FR2813458A1 - Resonateur piezoelectrique, et dispositif electronique le comportant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un résonateur piézoélectrique.Elle se rapporte à un résonateur vibrant en mode de vibration suivant l'épaisseur et qui comprend une couche piézoélectrique (12), une première électrode (14a) comprenant une électrode de liaison (18a) et au moins une électrode vibrante (20a) connectée à l'électrode de liaison (18a), une seconde électrode (14b) comprenant une électrode de liaison (18b) et au moins une électrode vibrante (20b) connectée à l'électrode de liaison (18b), et plusieurs sections vibrantes (22) dans lesquelles une électrode vibrante (20a) de la première électrode (14a) recouvre une électrode vibrante (20b) de la seconde électrode (14b) avec interposition de la couche piézoélectrique (12), les sections vibrantes (22) étant connectées en parallèle.Application aux filtres à résonateurs.
Description
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La présente invention concerne des résonateurs piézo- électriques et des dispositifs électroniques qui les comprennent. Plus précisément, l'invention concerne des résonateurs piézoélectriques qui comprennent des couches piézoélectriques, telles que des films piézoélectriques ou des substrats piézoélectriques, et des électrodes placées sur les deux grandes faces des couches piézoélectriques. Les résonateurs piézoélectriques qui vibrent dans des modes de vibration longitudinale suivant l'épaisseur sont utilisés dans des dispositifs électroniques tels que des filtres. En outre, l'invention concerne des dispositifs électroniques contenant des résonateurs piézoélectriques, tels que des filtres.
La présente invention concerne des résonateurs piézo- électriques et des dispositifs électroniques qui les comprennent. Plus précisément, l'invention concerne des résonateurs piézoélectriques qui comprennent des couches piézoélectriques, telles que des films piézoélectriques ou des substrats piézoélectriques, et des électrodes placées sur les deux grandes faces des couches piézoélectriques. Les résonateurs piézoélectriques qui vibrent dans des modes de vibration longitudinale suivant l'épaisseur sont utilisés dans des dispositifs électroniques tels que des filtres. En outre, l'invention concerne des dispositifs électroniques contenant des résonateurs piézoélectriques, tels que des filtres.
I1 existe, au titre de l'arrière-plan technologique de l'invention, des résonateurs piézoélectriques décrits par exemple dans la demande publiée et examinée de brevet japonais n 46-25 579 et dans les demandes publiées et non examinées de brevet japonais n 8-154 032 et 5-160 166.
Plus précisément, la demande publiée et examinée de brevet japonais n 46-25 579 décrit un oscillateur piézo- électrique comprenant un substrat multicouche, une première et une seconde électrode, et un film piézoélectrique.
La demande publiée et non examinée de brevet japonais n 8-154 032 décrit un résonateur piézoélectrique possédant un substrat piézoélectrique, des première et seconde électrodes placées sur une grande face du substrat piézo- électrique, et une troisième électrode placée sur l'autre grande face du substrat piézoélectrique. Dans ce résonateur piézoélectrique, deux sections vibrantes sont formées et connectées en série à l'emplacement auquel les première et seconde électrodes sont en face de la troisième électrode.
En outre, la demande publiée et non examinée de brevet japonais n 5-160 666 décrit un résonateur piézoélectrique qui comprend un substrat piézoélectrique et des électrodes, formées aux deux grandes faces du substrat piézoélectrique.
Dans le cas de l'oscillateur piézoélectrique décrit dans la demande publiée et examinée de brevet japonais n 46-25 579, pour que la résistance à la résonance soit
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réduite, les dimensions des électrodes placées aux deux grandes faces du film piézoélectrique doivent être augmentées afin que la surface par laquelle les électrodes sont opposées soit accrue, si bien qu'une plus grande capacité peut être obtenue. D'autre part, l'augmentation des dimensions des électrodes aux grandes faces du film piézoélectrique crée des vibrations superflues qui peuvent ainsi provoquer une détérioration des caractéristiques de résonance.
Ainsi, pour que les caractéristiques de résonance ne soient pas détériorées, avec réduction de la résistance à la résonance, et pour que les vibrations superflues puissent être négligées, un procédé possible comprend la connexion en parallèle de plusieurs résonateurs piézoélectriques ayant de petites surfaces par lesquelles les électrodes sont opposées. Cependant, dans ce cas, comme l'ensemble de la dimension de la pastille augmente, un problème se pose car le câblage de connexion des résonateurs piézoélectriques est allongé.
