專利名稱：芯片型壓電諧振元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于例如以表面安裝的方式安裝在一個基底上的芯片型壓電諧振元件，更詳細地說，本發(fā)明涉及一種應(yīng)用一種能量陷阱型的壓電諧振器的芯片型壓電諧振元件。
一般來說，應(yīng)用下述的一種諧振器作為一種用于KHz(千赫)波段的諧振器利用一個角形壓電板的一種伸縮振動模式的諧振器、利用一個條型壓電體的一種長度振動模式的諧振器或一種壓電調(diào)諧叉型諧振器。
在這樣一種壓電諧振器中，當(dāng)加上一個電壓時，一個諧振部分產(chǎn)生振動。因此為了形成作為一個實際元件的壓電諧振器，有必要把該壓電諧振器支撐起來以使諧振能進行。由于一種能量陷阱型壓電諧振器的振動能量被限制在其諧振部分內(nèi)，故可以用機械方式在其諧振部分以外的區(qū)域內(nèi)固定該種壓電諧振器。因此，考慮到要應(yīng)用于一種產(chǎn)品，該種能量陷阱型壓電諧振器優(yōu)于其它類型的壓電諧振器，因此對于一種用于KHz波段的壓電諧振器來說也希望采用一種能量陷阱型的諧振器。
但是在利用一種伸縮振動模式或利用一種長度振動模式的諧振器(該種諧振器被認為是一種通用的KHz波段的壓電諧振器)內(nèi)，把振動能量限制在一個范圍內(nèi)是不可能的。因此，如在

圖1中所示，通過彈性端192和193來夾住利用一個長度振動模式的一個壓電諧振器191，該彈性端192和193夾住在其間的振動節(jié)點。在利用一種伸縮振動模式的、不能使能量限制在一個范圍內(nèi)的一種角形板型的壓電諧振器中，也在彈性端間夾住該諧振器的節(jié)點。因此，在利用伸縮和長度振動模式的、用于KHz波段的壓電諧振器中，該種元件的結(jié)構(gòu)是如此復(fù)雜，以致要形成微型芯片型的、可以采用表面安裝方式的元件是非常困難的。
另一方面，在一種如圖2所示的壓電調(diào)諧叉型諧振器196中，能量被限制在其振動部分內(nèi)。該諧振器196包括一個壓電板194，該壓電板194沿其厚度方向被極化并且具備狹縫194a至194c和振動電極195a(未示出在一個背部表面的振動電極)，如圖2所示，在該壓電板194的二個主表面上圍繞中心狹縫194b形成上述振動電極。因此，由于當(dāng)例如在靠近該壓電板194的邊緣194d和194e的部分內(nèi)固定該諧振器196時，其特性保持不變，故可把該諧振器196形成為一種可進行表面安裝的芯片元件。
但在該壓電調(diào)諧叉型諧振器196中，雖可把其能量限制在一個范圍內(nèi)，但由于它的振動模式的限制，可保證的頻帶寬度只有其諧振頻率的約2％。另一方面，在市場上也很需要工作于KHz波段的一種寬帶的壓電諧振器。該壓電調(diào)諧叉型諧振器196不能滿足這種需要。
本發(fā)明的一個目的是提供可應(yīng)用于KHz波段的、具有較寬的頻帶特性的一種能量陷阱芯片型壓電諧振元件。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種芯片型壓電諧振元件，該壓電諧振元件包括一個基底；一個直接或間接地固定在該基底上的壓電諧振器，該諧振器具備一個具有矩形截面形狀的壓電諧振部分，該壓電諧振部分有一對短邊和一對長邊，把該短邊和長邊的邊長的比值設(shè)置在滿足下式的一個值的附近約±10％的范圍內(nèi)b/a＝n(-1.47σ＋1.88)…(1)(n整數(shù))假設(shè)a和b分別表示短邊和長邊的長度，σ表示形成該壓電諧振器的材料的泊松(Poisson′s)比；以及一個固定到該基底上的，用于密封閉定到該基底上的壓電諧振器的頂蓋部件。
也就是說，本發(fā)明的目的是制成一種芯片型壓電諧振元件，該元件應(yīng)用一種具有一個其比值b/a在上述特定范圍內(nèi)的壓電諧振部分的壓電諧振器，這一點從下面的實施例的描述中可得到清楚的了解。該具備一個其比值b/a在上述特定范圍內(nèi)的壓電諧振部分的壓電諧振器以一種如下面描述的寬度伸縮模式諧振，并且其振動節(jié)點位于短側(cè)表面的大致中心部分和矩形表面的中心。因此當(dāng)在任一節(jié)點處用機械方式支撐該壓電諧振器時，可把振動能量有效地限制在該壓電諧振部分內(nèi)。因而可把該壓電諧振器用作一種能量陷阱型壓電諧振器。故在該按照本發(fā)明的芯片型壓電諧振元件中，把振動能量有效地限制在該壓電諧振器的壓電諧振部分內(nèi)，由此在使該壓電諧振部分的振動能進行的同時可容易地把該壓電諧振器固定到該基底上。這樣一來，通過把該壓電諧振器與該基底和該頂蓋部件結(jié)合在一起可容易地形成上述芯片型壓電諧振元件。
在本發(fā)明中，在使上述壓電諧振器具備一個其比值b/a被設(shè)置在上述范圍內(nèi)的壓電諧振部分的情況下，可形成上述壓電諧振器使之具有一種適當(dāng)?shù)男螤?。也就是說，可只由該壓電諧振部分來形成該壓電諧振器，或者把支撐部分連接到該壓電諧振器的短側(cè)表面的大致中心部分。在另一種方式下，可把該支撐部分連接到該壓電諧振部分的兩短側(cè)表面的中心處。
再者，在可以激勵寬度伸縮模式的振動的情況下，可在該壓電諧振部分的任何位置內(nèi)形成諧振電極，這一點從下面的實施例的描述中可得到清楚的了解。舉例來說，可在形成該壓電諧振部分的二個矩形主表面上形成諧振電極。另一方面，當(dāng)以一個矩形板的形式提供該壓電諧振部分且該矩形板的極化方向是平行于該矩形板表面時，可在一個主表面上或在二個主表面上形成一對諧振電極，使其以一個規(guī)定距離相互對向設(shè)置。
壓電諧振部分可以由一種諸如壓電陶瓷、晶體的適當(dāng)?shù)膲弘姴牧匣蛞环N壓電單晶制成。在另一種方式下，壓電諧振部分可以由一種合成材料制成。也就是說，可通過把一個壓電薄膜疊合在一個金屬板或一個半導(dǎo)體板上來形成該壓電諧振部分。至于出現(xiàn)在上述式(1)中的泊松比σ，當(dāng)該壓電諧振部分由該合成材料構(gòu)成時，有必要考慮該總體的合成材料的有效的泊松比。
基底可由一種如一個陶瓷板或一個合成樹脂板的材料構(gòu)成，該材料具有適合于形成一個芯片型元件的強度。在該基底上至少形成一個端電極是較為可取的。也就是說，可通過形成端電極來構(gòu)成可在一個印刷電路板等上進行表面安裝的一種芯片型壓電諧振元件。
在按照本發(fā)明的芯片型的壓電諧振元件中，通過一個規(guī)定厚度的一個間隙把該壓電諧振器的壓電諧振部分固定到該基底上是較為可取的。因而，該芯片型壓電諧振元件還包括用于形成該間隙的間隙形成裝置是較為可取的。
例如可由一種用于把該壓電諧振器固定到該基底的膠粘劑來作為該間隙形成裝置。也就是說，通過該膠粘劑可以確定間隙，即通過控制其厚度能確定該間隙。在另一種方式下，在一種具有一個在該基底上提供的端電極的結(jié)構(gòu)中，可通過一種導(dǎo)電膠粘劑把壓電諧振器固定到基底上，以使壓電諧振器與在基底上提供的端電極進行電連接。
再者，芯片型壓電諧振元件可以包括一個用于使在基底上形成的端電極與壓電諧振器進行連接的金屬端，在這種情況下，可由該金屬端確定間隙形成裝置。也就是說，可以這樣來選擇該金屬端的長度，使得在該壓電諧振器的壓電諧振部分與該基底之間可確定一個規(guī)定厚度的間隙。
按照本發(fā)明，除了固定在該基底上的壓電諧振器外，還可再疊合至少一個諧振器。在這種情況下，可通過多個壓電諧振器形成一個濾波器電路，由此來提供一個芯片型壓電濾波器。
在本發(fā)明中，可通過焊料或一種導(dǎo)電膠粘劑或通過諸如電阻焊接之類的焊接把該壓電諧振器直接或間接地固定到基底上。術(shù)語“間接地”的意思是通過例如另一個壓電諧振器或一個介質(zhì)襯底之類的另一個部件把壓電諧振器固定到基底上。因此按照本發(fā)明，可把一個利用一種寬度伸縮模式的壓電諧振器直接地固定在基底上，或通過另一個部件間接地把壓電諧振器固定在基底上。
