专利名称：压电装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用作压电谐振器和压电滤波器的压电装置，还涉及它们的制造方法。本发明尤其涉及包含压电基片的压电装置，其中，在压电基片上具有通过粘结层设置在其两个表面上的外部覆盖基片，所述压电基片包含能量约束型压电振动单元。本发明还涉及一种用于制造这种压电装置的方法。
在能量约束型压电装置中，压电振动单元部分地形成在压电基片上。压电振动单元必须以如此方式密封，从而不妨碍压电振动单元振动。
在第8-335844号日本未审查专利公告中揭示了上述的能量约束型压电装置。下面参照图4和图5描述这种压电装置。
图4中的压电装置51包含其顶面和底面上分别层叠有外部覆盖基片53和54的压电基片52。由压电基片52和外部覆盖基片53和54形成的层叠体设置有外部电极55、56和57。
如图5所示，压电基片52的顶面和底面上部分地设置有驱动电极，它们形成压电振动单元52a和52b。外部覆盖基片53和54通过具有通孔，以提供压电振动单元52a和52b的振动空间的粘结层结合到压电基片52。
在压电装置51中，粘结层包括第一层58和59，它们分别设置在外部覆盖基片53和54侧上，还有第二层60和61，设置在压电基片52侧。第一层58和59包含肖氏硬度为60或更低的柔软粘剂，而第二层60和61包含肖氏硬度超过60的硬的粘剂。第一层58和59分别设置有通孔58a和58b，以及通孔59a和59b。第二层60和61分别设置有通孔60a和通孔61a。
压电装置51一般认为是压电装置，其中由硬的粘结层确保振动空间，并由柔软的粘结层，通过将第一层58和59与第二层60和61层叠在压电装置51中提供极好的阻尼效果。已知的，在压电装置51中，当外部覆盖基片53和54通过例如在安装到印刷电路板上时加热而膨胀或收缩，因膨胀或收缩产生的应力由第一层58和59吸收，由此在焊接后，以及当处于湿润环境时，抑制了该装置的频率特性的振动。
切开的通孔58b和59b设置在第一层58和59中的四周，用于防止外部电极55、56和57破裂。外部电极55、56和57具有破裂的危险，即，当将具有低硬度粘剂的第一层58和59提供给外部覆盖基片53和54时，粘剂会从外部覆盖基片53和54的周围流出至层叠体的侧表面上，因为它是柔软的，并且流出的粘剂防止了外部电极55、56和57通过薄膜沉淀或通过覆盖/固化导电膏而形成。
在制造压电装置51的第一步骤中，在平面的外部覆盖基片53的表面上形成第一层柔软的粘剂58，并在平面的外部覆盖基片54的表面上形成第一层柔软的粘剂59。肖氏硬度为60或更低的粘剂的粘性在25摄氏度时，通常是1.5×105mPas或者更低。因此，不论是否设置切割的通孔58b和59b，粘剂都有流入切割的通孔58b和59b，并流出到形成有外部电极55、56和57的四周外面的危险，这引起了破裂的危险。
当使用在25摄氏度时肖氏硬度为60或更低，并且在固化前粘性为3.0×105mPas或更高时，可以解决上述问题，但是这样的粘剂不容易得到。
当制造压电装置51时，将硬的粘剂的第二层60和61覆盖在第一层58和59上。在这种情况下，由于设置在第二层60和61下面的第一层58和59的切割的通孔58b和59b，在作为最后产品的层叠体的第二层60和61中形成凹口，即，其上形成有外部电极55、56和57的层叠体周围的区域，与剩余的其上未形成有外部电极55、56和57的区域的粘剂的厚度是不同的，它们在层叠体的四周部分地设置了空隙，由此引起了外部电极55、56和57破裂的风险。
相应地，本发明的一个目的是提供一种可靠的压电装置及其制造方法，其中压电振动单元的振动空间得到保证，由回流焊接等过程中温度变化引起的应力得到抑制，频率特性不变化，并且不发生由粘结层引起的外部电极的破裂。
