(57)【要約】【課題】高安定な発振を維持するＳＡＷ共振子素子およびＳＡＷ共振子を提供する。【解決手段】表面に線状で周期的に連続する複数の溝部１１が形成された水晶基板１０と、水晶基板１０の上方に配置され、溝部１１に挟まれた水晶基板１０表面と隙間を保ち、かつ対向する位置に櫛歯電極２１が設けられた電極部材２０と、を備え、電極部材２０が水晶基板１０と同じ切断方位で切断された薄板状の水晶板で形成され、溝部１１に対応する位置に複数の貫通穴２２が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に線状で周期的に連続する複数の溝部が形成された水晶基板と、
前記水晶基板の上方に配置され、前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面と隙間を保ち、かつ対向する位置に正極と負極の交差指電極を交互に配置した櫛歯電極が設けられた電極部材と、を備え、
前記電極部材が前記水晶基板と同じ切断方位で切断された薄板状の水晶板で形成され、それぞれの前記交差指電極の間に貫通穴が設けられていることを特徴とするＳＡＷ共振子素子。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＡＷ共振子素子において、
前記水晶基板の切断方位およびレイリー波の位相伝搬方位が、オイラー角表示（φ，θ，ψ）において、φ＝０°±１°、θ＝３２°〜３７°、ψ＝４０°〜４４°、であることを特徴とするＳＡＷ共振子素子。
【請求項３】
請求項１に記載のＳＡＷ共振子素子において、
前記水晶基板の切断方位およびレイリー波の位相伝搬方位が、オイラー角表示（φ，θ，ψ）において、φ＝０°±１°、θ＝９５．５°〜９７．５°、ψ＝３１°〜３３°、であることを特徴とするＳＡＷ共振子素子。
【請求項４】
請求項１に記載のＳＡＷ共振子素子において、
前記水晶基板の切断方位およびＳＨ波の位相伝搬方位が、オイラー角表示（φ，θ，ψ）において、φ＝０°±１°、θ＝２９．２°〜４０．７°、ψ＝９０°±２°、であることを特徴とするＳＡＷ共振子素子。
【請求項５】
表面に線状で周期的に連続する複数の溝部が形成された水晶基板と、前記水晶基板の上方に配置され、前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面と隙間を保ち、かつ対向する位置に正極と負極の交差指電極を交互に配置した櫛歯電極が設けられた電極部材と、を備え、前記電極部材が前記水晶基板と同じ切断方位で切断された薄板状の水晶板で形成され、それぞれの前記交差指電極の間に貫通穴が設けられているＳＡＷ共振子素子を用い、
前記ＳＡＷ共振子素子がパッケージ内に固着され、
前記接続電極と前記パッケージ内に形成された端子とが接続され、
前記パッケージ内を蓋体により気密に封止されていることを特徴とするＳＡＷ共振子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を利用するＳＡＷ共振子素子およびＳＡＷ共振子に関し、高安定な発振を維持するＳＡＷ共振子素子およびＳＡＷ共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、弾性表面波（ＳＡＷ，Surface  Acoustic  Wave)デバイスとして、ＳＡＷ共振子を用いた発振器が知られている。ＳＡＷ共振子は、フィルタより安定した共振周波数を得ることが要求され、温度特性、Ｑ値などの特性の向上が試みられている。
例えば、水晶基板の切断方位と弾性表面波の位相伝搬方位を選ぶことにより、Ｑ値が高く、良好な温度特性を備えたＳＡＷ共振子が特許文献１に開示されている。
近年、膨大なデータを送受する必要のある光通信ネットワーク市場などにおいて、さらに周波数安定性に優れたＳＡＷ共振子が要求されている。
ＳＡＷ共振子において、安定した共振周波数を得ることについては、水晶振動子の分野における取り組みが参考になる。水晶振動子の分野において、短期および長期にわたり安定した共振周波数を得ることについて多くの研究がなされており、そのなかで水晶片表面に形成する励振電極が水晶振動子の共振周波数の安定性に影響を与えていることが知られている。
