专利名称：复合压电元件、以及使用该元件的滤波器、双工器和通讯设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电元件，尤其是，涉及一种具有良好振动特性的改良压电元件，该元件可以有效地抑止基于不需要振动(下文中称之为“寄生响应”)所产生的不需要信号。本发明也涉及一种改良的复合压电元件，在该元件中不需要的振动模式不会在相邻压电元件之间形成相互干扰。本发明还涉及一种使用上述元件的滤波器、双工器和通讯设备。
背景技术：
人们希望在电子设备中所集成的元件，特别是在移动设备中所集成的元件，能够越来越小和越来越轻。例如，对于在移动设备中所使用的滤波器，就希望紧凑、具有小的插入损耗和大的衰减特性。
众所周知，使用压电元件的滤波器通常都能够满足这些要求。
图27A是一种常规压电元件的剖面示意图。图27B是常规压电元件的等效电路图。
正如图27A所示，常规压电元件包括一个设置在基片91上的压电振动部分90。压电层92，上电极层93和低电极层94相互层叠，以形成压电振动部分90。上电极层93和下电极层94夹着压电层92。空腔部分95贯穿基片91，从而可以暴露压电振动部分90的下表面。空腔部分95设置在基片90上，以便于确保压电振动部分90能够自由的振动。
当将一个电场施加在上电极93和下电极94之间时，电能就会在永冻层92中转换成机械能。例如，当将在厚度方向上具有偏振轴的氮化铝(AlN)用作为压电层92时，机械能基本上都会转换成在厚度方向上的纵向振动。于是，压电层92就会在电场的相同方向上伸展或压缩。
正如图27B所示，常规压电元件的等效电路图包括一个串联谐振电路和一个并联谐振电路。因此，常规压电元件具有一个谐振频率和一个反谐振频率。当压电振动部分90的厚度为t，常规压电元件以谐振频率fr(＝V/λ)谐振，该谐振频率对应于满足t＝λ/2的波长λ，其中v是在构成压电振动部分90材料中的超声速度。反谐振频率fa，类似于谐振频率，它与压电振动部分90的厚度成反比，与构成压电振动部分90材料中的超声速度成正比。当谐振频率和/或反谐振频率设置在几百MHz至几GHz的频率带宽中，则对应于该谐振频率和/或反谐振频率的压电振动部分90的厚度就是可以采用工业化的薄膜形成方法容易形成的厚度。因此，作为一个在上述频率带宽中具有高Q至的谐振器，常规压电元件不仅是紧凑的而且也是有用的。
理想的是，只存在着在压电层92的厚度方向上的振动。然而，压电振动部分90由基片91支撑着它的边缘，并因此可由基片91中的支撑部分来构成压电振动部分。因此，就可能产生寄生响应。
此外，在常规压电元件中，也会激励产生横向Q的针对，从而就存在着多个横向发射的声波模式。这些横向发射的声波模式都是所不需要的振动模式。横向发射声波模式以平行电极表面的方式发射，并且在压电层92的侧壁或上电极层93和下电极层94的端点部分产生多个反射，这就引起了寄生响应。此外，在复合压电元件以相互相邻的方式将压电元件排列其中的情况下，在相邻压电元件之间会形成相互间所不需要的振动模式的干扰，这就引起了寄生响应。由横向发射声波模式所引起的寄生响应会劣化压电元件的频率特性。
为了解决由于寄生响应劣化压电元件频率特性的问题，以及提出了各种技术。图28A是在国际专利公告No.98/52280中披露的常规压电元件的俯视图。图28B是图28A所示常规压电元件沿着B-B线的剖视图。
正如图28A和28B所示，绝缘薄膜73形成在具有空腔85的基片81上。在空腔85上设置压电振动部分80，跨接空腔部分85。压电振动部分80的另一端可由基片81来支撑。下电极层84、压电层82和上电极层83可层叠一起，以形成压电振动部分80。下电极层84连接着引线电极86。引线电极86的端部分构成端电极87。上电极层83通过连接部分88、引线电极89和连接部分70连接着端电极71。掩模72是用于形成空腔部分85的掩模。根据图28A和28B所示的常规压电元件，压电振动部分10可由基片81以两个支撑部分74和75支撑在空腔部分85上。因此，在压电振动部分上的基片81所构成的结构就变得更加小。于是，寄生响应就会抑止在一定的范围内。然而，压电振动部分80是以对称于基片81的位置支撑的，所以特别是，不能充分抑止横向发射的声波模式。
图29A是日本特许专利公告No.9-130199中披露的另一常规压电元件的俯视图。图29B是图29A所示常规压电元件沿着B-B线的剖视图。
正如图29A和29B所示，压电振动部分60设置在具有空腔部分65的基片61上，通过支撑部件53跨接空腔部分65。下电极层64、压电层62和上电极层63相互层叠一起，以形成压电振动部分60。下电极层64通过引线电极66连接着端电极67。上电极层63通过引线电极69连接着端电极51。设置蚀刻孔54，用于形成在基片61中的空腔部分65。设置保护薄膜55，以保护下电极层64在蚀刻过程中免遭蚀刻。根据图29A和29B所示的常规压电元件，压电振动部分60可由基片61采用两个支撑部分56和57来支撑。因此，在压电振动部分上的基片81所构成的结构就变得更加小。于是，寄生响应就会抑止在一定的范围内。然而，类似于以上实例，压电振动部分80是以对称于基片81的位置支撑的，所以特别是不能充分抑止横向发射的声波模式。
此外，图28A和28B所示的常规压电元件存在着下列问题。压电振动部分80是由基片81采用两个支撑部分74和75来支撑的。支撑部分74和75是以线部分L线对称的。因此，压电振动部分80容易在宽度方向上扭曲或者容易在宽度方向上振动。因此，除了在厚度方向上的纵向振动之外，这是主要的响应，还会产生由于支撑部分74和75的对称性能所引起的寄生响应(即，包括扭曲分量和不需要横向振动的不需要振动)。于是，在图28A和28B所示的常规压电元件中，不能有效地抑止寄生响应。
此外，，图29A和29B所示的常规压电元件存在着下列问题。压电振动部分60是由基片61采用两个支撑部分56和57来支撑的。该支撑部分56和57是以点O点对称的。因此，压电振动部分60容易在宽度方向上扭曲或者容易在宽度方向上振动。因此，在这种情况下，除了在厚度方向上的纵向振动之外，这是主要的响应，也会产生由于支撑部分74和75的对称性能所引起的寄生响应(即，包括扭曲分量和不需要横向振动的不需要振动)。此外，上电极层63和下电极层64的端部分开始以倾斜方向发射的振动模式可限制在压电振动部分60中。所限制的振动模式就会引起寄生响应。于是，在图29A和29B所示的常规压电元件中，不能有效地抑止寄生响应。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改良的压电元件，在该压电元件中可有效地抑止寄生响应。本发明的另一目的是提供一种具有良好振动特性的改良压电元件。本发明的另一目的是提供一种具有优良机械强度的压电元件。此外，本发明的另一目的是提供一种改良的复合压电元件，使得不需要的振动模式不会相互在相邻压电元件之间产生干扰。另外，本发明的另一目的是提供使用压电元件或复合压电元件的滤波器、双工器和通讯设备。
本发明可具有下列性能，以满足上述目的。本发明的第一方面提出了一种压电元件，它包括一个基片，一个层叠在基片上的下电极层，一个层叠在下电极层上的压电层，一个层叠在压电层上的上电极层，一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分，以及至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上。所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
于是，根据本发明第一方面，在空腔部分上提供压电振动部分，就能够获得接近于自由振动的振动，并且有效的电机耦合因子就可以是大的。此外，所形成的两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。因此，就可以抑止由于支撑部分的对成形所引起的寄生响应。
较佳的是，空腔部分是通过处理基片来形成的。此外，可以通过处理用于形成设置在基片上的空腔部分的空腔部分形成部分来形成空腔部分。
于是，空腔部分就容易形成。
