KR20000071594A - 압전 공진자, 압전 부품 및 래더 필터 - Google Patents

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KR20000071594A
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piezoelectric
resonator
electrode
ladder filter
resonators
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KR1020000018148A
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야마모토다카시
후나키히로후미
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무라타 야스타카
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 강도를 저하시키지 않고 또한 압전판에 사용하는 압전 재료를 변화시키지 않고, 단자간 용량만을 크게 할 수 있는 압전 공진자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 의하면, 두께 방향으로 분극된 복수개의 압전판 및 복수개의 전극막을 번갈아 적층하여 적층체를 형성한다. 전극막은 1층마다 반대 방향으로 편위되도록 배치된다. 적층체의 양 단면의 중앙부에 위치하는 절점에는 단면 전극을 형성한다. 제 1의 한 쌍의 전극막을 제 1 단면 전극에 의하여 서로 전기적으로 접속하고, 나머지 쌍의 전극막을 다른 단면 전극에 의하여 서로 전기적으로 접속한다.

Description

압전 공진자, 압전 부품 및 래더 필터{Piezoelectric Resonator, Piezoelectric Component, and Ladder Filter}
본 발명은 압전 공진자에 관한 것으로, 특히 확산 진동(extensional vibration)을 이용한 압전 공진자에 관한 것이고, 또한 본 발명은 압전 부품 및 래더 필터에 관한 것으로, 특히 표면 실장용의 압전 부품 및 래더 필터에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 래더 필터에 관한 것으로, 특히 확산 진동을 이용한 압전 공진자를 사용한 래더 필터에 관한 것이다.
확산 진동을 이용한 종래의 압전 공진자(1)의 구조를 도 1에 나타낸다. 이 압전 공진자(1)는 두께 "T"가 되도록 압전판(2)을 연마하고, 그 압전판(2)의 양 주면에 전극막(3a, 3b)을 형성하고, 분극 처리에 의하여 압전판(2)을 그 두께 방향으로 분극시킨 것이다. 압전 공진자(1)의 두께를 "T", 변의 길이를 "L1" 및 "L2"라 할 때, 이 압전 공진자(1)의 단자간 용량(전극간 용량) "Cf"는 다음의 식(1)과 같다.
Cf = (ε0·εS·L1·L2)/T …(1)
단, ε0: 진공중의 유전율, εS: 압전판의 비유전율
또한, 이 확산 진동의 압전 공진자(1)의 공진 주파수 "fr"는, L1≒L2의 조건하에서는, 다음의 식(2)와 같다.
fr = V/L1 …(2)
단, V는 압전판(2)에서 전파되는 파동의 속도로서, 약 2,000m/sec이다. 따라서, 식(2)에 의하면, 소망하는 공진 주파수 "fr"이 결정되면, 압전 공진자(1)의 변길이 "L1"="L2"가 결정된다.
따라서, 소정의 공진 주파수 "fr"하에서 압전 공진자(1)의 단자간 용량 "Cf"를 크게 하고자 하면, 상기 식(1)에 따라서, 비유전율 "εS"이 큰 압전 재료를 선택하거나, 또는 압전판(2)의 두께 "T"를 얇게 해야만 한다.
그러나, 압전판(2)으로서 사용되는 압전 재료의 비유전율 "εS"을 크게 하면, 압전 품질 계수 "Qm" 및 전기기계 변환 계수 "k" 등의 다른 압전 정수도 변화하므로, 다른 압전 정수를 변화시키지 않고 단자간 용량 "Cf"만을 크게 할 수는 없다. 한편, 압전판(2)의 두께 "T"를 너무 얇게 하면, 낙하시 등의 외부 충격에 대하여 압전 공진자(1)가 깨지기 쉬워지기 때문에, 압전판(12)의 두께를 얇게 하는 방법에서는 한계가 있었다. 경험적으로는, L1≒L2≒4.5㎜(fr=450㎑)인 경우에서, 강도 한계시의 두께 "T"는 약 300㎛이다.
표면 실장용의 래더 필터로서 사용되는 압전 부품이, 일본국 특허공개 평8-18382호 공보 및 특허공개 평7-176977호 공보에 개시되어 있다. 이들 압전 부품은 복수의 압전 공진자와 금속 단자를 수직 방향으로 일렬로 번갈아 적층한 것을 케이스내에 수납하고, 케이스의 외부에서 금속 단자의 리드부를 절곡함으로써 단면 전극을 형성한 것이다.
그러나, 이들 압전 부품에서는, 외형의 두께가 커지며, 기판에 실장하였을 때에 압전 부품이 기판의 표면으로부터 많이 돌출된다. 이 때문에, 박형의 기기에 사용하는 회로 기판에 사용하는 것이 곤란하며, 또한 기기의 박형화에 방해가 된다.
또한, 이들 압전 부품에서는, 필요한 금속 단자의 수가 많아진다. 예를 들면, 압전 부품이 4개의 압전 공진자를 포함하는 경우에는, 4∼5개의 금속 단자가 필요하다. 따라서, 재료비가 상승함과 아울러 조립 공정수가 많아지며, 그 결과 압전 부품의 비용이 상승한다.
일반적인 4소자형(2단) 래더 필터(201)의 회로도를 도 14에 나타낸다. 이 래더 필터(201)는 입력 단자(202)와 출력 단자(203)사이에 직렬로 접속된 2개의 직렬 공진자(204S, 205S)와, 각 직렬 공진자(204S, 205S)의 출력측과 접지 사이에 각각 삽입된 2개의 병렬 공진자(206P, 207P)를 포함한다. 실제의 부품으로서의 래더 필터에서는, 2개의 직렬 공진자와 2개의 병렬 공진자를 단자판을 사이에 두고 수직적으로 포개고, 이것을 케이스의 단면 개구로부터 케이스내에 삽입하여 수납하고 있다(예를 들면, 일본국 실용신안 공개 평4-76724호 공보).
이와 같은 래더 필터의 보증 감쇠량 "ATT0"은 직렬 공진자(204S, 205S)의 단자간 용량을 "CfS0", 병렬 공진자(206P, 207P)의 단자간 용량을 "CfP0"라 할 때, 다음의 식(3)으로 표현된다.
ATT0= 2×20Log(CfS0/CfP0) …(3)
종래의 확산 진동을 이용한 직렬 공진자(204S, 205S) 및 병렬 공진자(206P, 207P)는 도 15에 나타낸 바와 같이, 모두 정방형으로 가공된 압전판(208)의 양면에 전극(209)을 형성한 것이다. 직렬 공진자(204S, 205S)의 변길이를 "LS", 두께를 "TS", 비유전율을 "εS", 진공중의 유전율을 "ε0"라 하면, 직렬 공진자(204S, 205S)의 단자간 용량 "CfS0"는 다음의 식(4)로 표현된다.
CfS0= (ε0·εS·LS 2)/TS…(4)
마찬가지로, 병렬 공진자(206P, 207P)의 변길이를 "LP", 두께를 "TP", 비유전율을 "εP", 진공중의 유전율을 "ε0"라 하면, 병렬 공진자(206P, 207P)의 단자간 용량 "CfP0"는 다음의 식(5)로 표현된다.
CfP0= (ε0·εP·LP 2)/TP…(5)
따라서, 상기 식(4) 및 식(5)을 상기 식(3)에 대입하면, 보증 감쇠량 "ATT0"는 다음의 식(6)으로 표현된다.
ATT0= 2×20Log〔(εS·LS 2·TP)/(εP·LP 2·TS)〕 …(6)
게다가, 직렬 공진자(204S, 205S)의 공진 주파수와 병렬 공진자(206P, 207P)의 공진 주파수는 모두 그 크기(변길이 LS및 LP)에 의해 결정된다. 소망 주파수의 래더 필터를 구성하는 경우에는, 직렬 공진자(204S, 205S)와 병렬 공진자(206P, 207P)의 크기는 동일하게 되므로(LS=LP), 보증 감쇠량 "ATT0"(＜0)은 다음의 식(7)로 표현된다.
