專利名稱：壓電濾波器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可作為帶通濾波器使用的片型壓電濾波器及其制造方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有多層壓電基片結(jié)構(gòu)的壓電濾波器及其制造方法，在其上裝有能量陷波器，每層之間有粘接涂層，通過層壓結(jié)合。
常規(guī)上，各種類型的片型壓電濾波器是這樣構(gòu)造的，構(gòu)成壓電濾波器單元的多層壓電基片通過其間的粘合層疊壓而成。例如在日本公開號為10-335976，10-135769，11-68509的未審查專利申請中有披露。
圖5為日本公開號為11-68509的未審查的專利申請中所公開的能量陷波濾波器101的剖視圖。
在此公開例中，能量陷波濾波器101包括第一壓電基片102和第二壓電基片103。第一壓電基片102包括第一壓電濾波器元件104和轉(zhuǎn)換電容105，第二壓電基片103包括第二壓電濾波器元件106和轉(zhuǎn)換電容(未畫出)。第一壓電基片102下表面電極和第二壓電基片103上表面電極形狀基本相同。另外，第二壓電基片103下表面電極和第一壓電基片102上表面電極形狀基本相同。
第一和第二壓電基片102和103與中間的絕緣墊片107層壓而成，并且壓電基片102和103與外側(cè)分別的絕緣墊片108和109進(jìn)行層壓。另外，墊片108和109的外側(cè)分別疊有外殼基片110和111。片型壓電濾波器101由上述元件疊壓而成，并在層壓制品外表面形成外部電極。
墊片107至109具有貫穿孔107a至109a，分別為壓電基片102及103上的壓電濾波器104和106提供充分空間，從而使其在墊片107至109內(nèi)部自由振動。在墊片107的外圍有開槽107b至107d，同時(shí)墊片108和109分別有開槽108b和109b。開槽107b至107d，108b及109b使用構(gòu)成外部電極的導(dǎo)電材料填充。更具體的是在包括上述元件的層壓制品外側(cè)使用導(dǎo)電材料構(gòu)成外部電極，用同樣方式，此種導(dǎo)電材料也用于填充開槽107b至107b，108b及109b。因此，可提高電路的可靠性。
與其它電子元件類似的是，需要減小圖5所示的常規(guī)片型壓電濾波器的體積，特別是厚度。
為了減小厚度，必須減小壓電基片102和103之間的墊片107和層壓在其外側(cè)墊片108及109的厚度?？墒牵Ｒ?guī)的片型壓電濾波器101只能有限的減少墊片107至109或墊片107至109之間絕緣粘接層的厚度。所以，很難真正降低此類元件的厚度。
為了克服上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種比常規(guī)器件容易做得薄的高可靠的能量陷波壓電濾波器，它的電極電連接可靠性大地改善。另外，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種能量陷波壓電濾波器的生產(chǎn)方法。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，能量陷波包括一個(gè)具有第一壓電濾波器元件和第一轉(zhuǎn)換電容的第一壓電基片，一個(gè)具有第二壓電濾波器元件和第二轉(zhuǎn)換電容的第二壓電基片，在第一和第二壓電基片之間的粘接層，以及置于層壓結(jié)構(gòu)外側(cè)的多層外部電極，通過層壓固定第一和第二壓電基片及粘接層。粘接層的彈性系數(shù)最好在0.5MPa至3000Mpa之間，同時(shí)粘接層的邊緣最少有一個(gè)開槽。另外，構(gòu)成外部電極的材料起碼應(yīng)插入該至少的一個(gè)槽內(nèi)。
粘接層應(yīng)有一個(gè)貫穿孔以使第一和第二壓電濾波器在其內(nèi)部具有充分的自由振動的空間。
另外，粘接層應(yīng)由預(yù)先經(jīng)過熱固化處理的粘接片構(gòu)成。
最好是該開槽用構(gòu)成外部電極的材料填充。
依照本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施例，一種壓電濾波器的制造方法包括以下步驟制備包括第一壓電濾波器元件及第一轉(zhuǎn)換電容元件的第一壓電基片，包括第二壓電濾波器元件及第二轉(zhuǎn)換電容元件的第二壓電基片，通過壓合第一和第二壓電基片及兩者之間的粘接層構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)，及在層壓板外側(cè)構(gòu)成多層外部電極。粘接劑在熱固化后彈性系數(shù)最好在0.5Mpa至3000Mpa之間。另外，在第一和第二壓電基片之間的粘接邊緣最少應(yīng)有一個(gè)開槽，而且使用外部電極形成的材料填充在該開槽內(nèi)。
