JP3993399B2

JP3993399B2 - チップ型圧電フィルタ

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Publication number: JP3993399B2
Application number: JP2001160837A
Authority: JP
Inventors: 春義小山
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002353774A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー閉じ込め型圧電フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のエネルギー閉じ込め型圧電フィルタとして、図５（ａ）の分解斜視図に示すように、１枚の圧電基板に左右二対の共振電極を設け、二つのフィルタを構成し、中央に結合容量素子を設けたものが知られている。図５（ｂ）は圧電基板３２の裏面の状態を示し、図５（ｃ）は組立て後の全体の斜視図を示す。
【０００３】
第１のフィルタ部は、圧電基板３２の主面において、一対の共振電極３３ａ，３３ｂを形成し、圧電基板３２の裏面（図５（ｂ））に共振電極３３ａ、３３ｂと表裏対向する共通電極３３ｃを形成することにより構成されている。
第２のフィルタ部についても、圧電基板３２の主面に一対の共振電極３４ａ，３４ｂを形成し、圧電基板３２の裏面（図５（ｂ））に共通電極３４ｃを形成することにより構成されている。共振電極３３ａは圧電基板３２の一方の縁端に引き出されているリード電極３５ａに接続されている。他方、共振電極３４ａは、圧電基板３２の他方の縁端に引き出されているリード電極３５ｂに接続されている。リード電極３５ａ，３５ｂは、それぞれ、入力電極または出力電極として外部電極に接続される。
【０００４】
圧電基板３２の主面の中央には、容量電極３６ａが形成されており、圧電基板３２の裏面（図５（ｂ））の中央には、容量電極３６ａと表裏対向するようにほぼ同じ寸法の容量電極３６ｂが形成され縁端まで延びている。この一対の容量電極３６ａ、３６ｂにより、結合容量部としての結合容量素子が構成されている。容量電極３６ａは、第１のフィルタ部の共振電極３３ｂ、第２のフィルタ部の共振電極３４ｂと接続されている。また圧電基板３２の裏面（図５（ｂ））の容量電極３６ｂは長辺側の側面中央に引き出され、外部電極に接続される。
【０００５】
圧電基板３２の上下には、外装ケース３７および３８が接着剤で接合される。ただし、接着剤を介して外装ケース３７および３８を接合するに際しては、第１および第２のフィルタ部の振動を妨げないための空間を形成する２つの凹部３８ｄ（３７側の凹部は図示されず）が外装ケース３７および３８には形成されている。そして、第１および第２のフィルタ部が構成されている部分を除いて圧電基板３２の全周に接着剤を塗布している。
【０００６】
外装ケース３７には、上面と長辺側の一対の側面に至るように外部電極３７ａ〜３７ｃが形成されている。他方、外装ケース３８にも、下面から長辺側の両側面に至るように外部電極３８ａ〜３８ｃが形成されている。外装ケース３７と圧電基板３２と外装ケース３８を接合した後、それぞれ電気的に接続されている。従って、外部電極３７ａ、３８ａが、前述したリード電極３５ａに接続され、入力電極として用いられる。また、外部電極３７ｂ、３８ｂが、圧電基板３２の裏面に形成された容量電極３６ｂに接続され、アース電極として用いられる。他方、外部電極３７ｃ、３８ｃは電気的に接続され、出力電極として用いられる。