较佳的是，压电元件还包括一个介质层，提供与至少一个选自一组包括下电极层、压电层和上电极层的接触。
于是，通过插入介质层可以增强粘结强度。此外，尽管压电层相对于谐振频率可具有较大的温度系数，但是可以通过附加介质层，弹性常数可以相对于温度变化得到补偿。其结果是，减小了相对于温度变化的谐振频率变化。
较佳的是，介质层可以设置在基片和下电极层之间。
于是，就增强了在基片和下电极层之间的粘结强度。当使用硅半导体作为基片时，介质层可作为绝缘层使用。
较佳的是，跨接部分是通过延伸至少一个选自一组包括下电极层、压电层、上电极层和介质层来形成的。
于是，就消除了用于形成跨接部分的专用制造处理工艺。
较佳的是，形成了至少一个选自一组包括下电极层、压电层、上电极层和介质层，使之延伸至空腔部分的边缘部分中的至少一部分。
于是，就增强了用于支撑压电振动部分的强度。
较佳的是，至少两个跨接部分包括一个第一跨接部分，它还包括从上电极层延伸的部分；和一个第二跨接部分，它还包括从下电极层延伸的部分。压电元件还包括一个第一引线电极，它可设置在基片的空腔部分的边缘部分上，使之与从上电极层延伸的部分电气连接并且还连接着第一端电极；和一个第二引线电极，它可设置在基片的空腔部分的边缘部分上，使之与从下电极层延伸的部分电气连接并且还连接着第二端电极。
具有这些性能，第一跨接部分和上电极层可以电气连接，以及第二跨接部分和下电极层可以电气连接。
较佳的是，提供第一引线电极，使得在层叠方向上的投影中，连接着压电振动部分中心和第一跨接部分中心的第一中心线不会与连接着压电振动部分中心和第一引线电极中心的第二中心线相重叠；以及提供第二引线电极，使得在层叠方向上的投影中，连接着压电振动部分中心和第二跨接部分中心的第三中心线不会与连接着压电振动部分和第二引线电极中心的第四中心线相重叠。
较佳的是，提供第一跨接部分，使得第一跨接部分不会以层叠方向设置在压电振动部分和第一引线电极之间；以及提供第二跨接部分，使得第二跨接部分不会以层叠方向设置在压电振动部分和第二引线电极之间。
具有这些性能，高功率的电信号不会同时从引线电极进入到压电振动部分。因此，就可防止压电元件的击穿。其结果是，能够提高压电元件的额定功率。
较佳的是，压电元件还包括一个第一中继电极，它通过至少两个跨接部分电气连接着延伸至空腔部分边缘的上电极层；和一个第二中继电极，它通过至少两个跨接部分电气连接着延伸至空腔部分边缘的下电极层。
通过采用该方法来提供第一和第二电极，输入电压可以通过跨接部分从压电振动部分的边缘均匀地提供给压电振动部分。
较佳的是，第一中继电极和第二中继电极中至少一个可以沿着空腔部分边缘的环状或框架形状来设置的。
于是，可以希望输入电压以最均匀的方式来提供。
本发明的第二方面提出了一种复合压电元件，在该元件中，至少有两个压电元件是相互电气连接的，至少一个压电元件包括一个基片，一个层叠在基片上的下电极层，一个层叠在下电极层上的压电层，一个层叠在压电层上的上电极层，一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分，以及至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上。所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
于是，就可以使用抑止寄生响应的压电元件来提供具有优良特性的复合压电元件。
本发明的第三方面提出了一种压电元件，它包括一个基片，一个层叠在基片上的下电极层，一个层叠在下电极层上的压电层，一个层叠在压电层上的上电极层，一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的镜面层，一个包括从上电极层延伸出部分的第一结合部分，用于电气和机械连接在镜面层上所形成的第一引线电极，以及一个包括从下电极层延伸出部分的第二结合部分，用于电气和机械连接在镜面层上所形成的第二引线电极。所形成的第一结合部分和第二结合部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
采用这种结构，所形成的第一结合部分和第二结合部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。因此，可以抑止由于支撑部分的对称所引起的寄生响应。
本发明的第四方面提出了一种滤波器，它包括多个压电元件，至少一个压电元件包括一个基片，一个层叠在基片上的下电极层，一个层叠在下电极层上的压电层，一个层叠在压电层上的上电极层，一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分，以及至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上。所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
本发明的第五方面提出了一种双工器，该双工器包括多个压电元件，且至少一个压电元件包括一个基片，一个层叠在基片上的下电极层，一个层叠在下电极层上的压电层，一个层叠在压电层上的上电极层，一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分，以及至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上。所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
本发明的第六方面提出了一种包括压电元件的通讯设备，其中压电元件包括一个基片，一个层叠在基片上的下电极层，一个层叠在下电极层上的压电层，一个层叠在压电层上的上电极层，一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分，以及至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上。所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
根据本发明，可以提供具有优良振动特性的压电元件，在该元件中，可以有效地抑止由于基片的支撑部分对称所引起的寄生响应。此外，可以提供具有优良机械强度的复合压电元件，在该元件中，不需要的振动模式不会在相邻压电元件之间形成相互干扰。此外，本发明提供了一种使用这类压电元件或者复合压电元件的滤波器，双工器和通讯设备。
本发明的上述和其它目的、性能、方面和优点将在以下结合附图的本发明详细描述中变得更加显而易见。
图1A是本发明第一实施例的压电元件20的俯视图；图1B是第一实施例的压电元件20沿着图1所示的线B-B的剖面示意图；图1C是下电极层和它附近提取部分的平面示意图；图2A是当形成空腔部分且使之垂直贯穿基片时的压电元件20a的俯视图；图2B是当形成空腔部分且使之垂直贯穿基片时的压电元件20b的剖面示意图；图3A是通过在基片上形成空腔部分形成层所形成空腔时压电元件20b的俯视图；图3B是通过在基片上形成空腔部分形成层所形成空腔时压电元件20b沿着图3A所示的线B-B的端面示意图；图4A是本发明第二实施例的压电元件20c的俯视图；图4B是第二实施例的压电元件20c沿着图4A所示的线X-X平面的第一实例的示意图；图4C是第二实施例的压电元件20c沿着图4A所示的线X-X平面的第二实例的示意图；图4D是第二实施例的压电元件20c沿着图4A所示的线X-X平面的第三实例的示意图；图5A是第三实施例的压电元件20d的第一实例的示意图；图5B是第三实施例的压电元件20d的第二实例的示意图；图5C是第三实施例的压电元件20d的第三实例的示意图；图5D是第三实施例的压电元件20d的第四实例的示意图；图5E是第三实施例的压电元件20d的第五实例的示意图；图6A是第四实施例的压电元件20e的第一实例的示意图；图6B是第四实施例的压电元件20e的第二实例的示意图；图6C是第四实施例的压电元件20e的第三实例的示意图；图6D是第四实施例的压电元件20e的第四实例的示意图；图6E是第四实施例的压电元件20e的第五实例的示意图；图7A是压电元件20f的俯视图，在该压电元件中，压电振动部分1是矩形形状的；图7B是压电元件20f的俯视图，在该压电元件中，压电振动部分1是不等边的非平行的多边形形状的；图7C是压电元件20f的俯视图，在该压电元件中，从上边看下去看去不分25的形状是矩形形状的；图8A是本发明第六实施例的压电元件20g的俯视图；图8B是第六实施例的压电元件20g沿着图8A所示的线X-X平面的剖面示意图；图8C是下电极层和它附近提取部分的平面示意图；图9是说明提供第一和第二中继电极5a和5b效果的示意图；
