專利名稱：一種壓電諧振器制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓電諧振器制造方法。尤其是壓電諧振器利用壓電元件的機械共振，它包含具有縱向的基體元件、由極化壓電元件組成并至少構成所述基體元件一部分的激勵部件和一對設置有所述激勵部件地外電極。使用這種壓電諧振器的電子部件是例如振蕩器、鑒別器和濾波器。
背景技術：
圖28是傳統(tǒng)壓電諧振器的透視圖。壓電諧振器1包括壓電基片2，從上看，它呈例如矩形平板形。壓電基片2在厚度方向上被極化。在壓電基片2的兩表面上形成電極3。當把信號在電極3之間輸入時，在壓電基片2上加上厚度方向的電場，壓電基片2縱向振動。
在圖29中，示出了這樣一種壓電諧振器1，電極3形成在壓電基片2的兩表面上，從上看壓電基片2呈正方平板形。壓電諧振器1的壓電基片2以厚度方向極化。當把信號在壓電諧振器1內的電極3之間輸入時，在壓電基片2上加上厚度方向的電場，壓電基片2以正方形振動模式振動(平面方向)。
為了生產(chǎn)使用這種壓電諧振器1的電子部件，如圖30所示，把壓電諧振器1安裝在其上形成有圖形電極4的絕緣基片5上。用作節(jié)點的壓電諧振器1中心由形成在圖形電極4上的支持件6提供支持，所以不會影響壓電諧振器1的振動。支持件6用導電材料制成，并把圖形電極4連接到壓電諧振器1的一個電極3上。壓電諧振器1的另一電極3用導線7連接到另一圖形電極4上。一金屬帽蓋8放在絕緣基片5上。由于支持件6只支持用作節(jié)點的壓電諧振器1的中心，所以在電子部件中，不會妨礙壓電基片2的振動，防止了壓電諧振器1的特性變壞。
這些壓電諧振器是非加強型的，在這些諧振器中，振動方向與極化方向和電場方向不同。這種非加強型壓電諧振器的機電耦合系數(shù)小于振動方向、極化方向以及所加的電場方向都相同的加強型壓電諧振器。非加強型壓電諧振器的諧振頻率與反諧振頻率之間的頻率差ΔF較小。這產(chǎn)生了當把非加強頻率諧振器用作振蕩器或濾波器時，使用的頻帶寬度小的缺點。因此在這種壓電諧振器和使用這種諧振器的電子部件內的特性設計自由度低。
圖28所示的壓電諧振器使用了縱向模式的一階諧振。由于其結構，它還產(chǎn)生較大的奇數(shù)階諧波模式和寬模式的寄生諧振，例如，三階和五階模式。為了抑制這些寄生諧振，考慮了一些措施，例如，磨光、增加質量以及改變電極的形狀等。但這些措施增加了制造成本。
另外，由于從上看，壓電基片的形狀為矩形平板，所以由于強度的限制，基片不能更薄。因此電極之間的距離不能減小，且端子之間的容量不能做得較大。這對于實現(xiàn)與外部電路的阻抗匹配來說極其不便。為了通過交錯串接和并接多個壓電諧振器來形成梯形濾波器，串聯(lián)諧振器對并聯(lián)諧振器的電容比需要制得較大以增加衰減。然而，因為壓電諧振器有上述的形狀限制，所以不可能獲得較大的衰減。
在圖29所示的壓電諧振器中，在平面方向上產(chǎn)生了較大的諸如厚度模式和三重波模式的寄生諧振。由于與利用縱向振動的壓電諧振器相比，該壓電諧振器需要更大的尺寸以獲得相同的諧振頻率，所以難以減小壓電諧振器的體積。當用多個壓電諧振器制作梯形濾波器時，為了增加串聯(lián)諧振器與并聯(lián)諧振器之間的電容比，要把串聯(lián)諧振器做得較厚，并僅在壓電基片的一部分上形成電極，以使電容較小。在這種情況下，由于只是部分制作電極，所以諧振頻率與反諧振頻率之差ΔF以及電容減小。并聯(lián)諧振器需要有較小的ΔF。因此，壓電基片的壓電性沒能有效利用，不能提高濾波器的傳輸帶寬。
當用這種壓電諧振器生產(chǎn)電子部件時，必須使用一根導線把壓電諧振器連接到絕緣基片上的圖形電極上。這增加了制造成本。要在圖形電極上形成支持件，并把壓電諧振器固定到支持件上。需要有嚴格的精度把壓電諧振器的中心定位到支持件上。如果支持的位置偏移，則壓電諧振器的振動將泄漏，不能得到很好的特性。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種上述種類的壓電諧振器，其寄生諧振小，諧振頻率與反諧振頻率之差ΔF大，電容和ΔF可調節(jié)，并且特性設計有較大的自由度，還提供一種制造這種壓電諧振器的方法。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種使用生產(chǎn)成本低并可以抑制特性退化的壓電諧振器的電子部件。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種制造這種壓電諧振器的方法，它可以容易地批量生產(chǎn)這種壓電諧振器。
