专利名称：压电谐振器和含有压电谐振器的梯型滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弯曲振动的压电谐振器和包括有这样压电谐振器的梯型滤波器。
背景技术：
在具体用于kHz频带或用于100kHz到1MHz频带的压电谐振器中，利用扩展振动的压电谐振器为人们所熟知。在利用扩展振动的压电谐振器中，一边长度Ls与谐振频率fr的乘积是常数，并且定义为As＝Ls x fr其中，As是常数(与频率相关的常数)，并且As≌2100kHz·mm。例如，为了在AM收音机中获得具有谐振频率为fr＝455kHz的谐振器，边长Ls变为4.62mm。
近年，对设备的小型化的需求日益增加，并且需要更小尺寸和更薄的电子部件。在这种情况下，就很难再使用如上所述边长为5mm的电子部件。而且，在梯型滤波器中，衰减值取决于并联谐振器和串联谐振器之间的电容比。就是说，为了获得更高的衰减值，并联谐振器端之间的电容可能增加，而串联谐振器端之间的电容可能减小。然而，当并联谐振器端之间的电容增加时，其压电基片的厚度不可避免地要减小，并且相应的机械强度就会降低，厚度范围也因而受到限制。
考虑到这种情况，本发明提出了一种依次层压4层或更多层的电极层和三层或更多层的压电层的压电谐振器，至少有两层压电层在厚度方向上极化，并且上述的电极层相互连接，这样，在压电层的一部分中，在与压电层极化方向相同的方向上产生了电场，并且在别的压电层的一部分中，在与压电层极化方向相反的方向上产生了电场(日本专利申请号11-294491)。
在这个压电谐振器中，因为极化方向和电场方向相同的压电层在二维方向收缩，并且极化方向和电场方向相反的压电层扩展，在整个压电谐振器中产生了弯曲振动。在这种利用弯曲振动的压电谐振器中，当具有相同谐振频率时，其尺寸与利用扩展振动的压电谐振器相比，可以减小更多。而且，因为提供了4层或更多层，可以分别在电极层之间产生电容，并且在终端之间的总电容可以增加。而且，层压了压电层，并且因此，即使如果每个压电层都很薄，也可以达到具有足够的机械强度的优点。
然而，在具有上述结构的压电谐振器中，因为输出电极和输入电极分别放置在主表面顶部和底部，当压电谐振器放置在电路板或基片上时，在一个主表面上的电极与电路板上的电极相连之后，别的主表面上的电极必须通过丝焊或使用端子等方法与板上另外的电极相连，因而很难建立连接。就是说，上述的压电谐振器并不是按照能通过顶部或底部主表面获得电气特性的方法来构造，很难对该压电谐振器进行表面安装。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种能够在顶部或底部主表面取得电气特性，并且适合表面安装的小尺寸压电谐振器，并且提供了包括该压电谐振器的梯型滤波器。
根据本发明的第一实施例，一种利用弯曲振动的压电谐振器包括交替层压的3层或更多层的电极层和两层或更多层的压电层、在层压压电层的端面上提供的第一和第二端面电极、用于将没有与第一和第二端面电极相连的电极层和第一和第二端面电极绝缘的凹部、在没有与第一和第二端面电极相连的电极层的周围部分所提供的凹部、最外层电极层表面上提供的绝缘层，和绝缘层外表面提供的与第一和第二端面电极分别相连的第一和第二外部电极。至少压电层的第一和第二层在厚度方向极化，并且第一和第二端面电极与电极层相连，使至少在压电层的第一层中，至少在压电层的第一层的极化方向相同方向上产生电场，并且至少在压电层的第二层中，在压电层的第二层的极化方向相反方向上产生电场。
根据本发明的另一个较佳实施例，利用弯曲振动的压电谐振器包括交替层压的3层或更多的电极层和2层或更多的压电层、在层压压电层的端面上提供的第一和第二端面电极、由电极层最外层的周围部分提供的与第一端面电极绝缘的凹部、由凹部提供的与第一端面电极相连的第一外部电极、由别的最外电极层的周围部分提供的与第二端面电极绝缘的凹部，和由该凹部提供的与第二端面电极相连的第二外电极。至少压电层的二层在厚度方向极化，并且第一和第二端面电极与电极层相连，使得至少在压电层的第一层中，在压电层的第一层的极化方向相同方向上产生电场，并且至少在压电层的第二层中，在压电层第二层的极化方向相反方向上产生电场。
关于本发明的第一较佳实施例，因为极化方向和电场方向相同的压电层在二维方向收缩，并且极化方向和电场方向相反的压电层扩展，在整个压电谐振器中产生了弯曲振动。在这种利用弯曲振动的压电谐振器中，当具有相同谐振频率时，其尺寸与利用扩展振动的压电谐振器相比，可以减小更多。例如，为了获得具有谐振频率为fr＝455Hz的谐振器，利用扩展振动的谐振器的边长Ls大约为4.62mm，但在利用弯曲振动的谐振器中，当谐振器的厚度约为0.2mm时，边长可以制为大约1.2mm。而且，第一和第二端面电极与电极层连接，在最外层电极层的表面上提供了绝缘层，并且在绝缘层的外层表面上提供了与第一和第二端面电极相连的第一和第二外部电极，因而，能够在压电谐振器的顶部或底部主表面取得电气特性。就是说，压电谐振器可以很容易按照表面安装型部件构造。
