压电谐振器，及其制造方法，滤波器，双工器和通讯器件技术

本发明专利技术涉及一种压电谐振器，该压电谐振器包括：一个基片（１０５）；一个设置在基片上的下电极（１０３）；一个设置在下电极上的压电部件（１０１）；一个设置在压电部件上的上电极（１０２）；以及一个设置在由下电极、压电部件和上电极所构成的振动部件下的空腔（１０４）。当振动部分的厚度为波长一半时的振动谐振频率定义为ｆｒ１，形成空腔材料中的超声波平均速度定义为Ｖｃ２，根据谐振频率ｆｒ１和超声波平均速度Ｖｃ２所确定的数值定义为λｃ（＝Ｖｃ２／ｆｒ１）时，则空腔的深度ｔ２可设置为式Ⅰ所示，式中ｎ是一个任意自然数。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及在诸如移动电话之类电子设备中使用的电子元件，尤其涉及压电谐振器，及其制造方法，以及包括压电谐振器的滤波器、双工器和通讯器件。
技术介绍
在诸如移动设备之类电子装置中所包括的元件需要更小和更轻。例如，在移动设备中使用的滤波器就需要变得更加紧凑并能够精确地调整频率响应。一种众所周知的能够满足上述需求的滤波器，包括一种压电谐振器(见，例如，日本特许专利公告No.60-69711中的图3和4，pp2-4)。图18A是常规压电谐振器的基本结构的剖视图。在图18A中，常规压电谐振器包括一个设置在基片705上的振动部件710。空腔704可以使用机械方法通过局部腐蚀基片705的下表面形成。振动部件710包括压电部件701，这是振动部件的基础元件，以及上下电极702和703，分别设置在压电部件701的两个表面上。在基片705中提供空心的空腔704的理由是允许振动部件710能够振动。通过将上电极702和下电极703设置在压电部件701的两个表面上，可以厚度方向将电场施加于振动部件710。这就会引起振动部件710在厚度方向上振动。下文就有关垂直于无限平面的厚度方向的振动方面来讨论常规压电谐振器的工作。图18B是用于解释常规压电谐振器工作的投影示意图。正如图18B所示的，如果将电场施加到上电极702和下电极703之间，电能就会在压电部件701上转换成机械能，从而引起机械振动。所感生的机械振动可在厚度方向上延伸，使得压电部件701在施加电场的相同方向上延伸和收缩。当振动部件710的厚度为t，则振动部件710以谐振频率为fr1(＝v/λ)谐振，在受振动部件701在厚度方向的谐振振动的影响下，这对应于具有与t有关的λ波长为t＝λ/2。这里，v是在形成振动部件710材料中的超声波平均速度。在图18A所示的常规压电谐振器的结构中，允许压电部件701在厚度方向上垂直振动，因为在基片705中设置了空腔704。图18C是振动部件710的等效电路图。正如图18C所示，振动部件710的等效电路包括一个并联谐振电路和一个串联谐振电路。特别是，串联谐振电路包括一个电容器(C1)、一个电感器(L1)和一个电阻器(R1)，而并联谐振电路包括一个连接着串联谐振电路的电容器(C0)。因此，振动部件710具有谐振频率和反谐振频率。图18D是显示图18C所示等效电路中的导纳频率特性的图形。正如图18D所示，导纳在fr1谐振频率上呈现出最大，而在反谐振频率fa1上呈现出最小。这里，谐振频率fr1和反谐振频率fa1要满足下列关系fr1=12πL1·C1]]>fa1=fr1+C1C0]]>如果将常规压电谐振器应用于滤波器，使之利用振动部件710的优良导纳频率特性，就有可能获得使用压电部件的谐振振动且具有小体积低损耗的滤波器。在图18A所示的常规压电谐振器中，空腔704(即，通孔)可设置在基片705中，并且振动部件710可局部固定在基片上，从而允许振动部件710可以在空腔上以厚度方向垂直振动。正如以上所讨论的，众所周知，可以在压电谐振器中设置空腔704，以便于在厚度方向上可靠地产生垂直振动。然而，实际上，正如图18A所示，振动部件710可以局部固定在基片705上，因此振动部件710在厚度方向上不能整体产生自由的垂直振动。这可以说，不仅图18A所示压电谐振器是如此，在这种情况下，所形成的空腔是通到基片的底部表面，而且通过腐蚀基片形成空腔的压电谐振器也是如此。正如以上所讨论的，在常规的压电谐振器中，振动部件710是局部固定在基片上，因此振动部件710会抑止自由振动，或者使振动能量部分泄漏至基片。