专利名称：用于多极单块晶体滤波器的电连接结构和方法
技术领域：
本发明一般涉及压电晶体器件，而特别涉及用于一个多极单块晶体滤波器的装置和方法。
背景技术：
在模拟和数字无线电通信器件中，通常遇到压电晶体滤波器。典型地，按照无线电频率响应的需要无线电器件需要具有许多极的滤波器。在无线电设备设计中，例如，需要规范灵敏度和选择性并且为了提供规范的灵敏度和选择性，设计者考虑加入了具有合乎要求极数的滤波器。如果，例如两极滤波器不能提供需要的选择性时就可使用两个或多个级联的两极单块晶体滤波器。
此外，无线电器件趋向于小型和轻型结构，为改进选择性在无线电设备中增加两极滤波器将违背这种趋势。为了在单管壳内提供多极的单块器件已经进行了一些尝试。但是，这些器件较难于实现生产。另外，附加的极需要附加电连接以便连接滤波器的所有各谐振器。这将需要一个大的管壳或具有小的有效面积的压电器件以便容纳附加的电连接，这两种条件都不理想。
图1示出了现有技术中加入三个谐振器的三极单块滤波器。压电板16包含一个上表面18和下表面20，该压电板16具有由相对电极对限定的三个谐振器10,12,14。一个输入的电轨道22连接到第一谐振器10的顶电极30和一个第一接地电轨道24连接到第一谐振器10的底电极32。一个输出的电轨道26连接到最后谐振器14的底电极40和第二接地电轨道28连接到最后谐振14的顶电极38。一第三接地电轨道42连接到中间谐振器12的顶电极34，中间谐振器12的底电极36被连接到第一和最后谐振器10,14的底电极32,38。
可以看出，第三接地电轨道42需要在压电板16上有一个附加空间从而延伸到靠近板的边沿。如所公知，在滤波器谐振器的有效面积(电极)影响下的振动如果有可能不一定要减震。这只能通过安装板或在远离有效面积的板上定位处将引线接合到电极来实现。上述情况造成了不得不采用现有技术中多极滤波器例如具有第三电轨道42的器件。不利地是，这些滤波器和其电连接只能通过使用需要较大管壳的较大的板或在消弱了性能的压电板上收缩有效面积(电极)来实现。
图2示出现有技术中另一个两极滤波器器件。该器件类似于上述图1描述的现有技术中的一种器件。但是，取消了中间谐振器的该器件在输入和输出电极30，和40之间有一个窄的屏蔽电极46。此外，该器件在压电板的不同侧具有输入和输出电轨道22,26并且具有连接到底屏蔽电极的第四接地轨道44。尽管如此，两极滤波器也有和图1的三极滤波器相同的缺点。其中，第三(和第四)接地电轨道42(44)需要在压电极16上设置附加空间。
为了提高无线电设备的选择性，需要具有三个或更多个极的单块晶体滤波器，该晶体滤波器不需要使用较大间隔(blank)和较小有效面积来为附加电轨道提供空间。因此提供了一种多极单块晶体滤波器，它能够按照与当前两极滤波器相同大小的管壳和在相同大小的压电体(blank)上封装，从而改进了现有技术。
附图简要说明图1是现有技术中三极单块滤波器的透视图；图2是现有技术中两极单块滤波器带有屏蔽电极的透视图；图3是本发明的多极单块滤波器的透视图；图4是本发明制造多极单块晶体滤波器电连接结构的方法流程图；最佳实施例的详细描述本发明提供一种多极单块晶体滤波器含有携带电连接结构的三个或更多个极，它取掉了用于连接中央谐振器电极的侧电轨道。新结构减小了用于在晶体间隔(blank)进行连接所需要的面积。这种滤波器已通过把中央谐振器的电极连接与邻近的地连接形成一体而实现。其优点是，多极滤波器能够在与相应的两极滤波器相同尺寸的压电体(blank)上但又不需要用较大管壳的基础上制作。
图3是本发明三极滤波器的实施例。压电体(blank)56主要具有对应的上表面58和下表面60，至少包括三个声耦合谐振器50,52,54，它们由设置在其上的相对电极对限定。一个输入电连接62连到第一谐振器50的顶电极70和第一接地电连接64连到第一谐振器50的底电极72。一输出电连接68连到最后谐振器54的底电极80和第二接地电连接66连到最后谐振器54的顶电极78。各剩余的谐振器52的顶和底电极74,76连到相同电位(例如彼此相连接和电浮动或共同连到相同电位例如地)。依据上述说明，应该理解本发明能够容易扩展为具有四个或多个极的实施例。
