压电谐振器的电极边缘波纹图形制造技术

一种具有电极（１４）的压电谐振器（１０），所说电极具有沿至少一个电极（２６）的边缘的一部分的周期性图形（２８）。该周期性图形（２８）具有相消性干涉不希望的振动模式的周期。例如，按厚度切变模式振动的矩形ＡＴ－切型石英谐振器，还会具有不希望的弯曲和面切变模式。这些模式不仅存在不希望的假频率，而且随温度改变，干扰石英晶体的频率－温度响应。周期性图形（２８）基本上减小了这些不希望的振动模式，提供了更均匀的频率－温度响应，对温度补偿型晶体谐振器应用有益。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术一般涉及压电器件，具体涉及用于提供信号的压电谐振器上的电极图形，具有改进的温度特性。专利技术的背景由于压电晶体在工作期间能产生稳定的谐振频率信号，所以压电晶体用作无线电通信装置中的频率控制元件已有数十年。特定压电晶体的谐振频取决于其工作的振动模式、厚度、密度、及材料的弹性系数。这些参数中的每个都随温度的改变而改变。因此，压电晶体的谐振频率随温度改变。没有一种压电角度切型能够提供完美的平坦频率-温度曲线(即，表示在重要的特定温度范围内没有频率变化)。然而，有几种已知的石英切型，能够热补偿晶体坯料，使之具有较稳定的温度特性。这些切型包括AT、BT、GT和SC切型。其中，对于厚度切变振动模式，主要采用的切型是AT切型，它具有理想的频率-温度曲线，所属领域的技术人员应认可这条曲线为熟知的Bechmann曲线。AT切型还应具有理想的基本均匀的电阻-温度曲线。实际上，在例如AT切型石英等压电晶体中会产生不希望的振动模式，干扰了晶体的频率-温度和/或电阻-温度特性。这些所不希望的振动模式引起晶体的频率-温度和/或电阻-温度曲线扰动或“活动曲线低谷(activity dips)”。结果在晶体改变温度时，频率和/或电阻产生突然和不希望的偏移。这种问题发生在约2-7％的AT切型石英晶体中，导致温度补偿方案及所需要的电路很难归一化石英晶体的温度变化，例如在温度补偿晶体谐振器(TCXO)应用中。不希望的振动模式的例子有面切变和弯曲模式，它们具有在所希望的厚度切变振动模式频率附近的频率。这些不希望的模式具有它们自己的频率-温度和/或电阻-温度曲线，这些曲线一般比Bechmann曲线陡很多。这些曲线与Bechmann曲线相交，发生振动耦合，干扰了Bechmann响应。这些扰动或活动曲线低谷，扭曲了频率-温度和/或电阻-温度曲线，所以一般的温度补偿方案不再能补偿活动曲线低谷造成的较高次扰动。因此，需要一种压电谐振器，其频率-温度和/或电阻-温度曲线的活动曲线低谷减轻，能够简单、容易且低成本高产率地制造。附图简介附图说明图1是现有技术压电谐振器的俯视平面图；图2是图1所示压电谐振器响应中活动曲线低谷的曲线图；图3是根据本专利技术第一实施例的压电谐振器的俯视平面图；图4是根据本专利技术第二优选实施例的压电谐振器的俯视平面图；图5是根据本专利技术第三实施例的压电谐振器的俯视平面图；图6是根据本专利技术引入压电谐振器的通信装置。优选实施例的具体介绍本专利技术为压电谐振器提供一种专门的电极设计，相消性地干涉频率接近所需工作频率的不希望振动模式。这种电极设置于压电板上，具有边缘波纹图形，其周期不支持不希望的振动模式。图1是现有技术压电谐振器10的俯视图，包括带有所设置的矩形电极14的压电基片12。一般情况下，该谐振器10是AT切型条形石英坯料，其长度约为188密耳(4.8mm)，宽度约为95密耳(2.4mm)，厚约5密耳(0.13mm)，电极14长约95密耳(2.4mm)，宽约65密耳(1.65mm)。下电极(未示出)与所设置的电极14有相同尺寸，并与所设置的电极14交叠。关于宽度在结晶学的X方向和长度在结晶学Z’方向的AT切型石英实例，电极用于按要求频率驱动厚度切变振动模式。该频率基本上表现为三次频率-温度响应，已知为Bechmann曲线。谐振器的基本厚度切变频率约为13.0MHz。然而，例如面切变模式和弯曲模式等不希望的振动模式也存在于13.0MHz附近，但不限于这些模式。这些模式是那些由于只有附近的频率模式对厚度切变模式温度有负面影响而需要关注的模式。在频率-温度响应中引起扰动或“活动曲线低谷”的预定温度范围内，上述不希望的模式耦合到希望的厚度切变模式。已观察到，这些不希望的模式影响约2-7％的普通谐振器，取决于所产生的特定频率模型。这是要求性能稳定的无线电通信装置中一个主要问题。一般情况下，用于无线电通信装置的谐振器需要某些类型的温度补偿，以便在一般为-30℃到85℃或更高的预定温度范围内，保持频率稳定性在±5ppm或更小。