按照本發(fā)明的芯片型壓電諧振元件采用能量陷阱型壓電諧振器，該壓電諧振器具備利用一種寬度伸縮模式的、其比值b/a被設(shè)置在上述特定范圍內(nèi)的壓電諧振部分。在該壓電諧振器中，把振動能量有效地限制在該壓電諧振部分內(nèi)，而使振動節(jié)點位于壓電諧振部分的主表面的中心處和短側(cè)表面的大致中心部分處，由此當(dāng)在上述部分的任一處用機械方式支撐該壓電諧振器時，可以可靠地把振動能量限制在該壓電諧振部分內(nèi)。
因此，可通過連接到該振動節(jié)點的支撐部分把該壓電諧振器固定到該基底上。在另一種方式下，可通過上述振動節(jié)點把只由一個壓電諧振部分形成的一個壓電諧振器固定在基底上。在上述哪一種方式下，都可在使壓電諧振部分的振動能進行的同時，把壓電諧振器固定到基底上。這樣一來，可通過把頂蓋部件固定在基底上以密封壓電諧振器，來形成一個能量陷阱芯片型壓電諧振元件。
因而就可實現(xiàn)與一個常規(guī)的芯片型壓電諧振元件相比更寬的頻帶特性，由此提供一個可特別有效地應(yīng)用于KHz波段的芯片型壓電諧振元件。
當(dāng)把支撐部分連接到壓電諧振部分時，可通過支撐部分把壓電諧振器固定在基底上，故可選擇該支撐部分的尺寸使其符合上述固定過程的要求。這樣一來，在使該壓電諧振元件的振動能進行的同時，可提供一種在機械強度方面性能良好的能量陷阱芯片型壓電諧振元件。
提供上述間隙形成裝置的方式是便于該壓電諧振部分的振動這一點是較為可取的，由此可提供一種具有更穩(wěn)定的特性的芯片型壓電諧振元件。
通過下述結(jié)合附圖對于本發(fā)明的詳細描述，本發(fā)明的上述的和其它的目的、特征、方面和優(yōu)點將變得更明顯。
圖1是說明一個常規(guī)的由彈性端支撐的壓電諧振器的一個透視圖；圖2是顯示一個常規(guī)的調(diào)諧叉型壓電諧振器的一個平面圖；圖3是顯示一個利用一種寬度伸縮模式的壓電諧振器的一個透視圖；圖4是說明一個正方形板的一種伸縮模式的一個典型平面圖；圖5是說明一種寬度伸縮模式的一個典型的平面圖；圖6是說明一種寬度模式的一個典型的平面圖；圖7A和7B分別是顯示通過一種有限元法分析的、當(dāng)激勵一種寬度伸縮模式的振動時位移分布的一種狀態(tài)的一個典型的平面圖和用于說明在圖7A中的坐標系統(tǒng)的一個圖；圖8說明沿圖7A中的X軸的位置與位移量之間的關(guān)系；圖9說明比值b/a與泊松比σ之間的關(guān)系；圖10說明比值b/a與相對位移量D之間的關(guān)系；圖11說明泊松比σ與比值b/a之間的關(guān)系；圖12A和12B分別是顯示利用一種寬度伸縮模式的一個典型的壓電諧振器的一個平面圖和一個側(cè)視垂直剖面圖；圖13是顯示利用一種寬度伸縮模式的另一個典型的壓電諧振器的一個平面圖；圖14是顯示利用一種寬度伸縮模式的又一個典型的壓電諧振器的一個平面圖；圖15是顯示按照本發(fā)明的第一實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖16A和16B分別是顯示在該第一實施例中應(yīng)用的一個壓電諧振器的一個平面圖和穿過一個壓電板顯示一個下部電極形狀的一個典型的平面圖；圖17是顯示按照該第一實施例的芯片型壓電諧振元件的一個透視圖；圖18是說明按照本發(fā)明的一個第二實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖；圖19說明按照該第二實施例的芯片型壓電諧振元件的一個等效電路；圖20是顯示按照該第二實施例的芯片型壓電諧振元件的一個透視圖；圖21是說明按照本發(fā)明的一個第三實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖；圖22是顯示按照該第三實施例的芯片型壓電諧振元件的外貌的一個透視圖；圖23說明按照該第三實施例的芯片型壓電諧振元件的一個等效電路；圖24是說明本發(fā)明的一個第四實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖；圖25說明按照該第四實施例的芯片型壓電諧振元件的一個等效電路；圖26是說明本發(fā)明的一個第五實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個透視圖；圖27是顯示通過金屬端進行固定的一種壓電諧振器的一個改型的一個透視圖；圖28是顯示通過金屬端進行固定的一種壓電諧振器的另一個改型的一個透視圖；圖29是顯示通過金屬端進行固定的一種壓電諧振器的又一個改型的一個透視圖；圖30是說明在圖29中示出的改型中的一個金屬端部分的一個局部分割放大剖面圖；圖31是說明按照本發(fā)明的一個第六實施例的一種芯片型壓電諧振元件的電路結(jié)構(gòu)的一個圖；圖32是說明按照本發(fā)明的第六實施例的該芯片型壓電諧振元件的分解透視圖；圖33是說明按照本發(fā)明的第七實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖；圖34是說明在該第七實施例中應(yīng)用的一個金屬端的一個放大透視圖；圖35是說明按照本發(fā)明的第八實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖；圖36A和36B分別是說明在該第八實施例中應(yīng)用的金屬端的透視圖；圖37是說明固定到一個利用一種長度振動模式的壓電諧振器上的金屬端的一個透視圖；以及圖38是通過按照該第八實施例的芯片型壓電諧振元件形成的一種梯形濾波器的一個電路圖。
以下描述本發(fā)明的非限制性的實施例。
首先描述一種利用一種在本發(fā)明中應(yīng)用的寬度伸縮模式的壓電諧振器。
圖3是說明在本發(fā)明中應(yīng)用的一種能量陷阱型壓電諧振器205中的一個壓電振動部分的一個透視圖。在該壓電諧振器205中，在一個矩形壓電陶瓷板206的二個主表面上形成電極207和208，該壓電陶瓷板206的極化方式是把極化軸調(diào)整到沿該板的厚度方向。假設(shè)a和b分別表示該壓電陶瓷板206的短邊和長邊的長度，選擇比值b/a使其在上述的特定的范圍內(nèi)，由此如下面所描述的那樣會很強地激勵寬度伸縮模式的振動。從現(xiàn)在起描述，當(dāng)把該比值b/a設(shè)置在上述的特定范圍內(nèi)時很強地激勵該寬度伸縮模式的振動的情況。
圖4至6分別是顯示說明伸縮模式、寬度伸縮模式和寬度模式的振動器的振動狀態(tài)的示意平面圖。本發(fā)明人通過一種有限元法已分析了具有各種不同的短邊和長邊的長度的矩形板型振動器的振動狀態(tài)。當(dāng)長邊的長度b對于短邊的長度a的比值b/a是1時，即當(dāng)一個振動器201的形狀是一個正方形板時，如圖4中所示，會很強地激勵伸縮模式的振動。也就是說，在一個具有如圖4中所示的一種正方形面的形狀的振動器201中，使振動在由虛線A所示的狀態(tài)與由單點鏈線B所示的狀態(tài)之間重復(fù)，由此來很強地激勵伸縮模式的振動。
當(dāng)使用該比值b/a遠大于1時，即當(dāng)b/a＞1時，如圖6中所示，一個矩形振動器在由虛線A所示的狀態(tài)與由單點鏈線B所示的狀態(tài)間振動，由此很強地激勵寬度模式的振動。
另一方面，當(dāng)該比值b/a大于1并小于很強地激勵上述寬度模式的振動的一個值時，如在關(guān)于一個振動器203的圖5中所示的，很強地激勵在由單點鏈線A所示的狀態(tài)與由虛線B所示的狀態(tài)間的振動，即寬度伸縮模式的振動。已經(jīng)按這種方式命名了該“寬度伸縮模式”，由該命名可想到它是在大家熟知的伸縮和寬度模式之間的一種中間的振動模式。
在上述的認識的基礎(chǔ)上，通過具有被選擇為特定值的比值b/a的壓電陶瓷板來制成在圖3中示出的壓電諧振器205的樣品。
在具有各種不同的比值b/a的上述壓電諧振器205的樣品中激勵了上述寬度伸縮模式的振動，由此已證實當(dāng)該比值b/a滿足等式b/a＝-1.47σ＋1.88時可最強地激勵上述寬度伸縮模式的振動。圖7A顯示在壓電諧振器205的樣品中的位移分布的結(jié)果，該結(jié)果是由一種有限元法分析得出的。
