(57)【要約】【課題】安価で高い信頼性を長期的に確保することのできる弾性表面波素子片、及びこれを搭載した弾性表面波デバイスを提供する。【解決手段】上記課題を解決するための弾性表面波素子片は、圧電基板１２の一主面に励振電極１４を設けた弾性表面波素子片１０であって、前記圧電基板１２の表面に励起される振動の変位を前記励振電極１４が耐え得る範囲に抑えるために、前記圧電基板１２を製造するための素板として、ＪＩＳ規格に定める等級Ｃ以下のものを採用したこをと特徴とする。このような構成の弾性表面波素子片１０において、前記圧電基板１２は、ＳＨ波を励起可能なカット角で切り出されたものとすると良い。また、上記課題を解決するための弾性表面波デバイスは、上記のような構成の弾性表面波素子片を搭載したものであれば良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板の一主面に励振電極を設けた弾性表面波素子片であって、
前記水晶基板の表面に励起される振動の変位を前記励振電極が耐え得る範囲に抑えるために、前記水晶基板を製造するための素板として、ＪＩＳ規格に定める等級Ｃ以下のものを採用したことを特徴とする弾性表面波素子片。
【請求項２】
前記水晶基板は、弾性表面波としてＳＨ波を励起することができるカット角で切り出された水晶基板としたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子片。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の弾性表面波素子片を搭載した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】
本発明は弾性表面波素子片、及び弾性表面波デバイスに係り、特にストレスマイグレーションによる励振電極の損傷を防止するのに好適な弾性表面波素子片、及び弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶基板を用いた弾性表面波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）デバイスは、携帯電話やＰＤＡ等の移動体通信機器をはじめとして、多くの電子機器の内部発振源として用いられている。このようなＳＡＷデバイスには、小型化、薄型化、及び高周波化への要請が強く、ＳＡＷを励起するＳＡＷ素子片の小型化、及びこのＳＡＷ素子片の一主面に形成される励振電極（ＩＤＴ、反射器、及び入出力パッド）の微細化が図られてきた。
【０００３】
ところが、上記のようにして小型化、薄型化、及び高周波化されてきたＳＡＷデバイスでは、耐久性の劣化といった問題が生じることとなった。具体的には、時間の経過と共に、特定温度域における共振周波数の変動や、Ｑ値の劣化といった現象が生じるのである。これらの現象の原因は、高出力レベルの信号が励振電極に印加されることによってＳＡＷ素子片の主面に生じたＳＡＷが、微細化された励振電極に与える応力によって生じるストレスマイグレーションという励振電極の損傷に起因する。
【０００４】
こうしたストレスマイグレーションによる励振電極の損傷は特に、ＳＨ波を励起する小型弾性表面波素子片に対して生じることが多い。これは、ＳＨ波を励起する弾性表面波素子片（ＳＨ−ＳＡＷ素子片）は、ＳＴカット基板によって構成され、レイリー波を励起させる弾性表面波素子片（ＳＴ−ＳＡＷ素子片）に比べて弾性表面波の反射効率が高くなり、ＣＩ値を小さくすることができ、Ｑ値を向上させることができるという特性を持つことに起因する。すなわち、ＳＨ−ＳＡＷ素子片では、ＳＴ−ＳＡＷ素子片と同じ大きさの基板、及び同じ条件で形成された励振電極によって構成した場合であっても、基板表面に励起される振動が大きくなるのである。このため、素子片の小型化と共に微細化された励振電極に対しては過度のストレスを科すこととなり、ストレスマイグレーションの発生を促すこととなってしまう。よって、ＳＨ波等の高い振動変位を得ることができるＳＡＷ素子片を用いたＳＡＷデバイスでは特に、ＳＡＷデバイスの信頼性確保のための目的とされるＣＩ値の低下、及びＱ値の向上が逆に、信頼性を低下させる原因となってしまうことが生じていた。
【０００５】
こうしたストレスマイグレーションの発生を防止するための技術は種々提案されており、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているような技術を挙げることができる。特許文献１に開示されている技術も、特許文献２に開示されている技術も、励振電極を形成するための薄膜の成膜手段、及び薄膜の原料等に特徴を持たせることにより、励振電極の耐性を高める技術である。特許文献１及び特許文献２によれば、当該文献に開示された技術によって成膜された薄膜により励振電極を構成することにより、ストレスマイグレーションを抑制することができ、挿入損失の低減、及び共振子としてのＱ値の向上を図ることができるとされている。