これらは、図６に示すように、第１および第２のフィルタ部Ａ，Ｂが結合容量素子Ｃを介して接続された回路構成となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、第１、第２のフィルタ部の振動を妨げないための空間を設け、凹部を除く部分、すなわち圧電基板のフィルタ部を除く表裏外縁周部全体を接着剤を用いて外装ケース３７，３８を固定している。そのため小型化する場合、空間部を狭くすると接着剤で積層された部分によって抑圧され、圧電フィルタの特性が劣化する。そして、この問題により圧電基板を小さくすることは限界があり、さらに、リード電極が圧電基板の端面で外部電極と接続している。そのために、回路基板に実装する際、はんだ付けによる高熱が圧電基板に直接加わるために圧電基板の熱的変化等によるフィルタ特性の劣化を誘発することがあった。
【０００８】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、圧電基板の固定による特性変動を少なくし、実装時の熱による特性劣化を防止することの出来る小型化が容易な高信頼性のチップ型圧電フィルタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、エネルギー閉じ込め型の圧電フィルターであって、厚み方向に分極処理された矩形の圧電基板に、一方の面に所定距離を隔てて形成された第１、第２の共振電極と、他方の面に第１、第２の共振電極と表裏対向するように形成された共通共振電極とを備え、夫々の共振電極のリード電極は圧電基板の縁端に沿って形成する。外装ケースには圧電基板を収納する凹部とその凹部から導出される外部電極を設け、外部電極と各共振電極のリード電極を導電性接着剤を用いて電気的に接続し、かつ圧電基板を固定したことを特徴とする。すなわち、共振電極と結合容量素子は同一の圧電基板上には形成しない。
さらに、本発明は、上記圧電基板を２つ用い、結合容量素子を備えたフィルタ構成において、圧電基板を並列にした外装ケースに収納したもの、または圧電基板を収納した外装ケースを２つ用い、２つの外装ケースと結合容量素子を挟んで積み重ねるものとを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のチップ型圧電フィルタは、エネルギー閉じ込め型の圧電フィルターであって、厚み方向に分極処理された矩形の圧電基板に、一方の面において所定距離を隔てて形成された第１、第２の共振電極と、第１、第２の共振電極と表裏対向して他方の面に形成された共通共振電極とを備える。そして、夫々の共振電極のリード電極は圧電基板の縁端に沿って形成してある。外装ケースには圧電基板を収納する凹部すなわち共振電極部の空間形成手段と外部電極を設け、導電性接着剤を用いてリード電極と電気的に接続し、かつ圧電基板を固定する。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の実施例を図１乃至図２に基づいて説明する。
図１は本発明のチップ型圧電フィルタの一実施例である正面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
図２は本発明のチップ型圧電フィルタに用いられるフィルタを構成する圧電基板の主面（ａ）とその裏面（ｂ）である。
図２において、圧電基板１は矩形板状で、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックよりなり、厚み方向に分極処理されている。そして、圧電基板１の主面には所定距離を隔てて設けられた第１および第２の共振電極２ａおよび２ｂが設けられており、第１および第２の共振電極２ａ、２ｂから導き出され基板の縁端に沿ってリード電極３ａ、３ｂが設けられている。そして、圧電基板１の裏面にはリード電極３ａ、３ｂと表裏対向するように外部電極と固定するための固定用電極４ａ、４ｂが設けられている。さらに、圧電基板１の裏面には、第１および第２の共振電極２ａ、２ｂと表裏対向して接続するように、共通共振電極２ｃが両縁端にわたって設けられている。そして、圧電基板１の主面には共通共振電極２ｃと対向する一方の縁端に外装ケースと固定するための固定用電極４ｃが設けられている。
【００１２】
図１に戻り、本発明のチップ型圧電フィルタの一実施例を説明する。
