RU2066089C1

RU2066089C1 - Piezoelectric element

Info

Publication number: RU2066089C1
Application number: RU93001770A
Authority: RU
Inventors: И.М. Ларионов; В.А. Мостяев; В.М. Ермаков; Л.В. Григорьев; Н.И. Самсонов; С.А. Сахаров
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Фонон"
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1996-08-27

Abstract

FIELD: frequency selection of signals. SUBSTANCE: distance between edge of piezoelectric element and contact plate of electrode is multiple to thickness of crystal. EFFECT: increased efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности, к пьезотехнике и может быть использовано при разработке элементов частотной селекции сигналов. The invention relates to the field of electronics, in particular, to piezoelectric technology and can be used in the development of elements of frequency selection of signals.

Известны пьезоэлементы монолитных фильтров, содержащие пьезоэлектрическую пластину прямоугольной формы с размещенными на одной из рабочих граней входным и выходным тонкопленочными электродами с выводами, продольная ось симметрии которых совмещена с кристаллографической осью Z' или Х и с размещенными на противоположной рабочей грани пьезоэлектрической пластины одним или двумя низкопотенциальными электродами с выводами. Known piezoelectric elements of monolithic filters containing a rectangular piezoelectric plate with input and output thin-film electrodes placed on one of the working faces with leads, the longitudinal axis of symmetry of which is aligned with the crystallographic axis Z 'or X and with one or two low potential placed on the opposite working face of the piezoelectric plate electrodes with leads.

Такие пьезоэлементы монолитных фильтров работают на принципе захвата энергии в подэлектродной области [1]
Наиболее близким техническим решением является монолитный фильтр, содержащий пьезоэлектрическую пластину прямоугольной формы из кристаллического кварца среза YZb (35^o11'±5') ось симметрии которой совмещена с кристаллографической осью с размерами по ширине пластины /22,44 22,62/ толщины кристаллической пластины [2]
Недостатком данного технического решения является ограниченный диапазон возможных размеров и невозможность применения такой конструкции для трехэлектродной системы.Such piezoelectric elements of monolithic filters operate on the principle of energy capture in the sub-electrode region [1]
The closest technical solution is a monolithic filter containing a rectangular piezoelectric plate of crystalline quartz cut YZb (35 ^o 11 '± 5') whose symmetry axis is combined with the crystallographic axis with dimensions along the plate width / 22.44 22.62 / thickness of the crystal plate [2]
The disadvantage of this technical solution is the limited range of possible sizes and the impossibility of using such a design for a three-electrode system.

Цель изобретения уменьшение габаритных размеров пьезоэлемента монолитного фильтра по ширине и уменьшение трудоемкости его изготовления за счет групповой технологии его обработки. The purpose of the invention is the reduction of the overall dimensions of the piezoelectric element of the monolithic filter in width and the reduction of the complexity of its manufacture due to the group technology of its processing.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлементе монолитного фильтра из кристалла кварце среза YZb/35^o13'±8' в виде пластины прямоугольной формы, продольная ось симметрии которой совмещена с кристаллографической осью Z', содержащем тонкопленочную трехэлектродную систему с контактными площадками, расстояние от края пьезоэлемента до контактной площадки обобщенного электрода выбрано равным 18,9, 22,52, 26,8, 28,2, 31,0, 33,4, 35,4, 37,2, 38,8, 40,6, 42,2, толщины кристаллического элемента.This goal is achieved by the fact that in a piezoelectric element of a monolithic quartz crystal filter, a YZb / 35 ^o 13 '± 8' cut-off in the form of a rectangular plate, the longitudinal axis of symmetry of which is aligned with the crystallographic axis Z 'containing a thin-film three-electrode system with contact pads, the distance from the edges of the piezoelectric element to the contact pad of the generalized electrode is chosen equal to 18.9, 22.52, 26.8, 28.2, 31.0, 33.4, 35.4, 37.2, 38.8, 40.6, 42 , 2, the thickness of the crystalline element.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого пьезоэлемента в виде звена второго порядка для монолитного пьезоэлектрического фильтра. Пьезоэлемент монолитного фильтра содержит пьезоэлектрическую пластину 1 из кристалла кварца среза YZb /35^o,13'±8' прямоугольной формы, входной и выходной электроды 2 и 3 и низкопотенциальные электроды 4 и 5. Пьезоэлемент монолитного фильтра работает следующим образом. При подаче на электроды 2 и 4 высокочастотного напряжения с частотой, соответствующей основному колебанию сдвига по толщине в подэлектродной области устанавливается сдвиговая стоячая волна. За счет акустической связи между частными резонаторами 2,4 и 3,5 сдвиговые колебания передаются в подэлектродную область выходного частотного резонатора, образованного электродами 3 и 5, с выводов которых снимается выходной высокочастотный сигнал.The drawing shows the design of the proposed piezoelectric element in the form of a second-order link for a monolithic piezoelectric filter. The piezoelectric element of the monolithic filter contains a piezoelectric plate 1 of a quartz crystal cut YZb / 35 ^o , 13 '± 8' rectangular shape, the input and output electrodes 2 and 3 and low-potential electrodes 4 and 5. The piezoelectric element of the monolithic filter operates as follows. When a high-frequency voltage is applied to electrodes 2 and 4 with a frequency corresponding to the main oscillation of a shear in thickness, a shear standing wave is established in the sub-electrode region. Due to the acoustic coupling between the private resonators 2.4 and 3.5, shear oscillations are transmitted to the sub-electrode region of the output frequency resonator formed by electrodes 3 and 5, from the terminals of which the output high-frequency signal is taken.

