弾性表面波フィルタ及び弾性表面波デバイス
【課題】ＬＢＯ基板からなる圧電基板上にＩＤＴを形成したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて周波数温度特性を向上させる。
【解決手段】カット面及びＳＡＷ伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）又はφ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°であるＬi2Ｂ4Ｏ7からなる圧電基板２上に、レイリーＳＡＷを励振する一方向性の入力用及び出力用ＩＤＴ３，４をＳＡＷ伝搬方向に沿って配置する。
【解決手段】カット面及びＳＡＷ伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）又はφ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°であるＬi2Ｂ4Ｏ7からなる圧電基板２上に、レイリーＳＡＷを励振する一方向性の入力用及び出力用ＩＤＴ３，４をＳＡＷ伝搬方向に沿って配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四硼酸リチウムからなる圧電基板を用いた弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス、特にトランスバーサル型の弾性表面波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、情報通信の分野において、ＳＡＷを利用したフィルタ等のＳＡＷデバイスが広く利用されている。特に携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信では、大容量のデータを高速で伝送するために、広帯域で低挿入損失の特性、急峻な減衰特性を有するＳＡＷフィルタが要求されている。最近は、従来のＳＴカット水晶板よりも広帯域な特性を有する四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板（以下、ＬＢＯ基板という）を用いたＳＡＷフィルタが実用化されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【０００３】
しかしながら、ＬＢＯ基板は、周波数温度特性がＳＴカット水晶板に比して相当劣るという問題がある。従来使用されている４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板は、ＳＡＷ装置を構成した場合に、群遅延温度特性の頂点温度が使用温度範囲の中心より高温側にずれるという欠点がある。特許文献１記載のＳＡＷ装置は、ＬＢＯ基板の切り出し角及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、φ＝４０〜５０°、θ＝７０〜８５°、ψ＝８５〜９５°の範囲に設定することによって、群遅延時間温度特性を改善している。
【０００４】
特許文献２は、４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板からなる圧電基板上にＩＤＴ電極を備え、一次温度係数が零、二次温度係数が負のＳＡＷデバイスを、圧電基板の線膨張係数より大きな線膨張係数を有する材料で形成したパッケージに収容し、ＪＩＳ−Ａ３０より硬度の大きな接着剤で接着固定する構成を開示している。同文献によれば、このように圧電基板とパッケージと接着剤との組合せにより、二次温度係数を改善して周波数温度特性を改善することができる。
【０００５】
また、４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板は、レーリーＳＡＷを主モードとして用いたとき、横波を主成分としたバルク波によるスプリアスが高域側に生じ、周波数応答を劣化させるという問題がある。特許文献３記載のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタは、ＳＡＷの実効的な波長をλ０として、ＩＤＴの電極膜厚を１．５７％λ０超かつ２％λ０以下とし、中心周波数を５００ＭＨｚ以下とすることにより、ＬＢＯ基板を使用した場合でもバルクスプリアスを抑圧することができる。
【０００６】
他方、一般にトランスバーサル型ＳＡＷフィルタは、フィルタの挿入損失が大きいという欠点を有する。挿入損失を改善するために、ＳＡＷの励振方向を一方向にする一方向性電極をＩＤＴに用いる方法が知られている（例えば、特許文献３，４を参照）。一方向性電極の１つとして、例えばＩＤＴが励振するＳＡＷ１波長分の基本区間に３つの電極指を配置したＤＡＲＴ電極がよく利用されている。
【０００７】
特許文献３には、ＩＤＴのＳＡＷ１波長λ０分の基本区間に幅λ０／８の２本の電極指と幅０．２６〜０．３３λ０の１本の反射電極指とを組み合わせて配置し、その電極膜厚を１．０〜２．０％λ０にした一方向性電極が記載されている。また、特許文献３には、方向性の異なる３つのグループのＤＡＲＴ電極を組み合わせて、ＩＤＴ内部に幾つかの局所的な共振キャビティを生じさせ、ＩＤＴ全体として一方向性を持たせた内部共振型一方向性変換器を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタが記載されている。
【０００８】
更に、特許文献４は、ＩＤＴのＳＡＷ１波長分の基本区間に第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極を配置し、第１の励振電極と第２の励振電極との中心間距離をλ／２とし、励振電極の反射波を打ち消すように第２及び第４の短絡型浮き電極を配置して励振効率を高め、かつ第１及び第３の短絡型浮き電極と第１及び第２の開放型浮き電極とにより正負反射型反射エレメントを構成して反射量を高めることにより、高い一方向性が得られるＳＡＷデバイスを提案している。また、特許文献４には、正電極指と負電極指との中心からずらして開放型浮き電極と短絡型浮き電極とを配置し、励振中心と反射中心の位相差をλ／８に近づけることにより一方向性ＳＡＷ変換器として機能させるようにした浮き電極型内部反射一方向性変換器が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１３９６５２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２８２６０号公報
【特許文献３】特開２００７−２１４９４３号公報
【特許文献４】特開２００６−１５７５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来のＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、その多くが圧電基板として４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を前提に構成されている。特許文献１は、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向について言及しており、オイラー角表示（φ，θ，ψ）の回転角θをパラメータとして群遅延時間温度特性の頂点温度の変化を検討した結果、これを変えることで頂点温度を常温まで下げられると記載されている。しかしながら、それ以外の回転角をパラメータとする検討結果は記載されていない。そこで本願発明者は、ＳＡＷデバイス、特にＳＡＷフィルタにＬＢＯ基板を用いた場合に、そのカット面と周波数温度特性との関係を様々に検討した。
【００１１】
多くの場合、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向を特定するために、オイラー角表示が使用される。オイラー角表示(φ，θ，ψ)とは、図１０に示すように、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）の直交する３つの結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として、Ｚ軸を中心にＸ軸及びＹ軸を＋Ｘ軸側から＋Ｙ軸側へ角度φ回転させてＸ´軸、Ｙ´軸とし、Ｘ´軸を中心にＺ軸及びＹ´軸を＋Ｙ´軸側から＋Ｚ軸側へ角度θ回転させてＺ´軸、Ｙ''軸とし、Ｚ´軸を中心にＸ´軸及びＹ''軸を＋Ｘ´軸側から＋Ｙ''軸側へ角度ψ回転させてＸ''軸及びＹ'''軸とする新しい座標軸（Ｘ''，Ｙ'''，Ｚ´）において、元の座標軸のＸＹ面１０をこのように回転させたＸ''Ｙ'''面１１をカット面として切り出し、Ｘ''軸をＳＡＷ伝搬方向とする場合をいう。従って、４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板は、オイラー角表示で（４５°，９０°，９０°）と表す。
