專利名稱：壓電元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及AM濾波器或其它電子元件中使用的以縱向振蕩模式工作的壓電元件。
正如在日本專利特許No.2-224515中所描述的那樣，在已知利用縱向振蕩模式的壓電元件內(nèi)，壓電基板的第一主表面上提供有通過利用縱向延伸的線性槽劃分電極材料形成的輸入和輸出電極，而壓電基板的第二主表面上提供有公共電極，其中一部分輸入和輸出電極帶有分立、獨(dú)立的支承區(qū)域，該區(qū)域由各向同性彈性導(dǎo)電材料構(gòu)成并且形成與外部導(dǎo)體電學(xué)接觸的電學(xué)觸點(diǎn)區(qū)域。上述支承區(qū)域排布在槽的任意一側(cè)并位于輸入和輸出電極縱向公共位置。
在上述壓電元件中，支承件相互之間的間隔較小。因此當(dāng)上述壓電元件與外部導(dǎo)體(例如電子元件盒罩上的端子)連接時，輸入與輸出電極面朝下，外部導(dǎo)體必須相互靠近地放置。這樣，如果壓電元件有小的位置偏離就會在輸入和輸出電極之間引起短路。
在上述壓電元件中，它的彈性支承區(qū)域通過與端子的彈壓接觸與盒罩上的端子連接起來。在完成這種連接的過程中，支承區(qū)域利用導(dǎo)電粘合劑等連接固定到安裝基板的圖案電極。在這種情況下，由于輸入和輸出電極支承區(qū)域間距較小，所以如果導(dǎo)電粘合劑哪怕擴(kuò)展一小部分都會引起輸入和輸出電極之間的短路，導(dǎo)致所需導(dǎo)電連接的可靠性變差。
為了克服上述問題，本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供了一種壓電元件，避免了壓電元件分立電極之間的短路，從而改善了電學(xué)連接的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例，提供了一種壓電元件，它利用縱向振蕩模式并且包括壓電基板，其中壓電基板的第一主表面提供由縱向延伸的線性槽互相隔開的第一和第二電極，并且第三電極提供于壓電基板的第二主表面上，導(dǎo)電支承件固定在第一和第二電極節(jié)點(diǎn)部分從而沿壓電基板縱向相互隔開。
當(dāng)壓電元件的第一和第二電極與外部導(dǎo)體連接時，由于提供了固定在電極上的支承件，所以可以使外部導(dǎo)體在縱向上相互隔開。這樣即使在壓電元件位置發(fā)生偏移時，第一與第二電極之間也不會引起短路。
支承件比較好的是提供在壓電元件的節(jié)點(diǎn)部分，即縱向上的中間位置處。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)部分不僅包括壓電元件的全部非振蕩部分，而且還包括即使限定該部分也不會影響振蕩特性的其它區(qū)域。由于位于第一和第二電極上的支承件在縱向上需要盡可能地相互遠(yuǎn)離，所以支承件最好被固定在靠近節(jié)點(diǎn)區(qū)域與非節(jié)點(diǎn)區(qū)域之間界面的位置處。一般來說，在縱向振蕩模式元件中，節(jié)點(diǎn)范圍大約為元件長度的1/4，從而可以使支承件相互隔開這一距離。
有各種將支承件連接到外部導(dǎo)體上的方法。例如當(dāng)支承件由導(dǎo)電橡膠構(gòu)成時，支承件可以利用彈簧端子等與外部導(dǎo)體彈壓接觸。當(dāng)支承件沒有彈性時，可以用導(dǎo)電粘合劑等粘結(jié)支承件。當(dāng)支承件由未凝固粘合劑構(gòu)成時，它們可以直接與外部導(dǎo)體結(jié)合在一起。
當(dāng)壓電元件主表面上提供兩條槽以利用它們劃分電極材料形成三個電極時，固定在第一中央電極上的導(dǎo)電支承件和固定在第二電極上的導(dǎo)電支承件需要排列成之字形，第二電極位于第一電極任意一側(cè)上。
當(dāng)壓電元件附著在諸如盒罩的外部元件或裝配基板上時，會引起下列問題。即如果壓電元件傾斜地附著，則第一或第二電極可能會與外部元件接觸從而使振蕩特性變差或者短路。但是當(dāng)支承件以上述之字形排列時，支承結(jié)構(gòu)為三點(diǎn)支承，所以較易達(dá)到水平狀態(tài)，從而改進(jìn)穩(wěn)定性。
