共鸣器和滤波器制造技术

空穴３１的开口Ｃ的面积等于或大于振动部分１０的水平横截面Ｄ的面积。振动部分１０设置在支撑部分２０的某一位置，使得在基片３０上振动部分１０的垂直突起容纳在空穴３１的开口Ｃ内。另外，振动部分１０的垂直厚度ｔ１与支撑部分２０的垂直厚度ｔ２之和等于共鸣器１的谐振频率ｆｒ的一个波长（一个波长＝ｔ１＋ｔ２），同时振动部分１０的厚度ｔ１与支撑部分２０的厚度ｔ２不相等（ｔ１≠ｔ２）。因此，振动部分１０的厚度ｔ１与支撑部分２０的厚度ｔ２均不等于谐振频率ｆｒ的半个波长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及共鸣器和滤波器，特别涉及能抑制伪成分出现的共鸣器及使用其该共鸣器的滤波器。(2)
技术介绍
需要将用于诸如便携式设备之类的电子设备的元件的尺寸和重量降低。例如，需要将用于便携式设备的滤波器的尺寸缩小并允许对其频率特性进行精确的调节。现有技术中满足这一要求的已知滤波器是使用了日本公开专利号60-68711(专利文件1)中揭示的共鸣器的滤波器。以下将参照图17A-17D对传统共鸣器进行描述。图17A是示出传统共鸣器500的基本结构的剖视图。共鸣器500包括安装在上电极502和下电极503之间的压电元件501。共鸣器500使用时放置在其内形成有空穴504的基片505上。空穴504可以通过用精密机械加工法从基片505的底部表面部分蚀刻而成。上电极502和下电极503沿厚度方向施加一个穿过共鸣器500的电场，从而导致共鸣器500在厚度方向振动。下面，将相对一个无穷大平板的厚度纵向振动对共鸣器500的操作进行描述。图17B是示出传统共鸣器500的操作的示意透视图。当在上电极502和下电极503之间施加一个穿过共鸣器500的电场时，通过压电元件501将电能转换成机械能。所引起的机械振动是厚度扩张振动并导致压电元件501在与电场相同的方向上扩张和收缩。一般来说，共鸣器500利用压电元件501的厚度方向的谐振而在一频率上共振，使得其厚度等于半个波长。图17A所示的空穴504用于容纳压电元件501的厚度纵向振动。如图17D所示，共鸣器500的等效电路具有一串联谐振部分和一并联谐振部分。等效电路包括由电容C1、电感L1和电阻R1组成的串联谐振部分和一个与串联部分并联的电容C0。以此电路配置，等效电路具有如图17C所示的最大导纳谐振频率为fr和最小导纳反谐振频率为fa的导纳频率特性。谐振频率fr和反谐振频率fa满足以下关系。fr=1/(2πL1×C1)]]>fa=fr/1+C1/C0)]]>如果将具有该导纳频率特性的共鸣器500用作滤波器，由于使用了压电元件501的谐振，就可能实现小尺寸和小损耗的滤波器。日本公开专利号2003-87085(专利文件2)中还揭示了另一传统共鸣器，例如，旨在在相对温度变化提高谐振频率稳定性的同时减少电极上的能量损耗。图18为示出专利文件2所揭示的传统共鸣器510的基本结构的剖视图。传统共鸣器510包括在其中形成有空穴514的基片515和在基片515上形成的支撑层516。下电极513是在支撑层516上形成的。压电元件511是在下电极513上形成的。上电极512是在压电元件511上形成的。传统共鸣器510被设计成支撑层516的厚度与包括压电元件511、上电极512和下电极513的振动部分的厚度相等，即，使得下电极513和支撑层516之间的界面与由n次谐波引起的位移分布的波腹一致。具有这种配置的传统共鸣器510旨在减少电极部分的振动损耗。因为仅有部分共鸣器真正地安装在基片上，所以并不是整个共鸣器都会自由地以厚度纵向模式振动。参见图17A，振动部分分成在固定时振动的围绕空穴的第一区域，和在空穴开口内部相对端为自由端的振动的第二区域。在振动部分，由振动部分厚度支配的振动作为主谐振。然而，振动部分引起的频率为f1的振动可能泄漏至围绕空穴的固定区域的基片。这一现象的发生是因为固定了振动部分的空穴周围的部分实际上不用作完全固定端。因此，在振动部分发生的横向模式振动通过固定部分传播至基片，从而导致振动泄漏。因此，泄漏振动引起其它振动，藉此除了预定的基础模式(1/2波长模式，频率f1)的厚度扩张振动之外，在主谐振(f1)附近发生了伪振动。这意味着用于在压电元件内部引起振动的能量的一部分通过振动泄漏损耗了。发生这一伪振动是因为通过固定部分由泄漏到基片的振动引起的伪振动。例如，在由空穴深度支配的振动模式的谐振频率呈现在主谐振频率附近时，由空穴深度支配的振动作为由振动泄漏引起的振动部分的谐振频率附近的伪振动出现。如果伪振动，的频率位于谐振频率fr和反谐振频率fa之间，则出现如图19A所示的伪成分。如果将具有这一伪振动的共鸣器按图19B所示并联来形成滤波器，则如图19C所示在通频带部分出现不希望的带通属性。带通属性使通信质量下降。然而，专利文件1和专利文件2所公开的传统共鸣器未考虑到由从支撑部分向基片的振动泄漏引起的伪振动，即由空穴深度支配的伪振动。用这些传统技术不可能实现导纳频率特性没有伪成分的共鸣器。(3)
