DE19952263B4

DE19952263B4 - Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ

Info

Publication number: DE19952263B4
Application number: DE19952263A
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Nagaokakyo Kawara; Nobuhiro Nagaokakyo Kitajima; Kenichi Nagaokakyo Sakai
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: CN1132307C; DE19952263A1; CN1253414A; JP2000138554A; US6133673A

Abstract

Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ, der folgendes umfaßt
– ein energieeinfangendes piezoelektrisches Resonatorbauteil (2), mit einem piezoelektrischen Substrat (5), einer ersten und einer zweiten Vibrationselektrode (6, 7), die auf den Hauptflächen auf einem Teil des piezoelektrischen Substrats (5) einander gegenüberliegend angeordnet sind, und einem Bereich, auf dem sich die erste und zweite Vibrationselektrode (6, 7) gegenüberliegen und der als Vibrationsbereich dient;
– ein erstes und ein zweites Dichtungssubstrat (3, 4), die mit beiden Hauptflächen des piezoelektrischen Resonatorbauteils (2) so zusammengefügt und verbunden sind, dass sie das piezoelektrische Resonatorbauteil zwischen sich einschließen, wobei abgedichtete Räume (10, 11) um die erste und zweite Vibrationselektrode (6, 7) herum so vorgesehen sind, dass der Vibrationsbereich nicht an der Vibration gehindert wird, und Dichtungsbereiche vorgesehen sind, in denen das erste und zweite Dichtungssubstrat mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil (2) um die abgedichteten Räume herum zusammengefügt und verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, das
– das...

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Resonator vom energieeinfangenden Typ, der beispielsweise in einem Oszillator, einem Diskriminator, einem Sperrfilter und dergleichen, verwendbar ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen piezoelektrischen Resonator vom energieeinfangenden Typ, der einen abgedichteten Raum aufweist, der dazu vorgesehen ist, einen Vibrationsbereich von einer Vibration abzuhalten, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bis jetzt wurden piezoelektrische Resonatoren vom energieeinfangenden Typ in Oszillatoren, Diskriminatoren, Sperrkreisen und dergleichen verwendet. In der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-101507 ist ein Beispiel eines solchen piezoelektrischen Resonators vom energieeinfangenden Typ offenbart.

In 8 ist ein piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ des Standes der Technik dargestellt. In einem piezoelektrischen Resonator 51 sind die Ober- und Unterseite eines plattenförmigen piezoelektrischen Resonatorbauteils 52 mit Dichtungssubstraten 53 und 54 laminiert.

Das piezoelektrische Resonatorbauteil 52 besteht aus einem piezoelektrischen Substrat 55 und Vibrationselektroden 56 und 57, die auf beiden Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats 55 gebildet sind. Die Vibrationselektroden 56 und 57 sind auf einem Teil der Hauptflächen des piezoelektrischen Substrats 55 gebildet und zwar so, dass sie einander am piezoelektrischen Substrat 55 gegenüberliegen.

Beim piezoelektrischen Resonator 51 bildet der Bereich, in dem sich die Vibrationselektroden 56 und 57 gegenüberliegen, einen Vibrationsbereich. Ferner sind abgedichtete Räume 58 und 59 gebildet, damit der Vibrationsbereich vibrieren kann. Um die abgedichteten Räume 58 und 59 herum ist das piezoelektrische Resonatorbauteil 52 beispielsweise mit einem Kleber mit den Dichtungssubstraten 53 und 54 verbunden.

Bei dem piezoelektrischen Resonator 51 sind, wenn die maximale ebenen Abmessungen der obigen Vibrationselektroden 56 und 57 mit x und die maximalen ebenen Abmessungen der abgedichteten Räume mit L angegeben sind, die Vibrationselektroden 56 und 57 und die abgedichteten Räume 58 und 59 so gebildet, dass sie der Beziehung L = (1,5 bis 3,0) · x, genügen, und die Resonanzkennlinie wird bei diesen Bedingungen als stabil angesehen.

Ferner wird in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-70941 ein solcher piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ beschrieben, bei dem die abgedichteten Räume oberhalb und unterhalb des piezoelektrischen Substrats gegeneinander verschoben sind. Hier kann durch die Einstellung der Verschiebung zwischen dem oberen und dem unteren abgedichteten Raum der Grad der Dämpfung unerwünschter Störsignale eingestellt werden.

