一种压电谐振元件 本发明涉及压电谐振元件，例如一种振荡器、一种鉴相器、和一种滤波器，特别涉及一种在纵向振动模式下振动的压电元件被安装在一个基底上的压电谐振元件。
传统地，一种电导性的支撑体被固定到压电元件的下表面电极的中心部分(节点部分)，该压电元件纵向振动模式下振动。当经由一个电导胶粘剂连接的支撑体到基底上的布图电极时，压电元件的上表面电极经由引线焊接连接到另一个基底的布图电极。有这样结构的一种压电谐振元件已经公开，例如日本未审查公开的专利申请的JP10-200366。通过在压电元件的电极上涂覆上一层电导膏形成了电导支撑体，使得它有一个预定的厚度，并使膏体硬化。
在压电谐振元件有上面描述的结构的情况下，有一些元件导致图1中所示的相位特性和阻抗波形方面混乱。因为通过使用电导支撑体和电导胶粘剂完成了与压电元件的电连接，所以产生了波形的混乱，而且压电元件被支撑并与基体分离。通过电导支撑体和电导胶粘剂，压电元件地振动发生在基底一侧，这样压电元件和基底引起完整的振动。图1A显示了一个单一压电元件的波形，而图1B显示压电元件安装在基底之后的波形。
压电元件的振动被发射到基底一侧的原因是因为电导支撑体和电导胶粘剂定义了用于振动传播的路径。因而，为了抑制这样的压电元件的振动传播，可考虑随后的两个方法。
第一个方法包括在电导支撑体的压电元件的长度方向上减少附着区域，并抑制压电元件的振动传播。然而，该方法在压电元件导致支撑强度度降低，以致电导支撑体很容易的从基底上脱落或通过碰撞或下落的震动从压电元件上移动。因此，该第一方法大大地降低了设备的可靠性。
第二种方法包括形成一种橡胶弹性材料例如氨基甲酸乙酯树脂的电导支撑体。然而，为了提供电导支撑体的电导性，使用电导填充物，例如银。假如电导填充物的含量降低了，则电导性大大地降低了。假如电导填充物的含量改为增加了，则弹性将大大地恶化。
为了克服上述的问题，本发明的最佳实施例提供了一种压电谐振元件，它包括安排到基底以便最小化压电元件的振动传播的电导支撑体。并且可靠的达到了电导性和防震的特性。
按照本发明的第一优选实施例，一个压电谐振元件包括一个具有在其上表面安装有布图电极的基底，和一个在纵向振动模式下振动、并在基底的下表面也装有一个电极的压电元件，和大约安装在压电元件的下表面电极的长度方向的中心部分的一个电导支撑体，其中电导支撑体通过电导胶粘剂固定到基底的布图电极，电导支撑体包括一种氨基甲酸乙酯树脂，它包含大约占电导支撑体的重量75％～85％的一种电导填充物。
通过电导支撑体和电导胶粘剂，构成压电元件的电极节点部分的大约中心部分被连接和固定到基底的布图电极。电导支撑体最好包括由橡胶弹性材料构成的氨基甲酸乙酯树脂。为了提供氨基甲酸乙酯树脂的电导性，也包括电导填充物，例如银。当减少电导填充物的含量时，电导性将下降；而当增加电导填充物的含量时，振动变得容易传播引起的不必要的振动。
本发明的发明人发现，假如电导填充物的含量在重量上超过了85％，由于振动传播，将发生电特性的恶化。此外，氨基甲酸乙酯树脂的强度恶化也将发生。因此，在电导支撑体中的电导填充物的含量的上限大约是重量的85％。
此外，假如电导填充物的含量低，橡胶的弹性改善了，并且由于振动传播，特性恶化也改善了。然而，假如电导填充物的含量在重量上小于75％，电导性质的问题就产生了。
这样，在电导支撑体中的电导填充物的含量在重量上最好是约75％～约85％。此外，作为一种电导填充物，可以使用银填充物、铜填充物(或者通过在铜上电镀银形成的填充物)、金填充物、或其它合适的填充物。
尽管可以用硅酮树脂代替氨基甲酸乙酯树脂用于电导支撑体，因为在硅酮树脂与氨基甲酸乙酯树脂比较的情况下，几乎没有硬化收缩。许多的电导填充物需要维持电导性。此外，当使用硅酮树脂时，可使用性是不好的。另一方面，如果在氨基甲酸乙酯树脂的情况，则没有这方面的问题。
