DE4403949C2 - Piezoelektrische Resonanzkomponente vom Energiefalle-Typ - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine eine Energiefalle aufweisende Bau­ komponente mit piezoelektrischer Resonanz, die beispielsweise bei einem Piezoresonator, einem piezoelektrischen Filter, oder dergleichen, zum Einsatz kommt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine eine Energiefalle aufweisende Baukomponente mit piezoelektrischer Reso­ nanz, bei der eine Scherungsschwingungsmode ausgenutzt wird, bei­ spielsweise eine Dicken-Scherungsschwingungsmode (thickness shear vibration mode) oder eine Breiten-Scherungsschwingungsmode (width shear vibration mode).

Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Piezo­ resonators 1 mit Energiefalle (energy trap), bei dem eine Dicken-Sche­ rungsschwingungsmode ausgenutzt wird. Dieser Piezoresonator 1 enthält ein längliches, rechteckförmig ausgebildetes piezoelektrisches Substrat 2 sowie Elektroden 3 und 4 an beiden sich einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Substrats 2. Dabei ist das piezoelektrische Sub­ strat 2 in Richtung des Pfeils polarisiert, der in der Substratebene liegt. Die Elektroden 3 und 4 sind einander gegenüberliegend angeordnet und erstrecken sich von einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats 2 bis in den Zentralbereich des Substrats 2 hinein, wobei sie sich im Zentral­ bereich des Substrats 2 überlappen. Schwingungen werden dabei in dem­ jenigen Bereich des Substrats 2 angeregt, in welchem sich die Elektroden 3 und 4 einander gegenüberliegen. Da die Elektroden 3 und 4 unterschiedli­ che Endbereiche des piezoelektrischen Substrats 2 erreichen, läßt sich der Piezoresonator 1 elektrisch mit einem externen Element verbinden und an beiden Enden des piezoelektrischen Substrats 2 mechanisch hal­ ten. Ein derartiger Piezoresonator ist in der JP-04-120 809 A beschrieben.

Bei dem oben erwähnten Piezoresonator 1 mit Energiefalle wird die ange­ regte Schwingung dort eingefangen, wo sich die Elektroden 3 und 4 einan­ der gegenüberliegen, also in einem Schwingungsbereich, so daß die Schwingung in der Nähe beider Enden des piezoelektrischen Substrats 2 hinreichend gedämpft ist. Wird jedoch der Piezoresonator 1 mechanisch an beiden Enden des piezoelektrischen Substrats gehalten, so verschlech­ tert sich seine Resonanzcharakteristik erheblich.

Piezoresonatoren 1 sind üblicherweise Massenprodukte, die dadurch her­ gestellt werden, daß Mutterelektroden an beiden Hauptoberflächen eines piezoelektrischen Muttersubstrats gebildet werden. Anschließend wird das piezoelektrische Muttersubstrat in Richtung seiner Dicke zerschnit­ ten. Um zwecks Erhöhung der Produktivitätsrate die Anzahl solcher Piezo­ resonatoren 1, die durch ein piezoelektrisches Muttersubstrat erhalten werden können, zu erhöhen, muß die Länge L jedes piezoelektrischen Sub­ strats 2 reduziert werden. Ebenso wie bei anderen Elektronikkomponen­ ten besteht auch bei Piezoresonatoren der Wunsch nach Miniaturisierung, so daß die Länge L des piezoelektrischen Substrats 2 möglichst klein sein soll, um den Miniaturisierungsanforderungen zu genügen.

Wird jedoch die Länge L des piezoelektrischen Substrats 2 reduziert, ergibt sich eine unzureichende Schwingungsdämpfung im Bereich beider Enden des piezoelektrischen Substrats 2. Werden beide Enden des piezoelektri­ schen Substrats 2 mechanisch gehalten, verschlechtert sich darüber hin­ aus die Resonanzcharakteristik, was ebenfalls nicht erwünscht ist.

Die Resonanzfrequenz eines Piezoresonators 1 hängt im wesentlichen von der Dicke des piezoelektrischen Substrats 2 ab, während die Länge L des piezoelektrischen Substrats 2 zur Einstellung einer niedrigeren Frequenz erhöht werden muß bei gleichzeitiger Vergrößerung der Dicke des piezo­ elektrischen Substrats 2. Wird jedoch die Länge L des piezoelektrischen Substrats 2 reduziert, so ist es extrem schwierig, einen Piezoresonator mit hinreichend guter Resonanzcharakteristik zu erhalten.

