專利名稱：諧振器、壓電諧振裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振器，壓電諧振裝置及其制造方法。
壓電諧振裝置的一個實例——諧振器可作為產(chǎn)生時鐘信號等的電路用于各種電子設(shè)備中。通常，諧振器上設(shè)有壓電元件和電容器。通過輸入輸出引線端子和地線端子的連接可以使這些部件構(gòu)成一個信號發(fā)生電路。壓電元件和電容器通常用由環(huán)氧樹脂等構(gòu)成的密封樹脂整體覆蓋。
就可用于這種諧振器的相關(guān)技術(shù)所述的輸入輸出引線端子而言，公知的實例有公開在日本未審查的實用新型公報(kokai)63-131414中的引線端子。該公報中展示的引線端子是通過沖壓金屬片使之形成帶狀然后進行切割和彎曲而制成的。
在該公報所展示的引線端子中，存在的問題是需要太多的生產(chǎn)步驟。此外，由于這種引線端子的結(jié)構(gòu)要求從兩個不同的側(cè)面來保持壓電元件的端部，所以減小了壓電元件振動部分的面積而且由于需要較大的面積來保持所述端部所以增加了壓電元件的縱向?qū)挾?。這與減小壓電諧振器尺寸的要求是背道而弛的。
就相關(guān)技術(shù)所述的另一種引線端子而言，在日本未審查的專利公開(公報)第3-421號中示出了一種公知的引線端子。在該公開文獻中示出的引線端子是通過沖壓金屬板使之形成T形然后將端部彎曲使之構(gòu)成U形而制得的。
在該公開文獻所示的引線端子中，也同樣存在生產(chǎn)時需要過多生產(chǎn)步驟的問題。此外，盡管不象日本未審查專利公開(公報)第63-131414中所示的引線端子那樣差，但是由于其結(jié)構(gòu)同樣是需要從兩側(cè)保持壓電元件的端部，所以減小了壓電元件振動部分的面積而且使壓電元件的縱向?qū)挾仍黾恿繛楸３炙龆瞬克璧拿娣e。這再一次使得與減小壓電諧振器尺寸的要求相背離。
此外，如日本未審查的專利公開(公報)第63-131414號中所示，已有技術(shù)的諧振器包括壓電元件和彼此并行相對定位的電容器。然而，如果將這種壓電諧振器用于溫度劇烈變化的環(huán)境下(例如，安裝在機動車上)，則會出現(xiàn)對弱振動操作極為敏感的問題。為了避免出現(xiàn)這一問題，已經(jīng)證實可以將壓電元件和電容器在豎直方向上置于彼此偏離的位置上并且用引線端子進行連接和固定，但是這又會不滿足減小壓電諧振器尺寸的要求。
此外，在已有技術(shù)的諧振器中，由于是在沒有考慮壓電元件頻帶特性的情況下對圍繞壓電元件周圍區(qū)域的密封樹脂內(nèi)形成的振動隙尺寸進行測定的，因而存在不能獲得良好諧振特性的問題。
本發(fā)明就是在考慮了這種情況的基礎(chǔ)上提出的。本發(fā)明的第一個目的是提供一種易于生產(chǎn)且尺寸較小的諧振器以及制作這種諧振器的方法。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種在抵抗熱沖擊方面效果極佳且尺寸較小的諧振器。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種能保持良好諧振特性且壽命很長的諧振器或壓電諧振裝置以及制作這種諧振器或壓電諧振裝置的方法。
為了達到第一個目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供一種諧振器，該諧振器包括壓電元件；由通過沖壓加工的錐形接收槽形成的導(dǎo)電線材構(gòu)成的引線端子，所述錐形接收槽的頂端保持著壓電元件的一端；和電容器，其在將壓電元件的端部保持在引線端子接收槽中的情況下與引線端子的頂端外周相連從而與壓電元件一起構(gòu)成諧振電路。
按照本發(fā)明第一方面所述的生產(chǎn)壓電諧振器的方法包括以下步驟在通過沖壓加工導(dǎo)電線材構(gòu)成的引線端子的一端上形成錐形接收槽；將壓電元件的一端插入錐形接收槽內(nèi)并由引線端子保持壓電元件；和把與壓電元件一起構(gòu)成諧振電路的電容器外電極與引線端子相連。
就本發(fā)明第一方面所述的諧振器及其生產(chǎn)方法而言，由于是通過沖壓加工導(dǎo)電線材的端部形成錐形接收槽，所以使引線端子的生產(chǎn)變得極為容易。此外，由于在引線端子中形成的錐形接收槽用極小的所需面積保持壓電元件，所以沒有減小壓電元件的有效振動范圍而且能夠很容易地減小壓電諧振器的尺寸。
優(yōu)選使錐形接收槽具有截面寬度大于壓電元件端部厚度的開口部分和截面寬度小于壓電元件端部厚度的底壁。通過制造這種錐形槽，既使是壓電元件的端部在厚度上稍有差異也能夠保持在錐形接收槽中，因此可以在較大范圍內(nèi)使用這種引線端子部件。
優(yōu)選的構(gòu)成引線端子的導(dǎo)電線材截面形狀在不形成錐形接收槽的部分基本上為圓形?；旧蠟閳A形截面的導(dǎo)電線材容易得到而且有助于降低生產(chǎn)成本。
優(yōu)選沿引線端子的縱向在長度至少為壓電元件寬度的范圍內(nèi)，在引線端子頂端處形成錐形接收槽。
優(yōu)選在引線端子縱向的中部形成彎曲部分。當(dāng)將引線端子插入電路板的安裝孔中時，該引線端子的彎曲部分起鎖定件的作用，而且能夠使壓電元件和電容器離電路板的高度保持不變，從而有助于壓電諧振器特性的穩(wěn)定。
優(yōu)選通過接收槽中的焊料將形成在壓電元件表面的外電極電連接到引線端子上。將釬焊焊劑插到接收槽中，然后將壓電元件的一端插到接收槽中并進行加熱處理，由此將壓電元件的端部和引線端子固定在一起并同時使壓電元件的外端和引線端子電性連接。
為了達到第二目的，按照本發(fā)明的第二方面，提供一種諧振器，該諧振器包括壓電元件；由導(dǎo)電線材構(gòu)成且用于保持壓電元件一端的引線端子；和在用引線端子保持壓電元件一端的狀態(tài)下與引線端子的頂端相連以便與壓電元件一起構(gòu)成諧振電路的電容器，其中構(gòu)成壓電元件的壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)與構(gòu)成電容器的介電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之差不大于5ppm/℃。
優(yōu)選的壓電陶瓷是三組分基的氧化鋯—鈦酸鉛基陶瓷而介電陶瓷是鉛基陶瓷。