在由一種有限元法分析得出的位移分布中，在如圖7B中示出的關(guān)于壓電諧振器205的任一主表面的中心O確定X和Y軸的同時，測量了各個部分的位移狀態(tài)，由此得到如圖8中所示的一個結(jié)果。由圖可知，在沿X軸激勵上述寬度伸縮模式的振動的壓電諧振器205中，在中心O和圖7B中的一個位置X1處，即任一短邊的中心處，位移量最小，在上述二個位置的中間部分處，位移量最大。這意味著在利用一種寬度伸縮模式的壓電諧振器205中節(jié)點處于主表面的中心和短邊的中心處。這樣一來，通過由其它支撐部件來支撐主表面的中心或短邊的中心，在使上述寬度伸縮模式的振動能進行的同時，可支撐壓電諧振器205。
再者，已證實上述比值b/a與壓電諧振器205的泊松比有關(guān)。對于各種不同的泊松比的振動器測量了激勵上述寬度伸縮模式的振動的比值b/a，并對比值b/a作圖，從而得到在圖9中示出的結(jié)果。因此，正如在圖9的直線中示出的，已認識到，通過選擇滿足下述等式的比值b/a可以可靠地激勵寬度伸縮模式的振動。
b/a＝-1.47σ＋1.88…(2)再者，也已認識到，不但當(dāng)比值b/a滿足等式(2)時，而且當(dāng)比值b/a稍微偏離等式(2)時，都可很強地激勵寬度伸縮模式的振動。在變動比值b/a的同時通過對于具有泊松比σ為0.324的一個壓電陶瓷板的多個樣品的測量證實了該寬度伸縮模式的激勵的存在與否。就是說，假設(shè)在寬度伸縮模式的振動中，D(X1)表示圖7B中的點X1處的位移量，D(C)表示在點C處的最大的位移量(見圖7)，測量了點X1對于點C的相對位移量D(X1)/D(C)。圖10示出該結(jié)果。
從圖10可清楚地了解到，當(dāng)比值b/a在1.26至1.54的范圍內(nèi)時，對于該泊松比σ為0.324的情況來說，相對位移量在±10％的范圍內(nèi)。因而，制成了許多類型的如圖3中所示的壓電諧振器205的樣品，使其比值b/a在該最佳值附近的±10％的范圍內(nèi)，并且為了測量諧振特性把支撐部件連接到上述諧振器的短邊的中心部分。其結(jié)果是，已證實了當(dāng)相對位移量如上面所描述的在±10％的范圍內(nèi)時，可很好地把寬度伸縮模式的振動限制在一個范圍內(nèi)。
因此，正如圖11中示出的，當(dāng)把比值b/a設(shè)置在滿足等式(2)的一個值附近±10％的范圍內(nèi)時，可很好地激勵上述寬度伸縮模式的振動。也已認為到當(dāng)該比值b/a是n乘以(-1.47σ＋1.88)(n整數(shù))時同樣可很好地激勵上述寬度伸縮模式的振動。
圖12A和12B分別是顯示一個典型的壓電諧振器211的一個平面圖和一個正視垂直剖面圖。諧振器211利用一種寬度伸縮模式，該諧振器211是在上述認識(即第一種類型的壓電諧振器)的基礎(chǔ)上制成的。該壓電諧振器211具有作為一個矩形板型振動器的一個壓電振動部分212。該壓電振動部分212具有一個矩形面形狀，并包括一個壓電陶瓷板213(沿該陶瓷板的厚度方向使該板均勻地極化)和諧振電極214和215(在該壓電陶瓷板213的全部二個主表面上形成該諧振電極214和215)。再者，把支撐部件216和217連接到該壓電振動部分212的短邊的中心，該中心在以一種寬度伸縮模式進行激勵時是節(jié)點。此外，把固定部分218和219分別連接到該支撐部分216和217的外緣部分。
把支撐部件216和217與固定部分218和219與該壓電陶瓷板213形成一個整體。也就是說，通過制成該矩形壓電陶瓷板213并對其進行機械加工使之具有圖12A中示出的形狀來形成上述這些元件。在另一種方式下，可通過用一種諸如粘結(jié)的適當(dāng)?shù)姆椒ò雅c該壓電振動部分212無關(guān)的部件如圖12A中所示地連接到壓電振動部分212上來形成支撐部件216和217與固定部分218和219。
通過在支撐部件216和217的第一表面上形成的引線導(dǎo)電部分214a和215a把上述諧振電極214和215分別電連接到在固定部分218和219的第一主表面上形成的引線電極220和221。
當(dāng)在壓電諧振器211中的引線電極220和221間加一個交變電壓時，以一種寬度伸縮模式激勵壓電振動部分212。在這種情況下，該壓電振動部分212的短邊的中心部分幾乎不振動而且形成振動節(jié)點，因此不管是否與支撐部件216和217連接都幾乎不抑制該寬度伸縮模式的振動。因此可有效地把基于上述寬度伸縮模式的振動限制在支撐部件216和217之間。
當(dāng)由壓電陶瓷板213形成的壓電振動部分212的寬度是2.5mm且長度是3.5mm時，諧振頻率是800KHz，當(dāng)上述壓電振動部分212的寬度是1.0mm且長度是1.4mm時，諧振頻率是2MHz，因此可形成適合應(yīng)用于800KHz至2MHz的波段內(nèi)的一種能量陷阱型壓電諧振器。
至于上述諧振頻率，當(dāng)壓電振動部分212由另一種材料制成時，可容易地改變有效的頻帶。因此，通過從各種不同的壓電材料制成壓電振動部分212可得到適合應(yīng)用于各種不同的頻帶的能量陷阱型壓電諧振器211。
圖13顯示利用一種寬度伸縮模式的另一種典型的能量陷阱型壓電諧振器231。壓電諧振器231具有作為一個矩形板型振動器的壓電振動部分232。在該壓電振動部分232中，在壓電板232a的一個上表面上沿長邊邊緣形成一對諧振電極232b和232c。使該壓電板232a沿圖13中的箭頭P(即在諧振電極232b指向諧振電極232c的方向上)的方向極化。在該例子中，也把壓電振動部分232的長邊的長度b對于短邊的邊長a的比值b/a設(shè)置在滿足等式(1)的一個值附近±10％的范圍內(nèi)。
因此，當(dāng)在諧振電極232b和232c間加上一個交變電壓時，壓電振動部分232以一種寬度伸縮模式振動。在這種情況下，壓電振動部分232的位移方向平行于所加的電場方向，因此，該壓電諧振器231利用一種壓電縱向效應(yīng)。
在該例子的壓電諧振器231中，也把支撐部件236和237連接到以上述寬度伸縮模式諧振的壓電振動部分232的振動節(jié)點處，同時把固定部分238和239分別連接到支撐部件236和237的外緣部分。參照圖13，數(shù)字234a和235a表示引線導(dǎo)電部分，數(shù)字240和241表示引線電極。
從圖13中示出的例子可清楚地了解到，按照本發(fā)明的利用一種寬度伸縮模式的諧振器不但可適用于利用壓電橫向效應(yīng)的諧振器，而且可適用于利用壓電縱向效應(yīng)的諧振器。
圖14是顯示又一個在本發(fā)明中應(yīng)用的、利用一種寬度伸縮模式的典型的能量陷阱型壓電諧振器251。在圖14中示出的諧振器251的特征在于提供動態(tài)阻尼器252和253以及連接部分254和255，而在其它方面該諧振器251與在圖12中示出的能量陷阱型壓電諧振器211是類似的。因而就用相同的參照數(shù)字來表示相同的部分，以省略多余的描述。
把連接到支撐部件216和217的外緣的動態(tài)阻尼器252和253形成垂直伸展的條型部分。分別在動態(tài)阻尼器252和253的外側(cè)與固定部分218和219之間形成連接部分254和255。
把支撐部件216和217連接到一個壓電諧振部分212的振動節(jié)點，因此朝向支撐部件216和217的振動的漏曳是非常小的。但在該例子中，動態(tài)阻尼器252和253由于輕微地漏曳出來的振動而產(chǎn)生諧振，因此可抑制此種輕微地漏曳出來的振動。因而可有效地把振動能量限制在直到動態(tài)阻尼器252和253的部分內(nèi)。這樣一來，可形成一種更小型化的壓電諧振器。
本發(fā)明的目的是制成一種芯片型的壓電諧振部件，該壓電諧振部件采用一種利用上述寬度伸縮模式的能量陷阱型壓電諧振器。以下在參照圖15至32的情況下描述這樣一種芯片型壓電諧振部件的實施例。
