(57)【要約】【課題】圧電基板にＳＴカット９０°Ｘ伝搬水晶基板を用い、高周波に使用されるＳＨ波ＳＡＷデバイスにおいて、ウェーハの切り出し角度の誤差によるＳＡＷデバイスの個体間の周波数ばらつきを抑圧することを目的とする。【解決手段】圧電基板１上に正電極指と負電極指とがそれぞれ互いに間挿し合うＩＤＴ２と、該ＩＤＴ２の両側にＳＡＷを反射する為の反射器３ａ、３ｂとを配置する。前記ＩＤＴ２の入出力パッド４ａ、４ｂとパッケージ６の入出力用端子とを金属ワイヤ５ａ、５ｂにより電気的に導通し、パッケージ６の開口部を蓋（リッド）で気密封止する。そして、ＩＤＴ２及び反射器３ａ、３ｂの電極材料をＡｌとした時に、圧電基板１をオイラー角表示で（０°，１２２°±５°，９０±２°）のＳＴカット９０°Ｘ伝搬水晶基板とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、該圧電基板上に形成されたＩＤＴと、該ＩＤＴの両側に配置した反射器とを備えた弾性表面波デバイスであって、
前記ＩＤＴ及び反射器はＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなり、前記圧電基板は、オイラー角表示で（０°，１２２°±５°，９０°±２°）の水晶基板であることを特徴とした弾性表面波デバイス。
【請求項２】
圧電基板と、該圧電基板上に形成されたＩＤＴと、該ＩＤＴの両側に配置した反射器とを備えた弾性表面波デバイスであって、
前記ＩＤＴ及び反射器はＡｕ又はＡｕを主成分とする合金からなり、前記圧電基板は、オイラー角表示で（０°，１２２°±５°，９０°±２°）の水晶基板であることを特徴とした弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記圧電基板は、オイラー角表示で（０°，１２２°，９０°）の水晶基板であることを特徴とした請求項１又は２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記弾性表面波デバイスは、共振子、共振子フィルタ、ラダー型フィルタ、トランスバーサル型フィルタ、一方向性変換器のうち少なくとも１つの構造を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の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、弾性表面波共振子、弾性表面波フィルタ等の弾性表面波デバイスに関し、特にＳＨ波を用いた弾性表面波デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：以下、ＳＡＷ）デバイスは移動体通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴があることから特に携帯電話等に多く用いられている。特に近年、無線ＬＡＮやＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）に対応したカーナビゲーションシステムの普及の増大に伴い、これらの機器に用いられるＳＡＷデバイスにおいて高周波化、小型化が強く要求されている。
【０００３】
前記ＳＡＷデバイスの種類としては、ＳＡＷ共振子や、ＳＡＷ共振子を直列、並列、直列、と配置した梯子（ラダー）型ＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子をＳＡＷの伝搬方向（縦方向）に並べて縦共振モードを音響結合させた縦結合型多重モードＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子をＳＡＷの伝搬方向と垂直な方向（横方向）に並べて横共振モードを音響結合させた横結合型多重モードＳＡＷフィルタ、入出力用のＩＤＴを２つ近接配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタ等があり、これらのＳＡＷデバイスにおいては一般的に励振波としてレイリー波が用いられる。
【０００４】