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供能防止由振动泄漏引起的伪振动的共鸣器和滤波器。本专利技术针对预定频率振动的共鸣器。为了达到上述目的，本专利技术的共鸣器的基本形式包括具有以下特征的振动部分、基片部分和支撑部分。振动部分包括压电元件、在压电元件的上表面设置的上电极、在压电元件下表面设置的下电极。基片部分具有在其中形成的空穴，该空穴具有面积等于或大于振动部分水平横截面的开口。所述支撑部分设置在振动部分和基片部分之间。振动部分设置在支撑部分的某一位置，使得在基片部分上的振动部分的垂直突起包容在空穴的开口内。该结构的特征在于使振动部分和支撑部分成形成它们的垂直厚度彼此不同，垂直厚度之和等于振动频率的一个波长，从而使压电元件和下电极之间的界面与振动的波腹不一致。以此结构，支撑部分的厚度与振动频率的半个波长之比例最好在-30％至+20％的范围内。本专利技术的一种应用形式的共鸣器包括具有下列特征的振动部分、基片部分和支撑部分。振动部分包括第一压电元件、设置在第一压电元件上表面的上电极和设置在第一压电元件下表面上的第一下电极。基片部分中形成一空穴，该空穴具有一开口，其面积等于或大于振动部分的水平剖面。支撑部分包括第二压电元件、设置在第二压电元件下表面的第二下电极和设置在第二下电极下表面上的支撑层，且支撑部分设置在振动部分和基片部分之间。振动部分设置在支撑部分的某一位置，使得在基片部分上的振动部分的垂直突起包括在空穴的开口内。该结构的特征在于使振动部分和支撑部分成形成它们的垂直厚度彼此不同，垂直厚度之和等于振动频率的一个波长，从而使第一压电元件和第一下电极之间的界面与振动的波腹不一致。以此结构，支撑部分的厚度与振动频率的半个波长之比例最好在-40％至+40％的范围内。第二压电元件和第二下电极最好成形成使其水平横截面小于或等于空穴开口的面积，从而使其在基片部分上的垂直突起包容在空穴的开口内。振动部分的上电极可通过绝缘层延伸到(第一)压电元件的上表面。在该情况下，最好确定振动部分和支撑部分的厚度，使支撑部分上设置的绝缘层的上表面和通过绝缘层通到支撑部分的上电极相连部分的上表面都与振动的波腹不一致。虽然上述本专利技术的任何共鸣器都能独立地用作滤波器，也可以将本专利技术的两个或多个共鸣器以阶梯的形式连在一起来实现各种频率特性的滤波器。通过把这种滤波器用作传输滤波器与接收滤波器并加一相移电路，可得出一双工器。可以将该双工器和例如分离信号的分离器一起用于通信设备。还可以将滤波器与例如用于有选择地让输入信号通到不同通路的开关一起用于通信设备。如上所述，在本专利技术的共鸣器中，总体上以一个波长模式振动的振动部分和支撑部分形成不同的厚度。另外，适当地调节了振动部分和空穴之间的大小和位置关系。这样就可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在预定频率振动的共鸣器，其特征在于，包括：振动部分，包括压电元件、在压电元件的上表面上形成的上电极，和在压电元件的下表面上形成的下电极；其中形成有空穴的基片，所述空穴具有一面积等于或大于振动部分的水平横截面部分的开口；和在振动部分和基片部分之间形成的支撑部分，其中：振动部分设置在支撑部分的某一位置，以使得在基片部分上的振动部分的垂直突起包容在空穴的开口内；和振动部分和支撑部分成形成它们的厚度彼此不同而垂直厚度之和等于振动频率的一个波长，使得压电元件和下电极之间的界面与振动的波腹不一致。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中塚宏，大西慶治，中村弘幸，岩崎智弘，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]