【００１２】
先ず、従来の４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板について、周波数温度特性を検討した。図１１は、このＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを、特許文献２に記載されるようにＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した場合に、温度変化に対する周波数変動量を測定したものである。この場合の頂点温度は、１４℃であった。一般的なＳＡＷデバイスの動作温度範囲は−４０℃〜＋８５℃であるから、その中心温度は頂点温度から相当ずれており、温度変化による周波数変動が大きいことが分かる。
【００１３】
次に、０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板について、周波数温度特性を検討した。図１２は、このＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを、同じくＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した場合に、温度変化に対する周波数変動量を測定したものである。この場合の頂点温度は、６９℃であった。一般的なＳＡＷデバイスの動作温度範囲は−４０℃〜＋８５℃であるから、その中心温度は頂点温度から大きくずれており、温度変化による周波数変動が非常に大きいことが分かる。
【００１４】
更に本願発明者は、前記ＤＡＲＴ構造の一方向性電極を有するＩＤＴを備えるトランスバーサル型のＳＡＷフィルタについて、ＩＤＴを構成する電極の膜厚と頂点温度及び２次温度係数を測定した。その結果を図１３（Ａ）（Ｂ）に示す。同図から、一方向性ＳＡＷフィルタの場合、電極膜厚に対する頂点温度及び２次温度係数の変化は不規則であることが分かる。これから、一方向性ＳＡＷフィルタにおいて、ＩＤＴの電極膜厚によってその周波数温度特性を調整することは困難である。従って、一方向性ＳＡＷフィルタは、使用するＬＢＯ基板のカット角を検討することが、周波数温度特性を改善するために有効かつ必要と考えられる。
【００１５】
また、ＳＡＷが伝搬方向に沿って両方向に励振する双方向性のＩＤＴを有するＳＡＷ共振子について、ＩＤＴを構成する電極の膜厚と頂点温度及び２次温度係数を測定した。その結果を図１４（Ａ）（Ｂ）に示す。同図から、双方向性のＳＡＷ共振子や共振子型のＳＡＷフィルタの場合、電極膜厚に対して頂点温度及び２次温度係数は略線形的に変化することが分かる。これから、双方向性のＳＡＷデバイスは、ＩＤＴの電極膜厚によってその周波数温度特性を調整することは可能である。
【００１６】
そこで、ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを、同じくＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した場合に、ＬＢＯ基板のオイラー角表示(φ，θ，ψ)の回転角φが周波数温度特性に及ぼす影響をシミュレーションした。図１５（Ａ）は、回転角φに対する２次温度係数の変化を、図１５（Ｂ）は、回転角φに対する頂点温度の変化を示している。両図から分かるように、回転角φが大きくなるほど、２次温度係数が負側に大きくなり、回転角φが小さくなるほど、頂点温度が高くなる傾向を示している。
【００１７】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、ＬＢＯ基板からなる圧電基板上にＩＤＴを形成したトランスバーサル型のＳＡＷフィルタにおいて、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示(φ，θ，ψ)で最適の範囲に設定することによって、要求される動作温度範囲における周波数変動量を小さくするように、周波数温度特性を向上させることにある。
【００１８】
また、ＳＡＷフィルタ等のＳＡＷデバイスにおいて、使用する圧電基板を切り出すカット角を変えた場合、ＳＡＷの伝搬方向がＳＡＷのパワーフローの方向に対して斜めになることがある。ＳＡＷの伝搬角度によってその伝搬速度が大きく変化する圧電基板では、励振したＳＡＷの一部が回折現象を起こして斜めに伝搬する虞がある。このように斜めに伝搬する不要なＳＡＷは、Ｑ値や挿入損失の劣化を生じたり、特許文献３に記載されるようなバルク波による横モードのスプリアスを生じ、ＳＡＷデバイスの特性を劣化させることになる。
【００１９】
そこで、本発明の別の目的は、ＬＢＯ基板からなる圧電基板上にＩＤＴを形成したＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子等のＳＡＷデバイスにおいて、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示(φ，θ，ψ)で最適の範囲に設定することによって、ＳＡＷのパワーフローの方向に対して斜めに伝搬する不要波によるＱ値又は挿入損失の劣化、スプリアスの発生等、特性の劣化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願発明者は、上記目的を達成するため、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向と周波数温度特性との関係をシミュレーションしかつ検討した。その結果、要求される動作温度範囲に対して周波数温度特性を良好に向上させ得るＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向を見出し、本発明を案出するに至ったものである。
【００２１】
本発明によれば、上記目的を達成するために、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板上に、それぞれ一方向性電極を有する２つ以上のＩＤＴを、該ＩＤＴにより励振されるレイリーＳＡＷの伝搬方向に沿って配置したＳＡＷフィルタであって、圧電基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）又はφ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°であるＳＡＷフィルタが提供される。
【００２２】
このようなカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬＢＯ基板上に一方向性電極のＩＤＴを形成することによって、要求される動作温度範囲に対して、頂点温度を好適な範囲内に設定しかつ周波数変動量を少なくし、周波数温度特性を向上させることができる。
【００２３】
或る実施例では、一方向性電極として、励振されるＳＡＷの１波長当り３本の電極指から構成される、一般にＤＡＲＴと呼ばれる電極構造を有するものをＩＤＴに使用することができ、ＩＤＴの設計が容易な点で有利である。
【００２４】
本発明の別の側面によれば、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板上に１つ以上のＩＤＴを、該ＩＤＴにより励振されるレイリーＳＡＷの伝搬方向に沿って配置したＳＡＷデバイスであって、圧電基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示で５°＋（９０°×ｎ）≦φ＜２１°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）又は６９°＋（９０°×ｎ）＜φ≦８５°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）であるＳＡＷデバイスが提供される。
【００２５】
このようなカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬＢＯ基板上にＩＤＴを形成することによって、ＳＡＷのパワーフローの方向に対してＳＡＷが斜めに伝搬する回折現象を小さくし、Ｑ値又は挿入損失の劣化、スプリアスの発生等によるＳＡＷデバイスの特性劣化を抑制することができる。
【００２６】
或る実施例では、前記ＩＤＴが、例えば励振されるＳＡＷの１波長当り３本の電極から構成される、一般にＤＡＲＴと呼ばれる構造の一方向性電極を有することにより、特性劣化を抑制したトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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は、本発明を適用したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの典型例を示している。このＳＡＷフィルタ１は、Ｌi２Ｂ４Ｏ７からなる細長い矩形の圧電基板２を有する。圧電基板２上には、それぞれ１対の交差指電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂからなる入力用ＩＤＴ３及び出力用ＩＤＴ４が、ＳＡＷの伝搬方向に沿って形成されている。入力用ＩＤＴ３は、入力端子５からの入力信号によりレイリーＳＡＷを励振する。出力用ＩＤＴ４は、圧電基板２表面を伝搬したＳＡＷを検出して出力端子６から外部に出力する。
【００２８】
前記各ＩＤＴは、ＤＡＲＴ構造と呼ばれる一方向性電極で構成されている。入力用ＩＤＴ３について説明すると、前記一方向性電極は、該ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの１波長λ０分の基本区間に３本の電極指Ｍ１〜Ｍ３が配置されている。各電極指Ｍ１〜Ｍ３は異なる電極指幅に、例えば図中左側から順に３λ０／８、λ０／８、λ０／８に設定する。これにより、ＳＡＷを図中右側へ強く励振することができる。別の実施例では、上述した従来技術に記載されるように、公知の様々な電極構造の一方向性電極で前記各ＩＤＴを構成することができる。また、別の実施例では、前記各ＩＤＴについてその一部だけを一方向性電極で構成することもできる。
【００２９】
圧電基板２は、そのカット面及びＳＡＷ伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝２７．１５±８．３５°又はφ＝６２．８５±８．３５°、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°のＬＢＯ基板で形成されている。よく知られるように、Ｌi２Ｂ４Ｏ７は正方晶系であり、Ｚ軸方向に４回回転軸を持つので、或るカット面の基板とそれをＺ軸周りに９０°、１８０°又は２７０°回転させた基板は同じ物性を有する。従って、本実施例の圧電基板２は、Ｘ軸の回転角φを、（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち１１７．１５±８．３５°、２０７．１５±８．３５°、２９７．１５±８．３５°とした場合、又は、φ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち１５２．８５±８．３５°、２４２．８５±８．３５°、３３２．８５±８．３５°とした場合にも、同じ効果が得られる。
【００３０】
図２は、図１のＳＡＷフィルタ１において、圧電基板２の回転角φに関する頂点温度の変化を所定の近似式でシミュレーションした結果を示している。ＳＡＷフィルタ１の一般的な動作温度範囲は−４０℃〜＋８５℃であるから、その中間値である２２．５℃が頂点温度の最適値であり、好ましい頂点温度範囲は、製造誤差等を考慮して２２．５℃±７．５℃である。この頂点温度の範囲に対応する回転角φの範囲は、本シミュレーション結果から、１８．８°≦φ≦３５．５°即ち２７．１５°±８．３５°、及び、５４．５°≦φ≦７１．２°即ち６２．８５±８．３５°であると認められる。
【００３１】
図３は、図１のＳＡＷフィルタ１において、圧電基板２の回転角をφ＝２７．１５°、ψ＝９０°とした場合に、回転角θに関する頂点温度の変化を所定の近似式でシミュレーションした結果を示している。同様に、ＳＡＷフィルタ１の一般的な動作温度範囲−４０℃〜＋８５℃において頂点温度の最適値は２２．５℃であり、好ましい頂点温度範囲は２２．５℃±７．５℃である。この頂点温度範囲に対応する回転角θの範囲は、本シミュレーション結果から、８２．５°≦φ≦９７．５°即ち９０°±７．５°と認められる。
【００３２】
図４は、図１のＳＡＷフィルタ１において、圧電基板２の回転角をφ＝２７．１５°、θ＝９０°とした場合に、回転角ψに関する頂点温度の変化を所定の近似式でシミュレーションした結果を示している。同様に、ＳＡＷフィルタ１の一般的な動作温度範囲−４０℃〜＋８５℃において頂点温度の最適値は２２．５℃であり、好ましい頂点温度範囲は２２．５℃±７．５℃である。この頂点温度範囲に対応する回転角ψの範囲は、本シミュレーション結果から、７８°≦φ≦１０２°即ち９０°±１２°と認められる。
【００３３】
このように圧電基板２を形成するＬＢＯ基板のカット角を設定することによって、ＳＡＷフィルタ１は、一般的な動作温度範囲において頂点温度を好適な範囲内に設定することができる。従って、従来の４５°ＸカットＺ伝搬ＬＢＯよりも、温度変化に対する周波数変動を小さく抑制でき、好ましい温度特性が得られる。
【００３４】
２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板、即ちカット面及び弾性表面波伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）表示で（２０，９０，９０）のＬＢＯ基板を用い、ＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した図１のＳＡＷフィルタ１の周波数温度特性をシミュレーションした。図５は、その温度変化に関する周波数変動量を示している。頂点温度は２９℃、２次温度係数は−０．１４５ppm／℃２であった。この結果から、本発明によれば、頂点温度が適切な範囲内に設定され、動作温度範囲内における周波数変動量が改善されて、良好な周波数温度特性を得られることが確認された。
【００３５】
また、このＳＡＷフィルタをＪＩＳ−Ａ３０の柔らかい接着剤でパッケージに接着固定し、その周波数温度特性をシミュレーションしたところ、頂点温度は２７℃、２次温度係数は−０．２９５ｐｐｍ／℃２であった。この結果から、本発明のＳＡＷフィルタをパッケージに固定する接着剤は硬い方が良いことが分かる。
【００３６】
更に、図１のＳＡＷフィルタ１について、一般的な動作温度範囲−４０℃〜＋８５℃において、圧電基板２の回転角φに関する温度係数の変化を所定の近似式でシミュレーションした。その結果を図６に示す。本シミュレーション結果から、回転角φが１２．５≦φ≦４０．８の範囲において、温度係数は７．３ｐｐｍ／℃未満であった。特に、１８．２≦φ≦３５．１°の範囲において、温度係数は５．８４ｐｐｍ／℃未満であった。これに対し、従来の４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板では、温度係数が−８．８ｐｐｍ／℃であり、特許文献２には、周波数変動量が７．３ｐｐｍ／℃であったと報告されている。従って、本発明によれば、前記動作温度範囲において従来よりも非常に優れた温度係数及び周波数変動量を実現することができる。
【００３７】
また、圧電基板２のＬＢＯ基板のカット角を変えたことが、ＳＡＷの回折現象、即ちＳＡＷのパワーフローの方向に対するＳＡＷの斜め伝搬にどのような影響を及ぼすかを検討した。ＳＡＷの斜め伝搬の起こり易さは、圧電基板の異方性定数によって評価することができる。一般に異方性定数が大きい圧電基板は、ＳＡＷの伝搬速度が伝搬角によって大きく変化し、ＳＡＷの斜め伝搬が起こり易い傾向がある。
【００３８】
図１のＳＡＷフィルタ１について、圧電基板２の回転角φに関する異方性定数を所定の近似式でシミュレーションした。その結果を図７に示す。更に、本発明による２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたＳＡＷフィルタについて、相対伝搬角に関するスローネス（ＳＡＷ伝搬速度の逆数）の変化をシミュレーションした結果を図８に示す。また、比較例として、従来の４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたＳＡＷフィルタについて、相対伝搬角に関するスローネス（ＳＡＷ伝搬速度の逆数）の変化をシミュレーションした結果を図９に示す。