根据本发明的一个方面，一种压电装置包含其主表面上设置有相对的驱动电极的压电基片；外部覆盖基片，每一个外部覆盖基片层叠在压电基片的主表面上；粘结层，用于将压电基片和外部覆盖基片在压电基片的主表面相互结合；以及多个外部电极，形成在包含压电基片、外部覆盖基片和粘结层的层叠体的侧表面上。每一个粘结层包含第一层粘剂，它在固化后的肖氏硬度不大于60，并且不形成得暴露在层叠体侧表面上设置有多个外部电极的区域中，第二层粘剂，它在固化后的肖氏硬度超过60，和第三层粘剂，它在固化后的肖氏硬度超过60，并且在固化前的粘性在25摄氏度时小于3.0×105mPas，第三层设置在第一层四周与层叠体侧表面设置有多个外部电极的区域之间。第二层层叠在第一层和第三层上。
在根据本发明的压电装置中，每一个粘结层的第一层和第三层可以设置在外部覆盖基片处，并且每一个粘结层的第二层可以设置在压电基片侧。
在根据本发明的压电装置中，每一个粘结层的第一层可以设置有朝层叠体的侧表面切割的通孔，并且每一个粘结层的第三层可以设置在切割的通孔中，从而第一层不暴露在层叠体的侧表面的其上设置有多个外部电极的区域。
根据本发明的压电装置(它们可以用作诸如压电谐振器和压电滤波器之类的各种压电装置)可以包含多个驱动电极，这些驱动电极形成压电滤波器。
根据本发明的另一个方面，提供了压电装置的制造方法，压电装置包含压电基片，该压电基片的主表面上设置有相对的驱动电极；外部覆盖基片，每一个都层叠在压电基片的主表面上；粘结层，用于将压电基片和外部覆盖基片相互结合在压电基片的主表面上；以及多个外部电极，形成在包含压电基片、外部覆盖基片和粘结层的层叠体的侧表面上。
每一个粘结层包含第一层粘剂，它在固化后的肖氏硬度不大于60，并且不形成得暴露在层叠体侧表面上设置有多个外部电极的区域中，第二层粘剂，它在固化后的肖氏硬度超过60，和第三层粘剂，它在固化后的肖氏硬度超过60，并且在固化前的粘性在25摄氏度时小于3.0×105mPas，第三层设置在第一层四周与层叠体侧表面设置有多个外部电极的区域之间。第二层层叠在第一层和第三层上。压电装置的制造方法包含步骤在每一个外部覆盖基片的主表面上形成每一个粘合层的第三层；在每一个外部覆盖基片的主表面的未设置第三层的区域中设置每一个粘合层的第一层；制备每一个粘合层的第二层；并通过第二层，将压电基片和外部覆盖基片相互结合，其中外部覆盖基片设置有第三层和第二层。
图1是根据本发明的实施例的压电装置的透视图；图2是图1所示的压电装置的分解透视图；图3是曲线图，示出粘剂的粘性和流出至未设置粘剂的区域的粘剂量之间的关系；图4是一种已知的压电装置的透视图；和图5是一种已知的压电装置的分解透视图。
下面，参照附图描述本发明的实施例。
图1是根据本发明的一个实施例的压电装置的透视图，图2是其分解透视图。
图1所示的压电装置1包含压电基片2，其上分别通过第一和第二粘合层5和6具有第一和第二外部覆盖基片3和4。层叠体7配置有压电基片2、第一和的第二外部覆盖基片3和4，以及第一和第二粘合层5和6。
层叠体7设置有第一、第二和第三外部电极8、9和10，它们沿顶面、两个侧表面以及下表面，包围层叠体7。
如图2所示，压电基片2形成为平面的矩形，并由包括石英的压电单晶或诸如钛酸铅锆陶瓷之类的压电陶瓷材料制成。
如图2所示，压电基片2设置有能量约束型压电振动单元11和12。压电振动单元11包含设置在压电基片2的顶面上的驱动电极13和14，以及设置在压电基片2的下表面上的公共驱动电极15，它与驱动电极13和14相对。压电振动单元12包含设置在压电基片2的顶面上的驱动电极16和17，以及设置在压电基片2的下表面上，以与驱动电极16和17相对的公共驱动电极18。
将压电振动单元11的驱动电极13电气连接到输入引线电极19。引线电极19形成在压电基片2的纵向端部附近，在侧表面之间沿压电基片2的纵向端部的上部边缘延伸。压电振动单元12的驱动电极16电气连接到输出引线电极20。引线电极20形成在压电基片2的另一纵向附近，并在侧表面之间，沿压电基片2的另一纵向端部的上部边缘延伸。
将驱动电极14和17电气连接到形成在压电基片2的顶面中心内的电容器电极21。电容器电极21与形成在压电基片2的下表面的中心内的接地电极22相对。接地电极22电气连接到驱动电极15和18。与电容器电极21相对的接地电极22形成得在压电基片2的侧表面的两个下部边缘之间延伸。
