弾性表面波共振子
【課題】小型化が容易で、周波数精度が良好な弾性表面波共振子を提供する。
【解決手段】水晶基板１０上にＳＨ型弾性表面波が励振されるすだれ状電極１１と、すだれ状電極１１の一方の側に配置された１つの反射器１３と、を備え、電極指１１ａ，１１ｂの幅寸法をＬＴとし、電極指の存在しない領域の寸法をＳＴとして、ＩＤＴ配列周期長であるＰＴがＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴであり、反射器１３は金属導体１３ａからなり、金属導体１３ａの幅寸法をＬＲとし、金属導体の存在しない領域の寸法をＳＲとして、反射器配列周期長であるＰＲがＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲであり、反射器配列周期長ＰＲとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴが１．０１以上１．０２以下の範囲であって、すだれ状電極１１の他方の側にＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴの電極が存在しない領域を有して水晶基板１０が垂直に切断された切断面を有する。
【解決手段】水晶基板１０上にＳＨ型弾性表面波が励振されるすだれ状電極１１と、すだれ状電極１１の一方の側に配置された１つの反射器１３と、を備え、電極指１１ａ，１１ｂの幅寸法をＬＴとし、電極指の存在しない領域の寸法をＳＴとして、ＩＤＴ配列周期長であるＰＴがＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴであり、反射器１３は金属導体１３ａからなり、金属導体１３ａの幅寸法をＬＲとし、金属導体の存在しない領域の寸法をＳＲとして、反射器配列周期長であるＰＲがＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲであり、反射器配列周期長ＰＲとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴが１．０１以上１．０２以下の範囲であって、すだれ状電極１１の他方の側にＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴの電極が存在しない領域を有して水晶基板１０が垂直に切断された切断面を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＨ波を利用する弾性表面波共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＡＳＫ送信装置などに、水晶ＳＴカット基板（圧電体平板の一例）を用いて構成した弾性表面波共振子が利用されている。この弾性表面波共振子は、周波数温度特性が零温度係数を持ち精度が良くかつ、所望の周波数を直接発振が可能であるために、各種無線系の圧電発振器に使用されている。また近年、弾性表面波共振子はジッタが無く位相ノイズに優れた信号を得ることができることから、乗用車のドアの開閉に微弱電波を用いるキーレスエントリー装置に多数使用されている。
さらに最近になって、各種センサーの情報を中央処理装置に伝送して処理するセンサネットワークが注目されている。このセンサネットワークでは屋内等で使用される比較的近距離間の微弱無線通信が必要であり、送受信装置の小形化かつ低コスト化が急務となっている。
弾性表面波共振子としては、特許文献１に開示されたようなＳＨ波を利用する弾性表面波共振子が知られている。このＳＨ波を利用する弾性表面波共振子は、水晶基板を用い周波数温度特性が水晶ＳＴカットに対して優れた周波数精度が得られている。水晶基板の切断方位は、水晶結晶の基本軸において、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、Ｚ軸（光軸）の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次にＸ軸（電気軸）の回りに反時計方向にθが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、次に新たに生成したＺ’の軸回りに圧電体平板内において、Ｘ軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψが９０°±２°範囲である方向が弾性表面波の位相伝搬方位としている。このＳＨ波を利用した前記方位の圧電体平板の場合にも、従来の水晶ＳＴカット基板を用いた弾性表面波共振子と同様な構成で弾性表面波共振子を形成できる。例えばアルミニウム膜からなる多数の平行導体の電極指を周期的に配置したすだれ状電極（以下、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）と称す）を形成し、さらにその両側に一対の反射器を多数のストリップ形状からなる金属導体を平行にかつ周期的に配置して構成し、１ポート型の弾性表面波共振子を形成できる。
また、ＳＨ波を使用する弾性表面波共振子として、反射器を設けず素子基板の端面をカットして小型化を実現したものが知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０９９０８９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第５９５３４３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の弾性表面波共振子においては、基本波動作する弾性表面波共振子であるため、ＩＤＴの電極指および反射器の金属導体の繰り返しである配列周期長Ｐと動作周波数との関係は、Ｖを弾性表面波の速度とし、ｆを動作周波数とすれば、ｆ＝Ｖ／（２Ｐ）の関係にある。このように、動作周波数ｆは速度Ｖと配列周期長Ｐに制約されている。
市場でよく使用される周波数３１５ＭＨｚを例にとれば、弾性表面波の速度Ｖ＝３２００ｍ／ｓのとき、ＩＤＴの配列周期長Ｐ＝５×１０-6ｍとなり、通常に使用される反射係数γ＝０．０５から０．０６範囲において、ＩＤＴの電極指対数Ｍが１００から１２０対かつ反射器の金属導体の本数Ｎ＝６０から４０本で使用されることになる。
上記のように設計された素子は、その長手寸法ＸＬが１．６ｍｍ程度となり、良好な特性を維持する場合には、これ以上の小型化は困難である。
また一方、特許文献２の構成では、前述の周波数３１５ＭＨｚのとき、ＩＤＴの電極指対数Ｍ＝３０、反射器の金属導体の本数Ｎ＝０として、素子の長手寸法ＸＬ＝０．３ｍｍ程度の小型化が実現できるが、素子の長手寸法ＸＬの変化に対する素子周波数の変化（素子周波数感度）が大きい。このため、長手寸法ＸＬの寸法加工精度が厳しく、周波数精度として±５０ｐｐｍの実現が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものである。以下の形態または適用例は、上記課題を解決することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる弾性表面波共振子は、圧電体平板上に位相伝搬方向Ｘ’であるＳＨ型の弾性表面波が励振される少なくとも１つのすだれ状電極と、前記すだれ状電極の一方の側に配置された１つの反射器と、を備え、前記のすだれ状電極は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＭ対の電極指からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記電極指の幅寸法をＬＴとし、前記電極指の存在しない領域の寸法をＳＴとして、ＩＤＴ配列周期長であるＰＴがＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴであり、前記反射器は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＮ本の金属導体からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記金属導体の幅寸法をＬＲとし、前記金属導体の存在しない領域の寸法をＳＲとして、反射器配列周期長であるＰＲがＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲであり、前記反射器配列周期長ＰＲと前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴが１．０１以上１．０２以下の範囲であって、前記すだれ状電極の他方の側に前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴの電極が存在しない領域を有して前記圧電体平板が垂直に切断された切断面を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、すだれ状電極（ＩＤＴ）で励振されたＳＨ波は、ＩＤＴの一方の側に伝搬して、そこに配置された反射器にて反射される。また、ＩＤＴの他方の側に伝搬するＳＨ波は圧電体平板の端面にて反射される。そして、これらの反射されたＳＨ波がＩＤＴを形成した部分の中央部において振動エネルギが閉じ込められる。このように、適用例１では、ＩＤＴの両側に反射器を有する通常のＳＨ波を利用する弾性表面波共振子を、その中央部で切断した形態となっている。以上のように、弾性表面波共振子の共振周波数がＩＤＴの電極配列のみに依存することから、周波数精度が良好で小型な弾性表面波共振子を実現できる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極が有する前記電極指の対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲であることが望ましい。
【０００９】
この構成によれば、弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗値Ｒ１を２５Ω以下に設定することができる。そして、弾性表面波共振子を発振回路に組み込んだ際に、低消費電力にて弾性表面波共振子を発振させることが可能となる。また、この構成では容量比γを１０００以下とすることができ、容量を付加した場合に周波数の可変量を大きくとることができ、回路基板などに弾性表面波共振子を搭載した際に可変容量を用いて周波数の合わせこみが容易となる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記圧電体平板が水晶単結晶からなり、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、まず光軸であるＺ軸の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次に電気軸であるＸ軸の回りに反時計方向にθが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、次に新たに生成したＺ’軸の回りに圧電体平板内において、Ｘ軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψが９０°±２°の範囲である方向が弾性表面波の位相伝搬方位であることが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、周波数温度特性に優れたオイラー角表示で（０°±１°，２９．２°≦θ≦４０．７°，９０°±２°）の水晶基板（ＳＨカット基板）を使用することにより、小型で高精度な弾性表面波共振子が実現できる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極の前記電極指および前記反射器の前記金属導体はアルミニウム膜からなり、前記すだれ状電極の膜厚Ｈと前記ＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下であることが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、弾性表面波共振子のＱ値を最大に維持した上で、電極１本が有する反射係数γを最大の０．０６程度に大きくでき、結果としてすだれ状電極が有する電極指の対数Ｍと反射器の金属導体数Ｎとの総和を少なくできるため、小型な弾性表面波共振子が実現できる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極の他方の側に設けられた前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴと、前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＳＴ／ＰＴが、０．４以上０．９以下の範囲であることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、励振されるＳＨ波の基本波と端部で反射される反射波のエッジモード（ＥＤＭ）とが結合しないため、周波数ジャンプ現象または周波数温度特性のゆがみが発生せず、良好な信号源を出力する弾性表面波共振子が実現できる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記圧電体平板上の前記反射器が形成された部分の裏面にて基板に接着固定されることが望ましい。
【００１７】
この構成によれば、弾性表面波共振子の支持構造として片持ち支持構造を採用でき、さらにＩＤＴから離れた反射器が形成された部分の裏面で基板に接着固定されていることから、周波数経時変化に優れ周波数温度特性のばらつきが少ない、弾性表面波共振子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（実施形態）
【００１９】
図１は本実施形態の弾性表面波共振子の構成を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う断面図である。
弾性表面波共振子（以下略して本素子と称すことがある）１は、圧電体平板としての水晶基板１０表面にすだれ状電極１１（以下、「ＩＤＴ１１」と書く）と、ＩＤＴ１１の一方の側に配置された１つの反射器１３とを備えている。
ＩＤＴ１１は正極側の電極指１１ａと負極側の電極指１１ｂとが交互に間挿されて構成されている。そして、この電極指１１ａと電極指１１ｂの極性は時間と共に交互の逆相となるように構成されている。隣接する１つの電極指１１ａと１つの電極指１１ｂとで１対の電極指と呼ぶ。そして、この１対の電極指の数を対数と呼び、２０から８０対の電極指が形成されている。正極側の電極指１１ａは給電導体１２ａに接続され、負極側の電極指１１ｂは給電導体１２ｂに接続されている。反射器１３は多数の金属導体１３ａが等ピッチに連続して構成されている。そして、この金属導体１３ａの本数は４０から６０本に設定されている。
このように、弾性表面波共振子１は、図中右側にＩＤＴ１１、図中左側に反射器１３が配置された構成である。
【００２０】
なお、ＩＤＴ１１の電極指１１ａ，１１ｂおよび反射器１３の金属導体１３ａはＳＨ型弾性表面波の位相伝搬方向Ｘ’に対して、ほぼ直交して形成されている。
また、反射器１３が形成された側の本素子の隅部には接続パッド１５ａ，１５ｂが形成され、それぞれ給電導体１２ａ，１２ｂに接続されている。
弾性表面波共振子１の水晶基板１０表面に設けられたＩＤＴ１１、反射器１３、給電導体１２ａ，１２ｂ、接続パッド１５ａ，１５ｂはアルミニウム膜をフォトリソ加工により形成された金属パターンである。
【００２１】
次に、ＩＤＴ１１および反射器１３において、ＳＨ型弾性表面波の位相伝搬方向Ｘ’に沿った各寸法について説明する。
ＩＤＴ１１において、寸法ＬＴは電極指１１ａまたは電極指１１ｂの幅寸法であり、寸法ＳＴは電極指１１ａと電極指１１ｂとの間（電極指が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＴはＬＴとＳＴの和（ＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴ）からなるＩＤＴ配列周期長である。さらに、寸法ＰＳＴはＩＤＴ１１における他方の側の端部から水晶基板１０の端部までの寸法である。このＰＳＴの寸法はＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法に設定されている。なお、本実施形態では、公称共振周波数ｆ０はｆ０＝Ｖ／（２ＰＴ）であり、ＶはＳＨ型の弾性表面波の速度でＶ＝３２００ｍ／ｓである。
【００２２】
反射器１３において、寸法ＬＲは金属導体１３ａの幅寸法であり、寸法ＳＲは金属導体１３ａと金属導体１３ａの間（金属導体が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＲはＬＲとＳＲの和（ＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲ）からなる反射器配列周期長である。
なお、反射器配列周期長ＰＲとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴは反射効果を発揮する１．０１以上１．０２以下に設定されている。
このように、ＩＤＴ１１の他方の側には反射器が設けられておらず、電極指の端部から水晶基板端部までの寸法がＰＳＴで切断されている。この水晶基板端部はダイシング装置、ワイヤーソーなどで切断され、その切断面は研磨加工された状態にある。
【００２３】
次に、本実施形態に用いる圧電体平板としての水晶基板のカット面について説明する。図２は本実施形態における水晶基板のカット面を説明する模式図である。
水晶単結晶からなる水晶基板１０は、水晶結晶の基本軸において、Ｘ軸（電気軸）とＹ軸（機械軸）、Ｚ軸（光軸）を備え、右手系の直交座標系を構成している。
水晶基板１０は、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、まずＺ軸の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次にＸ軸の回りに反時計方向にθが２９．２°から４０．７°の範囲であり、Ｘ軸と新たに生成したＹ’軸とで形成される面を主面とする水晶基板である。そして、新たに生成したＺ’軸の回りに水晶基板１０内において、Ｘ軸を起点として反時計方向（Ｘ軸からＹ’軸方向に）に面内回転して、ψが９０°±２°範囲である方向Ｘ’が弾性表面波の位相伝搬方位である。このような水晶基板１０をＳＨカットと呼ぶことにする。このＳＨカットの水晶基板１０を用いＳＨ波を励振させた場合、周波数温度特性に優れた弾性表面波共振子を構成できることが知られている。
【００２４】