熱固粘接片是預(yù)先形成的和熱固化的，它可以用作粘合劑。
最好是是，經(jīng)熱固化處理的粘接片在室溫下沒有粘性，在粘接過程中當(dāng)加熱時(shí)變得有粘性，而且沒有流動性。
另外，粘接層應(yīng)有一個(gè)貫穿孔以使第一和第二壓電濾波器元件在其內(nèi)部具有充分的自由振動的空間。
根據(jù)本發(fā)明的不同優(yōu)選實(shí)施例的壓電濾波器，粘接層的彈性系數(shù)大約可以在0.5MPa至3000MPa之間取值。這樣，即使減少了粘接層的厚度，仍可以有效的抑制不希望的寄生響應(yīng)并將其減至最小。此外，在粘接層的邊緣至少有一個(gè)開槽，里面用與外部電極相同的材料填充。因此，即使在粘接層很薄的情況下，也可大大增加粘接層的端面和外部電極之間的接觸區(qū)，使外部電極可靠性顯著提高。
粘接層內(nèi)部所具有的為第一和第二壓電濾波器元件提供充分的自由振動空間的貫穿孔使其具有穩(wěn)定濾波器的特征。
另外，在第一和第二壓電基片之間使用經(jīng)過熱固化處理的粘接片構(gòu)成的粘接層，并通過加熱處理對粘接層進(jìn)行固化，可以很容易的對第一和第二壓電基片進(jìn)行層壓。
另外，在開槽內(nèi)使用與外部電極相同的材料進(jìn)行填充，可以很好的提高外部電極的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的不同優(yōu)選實(shí)施例的壓電膜生產(chǎn)方法，第一及第二壓電基片之間粘接的彈性系數(shù)值大約在0.5Mpa至3000Mpa之間。這樣，即使減小了粘接層的厚度，仍可有效的抑制不需要寄生響應(yīng)。另外，由于粘接邊緣至少有一個(gè)開槽，通過在開槽中填充與外部電極相同材料的填充物可有效的提高外部電極的可靠性。
在將經(jīng)過熱固化處理的預(yù)先形成的粘接片加熱用于粘接時(shí)，由于其層壓過程方便快捷，因此可大大提高生產(chǎn)率。
另外，經(jīng)熱固化處理的粘接片在室溫時(shí)不呈現(xiàn)粘性，而在粘接過程中進(jìn)行加熱時(shí)呈現(xiàn)粘性，但卻不具有流動性，很容易將粘接層固定在第一和第二壓電基片之間。所以，在加熱后粘接層可以更可靠地固定在所希望的位置。
另外，粘接片具有一個(gè)為第一和第二壓電濾波器元件提供在其內(nèi)部振動的充足空間的貫穿孔，第一和第二濾波器元件的振動可以保證濾波器的穩(wěn)定特性。
下面將根據(jù)附圖，對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，以更清楚的說明本發(fā)明的其它特點(diǎn)、因素、特性及優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的壓電濾波器的優(yōu)選實(shí)施例的透視圖；圖2為圖1所示壓電濾波器沿有A-A線的平面剖開的縱剖面圖；圖3表示在充分抑制寄生響應(yīng)的條件下，粘接層的彈性系數(shù)和厚度間的關(guān)系曲線圖4為表示粘接片的厚度和寄生響應(yīng)抑制之間關(guān)系曲線圖；圖5為通常的壓電濾波器的透視圖；下面將根據(jù)附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1為本發(fā)明的片型能量陷波壓電濾波器1優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，圖2為圖1所示壓電濾波器的縱剖面圖。
根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例，壓電濾波器1包括一個(gè)第一壓電基片2和一個(gè)第二壓電基片3。
第一壓電基片2最好由壓電陶瓷，如鋯酸鉛、鈦酸鉛類陶瓷的壓電單晶體，如石英或其它適當(dāng)?shù)牟牧蠘?gòu)成，并且最好為矩形。在第一壓電基片2上置有一個(gè)第一壓電濾波器元件4和一個(gè)第一轉(zhuǎn)換電容5。第一壓電濾波器4元件包括一對位于第一壓電基片2端面中間位置的諧振電極4a和4b。另外，第一壓電濾波器4還包括另一對位于第一壓電基片2底面中間位置的諧振電極以和諧振電極4a和4b對應(yīng)。