第一實施例圖15是顯示按照本發(fā)明的一個第一實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖。按照該實施例的芯片型壓電諧振元件1包括一個基底2，一個固定在該基底2上的壓電諧振器3和一個固定到該基底2用于密封該壓電諧振器3的頂蓋部件4。
由一種氧化鋁等的絕緣陶瓷板或一種合成樹脂板形成的基底2具有一個如圖15中所示的矩形板的形狀。在該基底2的一個上表面上沿其短邊邊緣形成端電極5a和5b。再者，在該基底2的短側(cè)表面的中心內(nèi)形成槽口6a和6b，以使該端電極5a和5b分別到達這些槽口6a和6b的內(nèi)緣表面。形成該端電極5a和5b使之也到達該基底2的一個下表面(未示出)。在另一種方式下，該端電極5a和5b可以不到達該基底2的下表面。
壓電諧振器3具有一個矩形板型的壓電諧振部分7和通過連接部分8a和8b分別連接到該壓電諧振部分7的支撐部分9和10。從現(xiàn)在起在參照圖16A和16B的情況下詳細描述該壓電諧振器3。
圖16A和16B分別是說明該壓電諧振器3的一個電極形狀的一個平面圖和穿過該壓電陶瓷板顯示一個下電極形狀的典型的平面圖。
在該壓電諧振器3中，壓電諧振部分7具有一個矩形板形狀，以使該矩形板的長邊的長度b對于短邊的邊長a的比值b/a在滿足上述等式(1)的一個值附近±10％的范圍內(nèi)。
再者，在該壓電諧振器3中，通過對一個壓電陶瓷板進行機械加工把壓電諧振部分7、連接部分8a和8b以及支撐部分9和10形成為一個整體。在另一種方式下，可彼此獨立地形成壓電諧振部分7、連接部分8a和8b以及支撐部分9和10，并通過膠粘劑等使其相互連接并結(jié)合成一個整體。
在該壓電諧振部分7的一個上表面上形成一個第一諧振電極11，同時在其下表面上形成一個第二諧振電極12使之與該第一諧振電極對向設(shè)置。把該諧振電極11和12電連接到分別在支撐部分9的一個上表面上和在支撐部分10的一個下表面上形成的引線電極13和14。
在壓電諧振部分7中，使壓電陶瓷板沿其厚度方向極化。因而當(dāng)在諧振電極11和12間加一個交變電壓時，以一種寬度伸縮模式激勵壓電諧振部分7，這一點與圖12中示出的壓電諧振器211的情況類似。再者，把連接部分8a和8b連接到壓電諧振部分7的短邊的大致中心部分，這一點也與圖12中示出的壓電諧振器211的情況類似。因而把該寬度伸縮模式的振動能量限制在該壓電諧振部分7內(nèi)，使其幾乎不向連接部分8a和8b漏曳。
在圖16A和16B中示出的壓電諧振器3中，不在壓電諧振部分7的全部主表面上形成諧振電極11和12，而是在周邊留出規(guī)定寬度的區(qū)域15和16。但在該壓電諧振部分7中，把長邊的長度對于短邊的長度的比值設(shè)置在上述范圍內(nèi)，由此以寬度伸縮模式激勵該壓電諧振部分7，這一點與壓電諧振器211(圖12)的情況類似。
再參照圖15，分別通過導(dǎo)電膠粘劑17a和17b在支撐部分9和10處把壓電諧振器3固定到基底2。也就是說，導(dǎo)電膠粘劑17a和17b分別把引線電極13和14電連接到端電極5a和5b。再者，導(dǎo)電膠粘劑17a和17b把支撐部分9和10固定到基底2上。形成導(dǎo)電膠粘劑17a和17b使之分別延伸到支撐部分9和10的下表面，由此在通過一個規(guī)定厚度的一個間隙與基底2的上表面分離的狀態(tài)下把壓電諧振部分7固定到基底2上。這樣一來，把壓電諧振器3固定到基底2上的方式是使壓電諧振部分7的振動能進行。
按照本實施例，把頂蓋部件4固定到基底2(上述壓電諧振器3固定其上的基底2)上。把由一種如合成樹脂的絕緣材料或一種對一個金屬表面進行絕緣處理得到的材料制成的頂蓋部件4通過一種絕緣膠粘劑粘結(jié)/固定到基底2。以一種具有一個開口的下部的矩形平行六面體的形式提供頂蓋部件4，其尺寸能把壓電諧振器3密封在其內(nèi)。
圖17是顯示按照該實施例的芯片型壓電諧振元件1的一個透視圖，該壓電諧振元件1是通過把頂蓋部件4固定在基底2上得到的。在該芯片型壓電諧振元件1中，在基底2的上表面上形成端電極5a和5b，而在側(cè)表面內(nèi)形成槽口6a和6b(見圖15)，以使該端電極5a和5b到達這些槽口6a和6b的內(nèi)緣表面。因而可以用表面安裝的方式把該芯片型壓電諧振元件1安裝在一個印刷電路板等上，以使端電極5a和5b容易地與在上述印刷電路板等上提供的電極接觸點或布線圖形相連接。
在按照本實施例的該芯片型壓電諧振元件1中，壓電諧振器3利用上述寬度伸縮模式，由此可方便地提供應(yīng)用一種工作于KHz波段的能量陷阱型的壓電諧振器的一種芯片型壓電諧振元件。再者，由于應(yīng)用了上述能量陷阱型壓電諧振器3，可通過使用基底2和頂蓋部件4的簡單的固定結(jié)構(gòu)來形成一種具有所需特性的芯片型壓電諧振元件。
第二實施例從現(xiàn)在起在參照圖18至20的情況下描述按照本發(fā)明的一個第二實施例的一種芯片型壓電諧振元件21。按照該第二實施例的芯片型壓電諧振元件21適用于具有內(nèi)在電容的一種三端壓電振蕩器。
參照圖18，按照本實施例的芯片型壓電諧振元件21具有一個基底22、一個利用一種寬度伸縮模式的被固定到該基底22上的壓電諧振器23和一個頂蓋部件24。以與第一實施例的頂蓋部件4類似的方式形成頂蓋部件24。
由如氧化鋁的絕緣陶瓷或一個如合成樹脂的絕緣材料制成的基底22具有一個矩形板形狀。在該基底22的一個上表面上沿其短邊邊緣形成端電極25a和25b。在該基底22的一個中心區(qū)上與端電極25a和25b相平行地形成另一個端電極25c。再者，在該基底22的長邊邊緣內(nèi)形成槽口26a至26c和26d至26f從而便于將壓電諧振元件21安裝在一個印刷電路板上時的焊料連接。形成端電極25a至25c中的每一個的方式是使其到達槽口26a至26f中的任何二個。
另一方面，在基底22的一個中心區(qū)上形成一個介質(zhì)膜27，使其具有一個矩形形狀。在端電極25c上形成介電膜27，該介電膜27不與端電極25a和25b相接觸。為了得到靜電電容，通過例如應(yīng)用鈦酸鋇糊劑或合成樹脂糊劑以及將其固化來形成該介電膜27。為了通過該介電膜27與端電極25c形成電容，在該介電膜27的一個上表面上形成電極28a和28b。分別使電極28a和28b與端電極25a和25b進行電連接。
由一個矩形板型壓電陶瓷板29形成壓電諧振器23，該壓電諧振器23只具備一個壓電諧振部分。也就是說，使壓電陶瓷板29沿其厚度方向極化，并選擇比值b/a使其在滿足上述等式(1)的一個值附近±10％的范圍內(nèi)(假設(shè)a和b表示上表面和下表面的短邊長度和長邊長度)。
再者，在壓電陶瓷板29的上表面上形成一個第一諧振電極30。使該第一諧振電極30與在該壓電陶瓷板29的一個短側(cè)表面的一個大致中心部分上形成的一個引線電極31進行電連接。在下表面上也形成一個第二諧振電極(在圖18中未示出)使其與該第一諧振電極對向設(shè)置。使該第二諧振電極與在另一個短側(cè)表面(該短側(cè)表面在具備引線電極31的短側(cè)表面的對面)的一個大致中心部分上形成的一個引線電極(未示出)進行電連接。
因而當(dāng)在上表面和下表面上提供的第一和第二諧振電極間加上一個交變電壓時，以一種寬度伸縮模式激勵壓電諧振器23。由于是在振動節(jié)點上形成引線電極31和在與其相對的側(cè)表面上的引線電極，故可在使該寬度伸縮模式的振動能進行的同時，通過引線電極31和在與其相對的側(cè)表面上提供的引線電極把壓電諧振器23固定到基底22。
按照本實施例，通過導(dǎo)電膠粘劑32和33把壓電諧振器23固定在基底22上。也就是說，通過導(dǎo)電膠粘劑32使引線電極31與端電極25a進行電連接，同時在實際上把具備引線電極31的部分固定到基底22上。類似地，通過導(dǎo)電膠粘劑33使在與引線電級31相對的側(cè)表面上提供的引線電極與端電極25b進行電連接，同時在實際上把具備引線電極的部分固定到基底22上。