Выбор значений расстояний от края пьезоэлемента до края контактной площадки величиной равной 18,9, 22,53, 25,8, 28,2, 31,0, 33,4, 35,4, 37,2, 38,8, 40,6, 42,2 толщины кристаллического элемента обеспечивает работу частных резонаторов без захвата энергии нежелательных резонансов в направлении ее ширины. Это обеспечивает относительно высокую моночастотность, что приводит к увеличению добротности частных резонаторов вследствие отсутствия потерь колебательной энергии на близко расположенные нежелательные виды колебаний. The choice of values of the distances from the edge of the piezoelectric element to the edge of the contact pad with a value equal to 18.9, 22.53, 25.8, 28.2, 31.0, 33.4, 35.4, 37.2, 38.8, 40, 6, 42.2 of the thickness of the crystalline element ensures the operation of private resonators without capturing the energy of unwanted resonances in the direction of its width. This provides a relatively high monofrequency, which leads to an increase in the quality factor of private resonators due to the absence of loss of vibrational energy to closely located undesirable modes of vibration.

Экспериментальные исследования показали, что максимальные значения добротности и коэффициента акустической связи между частными резонаторами соответствуют значениям расстояний от края пластины до контактной площадки, равные 18,9, 22,53, 25,8, 28,2, 31,0, 33,4, 35,4 38,2, 38,8, 40,6, 42,2 толщины кристаллического элемента. При отклонении от указанных значений уменьшается добротность и появляются нежелательные колебания гармоник изгиба по толщине. Experimental studies have shown that the maximum values of the quality factor and acoustic coupling coefficient between the private resonators correspond to the values of the distances from the edge of the plate to the contact area, equal to 18.9, 22.53, 25.8, 28.2, 31.0, 33.4, 35.4 38.2, 38.8, 40.6, 42.2 thickness of the crystalline element. When deviating from these values, the quality factor decreases and unwanted fluctuations in the harmonics of bending in thickness appear.

Реализация настоящего изобретения была произведена на пьезоэлементе частотой 21,4 МГц c размерами 4,5 х 3,2 мм и расстоянием от края пластины до контактной площадки равным 0,0762 х 35,4 2,7 мм. The implementation of the present invention was carried out on a piezoelectric element with a frequency of 21.4 MHz with dimensions of 4.5 x 3.2 mm and a distance from the edge of the plate to the contact area of 0.0762 x 35.4 2.7 mm.

Указанный пьезоэлемент обладает такими же характеристиками, что и пьезоэлемент диаметром 5 мм с трехэлектродной системой. Пьезоэлемент в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить габариты фильтра и снизить трудоемкость его изготовления за счет групповой технологии обработки кристаллического элемента и последующей его резки на отдельные элементы. The specified piezoelectric element has the same characteristics as a piezoelectric element with a diameter of 5 mm with a three-electrode system. The piezoelectric element in accordance with the present invention allows to reduce the dimensions of the filter and reduce the complexity of its manufacture due to the group technology of processing the crystalline element and its subsequent cutting into individual elements.

Claims

A piezoelectric element made of crystalline quartz cut YZb / 35 ^o 13 '± 8' in the form of a flat rectangular plate, the longitudinal axis of symmetry of which is aligned with the crystallographic axis Z 'containing a thin-film three-electrode system with a generalized electrode and contact pads, characterized in that the distance from the edges of the piezoelectric element to the contact pad of the generalized electrode is selected equal to 18.9; 22.53; 25.8; 28.2; 31.0; 33.4; 35.4; 37.2; 38.8; 40.6; 42.2 thickness of the crystalline element.