在一个最佳实施例中，剩余(即中间)谐振器52全部的底电极76经过单个第一电轨道82共同连到第一谐振器50的底电极72，和剩余谐振器52(即中间)的全部顶电极74共同连接到最后谐振器54的顶电极78，经过单个第二电轨道84被连接。最好是，各剩余谐振器52的顶和底电极各经过第一和第二接地电连接64,66连接到地。
可以看出，连到中间谐振器的任一额外电规道已经取消，由此，不需要现有技术中为了将一轨道向压电板的边沿延伸而在压电板上附加空间。
最好是，全部谐振器的顶和底电极具有实质上相同的水平和垂直尺寸，谐振器是沿着压电体(blank)的水平方向共线定位。此外，最好将连到压电体电极的该连接和电轨道的全部在位于电极垂直尺寸的范围附近和横过压电体(blank)水平延伸的位置上设置的虚线限定的边界内全部定位。换言之，谐振器的垂直尺寸能非常靠近压电体的边沿延伸但是不需要为到达压电体边沿的电连接留空间。
在一个最佳实施例中，压电板属于石英。最好是，压电板具有与沿石英的X和Z晶轴对齐的电极对的AT切片晶向的石英。但是，应当理解，该技术领域中公知的所有其他压电材料和取向同样能使用而不受限制。
此外，本发明最好在矩形的压电板(plate)上实现，即，它具有一个矩形的上和下表面，或者用于那些沿一个或两个尺寸(dimension)的空间是重要的(issue)压电板。在上述例子中，该压电体(blank)呈沿水平方向具有长尺寸(dimension)的矩形。
在一最佳实施例中，共线定位的谐振器，可定义为各谐振器的中心实际上是沿着基本上垂直于对分压电体(blank)的中心线的线伸展，并且全部在大约相同频率谐振。但是，本发明不需要在压电体(blank)上共线定位谐振器或者是使他们具有相同的面积或尺寸。
另外，在一最佳实施例中，电极通过金属轨道连接到实际上位于压电体(blank)外部的连接区86。典型地，连接区86用于在气密封装(未示出)中引线接合电连接。但是，在现有技术中公知的其他连接工艺例如导电粘合剂同样可使用。一般而言，滤波器封装连接将包括输入，输出，和至少一个地连接。但是，与使用两个独立的地连接相比有优点，不会因为地环电流产生麻烦。
典型地，如本技术领域所公知，相关于滤波器的输入和输出，滤波器需要阻抗匹配网路。这些网路一般用来复共轭阻抗匹配滤波器到50欧姆的源或负载。但是应当理解其它的源和负载阻抗可以提供给滤波器。这可能需要变化电极位置或尺寸。应当理解。许多阻抗匹配结构可成功地用于本发明，例如，可采用低通和高通结构，将滤波器与源和负载匹配可以采用由或高到低阻抗或低到高阻抗的方式，各需要不同的电路。但是，实际上在所有情况下，还是以复共轭阻抗匹配为好，因为它提供了低插入损耗。
参考图4，其中示出用于改进单块多极单块晶体滤波器电连接结构的方法100。第一步骤102包括提供一个具有上表面和下表面的压电体。最好，提供在该步骤的压电体(blank)是矩形，特别是，该压电体属于AT切片晶向石英。但是，应当理解在本技术领域中公知的所有其他压电材料同样可采用不受限制。
第二步骤104包括在压电体(blank)上至少设置三组相对的顶和底电极，用于限定声耦合谐振器。典型地是采用汽相淀积将谐振器设置在该压电体(blank)上。谐振器包括相应于滤波器一输入侧的第一谐振器，相应于一输出侧的最后滤波器和剩余的中间滤波器。每个电极最好由导电材料形成，典型地是铝或铬/金，用来镀在压电体的上和下表面达到预定厚度。
第三步骤106包括把第一谐振器的顶电极耦合到一输入连接和把第一谐振器的底电极耦合到一地连接。这种耦合通过淀积足够大的导电材料薄带能够实现对电极的低电阻连接。
第四步骤108包括把最后谐振器的底电极耦合到一输出连接和把最后谐振器的顶电极耦合到地连接。这种耦合通过淀积足够大导电材料薄带能够实现从而提供对电极的低电阻连接。
最后步骤110包括把各剩余谐振器的顶和底电极连接到相同电位。这可通过把各顶和底电极对一起连接或达到具有相同电位的不同连接，例如相同电位可以是地或源。最好，连接步骤包括把各剩余谐振器的顶和底电极连接到地。
在一最佳实施例中，本发明还包括用单独的第一电轨道共同连接第一谐振器和剩余谐振器的底电极和用单独的第二电轨道共同连接最后谐振器和剩余谐振器的顶电极的步骤。最好，将第一和第二电轨道连接到地。这些共连接步骤能够通过淀积足够大的导电材料薄带实现，以便在电极间提供低电阻连接。
