米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> エプソントヨコム株式会社

発明の名称 弾性表面波素子片および弾性表面波デバイス
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−142794(P2007−142794A)
公開日 平成19年6月7日(2007.6.7)
出願番号 特願2005−333727(P2005−333727)
出願日 平成17年11月18日(2005.11.18)
代理人 【識別番号】100095728
【弁理士】
【氏名又は名称】上柳 雅誉
発明者 山田 明法
要約 課題
STカット水晶板を用いた弾性表面波素子片より優れた周波数温度特性が得られ
るようにする。

解決手段
水晶基板に設けたすだれ状電極が前記水晶基板に生成した弾性表面波の波長
特許請求の範囲
【請求項1】
水晶基板に設けたすだれ状電極が前記水晶基板に生成した弾性表面波の波長をλとした
ときに、前記すだれ状電極の実効膜厚が4.8%λ以上であって、
前記水晶基板のカット角がオイラー角表示で(0°〜±5°,θ,ψ)とした場合に、
θとψとは、
(1)135°<θ≦150°、±40°≦ψ≦±55°
(2)113°≦θ≦125°、±35°≦ψ<±40°
(3)100°≦θ≦140°、 ±5°≦ψ≦±26°
(4) 80°≦θ<113°、±26°≦ψ≦±45°
(5) 30°≦θ≦95°、 0°≦ψ≦±26°
(6) 20°≦θ≦40°、 ±70°≦ψ<±90°
の組合せのいずれかである、
ことを特徴とする弾性表面波素子片。
【請求項2】
請求項1に記載の弾性表面波素子片において、
前記θは40°〜50°であり、前記ψは0°〜±10°であることを特徴とする弾性
表面波素子片。
【請求項3】
請求項1または2に記載の弾性表面波素子片において、
前記すだれ状電極は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金からなるこ
とを特徴とする弾性表面波素子片。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれかに記載の弾性表面波素子片を備えていることを特徴とする
弾性表面波デバイス。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、すだれ状電極により圧電基板に弾性表面波を励振する弾性表面波素子片に係
り、特に圧電基板として水晶基板を用いた弾性表面波素子片および弾性表面波デバイスに
関する。
【背景技術】
【0002】
弾性表面波フィルタなどの弾性表面波デバイスは、小型で高周波に対応することができ
、製造も容易であるところから、携帯電話機をはじめとして多くの電子機器に用いられて
いる。弾性表面波デバイスは、主な構成要素として、圧電基板の表面にすだれ状電極から
なるIDT(Interdigital Transducer)を備えた弾性表面波素子片を有する。圧電材料
は、水晶をはじめとしてタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなど種々のものが知られ
ている。中でも、水晶基板を用いた弾性表面波素子片は、周囲温度の変化に対する周波数
変動(周波数温度特性)が比較的小さいため、高性能な電子機器に広く用いられている。
特に、STカット水晶板と呼ばれる水晶基板は、一次の温度係数が0であって周波数温度
特性が優れているため、高精度な弾性表面波素子片の製造に用いられている。このSTカ
ット水晶板からなる弾性表面波素子片は、使用温度範囲が0℃〜70℃で周波数の変動幅
が約40ppmである(非特許文献1)。
【非特許文献1】日本学術振興会弾性波素子技術第150委員会編「弾性波素子技術ハンドブック」、オーム社、第1版第1刷、平成3年、第155頁、図3・14
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、近年は、電子機器の高精度化に伴いより高精度な弾性表面波デバイス、すなわ
ち高精度な弾性表面波素子片が要求されてきている。このため、従来のSTカット水晶板
を用いた弾性表面波素子片では、要求される精度を満足することができなくなってきてい
る。
【0004】
本発明は、上記の要求に鑑みてなされたもので、STカット水晶板を用いた弾性表面波
素子片より優れた周波数温度特性が得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
水晶基板からなる弾性表面波素子片の周波数温度特性は、水晶基板のカット角に大きく
依存している。しかし、弾性表面波素子片の周波数温度特性は、IDTを構成しているす
だれ状電極の膜厚、すだれ状電極の電極指の形成ピッチなども微妙に影響する。そこで、
発明者は、詳細を後述するIDTの実効膜厚を変化させるとともに、水晶のカット角を種
々変えた場合における弾性表面波素子片の周波数温度特性を詳細に検討し、STカット水
晶板より優れた特性を示す水晶のカット角の領域を見出した。
【0006】