水晶振動子では、この励振電極の影響を除去するために水晶片表面に励振電極を設けず、水晶片の上下主面に僅かな隙間を設けて基板を配置し、この基板に水晶片を励振する励振電極を設けた構造とする高安定な水晶振動子が開発されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２１６１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＳＡＷ共振子素子は、水晶などの圧電基板表面にＡｌなどの金属膜で櫛歯電極を形成して弾性表面波を励振している。このような構造のＳＡＷ共振子素子においても、水晶振動子と同様に、圧電基板表面に形成された櫛歯電極が共振周波数の安定を阻害していることが考察できる。
しかしながら、ＳＡＷ共振子において上記のような水晶振動子の構造を利用して、圧電基板の上方に基板を配置し、その基板に櫛歯電極を設けて駆動電圧を印加しても圧電基板に弾性表面波を励振することはできない。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高安定な発振を維持するＳＡＷ共振子素子およびＳＡＷ共振子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のＳＡＷ共振子素子は、表面に線状で周期的に連続する複数の溝部が形成された水晶基板と、前記水晶基板の上方に配置され、前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面と隙間を保ち、かつ対向する位置に正極と負極の交差指電極を交互に配置した櫛歯電極が設けられた電極部材と、を備え、前記電極部材が前記水晶基板と同じ切断方位で切断された薄板状の水晶板で形成され、それぞれの前記交差指電極の間に貫通穴が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、水晶基板に周期的に連続する複数の溝部が形成され、この水晶基板の上方に櫛歯電極が形成された電極部材が設けられている。そして溝部に挟まれた水晶基板の表面と、櫛歯電極とが隙間を保って対向している。この櫛歯電極に駆動電圧を印加することで弾性表面波が水晶基板表面に励振されるように構成されている。
このＳＡＷ共振子素子の水晶基板表面には櫛歯電極が形成されておらず、櫛歯電極の酸化、ガス吸着、水晶界面の歪み、励振による膜質の変化など、櫛歯電極に起因する共振周波数を変化させる要因を排除することができる。
また、電極部材は水晶基板と同じ切断方位で切断された水晶板で形成されており、線膨張係数が同じで熱の影響で電極部材と水晶基板の間に応力を受けることがなく、共振周波数にも影響を与えない。
さらに、電極部材は薄板状で交差指電極の間に貫通穴が設けられ、水晶基板に励起された弾性表面波によって共振せず、ＳＡＷ共振子素子が安定した発振を維持できる。
これらのことから、本発明によれば高安定な発振を維持するＳＡＷ共振子素子を得ることができる。
【０００７】
本発明のＳＡＷ共振子素子では、前記水晶基板の切断方位およびレイリー波の位相伝搬方位が、オイラー角表示（φ，θ，ψ）において、φ＝０°±１°、θ＝３２°〜３７°、ψ＝４０°〜４４°、であることが望ましい。
【０００８】
この構成によれば、水晶基板の切断方位およびレイリー波の位相伝搬方位が上記の角度であることから、良好な周波数温度特性を有し、Ｑ値の高いＳＡＷ共振子素子を得ることができる。
【０００９】
本発明のＳＡＷ共振子素子では、前記水晶基板の切断方位およびレイリー波の位相伝搬方位が、オイラー角表示（φ，θ，ψ）において、φ＝０°±１°、θ＝９５．５°〜９７．５°、ψ＝３１°〜３３°、であることが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、水晶基板の切断方位およびレイリー波の位相伝搬方位が上記の角度であることから、耐熱衝撃特性に優れたＳＡＷ共振子素子を得ることができる。