另外，在一最佳实施例，配置步骤包括配置全部谐振器的底电极和顶电极，使其具有实际上相同的水平和垂直尺寸，和沿压电体(blank)的水平方向共线配置谐振器。此外，公共连接步骤包括将该连接和电轨道在一边界内全部连接到整个电极，该边界由位于电极垂直尺寸范围附近和横过压电体(blank)水平延伸的虚线限定。这将使得在压电体有限尺寸内保证得到最大可能的有效区。
本发明的一种新方案是在压电体(blank)上提供多个共线定位谐振器但绝对没有延伸超过谐振器一个尺寸的电轨道或连接。其优点是，沿着谐振器的一个尺寸，压电体(blank)具有小的尺寸。换言之，即，谐振器的一个尺寸(dimension)能够非常靠近压电体边沿延伸而不需要留空间用于对电极的电连接。这会使矩形压电体更有用，并且提供了一种具有改进电阻和插入损耗的最小封装尺寸的滤波器。
本发明的另一种新方案输入和输出电极之间的电极的电连接提供固有屏蔽，从而改进了输入和输出之间的隔离。这将提高带通滤波器通带外的信号衰减，通常简称为极限衰减。
在实际中，本发明实现的单块晶体滤波器可很好地用在需要小尺寸和高选择性的任一应用中。例如，本发明的单块晶体滤波器可用在无线电接收机的中频(IF)部分。典型地是无线电接收机具有大约在100兆赫或以下操作的中频部分。在无线电接收机中，混频器把从天线接收的信号与本地振荡器的信号相混合以便产生中频信号。该中频信号接着必须进行滤波，使去掉在混频器中产生的不想要的谐波信号。这种滤波能通过本发明的单块晶体滤波器实现。应当理解，本发明的单块晶体滤波器能够很好地用在任一无线电设备中。
尽管，本发明的各种实施例已经示出并已描述，应当理解，在本发明的构思和范围下，普通技术人员可对前面实施例作出各种修改和替换以及重新安排和组合。
权利要求
1．一种多极单块晶体滤波器，包括，具有上表面和下表面的压电体(blank)；至少三个谐振器，其由配置在压电体(blank)上和下表面的实际相对的顶和底电极对限定；至少三个谐振器彼此为声耦合；一个耦合到第一谐振器顶电极的输入连接和一个耦合到第一谐振器底电极的地连接；一个耦合到最后谐振器底电极的输出连接和一个耦合到最后谐振器顶电极的地连接；各剩余谐振器的顶和底电极耦合到相同电位；用单独的第一电轨道将第一谐振器和剩余谐振器的底电极共同连接；用单独的第二电轨道将最后谐振器和该剩余谐振器的顶电极共同连接；至少三个谐振器全部的顶和底电极具有实际上相同的水平和垂直尺寸；至少三个谐振器沿着压电体(blank)的水平方向共线定位；和连到压电体(blank)电极上的所有该连接和电轨道全部在一边界内定位，该边界由位于大约电极垂直尺寸范围和横过压电体(blank)沿水平方向延伸的虚线(imaginary)限定。
2．一种制造改进的多极单块晶体滤波器的方法，包括步骤提供具有上表面和下表面的压电体(blank)配置至少三组相对的顶和底电极，用于在压电体(blank)上限定声耦合谐振器；形成具有实际上相同水平和垂直尺寸的至少三个谐振器的全部顶和底电极；沿压电体(blank)水平方向共线定位至少三个谐振器；用单独的第一电轨道把第一谐振器和剩余谐振器的底电极共同连接；用单独的第二电轨道把最后谐振器和剩余谐振器的顶电极共同连接；在一个边界内定位连到压电极(blank)上电极的所有该连接和电轨道，该边界由位于大约电极垂直尺寸范围和横过压电体(blank)沿水平方向延伸的虚线(imagindry)限定。
3．根据权利要求1的多极单块晶体滤波器，其特征在于，该压电体(blank)属于AT切片晶向石英。
4．根据权利要求1的多极单块晶体滤波器，其特征在于，该压电体呈矩形。
5．根据权利要求2的方法，其特征在于，该提供步骤包括提供一个AT切片晶向石英的压电体(blank)。
全文摘要
一个多极单块晶体滤波器,至少具有在压电体(blank)(56)上的三个谐振器(50,52,54)。每个谐振器都有相关的顶和底电极(70,72,74,76,78,80)。一输入连接(62)耦合到第一谐振器(50)的顶电极(70),和一地连接(64)耦合到第一谐振器(50)的底电极(72)。一输出连接(68)耦合到最后谐振器(54)的底电极(80),和一地连接(66)耦合到最后谐振器(54)的顶电极。剩余谐振器(52)的顶和底电极(74,76)彼此相耦合。
文档编号H03H9/56GK1314026SQ99809910
公开日2001年9月19日 申请日期1999年8月17日 优先权日1998年8月21日
发明者J·E·亚当斯基, C·L·兹姆尼基, 黄理嘉 申请人:Cts公司