当电极层通过端面电极相互连接时，需要交替将电极层与一端面电极连接，并使得电极层交替与端面电极绝缘。为了使电极层与端面电极绝缘，绝缘体可以添加在端面电极和电极层之间，但因此，这将迫使绝缘体只能提供在很狭窄的空间中，制造过程将变得复杂，并且增加了成本。这样，当电极层在压电层上形成时，通过预先形成凹部，电极层可以很容易与端面电极绝缘，并且制造过程也变得简单。
根据本发明不同的较佳实施例，我们期望压电层和绝缘层具有实质上的正方形，第一和第二端面电极实际上放置在压电层的四边的中间，并且第一和第二外部电极实际放置在绝缘层中间。在利用弯曲振动的实际矩形压电谐振器，存在有较长边和较短边振动，但当形状实际上近似于方形配置时，较短边和较长边的频率相互接近，而当形状实际上最终成为方形时，两个频率就相互一致，从而产生强烈的振动。在弯曲振动中，节点位于四边内接圆周附近。因此，当端面电极和外部电极放置在节点和四边接触点的附近时，就是在说实际上在四边的中心，并且外部电极放置在电路板或别的基片上的情况下，安装时弯曲振动没有减弱，并且达到了优异的性能。根据本发明的不同较佳实施例，通过在弯曲振动的节点附近形成外部电极，可以达到优异的性能。
根据本发明的较佳实施例，压电层可能实质上是方形，并且第一和第二端面电极可能放置在压电层的拐角部分。当拐角部分提供端面电极时，也可在拐角部分提供外侧和内侧电极层的凹部。在利用弯曲振动的压电谐振器中，电气特性(Δf)受到电极形状的影响。因此，通过在拐角部分形成端面电极，就可以得到对电气特性没有影响的压电谐振器。
根据本发明的较佳实施例，电极层的凹部可能沿电极层周围部分形成带状。在提供带状凹部的情况下，当形成电极层时，足以对准拐角部分，并且在长度和宽度方向的位移可以忽略。因此，当压层压电层时，电极层可以很容易地定位。
根据本发明的不同较佳实施例，压电层可能实质上形成方形，并且可能在压电层的相对面提供第一和第二端面电极。在这种情况下，在相对面提供用于输入和输出目的的外部电极，并且当安装在电路板或别的基片时，足以在两个位置提供电极焊盘。在压电层相邻面上提供第一和第二端面电极的情况下，这意味着在相邻面上提供了用于输入和输出目的的外部电极，因而，需要在电路板的4个位置上提供电极焊盘。
根据本发明的较佳实施例，最外层电极层通常作为一个外部电极，并且另一个外部电极放置在其凹部内，这时不用任何绝缘层，可以实现和本发明第一较佳实施例相同的操作，就是说，可以从任何一个主表面取得电气特性。
根据本发明的不同较佳实施例，我们期望在层压压电层的端面中提供沿厚度方向延伸的凹槽，并且通过使用放置在凹槽内表面上的电极来构造端面电极。凹槽和它们的内表面电极能方便地配置成提供母板状态下通过层压压电层的通孔。在它的内部形成电极膜，并且在通孔处切割层压的压电层。此外，因为当电极层在压电层的表面上形成时，内表面电极也能同时形成，就不需要用于形成端面电极的特定处理，因而，制造过程大为简化。
根据本发明的较佳实施例，具有优异滤波性能的小尺寸梯型滤波器可以通过提供利用弯曲振动的压电谐振器来规定梯型滤波器中的并联谐振器和串联谐振器来获得。在梯型滤波器的情况下，为了获得高衰减值，经常使用多个串联谐振器和多个并联谐振器。当根据本发明较佳实施例的小尺寸压电谐振器作为串联谐振器和并联谐振器使用时，就可以在整体上实现具有小尺寸的梯型滤波器。
根据本发明的不同较佳实施例，我们期望通过使用比串联谐振器中的压电谐振器具有更多压电层的压电谐振器来构成并联谐振器。梯型滤波器中的衰减值由并联谐振器和串联谐振器之间的电容比确定。在根据本发明较佳实施例的压电谐振器中，端子之间的电容可以通过增加压电层的数量来任意增加。当使用具有更多压电层的压电谐振器来构成并联谐振器时，并联谐振器和串联谐振器之间的电容比可以无限制增加，因而，滤波器的衰减值可以无限制增加。
根据本发明的较佳实施例，我们期望利用弯曲振动的并联谐振器和串联谐振器安装在形成输入电极、输出电极、接地电极和连接电极图案的电路板上的平面中，并且在电路板上固定有盖，来覆盖并联谐振器和串联谐振器。因为电气特性可以从任意一个顶部和底部主表面取得，根据本发明较佳实施例的压电谐振器可以配置在电路板上的平面中，并且到电路板的电气连接可以简化。本发明其他的特征、要素、特性和优点将通过下面结合附图进行详细描述的较佳实施例中显现出来。
图1是根据本发明的压电谐振器第一较佳实施例的透视图；图2是如图1所示的压电谐振器的分解透视图；图3是图1沿X-X线的剖视图；图4示出如图1所示的压电谐振器的节点和位移；图5A到5C示出如图1所示的压电谐振器的支撑方法；图6是根据本发明的压电谐振器第二较佳实施例的透视图；图7是如图6所示的压电谐振器的分解透视图；图8是根据本发明的压电谐振器第三较佳实施例的透视图；图9是如图8所示的压电谐振器的分解透视图；图10是根据本发明的压电谐振器第四较佳实施例的透视图；图11是如图10所示的压电谐振器的分解透视图；图12是根据本发明的压电谐振器第五较佳实施例的透视图；图13是如图12所示的压电谐振器的分解透视图；图14是采用与图3中相同方式剖示的图12所示的压电谐振器截面图；图15是根据本发明的压电谐振器第六较佳实施例的透视图；图16是如图15所示的压电谐振器的分解透视图；图17是根据本发明的压电谐振器第七较佳实施例的透视图；图18是如图17所示的压电谐振器的分解透视图；图19是采用与图3中相同方式剖示的图17所示的压电谐振器截面图；图20是根据本发明的压电谐振器第八较佳实施例的透视图；图21是如图20所示的压电谐振器的分解透视图；图22是根据本发明的压电谐振器第九较佳实施例的透视图；