En outre, dans le résonateur piézoélectrique décrit dans la demande publiée et non examinée de brevet japonais n 8-154 032, si l'on appelle R la résistance à la résonance de chaque section vibrante, l'ensemble de la résistance à la résonance équivaut à 2R. Pour que l'ensemble de la résistance à la résonance soit réduite, il faut réduire la résistance à la résonance de chacune des sections vibrantes. A cet effet, les surfaces par lesquelles les électrodes sont opposées doivent être accrues. En conséquence, les vibrations superflues ne sont plus négligeables et provoquent une réduction des caractéristiques de résonance.
En outre, dans le résonateur piézoélectrique décrit dans la demande publiée et non examinée de brevet japonais n 5-160 666, lorsque des motifs d'électrodes placés aux grandes faces du substrat piézoélectrique s'écartent mutuellement, la surface par laquelle les électrodes sont opposées varie et les fréquences de résonance deviennent différentes. Ainsi, même si n résonateurs piézoélectriques sont connectés
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en parallèle, la résistance à la résonance n'est pas réduite à une valeur égale à 1/n.
L'invention concerne ainsi un résonateur piézoélectrique de faible encombrement ayant des caractéristiques satisfaisantes de résonance et une faible résistance à la résonance.
L'invention concerne aussi un dispositif électronique comprenant le résonateur piézoélectrique.
Dans un premier aspect, l'invention concerne un résonateur piézoélectrique vibrant en mode de vibration suivant l'épaisseur, qui comprend une couche piézoélectrique, une première électrode placée sur une grande face de la couche piézoélectrique, la première électrode comprenant une électrode de liaison et au moins une électrode vibrante connectée à l'électrode de liaison, une seconde électrode disposée sur l'autre grande face de la couche, la seconde électrode comprenant une électrode de liaison et au moins une électrode vibrante connectée à l'électrode de liaison, et plusieurs sections vibrantes dans lesquelles une électrode vibrante au moins de la première électrode recouvre une électrode vibrante au moins de la seconde électrode avec interposition de la couche piézoélectrique, les sections vibrantes étant connectées en parallèle.
Dans ce résonateur piézoélectrique, la distance comprise entre les sections vibrantes adjacentes est de préférence égale ou supérieure à la moitié de la longueur d'onde à laquelle vibrent les sections vibrantes adjacentes.
Dans un second aspect, l'invention concerne un dispositif électronique comprenant le résonateur piézoélectrique. Dans le résonateur piézoélectrique selon l'invention, dans chaque section vibrante, les dimensions des électrodes de vibration des première et seconde électrodes peuvent être suffisamment petites pour que l'influence des vibrations superflues soit évitée. Les caractéristiques de résonance ne sont donc pas dégradées.
En outre, dans ce résonateur piézoélectrique, même lorsque la première électrode s'écarte de la seconde, la surface par laquelle les électrodes vibrantes sont opposées
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ne varie pas. La résistance à la résonance de chaque section vibrante et la fréquence de résonance ne changent donc pas.
En outre, dans ce résonateur piézoélectrique, les sections vibrantes sont formées par recouvrement des électrodes vibrantes de la première électrode par les électrodes vibrantes de la seconde électrode avec interposition de la couche piézoélectrique. Les sections vibrantes peuvent donc être placées sur une petite surface.
En outre, dans ce résonateur piézoélectrique, comme les sections vibrantes sont connectées électriquement en parallèle, la résistance à la résonance est plus petite que la résistance à la résonance de chaque section vibrante.
En outre, dans ce résonateur piézoélectrique, lorsque la distance comprise entre les sections vibrantes adjacentes est égale ou supérieure à la moitié de la longueur d'onde à laquelle vibrent les sections vibrantes adjacentes, les vibrations qui s'échappent en directions latérales sont atténuées de façon convenable. En conséquence, les vibrations des sections vibrantes adjacentes n'interfèrent pas mutuellement et les caractéristiques de résonance ne sont donc pas détériorées.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en plan d'un résonateur piézo- électrique dans un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 1 ; la figure 4 est une vue de dessous du résonateur piézo- électrique de la figure 1 ; la figure 5 est une vue en plan d'un résonateur piézo- électrique dans un second mode de réalisation de l'invention ;
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la figure 6 est une vue de dessous du résonateur piézo- électrique de la figure 5 ; la figure 7 est une vue en plan d'un résonateur piézo- électrique dans un troisième mode de réalisation de l'invention ; la figure 8 est une vue de dessous du résonateur piézo- électrique de la figure 7 ; la figure 9 est une vue en plan d'un résonateur piézo- électrique dans un quatrième mode de réalisation de l'invention ; et la figure 10 est une vue de dessous du résonateur piézoélectrique représenté sur la figure 9.
