ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОМПОНЕНТ ДЛЯ ФИЛЬТРА
PIEZOELECTRIC COMPONENT FOR FILTER

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´.