专利名称：应用宽度振动模式的谐振器和谐振元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有一个基本上呈矩形截面的及应用一种宽度振动模式的一种谐振器和一种谐振元件，更详细地说，涉及可在各种不同的应用领域(如压电谐振器、单模式压电滤波器、双模式压电滤波器和梯形滤波器)内使用的一种谐振器和一种谐振元件。
一般来说，在几十KHz至2MHz的频率范围内使用一种具有一个平板形状(如方形板)的压电体及应用一种伸缩振动模式或一种外形切变振动模式的压电谐振器。
不管使用上述振动模式的哪一种，只有该压电谐振器的主面上的中心点是一个结点。这就导致在稳定地支撑该压电谐振器方面的困难。因而在如以上所述那样构成的一种压电谐振器中，通常的作法是压电谐振器使用设置在其中的弹性弹簧端的与结点相接触。
但是，这样一种结构安排引起在该谐振器与该弹簧端进行接触的点处的应力集中。因此产生该应力使得该压电谐振器断裂的可能性。
再有，因为该振动结点位于该谐振器主面的中心处，故采用一种不同于上述的具有弹簧端的支撑结构的支撑结构是困难的。此外，要减少一个使用由弹簧端支撑的压电谐振器的元件的尺寸也是困难的。
本发明的较佳实施例提供在一个从几百KHz至2MHz的很宽的频率范围内或在一个更宽的频段内适用的一种谐振器和一种谐振元件，能适用于被一种与传统的支撑结构相比进行了简化的支撑结构所支持、能消除由于该支撑结构引起的应力集中和允许大大缩减整个结构的尺寸。
为了获得上述的优点，按照本发明的较佳实施例，一种谐振器应用一种新近发现的宽度振动模式和包括一个具有一个基本上呈矩形截面的谐振部分。该基本上呈矩形的截面包括一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，长边的长度对短边的长度之比(即b/a)最好设置在满足下述关系式(1)的值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.86)(1)其中n是一个整数，σ是用于形成该谐振器的材料的泊松比。
更具体地说，该谐振器的特征在于该谐振部分的尺寸和该谐振器材料的泊松比满足上述关系。如从本发明的较佳实施例的描述中可看出，在满足上述关系时激励一种确定的宽度振动模式，在该模式中将较长的侧表面的大致中心的部分互连起来的整个区域变成一个振动结点。
因此，即使在上述的振动结点处支撑该谐振器，该谐振器的谐振特性也不会变坏。用于在该振动结点处支撑该谐振器的结构的例子包括支撑部件、金属端等，该支撑结构连接到基本上将较长的侧表面的中心互连起来的区域的外表面上。
在本发明的较佳实施例的一个方面中，大致上呈矩形截面的谐振部分包括一个压电体和一个具有在该压电体的外表面上形成的多个谐振电极的压电谐振部分。该压电体的材料的例子包括陶瓷(例如锆酸铅与钛酸铅的压电陶瓷)和压电物质(如石英和LiTaO3)的单晶。在一种压电陶瓷的情况下，在一个垂直于或平行于该大致上呈矩形截面的方向上对该压电体进行极化。
最好在该压电体的外表面上放置谐振电极。该外表面沿平行于或垂直于该大致上呈矩形截面的方向延伸。
在使用上述的压电谐振部分的情况下，该压电体的极化方向和该谐振电极所居的位置是这样来选择的，从而可以或是使用一种纵向压电效应，或是使用一种横向压电效应。从本发明的较佳实施例的描述中可了解到，本发明的压电谐振器可以或是使用一种纵向压电效应，或是使用一种横向压电效应。
在本发明的较佳实施例的另一个方面中，应用上述某种宽度振动模式的谐振器还包括至少大体上连接到该谐振部分的较长的侧表面中的一个的中心处的支撑部件。在该种宽度模式下振动的新颖的谐振器中，该振动结点存在于将较长的侧表面中心处基本上互连起来的整个区域上。因而通过把该支撑部件大体上连接到该较长的侧表面的中心处可在不妨碍该某一宽度振动模式中的振动的情况下来支撑该谐振器。因此，通过经由分离的部件牢固地支撑该支撑部件，可在不影响该谐振部分的振动的情况下来支撑该谐振器。采用这种方式，通过将该支撑部件固定到外壳基体、外壳部件或诸如此类上可方便地构成一种谐振元件。
在本发明的较佳实施例的又一个方面中，提供一种应用一种宽度振动模式的芯片型压电谐振元件。该谐振元件包括具备上述支撑部件的新颖的谐振器、分别结合(通过粘结或焊接)到该谐振器的顶部和底部上的外壳基体和至少一个用于限定间隙的形成间隙部件(该部件是用来防止该谐振器的振动部分的振动受到妨碍)。该间隙形成装置最好位于在该外壳基体内或在该外壳基体和该谐振器之间。
上述的芯片型压电谐振元件最好还包括第一和第二隔板。最好将这些隔板刚性地安装到该谐振器的支撑部件上。该隔板与该谐振器结合起来形成一个在中心处具备一个开口的框式的谐振板。将该谐振器的谐振部分放置在该框式谐振板内形成的中心开口内(该框式谐振板由该谐振器和二个隔板形成)。将外壳基体分别结合到该谐振板的顶部和底部上。以这种方式完成将该谐振部分密封起来的一种芯片型压电谐振元件。
该新颖的谐振器和谐振元件不限于应用一种所谓的单谐振特性的谐振器和使用这种谐振器的元件。本发明的较佳实施例也可适用于使用多个谐振特性的滤波器。
在本发明的较佳实施例的又一个方面中，上述的压电谐振部分包括第一和第二压电谐振部分，该谐振部分具备大体上连接到一较长的侧表面之一的中心的支撑部件。将该第一和第二压电谐振部分的另一个侧表面的大致中心部分通过连接部件连接在一起。分别在第一和第二压电谐振部分的顶部表面上形成第一和第二谐振电极。一个共同的谐振电极位于该第一和第二压电谐振部分的底部表面上，使其通过一个压电体与该第一和第二谐振电极重叠。以这种方式提供一种双模式压电滤波器。
上述双模式压电滤波器最好还包括第一和第二隔板和外壳基体。把该隔板最好刚性地安装到该谐振器的支撑部件上。该隔板与该谐振器结合起来形成一个具有一个大致在中心处的开口的框式的谐振板。将外壳基体最好分别接合到该谐振板的顶部和底部上。将该第一和第二压电谐振部分放置在该框式谐振板内形成的大致中心处的开口内(该框式谐振板由该谐振器和由该第一和第二隔板形成)。将外壳基体分别接合到该谐振板的顶部和底部上。采用这种方式的话，上述的双模式压电滤波器相当于一种装入了该第一和第二压电谐振部分的芯片型压电谐振元件。
在本发明的较佳实施例的一个附加的方面中，提供一种构成单模式压电滤波器的、具有上述压电谐振部分的谐振器。在该结构中，该压电谐振部分包括一个压电板、沿在该压电板的顶部表面上的长边的边缘设置的第一和第二谐振电极以及一个在该压电板的底部表面上形成的、使之通过该压电板与该第一和第二谐振电极重叠的共同的谐振电极。
上述单模式压电滤波器最好还包括一个基板、一个形成上述单模式压电滤波器的谐振器、多个金属端和一个安装到该基板上以便包围安装在该基板上的谐振器的顶盖部件。在该基板的顶部表面上设置多个用于与外部元件连接的连接电极。以下述的方式在该基板上配置该谐振器使一个较长的侧表面面朝下。该多个金属端起到将该谐振器的第一和第二谐振电极以及共同的谐振电极电连接到该连接电极的作用。该金属端还起到将该谐振器安装到该基板上的作用。
在本发明的较佳实施例的再一个方面中，提供一种梯形滤波器，该滤波器至少包括一个形成一个并联支路的压电谐振器和至少包括一个形成一个串联支路的压电谐振器。该滤波器的特征在于通过该新颖的压电谐振器形成该串联和并联谐振器中的至少一个。在另一较佳实施例中，可通过按照本发明的该较佳实施例的压电谐振器形成所有的串联和并联谐振器。
最好将该新颖的梯形滤波器做成一种以下述方式构成的芯片型元件。在由按照本发明的该较佳实施例的压电谐振器形成所有的串联和并联谐振器时，最好增加一个基板和多个金属端。最好在该基板上堆积多个形成这些串联和并联谐振器的该压电谐振器。通过该金属端将该压电谐振器安装到该基板上。在这种情况下，在该基板的顶部表面上设置与外部元件连接的多个连接电极。该金属端起到使该压电谐振器的谐振电极与该基板上的连接电极进行电连接以形成一个梯形滤波器的作用。再有，该金属端以物理的方式在该基板上支撑该压电谐振器。把一个顶盖牢固地安装在该基板上以便包封堆积在该基板上的该压电谐振器。
在将该压电滤波器的较长的侧表面的中心互连起来的区域内将上述的金属端连接到该压电谐振器上。
在本发明的该较佳实施例的另一个方面中，提供一种梯形滤波器，该滤波器包括至少一个形成一个并联支路的压电谐振器和至少一个形成一个串联支路的压电谐振器。该谐振器的特征在于通过该新颖的压电谐振器形成该串联和并联谐振器中的至少一个，其中支撑部件大体上连接到较长的侧表面的中心。在这种情况下，也可通过上述的压电谐振器形成所有的串联和并联谐振器。
