专利名称：压电元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及AM滤波器或其它电子元件中使用的以纵向振荡模式工作的压电元件。
正如在日本专利特许No.2-224515中所描述的那样，在已知利用纵向振荡模式的压电元件内，压电基板的第一主表面上提供有通过利用纵向延伸的线性槽划分电极材料形成的输入和输出电极，而压电基板的第二主表面上提供有公共电极，其中一部分输入和输出电极带有分立、独立的支承区域，该区域由各向同性弹性导电材料构成并且形成与外部导体电学接触的电学触点区域。上述支承区域排布在槽的任意一侧并位于输入和输出电极纵向公共位置。
在上述压电元件中，支承件相互之间的间隔较小。因此当上述压电元件与外部导体(例如电子元件盒罩上的端子)连接时，输入与输出电极面朝下，外部导体必须相互靠近地放置。这样，如果压电元件有小的位置偏离就会在输入和输出电极之间引起短路。
在上述压电元件中，它的弹性支承区域通过与端子的弹压接触与盒罩上的端子连接起来。在完成这种连接的过程中，支承区域利用导电粘合剂等连接固定到安装基板的图案电极。在这种情况下，由于输入和输出电极支承区域间距较小，所以如果导电粘合剂哪怕扩展一小部分都会引起输入和输出电极之间的短路，导致所需导电连接的可靠性变差。
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种压电元件，避免了压电元件分立电极之间的短路，从而改善了电学连接的可靠性。
根据本发明的一个较佳实施例，提供了一种压电元件，它利用纵向振荡模式并且包括压电基板，其中压电基板的第一主表面提供由纵向延伸的线性槽互相隔开的第一和第二电极，并且第三电极提供于压电基板的第二主表面上，导电支承件固定在第一和第二电极节点部分从而沿压电基板纵向相互隔开。
当压电元件的第一和第二电极与外部导体连接时，由于提供了固定在电极上的支承件，所以可以使外部导体在纵向上相互隔开。这样即使在压电元件位置发生偏移时，第一与第二电极之间也不会引起短路。
支承件比较好的是提供在压电元件的节点部分，即纵向上的中间位置处。在本发明较佳实施例中，节点部分不仅包括压电元件的全部非振荡部分，而且还包括即使限定该部分也不会影响振荡特性的其它区域。由于位于第一和第二电极上的支承件在纵向上需要尽可能地相互远离，所以支承件最好被固定在靠近节点区域与非节点区域之间界面的位置处。一般来说，在纵向振荡模式元件中，节点范围大约为元件长度的1/4，从而可以使支承件相互隔开这一距离。
有各种将支承件连接到外部导体上的方法。例如当支承件由导电橡胶构成时，支承件可以利用弹簧端子等与外部导体弹压接触。当支承件没有弹性时，可以用导电粘合剂等粘结支承件。当支承件由未凝固粘合剂构成时，它们可以直接与外部导体结合在一起。
当压电元件主表面上提供两条槽以利用它们划分电极材料形成三个电极时，固定在第一中央电极上的导电支承件和固定在第二电极上的导电支承件需要排列成之字形，第二电极位于第一电极任意一侧上。
当压电元件附着在诸如盒罩的外部元件或装配基板上时，会引起下列问题。即如果压电元件倾斜地附着，则第一或第二电极可能会与外部元件接触从而使振荡特性变差或者短路。但是当支承件以上述之字形排列时，支承结构为三点支承，所以较易达到水平状态，从而改进稳定性。
除了导电粘合剂以外，还需要将绝缘支承件固定在第一和第二电极的节点部分。在这种情况下，比较好的做法是对一个电极提供多个支承件，或者支承件的尺寸较大，从而在利用支承件使压电元件附着在外部导体上时，增加支承面积，从而改进稳定性。导电支承件可能会在元件宽度方向上非常靠近绝缘支承件。但是即使在这种情况下，也不可能发生短路。
通过以下借助附图对本发明的描述可以进一步理解本发明较佳实施例的要素、特证和优点。
图1为按照本发明第一实施例的压电元件的透视图；图2为图1所示压电元件的节点部分的放大示意图；图3为表示制造图1所示压电元件的方法的过程图；图4为装配在图1所示压电元件上的压电元件的分解透视图；图5为图4所示压电元件装配透视图；图6为按照本发明第二实施例的压电元件的透视图7为表示制造图6所示压电元件方法的过程示意图；图8为图6所示压电元件装配到装配基板上的放大示意图；图9为按照本发明第三实施例的压电元件的透视图；以及图10为按照本发明第四实施例的压电元件的透视图。
