弾性表面波素子および圧電デバイス
【課題】本発明の目的は、エージング特性およびリフロー特性の優れる弾性表面波素子およびそれを備える圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】弾性表面波素子２は、圧電性を有する圧電体材料で構成された圧電体基板２１と、圧電体基板２１の一方の面上に設けられ、圧電体基板２１に弾性表面波を励振させるためのＩＤＴ２２とを有している。圧電体基板２１の厚さは、６０μｍ〜２００μｍである。また、圧電体基板２１は、ＩＤＴ２２の構成材料の収縮力により生じる応力により、ＩＤＴ２２が設けられた面側に凹むように反っている。
【解決手段】弾性表面波素子２は、圧電性を有する圧電体材料で構成された圧電体基板２１と、圧電体基板２１の一方の面上に設けられ、圧電体基板２１に弾性表面波を励振させるためのＩＤＴ２２とを有している。圧電体基板２１の厚さは、６０μｍ〜２００μｍである。また、圧電体基板２１は、ＩＤＴ２２の構成材料の収縮力により生じる応力により、ＩＤＴ２２が設けられた面側に凹むように反っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子および圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波素子は、電気信号を表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、フィルタ、共振子などとして幅広く用いられている。このような弾性表面波素子としては、水晶等の圧電性のある圧電体基板上に、ＩＤＴ電極（櫛歯電極）を設けた構成のものが知られている（例えば特許文献１）。
特許文献１に記載の弾性表面波素子は、水晶基板上にＩＤＴ電極および一対の反射器が設けられた構成である。このような弾性表面波素子では、従来から、弾性表面波素子の機械的強度を十分に確保するために、水晶基板を厚くすることが行われている。また、ＩＤＴ電極および反射器は、例えば、蒸着により水晶基板上に導電性膜（アルミニウム等の金属材料からなる薄膜）を形成し、当該導電性膜をエッチングにより所定パターンとすることにより形成する方法が用いられている。
【０００３】
このような弾性表面波素子では、圧電体基板が厚いため、圧電体基板がその面方向に反り（撓み）難く、その結果、金属膜（ＩＤＴ電極および反射器）の収縮により発生する応力が緩和されずに弾性表面波素子内（圧電体基板とＩＤＴの境界部付近）に残ってしまう。このように、弾性表面波素子内に応力が残っている状態の弾性表面波素子では、弾性表面波素子の温度変化（駆動による発熱）によって弾性表面波素子に残る応力が大きく変化するため、温度変化により共振周波数が大きく変化したり、エージング特性が悪化したり（周波数特性の経時変化が大きくなったり）、リフロー特性が悪化するという欠点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３６９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、エージング特性およびリフロー特性が優れる弾性表面波素子およびそれを備える圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の弾性表面波素子は、圧電性を有する圧電体材料で構成された圧電体基板と、
前記圧電体基板の一方の面上に設けられ、前記圧電体基板に弾性表面波を励振させるための櫛歯電極とを有し、
前記圧電体基板の厚さは、６０μｍ〜２００μｍであり、
前記圧電体基板は、前記櫛歯電極の構成材料の収縮力により生じる応力により、前記櫛歯電極が設けられた面側に凹むように反っていることを特徴とする。
これにより、エージング特性およびリフロー特性の優れる弾性表面波素子を提供することができる。
【０００７】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体材料は、水晶を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、周波数特性を向上させることができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極の平均厚さは、０．３μｍ〜０．８μｍであることが好ましい。
これにより、櫛歯電極を構成する構成材料の収縮力により発生する応力を圧電体基板の機械的強度に対して適度なものとすることができる。
