = К/ (Fo + AF), где t - толщина пьезоэлектрической пластины;Theoretically, the relative value of the frequency reduction does not exceed 0.04 [1] and the thickness of the piezoelectric plate is determined as t = K / (F o + AF), where t is the thickness of the piezoelectric plate;
F0 - номинальная частота фильтра;F0 - nominal filter frequency;
ΔF - частотное понижение (степень понижения по частоте) под напыление;ΔF - frequency reduction (the degree of frequency reduction) for spraying;
K - частотный коэффициент, зависящий от материала и угла среза пьезоэлектрической пластины.K is the frequency coefficient depending on the material and the cut angle of the piezoelectric plate.
На первом этапе производят вакуумное напыление электродов 3 на пьезоэлектрическую пластину с помощью многопозиционных масок с частотным понижением, равным (3-4)ΔF. To есть толщина пьезоэлектрической пластины определяется как t = К/ (Fo + (3-4)AF).At the first stage, electrodes 3 are vacuum deposited onto a piezoelectric plate using multi-position masks with a frequency reduction equal to (3-4) ΔF. That is, the thickness of the piezoelectric plate is defined as t = K / (Fo + (3-4) AF).
Далее производят напыление с помощью многопозиционных масок, имеющих щелевые зазоры с понижением частоты до номинальной не по всей площади электродов 3, а только в областях, примыкающих к межэлектродному зазору (см. фиг. 3) или в области межэлектродного зазора со стороны сплошного электрода 3 (см. фиг. 4).Next, spraying is carried out using multi-position masks having slot gaps with decreasing frequency to the nominal not over the entire area of electrodes 3, but only in areas adjacent to the interelectrode gap (see Fig. 3) or in the area of the interelectrode gap from the side of the solid electrode 3 ( see Fig. 4).
Затем выполняют окончательную настройку традиционным способом, например ионноплазменным травлением и др.Then, the final adjustment is performed in a traditional way, for example, ion-plasma etching, etc.
Поэтапный ступенчатый метод напыления позволяет существенно увеличить полосу пропускания фильтра (примерно на 20-25%) без чрезмерного уменьшения межэлектродного зазора. Например, при межэлектродном зазоре 0,08 мм можно достигнуть такой же полосы пропускания, как при зазоре 0,02 мм, который известными способами получить невозможно. За счет того что на втором этапе напыление металла ведется в очень узкой области, нагрузочная масса напыляемого металла увеличивается незначительно, и такое 3-4-кратное превышение частотного понижения не ведет, как показали эксперименты, к существенному ухудшению добротности пьезоэлемента, ухудшению динамического сопротивления или к существенному росту паразитных резонансов. Например, для фильтра на частоту 10,7 МГц с полосой пропускания 800 Гц величина вносимого затухания не превышает величины 2-3 дБ.The step-by-step step-by-step method of sputtering can significantly increase the filter bandwidth (by about 20-25%) without excessively reducing the interelectrode gap. For example, with an interelectrode gap of 0.08 mm, the same bandwidth can be achieved as with a gap of 0.02 mm, which cannot be obtained by known methods. Due to the fact that at the second stage metal spraying is carried out in a very narrow region, the load mass of the sprayed metal increases insignificantly, and such a 3-4-fold excess of the frequency decrease does not lead, as experiments have shown, to a significant deterioration of the figure of merit of the piezoelectric element, deterioration of the dynamic resistance or to significant increase in parasitic resonances. For example, for a 10.7 MHz filter with a bandwidth of 800 Hz, the insertion loss does not exceed 2-3 dB.
Достоинством способа является то, что он носит групповой характер. Подстройка ведется на тех же установках, что и обычное напыление электродов только со сменой масок. Данным способом можно так же при необходимости и сужать полосу пропускания, осуществляя напыление через щелевые маски на области, примыкающие к внешним краям электродов.The advantage of this method is that it is of a group nature. The adjustment is carried out on the same installations as for conventional sputtering of electrodes, only with a change of masks. In this way, it is also possible, if necessary, to narrow the passband by spraying through slit masks on the areas adjacent to the outer edges of the electrodes.
Литература.Literature.