所使用的導(dǎo)電膠粘劑32和33的厚度應(yīng)能通過一個規(guī)定厚度的一個間隙區(qū)把該壓電陶瓷板29的下表面與電極28a和28b分離開來。因而，可以使壓電諧振器23在固定到基底22上的狀態(tài)下以寬度伸縮模式振動。為了防止在該壓電諧振器23的下表面上形成的第二諧振電極與用于得到電容的電極28a和28b間發(fā)生短路，在電極28a和28b上形成一個絕緣層是較為有利的。在這種情況下，在絕緣層與壓電陶瓷板29間確定一個規(guī)定厚度的間隙以使壓電諧振器23的振動能進行也是較為有利的。
通過一種膠粘劑把頂蓋部件24固定在基底22上，這一點與實施例1的頂蓋部件4的情況類似。這樣一來，就形成在圖20中示出的芯片型壓電諧振元件21。圖19說明該芯片型壓電諧振元件21的一個等效電路。從圖19可清楚地了解到，在本實施例中形成一種具有內(nèi)在電容的三端壓電振蕩器，其中端電極25a至25c用作上述的三端。
在第二實施例中，也是通過寬度伸縮模式形成壓電諧振器23并通過振動節(jié)點將其固定在基底22上，故可提供一種能量陷阱芯片型壓電諧振元件，此種壓電諧振元件能實現(xiàn)所需要的頻率特性，并具有與現(xiàn)有技術(shù)不同的一種簡單的固定結(jié)構(gòu)。
第三實施例圖21是顯示按照本發(fā)明的一個第三實施例的一種芯片型壓電諧振元件41的一個分解透視圖。該芯片型壓電諧振元件41適用于一種單模式壓電濾波器。
在本實施例中，把一組壓電諧振器43和44固定在一個基底42上，同時把一個頂蓋部件4也固定在該基底42上。
基底42是由類似于第一實施例的基底2的一種材料制成的，在該基底42的短側(cè)表面內(nèi)具有45a至45c和45d至45f的許多個槽口。在該基底42的一個上表面上，在靠近一個短側(cè)表面的位置內(nèi)形成端電極46a至46c。以規(guī)定的距離形成端電極46a至46c，使其分別到達槽口45a至45c。
另一方面，在靠近另一個短側(cè)表面的位置內(nèi)形成一個端電極46d，同時在該端電極46d的二邊形成連接電極46e和46f。形成端電極46d使之到達槽口45e的內(nèi)緣表面。再者，也分別在槽口45d和45f的內(nèi)緣表面上形成電極47a和47b。
由一個矩形板型壓電陶瓷板49形成的壓電諧振器43采用一種寬度伸縮模式。在該壓電諧振器43中，在壓電陶瓷板49的上表面和下表面上形成許多個諧振電極，以形成一個濾波器電路。
使壓電陶瓷板49沿其厚度方向均勻地極化，同時選擇關(guān)于其上表面和下表面的一個比值b/a使之在滿足上述等式(1)的一個值附近±10％的范圍內(nèi)。
另一方面，在壓電陶瓷板49的上表面上以一個規(guī)定的距離形成一對矩形諧振電極50和51。再者，在下表面上形成另一對諧振電極52和53，使其分別與諧振電極50和51對向設(shè)置。此外，在該壓電陶瓷板49的一個短側(cè)表面的大致中心部分上形成電極54a至54c。電極54a與諧振電極50進行電連接。電極54b也電連接到諧振電極50。在短側(cè)表面上形成電極54c使其到達上表面和下表面。電極54c不與諧振電極50和52進行電連接。
在另一側(cè)表面的大致中心部分上類似地形成電極54d至54f。該電極54d不與諧振電極51和53進行電連接。使電極54e電連接到在下表面上形成的諧振電極53。同時使電極54f電連接到在上表面上形成的諧振電極51。
分別通過導(dǎo)電膠粘劑55使電極54a至54c和54d至54f電連接到在該基底42的上表面上形成的端電極46a至46f。所應(yīng)用的導(dǎo)電膠粘劑55具有規(guī)定的厚度，這一點與在第一和第二實施例中應(yīng)用的膠粘劑的情況類似。這樣一來，通過一個規(guī)定厚度的一個間隔把壓電諧振器43固定在基底42上。
由一個壓電陶資板56來形成壓電諧振器44，以類似于壓電陶瓷49的方式形成壓電陶瓷板56。也使壓電陶瓷板56沿其厚度方向均勻地極化。
在壓電陶瓷板56的一個上表面上形成一對諧振電極57和58，同時在其下表面上形成一個共同的諧振電極59，使其與諧振電極57和58對向設(shè)置。
再者，在壓電陶瓷板56的一個短側(cè)表面的大致中心部分上形成電極60a和60b，同時在另一個短側(cè)表面的大致中心部分上形成電極60c和60d。分別使電極60a和60b電連接到共同的諧振電極59和諧振電極57。類似地分別使電極60c和60d電連接到共同的諧振電極59和諧振電極58。
通過導(dǎo)電膠粘劑61把壓電諧振器44固定在壓電諧振器43的上表面上，把該導(dǎo)電膠粘劑61加到具備電極60a至60d的部分。在這種情況下，所應(yīng)用的導(dǎo)電膠粘劑61具有規(guī)定的厚度。這樣一來，通過一個規(guī)定厚度的一個間隙區(qū)把壓電諧振器44的一個下表面與壓電諧振器43的上表面分離開，由此使壓電諧振器43和44能以一種寬度伸縮模式振動。
通過用導(dǎo)電膠粘劑55和61把壓電諧振器43和44固定在基底42上和再固定頂蓋部件4可得到如圖22中示出的芯片型壓電諧振部分41。
圖23說明按照本實施例的芯片型壓電諧振元件41的一個等效電路。從圖23可清楚地了解到，按照本實施例形成一種應(yīng)用二個壓電諧振器43和44的單模式雙元素連接型壓電濾波器。在本實施例中，通過壓電陶瓷板49和56形成壓電諧振器43和44，該壓電陶瓷板49和56的比值b/a也被定在滿足上述等式(1)的值附近±10％的范圍內(nèi)，由此來激勵一種寬度伸縮模式的振動，同時由于把壓電諧振器43和44固定在壓電陶瓷板49和56的短邊的大致中心部分處，故此種寬度伸縮模式的振動幾乎不受固定結(jié)構(gòu)的影響。因此，可方便地形成上述雙元素連接型單模式壓電濾波器，壓電濾波器應(yīng)用一種利用寬度伸縮模式的能量陷阱型壓電諧振器43和44，而且可通過壓電諧振器43和44、基底42以及頂蓋部件4的較簡單的結(jié)構(gòu)來形成該壓電濾波器。
第四實施例圖24是說明按照本發(fā)明的一個第四實施例的一種芯片型壓電諧振元件71的一個分解透視圖。
按照第四實施例的芯片型壓電諧振元件71適用于由四個壓電諧振器形成的一種梯形濾波器。
在芯片型壓電諧振元件71中，把壓電諧振器73至76互相疊合并固定到一個基底72上。再者，安裝一個頂蓋部件4用于密封壓電諧振器73至76的多層結(jié)構(gòu)。用類似于應(yīng)用在第一實施例中的方式形成該頂蓋部件4。
由絕緣陶瓷(如氧化鋁)或一種絕緣材料(如合成樹脂)制成的基底72具有一個矩形板形狀，該矩形板具備如圖24中所示的矩形上表面和下表面。
在基底72的一個中心區(qū)域上形成一個端電極77，該端電極77在使二個短邊相互連接的方向上延伸。在靠近一個短邊的一個區(qū)域內(nèi)，在端電極77的二邊形成端電極78和79。另一方面，在靠近另一個短邊的一個區(qū)域內(nèi)形成電極80和81。再者，在基底72的二個短側(cè)表面上分別形成槽口82a至82c和82d至82f。形成端電極77使之向槽口82b和82e延伸。類似地，形成端電極78和79使之分別到達槽口82a和82c的內(nèi)緣表面。
再者，分別在槽口82d和82f內(nèi)形成端電極83和84。
壓電諧振器73至76在以下這一點上互相間是共同的它們都具備矩形板型壓電諧振部分85和支撐部分88和89，支撐部分88和89分別通過連接部分86和87連接到壓電諧振部分85的短側(cè)表面的大致中心部分。但是如下面所描述的，壓電諧振器73至76的電極結(jié)構(gòu)互相間是不同的。因而，首先描述壓電諧振器73，接著只描述壓電諧振器74至76的電極結(jié)構(gòu)。
在壓電諧振器73中，通過對一個壓電陶瓷板進行加工形成壓電諧振部分85、連接部分86和87以及支撐部分88和89。使壓電諧振部分85沿其厚度方向均勻地極化，而且對于其上表面和下表面而言把比值b/a設(shè)置在滿足上述等式(1)的一個值附近±10％的范圍內(nèi)。因而當(dāng)在二個主表面間加一個交變電壓時，以一種寬度伸縮模式激勵壓電諧振部分85。