由于在本发明的最佳实施例中通过包括一个氨基甲酸乙酯树脂的的电导支撑体固定压电元件和基底，即使施加撞击或外力例如下落的震动，由于电导支撑体的弹性，撞击力被吸收。结果，防止撞击力影响或损坏压电元件。此外，即使当电导支撑体、压电元和基底的附着区域增加时，因为通过压电元件的电导支撑体的弹性可以阻止到基底的振动传播，不论那里施加了撞击力，都不会有损坏或连接移动。
尽管也可以使用类似的氨基甲酸乙酯基电导胶粘剂作为用于附着电导支撑体和基底的电导胶粘剂，但是胶粘的强度是不足的。另一方面，如果在环氧树脂基电导胶粘剂情况下，它的附着强度是大的，而且因为橡胶弹性是不需要的，所以最好使用环氧树脂基电导胶粘剂。
本发明的各个最佳实施例的压电元件最好包括安排两个外部电极，所以它们连接该外部电极和柱形基座，其中压电层和内部电极交替地在基体的一侧表面的基座的长度方向层叠。
压电元件最好沿着长度方向极化。
在这样的一个层叠的压电元件中，因为使用压电纵向效应，其中极化的方向、电场的方向和振动的方向是相同的，与使用压电横向效应的压电元件相比，机电耦合系数增加了，而且使用压电横向效应时极化的方向、电场的方向和振动的方向都是不同的。因此，层叠压电元件的振动强度变强了(谐振器的德耳塔f是大的)，并且分层压电元件易于引起一个振动峰值。因此，通过使用本发明最佳实施例的电导支撑体，振动峰值被提供，并且设备的特性也大大地改善了。
此外，在压电元件层叠的情况下，因为输入/输出电极可以形成在整个表面上，如果通过电导支撑体，输入/输出电极被连接和固定到基底的布图电极上，用引线焊接连接上表面电极到基底的布图电极的步骤或其他方法可以省略。
本发明的其它的特征、元件、特性和优点从本发明参照附图的最佳实施例的随后的详细描述中将很明显的看出。
图1显示了单一压电元件和安装在基底之后的一个压电元件的相位特性和阻抗特性的一个波形图；
图2是按照本发明的最佳实施例的压电谐振元件的一个实例的剖视图；
图3是沿着图2的X-X线的截面图；
图4是图2所示的压电谐振元件的分解透视图；
图5是包括在图2的压电谐振元件中的压电元件的一个实例的透视图；
图6是包括在图2的压电谐振元件中的压电元件的另一个实例的透视图；
图7是包括在图6的压电元件的压电层的前视图；
图8是当改变电导支撑体的成分时的一个压电谐振元件的阻抗特性和相位特性图；
图9用于测量图8的特性的压电谐振元件的制造试验模型图；
图10是当在大约81％到大约85％的重量的范围内改变银填充物与氨基甲酸乙酯树脂的比率时的相位失真曲线图；
图11是一个显示如何决定相位失真的图；
图12是一个显示当改变电导支撑体的银填充物的含量时电导性质的改变的图；
图13显示通过一个电导支撑体的温度改变的杨氏模量的改变图；
在下文中，从参照附图作出的本发明的具体最佳实施例的下文描述中，本发明将是很明显的。
图2到图4显示了按照本发明的一个最佳实施例的一个压电谐振元件的实例。最适宜的最佳实施例的压电谐振元件是一个表面安装类型的振荡器，它包括一个压电元件1，一个基底20，和一个顶盖30。
一个压电元件1利用纵型振动模式，和如图5所示，该压电元件1包括一个具有实质上的矩形形状的基座2。基座2最可取的结构具有由压电陶瓷材料做成的多个压电层3和交替层叠的多个的内部电极4。如图5的箭头P所示，在基座2的纵向方向上执行极化，所以在内部电极4的两侧的每一侧的极化层的极化轴是彼此相反的。然而，基座2两端的极化是这样的，即基座2的两端是不极化的。
一个槽5被安装到在基座2纵向方向的一侧上扩展，所以槽5把基座2的一侧一分为二。而且，在通过槽5分开的表面上分别配置有第一绝缘涂抹层6和第二绝缘涂抹层7。