在层叠体7中，将输入引线电极19、输出引线电极20和接地电极22引到层叠体7的侧表面，并分别电气连接到外部电极8、9和10。
通过使导电材料形成图案，使构成压电振动单元11和12的驱动电极13、14、15、16、17和18、引线电极19和20、电容器电极21、和接地电极22形成在压电基片2的上表面和下表面上。导电材料可以是诸如Al，Ag或Ag-Pd之类的金属材料中的任何一种。
当使用压电陶瓷时，沿厚度方向极化压电基片2。由此，压电振动单元11和12用作能量约束型压电谐振器单元，它具有厚度或纵向振动模式性能。
压电基片2可以设置有由压电振动单元11和12、电容器电极21和接地电极22形成的电容器(图中未示)，并设置有三端型压电滤波器，其中，外部电极8、9和10用作引线端子。
根据本实施例，在压电谐振装置1中，密封了压电振动单元11和12的外部覆盖基片3和4以及第一和第二粘合层5和6设置得不抑制压电振动单元11和12的振动。外部覆盖基片3和4可以由诸如绝缘陶瓷或电介质陶瓷之类的陶瓷材料制成，或诸如合成树脂之类的其它的适当材料制成。外部覆盖基片3和4可以由任何适当的绝缘材料制成，以便密封压电振动单元11和12。
根据本实施例的压电装置1特征在于连接外部覆盖基片3和4与压电基片2的第一和的第二粘合层5和6的配置。下面，通过描述将外部覆盖基片3和4结合到压电基片2的方法，描述图1所示的第一和第二粘合层5和6的配置。
当将外部覆盖基片3结合到压电基片2时，将固化后的肖氏硬度超过60，并且在25摄氏度时，在固化前粘性为3.0×105mPas或更高的粘剂提供给外部覆盖基片3的下表面，形成第三层23，粘剂是例如热固型环氧基粘剂。第三层23设置在外部覆盖基片3的下表面的周围。如图2所示，第三层23部分形成在形成有外部电极8、9和10的四周区域。
形成第三层23后，将固化后的肖氏硬度为60或更低的柔软粘剂提供给外部覆盖基片3的下表面，这形成第一层24，粘剂是例如热固型环氧基粘剂。提供用于形成第一层24的粘剂，从而通孔形成得提供空间，从而不抑制压电振动单元11和12的振动。设置第一层24，从而在设置了第三层23的地方形成切割的通孔24b。由于形成第一层24的粘剂是柔软的，其肖氏硬度为60或更低，粘剂可能从覆盖有粘剂的区域流出。但是，在根据实施例的压电装置中，通过在固化之前粘性为3.0×105mPas或更高的第三层23，防止了形成第一层24的粘剂流出。形成第一层24的粘剂不达到外部覆盖基片3的侧表面上形成有外部电极8、9和10的下部边缘。
在形成第一层24后，形成第二层25，它包含硬的粘剂，该粘剂在固化后的肖氏硬度超过60。形成第二层25的粘剂是例如热固型环氧基粘剂。第二层25设置有通孔25a，从而使压电振动单元11和12的振动不受限制。第二层25覆盖压电基片2的顶面，它和通孔25a有关的部分除外。
如图2所示，按照和外部覆盖基片3相同的方式，将外部覆盖基片4结合到基片2，其中第三层23形成在外部覆盖基片4的顶面上，然后形成第一层24，然后形成第二层25。
根据本发明，第一粘合层5和第二粘合层6包括第一层24、第二层25和第三层23。将具有通孔24a和24b的第一层24提供给外部覆盖基片3和4，从而设置在外部覆盖基片3和4上的第三层23由切割的通孔24b相连，由此，第二层25通过第一层24的切割的通孔，层叠到第一层24和第三层23上。
当第一层24、第二层25和第三层23固化后的厚度相同时，压电基片2和每个外部覆盖基片3和4之间的第一和第二粘合层5和6可以设置得具有相同的厚度。
第一层24固化后的厚度不必和第三层23固化后的厚度一样，因为第一层24是柔软的，因此，当第一层24的厚度稍稍大于第三层23固化后的厚度时，当外部覆盖基片3和4受压以结合到压电基片2时，第一层24受到压力而减小其厚度。由此，在装配好外部覆盖基片3和4与压电基片2后，粘合层5和6的厚度大致上相同。
在根据实施例的压电装置1中，由于第二层25的硬的粘剂固化后的肖氏硬度为超过60，可以确保压电振动单元11和12周围的空间，以便不防碍压电振动单元11和12的振动，其中可以阻尼不理想的振动。