在通过所发明的具有上述支撑部件的压电谐振器形成所有的串联和并联谐振器时，提供一种以下述方式构成的芯片型梯形滤波器。进一步再提供安装到形成该串联和并联谐振器的压电谐振器的支撑部件上的第一和第二隔板。该隔板与该压电谐振器结合起来形成一个具有一个基本上中心处的开口的框式的谐振板。由于该压电谐振器与该第一和第二隔板结合起来形成该框式的谐振板，故将该谐振器的压电谐振部分定位于该谐振板内的中心开口中。在厚度方向上堆积包含该压电谐振器的谐振板，由此形成一个层叠结构。分别将外壳基体接合到该层叠结构的顶部和底部以限定防止该压电谐振器的．振动部分受到妨碍的间隙。在这种情况下，在该外壳基体内或在每个外壳基体与该谐振板之间提供至少一个形成间隙装置以限定上述间隙。
可通过在位于该堆叠了的压电谐振器的侧面上的外壳基体的那些表面内形成凹口来构成上述的至少一个形成间隙装置。在另一种方式下，通过在各个外壳基体和各个谐振器之间配置具有开口的垫片来形成该至少一个形成间隙装置以防止该谐振部分的振动受到妨碍。该垫片可由一种合成树脂、一种陶瓷或其它合适的材料来制成。也可通过将一种对压力敏感的粘合剂涂敷到该外壳基体上或该谐振板上的矩形部分并且对该粘合剂进行固化来形成该垫片。
在以下参照附图对于本发明的较佳实施例的描述过程中将显现本发明的其它特征和优点。
图1是按照本发明的第一较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图。
图2是说明本发明的较佳实施例应用的一种宽度模式的一个概要的平面图。
图3是说明现有技术的设备中应用的一种宽度模式的一个概要的平面图。
图4(a)是示出在按照本发明的较佳实施例的一种宽度振动模式中的位移分布的一个图，该位移分布是通过由应用有限元法进行的一个分析而得到的；图4(b)是说明在图4(a)的图中使用的坐标的一个图；图5是示出在图4(a)中示出的位移分布中的位移矢量的分布的一个图。
图6是说明位移量对于图4(a)中示出的位移分布中的位置的关系的一个图，该位置是在Y方向上取的；图7是示出激励一个横向扩展模式的尺寸比b/a对于泊松比的关系的一个图；图8是示出尺寸比b/a对于图4(a)中示出的位移分布中的相对位移量的关系的一个图；图9是示出尺寸比b/a对于泊松比的关系的一个图；图10(a)是按照本发明的第二较佳实施例的一个压电谐振器的一个平面图，该谐振器应用一个宽度振动模式；图10(b)是图10(a)中示出的压电谐振器的一个正视图；图11是说明图10(a)和图10(b)中示出的压电谐振器内的位移分布的一个图；图12是按照本发明的第三较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图，该谐振器应用一种宽度振动模式；图13是按照本发明的第四较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图，该谐振器应用一种宽度振动模式；图14是按照本发明的第五较佳实施例的一个压电谐振器的一个平面图，该谐振器应用一种宽度振动模式并具有一个动态的吸收振动的部分。
图15是按照本发明的第六较佳实施例的一个芯片型谐振元件的一个分解透视图；图16是一个芯片型谐振元件的一个透视图；图17(a)是说明在等式(1)中的n＝2的场合一个谐振部分内的位移分布的一个图；图17(b)是说明使用该谐振部分形成的一个谐振器内的位移分布的一个图；图18是按照本发明的第七较佳实施例的一个芯片型压电谐振元件的一个分解透视图；图19是在图18中示出的压电谐振器中使用的一个压电陶瓷板的一个透视图；图20是一个压电谐振器的一个透视图；图21是图18中示出的芯片型压电谐振元件的一个透视图；图22是一个具有一个大致上呈矩形的框式支撑部件的集成压电谐振器的一个经修正的较佳实施例的一个透视图；图23(a)是一个压电滤波器的一个平面图，该压电滤波器是一个按照本发明的第八较佳实施例的压电谐振器；图23(b)是位于一个压电陶瓷板的下面的一个电极结构的一个概要的平面图，该电极结构被包括在图23(a)中示出的压电谐振器内；图24是按照本发明的第九较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图；图25是按照本发明的第十较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图26是按照本发明的第十一较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图，其中该压电谐振器由弹簧端来支撑；图27是按照本发明的第十二较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图；图28是按照本发明的第十三较佳实施例的一个压电谐振元件的一个透视图；图29是按照本发明的第十四较佳实施例的一个梯形滤波器的一个分解透视图；图30是图29中示出的梯形滤波器的一个透视图；图31是按照本发明的第十五较佳实施例的一个梯形滤波器的一个分解透视图；以及图32是在本发明的较佳实施例中使用的一个顶盖的一个透视图。
较佳实施例的描述本发明的较佳实施例的特征在于提供具有长度为b的长边和长度为a的短边的谐振部分，并且b/a，即长边的长度对短边的长度之比，最好设置在满足下述的等式(1)的值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.86) (1)(其中n＝1)。
这就是说，按照本发明的较佳实施例所有的谐振器、芯片型压电谐振元件、单模式压电滤波器、双模式压电滤波器和梯形滤波器最好都具有上述的谐振部分。
本发明的较佳实施例发明者们已认真地研究了下述的一种谐振器该谐振器具有一个能容易地被简化的支撑结构并适用于从几百千赫至几兆赫的频段。本发明者们已发现通过选择比值b/a使之处于满足上述等式(1)的值的±10％的范围内可实现上述优点。
由于该新颖的谐振器具有上述的谐振部分，故正如可从本发明的较佳实施例的描述中可看到的，以一种新近发现的宽度振动模式激励该谐振器。在适于以一种宽度振动模式振动的一种谐振器中，振动的结点包括将该谐振器的较长的侧表面的大致中心部分互连起来的整个区域。因此，如果在将较长的侧表面的中心互连起来的区域内支撑该新颖的谐振器，该谐振器的谐振特性几乎不受影响。再有，该谐振器的谐振特性从几百千赫至几兆赫的频段内变化。因此，可提供一种具有一个简化的支撑结构和适用于从几百千赫至几兆赫的频段的谐振器。
此外，由于如前面所述振动结点存在于将较长的侧表面的近似中心互连起来的区域内，故在将支撑部件大体上连接到该较长的侧表面的中心的场合，谐振部分的振动几乎不漏泄到该支撑部件。因而，通过把该支撑部件安装到外壳部件或其它部件上可方便地支撑该谐振器。也就是说没有必要使用弹簧端或其它复杂的支撑结构。因此在使用该谐振器形成一个谐振元件的场合，可减少零件的数目。此外，可减少尺寸。
更进一步是通过把外壳基体分别结合到该新颖的谐振器的顶部和底部使得该谐振器被夹在该外壳基体之间，可方便地提供一种芯片型压电谐振元件。该新颖的芯片型压电谐振元件不需要任何复杂的支撑结构(如弹簧端)。结果是可容易地实现该谐振元件的微型化。此外，可改善抗冲击强度。
在该新颖的双模式压电滤波器中，通过上述的新颖的谐振部分形成第一和第二压电谐振部分。因而如果在该压电谐振部分的较长的侧表面的大致中心处支撑该滤波器，该滤波器特性几乎不受影响，与上述新颖的谐振器的情况相似。因此可提供一种具有简化的支撑结构并适用于几百千赫至几兆赫的频段的尺寸很小的双模式压电滤波器。
在上述双模式压电滤波器中，如通过一个谐振器和通过第一和第二隔板形成一基本上呈矩形的框式谐振板的话，就将第一和第二压电谐振部分定位于该基本上呈矩形的框式谐振板内的中心开口内。通过把外壳基体分别结合到该谐振板的顶部和底部上可将一个双模式压电谐振器做成一个芯片型元件。因为将外壳基体结合到该谐振板上故可增强该双模式压电滤波器的抗冲击强度。
类似地，在该新颖的单模式压电滤波器中，在第一和第二谐振电极与共同的谐振电极重叠的区域内形成第一和第二谐振部分。因而，如支撑该压电板的较长的侧表面的大致中心部分的话，该滤波器特性几乎不受影响。因此，可提供一种具有一个简化了的支撑结构并适用于从几百千赫至几兆赫的频段的单模式压电滤波器。
此外，在该新颖的单模式压电滤波器中，通过使用如以上所描述的将该较长的侧表面的大致中心部分互连起来的区域可支撑该压电谐振器。因此，通过把基板、金属端和一个顶盖部件结合起来可容易地构成一个芯片型单模式压电滤波器。
在该新颖的梯形滤波器中，通过该新颖的压电谐振器形成一串联谐振器和一并联谐振器中的至少一个。如前面所述可在较长的侧表面的大致中心处支撑该新颖的压电谐振器。因此可提供一种具有一个简化了的支撑结构并适用于从几百千赫至几兆赫的频段的梯形滤波器。在本发明的较佳实施例中，在由压电谐振器形成所有的串联和并联谐振器的场合，可简化所有用于支撑该压电谐振器的结构，在该梯形滤波器中的所有谐振器都由按照本发明的另一较佳实施例的压电谐振器组成的场合，通过把基板和金属端组合起来可容易地构成一个芯片型梯形滤波器。