在本發(fā)明的一個方面，通過提供上述類型的壓電諧振器來實現(xiàn)上述目的，其特征在于，在所述激勵部件上至少設置一對內電極，以使內電極垂直于所述基體元件的縱向，并分別連接到所述外電極對上，所述激勵部件以所述基體元件的縱向極化，當通過內電極把電場加到所述基體元件的縱向上時，激勵出縱向模式的基本振動。
本發(fā)明的另一方面提供上述壓電諧振器，其進一步特征是所述內電極的端部暴露在所述基體元件的側面上，第一絕緣膜在所述基體元件的所述側面的一端上覆蓋在所述交錯內電極的暴露部分上，第二絕緣膜在所述基體元件的所述側面的另一端上覆蓋所述第一絕緣膜沒有覆蓋的所述交錯內電極的暴露部分上，所述外電極對在所述基體元件的所述側面的所述一端和另一端上以縱向分別延伸，并連接到所述第一和第二絕緣膜在所述基體元件的所述側面的每端上沒有覆蓋的所述內電極上。
該壓電諧振器在所述兩外電極之間在所述基體元件的所述側面上可以具有凹槽。
該壓電諧振器可以具有導電支持件，它縱向設置在所述基體元件的中心處每個外電極上。
在本發(fā)明的另一方面，通過提供使用上述壓電諧振器的電子部件來實現(xiàn)上述目的，其特征在于，在所述絕緣基片上設置絕緣基片和圖形電極，并通過所述支持件把它們連接到所述壓電諧振器的所述外電極上。
電子部件可以用作梯形濾波器，在這種濾波器中，在所述絕緣基片上設置多個所述圖形電極，并把它們連接到多個所述壓電諧振器的所述外電極上，使所述壓電諧振器以梯形彼此相連接。
在本發(fā)明的又一個文面，通過提供一種該壓電諧振器的制造方法來實現(xiàn)上述目的，它包含下列步驟1)準備一多個壓電層和多個內電極疊合的層疊件；2)在所述層疊件的表面上部分形成絕緣膜，使所述內電極的端部暴露；3)在所述層疊件的所述表面上形成外電極；4)垂直于所述層疊件的所述表面切割所述層疊件。
在該壓電諧振器的制造方法中，可以包括在所述外電級上形成含有導電材料的支持件的步驟。
在上述壓電諧振器的制造方法中，所述支持件可以定位在所述層疊件的縱向中心處。
在壓電諧振器的制造方法中，可以包括在形成有所述外電極的所述層疊件的所述表面上形成凹槽的步驟，所述凹槽的方向平行于所述層疊件的切割方向。
在壓電諧振器的制造方法中，所述絕緣膜可以在檢查設計中形成，所述絕緣膜的一組交錯行覆蓋所述內電極的一組交錯暴露部分，所述絕緣膜的另一組交錯行覆蓋所述內電極的另一組交錯暴露的部分。
在壓電諧振器的制造方法中，所述層疊件可以這樣準備，即所述內電極在所述壓電層的相對側交錯暴露，在所述壓電層的所述相對側上形成一對極化電極，并把該對極化電極分別連接到每隔一個的所述內電極上，通過所述極化電極和所述內電極施加直流電壓，對所述壓電層進行極化，垂直于其層疊方向，切割所述壓電件和所述內電極。
根據(jù)本發(fā)明的壓電諧振器屬于加強型，它具有振動方向、極化方向和施加電場的方向都相同的激勵部件。因此，與振動方向與極化方向和電壓方向不同的非加強型壓電諧振器相比，加強型壓電諧振器具有較大的機電耦合系數(shù)和較大的諧振頻率與反諧振頻率之頻率差ΔF。另外，在加強型壓電諧振器中不太可能產(chǎn)生與基本振動不同的諸如寬度和厚度模式的振動。而且，改變用于把電場施加到激勵部件上的電極數(shù)、其距離以及其尺寸可以調節(jié)電容。通過調整不像激勵部件一樣振動的設置的非激勵部件激勵部件或者增加該部分的質量可以調節(jié)頻率差ΔF和諧振頻率。