本発明に係る弾性表面波素子片は、上記の知見に基づくもので、水晶基板に設けたすだ
れ状電極が前記水晶基板に生成した弾性表面波の波長をλとしたときに、前記すだれ状電
極の実効膜厚が4.8%λ以上であって、前記水晶基板のカット角がオイラー角表示で(
0°〜±5°,θ,ψ)とした場合に、θとψとは、
(1)135°<θ≦150°、±40°≦ψ≦±55°
(2)113°≦θ≦125°、±35°≦ψ<±40°
(3)100°≦θ≦140°、 ±5°≦ψ≦±26°
(4) 80°≦θ<113°、±26°≦ψ≦±45°
(5) 30°≦θ≦95°、 0°≦ψ≦±26°
(6) 20°≦θ≦40°、 ±70°≦ψ<±90°
の組合せのいずれかである、ことを特徴としている。
【0007】
オイラー角表示でφ=0°〜±5°であって、上記のようなθとψとの組合せのカット
角からなる水晶基板を用いた弾性表面波素子片は、0℃〜70℃の温度範囲における周波
数の変動量を40ppmより小さくすることができる。したがって、STカット水晶板を
用いた弾性表面波素子片より高精度の弾性表面波素子片を得ることができる。
【0008】
前記θは40°〜50°、前記ψは0°〜±10°とすることが望ましい。このような
カット角の水晶板(水晶基板)からなる弾性表面波素子片は、0℃〜70℃の温度範囲に
おける周波数変動量をさらに小さくすることができ、きわめて高精度な弾性表面波素子片
が得られる。前記すだれ状電極は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金
を用いて形成することができる。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、加工がしやす
いため、弾性表面波素子片の製造を容易にする。
【0009】
本発明に係る弾性表面波デバイスは、上記したいずれかの弾性表面波素子片を備えてい
ることを特徴としている。これにより、高精度な弾性表面波デバイスを得ることができる

【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明に係る弾性表面波素子片および弾性表面波デバイスの好ましい実施形態を、添付
図面に従って詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子片を模式的に示した平面図であり、図
2は図1のA−A線に沿った一部断面図である。これらの図において、弾性表面波素子片
10は、圧電基板である矩形状の水晶基板12からなり、水晶基板12の表面中央部にI
DT14が形成してある。また、弾性表面波素子片10は、一対の反射器16が設けてあ
る。一対の反射器16は、IDT14によって水晶基板12に励振される弾性表面波の伝
播方向に沿って設けられ、IDT14を挟んで配置してある。
【0011】
弾性表面波素子片10のIDT14は、一対の櫛形電極22(22a、22b)からな
る。各櫛型電極22は、それぞれの一端をバスバー24(24a、24b)に接続した複
数の電極指26a、26bを備えている。そして、IDT14は、電極指26によってす
だれ状に形成してある。すなわち、IDT14は、各櫛型電極22の櫛歯に相当する電極
指26が噛み合うように交互に、かつ平行に等間隔で配置してある。そして、IDT14
は、櫛型電極22aと櫛型電極22bとの間に信号電圧が印加されて水晶基板12を励振
し、水晶基板12に所定周波数の弾性表面波を生成する。この弾性表面波は、電極指26
に直行した方向に伝播する。
【0012】
各反射器16は、両端が相互に連結され、電極指26と平行に形成した複数の導体スト
リップ28からなり、格子状をなしている。これらの一対の反射器16とIDT14とは
、実施形態の場合、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とした合金の薄膜から形成
してある。すなわち、IDT14と反射器16とは、水晶ウエハの表面に蒸着やスパッタ
リングなどによって成膜されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜を、所定の形
状にフォトエッチングすることにより形成される。そして、IDT14は、図示しな接続
パッドに電気的に接続してある。
【0013】
各櫛型電極22a、22bのそれぞれの電極指26a、26bは、図2に一部断面図と
して示したように、形成間隔(ピッチ)がpとなっている。そして、IDT14を形成し
ているすだれ状電極(電極指26)の実効電極膜厚は、実施形態の場合、IDT14の生
成した弾性表面波の波長をλとしたときに、4.8%λ以上にしてある。ここに、実効膜
厚Tは、図2に示したように、電極指26の膜厚をH、ライン占有率をηとしたときに、
【数1】


と定義される。
【0014】
なお、電極膜厚Hは、弾性表面波の波長λで規格化してあり、波長λに対する%として
表される。また、ライン占有率ηは、電極指26の幅をL、隣接する電極指26、26の
間隔(スペース)をSとした場合、
【数2】


と表される。
【0015】
発明者は、実効膜厚Tが4.8%λ、7.2%λ、9.6%λ、14%λのIDT14
