弾性表面波デバイス

【課題】ＳＡＷデバイスの圧電基板上に設けたヒータ電極による熱応力の影響を解消して周波数安定性を向上させる。
【解決手段】
圧電基板２，１２上にＩＤＴ３，１３及び反射器４，１４を備えるＳＡＷ共振子１，１１において、圧電基板の弾性表面波伝搬方向の長さＬ及び厚さＴを、ヒータ電極５を圧電基板の主面に形成したときは、Ｔ／Ｌが０．０６５以下となるように、ヒータ電極１５を圧電基板の裏面に形成したときは、Ｔ／Ｌが０．１２９以上となるように設定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板上に弾性表面波（ＳＡＷ）を励振するＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）とその両側に配置した反射器とを形成した弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＡＷデバイスは、携帯電話等の情報通信機器、その他様々な電子機器に広く使用されている。特に通信機器等の分野では、優れた周波数温度特性を発揮するＳＡＷデバイスが要求されている。そこで、環境温度の変化による周波数の変動を抑制するために、圧電基板の主面又は裏面にヒータ用の抵抗体を形成し、該抵抗体に印加する電流を調整して圧電基板の温度を調整可能にしたＳＡＷ素子が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。この抵抗体は、圧電基板上の電極パターンと同様に、圧電基板上に成膜した電極材料の薄膜をエッチングすることにより形成される。
【０００３】
更に、環境温度によらずに圧電基板の温度を一定に維持するために、圧電基板の温度を測定するための抵抗体を圧電基板上に設けたＳＡＷ素子が提案されている（例えば、特許文献２，３を参照）。この抵抗体に微量の定電流を印加し、その両端で測定した電圧に応じた電流をヒータ用の抵抗体に印加することにより、圧電基板の温度を一定にフィードバック制御することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２１８７９４号公報
【特許文献２】特開平１−２６１０１３号公報
【特許文献３】実開平４−１３２７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなヒータ付きのＳＡＷデバイスは実用化されていないのが現状である。その理由は、圧電基板を該基板上に設けた抵抗体からなるヒータ電極で直接加熱したとき、ヒータ電極付近とそれ以外の部分との間で基板内部に温度分布が生じ、その不均一な熱応力により基板自体が変形し、その内部応力が周波数を変動させるためと考えられる。
【０００６】
ＳＡＷデバイスをヒータ電極で加熱しない場合に、その周波数温度特性が、図５に示すように例えば６５°の使用温度を頂点温度とする２次曲線を示すと仮定する。この場合、圧電基板の温度を６５°±１０°に制御すれば、その周波数を数ｐｐｍ程度の変動範囲に安定させることができる。しかしながら、ＳＡＷデバイスの周波数変動量は、図６に示すように、圧電基板の温度を環境温度よりも上昇させたとき、温度上昇幅Δｔに関して直線状に変化することを本願出願人は見出した。これは、温度上昇により圧電基板内部に生じた熱応力の影響であると考えられる。
【０００７】
このため、例えば環境温度が２５°の状態から６５°まで圧電基板の温度を上昇させたとき、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性は、図７に実線で示すようになる。即ち、図５の２次曲線から図６の変動量を、２５°の位置で交差させて差し引いた周波数温度特性となる。その結果、温度変化に対する周波数変動量が大きくなり、周波数を安定させることが困難になるという問題が生じる。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電基板上にその温度を調整するためのヒータ電極を設けたＳＡＷデバイスにおいて、ヒータ電極の発熱による熱応力の影響を解消して、環境温度によらず、周波数安定性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、ＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板上にヒータ電極を設けてその温度を調整したときに、圧電基板の温度分布や熱応力がどのように発生するかを検討した。