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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Bauelement mit einem
auf dem Prinzip der akustischen Oberflächenwellen beruhenden Resonator (im folgenden
kurz Oberflächenwellen- oder OW-Resonator genannt).
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Ein kürzlich entwickelter Oszillator, der einen derartigen OW-Resonator
enthält, wird als ein stabil arbeitender und für höhere Frequenzen als ein Kristall-Oszillator
geeigneter Oszillator angesehen und eignet sich somit als Oszillatorschaltung für
einen Fernseh-Tuner, einen Rundfunk-Frequenzumsetzer u.dgl.. Den Stand der Technik
für die vorliegende Erfindung bildet eine in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellte
und mit einem OW-Resonator 1 ausgerüstete Oszillatorschaltung, in welcher der mit
einem Kondensator 2 in Reihe geschaltete OW-Resonator 1 eine positive Rückkoppelschleife
eines ein aktives Bauelement wie einen Transistor enthaltenden Verstärkers AMP bildet.
Die Reihenschaltung aus den genannten Elementen 1 und 2 kann auch umgedreht werden.
In dieser bekannten Schaltung sind der OW-Resonator 1 und der Kondensator 2 als
selbständige Bauelemente ausgebildet, und dadurch wird die gesamte Oszillatorschaltung
umfangreich und teuer, besonders wenn als Kondensator 2 ein Trimmkondensator benutzt
wird.
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Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Schaffung eines verbesserten
elektrischen Bauelementes der eingangs genannten Art Aufwand und Preis einer derartigen
Oszillatorschaltung herabsetzen zu können.
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Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt
im Patentanspruch 1 angegeben.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, durch Einbeziehung
des Kondensators in den Oberflächenwellen-Resonator ein relativ einfaches kombiniertes
Bauelement zu schaffen, mit dem die gestellte Aufgabe vorteilhaft zu lösen ist.
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Dabei wird der Kondensator durch zwei leitfähige Filme oder Schichten
gebildet, welche auf die gegenüberliegenden Oberflächen des vorhandenen piezoelektrischen
Dünnfilms des Oberflächenwellen-Resonators aufgetragen und elektrisch so verbunden
sind, daß innerhalb dieses kombinierten Bauelementes der Oberflächenwellen-Resonator
mit der elektrostatischen Kapazität des integrierten Kondensators elektrisch in
Reihe geschaltet ist. Das erfindungsgemäße kombinierte Bauelement ist klein und
kann leicht und billig hergestellt werden, so daß auch eine damit ausgerüstete Oszillatorschaltung
wesentlich billiger als mit herkömmlichen getrennten Einzelbauelementen hergestellt
werden kann.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein erster
leitfähiger Film mit der einen Kammelektrode, und eine auf einem Substrat gebildete
Ableitelektrode mit der anderen Kammelektrode der Interdigital-Wandlerelektrode
verbunden. Die Interdigital-Wandlerelektrode bedeckt eine Oberfläche des piezoelektrischen
Dünnfilms, und die den Kondensator bildenden beiden leitfähigen Filme oder Schich-
ten
befinden sich gegenüberliegend auf je einer der beiden Hauptoberflächen des piezoelektrischen
Dünnfilms. Nach Befestigung des Substrates auf einer Basis oder Grundplatte werden
die Ableitelektrode und der zweite leitfähige Film jeweils durch Wire-Bonding mit
separaten Außenanschlüssen verbunden.
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Da es bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich
ist, die Außenanschlüsse und das kombinierte Bauelement nur auf einer Hauptoberfläche
der Basis oder Grundplatte zu montieren, kann die Herstellung sehr einfach und wirtschaftlich
durchgeführt werden. Da zwischen dem piezoelektrischen Dünnfilm und der Basis das
Substrat liegt besteht wenig Einfluß durch elektrostatische Kapazität.
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Es ist ferner möglich, den zweiten leitfähigen Film auf dem Substrat
zu formen und darauf den piezoelektrischen Dünnfilm zu legen, der die Interdigital-Wandlerelektrode
und den ersten leitfähigen Film auf einer Oberfläche trägt. In diesem Fall wird
die Ableitelektrode für den zweiten leitfähigen Film auf dem Substrat ausgebildet,
während sich die Ableitelektrode für die Kammelektrode der Interdigital-Wandlerelektrode
auf dem piezoelektrischen Dünnfilm befindet. Die beiden Ableitelektroden können
zur externen Verbindung des zusammengesetzten Bauelementes verwendet werden.