La figure 1 est une vue en plan d'un exemple de résonateur piézoélectrique selon l'invention. La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 et la figure 3 une coupe suivant la ligne III-III de la figure 1. La figure 4 est une vue de dessous de la figure 1. Le résonateur piézoélectrique 10 représenté sur les figures 1 à 4 est un résonateur piézoélectrique à couches minces qui comporte une base 1, un film 3 de support, un film piézo- électrique 12 formant une couche piézoélectrique, une électrode 14a du côté supérieur constituant une première électrode et une électrode du côté inférieur 14b constituant une seconde électrode. La base 1 est formée d'un matériau minéral, par exemple de Si. Le film de support 3 est réalisé sur la base 1 par un diélectrique tel que SiO2. Un espace rectangulaire vibrant 2 peut être formé à une partie centrale de la base 1 par exemple. Cet espace vibrant 2 est formé par attaque d'une surface arrière de la base 1. L'électrode du côté inférieur 14b est formée sur le film de support 3. Le film piézoélectrique 12 est mis à une forme rectangulaire sur l'électrode du côté inférieur 14b à l'aide d'un film piézoélectrique tel que ZnO, AlN ou analogues. L'électrode du côté supérieur 14a est formée sur le film piézoélectrique 12.
L'électrode du côté supérieur 14a comprend une électrode 16a d'extraction d'un signal externe, une électrode de liaison 18a et trois électrodes vibrantes 20a. L'électrode
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16a d'extraction d'un signal externe a une forme rectangulaire dans la partie intermédiaire d'une partie d'extrémité de la première surface principale du film piézoélectrique 12. L'électrode de liaison 18a a une forme de bande qui s'étend depuis l'électrode 16a d'extraction du signal externe vers le centre de la première surface principale du film piézoélectrique 12. Dans ce cas, la largeur de l'électrode de liaison 18a est égale à la largeur de l'électrode 16a d'extraction de signal externe. Les trois électrodes vibrantes 20a sont disposées afin qu'elles s'étendent de l'électrode de liaison 18a au centre de la première surface principale du film piézoélectrique 12. Dans ce cas, les trois électrodes vibrantes 20a sont courbées à 90 par rapport à l'électrode de liaison 18a, avec une certaine distance entre elles. En outre, dans cette situation, les trois électrodes vibrantes 20a sont suffisamment étroites pour que l'influence des vibrations superflues soit négligeable.
L'électrode du côté inférieur 14b comprend une électrode 16b d'extraction de signal externe, une électrode de liaison 18b et trois électrodes vibrantes 20b. L'électrode 16b d'extraction de signal externe a une forme rectangulaire au centre d'une partie d'extrémité de la seconde surface principale, opposée à la partie d'extrémité de la première surface principale, à l'endroit où est disposée l'électrode 16a. L'électrode de liaison 18b a une forme de bande partant de l'électrode 16b d'extraction de signal externe vers le centre de la seconde grande face du film piézoélectrique 12. Dans ce cas, l'électrode de liaison 18b a la même largeur que l'électrode 16b d'extraction de signal externe. Les trois électrodes vibrantes 20b s'étendent de l'électrode de liaison 18b vers le centre de la seconde grande face du film piézoélectrique 12. Dans cette situation, les trois électrodes vibrantes 20b sont placées parallèlement à l'électrode de liaison 18b avec une certaine distance entre elles. De plus, les largeurs des trois électrodes vibrantes 20b sont suffisamment petites pour que l'influence des vibrations superflues soit négligeable.
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Les trois électrodes 20a de l'électrode du côté supérieur 14a sont disposées perpendiculairement aux trois électrodes 20b de l'électrode du côté inférieur 14b avec interposition de la couche piézoélectrique 12. Neuf parties formées par disposition des trois électrodes 20a perpendiculairement aux trois électrodes 20b constituent neuf sections vibrantes 22. Dans cette situation, les trois électrodes 20a sont connectées à l'électrode de liaison 18a et les trois électrodes 20b sont connectées à l'électrode de liaison 18b. En conséquence, les sections vibrantes 22 sont connectées en parallèle.