図４は、従来のレイリー波を用いたＳＡＷ共振子を示している。圧電基板２１上にＩＤＴ２２を配置すると共に、該ＩＤＴ２２の両側に反射器２４ａ、２４ｂを配置する。圧電基板２１には、例えばＳＴカット０°Ｘ伝搬の水晶基板が用いられ、ＩＤＴ２２及び反射器２４ａ、２４ｂはＡｌ又はＡｌを主成分とする合金から構成される。同図に示すように、励振波としてレイリー波を用いる場合、ＩＤＴ２２を励振したレイリー波を反射させて定在波を発生させるためには反射器２４ａ、２４bの電極本数を十分に多くしなければならない。従って、フィルタを設計する際には、反射器のスペースを十分確保する必要があるのでＳＡＷデバイスの小型化には不利であった。また、使用周波数が２ＧＨｚ帯以上の高周波に用いられるＳＡＷデバイスにおいては、ＩＤＴ２２の電極指幅及び電極指間隔を非常に狭く設計しなければならないので、製造歩留まりが悪いという問題があった。
【０００５】
この問題を解決すべく励振波にＳＨ波を用いたＳＡＷデバイス（以下、ＳＨ波ＳＡＷデバイスと称す）が提案されている。ＳＨ波はレイリー波と比較して、伝搬速度が速く反射係数が大きい特徴がある。例えば、圧電基板にＳＴカット水晶基板を用いた場合、ＳＨ波の伝搬速度はレイリー波と比較して約１．６倍と大きいので高周波化に有利であり、また、反射係数が大きいので反射器はごく少数の電極指で形成するだけでよいので小型化にも有利であることが知られている。
【０００６】
前述のＳＨ波ＳＡＷデバイスの先行技術として、特開２００２−３３００５１号及び特開２００２−３３００５２号で開示されている図５に示すような構造がある。同図に示すＳＡＷデバイスは、圧電基板３１にオイラー角表示で（０°，１１０°〜１５０°，９０°±２°）のＳＴカット９０°Ｘ伝搬の水晶基板を用い、圧電基板３１上にＳＨ波を励振するＩＤＴ３２を配置し、その両側にＳＨ波を反射する少数の電極本数で構成された反射器３４ａ、３４ｂを配置した構造を有している。また、ＩＤＴ３２及び反射器３４ａ、３４ｂの電極材料をＡｌを主成分とする材料とした場合は、波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０２５〜０．１３５の範囲に設定し、電極材料をＡｕを主成分とする材料とした場合は、電極膜厚Ｈ／λを０．００３〜０．０９５の範囲に設定している。このように基板のカット角及び電極膜厚を設定することで、反射器の電極１本当たり反射率を向上させて反射器を大幅に小型化することが可能になり、製品全体としての十分な小型化を図ることができる。また、Ａｌ電極によるレイリー波を用いたＳＡＷデバイスに比べて、電気機械結合係数を向上させることが可能なので、損失が小さく、広帯域で使用可能なＳＡＷデバイスを得ることができる。
【特許文献１】特開２００２−３３００５１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３００５２号公報
【非特許文献１】J.J.Campbell and W.R.Jones IEEE Trans. Sonics & Ultrason , SU-15(1968),pp.209-217
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述の特開２００２−３３００５１号及び特開２００２−３３００５２号においてはＳＴカット９０°Ｘ伝搬水晶基板のカット角θを１１０°〜１５０°と広範囲に定義しており、このθの範囲内であれば所望の特性が得られると開示している。しかしながら、例えばカット角θを１１０°〜１５０°の中心値である１３０°として試作を行ったところ、上記公報に記載されている通りに低損失化、広帯域化は確認することができるものの、同じ電極パターンを用いているにも関わらず、ＳＡＷデバイスの個体間で共振周波数が大きくばらついてしまう問題があったため量産が困難であった。
【０００８】
