压电谐振器的制造方法 本发明涉及一种压电谐振器的制造方法。本发明尤其涉及一种诸如振荡器、鉴别器和滤波器之类的电子元件、使用压电体机械共振的压电谐振器的制造方法。
图26是示出传统的压电谐振器的一例的透视图。
图26所示的压电谐振器1包括例如矩形平板状的压电基片2。压电基片2沿其厚度方向极化。电极3设置在压电基片2的两个主表面上。作为在这些电极3之间输入信号的结果，沿压电基片2的厚度方向施加电场，导致压电基片2沿其长度方向振动。
图26中所示的压电谐振器是未加强型的，其中振动方向不同于电场方向和极化方向。这种未加强型的压电谐振器的机电耦合系数低于电场方向、极化方向和振动方向相一致的加强型的压电谐振器的机电耦合系数。因此，在这种未加强型的压电谐振器中，谐振频率和反谐振频率之间的频率差ΔF相对较小。当压电谐振器用于滤波器时，这导致带宽很窄。因此，在压电谐振器和使用它的电子元件中特性设计自由度小。
另外，在图26所示地压电谐振器中，使用长度模式的一次谐振。而由于示于图26谐振器的结构，会产生诸如三级或者五级等奇数多重高级模式，和大量宽度模式的寄生振动。
在由本发明的申请人提交的第8-110475号日本专利申请中，已经提出具有纵向的多层基件结构的压电谐振器，这是交替地堆叠和层叠多个压电层和多个电极的结果。多个压电层沿基件的纵向极化，而且激励纵向振动的基波振动。这种多层结构的压电谐振器是加强型的谐振器，其极化方向、电场方向和振动方向相同，结果，这种加强型谐振器寄生振动比未加强型的的压电谐振器小，而谐振频率和反谐振频率之间的频率差ΔF较大。
下面将详细描述具有这样多层结构的压电谐振器的例子。图1是示出传统的具有多层结构的压电谐振器例子的透视图，它是本发明将与之比较的背景技术。图2是压电谐振器的示意图。图3是压电谐振器的主要部分的平面图。
图1中具有这种多层结构的压电谐振器10包括具有例如长方体的基件12。基件12包括多个压电层12a，压电层由例如压电陶瓷形成并层叠。在多个压电层12a沿基件12的长度方向的中间部分中，在两个主表面上都形成多个内部电极14，以相对于基件12的长度方向成正交。因此，在基件12长度方向上，沿和基件12的长度方向成直角的方向有间隙地设置多个内部电极14。还有，如图2中的箭头所示沿基件12长度方向的中间部分的多个压电层12a沿基件12的长度方向极化，从而在各个内部电极14的两个侧面上相邻的压电层相互反向极化。但是，沿基件12的长度方向的两个端部的压电层12a不极化。在这个基件12中，内部电极14在平行于基件12的长度方向的四个侧面上暴露。
在基件12的一个侧面上形成沿基件12的长度方向延伸的凹槽15。凹槽15形成在基件12的宽度方向的中心部位，将基件12的一个侧面分为两部分。另外，如图2所示，第一绝缘薄膜16和第二绝缘薄膜18设置在由凹槽15分开的侧面上。在基件12的侧面上由凹槽15分开的一侧，内部电极14的每一个交替的暴露部分由第一绝缘薄膜16覆盖。而在基件12的侧面上由凹槽15分开的另一侧面上，内部电极14未由凹槽15的一侧的第一绝缘薄膜16覆盖的暴露部分由第二绝缘薄膜18覆盖。
另外，在形成第一和第二绝缘薄膜16和18的部分，即，在凹槽15的两侧上，设置两个外部电极20和22。因此，未由第一绝缘薄膜16覆盖的内部电极14连接到外部电极20，而未由第二绝缘薄膜18覆盖的内部电极14连接到外部电极22。即，相邻的内部电极14分别连接到外部电极20和外部电极22。
在这个压电谐振器10中，外部电极20和22被用作输入和输出电极。在沿基件12的长度方向的中间部分中，由于相邻内部电极14之间的部分被极化，并且在相邻的内部电极14之间施加电场，故该部分压电激励。在这种情况下，由于互为相反的电压施加给基件12的以相反方向极化的部分，故基件12沿相同的方向整体地扩张或收缩。因此，在整个压电谐振器10中，激励纵向振动模式的基本振动，其中沿基件12的长度方向的中心部分是节点。因为在端部不设置电极，因此，沿基部12长度方向的两端部均不极化也不施加电场。因此，两个端部不被压电激励。