を形成するとともに、水晶基板12のカット角を種々変化させて、STカットより周波数
温度特性の優れているカット角が存在するか否かを、有限要素法(FEM)を用いて詳細
に検討した。すなわち、0℃〜70℃の温度範囲で周波数変動量(変動幅)が40ppm
より小さくなるカット角が存在するか否かを検討した。カット角の検討に際しては、オイ
ラー角を(φ,θ,ψ)とした場合に、φ=0°に固定し、θを0°〜180°まで所定
の角度間隔(実施形態においては2°間隔)で変化させるとともに、角θの変化させた値
ごとにψを所定の角度間隔(実施形態においては2°間隔)で0°〜180°まで変化さ
せた。ただし、オイラー角φは、発明者の研究によると、0°±5°の範囲であれば、周
波数変動量が40ppmより小さくなるカット角θ、ψの範囲にほとんど影響を与えない

【0016】
図3は、本発明におけるカット角を説明する図である。図3の座標軸X、Y、Zは、そ
れぞれ水晶結晶の結晶軸を表しており、X軸が水晶結晶の電気軸、Y軸が水晶結晶の機械
軸、Z軸が水晶結晶の光軸を示す。そして、符号30がZ軸に直交したXY平面に平行な
水晶Z板であって、カット角がオイラー角表示で(0°,0°,0°)である。オイラー
角θは、水晶Z板30を図3のX軸まわりに反時計方向に回転させた角度である。このと
きの新たな座標軸をX軸、Y´軸、Z´軸とする。また、オイラー角ψは、XY´面に平
行な水晶板32をZ´軸まわりに、すなわちXY´面内で回転させた角度である。
【0017】
このように、XY´面内で回転(面内回転)させた水晶板から形成した実施形態の弾性
表面波素子片10は、水晶基板12の2辺がX´軸とY´´軸とに平行であって、弾性表
面波がX´軸に沿って伝播する。なお、図3においては、面内回転角ψが時計方向に回転
させた場合を示しているが、水晶結晶の対称性から、反時計方向に回転させてもよい。
【0018】
図4は、IDT14の実効膜厚Tを4.8%λ、7.2%λ、9.6%λ、14%λと
した弾性表面波素子片10において、0℃〜70℃の温度範囲における、周波数変動量(
変動幅)が40ppmより小さくなるカット角を精査した結果を示したものである。前記
したように、オイラー角φは0°に固定してθとψとを0°〜180°変化させている。
図4の横軸はオイラー角ψを度で示し、縦軸がオイラー角θを度で示している。そして、
図4の四角で囲った領域は、周波数変動量が40ppmより小さい新たに見出したカット
角の範囲を示したものである。
【0019】
領域aは、水晶基板12のカット角がオイラー角表示で(0°,135°〜150°,
±(40°〜55°))の範囲である。ただし、θ=135°は含まない。周波数変動量
が40ppmより小さいカット角が密のところが黒く塗って示してある。領域a内のその
他のところでは、弾性表面波素子片10の0℃〜70℃の温度範囲における周波数変動量
を40ppmより小さくできるカット角が点在している。
【0020】
領域bは、水晶基板12のカット角がオイラー角表示で(0°,113°〜125°,
±(35°〜40°))の範囲である。ただし、ψ=±40°は含まない。そして、図4
においては、領域bに何も記されていないが、周波数変動量を40ppmより小さくでき
るカット角が点在している。領域cは、水晶基板12のカット角がオイラー角表示で(0
°,110°〜140°,±(5°〜26°))の範囲である。領域dは、水晶基板12
のカット角がオイラー角表示で(0°,80°〜113°,±(26°〜45°))の範
囲である。領域eは、水晶基板12のカット角がオイラー角表示で(0°,30°〜95
°,0°〜±26°)の範囲である。領域fは、水晶基板12のカット角がオイラー角表
示で(0°,20°〜40°,±(70°〜90°))の範囲である。ただし、ψ=±9
0°は含まない。
【0021】
このように領域a〜領域fに示した水晶のカット角は、いずれも0℃〜70℃の温度範
囲において、周波数の変動量を40ppmより小さくすることができる。したがって、こ
れらの領域のカット角を有する水晶基板12は、STカット水晶板より優れた周波数温度
特性を有することがわかった。したがって、オイラー角表示においてφ=0°であって、
θとψとが上記の領域a〜領域fの範囲内にある水晶板を用いた弾性表面波素子片10は
、非常に高精度な弾性表面波素子片とすることができ、高精度な弾性表面波デバイスを得
ることができる。
【0022】
ところで、一般に弾性表面波(SAW)共振子は、共振周波数がストップバンド(SA
Wが高い反射係数で反射される周波数帯域)内となるように構成するが、本発明において
は、共振周波数がストップバンド内であって、かつストップバンド中心よりも高域側(以
下、単にストップバンド高域側という)となるようにSAW共振子を構成することで、さ
らに周波数温度特性を良好にすることができる。そして、例えば、特開平11−2149
58号公報公報に開示されている反射反転型弾性表面波変換器を用いてSAW共振子を構
成すれば、ストップバンド高域側でSAWを強く励振することができ、共振周波数がスト