通过使用新颖的压电谐振器(该谐振器通过将支撑部件连接到谐振部分来进行制造)也可构成上述新颖的梯形滤波器。在这种情况下，通过把第一和第二隔板安装在该压电谐振器上可构成一个谐振板。因而，通过在该谐振器的一厚度方向上堆叠谐振板和把外壳基体结合到该层叠结构上，可方便地制成一个具有良好的抗冲击强度的芯片型梯形滤波器。其中每个谐振板都包含一个形成串联和并联谐振器的压电谐振器。
以下参照附图更详细地说明本发明的较佳实施例。
图1是按照本发明的第一较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图。该压电谐振器1包括一个基本上呈矩形的压电板2以及放置在该矩形压电板2的各自底和顶主表面上的谐振电极3和4。该压电板2最好由一种压电陶瓷制成，该压电陶瓷包括具有泊松比σ＝0.324的锆酸铅与钛酸铅组成。使该压电板2经受一种处理，从而使该压电板2在箭头P所示的厚度方向上，即在垂直于该压电板2的主面的方向上，进行极化。该压电板2也可由其它的压电陶瓷、石英或LiTaO3的一种压电物质的一种单晶或其它可适用的材料组成。
该压电板2形成一个具有一个平行于其主面的基本上呈矩形的截面的谐振部分。也就是说，该基本上呈矩形的截面平行于该压电板2的顶部和底部表面。该基本上是矩形的截面具有长度为b的长边和长度为a的短边。将该比值b/a最好设置在满足下述等式(1)的值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.86)(1)其中，n＝1。
最好分别在该压电板2的顶部和底部表面的整个表面上延展而形成谐振电极3和4。在该压电谐振器1中，将一个交流电压加在谐振电极3和4的二端，以便用一种下面要描述的一种新近发现的宽度模式来激励该压电谐振器1。
现在通过参照图2的概要的的平面图描述上述的一种宽度振动模式。当在该种宽度模式下激励该压电谐振器1时，该谐振器在用虚线A表示的状态和用点划线B表示的状态间振动。该种宽度模式被强烈地激励。
如从图2可看到的，在前述的该种宽度振动模式下，该压电谐振器1的较长的侧表面的大致中心点C形成振动结点。
图4(a)示出用一种有限元法进行的该种宽度模式的分析结果。图4(b)示出在图4(a)中示出的压电谐振器内的位置关系。图5是示出在用有限元法进行分析的场合下该压电谐振器1的被激励的该种宽度振动模式的分析结果的位移矢量的一个图。
如从图4(a)、4(b)和5中可看到的，在该压电谐振器1中的位置变化(振动或位移)不在将长边的大致中心点C互连起来的整个区域(即在图4(b)中示出的X轴的附近)之上产生。这意味着在用该种宽度模式激励该谐振器的情况下将长边的大致中心点互连起来的整个区域形成振动的结点。因而，可在将长边的大致中心点互连起来的区域内成功地支撑该谐振器而不使谐振特性变坏。
另一方面，在众所周知的宽度振动模式中(如图3中概要地示出的)，一个压电谐振器5在用虚线A表示的状态和用点划线B表示的状态之间重复地振动。因此，很显然该压电谐振器5的振动结点只存在于该主面的中心处，每个长边的整个部分以较大幅度拍动或振动。
图6是说明由 给出的位移量对于在图4(b)中示出的坐标系统内在x＝X1处的Y方向上(即沿长边中的一个)的位移的关系的一个图。在上述公式中，Vx和Vy分别是在X和Y方向上的位移量。
从图6可看出，在该种宽度振动模式下激励的压电谐振器1中，位移量在每个长边的中心X1(图4(b))处为最小，位移量在中心X1和每个长边的端点+C1或-C1之间的中点处为最大。
因此，通过用其它支撑部件在上述振动结点(即，将长边的大致中心点互连起来的区域)支持该谐振器，可在不妨碍该种宽度模式的情况下来支撑本较佳实施例的压电谐振器1。
本发明者们已确认，如比值b/a是一个整数乘上-2.70σ+2.86的话，则以与将长边的大致中心点互连起来的区域形成一个结点和比值b/a满足关系-2.70σ+2.86的情况相同，激励该种宽度模式。通过参照图17(a)和17(b)进一步描述这一点。
图17(a)是说明当在等式(1)中n＝2的条件下用有限元法进行分析时在该压电谐振器中的位移分布的一个分析结果的一个图。从该图可看出，以类似图4a、4b和5所示的方式激励一种宽度振动模式。
图17(b)说明在n＝2的场合在该压电谐振器1内的位移分布。把支撑部件6和7最好连接到该压电谐振器1的彼此相对的长边的中心处。在该支撑部件6和7分别位于支撑部分8和9的外面。从图17(b)可看出，以该种宽度模式激励位于该支撑部件6和7之间的压电谐振器，并且几乎不将该位移传送到该支撑部件6和7。
本发明者们也已发现在激励该种宽度振动模式的情况下该合适的比值b/a依赖于该压电谐振器1的材料的泊松比。
图7示出当激励该种宽度模式时在比值b/a与泊松比σ之间的关系。如图7中所示，该比值b/a正比于泊松比σ。
因此，通过选择b/a的比值以便满足由(1)式给出的关系b/a＝n(-2.70σ+2.86)(1)(如由图7(b)中的直线所表示的)，肯定可以激励该种宽度模式。在以上的等式中，n是一个大于零的整数。
再有，本发明者们已发现即使比值b/a与泊松比σ之间的关系稍微偏离等式(1)，也能很强地激励该宽度振动模式。图8示出在使用一个压电谐振器(1)(该谐振器1带有一个压电板，该压电板由泊松比σ＝0.324的锆酸铅与钛酸铅制成)的情况下通过改变比值b/a得到的一个结果。在图8中，把纵坐标标绘为D(X1)/D(MAX)的值，其中D(X1)是在点X1(图4(b))处的位移量，D(MAX)是在某一点处的位移量，在该点处在该种宽度模式下其位移量假定为最大值(图6)。
如从图8可看到的，在泊松比σ＝0.324的情况下，只要比值b/a是在从大约1.787至大约2.184的范围内，该相对位移就在±10％的范围内。制造多个压电谐振器1的样品使得比值b/a在比值b/a的最佳值的±10％的范围内。将支撑部件连接到较长的侧表面的中心处，测量这些压电谐振器1的谐振特性。从测量结果可确定，在将比值b/a设置在满足等式(1)的值的±10％的范围内的情况下，即比值b/a满足下述的不等式0.9n(-0.27σ+2.86)≤b/a≤1.1n(-2.70σ+2.86)(2)(其中，n是整数)的情况下，可很强地激励该种宽度振动模式。
因而，如图9中所示，如将比值b/a设置在满足等式(1)的值的±10％的范围内的话，可很好地激励该种宽度模式。
第二实施例图10(a)是按照本发明的第二较佳实施例的、应用上述宽度模式的一个压电谐振器11的一个平面图。图10(b)是该压电谐振器11的一个正视图。该压电谐振器11具有一个其形状是一个基本上矩形板的压电谐振部分12。该谐振部分12起到一个与其顶部和底部表面平行的基本上矩形截面的振动体的作用，并包括一个压电陶瓷板13和谐振电极14及15。该压电陶瓷板13最好由一种压电陶瓷材料制成，该压电陶瓷材料泊松比σ＝0.324的锆酸铅与钛酸铅制成，并且在板13的厚度方向上(即在垂直于其主面的方向上)均匀地进行极化。最好分别沿压电陶瓷板13的顶部、底部表面的整个面上延伸形成谐振电极14和15。把该陶瓷板13的顶部表面的长边的长度b与短边的长度a的比值最好设置在满足等式(1)的值的±10％的范围内。
该压电谐振器11包括支撑部件16和17。把支撑部件16和17的每一个的一端分别连接到长边的相应的中心处，当在该种宽度振动模式下激励该压电谐振部分12时，该中心处是结点区域的一部分。
把具有一个基本上矩形板形状的支撑部分18和19分别连接到该支撑部件16和17的另一端。该支撑部分18和19沿该压电谐振部分12的纵方向延伸。
在该压电谐振器11中，将支撑部件16、17以及支撑部分18、19与该压电陶瓷板13形成一个整体。也就是说，制成一个基本上矩形的压电陶瓷板，然后对其进行机械加工使之成为图10(a)中所示的形状。
但是，该支撑部件16、17和支撑部分18、19可由与该压电陶瓷板13分离的部件制成。如所示出可用粘合剂或用其它合适的方法把它们结合在一起。
最好在支撑部件16和17的各自表面上形成引出导电部分14a和15a。在支撑部分18和19的各自的表面上形成端电极20和21。分别通过引出导电部分14a和15a将谐振电极14和15与端电极20和21电连接起来。如从图10a可清楚地看出的，可由一个电极整体地形成谐振电极14、引出导电部分14a及端电极20和/或谐振电极15、引出导电部分15a和端电极21。