图23是如图22所示的压电谐振器的分解透视图；图24是根据本发明的压电谐振器第十较佳实施例的透视图；图25是如图24所示的压电谐振器的分解透视图；图26是根据本发明的压电谐振器第十一较佳实施例的透视图；图27是如图26所示的压电谐振器的分解透视图；图28是采用与图3中相同方式剖示的图26所示的压电谐振器截面图；图29是根据本发明的压电谐振器第十二较佳实施例的透视图；图30是如图29所示的压电谐振器的分解透视图；图31是使用根据本发明另一个较佳实施例的压电谐振器的梯型滤波器的分解透视图；图32是如图31所示梯型滤波器的电路图。
具体实施例方式
图1到3示出根据本发明压电谐振器的第一较佳实施例。这个压电谐振器A是一种比较适合在频带为100kHz到1MHz中使用的陶瓷谐振器。在压电谐振器A中，两个实质上是方形的压电层1和2将内部电极3夹在中间层压，表面电极4和5放置在层压的压电层1和2的顶部和底部主表面上，还叠置最外侧的实质上方形的绝缘层6和7。绝缘层6和7可能通过使用，例如具有无压电特性的材料如氧化铝陶瓷，或其他合适的材料，以及具有压电特性但没有极化的材料如压电陶瓷、树脂材料或其他合适的材料来构成。
两个压电层1和2在彼此相对的方向极化，该方向如图3中实线箭头所示。而且，极化的方向并不局限于如图3所示的内向，而可能是外向。4个端面电极8a、8b、8c和8d最好放置在层压压电层1和2以及绝缘层6和7的端面上，特别是在4条边的每条中间部分上。相对的端面电极8a和8c与顶部表面的表面电极4相连，并且与内部电极3和底部表面的表面电极5绝缘。而且，相对端面电极8b和8d与底部表面的表面电极5相连，并且与内部电极3和顶部表面的表面电极4绝缘。因为这样，凹部3a到3d形成于内部电极3四边中每一条边的中间位置，凹部4a和4b形成于顶部表面电极4的两个相对边的中间，并且凹部5a和5b在底部表面电极5上与凹部4a和4b形成于其上的边不相同的边上形成。内部电极3用于压电层1和2的极化，并且当被振动时，作为没有和端面电极8a、8b、8c和8d相连的浮动电极的功能来使用。
延伸到绝缘层表面的外部电极9a、9b、9c和9d放置在端面电极8a、8b、8c和8d的两端。这些外部电极定位在绝缘层6和7四边中每条边的中间。上述压电谐振器的电气特性可以从外部电极9a、9b、9c和9d中获得。因为顶部和底部主表面都提供了外部电极9a到9d，电气特性可以从顶部或底部主表面来获得。
在具有上述结构的压电谐振器中，当负电位施加在外部电极9a，而正电位施加在另一个外部电极9b时，在两个压电层1和2中就产生同方向的电场，如图3中虚线箭头所示。另一方面，因为压电层1和2中的极化方向是相对的，因此在一个压电层1中，电场的极化和电场方向是相反的，而在另一个压电层2中，电场的极化和电场方向是相同的。电场的极化和电场方向是相同的压电层2在二维方向收缩，电场的极化和电场方向是相反的压电层1则扩展，因此，整个压电谐振器A弯曲，从而会向上凸出。当电场的方向反向时，压电谐振器A在相反方向上弯曲。因此，当在外部电极9a和9b、或9c和9d之间施加AC电场时，就在压电谐振器A中产生固定频率的弯曲振动。
上述压电谐振器A可以用简单的方法制造，如在母板上的压电层1和2以及绝缘层6和7与电极3、4和5相互夹层层压之后，压电层1和2通过在内部电极3和表面电极4和5之间施加高电压进行极化，层压的母板切割成实质上为方形，并且端面电极8a到8d形成在每个端面上，因而大规模生产的生产率很高。具体而言，在母板的状态下预先在压电层1和2上形成具有凹部3a到3d、4a、4b、5a和5b的电极3、4和5，并且在叠置压电层1和2后，在压电层1和2的切面上形成端面电极8a到8d，然后，电极4和5可以有选择地与端面电极8a到8d相连。
当具有上述结构的压电谐振器安装在电路板或其他基片上时，外部电极9a、9b、9c和9d焊接到电路板的电极上。压电谐振器A的节点N组成大致与四边内接的圆，如图4(a)中虚线所示。因而，当外部电极9a、9b、9c和9d放置在这些节点N上时，在安装状态下，振动的阻尼减小，获得了优异的特性。图4的(b)部分展示了当压电谐振器A弯曲而造成凸出时的状态，并且当电场反向时，它就向相反方向弯曲。