在通过槽5分开的基座2的一侧表面上，内部电极4的暴露部分交替地以第一绝缘膜6被涂抹。而在通过槽5分开的基座2的另一侧表面上，内部电极4的暴露部分不是由绝缘膜6涂覆，而是交替地由第二绝缘膜7涂覆。外部电极8和9安装在槽5的两侧，更准确地说，就是基座的绝缘膜6和7放置的部分。因此，没有以第一绝缘膜6涂覆的外部电极4连接到外部电极8，和没有通过第二绝缘膜7涂覆的外部电极4连接到外部电极9。换句话说，内部电极4交替的连接到外部电极8和9。
在压电元件1中，外部电极8和9用作输入/输出电极。因为电场加在相邻内部电极4除了基座2两端之外的所有部分，压电元件1的部分成为压电有效的。然而，因为基座2的极化在基座2的两端不执行，和在基座2的两端的表面上没有形成电极，所以没有加上电场并且这部分变成压电不激活。因此，通过在外部电极8和9之间输入一个信号，基座2的纵向方向上的交流电场被加到激活部分的每一个压电层3，在每一个压电层3产生扩展驱动力，纵向振动模式的基本振动通过基座2作为一个整体被激发。另外，尽管在基座2的两端提供有不激活部分，但是该不激活部分不是绝对必需的。即整个基座2可以是压电有效的。
如图5所示，凸状的电导支撑体10和11被固定在压电元件1的外部电极8和9的纵向中心部分(节点部分)。上述电导支撑体10和11将压电元件1的外部电极8和9连接和固定到基底20的布图电极21和22。在应用一个电导膏的涂覆使得在外部电极8和9上有一个预定厚度之后，使膏体硬化，因此就完成了电导支撑体10和11。电导支撑体10和11最好包括包含银填充物的氨基甲酸乙酯树脂。最好相对于氨基甲酸乙酯树脂的银填充物的数量大约占重量的75％～85％。
压电元件的结构没有严格的限定在如图5所示的，而是可以修改成图6所示的结构。在这样的压电元件1中，交替地层叠的在图7中所示的两种压电层3a合3b，内部电极4被安排暴露在基座2一侧表面的两行上。内部电极4通过交替地放置外部电极8和9在内部电极4暴露在两行上的部分与外部电极8和9相连接。在这种情况下，槽5是不需要的。并且电导支撑体10和11最好固定到外部电极8和9的纵向中心上(节点部分)。
基底20最好包括一个绝缘薄板，该板具有实质上的矩形形状和也由包括氧化铝陶瓷材料、玻璃陶瓷、玻璃环氧树脂、防热树脂或其它合适材料之一的材料构成的；和输入侧和输出侧的布图电极21和22通过众所周知的过程放置在基底20的顶部，例如喷镀、汽相沉积、和印刷。每一个布图电极21和22的外部连接部分通过基底20的侧边延伸到它的后表面。利用布图电极21和22内侧的侧边部分，固定到电导元件1的外部电极的8和9的纵向中心部分(节点部分)的电导支撑体10和11通过电导胶粘剂12和13被固定。作为电导胶粘剂12和13，例如使用包括73％重量的银填充物的环氧基胶粘剂。因此，用于定义压电元件1的输入和输出电极的外部电极8和9分别电连接到基底20的布图电极21和22。此外，通过电导支撑体10和11，压电元件1水平的附着到基底20上，并在压电元件1的两端和基底20之间提供了一个预定的间隙。
在基底20上，覆盖压电元件1的顶盖30以绝缘胶粘剂31粘附。并且压电元件1的外围是密封的。尽管此最佳实施例的顶盖30最适于通过执行压制形成一个金属板形成，该顶盖也可以是一个树脂顶盖或一个陶瓷顶盖。
图8显示通过使用三种压电元件(A)、(B)和(C)测量相位特性和阻抗特性的结果，其中用于定义电导支撑体10和11的银填充物和氨基甲酸乙酯树脂的含量比分别由大约85∶15、81∶19和75∶25构成。
这里，如图9所示，压电元件1的长度方向的尺寸L、支撑体10和11的宽度W1、支撑体10和11的胶粘表面的长度W2、支撑体10和11的高度t1、电导胶粘剂12和13的厚度t2和基底20的尺寸设置如下：
L＝4.32毫米
W1＝1.0-1.2毫米
W2＝0.6-0.8毫米
t1＝140-170微米
t2＝30-40微米
基底：尺寸为9.5毫米×6.5毫米×0.5毫米的氧化铝基底