【０００８】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の一方の面には、櫛歯電極を介して対向するように配置された一対の反射器が形成されており、前記圧電体基板の平面視にて、前記圧電体基板に対する前記櫛歯電極および前記一対の反射器の面積占有率は、２０〜４０％であることが好ましい。
これにより、櫛歯電極を構成する構成材料の収縮力により発生する応力を圧電体基板の機械的強度に対して適度なものとすることができる。
【０００９】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の他方の面側に設けられ、前記圧電体基板を固定する固定基板を有し、
前記圧電体基板は、該圧電体基板の平面視にて、前記櫛歯電極と重ならない位置で前記固定基板に接着剤を介して固定されていることが好ましい。
これにより、接着剤が収縮しても、櫛歯電極が変位しないため、所望の周波数特性を発揮することができる。
【００１０】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板は、長手形状をなし、長手方向の一端部にて前記固定基板に固定されており、前記圧電体基板の他端部は、自由端となっていることが好ましい。
これにより、圧電体基板に応力が残存することを抑制することができるため、エージング特性およびリフロー特性がより優れたものとなる。
【００１１】
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極は、前記圧電体基板の中央部よりも、前記自由端側へずれて設けられていることが好ましい。
これにより、圧電体基板の固定基板に固定される領域を容易に確保することができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の自由端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短いことが好ましい。
これにより、固定基板と圧電体基板（特に自由端側）との接触を防止することができる。
【００１２】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の中央部における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短いことが好ましい。
これにより、接着剤の濡れ広がりを防止することができる。
本発明の圧電デバイスは、本発明の弾性表面波素子を備えることを特徴とする。
これにより、エージング特性およびリフロー特性の優れる圧電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の弾性表面波素子を備えた圧電デバイス（本発明の圧電デバイス）の好適な実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の弾性表面波素子を示す斜視図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１に示す圧電デバイスが備えるパッケージの上面図および下面図である。
【図５】図１に示す圧電デバイスをモールドした状態を示す断面図である。
【図６】リフロー工程を示す図である。
【図７】共振周波数のリフロー変化量を示すグラフである。
【図８】共振周波数のヒートサイクル変化量を示すグラフである。
【図９】共振周波数のエージング変化量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の弾性表面波素子およびそれを備える圧電デバイス（本発明の圧電デバイス）を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の弾性表面波素子を備えた圧電デバイス（本発明の圧電デバイス）の好適な実施形態を示す断面図、図２は、本発明の弾性表面波素子を示す斜視図、図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１に示す圧電デバイスが備えるパッケージの上面図および下面図、図５は、図１に示す圧電デバイスをモールドした状態を示す断面図である。なお、図１〜図５中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
図１に示す圧電デバイス１は、弾性表面波素子２と、複数のスペーサ５１を介して弾性表面波素子２を実装（固定・支持）する実装基板４と、弾性表面波素子２と実装基板４の間に位置するように実装基板４に設けられた電子部品６とを有している。以下、これらについて、順次、詳細に説明する。
【００１５】