如上所述，因为压电谐振器A的节点N组成大致与四边内接的圆，当在电路板或其他基片上安装压电谐振器时，存在如图5A所示的支撑四边中间部分的方法、如图5B所示的支撑对角线上的点的方法、如图5C所示的支撑环形部分的方法等。S代表支撑点。在这种情况下，与如图5C所示的支撑环形部分的方法相比较，则如图5A和5B所示的支撑点的方法表明元件的振动阻尼小。而且，在支撑点的方法之间，如图5A所示的支撑边中间部分的方法表明在节点N周围有较少的位移，并且比如图5B所示的支撑对角线上的点的方法有更小的阻尼。因而，如图5A所示在四边中间部分提供外部电极9a、9b、9c和9d的方法是最有效地减小振动阻尼的方法。
图6和7示出根据本发明的压电谐振器的第二较佳实施例。这个压电谐振器B具有两个与压电谐振器A相似的压电层，使用与压电谐振器A中相似元件相同的参考号，省略重复的描述。在压电谐振器B中，在顶部表面上的表面电极4的凹部4c和4d以及在底部表面上的表面电极5的凹部5c和5d最好具有分别沿电极4和5的相对边部分的实质上带形。当带形凹部4c和4d，以及5c和5d以这种方式构成时，因为凹部延伸方向的位移可以忽略，当压电层1和2层压时，可以很容易使电极4和5对齐。
图8和9示出根据本发明的压电谐振器的第三较佳实施例。这个压电谐振器C具有两个与压电谐振器A相似的压电层，使用与压电谐振器A中相似元件相同的参考号，省略重复的描述。在压电谐振器C中，在顶部表面上的表面电极4的凹部4e和4f以及在底部表面上的表面电极5的凹部5e和5f最好具有分别沿电极4和5的相邻边部分的实质上为L状的带形。凹部4e和4f和凹部5e和5f沿电极4和5彼此不同的边排列。在这种情况下，相邻边的外部电极9a和9d通过表面电极4和端面电极8a和8d相互连接，并且，外部电极9b和9c通过表面电极5和端面电极8b和8c相互连接。因此，当在外部电极9a和9d，或9b和9c之间施加AC电场时，在压电谐振器C中就产生弯曲振动。
图10和11示出根据本发明的压电谐振器的第四较佳实施例。这个压电谐振器D具有两个与压电谐振器A相似的压电层，使用与压电谐振器A中相似元件相同的参考号，省略重复的描述。在压电谐振器D中，凹部3e、3f、3g和3h形成在内部电极3的四个角上，两个凹部4g和4h形成在顶部表面电极4的两个相对角处，而两个凹部5g和5h形成在顶部表面电极5的两个相对角处。凹部4g和4h以及凹部5g和5h形成于不同的角部分。在这种情况下，对应于凹部的端面电极8a到8d也进行了设置，以便延伸在压电层1和2以及绝缘层6和7中每个角的两个端面上。这样，与端面电极8a到8d相连的外部电极9a到9d从绝缘层6和7表面上4个角部分向图5所示的节点作对角线上的延伸。在这个较佳实施例中，因为凹部4g和4h以及5g和5h位于对弯曲振动没有影响的位置(角部分)，就有效提高了电气特性(例如Δf增加)。
图12到14示出根据本发明的压电谐振器的第五较佳实施例。这个较佳压电谐振器E具有两个以根据第一较佳实施例的压电谐振器A的相同方法形成的压电层，但不包括最外层绝缘层。在压电谐振器E中，两个压电层1和2以压电谐振器A中所使用相同方法来彼此相对极化，如图14中实线箭头所示。而且，极化的方向不局限于图14中所示的内向，也可以是外向。
在这个较佳实施例中，外部电极9a和9c仅放置在端面电极8a到8d的相对两边的相对两个端面电极8a和8c中下部端面，外部电极9b和9d仅放置在另外相对侧的另外两个相对端面电极的上部端面。这样，在底部表面电极5的凹部5a和5b的位置提供了外部电极9a和9c，并且，在顶部表面电极4的凹部4a和4b的位置提供了外部电极9b和9d。在上述的压电谐振器E中，顶部和底部的表面电极4和5也作为外部电极使用。因而，压电谐振器E的电气特性可以在外部电极9b或9d和顶部表面上的表面电极4之间，以及在外部电极9a或9c和底部表面上的底端电极5之间获得。
图15和16示出根据本发明的压电谐振器的第六较佳实施例。这个压电谐振器F具有两个与压电谐振器A相似的压电层，但不包括最外层绝缘层。在压电谐振器F中，在层压压电层1和2的端面上的厚度方向提供凹槽1a到1d以及2a到2d，并且端面电极包括放置在凹槽内侧表面上的电极8e到8h。内侧表面电极8e到8h的两个相对内侧表面电极8e和8g的较低端部分，与放置在底部电极5的凹部5a和5b中的外部电极9e和9g相连，并且另两个相对内部表面电极8f和8h的较高端部分与放置在顶部电极4的凹部4a和4b中的外部电极9f和9h相连。在这样的较佳实施例中，凹槽1a到1d以及2a到2d可以很容易形成使母板状态下在层压压电层1和2中形成通孔，并且通孔被分为两个部分。而且，因为当顶部和底部电极4和5形成时，内侧表面电极8e到8h也可以同时形成，就带来了制造过程大为简化的好处。
图17到19示出根据本发明的压电谐振器的第七较佳实施例。在这个压电谐振器G中，3层实质上是方形的压电层10、11和12与内部电极13和14夹层层压在一起，在层压外侧压电层10和12的顶部和底部主表面上都分别放置有表面电极15和16，并且实质上是方形的绝缘层17和18层压为最外层。