【特許文献１】特開平１０−９３３６８号公報
【特許文献２】特開２００５−２５３０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような特許文献に開示された技術を用いてＳＡＷデバイスを製造することによれば確かに、ストレスマイグレーションを抑制することができると考えられる。しかし、素子片の小型化、励振電極の微細化が進む中では、こうした励振電極の構造であってもストレスマイグレーションを抑制することができなくなってくることが考えられる。また、特許文献に開示されているような励振電極の製造工程に特徴を持たせるような技術では、励振電極を形成する際の成膜工程が煩雑化するといった問題が生じる。
【０００７】
そこで本発明では、製造工程を従来と変わらないものとしつつ、ＳＨ波等の振動変位の大きな弾性表面波を励起する振動片を用いたＳＡＷ素子片、及びＳＡＷデバイスであっても、ストレスマイグレーションを抑制し、長期的に高い信頼性を確保することができるＳＡＷ素子片、及びＳＡＷデバイス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】
【０００８】
上記目的を達成するためには、現状の製造工程において弾性表面波素子片を製造し、弾性表面波素子片、あるいは弾性表面波デバイスとしてのＱ値を、仕様上問題の無いレベルにまで低下させ、励振電極に電圧を印加した際に弾性表面波素子片の表面に励起される振動の変位を僅かに抑制することができれば良いと考えられる。そこで、上記目的を達成するための本発明に係る弾性表面波素子片は、水晶基板の一主面に励振電極を設けた弾性表面波素子片であって、前記水晶基板の表面に励起される振動の変位を前記励振電極が耐え得る範囲に抑えるために、前記水晶基板を製造するための素板として、ＪＩＳ規格に定める等級Ｃ以下のものを採用したことを特徴とする。
【０００９】
弾性表面波素子片は、圧電基板の内部に発生する内部振動を利用するＡＴカット等の圧電振動片と異なり、圧電基板の表面に励起される振動を利用するものであるため、弾性表面波素子片のＱ値が素板のＱ値に依存する割合が少ない。このため、素板の品質（Ｑ値）を大幅に低下させることで、素子片としてのＱ値は仕様に問題の無いレベルを維持し、この素子片に電圧を印加した際に励起される弾性表面波の変位は、従来の弾性表面波素子片を同条件で励振させた場合よりも僅かに低いものとなる。これにより、弾性表面波の振動変位を励振電極が耐え得る範囲とすることができ、ストレスマイグレーションによる温度特性の劣化、Ｑ値の大幅な劣化を抑制することができる。よって、弾性表面波素子片に対する高い信頼性を、長期的に確保することが可能となる。
【００１０】
また、上記のような弾性表面波素子片において前記水晶基板は、弾性表面波としてＳＨ波を励起することができるカット角で切り出された水晶基板とすると良い。
【００１１】
ＳＨ波はレイリー波に比べて効率良く励起される傾向にあるため、励振電極に対するストレスマイグレーションの発生確率が高い。このため、上記のような構成とする弾性表面波素子片がＳＨ波を励起可能なものとすることにより、ストレスマイグレーションの抑制効果が高くなる。
【００１２】
また、本発明に係る弾性表面波デバイスは、上記いずれかの構成を有する弾性表面波素子片を搭載したことを特徴とする。
【００１３】
このような構成の弾性表面波デバイスであれば、上記弾性表面波素子片の有する特性を得ることができ、高い信頼性を長期間に亙り維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の弾性表面波素子片、及び弾性表面波デバイスに係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態であり、本発明はその主要部を変えない限度において種々の形態を採るものとする。
【００１５】
本発明におけるＳＡＷデバイスとは、ＳＡＷ共振子、ＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ発振器等、発振源であるＳＡＷ素子片を搭載した電子部品全般をいうものとする。よって、本実施形態ではまず、図１を参照して本発明に係るＳＡＷ素子片の構成について説明する。
【００１６】
本実施形態のＳＡＷ素子片１０は、上述した背景技術の項で、ストレスマイグレーションが生じ易いとして例示したＳＨ波を励起するものとする。その構成は、圧電基板１２と、この圧電基板１２の一主面に構成された励振電極１４とを基本とする。圧電基板１２は、ＳＨ波を励振できるカット角の水晶基板から構成されている。すなわち、（φ，θ，ψ）で示すオイラー角表示で（０°，２６．０°＜θ＜４０．７°，９０°）と表せられるカット角でカットされた水晶基板によって構成されるものである。