图10A是第六实施例的变型实例的压电元件20h的俯视图；图10B是压电元件20h沿着图10A所示的线B-B的剖面示意图；图10C是下电极层和它附近提取部分的平面示意图；图11A是本发明第七实施例的压电元件20i的俯视图；图11B是压电元件20i沿着图11A所示的线B-B的剖面示意图；图12A是一种压电元件的俯视示意图，在该元件中，第一至第三跨接部分2a、2b和2c没有设置在压电振动部分1和第一引线电极3a之间，以及没有设置在压电振动部分1和第二引线电极3b之间；图12B是一种压电元件的俯视示意图，在该元件中，第二跨接部分2b设置在压电振动部分1和第一引线电极3a之间，以及第三跨接部分2c设置在压电振动部分1和第二引线电极3b之间；图13A是本发明第八实施例的复合压电元件20j的俯视图；图13B是复合压电元件作为比较实例的俯视图，用于说明图13A所示复合压电元件的效果；图14是一种复合压电元件的俯视图，该复合压电元件是通过将第一引线电极3a集成或耦合连接着上电极层所构成的；图15A是一种复合压电元件的剖面示意图，该复合压电元件所提供的空腔部分可以被两个压电元件共享；图15B是一种复合压电元件的俯视示意图，该复合压电元件所提供的空腔部分可以被两个压电元件共享；图16A是本发明第九实施例的第一实例的复合压电元件20m的俯视图；图16B是本发明第九实施例的第二实例的复合压电元件20q的俯视图；图17是跨接部分变型实例的示意图；图18是跨接部分变型实例的示意图；图19是跨接部分变型实例的示意图；图20是跨接部分变型实例的示意图；图21是跨接部分变型实例的示意图；图22是跨接部分变型实例的示意图；图23是本发明第十实施例的镜面压电元件的剖面示意图；图24是本发明第十一实施例的梯形滤波器600的结构示意图；图25是本发明第十二实施例的天线双工器200的结构示意图；
图26是本发明第十三实施例的通讯设备411的结构示意图；图27A是常规压电元件的剖面示意图；图27B是常规压电元件的等效电路图；图28A是国际专利公开号NO.98/52280中所披露的常规压电元件的俯视图；图28B是图28A所示常规压电元件沿着线B-B的剖面示意图；图29A是日本特许专利公开号NO.9-1301990中所披露的另一常规压电元件的俯视图；和，图29B是图29A所示常规压电元件沿着线B-B的剖面示意图。
具体实施例方式
在本发明中，压电振动部分是采用基片通过至少两个跨接部分支撑在空腔部分上。所形成的这两个或者多个支撑部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。于是，能够抑止由于采用基片来支撑压电振动部分的支撑部分所引起的寄生响应。下文将参考附图来讨论本发明的性能。在附图中，采用相同数字标记的部分都是系统的部分或者具有相同的功能。
(第一实施例)图1A是本发明第一实施例的压电元件20的俯视图。图1B是第一实施例的压电元件20沿着图1所示的线B-B的剖面示意图。图1C是下电极层和它附近提取部分的平面示意图。
在图1A至1C中，压电元件20包括一个压电振动部分1，两个跨接部分2(2a和2b)，两个引线电极部分3(3a和3b)，以及两个端电极部分4(4a和4b)。
压电振动部分1包括一个层叠在基片21上的下电极层24，一个层叠在下电极层24上的压电层22，和一个层叠在压电层22上的上电极层23。压电中东部分1设置在空腔部分25，该空腔部分形成在基片21上。压电层22的材料是诸如氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)或氮化铝(AlN)之类所适用的压电材料。上电极层23和下电极层23的材料是诸如钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、铂(Pt)或金(Au)之类所适用的材料。
两个跨接部分2是一个第一跨接部分2a和一个第二跨接部分2b。在图1A至1C中，为了简化，虚线表示跨接部分2不完全与第一跨接部分2a和第二跨接部分2b相一致。在图1A中，第一跨接部分2a是由参考数字2a(也同样适用于下文)所表示的阴影部分。在图1A中，第二跨接部分2b是由参考数字2b(也同样适用于下文)所表示的阴影部分。
两个引线电极部分3是包括下电极层24b的一个第一引线电极3a和一个第二引线电极3b。
两个端电极部分4是一个第一端电极4a和一个第二端电极4b。
第一和第二跨接部分2a和2b从压电振动部分1的一个边缘部分延伸。第一和第二跨接部分2a和2b将压电振动部分1支撑在空腔部分25上，以便于将压电振动部分1固定在基片21上。所形成的第一和第二跨接部分2a和2b，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分1的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分1的任何压电振动点形成点对称。
第一跨接部分2a包括一个部分23a，该部分是上电极层23且是从压电振动部分1的边缘延伸出的一部分；以及一个部分22a，该部分是压电层22且是从压电振动部分1的边缘延伸出的一部分。压电振动部分22的延伸部分22a延伸至空腔部分25的边缘部分。上电极层23的延伸部分23a连接着第一引线电极3a，该第一引线电极3a形成在延伸至空腔部分25的边缘部分的压电层22的部分22a上。第一引线电极3a连接着第一端电极4a。
第二跨接部分2b包括一个部分24a，该部分是下电极层24且是从压电振动部分1的边缘延伸出的一部分；以及一个部分22b，该部分是压电层22且是从压电振动部分1的边缘延伸出的一部分。压电振动部分22的延伸部分22b延伸至空腔部分25的边缘部分。此外，下电极层24的延伸部分24a延伸至空腔部分25的边缘部分。延伸至空腔部分25边缘部分的下电极层24的延伸部分24b变成为第二引线电极3b。该第二引线电极3b连接着第二端电极4b。延伸上电极层23，使之与下电极层24的延伸部分24a和其它延伸部分24b相重叠。
于是，第一和第二跨接部分2a和2b具有多层结构。因此，就增强了用于支撑压电振动部分1的机械强度。
该实施例的压电元件的等效电路图对应于图26B所示的等效电路图。然而，上电极层23形成在下电极层24的延伸部分24a和延伸部分24b上，使之夹着压电层22。因此，在这些延伸部分24a和24b中形成了一个新的电容器。于是，压电元件20的电容可以通过调整新电容器的电容得到调整。
接着，以下讨论第一实施例的压电元件20的制造方法。首先，在基片21的表面上形成空腔部分25。随后，采用牺牲层填满空腔部分25，例如，PSG或SiO2。接着，在填满牺牲层的空腔部分25上依次层叠下电极层24、压电层22、上电极层23和端电极。之后，采用腐蚀的方式，例如，氢氟酸水溶液，来去除牺牲层。于是，就形成了压电元件20。
在第一实施例的压电元件20中，压电振动部分1可设置在空腔部分25上并采用基片21以第一和第二跨接部分2a和2b两部分来支撑。因此，压电振动部分1基本上是以接近于自由振动的方式来振动的，从而就增加了有效的电机耦合因子。其结果是，施加在压电元件20电极之间的电能就能够比以前更加有效的转换成机械能。
在第一实施例的压电元件20中，形成支撑压电振动部分1的第一和第二跨接部分2a和2b，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分1的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分1的任何压电振动点形成点对称。。因此，压电振动部分1就难以扭曲。此外，在压电振动部分1中，很难在横向方向上产生任何振动。因此，在第一实施例的压电元件20中，很难存在着任何寄生响应的源。因此，与常规压电元件相比，在第一实施例的压电元件20中，由于支撑部分的对称性所引起的寄生响应可进一步得到抑止。其结果是，第一实施例的压电元件可作为一种谐振器来使用，它可具有能够衰减不需要振动模式的良好频率特性。