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Das aus einem OW-Resonator und einem Kondensator bestehende kombinierte
erfindungsgemäße Bauelement eignet sich gut für Oszillatorschaltungen und ermöglicht
insbesondere die Miniaturisierung solcher Oszillatorschaltungen. Außerdem kann das
erfindungsgemäße kombinierte Bauelement leicht
und ohne Komplikationen
hergestellt werden, eignet sich für die Serienfertigung und ist billig.
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Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert, die auch den eingangs erwähnten
Stand der Technik enthält. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer
herkömmlichen Os zillatorschaltung mit einem als Einzelbauelement ausgebildeten
Oberflächenwellen-Resonator, Fig. 2 eine Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, Fig. 3 einen Schnitt im Verlauf einer Linie III-III in Fig. 2, Fig.
4 eine Draufsicht auf die Ausführung von Fig. 2, Fig. 5 einen Fig. 3 ähnlichen Schnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 6 eine Fig. 4 ähnliche
Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das in Fig. 2 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungemäßen
kombinierten elektrischen Bauelementes 10 umfaßt einenOW-Resonator (auf dem Prinzip
der akustischen Oberflächenwellen beruhenden Resonator) in Verbindung mit einem
Kondensator und ist zwecks hermetischer Abdichtung auf einer Metallgrundplatte 20
befestigt.
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Als Unterlage für das aus dem OW-Resonator und dem Kondensator bestehende
kombinierte Bauelement 10 dient ein Substrat 11 aus einem keine piezoelektrischen
Eigenschaften aufweisenden Material wie Glas. Auf dem Substrat 11
ist
eine aus ineinandergreifenden Kammelektroden 13 und 14 bestehende Interdigital-Wandlerelektrode
12 geformt. An ihren Enden sind die ineinandergreifenden Kammelektroden 13 und 14
jeweils durch eine gemeinsame Elektrode verbunden. In einem Abstand von der Interdigital-Wandlerelektrode
12 befindet sich ein die eine Kondensatorelektrode bildender erster leitfähiger
Film 15 mit bestimmten Abmessungen und ist elektrisch mit der einen Kammelektrode
13 verbunden.
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Ferner ist auf dem Substrat 11 eine von der gemeinsamen Elektrode
der anderen Kammelektrode 14 ausgehende Ableitelektrode 16 geformt. Ein piezoelektrischer
Dünnfilm 17 bedeckt das Substrat 11 so, daß zumindest die Interdigital-Wandlerelektrode
12 und der erste leitfähige Film 15 bedeckt, die Ableitelektrode 16 jedoch freigelassen
ist.
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Auf die freie Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 17 ist an
einer dem Film 15 gegenüberliegenden Stelle ein zweiter leitfähiger Film 18 aufgetragen,
welcher als zweite Kondensatorelektrode dient und außerdem eine zweite Ableitelektrode
bildet, wie nachstehend beschrieben wird.
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Bei dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel bildet der
piezoelektrische Dünnfilm 17 mit der Interdigital-Wandlerelektrode 12 den OW-Resonator,
und die beiden leitfähigen Filme 15 und 18 den oben erläuterten Kondensator.
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Das Substrat 11 des so ausgebildeten kombinierten Bauelementes 10
wird auf eine Metallgrundplatte 20 eines luftdichten Gehäuses gesetzt und dort beispielsweise
mit einem Klebemittel befestigt. Zwei isoliert durch die Metallgrundplatte 20 hindurchgeführte
Außenanschlüsse 21
und 22 sind durch Wire-Bonding über je einen
Verbindungsdraht 23 bzw. 24 mit der Ableitelektrode 16 bzw.
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mit dem zweiten leitfähigen Film 18 verbunden.
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Bei dem kombinierten Bauelement 10 bildet der piezoelektrische Dünnfilm
17 das Dielektrikum zwischen den beiden gegenüberliegenden leitfähigen Filmen oder
Schichten 15 und 18 des so gebildeten elektrostatischen Kondensators. Da der erste
leitfähige Film 15 bereits mit der einen Kammelektrode 13 verbunden ist, liegen
der OW-Resonator und der Kondensator in Reihe zwischen den Außenanschlüssen 21 und
22.
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Zur Verwendung in der Oszillatorschaltung von Fig. 1 kann z.B. der
Außenanschluß 21 mit der Basis des Transistors AMP und der zweite Außenanschluß
22 mit Masse verbunden werden, um eine positive Rückkoppelschleife zu bilden.