ATT0= 2×20Log〔(εS·TP)/(εP·TS)〕 …(7)
따라서, 보증 감쇠량 ATT0(절대값)을 크게 하기 위해서는, 직렬 공진자(204S, 205S)의 비유전율 "εS"를 작게 함과 아울러 병렬 공진자(206P, 207P)의 비유전율 "εP"를 크게 할 필요가 있다. 또한, 직렬 공진자(204S, 205S)의 두께 "TS"를 크게 함과 아울러, 병렬 공진자(206P, 207P)의 두께 "TP"를 작게 할 필요가 있다.
그러나, 압전 품질 계수 "Qm", 전기기계 결합 계수 "k" 및 온도 특성 등의 다른 압전 특성을 고려하면, 직렬 공진자(204S, 205S)와 병렬 공진자(206P, 207P)는 동일한 압전 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 비유전율 "εS" 및 "εP"만을 기준으로 하여 직렬 공진자(204S, 205S)와 병렬 공진자(206P, 207P)의 압전 재료를 개별적으로 선택하는 것은 곤란하다.
또한, 병렬 공진자(206P, 207P)의 두께 "TP"가 얇아지면, 강도가 약해져서 소자 자체의 파괴(크랙)가 생길 우려가 있으며, 직렬 공진자(204S, 205S)의 두께 "TS"가 두꺼워지면, 래더 필터 자체가 무거워지고 커진다.
종래의 래더 필터에서는, 상기와 같은 설계상의 제약이 있으며, 이 때문에 보증 감쇠량 "ATT0"을 자유롭게 설계할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 확산 진동을 이용한 압전 공진자의 평면도 및 측면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시형태에 따른 압전 공진자의 사시도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 도 2에 나타낸 압전 공진자의 평면도, 측면도 및 정면도이다.
도 4는 다른 구조를 갖는 압전 공진자를 나타낸 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 공진자를 나타낸 사시도이다.
도 6은 다른 구조를 갖는 압전 공진자를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시형태에 따른 래더 필터로서, 베이스를 케이스로부터 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 래더 필터의 베이스를 제외한 조립도이다.
도 9는 도 8의 래더 필터에 있어서, 한쪽의 단자 전극을 케이스내에 수납한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 10은 상기 래더 필터에 사용되는 직렬 공진자의 사시도이다.
도 11은 상기 래더 필터에 사용되는 병렬 공진자의 사시도이다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 각각 도 11의 병렬 공진자의 평면도, 측면도 및 정면도이다.
도 13은 상기 래더 필터의 회로도이다.
도 14는 2단 래더 필터를 나타낸 회로도이다.
도 15는 종래의 래더 필터에 사용되는 직렬 공진자 및 병렬 공진자의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 한 실시형태에 따른 래더 필터의 내부 구조를 나타낸 정면도이다.
도 17은 도 16의 래더 필터의 케이스를 제외한 구조를 나타낸 조립도이다.
도 18은 도 16의 래더 필터에 사용되는 케이스 및 뚜껑을 나타낸 사시도이다.
도 19는 도 16의 래더 필터에 사용되는 직렬 공진자의 사시도이다.
도 20은 도 16의 래더 필터에 사용되는 병렬 공진자의 사시도이다.
도 21a, 도 21b 및 도 21c는 각각 도 20의 병렬 공진자의 평면도, 측면도 및 정면도이다.
상술한 기술적 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 강도를 저하시키지 않고 또한 압전판에 사용하는 압전 재료를 변화시키지 않고, 단자간 용량만을 크게 할 수 있는 압전 공진자를 제공하는데 있다.
또한, 상술한 기술적 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 목적은 복수의 압전 소자를 포함하는 압전 부품 또는 복수의 직렬 공진자와 병렬 공진자를 포함하는 래더 필터로서, 표면 실장용에 적합한 박형의 압전 부품 또는 래더 필터를 제공하는데 있다.
게다가, 상술한 기술적 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 목적은 보증 감쇠량이 큰 래더 필터, 특히 직렬 공진자와 병렬 공진자를 동일한 압전 재료에 의해 대략 동일한 두께로 형성하면서 보증 감쇠량을 크게 할 수 있는 래더 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 압전 공진자는, 확산 진동을 이용한 압전 공진자로서, 복수의 압전판; 및 복수의 전극막;을 포함하며, 상기 복수의 압전판과 상기 복수의 전극막을 번갈아 적층하여 일체화하고, 상기 복수의 전극막의 일부를 서로 전기적으로 접속하고, 나머지 전극막을 서로 전기적으로 접속한 것을 특징으로 한다.
이 압전 공진자에 있어서는, 확산 모드로 진동하는 소자가 압전판과, 압전판의 양면에 형성된 전극막을 포함하며, 이 소자를 복수개 적층하여 압전 공진자를 구성하고 있으므로, 압전판의 크기 및 압전 재료를 변화시키지 않고, 단자간 용량을 크게 할 수 있다.
또한, 이 압전 공진자에 있어서는, 압전 공진자는 복수의 압전판을 일체적으로 적층한 구조를 가지므로, 압전판의 두께를 얇게 하여 단자간 용량을 크게 하더라도, 압전판이 깨지기 어렵다. 따라서, 각 압전판을 얇게 함으로써, 압전 공진자의 강도를 저하시키지 않고, 압전 공진자의 단자간 용량을 더욱 크게 할 수 있다.
바람직하게는, 압전 공진자는, 상기 복수의 압전판과 상기 복수의 전극막을 적층하여 형성된 적층체의 외주면에 있어서의 절점(nodal points)에 형성한 복수의 단면 전극을 더 포함하며, 상기 복수의 전극막의 일부를 상기 복수의 단면 전극의 일부에 의하여 서로 전기적으로 접속하고, 나머지 전극막을 상기 복수의 단면 전극의 다른 일부에 의하여 서로 전기적으로 접속한다.
이 압전 공진자에 있어서는, 적층체의 외주면에 있어서의 절점에 단면 전극을 형성하고 있으므로, 이 단면 전극에 의하여 압전판의 확산 진동이 억제되기 어려워진다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 압전 부품은, 복수의 압전판; 및 케이스;를 포함하며, 상기 복수의 압전판을 상기 케이스내에 평면형상으로 배치하는 것을 특징으로 한다.
이 압전 부품(래더 필터를 포함)에 있어서는, 복수의 판형상의 압전 소자를 평면 형상으로 케이스내에 배치하고 있으므로, 압전 부품을 박형화할 수 있다. 따라서, 회로 기판 등에 실장하였을 때, 실장 높이가 높아지지 않으며, 기기의 박형화에도 공헌한다. 또한, 압전 소자를 평면 형상으로 배치함으로써, 금속 단자의 구조도 간단히 할 수 있으며, 필요한 금속 단자의 수를 줄일 수가 있다.
이 압전 부품에 있어서, 상기 복수의 압전판이 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다.
이 압전 부품에 있어서는, 복수의 압전 소자가 모두 거의 동일한 두께를 가지므로, 압전 소자를 케이스내에 배치하였을 때에 불필요한 공간이 생기기 어려우며, 따라서 압전 부품의 박형화에 효과적이다. 또한, 각 압전 소자의 두께가 거의 동일하므로, 단자와 함께 조립할 때의 조립성도 향상된다.
본 발명의 제 3 양태에 따른 래더 필터는, 판형상의 직렬 공진자; 전극들이 두께 방향으로 적층된 구조를 갖는 판형상의 병렬 공진자; 및 케이스;를 포함하며, 상기 판형상의 병렬 공진자 및 상기 판형상의 병렬 공진자를 상기 케이스내에 평면 형상으로 배치하는 것을 특징으로 한다.