【００３９】
図７から分かるように、回転角φが約１５°の場合に異方性定数γが１となる。回転角φ＝２０°のＬＢＯ基板は、異方性定数γが約１．１５で、図８から分かるように、スローネスが略一定であり、伝搬角が変化してもＳＡＷ伝搬速度の変化が小さいことを示している。このようにＳＡＷ伝搬速度の変化が小さいＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、ＳＡＷの波の一部が斜めに伝搬する不要波を生じ難い。
【００４０】
これに対し、回転角φ＝４５°である従来のＬＢＯ基板は、異方性定数γが１．７で、図９から分かるように、スローネスが伝搬角によって大きく湾曲した曲線を示しており、ＳＡＷ伝搬速度の変化が大きいことを示している。このように伝搬角によってＳＡＷ伝搬速度が大きく変化するＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、ＳＡＷの波の一部が斜めに伝搬する不要波となり易い。その結果、Ｑ値又は挿入損失の劣化や横モードのスプリアスを生じ、ＳＡＷデバイスの特性を劣化させることになる。
【００４１】
本発明では、これらのシミュレーション結果から、ＳＡＷ伝搬速度の変化が小さい異方性定数の範囲を１．００±０．１５に設定する。この異方性定数の範囲に対応する回転角φの範囲は、５°≦φ＜２１°、又は６９°＜φ≦８５°となる。
【００４２】
上述したように、Ｌi２Ｂ４Ｏ７は正方晶系であり、Ｚ軸方向に４回回転軸を持つので、或るカット面の基板とそれをＺ軸周りに９０°、１８０°又は２７０°回転させた基板は同じ物性を有する。従って、好適な異方性定数範囲に対応する回転角φの範囲も、圧電基板２のＸ軸の回転角φを、５°＋（９０°×ｎ）≦φ＜２１°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち９５≦φ＜１１１、１８５≦φ＜２０１、２７５≦φ＜２９１とした場合、又は、６９°＋（９０°×ｎ）＜φ≦８５°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち１５９＜φ≦１７５、２４９＜φ≦２６５、３３９＜φ≦３５５とした場合にも、同じ効果が得られる。
【００４３】
本発明によれば、このように異方性定数の範囲を設定したＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、伝搬方向から傾斜して伝搬する不要波を生じ難い。従って、ＳＡＷの斜め伝搬によるＱ値又は挿入損失の劣化や横モードのスプリアスを生じないので、ＳＡＷデバイスの特性劣化を抑制することができる。更に、このＳＡＷデバイスは、トランスバーサル型の一方向性ＳＡＷフィルタに限定されるものでなく、ＳＡＷ共振子、共振子型ＳＡＷフィルタ、その他のＳＡＷデバイスにも、同様に適用することができる。
【００４４】
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、図１のＳＡＷフィルタは、上記実施例以外の様々なＩＤＴ電極構造を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を適用したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの典型例を示す平面図。
【図２】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角φに関する頂点温度の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図３】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角θに関する頂点温度の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図４】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角ψに関する頂点温度の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図５】２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いた図１のＳＡＷフィルタにおいて温度変化に関する周波数変動量を測定した結果を示す線図。
【図６】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角φに関する温度係数の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図７】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角φに関する異方性定数の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図８】２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いた図１のＳＡＷフィルタにおいて相対伝搬角に関するスローネス曲線のシミュレーション結果を示す線図。
【図９】４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いた図１のＳＡＷフィルタにおいて相対伝搬角に関するスローネス曲線のシミュレーション結果を示す線図。
【図１０】オイラー角表示の説明図。
【図１１】４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて温度変化に対する周波数変動量を示す線図。
【図１２】０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて温度変化に対する周波数変動量を示す線図。
【図１３】（Ａ）（Ｂ）図は、一方向性電極のＩＤＴを備えるトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて電極膜厚に関する頂点温度及び２次温度係数を測定した結果をそれぞれ示す線図。
【図１４】（Ａ）（Ｂ）図は、双方向性のＩＤＴを有するＳＡＷ共振子において電極膜厚に関する頂点温度及び２次温度係数を測定した結果をそれぞれ示す線図。
【図１５】（Ａ）図は、ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて回転角φに対する２次温度係数の変化を、（Ｂ）図は、回転角φに対する頂点温度の変化をそれぞれ示す線図。
【符号の説明】
【００４６】
１…ＳＡＷフィルタ、２…圧電基板、３…入力用ＩＤＴ、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…交差指電極、４…出力用ＩＤＴ、５…入力端子、６…出力端子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四硼酸リチウムからなる圧電基板を用いた弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス、特にトランスバーサル型の弾性表面波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、情報通信の分野において、ＳＡＷを利用したフィルタ等のＳＡＷデバイスが広く利用されている。特に携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信では、大容量のデータを高速で伝送するために、広帯域で低挿入損失の特性、急峻な減衰特性を有するＳＡＷフィルタが要求されている。最近は、従来のＳＴカット水晶板よりも広帯域な特性を有する四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板（以下、ＬＢＯ基板という）を用いたＳＡＷフィルタが実用化されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【０００３】