【００１１】
本発明のＳＡＷ共振子素子では、前記水晶基板の切断方位およびＳＨ波の位相伝搬方位が、オイラー角表示（φ，θ，ψ）において、φ＝０°±１°、θ＝２９．２°〜４０．７°、ψ＝９０°±２°、であることが望ましい。
【００１２】
この構成によれば、水晶基板の切断方位およびＳＨ波の位相伝搬方位が上記の角度であることから、反射係数の大きなＳＡＷ共振子素子を得ることができる。
【００１３】
本発明のＳＡＷ共振子は、表面に線状で周期的に連続する複数の溝部が形成された水晶基板と、前記水晶基板の上方に配置され、前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面と隙間を保ち、かつ対向する位置に正極と負極の交差指電極を交互に配置した櫛歯電極が設けられた電極部材と、を備え、前記電極部材が前記水晶基板と同じ切断方位で切断された薄板状の水晶板で形成され、それぞれの前記交差指電極の間に貫通穴が設けられているＳＡＷ共振子素子を用い、前記ＳＡＷ共振子素子がパッケージ内に固着され、前記接続電極と前記パッケージ内に形成された端子とが接続され、前記パッケージ内を蓋体により気密に封止されていることを特徴とする。
【００１４】
ＳＡＷ共振子素子は、水晶基板に周期的に連続する複数の溝部が形成され、この水晶基板の上方に櫛歯電極が形成された電極部材が設けられている。そして溝部に挟まれた水晶基板の表面と、櫛歯電極とが隙間を保って対向している。この櫛歯電極に駆動電圧を印加することで弾性表面波が水晶基板表面に励振されるように構成されている。
このＳＡＷ共振子素子の水晶基板表面には櫛歯電極が形成されておらず、櫛歯電極の酸化、ガス吸着、水晶界面の歪み、励振による膜質の変化など、櫛歯電極に起因する共振周波数を変化させる要因を排除することができる。
また、電極部材は水晶基板と同じ切断方位で切断された水晶板で形成されており、線膨張係数が同じで熱の影響で電極部材と水晶基板の間に応力を受けることがなく、共振周波数にも影響を与えない。
さらに、電極部材は薄板状で交差指電極の間に貫通穴が設けられていることから、電極部材側に弾性表面波が共振せず、ＳＡＷ共振子素子が安定した発振を維持できる。
このように、本発明は安定な発振を維持するＳＡＷ共振子素子を用い、パッケージ内にＳＡＷ共振子素子を気密封止することで高安定なＳＡＷ共振子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第１の実施形態）
【００１６】
図１は本実施形態におけるＳＡＷ共振子素子の構成を示す構成図であり、図１（ａ）は模式平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う模式断面図である。
ＳＡＷ共振子素子１は、水晶基板１０と電極部材２０とを備えている。
水晶基板１０の一方の表面には線状で周期的に連続する複数の溝部１１がドライエッチングまたはウェットエッチングにて形成されている。そして、この溝部１１は、図１（ｂ）に示すように、一つの溝部１１から隣の溝部１１の距離が励振される弾性表面波の波長λの半分となるように設定されている。また、溝部１１の深さは伝搬する弾性表面波の反射係数を確保できるように設定されている。
さらに、水晶基板１０の表面にＡｕ膜からなる接続電極１６，１７が形成されている。
【００１７】
電極部材２０は薄板状の水晶板から形成され、中央部がエッチングによりさらに薄い部位を形成している。この薄い部位の厚みは弾性表面波の波長の１/２〜１/３程度が好ましく数μｍ程度である。
電極部材２０の一方の表面には、交差指電極２１ａ，２１ｂが交互に配列され、それぞれが正極側と負極側の電極として構成される櫛歯電極２１が設けられている。この櫛歯電極２１の周期（ピッチ）は、水晶基板１０の溝部１１に挟まれた基板表面部１２と同じ周期で形成されている。櫛歯電極２１はＡｕ膜で形成されるが、Ａｌ，Ｗ，Ｔｉ，Ｃｕなどの金属膜で形成しても良い。