이 래더 필터에 있어서는, 판형상의 직렬 공진자와 판형상의 병렬 공진자를 평면 형상으로 케이스내에 배치하고 있으므로, 래더 필터를 박형화할 수 있다. 따라서, 회로 기판 등에 실장하였을 때에, 실장 높이가 높아지지 않으며, 기기의 박형화에도 공헌한다. 또한 래더 필터를 평면 형상으로 배치함으로써 금속 단자의 구조도 간단히 할 수 있으며, 필요한 금속 단자의 수를 줄일 수가 있다.
게다가, 병렬 공진자는 전극들이 두께 방향으로 적층된 구조를 가지므로, 압전 재료를 변화시키거나 병렬 공진자의 두께를 얇게 하지 않고, 병렬 공진자의 단자간 용량을 크게 할 수 있으며, 그 결과 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따른 래더 필터는, 직렬 공진자; 및 전극들 사이에 압전판을 개재하여 전극들을 두께 방향으로 적층한 구조를 갖는 병렬 공진자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 래더 필터에 있어서는, 병렬 공진자가 전극들 사이에 압전판을 개재하여 전극들을 두께 방향으로 적층한 구조를 가지므로, 병렬 공진자의 두께를 얇게 하지 않고, 전극간의 거리를 짧게 할 수 있으며, 이에 따라서 병렬 공진자의 단자간 용량을 크게 할 수 있다. 따라서, 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다. 특히, 직렬 공진자와 병렬 공진자를 동일한 압전 재료로 형성하면서, 병렬 공진자의 단자간 용량을 직렬 공진자의 단자간 용량보다도 크게 하고, 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 하는 것이 가능해진다.
바람직하게는, 래더 필터는 상기 병렬 공진자의 진동의 절점에 형성한 단면 전극을 더 포함하며, 상기 단면 전극에 의하여 상기 전극들을 서로 접속한다.
이 래더 필터에 있어서는, 병렬 공진자의 진동의 절점에 형성한 단면 전극에 의하여 상기 전극들을 서로 접속하고 있으므로, 각 전극간 정전 용량을 단면 전극에 의하여 병렬로 접속함으로써, 병렬 공진자의 단자간 용량을 더욱 크게 할 수 있다. 게다가, 단면 전극을 진동의 절점에 형성하고 있으므로, 병렬 공진자의 압전 진동이 억제되기 어렵다.
이 래더 필터에 있어서, 상기 직렬 공진자의 두께는 상기 병렬 공진자의 두께와 대략 동일하게 할 수 있다.
이 래더 필터에 의하면, 직렬 공진자와 병렬 공진자의 두께를 동일하게 하면서, 병렬 공진자의 단자간 용량을 직렬 공진자의 단자간 용량보다도 크게 하여, 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다. 그리고, 직렬 공진자와 병렬 공진자의 두께를 거의 동일하게 하면, 종래와 같이 보증 감쇠량을 크게 하기 위하여 병렬 공진자의 두께를 얇게 한 경우 깨지기 쉬워지는 문제, 또는 직렬 공진자의 두께를 두껍게 한 경우 래더 필터가 무거워지거나 커지는 문제가 생기지 않는다. 또한, 직렬 공진자와 병렬 공진자의 두께를 거의 동일하게 하면, 래더 필터의 조립을 간단히 할 수 있다.
(바람직한 실시형태의 설명)
도 2는 본 발명의 한 실시형태에 따른 확산 진동을 이용한 압전 공진자(11)를 나타낸 사시도, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 그 평면도, 측면도 및 정면도이다. 이 압전 공진자(11)에 있어서는, 압전 세라믹으로 형성되는 홀수층의 압전판(12)과 짝수층의 전극막(13a, 13b, 13c, 13d)을 번갈아 적층하여 적층체가 형성된다. 각 압전판(12)은 동일한 변의 길이 "L1" 및 "L2", 동일한 두께 "t"를 가지고 있으며, 두께 방향으로 분극처리되어 있으며, 확산 모드의 압전 진동을 발생하도록 되어 있다. 각 압전판(12)의 분극 방향은 도 3b에 화살표로 나타낸 바와 같이 번갈아 반대 방향으로 되어 있는데, 모두 동일한 방향으로 분극해도 된다. 적층된 전극막 중에서, 외측의 2층의 전극막은 표면 전극(13a, 13d)이며, 압전판(12) 사이에 끼워진 전극막은 내부 전극(13b, 13c)이다. 표면 전극(13a, 13d) 및 내부 전극(13b, 13c)은 1층마다 반대 방향으로 편위(偏位)되도록 배치된다. 즉 표면 전극(13a) 및 1층 거른 내부 전극(13c)은 적층체의 제 1 단면에 이르러 있지만, 다른쪽 단면으로부터는 떨어져 있다. 다른쪽 표면 전극(13d) 및 1층 거른 내부 전극(13b)은 적층체의 다른쪽 단면에 이르러 있지만, 제 1 단면으로부터는 떨어져 있다.
적층체의 양 단면의 중앙에 위치하는 절점(확산 진동의 노드)에는, 단면 전극(14a, 14b)이 형성된다. 한쪽 단면 전극(14a)에 의하여 한쪽 표면 전극(13a)과 내부 전극(13c)이 서로 전기적으로 접속되며, 다른쪽 단면 전극(14b)에 의하여 다른쪽 표면 전극(13d)과 내부 전극(13b)이 서로 전기적으로 접속된다. 이와 같이 적층체의 절점에 단면 전극(14a, 14b)을 형성함으로써, 압전 공진자(11)의 여진시에 압전판(12)에 발생하는 확산 진동이 억제되기 어려워진다.
이와 같은 적층 구조의 압전 공진자(11)는, 압전판(12)의 적층판의 수가 "n"인 경우, 도 1에 나타낸 단일판의 압전 공진자(11)를 "n"개 병렬로 접속한 것과 등가이므로, 이 압전 공진자(11)의 단자간 용량 "Cf"은 다음의 식(8)로 표현된다.
Cf = n(ε0·εS·W1·W2)/t …(8)
단, "t"는 압전판(12)의 두께, W1(≤L1) 및 W2(≤L2)는 전극막이 서로 포개져 있는 영역의 변길이, ε0는 진공중의 유전율, εS은 압전판(12)의 비유전율이다.
도 1에 나타낸 단일판 구조의 압전 공진자(1)와 도 2에 나타낸 적층 구조의 압전 공진자(11)를 고려하여, 양 압전 공진자(1, 11)의 외형 사이즈(L1, L2)와 압전 재료(즉 비유전율 "εS")가 동일하다고 가정한다. 또한, 전극막은 압전판(12)의 거의 전면에 형성되어 있으며, L2≒W2, L1=W1이다고 가정한다. 양 압전 공진자(1, 11)의 두께가 동일하기 때문에, 압전 공진자(1)의 두께 "T"와 압전 공진자(11)의 두께 "t"의 사이에는, "T=nt"의 관계가 있다. 따라서, 식(1)과 식(8)을 비교하면, "n"장의 압전판(12)을 적층한 압전 공진자(11)에서는, 단일판 구조의 압전 공진자(1)에 비하여 n2배의 단자간 용량 "Cf"을 얻을 수가 있다. 예를 들면, 3장의 압전판(12)을 적층한 압전 공진자(11)에서는, 동일한 사이즈를 갖는 단일판 구조의 압전 공진자(1)와 비교하여 9배의 단자간 용량 "Cf"를 얻을 수가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 압전 공진자(11)에 있어서, 압전 공진자(11)의 공진 주파수 및 다른 압전 특성을 변화시키지 않고 큰 단자간 용량 "Cf"를 얻을 수가 있다. 게다가, 압전판(12)의 두께를 1/n배로 하더라도, 일체적으로 적층되므로, 압전판(12)이 깨지기 어렵다.
게다가, 표면 전극(13a, 13d)은 도 4에 나타낸 압전 공진자(15)에서와 같이, 압전판(12)의 주면 전체에 형성하여도 된다. 이 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 적층체의 단면에 형성한 단면 전극(14a)은, 단면에 있어서 표면 전극(13d)과 접촉하지 않도록 적층체의 한쪽 표면으로부터 물러나게 하고, 단면 전극(14b)은 단면에 있어서 표면 전극(13a)과 접촉하지 않도록 적층체의 다른쪽 표면 전극으로부터 물러나게 할 필요가 있다.