しかしながら、ＬＢＯ基板は、周波数温度特性がＳＴカット水晶板に比して相当劣るという問題がある。従来使用されている４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板は、ＳＡＷ装置を構成した場合に、群遅延温度特性の頂点温度が使用温度範囲の中心より高温側にずれるという欠点がある。特許文献１記載のＳＡＷ装置は、ＬＢＯ基板の切り出し角及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、φ＝４０〜５０°、θ＝７０〜８５°、ψ＝８５〜９５°の範囲に設定することによって、群遅延時間温度特性を改善している。
【０００４】
特許文献２は、４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板からなる圧電基板上にＩＤＴ電極を備え、一次温度係数が零、二次温度係数が負のＳＡＷデバイスを、圧電基板の線膨張係数より大きな線膨張係数を有する材料で形成したパッケージに収容し、ＪＩＳ−Ａ３０より硬度の大きな接着剤で接着固定する構成を開示している。同文献によれば、このように圧電基板とパッケージと接着剤との組合せにより、二次温度係数を改善して周波数温度特性を改善することができる。
【０００５】
また、４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板は、レーリーＳＡＷを主モードとして用いたとき、横波を主成分としたバルク波によるスプリアスが高域側に生じ、周波数応答を劣化させるという問題がある。特許文献３記載のトランスバーサル型ＳＡＷフィルタは、ＳＡＷの実効的な波長をλ０として、ＩＤＴの電極膜厚を１．５７％λ０超かつ２％λ０以下とし、中心周波数を５００ＭＨｚ以下とすることにより、ＬＢＯ基板を使用した場合でもバルクスプリアスを抑圧することができる。
【０００６】
他方、一般にトランスバーサル型ＳＡＷフィルタは、フィルタの挿入損失が大きいという欠点を有する。挿入損失を改善するために、ＳＡＷの励振方向を一方向にする一方向性電極をＩＤＴに用いる方法が知られている（例えば、特許文献３，４を参照）。一方向性電極の１つとして、例えばＩＤＴが励振するＳＡＷ１波長分の基本区間に３つの電極指を配置したＤＡＲＴ電極がよく利用されている。
【０００７】
特許文献３には、ＩＤＴのＳＡＷ１波長λ０分の基本区間に幅λ０／８の２本の電極指と幅０．２６〜０．３３λ０の１本の反射電極指とを組み合わせて配置し、その電極膜厚を１．０〜２．０％λ０にした一方向性電極が記載されている。また、特許文献３には、方向性の異なる３つのグループのＤＡＲＴ電極を組み合わせて、ＩＤＴ内部に幾つかの局所的な共振キャビティを生じさせ、ＩＤＴ全体として一方向性を持たせた内部共振型一方向性変換器を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタが記載されている。
【０００８】
更に、特許文献４は、ＩＤＴのＳＡＷ１波長分の基本区間に第１の励振電極、第１の短絡型浮き電極、第２の短絡型浮き電極、第１の開放型浮き電極、第２の励振電極、第３の短絡型浮き電極、第４の短絡型浮き電極、第２の開放型浮き電極を配置し、第１の励振電極と第２の励振電極との中心間距離をλ／２とし、励振電極の反射波を打ち消すように第２及び第４の短絡型浮き電極を配置して励振効率を高め、かつ第１及び第３の短絡型浮き電極と第１及び第２の開放型浮き電極とにより正負反射型反射エレメントを構成して反射量を高めることにより、高い一方向性が得られるＳＡＷデバイスを提案している。また、特許文献４には、正電極指と負電極指との中心からずらして開放型浮き電極と短絡型浮き電極とを配置し、励振中心と反射中心の位相差をλ／８に近づけることにより一方向性ＳＡＷ変換器として機能させるようにした浮き電極型内部反射一方向性変換器が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１３９６５２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２８２６０号公報
【特許文献３】特開２００７−２１４９４３号公報
【特許文献４】特開２００６−１５７５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来のＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、その多くが圧電基板として４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を前提に構成されている。特許文献１は、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向について言及しており、オイラー角表示（φ，θ，ψ）の回転角θをパラメータとして群遅延時間温度特性の頂点温度の変化を検討した結果、これを変えることで頂点温度を常温まで下げられると記載されている。しかしながら、それ以外の回転角をパラメータとする検討結果は記載されていない。そこで本願発明者は、ＳＡＷデバイス、特にＳＡＷフィルタにＬＢＯ基板を用いた場合に、そのカット面と周波数温度特性との関係を様々に検討した。
【００１１】
多くの場合、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向を特定するために、オイラー角表示が使用される。オイラー角表示(φ，θ，ψ)とは、図１０に示すように、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）の直交する３つの結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として、Ｚ軸を中心にＸ軸及びＹ軸を＋Ｘ軸側から＋Ｙ軸側へ角度φ回転させてＸ´軸、Ｙ´軸とし、Ｘ´軸を中心にＺ軸及びＹ´軸を＋Ｙ´軸側から＋Ｚ軸側へ角度θ回転させてＺ´軸、Ｙ''軸とし、Ｚ´軸を中心にＸ´軸及びＹ''軸を＋Ｘ´軸側から＋Ｙ''軸側へ角度ψ回転させてＸ''軸及びＹ'''軸とする新しい座標軸（Ｘ''，Ｙ'''，Ｚ´）において、元の座標軸のＸＹ面１０をこのように回転させたＸ''Ｙ'''面１１をカット面として切り出し、Ｘ''軸をＳＡＷ伝搬方向とする場合をいう。従って、４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板は、オイラー角表示で（４５°，９０°，９０°）と表す。
【００１２】
先ず、従来の４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板について、周波数温度特性を検討した。図１１は、このＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを、特許文献２に記載されるようにＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した場合に、温度変化に対する周波数変動量を測定したものである。この場合の頂点温度は、１４℃であった。一般的なＳＡＷデバイスの動作温度範囲は−４０℃〜＋８５℃であるから、その中心温度は頂点温度から相当ずれており、温度変化による周波数変動が大きいことが分かる。
【００１３】
次に、０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板について、周波数温度特性を検討した。図１２は、このＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを、同じくＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した場合に、温度変化に対する周波数変動量を測定したものである。この場合の頂点温度は、６９℃であった。一般的なＳＡＷデバイスの動作温度範囲は−４０℃〜＋８５℃であるから、その中心温度は頂点温度から大きくずれており、温度変化による周波数変動が非常に大きいことが分かる。
【００１４】
更に本願発明者は、前記ＤＡＲＴ構造の一方向性電極を有するＩＤＴを備えるトランスバーサル型のＳＡＷフィルタについて、ＩＤＴを構成する電極の膜厚と頂点温度及び２次温度係数を測定した。その結果を図１３（Ａ）（Ｂ）に示す。同図から、一方向性ＳＡＷフィルタの場合、電極膜厚に対する頂点温度及び２次温度係数の変化は不規則であることが分かる。これから、一方向性ＳＡＷフィルタにおいて、ＩＤＴの電極膜厚によってその周波数温度特性を調整することは困難である。従って、一方向性ＳＡＷフィルタは、使用するＬＢＯ基板のカット角を検討することが、周波数温度特性を改善するために有効かつ必要と考えられる。