上述3层压电层的中间压电层11没有极化，并且在它两侧的压电层10和12在厚度方向的彼此相对方向上进行极化，如图19中实线箭头所示。而且，极化的方向并不局限于如图19所述的内向，也可以是外向。4个端面电极19a、19b、19c和19d放置在层压压电层10、11和12的端面以及绝缘层17和18上，特别是在4边的中间部分。处于相对位置的端面电极19a和19e与内部电极14和顶部表面电极15相连，并且处于相对位置的端面电极19b和19d与内部电极13和底部表面电极16相连。为了使得端面电极19a和19c与内部电极13和底部表面电极16绝缘，凹部13a和13b以及16a和16b放置在内部电极13和表面电极16的两个相对边的中间，并且为了使得端面电极19b和19d与内部电极14和顶部表面电极15绝缘，凹部14a和14b以及15a和15b放置在内部电极14和表面电极15的两个相对边的中间。
在绝缘层17和18的表面上延伸的外部电极20a、20b、20c和20d放置在端面电极19a、19b、19c和19d的顶端和底端。这些外部电极定位在绝缘层17和18四边的中间。上述压电谐振器G的电气特性可以从外部电极20a、20b、20c和20d中获得。
在具有上述结构的压电谐振器G中，当负电位施加在外部电极20a或20c上，而正电位施加在另一个外部电极20b或20d上时，在两个压电层10和12中就产生同方向的电场，如图19中虚线箭头所示。因为压电层10和12中的极化方向是相对的，因此在一个压电层10中，极化方向和电场方向变成相反的，而在另一个压电层12中，极化的方向和电场方向是相同的。极化和电场方向是相同的压电层12在二维方向收缩，极化方向和电场方向是相反的压电层10则相互扩展，因此，整个压电谐振器G弯曲，从而向上凸出。当电场的方向反向时，压电谐振器G在相反方向上弯曲。因此，当在外部电极20a和20b、或20c和20d之间施加AC电场时，就在压电谐振器G中产生固定频率的弯曲振动。
在具有上述结构的压电谐振器G中，因为三层压电层10、11和12是层压的，所以当与利用扩展振动的压电谐振器比较时，端面之间的电容量相对是大大增加。就是说，在具有三层结构的压电谐振器G中，假设一边长为Lb，压电层10、11和12的介电常数为ε，并且压电层10、11和12的厚度分别为t1、t2和t3，则端面之间的电容量定义为Cb＝(ε·ε0·Lb2)(1/t1+1/t2+1/t3)其中ε0是真空中的介电常数。这里电极凹部面积被忽略。现在，在利用扩展振动的一层压电谐振器中，其中的压电材料是相同的(ε值相同)，尺寸相同(Lb＝Ls)，厚度相同(t1+t2+t3＝t)，端面之间的电容量(Cs)定义为Cs＝(ε·ε0·Lb2)/t假设每层压电层10、11和12的厚度等于(t1＝t2＝t3＝t)，利用弯曲振动的三层压电谐振器G的端面之间的电容量(Cb)定义为Cb＝(ε·ε0·Lb2)/(9/t)＝9Cs因此，在利用弯曲振动的压电谐振器G中，端面之间的电容量是由同种材料、同样尺寸和同样厚度的利用扩展振动所获得的电容量的9倍。这样，当压电谐振器G作为梯型滤波器中的并联谐振器使用时，就有可能增加由并联谐振器和串联谐振器之间的电容比确定的衰减值，并获得更加宽的滤波特性。
在利用弯曲振动的压电谐振器中，当一边长度Lb的平方和谐振频率fr的乘积除以谐振器厚度t时的值是常数，并且定义为A＝(fr X Lb2)/t这里，A是常数(频率相关常数)，而A＝3400kHz·mm。为了获得具有谐振频率fr＝455kHz的谐振器，在扩展振动的谐振器中边长变为Ls＝4.62mm，而另一方面，当弯曲振动的谐振器中的谐振器厚度t为0.2mm时，边长变成Lb＝1.22mm。因此，元件的尺寸可以大大减小。
图20和21示出根据本发明的压电谐振器的第八较佳实施例。这个压电谐振器H具有3层与压电谐振器G相似的压电层，使用与压电谐振器G中表示相似元件的相同参考号，省略重复的描述。在压电谐振器H中，内部电极13和14以及表面电极15和16的凹部13c、13d、14c、14d、15c、15d、16c和16d沿每个电极的相对边排列成带状。除此之外，凹部13c、13d、16c和16d在不同于凹部14c、14d、15c、15d所在的边缘部分形成。当以这样的方式提供带状凹部时，因为在凹部的延伸方向上的位移可以忽略，所以当对压电层10到12进行层压时，对每个电极13到16的定位也变得很容易。
图22和23示出根据本发明的压电谐振器的第九较佳实施例。这个压电谐振器I具有3层与压电谐振器H相似的压电层，并且使用与压电谐振器I中表示相似元件的相同参考数字，省略重复的描述。在压电谐振器I中，内部电极13和14以及表面电极15和16的凹部13e、13f、14e、14f、15e、15f、16e和16f最好沿每个电极的两个相邻边缘排列成实质上是L形。除此之外，凹部13e、13f、16e和16f在不同于凹部14e、14f、15e、15f所在的边缘部分形成。而且，具有与其他凹部相同宽度的实质上是方形的凹部13g、14g、15g和16g在边的角部分上形成，所述边不同于形成每个凹部在其上的边。在这种情况下，在相邻边上的外部电极20a和20d通过内部电极14、表面电极15以及端面电极19a和19d彼此相连，外部电极20b和20c通过内部电极13、表面电极16以及端面电极19b和19c彼此相连。因此，当在外部电极20a和20b，或20d和20c之间施加AC电场时，在压电谐振器I中产生弯曲振动。
