Пьезоэлектрический компонент для фильтра
Владельцы патента RU 2700374:
Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" (ОАО "Межгосударственная Корпорация Развития") (RU)
Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов на объемных акустических волнах, в частности в качестве пьезоэлектрического компонента (ПЭК) для фильтра, содержащего серию акустически связанных резонаторов. Технический результат: увеличение полосы пропускания. Сущность: ПЭК выполнен из прямоугольной пьезоэлектрической пластины 1, на одной из поверхностей которой выполнены электроды 2 и 3 с контактными площадками 4 и 5 соответственно. На этой же поверхности пластины 1 в свободных углах расположены контактные площадки 6 и 7. На противоположной стороне пластины 1 выполнен сплошной электрод 8 с контактными площадками 9 и 10, расположенными по диагонали относительно друг друга, соединенные с контактными площадками 6 и 7 соответственно. На этой же поверхности пластины 1 в свободных углах расположены контактные площадки 11 и 12, соединенные соответственно с контактными площадками 4 и 5. По центру сплошного электрода выполнено напыление дополнительного слоя металла 13, ширина которого определяется соотношением W = E + 2 *k*B, где W – ширина напыления дополнительного слоя металла, мм; Е – ширина межэлектродного зазора с обратной стороны пластины, мм; k – величина, равная 0,1…0,3; B – длина электрода, мм. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использована в устройствах частотной селекции сигналов на объемных акустических волнах, в частности, в качестве пьезоэлектрического компонента для фильтра, содержащего серию акустически связанных резонаторов.
Известен пьезоэлемент (RU 2032252, МПК H01L 41/00, опубл. 27.03.1995 г.), выполненный из кристалла кварца среза yzb/35°ll'±5' в виде пластины прямоугольной формы с двумя сигнальными электродами, расположенными на одной поверхности пластины и двумя низкопотенциальными (заземляющими) электродами на противоположной поверхности пластины, причем каждый электрод имеет по одной контактной площадке в одной из угловых частей пластины, продольная ось симметрии пластины совмещена с кристаллографической осью Z', а ширина пластины выбрана в определенном соотношении. В современных пьезоэлектрических фильтрах все чаще возникает запрос на получение более широкой полосы пропускания фильтра при сохранении миниатюрности конструкции и высоких значений прочих параметров. Известно, что с уменьшением величины межэлектродного зазора полоса пропускания (при прочих равных условиях) будет увеличиваться. Однако уменьшение межэлектродного зазора имеет свои ограничения, обусловленные технологией изготовления (сложности в изготовлении оснастки для миниатюрных элементов) и высокой вероятностью подпыления металла в зазор, приводящие к смыканию электродов. Недостаток известного пьезоэлемента заключается в ограничении возможности расширения полосы пропускания.
Известен пьезоэлемент (RU 175586, МПК H01L 41/04, опубл. 11.12.2017 г.), принятый в качестве прототипа, выполненный из кристалла кварца среза yzb/(+35°15'…+35°17') в виде прямоугольной пластины, на одной поверхности которой расположен, по меньшей мере, один электрод, имеющий одну контактную площадку в угловой части поверхности, при этом электрод на другой поверхности пластины имеет две контактные площадки, расположенные по диагонали относительно друг друга, а в оставшихся угловых частях обеих поверхностей дополнительно расположены контактные площадки. Каждая контактная площадка, расположенная в каждой угловой части одной поверхности, электрически соединена с контактной площадкой, расположенной под ней на противоположной поверхности. При этом ширина пластины находится в определенном интервале значений, зависящем от толщины пластины.
В прототипе на одной из сторон пластины выполнен электрод с двумя контактными площадками (сплошной электрод). Такая конструкция пьезоэлемента позволяет несколько расширить полосу пропускания примерно на 10% в зависимости от величины межэлектродного зазора, размеров электродов и номинальной частоты. Недостаток известного пьезоэлемента заключается в ограничении возможности расширения полосы пропускания.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании пьезоэлектрического компонента с расширенной полосой пропускания.
Указанный технический результат достигается тем, что в пьезоэлектрическом компоненте для фильтра, выполненном в виде прямоугольной пьезоэлектрической пластины, на одной из поверхностей которой расположены электроды, имеющие по одной контактной площадке в угловой части поверхности, а на другой поверхности пластины расположен сплошной электрод, имеющий две контактные площадки, расположенные по диагонали относительно друг друга, по центру сплошного электрода выполнено напыление дополнительного слоя металла, ширина которого определяется соотношением: W = E + 2 *k*B,
где W – ширина напыления дополнительного слоя металла, мм;
Е – ширина межэлектродного зазора с обратной стороны пластины, мм;
k – величина, равная 0,1… 0,3;
B – длина электрода, мм.