まず、弾性表面波素子２について説明する。
図２に示すように、弾性表面波素子２は、長手形状をなす圧電体基板２１と、圧電体基板２１の上面に設けられたＩＤＴ（櫛歯電極）２２と、ＩＤＴ２２の両側に配置された一対の反射器２３ａ、２３ｂと、圧電体基板２１を収容するパッケージ３とを有している。
圧電体基板２１は、長手形状をなしている。圧電体基板２１は、例えば、ＳＨ波型弾性表面波やレイリー波型弾性表面波を励起することのできる基板である。このような圧電体基板２１は、水晶で構成されている。圧電体基板２１を水晶で構成することにより、弾性表面波素子２は、優れた周波数特性を発揮することができる。なお、圧電体基板２１は、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四硼酸リチウム等の水晶以外の結晶性圧電材料で構成されていてもよい。
【００１６】
圧電体基板２１のカット角については、特に限定されず、圧電デバイス１（弾性表面波素子２）の用途、所望の特性等に基づいて、適宜選択することができる。圧電体基板２１のカット角としては、例えば、ＳＨ波型弾性表面波を用いる（励起する）場合は、オイラー角表示で（０°、３８°、９０°）や（０°、１２１°、９０°）が挙げられ、レイリー波型弾性表面波を用いる場合は、（０°、１２１°、０°）や（０°、１２１°、４３°）などが挙げられる。
【００１７】
圧電体基板２１の厚さは、６０μｍ〜２００μｍ程度であり、６０μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。圧電体基板２１の厚さを上記の数値範囲とすることにより、圧電体基板２１の厚さが十分に薄くなり、後述するように、ＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂの構成材料の収縮力により発生する応力（以下単に「応力」とも言う）によって、圧電体基板２１がその上面側に凹むように反る（撓む）。これにより、圧電体基板２１（特に、ＩＤＴ２２が形成されている領域。以下同様。）に応力がほとんど残存せず、圧電デバイス１は、エージング特性およびリフロー特性の優れたものとなる。
【００１８】
ＩＤＴ２２は、圧電体基板２１の中央部付近に設けられている。このようなＩＤＴ２２は、一対の電極２２ａ、２２ｂで構成されている。電極２２ａ、２２ｂは、互いの電極指２２１ａ、２２１ｂが噛み合うように配置されている。電極２２ａ、２２ｂ間に電圧を印加すると、圧電体基板２１の圧電効果によって、電極指２２１ａ、２２１ｂ間に周期的なひずみが生じ、弾性表面波が励起される。励起した弾性表面波は、電極指２２１ａ、２２１ｂの連続方向（すなわち、圧電体基板２１の長手方向）に沿って伝搬する。
【００１９】
一対の反射器２３ａ、２３ｂは、前述した弾性表面波の伝搬方向（圧電体基板２１の長手方向）において、ＩＤＴ２２を挟んでその両側に配置されている。このような反射器２３ａ、２３ｂは、圧電体基板２１に伝搬する弾性表面波を反射して、反射器２３ａと反射器２３ｂとの間に封じ込める機能を有する。
ＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂは、全体的に、圧電体基板２１の一端側（図２中右端側）にずれて形成されている。そして、圧電体基板２１の他端側（図２中左端側）には、一対の引出電極２４ａ、２４ｂが形成されている。引出電極２４ａ、２４ｂは、それぞれ、電極２２ａ、２２ｂと電気的に接続されている。
【００２０】
ＩＤＴ２２（電極２２ａ、２２ｂ）の平均厚さ、反射器２３ａ、２３ｂの平均厚さは、それぞれ、特に限定されないが、０．３μｍ〜０．８μｍ程度であるのが好ましく、０．５μｍ〜０．７μｍ程度であるのがより好ましい。このような数値範囲とすることにより、圧電体基板２１に加わる応力が過度に大きくなるのを防止することができる（すなわち、圧電体基板２１に加わる応力を圧電体基板２１の機械的強度に対して適度なものとすることができる）。そのため、圧電体基板２１が過剰に反ることなく、圧電デバイス１は、エージング特性およびリフロー特性の優れたものとなる。
【００２１】
また、圧電体基板２１の平面視にて、圧電体基板２１の上面の面積をＳ１とし、ＩＤＴ２２の面積（電極２２ａ、２２ｂの面積の総和）をＳ２とし、反射器２３ａ、２３ｂの面積の総和をＳ３としたとき、（Ｓ２＋Ｓ３）が、０．２Ｓ１〜０．４Ｓ２程度であることが好ましい。すなわち、圧電体基板２１の上面に対するＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂの面積占有率が、２０％〜４０％程度であることが好ましい。これにより、圧電体基板２１に加わる応力が過度に大きくなるのを防止することができる。そのため、圧電体基板２１が過剰に反ることなく、圧電デバイス１は、エージング特性およびリフロー特性の優れたものとなる。