在该压电谐振器11中，通过在端电极20和21二端加一个交流电压在该种宽度振动模式下激励该压电谐振部分12。如从由有限方法分析的位移分布(图11)中可看出的，使将该压电谐振部分12的长边的中心互连起来的区域不致产生振动。因而，即使将上述支撑部件16和17连接到长边的中心处，该支撑部件16和17也不影响该谐振部分12的振动。结果，可把在该种宽度振动模式下的振动有效地限制在支撑部件16和17之间的区域内。也就是说，把该振动的能量限制在位于支撑部件16和17之间的振动谐振部内。因此，可象一种能量阱型压电谐振器(energytrap type piezoelectric resonator)一样来使用该压电谐振器11。
在本较佳实施例中，将泊松比最好设置成等于0.324。在一个较佳实施例中，其中该压电陶瓷板13具有一个4.79mm的长边b、一个2.41mm的短边a和一个0.30mm的厚度。谐振频率是800KHz。在另一较佳实施例中，该压电陶瓷板具有一个1.92mm的长边b、一个0.96mm的短边a和一个0.20mm的厚度，谐振频率是2MHz。因而发现可构成一种适用于从800KHz至2MHz的频段的能量阱型压电谐振器。
如果该压电谐振部分12由其它材料制成的话可改变有效的频段，这一点是很有好处的。因此，通过由各种不同的压电材料来制造谐振部分12可得到在各种不同的频段内适用的能量阱型压电谐振器。
第三较佳实施例图12示出按照本发明的第三较佳实施例的一种压电谐振器。图12中示出的压电谐振器类似于关于图1描述的压电谐振器，不同之点在于将用作支撑部件的金属端22和23分别焊接到电极3和4上，该电极3和4位于图1中示出的压电谐振器1的表面上。在这种情况下，比值b/a是这样设置的，使得如以上所描述的那样在该种宽度振动模式下使该压电谐振器1得到很强的激励。在该压电谐振器1中，将长边的中心互连起来的区域形成振动结点，将金属端22和23最好焊接在该区域上。因而在本较佳实施例的压电谐振器中，该金属端22和23起到支撑部件的作用而不影响在该压电谐振器1中激励的该种宽度模式下的振动。不消说该金属端22和23的每一个也起到一端电极的作用，通过该端电极将一个交流电压加到谐振电极3和4上。
第四较佳实施例图13是按照本发明的第四较佳实施例的一个压电谐振器31的一个平面图。与第一较佳实施例的情况相同，该压电谐振器31具有一个压电谐振部分32，该谐振部分32起到一个具有一个基本矩形截面的振动体的作用。但是该压电谐振部分32包括一个压电板32a和一对沿长边的边缘设置在该压电板32a的顶部表面上的谐振电极32b及32c。
该压电板32a在用箭头P表示的方向上(即从谐振电极32b指向谐振电极32c延伸的方向)进行极化。该极化方向平行于该压电板32a的主表面。把该压电谐振部分32的每一长边的长度b对于每一短边的长度a的比值最好设置在满足等式(1)的值的±10％的范围内。
通过在谐振电极32b和32c之间加上一个交流电压使该压电谐振部分32以该种宽度振动模式振动。在这种情况下，在该压电谐振部分32内的位移方向平行于外加电场的方向。因此得到一个应用一种纵向压电效应的压电谐振器。
也就是说，使用所发明的该种宽度模式的谐振器不限于那些应用一个横向压电模式的压电谐振器。也可使用利用一种纵向压电效应的谐振器。
在本较佳实施例的压电谐振器31中，将支撑部件36和37连接到以上述一种宽度模式谐振的压电谐振部分32的振动结点上，即连接到长边的大致中心点处。把具有一个基本上矩形板形状的支撑部分38和39分别连接到支撑部件36和37的外端。该支撑部分38和39沿该压电谐振器部分32的纵方向延伸。如图13中所示，在支撑部件36和37上形成引出导电部分34a和35a，在支撑部分38和39上形成端电极40、41。
在上述的本发明的第一至第四较佳实施例中，都最好具有一个基本上矩形的截面的谐振部分包括一个压电体作为一个较佳实施例。本发明的较佳实施例的要点在于最好选择比值b/a使之处在一个较佳范围内以便以该种宽度振动模式下激励基本上矩形的截面的谐振部分。因而，该谐振部分可由一个不同于一个压电体的振动体形成。
第五较佳实施例可以在与该谐振器的谐振部分相连接的支撑部件的外侧形成动态阻尼器，从而由一种动态阻尼现象来抵消漏泄出谐振部分的振动。把这种类型的一个较佳实施例显示为在图14的本发明的第五较佳实施例。
在图14中，一个压电谐振器41是前面关于图10(a)和10(b)描述的第二较佳实施例的压电谐振器11的一个改型。要注意的是，用相同的参照号表示相同的元件，下面将不描述与图10(a)和10(b)的对应物类似的元件。
最好分别在该压电谐振器41的支撑部件16和17的外侧端部设置一对动态阻尼器42和43。把连接部件44和45分别连接到该动态阻尼器42和43的外侧表面的中心处。分别将连接部件44和45的外端连接到支撑部分18和19。也就是说，除了增加动态阻尼器42和43以及连接部件44和45之间外，该压电谐振器41与图10(a)和图10(b)中示出的压电谐振器类似。
由于众所周知的一种动态阻尼现象，故提供该动态阻尼器42和43以抵消自谐振器41的振动的漏泄。具体地说，动态阻尼器42和43接收来自谐振器4的振动漏泄，并通过以一种基本上等于该漏泄振动的频率的频率而振动以吸收该漏泄振动。其结果是可抵消从该谐振部分12漏泄出来的振动。
第六较佳实施例图15是示出按照本发明的第六较佳实施例的一种芯片型压电谐振元件的一个分解透视图的一个透视图。图16是该谐振元件的一个透视图。
通过使用一种类似于应用上述该种宽度振动模式的压电谐振器11的一种压电谐振器来构成该芯片型压电谐振元件。
更具体地说，将每一厚度几乎等于该压电谐振器11的厚度的隔板51和52结合到该压电谐振器11的侧表面，这样来形成一个谐振板53。在支撑部分18上形成一个从谐振电极14处延伸出来的引出导电部分58并使其与在隔板52的顶部上形成的一个端电极59进行电连接。将该端电极59延伸出到达该谐振板53的外端，即隔板52的外端。在隔板51的顶部表面上形成一个延伸到外端的端电极59b。该端电极59b的形成方式是跨过一个侧表面延伸到该隔板51的底部表面。在该隔板51的底部一侧，使端电极59b与在该压电谐振器11的底部表面上形成的一个谐振电极(未示出)进行电连接。也使该端电极59b与一个引出导电部分(未示出)和一个谐振电极(未示出)进行电连接。
隔板51和52各具有一个大体上呈U形的平面形状。将隔板51和52在它们的端部分别与该压电谐振器11的支撑部分18和19接合在一起，由此来形成一个集成结构。
该隔板51和52可由任意的绝缘材料制成。该材料的例子包括如氧化铝的绝缘陶瓷和合成树脂。使用一种合适的粘结材料，如一种粘合剂，将隔板51和52分别结合到该压电谐振器11的支撑部分18和19上。
将用作形成间隙装置的基本上矩形的框式的形成间隙的部件54和55分别放置在该谐振板53之上和之下。用一种绝缘粘合剂通过该形成间隙的部件54和55将外壳基体56和57分别结合到该谐振板53的顶部和底部。
放置该形成间隙的部件54和55使之不妨碍该压电谐振器11的振动部分(即压电谐振部分12)的振动。为达到这个目标来确定在该形成间隙的部件54和55中的开口54a和55a的尺寸以及该形成间隙的部件54和55的厚度。
该形成间隙的部件54和55可由绝缘树脂膜(如聚乙烯对苯二甲酸盐膜)和具有一种薄片形状的粘合剂制成。该部件54和55也可由其它任意的绝缘材料制成。
该外壳基体56和57可由绝缘陶瓷(如氧化铝)和合适的合成材料(如合成树脂)制造。通过形成间隙的部件54和55将谐振板53夹在外壳基体56和57之间，由此来形成一种集成结构。采用这种方法来构成图16中示出的一种芯片型压电谐振元件60。
在该芯片型压电谐振元件60中，将外壳基体56和57结合在一起以形成一个集成的层叠结构61。在该层叠结构61的二个端表面上形成外电极62和63。可通过电镀、蒸发、溅射或其它适用的技术由一种导电材料形成该外电极62和63。在另一种方式下，可涂敷一种导电糊剂并使其固化。
当将该芯片型压电谐振元件60安装在一个印刷电路板或诸如此类上时，最好不仅在该层叠结构的二个端表面处而且在所示出的顶部和底部表面上设置外电极62和63，从而便于与该印刷电路板上的导电图形进行电连接。为了易于在该层叠结构的顶部和底部表面上形成外电极62和63，已预先在该外壳基体56的顶部表面上形成电极56a和56b(如图15中所示)。在该外壳基体57的底部表面上形成一对类似的电极(未示出)。
并不总是需要预先形成电极56a和56b。在得到该层叠结构61之后，可涂敷或供给该外电极的材料使之延伸到顶部和底部表面。
在本较佳实施例中，最好制成如形成间隙的部件54和55的分离部件。但是，可在外壳基体56的底部表面内形成一个凹口，该凹口具有一个对应于该形成间隙的部件54的一个开口54a的间隙。类似地，可在该外壳基体57的顶部表面内形成一个凹口，该凹口具有一个对应于一个开口55a的间隙。采用这种方法来获得间隙以防止该压电谐振器11的振动部分的振动受到妨碍。在这种情况下，通过调整该凹口的深度可省去使用该形成间隙的部件54和55。
