CN1182977A - 压电共振器 - Google Patents
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Abstract
压电共振器具有置于压电陶瓷衬底两个相对表面上的电极,在相对电极之间激发压电振动,至少在一个电极和压电陶瓷衬底之间放置绝缘层。减小陶瓷材料的Qm,以适合于获得所需延迟时间特性的Qm。
Description
本发明涉及压电共振器，尤其涉及具有可调Qm的压电共振器。
近几年，随着数字技术的扩展，基于延迟时间特性的许多阶梯滤波器也有了改进。为了使陶瓷共振器实现所需的延迟时间特性，需要把陶瓷共振器的Qm抑制到大约100到200的值。
由于常规压电共振器的Qm依据所使用的陶瓷材料的Qm，所以如果不使用具有所需Qm的材料，则不能获得包括陶瓷共振器和具有所需Qm的产品。
为了解决这个问题，通过使用橡胶薄片减少额定Qm，从机械上减弱具有大Qm的压电共振器的振动。此外，使一电路中的电阻器并联和串联到构成阶梯滤波器的共振器上，以改善电路中的群延迟时间特性。
然而，这些方法增加了滤波器的元件数目和成本，也增加了制造滤波器的难度和成本。
本发明的较佳实施例提供了一种压电共振器，其中减少了所使用的元件数目并获得以电子元件或滤波器所需的延迟时间特性为基础的Qm。
依据本发明的一个较佳实施例，压电共振器包括置于压电陶瓷衬底两个相对表面上的电极，在相对电极之间激发压电振动，至少在一个电极和压电陶瓷衬底之间放置绝缘层。
绝缘层最好置于具有高于所需Qm的陶瓷衬底上，在绝缘层上放置电极。给陶瓷衬底加上高的DC电压，使之极化，以提供具有压电特性的衬底。利用绝缘层，可把如上所述获得的的滤波器的Qm设定为低于陶瓷衬底材料的Qm，并可获得用于实现所需的延迟时间特性的Qm。
由于Qm一般随绝缘层厚度的增加而减小，所以可通过调节绝缘层的厚度来控制Qm，而不必改变所使用的陶瓷材料来改变Qm。
阶梯滤波器最好使用正方形振动模式的共振器。当本发明的较佳实施例应用于正方形振动模式的共振器时，可容易地获得具有极好群延迟时间特性的阶梯滤波器。
可考虑各种绝缘层。想要使用金属氧化物薄膜，因为它易于形成所需的足够薄的薄膜，并可保证与电极和陶瓷材料安全而可靠的粘接。通过首先在陶瓷材料上形成薄的金属薄膜，然后对此薄膜进行氧化使其不导电，可容易地形成金属氧化物薄膜。
除了正方形振动模式的共振器以外，依据本发明较佳实施例的压电共振器也可应用于其它振动模式的压电共振器，诸如厚度扩大的振动模式和厚度切变的振动模式。因此，本发明的较佳实施例可应用于除了阶梯滤波器以外的装置。
从以下对附图中示出的本发明较佳实施例的详细描述可使本发明较佳实施例的这些和其它元件、特征和优点变得明显起来。
图1是依据本发明第一较佳实施例的压电共振器的剖面图。
图2是表示绝缘层厚度和Qm之间关系的图。
图3是依据本发明第二较佳实施例的压电共振器的剖面图。
图4是把使用依据本发明较佳实施例压电共振器的阶梯滤波器与使用常规压电共振器的阶梯滤波器两者的群延迟时间特性比较图。
图5是一般四器件阶梯滤波器的电路图。
图6是依据本发明较佳第三实施例的压电共振器的剖面图。
图7是依据本发明第四较佳实施例的压电共振器的设计图。
图8是沿图7中X-X线所取的剖面图。
图9是依据本发明第五较佳实施例的压电共振器的设计。
图10是沿图9中Y-Y线所取的剖面图。
图1示出是依据本发明第一较佳实施例的压电共振器。依据此较佳实施例的压电共振器用作阶梯滤波器中的并联共振器，并以正方形振动模式振动。此压电共振器最好包括基本上为正方形的压电陶瓷衬底1、置于其两个相对表面整个面积上的绝缘层2和3、层叠在绝缘层2和3整个面积上的电极4和5。