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Der auf dem Dünnfilm 17 freiliegende zweite leitfähige Film 18 kann
beispielsweise mittels eines Laserstrahls beschnitten und dadurch die elektrostatische
Kapazität des durch die Filme oder Schichten 15, 18 gebildeten Kondensators justiert
werden. Folglich kann die Arbeitsfrequenz der Oszillatorschaltung in Fig. 1 z.B.
einfach durch Beschneiden des zweiten leitfähigen Films 18 justiert werden.
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Die Interdigital-Wandlerelektrode 12 und der erste leitfähige Film
15 können gleichzeitig durch Aufdampfen eines Metalls wie Aluminium o.dgl. auf das
Substrat 11 aufgetragen werden, und der zweite leitfähige Film 18 wird entsprechend
aufgetragen, Der piezoelektrische Dünnfilm 17 kann aus bekannten Materialien wie
beispielsweise ZnO, CdS, AlN, ZnS, Bi12PbO19 oder LiNbz durch Aufdampfen, Auf-
sprühen,
in einem chemischen Dampfablagerungsprozeß o.dgl. hergestellt sein.
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Der zwischen den beiden als Kondensatorelektroden dienenden leitfähigen
Filmen 15 und 18 liegende Abschnitt des piezoelektrischen Dünnfilms 17 wird zu Schwingungen
in Richtung seiner Dicke angeregt, jedoch liegt hier die Resonanzstelle in einem
anderen Frequenzbereich als bei dem Interdigitalwandler, so daß die Kondensator-Schichten
15, 18 keinen negativen Einfluß auf den Wandler ausüben können. Folglich sind auch
keine Hilfsmittel zur Unterdrückung eines piezoelektrischen Effektes des Dünnfilms
17 im Bereich des Kondensators notwendig, der durch den leitfähigen Film 15, den
piezoelektrischen Dünnfilm 17 und den leitfähigen Film 18 gebildet ist.
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Im Gegensatz zu Fig. 3 sind bei dem in Fig. 5 geschnitten dargestellten
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Interdigital-Wandlerelektrode 12 und
der erste leitfähige Film 15 auf der einen Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms
17, und der zweite leitfähige Film 18 auf dem Substrat 11 aufgetragen. Ferner ist
eine in Fig. 5 nicht dargestellte Ableitelektrode auf dem Substrat 11 notwendig,
die nicht von dem Dünnfilm 17 überdeckt ist und mit dem zweiten leitfähigen Film
18 verbunden ist. Eine andere, ebenfalls nicht dargestellte Ableitelektrode befindet
sich auf der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 17 und ist mit der einen
Kammelektrode verbunden.
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Beide nicht dargestellte Ableitelektroden sind durch Wire-Bonding
mit je einem der Außenanschlüsse 21, 22 in Fig. 2 verbunden.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele haben die Eigenschaft,
daß durch Erhöhung der Anzahl der ineinandergreifenden Kammelektroden der Interdigital-Wandlerelektrode
12 ein induktiver Anteil des scheinbaren Eingangsleitwertes ausnutzbar ist. D.h,,
bei diesen Ausführungen besteht der Wandler nur aus gegenseitig ineinandergreifenden
kammförmigen Elektroden.
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Bei einem in Fig. 6 dargestellten anderen Ausführungsbeispiel der
Erfindung befinden sich beiderseits in der Wellenausbreitungsrichtung der Kammelektroden
13 und 14 der Interdigital-Wandlerelektrode 12 Reflektionselektroden 12a, 12b, die
beispielsweise ähnlich wie die Kammelektroden 13, 14 und der erste leitfähige Film
15 durch Aufdampfen von Aluminium auf das Substrat 11 hergestellt sein können. Somit
besteht hier die Interdigital-Wandlerelektrode 12 aus den Kammelektroden 13, 14
und den Reflektionselektroden 12a, 12b. Ferner sind auf das Substrat 11 eine Ableitelektrode
16 und auf den piezoelektrischen Dünnfilm 17 ein zweiter leitfähiger Film 18 aufgebracht.
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Selbstverständlich ist die Abwandlung von Fig. 5 auch auf die Ausführung
von Fig. 6 anwendbar.
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Das erfindungsgemäße kombinierte elektrische Bauelement 10 ist z.B.
in Verbindung mit einer Oszillatorschaltung gemäß Fig. 1 anwendbar, kann selbstverständlich
aber auch in Verbindung mit anderen Resonanzeinrichtungen o.dgl.
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benutzt werden.
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Ferner besteht die Möglichkeit zwischen dem Substrat 11 und dem piezoelektrischen
Dünnfilm 17 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Isolierschicht aus SiO2 o.dgl.
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zu verwenden.