제 1 실시형태에서는, 홀수층의 압전판과 짝수층의 전극막에 의하여 적층체를 형성하였으나, 짝수층의 압전판과 홀수층의 압전막에 의하여 적층체를 형성하여도 된다. 도 5에 나타낸 압전 공진자(16)는 후자의 경우의 실시형태이며, 적층체의 제 1 단면에 형성된 제 1 단면 전극(18a)에 의하여 표면 전극(17a, 17c)을 서로 접속한다. 또한, 이 실시형태에서는, 제 1 단면 전극(18a)을 제 1 단면의 전면에 형성하고, 다른쪽 단면 전극(18b)을 절점의 위치에만 형성하고 있으나, 양쪽 단면 전극(18a, 18b)을 단면의 전면에 형성해도 되고, 양쪽 단면 전극(18a, 18b)을 절점의 위치에만 형성하여도 된다.
또한, 도 6에 나타낸 압전 공진자(19)와 같이, 표면 전극(17a, 17b)의 폭 "W1"을 압전판(12)의 폭 "L1"보다도 좁게 하여 부분 전극으로 해도 된다. 이것은 압전판(12)이 짝수층인 경우이어도 되고, 홀수층인 경우이어도 된다. 어느 경우든지, 압전 공진자(19)의 단자간 용량 "Cf"는 상기 식(8)로 표현된다. 이와 같이 표면 전극(17a, 17c)의 폭 "W1"을 압전판(12)의 폭 "L1"보다도 작게 하면, 표면 전극(17a, 17c)의 폭 "W1"에 의하여 단자간 용량 "Cf"의 값을 자유로이 조정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시형태에 따른 래더 필터를 나타낸 사시도로서, 압전 소자인 직렬 공진자(114S, 115S) 및 병렬 공진자(116P, 117P)를 수납한 케이스(118)로부터 베이스(119)를 분리한 상태를 나타낸다. 또한, 도 8은 케이스(118)내의 직렬 공진자(114S, 115S) 및 병렬 공진자(116P, 117P)와 단자 부품(20, 21)을 분리하여 나타낸 사시도이다. 도 7 및 도 8에 있어서, 케이스(118)는 저면을 위로 한 상태를 나타낸다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 래더 필터에 있어서는, 2개의 직렬 공진자(114S, 115S)와 2개의 병렬 공진자(116P, 117P)를 케이스(118)내에 수납하고, 단자 부품(120, 121)에 의해 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)를 서로 전기적으로 접속한다.
먼저, 여기에 사용되고 있는 직렬 공진자(114S, 115S)의 구조와 병렬 공진자(116P, 117P)의 구조를 설명하겠다. 직렬 공진자(114S, 115S)는 도 10에 나타낸 바와 같이, 압전 세라믹으로 형성되는 직사각형의 압전판(122) 및 이 압전판(122)의 양 주면에 형성된 전극막(123)을 포함하며, 두께 방향으로 분극처리가 실시되어 있어서, 확산 모드의 압전 진동을 발생한다.
또한, 병렬 공진자(116P, 117P)는 도 11 및 도 12a, 도 12b, 도 12c에 나타낸 바와 같은 구조를 가지고 있다. 이 병렬 공진자(116P, 117P)에 있어서는, 압전 세라믹으로 형성되는 홀수층의 직사각형 압전판(124)과 짝수층의 전극막(125a, 125b, 125c, 125d)을 번갈아 적층하여 적층체가 형성된다. 각 압전판(124)은 두께 방향으로 분극처리가 실시되어 있으며, 확산 모드의 압전 진동을 발생한다. 각 압전판(124)의 분극 방향은 도 12b에서 화살표로 나타낸 바와 같이 번갈아 반대 방향으로 되어 있으나, 모두 동일한 방향으로 분극되어도 된다. 적층된 전극막 중에서, 외측의 2층의 전극막은 표면 전극(125a, 125b)이며, 압전판(124)사이에 끼워진 전극막은 내부 전극(125b, 125c)이다. 표면 전극(125a, 125b) 및 내부 전극(125b, 125c)은 1층 마다 반대 방향으로 편위되도록 배치된다. 즉, 표면 전극(125a) 및 1층 거른 내부 전극(125c)은, 적층체의 제 1 단면에 이르러 있으나, 다른쪽 단면으로부터는 떨어져 있다. 다른쪽 표면 전극(125d) 및 1층 거른 내부 전극(125b)은 적층체의 다른쪽 단면에 이르러 있으나, 제 1 단면으로부터는 떨어져 있다.
적층체의 양 단면의 중앙에 위치하는 절점(확산 진동의 노드)에는, 단면 전극(126a, 126b)이 형성된다. 제 1 단면 전극(126a)에 의하여 제 1 표면 전극(125a)과 내부 전극(125c)이 서로 전기적으로 접속되며, 다른쪽 단면 전극(126b)에 의하여 다른쪽 표면 전극(125d)과 내부 전극(125b)이 서로 전기적으로 접속된다. 이와 같이 적층체의 절점 위치에 단면 전극(126a, 126b)을 형성함으로써, 병렬 공진자(116P, 117P)의 여진시에 압전판(124)에 발생하는 확산 진동이 억제되기 어려워진다. 병렬 공진자(116P, 117P)는 압전판(124)이 적층된 것외에, 일체 소결된 것이어도 된다.
이와 같은 적층 구조의 병렬 공진자(116P, 117P)를 사용하면, 직렬 공진자(114S, 115S)와 다른 압전 재료를 사용하지 않고, 또는 직렬 공진자(114S, 115S)와 다른 크기로 하지 않고, 병렬 공진자(116P, 117P)의 단자간 용량을 크게 할 수 있다. 따라서, 병렬 공진자(116P, 117P)의 단자간 용량에 대한 직렬 공진자(114S, 115S)의 단자간 용량의 비를 크게 할 수 있으며, 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다. 또한 각 압전판(124)의 두께는 얇게 하더라도 병렬 공진자(116P, 117P)의 전체 두께는 변하지 않으므로, 병렬 공진자(116P, 117P)의 강도가 약해지지 않는다. 예를 들면, "1/n"의 두께를 갖는 압전판(124)을 "n"장 사용하여 적층 구조의 병렬 공진자(116P, 117P)를 형성한 경우에는, 그 단자간 용량은 n2배로 커지며, 그 결과 래더 필터의 보증 감쇠량도 n2배로 커진다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 케이스(118)의 저면에는, 2개의 직렬 공진자(114S, 115S)와 2개의 병렬 공진자(116P, 117P)를 평면형상으로 배치하여 수용하기 위한 오목부(131)가 형성된다. 오목부(131)는 프레임부(130)에 의하여 둘러싸여져 있다. 오목부(131)의 내부 벽면(프레임(130)의 내면)에는, 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)를 위치결정하기 위한 돌출부(132)가 돌출형성되어 있으며, 게다가 오목부(131)의 천정면에도 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)를 위치결정하기 위한 돌출판(133)이 돌출형성되어 있다. 또한 이 돌출판(133)은 단자 부품(120, 121)을 위치결정하는 작용도 하고 있다.
제 1 단자 부품(121)은 공진자의 약 3배의 면적을 갖는 평판형상을 하고 있으며 대략 L자형으로 형성되어 있으며, 상면에 형성된 3개의 돌기부(136, 137, 138) 및 이 돌기부(136, 137, 138)사이에 형성되며 돌출판(133)이 통과하는 개구(134, 135)를 포함한다. 다른쪽 단자 부품(120)은 공진자의 약 2배의 면적을 가지며, 서로 다른 높이를 가짐과 아울러 양측에 배치되는 평판부(139, 141) 및 이 평판부(139, 141)를 서로 연결하는 경사판(140)을 포함한다. 이 단자 부품(120)의 제 1 평판부(139)의 하면과 다른쪽 평판부(141)의 상면에는 각각 돌기부(142, 144)가 형성되어 있으며, 경사판(140)에는 돌출판(133)이 통과하는 개구(143)가 형성되어 있다.