在壓電諧振器73中，在壓電諧振部分85的上表面上形成一個第一諧振電極90，同時在下表面上形成一個第二諧振電極91，使之與該第一諧振電極90對向設(shè)置。形成具有矩形面形狀的諧振電極90和91，使其面積比該壓電諧振部分85的上、下表面的面積小得多。再者，使諧振電極90和91電連接到分別在支撐部分88的一個上表面和支撐部分89的一個下表面上形成的引線電極92和93。在該支撐部分89上以規(guī)定的距離形成連接電極94a至94c，以使引線電極93電連接到電極94c。在支撐部分88上，也在一個外側(cè)表面上以規(guī)定的距離形成三個連接電極，以使引線電極92電連接到這些連接電極中的一個。
通過加在對應(yīng)于電極94a至94c的位置上的導(dǎo)電膠粘劑95，實際上把壓電諧振器73固定到基底72上，并且使其電連接到在基底72上提供的端電極77等上。所選擇的導(dǎo)電膠粘劑95的厚度是通過一個規(guī)定厚度的一個間隙區(qū)使壓電諧振部分85的下表面與基底72分離開。因而當(dāng)以一種寬度伸縮模式激勵固定在基底72上的壓電諧振器73的壓電諧振部分85時，其振動不受到抑制。
另一方面，在壓電諧振器74中，分別在壓電諧振部分85的上、下表面上形成第一和第二諧振電極96和97。形成該第一和第二諧振電極96和97的方式是使其尺寸分別占據(jù)該壓電諧振部分85的上、下表面的大部分區(qū)域。也就是說，該第一和第二諧振電極96和97具有與壓電諧振器73的第一和第二諧振電極90和91相比較大的面積。因此在該壓電諧振器74中，在諧振電極96和97間的靜電電容比壓電諧振器73的諧振電極90和91間的靜電電容大。
再者，使諧振電極96電連接到支撐部分89的一個側(cè)表面上形成的一個連接電極98b。在該連接電極98b的二邊形成電極98a和98c。類似地在支撐部分88的一個外側(cè)表面上也形成一個與諧振電極97連接的連接電極。再者，與支撐部分89一側(cè)的情況類似，除了與諧振電極97連接的連接電極之外再形成二個連接電極。
通過導(dǎo)電膠粘劑99把壓電諧振器74固定到壓電諧振器43上。也就是說，通過導(dǎo)電膠粘劑99把壓電諧振器74的連接電極98b電連接到下面的壓電諧振器73的一個連接電極94b上。類似地，通過導(dǎo)電膠粘劑99把與諧振電極97連接的連接電極電連接到壓電諧振器73的引線電極92上。
所選擇的導(dǎo)電膠粘劑99的厚度也是通過一個間隔使壓電諧振器74和73的壓電諧振部分85彼此分離，這一點與導(dǎo)電膠粘劑95的情況類似。因此，彼此固定在一起的壓電諧振器73和74的壓電諧振部分85的振動不受到抑制。
除了電極引出部分外，以類似于壓電諧振器74的方式形成壓電諧振器75。另一方面，除了電極引出部分外，以類似于壓電諧振器73的方式形成壓電諧振器76。也把這些壓電諧振器75至76依次疊合并通過導(dǎo)電膠粘劑100和101互相固定在一起。這樣一來，把壓電諧振器73至76互相疊合，并把頂蓋部件4固定在基底72上用于密封該多層結(jié)構(gòu)，從而提供按照本實施例的芯片型壓電諧振元件71。
使壓電諧振器73至76互相電連接，從而形成如圖25中所示的一種二級梯形濾波器。
因而在按照本實施例的芯片型壓電諧振元件71中，通過用導(dǎo)電膠粘劑簡單地把利用一種寬度伸縮模式的壓電諧振器73至76固定到基底72上，用導(dǎo)電膠粘劑把上述壓電諧振器彼此固定在一起并在此之后把頂蓋部件4固定到基底72上，可容易地形成一種能顯示出所需特性的梯形濾波器。
也就是說，因各個壓電諧振器73至76都利用寬度伸縮模式，故如上面所描述的可簡化用于壓電諧振器73至76的支撐結(jié)構(gòu)并且可容易地把多個壓電諧振器73至76互相結(jié)合成一個整體。
第五實施例圖26是說明按照本發(fā)明的一個第五實施例的一種芯片型壓電諧振元件111的一個透視圖。在該按照本實施例的芯片型壓電諧振元件111中，把一個壓電諧振器113固定在一個基底112上。在該基底112的一個上表面上形成端電極114和115。形成端電極114使之到達為了便于安裝在一個印刷電路板上而設(shè)置的槽口112a和112b。類似地形成端電極115使之到達槽口112c和112d。壓電諧振器113只由一個矩形板型壓電諧振部分形成。也就是說，在一個矩形板型壓電陶瓷板116(沿其厚度方向使其極化)的上、下表面上分別形成第一和第二諧振電極117和118。在該壓電陶瓷板116中，選擇上述比值b/a使之能激勵寬度伸縮模式的振動。本實施例的特點在于不但在短側(cè)表面的大致中心部分處而且在下表面的中心處把壓電諧振器113固定到壓電陶瓷板116上。也就是說，既通過在短側(cè)表面的大致中心部分處的導(dǎo)電膠粘劑119a和119b也通過在下表面的中心處的導(dǎo)電膠粘劑119c把壓電諧振器113固定在基底112上。這種可能不起到獲得電連接作用的導(dǎo)電膠粘劑119c可以由一種絕緣膠粘劑來代替。
在該實施例中，也把一個頂蓋部件固定在基底112上，這一點與第一至第四實施例的情況類似。
從第五實施例可清楚地了解到，不但可在二個短邊的中心處而且可以在矩形表面的中心處把利用寬度伸縮模式的壓電諧振器113固定到基底112上。在另一種方式下，可以在下表面的中心處用機械方式把壓電諧振器113固定到基底112上，以使在二個短邊的中心只獲得電氣連接。
改型盡管在上述第一至第五的每個實施例中都通過膠粘劑把壓電諧振器固定到基底上，但在另一種方式下可通過除膠粘劑之外的部件把壓電諧振器固定到基底上。
圖27是顯示一種具有一種通過金屬端把一個壓電諧振器固定到一個基底上的結(jié)構(gòu)的壓電諧振元件121的一個透視圖。把一個在結(jié)構(gòu)方面與應(yīng)用于第五實施例的結(jié)構(gòu)類似的壓電諧振器113固定到一個基底112上。通過金屬端122和123把該壓電諧振器113固定到基底112上。分別使金屬端122和123在其下邊緣上電連接并固定到端電極114和115上。可以通過焊料等來完成上述固定。另一方面，通過焊料等把靠近其上邊緣的金屬端112和113的部分電連接到在壓電諧振器113的短側(cè)表面的中心處形成的引線電極上。
所選擇的金屬端122和123的高度是通過一個規(guī)定厚度的一個間隙區(qū)使壓電諧振器113的一個下表面與基底112的一個上表面分離開。
圖28說明壓電諧振元件121的一個改型，其中讓金屬端124和125彎曲，從而使其鍵合到端電極114和115的部分在水平方向上延伸。本改型的其它方面與壓電諧振元件121類似。在圖28中示出的這個改型中，所選擇的金屬端124和125的垂直延伸部分的長度也是通過一個規(guī)定厚度的間隙區(qū)使一個壓電諧振器113的下表面與一個基底112的上表面分離開。
圖29是顯示壓電諧振元件121另一個改型的透視圖。在圖29中示出的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用金屬端126和127。正如在圖29中以一個局部分割側(cè)視剖面圖的方式示出的，金屬端126和127的彎曲方式是從一個壓電諧振器113的一個上表面向一個下表面延伸，其厚度是通過一個規(guī)定厚度的一個間隙區(qū)使壓電諧振器113的下表面與一個基底112的一個上表面分離開。這個改型的其它方面與壓電諧振元件121類似。
第六實施例圖32是說明按照本發(fā)明的一個第六實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖。本實施例適用于由四個壓電諧振器形成的一種梯形濾波器，通過類似于在圖27至30中示出的改型中用的金屬端把上述四個壓電諧振器固定到一個基底上。
在按照本實施例的芯片型壓電諧振元件中，在一個基底132上形成端電極133a至133d和連接電極133e至133f。形成端電極133a至133d使之到達在該基底132內(nèi)形成的槽口132a至132d，由此來改善用于在一個印刷電路板等上安裝該芯片型壓電諧振元件的連接部分的可靠性。
首先，把一個壓電諧振器134固定在基底132上。