Dans le résonateur piézoélectrique 10 représenté sur chacune des figures 1 à 4, lorsqu'on considère chacune des sections vibrantes 2, on note que les dimensions des électrodes vibrantes 20a de l'électrode du côté supérieur 14a et les dimensions des électrodes vibrantes 20b de l'électrode du côté inférieur 14b sont réglées à des valeurs inférieures aux dimensions qui provoquent des vibrations superflues. En conséquence, la dégradation des caractéristiques de résonance peut être évitée.
En outre, dans ce résonateur piézoélectrique 10, même lorsque l'électrode du côté supérieur 14a s'écarte de l'électrode du côté inférieur 14b, les surfaces dans lesquelles les électrodes vibrantes 20a sont opposées aux électrodes vibrantes 20b ne changent pas. Ainsi, les résistances à la résonance et les fréquences de résonance des sections vibrantes 22 ne changent pas et restent égales.
En outre, dans le résonateur piézoélectrique 10, les trois électrodes vibrantes 20a recouvrent les trois électrodes vibrantes 20b avec interposition du film piézoélectrique 12 pour la formation de neuf sections vibrantes 22. Ainsi, de nombreuses sections vibrantes 22 peuvent être disposées sur une petite surface.
De plus, dans le résonateur piézoélectrique 10, les neuf sections vibrantes 22 ayant des fréquences de résonance égales sont connectées électriquement en parallèle. Ainsi, globalement, sans que des vibrations superflues n'apparaissent, la résistance à la résonance peut être réduite à
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1/9 fois la résistance à la résonance de chaque section vibrante 22.
Comme indiqué précédemment, dans le résonateur piézo- électrique 10 représenté sur chacune des figures 1 à 4, sans influence des vibrations superflues, les neuf sections vibrantes 22 ayant des fréquences de résonance égales sont disposées sous forme de réseau et connectées électriquement en parallèle. En conséquence, globalement, sans vibration superflue, la résistance à la résonance peut être réglée à 1/9 fois la résistance de résonance de chaque section de vibration 22 sur une petite surface.
Dans le résonateur piézoélectrique 10, la distance comprise entre les sections vibrantes adjacentes 22 est égale ou supérieure à la moitié de la longueur d'onde à laquelle vibre chaque section 22. Dans cette disposition, les vibrations qui s'échappent en direction latérale sont suffisamment atténuées. Ainsi, puisque les vibrations des sections vibrantes adjacentes 22 n'interfèrent pas, les caractéristiques de résonance ne sont pas dégradées.
La figure 5 est une vue en plan d'un résonateur piézo- électrique dans un second mode de réalisation de l'invention. La figure 6 est une vue de dessous de ce résonateur piézoélectrique. Dans chacun des résonateurs 10 représentés sur les figures 5 et 6, par rapport au résonateur 10 de chacune des figures 1 et 2, les largeurs des électrodes de liaison 18a et 18b sont réduites. De plus, les électrodes vibrantes 20a et 20b sont courbées à des angles d'environ 45 par rapport aux électrodes de liaison 18a et 18b et sont espacées en deux rangées afin que les électrodes vibrantes 20a soient perpendiculaires aux électrodes vibrantes 20b avec interposition du film piézoélectrique 12.
Dans le résonateur piézoélectrique 10 des figures 5 et 6, par rapport au résonateur 10 des figures 1 et 2, les électrodes vibrantes 20a et 20b sont courbées à un angle inférieur à 90 par rapport aux électrodes de liaison 18a et 18b. Ainsi, on peut obtenir un autre avantage car une réflexion superflue des signaux externes à hautes fréquences peut être évitée. Selon l'invention, l'angle de courbure des
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électrodes vibrantes par rapport aux électrodes de liaison peut être modifié arbitrairement.
La figure 7 est une vue en plan d'un résonateur piézoélectrique dans un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 8 est une vue de dessous de ce résonateur. Dans le résonateur piézoélectrique 10 des figures 7 et 8, contrairement au résonateur 10 des figures 1 à 6, des paires d'électrodes vibrantes ondulées 20a de l'électrode du côté supérieur 14a et d'électrodes ondulées vibrantes 20b de l'électrode du côté inférieur 14b sont formées afin que les électrodes à courbure répétée 20a et 20b se recouvrent avec interposition d'un film piézo- électrique 12.