Der in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-101507 beschriebene piezoelektrische Resonator 51 ist durch eine verringerte Streubreite der Resonanzkennwerte gekennzeichnet. D.h., wenn die abgedichteten Räume 58 und 59 so gebildet sind, dass sie dem oben genauer bezeichneten Abmessungsverhältnis entsprechen, können die abgedichteten Räume 58 und 59 korrekt gebildet und als Folge davon die Streuung der Kennwerte verringert werden. Entsprechend wird in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-101507 nichts von einem Einfluss anderer Vibrationsmoden erwähnt, die bei der verwendeten Resonanzkennlinie Störsignale verursachen.

Andererseits ist bei dem in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-70941 beschriebenen piezoelektrischen Resonator die relative Lage des oberen und unteren abgedichteten Raumes verschoben, und deshalb ist es möglich, den Grad der Dämpfung von Störsignalen einzustellen. Jedoch geht, da es notwendig ist, die Lagen des oberen und unteren abgedichteten Raumes im Verhältnis zueinander zu verschieben, die Symmetrie des Teils verloren.

Weiterhin wird in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-101507 und der geprüften japanischen Patenveröffentlichung Nr. 7-70941 nur ein piezoelektrischer Resonator dargestellt, der dazu angepasst ist, in der Grundwelle des Längsvibrationsmodus in Dickenrichtung zu vibrieren, und irgendein anderer piezoelektrischer Resonator, der Oberwellen der Längsvibration in Dickenrichtung nutzt, wird nicht erwrähnt.

DE 36 20 558 A1 beschreibt Ansätze zur Bereitstellung einer stabilen Schwingung eines Piezoresonators in der dritten Oberwelle bei gleichzeitiger Unterdrückung der Grundschwingung.

Ein piezoelektrischer Resonator mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 ist aus Patent Abstracts of Japan zu JP 4-101507 A bekannt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen piezoelektrischen Resonator anzugeben, der die geschilderten Probleme überwindet.

Diese Aufgabe wird mit einem piezoelektrischen Resonator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, stellt die Erfindung einen piezoelektrischen Resonator vom energieeinfangenden Typ bereit, der dazu angepaßt ist, in der dritten Oberwelle eines Längsvibrationsmodus in Dickenrichtung zu vibrieren, ohne daß die Symmetrie des piezoelektrischen Resonators verlorengeht, indem die Grundwelle wirksam unterdrückt werden kann. Durch dieses Unterdrücken erhält man gute, auf der dritten Oberwelle basierende Resonanzkennwerte.

Bevorzugt werden das erste und zweite Dichtungssubstrat mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil durch einen Kleber zusammengefügt und verbunden.

Bevorzugt sind konkave Bereiche auf der Seite des ersten und zweiten Dichtungssubstrats gebildet, die mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil zusammengefügt und verbunden sind und abgedichtete Räume bilden.

Bevorzugt sind Isolationsschichten, die Durchgangslöcher zur Bildung der abgedichteten Räume aufweisen, zwischen dem ersten und zweiten Dichtungssubstrat und dem piezoelektrischen Resonatorbauteil angeordnet, und die um die Durchgangslöcher herum angeordneten Bereiche der Isolationsschichten bilden die Dichtungsbereiche.