當且該壓電諧振器制作諸如振蕩器、鑒別器和濾波器等電子部件時，把壓電諧振器安裝在其上形成有圖形電極的絕緣基片上，并用帽蓋覆蓋，形成芯片型(表面安裝)電子部件。由于壓電諧振器具有兩個形成在基體元件的一側面上的外電極，所以它可以通過表面連接而不用導線安裝到圖形電極上。如果支持件事先形成在基體元件的中心，當把壓電諧振器安裝在圖形電極上時，則壓電諧振器的節(jié)點可以可靠地得到支持。
根據(jù)本發(fā)明的壓電諧振器可以通過在層疊件上形成絕緣膜、外電極和支持件以及切割層疊件來進行批量生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，與傳統(tǒng)壓電諧振器相比，諧振頻率與反諧振頻率之頻率差ΔF較大，因此或以獲得寬頻帶諧振器。由于調節(jié)非激勵部件激勵部件可以調節(jié)頻率差ΔF，所以可以改變壓電諧振器的頻帶寬度。另外，在這種壓電諧振器中不太可能產(chǎn)生與基本振動不同的模式振動而獲得極佳的特性。而且，由于壓電諧振器的電容可以調節(jié)，所以當把壓電諧振器安裝到電路板上時能容易地實現(xiàn)與外電路的阻抗匹配。
由于可以把壓電諧振器連接到絕緣基片上的圖形電極上，而不用導線，所以用這種壓電諧振器產(chǎn)生電子部件成本低。因為由于支持件形成在壓電諧振器上，不能阻止壓電諧振器振動，所以可以獲得具有極佳特性的電子部件。當用多個壓電諧振器制作梯形濾波器時，可以低成本地制造，而仍具有極佳的特性。
由于可以用壓電諧振器制作芯片型電子部件，所以可以容易地把它安裝到電路板上。通過調節(jié)壓電諧振器的電容還可以容易地實現(xiàn)這種電子部件與外電路之間的阻抗匹配。另外，在多個壓電諧振器交替串聯(lián)和并聯(lián)形成的梯形濾波器中，改變串聯(lián)的壓電諧振器的電容對并聯(lián)壓電諧振器的電容比可以調節(jié)濾波器的衰減。
根據(jù)本發(fā)明指定的制造壓電諧振器的方法，可以批量生產(chǎn)實現(xiàn)上述優(yōu)點的壓電諧振器。因此，可以低成本地制造這種壓電諧振器。
本發(fā)明的上述目的、其它目的和其它優(yōu)點在下面參照附圖的描述中將更為清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的壓電諧振器的透視圖。
圖2是圖1所示的壓電諧振器的結構圖。
圖3是在圖1所示的壓電諧振器中所用的基體元件上形成絕緣膜的情況的平面圖。
圖4是表示如何層疊未燒結陶瓷片以生產(chǎn)圖1所示的壓電諧振器的透視圖。
圖5示出了圖4所示的未燒結陶瓷片形成層疊基體。
圖6示出了圖5所示的層疊基體被切割的部分。
圖7示出了切割圖6所示的層疊基體制作的層疊件。
圖8是圖7所示的粘附了絕緣膜的層疊件的平面和側面圖。
圖9是圖8所示的粘附了外電極的層疊件的平面和側面圖。
圖10是圖9所示的在外電極上形成了支持件的層疊件的平面和側面圖。
圖11示出了制造壓電諧振器的過程，其中，在圖9所示的層疊件上形成凹槽，并切割層疊件。
圖12是縱向振動的非加強型壓電諧振器的透視圖，示出是用于比較。
圖13是縱向振動的加強型壓電諧振器的透視圖。
圖14是平面方向振動(正方型振動)的非加強型壓電諧振器的透視圖，示出是用于比較。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的壓電諧振器頻率與阻抗之間的關系的曲線圖。
圖16是傳統(tǒng)壓電諧振器的頻率與阻抗之間的關系的曲線圖。
圖17是激勵部件與非激勵部件激勵部件在基體元件內分配變化的壓電諧振器的視圖。
圖18是激勵部件的分配與電容與ΔF/Fa之間的關系的曲線圖。
圖19是激勵部件比率與ΔF之間的關系的曲線圖。
圖20示出了壓電諧振器改進的非激勵部件激勵部件。
圖21示出壓電諧振器另一種改進的非激勵部件激勵部件。
圖22是壓電諧振器又一種改進的非激勵部件激勵部件。
圖23是使用上述壓電諧振器的電子部件的分解透視圖。
圖24是如何把壓電諧振器安裝到圖23所示的電子部件內的側視圖。
圖25是使用根據(jù)本發(fā)明的壓電諧振器的梯形濾波器的主要部分的平面圖。
圖26是圖25所示的梯形濾波器的主要部分的分解透視圖。
圖27是圖25所示的梯形濾波器的等效電路圖。