Ein bekannter Quarzschwinger für Querschwingungen (DE 29 39 844 C2) weist einen Schwingungsabschnitt auf, der an zwei einander gegenüber­ liegenden Seiten jeweils von einem Lagerungsabschnitt gehalten ist. Jeder dieser Lagerungsabschnitte umfaßt einen mit einem mittleren Bereich der kürzeren Seite des Schwingungsabschnitts verbundenen Brückenab­ schnitt, der über ein elastisches Teil mit einem Dämpfungsteil verbunden ist, an dem ein Befestigungsteil vorgesehen ist. Der Lagerungsabschnitt dämpft die vom Schwingungsabschnitt ausgehenden Schwingungen, in dem er sich elastische verformt. Bei dieser Art der Dämpfung werden also die elastischen Abschnitte des Lagerabschnitts so deformiert, daß trotz dieser Deformierung die Verlagerung der Dämpfungsabschnitte äußerst klein und der Betrag der Verlagerung an den Befestigungsabschnitten ein Minimum ist. Der Lagerungsabschnitt stellt somit ein herkömmliches Puf­ ferelement dar, daß die Schwingungen des Schwingungsabschnitts zu­ läßt, während es deren Fortpflanzung durch den Lagerabschnitt verhin­ dert, in dem es die vom Schwingungsabschnitt ausgehenden Schwingun­ gen absorbiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Reso­ nanzkomponente vom Energiefalletyp zu schaffen, bei der die Energie ei­ ner auftretenden Scherungschwingungsmode wirksam in einem Vibra­ tionsteil eingefangen wird, so daß die Länge des piezoelektrischen Sub­ strats weiter reduziert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die mehreren Elektroden können auf dem piezoelektrischen Substrat in unterschiedlicher Weise angeordnet sein. Dabei können die ersten und zweiten Elektroden auf beiden Hauptoberflächen des piezoelektrischen Substrats vorhanden sein, wobei die ersten und zweiten Elektroden Rücken an Rücken einander und sich wenigstens teilweise überlappend gegenüberliegen und zwischen sich das piezoelektrische Substrat aufneh­ men. Ferner können die ersten und zweiten Elektroden auf nur einer Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrats liegen, wobei sie durch einen Bereich vorbestimmter Breite voneinander getrennt sind. Sie neh­ men dabei selbst ebenfalls einen Bereich vorbestimmter Breite ein. In die­ sem Fall ist ferner eine dritte Elektrode auf der anderen Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrats vorhanden, die sich mit der ersten und der zweiten Elektrode überlappt, um auf diese Weise den zuvor erwähnten Vibrationsbereich zu bilden. Erste und zweite Elektroden können anderer­ seits auch auf einer Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrats vor­ handen sein und sich entlang von sich gegenüberliegenden Seitenkanten des piezoelektrischen Substrats erstrecken, derart, daß sich die ersten und zweiten Elektroden in einem Zentralbereich des piezoelektrischen Substrats gegenüberliegen, um dort den zuvor erwähnten Vibrationsbe­ reich zu bilden.

Auch der eingangs erwähnte, dynamische Dämpfungsteil bzw. Dämp­ fungsbereich kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. So läßt er sich beispielsweise dadurch bilden, daß in das piezoelektrische Substrat zwei Gräben eingebracht werden, die im Abstand und parallel zueinander verlaufen. Der Bereich des piezoelektrischen Bereichs, der zwischen den Gräben zu liegen kommt, bildet dann den dynamischen Dämpfungsbe­ reich.

Das Merkmal der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonanzkompo­ nente ist darin zu sehen, daß sich der Energieeinfang wirksam verbessern läßt, und zwar durch ein dynamisches Dämpfungsphänomen. Das dyna­ mische Dämpfungsphänomen an sich wird beschrieben in "Vibration Technology" durch Osamu Taniguchi, Corona Publishing Co., Ltd., Japan, Seiten 113 bis 116. Dieses Phänomen läßt sich am besten dadurch be­ schreiben, daß Schwingungen eines Hauptvibrators dadurch unterdrückt werden, daß der Hauptvibrator mit einem Subvibrator gekoppelt wird, wo­ bei die charakteristische Frequenz des Subvibrators so gewählt wird, daß sich die Schwingungen des Hauptvibrators wirksam dämpfen lassen.

Bei der piezoelektrischen Resonanzkomponente nach der vorliegenden Erfindung wird ein dynamischer Dämpfungsteil mit den zuvor erwähnten dynamischen Dämpfungseigenschaften zwischen dem Vibrationsbereich und einem Endbereich des piezoelektrischen Substrats gebildet. Dabei dient der dynamische Dämpfungsteil dazu, Schwingungen eines piezo­ elektrischen Substratbereichs zu dämpfen, der zwischen dem Vibrations­ bereich und dem dynamischen Dämpfungsteil liegt, also zur Dämpfung eines Teils, der durch Schwingungen angeregt wird, die aus dem Vibra­ tionsbereich kommen bzw. herauslecken.

Der dynamische Dämpfungsteil befindet sich zwischen dem Endbereich des piezoelektrischen Substrats und dem Vibrationsbereich, wie oben be­ schrieben, so daß sich durch den dynamischen Dämpfungsbereich Schwingungen, die aus dem Vibrationsbereich herauslecken, wirksam unterdrücken lassen. Somit ist es möglich, Schwingungen daran zu hin­ dern, die Endbereiche des piezoelektrischen Substrats zu erreichen.