따라서, 조립시에 있어서는, 평판 형상을 한 단자 부품(121)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 개구(134, 35)에 돌출판(133)을 통과하도록 하여 케이스(118)의 오목부(131)내에 수납된다. 이어서, 단자 부품(121)상에 2개의 직렬 공진자(114S, 115S)와 1개의 병렬 공진자(117P)를 배치한다. 이 때, 2개의 직렬 공진자(114S, 115S) 및 병렬 공진자(117P)는 프레임(130)의 내주에 위치하는 돌출부(132) 및 돌출판(133)에 의하여 위치결정된다. 그 후, 개구(143)에 돌출판(133)을 통과하고, 한쪽 평판부(139)를 직렬 공진자(114S)에 포개어, 단자 부품(120)을 케이스(118)내에 수납한다. 그 후, 도 7에 나타낸 바와 같이 다른쪽 평판부(141)상에 나머지 병렬 공진자(116P)를 포갠다. 이 병렬 공진자(116P)도 프레임(130)의 내주에 위치하는 돌출부(132) 및 돌출판(133)에 의하여 위치결정된다.
직렬 공진자(114S, 115S) 및 병렬 공진자(116P, 117P)를 위치결정하고 있는 돌출부(132) 및 돌출판(133)은, 각 공진자의 진동의 절점인 외주면의 각 변 중앙부에서 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)에 접촉하고 있으며, 따라서 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)의 확산 진동이 억제되기 어렵다.
베이스(119)는 유리 에폭시 수지 기판 또는 알루미나 기판에 의해 형성된 기판(145) 및 이 기판(145)의 상면 및 하면 등에 형성된 전극부를 포함한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 기판(145)의 상면에는 동박 또는 도전 페이스트 등을 베이킹하여 입력 전극부(146), 출력 전극부(148) 및 접지 전극부(150)가 형성된다. 입력 전극부(146) 및 접지 전극부(150)의 각 공진자의 중앙부와 대향하는 위치에는 도전 페이스트 또는 도전성 접착제 등을 인쇄 또는 디스펜서 등에 의하여 부착시킴으로써 돌기부(147, 149, 151)가 형성된다. 또한, 돌기부(147, 149, 151)의 높이가 불규칙적이면 전기적 접촉 불량을 야기할 수 있으므로, 연마에 의하여 동등한 높이로 정렬한다. 베이스(119)의 하면에는 상면과 마찬가지로 하여 입력 전극부, 출력 전극부 및 접지 전극부가 형성된다(도시하지 않음). 상면 및 하면의 입력 전극부, 출력 전극부 및 접지 전극부는 관통 구멍을 이용하여 형성된 측면 전극(52)에 의하ㅣ여 각각 서로 전기적으로 접속된다.
직렬 공진자(114S, 115S), 병렬 공진자(116P, 117P) 및 단자 부품(120, 121)이 수납된 케이스(118)의 프레임부(130)의 하면에 접착제를 도포한 후, 베이스(119)의 상면측을 아래로 한 상태에서 베이스(119)를 케이스(118)에 포개고; 베이스(119)의 상측으로부터 압력을 가하여 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)를 케이스(118), 단자 부품(120, 121) 및 베이스(119)사이에 탄성적으로 끼워넣고; 그 상태에서 가열하여 접착제를 경화시키고; 프레임(130)의 하면과 베이스(119)를 접착제로 접합함으로써 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)를 베이스(119)와 케이스(118) 사이에 봉지한다.
이와 같이 하여 베이스(119)를 케이스(118)에 접합하면, 베이스(119)의 돌기부중에서, 입력 전극부(146)에 형성된 돌기부(147)는 직렬 공진자(115S)의 주면에 탄성적으로 접촉하고; 출력 전극부(148)는 단자 부품(120)의 평판부(139)에 탄성적으로 접촉하고; 접지 전극부(150)의 돌기부(149, 151)는 각각 양 병렬 공진자(116P, 117P)의 주면에 접촉한다. 또한, 입력측의 직렬 공진자(115S)는 입력 전극부(146)의 돌기부(147)와 단자 부품(121)의 돌기부(137)에 의하여 공진자의 주면 중앙부가 지지되고; 출력측의 직렬 공진자(114S)는 단자 부품(120)의 돌기부(142)와 단자 부품(121)의 돌기부(136)에 의하여 공진자의 주면 중앙부가 지지되고; 병렬 공진자(116P, 117P)는 접지 전극부(150)의 돌기부(149, 151)와 단자 부품(120, 121)의 돌기부(144, 138)에 의하여 공진자의 주면 중앙부가 지지된다.
이 결과, 직렬 공진자(114S, 115S) 및 병렬 공진자(116P, 117P)는 래더형으로 접속되며, 래더 필터(111)가 얻어진다. 즉 도 13에 나타낸 바와 같이, 2개의 직렬 공진자(114S, 115S)가 입력 단자(112)(입력 전극부)와 출력 단자(113)(출력 전극부) 사이에 직렬로 접속되며, 2개의 병렬 공진자(116P, 117P)는 각각 직렬 공진자(114S, 115S)의 출력측과 접지 사이에 각각 삽입된다. 이와 같은 래더 필터는 예를 들면 통신 장치의 세컨드 IF 필터로서 사용되는 경우, 종래에는 450kHz까지에 사용되는 것만을 제조하였으나, 본 발명에 따르면, 종래의 것의 2배인 900kHz까지에 사용되는 고주파 필터(예를 들면 600∼1000kHz)를 실현할 수 있다.
이와 같이 하여 제작된 래더 필터는 부품으로서 사용하는 경우에는, 베이스(119)를 아래로 케이스(118)을 위로 하여 사용되며, 베이스(119)의 하면이 회로 기판 등에 실장된다.
이 래더 필터는 이와 같이 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)를 평면형상으로 배치한 구조를 가지므로, 박형화(예를 들면, 제품 높이가 2㎜이하)할 수 있다. 게다가, 종래의 래더 필터 등은 케이스의 개구 부분을 봉지 수지로 봉지하는 구조로 되어 있으므로, 봉지 수지를 충전하기 위한 공간이 큰 용적을 차지하여, 래더 필터가 커졌다. 그러나, 상기 래더 필터는 케이스(118)에 베이스(119)를 접합하는 구조로 되어 있으므로, 더욱 박형화가 달성된다. 이와 같이 하여 박형화를 실현한 래더 필터를 회로 기판 등에 실장한 경우, 실장 높이를 낮게 할 수 있으며, 기기의 박형화에도 기여한다.
또한, 케이스(18)내에 직렬 공진자(114S, 115S)와 병렬 공진자(116P, 117P)를 배치함으로써 필터를 조립할 수 있으며, 종래와 같이 적층할 필요가 없으므로, 자동 조립에도 적합하다.
게다가, 4소자의 래더 필터의 경우, 종래의 필터에서는 단자 부품이 4∼5개 필요하였으나, 본 발명에 따른 래더 필터에서는, 각 공진자(114S, 115S, 116P, 117P)를 평면형상으로 배치함으로써 단지 2개의 단자 부품을 가지면 충분하다. 또한, 본 발명에 따른 래더 필터에서는, 단자 부품의 형상도 간략화된다. 이 결과, 래더 필터의 비용이 저렴해짐과 아울러, 조립도 용이하게 할 수 있다.
게다가, 종래의 래더 필터에서는, 금속 단자의 리드부를 벤딩하여 단면 전극을 형성하고 있으므로, 금속 단자의 벤딩 불량이 발생하기 쉬우며, 이 때문에 실장시에 솔더링 불량이 발생하기 쉬웠다. 그러나, 본 발명에 따른 래더 필터에서는, 베이스의 하면에 전극부를 도전막으로 형성하고 있으므로, 래더 필터의 하면(실장면)의 평면성이 향상되며, 표면 실장시에 솔더링 불량이 발생하기 어렵다.