その結果、後述するように、圧電基板の寸法を制御することによって、熱応力による周波数変動を抑制し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明によれば、上記目的を達成するために、例えば水晶基板からなる圧電基板と、圧電基板の主面に形成したＩＤＴと、その両側に配置した反射器と、圧電基板主面に形成したヒータ電極とを備え、圧電基板のＳＡＷ伝搬方向の長さＬ及び厚さＴを、Ｔ／Ｌが０．０６５以下となるように設定したＳＡＷデバイスが提供される。
【００１１】
ＩＤＴを形成した圧電基板の主面にヒータ電極を形成した場合、圧電基板は、その厚さＴをＳＡＷ伝搬方向の長さＬに関して相対的に薄くすることによって、より自由に変形可能になるので、圧電基板の内部応力が緩和される。従って、ヒータ電極で圧電基板の温度を調整した場合に、環境温度によらず、ＳＡＷデバイスの周波数安定性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、同様に水晶基板等からなる圧電基板と、圧電基板の主面に形成したＩＤＴと、その両側に配置した反射器と、圧電基板の裏面に形成したヒータ電極とを備え、圧電基板のＳＡＷ伝搬方向の長さＬ及び厚さＴを、Ｔ／Ｌが０．１２９以上となるように設定したＳＡＷデバイスが提供される。
【００１３】
ＩＤＴを形成した圧電基板の裏面にヒータ電極を形成した場合、圧電基板は、その厚さＴをＳＡＷ伝搬方向の長さＬに関して相対的に厚くすることによって、圧電基板主面の熱分布をより均一にすることができ、圧電基板主面の内部応力が低下する。従って、ヒータ電極で圧電基板の温度を調整した場合に、環境温度によらず、ＳＡＷデバイスの周波数安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用したＳＡＷデバイスの第１実施例を示している。本実施例のＳＡＷデバイス１は、水晶からなる矩形平板の圧電基板２を有する。圧電基板２の主面には、その略中央に交差指電極対からなるＳＡＷ励振用のＩＤＴ３が形成されている。ＩＤＴ３のＳＡＷ伝搬方向の両側には、それぞれ反射器４，４が配置されている。更に、圧電基板２主面のＳＡＷ伝搬方向に沿う各辺とＩＤＴ３との間には、それぞれヒータ電極５，５が形成されている。ヒータ電極５，５は、比較的細幅の配線からなり、前記ＩＤＴ及び反射器の電極形成と同時に、フォトエッチングによりパターン形成される。
【００１５】
室温でヒータ電極５，５に電流を印加して圧電基板２を所定の使用温度に調整し、該圧電基板のＳＡＷ伝搬方向の長さＬを一定として、その厚みＴに対する圧電基板の内部応力を解析した。本実施例では、圧電基板２のＳＡＷ伝搬方向長さＬを２．３２mmとした。その結果を図２（Ａ）に示す。同図から、厚さＴが薄い範囲では、内部応力が比較的小さい値に略一定であるが、厚さＴが厚くなるに連れて、内部応力が漸次大きくなることが分かった。
【００１６】
そこで、同じ条件で圧電基板２の温度を調整し、圧電基板の厚さとＳＡＷ伝搬方向長さとの比Ｔ／Ｌに対する圧電基板の内部応力を解析した。その結果を図２（Ｂ）に示す。同図から、厚さ対長さ比Ｔ／Ｌが小さい範囲では、内部応力が比較的小さい値に略一定であるが、厚さ対長さ比Ｔ／Ｌが大きくなるに連れて、内部応力が漸次大きくなることが分かった。従って、図２（Ｂ）から、厚さ対長さ比Ｔ／Ｌを０．０１２９以上かつ０．０６５以下に設定することにより、圧電基板２の厚さ又はＳＡＷ伝搬方向長さに制限されることなく、常に圧電基板の内部応力を緩和して、環境温度によらず、周波数を安定させることができる。
【００１７】
図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用したＳＡＷデバイスの第２実施例を示している。本実施例のＳＡＷデバイス１１は、第１実施例と同様に、水晶からなる矩形平板の圧電基板１２を有する。圧電基板１２の主面には、その略中央に交差指電極対からなるＳＡＷ励振用のＩＤＴ１３が形成されている。ＩＤＴ１３のＳＡＷ伝搬方向の両側には、それぞれ反射器１４，１４が配置されている。更に、圧電基板１２の裏面には、ＩＤＴ１３の位置に対応する略中央にヒータ電極１５が形成されている。ヒータ電極１５は、比較的細幅の配線からなり、前記ＩＤＴ及び反射器の電極形成と同様に、フォトエッチングによりパターン形成される。