Bei der piezoelektrischen Resonanzkomponente nach der Erfindung befin­ det sich der dynamische Dämpfungsteil bzw. Dämpfungsbereich wenig­ stens an einer Seite des Vibrationsbereichs, also wenigstens in einem Be­ reich zwischen dem Vibrationsbereich und dem Endbereich des piezoelek­ trischen Substrats, um Schwingungen zu dämpfen, die in denjenigen Teil des piezoelektrischen Substrats hineinlecken, der sich zwischen dem Vi­ brationsbereich und dem dynamischen Dämpfungsbereich befindet. Infol­ ge dieser Dämpfung läßt sich der Abstand zwischen dem dynamischen Dämpfungsteil und dem Endbereich des piezoelektrischen Substrats ver­ ringern. Die Resonanzcharakteristik des Bausteins wird nur wenig ge­ stört, selbst wenn die Länge des piezoelektrischen Substrats reduziert wird, da die Schwingungsenergie im Vibrationsbereich zuverlässig einge­ fangen wird, infolge der Wirkung der dynamischen Dämpfungsteile.

Nach der Erfindung läßt sich somit eine im Vergleich zum Stand der Tech­ nik noch kleinere piezoelektrische Resonanzkomponente schaffen, bei der eine Scherungsschwingungsmode (shear vibration mode) auftritt, ohne daß sich dadurch ihre Resonanzcharakteristik verschlechtert.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Piezoresonators nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung:

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Piezoresonators mit Energiefalle;

Fig. 3A und 3B Dicken-Scherungsschwingungsmoden im kon­ ventionellen Piezoresonator, ermittelt durch eine Finite-Elemente-Methode;

Fig. 4 eine Schwingungsmode in einem Piezoresonator nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung, analysiert durch eine Finite-Elemen­ te-Methode;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsschrittes des Piezoresonators nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines piezoelektri­ schen Muttersubstrats;

Fig. 6A bis 6C perspektivische Ansichten zur Erläuterung von Modi­ fikationen des Piezoresonators nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines piezoelektri­ schen Zweimoden-Filters nach einem zweiten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Piezoresonators mit Breiten-Scherungsschwingungsmode nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines eine Energiefalle auf­ weisende Piezoresonators 11 mit Dicken-Scherungsschwingungsmode nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Der Piezoresonator 11 besteht aus einem piezoelektrischen Substrat 12, das die Form einer länglichen und rechteckförmigen, ebenen Platte auf­ weist. Das piezoelektrische Substrat 12 ist aus piezoelektrischem Mate­ rial hergestellt, beispielsweise aus einer piezoelektrischen Keramik. Dabei ist das Substrat polarisiert, und zwar in Richtung des Pfeils P, also in Lon­ gitudinal- bzw. Längsrichtung der Platte.

Eine Elektrode 13 befindet sich auf der oberen Fläche des piezoelektri­ schen Substrats 12 und erstreckt sich von einer End- bzw. Stirnfläche 12a des Substrats bis zum Zentralbereich des Substrats und gegebenenfalls über diesen hinaus, ohne die gegenüberliegende Stirnfläche zu erreichen. Andererseits befindet sich eine weitere Elektrode 14 auf der unteren Flä­ che des piezoelektrischen Substrats 12 und erstreckt sich von der genann­ ten gegenüberliegenden Stirnfläche 12b bis in den Zentralbereich des Substrats 12 hinein und gegebenenfalls über diesen hinaus, ohne die zuerst genannte Stirnfläche 12a zu erreichen. In Fig. 1 ist die andere Elek­ trode 14 der besseren Übersicht wegen vom Substrat nach unten projiziert dargestellt. Die Elektroden 13 und 14 liegen in Längsrichtung des piezo­ elektrischen Substrats 12 gesehen in dessen Zentralbereich Rücken an Rücken bzw. einander gegenüber, wobei sich zwischen ihnen das piezo­ elektrische Substrat 12 befindet. Mit anderen Worten verlaufen die Elek­ troden 13 und 14 an gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats 12 von entgegengesetzten Stirnseiten ausgehend in Substratlängsrichtung aufeinander zu und überlappen sich im Zentralbereich des Substrats 12. Wird an die Elektroden 13 und 14 eine Wechselspannung angelegt, so er­ folgt dadurch die Anregung einer Dicken-Scherungsschwingungsmode, und zwar in demjenigen Teil des piezoelektrischen Substrats 12, der zwi­ schen den sich einander gegenüberliegenden Elektroden 13 und 14 liegt, also im Überlappungsbereich der Elektroden 13 und 14. Genau dieser Teil des piezoelektrischen Substrats 12, der sich im Überlappungsbereich der Elektroden 13 und 14 befindet, wird dann nachfolgend als Vibrationsbe­ reich bezeichnet.

In der oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 12 befinden sich Gräben 15a und 15b, die sich senkrecht zur Längsrichtung des Substrats 12 erstrecken, also in Breitenrichtung des Substrats. Diese Gräben 15a und 15b liegen zwischen dem Vibrationsbereich und der End- und Stirn­ fläche 12b des Substrats 12. Darüber hinaus befinden sich auch an der unteren Fläche des piezoelektrischen Substrats 12 Gräben 16a und 16b, die senkrecht zur Längsrichtung des Substrats 12 verlaufen, also in des­ sen Breitenrichtung, wobei diese Gräben 16a und 16b zwischen der Elek­ trode 14 und der End- bzw. Stirnseite 12a liegen. Beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 erstreckt sich somit die erste Elektrode 13 von der Stirn­ seite 12a bis zum Graben 15b, während sich die Elektrode 14 von der Stirnseite 12b bis zum Graben 16a erstreckt. Auch die Gräben 16a und 16b trennen den Vibrationsbereich von der Stirnseite 12a.