如图8所示，当含量比大约是85∶15时，在高带通一侧产生了某些相位混乱。而当含量比率是大约81∶19时，相位混乱是很难产生的，而当含量比大约75∶25时，相位混乱还是很小。另外，当银填充物和氨基甲酸乙酯树脂的含量比超过大约85∶15时，相位混乱就会突然增加。因此，显示当银填充物的百分比组分减小时，通过电导支撑体10和11发射到基底20的压电元件1的振动被阻止。另外，考虑阻抗特性，获得了有利取样的3种类型。
图10显示当改变银填充物相对于氨基甲酸乙酯树脂的含量比为大约81％至85％的重量时的相位失真测量结果。另外，相位失真是测量从连接相位曲线的顶点的直线开始的降低量，如图11所示的。图11清楚的表示，直到银含量的重量约为85％，相位失真是低的。然而，当银重量含量大约85％时，证明了相位失真和它的扩散是大的。因而，在相位失真和振动扩散之间是相关的。在阻抗电路中为了不被寄生波动影响，希望使银的重量含量大约84％或更小。
图12显示了当改变电导支撑体10和11的银填充物的含量时电导性质的改变。
这里，当使用两种类型的氨基甲酸乙酯树脂时，电导支撑体10和11的厚度为两种类型，一个类型有20微米的厚度和另一个有类型200微米的厚度。这就产生了总共4种类型的取样，并且计算银填充物和特定电阻的关系。
如图12所示，当电导支撑体10和11的厚度是大约200微米时，银填充物重量含量大约是70％或更多和特定电阻变得小于20×10-4(欧姆×厘米)和获得满意的电导性。另一方面，当电导支撑体10和11的厚度大约是20微米时，银填充物的重量含量最好是大约79％或更多。特定电阻减少到小于20×10-4(欧姆×厘米)，然后获得了满意的电导性。因此，假如银填充物的重量含量是大约79％或更多，则在不管支撑体的厚度的情况下就可以获得稳定的电导性。
图13显示按照电导支撑体10和11的温度改变的杨氏模量的改变。在图13中，在(A)中相对于氨基甲酸乙酯树脂的银填充物含量的重量的百分比最好是大约85％，在(B)中重量最好是大约83％，在(C)中重量它可能是大约81％。
同样，在大约-20℃，预定的相位特性和阻抗特性是需要用于压电谐振元件的期望的特性。假如银填充物的含量的数值是重量的大约85％或更小时，如图13清楚的显示因为杨氏模量在大约-20℃处将变得小于1.00E+09(Pa)，所以杨氏模量可以维持低和从压电元件1到基底20的振动传播可也以被有效的消除。
尽管表面安装型振荡器的实例被显示为在上述的最佳实施中的一个压电谐振元件，但本发明不只限于这一点。本发明可以应用到一个梯形滤波器或其它合适的设备。
尽管在图5和图6所示的上面最佳实施例中描述了包括具有多个压电层的多层体的纵向振动模式元件的压电元件1、1′，但本发明并没有限制这些最佳实施例。本发明也可以应用到一个纵向振动模式元件，其中电极被安置在一个压电基底的所有两个主表面上。
此外，压电元件不限制于具有仅仅在元件的下表面提供电极的元件，而且它也可以包括在压电元件的上下表面都提供电极的压电元件。在这种情况下，基底的上表面电极和布图电极可以经由引线焊接或其它合适的元件连接。
按照本发明的最佳实施例，在一个压电谐振元件中，其中压电元件的下表面电极的纵向中心部分通过一个电导支撑体体固定到基底的布图电极，因为电导支撑体包括含有电导填充物并且电导填充物的成分的重量约为75％～85％的的氨基甲酸乙酯树脂，它可以消除传送到基底的压电元件的振动和阻止从产生在相位特性或阻抗波形上的波形失真。此外，安全而可靠的达到绰绰有余的电导性。
此外，因为电导支撑体有橡胶弹性，即使击打力加在其上面，因为电导支撑体的弹性，所以击打力也被吸收了。因而击打力没有影响或损环压电元件，因此可靠的阻止了压电元件的脱落或断开。
虽然已经披露本发明的最佳实施例，在这里披露的执行该原理的各种方式已经计划包含在随后的权利要求的范围内。因此，应该理解除了权利要求中的另外阐述外，本发明的范围没有被限制。