(57)【要約】【課題】端面反射型表面波装置の生産性を向上させ、安価に製造しやすく、かつ共振特性に現れる不要なリップルを抑制し得る構造を備えた、端面反射型表面波装置を提供する。【解決手段】圧電基板上に複数本の電極指を有するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を備え、前記圧電基板がＳＨタイプの表面波を反射させるために表面波の伝搬する方向に対向する２端面を有し、かつ該２端面と並行する方向に延びるように前記ＩＤＴの両側に最外側の電極指が設けられている端面反射型表面波装置であって、前記ＳＨタイプの表面波の波長をλとしたときに前記最外側の電極指の幅Ｗがそれぞれλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲内にあり、かつ前記圧電基板がチタン酸鉛又はニオブ酸ナトリウムを主成分とする圧電セラミックスである端面反射型表面波装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に複数本の電極指を有するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を備え、前記圧電基板がＳＨタイプの表面波を反射させるために表面波の伝搬する方向に対向する２端面を有し、かつ該２端面と並行する方向に延びるように前記インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の両側に最外側の電極指が設けられている端面反射型表面波装置であって、前記ＳＨタイプの表面波の波長をλとしたときに前記最外側の電極指の幅Ｗがそれぞれλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲内にあり、かつ前記圧電基板がチタン酸鉛又はニオブ酸ナトリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする端面反射型表面波装置。
【請求項２】
前記インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）における電極部の荷重が、１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の端面反射型表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板上にインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を備えた端面反射型表面波装置に関し、特にレゾネータやフィルタなどに適用されるＳＨタイプの表面波を利用した端面反射型表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＳＨタイプの表面波を利用した端面反射型の表面波装置は知られている。ＳＨタイプの表面波とは、ＢＧＳ波やラブ波のように、変位が表面波伝搬方向と垂直で基板表面に平行な成分を主成分とする表面波をいう。
ＳＨタイプの表面波は、その伝搬方向に存在する端面で完全反射される性質を有する。端面反射型の表面波装置はこの性質を利用したもので、励振したＳＨタイプの表面波を、表面波の伝搬する方向に対向する２端面においてそれぞれ完全反射させ、両端面間に表面波を閉じ込め定在波を発生させるという共振現象を起こし、その共振特性を利用して表面波装置としての機能を発現させている。
【０００３】
端面反射型表面波装置の一例を、図１を参照して説明する。図１は、ＳＨタイプの表面波としてＢＧＳ波を利用する端面反射型表面波装置の斜視図である。ＢＧＳ波を利用する端面反射型表面波装置においては、対向する２端面５ａ、５ｂを有する圧電基板１上に複数本の電極指を有するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）２が形成されている。ここで、圧電基板１は圧電セラミックスや、圧電単結晶により構成されている。圧電基板１がセラミックスである場合、矢印４の方向は分極方向を示す。
インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の複数本の電極指は、基板端面５ａ、５ｂと並行する方向に延びており、最も外側に位置する両側の電極指３ａ、３ｂについては、圧電基板の端面５ａ、５ｂに沿うように配置されている。ここで、励振される表面波の波長をλとしたとき、前記電極指の幅は、最も外側の電極指３ａ、３ｂを除いてλ／４とされており、最も外側の電極指３ａ、３ｂはλ／８の幅とされる。さらに、隣接する電極指と電極指との間隔はλ／４とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記の端面反射型表面波装置において所望の特性を得るためには、最も外側の電極指の幅を正確にλ／８にしなければならないと考えられており、これがλ／８からずれた場合、不要な振動が励起され、メイン振動における共振及び反共振間及びその近傍にリップルが発生すると考えられていた。
そのため不要なリップルのない所望の共振特性を得るためには、最外側の電極指の幅は正確にλ／８とする必要があるため、端面反射を起こすための磁器加工には非常に高い精度が要求されていた。その結果、生産性の低下を招き、コストアップにつながる問題があった。
一方、共振点よりも低域側における不要リップルを効果的に低減すべく、圧電基板としてチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスやＬｉＮｂＯ３圧電単結晶を用い、最も外側の電極指の幅をλ／６４〜７λ／６４とした端面反射型表面波装置が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、本発明者等によれば圧電基板をチタン酸鉛又はニオブ酸ナトリウムを主成分とする圧電セラミックスで形成した場合、最外側の電極指の幅Ｗをλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）とすることにより、メイン振動の共振及び反共振間並びにその近傍のリップルの発生を効果的に抑制できることを見出し、本発明に至った。
【０００５】