在压电谐振器10中，基件12的极化方向、由输入信号引起的电场方向和基件12的振动方向相同。即，这个压电谐振器10是加强型的压电谐振器。压电谐振器20机电耦合系数比极化方向、电场方向和振动方向彼此不同的未加强型的压电谐振器的机电耦合系数大。因此，和未加强型的压电谐振器相比，这种压电谐振器10可增加谐振频率和反谐振频率之间的频率差ΔF的可选择宽度。从而，在这个压电谐振器10中，可以得到比未加强型的压电谐振器具有更大带宽的特性。另外，这个压电谐振器10寄生谐振比未加强型的的压电谐振器的小。而且，在这个压电谐振器10中，由于外部电极20和22形成在其公共单侧面上，故它可以表面安装在例如绝缘基片上。
下面将参照图4到13描述这种压电谐振器10的制造方法。在这些图中，为描述简便，形成压电层12a的未烧结片的层数和形成图2和3所示的压电谐振器10的压电层12a的层数不一致。但是，论压电层的数量，下面的制造过程是相同的。
当制造这种压电谐振器10时，如图4所示，首先制备未烧结片30。包含例如银、钯、有机粘结剂等等的导电膏覆盖在未烧结片30的一个表面上，形成导电膏层32。导电膏层32形成在包括未烧结片30的一端侧的整个表面上。层叠多个未烧结片30。这时，未烧结片30被层叠，从而其它没有形成导电膏层32的端部以相反方向设置。另外，由于将导电膏覆盖在层叠体相对的侧面上，然后烧结，故形成诸如图5中所示的层叠的基件34。
在层叠基件34的内部，作为烧结导电膏层32的结果，形成多个内部电极36。这些内部电极36交替地暴露于层叠基件34的相对的部分。然后，在多层叠基件34相对部分中，形成电极38和40，其中每一个交替的内部电极36都连接到这两个电极。通过给极化电极38和40施加直流电压，在多层叠基件34上进行极化过程。这时，在多层基件34的内部，直流强电场施加在相邻内部电极36之间，而且施加电场方向相反。因而，层叠基件34在内部电极36两侧以相反方向极化，如图5中的箭头所示的。
接着，如图6中的虚线所示，层叠基件34由切块机之类的装置以这样的方式切割，以便和多个内部电极36和极化电极38及40成直角相交。
然后，如图8中所示，绝缘薄膜44如此设置，以便在层叠体42的主表面上形成棋盘格图案。在这种情况下，在沿对于棋盘格图案的内部电极36为垂直方向一列中，绝缘薄膜44设置对应于层叠体42的内部电极36为垂直方向的交替内部电极36上。且，在相应于层叠体42的相邻内部电极36的垂直的一列中，绝缘薄膜44形成在相邻一列上未用绝缘薄膜44覆盖的内部电极36上。
此后，在该层叠体42中，在形成绝缘薄膜44的整个表面上，如图9所示，通过喷溅或类似方式形成外部电极48。
然后，层叠体42中，形成凹槽15，以便在图10点划线所示部分，具体地是在图11点划线之间部分，即在设置棋盘格图案的绝缘在薄膜44的相邻列的边界部分中的层叠体42的主表面上，通过切割机械，以与内部电极36的表面成直角地相交；进而，通过如图12所示切割该层叠体42，在图10虚线所示部分，具体地在图11点划线之间部分，即在这些凹槽15的中间部分，形成图1及图2所示压电谐振器10。
但是，在上述方法中，当层叠体42中形成凹槽15的位置偏离切割装置边沿厚度(相应于凹槽15的宽度)的1/2或者更多时，例如如图13中所示，凹槽15从绝缘薄膜44相邻列的边界偏离。在这种情况下，在要形成的压电谐振器10中，如图14所示，要绝缘的内部电极36(14)未由绝缘薄膜44(16)完全绝缘，外部电极48(20)和48(22)之间的部分短路。由此，在上述方法里，凹槽15必需形成得以便包括绝缘薄膜44的边沿，而且凹槽15形成的位置需要高精确度，使得难于以高成品率制造压电谐振器10。