次に、上記のような弾性表面波共振子について、特性図を用いてその特性について説明する。ここで、ＩＤＴ１１の端部から水晶基板端部までの寸法ＰＳＴとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比をＥＴＡＳ（＝ＰＳＴ／ＰＴ）と定義する。
図３は弾性表面波共振子のＱ値とＥＴＡＳの関係を示す特性図であり、図４は弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＥＴＡＳの関係を示す特性図である。そして、図５は弾性表面波共振子の容量比γとＥＴＡＳの関係を示す特性図である。
図３によれば、弾性表面波共振子はＥＴＡＳによらず、Ｑ値は一定の値を有している。
また、図４において、等価直列共振抵抗Ｒ１はＥＴＡＳの値により変動し、ＥＴＡＳが０．４以上０．９以下の範囲で等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下となることがわかる。等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下であれば、発振回路に弾性表面波共振子を組み込んだ場合に低消費電力にて発振させることが可能である。
図５において、ＥＴＡＳが０．４以上０．９以下の範囲であれば、容量比γは約９５０以下となる。この容量比γが小さいということは、容量を付加した場合に周波数の可変量を大きくとることができ、回路基板などに弾性表面波共振子を搭載した際に可変容量を用いて周波数の合わせこみが容易となる。
【００２５】
また、図６はＱ値と規格化電極厚みＨ／λの関係を示す特性図である。ここで、ＩＤＴ１１におけるアルミニウム膜の膜厚がＨ、弾性表面波の波長がλのとき、Ｈ／λを規格化電極厚みとする。
この特性図より、規格化電極厚みＨ／λの値によりＱ値は変動し、規格化電極厚みＨ／λが０．０５以上０．０６以下のとき、Ｑ値が１５０００以上となり、弾性表面波を励振するのに良好な値にある。
【００２６】
次に、ＩＤＴにおける電極の対数と各特性との関係について説明する。
図７は、弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図であり、図８は、弾性表面波共振子のＱ値とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図である。図９は、弾性表面波共振子の容量比γとＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図である。なお、図７，図８，図９はＥＴＡＳ＝０．８における、弾性表面波共振子の特性を示している。
【００２７】
図７において、等価直列共振抵抗Ｒ１はＩＤＴの電極対数Ｍが多くなるに従って小さくなる傾向にある。また、図８において、ＩＤＴの電極対数Ｍが２０対のときＱ値は約１９０００であり、ＩＤＴの電極対数Ｍが４０対以上の場合のＱ値は約１６０００で、ほぼ一定の値である。さらに、図９によれば、容量比γはＩＤＴの電極対数Ｍが多くなるに従って大きくなる傾向にあることがわかる。
以上説明したように、等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下、Ｑ値が１５０００以上、容量比γが１０００以下を良好な弾性表面波素子の特性であるとすると、ＩＤＴの電極対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲で、良好な弾性表面波素子の特性を得ることができる。
【００２８】
続いて、上記の構成のような弾性表面波共振子における振動変位振幅状態について説明する。
図１０は本実施形態における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図である。この模式図では縦軸に振動の変位をとり、横軸に弾性表面波共振子における弾性波の伝搬方向の長さをとって、弾性表面波共振子の位置と対応するように表している。また、この振動変位振幅状態はＥＴＡＳ＝０．８のときの一例を示している。
ＩＤＴの一方の側に配置された反射器ではＩＤＴで励振された弾性表面波が反射され、振動の変位が反射器の終端では十分に減衰していることがわかる。また、ＩＤＴの他方の側では水晶基板の端部で弾性表面波の反射が生じ、振動の変位が小さくなっている。そして、ＩＤＴのほぼ中央部で振動の変位が最大となり、振動エネルギが閉じ込められているのがわかる。
このように、本実施形態の弾性表面波共振子はＩＤＴの一方の側では反射器で弾性表面波が反射され、ＩＤＴの他方の側では水晶基板の端面で弾性表面波が反射されている。
【００２９】
以上のように、本実施形態の弾性表面波共振子１において、共振周波数が電極配列のみに依存することから、周波数精度が良好で小型な弾性表面波共振子を実現できる。
また、すだれ状電極が有する前記電極指の対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲とすることで、弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗値Ｒ１を２５Ω以下に設定することができる。そして、弾性表面波共振子を発振回路に組み込んだ際に、低消費電力にて弾性表面波共振子を発振させることが可能となる。また、この構成では容量比γを１０００以下とすることができ、容量を付加した場合に周波数の可変量を大きくとることができ、回路基板などに弾性表面波共振子を搭載した際に可変容量を用いて周波数の合わせこみが容易となる。
さらに、周波数温度特性に優れた水晶基板としてＳＨカットの基板を用いることにより、小型で高精度な弾性表面波共振子が実現できる。
また、すだれ状電極の電極指および反射器の金属導体はアルミニウム膜からなり、すだれ状電極の膜厚ＨとＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下とすることで、弾性表面波共振子のＱ値を最大に維持した上で、電極１本が有する反射係数γを最大の０．０６程度に大きくできる。結果としてすだれ状電極が有する電極指の対数Ｍと反射器の金属導体数Ｎとの総和を少なくできるため、小型な弾性表面波共振子が実現できる。
さらに、寸法ＰＳＴと、前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＳＴ／ＰＴが、０．４以上０．９以下の範囲とすることで、励振されるＳＨ波の基本波と端部で反射される反射波のエッジモード（ＥＤＭ）とが結合しないため、周波数ジャンプ現象または周波数温度特性のゆがみが発生せず、良好な信号源を出力する弾性表面波共振子が実現できる。
【００３０】
次に、本実施形態の弾性表面波共振子をパッケージした状態について説明する。
図１１は弾性表面波共振子をパッケージした状態を示す模式図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う断面図である。
弾性表面波共振子１はセラミックパッケージ５０内に収容され、蓋体５８によりセラミックパッケージ５０内を気密に封止されている。
弾性表面波共振子１は図１で説明した実施形態の素子であり、図１と同符号を付し詳細な説明は省略する。
セラミックパッケージ５０は、セラミックシートを積層して凹部が形成された積層セラミック基板５１を有している。積層セラミック基板５１の凹部には端子５３が形成され、積層セラミック基板５１の外周部に形成された外部接続端子５４に接続されている。また、積層セラミック基板５１の上方にはコバールなどの金属からなるシームリング５２が固着されている。
【００３１】
弾性表面波共振子１はセラミックパッケージ５０の凹部の底面に接着剤５５にて片持ち状態に固定されている。この接着部は水晶基板１０の反射器１３が形成された部分の裏面にて接着剤５５が塗布されて固定されている。さらに、弾性表面波共振子１の接続パッド１５ａ，１５ｂとセラミックパッケージ５０の端子５３とがＡｕ線などの金属ワイヤ５６により接続されている。
そして、シームリング５２とコバールなどの金属からなる蓋体５８とがシーム溶接されて、セラミックパッケージ５０内を乾燥窒素雰囲気にて気密に封止されている。
【００３２】
このように、本実施形態の弾性表面波共振子１によれば、弾性表面波共振子１の支持構造として片持ち支持構造を採用できることから、水晶基板１０に支持による応力がかからず周波数が安定する効果がある。さらに、ＩＤＴ１１から離れた反射器１３が形成された部分の裏面でセラミックパッケージ５０の凹部の底面に接着固定されることから、接着剤の経時変化、温度変化による収縮などの影響をＩＤＴ１１が受けることなく、周波数経時変化に優れ周波数温度特性のばらつきが少ない、弾性表面波共振子１を得ることができる。
【００３３】
また、上記の実施形態の他に、次のような実施をすることも可能である。
図１２は、他の実施における弾性表面波共振子の構成を示し、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う断面図である。
弾性表面波共振子３は、水晶基板８０表面にすだれ状電極８１（以下、「ＩＤＴ８１」と書く）と、ＩＤＴ８１の両側に配置された２つの反射器８３とを備えている。