由一個矩形壓電陶瓷板135形成壓電諧振器134。使壓電陶瓷板135沿其厚度方向均勻地極化，并且在其中心處形成一個第一諧振電極136，使之具有一個較小面積的一個矩形形狀。另一方面，在該壓電陶瓷板135的一個下表面上形成另一個諧振電極137，使其與諧振電極136對向設(shè)置。分別使諧振電極136和137電連接到在壓電陶瓷板135的二個短側(cè)表面上形成的引線電極138a和138b上。使金屬端139和140鍵合到引線電極138a和138b的中心。金屬端139和140的彎曲方式是使其下緣在水平方向上延伸并分別通過焊料或?qū)щ娔z粘劑鍵合到基底132的端電極133b和133d上。
也可通過導(dǎo)電膠粘劑或焊料把金屬端139和140連接到引線電極138a和138b上。
所選擇的金屬端139和140的垂直延伸部分的長度是通過一個規(guī)定厚度的一個間隙區(qū)使壓電諧振器135的下表面與基底132的上表面分離開，這一點與在圖28中示出的金屬端124和125的情況類似。因而，通過金屬端139和140被固定到基底132上的壓電諧振器135的振動不受到抑制。
把另一個壓電諧振器141疊合在壓電諧振器135上。壓電諧振器141包括一個矩形壓電陶瓷板142和在其上、下表面上形成的諧振電極143和144。壓電陶瓷板142具有一個被設(shè)置在能激勵寬度伸縮模式的振動的比值b/a，并沿其厚度方向被均勻地極化。分別使諧振電極143和144電連接到在短側(cè)表面上形成的引線電極145和146。分別使引線電極145和146與金屬端147和148進行電連接。換言之，通過導(dǎo)電膠粘劑或焊料使金屬端147和148鍵合到引線電極145和146的中心。
金屬端147和148具有叉狀前緣，舉例來說，讓金屬端147電連接到在基底132上提供的端電極133b。再者，金屬端147和148從二個側(cè)表面稍微向外延伸。然后在壓電陶瓷板142的下表面一側(cè)向下彎曲。所選擇的金屬端147和148的垂直延伸部分的長度是通過一個規(guī)定厚度的間隙區(qū)使壓電陶瓷板142的下表面與壓電諧振器134的上表面分離開。換言之，形成金屬端147和148使其不與壓電諧振器134的電極136以及金屬端139和140相接觸。
把另外的壓電諧振器151和152疊合在壓電諧振器141上。壓電諧振器151在電極結(jié)構(gòu)方面類似于壓電諧振器141。在不與壓電諧振器134和141的電極136和143以及金屬端139、140、147和148進行電接觸的位置上形成該壓電諧振器151的金屬端153和154。再者，把金屬端153和154分別電連接到在基底132上提供的端電極133c和133b上。另一方面，以類似于壓電諧振器135的方式形成壓電諧振器152。至于鍵合到壓電諧振器152的金屬端電極155和156，舉例來說，把金屬端電極155電連接到端電極133e。
在按照第六實施例的芯片型壓電諧振元件中，以上述方式形成壓電諧振器134、141、151和152，由此如在圖31中示出的通過在基底132上對各個壓電諧振器134、141、151和152的金屬端139、140、147、148、153、154、155和156進行相互間的電連接可形成一種二級梯形濾波器。
盡管如以上所描述的在第六實施例中通過金屬端139、140、147、148、153、154、155和156來固定壓電諧振器134、141、151和152。但在另一種方式下可通過導(dǎo)電膠粘劑(與上述第一至第六實施例類似)在基底132上疊合這些壓電諧振器134、141、151和152。
雖然在涉及第六實施例時未對頂蓋部件進行說明，但是以與第一實施例類似的方式把一個頂蓋部件(見圖1)固定到基底132上用于密封壓電諧振器134、141、151和152的多層結(jié)構(gòu)。
第七實施例圖33是說明按照本發(fā)明的一個第七實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖。本實施例適用于一種具有內(nèi)在電容的三端壓電振蕩器，該振蕩器具備一個利用一種寬度伸縮模式的能量陷阱型壓電諧振器和二個電容器。按照本實施例，不把這個利用一種寬度伸縮模式的壓電諧振器固定到一個基底上，而是把它固定到一個用于形成電容器的介電襯底上。
參照圖33，在由一種絕緣材料制成的一個矩形基底161上形成端電極162a至162c。沿該基底161的短邊邊緣形成端電極162a和162c，同時在該基底161的一個中心區(qū)域上形成平行于短邊邊緣的端電極162b。再者，在該基底161的側(cè)表面內(nèi)形成槽口161a至161f。形成端電極162a使之到達槽口161a和161d。類似地，形成端電極162b使之到達槽口161b和161e的內(nèi)緣表面，同時形成端電極162c使之到達槽口161c和161f的內(nèi)緣表面。把用于形成電容器的一個介電襯底163固定在基底161上。把一對用于得到靜電電容的電容性電極164a和164b以一個規(guī)定的距離排列在介電襯底163的一個上表面上。另一方面，在該介電襯底163的一個下表面的一個中心部分上形成另一個電容性電極164c。形成電容性電極164c使其通過介電襯底163與電容性電極164a和164b重疊。這樣一來，由電容性電極164a和164c互相相對的部分形成一個第一電容器，而且由電容性電極164b和164c互相相對的部分形成一個第二電容器。
形成電容性電極164a和164b使之從介電襯底163的上表面通過側(cè)表面向下表面延伸。在介電襯底163的下表面上，以規(guī)定的離開電容性電極164c的距離排列電容性電極164a和164b，使之與電容性電極164c脫離。
介電襯底163在平面形狀方面小于基底161。為了固定介電襯底163，把導(dǎo)電膠粘劑165a至165c加到基底161上。導(dǎo)電膠粘劑165a適合于使在基底161上提供的端電極162a與介電襯底163的電容性電極164a的到達下表面的一部分相鍵合。類似地，導(dǎo)電膠粘劑165b適合于使端電極162b與電容性電極164c相鍵合進行電連接。再者，導(dǎo)電膠粘劑165c使到達介電襯底163的下表面的電容性電極164b固定到端電極162c上并與其進行電連接。
導(dǎo)電膠粘劑165a至165c可以由其它的導(dǎo)電粘合劑(如焊料)來代替。
按照本實施例，把一個利用一種寬度伸縮模式的能量陷阱型壓電諧振器166固定到介電襯底163上。以類似于在圖26中示出的壓電諧振器113的方式形成壓電諧振器166。也就是說，在一個矩形板型壓電襯底167的上、下表面上形成諧振電極168和169，壓電襯底167具有能激勵寬度伸縮模式振動的一種形狀。通過金屬端170和171把壓電諧振器166固定到介電襯底163上。正如以一種放大了的方式在圖34中示出的，金屬端170具有一個矩形板型固定部分170a。形成固定部分170a使之具有一定的面積，將其鍵合到電容性電極164a上。提供一個壓電諧振器支撐部分170c使之從固定部分170a的一個側(cè)邊開始延伸并且確定一個從側(cè)面看時是U型的空間170b。所選擇的空間170b的高度是可以把壓電諧振器166容納在空間170b內(nèi)并可以使金屬端170與在壓電諧振器166上提供的諧振電極168進行加壓的接觸。另一方面，確定固定部分170a的尺寸使其不與在壓電諧振器166的下表面上提供的諧振電極169(圖33)進行電連接。以與金屬端170類似的方式形成另一個金屬端171。通過金屬端170和171把壓電諧振器166固定到介電襯底163上，通過導(dǎo)電膠粘劑分別把金屬端170和171鍵合到電容性電極164a和164b上。在另一種方式下，可把金屬端170和171分別焊到電容性電極164a和164b上。
按照本實施例，把介電襯底163和壓電諧振器166疊合并固定在基底161上，并且在此之后把一個頂蓋部件172安裝并固定在基底161上，這一點與第一至第六實施例的情況類似。頂蓋部件172可以由一種絕緣材料(如合成樹脂)或一種導(dǎo)電材料(如一種金屬)制成。當(dāng)頂蓋部件172由一種導(dǎo)電材料制成時，可通過一種絕緣膠粘劑把頂蓋部件172固定到基底161上，或通過一個導(dǎo)電膠粘劑將其只鍵合到一個連接到一個地電位的端電極(如端電極162b)上并將其固定。