最好把大约0.35mm厚且Qm为大约500到600的PZT陶瓷材料用作压电陶瓷衬底1。最好通过以大约0.3到0.9μm的厚度溅射压电陶瓷衬底1的两个表面，从而把金属薄膜诸如镍-铜合金加到每个表面。然后使衬底1在加热炉中停留大约90分钟，加热炉具有峰值温度为大约850℃的氧化气氛。金属薄膜被氧化成不导电，以形成绝缘层2和3。通过以大约相同的厚度(例如，大约0.1μm)进行溅射，在绝缘层2和3上形成镍-铜合金制成的电极4和5。
在形成电极4和5后，给衬底1加上用于极化的高DC电压，以使之具有压电特性。然后，对滤波器所使用的器件进行处理，以形成具有低Qm的压电共振器。
图2示出绝缘层厚度和Qm之间的关系。从图中清楚可见，Qm随绝缘层厚度的增加而减小。利用此关系，可控制Qm而不必改变陶瓷材料。
图3示出依据本发明第二较佳实施例的压电共振器。
在此较佳实施例中，压电共振器也以正方形振动模式振动。此压电共振器包括压电陶瓷衬底6、置于衬底6的前后表面上的绝缘层7和8和层叠在绝缘层7和8上的电极9和10。在前侧局部地形成所覆盖面积小于前侧的整个表面的电极9，在后侧的整个表面上形成电极10。绝缘层7和8也形成相应于电极9和10的形状。
在此较佳实施例中绝缘层7和8以及电极9和10的条件诸如厚度和材料与图1所述压电共振器的条件相同。
图4示出使用依据本发明较佳实施例压电共振器(具有大约170的Qm)的阶梯滤波器和使用常规压电共振器(具有大约500的Qm)的阶梯滤波器之间群延迟时间特性与滤波器幅度特性的比较结果。图5示出阶梯滤波器的电路图。
在依据本发明较佳实施例的阶梯滤波器中，图1所示的压电共振器用作并联共振器P，图3所示的压电共振器用作串联共振器S。
如图4所示，3-dB频带中群延迟时间的偏差从常规滤波器中的68μs减半到依据本发明较佳实施例的滤波器中的32μs。因此，证明获得了令人满意的滤波器特性。
图6示出依据本发明第三实施例的压电共振器。此压电共振器最好以正方形振动模式振动。此压电共振器包括压电陶瓷衬底11、只置于衬底11前表面上的绝缘层12、置于绝缘层12上的前电极13以及置于衬底11后表面上的后电极14。形成的电极13和14覆盖衬底的整个面积。
在此较佳实施例中，由于在衬底11的前表面上形成绝缘层12，所以也可获得Qm低于陶瓷材料Qm的压电共振器。
在此较佳实施例中，也可局部地形成电极13和14。
图7和8示出依据本发明第四较佳实施例的压电共振器。此压电共振器以正方形振动模式振动并用于Khz频带的三端滤波器。
此滤波器包括正方形压电陶瓷衬底15。在衬底前表面的中央，形成X形状的电极16和环形电极17，形成覆盖后表面整个面积的接地电极18。
绝缘层19和20设在X形状的电极16和环形电极17与衬底15之间，绝缘层21设在接地电极18和衬底15之间。可省略绝缘层19到21中的任一个。
图9和10示出依据本发明第五较佳实施例的压电共振器。此压电共振器以正方形振动模式振动并用于Khz频带的三端滤波器。
此滤波器包括正方形压电陶瓷衬底22。在靠近衬底前表面中央处，形成点状电极23和环形电极24，形成覆盖后表面整个面积的接地电极25。
绝缘层26和27设在点状电极23和环形电极24与衬底22之间，绝缘层28设在接地电极25和衬底22之间。可省略绝缘层26到28中的任一个。
从以上描述清楚可见，依据本发明的较佳实施例，由于利用现存的陶瓷材料在电极和压电陶瓷衬底之间设置绝缘层可把Qm设定为任意所需的值，所以可制造具有所需的Qm值的电子元件或滤波器。提供了一种给元件提供所需Qm的快速简便的解决方法。
由于不需要从机械上减弱压电共振器振动的附加元件或改善电路中群延迟时间特性的附加元件，所以可减少元件的数目也可减少成本。
虽然参考其较佳实施例示出和描述本发明，但本领域内的熟练技术人员应理解可在其中对形式和细节作上述和其它变化，而不背离本发明的精神和范围。
