ТЕРМОСТАБИЛЬНЫЙ ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ Российский патент 2025 года по МПК H03H9/64 H03H9/02 H03H3/10 

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Известно техническое решение, согласно которому пьезоэлектрическая подложка монтируется в металлокерамический корпус на клей, равномерно нанесенный на посадочное место. Такое жесткое крепление усиливает воздействие термических деформаций корпуса на подложку, способствует ухудшению температурного коэффициента частоты (ТКЧ) и неконтролируемому изменению вида температурно-частотной характеристики (ТЧХ) фильтра [И.А. Тихонов. Электрические параметры малогабаритного сверхузкополосного ПАВ - фильтра на связанных резонаторах // Техника радиосвязи. 2007. Вып. 12. с. 92-101].

Одним из способов повышения термостабильности фильтра на ПАВ является использование биметаллических пластин. Биметаллическая пластина жестко приклеивается на стеклоподобный клей к обратной стороне пьезоэлектрической подложки. Затем подложка с биметаллической подложкой монтируется в корпус и распаивается [Термостабильный фильтр на поверхностных акустических волнах. Патент РФ №2284649, Н03Н 3/08, Н03Н 9/64 от 21.12.2004 г., опубл. 27.09.2006 г., Бюл. №27]. К недостаткам такой системы следует отнести ухудшение вибрационной стойкости изделия при отсутствии жесткого крепления биметаллической пластины к посадочному месту корпуса, неконтролируемое изменение вида ТЧХ в случае приклейки биметаллической пластины к корпусу.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому (прототип) является фильтр на ПАВ, в котором пьезоэлектрическая подложка располагается на жесткой пластине со сквозными отверстиями по краям [Патент №2523958 С2 Российская Федерация, МПК Н03Н 9/64. Термостабильный узкополосный фильтр на поверхностных акустических волнах: №2012141630/08: заявл. 28.09.2012: опубл. 27.07.2014 / И.А. Корж, И.А. Тихонов, Б.А. Косарев; заявитель Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП")]. К центру пластины подложка приклеивается на резиноподобный клей с высоким коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР). К посадочному месту корпуса пьезоэлектрическая подложка крепится резиноподобным клеем с высоким КЛТР через сквозные отверстия в пластине. Описанная термомеханическая конструкция функционирует следующим образом. При повышении температуры резиноподобный клей начинает расширяться, изгибая пьезоэлектрическую подложку в сторону посадочного места корпуса. В положительной области температур частота фильтра на ПАВ должна понизиться, так как за счет термического расширения подложки увеличивается расстояние между тонкопленочными электродами. Изгиб подложки в сторону посадочного места корпуса позволяет уменьшить расстояние между тонкопленочными электродами. В отрицательной области температур изгибу подложки в направлении крышки корпуса препятствует жесткая пластина со сквозными отверстиями.

Предложенное техническое решение не позволяет компенсировать уход частоты фильтра на ПАВ в отрицательном диапазоне температур. Поэтому для фильтров на ПАВ, ТЧХ которых имеет значительный уклон в отрицательном диапазоне температур, предложенное техническое решение не подходит.

Задача изобретения - разработка фильтра на ПАВ со встроенной термомеханической системой, которая обеспечит компенсацию ухода его частоты в отрицательном диапазоне температур.

Достигаемым техническим результатом является повышение термостабильности фильтра на ПАВ в отрицательном диапазоне температур.

Технический результат достигается тем, что термостабильный фильтр на поверхностных акустических волнах содержит пьезоэлектрическую подложку со сформированными на ее рабочей поверхности тонкопленочными электродами, перпендикулярные направлению распространения поверхностной акустической волны края пьезоэлектрической подложки с обратной стороны крепятся к посадочному месту корпуса выполненными на основе резиноподобного клея с большим КЛТР упругими элементами цилиндрической формы, между пьезоэлектрической подложкой и посадочным местом корпуса располагается фиксированный к корпусу стеклоподобным клеем с низким КЛТР стальной прямой стержень, стальной прямой стержень расположен перпендикулярно направлению распространения поверхностной акустической волны и на равном расстоянии от краев пьезоэлектрической подложки, в нормальных условиях обратная сторона пьезоэлектрической подложки касается стального прямого стержня без формирования стрелы прогиба.

Термостабильный фильтр на поверхностных акустических волнах изображен на: фиг. 1 - конструкция термомеханической системы (нормальные условия); фиг. 2 - конструкция термомеханической системы (пониженная температура); фиг. 3 - конструкция термомеханической системы (повышенная температура); фиг. 4 - конструкция упругого элемента цилиндрической формы с мягкой пружиной; фиг. 5 - конструкция упругого элемента цилиндрической формы с ПВХ трубкой; фиг. 6 - упругий элемент с ПВХ трубкой при сжатии (пониженная температура).