圖28是傳統(tǒng)非加強型壓電諧振器的視圖。
圖29是另一種傳統(tǒng)非加強型壓電諧振器的視圖。
圖30是安裝有縱向振動的傳統(tǒng)的非加強型壓電諧振器的結構的分解透視圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓電諧振器的透視圖。圖2示出了壓電諧振器的內部結構。壓電諧振器10包括基體元件12，它呈例如立方體形?；w元件12用例如壓電陶瓷材料制成。在基體元件12內形成多個內電極14，使內電極14的表面垂直于基體元件12的縱向?；w元件12以縱向極化，在一內電極14的兩側上極化方向彼此相對。
在基體元件12的一側面上，有一凹槽15沿基體元件12的縱向延伸。凹槽15形成在基體元件12的寬度的中央，把該表面分成兩部分。在凹槽15分割的側面上，如圖3所示形成第一絕緣膜16和第二絕緣膜18。在凹槽15分割基體元件12的側面形成的一個部分上，由第一絕緣膜16覆蓋每隔一個內電極14的暴露部分。在另一部分上，由第二絕緣膜18覆蓋第一絕緣膜16沒有覆蓋的每隔一個內電極14的暴露部分?；w元件12的兩端都不極化。
在形成第一絕緣膜16和第二絕緣膜18的部分上，即在凹槽15的兩側上，形成外電極20和22。因此，外電極20連接到第一絕緣膜16沒有覆蓋的內電極14上，外電極22連接到第二絕緣膜18沒有覆蓋的內電極14上。換句話說，相鄰內電極14分別連接到外電極20和外電極22上。在外電極20和22的縱向中央處，分別形成導電的支持件24。支持件24可以用導電材料制成。在構成支持件的絕緣材料的表面上形成電極膜可以把導電性加到支持件24上。
在凹槽15的兩側，第一絕緣膜16和第二絕緣膜18覆蓋內電極14，外電極20和22形成在第一和第二絕緣膜上?？梢圆槐匦纬砂疾邸＠缈梢园央姌O這樣形成，即在基體元件12的一側面的寬度方向的兩端上，在它們的暴露部分上用絕緣膜16和18交替覆蓋內電極14，并在其上沿基體元件12的縱向形成兩排外電極20和22。在這種情況下，雖然基體元件12沒有設置凹槽，相鄰內電極14也分別連接到外電極20和22上。
壓電諧振器10把外電極20和22用作輸入和輸出電極。在除了基體元件12的兩端的部分上，由于電場加到相鄰內電極14上，所以基體元件12是具有壓電活動性。在基體元件12的兩端，由于基體元件沒有極化，由于在兩端上沒有形成電極，所以沒有施加電場，該基體元件是沒有壓電活動性的。因此，用于輸入信號的激勵部件26形成在基體元件12的中央，用于輸入信號的非激勵部件激勵部件28形成在基體元件12的兩端上。當接收到輸入信號時，非激勵部件激勵部件28不產(chǎn)生驅動力。如果把電場加到內電極上，當內電極之間的部分沒有極化時，該部分是非活動的?？梢允褂秒妶霾患拥綐O化壓電層上的結構。
為了制作壓電諧振器10，如圖4所示，首先準備由壓電陶瓷制成的未燒結片30，作為壓電層。在每個未燒結片30的一面上，涂上包括例如銀、鈀和有機粘接劑等導電膠，在每片未燒結片30上除端部之外幾乎所有區(qū)域上形成導電膠層32。疊合多個未燒結片30，把未燒結片上未形成導電膠層32的端部交錯相對放置。烘焙相對側面上涂有導電膠的層疊件，形成圖5所示的層疊基體34。
層疊基體34具有多個內電極36，它已通過烘焙導電層32制得。由于內電極36交替暴露在層疊基體34的相對面上，所以形成在相對面上的極化電極38和40分別連接到每隔一個內電極36上。當把直流電壓加到極化電極38和40上時，對層疊基體34進行極化。在層疊基體34內，高的直流電場以相反方向交替施加在相鄰內電極36之間。因此，如圖5的箭頭所示，在內電極36的兩側上以相對的方向極化層疊基體34。
由于諧振器的反諧振頻率由疊層基體34的厚度決定，所以層疊基體34的表面沉淀到要求的厚度。用切割機沿圖6所示的虛線切割層疊基體34，使切割面垂直于多個內電極36。然后，獲得如圖7所示的內電極36的端部暴露的層疊件42。如圖8所示，把絕緣膜44以方格圖形的形式涂到層疊件42的一表面上。與圖7相比，圖8是經(jīng)簡化的圖，為簡化起見，減小了層疊數(shù)。一排絕緣膜44覆蓋在交錯的內電極36上。絕緣膜44的相鄰排覆蓋另一交錯的內電極36。如圖9所示，在層疊件42上形成有絕緣膜44的一個表面上進行濺射，形成外電極48。
