专利名称：包括振荡缓冲材料的压电谐振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于各种类型高频滤波器的压电谐振器，更确切地说，涉及一种排列有振荡缓冲材料用以防止三次谐波振荡的压电谐振器。
作为现有技术的例子，图4所示的压电谐振器是人们所熟知的。该压电谐振器20在压电衬底21的两个相向的主要表面上具有振荡电极22A和22B。形成的这两个振荡电极22A和22B从相对端延伸，从而在压电衬底21的中心部分重叠在一起，压电衬底21在其间构成层状结构。施加到振荡电极22A和22B上的高频信号使压电谐振器20产生谐振。
当在这样一种具有上述结构的普通压电谐振器中采用具有某种形状的电极(比如能够使谐振基波的激励最佳的局部激励电极)时，每一电极的大小和形状相对于三次谐波变大，这样就产生一个问题，即不仅产生S0模式的三次谐波振荡，而且还产生具有不同相位的S1模式和S2模式的三次谐波振荡。产生的三次谐波是极其有害的，因为它们劣化了谐振器的谐振特性。普通的谐振器没有提供在不影响基波谐振特性时用来抑制三次谐波的解决方案。
为了解决这一问题，本发明较佳实施例提供一种压电谐振器，这种谐振器中，通过阻止三次谐振的产生来提高其谐振特性。
上述优点是通过提供在压电衬底相向表面上具有振荡电极的压电谐振器来实现的，排列的振荡电极从压电衬底的各个相向端延伸到压电衬底的中央部分，从而振荡电极衬底的中央部分相互重叠，振荡衬底在振荡电极之间形成层状结构，其中，振荡缓冲材料位于在压电衬底两相向表面部分上，这些部分被具有大体三倍于压电衬底的谐振频率的频率的三次谐波振荡所移位(displaced)。
按照本发明的较佳实施例，移位衬底两端而产生的S1和S2模式的三次谐波谐振用振荡缓冲材料来抑制的，这样，既抑制了三次谐波，又不会影响谐振基波的特性，从而由该抑制量使谐振特性提高。
另外，通过调整振荡缓冲材料的自然振荡频率，使缓冲材料的自然振荡频率与大体三倍于压电谐振器的谐振频率的三次谐波振荡的频率一致，可以有效地抑制三次谐波振荡，这里的自然振荡频率是根据振荡缓冲材料的类型所确定的作为常数的声速和振荡缓冲材料的形状而确定的。
在结合附图详细描述了本发明的较佳实施例以后，本发明较佳实施的这些和其他元件、特性和优点将更为清楚。
图1是按照本发明一种较佳实施例的压电谐振器结构的截面图。
图2A和2B是按照该图1所示较佳实施例的谐振特性图。
图3A和3B是按照普通谐振器的谐振特性图。
图4是一例普通压电谐振器的结构截面图。
参见附图，下面描述本发明的一种较佳实施例。
图1给出按照本发明一种较佳实施例的压电谐振器结构。该压电谐振器1最好具有压电衬底2和振荡电极3A和3B。振荡电极3A装在压电衬底2的一个表面2a上，振荡电极3B装在另一个表面2b上。形成的振荡电极3A从压电衬底2的一端2c延伸到压电衬底2的中央部分2d，振荡电极3A在2c端覆盖压电衬底2的2e端面。振荡电极3B从与2c端相向的另一端2f延伸到中央部分2d，振荡电极3B在另一端2f延伸到压电衬底2的另一端面2g。另外，振荡电极3A和3B在中央部分2d处相互重叠，压电衬底2夹于其间，形成层状结构。
下面接着描述压电谐振器1的结构。压电谐振器1具有分别最好位于压电衬底2的相向端2c和2f上的振荡缓冲材料4。振荡缓冲材料4最好包含不包括导电填料的绝缘树脂，并且最好位于衬底的表面2a上。在相向端2c和2f上形成振荡缓冲材料4的位置是由下述条件决定的。