应该注意的是，在第一实施例中，空腔部分25只是形成在基片21的表面上，但是本发明并不限制与此，只要能够形成空腔部分激励。例如，空腔部分可以通过垂直贯穿基片来形成，或者通过在基片上形成空腔部分形成层来形成。
图2A是压电元件20a的俯视示意图，其中所形成的空腔部分是垂直贯穿基片的。图2B是压电元件20a沿着图2A所示线B-B的剖面图，其中所形成的空腔部分是垂直贯穿基片的。正如图2A和2B所示，空腔部分25可以通过垂直贯穿基片所形成。产生该空腔部分的方法如下。首先，在基片21上依次形成一个下电极层24、一个压电层22、一个上电极层23和一个引线电极部分4。随后，去除基片21的的部分，从而形成空腔部分25。
图3A是压电元件20b的俯视示意图，其中空腔部分是通过在基片上形成空腔形成层所形成的。图3B是压电元件20b沿着图2B所示线B-B的端面示意图，其中空腔部分是通过在基片上形成空腔形成层所形成的。正如图3A和3B所示，空腔部分25可以通过形成空腔部分形成层10来形成。空腔部分形成层10可以由诸如二氧化硅或者氮化硅之类的介质薄膜制成。此外，空腔部分形成层10可以是由诸如金属之类导电体制成的多层薄膜，只要与谐振器部分相接触的空腔部分形成层的表面是介质即可。产生该空腔部分的方法如下。首先，在基片21上形成空腔部分形成层10。随后，通过垂直贯穿空腔部分形成层10来形成空腔部分25。接着，在空腔部分25中填满牺牲层(即，PSG或者SiO2)。接着，在填满牺牲层的空腔部分25上依次形成一个下电极层24、一个压电层22、一个上电极层23和引线电极部分4。随后，通过刻蚀去除牺牲层，形成空腔部分25的开孔部分。
(第二实施例)图4A是本发明第二实施例的压电元件20c的俯视示意图。图4B是显示第一例沿着第二实施例的压电元件20c的图4A所示线X-X的剖面示意图。图4C是显示第二例沿着第二实施例的压电元件20c的图4A所示线X-X的剖面示意图。图4D是显示第三例沿着第二实施例的压电元件20c的图4A所示线X-X的剖面示意图。
正如图4B所示，在第一实例中，压电元件20c是由一层在下电极层24和基片21之间的介质层7a另外提供的。当基片21是诸如硅基片之类的半导体时，该介质层7a就具有绝缘基片的作用。由于介质层7a是通过设置介质层7a添加在由第一和第二跨接部分2a和2b所构成的元件上的，所以就增强了第一和第二跨接部分2a和2b的机械强度。
正如图4C所示，在第二实例中，压电元件20c还是由一层在下电极层24和压电层22之间的介质层7b另外提供的。在压电层22和下电极层24直接相互接触的结构中，在压电层22和下电极层24之间的粘结强度就会减弱，并因此使得该结构缺乏可靠性。然而，当介质层7b插入在压电层22和下电极层24之间，正如第二实例所示，则就会增强粘结强度并提高结构的可靠性。此外，压电层22自身的谐振频率会明显地随着温度的变化而变化。换句话说，压电层具有随着温度而变化的大的温度系数。然而，当介质层7b是由SiO2所制成时，弹性常数可以补偿温度变化。因此，就会减小谐振频率随着温度变化而变化。此外，介质层7b添加在第二跨接部分2b上，作为一个构成第二跨接部分2b的元件。因此，进一步增强了第二跨接部分2b的机械强度。此外，当介质层7b插入在压电层22和下电极层24之间时，也可以获得进一步减小寄生响应的效果。
正如图4D所示，在第三实例中，压电元件20c还是由一层在上电极层23和压电层22之间的介质层7c另外提供的。在压电层22和上电极层23直接相互接触的结构中，在压电层22和上电极层23之间的粘结强度较弱。然而，当介质层7c插入在压电层22和上电极层23之间时，正如在第三实施例中，可以提高粘结的强度，并且改善该结构的可靠性。此外，压电层22的谐振频率自身可随着温度变化而产生明显变化。换句话说，相对温度变化，压电层可具有大的温度系数。然而，当介质层7c是由SiO2所制成时，弹性常数可以补偿温度变化。因此，就会减小谐振频率随着温度变化而变化。因此，就会进一步提高第一跨接部分2a的机械强度。此外，当介质层7c插入在压电层22和上电极层23之间时，也可以获得进一步减小寄生响应的效果。
在第二实施例中，尽管已经最有效的提供了在第一至第三实例中所示的所有介质层7a、7b和7c，但是通过在压电元件中提供至少一层就可以获得某些效果。也就是说，跨接部分可以是通过延伸选自由下电极层、压电层、上电极层和介质层所构成的组中的至少一层来形成跨接部分。
正如在第一和第二实施例中所示，在下电极层上设置压电层是足够的。此外，在压电层上设置上电极层是足够的。
(第三实施例)本发明第三实施例是本发明的第一实施例的变型实例。
图5A是第三实施例的压电元件20d剖面的第一实例的示意图。在第一实施例中，正如图1B所示，下电极层24并不跨接在空腔部分25上。另一方面，在第三实施例的第一实例中，正如图5A所示，下电极层24包括一个部分24c。换句话说，形成下电极层24，使之跨接空腔部分25。采用这一结构，可以增强第一跨接部分2a的机械强度。此外，可以通过延伸下电极层24以增加相对于下电极层24的上电极层23的面积来调整电容器的电容量。
图5B是第三实施例的压电元件20d剖面的第二实例的示意图。正如图5B所示，上电极层23不一定要延伸至压电层22的部分22c的上面部分，该压电层22的部分22c的上面部分延伸至空腔部分25的边缘。通过采用这种方式使得上电极层23短些，就可以调整相对于下电极层24的上电极层23的面积，并且可调整电容器的电容量。
图5C是第三实施例的压电元件20d剖面的第三实例的示意图。正如图5C所示，压电层22不一定要延伸至空腔部分25的边缘。
图5D是第三实施例的压电元件20d剖面的第四实例的示意图。正如图5D所示，上电极层23不一定要延伸至第二跨接部分2b。换句话说，第二跨接部分2b可以只由压电层22的延伸部分22b和下电极层24的延伸部分24a形成。
图5E是第三实施例的压电元件20d剖面的第五实例的示意图。正如图5E所示，上电极层23和压电层22不一定要延伸至第二跨接部分2b。换句话说，第二跨接部分2b可以只由下电极层24的延伸部分24a形成。
采用这种方式，形成选自由下电极层、压电层、上电极层和介质层所构成的组中的至少一层，使之延伸至至少部分空腔部分的边缘，从而可以调整机械强度和电容量。
在图5B、5C、5D和5E中，形成了下电极层24，使之跨接空腔部分25，正如图5A所示。
(第四实施例)本发明的第四实施例是本发明第二实施例的变型实例。
图6A是是第四实施例的压电元件20e剖面的第一实例的示意图。在第二实施例中，正如图4B所示，下电极层24并不跨接在空腔部分25上。另一方面，在第四实施例的第一实例中，正如图6A所示，下电极层24包括一个部分24c。换句话说，形成下电极层24，使之跨接空腔部分25。采用这一结构，可以增强第一跨接部分2a的机械强度。
图6B是第三实施例的压电元件20e剖面的第二实例的示意图。正如图6B所示，上电极层23不一定要延伸至压电层22的部分22c的上面部分，该压电层22的部分22c的上面部分延伸至空腔部分25的边缘。通过采用这种方式使得上电极层23短些，就可以调整相对于下电极层24的上电极层23的面积，并且可精确调整电容器的电容量。
图6C是第三实施例的压电元件20e剖面的第三实例的示意图。正如图6C所示，压电层22不一定要延伸至空腔部分25的边缘。
图6D是第三实施例的压电元件20e剖面的第四实例的示意图。正如图6D所示，上电极层23不一定要延伸至第二跨接部分2b。换句话说，第二跨接部分2b可以只由压电层22的延伸部分22b和下电极层24的延伸部分24a形成。
图6E是第三实施例的压电元件20e剖面的第五实例的示意图。正如图6E所示，上电极层23和压电层22不一定要延伸至第二跨接部分2b。换句话说，第二跨接部分2b可以只由下电极层24的延伸部分24a形成。