此外，由于无线电设备的最小漏电流要求，需要谐振器保持稳定的电阻。如果谐振器的电阻升高到一定水平，无线电设备会停止工作。为了减小尺寸、节约成本和电流，谐振器制造者为温度补偿谐振器采用了可能的最简单方案。这些方案中主要包括模拟型或数字型，模拟型提供具有反Bechmann曲线(3次)函数的电路，补偿谐振器的Bechmann曲线，数字型将Bechmann曲线分成各温度段，并把每段归一化成标称频率。模拟型会发生Bechmann曲线中存在高次(超过3次)扰动的问题。这些情况下，这种扰动不能以任何方式补偿。数字型会发生所选择温度段内存在大频率偏差的问题。这种情况下，如果该温度段内的偏差大于要求的极限(例如±5ppm)，则谐振器将不能满足规格要求。尽管一个现有补偿方案可以充分地修正频率扰动，以便满足无线电设备规格要求，但模拟或数字方案都不能解决电阻扰动问题。这是最主要的缺点，由于电阻活动曲线低谷会引起无线电设备完全停止工作，而虽然容量减小，但频率偏移仍能使无线电设备工作。图2展示了已因活动曲线低谷18而受扰动的现有技术AT-切型石英谐振器的频率-温度(Bechmann)曲线16、电阻-温度曲线17和δ偏差曲线19。δ偏差曲线19记载了频率-温度曲线从理想的三次Bechmann响应的偏差。该参数对于具有限制为三次项的温度补偿算法的定制应用是重要的。可以看出，活动曲线低谷18引起了电阻-温度曲线17中的尖峰，这样，谐振器的电阻从27℃时的33欧姆增大到89℃时的约49欧姆那么高。无线电设备的设计者无法补偿这种电阻。因此，如果电阻变到某一程度之上，谐振器不再能用。在没有活动曲线低谷的谐振器中，预计电阻会在整个温度范围内保持稳定，在几个欧姆内。另外，活动曲线低谷18会干扰理想Bchmann响应的谐振器的频率-温度性能，如δ偏差曲线19所表示的，该曲线示出了理想Bechmann响应在85℃附近的偏差约为±0.9ppm。对于利用三次温度补偿算法的±5ppm无线电应用来说，由于不能补偿这种δ偏差，必需实际提供±4.1ppm的温度补偿，以满足±5ppm的规格要求。实际上，这种状况是无线电设计者设计他们的规格以适应可能的测量误差的最坏情况。存在活动曲线低谷严重束缚了无线电应用，直接造成了成品率下降。在没有活动曲线低谷的谐振器中，可以预计在整个温度范围内，δ偏差将保持低于约±0.2ppm。例如AT切型石英晶体等压电坯料所希望的振动模式例如是厚度切变振动。这可以看作在坯料的厚度方向行进的波，板的两个主表面垂直于板的厚度运动。一个主表面在从板的另一主表面算起的相反垂直方向运动。不希望的振动模式中，面切变模式可以看作在坯料的宽度-长度平面中沿坯料的长度方向传播的波。弯曲模式可以看作在坯料的厚度-宽度平面中沿坯料的宽度方面传播的波。然而，弯曲模式还具有坯料长度方向的分量。本专利技术使得面切变和弯曲模式变弱。图3展示了本专利技术的第一实施例，包括具有压电板22的压电谐振器20，压电板22具有上表面24和下表面。板22与图1所示现有技术谐振器所用的相同。在第一实施例中，上电极26设置于板22的上表面上，下电极(未示出)设置于板的下表面上。较好的是，上电极26和下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电谐振器，包括：具有上下表面的压电板；设置于板上表面上的上电极；设置在板下表面上的下电极；及上下电极中至少一个具有沿至少一个电极的第一边缘的一部分的第一图形，以便在受ＡＣ信号激发时，电极的第一周期性图形引起对该压电板的不希望振动模式的相消性干涉。

【技术特征摘要】
US 1997-6-5 08/869,8951.一种压电谐振器，包括具有上下表面的压电板；设置于板上表面上的上电极；设置在板下表面上的下电极；及上下电极中至少一个具有沿至少一个电极的第一边缘的一部分的第一图形，以便在受AC信号激发时，电极的第一周期性图形引起对该压电板的不希望振动模式的相消性干涉。2.如权利要求1的谐振器，其中压电板是AT-切型石英板，在受AC信号激发时，电极在石英板内产生希望的主要厚度切变振动模式。3.如权利要求1的谐振器，其中上下电极基本上相对，并具有基本相同的周期性图形。4.如权利要求1的谐振器，其中第一图形是周期性正弦曲线形。5.如权利要求4的谐振器，其中第一周期性图形具有介于一组不希望振动模式和它们的局部谐波或子谐波频率的周期之间的第一周期。6.如权利要求1的谐振器，其中不希望的振动模...

【专利技术属性】
技术研发人员：BA卡洛尔，W张，S基姆，
申请(专利权)人：CTS公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]