再者，可把一种绝缘粘合剂涂敷到在外壳基体56的底部表面内和在外壳基体57的顶部表面内的基本上矩形的框式区域上以代替该形成间隙的部件和代替上述的凹口。调整该粘合剂的厚度以形成防止该压电谐振器11的谐振部分12的振动受到妨碍的间隙。在这种情况下，该用于把外壳基体56和57结合到该谐振板53上的绝缘粘合剂也起到本发明的较佳实施例的形成间隙的装置的作用。在图15和16中示出的谐振元件中，使用在图10(a)和10(b)中示出的压电谐振器11。也可使用本发明的其它较佳实施例，例如在图13中示出的压电谐振器31的较佳实施例，在这种情况下可用上述类似方式方便地制造一种芯片型谐振元件。
第七较佳实施例在图16中示出的芯片型压电谐振元件60中，如图15中示出的，通过绝缘粘合剂把压电谐振器11结合到隔板51和52上。因而，如果在用图15中的箭头A指示的接合部分处产生较差的粘附性的话，那么其密封性能受到损害。这意味着该压电谐振器11的谐振部分的密封不完整，这就导致该芯片型压电谐振元件的特性(如抗湿性)的变坏。
现在通过参照图18-21描述本发明的能克服上述的抗湿性的问题的第七较佳实施例。图18是按照第七较佳实施例的一种芯片型压电谐振元件的一个分解透视图。在图18中示出的该芯片型压电谐振元件中，使用由一个包括一种基本上矩形外形的板组成的一个压电谐振器111来代替图15中示出的压电谐振器11和隔板51、52。其它的结构，即该形成间隙的部件54、55和保护性的基体56、57，与图15中示出的较佳实施例的对应物类似。用相同的参照号表示相同的元件，以下将不描述那些关于图15已描述过的元件。
该压电谐振器111最好由图19的透视图中示出的一个压电陶瓷板112制成。具体地说，通过激光刻蚀或机械加工或其它适用的方法对一个基本上矩形的压电陶瓷板进行加工成形，使之成为图19中示出的形状。更具体地说，该陶瓷板112包括一个基本上矩形的框式的支撑部分113和一个形成一个谐振部分的压电陶瓷板部分114。在该支撑部分113和该压电陶瓷板部分114之间提供二个具有一种大致是U形形状的开口113a，以使剩下的部分113b连接在该支撑部分113和该压电陶瓷板部分114之间。使该剩下部分113b分别位于该压电陶瓷板部分114的长边的中心部分处这一点是很有好处的。
以与压电陶瓷板11的情况相同的方式最好在该陶瓷板112上形成电极。其结果是得到图20中示出的压电谐振器111。在另一种方式下，可对一个在其上事先已形成了电极的基板进行机械加工使之成为图20中示出的压电谐振器111。
压电谐振器111类似于在图15中示出的、具有与谐振器11形成一个整体的隔板51、52的压电谐振器11。因而，该压电谐振器111的谐振部分、电极和其它部分通过与用于表示压电谐振器11的它们的对应物的参照号相同的参照号来表示，故以下将不对此进行描述。
正如前面所说明的，使用单个的压电陶瓷板112来构成图18中示出的压电谐振器111。因而，在该芯片型压电谐振元件的谐振部分的侧面上没有接合部分。因此有效地增强了抗湿性。
图21是通过把图18中示出的压电谐振器111、形成间隙的部件54、55和保护性基体56、57堆积起来而得到的、用数字120表示的一个芯片型压电谐振元件的一个透视图。把这些部件结合在一起以形成一个层叠结构121。安排外电极122和123以覆盖该层叠结构121的一对端表面。因而，可用与其它芯片型电子零件相同的方式将该芯片型压电谐振元件安装在一个如一个印刷接线板的平面上。
图22示出上述压电谐振器111的一个改型。该压电谐振器(通常用参照号131来表示)包括一个基本上矩形的框式支撑部件132和一个与该支撑部件132结合成一个整体的压电谐振器部分133。以类似于图13中示出的压电谐振器31的方式构成压电谐振器部分133。该压电谐振器部分和其它部分的结构与它们的压电谐振器31的对应物的结构相同，并且用与用于表示它们的对应物的参照号相同的参照号来表示，因而以下将不对此进行描述。
在该压电谐振器131中，大致上呈矩形的框式支撑部分132也与压电谐振部分133结合成一个整体。在构成一种芯片型压电谐振元件的场合，以与图18和20中示出的压电谐振器111的情况相同的方式，可有效地增强其抗湿性。
第八实施例在上述的较佳实施例中，每个压电谐振器最好都具备一个应用该种宽度振动模式的谐振部分。本发明的较佳实施例也可适用于一种具有多个应用该种宽度振动模式的谐振部分的压电滤波器。通过参照图23(a)和23(b)来描述作为本发明的第八较佳实施例的这种类型的一个较佳实施例。
图23(a)是该压电滤波器的一个平面图。图23(b)是位于该压电陶瓷板的下面的一个电极结构的一个概要的平面图，该电极结构被包括在该压电滤波器之中。
使用该压电谐振器141以形成一个双模式压电滤波器。该压电谐振器141具有一个第一压电谐振部分142和一个第二压电谐振部分143，这二者都应用该种宽度振动模式。该压电谐振部分142包括一个在其厚度方向上均匀地进行了极化的大体上矩形的压电陶瓷板以及将被置于该大体上矩形的压电陶瓷板上部和下部主表面上的电极142a和142b。该压电谐振部分143包括一个在厚度方向上均匀地进行了极化的大体上矩形的压电陶瓷板以及将被置于该大体上矩形的压电陶瓷板上部和下部主表面上的电极143a和143b。
分别以该种宽度振动模式激励该第一和第二压电谐振部分142和143。通过一个连接部件144来互连该振动的结点。通过一个在该连接部件144的下侧面上形成的连接导电部分把电极142b和143b互相电连接起来，这样来形成一个共同的谐振电极。把电极142a或143a用作一个输入或输出电极。把在下侧面上的电极142b和143b用作接地电极。这样一来，就形成一个利用一种对称模式和一个非对称模式的双模式压电滤波器。
该压电谐振器141的特征在于利用二个压电谐振部分142和143。压电谐振部分142和143中的每一个都在其它方面与压电谐振器11类似。通过支撑部件分别把第一和第二压电谐振部分142和143的外部的较长侧表面的大致中心部分连接到大致上矩形的框式的支撑部分147。因而，分别将第一和第二压电谐振部分142和143定位于在该支撑部分147内形成的一个开口147a中。
将该配置在该开口147a内的这些压电谐振部分142和143与该支撑部分147形成一个整体。通过对一个压电陶瓷板进行机械加工或激光刻蚀可得到具有已说明的平面形状的一个集成部件。
第九实施例图24是按照本发明的第九较佳实施例的一个透视图。与图10(a)和10(b)中示出的压电谐振器11的情况相同，该压电谐振器201应用一种纵向压电效应。该压电谐振器201具有一个包括一个具有大体上矩形的截面的压电陶瓷板202的压电谐振部分203。使该压电谐振部分203在结构方面与压电谐振器11不同。具体地说，该压电陶瓷板202在用平行于该主平面的箭头P(图24)表示的方向上进行极化。在该陶瓷板202的顶部表面上沿该较短的侧表面的边缘202a和202 b形成谐振电极204和205。该压电谐振器201在其它方面与压电谐振器11类似，以下将不描述这些类似点。
由于将谐振电极204和205互连起来的方向(即加上电压的方向)与位移平行，故提供一种通过在谐振电极204和205之间加一个交流电压从而应用一种纵向压电效应的谐振器。在本较佳实施例中，选择该压电陶瓷板202的每一长边的长度对于每一短边的长度的比值b/a，使之具有与关于图10(a)和10(b)已描述过的实施例中使用的关系相同的关系。这样一来，以关于图10(a)和10(b)已描述过的较佳实施例的情况相同的方式，提供一种应用该种宽度模式的压电谐振器。该谐振器可用支撑部分206和207来进行机械支撑。
第十较佳实施例图25是按照本发明的第十较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图。该压电谐振器210是在图10(a)和10(b)中示出的压电谐振器11的一个改型。在图10(a)和图10(b)中示出的压电谐振器11中，使用压电陶瓷板13。另一方面，在压电谐振器210中使用一个比压电陶瓷板13厚很多的压电陶瓷箱式部件213。也就是说，形成该压电谐振部分212的压电陶瓷部件213具有一种基本上矩形的截面形状，以与关于图10(a)和10(b)已描述的较佳实施例相同的方式来选择该矩形的比值b/a。谐振电极14位于平行于该大体上矩形的截面的面内(只示出一个)。采用这种方法，在本发明中该大体上矩形的截面的振动体可以具有一种箱式形状，该形状具有一个比该大体上矩形形状的长边的长度b大的厚度。
第十一实施例图26是按照本发明的第十一较佳实施例的一个压电谐振器的一个透视图。一个压电谐振器301包括一个具有长度为b的长边和长度为a的短边的大体箱式的压电陶瓷部件302。该具有大体上矩形的截面的压电陶瓷部件302在用箭头p表示的方向上(即在一个平行于短边的方向上)进行极化。在该压电陶瓷部件302的一对相对的侧表面上形成谐振电极303和304。这些相对的侧表面位于上述较长的侧表面的一侧。该压电谐振器301还包括一对用于支撑该压电陶瓷部件302的弹簧端305和306。