In den die abgedichteten Räume bildenden Bereichen sind das erste und zweite Dichtungssubstrat nicht mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil zusammen gefügt und nicht mit dem Kleber mit ihm verbunden, und in den Dichtungsbereichen sind das erste und zweite Dichtungssubstrat mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil zusammengefügt und mit einem Kleber so verbunden, dass die abgedichteten Räume um die erste und zweite Vibrationselektrode herum liegen.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht.
Bei den 1A und 1B handelt es sich um eine Seitenschnittansicht eines piezoelektrischen Resonators vom energieeinfangenden Typ gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, sowie eine Schnittdraufsicht entlang der Linie A-A;
2 ist eine schematische ebene Ansicht zur Erläuterung der kürzesten Entfernung zwischen einer Vibrationselektrode und einem Dichtungsbereich;
Die 3A und 3B zeigen die Impedanz eines piezoelektrischen Resonators einer Ausführungsform abhängig von seinen Frequenzgängen sowie ein Vergleichsbeispiel und die Responsen auf eine Grundwelle und eine dritte Oberwelle;
4 zeigt die Veränderung des Phasenwerts einer dritten Oberwelle und der Grundwelle, wenn das Verhältnis d/t verändert wird;
Die 5A und 5B sind schematische ebene Ansichten, die eine Modifikation der ebenen Form einer Vibrationselektrode und eines Dichtungsbereichs zeigen;
6 ist eine schematische ebene Ansicht, die eine andere Modifikation der ebenen Form einer Vibrationselektrode und eines Dichtungsbereichs eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators zeigt;
7 ist eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Dichtungssubstrats und einer Kunstharzschicht, die bei einem piezoelektrischen Resonator gemäß einer Modifikation der Erfindung Anwendung finden; und
8 ist eine Seitenschnittansicht zur Erläuterung eines herkömmlichen piezoelektrischen Resonators vom energieeinfangenden Typ.
Bei einem piezoelektrischen Resonatorbauteil, das dazu angepasst ist, in einer dritten Oberwelle einer Längsvibration in Dickenrichtung zu vibrieren, können selbstverständlich die Grundwelle und die fünfte oder höhere ungerade Oberwellen zusätzlich zur dritten Oberwelle erzeugt werden. Deshalb besteht, wenn beispielsweise ein piezoelektrischer Oszillator gebaut wird, der ein piezoelektrisches Resonatorbauteil verwendet, die Möglichkeit, dass es aufgrund der Grundwelle und fünften oder höheren ungeraden Oberwellen zu unerwünschten Schwingungen kommt.
Diese unerwünschten Schwingungen können zu einem gewissen Grad durch eine Veränderung der Schaltungskonfiguration unterdrückt werden. Jedoch stehen sich das Verfahren zur Unterdrückung der durch die Grundwelle verursachten Schwingungen und das Verfahren zur Unterdrückung der unerwünschten Schwingungen teilweise entgegen. Ferner ist es wahrscheinlich, dass, wenn man den Verstärkungsfrequenzgang des Schwingkreises berücksichtigt, eine niederfrequente Grundwelle die Schwingungsbedingung erfüllt. Daher ist eine Unterdrückung der Grundwelle in einem piezoelektrischen Resonatorbauteil, das die dritte Oberwelle verwendet, höchst wünschenswert.
Als Verfahren, bei dem die Grundwelle so unterdrückt wird, dass die dritte Oberwelle nicht beeinträchtigt wird, kann ein Verfahren in Erwägung gezogen werden, bei dem Leckvibrationsbereiche der Grundwelle durch die Verwendung von Dämpfungsmaterial usw. selektiv gedämpft werden. Die Leckvibrationsbereiche der Grundwelle hängen jedoch von den Abmessungen der Vibrationselektroden ab. Dementsprechend ist eine sehr sorgfältige Anwendung des Dämpfungsmaterials erforderlich, wodurch die Herstellung sehr schwierig und auch die Anzahl der Herstellungsschritte erhöht wird.
Die Erfindung stellt einen piezoelektrischen Resonator ohne jegliches Spezialmaterial, wie Dämpfungsmaterial etc., und ohne zusätzlich nötige Herstellungsschritte bereit, bei dem die Grundwelle wirksam unterdrückt wird und der die dritte Oberwelle einer Längsvibration in Dickenrichtung verwendet.
Bei den 1A und 1B handelt es sich jeweils um einen Seitenschnitt sowie eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie A-A eines piezoelekirischen Resonators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Bei einem energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator 1 dieser Ausführungsform sind ein erstes und zweites Dichtungssubstrat 3 und 4 mit den beiden Hauptflächen eines plattenförmigen energieeinfangenden piezoelektrischen Resonatorbauteil 2 so zusammengefügt und verbunden, dass sie das piezoelektrische Resonatorbauteil 2 zwischen sich einschließen.