【００２２】
このようなＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂは、それぞれ、導電性の優れるアルミニウムを主材料として構成されている。アルミニウムを主材料としたアルミニウム合金を用いる場合、アルミニウムに添加する金属の含有割合は、重量比で１０％以下であればよい。
なお、ＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂの構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、アルミニウムの他にも、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、マグネシウム等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【００２３】
このようなＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂは、例えば、次のようにして形成することができる。すなわち、まず、圧電体基板２１の一方の面に、スパッタリングによりアルミニウム膜を形成する。次いで、アルミニウム膜上に、ＩＤＴ２２（電極２２ａ、２２ｂ）、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂに対応するパターンのマスクを形成する。そして、ドライエッチングにより不要なアルミニウム膜を除去することにより、ＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂを形成することができる。
【００２４】
上述のような製法等によりＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂを形成すると、圧電体基板２１には、アルミニウム（アルミニウム膜）が収縮することにより発生する応力が加わる。上述したように圧電体基板２１の厚さが薄いため、このような応力が加わると、図２および図３に示すように、圧電体基板２１が上面側（ＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂが形成された面側）に凹むようにして反る（撓む）。圧電体基板２１がこのようにして反る（撓む）ことにより、前記応力が緩和され、圧電体基板２１には応力がほとんど残留していない状態となる。このように、圧電体基板２１が応力を緩和するように上面側に凹むようにして反ることにより、エージング特性およびリフロー特性を優れたものとすることができる。これは、次のような理由であると考えられる。
【００２５】
従来の弾性表面波素子では、圧電体基板の厚さが厚い（一般的には３００μｍ程度）。そのため、ＩＤＴや反射器を形成する際に、これらの構成材料の収縮力により発生する応力によっては、圧電体基板が撓まず（撓むことが出来ず）、圧電体基板に応力が残留している状態であった。このような圧電体基板に残留する応力は、弾性表面波素子の駆動の際に発生する熱により前記構成材料の収縮力が変化するのに伴って変化する。すなわち、このような弾性表面波素子においては、駆動中に圧電体基板に残留する応力が大きく変化し、この応力の変化がエージング特性に悪影響を及ぼしていると考えられる。また、後述するようなリフロー中に加わる熱によっても、圧電体基板に残留する応力が大きく変化し、この応力の変化がリフロー特性に悪影響を及ぼしていると考えられる。
【００２６】
これに対して、本発明の弾性表面波素子では、圧電体基板が、ＩＤＴや反射器の構成材料の収縮力により生じる応力により、ＩＤＴが設けられた面側に凹むように反っている（言い換えれば、圧電体基板が、ＩＤＴや反射器の構成材料の収縮力により生じる応力により撓むことができる程度に薄く構成されている）。そのため、圧電体基板には、応力がほとんど残留していない状態となる。したがって、弾性表面波素子の駆動中に温度が変化しても、圧電体基板に残留する応力がほとんど変化せず、本発明の弾性表面波素子では、エージング特性が優れたものとなる。また、リフロー中に加わる熱によっても、圧電体基板に残留する応力がほとんど変化せず、本発明の弾性表面波素子では、リフロー特性が優れたものとなる。
【００２７】
次いで、圧電体基板２１を収容・固定するパッケージ３について説明する。