通过在谐振电极303和304之间加一个交流电压以该种宽度伸缩振动模式激励该压电谐振器301。该振动的结点位于将较长的侧表面的大致中心部分互连起来的整个区域。更具体地说，该振动的结点出现于在具有长度为b的长边的中心处环绕该压电陶瓷部件302延伸的整个区域上。因此，如图26中所示，可在上述结点处用弹簧端305和306容易地对该谐振器进行机械支撑。
如以上所述，可用弹簧端305和306对图26中示出的压电谐振器301进行支撑。在这种情况下，该振动的结点沿将具有长度为b的四个长边的中心点互连起来的线延伸。换言之，该振动的结点在一个基本上等于该压电陶瓷部件302的高度的一半的高度处以环绕方式延伸。因此，在该谐振器301与弹簧端305和306中的每一个之间的应力密度不是很大的。因此，该谐振器断裂的可能性非常小。
第十二较佳实施例图27是按照本发明的第十二实施例的一个压电滤波器401的一个透视图。该压电滤波器401是一种单模式压电滤波器。
该压电滤波器401包括一个基本上矩形的压电陶瓷板402。平行于该陶瓷板402的顶部和底部表面的截面具有一个大体上矩形的形状。该大体上矩形的形状用一个长度为b的长边和一个长度为a的短边来表示。把该压电陶瓷板402的长边的长度b对于短边的长度a的比值最好设置在满足上面说明过的等式(1)的值的±10％的范围内。
在该压电陶瓷板402的顶部表面上沿长边的边缘形成一个第一谐振电极403和一个第二谐振电极404。安放一个共同的谐振电极405以覆盖该压电陶瓷板402的整个底部表面。因此，该共同的谐振电极405通过该压电陶瓷板402与该二个谐振电极403和404重叠。
该压电陶瓷板402在其厚度方向上(即在垂直于顶部和底部的表面上)进行极化。把一个引线端406焊接到第一谐振电极403上。把另一个引线端407焊接到第二谐振电极404上。把再一个引线端408焊接到位于背部侧面上的共同的谐振电极上。
在该压电滤波器401中，在第一谐振电极403通过压电陶瓷板402与该共同的谐振电极405重叠的区域内形成一个第一谐振部分。类似地，在第二谐振电极404与该共同的谐振电极405重叠的区域内形成一个第二谐振部分。这样一来，在将该共同的谐振电极405连接到地电位的条件下，以及把第一谐振电极403和第二谐振电极404分别用作一个输入电极和一个输出电极的情况下，可把该压电滤波器用作一个单模式压电滤波器。
在该压电滤波器401中，为了防止该压电滤波器401的谐振特性变坏，将引线端406-408在将该压电陶瓷板402的较长的侧表面的大致中心点互连起来的区域内(即在结点处)固定到谐振电极403-405上。因而，焊接到该电极的引线端406-408不会使该滤波器401的谐振特性变坏。
第十三较佳实施例图28是按照本发明的第十三较佳实施例的一个压电滤波器的一个透视图。该压电滤波器411包括一个基板412，将一个压电滤波器元件413结合到该基板412上。该基板412最好由一种绝缘陶瓷(如氧化铝)或由一种合成树脂制成。在图28中示出的基板412具有一个大体上矩形的形状，但该基板412的形状不限于矩形。在该基板412的顶部表面上形成端电极414a-414c，该端电极延伸横跨相对的长边。
该压电滤波器元件413包括一个大体上矩形的压电陶瓷板413a、一个位于该陶瓷板413a的一个表面上的谐振电极和一个安排成覆盖另一个表面的整个表面的共同的谐振电极413d。将该谐振电极分成一个第一谐振电极413b和一个第二谐振电极413c。使该压电陶瓷板413a在板413a的厚度方向上进行极化。所取的在平行于二个表面的该压电陶瓷板413a的截面为一个大体上矩形的形状。把该压电陶瓷板413a的长边的长度b对于短边的长度a的比值最好设置在满足等式(1)的值的±10％的范围内。
与图27中示出的压电滤波器401的情况相同，通过把第一谐振电极413b用作一个输入电极、把第二谐振电极413c用作一个输出电极和把该共同的谐振电极413d连到地电位，可把该压电滤波器元件413用作一个单模式压电滤波器。
在该压电滤波器411中，使压电滤波器元件413与在该基板412上形成的连接端414a-414c进行电连接。更具体地说，通过一个金属端415a将该第一谐振电极413b与该连接电极414a进行电连接。类似地，通过一个金属端415b使该第二谐振电极413c与该连接电极414c进行电连接。通过另一个金属端(未示出)使该共同的谐振电极413d与该连接电极414b进行电连接。
设计该金属端415a和415b以便可使该压电滤波器元件413的较长的侧表面通过一个给定的间隙A与该基板412的顶部表面分隔开。也就是说，在图28中看是位于下侧面的该滤波器元件413的较长的侧表面不与该基板412的顶部表面接触。在该压电滤波器元件413的振动结点处将金属端415a、415b以及与该共同的谐振电极413d连接的金属端(未示出)与它们各自的谐振电极接合。具体地说，该滤波器元件413的振动结点位于在将长边的大致中心部分互连起来的方向上。因此，在这个区域内将金属端415a和415b分别接合到谐振电极413b和413c。
如从上述说明中可清楚地看出的，将金属端415a和415b接合在该振动结点处。因此，可以将该压电滤波器元件413刚性地安装到该基板412上而不影响该滤波器特性。
可以把一个在其下侧面上具备一个开口(未示出)的顶盖416(图32)安装在该基板412上，从而对该压电滤波器元件413进行密封。该顶盖416可由一种适当的绝缘材料(如一种陶瓷或合成树脂)制成。可通过一种绝缘粘合剂或诸如此类将该顶盖416结合到该基板412的顶部表面上。
第十四较佳实施例图29是按照本发明的第十四较佳实施例的一个梯形波滤器的一个分解透视图。图30是图29所示的该梯形滤波器的一个透视图。
本发明的较佳实施例的优点是既适用于上述的双模式压电滤波器和单模式压电滤波器，又适用于一种由多个谐振器的一个组合组成的梯形滤波器。如图29中所示，在该梯形滤波器中把谐振板501至504和外壳基体505、506以粘合方式结合在一起。
谐振板501至504各包含一个应用上述本发明的较佳实施例的该种宽度振动模式的压电谐振器。具体地说，谐振板501包括一个具有一对支撑部分513和514的压电谐振器511以及第一和第二隔板515和516。该压电谐振器511包括一个具有一个大体上矩形形状的压电陶瓷板512。把该支撑部分513和514通过支撑部分连接到该压电陶瓷板512的长边的大致中心部分。把隔板515和516结合到该压电谐振器511的侧面。
该压电谐振器511在结构方面与关于图15所描述的压电谐振器类似，所不同的是在该压电陶瓷板512的顶部和底部表面上形成的谐振电极517和518的面积小于该压电陶瓷板512的整个表面积。通过这一点可减少在谐振电极517和518之间产生的静电电容。
使谐振电极517与延伸到该谐振板501的外端的一个连接电极519进行电连接。使在背部侧面上的谐振电极518延伸出到达一个延伸到该板501的背部侧面上的该谐振板501的外端的连接电极520。
平行于顶部和底部表面所取的该压电谐振部分512的截面具有一个包括一对长边b和一对短边a的大体矩形的形状。把该压电谐振部分512的长边的长度b对于短边的长度a的比值最好设置在满足等式(1)的值的±10％的范围内。因此，与关于图10(a)和10(b)已描述过的压电谐振器的情况相同，以该种宽度振动模式激励该谐振部分。
谐振板504在结构方面与上述的谐振板501相同。但是，在该谐振板504中，连接电极521(将顶部表面上形成的谐振电极517电连接到该连接电极521)位于与前面提到的在谐振板501的顶部表面上形成的连接电极519的位置不同的一个位置。该谐振板504在其它方面与谐振板501类似。由于用相同的参照号表示相同的元件，故以下将不描述已经描述过的那些元件。
在另一方面，位于谐振板501和503之间的谐振板502包括一个压电谐振器531，分别把第一和第二隔板535和536连接到该压电谐振器531。至此该谐振板502与谐振板501类似。谐振板502和谐振板501之间的不同在于，在中心的压电谐振部分532的顶部表面上形成的谐振电极537和在背部表面上形成的一个谐振电极(未示出)的面积比谐振电极517和518的面积大。这增加了在谐振器531的谐振电极537和底部表面上的谐振电极(未示出)之间的静电电容。将谐振电极537与延伸到谐振板502的顶部表面上的外端的连接电极539进行电连接。该连接电极539处于这样一个位置上在已把各个谐振板互相紧靠着堆叠起来之后该连接电极539与在谐振板501上形成的连接电极520重叠。把在底部表面上的谐振电极(未示出)与被延伸出到该谐振板502的另一长边的中心的连接电极进行电连接。
