压电谐振器和包括它的电子元件

摘要

一种压电谐振器,包括基件,所述基件包括多个层叠的压电层和内部电极。相邻的压电层沿不同方向极化,而在它们之间设置有内部电极。在基件的一个侧面上设置凹槽,并在凹槽的两侧每隔一个露出内部电极。在内部电极未露出部分设置绝缘薄膜。在基件凹槽的两侧设置外部电极,并连接到内部电极上。由于采用这种结构,压电谐振器防止谐振频率和反谐振频率之间差值△F的减小。

说明书

本发明涉及一种适于以纵向振动模式振动的压电谐振器，以及包含这种压电谐振器的电子元件。

利用压电元件的机械共振的压电谐振器例如包括，电极设置在沿厚度方向极化的压电板的两个表面上的压电谐振器。在这种类型的压电谐振器中，在电极之间提供一AC电场，以激励纵向振动或横向振动。但是，这种类型的压电谐振器利用非加强模式，其中，电场方向和极化方向不同于振动方向。结果，这种类型的压电谐振器的机电耦合系数较小，并且谐振频率和反谐振频率之间的差ΔF较小。

在振荡器或滤波器中使用这样的非加强模式的压电谐振器不利地导致了带宽较小和在电子元件特性的设计中灵活性较低。为了克服这一不利情况，已经提出了一种具有层叠结构的压电谐振器，诸如图15中所示的那种，它是一种加强模式的压电谐振器，其机电耦合系数较大，而且谐振频率和反谐振频率之间的差ΔF相对较大。

图15是示出利用加强模式的压电谐振器一例的图。压电谐振器1包括矩形基件2。基件2通过交替地层叠多个压电层3和多个内部电极4而形成。相邻的两个压电层3(它们之间有一内部电极4)沿基件2的纵向以相反的方向极化。凹槽5形成在基件2的一个侧面上，而且内部电极4每隔一层在凹槽5的侧面上露出。另外，在凹槽5的两侧，把外部电极6a和6b设置在基件2的侧面上。相应地，相邻的内部电极4分别连接到不同的外部电极6a和6b。

在压电谐振器1中，把信号输入外部电极6a和6b，由此在相邻的内部电极4之间施加AC电场。由于相邻的压电层3以相反的方向极化，故当施加AC电场给层3时，各个压电层3沿基件2的纵向扩展或收缩。结果，在整个压电谐振器1中产生纵向的基模振动。照这样，压电谐振器1(它利用电场方向和极化方向与振动方向一致的加强模式)和非加强模式的压电谐振器相比，可以增加机电耦合系数以及差值ΔF。因此，在振荡器或滤波器中使用加强模式压电谐振器可以增加带宽和增加元件特性的设计中的灵活性。

但是，在上述类型的压电谐振器中，在每一个内部电极的未露出部分和不与未露出的内部电极连接的外部电极之间产生电容。该电容不利地并联到引起振动的内部电极之间的电容上，因此降低了谐振器的电容比，而且进一步减小谐振频率和反谐振频率之间的差值ΔF。当将压电谐振器用于振荡器或滤波器中时这导致带宽较小。

为了克服上述的问题，本发明的较佳实施例提供一种可防止谐振频率和反谐振频率之间的差值ΔF减小的压电谐振器，并提供包含这种新型压电谐振器，且在设计元件带宽时灵活性较大的电子元件。

本发明提供了一种压电谐振器，包括：基件，它具有纵向，而且包括多个层叠的压电层和内部电极；第一组内部电极和第二组内部电极，它们在基件表面各自的第一和第二区域处露出；第一和第二外部电极，它们分别设置在第一和第二区域上，以便连接到第一和第二组内部电极；压电层沿基件的纵向极化，沿纵向对基件施加电场以在基件中产生纵向振动；其中安排绝缘薄膜以覆盖每个第一和第二组内部电极的未露出部分；而且把绝缘薄膜设置在每个第一和第二区域上，并且该绝缘薄膜具有比压电层的介电常数小的介电常数。