除了導(dǎo)電粘合劑以外，還需要將絕緣支承件固定在第一和第二電極的節(jié)點(diǎn)部分。在這種情況下，比較好的做法是對一個電極提供多個支承件，或者支承件的尺寸較大，從而在利用支承件使壓電元件附著在外部導(dǎo)體上時，增加支承面積，從而改進(jìn)穩(wěn)定性。導(dǎo)電支承件可能會在元件寬度方向上非?？拷^緣支承件。但是即使在這種情況下，也不可能發(fā)生短路。
通過以下借助附圖對本發(fā)明的描述可以進(jìn)一步理解本發(fā)明較佳實(shí)施例的要素、特證和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為按照本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電元件的透視圖；圖2為圖1所示壓電元件的節(jié)點(diǎn)部分的放大示意圖；圖3為表示制造圖1所示壓電元件的方法的過程圖；圖4為裝配在圖1所示壓電元件上的壓電元件的分解透視圖；圖5為圖4所示壓電元件裝配透視圖；圖6為按照本發(fā)明第二實(shí)施例的壓電元件的透視圖7為表示制造圖6所示壓電元件方法的過程示意圖；圖8為圖6所示壓電元件裝配到裝配基板上的放大示意圖；圖9為按照本發(fā)明第三實(shí)施例的壓電元件的透視圖；以及圖10為按照本發(fā)明第四實(shí)施例的壓電元件的透視圖。
圖1和圖2示出了按照本發(fā)明較佳實(shí)施例的壓電元件實(shí)例，它利用了縱向振蕩模式。
壓電元件1比較好的是包括細(xì)長的近似矩形的壓電陶瓷基板2。三個電極4、5a和5b比較好的是提供在壓電基板2的第一主表面上。電極4、5a和5b通過利用圖1所示兩條沿縱向延伸的線性槽3劃分電極材料形成。比較好的是位于中央并且相對較寬的電極4構(gòu)成輸入電極，而位于輸入電極兩側(cè)的較窄電極5a和5b用作輸出電極。輸入電極4的寬度比較好的是輸出電極5a和5b寬度的兩倍。也可以將中央電極4作為輸出電極而將其兩側(cè)的電極5a和5b作為輸入電極。
導(dǎo)電支承件6a、6b和6c固定在位于輸入電極4和輸出電極5a和5b的元件1部分(比較好的是位于元件1節(jié)點(diǎn)部分的兩端)，并且支承件6a、6b和6c一般排列成之字形。本較佳實(shí)施例的支承件6a、6b和6c比較好的是通過在電極4、5a和5b上涂覆例如100微米左右厚的導(dǎo)電膠并加以凝固成形。也可以將形成的電極4、5a和5b作為焊接凸起或金凸起等。如圖2所示，位于輸出電極5a和5b上的支承件6b和6c比較好的是位于縱向同一位置上，而位于輸入電極4上的支承件6a比較好的是位于與支承件6b和6c縱向相隔距離S最小的位置上。該距離S比較好的是設(shè)定為大于槽3的寬度。支承件6a與支承件6b和6c之間相隔的最大距離L與節(jié)點(diǎn)范圍基本相同(例如元件長度的1/4)。固定在電極4、5a和5b上的支承件6a、6b和6c的寬度比較好的是分別與電極4、5a和5b相同。
提供了公共電極7(接地電極)并且比較好的是覆蓋壓電基板2其它主表面的整個區(qū)域。
接著借助圖3描述上述結(jié)構(gòu)的壓電元件1的制造方法。
首先制備如圖3(A)所示的壓電母基板10。在該母基板上預(yù)先進(jìn)行極化處理，并且比較好的是利用諸如濺射等熟知的方法在母基板的整個正反面形成電極。該母基板10比較好的是臨時緊固在固定薄片(未畫出)上。
接著比較好的是在母基板10上以島狀方式將導(dǎo)電膠部分11絲網(wǎng)印刷成之字形圖案。隨后凝固導(dǎo)電膠部分11。
接著如圖3(C)所示，導(dǎo)電膠部分11的側(cè)面部分用切片刀等成形以去除導(dǎo)電膠部分11側(cè)面上的損傷部分。除了導(dǎo)電膠部分11的側(cè)面部分以外，它的上表面也可以成形為平坦形狀。在成型導(dǎo)電膠部分11的同時，母基板10沿著縱向延伸(即平行于導(dǎo)電膠部分11排列的方向)的切割線12切割。切割寬度等于壓電元件1的長度。經(jīng)過切割，母基板10分成多個部分。但是由于它們被暫時固定在固定薄片上，所以不會分開。