图1和图2示出了按照本发明较佳实施例的压电元件实例，它利用了纵向振荡模式。
压电元件1比较好的是包括细长的近似矩形的压电陶瓷基板2。三个电极4、5a和5b比较好的是提供在压电基板2的第一主表面上。电极4、5a和5b通过利用图1所示两条沿纵向延伸的线性槽3划分电极材料形成。比较好的是位于中央并且相对较宽的电极4构成输入电极，而位于输入电极两侧的较窄电极5a和5b用作输出电极。输入电极4的宽度比较好的是输出电极5a和5b宽度的两倍。也可以将中央电极4作为输出电极而将其两侧的电极5a和5b作为输入电极。
导电支承件6a、6b和6c固定在位于输入电极4和输出电极5a和5b的元件1部分(比较好的是位于元件1节点部分的两端)，并且支承件6a、6b和6c一般排列成之字形。本较佳实施例的支承件6a、6b和6c比较好的是通过在电极4、5a和5b上涂覆例如100微米左右厚的导电胶并加以凝固成形。也可以将形成的电极4、5a和5b作为焊接凸起或金凸起等。如图2所示，位于输出电极5a和5b上的支承件6b和6c比较好的是位于纵向同一位置上，而位于输入电极4上的支承件6a比较好的是位于与支承件6b和6c纵向相隔距离S最小的位置上。该距离S比较好的是设定为大于槽3的宽度。支承件6a与支承件6b和6c之间相隔的最大距离L与节点范围基本相同(例如元件长度的1/4)。固定在电极4、5a和5b上的支承件6a、6b和6c的宽度比较好的是分别与电极4、5a和5b相同。
提供了公共电极7(接地电极)并且比较好的是覆盖压电基板2其它主表面的整个区域。
接着借助图3描述上述结构的压电元件1的制造方法。
首先制备如图3(A)所示的压电母基板10。在该母基板上预先进行极化处理，并且比较好的是利用诸如溅射等熟知的方法在母基板的整个正反面形成电极。该母基板10比较好的是临时紧固在固定薄片(未画出)上。
接着比较好的是在母基板10上以岛状方式将导电胶部分11丝网印刷成之字形图案。随后凝固导电胶部分11。
接着如图3(C)所示，导电胶部分11的侧面部分用切片刀等成形以去除导电胶部分11侧面上的损伤部分。除了导电胶部分11的侧面部分以外，它的上表面也可以成形为平坦形状。在成型导电胶部分11的同时，母基板10沿着纵向延伸(即平行于导电胶部分11排列的方向)的切割线12切割。切割宽度等于压电元件1的长度。经过切割，母基板10分成多个部分。但是由于它们被暂时固定在固定薄片上，所以不会分开。
如图3(D)所示，利用盘状器在母基板10内横向形成线性槽3。形成的槽3穿过导电胶部分11从而将电极分开。在形成槽3的同时，比较好的是沿着平行于槽3的切割线13切割每基板从而对半划分一行的导电胶部分11a。
在完成上述切割之后，所获得的元件从固定薄片上分离，由此获得压电元件。
图4和图5为应用上述压电元件1的压电滤波器实例。
装配基板20比较好的是为接近矩形的绝缘薄板，由氧化铝陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃环氧树脂或其它合适的材料构成。如图4所示，在装配基板20的上表面上，采用熟知的方法(例如溅射、蒸发或印制)在输入侧、输出侧和接地侧形成三个图案电极21、22和23。图案电极21、22和23比较好的是沿着装配基板20的边缘延伸至背面。导电胶24、25通过丝网印制等方法被涂覆在位于输入和输出侧的图案电极21和22的内端部分。
上述压电元件1被装配在装配基板20上，从而使输入和输出电极4、5a和5b所在一侧面向装配基板20的上表面。即利用导电胶24、25将位于输入电极4上的支承件6a粘附在输入侧图案电极22上，而将位于输出电极5a和5b上的支承件6b和6c粘附在输出侧图案电极22上。同时支承件6a、6b和6c的高度比较好的设定为例如100微米左右，从而使压电元件1在压电元件1端部略微倾斜，这种略微倾斜通常使压电元件1的端部与装配基板20的上表面接触，从而影响振荡特性，或者使输出电极4、5a和5b与电势不同的图案电极21-23接触从而引起连接缺陷。但是由于压电元件1受到支承件6a、6b和6c的稳定支承，所以元件具有极佳的水平稳定性并且避免了对压电元件1振荡特性的影响和压电元件1与装配基板之间的缺陷连接。
在粘合压电元件1之后，如图5所示，压电元件1的公共电极7和接地图案电极23通过导电引线26互相连接起来。引线26可以方便地采用熟知的引线键合方法连接。