게다가, 상기 실시형태에서는, 래더 필터를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 래더 필터에 한정되는 것은 아니며, 래더 필터 이외에도 표면 실장용의 각종 압전 부품에 응용할 수 있다.
도 16은 본 발명의 한 실시형태에 따른 래더 필터(211)의 내부 구조를 나타낸 정면도로서, 케이스(212)로부터 뚜껑(213)을 떼낸 상태를 나타내고 있다. 또한 도 17은 내부에 수납되어 있는 직렬 공진자(214S, 215S), 병렬 공진자(216P, 217P) 및 4개의 단자(218, 219, 220, 221)의 구조를 나타낸 사시도이다. 도 18은 케이스(212)와 그 뚜껑(213)을 나타낸 사시도이다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 래더 필터(211)에 있어서는, 2개의 직렬 공진자(214S, 215S)와 2개의 병렬 공진자(216P, 217P)를 케이스(212)내에 수납하고, 단자(218∼221)에 의해 각 공진자(214S, 215S, 216P, 217P)를 서로 전기적으로 접속함으로써, 도 14에 나타낸 것과 유사한 회로인 2단 구성의 래더 필터가 구성된다.
먼저, 여기에 사용되고 있는 직렬 공진자(214S, 215S)의 구조와 병렬 공진자(216P, 217P)의 구조를 설명하겠다. 직렬 공진자(214S, 215S)는 도 19에 나타내 바와 같이, 압전 세라믹으로 형성되는 직사각형의 압전판(222) 및 이 압전판(222)의 양 주면의 중앙부에 형성된 전극막(223)을 포함하는 에너지 구금형(energy-enclosing-type)의 공진자로 되어 있으며, 두께 방향으로 분극처리가 실시되어 있으며, 확산 모드의 압전 진동을 발생한다.
이와 같은 직렬 공진자(214S, 215S)에서는, 그 단자간 용량 "CfS"는 다음의 식(9)로 표현된다.
CfS= (ε0·εS·WS 2)/T …(9)
단, "T"는 압전판(222)의 두께, "WS"는 전극막(223)의 변길이(단, 직렬 공진자의 변길이를 LS라 하면, WS≤LS), "ε0"는 진공중의 유전율, "εS"는 압전판(222)의 비유전율이다.
또한, 병렬 공진자(216P, 217P)는 도 20 및 도 21a, 도 21b 및 도 21c에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는다. 이 병렬 공진자(216P, 217P)에 있어서는, 압전 세라믹으로 형성되는 홀수층의 직사각형 압전판(224)과 짝수층의 전극막(225a, 225b, 225c, 225d)을 번갈아 적층하여 적층체가 형성된다. 각 압전판(224)은 모두 두께 방향으로 분극 처리가 실시되어 있으며, 확산 모드의 압전 진동을 발생한다. 각 압전판(224)의 분극 방향은 도 21b에서 화살표로 나타낸 바와 같이 번갈아 반대 방향으로 되어 있으나, 모두 동일한 방향으로 분극하여도 된다. 적층된 전극막 중에서, 외측의 2층의 전극막은 표면 전극(225a, 225d)이며, 압전판(224)사이에 끼워진 전극막은 내부 전극(225b, 225c)이다. 표면 전극(225a, 225d) 및 내부 전극(225b, 225c)은 1층마다 반대 방향으로 편위되도록 배치된다. 즉 표면 전극(225a) 및 1층 거른 내부 전극(225c)은 적층체의 제 1 단면에 이르러 있으나, 다른쪽 단면으로부터는 떨어져 있다. 다른쪽 표면 전극(225d) 및 1층 거른 내부 전극(225b)은 적층체의 다른쪽 단면에 이르러 있으나, 제 1 단면으로부터는 떨어져 있다. 또한, 병렬 공진자(216P, 217P)는 일체적으로 소성된 것이어도 된다.
적층체의 양 단면의 중앙부에 위치하는 절점(확산 진동의 노드)에는, 단면 전극(226a, 226b)이 형성된다. 한쪽 단면 전극(226a)에 의하여 한쪽 표면 전극(225a)과 내부 전극(225c)이 서로 전기적으로 접속되며, 다른쪽 단면 전극(226b)에 의하여 다른쪽 표면 전극(225d)과 내부 전극(225b)이 서로 전기적으로 접속된다. 이와 같이 적층체의 절점에 단면 전극(226a, 226b)을 형성함으로써, 병렬 공진자(216P, 217P)의 여진시에 압전판(224)에 발생하는 확산 진동이 억제되기 어려워진다.
이와 같은 적층 구조의 병렬 공진자(216P, 217P)의 단자간 용량 "Cfp"은, 압전판(224)의 적층판의 수가 "n"이라고 하면, 다음의 식(10)으로 표현된다.
CfP= n(ε0·εP·WP1·WP2)/t …(10)
단, "t"는 압전판(224)의 두께, "WP1" 및 "WP2"는 전극막(225a∼225d)이 서로 포개져 있는 영역의 변길이(단, 병렬 공진자의 변길이를 "LP"라 하면, WP1≤LP, WP2≤LP), "ε0"는 진공중의 유전율, "εS"는 압전판(224)의 비유전율이다.
도 15에 나타낸 바와 같은 구조의 직렬 공진자(204S, 205S)와 도 19에 나타낸 바와 같은 직렬 공진자(214S, 215S)를 고려하여, 양 직렬 공진자(204S, 205S, 214S, 215S)의 외형 사이즈(예를 들면 LS≒2.2㎜)와 압전 재료(즉 비유전율 "εS")가 동일하다고 가정한다. 또한, 양 직렬 공진자(204S, 205S, 214S, 215S)의 두께 "T"도 동일하다고 가정한다. 따라서, 본 발명에 따른 직렬 공진자(214S, 215S)의 단자간 용량 "CfS"와 종래의 직렬 공진자(204S, 205S)의 단자간 용량 "CfS0"의 비는, 다음의 식(11)로 표현된다.
CfS/CfS0= (WS/LS)2…(11)
따라서, 이와 같은 구조의 직렬 공진자(214S, 215S)에 의하면, 압전판(224)의 크기 "LS", 두께 "T" 및 압전 재료를 변화시키지 않고, 작은 단자간 용량 "CfS"를 얻을 수가 있다.
또한, 도 15에 나타낸 바와 같은 구조의 병렬 공진자(206P, 207P)와 도 20에 나타낸 바와 같은 병렬 공진자(216P, 217P)를 고려하여, 양 병렬 공진자(206P, 207P, 216P, 217P)의 외형 사이즈(예를 들면, LP≒2.3㎜)와 압전 재료(즉 비유전율 "εP")가 동일하다고 가정한다. 또한 전극막(225a∼225d)은 압전판(224)의 거의 전면에 형성되어 있으며, WP2≒LP, WP1=LP라고 가정한다. 양 병렬 공진자(206P, 207P, 216P, 217P)의 두께 "T"(예를 들면, 0.5㎜)가 동일한 경우, 병렬 공진자(216P, 217P)의 두께 "T"와 압전판(224)의 두께 "t"(예를 들면 n=3인 경우에는, t≒0.17㎜) 사이에는, "T=nt"의 관계가 있다. 따라서, 식(5)과 식(10)을 비교하면, "n"장의 압전판(224)을 적층한 병렬 공진자(216P, 217P)의 단자간 용량 "CfP"와 단일판 구조의 병렬 공진자(206P, 207P)의 단자간 용량 "CfP0"의 비는 다음의 식(12)로 표현된다.