【００１８】
室温でヒータ電極１５に電流を印加して圧電基板１２を所定の使用温度に調整し、該圧電基板のＳＡＷ伝搬方向の長さＬを一定として、その厚みＴに対する圧電基板の内部応力を解析した。本実施例においても、圧電基板１２のＳＡＷ伝搬方向長さＬを２．３２mmとした。その結果を図４（Ａ）に示す。同図から、厚さＴが厚い範囲では、内部応力が比較的小さい値に略一定であるが、厚さＴが薄くなるに連れて、内部応力が急激に大きくなることが分かった。
【００１９】
そこで、同じ条件で圧電基板１２の温度を調整し、圧電基板の厚さとＳＡＷ伝搬方向長さとの比Ｔ／Ｌに対する圧電基板の内部応力を解析した。その結果を図４（Ｂ）に示す。同図から、厚さ対長さ比Ｔ／Ｌが大きい範囲では、内部応力が比較的小さい値に略一定であるが、厚さ対長さ比Ｔ／Ｌが小さくなるに連れて、内部応力が急激に大きくなることが分かった。従って、図４（Ｂ）から、厚さ対長さ比Ｔ／Ｌを０．１２９以上に設定することにより、圧電基板１２の厚さ又はＳＡＷ伝搬方向長さに制限されることなく、常に圧電基板の内部応力を緩和して、環境温度によらず、周波数を安定させることができる。
【００２０】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、ヒータ電極は、圧電基板上の上記実施例以外の様々な位置に、様々な異なるパターンで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷデバイスの第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図２】（Ａ）図は、図１のＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板の厚さＴに関する内部応力の大きさを示す線図、（Ｂ）図は、圧電基板のＳＡＷ伝搬方向の厚さＴと長さＬとの比に関する内部応力の大きさを示す線図。
【図３】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷデバイスの第２実施例を示す平面図、（Ｂ）図はその底面図、（Ｃ）図はその側面図。
【図４】（Ａ）図は、図２のＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板の厚さＴに関する内部応力の大きさを示す線図、（Ｂ）図は、圧電基板のＳＡＷ伝搬方向の厚さＴと長さＬとの比に関する内部応力の大きさを示す線図。
【図５】ヒータ電極で加熱しない場合のＳＡＷデバイスの周波数温度特性を示す線図。
【図６】ヒータ電極で加熱した場合のＳＡＷデバイスの温度上昇に対する周波数変動量を示す線図。
【図７】ヒータ電極で加熱した場合のＳＡＷデバイスの周波数温度特性を示す線図。
【符号の説明】
【００２２】
１，１１…ＳＡＷデバイス、２，１２…圧電基板、３、１３…ＩＤＴ、４、１４…反射器、
５，１５…ヒータ電極。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基板の主面に形成したＩＤＴと、前記ＩＤＴの両側に配置した反射器と、前記圧電基板主面に形成したヒータ電極とを備え、
前記圧電基板の弾性表面波伝搬方向の長さＬ及び厚さＴを、Ｔ／Ｌが０．０６５以下となるように設定したことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
圧電基板と、前記圧電基板の主面に形成したＩＤＴと、前記ＩＤＴの両側に配置した反射器と、前記圧電基板裏面に形成したヒータ電極とを備え、
前記圧電基板の弾性表面波伝搬方向の長さＬ及び厚さＴを、Ｔ／Ｌが０．１２９以上となるように設定したことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記圧電基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性表面波デバイス。

【図１】