在本發(fā)明第二方面所述的壓電諧振器中，由于構(gòu)成壓電元件的壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)和構(gòu)成電容器的介電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之間的差值不大于5ppm/℃，所以這有助于減小壓電諧振器的尺寸和提高諧振器抵抗熱沖擊的能力。也就是說，通過并聯(lián)設(shè)置壓電元件和電容器，能夠減小諧振器的尺寸。此外，既使是將諧振器放在溫度劇烈變化的位置上，由于壓電元件和電容器之間的熱膨脹差很小，所以不必?fù)?dān)心出現(xiàn)開裂等問題而且其耐久性極佳。
應(yīng)注意到，在本發(fā)明中是利用在-40℃到+85℃環(huán)境下的值來判斷熱膨脹系數(shù)(也稱作線性膨脹系數(shù))值的。
為了達到第三個目的，按照本發(fā)明的第三方面，提供一種壓電諧裝置，該裝置包括壓電元件和覆蓋壓電元件以便在壓電元件振動區(qū)的周圍形成振動空隙的密封樹脂，其中與振動隙相接觸的壓電元件表面面積與壓電元件的頻帶有預(yù)定關(guān)系。
按照本發(fā)明第三方面所述的壓電諧振裝置的生產(chǎn)方法包括以下步驟用抹子將蠟涂在壓電元件的預(yù)定位置上，所述抹子尖部的寬度是根據(jù)壓電元件的頻帶選定的，用密封樹脂覆蓋涂過蠟的整個壓電元件，并對密封樹脂進行加熱使密封樹脂固化和將蠟吸入密封樹脂以便在密封樹脂中形成振動空隙。
優(yōu)選的是，當(dāng)壓電元件的頻帶是3MHz時，與振動空隙相接觸的壓電元件表面面積為3.0±0.4mm2。此外，當(dāng)壓電元件的頻帶為4MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積優(yōu)選為2.7±0.4mm2。此外，當(dāng)壓電元件的頻帶為5-6MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積優(yōu)選為2.4±0.4mm2。
在本發(fā)明上述方面所述的壓電諧振裝置及其生產(chǎn)方法中，通過把壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積設(shè)定成與壓電元件的頻帶成預(yù)定關(guān)系，便能夠很好地保持壓電元件的諧振特性并能有效地防止壓電元件和/或密封樹脂的開裂、損壞等。此外，在本發(fā)明所述壓電諧振裝置的生產(chǎn)方法中，能夠有效地制造具有良好諧振特性和極好耐久性的壓電諧振器。
應(yīng)注意到，根據(jù)本發(fā)明上述方面所述的壓電諧振裝置并不限于諧振器，而是包含所有具有振動空隙的裝置例如壓電諧振濾波器。
通過對下面結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實施例進行的描述將會使本發(fā)明的這些和其它目的以及特征變得更清晰，其中

圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例所述諧振器主要部件的示意性透視圖；圖1B是圖1A中所示諧振器的等效電路圖；圖2是圖1A所示壓電諧振器的示意性剖面圖；圖3是詳細表示圖1A中所示諧振器的壓電元件和引線端子之間連接部分的主要部件的剖面圖；圖4是壓電元件的示意性透示圖；圖5是表示引線端子生產(chǎn)方法的主要部件透視圖；圖6是諧振器生產(chǎn)方法的示意圖；和圖7及圖8是按照本發(fā)明另一個實施例所述壓電諧振器使用的引線端子的透視圖。
第一實施例如圖1A所示，該實施例所述的諧振器10包括基本上平行設(shè)置的壓電元件1和電容器2。如圖1B所示，壓電元件1和電容器2借助一對輸入輸出引線端子3和一個接地引線端子5而彼此相連從而構(gòu)成例如積分電路的信號發(fā)生電路。
如圖1A和圖2所示，壓電元件1、電容器2和引線端子3、5的頂端外周覆蓋有密封樹脂8。在壓電元件1的振動部分周圍形成振動空隙20。密封樹脂8沒有特別限制，但其可以包括例如環(huán)氧基樹脂等。
在一對輸入輸出引線端子3的縱向中部(從密封樹脂8伸出的位置)形成基本上呈U型且向外凸出的彎曲部分4。當(dāng)將引線端子3的底端插入電路板(未示出)的安裝孔中時，引線端子3的彎曲部分4起鎖定件的作用。所述彎曲部分能使壓電元件和電容器離開電路板的高度保持不變而且有助于穩(wěn)定壓電諧振器10的特性。
接地引線端子5的頂端形成臺階部分6。電容器2的中部保持在臺階部分6上。臺階部分6埋入密封樹脂8中。對接地引線端子5沒有特別限制，但是其可以例如由圓形導(dǎo)體或其它金屬線構(gòu)成。
每個輸入輸出引線端子3均可以由例如圓形截面的導(dǎo)電線材構(gòu)成。如圖1A和圖3所示，每個輸入輸出引線端子的頂端都形成有錐形接收槽12。在本實施例中，錐形接收槽12是通過作為沖壓加工的一種形式—“沖擊成型”制得的。也就是說，如圖5所示，將用于形成引線端子3的線材端部置于在基座24上形成的截面為半圓形的槽26中并在液壓機構(gòu)的作用下，用硬金屬沖模28從線材上方對其施壓從而形成錐形接收槽12。應(yīng)注意的是，形成輸入輸出引線端子的線材由與接地引線端子5相同的金屬構(gòu)成。
如圖3所示，錐形接收槽12具有一對傾斜的側(cè)壁12a和底部12b。槽12開口部分的截面寬度W1大于壓電元件1的厚度T1，而底部12b的截面寬度W2小于壓電元件1的厚度T1。本發(fā)明中壓電元件1的厚度T1是根據(jù)振動頻率確定的，但通常為0.25-0.39mm左右。圖4中所示壓電元件1的寬度W3一般為0.5-0.7mm左右。此外，壓電元件1的長度L1為6.0-6.5mm左右。
如圖3所示，槽12開口的截面寬度W1優(yōu)選尺寸約為壓電元件1厚度T1的150％-200％，而槽12底部12b的截面寬度W3優(yōu)選尺寸為厚度T1的0％-80％左右。此外，槽12的深度D1的優(yōu)選尺寸約為構(gòu)成引線端子3之線材外徑D0的120％-140％。構(gòu)成引線端子3的線材之外徑D0是根據(jù)印刷電路板上端接孔的內(nèi)徑等而確定的。
如圖5所示，槽12是沿構(gòu)成引線端子3的線材的縱向形成的。長度L2的尺寸至少是圖4中所示壓電元件1的寬度W3。優(yōu)選的尺寸為寬度W3的100％-150％。