本发明的较佳实施例还提供了一种如上一段所述构成的压电谐振器，它的特点是，分别把第一和第二导电树脂薄膜连续设置在第一和第二区域上，以便连接到外部电极。

在上述压电谐振器中，第一和第二区域可以分别位于在基件同一侧面上沿基件宽度方向的第一侧和第二侧。

或者，第一和第二区域可以分别位于基件的不同的侧面上。

本发明的较佳实施例还提供一种包括上述新型压电谐振器的电子元件，其中，电子元件包括具有图案电极的基片(导电树脂薄膜电气连接到该图案电极)，而且该基片和压电谐振器由罩子覆盖。在这样的电子元件中，可以在基片上设置多个图案电极，并且多个压电谐振器的导电树脂薄膜可以电气连接到图案电极，从而提供了梯形滤波器。当利用四个压电谐振器时，可提供第一、第二、第三和第四基件作为基件；可以提供第一、第二、第三和第四图案电极作为基片上的电极；可以把第一基件安装在第一和第二图案电极上；可以把第二基件安装在第二和第三图案电极上；可以把第三基件安装在第二和第四图案电极上；而可以把第四基件安装在第三和第四图案电极上。

根据本发明的较佳实施例的压电谐振器，在每一个内部电极的未露出的部分上设置绝缘薄膜，该绝缘薄膜由例如介电常数比压电层的介电常数小的树脂制成。相应地具有较小介电常数的绝缘薄膜设置在内部电极未露出部分与未连接到内部电极未露出部分的外部电极之间，因此而减小了它们之间产生的电容。

另外，在导电树脂中，金属微粒最好均匀地分布在介电常数小于压电层的介电常数的绝缘树脂中，就象上述绝缘薄膜中那样。这样，设置在基件的侧面上的导电树脂薄膜中的金属微粒几乎全部和基件点接触，因此和将外部电极设置在基件的侧面上的压电谐振器相比，显著地减小了接触面积。

相应地，即使把导电树脂薄膜设置在基件侧面的内部电极未露出的部分上，也显著地减小了导电树脂薄膜和内部电极未露出部分之间产生的电容。

因为安排连接到基件侧面上露出的内部电极的外部电极，内部电极可以连接到导电树脂薄膜，同时外部电极设置在它们之间，因此加强导电树脂薄膜和露出的内部电极之间的电气连接。

露出第一组和第二组内部电极的第一和第二区域可以根据所需的目的或压电谐振器的使用，位于基件的不同的侧面或者相同的侧面上。

制造一种电子元件，诸如振荡器、鉴频器或者梯形滤波器，以包括上述新型压电谐振器。这个电子元件大致上能做到不减小压电谐振器的谐振频率和反谐振频率之间的差值ΔF，而且在设计所需的带宽方面有较大的灵活性。