水晶基板８０は、図２で説明したＳＨカット基板を用いている。ＩＤＴ８１は正極側の電極指８１ａと負極側の電極指８１ｂとが交互に間挿されて構成されている。そして、この電極指８１ａと電極指８１ｂの極性は時間と共に交互の逆相となるように構成されている。隣接する１つの電極指８１ａと１つの電極指８１ｂとで１対の電極指と呼ぶ。そして、この１対の電極指の数を対数と呼び、４０から８０対の電極指が形成されている。正極側の電極指８１ａは給電導体８２ａに接続され、負極側の電極指８１ｂは給電導体８２ｂに接続されている。反射器８３は多数の金属導体８３ａが等ピッチに連続して構成されている。そして、この金属導体８３ａの本数は１から８本に設定されている。
弾性表面波共振子３の水晶基板８０表面に設けられたＩＤＴ８１、反射器８３、給電導体８２ａ，８２ｂはアルミニウム膜をフォトリソ加工により形成された金属パターンである。
【００３４】
ＩＤＴ８１において、寸法ＬＴは電極指８１ａまたは電極指８１ｂの幅寸法であり、寸法ＳＴは電極指８１ａと電極指８１ｂとの間（電極指が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＴはＬＴとＳＴの和（ＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴ）からなるＩＤＴ配列周期長である。
【００３５】
反射器８３において、寸法ＬＲは金属導体８３ａの幅寸法であり、寸法ＳＲは金属導体８３ａと金属導体８３ａの間（金属導体が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＲはＬＲとＳＲの和（ＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲ）からなる反射器配列周期長である。さらに、寸法ＰＳＲは反射器８３における金属導体８３ａ端部から水晶基板８０の端部までの寸法である。このＰＳＲの寸法は反射器配列周期長ＰＲに満たない寸法に設定されている。この水晶基板端部はダイシング装置、ワイヤーソーなどで切断され、さらには研磨加工された状態にある。このように、両側の反射器８３は、通常、反射器８３で弾性表面波を反射するには４０から６０本の金属導体８３ａが形成されるが、本実施では反射器を途中で切断した形態である。
なお、反射器配列周期長ＰＲとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴは１．０１以上１．０２以下に設定されている。
【００３６】
また、良好な弾性表面波共振子が得られる値である等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下、Ｑ値が１５０００以上、容量比γが１０００以下とすると、ＩＤＴ８１が有する電極指の対数Ｍは４０対以上８０対以下、ＩＤＴ８１の膜厚ＨとＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の値に設定するのが好ましい。
さらに、励振されるＳＨ波の基本波と端部で反射される反射波のエッジモード（ＥＤＭ）とが結合しないように、ＰＳＲと反射器のＰＲとの比ＰＳＲ／ＰＲにして、０から０．２の範囲、および０．３から０．６の範囲、および０．７から１．０の範囲に設定するのが好ましい。
【００３７】
図１３は本実施における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図である。この模式図では縦軸に振動の変位をとり、横軸に弾性表面波共振子における弾性波の伝搬方向の長さをとって、弾性表面波共振子の位置と対応するように表している。
ＩＤＴの両側に配置された反射器ではＩＤＴで励振された弾性表面波が反射され、水晶基板の端部に行くに従い振動の変位が小さくなっている。そして、水晶基板の端部では弾性表面波の反射が生じ、ＩＤＴのほぼ中央部で振動の変位が最大となり、振動エネルギが閉じ込められているのがわかる。また、水晶基板の両方の端部では振動している状態にあり、この端部の変位に比べてＩＤＴ中央部の変位は２倍以上の変位となっている。
このように、本実の弾性表面波共振子は水晶基板の両方の端面で弾性表面波が反射されるように構成されている。
上記のように、弾性表面波共振子において、反射器の金属導体を１本以上８本以下に形成して、弾性表面波を水晶基板の両端面で反射させ、弾性表面波共振子を小型化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態の弾性表面波共振子の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う断面図。
【図２】本実施形態における水晶基板のカット面を説明する模式図。
【図３】弾性表面波共振子のＱ値とＥＴＡＳの関係を示す特性図。
【図４】弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＥＴＡＳの関係を示す特性図。
【図５】弾性表面波共振子の容量比γとＥＴＡＳの関係を示す特性図。
【図６】Ｑ値と規格化電極厚みＨ／λの関係を示す特性図。
【図７】弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図。
【図８】弾性表面波共振子のＱ値とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図。
【図９】弾性表面波共振子の容量比γとＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図。
【図１０】本実施形態における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図。
【図１１】弾性表面波共振子をパッケージした状態を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う断面図。
【図１２】他の実施における弾性表面波共振子の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う断面図。
【図１３】他の実施における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００３９】
１…弾性表面波共振子、１０…水晶基板、１１…すだれ状電極（ＩＤＴ）、１１ａ，１１ｂ…電極指、１２ａ，１２ｂ…給電導体、１３…反射器、１３ａ…金属導体、１５ａ，１５ｂ…接続パッド、５０…セラミックパッケージ、５１…積層セラミック基板、５２…シームリング、５３…端子、５５…接着剤、５６…金属ワイヤ、５８…蓋体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＨ波を利用する弾性表面波共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＡＳＫ送信装置などに、水晶ＳＴカット基板（圧電体平板の一例）を用いて構成した弾性表面波共振子が利用されている。この弾性表面波共振子は、周波数温度特性が零温度係数を持ち精度が良くかつ、所望の周波数を直接発振が可能であるために、各種無線系の圧電発振器に使用されている。また近年、弾性表面波共振子はジッタが無く位相ノイズに優れた信号を得ることができることから、乗用車のドアの開閉に微弱電波を用いるキーレスエントリー装置に多数使用されている。
さらに最近になって、各種センサーの情報を中央処理装置に伝送して処理するセンサネットワークが注目されている。このセンサネットワークでは屋内等で使用される比較的近距離間の微弱無線通信が必要であり、送受信装置の小形化かつ低コスト化が急務となっている。
弾性表面波共振子としては、特許文献１に開示されたようなＳＨ波を利用する弾性表面波共振子が知られている。このＳＨ波を利用する弾性表面波共振子は、水晶基板を用い周波数温度特性が水晶ＳＴカットに対して優れた周波数精度が得られている。水晶基板の切断方位は、水晶結晶の基本軸において、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、Ｚ軸（光軸）の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次にＸ軸（電気軸）の回りに反時計方向にθが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、次に新たに生成したＺ’の軸回りに圧電体平板内において、Ｘ軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψが９０°±２°範囲である方向が弾性表面波の位相伝搬方位としている。このＳＨ波を利用した前記方位の圧電体平板の場合にも、従来の水晶ＳＴカット基板を用いた弾性表面波共振子と同様な構成で弾性表面波共振子を形成できる。例えばアルミニウム膜からなる多数の平行導体の電極指を周期的に配置したすだれ状電極（以下、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）と称す）を形成し、さらにその両側に一対の反射器を多数のストリップ形状からなる金属導体を平行にかつ周期的に配置して構成し、１ポート型の弾性表面波共振子を形成できる。
また、ＳＨ波を使用する弾性表面波共振子として、反射器を設けず素子基板の端面をカットして小型化を実現したものが知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０９９０８９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第５９５３４３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の弾性表面波共振子においては、基本波動作する弾性表面波共振子であるため、ＩＤＴの電極指および反射器の金属導体の繰り返しである配列周期長Ｐと動作周波数との関係は、Ｖを弾性表面波の速度とし、ｆを動作周波数とすれば、ｆ＝Ｖ／（２Ｐ）の関係にある。このように、動作周波数ｆは速度Ｖと配列周期長Ｐに制約されている。