図１に示すように、５は外装ケース、５ａ、５ｂは入出力用電極、５ｃはアース用電極である。外装ケース５はアルミナなどの絶縁性セラミックスもしくは合成樹脂などの絶縁性材料から構成することができる。つぎに、外装ケース５の一方の長辺の外側側面には入出力用電極５ａと他方の長辺の外側側面には入出力用電極５ｂが、そして、短辺の一方の外側側面にはアース用電極５ｃが設けられている。また、外装ケース５の上面には、第１の凹部６ａが設けられており、さらに第１の凹部６ａの中に圧電基板１の振動を妨げないための空間である第２の凹部６ｂが設けられている。
外装ケース５には、入出力用リード電極７ａ、７ｂおよびアース用リード電極７ｃが第１の凹部６ａの底面部から内側の段部を通り上面に沿って外部電極５ａ、５ｂ、５ｃに至って導き出されている。
【００１３】
上記のような外装ケース５の第２の凹部に圧電基板１の主面を上面にして収納し、圧電基板５の一方の振動電極のリード電極３ａと固定電極４ａを入出力用リード電極７ａと、他方の振動電極のリード電極３ｂと固定電極４ｂを入出力用リード電極７ｂと、共通共振電極２ｃと固定電極４ａをアース側リード電極７ｃとで圧電基板１を狭持するように導電性接着剤８を用いて電気的に接続し、かつ圧電基板１を固定している。そして、上面には、矩形の薄板である上蓋（図示せず）を外装ケース５と接着剤を用いて固定する。
本実施例ではリード電極および固定電極を圧電基板の縁端部の３箇所の各辺中央の位置に設け電気的に接続し、かつ圧電基板１を固定している。そのために接続・固定部以外は自由に振動できる状態にあり、圧電特性を劣化させることがない。また、必要により不要振動の抑圧と周波数調整を圧電基板の外縁部または角を削ることにより行なうことができ、均一な精度の良いフィルタとすることができる。さらにまた、圧電基板を凹部の中に収納しているために、実装時のはんだ熱が直接かからないために特性変化がない。
また、本実施例では圧電基板１は、一方の辺を２．２〜２．８ｍｍ、他方の辺を１．５〜２．２ｍｍとするチップ片とした。
【００１４】
次に、本発明のチップ型圧電フィルタの他の実施例として、２つの圧電基板を並べて収納し、結合容量素子で結合しフィルタ特性を構成したものの分解斜視図を図３に示す。
図３に示すように、第１および第２の圧電基板ＡおよびＢは圧電基板１を表裏が逆向きにして並べた第１および第２の圧電フィルタであり、図１の圧電基板１と同様に構成されている。従って、第１の圧電基板Ａの電極と第２の圧電基板Ｂの電極については、前記図２と同一の参照番号を付することによりその説明は省略する。
Ｃは基板の両面に対向電極を形成した結合容量素子。１０は外部電極を設けた矩形の外装ケース、１４は矩形の薄板である上蓋である。
【００１５】
外装ケース１０および上蓋１４は、アルミナなどの絶縁性セラミックスもしくは合成樹脂などの絶縁性材料から構成することができる。
外装ケース１０の長辺側の一方の外側側面には、入出力用電極１０ａ、１０ｂおよびアース用電極１０ｃが設けられている。そして、外装ケース１０の上面には第１の凹部１２ａが設けられており、さらに第１の凹部１２ａの中に第２、第３の凹部１２ｂ、１２ｃが並べて設けられており、圧電基板Ａ、Ｂの振動を妨げないための空間を設けている。
【００１６】
外装ケース１０の第２、第３の凹部１２ｂと１２ｃに挟まれた仕切り面から長辺側の一方の外側側面に設けられたアース電極１０に向かって第１の凹部１２ａの底面から内側段部を沿ってアース用のリード電極１１ｃが導き出されている。そして、外装ケース１０の長辺側の一方に入出力用リード電極１１ａ、１１ｂが第１の凹部１２ａの周底面から内側段部を沿って外装ケース１０に設けられた入出力用電極１０ａ、１０ｂに導き出されている。
外装ケース１０の長辺側の他方の側の第１の凹部１２ａの中央部には底面から内側段部を通り上面の一部に沿って結合容量電極１１ｄが導き出されている。
【００１７】