采用这种方式，形成选自由下电极层、压电层、上电极层和介质层所构成的组中的至少一层，使之延伸至至少部分空腔部分的边缘，从而可以调整机械强度和电容量。
在图6B、6C、6D和6E中，形成了下电极层24，使之跨接空腔部分25，正如图6A所示。
(第五实施例)本发明第五实施例是一种变型实例，在该实例中，在本发明第一实施例中的压电振动部分的形状可以有各种各样的变化。
图7A是显示压电元件20f的俯视图，在该压电元件中，压电振动部分1是矩形的。正如图7A所示，压电振动部分1不一定是圆形的，它可以是矩形的。具有这种性能的压电元件20f也能够提供与第一实施例所相同的效果。
图7B是显示压电元件20f的俯视图，在该压电元件中，压电振动部分1是非等边非平行的多边形形状。正如图7B所示，压电振动部分1可以是非等边非平行的多边形形状，即，它的边是相互不相等的且相互是不平行的。具有这种性能的压电元件20f也能够提供与第一实施例所相同的效果。
在第一实施例的压电元件20中，空腔部分25的形状从上面观看是圆形的，但是本发明并不限制与此。图7C是显示压电元件20f的俯视图，在该压电元件中，空腔部分25的形状从上面观看是矩形的。正如图7C所示，空腔部分25的形状从上面观看可以是矩形的。此外，空腔部分25的形状可以是非等边非平行的多边形形状，而不是圆形或矩形的形状。
(第六实施例)图8A是显示本发明第六实施例的压电元件20g的俯视图。图8B是第六实施例的压电元件20g沿着图8A所示的线X-X平面的剖面示意图。图8C是下电极层和它附近提取部分的平面示意图。
正如图8A、8B和8C所示，在第六实施例中，压电元件20g包括第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c。所形成的第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分1的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分1的任何压电振动点形成点对称。因此，由于支撑部分的对称性所引起的寄生响应可得到抑止。
对于第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c来说，例如，第二跨接部分2b包括一个上电极层23的延伸部分23a，第三跨接部分2c包括下电极层24的延伸部分24a。在压电层22的端部分上设置第一引线电极3a。第一引线电极3a的一端连接着第一端电极4a，该端电极4a用于接受上电极层23的电信号和向上电极层23发送电信号。在基片21上设置第二引线电极3b。第二引线电极3b的一端连接着第二端电极(未显示)，该端电极用于接受下电极层24的电信号和向下电极层24发送电信号。
压电元件20g还包括一个第一中继电极5a，它通过第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c电气连接着延伸至空腔部分25边缘的上电极层23。第一中继电极5a是由部分23b所形成，还进一步从上电极层23的延伸部分23a延伸。第一中继电极5a内部一侧的侧面电气连接着上电极层23的延伸部分23a。第一中继电极5a外部一侧的侧面电气连接着第一引线电极3a的另一端。第一中继电极5a是以环绕着空腔部分25边缘的环形形状设置的，从而可以获得以上所讨论的连接关系。第一中继电极5a(23b)用于将由第一引线电极3a所提供的中继电信号通过上电极层23的延伸部分23a施加至上电极层23。
压电元件20g还包括一个第二中继电极5b，该中继电极5b通过第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c电气连接着延伸至空腔部分25边缘的下电极层24。第二中继电极5b是以环绕着空腔部分25边缘的环形形状设置的，以层叠方向与在压电振动部分1所投影的第一中继电极5a之下的第一中继电极5a相重叠。第二中继电极5b是由从下电极层24的延伸部分24a所延伸出的部分24b所形成的。第二中继电极5b(24b)电气连接着下电极层24的延伸部分24b。第二中继电极5b(24b)的外部则一侧的侧面电气连接着第二引线电极3b的另一端。于是，第二中继电极5b(24b)用于将由第二引线电极3b所提供的中继电信号通过下电极层24的延伸部分24a施加至下电极层24。
图9是说明提供第一和第二中继电极5a和5b效果的示意图。通过提供第一和第二中继电极5(5a和5b)，就能够提供通过环绕着压电振动部分1所设置的三个跨接部分2a、2b和2c将输入电压39均匀施加至压电振动部分1的效果，正如图9所示。
在第六实施例的压电元件20g中，正如图8B所示，第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c是由在垂直方向上相互重叠的上电极层23的延伸部分23a和23b和下电极层24的延伸部分24a，且将压电层22的延伸部分22a和22b分别插入在两者之间所形成的。这些部分形成了新的电容器。
此外，第一之间电极5a和第二中继电极5b形成，且相互以垂直方向与插入其中的压电层22的延伸部分22c相重叠。因此，这些部分也可以形成新的电容器。
第六实施例的压电元件的等效电路图对应于图26B所示的等效电路图。然而，这些新形成的电容器的电容可以通过调整上电极层和下电极层的重叠程度或者通过调整第一和第二中继电极的重叠程度来调整。于是，也就能够提供可以调整压电元件电容量的新的效果。
在第六实施例中，第一和第二中继电极5a和5b的形状从上面观看是圆形，着对应于压电振动部分1的形状，但是第一中继电极5a和第二中继电极5b的形状并不限制与此。第一中继电极5a和第二中继电极5b的形状并不限制于压电振动部分的形状，而可以具有任何所需的其它形状，例如，矩形。
图10A是第六实施例的变型实例的压电元件20h的俯视图。图10B是压电元件20h沿着图10A所示的线B-B的剖面示意图。图10C是下电极层和它附近的提取部分的平面示意图。
在第六实施例中，第一和第二中继电极5a和5b具有一个完整的环形形状，但是本发明并不限制与此。正如图10A、10B和10C所示，第一中继电极5a可以具有一个凹口部分，只要第一中继电极是通过第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c电气连接着延伸至空腔部分25边缘部分的上电极层23即可。相类似，第二中继电极5b可以具有一个凹口部分，只要第二中继电极是通过第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c电气连接着延伸至空腔部分25边缘部分的下电极层24即可。于是，即使第一和第二中继电极5a和5b都不是完整的环形形状，但也能够获得相同的效果。
此外，也可以使用不是环形的形状，诸如矩形栅格形状或者具有任意曲线的栅格形状之类的多边形栅格形状。
在上述的变型实例中，第一和第二中继电极5a和5b都具有凹口的部分。然而，可以一个是完整的环形形状。第一和第二中继电极5a和5b的凹口部分不一定是相同形状的。
在上述的变型实例中，第一中继电极5a的凹口部分在垂直方向上与第二中继电极5b的凹口部分相重叠。然而，凹口部分的位置可以是相互置换的。
(第七实施例)图11A是本发明第七实施例的压电元件20i的俯视图。图11B是压电元件20i沿着图11A所示的线B-B的剖面示意图。第七实施例的压电元件20i与第六实施例的压电元件20g相同，除了以下电。
正如图11A所示，提供第一引线电极3a，使得在层叠方向的压电振动部分1投影中，三个中心线Oma、Omb和Omc不与中心线ON1相重叠，其中，三个中心线Oma、Omb和Omc连接着压电振动部分1的中心O和第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c的中心，中心线ON1连接着压电振动部分1的中心和第一引线电极3a的中心。提供第二引线电极3b，使得在层叠方向的压电振动部分1投影中，三个中心线Oma、Omb和Omc不与中心线ON2相重叠，其中，三个中心线Oma、Omb和Omc连接着压电振动部分1的中心O和第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c的中心，中心线ON2连接着压电振动部分1的中心和第二引线电极3b的中心。该实施例在这两点上不同于第六实施例。