Beim Piezoresonator 11 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dynamische Dämpfungsbereiche 17 und 18 vorhanden, von denen einer zwischen den Gräben 15a und 15b und ein anderer zwischen den Gräben 16a und 16b liegt. Diese dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18 vibrieren infolge von Leckschwingungen aus dem Vibrationsbereich, so daß sich Schwingungen durch ein dynamisches Dämpfungsphänomen unterdrücken lassen. Die Formen der dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18 sind dabei vorzugsweise so bestimmt, daß Resonanzfrequenzen dieser dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18 gleich der Frequenz derjenigen Schwingung sind, die sich ausgehend vom Vibrationsbereich ausbreitet.

Entsprechend dem Aufbau des Piezoresonators 11 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schwingung nicht unmittelbar im Vibra­ tionsbereich eingefangen, sondern es werden Schwingungskomponenten, die sich ausgehend vom Vibrationsbereich in Richtung der Endflächen 12a und 12b ausbreiten, in den dynamischen Dämpfungsbereichen 17 und 18 wirksam gedämpft. Die Vibrations- bzw. Schwingungsenergie läßt sich somit zuverlässig in denjenigen Bereichen einfangen, die durch die dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18 gebildet sind. Selbst bei Ver­ ringerung der Länge des piezoelektrischen Substrats 12 ist es möglich, das piezoelektrische Substrat 12 an seinen in Längsrichtung gegenüber­ liegenden Stirnseiten mechanisch zu halten, ohne daß sich seine Reso­ nanzcharakteristik verschlechtert, da sich infolge der dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18 im wesentlichen keine Schwingungen mehr zu diesen Endbereichen des piezoelektrischen Substrats 12 hin übertragen lassen. Die Schwingungen gelangen somit aus dem Vibra­ tionsbereich nicht über die Dämpfungsbereiche 17 und 18 hinaus und können somit die in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Stirn­ seiten 12 auch nicht mehr erreichen.

Die Tatsache, daß die in Longitudinalrichtung des piezoelektrischen Sub­ strats 12 einander gegenüberliegenden Endbereiche infolge der dynami­ schen Dämpfungsbereiche 17 und 18 praktisch nicht mehr vibrieren bzw. schwingen, läßt sich durch die Darstellung von Schwingungsmoden ein­ sehen, die mit Hilfe einer Finite-Elemente-Methode ermittelt worden sind.

Die Fig. 3A und 3B zeigen analysierte Schwingungsmoden bei einem kon­ ventionellen Piezoresonator 1 (siehe Fig. 2), die ebenfalls auf der Basis der Finite-Elemente-Methode erhalten worden sind. Dabei läßt die Fig. 3A er­ kennen, daß beim konventionellen Piezoresonator 1 Schwingungskompo­ nenten zu den Endbereichen des piezoelektrischen Substrats 2 übertra­ gen werden, wodurch sich diese Endbereiche des piezoelektrischen Sub­ strats 2 stark verschieben. Ist andererseits bei einem Piezoresonator 1 gem. Fig. 3B die Länge des piezoelektrischen Substrats 2 sehr groß gegen­ über seiner Dicke, so läßt sich zwar die Verschiebung des piezoelektri­ schen Substrats 2 in der Nähe seiner Endbereiche beträchtlich verrin­ gern, jedoch wird bei einer derartigen Verlängerung des piezoelektrischen Substrats 2 der Piezoresonator 1 selbst stark vergrößert, was uner­ wünscht ist.

Beim Piezoresonator 11 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung werden dagegen diejenigen Bereiche des piezoelektrischen Sub­ strats 12, die außen bzw. hinter den dynamischen Dämpfungsbereichen 17 und 18 liegen, also zwischen diesen und den jeweiligen Stirnseiten des Substrats, praktisch nicht mehr verschoben, und zwar durch die Dämp­ fungswirkung der dynamischen Dämpfungsteile 17 und 18, wie die Fig. 4 erkennen läßt.