上記外装ケース１０には第２の凹部１２ｂに第１の圧電基板Ａの主面を上にして、また第３の凹部１２ｃに第２の圧電基板Ｂの裏面を上にして、第１、第２の圧電基板１の各リード電極が外装ケース１０のリード電極と対向するように配置した状態で収納する。そして、外装ケース１０の一方の入出力用リード電極１１ａに第１の圧電基板Ａのリード電極３ａと固定電極４ａとを、他方の入出力用リード電極１１ｂに第２の圧電基板Ｂのリード電極３ａと固定電極４ａとを、外装ケース１０の結合容量電極１１ｄと第１の圧電基板Ａのリード電極３ｂと固定電極４ｂと第２の圧電基板Ｂのリード電極３ｂと固定電極４ａとを導電接着剤１３を用いて電気的に接続し、かつ固定する。また、外装ケース１０のアース用電極のリード電極１１ｃと第１の圧電基板Ａのリード電極３ｂと固定電極４ｃと第２の圧電基板Ｂのリード電極３ｂと固定電極４ｃを導電接着剤１３を用いて電気的に接続し、かつ第１、第２の圧電基板Ａ，Ｂを固定する。
【００１８】
結合容量素子Ｃは一方の電極面を外装ケース１０の第１の凹部の中央に設けられた結合容量電極１１ｄと、他方の電極面をアース用リード電極１１ｃとに導電接着剤により電気的に接続し、かつ固定する。
そして、上蓋１４を外装ケース１０の第１の凹部の上面に接着剤を用いて固定する。
このようにして、薄くて、熱に強いチップ型圧電フィルタを形成することができる。
【００１９】
次に、本発明のチップ型圧電フィルタの他の実施例として、２つのフィルタを積み重ね、結合容量素子で結合した、実装面積を小さくしたフィルタの分解斜視図を図４（ａ）に、そしてその圧電基板の裏面を図４（ｂ）に示す。
図４に示すように、第１の外装ケースＤ１および第２の外装ケースＤ２は同一の構成で、内部に収納する圧電基板２０も同一のものである。従って、圧電基板を収納した第２の外装ケースＤ２は第１の外装ケースＤ１と同一であるため同一の番号とし、その説明は省略する。
Ｃは基板の両面に対向電極を形成した結合容量素子である。
【００２０】
圧電基板２０は、矩形板状で、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックよりなり、厚み方向に分極処理されている圧電基板である。圧電基板２０の主面２０ａには、所定距離を隔てて設けられた第１および第２の共振電極２１ａおよび２１ｂと、第１および第２の共振電極２１ａ、２１ｂから縁端に沿って導き出されたリード電極２２ａ、２２ｂが設けられている。そして、圧電基板２０の裏面２０ｂにはリード電極２２ａ、２２ｂと表裏対向する縁端に外装ケースと固定する固定用電極２３ａ、２３ｂが設けられている。さらに、圧電基板２０の裏面２０ｂには、第１および第２の共振電極２１ａ、２１ｂと表裏対向するように、共通共振電極２１ｃが設けられており、共通共振電極２１ｃから縁端に沿って導き出されたリード電極２２ｃが設けられている。そして、圧電基板２０の主面２０ａには共通共振電極のリード電極２２ｃと表裏対向する縁端に外装ケースと固定する固定用電極２３ｃが設けられている。
【００２１】
外装ケースＤ１は、アルミナなどの絶縁性セラミックスもしくは合成樹脂などの絶縁性材料から構成することができる。
外装ケースＤ１の上面には、第１の凹部２６ａが設けられており、さらに第１の凹部２６ａの中に圧電基板２０の振動を妨げないための空間である第２の凹部２６ｂが設けられている。
外装ケースＤ１の長辺側の一方の側面には、外部と接続する入出力用電極２５ａ、２５ｂおよびアース電極２５ｃが設けられている。そして、入出力用電極２５ａ、２５ｂおよびアース電極２５ｃは外装ケースの上面から第１の凹部２６ａの段部に沿って底面に、入出力用リード電極２７ａ、２７ｂおよびアース用リード電極２８ｃが導き出されている。
【００２２】
上記のような外装ケースＤ１の第２の凹部２６ｂには圧電基板２０の裏面２０ａを上にして収納し、圧電基板２０の一方の振動電極のリード電極２２ａと固定電極２３ａを入出力用リード電極２７ａに、他方の振動電極のリード電極２２ｂと固定電極２３ｂを容量結合電極２７ｄに、共通共振電極のリード電極２２ｃと固定電極２３ｃをアース用リード電極２７ｃに、導電性接着剤２８を用いて電気的に接続し、かつ圧電基板２０を固定している。