在層疊件42的中心上形成由導電材料制成的帶形支持件50，如圖10所示，該支持件平行于內電極36。在以方格形式形成的絕緣膜44的相鄰排之間形成凹槽15，如圖11所示，該凹槽垂直于內電極36的表面。凹槽15切割層疊件42，形成圖1所示的壓電諧振器。
當把信號加到壓電諧振器10內的外電極20和22上時，由于以相對方向施加電壓，使激勵部件26的壓電層極化，所以壓電層以相同的方向作為一個整體膨脹和收縮。因此，壓電諧振器10以基本模式以縱向振動，基體元件12的中心作為節(jié)點。
在該壓電諧振器10中，激勵部件26的極化方向、信號施加的電場方向和激勵部件26內振動的方向都相同。換句話說，該壓電諧振器10屬于加強型。加強型壓電諧振器10的電磁耦合系數(shù)比振動方向與極化方向和電場方向不同的非加強型壓電諧振器大。因此，壓電諧振器10的諧振頻率與反諧振頻率之頻率差ΔF比傳統(tǒng)壓電諧振器的大。這意味著壓電諧振器10獲得了寬頻帶特性。
為了測量加強型與非加強型壓電諧振器之間的差異，制作了如圖12、13和14所示的壓電諧振器。把電極形成在長寬高為4.0mm×1.0mm×0.38mm的壓電基片的厚度方向的兩表面上，這樣制成圖12所示的壓電諧振器。該壓電諧振器以厚度方向極化，并當把信號加到電極上時沿縱向振動。圖13所示的壓電諧振器的尺寸與圖12所示的壓電諧振器相同。電極形成在壓電基片的縱向的兩表面上。壓電諧振器以縱向極化，當把信號加到電極上時，以縱向振動。把電極形成在長寬高為4.7mm×4.7mm×0.38mm的壓電基片的厚度方向的兩表面上，這樣制成圖14所示的壓電諧振器。該壓電諧振器以厚度方向極化，當把信號加到電極上時以平面方向振動。圖12和圖14所示的壓電諧振器屬于非加強型，而圖13所示的壓電諧振器屬于加強型。
對這些壓電諧振器的每一個測量諧振頻率Fr和機電耦合系數(shù)K，測量結果示出在表1、2和3上。表1表示圖12所示的壓電諧振器的測量結果。表2表示圖13所示的壓電諧振器的測量結果。表3表示圖14所示的壓電諧振器的測量結果。
表1
表2
表3
從測量數(shù)據(jù)可以看出，加強型壓電諧振器的電磁耦合系數(shù)K比非加強型壓電諧振器大，因此，諧振頻率與反諧振頻率之間的頻率差ΔF也較大。在振動期間，在加強型壓電諧振器中最大的寄生振動屬于縱向三重波型，電磁耦合系數(shù)K為12.2％。在與基本振動不同的寬度模式振動期間，電磁耦合系數(shù)K為4.0％。相反，在寬度模式振動期間，在非加強型縱向振動壓電諧振器中，電磁耦合系數(shù)K為25.2％。在厚度模式振動期間，在非加強型正方型振動壓電諧振器中，電磁耦合系數(shù)K大至23.3％。因此，可以看出，加強型壓電諧振器的寄生振動比非加強型諧振器小。
在諧振器10中，在基體元件12的兩端上形成非激勵部件激勵部件28。改變非激勵部件激勵部件28，以調節(jié)諧振頻率以及諧振頻率與反諧振頻率之差ΔF。換句話說，在基體元件12的縱向上研磨端面或者增加質量可以調節(jié)壓電諧振器10的帶寬。
在壓電諧振器10中，通過例如改變激勵部件26的層數(shù)可以調節(jié)諧振器的電容。在激勵部件26中，壓電層和內電極14交替疊合，并且并聯(lián)電連接。當改變層數(shù)，而激勵部件26的總厚度保持不變，由于一層的厚度與層數(shù)成反比例，所以滿足下列關系。
諧振器的電容正比于激勵部件內的層數(shù)/一層的厚度的比率，該比率正比于激勵部件內層數(shù)的平方。因此，改變激勵部件26內的層數(shù)可以調節(jié)壓電諧振器10的電容。這意味著壓電諧振器10在電容設計上具有較大的自由度。因此，當把壓電諧振器10安裝到電路板上時，可以容易地實現(xiàn)與外電路的阻抗匹配。