Dans le résonateur piézoélectrique 10 des figures 7 et 8, contrairement aux résonateurs 10 des figures 1 à 6, comme les électrodes vibrantes 20a et 20b ne sont pas courbées par rapport aux électrodes de liaison 18a et 18b, les électrodes 16a et 16b d'extraction de signal externe peuvent être connectées aux électrodes vibrantes 20a et 20b. Ainsi, contrairement au cas du résonateur 10 des figures 1 et 4, on obtient un autre avantage en ce que la réflexion superflue des signaux extérieurs à hautes fréquences peut être évitée. Même lorsque les électrodes vibrantes ont des configurations autres que des configurations ondulées, on peut obtenir les mêmes avantages.
La figure 9 est une vue en plan d'un résonateur piézo- électrique dans un quatrième mode de réalisation de l'invention. La figure 10 est une vue de dessous de ce résonateur. Dans un résonateur piézoélectrique 10 du type représenté sur les figures 9 et 10, contrairement au cas du résonateur 10 des figures 1 à 8, trois pièces d'électrodes ayant trois petites électrodes connectées en série sont espacées parallèlement comme électrodes vibrantes 20a de l'électrode 14a du côté supérieur. A titre de variante à l'utilisation d'électrodes vibrantes 20b de l'électrode 14b du côté inférieur, une électrode large est incorporée. Dans ce cas, les électrodes vibrantes 20a recouvrent les parties de
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l'électrode vibrante 20b avec interposition. du film piézo- électrique 12.
Dans le résonateur piézoélectrique 10 des figures 9 et 10, contrairement au résonateur 10 des figures 1 à 8, lors de la formation des électrodes, il n'existe pas de résidus dans l'électrode du côté inférieur 14b ni de poussière entrant dans l'électrode 14b. Ainsi, on peut obtenir un avantage supplémentaire en ce que le taux de produits défectueux dû aux résidus et à la poussière peut être réduit.
Dans ce résonateur piézoélectrique 10, l'électrode du côté supérieur 14a et l'électrode du côté inférieur 14b peuvent avoir des positions inversées.
En outre, dans chacun des résonateurs piézoélectriques 10, le film piézoélectrique est utilisé comme couche piézo- électrique. Cependant, un substrat piézoélectrique peut être utilisé comme couche piézoélectrique selon l'invention.
En outre, dans chacun des résonateurs piézoélectriques 10 décrits précédemment, bien que les sections vibrantes 22 soient rectangulaires ou pratiquement rectangulaires, les sections vibrantes utilisées selon l'invention peuvent avoir n'importe quelle forme, par exemple circulaire.
En outre, non seulement l'invention peut s'appliquer à un résonateur piézoélectrique, mais elle convient aussi à un dispositif électronique comprenant un résonateur piézo- électrique, tel qu'un filtre.
Comme décrit précédemment, l'invention concerne un résonateur piézoélectrique de faible encombrement ayant des caractéristiques de résonance satisfaisantes et une faible résistance à la résonance.
En outre, l'invention concerne un dispositif électronique comprenant un tel résonateur piézoélectrique, par exemple un filtre.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux résonateurs et dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention.
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Claims (3)
1. Résonateur piézoélectrique vibrant en mode de vibration suivant l'épaisseur, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique (12), une première électrode (14a) placée sur une grande face de la couche piézoélectrique, la première électrode (14a) comprenant une électrode de liaison (18a) et au moins une électrode vibrante (20a) connectée à l'électrode de liaison (18a), une seconde électrode (14b) disposée sur l'autre grande face de la couche, la seconde électrode (14b) comprenant une électrode de liaison (18b) et au moins une électrode vibrante (20b) connectée à l'électrode de liaison (18b), et plusieurs sections vibrantes (22) dans lesquelles une électrode vibrante (20a) au moins de la première électrode (14a) recouvre une électrode vibrante (20b) au moins de la seconde électrode (14b) avec interposition de la couche piézoélectrique (12), les sections vibrantes (22) étant connectées en parallèle.
2. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance comprise entre les sections vibrantes adjacentes (22) est égale ou supérieure à la moitié de la longueur d'onde à laquelle vibrent les sections vibrantes adjacentes.
3. Dispositif électronique, caractérisé en ce qu'il comprend le résonateur piézoélectrique selon l'une des revendications 1 et 2.
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