(57)【要約】【課題】  チップのサイズを小型化するとともに、周波数温度特性のよい弾性表面波チップを提供する。【解決手段】  弾性表面波チップ１０は、水晶基板１４上にすだれ状電極１６と反射器１８とを備えた弾性表面波チップ１０であって、前記すだれ状電極１４を金属材料で形成し、当該金属材料よりも重い金属材料で前記反射器１８を形成した構成である。そして、水晶基板をＳＴカット水晶基板または面内回転ＳＴカット水晶基板とすると、前記水晶基板１４上に伝搬する表面波をレイリー波にすることができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板上にすだれ状電極と反射器とを備えた弾性表面波チップであって、前記すだれ状電極を金属材料で形成し、当該金属材料よりも比重の重い金属材料で前記反射器を形成し、前記水晶基板上を伝搬する表面波はレイリー波であることを特徴とする弾性表面波チップ。
【請求項２】
前記水晶基板は、オイラー角が（０°、１１３°〜１３５°、０°）または（０°、１１３°〜１３５°、±（４０°〜４９°））であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波チップ。
【請求項３】
前記すだれ状電極をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成し、前記反射器を金で形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性表面波チップに係り、特にチップサイズの小型化に適した弾性表面波チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（ＳＡＷ）チップは、圧電効果を生じる材料からなる圧電基板の表面上に、一対のすだれ状電極（ＩＤＴ）と反射器とを形成したものが主な構成である。そして圧電基板として、例えば水晶基板等が用いられている。またＩＤＴや反射器の電極材料として、例えばアルミニウムやアルミニウム合金が用いられている。このようなＳＡＷチップのＩＤＴに電気信号が印加されると、圧電基板に生じる圧電効果によって電極指間に周期的な機械的ひずみが生じて弾性表面波が励起され、電極指の噛み合せ方向に沿って伝搬される。伝搬された弾性表面波は反射器で反射されてＩＤＴ側に戻るので、ＩＤＴと反射器が設けられた圧電基板の表面において弾性表面波が伝搬される。このようなＳＡＷチップをパッケージに実装してＳＡＷ共振子やＳＡＷフィルタ等のＳＡＷ装置を構成し、また発振回路とともにパッケージに実装してＳＡＷ発振器を構成している。
【０００３】
ＳＡＷフィルタの一例として、オイラー角（φ、θ、ψ）が（０°、１２０°〜１４５°、９０°）で表されるＳＴカット９０°Ｘ方向伝搬水晶基板上に、アルミニウムを用いてＩＤＴを形成するとともに、アルミニウムよりも密度の大きな金属材料で反射器を形成し、表面波としてＳＨ波を利用するものが挙げられる（特許文献１を参照）。特許文献１においては、電気機械結合係数の小さい水晶基板上に密度の大きい電極からなるＩＤＴを形成し、その電極の反射係数が大きい場合には、ＩＤＴの電極間での反射が大きくなり、弾性表面波のエネルギーがＩＤＴ間に閉じ込められて、弾性表面波がＩＤＴから伝搬しにくくなるため、反射係数の小さいアルミニウムで電極を形成するのが望ましいことが開示されているが、周波数温度特性については開示されていない。
【特許文献１】特開２００２−１５２００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＡＷチップの圧電基板として、オイラー角（φ、θ、ψ）が（０°、１１３°〜１３５°、０°）で表されるＳＴカット水晶基板や、（０°、１１３°〜１３５°、±（４０°〜４９°））で表される面内回転ＳＴカット水晶基板が用いられる。オイラー角（φ、θ、ψ）が（０°、１１３°〜１３５°、０°）で表されるＳＴカット水晶基板の場合、水晶基板上にアルミニウムを用いてＩＤＴと反射器を形成して、弾性表面波を励起した場合、反射器を構成する短絡電極１本あたりの反射係数は０．０２程度となる。このため弾性表面波を十分に反射するためには、短絡電極が１００本以上必要となり、ＳＡＷチップのサイズが大きくなる問題点がある。また反射器の短絡電極の間隔は、圧電基板上に励起される弾性表面波の波長に対応させて設けられるので、圧電基板上に低周波数域の弾性表面波を励起する場合、すなわち長波長の弾性表面波を励起する場合は、ＳＡＷチップのサイズが大きくなる問題点がある。