图24和25示出根据本发明的压电谐振器的第十较佳实施例。这个压电谐振器J具有3层与压电谐振器G相似的压电层，使用与压电谐振器G中表示相似元件的相同参考数号，省略重复的描述。在压电谐振器J中，内部电极13和14的凹部13h、13i、16h和16i在内部电极13和底部表面电极16的两个相对角部分中形成，并且凹部14h、14I、15h和15I在内部电极14和顶部表面电极15的两个不同于上述角部分的相对角部分中形成。在这种情况下，对应于凹部，端面电极19a到19d也安排成在压电层10到12以及绝缘层17和18的角部分的两个端面上延伸。这样，在端面电极19a到19d的上部和下部端面，外部电极20a到20d沿对角线从绝缘层17和18的表面上的4个角部分向节点延伸，如图5所示。在本较佳实施例中，因为凹部在电极13到16中对弯曲振动没有影响的位置(角部分)形成，极大提高了电气特性(例如Δf增加)。
图26到28示出根据本发明的压电谐振器的第十一较佳实施例。这个压电谐振器K具有3层与压电谐振器G相似的压电层，但不包含最外层绝缘层。在压电谐振器K中，如图28中实线箭头所示，三层压电层10、11和12的中间压电层11没有极化，并且其两侧的压电层10和12彼此相对极化。而且，极化的方向并不局限于如图28所示的内向，也可以是外向。在这个较佳实施例中，外部电极20a和20c仅放置在端面电极19a到19d的相对两边的相对两个端面电极19a和19c中下部端面，外部电极20b和20d仅放置在另外相对两侧的相对端面电极19b和19d的上部端面。这样，在底部表面电极16的凹部16a和16b的位置提供了外部电极20a和20c，并且，在顶部表面电极15的凹部15a和15b的位置提供了外部电极20b和20d。在上述的压电谐振器K中，顶部和底部的表面电极15和16也作为外部电极使用。因而，压电谐振器K的电气特性可以在外部电极20b或20d和顶部表面上的表面电极15之间，以及在外部电极20a或20c和顶部表面上的表面电极16之间获得。
图29到30示出根据本发明的压电谐振器的第十二较佳实施例。这个压电谐振器L具有3层与压电谐振器G相似的压电层，但不包含最外层绝缘层。在压电谐振器L中，在层压压电层10到12的端面上的厚度方向连续提供凹槽10a到10d以及11a到11d，并且端面电极包括放置在凹槽内侧表面上的电极19e到19h。内部表面电极19e到19h的两个相对内部表面电极19e和19g的较低端部分，与放置在底部电极16的凹部16a和16b中的外部电极20e和20g相连，并且另两个相对内部表面电极19f和19h的较高端部分与放置在表面电极15的凹部15a和15b中的外部电极20f和20h相连。在这样的较佳实施例中，凹槽10a到10d、11a到11d以及12a到12d可以很容易形成便在母板的状态下在层压压电层10和12中形成通孔，并且通孔被分为两个部分。而且，因为当顶部和底部电极15和16形成时，内部表面电极19e到19h也可以同时形成，就带来了制造过程大为简化的好处。
图31示出一种梯型滤波器，其中在根据上述较佳实施例的压电谐振器中，将图6所示压电谐振器B作为串联谐振器使用，而图22中所示的压电谐振器I作为并联谐振器。较佳的梯型滤波器包括上面安装两个串联谐振器B和两个并联谐振器I的电路板30，以及密封谐振器B和I周围的盖40；并且作为表面安装部件构造。
基板30最好是一种由氧化铝陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃纤维环氧树脂、耐热树脂或其他适合的材料制成的实质上为方形绝缘薄板，并且输入线条电极31、输出线条电极32、接地线条电极33和34以及连接线条电极35和36以已知的方法配置在基板30的上表面上，这些方式包括溅射、蒸发、印刷，或其他合适的方式。每个线条电极31到34的外部连接部分通过形成在基板30四个角中的通孔在底部表面的侧面延伸。
一个串联谐振器B的外部电极9a和9b、或9c和9d通过使用导电粘合剂或焊接连接到并固定于输入电极31的安置部分31a和连接电极35的安置部分35a，并且另一个串联谐振器B的外部电极9a和9b，或9c和9d通过使用导电粘合剂或焊接连接到并固定于输出电极32的安置部分32a和连接电极35的安置部分35b。通过这种方法，串联谐振器B连接在基板30的输入电极31和连接电极35之间以及输出电极32和连接电极35之间相连。而且，另一个串联谐振器B的一个外部电极也与相对于输出电极32的安置部分32a的连接电极36的安置部分36a相连。
一个并联谐振器I的外部电极20a和20b、或20d和20c通过使用导电粘合剂或焊接连接到并固定于连接电极35的安置部分35c和接地电极34的安置部分34a，并且外部电极20a和20b，或20d和20c通过使用导电粘合剂或焊接连接到并固定于连接电极36的安置部分36b和接地电极33的安置部分33a。而且，虚电极37用来以稳定的方式支撑谐振器B和I。如上所述，通过使用压电谐振器B，其中在相邻边上提供了输入-输出电极，作为串联谐振器，并且压电谐振器I，其中在相对边上提供了输入-输出电极，作为并联谐振器，就可以构成如图32所示的梯型滤波器。