在压电谐振器1中不仅产生基波谐振KB，而且产生大体三倍于基波谐振KB的频率的谐振K3。如果3A和3B所示，当形成谐振电极3A和3B从而使基波谐振KB最佳(见现有技术的例子)时，就产生S1模式的谐振K3S1和S2模式的谐振K3S2，以及是三次谐波K3的S0模式谐振K3S0。在压电衬底2上具有不同相位的三次谐波K3S0、K3S1和K3S2所产生的位移情况见图1所示。尽管三次谐波K3S0、K3S1和K3S2在衬底中央部分2d产生最大位移，但位移集中的形式是各不相同的。即，与位移集中在衬底宽度方向中央部分处的S0模式三次谐振K3S0相比，S1模式的三次谐振K3S1和S2模式的三次谐振K3S2在相向端2c和2f上也产生某种程度的位移。如图1中所示，交替长短虚线代表S0模式的三次谐振K3S0，交替的一长二短虚线代表S1模式的三次谐振K3S1，而虚线代表由S2模式的三次谐振K3S2所产生的位移的情况。同时，实线代表基波谐振KB所产生的位移的情况。
最好具有相当小质量的振荡缓冲材料4最好位于相向端2c和2f处由于表面2a的S1模式三次谐振K3S1和S2模式三次谐振K3S2而出现位移的地方。振荡缓冲材料4阻止S1模式的三次谐振K3S1和S2模式的三次谐振K3S2的产生。
配置振荡缓冲材料4的确切位置如下所述当把沿中央部分的振荡电极3A和3B的端部用作参照位置B时，振荡缓冲材料4最好位于与参照位置B隔开一定距离D的位置处。该距离D最好设置成大体等于压电衬底2厚度的一至二倍。
一例最好配置振荡缓冲材料4的位置的例如下所述压电谐振器具有压电衬底2，压电衬底2由PZT(钛锆酸铅)制成，最好约长5.4mm，厚约0.3mm，并可产生4MHz的基波谐振KB，压电谐振器包括振荡缓冲材料4，其宽度约为0.3mm，位于与上述位置B隔开近似为一倍到二倍于压电衬底2厚度的位置(对应于上述距离D)处。振荡缓冲材料4处在这样位置的原因与下述关系有关，当振荡缓冲材料4位于更加靠近三次谐波K3最大幅度(用作三次谐波K3的振荡波腹)的位置时，相对于三次谐波K3来说，产生减幅效应。该位置与上述隔开参照位置B一定距离D而配置振荡缓冲材料4的位置对应。
振荡缓冲材料4最好由不包括导电填料的树脂制成。用作振荡缓冲器4的材料及其厚度t最好由下述方法确定。
用作振荡缓冲器4的材料及其厚度t最好满足等式F＝C/2t，式中，C代表由振荡缓冲材料4确定的自然声速；F代表三次谐波振荡的频率，它近似等于压电谐振器1谐振频率的三倍。
振荡缓冲材料4的确定依赖于几个因素通过调整振荡缓冲材料4的谐振频率使之与待衰减的三次谐波振荡的频率近似一致，可以有效地减弱三次谐波振荡。另外，形成于压电衬底2的振荡缓冲材料4的特征振荡频率可以用等式f＝C/2t确定，式中，速度C是由振荡缓冲材料4和压电衬底2上振荡缓冲材料的形状(特别是最好为压电谐振器1的厚度滑动(thickness slide)振荡模式中的厚度t)决定的自然声速。因此，通过调整用等式f＝C/2t确定的振荡缓冲材料4的自然振荡频率，使之与大体三倍于压电谐振器1的谐振频率的三次谐振的频率大体一致，那么可以有效地减弱三次谐波振荡。
配置振荡缓冲材料4的表面并非限于压电衬底2的表面2a，也可以形成在其他表面2b上。如果振荡缓冲材料4具有相当小的质量，那么再好不过了。
下面接着结合图2A、2B和3A、3B描述本发明较佳实施例的压电谐振器和普通的压电谐振器在谐振特性方面的比较结果。图2A和图3A描述的是按照本发明较佳实施例的压电谐振器和普通压电谐振器的阻抗和相位特性。图2B和图3B给出按照本发明的压电谐振器和普通的压电谐振器所产生的三次谐波的阻抗和相位特性。
从这些图中可以看出，按照本发明较佳实施例的压电谐振器，三次谐波K3受到控制，从而不会产生该三次谐波，并且基波谐振KB的特征不劣化或不受影响。这是由于位于衬底两端2c和2f的S1和S2模式三次谐振受到控制，因而由于位于两端2c和2f处的振荡缓冲材料4而使之减弱(degenerate)的缘故。