【００１５】
また、ＳＡＷが伝搬方向に沿って両方向に励振する双方向性のＩＤＴを有するＳＡＷ共振子について、ＩＤＴを構成する電極の膜厚と頂点温度及び２次温度係数を測定した。その結果を図１４（Ａ）（Ｂ）に示す。同図から、双方向性のＳＡＷ共振子や共振子型のＳＡＷフィルタの場合、電極膜厚に対して頂点温度及び２次温度係数は略線形的に変化することが分かる。これから、双方向性のＳＡＷデバイスは、ＩＤＴの電極膜厚によってその周波数温度特性を調整することは可能である。
【００１６】
そこで、ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを、同じくＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した場合に、ＬＢＯ基板のオイラー角表示(φ，θ，ψ)の回転角φが周波数温度特性に及ぼす影響をシミュレーションした。図１５（Ａ）は、回転角φに対する２次温度係数の変化を、図１５（Ｂ）は、回転角φに対する頂点温度の変化を示している。両図から分かるように、回転角φが大きくなるほど、２次温度係数が負側に大きくなり、回転角φが小さくなるほど、頂点温度が高くなる傾向を示している。
【００１７】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、ＬＢＯ基板からなる圧電基板上にＩＤＴを形成したトランスバーサル型のＳＡＷフィルタにおいて、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示(φ，θ，ψ)で最適の範囲に設定することによって、要求される動作温度範囲における周波数変動量を小さくするように、周波数温度特性を向上させることにある。
【００１８】
また、ＳＡＷフィルタ等のＳＡＷデバイスにおいて、使用する圧電基板を切り出すカット角を変えた場合、ＳＡＷの伝搬方向がＳＡＷのパワーフローの方向に対して斜めになることがある。ＳＡＷの伝搬角度によってその伝搬速度が大きく変化する圧電基板では、励振したＳＡＷの一部が回折現象を起こして斜めに伝搬する虞がある。このように斜めに伝搬する不要なＳＡＷは、Ｑ値や挿入損失の劣化を生じたり、特許文献３に記載されるようなバルク波による横モードのスプリアスを生じ、ＳＡＷデバイスの特性を劣化させることになる。
【００１９】
そこで、本発明の別の目的は、ＬＢＯ基板からなる圧電基板上にＩＤＴを形成したＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子等のＳＡＷデバイスにおいて、ＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示(φ，θ，ψ)で最適の範囲に設定することによって、ＳＡＷのパワーフローの方向に対して斜めに伝搬する不要波によるＱ値又は挿入損失の劣化、スプリアスの発生等、特性の劣化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願発明者は、上記目的を達成するため、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向と周波数温度特性との関係をシミュレーションしかつ検討した。その結果、要求される動作温度範囲に対して周波数温度特性を良好に向上させ得るＬＢＯ基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向を見出し、本発明を案出するに至ったものである。
【００２１】
本発明によれば、上記目的を達成するために、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板上に、それぞれ一方向性電極を有する２つ以上のＩＤＴを、該ＩＤＴにより励振されるレイリーＳＡＷの伝搬方向に沿って配置したＳＡＷフィルタであって、圧電基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）又はφ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°であるＳＡＷフィルタが提供される。
【００２２】
このようなカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬＢＯ基板上に一方向性電極のＩＤＴを形成することによって、要求される動作温度範囲に対して、頂点温度を好適な範囲内に設定しかつ周波数変動量を少なくし、周波数温度特性を向上させることができる。
【００２３】
或る実施例では、一方向性電極として、励振されるＳＡＷの１波長当り３本の電極指から構成される、一般にＤＡＲＴと呼ばれる電極構造を有するものをＩＤＴに使用することができ、ＩＤＴの設計が容易な点で有利である。
【００２４】
本発明の別の側面によれば、四硼酸リチウム（Ｌi２Ｂ４Ｏ７）からなる圧電基板上に１つ以上のＩＤＴを、該ＩＤＴにより励振されるレイリーＳＡＷの伝搬方向に沿って配置したＳＡＷデバイスであって、圧電基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示で５°＋（９０°×ｎ）≦φ＜２１°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）又は６９°＋（９０°×ｎ）＜φ≦８５°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）であるＳＡＷデバイスが提供される。
【００２５】
このようなカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬＢＯ基板上にＩＤＴを形成することによって、ＳＡＷのパワーフローの方向に対してＳＡＷが斜めに伝搬する回折現象を小さくし、Ｑ値又は挿入損失の劣化、スプリアスの発生等によるＳＡＷデバイスの特性劣化を抑制することができる。
【００２６】
或る実施例では、前記ＩＤＴが、例えば励振されるＳＡＷの１波長当り３本の電極から構成される、一般にＤＡＲＴと呼ばれる構造の一方向性電極を有することにより、特性劣化を抑制したトランスバーサル型のＳＡＷフィルタを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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は、本発明を適用したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの典型例を示している。このＳＡＷフィルタ１は、Ｌi２Ｂ４Ｏ７からなる細長い矩形の圧電基板２を有する。圧電基板２上には、それぞれ１対の交差指電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂからなる入力用ＩＤＴ３及び出力用ＩＤＴ４が、ＳＡＷの伝搬方向に沿って形成されている。入力用ＩＤＴ３は、入力端子５からの入力信号によりレイリーＳＡＷを励振する。出力用ＩＤＴ４は、圧電基板２表面を伝搬したＳＡＷを検出して出力端子６から外部に出力する。
【００２８】
前記各ＩＤＴは、ＤＡＲＴ構造と呼ばれる一方向性電極で構成されている。入力用ＩＤＴ３について説明すると、前記一方向性電極は、該ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの１波長λ０分の基本区間に３本の電極指Ｍ１〜Ｍ３が配置されている。各電極指Ｍ１〜Ｍ３は異なる電極指幅に、例えば図中左側から順に３λ０／８、λ０／８、λ０／８に設定する。これにより、ＳＡＷを図中右側へ強く励振することができる。別の実施例では、上述した従来技術に記載されるように、公知の様々な電極構造の一方向性電極で前記各ＩＤＴを構成することができる。また、別の実施例では、前記各ＩＤＴについてその一部だけを一方向性電極で構成することもできる。
【００２９】