从下面参照附图的对本发明的较佳实施例的描述，本发明的其它的特点和优点是显见的。

图1是描述根据本发明的压电谐振器的一个较佳实施例的透视图。

图2是示出图1所示的压电谐振器的图。

图2A是示出图1所示的压电谐振器的一种变更的图。

图3是示出内部电极与图2所示的压电谐振器中使用的层叠结构的关系的图。

图4是描述层叠母基片以生产图1所示的压电谐振器的状况图。

图5是示出在通过层叠图4所示的母基片得到的层叠结构上，形成绝缘材料和电极的状况图。

图6是示出根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器的图。

图7是示出内部电极与用于图6所示的压电谐振器中的层叠结构的关系的图。

图8是示出根据本发明的再一个较佳实施例的压电谐振器的图。

图9是示出根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器的图。

图10示出是根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器的图。

图11是示出根据本发明的另一个较佳实施例的压电谐振器的图。

图12是描述通过使用本发明的压电谐振器而形成的电子元件的较佳实施例的部件分解透视图。

图13是描述通过使用本发明的压电谐振器而形成的梯形滤波器的较佳实施例的主要部分的部件分解透视图。

图14是说明图13所示的梯形滤波器的电路图。

图15是示出和本发明的背景技术有关的压电谐振器的一例的示图。

图1是示出根据本发明压电谐振器的一个较佳实施例的透视图。图2是示出图1的较佳实施例的图。

压电谐振器10包括基件12，它包括交替层叠的压电层14和内部电极16。一个压电层14被插在内部电极16之间和相邻的压电层14之间，而内部电极16位于它们之间的相邻的压电层沿基件12的纵向以相反方向极化，如由图2中的箭头示出的。但是，基件12的位于沿其纵向的两端压电层14最好不被极化。但是，如在需要，位于基件12的两端的压电层14可以极化。另外，未极化的压电层可以设置在基件的任何位置上。

在基件12的一个侧面上，在基件12的宽度的大约的中心部分形成沿基件12的纵向延伸的凹槽18。在凹槽18的一个侧面上，设置第一区域，其中，在每隔一层处设置第一组内部电极16。在凹槽18的另一个侧面上，设置第二区域，其中，在每隔一层处露出未在第一区域中露出的第二组内部电极16。在上述压电谐振器10中，在凹槽各自的侧的第一和第二组内部电极16(如图3a和3b所示)交替层叠。在第一区域中，在相应于每一个内部电极16未露出的部分的位置处设置第一绝缘薄膜20。类似地，在第二区域中，在相应于每一个内部电极16未露出的部分处设置第二绝缘薄膜22。

在这个较佳实施例中，最好使用相对介电常数大约为1000的PZT陶瓷，以形成压电层14。用相对介电常数为大约2到大约5的环氧基树脂形成第一和第二绝缘薄膜20和22。除了环氧基树树脂之外的其它的材料可以用作第一和第二绝缘薄膜20和22，只要材料的介电常数低于压电层14的介电常数。另外，除了PZT陶瓷之外的其它压电材料可以用作压电层14。

另外，在凹槽18的一侧上，在基件12的设置有第一绝缘薄膜20的第一区域上设置第一外部电极24。相应地，第一区域中的露出的内部电极16电气连接到第一外部电极24。在凹槽18的另一侧上，在基件12的设置第二绝缘薄膜22的第二区域上设置第二外部电极26。这样，第二区域中露出的内部电极16电气连接到第二外部电极26。应该注意，第一和第二外部电极24和26以最好通过溅射或者其它合适的工艺而形成的薄膜形式设置。另外，形成在基件12中的内部电极16交替地连接到不同的外部电极这一点并不重要。例如，相邻的内部电极16可以连接到相同的外部电极，或者一些内部电极可以不连接到外部电极。

在图1和2所示的压电谐振器中，设置凹槽18。但是，注意凹槽19并不是本发明重要的特点，而可以省略。如图2A中所示，具有图1的特点的没有凹槽18的压电谐振器也是可能的。

为了制造压电谐振器10，如图4中所示，首先制备压电陶瓷的母基片40，它将被用于形成大量的压电层14。在每一个母基片40上形成母电极42、44，而且将用它们形成内部电极16。母电极42和44分别具有无电极部分42a和44a，而如此交替地层叠母基片40，从而无电极部分42a和无电极部分44a相互隔开。然后把根据上述过程得到的层叠结构切割为一个个部分，这些部分由图4中所示的沿横向延伸的点划线指出。

将形成第一绝缘薄膜20和第二绝缘薄膜22的绝缘材料46施加至切割过的层叠结构的截面，如图5所示。为解释方便起见，在图5中描绘的层叠结构中的层数和图2中所示的基件12的压电层的层数不一致。在母电极42和44未露出的部分形成绝缘材料46。另外，沿垂直于母电极42和44的表面的方向设置将形成外部电极24和26的多个电极48。然后，在相邻的电极48之间施加高的DC电压，由此极化各个母基片40。随后，把层叠结构切割为一个个部分，这些部分由图5中的点划线表示，而且最好在每个切割片的中心部分形成凹槽。这样，压电谐振器10就制作好了。凹槽的准备不重要，如果设置在谐振器10两侧的外部电极24和26相互隔开就足够了。