除了形成连接电极的部分外，谐振板503与上面描述过的谐振板502类似。也就是说，与顶部表面上的谐振电极537电连接的一个连接电极549延伸到谐振板503的一个较长的侧表面的边缘的中心。把另一个在底部表面的谐振电极(未示出)延伸出到该电极与在谐振板504上形成的连接电极521重叠的位置上。
在外壳基体506的顶部表面内形成一个基本上矩形的凹口506a。在外壳基体505的底部表面内形成另一个凹口(未示出)。提供凹口506a以限定一个用于防止在谐振板504内的压电谐振部分的振动受到妨碍的间隙。可以形成一个矩形框式隔片以限定该间隙，从而代替该凹口506a。
最好通过用一种绝缘粘合剂把谐振板501-504结合在一起，以互相紧靠着的方式堆叠它们，以及用一种绝缘粘合剂分别将外壳基体505和506结合到顶部和底部侧面上来制造该梯形滤波器，从而形成一个层叠结构550。
此外，如图30所示，通过在该层叠结构550的一个侧表面上形成端电极550a-550f，可将一个二级梯形滤波器制成一个芯片型元件。在该梯形滤波器552中，将端电极551a用作一个输入电极。把端电极551b用作一个输出电极。把端电极551c连接地电位。将端电极551e和551f互相连接。可以用这种方式使该梯形滤波器工作。
在该梯形滤波器552中，通过应用按照本发明的较佳实施例的该种宽度振动模式的压电谐振器形成所有的并联和串联的谐振器。因此可提供一种适用于从几百千赫至2兆赫的频段内的芯片型、小尺寸的梯形滤波器。再有，分别将该压电谐振器引入到该谐振板501-504中。其结果是该制成的梯形滤波器552具有经过改善的抗冲击性。
第十五较佳实施例图31是按照本发明的第十五较佳实施例的一个梯形滤波器的一个分解的透视图。在该梯形滤波器中，将所有的串联和并联谐振器分别形成为谐振板501至504。将该谐振板以互相紧靠着的方式进行堆叠。每个压电谐振器只有一个压电谐振部分。具体地说，如图31中所示，将压电谐振器572至575互相堆叠并安装在一个基板571上。将谐振器572和575用作该梯形滤波器的串联谐振器，而将谐振器573和574用作并联谐振器。
在基板571上形成多个连接电极571a至571g，该基板571由一种适当的材料(如氧化铝)或一种合成树脂制成。
首先将压电谐振器572安装在基板571上。该谐振器572最好由一个大体上矩形的压电陶瓷板581制成，该压电陶瓷板581在板581的厚度方向上进行极化。平行于顶部和底部表面的截面形成一个大体上矩形的截面。把长边的长度b对于短边的长度a的比值最好设置在满足上面说明过的等式(1)的值的±10％的范围内。
在该压电陶瓷板581的顶部表面的中心内形成一个大体矩形的谐振电极582。在底部表面上形成另一个与该谐振电极582重叠的谐振电极(未示出)。将该谐振电极582与一个延伸到该压电陶瓷板581的顶部表面的一侧的连接电极583进行电连接。将一个金属端584连接到该连接电极583的中心，该金属端584的形状与金属端585类似。将在底部表面上形成的谐振电极(未示出)与在底部表面上沿该陶瓷板581的长边的边缘形成的一个连接电极(未示出)进行电连接。最好将该金属585结合到该连接电极的中心处。
在一个方向上取的金属端584和585的尺寸要足够大，以防止该压电谐振器572的底部表面与该基板571的顶部表面接触。在这个较佳实施例中，该金属端55具有一个平行于该压电陶瓷板581的较长的侧表面延伸的第一部分和一个在该第一部分的下端靠在该基板571的顶部表面上的第二部分。该平行于压电板581的较长的侧表面延伸的第一部分延伸到该压电陶瓷板581的底部表面之下。因此，在将平行于该基板571的该金属端585的下端部分焊接到该基板571上的情况下，使该压电谐振器572的底部表面与该基板571之间隔开一个理想的距离。因此，如把该金属端584和585连接到该板上的话，谐振器572的振动不受到妨碍。再有，将该金属端584和585在该压电谐振器572的较长的侧表面的大致中心处连接到该压电谐振器572。因此，如果以该种宽度模式激励该谐振器572的话，因为该包括金属端584和585的可靠的结构之故，故谐振特性如果不是一点不受影响，就是只受很少量的影响。
类似地，该压电谐振器573使用一个大体上矩形的压电陶瓷板591，该压电陶瓷板591在板591的厚度方向上进行极化。在该陶瓷板591的顶部表面上形成一个谐振电极592，该电极592不到达一个长边。该电极592从另一个长边开始通过一个侧表面到达底部表面。将一个金属端593结合到并且电连接到该谐振电极592。该金属端593在延伸到其中心之上的一个结合部分593a。使该结合部分593a靠在该压电陶瓷板591的较长的侧表面的中心的上面。
在该压电陶瓷板591的底部表面上形成一个第二谐振电极并且该第二谐振电极不到达另一长边。该第二谐振电极从一个长边出发跨过一个侧表面到达顶部侧面。在与接合金属端593的长边相对的侧表面上使该第二谐振电极与在背部侧面上的谐振电极进行电连接。
也是在压电谐振器573中，当在二个表面上的谐振电极之间加一个电压时，也以按照本发明的较佳实施例的该种宽度模式激励该谐振器。该振动的结点存在于将该压电陶瓷板591的较长的侧表面的中心互连起来的区域内。但是，将金属端593和594在该振动的结点处与谐振电极592和与在下侧面上的谐振电极(未示出)进行电连接。因此，如连接该金属端593和594的话，该压电谐振器573的谐振特性几乎不受到影响。
把金属端593和594的形状做成它们既不与下面放置的压电谐振器572接触也不与金属端584、585接触。让平行于基板571的金属端593和594的底部的那些部分与基板571上的连接端进行电连接。
压电谐振器574与上述的压电谐振器573类似，所不同的是连接到基板571上的金属端595和596的部分位于靠近长边的二端的位置以防止这些部分与下面放置的金属端593和594接触。
最上面的压电谐振器575与压电谐振器572类似，所不同的是金属端596和597位于该压电陶瓷板581的较长的侧表面的二端以防止金属端596和597与下面放置的其它金属端接触。
在本较佳实施例中，用金属端584-596把压电谐振器572-575接合到基板571上。这样就可制成类似于第十四较佳实施例的梯形滤波器的一个二级梯形滤波器。可把一个用于当前较佳实施例的、类似于图32中的顶盖的顶盖结合到该基板571上。把压电谐振器572-575密封在该顶盖内。采用这种方式可得到具有良好的密封性能的一个梯形滤波器。
也是在本较佳实施例中，用较长的侧表面的大致中心部分将压电谐振器572-575接合到金属端上并由金属端进行支撑。因而该压电谐振器572-575可显示出所需要的谐振性能。此外，用金属端使该压电谐振器572-575只与基板571上的连接电极进行电连接。故可免去在第十四较佳实施例中使用的支撑部件和支撑部分。其结果是可提供一个较小的梯形滤波器。
在以上的较佳实施例中，振动体由一种压电陶瓷制成。但是，可使用任何能显示出压电性的材料。其例子包括石英、LiTaO3、LiNbO3或诸如此类的一种压电单晶以及显示出压电性的高聚合物。再有，可以在一个本身不显示出压电性的半导体或金属板上形成一种压电材料，使该层叠结构象上述压电体那样工作。在这种情况下，有必要考虑整个谐振部分的泊松比σ。
尽管在这里公开了本发明的几个较佳实施例，但可以将所公开的理论加以实施的不同模式看作在下述权利要求的范围之内。因此，可以理解，本发明的范围仅仅受到权利要求书的限制。
权利要求
1.一种谐振器，包括一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形的截面的形状，该矩形包括一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振部分由一种泊松比为σ的材料制成，其中长度b对长度a的比值是在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.86)(1)其中n是一个整数。
2.权利要求1所述的谐振器，其中具有大体上矩形截面的谐振部分由包括一个压电体和多个在该压电体的一个外表面上形成的谐振电极的压电谐振部分构成。
3.权利要求2所述的谐振器，还包括一个支撑部件，该支撑部件与该谐振部分的至少一个长边的一个侧表面的一个大致中心部分相连接。