Das piezoelektrische Resonatorbauteil 2 wird von einem rechteckigen piezoelektrischen Substrat 5 gebildet. Das piezoelektrische Substrat 5 kann aus piezoelektrischen Keramiken, wie Bleizirkonattitanat-Keramiken, oder einem piezoelektrischen Einkristall, wie Quarz usw., gebildet sein.
In der Mitte der Oberfläche 5a des piezoelektrischen Substrats 5, ist eine erste Vibrationselektrode 6 gebildet. In der Mitte der Unterfläche 5b des piezoelektrischen Substrats ist eine zweite Vibrationselektrode 7 gebildet. Die erste Vibrationselektrode 6 und die zweite Vibrationselektrode 7 liegen einander am piezoelektrischen Substrat 5 gegenüber.
Wie aus Zeichnung 1B deutlich wird, ist die erste Vibrationselektrode kreisrund und elektrisch mit einer Ableitelektrode 8 verbunden. Die Ableitelektrode 8 ist so gebildet, dass sie sich zu einer Substraktkante 5c und nahe dieser Kante 5c entlang diser Kante 5c erstreckt.
Auf dieselbe Weise ist auf der Unterfläche 5b des piezoelektrischen Substrats 5 die Vibrationselektrode 7 ebenfalls kreisrunde gebildet und elektrisch mit einer Ableitelektrode 9 verbunden. Die Ableitelektrode 9 erstreckt sich von einer Kante, die der oben genannten Kante 5c gegenüberliegt, durch den Vibrationsbereich.
Die Vibrationselektroden 6 und 7 und die Ableitelektroden 8 und 9 werde durch ein Verfahren zur Erzeugung dünner Filme, wie Vakuumverdampfen, Galvanisieren oder Sputtern etc., oder durch das Auftragen leitender Pasten gebildet.
Das erste und zweite Dichtungssubstrat 3 und 4 haben dieselbe flache Form wie das piezoelektrische Substrat 5 und bestehen aus isolierender Keramik, wie Aluminiumoxid usw., oder geeigneter dielektrischer Keramik. Die Dichtungssubstrate 3 und 4 können jedoch auch unter Verwendung anderer isolierender oder dielektrischer Materialien, wie Kunstharz usw., gebildet werden.
Bei der Erfindung sind auf den Seiten der Dichtungssubstrate 3 und 4, die mit dem piezoelektrischen Substrat 5 zusammengefügt und verbunden sind, konkave Bereiche 3a und 4a in rechteckiger flacher Form gebildet. Die konkaven Bereiche 3a und 4a bilden abgedichtete Räume 10 und 11, wodurch die Vibrationsbereiche nicht an der Vibration gehindert werden.
Die konkaven Bereiche 3a und 4a können durch Schneiden der Substrate 3 und 4 gebildet werden. Ferner können die Dichtungssubstrate 3 und 4, auf denen die konkaven Bereiche 3a und 4a gebildet werden sollen, durch verschiedene Guss-Verfahren so gegossen werden, dass die konkaven Bereiche 3a und 4a gebildet werden.
Wenn man ferner die Dichtungssubstrate 3 und 4 betrachtet, sind die Seiten, die die konkaven Bereiche 3a und 4a aufweisen, mit einem (nicht gezeigten) Kleber am piezoelektrischen Resonatorbauteil 2 angeklebt.
D.h., außerhalb der Vibrationsräume 10 und 11 ist das piezoelektrische Resonatorbauteil 2 mit den Dichtungssubstraten 3 und 4 zusammengefügt und mit dem Kleber verklebt, und auf diese Weise sind die Dichtungsbereiche der Erfindung außerhalb der Vibrationsräume 10 und 11 gebildet. Dementsprechend decken sich die Innenkanten der Dichtungsbereiche mit den Außenkanten der Vibrationsräume 10 und 11.
Ferner sind auf gegenüberliegenden Endflächen eines Laminats, das aus dem piezoelektrischen Resonatorbauteil 2 und den Dichtungssubstraten 3 und 4 besteht, Außenelektroden 12 und 13 gebildet. Die Außenelektroden 12 und 13 können dadurch gebildet werden, dass man geeignetes leitendes Material und ein geeignetes Verfahren, wie Beschichten oder Brennen einer leitenden Paste, Vakuumverdampfung, Sputtern und so weiter, in Anwendung bringt.
Die Außenelektrode 12 ist elektrisch mit der Ableitelektrode 8 und die Außenelektrode 13 mit der Ableitelektrode 9 verbunden.
Beim piezoelektrischen Resonator 1 wird durch das Anlegen einer Wechselspannung an die Außenelektroden 12 und 13 die Erregung in einem Längsvibrationsmodus in der Dickenrichtung auf den Vibrationsbereich, in dem sich die Vibrationselektroden 6 und 7 gegenüberliegen, übertragen. Da die Vibrationselektroden 6 und 7 partiell ausgebildet sind, wird die Vibrationsenergie im wesentlichen innerhalb des Vibrationsbereichs gehalten.