市場でよく使用される周波数３１５ＭＨｚを例にとれば、弾性表面波の速度Ｖ＝３２００ｍ／ｓのとき、ＩＤＴの配列周期長Ｐ＝５×１０-6ｍとなり、通常に使用される反射係数γ＝０．０５から０．０６範囲において、ＩＤＴの電極指対数Ｍが１００から１２０対かつ反射器の金属導体の本数Ｎ＝６０から４０本で使用されることになる。
上記のように設計された素子は、その長手寸法ＸＬが１．６ｍｍ程度となり、良好な特性を維持する場合には、これ以上の小型化は困難である。
また一方、特許文献２の構成では、前述の周波数３１５ＭＨｚのとき、ＩＤＴの電極指対数Ｍ＝３０、反射器の金属導体の本数Ｎ＝０として、素子の長手寸法ＸＬ＝０．３ｍｍ程度の小型化が実現できるが、素子の長手寸法ＸＬの変化に対する素子周波数の変化（素子周波数感度）が大きい。このため、長手寸法ＸＬの寸法加工精度が厳しく、周波数精度として±５０ｐｐｍの実現が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものである。以下の形態または適用例は、上記課題を解決することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる弾性表面波共振子は、圧電体平板上に位相伝搬方向Ｘ’であるＳＨ型の弾性表面波が励振される少なくとも１つのすだれ状電極と、前記すだれ状電極の一方の側に配置された１つの反射器と、を備え、前記のすだれ状電極は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＭ対の電極指からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記電極指の幅寸法をＬＴとし、前記電極指の存在しない領域の寸法をＳＴとして、ＩＤＴ配列周期長であるＰＴがＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴであり、前記反射器は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＮ本の金属導体からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記金属導体の幅寸法をＬＲとし、前記金属導体の存在しない領域の寸法をＳＲとして、反射器配列周期長であるＰＲがＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲであり、前記反射器配列周期長ＰＲと前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴが１．０１以上１．０２以下の範囲であって、前記すだれ状電極の他方の側に前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴの電極が存在しない領域を有して前記圧電体平板が垂直に切断された切断面を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、すだれ状電極（ＩＤＴ）で励振されたＳＨ波は、ＩＤＴの一方の側に伝搬して、そこに配置された反射器にて反射される。また、ＩＤＴの他方の側に伝搬するＳＨ波は圧電体平板の端面にて反射される。そして、これらの反射されたＳＨ波がＩＤＴを形成した部分の中央部において振動エネルギが閉じ込められる。このように、適用例１では、ＩＤＴの両側に反射器を有する通常のＳＨ波を利用する弾性表面波共振子を、その中央部で切断した形態となっている。以上のように、弾性表面波共振子の共振周波数がＩＤＴの電極配列のみに依存することから、周波数精度が良好で小型な弾性表面波共振子を実現できる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極が有する前記電極指の対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲であることが望ましい。
【０００９】
この構成によれば、弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗値Ｒ１を２５Ω以下に設定することができる。そして、弾性表面波共振子を発振回路に組み込んだ際に、低消費電力にて弾性表面波共振子を発振させることが可能となる。また、この構成では容量比γを１０００以下とすることができ、容量を付加した場合に周波数の可変量を大きくとることができ、回路基板などに弾性表面波共振子を搭載した際に可変容量を用いて周波数の合わせこみが容易となる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記圧電体平板が水晶単結晶からなり、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、まず光軸であるＺ軸の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次に電気軸であるＸ軸の回りに反時計方向にθが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、次に新たに生成したＺ’軸の回りに圧電体平板内において、Ｘ軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψが９０°±２°の範囲である方向が弾性表面波の位相伝搬方位であることが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、周波数温度特性に優れたオイラー角表示で（０°±１°，２９．２°≦θ≦４０．７°，９０°±２°）の水晶基板（ＳＨカット基板）を使用することにより、小型で高精度な弾性表面波共振子が実現できる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極の前記電極指および前記反射器の前記金属導体はアルミニウム膜からなり、前記すだれ状電極の膜厚Ｈと前記ＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下であることが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、弾性表面波共振子のＱ値を最大に維持した上で、電極１本が有する反射係数γを最大の０．０６程度に大きくでき、結果としてすだれ状電極が有する電極指の対数Ｍと反射器の金属導体数Ｎとの総和を少なくできるため、小型な弾性表面波共振子が実現できる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記すだれ状電極の他方の側に設けられた前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴと、前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＳＴ／ＰＴが、０．４以上０．９以下の範囲であることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、励振されるＳＨ波の基本波と端部で反射される反射波のエッジモード（ＥＤＭ）とが結合しないため、周波数ジャンプ現象または周波数温度特性のゆがみが発生せず、良好な信号源を出力する弾性表面波共振子が実現できる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記圧電体平板上の前記反射器が形成された部分の裏面にて基板に接着固定されることが望ましい。
【００１７】
この構成によれば、弾性表面波共振子の支持構造として片持ち支持構造を採用でき、さらにＩＤＴから離れた反射器が形成された部分の裏面で基板に接着固定されていることから、周波数経時変化に優れ周波数温度特性のばらつきが少ない、弾性表面波共振子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（実施形態）
【００１９】
図１は本実施形態の弾性表面波共振子の構成を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う断面図である。
弾性表面波共振子（以下略して本素子と称すことがある）１は、圧電体平板としての水晶基板１０表面にすだれ状電極１１（以下、「ＩＤＴ１１」と書く）と、ＩＤＴ１１の一方の側に配置された１つの反射器１３とを備えている。
ＩＤＴ１１は正極側の電極指１１ａと負極側の電極指１１ｂとが交互に間挿されて構成されている。そして、この電極指１１ａと電極指１１ｂの極性は時間と共に交互の逆相となるように構成されている。隣接する１つの電極指１１ａと１つの電極指１１ｂとで１対の電極指と呼ぶ。そして、この１対の電極指の数を対数と呼び、２０から８０対の電極指が形成されている。正極側の電極指１１ａは給電導体１２ａに接続され、負極側の電極指１１ｂは給電導体１２ｂに接続されている。反射器１３は多数の金属導体１３ａが等ピッチに連続して構成されている。そして、この金属導体１３ａの本数は４０から６０本に設定されている。