如圖4所示，壓電元件1具有一個扁平的壓電襯底11。壓電襯底11由氧化鋯—鈦酸鉛、鈦酸鉛等構(gòu)成。在襯底11的兩側(cè)形成外電極14。一個電極14沿縱向伸向元件1的一端，而另一個電極14沿縱向伸向元件1的另一端。通過對電極14施加預(yù)定電壓，電極14在元件1上的重疊部分將產(chǎn)生振動。為了使電極14在壓電元件1上的重疊部分產(chǎn)生振動，而在密封樹脂8的內(nèi)部形成振動空隙20以便如圖2所示使振動空隙20在大于重疊部分的面積S1上與壓電元件1的兩個表面相接觸。
電容器2由介電襯底21構(gòu)成，所述介電襯底的兩個表面上帶有電極。如圖2所示，介電襯底21的一個表面上的兩端形成一對第一外電極16。該襯底21的另一表面上形成第二外電極18。第一外電極16與輸入輸出引線端子3頂端的外周電性連接，而第二外電極18則與接地引線端子5的頂端相連。
電容器2的介電襯底21由鈦酸鋇、氧化鋯—鈦酸鉛等介電材料構(gòu)成。
下面將解釋圖1A中所示壓電諧振器1A的生產(chǎn)方法。
首先，如圖5所示，制備形成輸入輸出引線端子3的線材。通過在線材的前端進行沖壓成型形成錐形接收槽12。接著，根據(jù)需要在線材的中部形成彎曲部分4。然后，將形成錐形接收槽12的線材前端插入釬焊焊劑中使釬焊焊劑充滿接收槽12的內(nèi)部。接著，如圖3所示，將壓電元件1的一端插入接收槽2的內(nèi)部，由此使壓電元件1的端角抵住槽12的傾斜側(cè)壁12a并通過引線端子3的接收槽12將壓電元件1的一端可靠地臨時固定。此外，借助使焊料回流的后序熱處理步驟，可通過接收槽12內(nèi)部的焊料17將壓電元件1的外部端子14牢固地電性連接到引線端子3上。
如圖6所示，在用一對引線端子3臨時保持壓電元件1的兩端之后，用抹子22在壓電元件1的一個表面上涂覆蠟20a。對蠟20a沒有特別限制，只要其在后序的熱處理步驟中能被吸入密封樹脂內(nèi)部既可，但是可以使用烷烴基蠟。
隨后，把在電容器2上形成的一對第一外電極16連接到輸入輸出引線端子3的外周上以便將電容器2定位和使其與壓電元件1基本平行，在此之前已經(jīng)在另一個步驟中將接地引線端子5安裝到第二外電極18上。接下來，進行使焊料回流的熱處理以便更可靠地實現(xiàn)引線端子3和5以及外部端子14、16和18之間的機械和電性連接。
接著，將壓電元件1、電容器2和引線端子3及5的頂端全部放入熔融的樹脂中。然后進行熱處理使之產(chǎn)生熱固化并由此形成密封樹脂8。在對樹脂進行熱處理的同時，如圖20所示將蠟20a吸入樹脂8中并且形成如圖2所示的振動空隙20。
在本實施例所述的壓電諧振器10及其生產(chǎn)方法中，由于是通過在導(dǎo)電線材的端部進行沖壓而形成錐形接收槽12，所以引線端子3的生產(chǎn)極為容易。此外，由于在引線端子3上形成的錐形接收槽12可以用最小所需面積來保持壓電元件1的端部，所以不會減小壓電元件1的有效振動面積但卻很容易減小壓電諧振器10的尺寸。
第二實施例按照該實施例所述的壓電諧振器在結(jié)構(gòu)上與圖1A和圖2中所示壓電諧振器10相同，但是其不同點在于選用了陶瓷材料從而使構(gòu)成壓電元件1之壓電襯底11的壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)與構(gòu)成電容器2之介電襯底21的介電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之間的差值不大于5ppm/℃。
在這一實施例中，構(gòu)成壓電元件1之壓電襯底11的壓電陶瓷由用pbTiO3-pbZrO3-pb(Mg1/3Nb2/3)O3表示的三組分基的氧化鋯—鈦酸鉛構(gòu)成，而且其線性膨脹系數(shù)約為0.2-0.8ppm/℃，優(yōu)選為0.5ppm/℃。此外，構(gòu)成電容器2之介電襯底21的介電陶瓷由鉛基介電陶瓷構(gòu)成，所述鉛基介電陶瓷主要包括pb(Mg，Nb)O3，pb(Fe，Nb)O3，pb(Zn，Nb)O3，pb(Mn，Nb)O3等或它們的組合物而且其線性膨脹系數(shù)約為2.5-5.5ppm/℃，優(yōu)選為3.0-4.9ppm/℃。應(yīng)注意的是，本發(fā)明中的線性膨脹系數(shù)是在-40℃到+85℃范圍的外部環(huán)境下的值。
在本實施例所述的諧振器中，由于構(gòu)成壓電元件1之壓電襯底11的壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)與構(gòu)成電容2之介電襯底21的介電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之間的差不大于5ppm/℃，所以這有助于減小壓電諧振器10的尺寸和提高壓電諧振器抵抗熱沖擊的能力。也就是說，通過并行設(shè)置壓電元件1和電容器2，可以減小壓電諧振器的尺寸。此外，既使是將壓電諧振器10置于溫度急劇變化的場所例如汽車中，由于壓電元件1和電容器2的熱膨脹系數(shù)差很小，所以幾乎不用擔(dān)心在元件1和2中或密封樹脂8中產(chǎn)生斷裂等現(xiàn)象而且其壽命極長。
應(yīng)該注意到，在本實施例的壓電諧振器中，還可以用圖7或圖8中示出的普通引線端子30a或30b來代替圖1A中示出的輸入出引線端子3。
第三實施例按照該實施例所述的作為壓電諧振裝置一個實例的壓電諧振器之結(jié)構(gòu)與圖1A和圖2中所示壓電諧振器10相同，但是其不同點在于與振動空隙20相接觸的壓電元件1的表面面積S1(參見圖4)與壓電元件1的頻帶有預(yù)定關(guān)系。
也就是說，當(dāng)壓電元件1的頻帶為3MHz時，與振動空隙20相接觸的壓電元件1的表面面積S1為3.0±0.4mm2，當(dāng)壓電元件1的頻帶為4MHz時，與振動空隙20相接觸的壓電元件1的表面面積S1為2.7±0.4mm2，而當(dāng)壓電元件1的頻帶為5-6MHz時，與振動空隙20相接觸的壓電元件1的表面面積S1為2.4±0.4mm2。在其它頻帶的情況下，可以通過根據(jù)這些頻帶與面積S1的關(guān)系進行外插或內(nèi)插來確定所述面積。