圧電基板２は、そのカット面及びＳＡＷ伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝２７．１５±８．３５°又はφ＝６２．８５±８．３５°、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°のＬＢＯ基板で形成されている。よく知られるように、Ｌi２Ｂ４Ｏ７は正方晶系であり、Ｚ軸方向に４回回転軸を持つので、或るカット面の基板とそれをＺ軸周りに９０°、１８０°又は２７０°回転させた基板は同じ物性を有する。従って、本実施例の圧電基板２は、Ｘ軸の回転角φを、（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち１１７．１５±８．３５°、２０７．１５±８．３５°、２９７．１５±８．３５°とした場合、又は、φ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち１５２．８５±８．３５°、２４２．８５±８．３５°、３３２．８５±８．３５°とした場合にも、同じ効果が得られる。
【００３０】
図２は、図１のＳＡＷフィルタ１において、圧電基板２の回転角φに関する頂点温度の変化を所定の近似式でシミュレーションした結果を示している。ＳＡＷフィルタ１の一般的な動作温度範囲は−４０℃〜＋８５℃であるから、その中間値である２２．５℃が頂点温度の最適値であり、好ましい頂点温度範囲は、製造誤差等を考慮して２２．５℃±７．５℃である。この頂点温度の範囲に対応する回転角φの範囲は、本シミュレーション結果から、１８．８°≦φ≦３５．５°即ち２７．１５°±８．３５°、及び、５４．５°≦φ≦７１．２°即ち６２．８５±８．３５°であると認められる。
【００３１】
図３は、図１のＳＡＷフィルタ１において、圧電基板２の回転角をφ＝２７．１５°、ψ＝９０°とした場合に、回転角θに関する頂点温度の変化を所定の近似式でシミュレーションした結果を示している。同様に、ＳＡＷフィルタ１の一般的な動作温度範囲−４０℃〜＋８５℃において頂点温度の最適値は２２．５℃であり、好ましい頂点温度範囲は２２．５℃±７．５℃である。この頂点温度範囲に対応する回転角θの範囲は、本シミュレーション結果から、８２．５°≦φ≦９７．５°即ち９０°±７．５°と認められる。
【００３２】
図４は、図１のＳＡＷフィルタ１において、圧電基板２の回転角をφ＝２７．１５°、θ＝９０°とした場合に、回転角ψに関する頂点温度の変化を所定の近似式でシミュレーションした結果を示している。同様に、ＳＡＷフィルタ１の一般的な動作温度範囲−４０℃〜＋８５℃において頂点温度の最適値は２２．５℃であり、好ましい頂点温度範囲は２２．５℃±７．５℃である。この頂点温度範囲に対応する回転角ψの範囲は、本シミュレーション結果から、７８°≦φ≦１０２°即ち９０°±１２°と認められる。
【００３３】
このように圧電基板２を形成するＬＢＯ基板のカット角を設定することによって、ＳＡＷフィルタ１は、一般的な動作温度範囲において頂点温度を好適な範囲内に設定することができる。従って、従来の４５°ＸカットＺ伝搬ＬＢＯよりも、温度変化に対する周波数変動を小さく抑制でき、好ましい温度特性が得られる。
【００３４】
２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板、即ちカット面及び弾性表面波伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）表示で（２０，９０，９０）のＬＢＯ基板を用い、ＪＩＳ−Ａ４５より硬い接着剤でパッケージに接着固定した図１のＳＡＷフィルタ１の周波数温度特性をシミュレーションした。図５は、その温度変化に関する周波数変動量を示している。頂点温度は２９℃、２次温度係数は−０．１４５ppm／℃２であった。この結果から、本発明によれば、頂点温度が適切な範囲内に設定され、動作温度範囲内における周波数変動量が改善されて、良好な周波数温度特性を得られることが確認された。
【００３５】
また、このＳＡＷフィルタをＪＩＳ−Ａ３０の柔らかい接着剤でパッケージに接着固定し、その周波数温度特性をシミュレーションしたところ、頂点温度は２７℃、２次温度係数は−０．２９５ｐｐｍ／℃２であった。この結果から、本発明のＳＡＷフィルタをパッケージに固定する接着剤は硬い方が良いことが分かる。
【００３６】
更に、図１のＳＡＷフィルタ１について、一般的な動作温度範囲−４０℃〜＋８５℃において、圧電基板２の回転角φに関する温度係数の変化を所定の近似式でシミュレーションした。その結果を図６に示す。本シミュレーション結果から、回転角φが１２．５≦φ≦４０．８の範囲において、温度係数は７．３ｐｐｍ／℃未満であった。特に、１８．２≦φ≦３５．１°の範囲において、温度係数は５．８４ｐｐｍ／℃未満であった。これに対し、従来の４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板では、温度係数が−８．８ｐｐｍ／℃であり、特許文献２には、周波数変動量が７．３ｐｐｍ／℃であったと報告されている。従って、本発明によれば、前記動作温度範囲において従来よりも非常に優れた温度係数及び周波数変動量を実現することができる。
【００３７】
また、圧電基板２のＬＢＯ基板のカット角を変えたことが、ＳＡＷの回折現象、即ちＳＡＷのパワーフローの方向に対するＳＡＷの斜め伝搬にどのような影響を及ぼすかを検討した。ＳＡＷの斜め伝搬の起こり易さは、圧電基板の異方性定数によって評価することができる。一般に異方性定数が大きい圧電基板は、ＳＡＷの伝搬速度が伝搬角によって大きく変化し、ＳＡＷの斜め伝搬が起こり易い傾向がある。
【００３８】
図１のＳＡＷフィルタ１について、圧電基板２の回転角φに関する異方性定数を所定の近似式でシミュレーションした。その結果を図７に示す。更に、本発明による２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたＳＡＷフィルタについて、相対伝搬角に関するスローネス（ＳＡＷ伝搬速度の逆数）の変化をシミュレーションした結果を図８に示す。また、比較例として、従来の４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたＳＡＷフィルタについて、相対伝搬角に関するスローネス（ＳＡＷ伝搬速度の逆数）の変化をシミュレーションした結果を図９に示す。
【００３９】
図７から分かるように、回転角φが約１５°の場合に異方性定数γが１となる。回転角φ＝２０°のＬＢＯ基板は、異方性定数γが約１．１５で、図８から分かるように、スローネスが略一定であり、伝搬角が変化してもＳＡＷ伝搬速度の変化が小さいことを示している。このようにＳＡＷ伝搬速度の変化が小さいＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、ＳＡＷの波の一部が斜めに伝搬する不要波を生じ難い。
【００４０】
これに対し、回転角φ＝４５°である従来のＬＢＯ基板は、異方性定数γが１．７で、図９から分かるように、スローネスが伝搬角によって大きく湾曲した曲線を示しており、ＳＡＷ伝搬速度の変化が大きいことを示している。このように伝搬角によってＳＡＷ伝搬速度が大きく変化するＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、ＳＡＷの波の一部が斜めに伝搬する不要波となり易い。その結果、Ｑ値又は挿入損失の劣化や横モードのスプリアスを生じ、ＳＡＷデバイスの特性を劣化させることになる。
【００４１】
本発明では、これらのシミュレーション結果から、ＳＡＷ伝搬速度の変化が小さい異方性定数の範囲を１．００±０．１５に設定する。この異方性定数の範囲に対応する回転角φの範囲は、５°≦φ＜２１°、又は６９°＜φ≦８５°となる。
【００４２】
上述したように、Ｌi２Ｂ４Ｏ７は正方晶系であり、Ｚ軸方向に４回回転軸を持つので、或るカット面の基板とそれをＺ軸周りに９０°、１８０°又は２７０°回転させた基板は同じ物性を有する。従って、好適な異方性定数範囲に対応する回転角φの範囲も、圧電基板２のＸ軸の回転角φを、５°＋（９０°×ｎ）≦φ＜２１°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち９５≦φ＜１１１、１８５≦φ＜２０１、２７５≦φ＜２９１とした場合、又は、６９°＋（９０°×ｎ）＜φ≦８５°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝１〜３）、即ち１５９＜φ≦１７５、２４９＜φ≦２６５、３３９＜φ≦３５５とした場合にも、同じ効果が得られる。
【００４３】