【０００５】
またＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器には一定周波数で高精度に共振することが要求される。すなわち、ＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器に要求される周波数精度は、周波数温度特性等の様々な要因を合わせて±１００〜±数十ｐｐｍ以下の精度が要求される。このためＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器に用いられるＳＡＷチップには、極めて一定の周波数で共振することが要求されるので、周波数温度特性の悪化は無視できない。ところで、ＳＡＷフィルタの場合はある程度の通過帯域幅を必要とするため一定周波数を共振する必要はなく、ＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器のように高精度で一定周波数を共振しなけらならないという考えは生じない。すなわちＳＡＷフィルタでは周波数温度特性の要因を考慮する必要性は少ない。
【０００６】
本発明は、従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ＳＡＷチップのサイズを小型化するとともに、周波数温度特性のよい弾性表面波チップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る弾性表面波チップは、水晶基板上にすだれ状電極と反射器とを備えた弾性表面波チップであって、前記すだれ状電極を金属材料で形成し、当該金属材料よりも比重の重い金属材料で前記反射器を形成し、前記水晶基板上を伝搬する表面波はレイリー波であることを特徴としている。これにより反射器を構成する短絡電極１本あたりの反射係数が高くなるので、軽い金属材料を用いた場合と比較して、短絡電極の本数を減らしても、十分に反射器の反射係数を得ることができる。そして短絡電極の本数を減らすことにより、弾性表面波（ＳＡＷ）チップの長さを小型化することができる。またすだれ状電極（ＩＤＴ）に軽い金属材料を用いるので、ＳＡＷチップの周波数温度特性が良好である。
【０００８】
また前記水晶基板は、オイラー角が（０°、１１３°〜１３５°、０°）または（０°、１１３°〜１３５°、±（４０°〜４９°））であることを特徴としている。オイラー角が（０°、１１３°〜１３５°、０°）で表される水晶基板はＳＴカット水晶基板であり、（０°、１１３°〜１３５°、±（４０°〜４９°））で表される水晶基板は面内回転ＳＴカット水晶基板である。ＳＡＷチップに励起される弾性表面波の種類は水晶基板のカット角によって異なるが、ＳＴカット水晶基板または面内回転ＳＴカット水晶基板を用いると、レイリー波を励起することができる。
【０００９】
また前記すだれ状電極をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成し、前記反射器を金で形成したことを特徴としている。これによりＩＤＴを軽い金属材料で形成でき、反射器を重い金属材料で形成することができる。よってＳＡＷチップを小型化できるとともに、周波数温度特性が良好である。
【００１０】