Die zuvor erwähnten dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18 bzw. Dämpfungsteile können durch geeignete Schritte gebildet werden, die zu­ sätzlich bei der Herstellung des konventionellen Piezoresonators 1 durch­ geführt werden, um zum Piezoresonator 11 nach der Erfindung zu kom­ men. Zum Beispiel wird in ähnlicher Weise wie beim konventionellen Ver­ fahren ein piezoelektrisches Muttersubstrat 12A hergestellt, auf welchem sich auf einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen Mutterelektro­ den 13A und 14A befinden, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Anschließend wer­ den in beide Hauptoberflächen des piezoelektrischen Muttersubstrats 12A Gräben 15A, 15B, 16A und 16B eingebracht, die in Longitudinalrich­ tung des piezoelektrischen Muttersubstrats 12A verlaufen. Der in Fig. 1 gezeigte Piezoresonator 11 wird dann in einfacher Weise dadurch erhalten, daß das piezoelektrische Muttersubstrat 12 entlang der strichpunktierten Linien A in Fig. 5 zerschnitten wird, also in einer Richtung senkrecht zu seiner Longitudinal- bzw. Längsrichtung. Zur Herstellung des Piezoreso­ nators 11 nach der Erfindung ist also nur ein zusätzlicher Schritt zur Bil­ dung der Gräben 15A bis 16B im piezoelektrischen Muttersubstrat 12A er­ forderlich.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 liegen die Mutterelektroden 13A und 14A nur in Bereichen auf beiden Hauptoberflächen, die zur Bildung der Elektroden dienen. Die Mutterelektroden befinden sich also jeweils nur an einer Seite der Dämpfungsbereiche 17 und 18. Die zuvor erwähnten Gräben 15A bis 16B können alternativ aber auch hergestellt werden, nachdem beide Hauptoberflächen des piezoelektrischen Muttersubstrats 12A vollständig mit Elektroden beschichtet worden sind, um einerseits die genannten Elektroden für die Schwingungsanregung und andererseits zu­ sätzlich Anschlußelektroden zu erhalten, über die sich der piezoelektri­ sche Resonator mit einer externen Einrichtung elektrisch verbinden läßt. Die Anspruchselektroden und die Elektroden zur Schwingungsanregung werden somit gleichzeitig gebildet, wobei die Anschlußelektroden in Berei­ chen auf dem piezoelektrischen Substrat zu liegen kommen, die jenseits der dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18 liegen, also zwischen die­ sen und den jeweiligen Stirnseiten des Substrats. Dabei können die auf einer Hauptoberfläche liegenden Elektroden und Anschlußelektroden über den Dämpfungsbereich hinweg elektrisch miteinander in Verbin­ dung stehen.

Beim ersten Ausführungsbeispiel befanden sich dynamische Dämpfungs­ bereiche 17 und 18 im piezoelektrischen Substrat 12 zu beiden Seiten des Vibrationsbereichs. Wie die Fig. 6a erkennen läßt, reicht in vielen Fällen aber auch schon ein einziger dynamischer Dämpfungsbereich 17, gebildet an nur der oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 12, so daß ein entsprechender dynamischer Dämpfungsbereich an der unteren Fläche des Substrats fehlt. Der dynamische Dämpfungsbereich kann mit anderen Worten auch nur an einer Seite des Schwingungsbereichs liegen, wodurch gegenüber dem konventionellen Piezoresonator 1 ebenfalls der Vorteil er­ zielt wird, daß sich Schwingungsenergie wirksamer einfangen bzw. dämp­ fen läßt. Ist ein dynamischer Dämpfungsbereich 17 an nur einer Seite des Substrats 12 vorgesehen, wie in Fig. 6A dargestellt, so läßt sich ferner das Herstellungsverfahren gegenüber demjenigen Verfahren, nach dem der Piezoresonator 11 des ersten Ausführungsbeispiels hergestellt wird, weiter vereinfachen, da die Gräben 15a und 15b zur Bildung des Dämp­ fungsbereichs 17 nur in eine Seite des piezoelektrischen Substrats 12 ein­ gebracht zu werden brauchen.

Entsprechend der Fig. 6B können alternativ zusätzliche Gräben 15c und 15d in diejenige obere Fläche des piezoelektrischen Substrats 12 einge­ bracht werden, in der sich auch die Gräben 15a und 15b befinden. Hier­ durch wird ein zusätzlicher Schwingungsabsorptionsbereich 17A erhal­ ten. Die zusätzlichen Gräben 15c und 15d verlaufen in der Nähe der End- bzw. Stirnfläche 12a parallel zueinander und parallel zu den Gräben 15a und 15b sowie ebenfalls in Längsrichtung des piezoelekrischen Mutter­ substrats bzw. senkrecht zur Längsrichtung des Substrats 12. Somit wird zusätzlich zum dynamischen Dämpfungsbereich 17 auf der oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 12 ein weiterer dynamischer Dämpfungs­ bereich 17A erhalten, was zu einem besseren Schwingungsenergieeinfang im Schwingungsbereich führt, im Vergleich zum Piezoresonator nach Fig. 6A.

Andererseits können sich aber auch an beiden Hauptoberflächen des Sub­ strats 12 jeweils zwei Paare von Gräben befinden. So sind gem. Fig. 6C auf der oberen Hauptfläche des Substrats 12 die Gräben 15a, 15b und 15c, 15d vorhanden, während auf der unteren bzw. gegenüberliegenden Haupt­ fläche des Substrats 12 Gräben 16c, 16d und 16a, 16b vorhanden sind. Dabei liegen die Gräben 16c, 16d den Gräben 15a, 15b gegenüber, wäh­ rend die Gräben 16a, 16b den Gräben 15c, 15d gegenüberliegen. Insge­ samt ergeben sich somit dynamische Dämpfungsbereiche 17, 17A auf der oberen Hauptoberfläche sowie dynamische Dämpfungsbereiche 18, 18A auf der unteren Hauptoberfläche.