CfP/CfP0= n2…(12)
예를 들면, 3장의 압전판(224)을 적층한 병렬 공진자(216P, 217P)에서는, 동일한 사이즈를 갖는 단일판 구조의 병렬 공진자(206P, 207P)와 비교하여 9배의 단자간 용량 "Cf"를 얻을 수가 있다. 따라서, 이와 같은 병렬 공진자(216P, 217P)에 의하면, 병렬 공진자(216P, 217P)의 크기(LP), 두께 "T" 및 압전 재료를 변화시키지 않고, 큰 단자간 용량 "CfP"를 얻을 수가 있다. 게다가, 압전판(224)의 두께를 1/n배가 되도록 하더라도, 일체적으로 적층되므로, 압전판(224)이 깨지기 어렵다.
이 결과, 이와 같은 직렬 공진자(214S, 15S)와 병렬 공진자(216P, 217P)로 형성된 2단 구성의 래더 필터(211)에서는, 종래의 직렬 공진자(204S, 205S)와 병렬 공진자(206P, 207P)로 형성된 래더 필터에 비하여 보증 감쇠량 "ATT"을 크게 할 수 있다. 이 래더 필터(211)의 보증 감쇠량 "ATT"와 종래의 래더 필터의 보증 감쇠량 "ATT0"의 비는 다음의 식(13)으로 표현된다.
ATT/ATT0= 〔WS/(n·LS)〕2…(13)
따라서, 직렬 공진자(214S, 215S)의 전극 면적 "WS×WS"를 압전 기판의 면적 "LS×LS"에 비하여 작게 하고, 병렬 공진자(216P, 217P)의 층수 "n"을 많게 함으로써, 종래의 래더 필터의 보증 감쇠량 "ATT0"보다 큰 보증 감쇠량 "ATT"을 달성할 수 있다.
다음으로, 대략 동일한 크기(LS≒LP)와 대략 동일한 두께(T)를 갖는 2개의 직렬 공진자(214S, 215S)와 2개의 병렬 공진자(216P, 217P)를 포함하는 상기와 같은 구조의 래더 필터를, 케이스(212)내에 콤팩트하게 수납한 구조를 도 16∼도 18을 참조하여 설명하겠다. 이 래더 필터(211)에 있어서는, 2개의 직렬 공진자(214S, 215S)와 2개의 병렬 공진자(216P, 217P)를 4개의 단자, 즉 입력 단자(218), 출력 단자(219), 내부 전극 단자(220) 및 접지 단자(221)에 의하여 서로 접속한다. 출력 단자(219)는 직렬 공진자(215S)과 병렬 공진자(217P)의 폭을 합친 폭을 갖는 전극판(231) 및 이 전극판(231)으로부터 연장된 리드부(232)를 포함한다. 전극판(231)의 상면에는, 양측에 한쌍의 돌기부(233, 234)가 형성된다. 접지 단자(221)는 탄성을 갖도록 2개로 접힌 전극판(235) 및 이 전극판(235)으로부터 연장된 리드부(236)를 포함한다. 전극판(235)의 상면 및 하면에는, 각각 돌기부(237, 238)가 형성된다. 입력 단자(218)는 하면에 돌기부(239)가 형성된 전극판(240) 및 이 전극판(24)으로부터 연장된 리드부(241)를 포함한다. 내부 전극 단자(220)도 직렬 공진자(214S, 215S)와 병렬 공진자(216P, 217P)의 폭을 합친 폭을 가지고 있으며, 좌측의 탄성판부(242)와 우측의 단판부(243)를 포함하며, 이 탄성판부와 단판부는 소자의 두께에 대략 대응하도록 다른 높이를 가지도록 하여, 탄성판부(242)와 단판부(243)를 경사판(244)에 의해 연결한다. 우측의 단판부(243)의 하면에는 돌기부(245)가 형성된다. 좌측의 탄성판부(242)는 2개로 접혀서 있으며, 그 상면과 하면에 각각 돌기부(246, 247)가 형성된다.
따라서, 도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이, 출력 단자(219)의 상면의 양측에 직렬 공진자(215S)와 병렬 공진자(217P)를 배치하고; 우측의 병렬 공진자(217P)상에 접지 단자(221)를 포개고; 다시 접지 단자(221)상에 병렬 공진자(216P)를 포갠다. 또한, 좌측의 직렬 공진자(215S)와 우측 상단의 병렬 공진자(216P)상에는, 각각 내부 전극 단자(220)의 탄성판부(242)와 단판부(243)가 포개진다. 내부 전극 단자(220)의 탄성판부(242)상에는 직렬 공진자(214S)가 포개지며, 그 직렬 공진자(214S)상에는 입력 단자가 포개진다.
이와 같이 하여 단자(218∼221)와 함께 포개진 직렬 공진자(214S, 215S)와 병렬 공진자(216P, 217P)는, 한 단부가 개구된 케이스(212)내에, 그 개구(251)로부터 삽입함으로써 수납된다. 즉 직렬 공진자(214S)는 그 양 주면의 중앙부가 입력 단자(218)의 돌기부(239)와 탄성판부(242)의 돌기부(246)에 의하여 탄성적으로 지지되며; 직렬 공진자(215S)는 탄성판부(242)의 돌기부(247)와 출력 단자(219)의 돌기부(233)에 의하여 탄성적으로 지지된다. 또한, 병렬 공진자(216P)는 그 양 주면의 중앙부가 단판부(243)의 돌기부(245)와 접지 단자(221)의 돌기부(237)에 의하여 탄성적으로 지지되며; 병렬 공진자(217P)는 접지 단자(221)의 돌기부(238)와 출력 단자(219)의 돌기부(234)에 의하여 탄성적으로 지지된다. 이 결과, 2개의 직렬 공진자(214S, 215S)와 2개의 병렬 공진자(216P, 217P)를 조합한 것과 유사한 회로를 얻을 수가 있으며, 2단 구성의 래더 필터(211)가 된다.
케이스(212)의 개구를 막기 위한 뚜껑(213)의 내면에는, 케이스(212)를 직렬 공진자(214S, 215S)측과 병렬 공진자(216P, 217P)측으로 분할하기 위한 칸막이벽(252)이 형성되어 있으며, 칸막이벽(252)에는 내부 전극 단자(220)의 경사판(244)을 통과시키기 위한 슬릿(253)이 형성된다. 또한, 뚜껑(213)에는 각각 입력 단자(218)의 리드부(241), 출력 단자(219)의 리드부(232) 및 접지 단자(221)의 리드부(236)를 통과시키기 위한 구멍(254, 255, 256)이 형성된다. 직렬 공진자(214S, 215S), 병렬 공진자(216P, 217P) 및 단자(218∼221)를 케이스(221)내에 수납한 후, 케이스(212)의 개구(251)에 뚜껑(213)을 부착하고, 예를 들면 봉지용 접착제 등에 의하여 봉지한다. 이렇게 하여, 불필요한 공간이 없는 콤팩트한 구성의 래더 필터(211)를 얻을 수가 있다.
상기와 같은 구조의 래더 필터(211)에서는, 직렬 공진자(214S, 215S)의 두께와 병렬 공진자(216P, 217P)의 두께가, 단자(218∼221)의 두께 방향으로의 변형 범위내에서 대략 동일하므로, 직렬 공진자(214S, 215S)와 병렬 공진자(216P, 217P)의 배치에 대한 제약이 적어지며, 이에 따라서 전기 회로적인 접속만을 고려하면 충분하다. 또한, 병렬 공진자(216P, 217P)의 단자간 용량 "CfP"을 크게 설계할 수 있으므로, 직렬 공진자(214S, 215S)의 두께를 작게 할 수 있으며, 이에 따라서 래더 필터(11)의 전체 크기를 작게 하고, 소형화할 수 있다. 또한, 병렬 공진자(216P, 217P)의 단자간 용량 "CfP"이 커지므로, 래더 필터(211)의 임피던스를 크게 할 수 있다.