为什么除了在由于基波谐振KB也出现位移的衬底端部2c和2f处配置振荡缓冲材料4的情况以外，仅仅有选择地抑制三次谐振K3的产生，其原因是，通过调节振荡缓冲材料4的自然振荡频率f使之与大体三倍于压电谐振器1谐振频率的三次谐振的频率F大体一致，可以有效地减弱三次谐波振荡。另一个原因是基波谐振KB不受振荡缓冲材料4的影响，因为当将两波比较时，基波谐振KB比三次谐波K3具有更大的激励频率。
如上所述，通过提供在压电谐振器1中具有相当小比重的振荡缓冲材料4，可以抑制三次谐振K3的产生，而基波谐振KB不受影响。
上文结合较佳实施例对本发明作了特定描述，但本领域的技术人员应当理解，对上述实施例的形式和细节的前述和其他变异都落在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种压电谐振器，其特征在于，它包含具有相向主表面的压电衬底；配置在压电衬底的两表面具有振荡电极，所述振荡电极排例成从所述压电衬底的相向端延伸到所述压电衬底的中央部分，从而所述振荡电极在所述压电衬底的中央部分相互重叠，所述压电衬底在所述振荡电极之间形成层状结构，配置在所述压电衬底至少一个两相向主表面的一部分上的振荡缓冲材料，所述部分被三次谐波振荡移位，其频率大体为所述压电衬底谐振频率的三倍。
2.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述振荡缓冲材料包含绝缘树脂。
3.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述振荡缓冲材料的组成和厚度是通过使其满足下面的公式来确定的F＝C/2t式中，t代表所述振荡缓冲材料的厚度；C代表由所述振荡缓冲材料的组成确定的自然声速；而F代表大体三倍于所述谐振频率的三次谐振频率。
4.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述振荡缓冲材料配置在所述压电衬底的每一个所述相向主表面上。
5.一种压电谐振器，其特征在于，它包含具有相向主表面的压电衬底；一对振荡电极，每一个配置在压电衬底的一个所述相向主表面上，其中，所述压电衬底可以抑制三次谐振，其频率大体等于所述压电衬底谐振频率的三倍。
6.如权利要求5所述的压电振荡器，其特征在于，所述压电衬底的结构使得三次谐振得以抑制，但不会抑制所述压电衬底的基波谐振。
7.如权利要求5所述的压电谐振器，其特征在于，它还包含配置在所述压电衬底至少一个所述相向主表面的一部分上的振荡缓冲材料，用来抵制所述三次谐振，所述压电衬底的所述至少一个所述相向主表面的所述部分由一三次谐振而位移，其频率大体等于所述压电衬底谐振频率的三倍。
8.如权利要求7所述的压电谐振器，其特征在于，所述振荡缓冲材料包含绝缘树脂。
9.如权利要求7所述的压电谐振器，其特征在于，所述振荡缓冲材料的组成和厚度是通过使其满足下式而确定的F＝C/25其中，t代表所述振荡缓冲材料的厚度，c代表所述振荡缓冲材料的组成的自然确定的声速；而F代表三次谐振的频率，该频率大体等于所述谐振频率的三倍。
10.如权利要求8所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电缓冲材料配置在所述压电衬底的每一个所述相向主表面上。
全文摘要
一种压电谐振器，其振荡电极形成在压电衬底的两相应主表面上，振荡电极从压电衬底的相向端延伸到中央部分而相互重叠，衬底在电极间形成层状结构。振荡缓冲材料形成在衬底两相向主表面部分上，这些部分被大体三倍于谐振频率的三次谐波振荡移位。
文档编号H03H9/13GK1159679SQ9612327
公开日1997年9月17日 申请日期1996年12月19日 优先权日1995年12月19日
发明者佐伯诚治, 黑田义晴 申请人:株式会社村田制作所