Обозначения элементов на фиг. 1: 1 - пьезоэлектрическая подложка; 2 - тонкопленочные электроды; 3 - стальной прямой стержень; 4 - упругий элемент цилиндрической формы; 5 - стеклоподобный клей с низким КЛТР; 6 - посадочное место корпуса.

Обозначения элементов на фиг. 2: 7 - пьезоэлектрическая подложка; 8 - тонкопленочные электроды; 9 - стальной прямой стержень; 10 - упругий элемент цилиндрической формы; 11 - стеклоподобный клей с низким КЛТР; 12 - посадочное место корпуса.

Обозначения элементов на фиг. 3: 13 - пьезоэлектрическая подложка; 14 - тонкопленочные электроды; 15 - стальной прямой стержень; 16 - упругий элемент цилиндрической формы; 17 - стеклоподобный клей с низким КЛТР; 18 - посадочное место корпуса.

Обозначения элементов на фиг. 4: 19 - мягкая пружина; 20 - резиноподобный клей с высоким КЛТР.

Обозначения элементов на фиг. 5: 21 - ПВХ трубка со сквозными продольными отверстиями; 22 - резиноподобный клей с высоким КЛТР.

Обозначения элементов на фиг. 6: 23 - ПВХ трубка со сквозными продольными отверстиями; 24 - резиноподобный клей с высоким КЛТР.

Для фильтров на ПАВ, ТЧХ которых имеет значительный уклон в отрицательном диапазоне температур, предлагается использовать следующую термомеханическую систему (фиг. 1). Пьезоэлектрическая подложка 1 со сформированными на ее рабочей поверхности тонкопленочными электродами 2 монтируется на посадочное место корпуса 6 на упругие элементы цилиндрической формы 4, содержащие резиноподобный клей с высоким КЛТР. В центральной части посадочного места 6 стеклоподобным клеем с низким КЛТР 5 зафиксирован стальной прямой стержень 3. В нормальных условиях (комнатная температура) подложка 1 касается стального прямого стержня 3 без формирования стрелы прогиба.

Термомеханическая система работает следующим образом (фиг. 2). При понижении температуры происходит одновременное линейное термическое сжатие стеклоподобного клея 11 и упругих элементов цилиндрической формы 10. Так как КЛТР резиноподобного клея в упругих элементах цилиндрической формы 10 на порядок больше КЛТР стеклоподобного клея 11, концы пьезоэлектрической подложки 7 сместятся в направлении посадочного места корпуса 12 и произойдет изгиб подложки 7 по линии касания со стальным прямым стержнем 9.

Таким образом, при понижении температуры термомеханическая система обеспечивает изгиб пьезоэлектрической подложки 7 в направлении крышки корпуса фильтра на ПАВ. При понижении температуры частота фильтра на ПАВ должна повыситься, так как за счет термического сжатия подложки 7 уменьшается расстояние между тонкопленочными электродами 8. Изгиб подложки 7 в направлении крышки корпуса позволяет увеличить расстояние между тонкопленочными электродами 8 и понизить частоту фильтра.

При повышенной температуре пьезоэлектрическая подложка 13 не касается стального прямого стержня 15, так как КЛТР резиноподобного клея в упругом элементе цилиндрической формы 16 превосходит КЛТР стеклоподобного клея 17. Поэтому отсутствует изгиб пьезоэлектрической подложки 13 и компенсация ухода частоты в положительном диапазоне температур (фиг. 3).

Описанную термомеханическую систему следует применять, если уход частоты фильтра на ПАВ в области отрицательных температур превалирует над уходом частоты в области положительных температур.

Рассмотрим примеры осуществления заявленной полезной модели, показывающие ее конструктивные особенности и подтверждающие возможность достижения технического результата.

Наиболее сложной и трудоемкой операцией при изготовлении фильтра на ПАВ с улучшенной термостабильностью в области низких температур является операция формирования упругого элемента цилиндрической формы 4 (фиг. 1).

Упругий элемент цилиндрической формы 4 формируется на основе резиноподобного клея с высоким КЛТР. Варианты технической реализации упругого элемента цилиндрической формы 4 показаны на фиг. 4 и на фиг. 5.