【００１７】
本実施形態の場合、前記励振電極１４は、対を成す櫛歯状電極２０（２０ａ，２０ｂ）から構成されるＩＤＴ１６と、前記ＩＤＴ１６を挟み込むようにして配置される一対の反射器１８、及び前記ＩＤＴ１６に対する信号の入出力を担うパッド２６とから成る。前記櫛歯状電極２０は、櫛歯を構成する複数の電極指２２と、前記複数の電極指２２の一端を接続するバスバー２４とより成る。そして、前記ＩＤＴ１６は、前記櫛歯状電極２０の電極指２２を互いに噛合わせた状態となるように対として配置されることによって構成される。このような構成のＩＤＴ１６は圧電基板１２上に、前記電極指２２がＺ´軸に直交する状態となるように配設される。前記反射器１８は、複数の導体ストリップ２８から構成され、図１に示すＳＡＷ素子片１０では、前記導体ストリップ２８の両端をバスバー３０により互いに接続して成るものとしている。このような構成の反射器１８は、前記導体ストリップ２８と、前記ＩＤＴ１６を構成する電極指２２とが平行となるように、かつ前記ＩＤＴ１６をＺ´軸方向に挟み込むようにして一対配設される。
【００１８】
このような構成のＳＡＷ素子片１０では、ＳＨ波が励起されることとなり、背景技術の項でも述べたように、ＳＴカット水晶基板によって構成されるＳＡＷ素子片（ＳＴ−ＳＡＷ）に比べて弾性表面波の反射効率を高めることができ、ＣＩ値を低下させ、Ｑ値を向上させることができる。このため一般的には、ＳＡＷ素子片１０を小型化した場合であっても安定した発振を得ることができ、高い信頼性を確保することができるとされている。
【００１９】
ここで、圧電デバイス（素子片を含む）におけるＱ値は、振動の状態を示す指数であり、Ｑ値が高いほど振動が安定し、デバイスとしての信頼性が高いとされている。また一般に、水晶を用いた圧電デバイスのＱ値は原石（素板）のＱ値に依存し、原石のＱ値が高いほど、製造された圧電デバイスのＱ値も高い。したがって、信頼性の高い圧電デバイスを製造することを目的とする場合には、より高いＱ値を有する原石を用いることが常識とされている。実際に、ＡＴカット圧電振動子等の水晶内部に生じる振動を利用したデバイスでは、原石のＱ値がデバイスのＱ値にダイレクトに影響を与えるため原石の品質（等級）によりデバイスの等級が定まる。したがって、Ｑ値の高い原石によって製造されたデバイスは、高いＱ値を得ることとなる。一方で、ＳＡＷデバイスのように水晶表面を伝搬する波を利用したデバイスでは、原石のＱ値がデバイスのＱ値に与える影響の割合は小さくなる。これは、振動の状態を示すＱ値に影響を与える要因である振動面の状態や、振動面に作用する空気抵抗等に起因する変動割合が大きくなるからである。つまり、ＳＡＷデバイスでは、原石のＱ値に変動を与えた場合であっても、その変動がＳＡＷデバイスのＱ値に与える影響は少ないということができる。
【００２０】
そこで本願出願人は、ＳＡＷ素子片の製造に用いる原石のＱ値を低下させることにより、製造されるＳＡＷ素子片、あるいはこれを用いたＳＡＷデバイスのＱ値を僅かに下げることができれば、従来の製造方法と変わらない製造方法で製造したＳＡＷ素子片の振動変位を僅かに低下させ、圧電基板の表面に配設した励振電極にストレスマイグレーションが生じることを抑制することができると考えた。この際、許容される振動変位は、励振電極の幅、厚さ、材質、励起される振動の性質、及び励振電極に入力される電力等の関係を相互に勘案し、ストレスマイグレーションの発生を防止可能な範囲で定めれば良い。
【００２１】
原石のＱ値は現在、赤外線吸収方における赤外線吸収係数α３５００、α３５８５、α３４１０の値から推定される値とされており、ＪＩＳ規格ＪＩＳＣ６７０４により、ＡａからＥまでの６つの等級にグレード分けして定められている。なお、赤外線吸収係数α３５００、α３５８５、α３４１０とは、各々の波数３５００ｃｍ−１、３５８５ｃｍ−１、及び３４１０ｃｍ−１の吸収係数である。表１に原石のグレードとＱ値の関係を示す。なお、表１における推定Ｑ値は、各等級のαの最大値に対応した値であることより、各等級における最少の値とみなすことができる。
【表１】
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【００２２】
一般に、表１に示した等級の原石のうち、等級Ａａから等級Ｂまでの原石は、高品質な水晶振動子に用いられることが多く、等級Ｃの原石は主として高周波産業用の水晶振動子に用いられることが多い。また、等級Ｄ及び等級Ｅの原石は、主として低価格の低周波用水晶振動子に用いられる。
【００２３】