このように、弾性表面波共振子１は、図中右側にＩＤＴ１１、図中左側に反射器１３が配置された構成である。
【００２０】
なお、ＩＤＴ１１の電極指１１ａ，１１ｂおよび反射器１３の金属導体１３ａはＳＨ型弾性表面波の位相伝搬方向Ｘ’に対して、ほぼ直交して形成されている。
また、反射器１３が形成された側の本素子の隅部には接続パッド１５ａ，１５ｂが形成され、それぞれ給電導体１２ａ，１２ｂに接続されている。
弾性表面波共振子１の水晶基板１０表面に設けられたＩＤＴ１１、反射器１３、給電導体１２ａ，１２ｂ、接続パッド１５ａ，１５ｂはアルミニウム膜をフォトリソ加工により形成された金属パターンである。
【００２１】
次に、ＩＤＴ１１および反射器１３において、ＳＨ型弾性表面波の位相伝搬方向Ｘ’に沿った各寸法について説明する。
ＩＤＴ１１において、寸法ＬＴは電極指１１ａまたは電極指１１ｂの幅寸法であり、寸法ＳＴは電極指１１ａと電極指１１ｂとの間（電極指が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＴはＬＴとＳＴの和（ＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴ）からなるＩＤＴ配列周期長である。さらに、寸法ＰＳＴはＩＤＴ１１における他方の側の端部から水晶基板１０の端部までの寸法である。このＰＳＴの寸法はＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法に設定されている。なお、本実施形態では、公称共振周波数ｆ０はｆ０＝Ｖ／（２ＰＴ）であり、ＶはＳＨ型の弾性表面波の速度でＶ＝３２００ｍ／ｓである。
【００２２】
反射器１３において、寸法ＬＲは金属導体１３ａの幅寸法であり、寸法ＳＲは金属導体１３ａと金属導体１３ａの間（金属導体が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＲはＬＲとＳＲの和（ＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲ）からなる反射器配列周期長である。
なお、反射器配列周期長ＰＲとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴは反射効果を発揮する１．０１以上１．０２以下に設定されている。
このように、ＩＤＴ１１の他方の側には反射器が設けられておらず、電極指の端部から水晶基板端部までの寸法がＰＳＴで切断されている。この水晶基板端部はダイシング装置、ワイヤーソーなどで切断され、その切断面は研磨加工された状態にある。
【００２３】
次に、本実施形態に用いる圧電体平板としての水晶基板のカット面について説明する。図２は本実施形態における水晶基板のカット面を説明する模式図である。
水晶単結晶からなる水晶基板１０は、水晶結晶の基本軸において、Ｘ軸（電気軸）とＹ軸（機械軸）、Ｚ軸（光軸）を備え、右手系の直交座標系を構成している。
水晶基板１０は、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、まずＺ軸の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次にＸ軸の回りに反時計方向にθが２９．２°から４０．７°の範囲であり、Ｘ軸と新たに生成したＹ’軸とで形成される面を主面とする水晶基板である。そして、新たに生成したＺ’軸の回りに水晶基板１０内において、Ｘ軸を起点として反時計方向（Ｘ軸からＹ’軸方向に）に面内回転して、ψが９０°±２°範囲である方向Ｘ’が弾性表面波の位相伝搬方位である。このような水晶基板１０をＳＨカットと呼ぶことにする。このＳＨカットの水晶基板１０を用いＳＨ波を励振させた場合、周波数温度特性に優れた弾性表面波共振子を構成できることが知られている。
【００２４】
次に、上記のような弾性表面波共振子について、特性図を用いてその特性について説明する。ここで、ＩＤＴ１１の端部から水晶基板端部までの寸法ＰＳＴとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比をＥＴＡＳ（＝ＰＳＴ／ＰＴ）と定義する。
図３は弾性表面波共振子のＱ値とＥＴＡＳの関係を示す特性図であり、図４は弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＥＴＡＳの関係を示す特性図である。そして、図５は弾性表面波共振子の容量比γとＥＴＡＳの関係を示す特性図である。
図３によれば、弾性表面波共振子はＥＴＡＳによらず、Ｑ値は一定の値を有している。
また、図４において、等価直列共振抵抗Ｒ１はＥＴＡＳの値により変動し、ＥＴＡＳが０．４以上０．９以下の範囲で等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下となることがわかる。等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下であれば、発振回路に弾性表面波共振子を組み込んだ場合に低消費電力にて発振させることが可能である。
図５において、ＥＴＡＳが０．４以上０．９以下の範囲であれば、容量比γは約９５０以下となる。この容量比γが小さいということは、容量を付加した場合に周波数の可変量を大きくとることができ、回路基板などに弾性表面波共振子を搭載した際に可変容量を用いて周波数の合わせこみが容易となる。
【００２５】
また、図６はＱ値と規格化電極厚みＨ／λの関係を示す特性図である。ここで、ＩＤＴ１１におけるアルミニウム膜の膜厚がＨ、弾性表面波の波長がλのとき、Ｈ／λを規格化電極厚みとする。
この特性図より、規格化電極厚みＨ／λの値によりＱ値は変動し、規格化電極厚みＨ／λが０．０５以上０．０６以下のとき、Ｑ値が１５０００以上となり、弾性表面波を励振するのに良好な値にある。
【００２６】
次に、ＩＤＴにおける電極の対数と各特性との関係について説明する。
図７は、弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図であり、図８は、弾性表面波共振子のＱ値とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図である。図９は、弾性表面波共振子の容量比γとＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図である。なお、図７，図８，図９はＥＴＡＳ＝０．８における、弾性表面波共振子の特性を示している。
【００２７】
図７において、等価直列共振抵抗Ｒ１はＩＤＴの電極対数Ｍが多くなるに従って小さくなる傾向にある。また、図８において、ＩＤＴの電極対数Ｍが２０対のときＱ値は約１９０００であり、ＩＤＴの電極対数Ｍが４０対以上の場合のＱ値は約１６０００で、ほぼ一定の値である。さらに、図９によれば、容量比γはＩＤＴの電極対数Ｍが多くなるに従って大きくなる傾向にあることがわかる。
以上説明したように、等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下、Ｑ値が１５０００以上、容量比γが１０００以下を良好な弾性表面波素子の特性であるとすると、ＩＤＴの電極対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲で、良好な弾性表面波素子の特性を得ることができる。
【００２８】
続いて、上記の構成のような弾性表面波共振子における振動変位振幅状態について説明する。
図１０は本実施形態における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図である。この模式図では縦軸に振動の変位をとり、横軸に弾性表面波共振子における弾性波の伝搬方向の長さをとって、弾性表面波共振子の位置と対応するように表している。また、この振動変位振幅状態はＥＴＡＳ＝０．８のときの一例を示している。
ＩＤＴの一方の側に配置された反射器ではＩＤＴで励振された弾性表面波が反射され、振動の変位が反射器の終端では十分に減衰していることがわかる。また、ＩＤＴの他方の側では水晶基板の端部で弾性表面波の反射が生じ、振動の変位が小さくなっている。そして、ＩＤＴのほぼ中央部で振動の変位が最大となり、振動エネルギが閉じ込められているのがわかる。
このように、本実施形態の弾性表面波共振子はＩＤＴの一方の側では反射器で弾性表面波が反射され、ＩＤＴの他方の側では水晶基板の端面で弾性表面波が反射されている。
【００２９】
以上のように、本実施形態の弾性表面波共振子１において、共振周波数が電極配列のみに依存することから、周波数精度が良好で小型な弾性表面波共振子を実現できる。
また、すだれ状電極が有する前記電極指の対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲とすることで、弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗値Ｒ１を２５Ω以下に設定することができる。そして、弾性表面波共振子を発振回路に組み込んだ際に、低消費電力にて弾性表面波共振子を発振させることが可能となる。また、この構成では容量比γを１０００以下とすることができ、容量を付加した場合に周波数の可変量を大きくとることができ、回路基板などに弾性表面波共振子を搭載した際に可変容量を用いて周波数の合わせこみが容易となる。