为了用上述传统的装置解决问题，本发明的较佳实施例提供了一种压电谐振器的制造方法，从而可以容易地精确且以高成品率制造具有多层结构的可表面安装的压电谐振器。
本发明的较佳实施例提供了一种制造谐振元件的方法，该方法包括下述步骤：制备具有相互层叠的多层压电层和多个内部电极的层叠体；在层叠体的一个表面上内部电极的暴露部分处形成绝缘薄膜，其中具有多个开口的绝缘薄膜构成大致上平行的列，该平行的列大致上平行于层叠体的层叠方向；在有绝缘薄膜位于的大致整个表面上形成外部电极；在有外部电极的表面上形成多个凹槽，并大致上平行于凹槽切割该层叠体；其中第一列中的第一组开口设置在内部电极的每一个交替的暴露部分，在相邻于第一列的第二列中的第二组开口设置在内部电极剩下的交替的暴露部分上，第一和第二列相互分开一预定的距离，并且凹槽位于第一和第二列之间。
在上述方法中，最好满足关系0＜X＜(W-a)/2，其中，W是压电谐振器的宽度，a是凹槽的宽度，而x是第一列和相邻的第二列之间预定的尺寸。
根据本发明的较佳实施例，可制造一种具有多层结构的可表面安装的压电谐振器。
还有，在根据本发明的较佳实施例的压电谐振器的制造方法中，如此地形成绝缘薄膜，从而第一和第二列分开一预定的距离。因此，即使凹槽形成在层叠体中的位置稍微地偏离预定的位置，但在电极之间也不会发生短路，并且容易以高成品率制造压电谐振器。
从下面参照附图对本发明的较佳实施例的描述，本发明的其它特定和优点是显而易见的。
图1是示出涉及本发明的背景技术的压电谐振器一例的透视图。
图2是图1所示的压电谐振器的概图。
图3是图1所示的压电谐振器主要部分的平面图。
图4是示出堆叠和层叠陶瓷未烧结片等以制造压电谐振器的状态的透视图。
图5是示出由图4中所示的陶瓷未烧结片制成的层叠体基件的示意图。
图6是示出切割图4中所示的层叠体基件的示意图。
图7是切割诸如图6中所示的层叠体基件的示意图。
图8是示出在图7所示的层叠体基件中设置绝缘薄膜的状态的示意图。
图9是示出在图8所示的层叠体基件中设置外部电极的状态的的示意图。
图10是示出通过在图9所示的层叠体基件中形成凹槽并切割该层叠体基件而制造压电谐振器的步骤的示意图。
图11是图10所示的步骤的主要部分的示意图。
图12是图11所示的步骤制造的压电谐振器的示意图。
图13示出在层叠体基件形成凹槽的位置和切割层叠体基件的位置在图11所示的步骤中偏离的情况下的步骤主要部分的示意图。
图14是以图13所示的步骤制造的压电谐振器的示意图。
图15是在根据本发明较佳实施例的制造压电谐振器的方法，通过在层叠体基件中形成凹槽和切割该层叠体基件制造压电谐振器的步骤主要部分的示意图。
图16是图15所示的方法制造的压电谐振器的示意图。
图17是在图15所示的步骤中凹槽位置和切割位置偏离的情况下的步骤主要部分的示意图。
图18是由图17所示的方法制造的压电谐振器的示意图。
图19是在图15所示的步骤中凹槽位置和切割位置偏离情况下的步骤主要部分的示意图。
图20是由图19中所示的方法制造的压电谐振器的示意图。
图21是包括图1中所示的压电谐振器的电子元件的一例的分解透视图。
图22是图21所示的电子元件中的压电谐振器的安装结构的侧视图。
图23是示出包括图1所示的压电谐振器的梯形滤波器的一例主要部分的平面图。
图24是图23中所示的梯形滤波器的主要部分的分解透视图。
图25是图23中所示的梯形滤波器的电路图。
图26是涉及本发明的背景技术的传统的压电谐振器的一例的透视图。
下面将描述一种压电谐振器与图1和图12所示的的压电谐振器的制造方法的较佳实施例。
首先，通过和图1和12所示的压电谐振器10的制造方法相同的步骤制造图7所示的层叠体42。