本発明が解決しようとする問題点は、圧電基板にＳＴカット９０°Ｘ伝搬水晶基板を用いたＳＨ波ＳＡＷデバイスにおいて、ＳＡＷデバイスの個体間に生じる周波数のばらつきを抑えることにより量産を容易にすることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係るＳＡＷデバイスの請求項１に記載の発明は、圧電基板と、該圧電基板上に形成されたＩＤＴと、該ＩＤＴの両側に配置した反射器とを備えたＳＡＷデバイスであって、前記ＩＤＴ及び反射器はＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなり、前記圧電基板は、オイラー角表示で（０°，１２２°±５°，９０°±２°）の水晶基板であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、圧電基板と、該圧電基板上に形成されたＩＤＴと、該ＩＤＴの両側に配置した反射器とを備えたＳＡＷデバイスであって、前記ＩＤＴ及び反射器はＡｕ又はＡｕを主成分とする合金からなり、前記圧電基板は、オイラー角表示で（０°，１２２°±５°，９０°±２°）の水晶基板であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記圧電基板は、オイラー角表示で（０°，１２２°，９０°）の水晶基板であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記ＳＡＷデバイスは、共振子、共振子フィルタ、ラダー型フィルタ、トランスバーサル型フィルタ、一方向性変換器のうち少なくとも１つの構造を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に記載のＳＡＷデバイスによれば、オイラー角表示で（０°，１２２°±５°，９０°±２°）の水晶基板を選択することにより、ウェーハの切り出し角度の誤差によるＳＡＷデバイスの個体間の周波数ばらつきを抑圧でき、量産が容易なＳＡＷデバイスを提供できる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載のＳＡＷデバイスによれば、電極材料をＡｕ又はＡｕを主成分とする合金とすることにより、電極材料をＡｌとした場合と比較して反射器本数を減らすことができるのでデバイスサイズの小型化に寄与する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載のＳＡＷデバイスによれば、オイラー角表示で（０°，１２２°，９０°）の水晶基板を選択することにより、ＳＡＷデバイスの個体間の周波数ばらつきをより確実に抑圧できる。
【００１６】
本発明の請求項４に記載のＳＡＷデバイスによれば、小型でＳＡＷデバイスの個体間の周波数ばらつきを抑圧した各種形態のＳＡＷデバイスを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るＳＡＷデバイスの一例を示しており、圧電基板１上に正電極指と負電極指とがそれぞれ互いに間挿し合うＩＤＴ２と、該ＩＤＴ２の両側にＳＡＷを反射する為の反射器３ａ、３ｂとを配置する。そして、前記ＩＤＴ２の入出力パッド４ａ、４ｂとパッケージ６の入出力用端子とを金属ワイヤ５ａ、５ｂにより電気的に導通し、パッケージ６の開口部を蓋（リッド）で気密封止する。圧電基板１は、オイラー角表示で（０°，θ°，９０±２°）のＳＴカット９０°Ｘ軸伝搬の水晶基板であって、励振するＳＡＷはＳＨ波である。なお、ＩＤＴ２及び反射器３ａ、３ｂの電極材料をＡｌとしている。
【００１８】
図２（ａ）は、前記ＳＡＷデバイスにおいて電極膜厚を変化させた時のカット角θと伝搬速度Ｖの関係を示している。なお、電極膜厚ＨはＳＡＷの波長λで基準化した値で表し０．０１λから０．０４λまで変化させ、縦軸にＳＡＷの伝搬速度Ｖ（ｍ／ｓ）、横軸にカット角θ（deg）を表している。同図から、どの電極膜厚においてもθ＝１２２°付近で伝搬速度の最大値を取り、θ＝１２２°±５°の範囲外では急激に伝搬速度が低下している。従って、θ＝１１０°〜１５０°の範囲においては伝搬速度が一様でなく、切り出し角度を高精度に制御しないと周波数がばらついてしまうことが分かる。また、図２（ｂ）は、θ＝１２２°の伝搬速度を基準とした時のカット角の伝搬速度変化率を示しており、いずれの電極膜厚の条件においてもθ＝１２２°±５°付近が伝搬速度変化率が低い、即ち、カット角の周波数感度が低いことが分かる。
【００１９】