本発明によれば、このように異方性定数の範囲を設定したＬＢＯ基板を用いたＳＡＷデバイスは、伝搬方向から傾斜して伝搬する不要波を生じ難い。従って、ＳＡＷの斜め伝搬によるＱ値又は挿入損失の劣化や横モードのスプリアスを生じないので、ＳＡＷデバイスの特性劣化を抑制することができる。更に、このＳＡＷデバイスは、トランスバーサル型の一方向性ＳＡＷフィルタに限定されるものでなく、ＳＡＷ共振子、共振子型ＳＡＷフィルタ、その他のＳＡＷデバイスにも、同様に適用することができる。
【００４４】
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、図１のＳＡＷフィルタは、上記実施例以外の様々なＩＤＴ電極構造を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を適用したトランスバーサル型ＳＡＷフィルタの典型例を示す平面図。
【図２】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角φに関する頂点温度の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図３】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角θに関する頂点温度の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図４】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角ψに関する頂点温度の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図５】２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いた図１のＳＡＷフィルタにおいて温度変化に関する周波数変動量を測定した結果を示す線図。
【図６】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角φに関する温度係数の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図７】図１のＳＡＷフィルタにおいてＬＢＯ基板の回転角φに関する異方性定数の変化をシミュレーションした結果を示す線図。
【図８】２０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いた図１のＳＡＷフィルタにおいて相対伝搬角に関するスローネス曲線のシミュレーション結果を示す線図。
【図９】４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いた図１のＳＡＷフィルタにおいて相対伝搬角に関するスローネス曲線のシミュレーション結果を示す線図。
【図１０】オイラー角表示の説明図。
【図１１】４５°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて温度変化に対する周波数変動量を示す線図。
【図１２】０°回転ＸカットＺ伝搬ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて温度変化に対する周波数変動量を示す線図。
【図１３】（Ａ）（Ｂ）図は、一方向性電極のＩＤＴを備えるトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて電極膜厚に関する頂点温度及び２次温度係数を測定した結果をそれぞれ示す線図。
【図１４】（Ａ）（Ｂ）図は、双方向性のＩＤＴを有するＳＡＷ共振子において電極膜厚に関する頂点温度及び２次温度係数を測定した結果をそれぞれ示す線図。
【図１５】（Ａ）図は、ＬＢＯ基板を用いたトランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて回転角φに対する２次温度係数の変化を、（Ｂ）図は、回転角φに対する頂点温度の変化をそれぞれ示す線図。
【符号の説明】
【００４６】
１…ＳＡＷフィルタ、２…圧電基板、３…入力用ＩＤＴ、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…交差指電極、４…出力用ＩＤＴ、５…入力端子、６…出力端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四硼酸リチウム（Ｌi2Ｂ4Ｏ7）からなる圧電基板上に、それぞれ一方向性電極を有する２つ以上のＩＤＴを、前記ＩＤＴにより励振されるレイリー弾性表面波の伝搬方向に沿って配置した弾性表面波フィルタであって、
前記圧電基板のカット面及び弾性表面波伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）又はφ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記一方向性電極が前記弾性表面波の１波長当り３本の電極指から構成されることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
四硼酸リチウム（Ｌi2Ｂ4Ｏ7）からなる圧電基板上に１つ以上のＩＤＴを、前記ＩＤＴにより励振されるレイリー弾性表面波の伝搬方向に沿って配置した弾性表面波デバイスであって、
前記圧電基板のカット面及び弾性表面波伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示で５°＋（９０°×ｎ）≦φ＜２１°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）又は６９°＋（９０°×ｎ）＜φ≦８５°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記ＩＤＴが一方向性電極を有することを特徴とする請求項３記載の弾性表面波デバイス。
【請求項１】
四硼酸リチウム（Ｌi2Ｂ4Ｏ7）からなる圧電基板上に、それぞれ一方向性電極を有する２つ以上のＩＤＴを、前記ＩＤＴにより励振されるレイリー弾性表面波の伝搬方向に沿って配置した弾性表面波フィルタであって、
前記圧電基板のカット面及び弾性表面波伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示でφ＝（２７．１５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）又はφ＝（６２．８５±８．３５°）＋９０°×ｎ、（但し、ｎ＝０〜３）、θ＝９０±７．５°、及びψ＝９０±１２°であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
【請求項２】
前記一方向性電極が前記弾性表面波の１波長当り３本の電極指から構成されることを特徴とする請求項１記載の弾性表面波フィルタ。
【請求項３】
四硼酸リチウム（Ｌi2Ｂ4Ｏ7）からなる圧電基板上に１つ以上のＩＤＴを、前記ＩＤＴにより励振されるレイリー弾性表面波の伝搬方向に沿って配置した弾性表面波デバイスであって、
前記圧電基板のカット面及び弾性表面波伝搬方向が、オイラー角（φ，θ，ψ）表示で５°＋（９０°×ｎ）≦φ＜２１°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）又は６９°＋（９０°×ｎ）＜φ≦８５°＋（９０°×ｎ）、（但し、ｎ＝０〜３）であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記ＩＤＴが一方向性電極を有することを特徴とする請求項３記載の弾性表面波デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２４６５７３（Ｐ２００９−２４６５７３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８８８６８（Ｐ２００８−８８８６８）
【出願日】平成２０年３月２９日（２００８．３．２９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２９日（２００８．３．２９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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