然后，如图15中所示，在这个层叠体42的一个表面中以下述方式形成绝缘薄膜44，和图8中所示的棋盘格图案相比相对于内部电极36的垂直方向是连续的设置重叠部分46。即，48(20)的第一列开口和与该第一列开口相邻的48(22)的第二列开口(它们都大致平行于层叠体的层叠方向)相互分开一预定的距离。
此后，如图15所示，在这个层叠体42中，通过喷溅或类似的方式在形成绝缘薄膜44(包括重叠部分46)的整个表面上形成外部电极48。
接着，在层叠体42中，通过切割装置形成凹槽15，使在图15中点划线所示的部分中和内部电极36的表面成直角相交，即，在绝缘薄膜44的重叠部分46的大致中心部分，及图15中的虚线之间的部分中，即在这些凹槽15的中间部分中，通过切割层叠体42形成图16中所示的压电谐振器10’。
和图1所示的压电谐振器比较，在图16中所示的压电谐振器10’中，绝缘薄膜44的重叠部分46保留在凹槽15的两侧上。但是，由于内部电极36(14)在重叠部分46中并不完全地绝缘，故内部电极36(14)不会产生连接故障。结果，压电谐振器10’大致上和图1中所示的压电谐振器10相同，并具有类似的功能。
在上述本发明的较佳实施例的方法中，当压电谐振器的宽度表示为W，凹槽的宽度表示为a，而绝缘薄膜44的重叠部分46的宽度表示为x，则最好满足0＜x＜(W-a)/2。因此，即使层叠体42中形成凹槽15的位置偏离切割装置边沿厚度的1/2或者更多，它并不完全地偏离绝缘薄膜44的重叠部分46，例如如图17中所示。在这种情况下，在要形成的压电谐振器10”中，如图18所示，绝缘薄膜44的重叠部分46留在凹槽15的一侧上。但是，内部电极36(14)在重叠部分46中并不完全地绝缘，内部电极36(14)暴露在基件12的另一侧上，而内部电极36(14)不会引起连接故障。结果，压电谐振器10”变得大致上和图1所示的压电谐振器10相同，而且具有类似的功能。
因此，在本发明的较佳实施例的上述方法中，即使形成凹槽15的位置稍微偏离预定的位置(沿大致平行于绝缘薄膜的重叠部分的内部电极的方向的大致中心部分)，在电极之间不会发生短路，而且容易高成品率地制造可表面安装的，多层结构的压电谐振器。
如图19中所示，当凹槽15在绝缘薄膜44的重叠部分46旁形成时，如果重叠部分46的尺寸x是(W-a)/2或更大，则内部电极36(14)在重叠部分46中完全地绝缘，如图20中所示。
即使是在这种情况下，如果绝缘薄膜44的重叠部分46的尺寸x设为0＜x＜(W-a)/2，则内部电极36(14)不完全绝缘。
还是在本发明的较佳实施例中，如果用于形成凹槽15的边沿的厚度形成得大于绝缘薄膜44的重叠部分46的宽度x，在凹槽15形成在预定位置的情况下，可以得到无绝缘薄膜44的重叠部分46的压电谐振器10。在这种情况下，即使凹槽15形成在稍微偏离预定期望位置的位置上，仍可以得到无绝缘薄膜44的重叠部分46的压电谐振器10。
通过使用上述压电谐振器10，可制造一种电子元件，诸如振荡器和鉴别器。图21是示出电子元件60的例子的透视图。电子元件60包括绝缘基片62。两个凹口64形成在绝缘基片62每一个相对的端部。两个图案电极66和68设置在绝缘基片62的一个主表面上。图案电极66之一以大致L形状从凹槽的一端朝绝缘基片62的大致中心部分形成在相对的凹槽64之间。还有，其它的图案电极68以L形状从凹槽的另一端朝绝缘基片62的大致中心部分形成在其它相对的凹槽64之间。然后，在绝缘基片62的中心部分附近，形成两个图案电极66和68，以便间隔地彼此相对。图案电极66和68形成得以便自绝缘基片62的端部朝另一个表面延伸。
如图22所示，由导电材料制成的支撑部件24(设置在压电谐振器10的外部电极20和22的每一个大致中心部分中)通过例如导电结合剂连接到绝缘基片62大致中心部分中的图案电极66和68的端部。结果，压电谐振器10的外部电极20和22固定在绝缘基片62上，并且也电气连接到图案电极66和68。