如圖3(D)所示，利用盤狀器在母基板10內(nèi)橫向形成線性槽3。形成的槽3穿過導(dǎo)電膠部分11從而將電極分開。在形成槽3的同時，比較好的是沿著平行于槽3的切割線13切割每基板從而對半劃分一行的導(dǎo)電膠部分11a。
在完成上述切割之后，所獲得的元件從固定薄片上分離，由此獲得壓電元件。
圖4和圖5為應(yīng)用上述壓電元件1的壓電濾波器實(shí)例。
裝配基板20比較好的是為接近矩形的絕緣薄板，由氧化鋁陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃環(huán)氧樹脂或其它合適的材料構(gòu)成。如圖4所示，在裝配基板20的上表面上，采用熟知的方法(例如濺射、蒸發(fā)或印制)在輸入側(cè)、輸出側(cè)和接地側(cè)形成三個圖案電極21、22和23。圖案電極21、22和23比較好的是沿著裝配基板20的邊緣延伸至背面。導(dǎo)電膠24、25通過絲網(wǎng)印制等方法被涂覆在位于輸入和輸出側(cè)的圖案電極21和22的內(nèi)端部分。
上述壓電元件1被裝配在裝配基板20上，從而使輸入和輸出電極4、5a和5b所在一側(cè)面向裝配基板20的上表面。即利用導(dǎo)電膠24、25將位于輸入電極4上的支承件6a粘附在輸入側(cè)圖案電極22上，而將位于輸出電極5a和5b上的支承件6b和6c粘附在輸出側(cè)圖案電極22上。同時支承件6a、6b和6c的高度比較好的設(shè)定為例如100微米左右，從而使壓電元件1在壓電元件1端部略微傾斜，這種略微傾斜通常使壓電元件1的端部與裝配基板20的上表面接觸，從而影響振蕩特性，或者使輸出電極4、5a和5b與電勢不同的圖案電極21-23接觸從而引起連接缺陷。但是由于壓電元件1受到支承件6a、6b和6c的穩(wěn)定支承，所以元件具有極佳的水平穩(wěn)定性并且避免了對壓電元件1振蕩特性的影響和壓電元件1與裝配基板之間的缺陷連接。
在粘合壓電元件1之后，如圖5所示，壓電元件1的公共電極7和接地圖案電極23通過導(dǎo)電引線26互相連接起來。引線26可以方便地采用熟知的引線鍵合方法連接。
在完成引線連接之后，利用粘合劑28將覆蓋壓電元件1的蓋子27粘合到裝配基板20上從而密封壓電元件1的四周。
圖6示出了按照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的壓電元件。
與第一較佳實(shí)施例的壓電元件一樣，壓電元件30比較好的是包括細(xì)長的近似矩形的壓電基板31。三個電極33、34a和34b通過利用兩條線性槽32劃分電極材料形成于壓電基板31其中一個主表面上。比較好的是位于中央并且相對較寬的電極33構(gòu)成輸入電極，而位于輸入電極兩側(cè)的較窄電極34a和34b用作輸出電極。公共電極35形成在壓電基板31的另一主表面上。
縱向延伸的導(dǎo)電支承件36、37和38固定在位于輸入電極33和輸出電極34a和34b上的元件部分(位于元件30的節(jié)點(diǎn)部分)，從而平行排列并位于元件縱向的同一位置。本較佳實(shí)施例的支承件6a、6b和6c由導(dǎo)電部分36a、37a和38a以及絕緣部分36b、37b和38b構(gòu)成。位于輸入電極33上的導(dǎo)電部分36a和位于輸出電極34a和34b上的導(dǎo)電部分37a和38a形成于支承件36、37和38的相對端部。這樣，導(dǎo)電部分36a、37a和38a沿元件縱向相互隔開并且排列成之字形。在本較佳實(shí)施例的情況下，支承件36、37和38比較好的是覆蓋元件30節(jié)點(diǎn)整個區(qū)域，并且支承件的長度比較好的是元件30整個長度的1/4。
接著借助圖7描述上述結(jié)構(gòu)的壓電元件30的制造方法。
首先制備如圖7(A)所示的壓電母基板40。在該母基板40上預(yù)先進(jìn)行極化處理，并且利用諸如濺射等熟知的方法在母基板上形成電極以覆蓋基板的整個正反面。該母基板40臨時緊固在固定薄片(未畫出)上。
接著如圖7(B)所示，在母基板40的一面以島狀方式將導(dǎo)電膠部分41絲網(wǎng)印刷成之字形圖案。導(dǎo)電膠部分41的厚度比較好的是大于最終獲得的支承件的厚度。隨后凝固導(dǎo)電膠部分41。