當(dāng)壓電元件1的頻帶較高時，頻率的波長λ較短。當(dāng)波長較短時，壓電元件1的厚度較小。根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)驗，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓電元件1的頻率較高時，通過減小壓電元件1與振動空隙20相接觸的表面面積S1，可以在不損壞諧振特性的情況下，抑制在壓電元件1的壓電襯底11和/或密封樹脂中產(chǎn)生斷裂。
與振動空隙20接觸的壓電元件1的表面面積S1與圖6中所示抹子22的抹尖寬度W4成正比，所以在該實施例中，用根據(jù)壓電元件1的頻帶選定的抹尖寬度為W4的抹子在壓電元件1的兩個表面上涂蠟20a。用蠟20a涂覆的面積與和圖4中所示振動空隙20相接觸的壓電元件1的表面面積S1相對應(yīng)。蠟20a的最大涂覆厚度與振動空隙20的最大厚度相對應(yīng)。最大涂覆厚度與壓電元件1的頻帶無關(guān)。如果除得太薄，密封樹脂的最小厚度將變得很小，這是不利的。優(yōu)選的厚度為0.35-0.45mm左右。
根據(jù)壓電元件1的頻帶和抹子尖部寬度W4之間的關(guān)系，當(dāng)壓電元件1的頻帶為3MHz時，抹尖寬度W4為4.5±0.5mm，當(dāng)壓電元件1的頻帶為4MHz時，抹尖寬度W4為4.0±0.5mm，而當(dāng)壓電元件1的頻帶為5-6MHz時，抹尖寬度W4為3.5±0.5mm。
在本發(fā)明所述的壓電諧振器及其生產(chǎn)方法中，通過把與振動空隙20相接觸的壓電元件的表面面積S1和壓電元件1的頻帶設(shè)定成預(yù)定關(guān)系，就可以使壓電元件1保持良好的諧振特性并能有效地防止在壓電元件1和/或密封樹脂8上產(chǎn)生的斷裂和損壞。此外，借助于該實施例所述的壓電諧振器的生產(chǎn)方法，可以有效地制作出具有極佳諧振特性和極長壽命的壓電諧振器。
應(yīng)該注意到，在本實施例所述的壓電諧振器中，還可以用圖7或圖8中示出的普通引線端子30a或30b來代替圖3A中示出輸入輸出引線端子3。
應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明并不限于上述實施例而是可以在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)對其做出各種改進。
下面，將參照具體實例對本發(fā)明進行說明，但是在任何情況下本發(fā)明都不限于這些實例。
實例1首先，制作一個壓電元件1。壓電元件1的壓電襯底11由三組分基的氧化鋯—鈦酸鉛基壓電陶瓷構(gòu)成，其主要成分的化學(xué)組分為pbTiO3-pbZrO3-pb(Mg1/3Mb2/3)O3，而且該陶瓷的線性膨脹系數(shù)為0.5ppm/℃。壓電襯底11的寬度為0.65mm，長度為6.5mm，厚度為0.313mm。形成在壓電襯底11兩個表面上的外電極14的材料是Ni+Cu。
接著制作電容器2。電容器2的介電襯底21由主要成分的化學(xué)組分為pb(Mg1/3Nb2/3)O3-pbTiO3的鉛基介電陶瓷構(gòu)成，而且其線性膨脹系數(shù)為4.9ppm/℃。介電襯底21的寬度為0.6mm，長度為7.0mm，厚度為0.35mm。在介電襯底21的兩個表面上形成的外電極16和18是Ni+Cu。介電襯底21和壓電襯底11的線性膨脹系數(shù)之差為4.4ppm/℃。
壓電襯底1的兩端由圖8所示的一對引線端子30b保持，而且用圖6中所示的抹子22在壓電元件1的兩個表面上涂覆烷烴基蠟20a。涂覆蠟20a的面積S1(參見圖4)是4.3mm2。
然后，使電容器2相對于壓電元件1基本上平行定位而且將電容器2的外電極16焊到引線端子30b上。此外，將圖1中所示引線端子5的頂端焊到電容器2的外電極18上。隨后，將壓電元件1和電容器2整體浸入熔融的環(huán)氧樹脂中并對樹脂進行加熱使之固化，由此獲得密封樹脂8。在加熱和固化樹脂時，蠟20a被吸入樹脂中并因此在密封樹脂中形成振動空隙20。
制作20個這樣的壓電諧振器并對其進行熱循環(huán)試驗(熱沖擊試驗)。熱循環(huán)試驗包括10次循環(huán)，50次循環(huán)，100次循環(huán)，和200次循環(huán)，所述循環(huán)為保持—55℃的狀態(tài)30±3分鐘，然后保持+125℃的狀態(tài)30±3分鐘，然后找出壓電諧振器生成次品的比率。如果在壓電元件或密封樹脂中有裂縫可以用目測來判斷次品。根據(jù)在20個壓電諧振器中出現(xiàn)壓電諧振器次品的多少便可以算出次品率(％)。
將結(jié)果示于表1中。如表1所示，實例1在所有熱循環(huán)試驗中的次品率是0％。
表1
實例2除了用主要成分的化學(xué)組分與實例1中的鉛基介電陶瓷相同但線性膨脹系數(shù)為2.5ppm/℃的材料作為電容器2的介電襯底21之外，用與實例1相同的方法制作20個壓電諧振器。用與實例1相同的方式對這些壓電諧振器進行熱循環(huán)試驗。
將結(jié)果示于表1中。如表1所示，實例2的次品率在所有熱循環(huán)試驗中為0％。
比較例1除了用主要成分的化學(xué)組分為BaTiO3但線性膨脹系數(shù)為13.0ppm/℃的材料作為電容器2的介電襯底21之外，用與實例1相同的方法制作20個壓電諧振器。用與實例1相同的方式對這些壓電諧振器進行熱循環(huán)試驗。
將比較例1的結(jié)果示于表1中。如表1所示，在50次循環(huán)和更多次熱循環(huán)試驗中觀察次品。
比較例2除了用主要成分的化學(xué)組分為BaTiO3但線性膨脹系數(shù)為8.0ppm/℃的材料作為電容器2的介電襯底21之外，用與實例1相同的方法制作20個壓電諧振器。用與實例1相同的方式對這些壓電諧振器進行熱循環(huán)試驗。
將比較例2的結(jié)果示于表1中。如表1所示，在100次循環(huán)和更多次熱循環(huán)試驗中觀察次品。
評價1如表1所示，通過將實例1和2與比較例1和2做比較，可以證明在介電襯底21和壓電襯底11的線性膨脹系數(shù)之差不大于5ppm/℃的范圍內(nèi)，抵抗熱沖擊的能力得到提高。
實例3
首先，制作一個壓電元件1。壓電元件1的壓電襯底11由三組分基的氧化鋯—鈦酸鉛基壓電陶瓷構(gòu)成，其主要成分的化學(xué)組分為pbTiO3-pbZrO3-pb(Mg1/3Nb2/3)O3。壓電襯底11的寬度為0.65mm，長度為6.5mm，厚度為0.35mm。形成在壓電襯底11兩個表面上的外電極14的材料是Ni+Cu。外電極14的面積是2.56mm2。此外，在壓電襯底11兩個表面上形成的外電極14的重疊區(qū)面積是1.36mm2。