如上所述，因为可以从串联谐振器B和并联谐振器I的顶部和底部主表面中任何一个获得电气特性，就简化了与基板的连接。而且，因为在节点的附近提供了串联谐振器B的外部电极9a和9b、9c和9d，和并联谐振器I的外部电极20a和20b、20c和20d，当安装串联谐振器B和并联谐振器I时，它们的弯曲振动就没有了阻碍。进一步，因为串联谐振器B是具有两层压电层的压电谐振器，而并联谐振器I是具有三层压电层的压电谐振器，在并联谐振器I端面之间的电容量可以制成大于串联谐振器B的电容量。因而，在并联谐振器和串联谐振器之间的电容比可以增加，并且因此，可以获得具有大衰减值的梯型滤波器。
覆盖谐振器B和I的盖40开口部分最好用绝缘粘合剂(没有示出)固定在基板30上，并且谐振器B和I的周围区域也被密封。在这个较佳实施例中的盖40最好由成型金属板制成，但也可以是树脂盖或陶瓷盖。当使用金属盖时，金属盖40和线条电极31和32之间的电气连接可以通过在基板30表面上形成覆盖输出线条电极31和32外部连接部分表面的绝缘膜来预防。
根据本发明的压电谐振器并不局限于上述较佳实施例。例如，在具有两层压电层的压电谐振器中，压电层在彼此相对的方向极化的情况已经示出，但即使两层压电层在相同方向极化，并且使电场彼此相反，也可以产生弯曲振动。而且，在具有三层压电层的压电谐振器中，中间压电层没有极化，但也可以极化。根据本发明的压电谐振器并不局限于具有两层或三层压电层的压电谐振器，也可以有四层或更多层。根据本发明的梯型滤波器并不局限于这种在基板平面中放置利用弯曲振动的谐振器的滤波器(如图31所示)，也可以是一种多个彼此实质上并联的谐振器放置在盒状外壳中并且导向壳外的端子与谐振器相连的滤波器。
上文已表明，根据本发明的第一较佳实施例，电极层通过第一和第二端面电极彼此相连，使得在至少一层压电层中，电场产生的方向和压电层极化方向是相同的，并且其他压电层中至少有一层压电层，电场产生的方向是和压电层极化方向相反的，因而可以作为完整的压电谐振器产生的弯曲振动。因为利用弯曲振动的压电谐振器可以比具有相同频率利用扩展振动的压电谐振器做得更小，就可实现具有更小尺寸的压电谐振器。而且，电极层通过第一和第二端面电极彼此相连，在最外层电极层上提供绝缘层，并且在绝缘层的外表面上分别提供了与第一和第二端面电极相连的第一和第二外部电极，因此，可以从任一压电谐振器主表面获得电气特性。就是说，作为表面安装类型部件的压电谐振器可以很容易地构造。当电极层通过使用端面电极彼此相连时，需要依次将电极层与一个端面电极相连，并且使得电极层与端面电极绝缘，但通过在电极层的边缘部分形成凹部，电极层和端面电极可以很容易地彼此绝缘，并且可以简化制造过程。
根据本发明另一个较佳实施例，除上述较佳实施例的作用外，最外层电极层共用为外部电极，并且因为别的外部电极放置在最外层电极层凹部中，电气特性可以不使用任何绝缘层就从任一主表面获得。
虽然本发明的较佳实施例在上面已经进行了描述，但应当了解的是本领域的熟练技术人员显然可以在不脱离本发明的范畴和精神的情况下，对其进行变化和修改。因此，本发明的范畴完全由下述权利要求来确定。
权利要求
1.一种利用弯曲振动的压电谐振器，其特征在于，包括依次相互层压的三层或更多层电极层以及两层或更多层压电层；由所述层压压电层端面提供的第一和第二端面电极；配置用来将没有和所述第一或第二端面电极相连的三层或更多层的电极层中至少一层与所述第一或第二端面电极绝缘的凹部，所述凹部由没有和所述第一或第二端面电极相连的三层电极层中至少一层的周围部分提供；由所述三层或更多层的电极层最外层表面提供的绝缘层；由所述绝缘层外部表面提供的与所述第一和第二端面电极分别相连的第一和第二外部电极；其中，在厚度方向至少极化两层所述压电层，并且所述第一和第二端面电极与电极层相连，使至少在压电层的第一层中，产生与所述压电层的第一层极化方向相同的电场，并且至少在压电层的第二层中，产生与所述压电层的第二层极化方向相反的电场。
2.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电层和绝缘层实质上是方形。
3.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述第一和第二端面电极实质上是放置在所述压电层四边的中间，并且第一和第二外部电极实质上是放置在所述绝缘层的中间。
4.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电层实质上是方形的，并且所述第一和第二端面电极放置在压电层的角部分。
5.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述电极层的凹部沿电极层的周围成带状。