В оставшихся угловых частях обеих поверхностей пластины могут быть дополнительно расположены контактные площадки, при этом каждая контактная площадка электрически соединена с контактной площадкой, расположенной под ней на противоположной поверхности пластины. В качестве материала пластины может быть использован кварц среза YZb/+35°13´±2´ или танталат лития среза XYs/-49°±2´.
Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 приведен вид пьезоэлектрического компонента (далее – ПЭК) с одной стороны пластины, на фиг.2 приведен вид ПЭК с другой стороны пластины.
ПЭК выполнен в виде прямоугольной пьезоэлектрической пластины 1, на одной из поверхностей которой выполнены электроды 2 и 3, являющиеся сигнальными, при этом электрод 2 является входным, а электрод 3 – выходным. Электроды 2 и 3 выполнены соответственно с контактными площадками 4 и 5 подачи/съема электрического сигнала. На этой же поверхности пластины 1 в свободных углах расположены контактные площадки 6 и 7 заземления. На противоположной стороне пластины 1 выполнен сплошной электрод 8 с контактными площадками 9 и 10, расположенными по диагонали относительно друг друга, соединенные с контактными площадками 6 и 7 соответственно. На этой же поверхности пластины 1 в свободных углах расположены контактные площадки 11 и 12, соединенные соответственно с контактными площадками 4 и 5. По центру сплошного электрода выполнено напыление дополнительного слоя металла 13.
ПЭК работает следующим образом.
При подаче на контактные площадки 4 и 11 электрода 2 входа, расположенного на пластине 1, и контактные площадки 9 и 6 электрода 8 высокочастотного напряжения с частотой, соответствующей основному колебанию сдвига по толщине, в подэлектродной области устанавливается сдвиговая стоячая волна. При определенном зазоре между электродами 2 и 3 между входным резонатором, образованным электродами 2 и 8, и выходным резонатором, образованным электродами 3 и 8, возникает электроакустическая связь, за счет которой сдвиговые колебания входного резонатора передаются в подэлектродную область выходного резонатора, с контактных площадок 5, 7, 10 и 12 которого снимается выходной высокочастотный сигнал.
Контактные площадки 6, 7, 11 и 12 обеспечивают надежное соединение при монтаже ПЭК в корпус фильтра, за счет того что адгезия клея или припоя к металлизированной контактной площадке выше, чем к материалу пьезоэлектрической пластины 1. Контактные площадки 9, 10, 11 и 12 могут быть соединены с соответствующими площадками 6, 7, 4 и 5 путем запыления боковой поверхности пьезоэлектрической пластины 1.
Для обеспечения окончательной подстройки после монтажа в корпус ПЭК монтируются вверх той поверхностью пластины 1, на которую нанесен сплошной электрод 8. В случае монтирования в корпус нескольких ПЭК используются пары ПЭК с зеркальным расположением электродов и контактных площадок, так как сплошной электрод 8 должен монтироваться только на заземленные контактные площадки корпуса.
Для обеспечения расширения полосы пропускания выполнено напыление дополнительного слоя металла 13 в области по центру сплошного электрода 8 шириной равной:
W = E + 2 *k*B,
где W – ширина напыления дополнительного слоя металла, мм;
Е – ширина межэлектродного зазора с обратной стороны пластины, мм;
k – величина, равная 0,1…0,3, подбирается экспериментально в зависимости от размеров и частоты ПЭК;
B – длина электрода, мм.
Выполнение сплошного электрода с напылением по центру дополнительного слоя металла позволяет расширить полосу пропускания в общей сложности на 25-45% в зависимости от частоты, размеров электродов, межэлектродного зазора и толщины напыления дополнительного слоя металла.
Толщина напыления дополнительного слоя металла и его ширина подбираются экспериментально, так как чрезмерное их увеличение может ухудшить другие параметры фильтра.
В качестве материала пьезоэлектрической пластины можно использовать кварц среза YZb/+35°13´±2´ или танталат лития среза XYs/-49°±2´.
1. Пьезоэлектрический компонент для фильтра, выполненный в виде прямоугольной пьезоэлектрической пластины, в качестве материала которой использован кварц среза YZb/+35°13´±2´ или танталат лития среза XYs/-49°±2´, на одной из поверхностей которой расположены электроды, имеющие по одной контактной площадке в угловой части поверхности, а на другой поверхности пластины выполнен сплошной электрод, имеющий две контактные площадки, расположенные по диагонали относительно друг друга, отличающийся тем, что по центру сплошного электрода выполнено напыление дополнительного слоя металла, ширина которого определяется соотношением: W = E + 2 *k*B, где
W – ширина напыления дополнительного слоя металла, мм;
Е – ширина межэлектродного зазора с обратной стороны пластины, мм;
k – величина, равная 0,1…0,3;
B – длина электрода, мм.
2. Пьезоэлектрический компонент по п.1, отличающийся тем, что в оставшихся угловых частях обеих поверхностей дополнительно расположены контактные площадки, при этом каждая контактная площадка электрически соединена с контактной площадкой, расположенной под ней на противоположной поверхности пластины.