また上述したＳＡＷチップをパッケージに実装してＳＡＷ共振子を形成し、ＳＡＷチップとともに発振回路をパッケージに実施してＳＡＷ発振器を形成すると、ＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器を小型化することができる。また一定の周波数で共振することができるＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る弾性表面波チップの好ましい実施の形態について説明する。図１に水晶基板のカット角の説明図を示す。水晶の結晶軸はＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）で定義される。そして本実施の形態に係る弾性表面波（ＳＡＷ）チップ１０には、オイラー角（φ、θ、ψ）が（０°、１１３°〜１３５°、０°）で表されるＳＴカット水晶基板、または（０°、１１３°〜１３５°、±（４０〜４９°））で表される面内回転ＳＴカット水晶基板が用いられる。ＳＴカット水晶基板は、オイラー角（φ、θ、ψ）が（０°、０°、０°）で表される水晶Ｚ板１２をＸ軸まわりにθ＝１１３°〜１３５°回転させて得られる面に沿って切り出される水晶基板である。なおＹ軸およびＺ軸もＸ軸周りにθ回転させて得られる軸を、それぞれＹ’軸およびＺ’軸と定義する。また面内回転ＳＴカット基板は、前記ＳＴカット水晶基板をＸＹ’面内で回転させて、すなわちＺ’軸周りにψ＝±（４０°〜４９°）回転させて得られる水晶基板である。
【００１２】
図２にＳＡＷチップの説明図を示す。図２（ａ）はＳＡＷチップの平面図であり、同図（ｂ）はＳＡＷチップを部分的に拡大した断面図である。なお図２はＳＡＷチップの主な構成部分のみ記載している。本実施の形態に係るＳＡＷチップ１０は、ＳＴカットまたは面内回転ＳＴカットされた水晶基板１４上に、複数の電極指を交互に噛み合せて一対のすだれ状電極１６（ＩＤＴ１６）が設けられ、前記電極指の噛み合せ方向に沿うＩＤＴ１６の両端に反射器１８が設けられた構成である。この反射器１８は複数の電極指を平行にして、かつこれらの電極指の両端を短絡して形成されている。この反射器１８を構成する電極指が短絡電極となる。そしてＩＤＴ１６には比重の軽い金属材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金が用いられている。また反射器１８には、ＩＤＴ１６に用いられる金属材料よりも比重の重い金属材料、例えば金が用いられている。
【００１３】
このようなＳＡＷチップ１０のＩＤＴ１６に電気信号を印加すると、水晶基板１４の圧電効果によって周期的な機械的ひずみが生じて弾性表面波が励起され、電極指を噛み合せた方向に沿って伝搬される。このとき励起される弾性表面波の種類は水晶基板１４のカット角によって異なり、ＳＴカット水晶基板または面内回転ＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷチップ１０にはレイリー波が励起される。そしてＩＤＴ１６から伝搬する弾性表面波は反射器１８で反射されてＩＤＴ１６側へ戻るので、ＩＤＴ１６を介した反射器１８間で弾性表面波が伝搬される。
【００１４】
このとき反射器１８には比重の重い金属材料、すなわち金が用いられているので、短絡電極１本あたりの反射係数が高くなる。図３にＳＴカット水晶基板を用いたときの、短絡電極１本あたりの反射係数とηとの関係を示す。また図４に面内回転ＳＴカット水晶基板を用いたときの、短絡電極１本あたりの反射係数とηとの関係を示す。ここでηは電極ピッチＰと電極幅Ｌの比（η＝Ｌ／Ｐ）であり、Ｈ／λは電極の高さＨを波長λ（λ＝２Ｐ）で規格化した値である。図３および図４のいずれにおいても、Ｈ／λの値を変えたものを複数記載している。図３および図４において、白抜きの記号で示したものが、金を用いて反射器１８を形成したものである。また比較用として黒塗りの記号で示したものが、アルミニウムを用いて反射器を形成したものである。Ｈ／λの値が０．０３および０．０４のいずれの場合においても、ＳＴカット水晶基板、面内回転ＳＴカット水晶基板上に設けられる反射器１８を金で形成すると、短絡電極１本あたりの反射係数が高くなることがわかる。
【００１５】
図５にＳＴカット水晶基板上に設けた反射器１８を金で形成したときの、反射器１８の反射係数と規格化周波数の関係を示す。なおη＝０．６であり、Ｈ／λ＝０．０３である。そして短絡電極の本数を３０本、４０本または５０本として反射器１８を形成したときの、それぞれの反射係数を示している。図５より短絡電極を３０本用いたときの反射器１８の反射係数は０．９７であり、短絡電極を４０本用いたときの反射器１８の反射係数は０．９９であり、短絡電極を５０本用いたときの反射器１８の反射係数は１であることがわかる。また図６にＳＴカット水晶基板上に設けた反射器をアルミニウムで形成したときの、反射器の反射係数と規格化周波数の関係を示す。なおη＝０．６であり、Ｈ／λ＝０．０３である。図６では短絡電極を１０５本用いており、このときの反射器の反射係数は０．９８であることがわかる。