在根据本实施例的压电装置1中，当由于安装到印刷电路板等上而产生的热引起外部覆盖基片3和4膨胀和收缩时，由膨胀或收缩引起的应力可以由硬度低，设置在第二层25和外部覆盖基片3和4之间的第一层24吸收，由此，可以抑制装置的频率特性在焊接后以及处于湿润环境下时的变化。
另外，由设置在外部覆盖基片3和4周围的第三层23，减小由于第一层24的粘剂流出导致的外部电极8、9和10破裂的危险。
可以利用设置在第三层23以外的位置上的第一层24，将粘合层5和6的厚度设置为预定值，由此抑制外部电极8、9和10的破裂。
第三层23暴露在层叠体7的侧表面中形成有外部电极8、9和10的位置。但是，减小了外部电极8、9和10破裂的危险，因为第三层23包含固化后肖氏硬度超过60的粘剂。
当粘剂具有上述肖氏硬度和粘性时，形成第二层25的粘剂和形成第三层23的粘剂可以是相同类型的粘剂。即，形成第二层25的粘剂在25摄氏度的温度下，粘性是3.0×105mPas或更低，或者3.0×105mPas或更高。
根据本发明，将形成第三层23的粘剂的粘性设置为3.0×105mPas或更高的原因是，当粘性低于3.0×105mPas时，难以使第三层23形成为正好预定的形状，第三层23的粘剂流出到其它部分外面，由此产生外部电极8、9和10破裂的危险，这将参照图3描述。
图3是示出粘剂的粘性与施加粘剂后粘剂流出量之间的关系的示图。在25摄氏度下，设置固化后肖氏硬度超过60的粘剂达到厚度50μm，并测量从施加的区域流出的粘剂的量。结果，当在25摄氏度时粘性低于3.0×105mPas时，粘剂流出的量显著地大。已经发现，当由粘性在那个范围内的粘剂形成第三层23时，外部电极8、9和10将由于流出的粘剂而破裂。相反，已经发现，通过使用粘性在25摄氏度时为3.0×105mPa或者更高的粘剂时(其中流出量小于0.3mm)，可以防止粘剂流出到其上形成有外部电极8、9和10的侧面，并且第二层25下面的第三层23可以形成为预定的形状。
根据本发明，压电装置设置有第一和第二粘合层5和6，每一个都分别包含第一、第二和第三层24、25和23。当外部覆盖基片3和4膨胀或收缩时，可以由柔软的第一层吸收由膨胀或者收缩引起的应力，由此抑制装置的特性的变化。虽然第一层24是柔软的，但是，将它们形成得使其粘剂不流出到层叠体7的侧面上形成有外部电极8、9和10的部分，由此减小可能由于第一层24中所含有的粘剂的流出而引起的外部电极8、9和10破裂的危险。
根据本发明，通过硬的第二层25，将由驱动电极13、14、15、16、17和18形成的，并设置在压电基片2上的压电振动单元11和12的谐振特性和滤波器特性保持为原设计，并且可以阻尼不理想的振动，由此提供极好的谐振特性和滤波器特性。
通过这样的设置，其中将包含粘性在25摄氏度时为3.0×105mPas或更高，并且固化后的肖氏硬度超过60的粘剂的第三层23设置在设置有外部电极8、9和10的层叠体7的侧面的部分中，并在外部覆盖基片3和4之间，并且可以使第一层24、第三层23形成为设计的形状，并且当首先形成第三层23，然后形成第一层24时可以有效抑制第一层24的流出。第三层23不容易流出到层叠体7侧表面上形成有外部电极8、9和10的位置，因为第三层23具有如上所述的高度的粘性。第二层25覆盖在第一和第三层24和23上，由此，减小了由于层叠体7的侧面的粘剂的厚度不均匀引起形成间隙的危险，由此，减小了外部电极8、9和10破裂的危险。
根据本发明，可以以稳定的状态制造可靠的压电装置，其中，提供有极好的谐振特性和滤波器特性，特性随时间的变化是不显著的，并且几乎不发生外部电极的破裂。
在根据本发明的压电装置中，每一个粘合层的第一和第二层都设置在外部覆盖基片侧面上，并且每一个粘合层的第二层设置在压电基片侧面，由此，可以通过第二层阻尼压电基片的不理想的振动。通过这种设置，可以有效抑制不理想的振动。
根据本发明，粘合层的第一层设置有朝层叠体的侧面切割的通孔，并且将粘合层的第三层设置在切割的通孔内，从而第一层不暴露在层叠体的侧面上形成有外部电极的区域中。根据本发明的压电装置可以通过使第一层形成图案以便设置切割的通孔而容易地形成。