另外，金属罩74置于绝缘基片62上。这时，将绝缘树脂涂涂覆在绝缘基片62和图案电极66及68上，从而金属罩74不和图案电极66和68电气连接。
然后，作为安装金属罩74的结果，完成了电子元件60。在该电子元件60中，从绝缘基片62的端部周围延伸到后表面的图案电极66和68被用作与外部电路连接的输入和输出端。
在这个电子元件60中，由于压电谐振器10由位于沿基片12的长度方向的大致中心部分的支承部件24支撑，压电谐振器10的端部和绝缘基片62分开，因此允许自由和无阻碍地振动。还有，该大致的中心部分(它是压电谐振器10的节点)由支承部件24固定，并且外部电极20和22及图案电极66和68相互电气连接。由于支承部件24预先形成在压电谐振器10中，故可以精确定位在压电谐振器10的节点处。因此，和在图案电极66和68上形成突出形状的支承部件，并在其上安装压电谐振器的情况相比，可以精确地支撑节点。因此，防止了压电谐振器10的振动的泄漏，并且得到极好的谐振器特性。还有，消除了对使用导线以将压电谐振器10的外部电极20和22连接到图案电极66和68的需要，并且电子元件60可以低成本地制造。
另外，电子元件60和IC等等可以安装在电路基板中，可以用作振荡器和鉴别器。由于这种结构的电子元件60由金属罩74密封和保护，故这种元件可以用作可通过再流焊接等方法安装的片状元件。
在将电子元件60用作振荡器的情况下，由于使用了上述压电谐振器10，寄生振动被抵制得最小化，并且防止了由寄生振动产生的异常振动。还有，由于可以自由地设置压电谐振器10的电容值，故容易得到和外部电路匹配的阻抗。尤其，当元件用作压控振荡器的振荡元件时，由于谐振器的ΔF较大，可以得到比原来更宽的可变频率范围。
当这个电子元件60用作鉴别器时，谐振器的ΔF较大的特点导致峰值间隔较宽的特点。而且，由于谐振器的电容设计范围较宽，故容易得到和外部电路匹配的阻抗。
另外，使用多个压电谐振器10使得可以制造梯形滤波器。图23是用作具有梯形电路的梯形滤波器的电子元件的一例主要部分的平面图。图24是其主要部分的分解透视图。在图23和24所示的电子元件60中，四个图案电极90、92、94和96设置在绝缘基片62上。在这些图案电极90到96上设置五个结合区，这五个结合区排成一列，相互间有间距。在这种情况下，绝缘基片62一端的第一结合区形成在图案电极90上，第二结合区和第五结合区形成在图案电极92中，第三结合区形成在图案电极94中，第四结合区形成在图案电极96中。
设置在各个压电谐振器10a、10b、10c和10d的外部电极20和22上的支撑部件24安装到这些结合区上。在这种情况下，为了构成图25所示的梯形电路，安装压电谐振器10a到10d。然后，金属罩(图中未示)放置在绝缘基片62上。
这个电子元件60被用作具有梯形电路的梯形滤波器，诸如图25中所示的那样。这时，例如两个压电谐振器10a和10d用作串联谐振器，而另外两个压电谐振器10b和10c用作并联谐振器。这样的梯形滤波器如此地设计，从而并联谐振器10b和10c的容量超过串联谐振器10a和10d的容量。
梯形滤波器的衰减取决于串联谐振器与并联谐振器的电容比。在电子元件60中，通过改变压电谐振器10a到10d的层数，可以调节容量。因此，通过调节压电谐振器10a到10d的容量，可以实现比在使用利用横压电效应的传统的压电谐振器的情况下具有更大衰减及更少谐振器数量的梯形滤波器。还有，由于压电谐振器10a到10d的ΔF比传统的压电谐振器的要大，故可以实现与使用传统压电谐振器的梯形滤波器相比通带的带宽更宽的梯形滤波器。
虽然已经参照本发明的较佳实施例具体示出和描述了本发明，本领域的技术人员知道，在不背离本发明的主旨的情况下可以有上述和其它形式和细节的变化。