Wie die Fig. 6A bis 6C erkennen lassen, können sich die dynamischen Dämpfungsbereiche nach der Erfindung in Substratbereichen befinden, die mit Elektroden versehen sind. Ist dies der Fall, so ist es erforderlich, Elektrodenfilme auch in den Gräben der Dämpfungsbereiche vorzusehen, wie insbesondere in den Fig. 6B und 6C gezeigt ist. Dadurch werden die Elektrodenbereiche zu beiden Seiten eines Dämpfungsbereichs leitend miteinander verbunden.

Entsprechend der Fig. 6C liegen die dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18A, die sich an der oberen und unteren Fläche des piezoelektrischen Substrats 12 befinden, Rücken an Rücken einander gegenüber, wobei sich zwischen ihnen das piezoelektrische Substrat 12 befindet. Entsprechen­ des gilt für die Dämpfungsbereiche 17A und 18. Abweichend davon kön­ nen die dynamischen Dämpfungsbereiche 17 und 18A aber auch die dyna­ mischen Dämpfungsbereiche 17A und 18 an unterschiedlichen Positionen in Longitudinalrichtung des piezoelekrischen Substrats 12 liegen. Die Dämpfungsbereiche 17, 18A bzw. 17A, 18 müssen also nicht unbedingt Rücken an Rücken zueinander positioniert sein.

Die Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Zwei­ moden- bzw. Doppelmoden-Filters 21 mit Dicken-Scherungsschwin­ gungsmode, wobei dieses Filter ein zweites Ausführungsbeispiel einer Baukomponente mit piezoelektrischer Resonanz nach der Erfindung ist. Dieses piezoelektrische Zweimoden-Filter 21 mit Energiefalle besteht aus einem länglichen, rechteckförmig ausgebildeten piezoelektrischen Sub­ strat 22. Dieses piezoelektrische Substrat 22 ist aus piezoelektrischem Material hergestellt, beispielsweise aus einer piezoelektrischen Keramik, und ist z. B. in Richtung des Pfeils B polarisiert. Elektroden 23a und 23b befinden sich auf einer oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 22 und liegen im Abstand nebeneinander, wobei sich zwischen ihnen ein Be­ reich mit vorbestimmter Breite befindet. Darüber hinaus befinden sich weitere Elektroden 24a und 24b auf der oberen Fläche des piezoelektri­ schen Substrats 22, die ebenfalls im Abstand nebeneinander liegen, wobei sich ein Bereich mit vorbestimmter Breite zwischen ihnen befindet. Dabei liegen die Elektroden 23a, 23b und die Elektroden 24a, 24b in jeweils ge­ trennten Gebieten auf der oberen Substratfläche.

Auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 befindet sich andererseits eine Elektrode 25, die den Elektroden 23a und 23b ge­ genüberliegt, so daß die Elektrode 25 einerseits und die Elektroden 23a, 23b andererseits Rücken an Rücken zueinander angeordnet sind. Ferner ist an der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 eine wei­ tere Elektrode 26 vorhanden, die den Elektroden 24a, 24b gegenüberliegt, so daß auch die Elektrode 26 einerseits und die Elektroden 24a, 24b ande­ rerseits Rücken an Rücken zueinander positioniert sind.

Auf der oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 22 liegt eine An­ schlußelektrode 27a an einem in Längsrichtung des Substrats liegenden Ende, die elektrisch mit der Elektrode 23a über einen leitenden Verbin­ dungsteil verbunden ist. Dagegen befindet sich an dem in Längsrichtung gegenüberliegenden Ende des Substrats eine andere Anschlußelektrode 27b auf der oberen Substratoberfläche, die über einen leitenden Verbin­ dungsteil mit der Elektrode 24b elektrisch verbunden ist. Ferner sind die Elektroden 23b und 24a über einen anderen leitenden Verbindungsteil untereinander elektrisch verbunden, während die Elektroden 25 und 26 ebenfalls elektrisch miteinander verbunden sind, und zwar über einen lei­ tenden Verbindungsteil auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22. Die leitenden Verbindungsteile verlaufen jeweils in Sub­ stratlängsrichtung und sind relativ schmal im Vergleich zur Breite des Substrats.

In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel wird ein erster Resonanzteil in einem Bereich erhalten, in dem sich die Elektroden 23a und 23b sowie 25 befinden, während ein zweiter Resonanzteil in einem Be­ reich erhalten wird, in welchem sich die Elektroden 24a, 24b und 26 be­ finden. Ein Eingabeende bzw. Ausgabeende wird jeweils im Bereich zwi­ schen den Anschlußelektroden 27a bzw. 27b gebildet. Auf diese Weise wird ein piezoelektrisches Zweimoden-Filter mit drei Anschlüssen erhal­ ten, dessen Elektroden 25 und 26 mit einem Referenzpotential verbunden sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 7 befinden sich Gräben 28a, 28b, 28c und 28d an der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Sub­ strats 22, die sich in Breitenrichtung des Substrats 22 erstrecken und parallel zueinander liegen. Durch diese Gräben 28a bis 28d werden dyna­ mische Dämpfungsbereiche 29 und 30 gebildet. Dabei bilden die Gräben 28a, 28b den dynamischen Dämpfungsbereich 29, der zwischen dem er­ sten Resonanzteil und dem benachbarten Endteil des piezoelektrischen Substrats 22 liegt, während die Gräben 28c, 28d den zweiten dynamischen Dämpfungsbereich 30 bilden, der zwischen dem zweiten Resonanzteil und dem benachbarten Endteil des piezoelektrischen Substrats 22 liegt.