本発明の目的は、端面反射型表面波装置の生産性を向上させ、安価に製造しやすく、かつ共振特性に現れる不要なリップルを抑制し得る構造を備えた、端面反射型表面波装置を提供することにある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１３１２８３号公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、対向２端面におけるＳＨタイプの表面波の反射を利用する端面反射型表面波装置の生産性を向上させるため、鋭意研究を行った。
その結果、上記のように、特定の圧電セラミックスを使用し、かつ圧電基板上に形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の最外側の電極指の幅Ｗが、λ／８より所定量幅が広くなる場合に、不要リップルを抑制し、所望の共振特性が得られることを見出し本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、圧電基板上に複数本の電極指を有するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を備え、前記圧電基板がＳＨタイプの表面波を反射させるために表面波の伝搬する方向に対向する２端面を有し、かつ該２端面と並行する方向に延びるように前記インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の両側に最外側の電極指が設けられている端面反射型表面波装置であって、前記ＳＨタイプの表面波の波長をλとしたときに前記最外側の電極指の幅Ｗがそれぞれλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲内にあり、かつ前記圧電基板がチタン酸鉛又はニオブ酸ナトリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする端面反射型表面波装置に関するものである。
さらには、本発明において、前記インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）における電極部の荷重が、１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内にあることが望ましい。
【０００９】
本発明において、圧電基板がチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）系又はニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）系を主成分とする圧電セラミックスを使用する。このことについて説明する。
圧電基板を発振回路のレゾネータとして使用する場合、ＤＣ電圧ドライブがかけられるため、インピーダンスを比較的高くなるように設計し、分圧することが重要となる。そのためには比誘電率の小さな材料を適用し、圧電基板に形成された電極部の容量を小さくすることが重要となる。
そのために、比誘電率が３６０以下と小さく、電気機械結合係数の大きな、ＰｂＴｉＯ３系、あるいはＮａＮｂＯ３系を主成分とした圧電セラミックスが望ましいことになる。
チタン酸鉛は、チタン酸ジルコン酸鉛に比べて誘電率が小さく、更に大きなＰ／Ｖが得られることから、発振子としての用途に適している。
また、ニオブ酸ナトリウムを用いる理由は、鉛を含有する化合物は、環境汚染を招く危険性が指摘されており、鉛を含有しない圧電材料を用いることが望ましく、更に、チタン酸鉛と同じペロブスカイト構造をとり、大きなＰ／Ｖが得られるからである。従って、ニオブ酸ナトリウムを主成分とすることが望ましく、具体的には、例えばＮａ０．９８Ｋ０．０２ＮｂＯ３を主成分とし、主成分１００質量部に対して０．５重量％に相当するＭｎＯ２を加えた組成等が挙げられる。
【００１０】
【作用】
本発明の端面反射型表面波装置によれば、圧電基板上に複数本の電極指を有するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を備え、前記圧電基板がＳＨタイプの表面波を反射させるために表面波の伝搬する方向に対向する２端面を有し、該２端面と並行する方向に延びるように前記インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の両側に最外側の電極指が設けられている端面反射型表面波装置において、ＳＨタイプの表面波の波長をλとしたときに前記最外側の電極指の幅Ｗをそれぞれλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲内にすることで、メイン振動の共振及び反共振間及びその近傍へのリップルの発生を顕著に抑制することができるのである。
前記最外側の電極指の幅Ｗが（λ／８＋７λ／６４）を超える場合、進行する表面波の位相と、端面での反射波の位相との整合がとれず、共振特性に不要なリップルが発生する。
【００１１】
本発明に使用する圧電基板は、大きなＰ／Ｖ値を得られ、かつ比誘電率の小さなチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）及びニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）を主成分とした圧電セラミックスを使用することが重要である。
ここで、ＰｂＴｉＯ３やＮａＮｂＯ３を主成分とした圧電セラミックスの場合、材料物性のポアソン比が０．３未満となり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に代表される０．３以上の材料とは振動姿態が異なることから、リップルの発生周波数やレベルも異なってくることになる。そのため前記、最外側の電極指の幅Ｗはλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）に設定することが重要になる。
【００１２】