ップバンド高域側であるSAW共振子を実現することができる。また、複数の共振周波数
を用いた多重モードSAWフィルタを構成する場合、通過帯域を形成する2つの共振モー
ドのいずれもがストップバンド高域側に共振周波数を有するようにすることが望ましい。
【0023】
図5は、本発明の実施形態に係る弾性表面波デバイスの一例である弾性表面波共振子の
模式的に示した断面図である。図5において、共振子40は、弾性表面波素子片10がパ
ッケージ42に収容してある。パッケージ42は、例えばセラミックのグリーンシートを
積層して焼成した箱型のパッケージ本体44と、パッケージ本体44の上部開口を気密に
封止した蓋体46からなっている。蓋体46は、金属板やガラス板、セラミック板などか
らなっており、シーム溶接などによってパッケージ本体44の上端面に接合してある。
【0024】
弾性表面波素子片10は、パッケージ本体44が形成する収容空間48に収容され、接
着剤50などを介してパッケージ本体44の底面に固着してある。パッケージ本体44の
底面には、実装端子52が設けてある。この実装端子52には、金やアルミニウムなどの
ボンディングワイヤ54を介して、弾性表面波素子片10のIDT14を構成している一
対の櫛型電極22のそれぞれが電気的に接続される。また、実装端子52は、図示しない
スルーホールなどを介して、パッケージ本体44の下面に設けた外部端子56に電気的に
接続してある。外部端子56は、電子機器のマザーボードに設けた配線パターンのランド
などに接合される。
【0025】
ところで、図4に示した領域eに含まれる領域gは、図4からでは優れた周波数温度特
性を示すカット角が存在しているように見えない。しかし、発明者が詳細に検討したとこ
ろ、きわめて周波数温度特性の優れたカット角が存在することがわかった。図6は、領域
gに含まれる一例のカット角の水晶基板を用いて形成したときの、弾性表面波素子片10
の周波数温度特性を計算によって求めたものである。
【0026】
図6の横軸は、℃で示した温度、縦軸が25℃における周波数を基準にした周波数変動
量であって、周波数変動量をppmで示した。また、周波数温度特性を求めるために使用
した水晶基板のカット角は、オイラー角表示で(0°,42.85°,0.54°)であ
る。そして,IDT14の電極をアルミニウムによって形成した。電極の膜厚Hは9.6
3%λ、IDT14のライン占有率ηは0.757である。したがって、IDT14の実
効膜厚Tは、約14.58%λである。
【0027】
図6に示されているように、オイラー角表示で(0°,42.85°,0.54°)の
カット角を有する水晶基板からなる弾性表面波素子片10は、0℃〜70℃の温度範囲に
おいて温度変化に対する周波数変動が4次曲線を示す。そして、25℃における周波数を
基準とした場合に、マイナス側に最大で約0.02ppm、プラス側に最大で約0.01
ppmの周波数変動量を示した。すなわち、図4の領域gには、0℃〜70℃の温度範囲
において、周波数変動量(変動幅)が約0.03ppmというきわめて周波数温度特性の
優れたカット角が存在していることが明らかになった。
【0028】
なお、図4の領域a〜g内で優れた周波数温度特性を有するカット角として具体的に図
示していない部分においても、実効膜厚が4.8%λ以上の条件下において、電極膜厚H
とライン占有率ηとを適宜に設定することにより、従来よりも優れた周波数温度特性が得
られる。その際、ライン占有率ηを0.65よりも大きくする方が周波数温度特性が良好
である。
【0029】
なお、前記実施形態は、本発明の一態様であって、上記実施形態に限定されるものでは
ない。例えば、前記実施形態においては、IDT14をアルミニウムまたはアルミニウム
合金で形成した場合について説明したが、IDT14はタングステンや銅、金、銀などの
導電性の金属、またはこれらの金属を主成分とする合金によって形成してもよい。また、
前記実施形態においては、共振型の弾性表面波素子片10について説明したが、トランス
バーサル型の弾性表面波素子片であってもよいし、複数のIDTを有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】実施の形態に係る弾性表面波素子片を模式的に示した平面図である。
【図2】図1のA−A線に沿った一部断面図である。
【図3】水晶のカット角を説明する図である。
【図4】STカット水晶板より優れた周波数温度特性が得られる水晶のカット角の範囲を示す図である。
【図5】実施の形態に係る弾性表面波デバイスの模式的に示した断面図である。
【図6】図4の領域gに含まれる一例のカット角の水晶基板からなる弾性表面波素子片の周波数温度特性を示す図である。
【符号の説明】
【0031】
10………弾性表面波素子片、12………水晶基板、14………すだれ状電極(IDT
)、16………反射器、22a、22b………櫛型電極、26a、26b………電極指、
40………弾性表面波デバイス(共振子)、H………電極膜厚、L………電極指の幅、S
………電極指の間隔。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013