さらに、周波数温度特性に優れた水晶基板としてＳＨカットの基板を用いることにより、小型で高精度な弾性表面波共振子が実現できる。
また、すだれ状電極の電極指および反射器の金属導体はアルミニウム膜からなり、すだれ状電極の膜厚ＨとＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下とすることで、弾性表面波共振子のＱ値を最大に維持した上で、電極１本が有する反射係数γを最大の０．０６程度に大きくできる。結果としてすだれ状電極が有する電極指の対数Ｍと反射器の金属導体数Ｎとの総和を少なくできるため、小型な弾性表面波共振子が実現できる。
さらに、寸法ＰＳＴと、前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＳＴ／ＰＴが、０．４以上０．９以下の範囲とすることで、励振されるＳＨ波の基本波と端部で反射される反射波のエッジモード（ＥＤＭ）とが結合しないため、周波数ジャンプ現象または周波数温度特性のゆがみが発生せず、良好な信号源を出力する弾性表面波共振子が実現できる。
【００３０】
次に、本実施形態の弾性表面波共振子をパッケージした状態について説明する。
図１１は弾性表面波共振子をパッケージした状態を示す模式図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う断面図である。
弾性表面波共振子１はセラミックパッケージ５０内に収容され、蓋体５８によりセラミックパッケージ５０内を気密に封止されている。
弾性表面波共振子１は図１で説明した実施形態の素子であり、図１と同符号を付し詳細な説明は省略する。
セラミックパッケージ５０は、セラミックシートを積層して凹部が形成された積層セラミック基板５１を有している。積層セラミック基板５１の凹部には端子５３が形成され、積層セラミック基板５１の外周部に形成された外部接続端子５４に接続されている。また、積層セラミック基板５１の上方にはコバールなどの金属からなるシームリング５２が固着されている。
【００３１】
弾性表面波共振子１はセラミックパッケージ５０の凹部の底面に接着剤５５にて片持ち状態に固定されている。この接着部は水晶基板１０の反射器１３が形成された部分の裏面にて接着剤５５が塗布されて固定されている。さらに、弾性表面波共振子１の接続パッド１５ａ，１５ｂとセラミックパッケージ５０の端子５３とがＡｕ線などの金属ワイヤ５６により接続されている。
そして、シームリング５２とコバールなどの金属からなる蓋体５８とがシーム溶接されて、セラミックパッケージ５０内を乾燥窒素雰囲気にて気密に封止されている。
【００３２】
このように、本実施形態の弾性表面波共振子１によれば、弾性表面波共振子１の支持構造として片持ち支持構造を採用できることから、水晶基板１０に支持による応力がかからず周波数が安定する効果がある。さらに、ＩＤＴ１１から離れた反射器１３が形成された部分の裏面でセラミックパッケージ５０の凹部の底面に接着固定されることから、接着剤の経時変化、温度変化による収縮などの影響をＩＤＴ１１が受けることなく、周波数経時変化に優れ周波数温度特性のばらつきが少ない、弾性表面波共振子１を得ることができる。
【００３３】
また、上記の実施形態の他に、次のような実施をすることも可能である。
図１２は、他の実施における弾性表面波共振子の構成を示し、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う断面図である。
弾性表面波共振子３は、水晶基板８０表面にすだれ状電極８１（以下、「ＩＤＴ８１」と書く）と、ＩＤＴ８１の両側に配置された２つの反射器８３とを備えている。
水晶基板８０は、図２で説明したＳＨカット基板を用いている。ＩＤＴ８１は正極側の電極指８１ａと負極側の電極指８１ｂとが交互に間挿されて構成されている。そして、この電極指８１ａと電極指８１ｂの極性は時間と共に交互の逆相となるように構成されている。隣接する１つの電極指８１ａと１つの電極指８１ｂとで１対の電極指と呼ぶ。そして、この１対の電極指の数を対数と呼び、４０から８０対の電極指が形成されている。正極側の電極指８１ａは給電導体８２ａに接続され、負極側の電極指８１ｂは給電導体８２ｂに接続されている。反射器８３は多数の金属導体８３ａが等ピッチに連続して構成されている。そして、この金属導体８３ａの本数は１から８本に設定されている。
弾性表面波共振子３の水晶基板８０表面に設けられたＩＤＴ８１、反射器８３、給電導体８２ａ，８２ｂはアルミニウム膜をフォトリソ加工により形成された金属パターンである。
【００３４】
ＩＤＴ８１において、寸法ＬＴは電極指８１ａまたは電極指８１ｂの幅寸法であり、寸法ＳＴは電極指８１ａと電極指８１ｂとの間（電極指が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＴはＬＴとＳＴの和（ＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴ）からなるＩＤＴ配列周期長である。
【００３５】
反射器８３において、寸法ＬＲは金属導体８３ａの幅寸法であり、寸法ＳＲは金属導体８３ａと金属導体８３ａの間（金属導体が存在しない領域）の寸法である。また、寸法ＰＲはＬＲとＳＲの和（ＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲ）からなる反射器配列周期長である。さらに、寸法ＰＳＲは反射器８３における金属導体８３ａ端部から水晶基板８０の端部までの寸法である。このＰＳＲの寸法は反射器配列周期長ＰＲに満たない寸法に設定されている。この水晶基板端部はダイシング装置、ワイヤーソーなどで切断され、さらには研磨加工された状態にある。このように、両側の反射器８３は、通常、反射器８３で弾性表面波を反射するには４０から６０本の金属導体８３ａが形成されるが、本実施では反射器を途中で切断した形態である。
なお、反射器配列周期長ＰＲとＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴは１．０１以上１．０２以下に設定されている。
【００３６】
また、良好な弾性表面波共振子が得られる値である等価直列共振抵抗Ｒ１が２５Ω以下、Ｑ値が１５０００以上、容量比γが１０００以下とすると、ＩＤＴ８１が有する電極指の対数Ｍは４０対以上８０対以下、ＩＤＴ８１の膜厚ＨとＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下の値に設定するのが好ましい。
さらに、励振されるＳＨ波の基本波と端部で反射される反射波のエッジモード（ＥＤＭ）とが結合しないように、ＰＳＲと反射器のＰＲとの比ＰＳＲ／ＰＲにして、０から０．２の範囲、および０．３から０．６の範囲、および０．７から１．０の範囲に設定するのが好ましい。
【００３７】
図１３は本実施における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図である。この模式図では縦軸に振動の変位をとり、横軸に弾性表面波共振子における弾性波の伝搬方向の長さをとって、弾性表面波共振子の位置と対応するように表している。
ＩＤＴの両側に配置された反射器ではＩＤＴで励振された弾性表面波が反射され、水晶基板の端部に行くに従い振動の変位が小さくなっている。そして、水晶基板の端部では弾性表面波の反射が生じ、ＩＤＴのほぼ中央部で振動の変位が最大となり、振動エネルギが閉じ込められているのがわかる。また、水晶基板の両方の端部では振動している状態にあり、この端部の変位に比べてＩＤＴ中央部の変位は２倍以上の変位となっている。
このように、本実の弾性表面波共振子は水晶基板の両方の端面で弾性表面波が反射されるように構成されている。
上記のように、弾性表面波共振子において、反射器の金属導体を１本以上８本以下に形成して、弾性表面波を水晶基板の両端面で反射させ、弾性表面波共振子を小型化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態の弾性表面波共振子の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う断面図。
【図２】本実施形態における水晶基板のカット面を説明する模式図。
【図３】弾性表面波共振子のＱ値とＥＴＡＳの関係を示す特性図。
【図４】弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＥＴＡＳの関係を示す特性図。
【図５】弾性表面波共振子の容量比γとＥＴＡＳの関係を示す特性図。
【図６】Ｑ値と規格化電極厚みＨ／λの関係を示す特性図。
【図７】弾性表面波共振子の等価直列共振抵抗Ｒ１とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図。
【図８】弾性表面波共振子のＱ値とＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図。
【図９】弾性表面波共振子の容量比γとＩＤＴの電極対数Ｍの関係を示す特性図。
【図１０】本実施形態における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図。
【図１１】弾性表面波共振子をパッケージした状態を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う断面図。