在压电谐振器10中，在第一外部电极24和第二外部电极26之间信号提供。这使得可以将极化反向的电压提供给基件12的各个压电层14，由此导致整个基件12沿相同方向扩展和收缩。因此，基件12以纵向振动基模式振动，从而振动的节点被限定在基件12的大约中心的位置。

在压电谐振器10中，压电层14的极化方向和由信号产生的电场方向与振动方向一致。这样，压电谐振器10是加强模式的压电谐振器。加强模式压电谐振器10和非加强模式压电谐振器(其极化方向和电场方向不同于振动方向)相比具有更大的机电耦合系数和更大的谐振频率和反谐振频率之间的差值ΔF。

另外，在相应于第一和第二组内部电极16的未露出部分的位置处设置第一绝缘薄膜20和第二绝缘薄膜22(它们最好都由具有比压电层14的介电常数小的介电常数的树脂制成)。相应地，第一绝缘薄膜20插在第二组内部电极16和第一外部电极24之间，而第二绝缘薄膜22插在第一组内部电极16和第二外部电极26之间。这减小了内部电极16和每一个第一和第二外部电极24和26之间产生的电容。这样，和没有绝缘薄膜的压电谐振器相比，防止了谐振器的谐振频率和反谐振频率之间差值ΔF的减小。另外，第一绝缘薄膜20和第二绝缘薄膜22的面积可以变化，以改变在第二组内部电极16和第一外部电极24之间形成的电容，以及在第一组内部电极16和第二外部电极26之间形成的电容。

这使得可以形成具有各种ΔF值的压电谐振器，因此增加了对这种谐振器的设计的灵活性。

或者，如图6中所描绘的，可以在基件12的相对的表面上形成第一区域和第二区域，而且第一组和第二组内部电极16可以交替地延伸到基件12的相对的侧面上。在这种情况下，延伸到压电层14相对的部分的第一组和第二组内部电极16可以交替地层叠，如图7a和7b所示，由此形成压电谐振器10。然后，可以在相应于第一组和第二组内部电极16未露出的部分的位置处形成第一和第二绝缘薄膜20和22，而可以在基件12的相对的表面上(其中设置有绝缘薄膜20和22)设置第一和第二外部电极24和26。在这个压电谐振器10中，以及图2中所示的对应部分中，第一绝缘薄膜20的形成减小了第二组内部电极16和第一外部电极24之间的电容，而第二绝缘薄膜22的形成减小了第一组内部电极16和第二外部电极26之间的电容。

或者，如图8中所示，可以只在基件12的第一区域中的第一组内部电极16的每一个露出部分上设置第一外部电极24，而可以只在第二区域中的第二组内部电极的每一个露出部分上设置第二外部电极26。然后，可以在第一和第二外部电极24和26上分别设置第一导电树脂薄膜28和第二导电树脂薄膜30。相应地，把第一和第二导电树脂薄膜28和30电气连接到第一和第二组内部电极16(它们分别连接到第一和第二外部电极24和26)。