接著制作電容器2。電容器2的介電襯底21由主要成分的化學(xué)組分為pb(Mg1/3Nb2/3)O3-pbTiO3的鉛基介電陶瓷構(gòu)成。介電襯底21的寬度為0.6mm，長度為7.0mm，厚度為0.35mm。在介電襯底21的兩個表面上形成的外電極16和18的材料是Ni+Cu。將電容器2的外電極16，16之間的電容設(shè)定為15pF。
壓電襯底1的兩端由圖8所示的一對引線端子30b保持而且用圖6中所示的抹子22在壓電元件1的兩個表面上涂覆烷烴基蠟20a。抹子22的抹尖寬度W4是4.0mm。在一側(cè)上涂覆的蠟20a的面積S1(參見圖4)是2.7mm2。
然后，使電容器2相對于壓電元件1基本上平行定位而且將電容器2的外電極16焊到引線端子30b上。此外，將圖1A中所示引線端子5的頂端焊到電容器2的外電極18上。隨后，將壓電元件1和電容器2整體浸入熔融的環(huán)氧樹脂中并對樹脂進行加熱使之固化，由此獲得密封樹脂8。在加熱和固化樹脂時，蠟20a被吸入樹脂中并因此在密封樹脂中形成振動空隙20。
制作200個這樣的壓電諧振器并研究出現(xiàn)次品的比率。當(dāng)測量壓電諧振器的阻抗特性時，那些不能獲得所需諧振頻率特性(在3MHz±15KHz)的諧振器和因環(huán)境溫度變化而導(dǎo)致波形畸變的諧振器被判定為次品。應(yīng)注意的是，當(dāng)目測觀察作為次品的壓電諧振器內(nèi)部時，可證實出現(xiàn)裂痕。
將出現(xiàn)次品的比率(％)示于表2中。
如表2所示，出現(xiàn)次品的比率小于3％。就綜合判斷而言，可證明所述諧振器品質(zhì)良好。
表2
<p>實例4除了圖6中所示的抹尖寬度W4是4.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.0mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
實例5除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.4mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
比較例3除了圖6中所示的抹尖寬度W4是2.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為1.7mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于20％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例4除了圖6中所示的抹尖寬度W4是3.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.1mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式測檢壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于19％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例5除了圖6中所示的抹尖寬度W4是3.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.4mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式測檢壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于18％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例6除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.6mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式測檢壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于25％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
實例6除了將電容器2的外電極16，16兩端的電容設(shè)定為15pF并將壓電襯底11的厚度設(shè)為0.31mm以便使壓電諧振器中的諧振頻率達到4MHz，以及使圖6中所示的抹尖寬度W4為3.5mm，涂覆面積S1(參見圖4)為2.4mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式測檢壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。應(yīng)注意的是，在實例6中，把檢測阻抗特性時觀察到的具有波形畸變的諧振器和在4MHz±20kHz范圍內(nèi)未給出諧振頻率特性的諧振器判定為次品。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％，作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
實例7除了圖6中所示的抹尖寬度W4是4.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.7mm2之外，用與實例6相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例6相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
實例8除了圖6中所示的抹尖寬度W4是4.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.0mm2之外，用與實例6相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例6相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