6.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述电极层实质上是方形的，并且在所述压电层的相对边上提供所述第一和第二端面电极。
7.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述绝缘层由没有压电特性的材料和具有压电特性但没有极化的材料中的一种制成。
8.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述外部电极放置在压电谐振器面的节点上。
9.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述两层或更多层压电层中的两层在内向或外向彼此相对的方向上极化。
10.一种利用弯曲振动的压电谐振器，其特征在于，包括依次相互层压的三层或更多层电极层以及两层或更多层压电层；由所述层压压电层端面提供的第一和第二端面电极；由所述电极层最外层的周围部分提供的与所述第一端面电极绝缘的第一凹部，以及由所述第一凹部提供的与第一端面电极相连的第一外部电极；由所述其他最外层电极层的周围部分提供的与所述第二端面电极绝缘的第二凹部，以及由所述第二凹部提供的与第二端面电极相连的第二外部电极；其中，在厚度方向至少极化两层所述压电层，并且其中，所述第一和第二端面电极与电极层相连，使至少在压电层的第一层中，产生与所述压电层的第一层极化方向相同的电场，并且至少在压电层的第二层中，产生与所述压电层的第二层极化方向相反的电场。
11.如权利要求10所述的压电谐振器，其特征在于，在所述层压压电层的端面中提供在厚度方向连续的凹槽，并且所述端面电极包括放置在所述凹槽内表面上的电极。
12.如权利要求10所述的压电谐振器，其特征在于，进一步包括由所述三层或更多层电极层的最外层表面提供的绝缘层，其中所述压电层和绝缘层实质上为方形。
13.如权利要求12所述的压电谐振器，其特征在于，所述第一和第二端面电极实质上放置在所述压电层四边的中间，并且所述第一和第二外部电极实质上放置在所述绝缘层的中间。
14.如权利要求10所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电层实质上为方形，并且所述第一和第二端面电极放置在所述压电层的角部分。
15.如权利要求10所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电层的凹部沿电极层周围成带状。
16.如权利要求10所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电层实质上为方形，并且由所述压电层的相对面提供所述第一和第二端面电极。
17.如权利要求12所述的压电谐振器，其特征在于，所述绝缘层由没有压电特性的材料和具有压电特性但没有极化的材料中的一种制成。
18.如权利要求10所述的压电谐振器，其特征在于，所述外部电极放置在所述压电谐振器面的节点上。
19.如权利要求10所述的压电谐振器，其特征在于，所述两层或更多层压电层中的两层在内向或外向彼此相对的方向上极化。
20.一种含有串联谐振器和并联谐振器的梯型滤波器，其特征在于，每个所述的串联谐振器和并联谐振器包括如权利要求1所述的压电谐振器。
21.如权利要求20所述的梯型滤波器，其特征在于，所述并联谐振器具有比所述串联滤波器更多的层。
22.如权利要求20所述的梯型滤波器，其特征在于，所述串联谐振器和并联谐振器装在电路板上的公用平面上，所述电路上提供输入电极、输出电极、接地电极和连接电极，并且在所述板上固定有盖，以便覆盖串联谐振器和并联谐振器。
23.一种含有串联谐振器和并联谐振器的梯型滤波器，其特征在于，每个串联谐振器和并联谐振器都包括如权利要求10所述的压电谐振器。
24.如权利要求23所述的梯型滤波器，其特征在于，所述并联谐振器具有比所述串联滤波器更多的层。
25.如权利要求23所述的梯型滤波器，其特征在于，所述串联谐振器和并联谐振器装在电路板上的公用平面上，所述电路板上提供输入电极、输出电极、接地电极和连接电极，并且在所述板上固定有盖，以便覆盖串联谐振器和并联谐振器。
全文摘要
在一种利用弯曲振动的压电谐振器中,依次层压的三层或更多层电极层以及两层或更多层压电层,至少压电层的两层在厚度方向极化,在层压压电层的端面中提供第一和第二端面电极,电极层通过使用第一和第二端面电极相互连接,使得至少一层压电层中,产生与压电层极化方向相同的电场,并且在其他压电层的至少一层产生与压电层的极化方向相反的电场。在没有与第一或第二端面电极相连的电极层周围部分中,提供了凹部使得电极层和端面电极绝缘,在最外层电极层的表面提供了绝缘层,并且在绝缘层的外表面上提供了与第一或第二端面电极相连的第一和第二外部电极。
文档编号H03H9/205GK1351419SQ01137759
公开日2002年5月29日 申请日期2001年10月30日 优先权日2000年10月30日
发明者板坂康浩, 吉野博秀 申请人:株式会社村田制作所