在上述压电谐振器10中，以及在根据本发明的较佳实施例的其它谐振器中，把信号输入到第一导电树脂薄膜28和第二导电树脂薄膜30之间，使得可以将一电场施加至压电层14，由此在基件12中激励纵向振动。在导电树脂薄膜28和30中，金属微粒最好均匀分布在介电常数小于压电层14的介电常数的绝缘树脂中。因此，基件12上的导电树脂薄膜28和30中的金属微粒几乎和基件12点接触，因此，和将外部电极设置在第一区域和第二区域的整个表面上的压电谐振器相比，显著地减小了接触面积。因此，在第二组内部电极16的未露出部分和第一导电树脂薄膜28之间产生的电容，以及在第一组内部电极16的未露出部分和第二导电树脂薄膜30之间产生的电容显著地小于将外部电极设置在整个表面上的压电谐振器中产生的电容。另外，如此安排第一和第二外部电极24和26，从而它们分别连接到第一组和第二组内部电极16的露出部分，由此分别增加了第一和第二外部电极24、26与第一和第二导电树脂薄膜28、30之间的接触面积。因此，大大加强了第一组内部电极16和第一导电树脂薄膜28的电气连接，以及第二组内部电极16和第二导电树脂薄膜30之间的电气连接。

不必在基件12的第一区域和第二区域的整个表面上设置第一和第二导电树脂薄膜28和30。可以如图9所示只在基件12的表面的一部分上设置导电树脂薄膜28和30。在图9所示的压电谐振器10中，以及在其它的较佳实施例的谐振器中，在第一和第二导电树脂薄膜28和30之间提供信号，由此使得可以在基件12中产生纵向振动。另外，由于导电树脂具有阻尼压电谐振器振动的功能，故压电谐振器10的Qm根据导电树脂薄膜28或30增加的面积而减小。相应地，导电树脂薄膜28或30的面积或结构可以变化，以调节压电谐振器10的Qm。导电树脂薄膜28或30的面积的变化还改变了在第二组内部电极16和第一导电树脂薄膜28之间产生的电容，以及在第一组内部电极16和第二导电树脂薄膜30之间产生的电容，因此得到显示各种ΔF值的压电谐振器10。

另外，如图10中所示，第一和第二区域可以位于基件12的相对的表面上，而第一和第二外部电极24和26以及第一和第二导电树脂薄膜28和30可以设置在基件12相对的表面上。在图10所示的压电谐振器中，以及在本发明的较佳实施例的其它谐振器中，的确可以只在基件12的表面的一部分上设置第一和第二导电树脂薄膜28和30。

如图11所示，可以分别在如图2中所示的压电谐振器的第一和第二外部电极24和26上设置第一和第二导电树脂薄膜28和30。在这种情况下，即使外部电极24或26由于第一绝缘薄膜20或第二绝缘薄膜22的扩展和收缩而破裂(这由于温度变化例如，由于热冲击引起，外部电极24或26经过断裂部分的延续性可以通过导电树脂薄膜28或30而保证。另外，导电树脂薄膜28或30的面积或结构可以变化，以调节压电谐振器10的Qm。在将外部电极24和26设置在基件12的整个相对表面上的压电谐振器中，诸如图6所示的压电谐振器，可以在各自的外部电极24和26上设置导电树脂薄膜28和30。在这种情况下，可以得到与根据本发明的较佳实施例的其它谐振器提供的优点类似的优点。

通过使用上述压电谐振器10，制造出诸如振荡器和鉴别器等电子元件。图12是描绘一个电子元件50的较佳实施例的透视图。图2中所示的压电谐振器10被合并入图12中所示的较佳实施例中。电子元件50具有绝缘基片52。设置有四个凹入部分54，在绝缘基片52的相对的端部各有两个。在绝缘基片52的一个表面上设置两个图案电极56和58。一个图案电极56设置在相对的凹入部分54之间，并且从电极56的一端到绝缘基片52的中心部分成L状。另一个图案电极58设置在另外的相对的凹入部分54之间，并且从电极58的一端(它与上述电极56的一端相对)到绝缘基片52的中心部分成L状。这两个图案电极56和58通过，在位于绝缘基片的中心部分附近在它们之间形成的间隙相互分开。诸如玻璃纤维环氧基片或氧化铝基片之类的已知的基片可以用作绝缘基片52。或者可以使用介质基片。