较佳的是，第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c没有设置在压电振动部分1和第一引线电极3a之间，也没有设置在压电振动部分1和第二引线电极3b之间。
图12A是一种压电元件的俯视示意图，在该元件中，第一至第三跨接部分2a、2b和2c没有设置在压电振动部分1和第一引线电极3a之间，也没有设置在压电振动部分1和第二引线电极3b之间。
当第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c采用图12A所示的方式来设置时，高功率的输入电压39就不会同时从第一引线电极3a进入到压电振动部分1。于是，就能够防止压电元件的击穿。其结果是，提高了压电元件的额定功率。
图12B是一种压电元件的俯视示意图，在该元件中，第二跨接部分2b设置在压电振动部分1和第一引线电极3a之间，以及第三跨接部分2c设置在压电振动部分1和第二引线电极3b之间。正如图12B所示，如果提供第一引线电极3a，使得在层叠方向的压电振动部分1投影中，三个中心线Oma、Omb和Omc不与中心线ON1相重叠，其中，三个中心线Oma、Omb和Omc连接着压电振动部分1的中心O和第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c的中心，中心线ON1连接着压电振动部分1的中心和第一引线电极3a的中心，以及提供第二引线电极3b，使得在层叠方向的压电振动部分1投影中，三个中心线Oma、Omb和Omc不与中心线ON2相重叠，其中，三个中心线Oma、Omb和Omc连接着压电振动部分1的中心O和第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c的中心，中心线ON2连接着压电振动部分1的中心和第二引线电极3b的中心，则高功率的输入电压39就会同时从第一和第二引线电极3a和3b进入到压电振动部分1。于是，就可能发生压电元件的击穿。
于是，在第七实施例中，就能够防止压电元件的击穿。
(第八实施例)图13A是本发明第八实施例的复合压电元件20j的俯视图。第八实施例的复合压电元件20j是一个滤波器。该复合压电元件20j包括至少两个压电元件20k和20l，这些压电元件可具有不同的谐振频率或者具有相同的谐振频率。压电元件20k和20l可以通过集成或耦合各自引线电极3b相互连接，从而电气连接着各自的下电极层。压电元件20k和20l都是压电元件，例如，如图8A或11A所示的压电元件。压电元件20k和20l的结构已经参考图8A和11A作了讨论，因此将不再对其作进一步的讨论。
在第八实施例的压电元件20j中，将各个压电振动部分1设置在空腔部分25上。各个压电振动部分1由第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c支撑在三部分上。因此，各个压电振动部分1以接近于自由振动的方式振动。于是，就增加了有效的电机耦合因子。
所形成的第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分1的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分1的任何压电振动点形成点对称。因此，就能够抑止由支撑部分的对称所引起的寄生响应。
在压电元件20k和20l中，提供第一和第二引线电极3a和3b，使得在层叠方向的压电振动部分1投影中，三个中心线Oma、Omb和Omc不与中心线ON1和ON2相重叠，其中，三个中心线Oma、Omb和Omc连接着压电振动部分1的中心O和第一、第二和第三跨接部分2a、2b和2c的中心，中心线ON1和ON2连接着压电振动部分1的中心和第一和第二引线电极3b的中心。因此，压电振动部分1所泄漏的振动43就不会发射到相邻的压电振动部分1。因此，由于相邻压电振动部分泄漏所引起的寄生响应就不会产生。其结果是，第八实施例的复合压电元件没有任何以横向声波模式所发射的不希望振动的干扰，并构成了一个具有具有良好频率特性的滤波器。
图13B是复合压电元件作为比较实例的俯视图，用于说明图13A所示复合压电元件的效果。正如图13B所示，提供第二引线电极3b，使得在层叠方向的压电振动部分1投影中，中心线Omc与中心线ON2相重叠，其中，中心线Omc连接着压电振动部分1的中心O和第三跨接部分2c的中心，中心线ON2连接着压电振动部分1的中心和第二引线电极3b的中心。采用这样一种结构，从压电元件20k的压电振动部分1所泄漏的振动43就会发射到相邻压电元件20l的压电振动部分1。在这种情况下，就会产生在相邻谐振器之间相互干扰的不需要的振动模式，以及寄生响应。在图13A所示的复合压电元件中，解决了这一问题。
然而，即使在具有图13B所示结构的复合压电元件中，如果压电元件20k的谐振频率等于压电元件20l的谐振频率，且其相位是相反的，则以横向发射声波模式所发射的不需要振动就可以相互抵消。因此，可以抑止寄生响应，从而使得图13B所示的复合压电元件也是有效的。
应该注意的是，在第八实施例中，复合压电元件可以通过连接压电元件20k和20l来构成，即，通过集成或耦合连接着下电极层的第二引线电极3b来构成。然而，本发明并不限制与此。图14是一种复合压电元件的俯视图，该复合压电元件是通过将第一引线电极3a集成或耦合连接着上电极层所构成的。正如图14所示，压电元件20k和20l的电气连接可以通过中继电极5a集成或耦合连接着上电极层的引线电极3a来实现。
在第八实施例中，对每一个压电元件都提供了构成复合压电元件的空腔部分。然而，所提供的空腔部分，可以由压电元件来共享。图15A是一种复合压电元件的剖面示意图，该复合压电元件所提供的空腔部分可以被两个压电元件共享。图15B是一种复合压电元件的俯视示意图，该复合压电元件所提供的空腔部分可以被两个压电元件共享。正如图15A和15B所示，所提供的空腔部分25a可以由压电元件20k和20l来共享。
在第八实施例中，复合压电元件是由两个压电元件所构成的，但也可以由至少三个压电元件来构成。当提供一个共享的空腔部分时，空腔部分就可以被所有的压电元件所共享，或者可以被部分压电元件所共享。
在第八实施例中，只要任何一个压电元件是本发明的压电元件就足够了。
(第九实施例)在第八实施例中，复合压电元件是使用具有环形形状电极的压电元件所构成的。然而，本发明并不限制与此。在第九实施例中，复合压电元件是使用第一实施例的压电元件，即，没有中继电极的压电元件所构成的。
图16A是本发明第九实施例的第一实例的复合压电元件20m的俯视图。该复合压电元件20m是一个滤波器，它包括至少两个压电元件20n和20p，这两个压电元件可具有不同的谐振频率或者具有相同的谐振频率。压电元件20n和20p的连接可以通过集成或耦合各个电气连接着下电极层的第二引线电极3b来实现。
图16B是本发明第九实施例的第二实例的复合压电元件20m的俯视图。该复合压电元件20q是一个滤波器，它包括至少两个压电元件20r和20s，这两个压电元件可具有不同的谐振频率或者具有相同的谐振频率。压电元件20r和20s的连接可以通过集成或耦合各个电气连接着上电极层的第一引线电极3a来实现。
在图16A和16B所示的两种复合压电元件中，使用了能够抑止寄生响应的压电元件，从而能够获得具有良好滤波器特性的滤波器。
在第九实施例中，一个滤波器是使用所具有压电振动部分的形状从上面观看是圆形的压电元件所形成的。然而。本发明并不限制与此。例如，正如图7A和7B所示的，一个滤波器可使用所具有压电振动部分的形状从上面观看是矩形的或者不等边不平行的多边形的形状的压电元件来形成。在这种情况下，能够获得相同的效果。此外，正如图7C所示，空腔部分的形状从上面观看可以是矩形的或者任何其它所需形状。