【００１６】
また図７に面内回転ＳＴカット水晶基板上に設けた反射器を金で形成したときの、反射器の反射係数と規格化周波数の関係を示す。なおη＝０．５であり、Ｈ／λ＝０．０３である。そして短絡電極の本数を１５本、２０本または３０本として反射器１８を形成したときの、それぞれの反射係数を示している。図７より短絡電極を１５本用いたときの反射器１８の反射係数は０．９５であり、短絡電極を２０本用いたときの反射器１８の反射係数は０．９９であり、短絡電極を３０本用いたときの反射器１８の反射係数は１であることがわかる。また図８に面内回転ＳＴカット水晶基板上に設けた反射器をアルミニウムで形成したときの、反射器の反射係数と規格化周波数の関係を示す。なおη＝０．５であり、Ｈ／λ＝０．０３である。図８では短絡電極の本数を２５０本用いており、このときの反射器の反射係数は０．９３であることがわかる。
【００１７】
したがって、ＳＴカット水晶基板、面内回転ＳＴカット基板のいずれを用いた場合も、反射器１８に比重の重い金属材料、すなわち金を用いると短絡電極１本あたりの反射係数が高くなり、反射器１８に用いられる短絡電極の本数を減らせることがわかる。なお図５ないし図８に示したいずれの場合も、ＳＡＷチップに適用して利用することができる。
【００１８】
またＩＤＴ１６に軽い金属材料、すなわちアルミニウムが用いられているので、周波数温度特性がよい。図９にＳＴカット水晶基板上にアルミニウムでＩＤＴを形成したときの周波数温度特性を示す。なおＨ／λは０．０２８であり、ηは０．５である。また図１０にＳＴカット水晶基板上に金でＩＤＴを形成したときの周波数温度特性を示す。なおＨ／λは０．０３と０．０４であり、ηは０．５である。図１０より、Ｈ／λが０．０３であり、温度範囲が−４０℃〜８５℃であると、金を用いてＩＤＴを形成したときの周波数偏差は＋１７００ｐｐｍ〜−２０００ｐｐｍであることがわかる。これに対し、図９より、Ｈ／λが０．０２８であり、温度範囲が−４０℃〜８５℃であると、アルミニウムを用いてＩＤＴ１６を形成したときの周波数偏差は０ｐｐｍ〜−１４０ｐｐｍであることがわかる。
【００１９】
図１１に面内回転ＳＴカット水晶基板上にアルミニウムでＩＤＴを形成したときの周波数温度特性を示す。なおＨ／λは０．０３６８であり、ηは０．５である。また図１２に面内回転ＳＴカット水晶基板上に金でＩＤＴを形成したときの周波数温度特性を示す。なおＨ／λは０．０３と０．０４であり、ηは０．５である。図１２より、Ｈ／λが０．０３であり、温度範囲が−４０℃〜８５℃であると、金を用いてＩＤＴを形成したときの周波数偏差は＋１８０ｐｐｍ〜−２５０ｐｐｍであることがわかる。これに対し、図１１より、Ｈ／λが０．０３６８であり、温度範囲が−４０℃〜８５℃であると、アルミニウムを用いてＩＤＴ１６を形成したときの周波数偏差は０ｐｐｍ〜−５５ｐｐｍであることがわかる。
【００２０】
ＩＤＴを比重の重い金属、すなわち金で形成すると、金の重さや、金と水晶との線熱膨張係数の違い等の理由から周波数温度特性が悪化する。これに対し、ＩＤＴを比重の軽い金属、すなわちアルミニウムやアルミニウム合金を用いてＩＤＴを形成すると、ＳＴカット水晶基板、面内回転ＳＴカット基板のいずれを用いた場合も、周波数温度特性がよいことがわかる。
【００２１】