第八實施例圖35是說明按照本發(fā)明的一個第八實施例的一種芯片型壓電諧振元件的一個分解透視圖。本實施例適用于一種梯形濾波器，該濾波器具有二個利用一種寬度伸縮模式的、作為并聯(lián)諧振器的能量陷阱型壓電諧振器和二個利用一種長度模式的、作為串聯(lián)諧振器的壓電諧振器。在本實施例中，也通過金屬端把壓電諧振器固定到一個基底上，這一點與第六實施例類似。
在一個基底261上形成端電極261a至261d。再者，在該基底261的一個上表面的角部上形成虛擬電極261e和261f。此外，在該基底的上表面上形成一個連接電極261g。
把利用一種長度模式的壓電諧振器262和263通過金屬端264a、264b、265a和265b固定到基底261上。圖37是顯示金屬端264a和264b的一個放大的透視圖。
利用一種長度模式的壓電諧振器262和263中的每一個都包括一個長矩形的壓電板和在該板的二個主表面上提供的諧振電極，當(dāng)在該主表面上提供的諧振電極間加一個交變電壓時該壓電諧振器產(chǎn)生伸縮振動，這一點在本領(lǐng)域中是大家所熟知的。再者，此種利用一種長度模式的壓電諧振器262和263在其中心部分具有振動節(jié)點。因而，通過焊料或?qū)щ娔z粘劑在壓電諧振器262和263的縱向中心部分處把金屬端264a至265b鍵合到諧振電極上。
通過焊料或一種導(dǎo)電膠粘劑把金屬端264a鍵合到在基底261上提供的端電極261a上。通過焊料或一種導(dǎo)電膠粘劑把金屬端264b鍵合到連接電極261d上。也通過焊料或一種導(dǎo)電膠粘劑把金屬端265a鍵合到連接電極261d上。再者，通過焊料或一種導(dǎo)電膠粘劑把金屬端265b鍵合到端電極261c上。
如以上所描述的，通過焊料或?qū)щ娔z粘劑把金屬端264a至265b鍵合到基底261上提供的端電極261a和261c以及連接電極261d上，由此把壓電諧振器262和263固定到基底261上并使其與在基底261上提供的電極261a至261d進行電連接。
通過具有規(guī)定厚度的金屬板來形成金屬端264b和265b。因此當(dāng)把壓電諧振器262和263固定到基底261上時，以一個規(guī)定的距離把其下表面與基底261的上表面分離開。因而當(dāng)通過金屬端264a至265b固定壓電諧振器262和263時，壓電諧振器262和263的振動幾乎不受到抑制。
另一方面，把利用一種寬度伸縮模式的壓電諧振器266和267疊合在壓電諧振器262和263上。通過金屬端268和269把壓電諧振器266固定到基底261上，以使其下表面通過一個規(guī)定厚度的一個間隔與壓電諧振器262和263的上表面分離開。選擇金屬端268和269(見圖36B)的垂直延伸部分的長度使之確定在壓電諧振器266的下表面和壓電諧振器262和263的上表面之間的規(guī)定厚度的間隔，由此使振動能進行。
至于壓電諧振器267，所選擇的金屬端270和271的垂直延伸部分的長度是在固定到基底261上時使壓電諧振器267的一個下表面不與壓電諧振器266的上表面接觸。
這些壓電諧振器266和267在結(jié)構(gòu)方面類似于在圖26中示出的上述利用一種寬度伸縮模式的壓電諧振器。
如在圖36B中所示形成金屬端268和269，同時如在圖36A中所示形成金屬端270和271。
分別將金屬端268和269鍵合到端電極261c和261d上并與其連接。另一方面，分別將金屬端270和271鍵合到端電極261b和連接電極261g上。通過焊料或?qū)щ娔z粘劑把這些金屬端268至271鍵合到端電極261b至261d和連接電極261g上。這樣就把壓電諧振器266和267固定到基底261上。
按照本實施例，把一個頂蓋部件272固定到基底261上。以與第一至第六實施例中的情況相類似的方式形成頂蓋部件272，并以類似方式將其固定到基底261上。
按照第八實施例，以上述方式將四個壓電諧振器262、263、266和267電連接到在基底261上提供的端電極261a至261d和連接電極261g。這樣一來，由于四個壓電諧振器262、263、266和267的此種排列，可使本實施例用作一種如圖38中所示出的二級梯形濾波器。
在上述實施例的每一個中，根據(jù)具體情況，通過導(dǎo)電膠粘劑或焊料的鍵合法可以由一種焊接法(如電阻焊接)來代替。
雖然已對本實施例作了詳細的描述和說明，但不用說這些只是作為說明和實例，不能被視作限定，本發(fā)明的精神和范圍只由下面所附的權(quán)利要求書的各項來限定。
權(quán)利要求
1.一種芯片型壓電諧振元件，其特征在于包括一個基底；一個直接地或間接地被固定到所述基底上的壓電諧振器，所述壓電諧振器具備一個壓電諧振部分，所述壓電諧振部分具有一種矩形截面形狀，所述壓電諧振部分的一對短邊和一對長邊的邊長的比值被設(shè)置在滿足下述等式的一個值附近±10％的范圍內(nèi)b/a＝n(-1.47σ＋1.88)…(1)(n整數(shù))式中假設(shè)a和b分別表示所述短邊和長邊的長度，σ表示形成所述壓電諧振器的材料的泊松比；以及一個被固定到所述基底用于密封被固定到所述基底的所述壓電諧振器的頂蓋部件。
2.權(quán)利要求1中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于所述壓電諧振器還包括一個被連接到所述壓電諧振部分的支撐部分，所述壓電諧振器在所述支撐部分處被固定到所述基底。
3.權(quán)利要求1或2中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于，還包括用于通過一個規(guī)定厚度的一個間隙把所述壓電諧振部分固定到所述基底的間隙形成裝置。
4.權(quán)利要求3中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于上述間隙形成裝置是一種用于把所述壓電諧振器固定到所述基底的膠粘劑。
5.權(quán)利要求3中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于還包括一個在所述基底上形成的用于與外部連接的端電極，所述間隙形成裝置是一個使所述壓電諧振器與所述端電極進行電連接的金屬端。
6.權(quán)利要求4中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于還包括一個在所述基底上形成的端電極，所述膠粘劑是一種使所述端電極與所述壓電諧振器進行電連接的導(dǎo)電膠粘劑。
7.權(quán)利要求1至6中的任一項中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于把多個所述壓電諧振器互相疊合但不互相抑制所述壓電諧振部分的振動。
8.權(quán)利要求7中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于通過所述多個壓電諧振器形成一種濾波器電路。
9.權(quán)利要求1中所述的芯片型壓電諧振元件，其特征在于把所述壓電諧振器固定到一個已固定到所述基底上的平板型部件上，由此把所述壓電諧振器間接地固定到所述基底上。
全文摘要
在一種芯片型壓電諧振元件中，把一個壓電諧振器(3)固定到一個基底(2)上，而且把一個頂蓋部件(4)固定到基底(2)上用于密封該壓電諧振器(3)。壓電諧振器(3)具備上、下表面，該上、下表面的短邊和長邊的長度a和b的比值被設(shè)置在滿足下述等式的一個值附近的±10％的范圍內(nèi)b/a＝n(-1.47σ+1.88)…(1)(n整數(shù))假設(shè)σ表示一種壓電材料的泊松比。
文檔編號H03H9/125GK1121277SQ9510813
公開日1996年4月24日 申請日期1995年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月17日
發(fā)明者開田弘明 申請人:株式會社村田制作所