また、圧電基板上に複数本の電極指からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部において、電極部の単位面積あたりの荷重を１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内とすることで、圧電基板に加わる電極荷重により質量負荷効果が大きくなり、エネルギー閉じ込め効果の増加とともに、メイン振動の共振及び反共振間及びその近傍へのリップルの発生をさらに抑制することができる。
【００１３】
インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部の荷重を１×１０−５ｇ／ｃｍ２以上とする場合、質量負荷効果の小さいことに起因するリップルの発生を抑制できる効果が得られる。一方、前記３×１０−３ｇ／ｃｍ２以下とする場合、質量負荷効果が大きいことに起因する、インターデジタルトランスデューサでの励振を抑制してＰ／Ｖを小さくしてしまうことを防止できるのである。尚、ここで、Ｐ／Ｖとは、共振抵抗値に対する反共振抵抗値の比で表され、励振される圧電振動の強さを表す指標となるものである。
【００１４】
すなわち、従来は最外側の電極指の幅Ｗは正確にλ／８とする必要があると考えられていたが、本発明において、特定の圧電セラミックスを圧電基板に用いた場合には、実際にはλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲内であれば、不要なリップルが抑制され、所望の共振特性が得られることを見出した。これにより、反射端面の加工精度に余裕を持たせることが可能となり、不要リップルの抑制とともに端面反射型表面波装置の加工歩留が向上し、生産性を大きく改善することが可能となった。
更には、圧電基板上に複数本の電極指からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部において、電極部の荷重を１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内とすることで、所望の共振特性が得られる。これは、表面波装置において安定な定在波を発生させるためには、電極の質量負荷効果によって表面波のエネルギーを閉じ込めることが必要であり、したがって、所望の共振特性を得るためには、ある程度の質量をもった電極指が必要なためである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の端面反射型表面波装置の外観斜視図であり、図２はＩＤＴが形成された正面図を示す。
図１および２において、符号１は圧電基板、２はインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部、３ａ、３ｂは最外側の電極指、４は圧電セラミックスの分極軸方向、５ａ、５ｂはＳＨタイプの表面波を反射させる端面である。
圧電基板１は、チタン酸鉛（ＰＴ）を主成分とし、具体的にはＰｂをＳｒ、Ｂａ、Ｃａ及び希土類のＬａ、Ｐｒ、Ｎｂ等で一部置換したものを主成分とし、Ｍｎを添加含有させた組成である。また、ＮａＮｂＯ３を主成分とし、具体的にはＮａをＫ、Ｃａ、Ｂｉ等で一部置換したものを主成分とし、Ｍｎを添加含有させた組成である。この場合、ＭｎＯ２は、これらの主成分１００質量部に対し、２質量部以下添加して、圧電基板１を形成することができる。
これにより、電気機械結合係数を大きくでき、大きなＰ／Ｖ値を得ることが可能となる。
【００１６】
また、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極幅は、最外側の電極指を除いてλ／４であり、隣接する電極指間の間隔はλ／４とされ、最外側の電極指３ａ、３ｂの電極幅Ｗはλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲で設定される。これら最外側の電極指３ａ、３ｂは、反射端面５ａ、５ｂに接するように配置されている。
特に、Ｗは、メイン振動のＰ／Ｖ値を５５ｄＢ以上と大きな特性を得ながら、リップルのレベルを小さくできるという理由から、（λ／８＋λ／６４）〜（λ／８＋４λ／６４）が望ましい。
インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極２は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等の金属から形成され、電極部の荷重が１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内となるようにスパッタもしくは蒸着により成膜される。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例を説明することにより、本発明を更に明確にする。
本実施例は、端面反射型表面波装置として、ＢＧＳ波を利用した端面反射型表面波共振子に関するものである。
まず、チタン酸鉛Ｐｂ０．９Ｌａ０．１ＴｉＯ３、該主成分１００質量部に対し０．５質量部のＭｎＯ２を含有する圧電セラミックスからなる圧電基板を用意し、図１の矢印４が示すように、基板の厚み滑り方向に分極処理を施した。次いで、前記圧電基板に下地としてのＣｒと電極としてのＡｇを順次蒸着し、前記分極の方向と電極指の延びる向きと並行となるようにインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を形成した。ここで、前記インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極指の幅は、すべてλ／４＝１５μｍとし、また隣接する電極指間の間隔もλ／４＝１５μｍとした。また、電極の厚みは略１μｍとした。しかる後、最外側の電極指の幅Ｗがλ／８＝７．５μｍよりも８λ／６４太くなるように前記圧電基板を厚み方向に切断し、図１に示す形状の端面反射型表面波共振子を作製した。図２はインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極パターン図である。
作製した端面反射型表面波共振子の電極指の最外側の幅Ｗが（λ／８＋λ／６４）から（λ／８＋７λ／６４）において、メイン振動のＰ／Ｖ値が５０ｄＢ以上となり、レゾネータ用として充分大きな特性が得られた。
【００１８】
図３には、こうして得られた端面反射型表面波共振子のインピーダンス波形の一例を示す。図３から明らかなように、最外側の電極指の幅Ｗがλ／８＋８λ／６４のときには共振周波数４９．２ＭＨｚと反共振周波数５０．５ＭＨｚとの間に大きなリップルが生じていることがわかる。