またＳＡＷチップは使用温度範囲において、周波数温度特性が最小となるように調整されている。このため周波数温度特性が二次関数または三次関数で表されるときは、これらの関数の頂点を使用温度範囲の中心に位置するよう調整すると、周波数の変動量が最小となる。ＳＴカット水晶基板を用いて形成されたＳＡＷチップは二次関数で表される周波数温度特性を示し、面内回転ＳＴカット水晶基板を用いて形成されたＳＡＷチップは三次関数で表される周波数温度特性を示す。したがって、ＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷチップはηまたはＨ／λの値をかえることにより周波数温度特性の頂点が移動する。また面内回転ＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷチップは、面内回転角ψ、ηまたはＨ／λの値をかえることにより周波数温度特性の頂点が移動する。よって水晶基板上にアルミニウムを用いてＩＤＴを形成するとともに、面内回転角ψ、ηまたはＨ／λの値を調整することにより、周波数の変動量を最小にできる。
【００２２】
このように、ＳＴカット水晶基板または面内回転ＳＴカット水晶基板上に重い金属材料、すなわち金で反射器１８を形成したので、短絡電極１本あたりの反射係数が高くなり、短絡電極の本数を少なくしてＳＡＷチップ１０を形成することができる。そして電極ピッチＰを１４．２８μｍとしてＩＤＴ対数を６０対形成し、共振周波数１０６．２５ＭＨｚの弾性表面波を励起するＳＡＷチップ１０を製造する場合、アルミニウムを用いて反射器を形成すると短絡電極は１０５本必要となり、ＳＡＷチップの長さは４８９０．６μｍとなる。これに対して、金を用いて反射器１８を形成すると短絡電極は４０本必要となり、ＳＡＷチップ１０の長さは２９６４μｍとなる。よって、反射器を形成する金属をアルミニウムから金に変更することにより、ＳＡＷチップの長さを５ｍｍから３ｍｍまで短くすることができ、面積比で４０％小さくすることができる。このため１枚の水晶ウエハからのＳＡＷチップ１０の取り数を多くすることができ、収率も４０％多くすることができる。
【００２３】
またアルミニウムやアルミニウム合金の比重の軽い金属材料を用いてＩＤＴ１６を形成したので、ＳＡＷチップの使用温度範囲において温度変動が生じたとしても、周波数の変化を最小限にとどめることができる。よってＳＡＷチップの周波数温度特性をよくすることができ、一定の周波数を得ることができる。
【００２４】
そして本実施の形態に係るＳＡＷチップ１０をパッケージに実装し、またはＳＡＷチップとともに発振回路をパッケージに実装すると、小型かつ周波数精度の高いＳＡＷ共振子またはＳＡＷ発振器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】水晶基板のカット角の説明図である。
【図２】本実施の形態に係る弾性表面波チップの説明図である。
【図３】ＳＴカット水晶基板を用いたときの、短絡電極１本あたりの反射係数とηとの関係を示す図である。
【図４】面内回転ＳＴカット水晶基板を用いたときの、短絡電極１本あたりの反射係数とηとの関係を示す図である。
【図５】ＳＴカット水晶基板上に設けた反射器を金で形成したときの、反射器の反射係数と規格化周波数の関係を示す図である。
【図６】ＳＴカット水晶基板上に設けた反射器をアルミニウムで形成したときの、反射器の反射係数と規格化周波数の関係を示す図である。
【図７】面内回転ＳＴカット水晶基板上に設けた反射器を金で形成したときの、反射器の反射係数と規格化周波数の関係を示す図である。
【図８】面内回転ＳＴカット水晶基板上に設けた反射器をアルミニウムで形成したときの、反射器の反射係数と規格化周波数の関係を示す図である。
【図９】ＳＴカット水晶基板上にアルミニウムですだれ状電極を形成したときの周波数温度特性を示す図である。
【図１０】ＳＴカット水晶基板上に金ですだれ状電極を形成したときの周波数温度特性を示す図である。
【図１１】面内回転ＳＴカット水晶基板上にアルミニウムでＩＤＴを形成したときの周波数温度特性を示す図である。
【図１２】面内回転ＳＴカット水晶基板上に金でＩＤＴを形成したときの周波数温度特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０………弾性表面波（ＳＡＷ）チップ、１４………水晶基板、１６………すだれ状電極（ＩＤＴ）、１８………反射器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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