Die Größe der dynamischen Dämpfungsbereiche 29 und 30 ist so gewählt, daß Schwingungskomponenten hinreichend gedämpft werden, die sich ausgehend von den Resonanzteilen ausbreiten. Auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel läßt sich das Herauslecken von Schwingungskomponenten in Richtung der Endbereiche des piezoelektrischen Substrats wirksam un­ terdrücken, und zwar infolge der Wirkung der dynamischen Dämpfungs­ bereiche 29 und 30. Somit ist es auch hier möglich, die Länge des piezoe­ lektrischen Substrats 22 erheblich zu reduzieren, ohne eine Verschlechte­ rung der Resonanzcharakteristik befürchten zu müssen, wie dies auch beim ersten Ausführungsbeispiel möglich war.

Die Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Piezoresonators 31 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beim Piezoresonator 31 mit Energiefalle wird von einer Breiten-Sche­ rungsschwingungsmode Gebrauch gemacht. Der Piezoresonator 31 ent­ hält ein piezoelektrisches Substrat, das in Form einer ähnlichen rechteck­ förmigen Platte ausgebildet ist. Dieses piezoelektrische Substrat 32 be­ steht aus piezoelektrischem Material, beispielsweise aus einer piezoelek­ trischen Keramik und ist in Richtung des Pfeils P polarisiert, also in seiner Longitudinal- bzw. Längsrichtung. Auf der oberen Fläche des piezoelektri­ schen Substrats 32 befinden sich Elektroden 33 und 34, von der sich jeweils eine, ausgehend von einer Stirnseite des Substrats, entlang der Seitenkante des Substrats erstreckt. So verläuft die Elektrode 33 auf der oberen Substratfläche von der Stirnseite 32a an der hinten liegenden Sei­ tenkante und erstreckt sich in Richtung zur Stirnseite 32b, ohne diese jedoch zu erreichen. Die Elektrode 34 auf der oberen Substratfläche be­ ginnt dagegen an der linken Stirnseite 32b und erstreckt sich an der vorde­ ren Seitenkante des Substrats 32 in Richtung zur rechten Stirnseite 32a, ohne diese jedoch zu erreichen. Die Elektroden 33 und 34 auf der oberen Fläche des piezoelektrischen Substrats 32 liegen sich dabei in einem Zen­ tralbereich des Substrats 32 einander gegenüber, und zwar in Breiten­ richtung des Substrats gesehen. Ein piezoelektrischer Substratteil, der im Bereich zwischen den Elektroden 32 und 34 bzw. diesen gegenüberlie­ gend zu liegen kommt, bildet somit einen Vibrationsbereich. Weiterhin be­ finden sich Anschlußelektroden 35 und 36 auf der oberen Fläche des pie­ zoelektrischen Substrats 32, und zwar in relativ großen Bereichen an den in Substratlängsrichtung außen liegenden Enden der Elektroden 33 und 34, also in Bereichen, die an die Stirnseiten 32a und 32b anschließen bzw. angrenzen. Mit anderen Worten können die Elektroden 34 und 36 eine L-förmige Struktur bilden, während entsprechendes auch für die Elektro­ den 33 und 35 gilt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird eine Wechselspannung an die Elektroden 33 und 34 angelegt, wobei Vibrationsenergie der Brei­ ten-Scherungsschwingungsmode im Vibrationsbereich eingefangen wird. Dabei wird eine Resonanzcharakteristik, basierend auf der so eingefange­ nen Vibrationsenergie erhalten.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich dynamische Dämp­ fungsbereiche 42 und 43 zwischen dem Vibrationsbereich und den Endbe­ reichen des piezoelektrischen Substrats 32. Hier sind relativ tiefe Gräben 41a, 41b, 41c und 41d, ausgehend von den seitlichen Oberflächen des piezoelektrischen Substrats 32 in dieses Substrat eingebracht, wie die Fig. 8 erkennen läßt. Durch diese Gräben 41a bis 41d werden die dynami­ schen Dämpfungsbereiche 42 und 43 definiert. Die dynamischen Dämp­ fungsteile 42 und 43 dämpfen Schwingungskomponenten, die vom Vibra­ tionsbereich in Richtung der Endbereiche des piezoelektrischen Sub­ strats 32 ausgesandt werden, und zwar durch dynamische Dämpfungs­ wirkung, wobei die Größe der Dämpfungsbereiche zur Erzielung dieses Zwecks entsprechend ausgelegt ist.