在完成引线连接之后，利用粘合剂28将覆盖压电元件1的盖子27粘合到装配基板20上从而密封压电元件1的四周。
图6示出了按照本发明第二较佳实施例的压电元件。
与第一较佳实施例的压电元件一样，压电元件30比较好的是包括细长的近似矩形的压电基板31。三个电极33、34a和34b通过利用两条线性槽32划分电极材料形成于压电基板31其中一个主表面上。比较好的是位于中央并且相对较宽的电极33构成输入电极，而位于输入电极两侧的较窄电极34a和34b用作输出电极。公共电极35形成在压电基板31的另一主表面上。
纵向延伸的导电支承件36、37和38固定在位于输入电极33和输出电极34a和34b上的元件部分(位于元件30的节点部分)，从而平行排列并位于元件纵向的同一位置。本较佳实施例的支承件6a、6b和6c由导电部分36a、37a和38a以及绝缘部分36b、37b和38b构成。位于输入电极33上的导电部分36a和位于输出电极34a和34b上的导电部分37a和38a形成于支承件36、37和38的相对端部。这样，导电部分36a、37a和38a沿元件纵向相互隔开并且排列成之字形。在本较佳实施例的情况下，支承件36、37和38比较好的是覆盖元件30节点整个区域，并且支承件的长度比较好的是元件30整个长度的1/4。
接着借助图7描述上述结构的压电元件30的制造方法。
首先制备如图7(A)所示的压电母基板40。在该母基板40上预先进行极化处理，并且利用诸如溅射等熟知的方法在母基板上形成电极以覆盖基板的整个正反面。该母基板40临时紧固在固定薄片(未画出)上。
接着如图7(B)所示，在母基板40的一面以岛状方式将导电胶部分41丝网印刷成之字形图案。导电胶部分41的厚度比较好的是大于最终获得的支承件的厚度。随后凝固导电胶部分41。
接着如图7(C)所示，绝缘胶42涂覆成条状从而填满导电胶部分41的缝隙并加以凝固。此时绝缘胶42不仅涂覆在导电胶部分41的缝隙，而且一部分涂覆在上侧面。
接着如图7(D)所示，采用研磨机研磨导电胶部分41和绝缘胶42的上表面，从而使上表面的高度基本相同。
研磨后，绝缘胶42包括导电胶部分41的侧面成用切片刀成形以去除导电胶部分41和绝缘胶42侧面上的损伤部分。同时母基板40沿着纵向延伸(即平行于导电胶部分41排列的方向)的切割线43切割。切割宽度等于压电元件1的长度。
而且如图7(E)所示，利用盘状器在母基板40内横向形成线性槽44。形成的槽44穿过导电胶部分41并将电极分开。在形成槽44的同时，沿着平行于槽44的切割线45切割从而对半划分一行的导电胶部分41，由此获得压电元件30。
当上述压电元件30装配到装配基板20上时，利用丝网印刷方法将导电粘合剂24、25如图8所示涂覆到位于装配基板20的输入和输出侧的图案电极21和22上，而固定元件用的绝缘粘合剂27利用插脚转移方法涂覆在图案电极21和22之间。绝缘粘合剂27的厚度需要大于图案电极21和22的厚度之和以及导电粘合剂部分24和25的厚度之和。
接着压电元件30粘合到装配基板20的上表面，从而使支承件37的导电部分37a对应于输入侧图案电极21处而支承件36和38的导电部分36a和38a对应于输出侧图案电极22。此时涂覆在图案电极21和22之间的绝缘粘合剂27粘合到支承件36-38的绝缘部分36b-38b，从而使装配基板20和压电元件30粘结并固定在一起。
一般来说，绝缘粘合剂27的粘合强度大于导电粘合剂24、25的强度，所以装配基板20和压电元件30可以坚固而可靠地粘合在一起。即导电粘合剂24、25主要用来实现支承件36-38的导电部分36-38a与图案电极21和22的电学连接，而绝缘粘合剂27被用来将装配基板20与压电元件30机械地固定在一起，从而使导电粘合剂24、25的粘合强度无需特别大。这样粘合剂24、25和27的材料可以根据各自的用途选定，从而增加选择的自由度。
当提供包含导电部分和绝缘部分的支承件36-38时，无需使它们如图6那样沿纵向连续形成；如图9和图10所示，可以将导电部分36a-38a与绝缘部分36b-38b分开。在任何情况下，导电部分36a-38a都固定在位置上以在元件纵向上相互分开。在该实施例中，电极33、34a和34b暴露在导电部分36a-38a与绝缘部分36a-38b之间。但是电极也可以用薄的支承件覆盖。
本发明并不局限于上述实施例。