例えば、特開２００２−３３００５１号に記載されたθ＝１１０°〜１５０°の中心値であるθ＝１３０°とし、電極膜厚をＨ／λ＝０．０４とした場合を考えると、カット角１°あたりの伝搬速度変化率は約−１２０００ppmであり、一般的に水晶基板のカット角の製造ばらつきは±１°程度であるから、カット角の変化による伝搬速度のばらつきは約±３０００ｐｐｍ程度が生じる。周波数は伝搬速度に比例するので、そのまま±３０００ｐｐｍ程度の周波数ばらつきが生じることになる。これに対し、θ＝１２２°においては、カット角の変化による伝搬速度の変動はほぼ零であり、θ＝１２２°＋５°＝１２７°においても、カット角１°当たりの伝搬速度変化率は−４５００ｐｐｍ程度であり、カット角が±１°ずれたとしても、伝搬速度及び周波数のばらつきは高々±１０００ｐｐｍ程度と実用的な範囲となるのである。
【００２０】
以上から、ＳＴカット９０°Ｘ伝搬水晶基板を用いたＳＨ波ＳＡＷデバイスにおいて、電極膜厚ＨをＨ≦０．０４λとした時にカット角θ＝１２２°±５°の範囲の周波数感度が低いことが判明した。従って、カット角をθ＝１２２°±５°に設定すればウェーハの切り出し角度の誤差によってＳＡＷデバイスの個体間の周波数がばらつくことを抑圧できる。
【００２１】
次に、前記ＳＡＷデバイスにおいて電極材料をＡｕとした時のカット角の周波数感度について調べた。
【００２２】
図３（ａ）は、電極材料をＡｕとし、電極膜厚を変化させた時のカット角θと伝搬速度Ｖの関係を示している。なお、電極膜厚ＨはＳＡＷの波長λで基準化した値Ｈで表し０．０１λから０．０４λまで変化させ、縦軸にＳＡＷの伝搬速度Ｖ（ｍ／ｓ）、横軸にカットアングルθ（deg）を表している。同図より、ＡｕはＡｌより伝搬速度が遅く、また、θ＝１２２°付近で伝搬速度の最大値をとることが分かる。また、図２（ｂ）は、θ＝１２２°の伝搬速度を基準とした時の伝搬速度変化率を示しており、いずれの電極膜厚の条件においてもＡｌの場合と同様にθ＝１２２°±５°付近が伝搬速度変化率が低い、即ち、カット角の周波数感度が低いことが分かる。従って、圧電基板上の電極膜の硬さ、重さに依存することなくθ＝１２２°±５°付近でカット角の周波数感度が最も低くなることが判明した。また、ＡｕはＡｌと比較して密度が高く質量負荷が大きいので反射器本数を大幅に減らしてもＳＡＷのエネルギーをＩＤＴ内に十分閉じ込めることができるので小型化に有利である。
【００２３】
これまで、電極材料をＡｌ又はＡｕとした場合について説明してきたが、Ａｌ又はＡｕを主成分とする合金としても良く、更にはＷ、Ｔａ、Ａｇ又はそれらを主成分とする合金としても同様の効果が得られる。また、本発明に係るＳＡＷデバイスの形態としては、図１に示すＳＡＷ共振子以外の構造でも良く、ＳＡＷ共振子を直列、並列、直列、と配置した梯子（ラダー）型ＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子をＳＡＷの伝搬方向（縦方向）に並べて縦共振モードを音響結合させた縦結合型多重モードＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子をＳＡＷの伝搬方向と垂直な方向（横方向）に並べて横共振モードを音響結合させた横結合型多重モードＳＡＷフィルタ、入力用ＩＤＴと出力用ＩＤＴを２つ近接配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタ等にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るＳＡＷデバイスの構造を説明する図である。
【図２】本発明に係るＳＡＷデバイスにおいて、電極材料をＡｌとし、電極膜厚Ｈ／λを変化させた時のカットアングルθと伝搬速度Ｖの関係を示す。
【図３】本発明に係るＳＡＷデバイスにおいて、電極材料をＡｕとし、電極膜厚Ｈ／λを変化させた時のカットアングルθと伝搬速度Ｖの関係を示す。
【図４】従来のレイリー波を用いたＳＡＷ共振子を説明する図である。
【図５】従来のＳＨ波を用いたＳＡＷ共振子を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  圧電基板
２  ＩＤＴ
３ａ、３ｂ  反射器
４ａ、４ｂ  入出力用パッド
５ａ、５ｂ  金属ワイヤ
６  パッケージ
【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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