Beim dritten Ausführungsbeispiel wird die Übertragung von Schwin­ gungskomponenten zu den Endbereichen des piezoelektrischen Sub­ strasts 32 durch die Wirkung der dynamischen Dämpfungsbereiche 42 und 43 verhindert, so daß die Resonanzcharakteristik nicht gestört wird, selbst wenn eine erhebliche Reduzierung der Länge des piezoelektrischen Substrats 32 vorgenommen wird.

Mit Ausnahme des Beispiels nach Fig. 6C befindet sich jeweils nur ein ein­ zelner Dämpfungsbereich zwischen dem Vibrationsbereich und einer Endoberfläche des piezoelektrischen Substrats, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Vielmehr können auch mehrere solcher dyna­ mischen Dämpfungsbereiche zwischen dem Vibrationsbereich und der zu­ gehörigen Endoberfläche des piezoelektrischen Substrats vorhanden sein. In diesem Fall können die dynamischen Dämpfungsbereiche sich so­ wohl an der oberen als auch an der unteren Fläche des piezoelektrischen Substrats befinden, wie die Fig. 6C erkennen läßt. Mehrere solcher dyna­ mischer Dämpfungsbereiche zwischen dem Vibrationsbereich und dazu­ gehöriger Substratendfläche können sich aber auch nur an der oberen oder nur an der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats befin­ den.

Claims (10)

1. Piezoelektrische Resonanzkomponente vom Energiefalle-Typ, bei der eine Scherungsschwingungsmode auftritt, mit:

• 1. einem piezoelektrischen Substrat (12; 22; 32) mit einem Paar von Endbereichen, das in einer Richtung (P) polarisiert ist, in der das Paar von Endbereichen miteinander verbunden ist;
• 2. einer Mehrzahl von Elektroden auf einer äußeren Oberfläche des pie­ zoelektrischen Substrats, die durch einander gegenüberliegende Elektro­ denbereiche wenigstens einen Vibrationsbereich zwischen dem Paar von Endbereichen des piezoelektrischen Substrats festlegen; und
• 3. einem dynamischen Dämpfungsteil in einem Bereich des piezoelek­ trischen Substrats, der zwischen dem Vibrationsbereich und wenigstens einem der Endbereiche des piezoelektrischen Substrats liegt, wobei die Resonanzfrequenz des dynamischen Dämpfungsteils im wesentlichen gleich der Frequenz der Schwingung ist, die vom Vibrationsteil ausgesandt wird.

2. Resonanzkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden erste und zweite Elektroden (13; 14) auf beiden Haupt­ oberflächen des piezoelektrischen Substrats (12) sind, wobei die ersten und zweiten Elektroden (13, 14) Rücken an Rücken einander und sich we­ nigstens teilweise überlappend gegenüberliegen und zwischen sich das piezoelektrische Substrat (12) aufnehmen.

3. Resonanzkomponente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Dämpfungsteil (17, 18) ein Teil des piezoelektrischen Substrats ist, der zwischen zwei Gräben (15a, 15b; 16a, 16b) liegt, die in das piezoelektrische Substrat (12) eingebracht wurden.

4. Resonanzkomponente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein dynamischer Dämpfungsteil (17, 18; 17, 18A bzw. 17A, 18) in jeder Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrats (12) befindet.

5. Resonanzkomponente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein dynamischer Dämpfungsteil (17; 17, 17A) in nur einer Haupt­ oberfläche des piezoelektrischen Substrats (12) befindet.

6. Resonanzkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Vibrationsbereichen vorgesehen ist, um einen pie­ zoelektrisches Zweimoden-Filter (21) mit Energiefalle zu bilden.

7. Resonanzkomponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vibrationsbereich durch erste und zweite Elektroden (23a, 23b; 24a, 24b) auf einer Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrats (22) gebildet ist, die durch einen Bereich vorbestimmter Breite voneinander ge­ trennt sind, sowie durch eine dritte Elektrode (25; 26) auf der anderen Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrats (22), die sich mit der er­ sten und der zweiten Elektrode überlappt.

8. Resonanzkomponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Dämpfungsteil (29, 30) durch einen Teil des piezoe­ lektrischen Substrats (22) gebildet ist, der zwischen zwei Gräben (28a, 28b; 28c, 28d) liegt, die in das piezoelektrische Substrat (22) eingebracht wurden.

9. Resonanzkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. das piezoelektrische Substrat (32) als rechteckige Platte ausgebildet ist, die in ihrer Longitudinalrichtung polarisiert ist, und
• 2. zur Erzeugung einer Breiten-Scherungsschwingungsmode erste und zweite Elektroden (33, 34) auf einer Hauptoberfläche des piezoelektri­ schen Substrats (32) vorhanden sind, die sich entlang einander gegenü­ berliegender Seitenkanten des Substrats (32) erstrecken, derart, daß sich die ersten und zweiten Elektroden (33, 34) in einem Zentralbereich des Substrats (32) einander gegenüberliegen, um einen Vibrationsbereich zu bilden.

10. Resonanzkomponente nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Dämpfungsteil (42; 43) ein Teil des piezoelektrischen Substrats (32) ist, der zwischen zwei Gräben (41a, 41b; 41c, 41d) liegt, die in das piezoelektrische Substrat (32) hineingebracht wurden.