比較例7除了圖6中所示的抹尖寬度W4是2.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為1.7mm2之外，用與實例6相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例6相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于20％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例8除了圖6中所示的抹尖寬度W4是3.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.1mm2之外，用與實例6相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例6相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于15％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例9除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.4mm2之外，用與實例6相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例6相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于21％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例10除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.7mm2之外，用與實例6相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例6相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于17％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
實例9除了將電容器2的外電極16，16兩端的電容設(shè)定為15pF并將壓電襯底11的厚度設(shè)為0.25mm，以便使壓電諧振器中的諧振頻率達到5MHz，以及使圖6中所示的抹尖寬度W4為3.0mm，涂覆面積S1(參見圖4)為2.1mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式測檢壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。應(yīng)注意的是，在實例9中，把檢測阻抗特性時觀察到的具有波形畸變的諧振器和在5MHz±25kHz范圍內(nèi)未給出諧振頻率特性的諧振器判定為次品。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
實例10除了圖6中所示的抹尖寬度W4是3.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.4mm2之外，用與實例9相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例9相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
實例11除了圖6中所示的抹尖寬度W4是4.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.7mm2之外，用與實例9相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例9相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
比較例11除了圖6中所示的抹尖寬度W4是2.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為1.7mm2之外，用與實例9相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例9相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于20％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例12除了圖6中所示的抹尖寬度W4是4.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.1mm2之外，用與實例9相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例9相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于14％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例13除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.4mm2之外，用與實例9相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例9相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于14％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例14除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.7mm2之外，用與實例9相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例9相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于17％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