因此，常规压电谐振器难以获得高Q值和对应于谐振频率和反谐振频率之间差值的宽频率范围(Δf)。图19A是包括压电谐振器的滤波器的等效电路图。图19A所显示的滤波器包括一个串联连接在输入和输出端之间的压电谐振器711，和一个并联连接在输入和输出端的压电谐振器712。图19B图形显示了图19A所示的滤波器的带通特性。在图19B中，水平轴表示频率，而垂直轴表示衰减量。类似于常规压电谐振器，压电谐振器711和712各自都具有狭窄的频率范围Δf和低的Q值。在这种情况下，滤波器的带宽特性可由图19B中的虚线表示。从图19B所示的虚线，可以发现在使用各自具有狭窄的频率范围Δf和低的Q值的压电谐振器711和712的情况下，滤波器的通带宽度是狭窄的，同时滤波器的损耗也增加了。同样，在衰减极点上的衰减量是减小的，从而减小了斜率的陡度。正是如此，在使用各自具有狭窄的频率范围Δf和低的Q值的压电谐振器711和712的情况下，难以获得满意的滤波器特性。相比之下，考虑实现具有宽频率范围Δf和高的Q值的压电谐振器的情况。在这种情况下，滤波器的通带特性可由图19B中的实线表示。从图19B所示的实线，可以发现在使用具有宽频率范围Δf和高的Q值的压电谐振器的情况下，与使用具有狭窄的频率范围Δf和低的Q值的压电谐振器的情况相比较，有可能增加滤波器的通带宽度。同样，还能减小滤波器的损耗，以及增加在衰减极点上的衰减量，从而增加了斜率的陡度。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种压电谐振器，它能够获得宽频率范围Δf和高的Q值。本专利技术的另一目的是提供一种该压电谐振器的制造方法。本专利技术的还有一个目的是提供一种滤波器、双工器和通讯器件，在这些器件中包括了上述压电谐振器。本专利技术可以具有达到上述目的的下列性能。本专利技术所提供的压电谐振器包括一个基片；一个设置在基片上的下电极；一个设置在下电极上的压电部件；一个设置在压电部件上的上电极；以及一个设置在由下电极、压电部件和上电极所构成的振动部件下的空腔，其中，当振动部分的厚度为波长一半时的振动谐振频率定义为fr1，形成空腔材料中的超声波平均速度定义为Vc2，根据谐振频率fr1和超声波平均速度Vc2所确定的数值定义为λc(＝Vc2/fr1)时，则空腔的深度t2可设置为如下所示(2n-1)×λc4-λc8≤t2≤(2n-1)×λc4+λc8]]> 式中n是一个任意自然数。较佳的是，空腔的深度t2可以设置成如下(2n-1)×λc4-λc16≤t2≤(2n-1)×λc4+λc16]]>另外。空腔的深度t2可以设置成如下t2=(2n-1)×λc4]]>较佳的是，空腔在截面上具有矩形形状。较佳的是，通过空腔的开孔部分重叠于振动部件的区域面积除以振动部件重叠于基片的区域面积，可以使得所获得的数值可以等于或大于0.5。同样，本专利技术提供了一种适用于压电谐振器的制造方法，该方法包括在基片上形成下电极的步骤；在下电极上形成压电部件的步骤；在压电部件上形成上电极的步骤；在由下电极、压电部件和上电极所构成的振动部件下设置空腔的步骤，以及确定空腔深度的准备步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电谐振器（１），它包括：一个基片（１０５）；一个下电极（１０３），设置在所述基片上；一个压电部件（１０１），设置在所述下电极上；一个上电极（１０２），设置在所述压电部件上；以及，一个空腔（１０４ ），设置在由所述下电极、压电部件和上电极所构成的振动部件下；其特征在于，当振动部分的厚度为波长一半时的振动谐振频率定义为ｆｒ１，形成空腔材料中的超声波平均速度定义为Ｖｃ２，根据谐振频率ｆｒ１和超声波平均速度Ｖｃ２所确定的数值定义为λ ｃ（＝Ｖｃ２／ｆｒ１）时，则空腔的深度ｔ２可设置为如下所示：（２ｎ－１）×λｃ／４－λｃ／８≤ｔ２≤（２ｎ－１）×λｃ／４＋λｃ／８式中ｎ是一个任意自然数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山口博司，中冢宏，大西庆治，山川岳彦，中村弘幸，
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]