諧振電極4a與鉛電極6a連接，同時(shí)諧振電極4b與沿第一壓電基片2邊緣延伸的第一轉(zhuǎn)換電容5的電容器電極5a連接。位于第二壓電基片2底面電極的形狀盡量與位于第二壓電基片3端面電極的形狀相同。另外，位于第二壓電基片3底面電極的形狀盡量與位于第一壓電基片2端面電極的形狀相同。
第二壓電濾波器7和第二轉(zhuǎn)換電容器8位于第二壓電基片3上。第二壓電濾波器7包括一個(gè)位于其端面的諧振電極7a。另外，與諧振電極4a和4b相同的一對諧振電極(未畫出)被置于第二壓電基片3的底面，以便與諧振電極7a相對。
第二轉(zhuǎn)換電容器8包括一個(gè)與諧振電極7a連接的電容電極8a。另外，另一個(gè)與位于第一壓電基片2端面的電容電極5a相同的電容電極(未畫出)位于第二壓電基片3的底面。所以，電容電極8a和位于第二壓電基片3底面的另一個(gè)電容電極通過第二壓電基片對應(yīng)，從而構(gòu)成第二傳輸電容器8。
類似的，在上述第一壓電基片2的底面有一個(gè)電容電極(未畫出)與電容電極5a對應(yīng)。
第一和第二壓電基片2和3及其中間由預(yù)先經(jīng)過熱固化處理的粘合劑構(gòu)成的粘接片9進(jìn)行壓合。粘接片9接近中心的位置有一個(gè)為壓電濾波無件4和7提供足夠的自由振動空間的貫穿孔。
另外，粘接片9相對的兩面上分別有開槽9b至9d及9e至9g。俯視時(shí)，這些開槽均為半圓形。
在大粘接片上直接形成基本圓形貫穿孔，用作開槽9b至9d和9e至9g。
粘接片10和11分別疊放于壓電基片2和3的外側(cè)面。應(yīng)盡量使用與粘接片9相同的材料構(gòu)成粘接片10和11。并且分別開有為壓電濾波器4和7提供足夠自由振動空間的貫穿孔10a和11a。
并非一定要使用與粘接片9相同的材料構(gòu)成粘接片10和11。也可以如圖1所示，在矩形框內(nèi)用足夠的絕緣粘合劑構(gòu)成粘接片10和11。
外殼基片12和13分別疊放于粘接片10和11的外側(cè)。外殼基片12和13內(nèi)側(cè)均有一個(gè)凹槽13a。因此為壓電濾波器無件4和7提供了足夠的自由振動的空間。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，外殼基片12和13最好用絕緣陶瓷，如氧化鋁，或其它相當(dāng)材料構(gòu)成。不論用何種材料，外殼12和13基片都可以用另一種適當(dāng)?shù)慕^緣材料，如合成樹脂或其它相當(dāng)材料構(gòu)成。
排列多層外部電極，使之沿包括上述元件在內(nèi)的多層結(jié)構(gòu)縱向延伸。最好使用薄膜形成方法，諸如真空濺射、淀積、電鍍或其它適當(dāng)方法或使用導(dǎo)電膠構(gòu)成外部電極。
本優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，粘接片9的彈性系數(shù)范圍在0.5Mpa至3000Mpa之間，在開槽9b至9d和9e至9g中使用與外部電極相同的材料填充。
在常規(guī)的片型壓電濾波器中，用于粘接壓電基片的粘接層的彈性系數(shù)一般相對較高，因此，需將粘接層制作的比較厚。在減小粘接層的彈性系數(shù)時(shí)，就會減弱粘接層端面和外部電極之間的粘接強(qiáng)度，從而造成外部電極的脫離。這樣，會降低粘接層端面和外部電極之間電接觸的可靠性。因此，在常規(guī)的壓電濾波器中，使用極高彈性系數(shù)，如5000Mpa的粘膠構(gòu)成粘接壓電基片的粘接層，也就是圖5所示空間107。然而，在使用具有這種較高彈性系數(shù)的粘膠時(shí)，除非增加粘接膠片的厚度，否則無法有效的抑制寄生響應(yīng)。
相反的，在本優(yōu)選實(shí)施例的片型壓電濾波器1中，如上所述，粘接片9具有相對較低的彈性系數(shù)，即使粘接片9很薄，也可以有效抑制不需要的寄生響應(yīng)并將之降至最低。如上所述，當(dāng)粘接片9的彈性系數(shù)很低時(shí)，就會出現(xiàn)粘接片9的端面和外部電極之間的電接觸可靠性降低的危險(xiǎn)。然而，在本優(yōu)選實(shí)施例中，粘接片9上有開槽9b至9d和9e至9g，可以有效的提高電連接的可靠性。