上記のようにして得られた表面波共振子の各試料について、前記のリップルの大きさを測定し、最外側の電極寸法に対してプロットしたものを、図４に示す。図４において、横軸は最外側電極指の寸法のλ／８からのずれを表している。すなわち、例えば横軸の値が５λ／６４となっている試料は、最外側の電極指の寸法が（λ／８＋５λ／６４）＝１３λ／６４であることを意味する。また、図４の縦軸は前記リップルのＰ／Ｖ値の大きさを示したものである。
【００１９】
図４から、最外側の電極指の幅が正確にλ／８のときにはリップルが存在しないことがわかる。すなわち、従来より考えられていたとおり、正確にλ／８となるように加工すれば、共振周波数と反共振周波数との間にリップルの生じない、所望の共振特性が得られる。
次に、最外側の電極指の幅を次第に大きくしていくと、図４から明らかなように、４λ／６４まではリップルが生じておらず、所望の共振特性を得ることができる。５λ／６４よりも大きくなると、リップルが生じるようになり、最外側の電極指の幅が大きくなるにしたがって、リップルの大きさも大きくなっている。しかしながら、７λ／６４以下の場合には、リップルは生じているもののその大きさは小さく、実用上問題となることはない。
最外側の電極指の幅が８λ／６４になると、リップルは急激に大きくなることが、図４からわかる。この場合は、もはや共振子としての所望の特性を得ることができない。
【００２０】
したがって、最外側の電極指の幅Ｗをλ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲内とすることで、共振周波数と反共振周波数との間のリップルの発生を抑制した端面反射型表面波共振子を得ることができる。
さらに、圧電基板上に複数本の電極指からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部において、電極部の荷重を１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内とするように電極をスパッタで作製した。前記荷重は厚みによって調整した。このとき、最外側の電極指の幅はλ／８＋２λ／６４に設定した。このようにして作製した試料のインピーダンス波形を測定し、メイン振動のＰ／Ｖ値を評価した。
インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）における電極部の荷重が１×１０−５ｇ／ｃｍ２、１×１０−３ｇ／ｃｍ２、３×１０−３ｇ／ｃｍ２の場合、それぞれＰ／Ｖ値が５０ｄＢ、５８ｄＢ、６７ｄＢと十分に大きく、リップルは認められなかった。
【００２１】
一方、電極部の荷重が４×１０−３ｇ／ｃｍ２の場合、インピーダンス波形にリップルは認められないものの、Ｐ／Ｖ値は４５ｄＢと小さかった。また、電極部の荷重が０．８×１０−５ｇ／ｃｍ２の場合も、リップルは認められないものの、Ｐ／Ｖ値は４２ｄＢと小さい結果となった。
この実施例から、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部における単位面積あたりの電極部の重さを１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内とすることにより、不要なリップルを発生させず、かつ大きなＰ／Ｖ値を有する表面波共振子を得ることができる。
また、ニオブ酸ナトリウム、具体的にはＮａ０．９８Ｋ０．０２ＮｂＯ３を主成分とし、該主成分１００質量部に対して、ＭｎＯ２を０．５質量部含有する圧電基板を用いて表面波共振子を作製し、上記実施例と同様の評価を行ったところ、上記実施例と同様の効果が得られた。
なお、上記実施例では端面反射型表面波共振子について説明したが、例えば端面反射型のフィルタのような、ＳＨタイプの表面波の端面における完全反射を利用する装置であれば、本発明を適用することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の端面反射型表面波装置によれば、圧電基板の表面波の伝搬する方向に対向する２端面におけるＳＨタイプの表面波の反射を利用する端面反射型表面波装置において、前記最外側の電極指の幅Ｗが、表面波の波長をλとしたときに、λ／８＜Ｗ≦（λ／８＋７λ／６４）の範囲内にあることにより、共振特性に現れる不要なリップルを抑制し、かつ、端面の加工精度に余裕を持たせることが可能となり、端面反射型表面波装置の加工歩留が向上し、生産性が大きく改善されることとなる。
さらには、圧電基板上に複数本の電極指からなるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部において、電極部の荷重を１×１０−５乃至３×１０−３ｇ／ｃｍ２の範囲内とすることで、圧電基板に加わる電極荷重による質量負荷効果が大きくなり、エネルギー閉じ込め効果の増加とともに、メイン振動の共振及び反共振間及びその近傍へのリップルの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の端面反射型表面波装置を示す外観斜視図である。
【図２】図１の圧電基板上に形成されるＩＤＴを示す正面図である。
【図３】本発明の端面反射型表面波装置の電気特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る端面反射型表面波共振子の、最外側の電極指の幅とリップルの大きさとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１：圧電基板
２：インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）の電極部
３ａ、３ｂ：ＩＤＴの最外側の電極指
４：圧電セラミックスの分極軸方向である。
５ａ、５ｂ：ＳＨタイプの表面波を反射させるための端面
【図１】
2005051354.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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