把包括例如銀、鈀和有機粘接劑等的導電膠涂在由壓電陶瓷制成的每片未燒結片30的一個表面上。把多個這樣的未燒結片交替疊合，并在1200℃下整體烘焙，形成長寬高為20mm×30mm×3.9mm的層疊基體34。通過濺射形成極化電極38和40。把高直流電場施加在相鄰內電極36之間，極化層疊基體，使相鄰壓電層內的極化方向交替相對。改變層疊基體34的厚度。切割層疊基體34，形成長寬高為1.5mm×30mm×3.8mm的層疊件42。在暴露于層疊件42的一面上的內電極36上以方格圖形形成絕緣膜44，并通過濺射在其上形成銀電極。支持件50形成在電極上，還形成凹槽15。用切割機切割得到的塊，以得到長寬高為1.5mm×1.5mm×3.8mm的壓電諧振器10。
壓電諧振器10在基體元件12上具有十九個電極14，電極14以幾乎相等的間隔0.19mm設置。形成的第一和第二絕緣膜16和18使電場不加到設置在基體元件12兩端上的三個壓電層。激勵部件26包括設置在基體元件12中央的壓電層，非激勵部件激勵部件在兩端有三個壓電層。壓電諧振器10的電容為830pF，它具有圖15所示的頻率特性。為了進行比較，圖16示出了正方型振動壓電諧振器的頻率特性。從圖15和圖16中可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的壓電諧振器10的寄生振動比正方形壓電諧振器小。
根據(jù)形成激勵部件26和非激勵部件激勵部件28的位置，可以改變諧振頻率與反諧振頻率之頻率差ΔF?？梢岳鐖D17所示在基體元件12的兩端和中央形成非激勵部件激勵部件28。在形成激勵部件26的位置變化的情況下，利用有限元素方法計算壓電諧振器內的電容Cf和頻率差ΔF，其中“a”表示壓電諧振器10的中央與端部之間的距離，“b”表示激勵部件26的中心與重心之間的距離，“c”表示激勵部件26的長度，W表示基體元件12的寬度，T表示基體元件12的厚度。圖18示出了b/a與ΔF與反諧振頻率Fa的比之間的關系、ΔF/Fa以及電容Cf，“a”等于1.89mm，W和T等于0.8mm，“c”等于0.86mm，b/a變化。從圖18中可以發(fā)現(xiàn)，無論形成激勵部件26的位置如何，電容Cf不變。相反，還發(fā)現(xiàn)，ΔF隨著激勵部件26靠近基體元件12的兩端而減小。
通過改變激勵部件26與非激勵部件激勵部件28的比率可以改變壓電諧振器10內的頻率差ΔF。改變激勵部件的比率，即圖1和2所示的壓電諧振器10內的激勵部件26的長度對基體元件12的長度的比率，測量諧振頻率Fr、反諧振頻率Fa、頻率差ΔF以及其變化率，在表4和圖19中示出了這些數(shù)據(jù)。
表4
圖19示出了當激勵部件比為100％時，即當不存在非激勵部件激勵部件時在把ΔF設置成100％的條件下激勵部件比與ΔF變化之間的關系。從圖19中可以發(fā)現(xiàn)，在激勵部件比為65％至85％時，ΔF較大，在激勵部件為75％時獲得ΔF的峰值。該峰值比在激勵部件為100％時，換句話說，在不存在非激勵部件激勵部件時獲得的值約大10％。在激勵部件比為50％和100％時獲得的ΔF相等。因此，為了獲得具有較大ΔF的壓電諧振器，必須把激勵部件比率設置成50％或者更大。
在壓電諧振器10中，當用20層中的14壓電層構成激勵部件24時，電容為830pF。相反，當把激勵部件比設置成100％時，這意味著只用一層壓電層時，換言之，當在基體元件12的兩端面上用相同的材料以相同的尺寸形成電極時，電容為3.0pF。當用所有20層壓電層構成激勵部件26時，電容為1185.6pF。改變壓電諧振器10內的基體元件的激勵部件26的壓電層數(shù)可以在最小與最大之差約為400倍的范圍內改變電容。因此，改變壓電諧振器10的層疊結構可以從較寬的范圍內選擇電容，在電容設計上提供較大的自由度。
非激勵部件激勵部件28可以這樣形成，即，如圖20所示在基體元件12的端部不形成電極從而不施加電場?；w元件12的端部可以極化，也可以不極化。如圖21所示，可以只有基體元件12的端部不極化。在這種情況下，即使在電極14之間施加電場，未極化的部分仍為壓電不活動性的。該結構也可以這樣形成，基體元件12都極化，由于絕緣膜16和18的原因，電場不加到內電極14上。換句話說，只有當壓電層極化并且施加到電場時，該層才為壓電活動性的，否則它是不活動的。在圖21和22所示的結構中，電容器也在非激勵部件激勵部件中形成，這樣可以增加電容。如圖22所示，在基體元件12的端面上可以形成較小的電極52，以調節(jié)頻率或者把它連接到外電路上。