Claims (20)
1.一种压电共振器，其特征在于包括：
压电陶瓷衬底：
置于压电陶瓷衬底表面上的多个电极，从而在电极之间激发压电振动；以及
在多个电极中的一个电极与压电陶瓷衬底之间放置的至少一个绝缘层。
2.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于所述压电共振器以正方形振动模式振动。
3.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于所述绝缘层包括金属氧化物薄膜。
4.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于还包括多个绝缘层，所述绝缘层置于压电陶瓷衬底和多个电极之间。
5.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于所述压电共振器以正方形振动模式、厚度扩大模式和厚度切变振动模式中的一种模式振动。
6.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于所述多个电极中的至少一个电极如此形成，从而只局部覆盖压电陶瓷衬底的第一主表面，所述多个电极中的另一个电极如此形成，从而覆盖压电陶瓷衬底第二主表面的整个面积。
7.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于压电陶瓷衬底包括基本上为矩形的衬底。
8.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于压电陶瓷衬底包括基本上为正方形的衬底。
9.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于多个电极中的一个电极包括环形电极，多个电极中的另一个电极包括基本上X形状的电极，基本上为X形状的电极被环形电极所包围并置于环形电极的公共面上。
10.如权利要求9所述的压电共振器，其特征在于绝缘层位于基本上为X形状的电极和环形电极之间。
11.如权利要求1所述的压电共振器，其特征在于多个电极中的一个电极包括基本上为点状的电极，多个电极中的另一个电极包括基本上为X形状的电极，基本上为X形状的电极被环形电极所包围并置于环形电极的公共面上。
12.如权利要求11所述的压电共振器，其特征在于绝缘层置于基本上为点状的电极与环形电极之间。
13.一种压电共振器，其特征在于包括：
压电陶瓷衬底：
置于压电陶瓷衬底表面上的多个电极，从而在电极之间激发压电振动；以及
设置至少一个绝缘层用于减少压电陶瓷衬底的Qm。
14.如权利要求13所述的压电共振器，其特征在于所述压电共振器以正方形振动模式振动。
15.如权利要求13所述的压电共振器，其特征在于所述绝缘层包括金属氧化物薄膜。
16.如权利要求13所述的压电共振器，其特征在于还包括多个绝缘层，所述绝缘层置于压电陶瓷衬底和多个电极之间。
17.如权利要求13所述的压电共振器，其特征在于所述压电共振器以正方形振动模式、厚度扩大模式和厚度切变振动模式中的一种模式振动。
18.如权利要求13所述的压电共振器，其特征在于所述多个电极中的至少一个电极如此形成，从而只局部覆盖压电陶瓷衬底的第一主表面，所述多个电极中的另一个电极如此形成，从而覆盖压电陶瓷衬底第二主表面的整个面积。
19.如权利要求13所述的压电共振器，其特征在于压电陶瓷衬底包括基本上为矩形的衬底。
20.如权利要求13所述的压电共振器，其特征在于压电陶瓷衬底包括基本上为正方形的衬底。
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