また、交差指電極２１ａ，２１ｂの間には電極部材２０を貫通する貫通穴２２が形成されている。さらに、電極部材２０の櫛歯電極２１に接続されたＡｕ膜からなる接続膜２６，２７が形成されている。
【００１８】
水晶基板１０と電極部材２０とは、水晶基板１０に形成された接続電極１６，１７と電極部材２０に形成された接続膜２６，２７とをそれぞれ熱圧着することでＡｕ−Ａｕ接合されている。この固定された状態では、水晶基板１０の溝部１１に挟まれた基板表面部１２と電極部材２０の櫛歯電極２１がお互いに接触せずに隙間を保って対向するように配置されている。溝部１１に挟まれた基板表面部１２と櫛歯電極２１の隙間は、数μｍに設定されている。また、水晶基板１０の溝部１１と電極部材２０の貫通穴２２が対向するように配置されている。
【００１９】
このような構成のＳＡＷ共振子素子１において、櫛歯電極２１に駆動電圧を印加すると、図１（ｂ）に示すように、隣り合う交差指電極２１ａ，２１ｂ間で電気力線２５が生ずる。櫛歯電極２１が形成された電極部材２０の中央部の厚みは弾性表面波の波長の１/２〜１/３程度に形成されているため非常に薄く、電気力線２５が電極部材２０に集中せず通過する。そして、電気力線２５が水晶基板１０に弾性表面波の波長の１/２程度進入することで、弾性表面波が水晶基板１０の表面に励起される。
このように、ＳＡＷ共振子素子１は、水晶基板１０に形成された周期的に連続する複数の溝部１１と電極部材２０に形成された櫛歯電極２１とによりＩＤＴ（Interdigital  Transducer）を構成している。
また、電極部材２０に形成された貫通穴２２の形状、大きさ、数などはについては、水晶基板１０表面に励起される弾性表面波が電極部材２０を共振させないように適宜設定される。
【００２０】
なお、水晶基板１０の切断方位および弾性表面波の位相伝搬方位は、水晶結晶の基本軸において、オイラー表示（φ，θ，ψ）で表示することができる。
本実施形態では、光軸であるＺ軸まわりに反時計方向にφ＝０°±１°、次に電気軸であるＸ軸まわりに反時計方向にθ＝３２°〜３７°の範囲を切断方位とする水晶基板を用い、新たに生成したＺ´軸まわりに前記の水晶基板平面内において電気軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψ＝４０°〜４４°の範囲が弾性表面波の位相伝搬方位である水晶基板が利用されている。この水晶基板は、従来から知られたレイリー波を励振した場合、良好な周波数温度特性を有しＱ値の高いＳＡＷ共振子素子を得ることができる切断方位および位相伝搬方位である。
そして、水晶基板１０と電極部材２０は同じ切断方位で切断された水晶板が用いられている。
【００２１】
また他の水晶基板の切断方位および弾性表面波の位相伝搬方位として、次のような水晶基板を用いることができる。
他の実施として、光軸であるＺ軸まわりに反時計方向にφ＝０°±１°、次に電気軸であるＸ軸まわりに反時計方向にθ＝９５．５°〜９７．５°の範囲を切断方位とする水晶基板を用い、新たに生成したＺ´軸まわりに前記の水晶基板平面内において電気軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψ＝３１°〜３３°の範囲が弾性表面波の位相伝搬方位である水晶基板が利用できる。この水晶基板は、従来から知られた、レイリー波を励振した場合、耐熱衝撃特性に優れたＳＡＷ共振子素子を得ることができる切断方位および位相伝搬方位である。
【００２２】
さらに他の水晶基板の切断方位および弾性表面波の位相伝搬方位として、次のような水晶基板を用いることができる。
他の実施として、光軸であるＺ軸まわりに反時計方向にφ＝０°±１°、次に電気軸であるＸ軸まわりに反時計方向にθ＝２９．２°〜４０．７°の範囲を切断方位とする水晶基板を用い、新たに生成したＺ´軸まわりに前記の水晶基板平面内において電気軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψ＝９０°±２°の範囲が弾性表面波の位相伝搬方位である水晶基板が利用できる。この水晶基板は、従来から知られた、ＳＨ波を励振した場合、反射係数の大きなＳＡＷ共振子素子を得ることができる切断方位および位相伝搬方位である。