Beim piezoelektrischen Resonator 1 der Erfindung wird die dritte Oberwelle aus dem Längsvibrationsmodus in Dickenrichtung genutzt, die durch die Anregung des Vibrationsbereichs erzeugt wird. Das heißt, dass das das piezoelektrische Substrat 5 bildende Material, die Abmessungen des piezoelektrischen Substrats 5, die ebene Form und die Lage der Vibrationselektroden 6 und 7 usw., so gewählt werden, dass die dritte Oberwelle stark angeregt wird. Jedoch werden, wenn die Erregung auf den Vibrationsbereich übertragen wird, nicht nur die dritte Oberwelle sondern auch die Grundwelle und die fünfte oder höhere ungeradzahlige Oberwelle erregt.
Es ist ein Merkmal dieser Ausführungsform, dass von der Grundwelle und der fünften oder höheren ungeraden Oberwellen die Grundwelle durch die Begrenzung der Abmessung der abgedichteten Räume 10 und 11 wirksam unterdrückt wird. Das heißt, wenn die Dicke des piezoelektrischen Substrats 5 mit t und die kürzeste Entfernung von der Außenkante der Vibrationselektroden 6 und 7 zum Dichtungsbereich mit d angegeben sind, die abgedichteten Räume 10 und 11 so gebildet sind, dass sie der Beziehung 0 < d/t < 5 genügen, wodurch die Grundwelle unterdrückt wird.
Nunmehr wird die kürzeste Entfernung von den Vibrationselektroden zu den Dichtungsbereichen unter Bezug auf 2 genauer erläutert.
Die kürzeste Entfernung von den Vibrationselektroden zum Dichtungsbereich bedeutet die kürzeste der Entfernungen von der Außenkante der Vibrationselektrode zu dem umgebenden Dichtungsbereich. Wie in 2 gezeigt wird, wird angenommen, dass, wenn die Vibrationselektrode kreisrunde und die Innenkante des Dichtungsbereichs rechteckige Form (Strich-Punkt-Linie) haben, der Bereich der Vibrationselektrode 6 gegenüber dem Mittelpunkt des abgedichteten Raums 10 versetzt ist. In diesem Fall sind, wie Entfernungen d1 bis d4 in 2 zeigen, die jeweiligen Entfernungen zwischen jeder Seite des Dichtungsbereichs und der Vibrationselektrode unterschiedlich, aber von diesen Entfernungen d1 bis d4 wird die kürzeste als die kürzeste Entfernung d von der Außenkante der obigen Vibrationselektrode zum Dichtungsbereich definiert.
Auf der Grundlage eines konkreten Versuchsbeispiels wird erläutert, dass, wie oben beschrieben, die Grundwelle unterdrückt wird, wenn die kürzeste Entfernung d von der Außenkante einer Vibrationselektrode zum Dichtungsbereich der Beziehung 0 < d/t < 5 genügt.
Ein aus PbTiO₃ bestehendes piezoelektrisches Substrat 5 mit dem Maßen 3,7 mm × 3,1 mm × 126 μm (Dicke t = 126 μm) wurde als piezoelektrisches Resonatorbau teil 2 der Ausführungsform verwendet, und auf der Oberfläche und der Unterfläche des piezoelektrischen Substrats 5 wurden durch Sputtern Vibrationselektroden 6 und 7 von 0,4 mm Durchmesser gebildet. Ferner wurden Isolationssubstrate mit den Maßen 3,7 mm × 3,1 mm × 0,4 mm (Dicke) aus Aluminiumoxid als Dichtungssubstrate 3 und 4 verwendet. Die Abmessungen der konkaven Bereiche 3a und 4a betrugen 1,8 mm × 1,2 mm × 0,2 mm (Tiefe). Das obige piezoelektrische Resonatorbauteil 2 und die Dichtungssubstrate 3 und 4 wurden mit Epoxidharzkleber zusammengefügt und verbunden, und die Außenelektroden 12 und 13 gebildet. So erhielt man einen piezoelektrischen Resonator 1 mit einer Resonanzfrequenz von 60 MHz, der die dritte Oberwelle einer Längsvibration in Dickenrichtung verwendet. In diesem piezoelektrischen Resonator ist d = 0,4 mm, t = 126 μm und d/t = 3,17.
Die die Abhängigkeit der Impedanz von der Frequenz darstellende Kennlinie des piezoelektrischen Resonators der obigen Ausführungsform ist in den 3A und 3B mit der durchgezogenen Linie B dargestellt.
Zum Vergleich wurde ein piezoelektrischen Resonator genauso wie oben beschrieben hergestellt, außer dass d/t = 6,35 war, und die die Abhängigkeit der Impedanz von der Frequenz darstellende Kennlinie ist zum Vergleich in den 3A und 3B mit der gestrichelten Linie C dargestellt.
Wie in den 3A und 3B dargestellt ist, ist bei dem piezoelektrischen Resonator des Vergleichsbeispiels die mit den Pfeilen E und E' dargestellte Response der Grundwelle relativ groß im Vergleich zur mit den Pfeilen D und D' dargestellten Response der dritten Oberwelle. Andererseits versteht es sich, dass bei dem piezoelektrischen Resonator der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Response der Grundwelle, die mit den Pfeilen F und F' dargestellt ist, verringert ist.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung fand heraus, dass, wenn die abgedichteten Räume 10 und 11 so gestaltet werden, dass, wie oben beschrieben, das Verhältnis d/t in einem bestimmten Bereich liegt, die Grundwelle wirksam unterdrückt wird. Dann wurden mit zahlreichen Veränderungen des obigen Verhältnisses d/t piezoelektrische Resonatoren auf dieselbe Weise wie die obige Ausführungsform gebaut und ihre Frequenzwerte gemessen. Die Ergebnisse sind in 4 dargestellt.