接著如圖7(C)所示，絕緣膠42涂覆成條狀從而填滿導(dǎo)電膠部分41的縫隙并加以凝固。此時絕緣膠42不僅涂覆在導(dǎo)電膠部分41的縫隙，而且一部分涂覆在上側(cè)面。
接著如圖7(D)所示，采用研磨機(jī)研磨導(dǎo)電膠部分41和絕緣膠42的上表面，從而使上表面的高度基本相同。
研磨后，絕緣膠42包括導(dǎo)電膠部分41的側(cè)面成用切片刀成形以去除導(dǎo)電膠部分41和絕緣膠42側(cè)面上的損傷部分。同時母基板40沿著縱向延伸(即平行于導(dǎo)電膠部分41排列的方向)的切割線43切割。切割寬度等于壓電元件1的長度。
而且如圖7(E)所示，利用盤狀器在母基板40內(nèi)橫向形成線性槽44。形成的槽44穿過導(dǎo)電膠部分41并將電極分開。在形成槽44的同時，沿著平行于槽44的切割線45切割從而對半劃分一行的導(dǎo)電膠部分41，由此獲得壓電元件30。
當(dāng)上述壓電元件30裝配到裝配基板20上時，利用絲網(wǎng)印刷方法將導(dǎo)電粘合劑24、25如圖8所示涂覆到位于裝配基板20的輸入和輸出側(cè)的圖案電極21和22上，而固定元件用的絕緣粘合劑27利用插腳轉(zhuǎn)移方法涂覆在圖案電極21和22之間。絕緣粘合劑27的厚度需要大于圖案電極21和22的厚度之和以及導(dǎo)電粘合劑部分24和25的厚度之和。
接著壓電元件30粘合到裝配基板20的上表面，從而使支承件37的導(dǎo)電部分37a對應(yīng)于輸入側(cè)圖案電極21處而支承件36和38的導(dǎo)電部分36a和38a對應(yīng)于輸出側(cè)圖案電極22。此時涂覆在圖案電極21和22之間的絕緣粘合劑27粘合到支承件36-38的絕緣部分36b-38b，從而使裝配基板20和壓電元件30粘結(jié)并固定在一起。
一般來說，絕緣粘合劑27的粘合強(qiáng)度大于導(dǎo)電粘合劑24、25的強(qiáng)度，所以裝配基板20和壓電元件30可以堅(jiān)固而可靠地粘合在一起。即導(dǎo)電粘合劑24、25主要用來實(shí)現(xiàn)支承件36-38的導(dǎo)電部分36-38a與圖案電極21和22的電學(xué)連接，而絕緣粘合劑27被用來將裝配基板20與壓電元件30機(jī)械地固定在一起，從而使導(dǎo)電粘合劑24、25的粘合強(qiáng)度無需特別大。這樣粘合劑24、25和27的材料可以根據(jù)各自的用途選定，從而增加選擇的自由度。
當(dāng)提供包含導(dǎo)電部分和絕緣部分的支承件36-38時，無需使它們?nèi)鐖D6那樣沿縱向連續(xù)形成；如圖9和圖10所示，可以將導(dǎo)電部分36a-38a與絕緣部分36b-38b分開。在任何情況下，導(dǎo)電部分36a-38a都固定在位置上以在元件縱向上相互分開。在該實(shí)施例中，電極33、34a和34b暴露在導(dǎo)電部分36a-38a與絕緣部分36a-38b之間。但是電極也可以用薄的支承件覆蓋。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例。
雖然在上述較佳實(shí)施例中，壓電元件的輸入和輸出電極通過利用兩條槽劃分電極材料形成三個部分，但是也可以用一條槽將電極材料劃分成兩部分而形成。在這種情況下，固定在電極上的支承件沒有排列成之字形，而是在元件縱向上相互偏離一定的位置。
而且雖然在上述較佳實(shí)施例中，當(dāng)壓電元件的輸入和輸出電極通過利用兩條槽將電極材料劃分成三部分形成時，中央電極的寬度大于兩側(cè)電極的寬度，但是電極也可以具有相同的寬度。但是當(dāng)中央電極的寬度如在較佳實(shí)施例那樣大于兩側(cè)電極時，固定在中央電極上的支承件寬度也相對較大，從而在將壓電元件粘結(jié)到裝配基板上時改進(jìn)了穩(wěn)定性，從而避免元件相對縱向傾斜。
由上述描述可見，根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，壓電基板的一個主表面上提供有第一和第二電極，它們通過利用沿基板縱向延伸的線性槽劃分電極材料形成，并且導(dǎo)電支承件固定在第一和第二電極的節(jié)點(diǎn)部分從而使其沿壓電基板縱向相互隔開，并且即使壓電元件的第一和第二電極連接到外部導(dǎo)體而使壓電元件發(fā)生偏離，也不會在第一和第二電極之間引起短路，從而獲得連接高度可靠的壓電元件。