【００２３】
以上、本実施形態のＳＡＷ共振子素子１は、水晶基板１０に周期的に連続する複数の溝部１１が形成され、この水晶基板１０の上方に櫛歯電極２１が形成された電極部材２０が設けられている。そして溝部１１に挟まれた水晶基板の基板表面部１２と櫛歯電極２１とが接触せずに隙間を保って対向している。この櫛歯電極２１に通電することで弾性表面波が水晶基板１０表面に励振されるように構成されている。
このＳＡＷ共振子素子１の水晶基板１０表面には櫛歯電極が形成されておらず、櫛歯電極の酸化、ガス吸着、水晶界面の歪み、励振による膜質の変化など、櫛歯電極に起因する共振周波数を変化させる要因を排除することができる。
また、電極部材２０は水晶基板１０と同じ切断方位で切断された水晶板で形成されており、線膨張係数が同じで熱の影響で電極部材２０と水晶基板１０の間に応力を受けることがなく、共振周波数にも影響を与えない。
さらに、電極部材２０は薄板状で交差指電極２１ａ，２１ｂの間に貫通穴２２が設けられ、水晶基板１０に励起された弾性表面波によって共振せず、ＳＡＷ共振子素子１が安定した発振を維持できる。
これらのことから、本実施形態によれば高安定な発振を維持するＳＡＷ共振子素子１を得ることができる。
（変形例）
【００２４】
次に、上記の実施形態のＳＡＷ共振子素子において、櫛歯電極の両側に反射器を設けた変形例について説明する。
図２は第１の実施形態の変形例を示す模式断面図である。
ＳＡＷ共振子素子２は、水晶基板３０と電極部材４０とを備えている。
水晶基板３０の一方の表面には線状で周期的に連続しＩＤＴを構成する複数の溝部３１がドライエッチングまたはウェットエッチングにて形成されている。さらに、この溝部３１に連続して溝部３３が形成され、ＩＤＴの両側に反射器３５を構成している。また、溝部３１，３３の深さは伝搬する弾性表面波の反射係数を確保できるように設定されている。
さらに、水晶基板３０の表面にＡｕ膜からなる接続電極３６，３７が形成されている。
【００２５】
電極部材４０は薄板状の水晶板から形成され、中央部がエッチングによりさらに薄い部位を形成している。この薄い部位の厚みは弾性表面波の波長の１/２〜１/３程度が好ましく数μｍ程度である。
電極部材４０の一方の表面には、交差指電極４１ａ，４１ｂが交互に配列され、それぞれが正極側と負極側の電極として構成される櫛歯電極４１が設けられている。この櫛歯電極４１の周期（ピッチ）は、水晶基板３０の溝部３１に挟まれた基板表面部３２と同じ周期で形成されている。櫛歯電極４１はＡｕ膜で形成されるが、Ａｌ，Ｗ，Ｔｉ，Ｃｕなどの金属膜で形成しても良い。
また、交差指電極４１ａ，４１ｂの隣り合う間には電極部材４０を貫通する貫通穴４２が形成されている。さらに、電極部材４０の櫛歯電極４１に接続されたＡｕ膜からなる接続膜４６，４７が形成されている。
【００２６】
水晶基板３０と電極部材４０とは、水晶基板３０に形成された接続電極３６，３７と電極部材２０に形成された接続膜４６，４７とをそれぞれ熱圧着することでＡｕ−Ａｕ接合されている。この固定された状態では、水晶基板３０の溝部３１に挟まれた基板表面部３２と電極部材４０の櫛歯電極４１がお互いに接触せずに隙間を保って対向するように配置されている。溝部３１に挟まれた基板表面部３２と櫛歯電極４１の隙間は、数μｍに設定されている。また、水晶基板３０の溝部３１，３３と電極部材４０の貫通穴４２が対向するように配置されている。
このように、ＳＡＷ共振子素子２は、水晶基板３０に形成された周期的に連続する複数の溝部３１と電極部材４０に形成された櫛歯電極４１とによりＩＤＴを構成し、水晶基板３０に形成された周期的に連続する複数の溝部３３により反射器３５を構成している。
なお、反射器３５として、溝部３３の上方の電極部材４０には金属膜の電極を設ける必要はない。
【００２７】
以上のように、本変形例のＳＡＷ共振子素子２は、ＩＤＴで励振された弾性表面波を反射器３５で反射させ、効率よくＳＡＷ共振子素子２内に励振エネルギを閉じ込めることができる。