根据本发明的压电装置可以用作各种压电谐振器和压电滤波器。通过根据本发明的实施例中的设置，压电装置可以用作可靠的压电滤波器，其中多个驱动电极配置得形成压电滤波器。
根据本发明的压电装置的制造方法包含步骤；在第一和第二外部覆盖基片的主表面上形成第一和第二粘合层的第三层，并在第一和第二外部覆盖基片的主表面上未形成第三层的部分上形成第一和二粘合层的第一层。第三层可以正好地形成为设计的形状，并且第三层的粘剂不显著流出到层叠体的侧面，因为第三层包含有具有高粘性的粘剂。并由于第三层而抑制了第一层的柔软粘剂的流出。方法还包含步骤在形成第一和第三层后，形成第一和第二粘合层的第二层，并通过第二层，使压电基片与第一和第二外部覆盖基片相互结合，由此，均匀设置粘合层，从而减小了层叠体侧面形成空隙的危险，并抑制了外部电极的破裂。
权利要求
1.一种压电装置，其特征在于包含压电基片，在所述压电基片相对的主表面上设置有驱动电极；分别层叠在所述压电基片的所述主表面上的外部覆盖基片；用于将所述压电基片与所述外部覆盖基片在所述压电基片的主表面处相互结合的粘合层；和多个外部电极，所述外部电极形成在包含所述压电基片、所述外部覆盖基片和所述粘合层的层叠体的侧表面上；其中每一个所述粘合层包含固化后肖氏硬度不大于60，并且形成得不暴露在所述层叠体侧表面上形成有多个所述外部电极的区域的第一层；固化后的肖氏硬度超过60的第二层，以及固化后的肖氏硬度超过60，并在25摄氏度时在固化之前的粘性不小于3.0×105mPas的第三层，所述第三层设置在第一层周边与所述层叠体侧表面上设置有所述多个外部电极的区域之间，并且所述第二层层叠在所述第一层和第三层上。
2.如权利要求1所述的压电装置，其特征在于粘合层的第一层和第二层设置在外部覆盖基片侧，每一个粘合层的第二层设置在压电基片侧。
3.如权利要求1和2中任一条所述的压电装置，其特征在于每一个粘合层的第一层设置有朝层叠体侧表面切割的通孔，每一个粘合层的第三层设置在所述切割的通孔中，从而第一层不暴露在层叠体侧表面上设置有多个外部电极的区域中。
4.如权利要求1、2和3中任一条所述的压电装置，其特征在于多个驱动电极形成压电滤波器。
5.一种压电装置的制造方法，所述压电装置包含压电基片，在所述压电基片相对的主表面上设置有驱动电极；分别层叠在所述压电基片的所述主表面上的外部覆盖基片；用于将所述压电基片与所述外部覆盖基片在所述压电基片的主表面处相互结合的粘合层；和多个外部电极，所述外部电极形成在包含所述压电基片、所述外部覆盖基片和所述粘合层的层叠体的侧表面上；其中每一个所述粘合层包含固化后肖氏硬度不大于60，并且形成得不暴露在所述层叠体侧表面上形成有多个所述外部电极的区域的第一层固化后的肖氏硬度超过60的第二层，以及固化后的肖氏硬度超过60，并在25摄氏度下时在固化之前的粘性不小于3.0×105mPas的第三层，所述第三层设置在第一层周边与所述层叠体侧表面上设置有所述多个外部电极的区域之间，并且所述第二层层叠在所述第一层和第三层上，其特征在于所述方法包含以下步骤在所述每一个外部覆盖基片的主表面上形成所述每一个粘合层的所述第三层；在每一个所述外部覆盖基片的主表面未设置第三层的区域中形成每一个所述粘合层的第一层；制备每一个所述粘合层的第二层；和通过所述第二层将所述压电基片和所述外部覆盖基片相互结合，所述外部覆盖基片包含所述第三层和第一层。
全文摘要
本发明提供了一种压电装置,包含压电基片,该压电基片具有压电驱动单元,并通过粘合层,在其主表面上层叠有外部覆盖基片,以及外部电极,该外部电极形成在压电装置中包含的层叠体的外部表面上。在压电装置中,每一个粘合层包含固化后的肖氏硬度为60或者更低,并形成得不暴露在层叠体的侧面中形成外部电极的区域内的第一层粘剂,肖氏硬度超过60的第二层粘剂,以及肖氏硬度超过60,并且在固化前,在25摄氏度时粘性为3.0×10
文档编号H03H9/13GK1274992SQ0011767
公开日2000年11月29日 申请日期2000年5月24日 优先权日1999年5月24日
发明者泽井久仁雄, 米村元秀, 藤井修二 申请人:株式会社村田制作所