ПОЛОСКОВЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТ ТОЛЩИННО-СДВИГОВЫХ КОЛЕБАНИЙ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H03H9/15 

Изобретение относится к изготовлению изделий пьезоэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении устройств селекции и стабилизации частоты, таких как пьезоэлектрические резонаторы, фильтры, микрогенераторы, а также в устройствах для измерения физических величин.

Известны пьезоэлементы, выполненные в виде пластины из пьезоэлектрического материала с электродами, расположенными на главных гранях пластины в ее средней части.

Наиболее близким к заявленному изобретению является пьезоэлемент толщинно-сдвиговых колебаний, выполненный в виде полоски с электродами, расположенными на двух главных гранях пластины, перекрывающимися в средней ее части и имеющими постоянную ширину.

Известен также способ изготовления таких резонаторов, включающий шлифовку пьезоэлектрической пластины, нанесение электродного покрытия на не закрытую маской поверхность кристаллического элемента и последующее разделение его на отдельные пьезоэлементы.

Недостатком пьезоэлементов, изготовленных указанным выше способом, является малая надежность монтажа, а также сравнительно большое динамическое сопротивление и наличие побочных резонансов в непосредственной близости от рабочего колебания.

Цель изобретения - повышение надежности контакта пьезоэлемента при его монтаже в кристаллодержатель, уменьшение динамического сопротивления, устранение побочных резонансов, а также повышение технологичности его изготовления.

Для достижения цели в полосковом пьезоэлементе толщинно-сдвиговых колебаний, выполненном в виде прямоугольной пластины из пьезоэлектрического материала с нанесенными на ее главные грани тонкопленочными электродами постоянной ширины, электроды расположены и по всей поверхности торцовых граней пластины, а линии раздела электродов отстоят от поперечной оси каждой главной грани пластины на расстояниях, определяемых из соотношений:
S₁ = (3 - 3,5)h; S₂ ≥ 6h, где S₁ - расстояние от поперечной оси каждой главной грани пластины до ближайшей к ней линии раздела электродов;
S₂ - расстояние от поперечной оси каждой главной грани пластины до второй линии раздела электродов;
h - толщина пьезоэлемента.

Цель достигается также тем, что в способе изготовления пьезоэлементов толщинно-сдвиговых колебаний, включающем нанесение электродного покрытия на пластину из пьезоэлектрического материала с последующим разделением ее на отдельные пьезоэлементы, электродное покрытие наносят в виде сплошного слоя металлизации на все грани пластины, а затем перед разделением ее на отдельные пьезоэлементы формируют электроды путем нанесения на противоположные главные грани пластины двух параллельных линий раздела, симметричных относительно продольной оси пластины.

На фиг. 1 представлен пьезоэлемент толщинно-сдвиговых колебаний; на фиг. 2 показана зависимость динамического сопротивления R от расстояния до второй линии раздела электродов S₂; на фиг. 3а-г приведена последовательность проведения операций предлагаемого способа.

Пьезоэлемент (фиг. 1) толщинно-сдвиговых колебаний выполнен в виде прямоугольной пластины 1 из пьезоэлектрического материала, например из ниобата лития. На каждой главной грани и на обеих поверхностях торцовых граней расположены тонкопленочные электроды 2 постоянной ширины. На обеих главных гранях симметрично относительно поперечной оси пьезоэлемента нанесены по две линии раздела электродов 3, при этом расстояния S₁ и S₂ от поперечной оси каждой главной грани пластины до соответствующих линий раздела электродов определяются из соотношений:
S₁ = (3 - 3,5)h; S₂ = 6h, где S₁ - расстояние от поперечной оси каждой главной грани пластины до ближайшей к ней линии раздела электродов;
S₂ - расстояние от поперечной оси каждой главной грани пластины до второй линии раздела электродов;
h - толщина пьезоэлемента.

Выбор указанных соотношений определяется, исходя из нижеследующего.

На фиг. 2 представлена зависимость динамического сопротивления от отношения S₂/h для пьезоэлементов с оптимальным отношением S₁/h для S₁/h = 3,37.

Как видно из фиг. 2, с увеличением расстояния S₂ динамическое сопротивление снижается и при значениях S₂/h ≥ 6 дальнейшее уменьшение динамического сопротивления становится незначительным. Таким образом, оптимальными для заявленного пьезоэлемента являются соотношения:
S₁ = (3 - 3,5)h; S₂ ≥ 6h.