図１に示すように、パッケージ３は、板状のベース基板（固定基板）３１と、枠状の枠部材３２と、板状の蓋部材３３とを有している。ベース基板３１と、枠部材３２と、蓋部材３３とは、実装基板４側からこの順で積層されており、ベース基板３１と枠部材３２および枠部材３２と蓋部材３３は、それぞれ、例えばシーム溶接により接合されている。そして、パッケージ３は、ベース基板３１、枠部材３２および蓋部材３３で画成された内部空間Ｓに圧電体基板２１を収容している。
【００２８】
このようなベース基板３１の構成材料としては、絶縁性（非導電性）を有しているものが好ましく、例えば、各種ガラス、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス、ポリイミド等の各種樹脂材料などを用いることができる。
また、枠部材３２および蓋部材３３の構成材料としては、例えば、ベース基板３１と同様の構成材料、Ａｌ、Ｃｕ等の各種金属材料、各種ガラス材料などを用いることができる。特に、蓋部材３３の構成材料として、ガラス材料等の光透過性を有するものを用いた場合には次のような効果を発揮することができる。すなわち、まず、圧電体基板２１に、予め金属被覆部（図示せず）を形成しておく。これにより、弾性表面波素子２をパッケージ３内に収容した後であっても、蓋部材３３を介して前記金属被覆部にレーザを照射し、前記金属被覆部を除去して圧電体基板２１の質量を減少させることにより（質量削減方式により）、弾性表面波素子２の周波数調整を行うことができる。
【００２９】
図１および図２に示すように、ベース基板３１の上面には、エポキシ系、ポリイミド系等の接着剤３９が塗布されて（盛られて）おり、この接着剤３９上に、前述した圧電体基板２１の引出電極２４ａ、２４ｂが形成された側の端部が載置されている。そして、接着剤３９を硬化することにより、圧電体基板２１をベース基板３１に固定している。
すなわち、圧電体基板２１の一端（引出電極２４ａ、２４ｂが形成されている側の端）が固定端となり、他端が自由端となる。このように、一方の端を自由端とすることにより、圧電体基板２１の前述したような反りが阻害されず、圧電体基板２１に応力が残ることを防止することができる。また、例えば、枠部材３２および蓋部材３３をシーム溶接により接合する場合には、これら部材が高温下にさらされることによりパッケージ３が全体的に撓む場合があるが、本実施形態のように圧電体基板２１を片持ち支持していれば、パッケージ３の撓みが圧電体基板２１に伝わることがないため、圧電体基板２１の不本意な反りを防止することができる。
【００３０】
また、このように固定すると、圧電体基板２１の平面視にて、ＩＤＴ２２が形成された領域と重ならない位置で、圧電体基板２１を接着剤３９を介してパッケージ３に固定することができる。これにより、接着剤３９が収縮（例えば乾燥時の収縮）してもＩＤＴ２２ａが変位せず、圧電デバイス１は、所望の周波数特性を発揮することができる。
特に、本実施形態では、ＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂが、圧電体基板２１の自由端側にずれて形成されているため、圧電体基板２１をベース基板３１に固定するための領域（すなわち、接着剤３９を接触させる領域）を大きく確保することができる。そのため、より確実に、ＩＤＴ２２が形成された領域と重ならない位置で、圧電体基板２１を接着剤３９を介してベース基板３１に固定することができる。
【００３１】
また、圧電体基板２１がベース基板３１に固定された状態において、圧電体基板２１の固定端とベース基板３１との離間距離Ｌ１は、圧電体基板２１の自由端とベース基板３１との離間距離Ｌ２よりも短いのが好ましい。これにより、圧電体基板２１がベース基板３１に接触することを防止することができる。その結果、弾性表面波素子２は、所望の周波数特性を発揮することができる。
【００３２】
また、圧電体基板２１がベース基板３１に固定された状態において、圧電体基板２１の固定端とベース基板３１との離間距離Ｌ１は、圧電体基板２１の中央部（最も凹んでいる部位）とベース基板３１との離間距離Ｌ３よりも短いのが好ましい。これにより、圧電体基板２１とベース基板３１との離間距離が固定端から自由端に向けて漸増するため、接着剤３９により圧電体基板２１をベース基板３１に固定する際、接着剤３９が圧電体基板２１の自由端側に濡れ広がることを防止できる。これにより、圧電体基板２１とベース基板３１とを所定の位置でかつ所定の高さで接着することができる。