而且由于支承件固定在相對壓電基板縱向隔開一定距離的位置上，所以當(dāng)壓電元件裝配在外部導(dǎo)體上時進(jìn)一步避免了壓電元件相對縱向傾斜，從而可以防止和限制壓電元件端部與外部導(dǎo)體接觸等引起的短路或振蕩受阻。
雖然借助較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了描述，但是本發(fā)明的范圍和精神由后面所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種壓電元件，其特征在于包括具有第一主表面和第二主表面的壓電基板；位于壓電基板第一主表面上并被至少一條縱向延伸槽分開的第一和第二電極；位于壓電基板第二主表面上的第三電極；以及位于第一電極上的第一導(dǎo)電支承件和位于第二電極上的第二導(dǎo)電支承件，所以第一和第二導(dǎo)電支承件沿壓電基板縱向相互隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于第一和第二導(dǎo)電支承件固定在第一和第二電極節(jié)點(diǎn)部分附近。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于所述壓電基板的第一主表面具有包含第一和第二電極的三個電極，三個電極被壓電基板第一主表面內(nèi)形成的兩條縱向延伸槽分開并且所述導(dǎo)電支承件排列為之字形。
4.如權(quán)利要求3所述的壓電元件，其特征在于位于所述壓電元件上的所述三個電極中的一個電極的寬度大于其它兩個電極的寬度。
5.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于進(jìn)一步包括位于壓電基板上的絕緣支承件。
6.如權(quán)利要求5所述的壓電元件，其特征在于絕緣支承件固定在第一和第二電極節(jié)點(diǎn)部分的附近。
7.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于每個導(dǎo)電支承件包括絕緣部分。
8.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電基板適于以縱向振蕩模式振動。
9.一種制造壓電元件的方法，其特征在于包括以下步驟提供具有第一主表面和第二主表面的壓電母基板；在壓電母基板的第一和第二主表面上形成電極；在壓電母基板的第一主表面上形成之字形的導(dǎo)電材料部分；在壓電母基板的第一主表面上形成線性槽從而使線性槽在所述導(dǎo)電材料部分之間延伸；以及沿著與所述槽平行的切割線方向切割壓電母基板。
10.如權(quán)利要求9所述的制造壓電元件的方法，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟在導(dǎo)電材料部分以之字形形成于所述壓電母基板第一主表面上之后，形成絕緣材料部分以填充所述導(dǎo)電材料部分之間的縫隙；以及研磨導(dǎo)電材料部分和絕緣材料部分，從而使導(dǎo)電材料部分與絕緣材料的高度基本相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓電元件,它包括:具有第一主表面和第二主表面的壓電基板;位于壓電基板第一主表面上并被一條縱向延伸槽分開的第一和第二電極;位于壓電基板第二主表面上的第三電極;以及位于第一電極上的第一導(dǎo)電支承件和位于第二電極上的第二導(dǎo)電支承件,所以第一和第二導(dǎo)電支承件沿壓電基板縱向相互隔開。
文檔編號H03H9/17GK1188345SQ98103979
公開日1998年7月22日 申請日期1998年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月14日
發(fā)明者桶師一之, 乙脅康夫, 新田晃一, 八戶啟, 橋本隆, 入江誠 申請人:株式會社村田制作所