4.一种芯片型压电谐振元件，包括一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形的截面的形状，该矩形包括一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振部分由一种泊松比为σ的材料制成，其中长度b对长度a的比值是在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.86)(1)其中n是一个整数。支撑部件，该支撑部件与该谐振部分的至少一个长边的一个侧表面的一个大致中心部分相连接；连接到该谐振器的顶部和底部表面上的多个外壳部件，使得该谐振器夹在该外壳部件之间；以及在每一外壳部件内或在每个外壳部件和该谐振器之间提供的、以限定用于防止该谐持器的一个振动部分的振动受到妨碍的间隙的至少一个形成间隙的部件。
5.权利要求4所述的芯片型压电谐振元件，其中，该形成间隙的部件包括第一和第二隔板，这二个隔板与该谐振器结合起来形成一个具备一个大致上在中心开口的框式谐振板，把该隔板安装在该谐振器的支撑部件上，其中把外壳部件连接到该谐振板的顶部和底部表面上。
6.一种双模式的压电滤波器，包括一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形截面的形状，该矩形具有一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振器由一种泊松比为σ的材料制成，其中把长度b对于长度a的比值设置在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.68) (1)其中n是一个整数。该谐振部分具有第一和第二压电谐振部分，该第一和第二压电谐振部分包括与该长边的一个侧表面的一个大致中心部分相连接的支撑部件，用一个连接部件将该第一和第二压电谐振部分的长边的另一侧表面的大致中心部分连接在一起；该第一和第二压电谐振部分包括具有顶部表面的压电体；分别在该压电体的顶部表面上设置的第一和第二谐振电极；以及在该第一和第二压电谐振部分的底部表面上设置的、使之通过该压电体分别与该第一和第二谐振电极重叠的一个共同的谐振电极。
7.一种芯片型双模式压电滤波器，包括一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形截面的形状，该矩形具有一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振器由一种泊松比为σ的材料制成，其中把长度b对于长度a的比值设置在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.68)(1)其中n是一个整数。该谐振部分具有第一和第二压电谐振部分，该第一和第二压电谐振部分包括与该长边的一个侧表面的一个大致中心部分相连接的支撑部件，用一个连接部件将该第一和第二压电谐振部分的长边的另一侧表面的大致中心部分连接在一起；该第一和第二压电谐振部分包括具有顶部表面的压电体；分别在该压电体的顶部表面上设置的第一和第二谐振电极；以及在该第一和第二压电谐振部分的底部表面上设置的、使之通过该压电体分别与该第一和第二谐振电极重叠的一个共同的谐振电极；安装在该支撑部件上的、并与该双模式压电滤波器一起形成一个具备一个大体上处于中心的开口的框式谐振板的第一和第二隔板；以及分别连接到该谐振板的顶部和底部表面上的多个外壳部件。
8.一种单模式压电滤波器，包括一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形截面的形状，该矩形具有一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振器由一种泊松比为σ的材料制成，该谐振部分被安排成把长边的长度b对于短边的长度a的比值设置在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.68) (1)其中n是一个整数；该谐振部分包括一个压电板、在该压电板的一个顶部表面上沿该长边的侧边缘设置的第一和第二谐电极以及一个在该压电板的一个底部表面上设置的、通过该压电板与该第一和第二谐振电极重叠的一个共同的谐振电极。
9.一种芯片型单模式压电滤波器，其特征包括一个具有一个顶部表面的基板，在该顶部表面上设置多个与外部电子元件连接的连接电极；一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形截面的形状，该矩形具有一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振器由一种泊松比为σ的材料制成，该谐振部分被设计成把长边的长度b对于短边的长度a的比值设置在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.68) (1)其中n是一个整数；该谐振部分包括一个压电板、在该压电板的一个顶部表面上沿该长边的侧边缘设置的第一和第二谐振电极以及一个在该压电板的一个底部表面上设置的、通过该压电板与该第一和第二谐振电极重叠的一个共同的谐振电极，单模式压电滤波器位于该基板之上，其一个较长的侧表面面朝下；多个金属端，该金属端用于把该压电滤波器的第一和第二谐振电极及共同的谐振电极分别与连接端电连接起来，并用于把该谐振器安装在该基板上；以及一个安装到基板上以便将安装在该基板上的谐振器包封起来的顶盖部件。
10.一种梯形滤波器，其特征包括形成一个并联支路的至少一个并联压电谐振器；以及形成一个串联支路的至少一个串联压电谐振器，其中该串联谐振器和并联谐振器中的至少一个包括一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形截面的形状，该矩形具有一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振部分由一种泊松比为σ的材料制成，该谐振部分被设计成其中长边的长度b对于短边的长度a的比值设置在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.68) (1)其中n是一个整数；其中具有大体上矩形形状的截面的谐振部分包括一个压电谐振部分，该压电谐振部分包括一个压电体和多个位于该压电体的一个外表面上的谐振电极。
11.权利要求10中所述的梯形滤波器，还包括一个具有一个顶部表面的基板，在该顶部表面上设置多个与外部电元件连接的连接电极；多个端子；以及一个顶盖，其中把并联压电谐振器和串联压电谐振器堆叠在该基板上，让并联压电谐振器和串联压电谐振器的谐振电极通过多个端子与多个连接电极进行电连接，以使该并联压电谐振器和串联压电谐振器形成一个梯形滤波器并被固定在该基板上，并且把该顶盖固定到基板上以便包封该并联压电谐振器和串联压电谐振器。
12.权利要求11中所述的梯形滤波器，其中在将该并联压电谐振器和串联压电谐振器的较长的侧表面的大致中心部分互连起来的一个区域内把端子接合到该并联压电谐振器和串联压电谐振器上。
13.一种梯形滤波器，其特征包括形成一个并联支路的至少一个并联压电谐振器；以及形成一个串联支路的至少一个串联压电谐振器，其中至少一个串联压电谐振器和并联压电谐振器；一个谐振部分，该谐振部分具有一个大体上矩形截面的形状，该矩形包括一对长度为a的短边和一对长度为b的长边，该谐振部分由一种泊松比为σ的材料制成，其中长度b对长度a的比值是在由(1)式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.86) (1)其中n是一个整数；以及一个支撑部件，它与该谐振部分的长边中的至少一个后侧表面的大体上中心的部分相连接。
14.权利要求13中所述的梯形滤波器，还包括固定到该压电谐振器的支撑部件的第一和第二隔板，使得该支撑部件以及该第一和第二隔板形成该压电谐振器具备一个大体上处于中心的开口的框式谐振板；多个外壳部件；以及至少一个形成间隙的部件，其中堆叠该并联压电谐振器和串联压电谐振器以形成一个堆叠结构，把外壳部件结合到该堆叠结构的顶部和底部表面上以获得防止该压电谐振器的振动部分的振动受到妨碍的间隙，并且至少一个形成间隙的部件位于该外壳部件内或在该外壳部件和谐振板之间以限定防止该谐振器的振动部分的振动受到妨碍的间隙。
全文摘要
一种适用于从几百千赫至2MHz的频段的压电谐振器。该谐振器应用一种新近发现的宽度振动模式并且可使用一种简化的支撑结构。该结构减少谐振器上的应力，并且减少了该谐振器的整体尺寸。该谐振器具有一个基本上矩形截面的形状，该矩形具有一对短边和一对长边。为了获得新近发现的振动模式，该长边的长度b对于该短边的长度a的比值设置在由下式给出的一个值的±10％的范围内b/a＝n(-2.70σ+2.86)其中n是一个整数而σ是用于形成该谐振器的材料的泊松比。
文档编号H03H9/56GK1138777SQ9610281
公开日1996年12月25日 申请日期1996年4月11日 优先权日1995年4月11日
发明者开田弘明, 入江诚 申请人:株式会社村田制作所