Опишем технологический процесс изготовления фильтра на ПАВ при использовании упругого элемента цилиндрической формы 4 с мягкой пружиной 19 (фиг. 1, фиг. 4), тип корпуса для герметизации фильтра металлокерамический. Перед операцией монтажа пьезоэлектрической подложки фильтра на ПАВ 1 в корпус в центре посадочного места 6 на стеклоподобный клей 5 фиксируется стальной прямой стержень 3. Две мягкие пружины 19 заполняются резиноподобным клеем 20 и фиксируются на обратной стороне пьезоэлектрической подложки 1. После высыхания клея 20 в пружинах 19 на открытые торцы пружин наносится дополнительный слой резиноподобного клея и выполняется операция приклейки подложки 1 к посадочному месту 6. Если в качестве резиноподобного клея использовать «Эластосил», а в качестве стеклоподобного - эпоксидный клей, тогда для их полного высыхания при комнатной температуре понадобится не менее суток. Сушка при повышенной температуре может способствовать возникновению внутренних напряжений в термомеханической системе. После полного высыхания точек фиксации конструкции следуют операции распайки металлизации пьезоэлектрической подложки (тонкопленочных электродов) на корпус золотыми проводниками и герметизации корпуса шовно-роликовой сваркой. Следует отметить, что в упругом элементе цилиндрической формы должна использоваться пружина с усилием на сжатие много меньшим, чем возникающее при сжатии резиноподобного клея с высоким КЛТР усилие.

Опишем технологический процесс при использовании упругого элемента цилиндрической формы 4 с поливинилхлоридной (ПВХ) трубкой (фиг. 1, фиг. 5), тип корпуса металлостеклянный.

Перед операцией монтажа пьезоэлектрической подложки 1 фильтра на ПАВ в корпус в центре посадочного места 6 на стеклоподобный клей 5 фиксируется стальной прямой стержень 3. Две гибкие ПВХ трубки 21 со сквозными отверстиями в стенках заполняются резиноподобным клеем 22 и фиксируются на обратной стороне пьезоэлектрической подложки 1. После высыхания клея 22 на открытые торцы трубок 21 наносится дополнительный слой резиноподобного клея и выполняется операция приклейки пьезоэлектрической подложки 1 на посадочное место 6. После полного высыхания точек фиксации конструкции следуют операции распайки металлизации пьезоэлектрической подложки (тонкопленочных электродов) на корпус золотыми проводниками и герметизации корпуса лазерной сваркой.

Следует отметить, что в упругом элементе должна использоваться ПВХ трубка 21 с усилием на сжатие много меньшим, чем возникающее при сжатии резиноподобного клея с высоким КЛТР 22 усилие.

На фиг. 6 показан внешний вид упругого элемента цилиндрической формы с ПВХ трубкой во время сжатия при пониженной температуре.

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении фильтров на поверхностных акустических волнах. Техническим результатом изобретения является повышение термостабильности фильтра на поверхностных акустических волнах в отрицательном диапазоне температур. В термостабильном фильтре на поверхностных акустических волнах перпендикулярные направлению распространения поверхностной акустической волны края пьезоэлектрической подложки с обратной стороны крепятся к посадочному месту корпуса выполненными на основе резиноподобного клея с большим коэффициентом линейного термического расширения упругими элементами цилиндрической формы. Между пьезоэлектрической подложкой и посадочным местом корпуса располагается фиксированный к корпусу стеклоподобным клеем с низким коэффициентом линейного термического расширения стальной прямой стержень. Стальной прямой стержень расположен перпендикулярно направлению распространения поверхностной акустической волны и на равном расстоянии от краев пьезоэлектрической подложки. В нормальных условиях обратная сторона пьезоэлектрической подложки касается стального прямого стержня без формирования стрелы прогиба. 6 ил.

Термостабильный фильтр на поверхностных акустических волнах, содержащий пьезоэлектрическую подложку со сформированными на ее рабочей поверхности тонкопленочными электродами, отличающийся тем, что перпендикулярные направлению распространения поверхностной акустической волны края пьезоэлектрической подложки с обратной стороны крепятся к посадочному месту корпуса выполненными на основе резиноподобного клея с большим коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР) упругими элементами цилиндрической формы, между пьезоэлектрической подложкой и посадочным местом корпуса располагается фиксированный к корпусу стеклоподобным клеем с низким КЛТР стальной прямой стержень, стальной прямой стержень расположен перпендикулярно направлению распространения поверхностной акустической волны и на равном расстоянии от краев пьезоэлектрической подложки, в нормальных условиях обратная сторона пьезоэлектрической подложки касается стального прямого стержня без формирования стрелы прогиба.