1. Кантор В.М. Монолитные пьезоэлектрические фильтры. М., Связь, 1977 г.1. Kantor V.M. Monolithic piezoelectric filters. M., Communication, 1977
2. Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов. Справочное пособие под ред. Б.Ф. Высоцкого и В.В. Дмитриева. М., Радио и связь, 1985 г.2. Integral piezoelectric filtering and signal processing devices. Reference manual, ed. B.F. Vysotsky and V.V. Dmitrieva. M., Radio and communication, 1985
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201891993A EA037878B1 (en) | 2018-10-03 | 2018-10-03 | Monolithic piezoelectric filter and method for pre-tuning a piezoelement of a filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201891993A EA037878B1 (en) | 2018-10-03 | 2018-10-03 | Monolithic piezoelectric filter and method for pre-tuning a piezoelement of a filter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201891993A1 EA201891993A1 (en) | 2020-04-30 |
| EA037878B1 true EA037878B1 (en) | 2021-05-31 |
Family
ID=70483864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201891993A EA037878B1 (en) | 2018-10-03 | 2018-10-03 | Monolithic piezoelectric filter and method for pre-tuning a piezoelement of a filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA037878B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU700914A1 (en) * | 1976-12-17 | 1979-11-30 | Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Профессора М.А.Бонч-Бруевича | Method of manufacturing monolithic piezoelectric filter |
| WO1998054836A1 (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-03 | Cts Corporation | Surface micromachined acoustic wave piezoelectric crystal |
| RU2373636C1 (en) * | 2008-10-02 | 2009-11-20 | Игорь Александрович Тисленко | Piezoelectric filter |
-
2018
- 2018-10-03 EA EA201891993A patent/EA037878B1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU700914A1 (en) * | 1976-12-17 | 1979-11-30 | Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Профессора М.А.Бонч-Бруевича | Method of manufacturing monolithic piezoelectric filter |
| WO1998054836A1 (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-03 | Cts Corporation | Surface micromachined acoustic wave piezoelectric crystal |
| RU2373636C1 (en) * | 2008-10-02 | 2009-11-20 | Игорь Александрович Тисленко | Piezoelectric filter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201891993A1 (en) | 2020-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7321183B2 (en) | Film bulk acoustic resonator and method for manufacturing the same | |
| JPWO2010001522A1 (en) | Band stop filter | |
| US7327205B2 (en) | Demultiplexer and surface acoustic wave filter | |
| WO2012162972A1 (en) | Balanced radio frequency electrically tunable band-pass filter with constant absolute bandwidth | |
| US20060214747A1 (en) | Single-port multi-resonator acoustic resonator device | |
| JP2015139217A (en) | Resonator filter device having narrow passband | |
| KR101789206B1 (en) | Band rejection filter comprising a serial connection of at least two pi-elements | |
| KR20190025038A (en) | Seismic wave device and manufacturing method thereof | |
| US20220173718A1 (en) | Surface acoustic wave resonator, filter, manufacturing method thereof, and communication device | |
| US20030098761A1 (en) | Piezoelectric filter, communication device, and method for manufacturing communication device | |
| WO2019150689A1 (en) | Filter device, high-frequency front end circuit, and communication apparatus | |
| US5327109A (en) | Block filter having high-side passband transfer function zeroes | |
| EA037878B1 (en) | Monolithic piezoelectric filter and method for pre-tuning a piezoelement of a filter | |
| US20060103494A1 (en) | Electronically tunable comb-ring type RF filter | |
| EP1126603A2 (en) | Thin film resonator filter | |
| KR100703719B1 (en) | Filter coupled by the conductive plates with a curved surface | |
| CN115603701B (en) | Surface acoustic wave filter and method of forming surface acoustic wave filter | |
| US4839618A (en) | Monolithic crystal filter with wide bandwidth and method of making same | |
| CN113541635B (en) | High-linearity phase film bulk acoustic wave filter based on phase disturbance layer | |
| KR100287361B1 (en) | PIEZOELECTRIC CERAMIC FILTER CIRCUIT AND PIEZOELECTRIC CERAMIC FILTER | |
| JP3825736B2 (en) | Thin film piezoelectric resonator and high frequency filter | |
| JP6866454B2 (en) | PCB-structured wideband filter to minimize signal phase balance | |
| Nam et al. | Reconfigurable transfer function BST acoustic wave lumped element resonator filters | |
| US5075651A (en) | VHF wide-bandwidth low impedance monolithic crystal filter having bridged electrodes | |
| WO2018079284A1 (en) | Ladder type filter, duplexer, and elastic wave filter apparatus |