現在ＳＡＷデバイスに用いられるＳＡＷ素子片は、等級Ｂ以上の原石を用いて製造されることが一般的であり、より高い等級の原石を使用することにより、製造されるデバイスの信頼性を確保することが試みられている。これに対し本発明では、等級Ｃ以下の原石を用いてＳＡＷ素子片を製造することによりＳＡＷデバイスのＱ値を僅かに低下させ、振動変位を励振電極が耐え得る範囲内に抑え、長期的に高い信頼性を得ることが可能なＳＡＷ素子片、及びこれを搭載したデバイスを製造する。これにより、価格面、性能面における双方のメリットを得ることができ、低価格で高い信頼性を長期的に維持することのできるＳＡＷ素子片、及びデバイスを提供することが可能となる。
【００２４】
図２は、等級Ｂの原石（Ｑ値２５０万〜２６０万）より製造された圧電基板を用いたＳＡＷ素子片に発振回路（不図示）を接続して構成されたＳＡＷ共振子（共振子Ｂ）と、等級Ｃ（の原石Ｑ値２２０万〜２３０万）より製造された圧電基板１２を用いたＳＡＷ素子片１０に発振回路（不図示）を接続して構成されたＳＡＷ共振子（共振子Ｃ）とによる周波数変動量の耐久試験の結果を示すグラフである。なお、共振子Ｂ、共振子Ｃは共に、同一ロット内で圧電基板に対する成膜処理、エッチング処理等を行って励振電極を形成したものである。また、試験時にＩＤＴに印加される供給電力は１０ｍＷである。
【００２５】
共振子Ｃは、試験対象とする試料間において、試験時間の経過と共に周波数変動量にバラツキを示すが、所定時間経過後には周波数変動量が改善される方向に集束する傾向を示し、試験時間終了時には、全ての試料において共振子Ｂの周波数変動量よりも変動幅が少ないといった傾向を示した。一方、共振子Ｂの試料は、周波数変動量のバラツキは少ないが、試験時間内においては、時間の経過と共に周波数変動量が徐徐に大きくなるという傾向を示した。
【００２６】
図２に示すグラフの傾向より、Ｑ値の高い原石を用いてＳＡＷ素子片を製造した共振子Ｂの試料では、圧電基板の表面に生じる変位が、励振電極の耐えうる範囲を超えるものとなり、試験時間の経過と共に励振電極にストレスマイグレーションが生じ、これにより周波数変動量の増大が生じているものと考えられる。一方、共振子Ｃの試料は、周波数変動量のバラツキは共振子Ｂの試料よりも大きいものの、所定時間経過後には周波数変動量の集束が見られることより、周波数変動量のバラツキは原石のＱ値の影響による誤差であり、励振電極にはストレスマイグレーションは生じていないものと考えられる。
【００２７】
このようにＳＡＷデバイスにおいては、ＳＡＷ素子片を製造する原石のＱ値を一般的に使用されるものよりも低いものとする（低い等級の原石とする）ことにより、製造されたＳＡＷ素子片では基板表面に励起される振動の変位を僅かに小さくすることが可能となる。これにより、励振電極に対するストレスマイグレーションを抑制することが可能となり、経年劣化による周波数変動量の増大を防止することができる。よって、長期間にわたりＳＡＷ素子片、及びデバイスの信頼性を確保することが可能となる。
【００２８】
なお、原石の等級を定めるために用いられる赤外線吸収法は微小領域の測定も可能であり、かつ結晶のサイズに関わり無く測定可能であることより、ＳＡＷ素子片が製造された圧電基板のα（α３５００、α３５８５、α３４１０）の値を計測することにより、原石のＱ値を推定することが可能である。よって、赤外線吸収法を用いれば、製造されたＳＡＷデバイスの現物から、当該ＳＡＷデバイスに搭載されているＳＡＷ素子片が、どのような等級の原石から製造されたのかを知ることができ、本発明に係るＳＡＷ素子片、及びＳＡＷデバイスを特定することも可能である。
【００２９】
上記実施形態では、ＳＡＷ素子片、及びデバイスとしてＳＨ波を励起可能とするもののみについて説明したが、本発明はレイリー波を励起するＳＡＷ素子片、及びデバイスに対しても有効である。また、上記実施形態において、ＳＡＷデバイスの一例としてＳＡＷ共振子を挙げているが、ＳＡＷデバイスとしてＳＡＷ発振器を構成する場合には、ＳＡＷ素子片に、ＩＣを接続し、これらを気密に封止する構成とすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るＳＡＷ素子片の構成を示す図である。
【図２】ＳＡＷ共振子の周波数変動量に関する耐久試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０………ＳＡＷ素子片、１２………圧電基板、１４………励振電極、１６………ＩＤＴ、１８………反射器、２０（２０ａ，２０ｂ）………櫛歯状電極、２２………電極指、２４………バスバー、２６………パッド、２８………導体ストリップ、３０………バスバー。
【図１】
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【図２】
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