在第一至第九实施例中，形成跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。然而，在本发明中，只要所提供的跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称，即能够获得本发明在点对称中的优点。相类似的是，只要所提供的跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与在压电振动部分的任何电形成点对称，即能够获得本发明在线对称中的优点。换句话说，所形成的跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分1的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称就足够了。
图17、18、19、20、21和22是显示跨接部分变型实施例的示意图。
正如图17所示，第一跨接部分2a可以由压电层和上电极层构成，而第二跨接部分2b可以由压电层和下电极层构成。
正如图18所示，尽管它是关于线A-A的线对称，但是通过使得第一跨接部分2a的厚度不同于第二跨接部分2b的厚度，可防止压电元件相对于在压电振动部分1中的任何点的点对称。图18所示的压电元件也包含于本发明。
正如图19所示，尽管它是关于线A-A的线对称，但是通过使得第一跨接部分2a的长度不同于第二跨接部分2b的长度，可防止压电元件相对于在压电振动部分1中的任何点的点对称。图19所示的压电元件也包含于本发明。
正如图20所示，第一至第四跨接部分2a、2b、2c和2d具有相同的厚度、尺度和形状。然而，第一至第四跨接部分2a、2b、2c和2d可设置成，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。图20所示的压电元件也包含于本发明。
正如图21所示，第一和第二跨接部分2a和2b具有相同的厚度和长度。然而，尽管它是关于线A-A的线对称，但是通过使得第一引线部分3a的厚度不同于第二引线部分3b的厚度，可防止压电元件相对于在压电振动部分1中的任何点的点对称。图21所示的压电元件也包含于本发明。
正如图22所示，第一和第二跨接部分2a和2b可以设置成，使得第一跨接部分2a的中心线Ca-Ca垂直于第二跨接部分2b的中心线Cb-Cb。在这种情况下，尽管它是关于线A-A的线对称，但它可防止压电元件相对于在压电振动部分1中的任何点的点对称。图22所示的压电元件也包含于本发明。
(第十实施例)本发明也可以适用于镜子的压电元件。图23是显示本发明第十实施例的镜面压电元件的剖面示意图。在图23中，镜面压电元件100包括一个上电极层101、一个压电层102、一个下电极层103。一个镜面层104、一个第一结合部分105a、一个第二结合部分105b、一个第一引线电极106a、一个第二引线电极106b，以及一个基片107。由上电极层101、压电层102和下电极层103形成压电振动部分。
第一结合部分105a是由一个从上电极层101边缘部分所延伸的电极所构成的，而压电的基础部分是从压电层102到镜面层104的以上部分。第一结合部分105a将第一引线电极106a和上电极层101电气连接，并且机械连接着压电振动部分和第一引线电极106a。
第二结合部分105b是由一个从下电极层103边缘部分所延伸的电极所构成的，而压电的基础部分是从压电层102到镜面层104的以上部分。第二结合部分105b将第二引线电极106b和下电极层103电气连接，并且机械连接着压电振动部分和第二引线电极106b。
第一和第二结合部分105a和105b可设置成，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。第一和第二结合部分105a和105b的结构图形可以是，例如，在该图形中，图1所示的空腔部分25可以由镜面层104所取代。
于是，在第十实施例中，结合部分可设置成，，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。因此，压电振动部分很难扭曲。此外，在压电振动部分中，难以发生在横向方向上的振动。因此，在第十实施例的压电元件100中，就难以存在着任何寄生响应的源。因此，在第十实施例的压电元件中，就能够抑止由支撑部分的对称性所引起的寄生响应。其结果是，第十实施例的压电元件可以用作为一个谐振器，它具有能够衰减不需要振动模式的良好频率特性。
应该注意的是，类似于第一实施例，第十实施例的压电元件可以根据在本说明书中所讨论的各种变型实例进行改进。
例如，在该实施例中，使用了两个或三个跨接部分。然而，本发明并不限制与此，根据需要可以增加跨接部分的数量。
此外，滤波器如在该实施例中的复合压电元件的实例所显示。然而，本发明并不限制与此，并且本发明的复合压电元件可以应用于喷墨打印机的喷头、传感器或者其它各种设备。
(第十一实施例)接着，参考图24来讨论应用于梯形滤波器的本发明压电元件的结构。
图24是本发明第十一实施例的梯形滤波器600的结构图。在图24中，梯形滤波器600包括一个第一压电元件610、一个第二压电元件620和输入/输出端630和640。第一和第二压电元件610和620是在第一至第十实施例中的任一实施例所显示的压电元件。
第一压电元件610串联连接在输入/输出端630和640之间。因此，第一压电元件610作为一个串联谐振器工作。
第二压电元件620并联连接在输入/输出端630和640与接地之间。因此，第二压电元件620作为一个并联谐振器工作。
压电谐振器采用该方式连接，使得滤波器构成了L型梯形滤波器。
各个压电元件的厚度可设置成，使得第一压电元件610的谐振频率不同于第二压电元件620的谐振频率。第一压电元件610的谐振频率可设置成高于第二压电元件620的谐振频率。于是，就能够实现具有带通特性的梯形滤波器。较佳的是，第一压电元件610的谐振频率与第二压电元件620的反谐振频率相匹配，或者设置成其相邻附近。采用这种方式，就能够实现具有较好平坦带通特性的梯形滤波器。
在第十一实施例中，滤波器是单级梯形滤波器，但是本发明的压电元件可以用于多级梯形滤波器。
在第十一实施例中，滤波器具有L型梯形结构，但是该滤波器可以是具有其它结构的滤波器，例如，是能够获得相同效果的T型或π型的多级结构。不用说，采用T型或π型的多级结构也能够获得相同的效果。
此外，不仅可采用梯形类型，而且还可以采用栅格形的滤波器结构，来获得相同效果。换句话说，结构并不限制于以上所讨论的结构，它可以是任何结构，只要滤波器至少使用了一个本发明的压电元件。
(第十二实施例)在第十二实施例中，讨论了使用以上所讨论实施例的压电元件的天线双工器和通讯设备的结构。
图25是本发明第十二实施例的天线双工器200的结构示意图。在图25中，天线双工器200包括一个Tx滤波器(发射滤波器)201，它采用了本发明的压电元件；和一个Rx滤波器(接受滤波器)202，它采用了本发明的压电元件；以及一个相移器203，它包括两个传输线204和205。Tx滤波器201允许传输带宽中的信号通过并衰减接受带宽中的信号。Rx滤波器202允许接受带宽的信号通过并衰减传输带宽中的信号。于是，就能够获得具有诸如低损耗之类良好特性的天线双工器。应该注意的是，滤波器的数量或构成滤波器的压电元件的数量不限制于图24所示的数量，并且可以根据需要进行设计。至少一个本发明的压电元件可以用于构成Tx滤波器201和/或Rx滤波器202的压电元件就足够了。
图26是显示本发明第十二实施例的通讯设备的结构图。在图26中，通讯设备411包括一个图25所示的天线双工器404、一个发射放大器405、一个滤波器406、一个发射电路407、一个接受放大器408、一个接受电路409、以及一个天线410。从发射电路407所输出的发射信号通过滤波器406和发射放大器405输入至天线双工器404。输入至天线双工器404的发射信号可以通过天线410发射。另一方面，碍天线410上所接受到的接受信号可通过天线双工器404和接受放大器408输入至接受电路409。于是，当天线双工器404具有诸如低损耗之类的良好特性时，就能够实现紧凑和高性能的通讯设备。本发明的压电元件也可以用于滤器406。此外，通讯设备并不限制与此图26所示实例的压电元件，并可以根据需要进行设计。使用本发明压电元件的部分并不限制于双工器或滤波器。本发明的压电元件可以用于接受一侧的滤波器。