用這種壓電諧振器10可以生產(chǎn)諸如振蕩器和鑒別器等電子部件。圖23示出了電子部件60的透視圖。電子部件60包括絕緣基片62。在絕緣基片62的相對端部上分別形成兩缺口64。在絕緣基片62的一個表面上，形成兩圖形電極66和68。一個圖形電極66形成在相對的缺口64之間，并以L形的形式從接近一端的點向絕緣基片62的中心延伸。另一圖形電極68形成在相對缺口64之間，并從L形接近另一端的點向絕緣基片62的中心延伸。在絕緣基片62的中央，兩圖形電極66和68相對，中間有一間隔。圖形電極66和68是這樣形成的，即它們的線路是從絕緣基片62的端部迂回到相對的表面。
在設置在絕緣基片62中心處的圖形電極66和68的端部上，如圖24所示，用導電粘接劑連接壓電諧振器10的支持件24。從而把壓電諧振器10的外電極20和22固定到絕緣基片62上，并電連接到圖形電極66和68上。
把金屬帽蓋74放在絕緣基片62上，完成電子部件60。為了防止金屬帽蓋74使圖形電極66和68短路，事先在絕緣基片62和圖形電極66和68上涂上絕緣樹脂。電子部件60把從絕緣基片62的端部繞到后表面的圖形電極66和68用作連接外電路的輸入和輸出端。
由于形成在基體元件12縱向中央上的支持件24支持該電子部件60內的壓電諧振器10，所以壓電諧振器10的端部與絕緣基片62分開設置，因而不會妨礙壓電諧振器10的振動。通過支持件24固定作為節(jié)點的壓電諧振器10的中心，外電極20和22電連接到圖形電極66主68上。由于支持件24事先形成在壓電諧振器10上，所以壓電諧振器10的節(jié)點可以精確地定位。因此，與把壓電諧振器放置在形成在圖形電極66和68上的突起的支持件上的情況相比，可以更精確地支持該節(jié)點?？梢苑乐箟弘娭C振器振動泄漏，從而達到極佳的特性。由于不需要用導線把壓電諧振器10的外電極20和22連接到圖形電極66和68上，所以可以低成本地制造電子部件。
電子部件60與集成電路芯片與其它部件安裝在電路板上，形成振蕩器或者鑒別器。由于電子部件60用金屬帽蓋74密封和保護，所以它可以用作可以利用回流焊接的安裝芯片型(表面安裝)部件。
當在振蕩器使用電子部件60時，把寄生振動抑制在較低水平，并防止了由于電子部件60中使用的壓電諧振器10的特征由寄生振動產(chǎn)生的異常的振動。由于可以把壓電諧振器10的電容設置成任意要求的值，所以它還可以容易地實現(xiàn)與外電路的阻抗匹配。尤其是當把電子部件用作壓控振蕩的振蕩器時，由于諧振器的ΔF較大，所以能獲得傳統(tǒng)上不能得到的寬頻范圍。
當把電子部件60用于鑒別器時，由于諧振器的ΔF較大，所以提供了寬峰分離范圍。另外，由于諧振器提供了寬電容范圍，所以可以容易地實現(xiàn)與外電路的阻抗匹配。
可以用多個壓電諧振器10來制用梯形濾波器。圖25是具有梯形電路的梯形濾波器的主要部分的平面圖。圖26是主要部分的分解透視圖。在圖25和26所示的電子部件中，在絕緣基片62上形成四個圖形電極90、92、94和96。在圖形電極90、92、94和96上形成一直線上有一間隔的五個焊盤。第一焊盤形成在圖形電極90上，最接近絕緣基片62的一端，第二和第五焊盤形成在圖形電極92上，第三焊盤形成在圖形電極94上，第四焊盤形成在圖形電極96上。
形成在壓電諧振器10a、10b、10c和10d上的外電極20和22上的支持件24安裝在這些焊盤上，獲得如圖27所示的梯形電路。然后，把金屬帽蓋(未示出)放在絕緣基片62上。
把電子部件60用作具有圖27所示的梯形電路的梯形濾波器。兩壓電諧振器10a和10d用作串聯(lián)諧振器，另兩個壓電諧振器10b和10c用作并聯(lián)諧振器。在這種梯形濾波器中，把并聯(lián)諧振器10b和10c設計成其電容基本上大于串聯(lián)壓電諧振器10a和10d的電容。
