[发明专利]压电谐振器和使用该谐振器的电子元件

说明书

技术领域

本发明涉及采用压电元件的机械谐振的压电谐振器，尤其涉及包括一个具有纵向的基体、一个由极化的压电体构成并形成至少一部分基体的激活区以及一对提供激活区的外部电极。本发明还涉及诸如振荡器、鉴频器和滤波器等的采用压电谐振器的电子元件。

背景技术

图15是典型的已知类型压电振荡器的透视图。概括地用1表示的压电振荡器具有一压电衬底2，当从顶部往下看时，该衬底例如具有矩形平面的形状。衬底2在厚度方向被极化。电极3形成在衬底2的两个表面。信号在电极3，3之间加入，从而把电场施加到衬底2的厚度方向，使其沿纵向振动。在图16中也示出压电谐振器1，其中，电极3做在压电衬底2的两个表面上，当从顶部往下看时，该表面具有方形平面的形状。在此谐振器1以及在图15所示的谐振器1中，压电衬底2沿其厚度方向极化。信号在谐振器1的电极3，3之间加入，从而把电场沿衬底2的厚度方向施加至该衬底，于是使衬底2以方型振动模式振动。

这些压电谐振器1，1是非刚性型(unstiffened type)的，其中，振动方向与极化和电场的方向不同。这种非刚性的压电谐振器的机电耦合系数低于刚性的压电谐振器的机电耦合系数，在刚性的压电谐振器中，振动方向、极化方向和施加电场的方向三者相同。因此，非刚性的谐振器在其谐振频率和反谐振频率之间有一相对小的频率差值ΔF。当把非刚性的频率谐振器用作滤波器或振荡器时，这将导致使用带宽变窄的缺点。这样，在上述类型的压电谐振器和使用该谐振器的电子元件中，设计特性的灵活性很小。

示于图15的压电谐振器1采用了纵向模式的一阶(基本)谐振。然而，与此同时，谐振器1由于其结构还产生较大的奇数阶高次谐波模式(诸如三阶和五阶模式)和宽度模式(width mode)中的寄生谐振。为抑制这些寄生谐振，可考虑一些措施，诸如抛光、增加质量和改变电极形状。然而，这些措施增加了制造成本。

另外，因为从顶部往下看，压电衬底做成矩形平面的形状，由于其强度的限制，衬底不能做得太薄。因此，电极之间的距离不能减小，端子之间的电容不能做得较大。这对于与外电路的阻抗匹配是极不方便的。此外，在用交替地串联和并联连接多个压电谐振器的办法形成梯型滤波器(ladder filter)时，为增加衰减，需把串联电容器对并联电容器的电容比值做得较大。然而，由于如上所述的谐振器形状的限制，得不到较大的衰减，导致其特性(诸如频率差值ΔF和电容量)的灵活性较低。

在如图16所示的压电谐振器1中，产生了较大的寄生谐振，诸如在厚度模式(thickness mode)和沿平面方向的三波模式(triple-wave mode)中的寄生谐振。此外，为了得到相同的谐振频率，这种类型谐振器需要比使用纵向振动的压电谐振器有更大的尺寸，因而难于减小其尺寸。还有，当用多个压电谐振器构成梯型滤波器时，为了增加串联电容器对并联电容器的电容比值，串联连接的谐振器做得较厚，而电极只做在部分的压电衬底上，以减小电容。在此情形下，因为电极只做在部分压电衬底上，因此不仅电容减小了，而且谐振频率与反谐振频率之间的差值ΔF也减小了。因而并联连接的电容器需要具有小的频率差值ΔF。结果，不能有效地利用压电衬底的压电性，而滤波器通带带宽也不能增加。

由于上述的问题，例如，本发明的发明者在日本专利申请No.8-122725中提出一种层状的压电谐振器。这种谐振器是刚性的，其中，振动的方向与施加电场的方向相同。与仅由单个衬底构成的已知类型的压电谐振器相比，这种谐振器具有较多的影响滤波器特性的因素，诸如谐振器的宽度和厚度以及谐振器中的成层的层数。

然后，当把这种成层压电谐振器应用于诸如梯型滤波器等电子元件时，对是否能通过调节上述因素获得良好的滤波器特性作了检验。通过这一研究揭示出，根据谐振器的尺寸，诸如它的长度、宽度和厚度，频率差值ΔF大大减小，并且寄生谐振增加。这进一步证明了确定谐振器的尺寸是一个重要因素。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种压电谐振器，这种压电谐振器的寄生谐振小，在谐振频率与反谐振频率之间的有较大的差值ΔF，电容可调节，以及在设计谐振器的特性时具有很大的灵活性，本发明还要提供使用上述类型压电谐振器的电子元件。