ベース基板３１の上面には、一対の内部端子３４ａ、３４ｂが内部空間Ｓに露出するように形成されている。図４（ａ）に示すように、内部端子３４ａ、３４ｂは、それぞれ、ワイヤボンディング等により、引出電極２４ａ、２４ｂと電気的に接続されている。
【００３３】
図４（ｂ）に示すように、ベース基板３１の下面には、その四隅に位置するように４つの外部端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが設けられている。また、外部端子３５ａ〜３５ｄは、それぞれ、実装基板４上に設けられた後述する４つの接続端子４１に対向するように位置している。
これら４つの外部端子３５ａ〜３５ｄのうち、外部端子３５ａ、３５ｂは、それぞれ、ベース基板３１に形成されたビアホールを介して内部端子３４ａ、３４ｂに電気的に接続されたホット端子である。他の２つの外部端子３５ｃ、３５ｄは、それぞれ、例えばパッケージ３を実装基板４に実装するときの接合強度（スペーサ５１とパッケージ３の接合強度）を高めるためのダミー端子である。
【００３４】
このような内部端子３４ａ、３４ｂおよび外部端子３５ａ〜３５ｄは、それぞれ、例えば、タングステンおよびニッケルメッキの下地層に、金メッキを施すことで形成することができる。
以上、弾性表面波素子２について説明した。このような弾性表面波素子２を備えることにより、圧電デバイス１は、ＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器等のＳＡＷデバイスを構成することができる。
【００３５】
次いで、上記のような弾性表面波素子２を実装（固定する）する実装基板４について説明する。実装基板４は、その平面視にて、略長方形状をなしており、前述したパッケージ３のベース基板３１よりも若干大きく形成されている。
このような実装基板４は、リジッド基板、フレキシブル基板あるいはリジッドフレキシブル基板のいずれでもよい。また、実装基板４の構成材料としては、絶縁性（非導電性）を有しているものが好ましく、例えば、各種ガラス、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス、ポリイミド等の各種樹脂材料などを用いることができる。
【００３６】
また、図１に示すように、実装基板４の上面（パッケージ３側の面）には、４つの接続端子４１と、配線パターン４２とが形成されている。４つの接続端子４１は、それぞれ、パッケージ３の外部端子３５ａ〜３５ｄと対向するように、実装基板４の角部付近に形成されている。また、これら４つの接続端子４１のうち、外部端子（ホット端子）３５ａ、３５ｂに対応する接続端子４１は、それぞれ、配線パターン４２と電気的に接続されている。
【００３７】
一方、実装基板４の下面には、例えば、圧電デバイス１を実装する回路基板（図示しない）と電気的、機械的に接続される実装端子４３が複数形成されている。各実装端子４３は、実装基板４に形成されたビアホールを介して配線パターン４２と電気的に接続されている。
なお、実装基板４の下面には、必要に応じて、後述するＩＣ６の特性検査や、ＩＣ内部の各種情報（例えば、圧電デバイスの温度補償情報）を書き換え（調整）を行うための書込端子を形成してもよい。
【００３８】
このような実装基板４の上面の中央部には、電子部品６が搭載されている。電子部品６は、弾性表面波素子２を駆動するための回路素子としての例えば集積回路素子（以下、単に「ＩＣ」とも言う）である。図１に示すように、このようなＩＣ６は、絶縁性（非導電性）の接着剤や、接着シート等の接着部材４４により実装基板４に搭載されており、さらに、ワイヤボンディング（金属ワイヤ４５）により、配線パターン４２と電気的に接続されている。これにより、各端子（接続端子４１および実装端子４３）とＩＣ６とが、配線パターン４２を介して電気的に接続される。
【００３９】
このような実装基板４は、その上面側にて、４つのスペーサ５１を介してパッケージ３を固定している。これらスペーサ５１は、実装基板４とパッケージ３との間に、ＩＣ６等を搭載するための隙間を形成する機能を有している。これにより、パッケージ３とＩＣ６とを圧電デバイス１の高さ方向に重ねる（積層する）ことができるため、圧電デバイス１の小型化を図ることができる。
【００４０】
４つのスペーサ５１は、パッケージ３の外部端子３５ａとこれに対応する接続端子４１との間、外部端子３５ｂとこれに対応する接続端子４１との間、外部端子３５ｃとこれに対応する接続端子４１との間および外部端子３５ｄとこれに対応する接続端子４１との間に設けられている。このようなスペーサ５１は、半田（ろう材）により、外部端子３５ａ〜３５ｄおよび接続端子４１に接合されている。
【００４１】