梯形濾波器的衰減由串聯(lián)諧振器與并聯(lián)諧振器之間的電容比率確定。在這種電子部件60中，電容可以通過改變壓電諧振器10a至10d中所用的層疊層數(shù)來調節(jié)。因此，與使用傳統(tǒng)的非加強壓電諧振器的情況相比，通過改變壓電諧振器的電容實現(xiàn)了用少量的諧振器得到具有較大衰減的梯形濾波器。由于壓電諧振器10a至10d具有比傳統(tǒng)壓電諧振器大的ΔF，所以與傳統(tǒng)壓電諧振器相比，實現(xiàn)了更寬的傳輸頻帶。
由于本發(fā)明利用了加強型壓電諧振器，所以該諧振器的ΔF比傳統(tǒng)的非加強型壓電諧振器大，頻帶比傳統(tǒng)的非加強型壓電諧振器寬。另外，加強型壓電諧振器的寄生振動小。由于基體元件12具有層疊結構，所以可以把電容設置到任意要求的值，可以容易地實現(xiàn)與外電路的阻抗匹配。而且，調節(jié)激勵部件與非激勵部件激勵部件的尺寸和位置，可以改變ΔF。由于根據(jù)本發(fā)明的電子部件60的結構簡單，所以能以低成本進行生產(chǎn)，而又能表現(xiàn)出壓電諧振器10上述的特點。
使用根據(jù)本發(fā)明的制造壓電諧振器的方法，可以批量生產(chǎn)具有上述特性的壓電諧振器10。因此，可以提供低成本的壓電諧振器10。
由于根據(jù)本發(fā)明的壓電諧振器10包括多項可以設計但在傳統(tǒng)壓電諧振器中不能設計的參數(shù)，因此可以實現(xiàn)各種特性。
權利要求
1、一種壓電諧振器(10)的制造方法，其特征在于，所述方法包含下列步驟
1)準備多個壓電層和多個內電極(36)疊合的層疊件(42)，
2)在所述層疊件(42)的一面上部分地形成絕緣膜(44)，使所述內電極(36)的端部暴露，
3)在所述層疊件(42)的所述表面上形成外電極(20，22)，
4)垂直于所述層疊件(42)的所述表面切割所述層疊件(42)。
2、如權利要求1所述的壓電諧振器(10)的制造方法，其特征在于，還包含下列步驟
在所述外電極(20，22)上形成包含導電材料的支持件(50)。
3、如權利要求2所述的壓電諧振器(10)的制造方法，其特征在于，所述支持件(50)位于所述層疊件(42)的縱向中心。
4、如權利要求1至3之一所述的壓電諧振器(10)的制造方法，其特征在于，還包含下列步驟
在其上形成有所述外電極(20，22)的所述層疊件上形成凹槽(15)，所述凹槽(15)的方法平行于所述層疊件(42)的切割方向。
5、如權利要求1至4所述的壓電諧振器(10)的制造方法，其特征在于，所述絕緣膜(44)以方格形式形成，其中一組所述絕緣膜(44)的交錯行覆蓋在一組所述內電極(36)的交錯暴露部分上，另一組所述絕緣膜(44)的交錯行覆蓋在另一組所述內電極(36)的交錯暴露部分上。
6、如權利要求5所述的壓電諧振器(10)的制造方法，其特征在于，所述凹槽(15)形成在以方格形式形成的所述絕緣膜(44)的相鄰行之間，并垂直于所述內電極(36)，在所述絕緣膜(44)的所述行上切割所述層疊件(42)，并平行于所述凹槽(15)。
7、如權利要求1至6之一所述的壓電諧振器(10)的制造方法，其特征在于，所述層疊件(42)以這樣的方式準備，在所述壓電層的相對側上交替暴露所述內電極(36)，在所述壓電層的所述相對側上形成一對極化電極(38，40)，并分別電連接到每隔一個的所述內電極(36)上，通過所述極化電極(38，40)和所述內電極(36)施加直流電壓以極化所述壓電層，并垂直于其層疊方向切割所述壓電件和所述內電極(36)。
全文摘要
一種壓電諧振器具有層疊壓電層和電極形成的基體元件?；w元件在電極兩側以不同的方向進行極化。電極在形成在基體元件的凹槽兩側上分別由絕緣膜16和絕緣膜18交替覆蓋。絕緣膜16覆蓋絕緣膜18沒有覆蓋的電極，反之亦然。外電極20和22形成在基體元件上的凹槽兩側上，電極與它們相連接。在外電極的縱向中心處形成由導電材料制成的支持件24。
文檔編號H01L41/04GK1395367SQ0113546
公開日2003年2月5日 申請日期2001年10月9日 優(yōu)先權日1996年8月5日
發(fā)明者宇波俊彥, 竹島哲夫, 馬場俊行, 草開重雅, 吉野博秀, 井上二郎 申請人:株式會社村田制作所