更特別的是，使用構(gòu)成外部電極的材料填充開槽9b至9d和9e至9g，從而大大加強(qiáng)了外部電極和粘接片9端面之間的粘接強(qiáng)度。圖2是沿對應(yīng)線A-A的平面剖開的圖1中所示的壓電濾波器的縱剖面圖。如圖2所示，外部電極14和15分別充滿了開槽9d和9g。所以，粘接片9的端面與外部電極14和15之間的接觸面積分大大增加了。這樣，外部電極14和15不會從粘接層9的端面脫離。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，壓電基片2和3和具有小彈性系數(shù)的粘接片9一起層壓。所以，即使減少了粘接片9的厚度，也仍可有效的抑制不需要的寄生響應(yīng)。另外，由于具有開槽9b至9d和9e至9g，可大大提高外部電極和粘接片9端面電接觸的可靠性。
下面將結(jié)合實(shí)驗(yàn)例說明本優(yōu)選實(shí)施例的效果。
以尺寸為20mm×30mm×厚度0.2mm的基本矩形結(jié)構(gòu)的PZT作為壓電基片2和3。然后，使銀形成在壓電基片的端面和底面作為傳導(dǎo)膜，用光刻法制成諧振電極4a、4b和7a，電容電極5a和8a等，并制了備了有不同的熱固化處理后彈性系數(shù)和厚度的粘接片9的不同類型的壓電濾波器1。
至于壓電濾波器的寄生響應(yīng)抑制效果，它與常規(guī)類型是相同的，圖3所示為彈性系數(shù)與粘接片厚度關(guān)系曲線圖。本例的和常規(guī)類型的寄生響應(yīng)抑制效果按如下原則確定。首先，具有彈性系數(shù)為大約3000Mpa，厚度大約為300μm的粘合層的壓電濾波器用來測量表現(xiàn)濾波特性的寄生響應(yīng)值X。然后，當(dāng)測量的寄生值在X±1％范圍時(shí)，確定的寄生響應(yīng)抑制效果與傳常規(guī)型的相同。
如圖3所示，降低其彈性系數(shù)，即使粘接片9很薄時(shí)，仍可維持寄生響應(yīng)的抑制效果。
例如，雖然常規(guī)類型的粘接片厚度應(yīng)在200μm左右，將粘接片的彈性系數(shù)降至2Mpa，其厚度可減少至大約40μm。另外，在粘接片的彈性系數(shù)為600Mpa左右時(shí)，其厚度可減至75μm左右。另外，當(dāng)粘接片的彈性系數(shù)為1200Mpa左右時(shí)，其厚度可減至100μm左右。
所以，可以看出可通過降低粘接片9的彈性系數(shù)來減少其厚度。
當(dāng)彈性系數(shù)達(dá)到3000Mpa左右時(shí)，粘接片的厚度為大約200μm或更厚，這時(shí)其所需要的厚度與常規(guī)類型相同。這樣，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，彈性系數(shù)的上限大約為3000Mpa。
圖4和表1所示為粘接片9彈性系數(shù)和厚度不同時(shí)的各種類型壓電濾波器寄生響應(yīng)抑制效果圖；在圖4中，縱軸為寄生響應(yīng)抑制效果，用表示濾波器特性的寄生響應(yīng)幅度表示。
表1 如表1所示，粘接片9的彈性系數(shù)不變時(shí)，不需要的寄生響應(yīng)抑制效果隨厚度的增加而改善。另一方面，當(dāng)粘接片9的厚度不變時(shí)，寄生響應(yīng)抑制效果隨彈性系數(shù)的減小而迅速提高。
所以，粘接片9的彈性系數(shù)越小，其厚度也就越減小。另外，即使在這種情況下，仍可有效抑制寄生響應(yīng)并將其降至最低。然而，當(dāng)粘接片9的彈性系數(shù)過度地減小時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度也會減小，因此壓電濾波器1的產(chǎn)品質(zhì)量就會降低。因此，粘接片9的彈性系數(shù)需大于0.5Mpa。
最好是，粘接片9的彈性系數(shù)大約在0.5至1500Mpa之間，以便有效的抑制寄生響應(yīng)并降低粘接片9的厚度。
在上述優(yōu)選實(shí)施例中，粘接片9應(yīng)事先進(jìn)行形成，而且最好由加熱固化的熱固化的粘接片構(gòu)成。
無論如何，本發(fā)明不僅局限于此，也可用具有熱固化性的粘接片代替粘接片9。同時(shí)，在使用熱固化粘接片時(shí)，其彈性系數(shù)在加熱固后應(yīng)在0.5MPa至3000Mpa之間，可大大減小粘接厚度，而仍保持與上述類似的效果。
然而，從方便的角度看，最好有預(yù)先制成的如前所述的粘接片可供使用。更好的情況是，使用在室溫下無粘性，而在加熱后才具有粘性，并不流動性的經(jīng)熱固化處理的粘接片作為上述粘接片。