そして、上記のように圧電基板２０を収納した外装ケースＤ１と外装ケースＤ２を結合容量素子Ｃを中央に装着し、結合容量素子Ｃの一方の電極面をいずれか一方の外装ケースの容量結合電極２７ｄに、結合容量素子Ｃの他方の電極面をいずれか他方の外装ケースのアース用リード電極２７ｃに導電性接着剤２８を用いて電気的に接続し、かつ圧電基板２０を固定するとともに２つの外装電極Ｄ１とＤ２の対向するそれぞれの外部電極と容量結合電極を導電性接着剤を用いて電気的に接続し、かつ固定する。
【００２３】
このような形で第１の外装ケースＤ１および第２の外装ケースＤ２を組合わせることにより、第１の外装ケースＤ１の入出力電極２５ａは第２の外装ケースＤ２の入出力電極２５ｂと接続され、第１の外装ケースＤ１の入出力電極２５ｂは第２の外装ケースＤ２の入出力電極２５ａと接続されることにより、一方の電極が入力電極であれば他方の電極が出力電極となる。と同時に第１の外装ケースＤ１と第２の外装ケースＤ２のアース電極は２５ｃである。そして、このフィルタの回路構成は図６となる。
これらのような圧電基板を内蔵した２つの外装ケースを積層することにより、実装面積を最小限とすることができる。また、組合せる２つの圧電基板の縦横またはいずれか一方の寸法を異ならせることにより不要振動を効果的に取除くことができ、フィルタ特性を向上することができる。
以上、本発明のチップ型圧電フィルタの実施例を述べたが、これらの実施例に限られるものではない。例えば、結合容量素子として、実施例では基板を用いたが、一般に市販されているチップコンデンサを用いてもよい。さらに、チップ化された圧電基板を複数個用いてラダ−型のフィルタとしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のチップ型圧電フィルタは、エネルギー閉じ込め型の圧電フィルターであって、厚み方向に分極処理された矩形の圧電基板を外装ケースに収納してフィルタを構成することにより接続・固定部以外は自由に振動できる状態となっており圧電基板を抑制することなく小型化が可能な特性の良いフィルタを得ることができる。また、必要により不要振動の抑圧または周波数調整を１つのフィルタの状態で調整することができるので、組合わせたとき、入出力のバランスの取れた精度の高い圧電フィルタを形成することができる。さらにまた、回路基板の実装時においては圧電基板が外部と接していないためにはんだ熱による特性劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるチップ型圧電フィルタの平面図（ａ）と断面図（ｂ）。
【図２】本発明の一実施例で用いた圧電基板の主面（ａ）と裏面（ｂ）。
【図３】本発明の一実施例である他のチップ型圧電フィルタの分解斜視図。
【図４】本発明の一実施例である他のチップ型圧電フィルタの分解斜視図（ａ）とその圧電基板の裏面（ｂ）。
【図５】従来のチップ型圧電フィルタの分解斜視図（ａ）とその圧電基板の裏面（ｂ）と全体の斜視図（ｃ）。
【図６】２つの圧電フィルタを用いてフィルタを構成した回路。
【符号の説明】
１圧電基板
５外装ケース
５ａ，５ｂ、５ｃ外部電極
６ａ、６ｂ凹部
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄリード電極
８導電接着剤

Claims

エネルギー閉じ込め型の圧電フィルターであって、厚み方向に分極処理された矩形の圧電基板に、一方の面に所定距離を隔てて形成された第１、第２の共振電極と、該第１、第２の共振電極と表裏対向して他方の面に形成された共通共振電極とを備え、夫々の共振電極のリード電極を圧電基板の縁端に沿って形成し、該圧電基板を収納する凹部と外部電極を備えた外装ケースに該圧電基板を収納し導電性接着剤を用いて電気的機械的に接続した２つの該外装ケースを、結合容量素子を挟んで縦に積層したことを特徴とするチップ型圧電フィルタ。