设置在压电谐振器10的第一和第二外部电极24、26上，并且大致上位于基件12的中心部分的是一个安装部件12，它由例如导电粘合剂制成。然后安装部件60最好通过设置在图案电极56和58的端部(它们位于绝缘基片52的中心部分)上的导电粘合剂(图中未示出)连接和固定到图案电极56和58。相应地，压电谐振器10的外部电极24和26可以固定在绝缘基片52上，并电气连接到图案电极56和58。另外，把金属罩52放置在基片52上以覆盖绝缘基片52。在这时，将绝缘树脂施加到绝缘基片52和每一个图案电极56和58上，以防止金属罩62和每一个图案电极56和58之间的电气连接。金属罩62覆盖绝缘基片52，因此制作完成了电子元件50。

在上述电子元件50中，通过提供放置在压电谐振器10的外部电极24和26上的安装部件50，压电谐振器10的边缘可以放置得离开绝缘基片52，由此谐振器10的振动不受阻碍。另外，压电谐振器10的中心部分(具有被限定在那里的振动节点)由安装部件60可靠地支承，由此防止了压电谐振器10的振动泄漏。

另外，通过使用多个根据上述较佳实施例构成的压电谐振器10，可以制造一个梯形滤波器。图13是描绘用作梯形滤波器并具有梯形电路的电子元件的主要部分的透视图。在图13描绘的电子元件50中，将四个图案电极64、66、68和70设置在绝缘基片52上。给图案电极64、66、68和70设置五个接合区(这些接合区相互隔开一空隙排成一排)。在这种情况下，把从绝缘基片52的一端看的第一接合区提供给图案电极64，把第二和第五接合区提供给图案电极66，把第三接合片提供给图案电极68，而把第四接合区提供给图案电极70。

在外部电极24和27上具有安装部件60的压电谐振器10用导电粘合剂把安装部件60固定在基片52的各个接合区上。在这种情况下，把压电谐振器10a到10d安装在基片52上，以得到图14所示的梯形电路。然后，把金属罩(图中未示出)设置在基片52上，以覆盖绝缘基片52。

在图12和13所示的电子元件中，可以使用在第二组内部电极16和第一外部电极24之间以及第一组内部电极16和第二外部电极26之间具有小电容的压电谐振器，由此防止了ΔF值的减小。

相应地，在诸如梯形滤波器之类的电子元件50中防止了带宽的减小。作为用于电子元件50中的压电谐振器10，不仅可以使用图2中所示的谐振器10，而且可以以任何的组合形式使用图6、8到11所示的谐振器。特别地，如果在电子元件50中使用图8或9所示的压电谐振器10，则把第一和第二导电树脂薄膜28和30贴到安装部件60上，这时，可以容易地被精确地调节电子元件50的Qm。

在图13中所示的梯形滤波器中，每一个并联谐振器10b和10c的内部电极之间的电容最好设置得比串联谐振器10a和10d的足够大。因此，在使用具有层叠结构的压电谐振器时，串联谐振器10a和10d的层叠数最好较少，导致内部电极16之间相对较大的间隙。另一方面，并联谐振器10b和10c之间的层数最好较多，导致内部电极16之间间隙较小。由内部电极之间具有较小电容的串联谐振器10a和10d可明显地达到ΔF的减小，由具有较大电容的并联谐振器不能明显看到ΔF的减小。另外，容易地在内部电极16之间具有较大间隙的串联谐振器10a和10d中，如图2中所示部分地形成绝缘薄膜20和22，和如图8中所示部分地形成外部电极24和26。但是，很难在内部电极16之间间隙较小的并联谐振器10b和10c中部分地形成上述部分。考虑到上述的相互关系，本发明的较佳实施例的压电谐振器10最好用于图12所示的梯形滤波器50中的串联谐振器10a和10d，由此实现容易形成的防止带宽减小的梯形滤波器。

虽然参照较佳实施例已经特别在示出和描述了本发明，但是熟悉本领域的人应该知道，在不背离本发明主旨的条件下可以有上述和其它的形式上和细节上的变化。