4 zeigt die Phasenwerte der dritten Oberwelle und der Grundwelle eines piezoelektrischen Resonators der obigen Ausführungsform, bei dem die dritte Oberwelle einer Längsvibration in Dickenrichtung angeregt wird, wenn das Verhältnis d/t verändert wird. Die durchgezogene Linie G gibt den Phasenwert der dritten Oberwelle und die gestrichelte Linie H den Phasenwert der Grundwelle an.
Wie man aus 4 deutlich ersehen kann, versteht es sich, dass, wenn das Verhältnis d/t kleiner als 5 ist, die Response der Grundwelle ziemlich gering ist. Deshalb versteht es sich, dass bei einem energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator, der die dritte Oberwelle einer Längsvibration in Dickenrichtung verwendet, dadurch dass das Verhältnis d/t so abgestimmt wird, dass es der Beziehung 0 < d/t < 5 genügt, die Grundwelle wirksam unterdrückt und die dritte Oberwelle einer Längsvibration in Dickenrichtung effizient genutzt werden kann.
Als Grund dafür, dass durch die Abstimmung des Verhältnisses d/t kleiner als 5 die Grundwelle im Vergleich zur dritten Oberwelle stark unterdrückt wird, wird folgendes angenommen. Der Vibrationsbereich der dritten Oberwelle dehnt sich rund um die Vibrationselektrode in Form konzentrischer Kreise aus, wenn die Vibrationselektrode beispielsweise eine kreisrunde Form hat. Der Leckvibrationsbereich der Grundwelle dehnt sich genauso aus, aber weiter als der der dritten Oberwelle. Wenn daher das Verhältnis d/t kleiner als 5 ist, wird der Leckvibrationsbereich der dritten Oberwelle nicht so stark und nur der Leckvibrationsbereich der Grundwelle vom Dichtungsbereich gedämpft, von dem man annimmt, dass er die Vibration der Grundwelle wirksam unterdrückt.
Ferner sind die optimalen Abmessungen der obigen Vibrationselektroden 6 und 7 von der Betriebsfrequenz abhängig. Es ist jedoch praktisch allgemein üblich, Vibrationselektroden mit denselben Abmessungen für jede Frequenzbandbreite über bestimmte Bereiche zu fertigen, und entsprechend werden normalerweise für derartige piezoelektrische Resonatoren einige Vibrationselektroden mit verschiedenen Abmessungen zur Verfügung gestellt. Daher ist es, wie oben beschrieben, im Hinblick auf die Dichtungssubstrate 3 und 4 mit den konkaven Bereichen 3a und 4a ausreichend, lediglich einige verschiedene Dichtungssubstrate herzustellen, und es ist nicht unbedingt erforderlich eine große Vielfalt verschiedener Dichtungssubstrate herzustellen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform weisen die Vibrationselektroden eine kreisrunde Form auf, aber, wie in 5A gezeigt ist, können die Vibrationselektroden auch rechteckig gebildet sein. Die Punkt-Strich-Linie I in 5A zeigt die Innenkante des Dichtungsbereichs. Hier weist die Innenkante des Dichtungsbereichs eine rechteckige Form auf, und entsprechend ist ein abgedichteter Raum in einer rechteckigen flachen Form gebildet.
Ferner kann, wie in 5B gezeigt ist, ein Dichtungsbereich, der eine kreisrunde Innenkante aufweist, zusammen mit einer kreisrunden Vibrationselektrode 6 gebildet sein. Das heißt, ein abgedichteter Raum 10 kann in einer kreisrunden flachen Form mit einer kreisrunden Vibrationselektrode 6 ausgebildet sein.
Weiterhin kann ein Dichtungsbereich mit einer kreisrunden inneren Kante, wie er in 6 durch die Punkt-Strich-Linie dargestellt ist, gefertigt werden. Das heißt, es kann ein kreisrunder flacher abgedichteter Raum 10 mit einer rechteckigen Vibrationselektrode 15 gebildet werden.
Ferner sind bei dem piezoelektrischen Resonator 1 die abgedichteten Räume 10 und 11 durch konkave Bereiche 3a und 4a gebildet, die sich in dem Dichtungssubstrat 3 und 4 befinden. Wie jedoch in 7 gezeigt ist, kann auf einer Hauptfläche des Dichtungssubstrats 21 eine Isolationsschicht 23 mit einem Durchgangsloch 22 als abgedichteter Raum gebildet sein. Die Isolationsschicht 23 kann dadurch erzeugt werden, dass man Kunstharz, Glas, usw. entsprechend bearbeitet, oder man befestigt eine isolierende Platte, die das Durchgangsloch 22 aufweist, am Dichtungssubstrat 21.