【図１２】他の実施における弾性表面波共振子の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う断面図。
【図１３】他の実施における弾性表面波共振子の振動変位振幅状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００３９】
１…弾性表面波共振子、１０…水晶基板、１１…すだれ状電極（ＩＤＴ）、１１ａ，１１ｂ…電極指、１２ａ，１２ｂ…給電導体、１３…反射器、１３ａ…金属導体、１５ａ，１５ｂ…接続パッド、５０…セラミックパッケージ、５１…積層セラミック基板、５２…シームリング、５３…端子、５５…接着剤、５６…金属ワイヤ、５８…蓋体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体平板上に位相伝搬方向Ｘ’であるＳＨ型の弾性表面波が励振される少なくとも１つのすだれ状電極と、
前記すだれ状電極の一方の側に配置された１つの反射器と、を備え、
前記のすだれ状電極は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＭ対の電極指からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記電極指の幅寸法をＬＴとし、前記電極指の存在しない領域の寸法をＳＴとして、ＩＤＴ配列周期長であるＰＴがＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴであり、
前記反射器は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＮ本の金属導体からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記金属導体の幅寸法をＬＲとし、前記金属導体の存在しない領域の寸法をＳＲとして、反射器配列周期長であるＰＲがＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲであり、前記反射器配列周期長ＰＲと前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴが１．０１以上１．０２以下の範囲であって、
前記すだれ状電極の他方の側に前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴの電極が存在しない領域を有して前記圧電体平板が垂直に切断された切断面を有することを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記すだれ状電極が有する前記電極指の対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項３】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記圧電体平板が水晶単結晶からなり、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、まず光軸であるＺ軸の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次に電気軸であるＸ軸の回りに反時計方向にθが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、次に新たに生成したＺ’軸の回りに圧電体平板内において、Ｘ軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψが９０°±２°の範囲である方向が前記弾性表面波の位相伝搬方位であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項４】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記すだれ状電極の前記電極指および前記反射器の前記金属導体はアルミニウム膜からなり、前記すだれ状電極の膜厚Ｈと前記ＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項５】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記すだれ状電極の他方の側に設けられた前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴと、前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＳＴ／ＰＴが、０．４以上０．９以下の範囲であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項６】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記圧電体平板上の前記反射器が形成された部分の裏面にて基板に接着固定されることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項１】
圧電体平板上に位相伝搬方向Ｘ’であるＳＨ型の弾性表面波が励振される少なくとも１つのすだれ状電極と、
前記すだれ状電極の一方の側に配置された１つの反射器と、を備え、
前記のすだれ状電極は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＭ対の電極指からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記電極指の幅寸法をＬＴとし、前記電極指の存在しない領域の寸法をＳＴとして、ＩＤＴ配列周期長であるＰＴがＰＴ＝ＬＴ＋ＳＴであり、
前記反射器は前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に直交して配置されたＮ本の金属導体からなり、前記弾性表面波の前記位相伝搬方向Ｘ’に沿って前記金属導体の幅寸法をＬＲとし、前記金属導体の存在しない領域の寸法をＳＲとして、反射器配列周期長であるＰＲがＰＲ＝ＬＲ＋ＳＲであり、前記反射器配列周期長ＰＲと前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＲ／ＰＴが１．０１以上１．０２以下の範囲であって、
前記すだれ状電極の他方の側に前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴの電極が存在しない領域を有して前記圧電体平板が垂直に切断された切断面を有することを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記すだれ状電極が有する前記電極指の対数Ｍが２０対以上８０対以下の範囲であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項３】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記圧電体平板が水晶単結晶からなり、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、まず光軸であるＺ軸の回りに反時計方向にφが０°±１°の範囲であり、次に電気軸であるＸ軸の回りに反時計方向にθが２９．２°以上４０．７°以下の範囲であり、次に新たに生成したＺ’軸の回りに圧電体平板内において、Ｘ軸を起点として反時計方向に面内回転して、ψが９０°±２°の範囲である方向が前記弾性表面波の位相伝搬方位であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項４】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記すだれ状電極の前記電極指および前記反射器の前記金属導体はアルミニウム膜からなり、前記すだれ状電極の膜厚Ｈと前記ＳＨ型弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λが０．０５以上０．０６以下であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項５】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記すだれ状電極の他方の側に設けられた前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴに満たない寸法ＰＳＴと、前記ＩＤＴ配列周期長ＰＴとの比ＰＳＴ／ＰＴが、０．４以上０．９以下の範囲であることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項６】
請求項１に記載の弾性表面波共振子において、
前記圧電体平板上の前記反射器が形成された部分の裏面にて基板に接着固定されることを特徴とする弾性表面波共振子。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−３０６４２２（Ｐ２００８−３０６４２２Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５１２２６（Ｐ２００７−１５１２２６）
【出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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