實例12除了將電容器2的外電極16，16兩端的電容設(shè)定為15pF并將壓電襯底11的厚度設(shè)為0.21mm，以便使壓電諧振器中的諧振頻率達到6MHz，以及使圖6中所示的抹尖寬度W4為3.0mm，涂覆面積S1(參見圖4)為2.1mm2之外，用與實例3相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例3相同的方式測檢壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。應(yīng)注意的是，在實例12中，把檢測阻抗特性時觀察到的具有波形畸變的諧振器和在6MHz±20kHz范圍內(nèi)未給出諧振頻率特性的諧振器判定為次品。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
實例13除了圖6中所示的抹尖寬度W4是3.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.4mm2之外，用與實例12相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例12相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
實例14除了圖6中所示的抹尖寬度W4是4.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為2.7mm2之外，用與實例9相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例9相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率不大于3％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)良好。
比較例15除了圖6中所示的抹尖寬度W4是2.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為1.8mm2之外，用與實例12相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例12相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于20％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例16除了圖6中所示的抹尖寬度W4是4.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.1mm2之外，用與實例12相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例12相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于16％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例17除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.0mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.4mm2之外，用與實例12相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例12相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于18％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
比較例18除了圖6中所示的抹尖寬度W4是5.5mm和涂覆面積S1(參見圖4)為3.7mm2之外，用與實例12相同的方法制作200個壓電諧振器。用與實例12相同的方式檢測壓電諧振器出現(xiàn)次品的比率。
如表2中所示，出現(xiàn)次品的比率大于18％而且作為綜合判斷可以證實這種諧振器的品質(zhì)不好(低下)。
評價2如表2所示，通過將實例3-14與比較例3-18做比較可知，在頻帶為3MHz時通過使與振動空隙20相接觸的壓電元件1的表面面積S1為3.0±0.4mm2，在頻帶為4MHz時使面積S1為2.7±0.4mm2，和在頻帶為5-6MHz時使面積S1為2.4±0.4mm2，可以在不損壞諧振特性的情況下抑制裂縫的出現(xiàn)。也就是說，通過在頻帶提高的同時減小壓電元件1與振動空隙20接觸的面積S1，便可以在不損壞諧振特性的情況下抑制裂縫的出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.諧振器包括壓電元件；引線端子，其由通過沖壓加工形成的導(dǎo)電線材構(gòu)成，所述引線端子上設(shè)有用于將壓電元件的一端保持在其頂端的錐形接收槽；和電容器，其在將壓電元件的一端保持在引線端子接收槽中的狀態(tài)下與引線端子頂端的外周相連以便與壓電元件一起構(gòu)成諧振電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中錐形接收槽具有截面寬度大于壓電元件端部厚度的開口部分和截面寬度小于壓電元件端部厚度的底壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中構(gòu)成引線端子的導(dǎo)電線材的截面形狀在不形成錐形接收槽的部分上基本為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中在引線端子頂端形成的錐形接收槽的長度至少為壓電元件沿引線端子縱向上的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中在引線端子縱向的中部形成彎曲部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中在壓電元件表面上形成的外電極通過接收槽中的焊料與引線端子電性連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中構(gòu)成壓電元件的壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)與構(gòu)成電容器的介電