Наличие полностью металлизированной торцовой поверхности обеспечивает надежный контакт пьезоэлемента при его монтаже в кристаллодержатель, при этом расстояние от малого ребра пластины до ближайшей к нему линии раздела электродов должно быть не менее 0,3 мм и не должно превышать 1 мм, что особенно важно для пьезоэлементов длиной менее 7 мм, так как в этом случае наблюдается увеличение динамического сопротивления резонатора.

Сущность заявленного способа для изготовления описанного выше устройства заключается в следующем.

На пьезоэлектрическую пластину, предварительно обработанную таким образом, что ее ширина доведена до размера окончательной длины готового пьезоэлемента, методом химической металлизации наносят сплошное пленочное металлическое покрытие. Затем электроискровым или другим известным методом формируют электроды, нанося на две противоположные грани пластины по две параллельные линии раздела, симметричные относительно продольной оси пластины, после чего металлизированную пластину разделяют на отдельные пьезоэлементы одним из известных методов, например распиловкой.

Последовательность проведения операций предлагаемого способа представлена на фиг. 3. На фиг. 3а показана пьезоэлектрическая пластина, обработанная до необходимых размеров; на фиг. 3б представлена та же пластина после покрытия сплошным слоем металлизации; на фиг. 3в показана металлизированная пластина с нанесенными на нее линиями раздела электродов; на фиг. 3г избражены отдельные пьезоэлементы, полученные после разделения пластины.

Пример реализации способа.

Для получения пьезоэлементов толщинно-сдвиговых колебаний из ниобата лития прямоугольная пластина заданной толщины шириной 7 мм была обработана до ширины 6,5 мм. Методом химического никелирования пластина была покрыта сплошным слоем никелевой пленки толщиной 0,6 мкм. Затем на каждой из главных граней пластины электроискровым способом были проведены по две линии раздела электродов, параллельные длинным ребрам пластины и симметричные относительно ее продольной оси, после чего отметаллизированную пластину распилили на отдельные пьезоэлементы, при этом распиловка производилась перпендикулярно продольной оси пьезоэлемента.

Предложенное устройство и способ его изготовления позволяют значительно упростить процесс монтажа пьезоэлементов в кристаллодержатель и повысить надежность контакта пьезоэлемента при его монтаже, а также позволяют изготавливать пьезоэлементы групповым способом, что значительно снижает трудоемкость его изготовления. Кроме того, изобретение позволяет автоматизировать процесс сборки резонаторов, использующих данные пьезоэлементы. (56) Зеленка Н. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах. М. : Мир, 1990.

Дзыба С. И. и др. Миниатюрный танталато-литиевый пьезоэлектрический резонатор. - "Электронная техника", сер. 5, вып. 4, 1987.

Использование: приборостроение, изготовление устройств селекции и стабилизации частоты, таких как пьезоэлектрические резонаторы, фильтры и т. д. Сущность изобретения: на пластину полоскового пьезоэлемента толщино-сдвиговых колебаний нанесены электроды, линии раздела которых отстоят от поперечной оси каждой главной грани пластины на соответствующем расстоянии. Способ изготовления пьезоэлементов включает нанесение электродного покрытия на пластину с последующим разделением ее на отдельные пьезоэлементы. Перед разделением на отдельные элементы формируют электроды путем нанесения на противоположные главные грани пластины электродного покрытия с линиями раздела. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

1. Полосковый пьезоэлемент толщинно-сдвиговых колебаний, выполненный в виде прямоугольной пластины из пьезоэлектрического материала с нанесенными на ее главные грани тонкопленочными электродами постоянной ширины, отличающийся тем, что электроды расположены и по всей поверхности торцевых граней пластины, а линии раздела электродов отстоят от поперечной оси каждой главной грани пластины на расстояниях, определяемых из соотношений:
S₁ = (3 - 3,5)h; S₂ ≥ 6h,
где S₁ - расстояние от поперечной оси каждой главной грани пластины до ближайшей к ней линии раздела электродов;
S₂ - расстояние от поперечной оси каждой главной грани пластины до второй линии раздела электродов;
h - толщина пластины. 2. Способ изготовления полоскового пьезоэлемента толщинно-сдвиговых колебаний, включающий нанесение электродного покрытия на пластину из пьезоэлектрического материала с последующим разделением ее на отдельные пьезоэлементы, отличающийся тем, что электродное покрытие наносят в виде сплошного слоя металлизации на все грани пластины, а затем перед распиловкой ее на отдельные пьезоэлементы формируют электроды путем нанесения на протипоположные главные грани пластины двух параллельных линий раздела электродов, симметричных относительно продольной оси пластины.