于是，可以通过将本发明的压电元件应用于天线双工器或者通讯设备来实现具有良好特性的天线双工器或者通讯设备。本发明是一个压电元件或一个复合压电元件，它们可具有抑止横向传播声波模式的良好频率特性，并因此本发明可有效适用于便携式设备、通讯设备或者其它等等。
在详细讨论本发明的过程中，上述的描述从所有方面进行了说明，但并不是限制。应该理解的是，可以在不脱离本发明的范围的条件下引申出众多的其它改进和变型。
权利要求
1.一种压电元件(20)，其特征在于，它包括一个基片(21)；一个层叠在所述基片上的下电极层(24)；一个层叠在所述下电极层上的压电层(22)；一个层叠在所述压电层上的上电极层(23)；一个形成在包括所述下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分(1)下的空腔部分(25)；以及，至少两个从所述压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分(2a，2b)，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上；其中，所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述空腔部分是通过处理基片来形成的。
3.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述空腔部分是通过处理空腔部分形成层(10)，用于形成设置在所述基片上的空腔部分。
4.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，还包括设置一个介质层(7a、7b、7c)，使之接触至少一个选自一组包括下电极层、压电层和上电极层。
5.根据权利要求4所述的压电元件，其特征在于，所述介质层(7a)设置在所述基片和所述下电极层之间。
6.根据权利要求4所述的压电元件，其特征在于，所述跨接部分是通过延伸至少一个选自一组包括下电极层、压电层、上电极层和介质层来形成的。
7.根据权利要求4所述的压电元件，其特征在于，所述至少一个选自一组包括下电极层、压电层、上电极层和介质层形成，使之延伸至空腔部分的边缘部分中的至少一部分。
8.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述至少两个跨接部分包括一个第一跨接部分(2a)，它包括从上电极层延伸的部分；和，一个第二跨接部分(2b)，它包括从下电极层延伸的部分；以及，所述压电元件还包括一个第一引线电极(3a)，它可设置在基片的空腔部分的边缘部分上，使之与从上电极层延伸的部分电气连接并且还连接着第一端电极；和，一个第二引线电极(3b)，它可设置在基片的空腔部分的边缘部分上，使之与从下电极层延伸的部分电气连接并且还连接着第二端电极。
9.根据权利要求8所述的压电元件，其特征在于，提供第一引线电极，使得在层叠方向上的投影中，连接着压电振动部分中心和第一跨接部分中心的第一中心线(OMa)不会与连接着压电振动部分中心和第一引线电极中心的第二中心线(OM1)相重叠；以及，提供第二引线电极，使得在层叠方向上的投影中，连接着压电振动部分中心和第二跨接部分中心的第三中心线(Omb)不会与连接着压电振动部分和第二引线电极中心的第四中心线(ON2)相重叠。
10.根据权利要求9所述的压电元件，其特征在于，提供第一跨接部分，使得第一跨接部分不以层叠方向设置在压电振动部分和第一引线电极之间；以及，提供第二跨接部分，使得第二跨接部分不以层叠方向设置在压电振动部分和第二引线电极之间。
11.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，还包括一个第一中继电极(5a)，它通过至少两个跨接部分电气连接着延伸至空腔部分边缘的上电极层；以及，一个第二中继电极(5b)，它通过至少两个跨接部分电气连接着延伸至空腔部分边缘的下电极层。
12.根据权利要求11所述的压电元件，其特征在于，所述第一中继电极和第二中继电极中至少一个可以沿着空腔部分边缘的环状或框架形状来设置。
13.一种复合压电元件(20j)，在该复合压电元件中，至少两个压电元件是相互电气连接的，所述压电元件(20k，20l)中至少一个包括一个基片；一个层叠在基片上的下电极层；一个层叠在下电极层上的压电层；一个层叠在压电层上的上电极层；一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分(1)下的空腔部分(25)；和，至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分(2a，2b，2c)，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上；其中，所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
14.一种压电元件(100)，其特征在于，它包括一个基片(107)；一个层叠在基片上的下电极层(103)；一个层叠在下电极层上的压电层(102)；一个层叠在压电层上的上电极层(101)；一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的镜面层(104)；一个包括从上电极层延伸出部分的第一结合部分，用于电气和机械连接在镜面层上所形成的第一引线电极；和，一个包括从下电极层延伸出部分的第二结合部分，用于电气和机械连接在镜面层上所形成的第二引线电极；其中，所形成的第一结合部分和第二结合部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
15.一种包括多个压电元件的滤波器，其特征在于，至少一个压电元件包括一个基片；一个层叠在基片上的下电极层；一个层叠在下电极层上的压电层；一个层叠在压电层上的上电极层；一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分；和，至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上；其中，所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
16.一种包括一个具有多个压电元件的滤波器的双工器(200)，其特征在于，至少一个压电元件包括一个基片；一个层叠在基片上的下电极层；一个层叠在下电极层上的压电层；一个层叠在压电层上的上电极层；一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分；和，至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上；其中，所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
17.一种包括压电元件的通讯设备(411)，其特制在于，所述压电元件包括一个基片；一个层叠在基片上的下电极层；一个层叠在下电极层上的压电层；一个层叠在压电层上的上电极层；一个形成在包括下电极层、压电层和上电极层的压电振动部分下的空腔部分；和，至少两个从压电振动部分的一个边缘部分延伸出的跨接部分，用于以基片将压电振动部分支撑在空腔部分上；其中，所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
全文摘要
本发明的压电元件包括一个基片，一个下电极层，一个压电层，一个上电极层，一个形成在压电振动部分下的空腔部分，以及至少两个跨接部分。所形成的至少两个跨接部分，使之在层叠方向的压电振动部分的投影中，不与跨越压电振动部分的任何线部分形成线对称和/或不与压电振动部分的任何压电振动点形成点对称。
文档编号H03H9/17GK1645640SQ20041009567
公开日2005年7月27日 申请日期2004年11月19日 优先权日2003年11月20日
发明者大西庆治, 中村弘幸, 中塚宏 申请人:松下电器产业株式会社