虽然在上述较佳实施例中，压电元件的输入和输出电极通过利用两条槽划分电极材料形成三个部分，但是也可以用一条槽将电极材料划分成两部分而形成。在这种情况下，固定在电极上的支承件没有排列成之字形，而是在元件纵向上相互偏离一定的位置。
而且虽然在上述较佳实施例中，当压电元件的输入和输出电极通过利用两条槽将电极材料划分成三部分形成时，中央电极的宽度大于两侧电极的宽度，但是电极也可以具有相同的宽度。但是当中央电极的宽度如在较佳实施例那样大于两侧电极时，固定在中央电极上的支承件宽度也相对较大，从而在将压电元件粘结到装配基板上时改进了稳定性，从而避免元件相对纵向倾斜。
由上述描述可见，根据本发明较佳实施例，压电基板的一个主表面上提供有第一和第二电极，它们通过利用沿基板纵向延伸的线性槽划分电极材料形成，并且导电支承件固定在第一和第二电极的节点部分从而使其沿压电基板纵向相互隔开，并且即使压电元件的第一和第二电极连接到外部导体而使压电元件发生偏离，也不会在第一和第二电极之间引起短路，从而获得连接高度可靠的压电元件。
而且由于支承件固定在相对压电基板纵向隔开一定距离的位置上，所以当压电元件装配在外部导体上时进一步避免了压电元件相对纵向倾斜，从而可以防止和限制压电元件端部与外部导体接触等引起的短路或振荡受阻。
虽然借助较佳实施例对本发明作了描述，但是本发明的范围和精神由后面所附权利要求限定。
权利要求
1.一种压电元件，其特征在于包括具有第一主表面和第二主表面的压电基板；位于压电基板第一主表面上并被至少一条纵向延伸槽分开的第一和第二电极；位于压电基板第二主表面上的第三电极；以及位于第一电极上的第一导电支承件和位于第二电极上的第二导电支承件，所以第一和第二导电支承件沿压电基板纵向相互隔开。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于第一和第二导电支承件固定在第一和第二电极节点部分附近。
3.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于所述压电基板的第一主表面具有包含第一和第二电极的三个电极，三个电极被压电基板第一主表面内形成的两条纵向延伸槽分开并且所述导电支承件排列为之字形。
4.如权利要求3所述的压电元件，其特征在于位于所述压电元件上的所述三个电极中的一个电极的宽度大于其它两个电极的宽度。
5.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于进一步包括位于压电基板上的绝缘支承件。
6.如权利要求5所述的压电元件，其特征在于绝缘支承件固定在第一和第二电极节点部分的附近。
7.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于每个导电支承件包括绝缘部分。
8.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于压电基板适于以纵向振荡模式振动。
9.一种制造压电元件的方法，其特征在于包括以下步骤提供具有第一主表面和第二主表面的压电母基板；在压电母基板的第一和第二主表面上形成电极；在压电母基板的第一主表面上形成之字形的导电材料部分；在压电母基板的第一主表面上形成线性槽从而使线性槽在所述导电材料部分之间延伸；以及沿着与所述槽平行的切割线方向切割压电母基板。
10.如权利要求9所述的制造压电元件的方法，其特征在于进一步包括以下步骤在导电材料部分以之字形形成于所述压电母基板第一主表面上之后，形成绝缘材料部分以填充所述导电材料部分之间的缝隙；以及研磨导电材料部分和绝缘材料部分，从而使导电材料部分与绝缘材料的高度基本相同。
全文摘要
本发明提供一种压电元件,它包括:具有第一主表面和第二主表面的压电基板;位于压电基板第一主表面上并被一条纵向延伸槽分开的第一和第二电极;位于压电基板第二主表面上的第三电极;以及位于第一电极上的第一导电支承件和位于第二电极上的第二导电支承件,所以第一和第二导电支承件沿压电基板纵向相互隔开。
文档编号H03H9/17GK1188345SQ98103979
公开日1998年7月22日 申请日期1998年1月14日 优先权日1997年1月14日
发明者桶师一之, 乙胁康夫, 新田晃一, 八户启, 桥本隆, 入江诚 申请人:株式会社村田制作所