（第２の実施形態）
【００２８】
次に、第２の実施形態として、第１の実施形態で説明したＳＡＷ共振子素子を用いたＳＡＷ共振子について説明する。
図３は、第２の実施形態におけるＳＡＷ共振子の構成を示す構成図であり、図３（ａ）は模式平面図、図３（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う模式部分断面図である。
ＳＡＷ共振子３はＳＡＷ共振子素子１と、セラミックパッケージ５０と、蓋体５８とを備えている。
ＳＡＷ共振子素子１は図１で説明した第１の実施形態の素子であり、図１と同符号を付し詳細な説明は省略する。
セラミックパッケージ５０は、セラミックシートを積層して凹部が形成された積層セラミック基板５１を有している。積層セラミック基板５１の凹部には端子５３が形成され、積層セラミック基板５１の外周部に形成された外部接続端子５４に接続されている。また、積層セラミック基板５１の上方にはコバールなどの金属からなるシームリング５２が固着されている。
【００２９】
ＳＡＷ共振子素子１はセラミックパッケージ５０の凹部の底面に接着剤５５にて片持ち状態に固定され、ＳＡＷ共振子素子１の接続電極１６とセラミックパッケージ５０の端子５３とがＡｕ線などの金属ワイヤ５６により接続されている。
そして、シームリング５２とコバールなどの金属からなる蓋体５８とをシーム溶接されて、セラミックパッケージ５０内を乾燥窒素雰囲気にて気密に封止されている。
【００３０】
以上のように、ＳＡＷ共振子素子１は水晶基板１０に櫛歯電極を設けないことから櫛歯電極の酸化、ガス吸着、水晶界面の歪み、励振による膜質の変化など、櫛歯電極に起因する共振周波数を変化させる要因を排除している。
また、ＳＡＷ共振子素子１の電極部材２０は水晶基板１０と同じ切断方位で切断された水晶板で形成されており、線膨張係数が同じで熱の影響で電極部材２０と水晶基板１０の間に応力を受けることがなく、共振周波数にも影響を与えない。
このように、安定な発振を維持するＳＡＷ共振子素子１を用い、セラミックパッケージ５０内にＳＡＷ共振子素子１を気密封止することで高安定なＳＡＷ共振子３を得ることができる。
【００３１】
本発明のＳＡＷ共振子素子およびＳＡＷ共振子は、今後ますます膨大なデータを送受することが必要な光通信ネットワーク市場における、周波数安定性の優れたＳＡＷ発振器用途として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態におけるＳＡＷ共振子素子の構成を示す構成図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う模式断面図。
【図２】第１の実施形態の変形例を示す模式断面図。
【図３】第２の実施形態におけるＳＡＷ共振子の構成を示す構成図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う模式部分断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１，２…ＳＡＷ共振子素子、３…ＳＡＷ共振子、１０…水晶基板、１１…溝部、１２…溝部に挟まれた基板表面部、１６…接続電極、１７…接続電極、２０…電極部材、２１…櫛歯電極、２１ａ，２１ｂ…交差指電極、２２…貫通穴、２５…電気力線、２６，２７…接続膜、３０…水晶基板、３１…溝部、３２…溝部に挟まれた基板表面部、３３…溝部、３５…反射器、３６，３７…接続膜、４０…電極部材、４１…櫛歯電極、４１ａ，４１ｂ…交差指電極、４２…貫通穴、４６，４７…接続膜、５０…パッケージとしてのセラミックパッケージ、５１…積層セラミック基板、５２…シームリング、５３…端子、５４…外部接続端子、５５…接着剤、５６…金属ワイヤ、５８…蓋体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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