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之差不大于5ppm/℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的諧振器，其中壓電陶瓷是三組分基的氧化鋯—鈦酸鉛基陶瓷而介電陶瓷是鉛基陶瓷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，進一步包括蓋住壓電元件、電容器和引線端子頂端以便在壓電元件振動部分的周圍形成振動空隙的密封樹脂部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振器，其中壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積與壓電元件的頻帶成預(yù)定的關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振器，其中當(dāng)壓電元件的頻帶為3MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積為3.0±0.4mm2。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振器，其中當(dāng)壓電元件的頻帶為4MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積為2.7±0.4mm2。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振器，其中當(dāng)壓電元件的頻帶為5-6MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積為2.4±0.4mm2。
14.諧振器包括壓電元件；由導(dǎo)電線材構(gòu)成的引線端子，其用于保持壓電元件的一端；和電容器，其在用引線端子保持壓電元件一端的狀態(tài)下與引線端子的頂端相連以便與壓電元件一起構(gòu)成諧振電路，其中構(gòu)或壓電元件的壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)與構(gòu)成電容器的介電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之差不大于5ppm/℃。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的諧振器，其中壓電陶瓷是三組分基的氧化鋯—鈦酸鉛基陶瓷而介電陶瓷是鉛基陶瓷。
16.壓電諧振裝置包括壓電元件和用于覆蓋壓電元件以便在壓電元件的振動部分周圍形成振動空隙的密封樹脂部分，其中壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積與壓電元件的頻帶呈預(yù)定關(guān)系。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓電諧振裝置，其中當(dāng)壓電元件的頻帶為3MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積為3.0±0.4mm2。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓電諧振裝置，其中當(dāng)壓電元件的頻帶為4MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積為2.7±0.4mm2。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓電諧振裝置，其中當(dāng)壓電元件的頻帶為5-6MHz時，壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積為2.4±0.4mm2。
20.生產(chǎn)諧振器的方法，包括以下步驟通過沖壓加工在引線端子的一端形成錐形接收槽，所述引線端子由導(dǎo)電線材構(gòu)成；把壓電元件的一端插入錐形接收槽的內(nèi)部并通過引線端子保持壓電元件；和把與壓電元件一起構(gòu)成諧振電路的電容器的外電極連接到引線端子上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的生產(chǎn)諧振器的方法，進一步包括以下步驟，即，用密封樹脂蓋住壓電元件、電容器和引線端子的頂端以便在壓電元件振動部分的周圍形成振動空隙。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的生產(chǎn)諧振器的方法，其中用密封樹脂覆蓋的步驟包括以下步驟用抹子在壓電元件的預(yù)定位置上涂覆蠟，所述抹子的抹尖寬度是根據(jù)壓電元件頻帶選定的，用密封樹脂覆蓋涂有蠟的整個壓電元件，和加熱密封樹脂使密封樹脂固化并使蠟吸入密封樹脂中以在密封樹脂中形成振動空隙。
23.生產(chǎn)壓電諧振裝置的方法，包括以下步驟用抹子在壓電元件的預(yù)定位置上涂覆蠟，所述抹子的抹尖寬度是根據(jù)壓電元件的頻帶選定的，用密封樹脂覆蓋涂有蠟的整個壓電元件，和加熱密封樹脂使密封樹脂固化并使蠟吸入密封樹脂中以在密封樹脂中形成振動空隙。
全文摘要
諧振器包括壓電元件;引線端子,其由通過沖壓加工形成的導(dǎo)電線材構(gòu)成,所述引線端子上設(shè)有用于將壓電元件的一端保持在其頂端的錐形接收槽;和電容器,其在將壓電元件的一端保持在引線端子接收槽中的狀態(tài)下與引線端子頂端的外周相連以便與壓電元件一起構(gòu)成諧振電路。優(yōu)選使構(gòu)成壓電元件的壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)與構(gòu)成電容器的介電陶瓷的熱膨脹系數(shù)之差不大于5ppm/℃。優(yōu)選使壓電元件與振動空隙相接觸的表面面積與壓電元件與頻帶呈預(yù)定關(guān)系。
文檔編號H03H9/10GK1248820SQ99119798
公開日2000年3月29日 申請日期1999年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月7日
發(fā)明者高橋透, 菅原祐一 申請人:Tdk株式會社