구체적으로는, 450kHz의 주파수를 갖는 래더 필터를 설계하는 경우, 종래의 래더 필터에서는, 소망의 보증 감쇠량 "ATT"을 얻기 위하여 소자 두께를 파라미터로 사용하고 있으며, 병렬 공진자의 두께를 크랙 강도의 한계인 약 280㎛이 되도록 결정하고; 소망의 용량비를 얻기 위하여 직렬 공진자의 두께를 약 1200㎛이 되도록결정하고; 직렬 공진자와 병렬 공진자의 두께비가 1200/280≒4.3이 되도록 설계하고 있다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 래더 필터(211)에서는, 직렬 공진자(214S, 215S)와 병렬 공진자(216P, 217P)가 모두 약 500㎛의 대략 동일한 두께를 갖는다. 따라서, 4소자의 2단 구성의 래더 필터에서는, 종래의 것에서는 전체적으로 2960㎛의 두께를 가지고 있었으나, 본 발명의 것에서는 전체적으로 전자의 약 2/3인 약 2000㎛의 두께를 갖도록 설계할 수 있다.
게다가, 직렬 공진자(214S, 215S) 및 병렬 공진자(216P, 17P)의 두께를 모두 약 500㎛이 되도록 결정하였으나, 이것 이하의 두께에서도 문제없다는 것이 확실하다. 이 때, 충격에 대한 크랙 강도의 한계(약 280㎛)이하의 두께가 되지 않도록 하는 것만을 고려하면 충분하다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 압전 공진자가 확산 모드로 진동하는 소자를 복수 적층한 구조를 가지고 있으므로, 압전판의 크기 및 압전 재료를 변화시키지 않고, 단자간 용량을 크게 할 수 있다. 또한, 복수의 압전판을 일체적으로 적층한 구조를 가지고 있으므로, 압전 공진자의 강도를 저하시키지 않고, 압전판의 두께를 얇게 하여 단자간 용량을 크게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 압전 공진자에서는, 압전 공진자의 크기를 크게 하거나 압전 특성을 변화시키지 않고 큰 단자간 용량을 얻을 수가 있다.
압전 공진자에 있어서, 적층체의 외주면에 있어서의 절점에 단면 전극을 형성할 수 있으므로, 전극막을 서로 접속하기 위한 단면 전극에 의하여, 압전판의 확산 진동이 억제되기 어려워진다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 압전 부품에 있어서, 복수의 압전 소자를 평면형상으로 케이스내에 배치하고 있으므로, 압전 부품을 박형화할 수 있다. 따라서, 회로 기판 등에 실장하였을 때, 실장 높이가 높아지지 않으며, 기기의 박형화에도 공헌한다. 또한, 압전 소자를 평면형상으로 배치함으로써 금속 단자의 구조도 간단히 할 수 있으며, 필요한 금속 단자의 수를 줄이는 것도 가능해진다.
압전 부품에 있어서, 복수장의 압전 소자가 모두 대략 동일한 두께를 가질 수 있으므로, 압전 소자를 케이스내에 수납하였을 때에 불필요한 공간이 생기기 어려우며, 압전 부품의 박형화에 효과적이다. 또한, 각 압전 소자의 두께가 대략 동일하므로, 단자와 함께 조립할 때에 조립성이 향상된다.
본 발명의 제 3 양태에 의하면, 래더 필터에 있어서, 직렬 공진자와 병렬 공진자를 평면형상으로 케이스내에 배치하고 있으므로, 래더 필터를 박형화할 수 있다. 따라서, 회로 기판 등에 실장하였을 때, 실장 높이가 높아지지 않으며, 기기의 박형화에도 공헌한다. 또한, 래더 필터를 평면 형상으로 배치함으로써 금속 단자의 구조도 간단히 할 수 있으며, 필요한 금속 단자의 수를 줄일 수가 있다.
게다가, 병렬 공진자는 전극들이 두께 방향으로 적층된 구조를 가지고 있으므로, 압전 재료를 변화시키거나 병렬 공진자의 두께를 얇게 하지 않고 병렬 공진자의 단자간 용량을 크게 할 수 있으며, 그 결과 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 의하면, 래더 필터에 있어서, 병렬 공진자는 전극들 사이에 압전판을 개재하여 전극들이 두께 방향으로 적층된 구조를 가지므로, 병렬 공진자의 두께를 얇게 하지 않고, 전극간의 거리를 짧게 할 수 있으며, 이에 따라서 병렬 공진자의 단자간 용량을 크게 할 수 있다.
따라서, 제 4 양태의 래더 필터에 의하면, 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다. 특히 직렬 공진자와 병렬 공진자를 동일한 압전 재료로 형성하면서, 병렬 공진자의 단자간 용량을 직렬 공진자의 단자간 용량보다 크게 할 수 있으며, 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다.
래더 필터에 있어서, 병렬 공진자의 진동의 절점에 형성한 단면 전극에 의하여 상기 전극들을 서로 접속할 수 있으므로, 각 전극간의 정전 용량을 단면 전극에 의하여 병렬로 접속함으로써, 병렬 공진자의 단자간 용량을 더욱 크게 할 수 있다. 게다가, 단면 전극을 진동의 절점에 형성할 수 있으므로, 병렬 공진자의 압전 진동이 억제되기 어려워진다.
바람직하게는, 래더 필터에 있어서, 직렬 공진자와 병렬 공진자의 두께를 동일하게 하면서, 병렬 공진자의 단자간 용량을 직렬 공진자의 단자간 용량보다도 크게 하고, 래더 필터의 보증 감쇠량을 크게 할 수 있다. 직렬 공진자와 병렬 공진자의 두께를 대략 동일하게 하면, 종래의 래더 필터에서와 같이 보증 감쇠량을 크게 하기 위하여 병렬 공진자의 두께를 얇게 한 경우 깨지기 쉬워지는 문제, 또는 직렬 공진자의 두께를 두껍게 한 경우 래더 필터가 무거워지거나 커지는 문제가 생기지 않는다. 또한, 직렬 공진자와 병렬 공진자의 두께를 대략 동일하게 하면, 래더 필터의 조립을 간단히 할 수 있다.

Claims (9)

  1. 확산 진동(extensional vibration)을 이용한 압전 공진자로서,
    복수의 압전판; 및
    복수의 전극막;을 포함하며,
    상기 복수의 압전판과 상기 복수의 전극막을 번갈아 적층하여 일체화하고, 상기 복수의 전극막의 일부를 서로 전기적으로 접속하고, 나머지 전극막을 서로 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 압전판과 상기 복수의 전극막을 적층하여 형성된 적층체의 외주면에 있어서의 절점(nodal points)에 형성한 복수의 단면 전극을 더 포함하며, 상기 복수의 전극막의 일부를 상기 복수의 단면 전극의 일부에 의하여 서로 전기적으로 접속하고, 나머지 전극막을 상기 복수의 단면 전극의 다른 일부에 의하여 서로 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  3. 복수의 압전판; 및
    케이스;를 포함하는 압전 부품으로서,
    상기 복수의 압전판을 상기 케이스내에 평면형상으로 배치하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 복수의 압전판이 실질적으로 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
  5. 판형상의 직렬 공진자;
    전극들이 두께 방향으로 적층된 구조를 갖는 판형상의 병렬 공진자; 및
    케이스;를 포함하는 래더 필터로서,
    상기 판형상의 병렬 공진자 및 상기 판형상의 병렬 공진자를 상기 케이스내에 평면 형상으로 배치하는 것을 특징으로 하는 래더 필터.
  6. 직렬 공진자; 및
    전극들 사이에 압전판을 개재하여 전극들을 두께 방향으로 적층한 구조를 갖는 병렬 공진자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 래더 필터.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 병렬 공진자의 진동의 절점에 형성한 단면 전극을 더 포함하며, 상기 단면 전극에 의하여 상기 전극들을 서로 접속한 것을 특징으로 하는 래더 필터.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 직렬 공진자의 두께가 상기 병렬 공진자의 두께와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 래더 필터.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 직렬 공진자의 두께가 상기 병렬 공진자의 두께와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 래더 필터.
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