Ferner wird Klebstoff so aufgetragen, dass er dieselbe Form hat wie die Isolationsschicht, die in 7 gezeigt ist, und das Dichtungssubstrat 21 und das piezoelektrische Resonatorbauteil 2 werden durch den Klebstoff verklebt. Dann kann ein abgedichteter Raum, der durch das Durchgangsloch 22 entstanden ist, durch Aushärten des Klebers gebildet werden. Das heißt, es kann ein Dichtungsbereich erzeugt werden, indem im abgedichteten Raum kein Kleber und statt dessen nur im Dichtungsbereich Kleber verwendet wird.
Wenn die Dicke des piezoelektrischen Substrats mit t und die kürzeste Entfernung zwischen dem Dichtungsbereich und einer Außenkante der ersten und zweiten Vibrationselektrode mit d angegeben ist wird, wie oben beschrieben, bei einem piezoelektrischen Resonator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die Response auf die dritte Oberwelle der Längsvibration in Dickenrichtung nicht wesentlich beeinflußt, und die Grundwelle kann als Störsignal wirkungsvoll unterdrückt werden, da die abgedichteten Räume so gebildet sind, dass sie der Beziehung 0 < d/t < 5 genügen.
Entsprechend kann ein piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ bereitgestellt werden, der die dritte Oberwelle in Längsvibration in Dickenrichtung verwendet und gute Resonanzkennwerte aufweist. Daher kann, wenn ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer Resonator in einem piezoelektrischen Oszillator usw. verwendet wird, durch die Grundwelle hervorgerufene anormale Oszillation, wirksam verhindert werden.
Außerdem ist es bei einem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonator nicht erforderlich, Dämpfungsmaterial zur Unterdrückung der Grundwelle aufzutragen bzw. zu erzeugen und andere komplizierte Verfahren anzuwenden. Entsprechend kann in der Praxis ein preisgünstigerer piezoelektrischer Resonator vom energie einfangenden Typ mit guten Resonanzgängen hergestellt werden, ohne dass die Herstellungsverfahren komplizierter werden.
Da das erste und zweite Dichtungssubstrat mit dem piezoelektrischen Resonator zusammengefügt und durch einen Kleber verbunden werden, kann man gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung nur durch das Befestigen des ersten und zweiten Dichtungssubstrats am piezoelektrischen Resonatorbauteil problemlos eine energieeinfangende Version gemäß der Erfindung erhalten, wenn nur die oben genannten abgedichteten Räume so gestaltet sind, dass das Verhältnis d/t im oben genannten speziellen Bereich bleibt.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung werden konkave Bereiche auf den Seiten des ersten und zweiten mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil zusammengefügten und verbundenen Dichtungssubstrats gebildet, und die konkaven Bereiche bilden einen abgedichteten Raum. Entsprechend erhält man lediglich durch die Bildung der obigen konkaven Bereiche in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz des verwendeten piezoelektrischen Resonatorbauteils problemlos einen piezoelektrischer Resonator, der die dritte Oberwelle nutzt und bei dem die Grundwelle sicher unterdrückt wird.
Auf dieselbe Weise werden bei einem piezoelektrischen Resonator gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung Isolationsschichten, die ein Durchgangsloch zur Bildung des abgedichteten Raumes aufweisen, zwischen dem ersten und zweiten Dichtungssubstrat und einem piezoelektrischen Resonatorbauteil angeordnet. Entsprechend kann lediglich dadurch, dass Form und Abmessung des Durchgangsloches der obigen Isolationsschichten so gebildet sind, dass das obige Verhältnis d/t innerhalb eines bestimmten Bereichs bleibt, sicher ein piezoelektrischen Resonator vom energieeinfangenden Typ hergestellt werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung sind ein piezoelektrisches Resonatorbauteil und ein erstes und zweites Dichtungssubstrat in den Dichtungsbereichen mit einem Kleber befestigt und in den Bereichen, die jeweils einen abgedichteten Raum bilden, nicht befestigt. Entsprechend kann, da die abgedichteten Räume in dem Bereich gebildet sind, in dem kein Kleber verwendet wird, ein erfindungsgemäßes piezoelektrisches Resonatorbauteil problemlos hergestellt werden, indem lediglich der Bereich, in dem Kleber angewendet wird, kontrolliert wird.