在本優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)披露，其它基于本公開原理的不同模式也在隨后權(quán)利要求保護(hù)范圍。所以，本發(fā)明的保護(hù)范圍根據(jù)權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種壓電濾波器，包括包括第一壓電濾波元件和第一轉(zhuǎn)換電容的第一壓電基片，；包括第二壓電濾波元件和第二轉(zhuǎn)換電容的第二壓電基片，；一種位于第一壓電基片和第二壓電基片之間的粘接層，以致形成包括第一和第二壓電基片及所述的粘接層的層壓結(jié)構(gòu)；和在所述層壓結(jié)構(gòu)外側(cè)的多個(gè)外部電極；所述粘接層的彈性系數(shù)范圍約為0.5Mpa至3000Mpa，所述粘接層邊緣有最少一個(gè)開槽，并且使用與外部電極相同的材料填入所述的開槽。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電濾波器，其中有所述的粘接層包括一個(gè)提供足夠空間使第一和第二壓電濾波器自由振動的貫穿孔；
3.如權(quán)利要求1所述的壓電濾波器，其中有所述的粘接層由預(yù)先形成的熱固粘接片構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的壓電濾波器，其中有最少一個(gè)使用構(gòu)成外部電極的材料填充的開槽。
5.如權(quán)利要求1所述的壓電濾波器，其中有壓電陶瓷和壓電單晶體制成的第一壓電基片和第二壓電基片。
6.如權(quán)利要求1所述的壓電濾波器，其中有在其相對的兩邊有多個(gè)開槽的粘接片。
7.如權(quán)利要求6所述的壓電濾波器，其中有多個(gè)半圓形開槽。
8.如權(quán)利要求1所述的壓電濾波器，由層壓在第一和第二壓電基片外側(cè)的附加粘接片組成。
9.如權(quán)利要求8所述的壓電濾波器，使用構(gòu)成第一和第二壓電基片之間粘接片的材料制成的附加粘接片。
10.如權(quán)利要求8所述的壓電濾波器，在附加粘接片中有一個(gè)為壓電濾波元件提供足夠振動空間的貫通孔。
11.一種壓電濾波器制造方法，包括制備包括第一壓電濾波元件和第一轉(zhuǎn)換電容的壓電基片，和包括第二壓電濾波元件和第二轉(zhuǎn)換電容的第二壓電基片；通過在第一和第壓電基片之間疊放粘接片進(jìn)行層壓；和在所述的層壓板外側(cè)構(gòu)成多個(gè)外部電極；其中所述粘膠的彈性系數(shù)范圍在0.5Mpa至3000Mpa之間，在第一和第二壓電基片之間的所述粘接片邊緣最少有一個(gè)開槽，并且使用與外部電極使用的材料相同的材料填入所述的至少一個(gè)開槽。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中預(yù)選形成的熱固化粘接片在加熱后用于粘接。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述熱固化粘接片在室溫下不具粘性，而在粘接過程中通過加熱粘接，并且不具有流動性。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的粘接片有一個(gè)為第一和第二壓電濾波元件提供足夠的自由振動空間的貫通孔。
15.如權(quán)利要求11所述的壓電濾波器，其中第一壓電濾波基片和第二壓電基片使用壓電陶瓷和壓電單晶體制成。
16.如權(quán)利要求14所述壓電濾波器，其中粘接片相對的兩側(cè)具有多個(gè)開槽。
17.如權(quán)利要求16所述的壓電濾波器，其中多個(gè)開槽的每個(gè)有基本的半圓形。
18.如權(quán)利要求11所述的壓電濾波器，還包括層壓在在第一和第二壓電基片外側(cè)的附加粘接片的步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的壓電濾波器，其中附加粘接片使用與第一和第二壓電基片之間粘接片相同的材料制成。
20.如權(quán)利要求18的壓電濾波器，其內(nèi)部具有為壓電濾波器提供足夠自由振動空間的貫穿孔。
全文摘要
一種具有能量陷波的壓電濾波器,具有第一和第二壓電基片及兩者之間的粘接片層壓結(jié)構(gòu)。粘接片的彈性系數(shù)在0.5Mpa至3000Mpa之間,粘接片有最少一個(gè)開槽,并且該開槽以構(gòu)成外部電極的材料填充。
文檔編號H03H3/02GK1335676SQ0112332
公開日2002年2月13日 申請日期2001年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月27日
發(fā)明者尾島茂夫 申請人:株式會社村田制作所