Claims

Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ, der folgendes umfaßt – ein energieeinfangendes piezoelektrisches Resonatorbauteil (2), mit einem piezoelektrischen Substrat (5), einer ersten und einer zweiten Vibrationselektrode (6, 7), die auf den Hauptflächen auf einem Teil des piezoelektrischen Substrats (5) einander gegenüberliegend angeordnet sind, und einem Bereich, auf dem sich die erste und zweite Vibrationselektrode (6, 7) gegenüberliegen und der als Vibrationsbereich dient; – ein erstes und ein zweites Dichtungssubstrat (3, 4), die mit beiden Hauptflächen des piezoelektrischen Resonatorbauteils (2) so zusammengefügt und verbunden sind, dass sie das piezoelektrische Resonatorbauteil zwischen sich einschließen, wobei abgedichtete Räume (10, 11) um die erste und zweite Vibrationselektrode (6, 7) herum so vorgesehen sind, dass der Vibrationsbereich nicht an der Vibration gehindert wird, und Dichtungsbereiche vorgesehen sind, in denen das erste und zweite Dichtungssubstrat mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil (2) um die abgedichteten Räume herum zusammengefügt und verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, das – das Resonatorbauteil (2) angepaßt ist, in der dritten Oberwelle einer Längsvibration in Dickenrichtung zu vibrieren, und – die abgedichteten Räume (10, 11) so beschaffen sind, dass sie der Beziehung 0 < d/t < 5 genügen, wobei die Dicke des piezoelektrischen Substrats (5) mit t und die kürzeste Entfernung vom Dichtungsbereich zu einem Rand der ersten und zweiten Vibrationselektrode mit d angegeben sind.
Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Dichtungssubstrat (3, 4) durch einen Kleber mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil (2) zusammengefügt und verbunden sind.
Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die abgedichteten Räume (10, 11) bildenden konkaven Bereiche (3a, 4a) auf der Seite des mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil (2) zusammengefügten und verbundenen ersten und zweiten Dichtungssubstrats (3, 4) vorgesehen sind.
Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Isolationsschichten (23), die Durchgangslöcher (22) zur Bildung der abgedichteten Räume (10, 11) aufweisen, zwischen dem ersten und zweiten Dichtungssubstrat und dem piezoelektrischen Resonatorbauteil (21) angeordnet sind, und um die Durchgangslöcher (22) herum angeordnete Bereiche der Isolationsschichten die Dichtungsbereiche bilden.
Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den die abgedichteten Räume (10, 11) bildenden Bereichen das erste und zweite Dichtungssubstrat nicht am piezoelektrischen Resonatorbauteil (6, 7, 15) angrenzen und nicht mit ihm mit dem Kleber verbunden sind und das erste und zweite Dichtungssubstrat in den Dichtungsbereichen mit dem piezoelektrischen Resonatorbauteil (2) durch einen Kleber zusammengefügt und verbunden sind, so dass die abgedichteten Räume (10, 11) um die erste und zweite Vibrationselektrode (6, 7, 15) herum liegen.