ここで、少なくとも外部電極（ホット電極）３５ａ、３５ｂに対応するスペーサ５１は、それぞれ、導電性を有しているのが好ましい。これにより、外部端子３５ａとこれに対応する接続端子４１とを、これらの間に設けられたスペーサ５１を介して電気的に接続し、また、外部端子３５ｂとこれに対応する接続端子４１とを、これらの間に設けられたスペーサ５１を介して電気的に接続することができる。これにより、圧電デバイス１の部品点数の削減を図ることができ、製造の簡易化、低コスト化および小型化を図ることができる。
【００４２】
このようなスペーサ５１の構成としては、特に限定されず、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の導電性を有する各種金属材料を主材料として構成してもよいし、また、各種樹脂材料、セラミックスで構成された非導電性の基体の表面に、メッキ等の導電性膜を形成することにより構成してもよい。また、銅で構成されたボールの表面に半田がコーティングされた半田ボールを用いてもよい。また、スペーサ５１は、導電性を有していなくてもよい。この場合には、ワイヤボンディング等により、外部端子３５ａとこれに対応する接続端子４１（外部端子３５ｂとこれに対応する接続端子４１）とを電気的に接続することができる。
【００４３】
以上、圧電デバイス１について説明したが、図５に示すように、このような圧電デバイス１に流動性のある樹脂で構成されたモールド材８を流し込み、パッケージ３の蓋部材３３の上面および実装基板４の下面がそれぞれ外部に露出するように、圧電デバイス１全体をモールド材８で覆ってもよい。
以上、本発明の圧電デバイスを図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。
【実施例】
【００４４】
１．圧電デバイスの作成
（実施例１）
まず、オイラー角が（０°、１２７°、０°）の水晶基板（圧電体基板）を用意した。水晶基板のサイズは、（縦×横×厚さ）が、（０．８ｍｍ×２．７ｍｍ×６０μｍ）であった。この水晶基板の一方の面に、スパッタリングにより平均厚さ０．６μｍ（６０００Å）のアルミニウム膜を形成した。次いで、このアルミニウム膜を所定パターンにエッチングして、一対のＩＤＴ、一対の反射器および引出電極を一体的に形成した。水晶基板の面に対するＩＤＴおよび反射器の面積占有率は３３％であった。また、ＩＤＴ対数は、１００対であり、反射器本数は、各反射器当たり１００本であり、交差幅は４０λ（λは弾性表面波の波長である。）であった。
このようにして得られた部材をパッケージに収容し弾性表面波素子を得た。そして、この弾性表面波素子を図１に示すような圧電デバイスに組み込むことにより、圧電デバイスを得た。
【００４５】
（実施例２）
水晶基板の厚さを１００μｍとした以外は、実施例１と同様にして圧電デバイスを得た。
（実施例３）
水晶基板の厚さを２００μｍとした以外は、実施例１と同様にして圧電デバイスを得た。
（比較例１）
水晶基板の厚さを３００μｍとした以外は、実施例１と同様にして圧電デバイスを得た。
【００４６】
２．各種測定
上述のようにして得られた実施例１〜３および比較例１の圧電デバイスについて、共振周波数のリフロー変化量、共振周波数のヒートサイクル変化量、共振周波数のエージング変化量をそれぞれ以下の方法により測定した。
（２−１）共振周波数のリフロー変化量
各実施例１〜３および比較例１について、それぞれ、所定リフロー前後での共振周波数の変化を測定した。なお、リフローは、図６に示すグラフに従って２回行った。この結果を図７に示す。
【００４７】
（２−２）共振周波数のヒートサイクル変化量
各実施例１〜３および比較例１について、それぞれ、所定ヒートサイクル前後での共振周波数の変化を測定した。なお、ヒートサイクルは、−５５℃（３０分）、１２５℃（３０分）を１サイクルとし、これを１０００サイクル行った。この結果を図８に示す。
（２−３）共振周波数のエージング変化量
各実施形態１〜３および比較例１について、それぞれ、１２５℃で２０００時間連続して駆動させた前後の共振周波数の変化を測定した。この結果を図９に示す。
【００４８】
３．評価
図７に示すように、各実施例１〜３は、比較例１に対して共振周波数のリフロー変化量が小さかった。また、図８に示すように、各実施例１〜３は、比較例１に対して共振周波数のヒートサイクル変化量が小さかった。また、図９に示すように、各実施例１〜３は、比較例１に対して共振周波数のエージング変化量が小さかった。
【符号の説明】
【００４９】
１……圧電デバイス ２……弾性表面波素子 ２１……圧電体基板 ２２……ＩＤＴ ２２ａ、２２ｂ……電極 ２２１ａ、２２１ｂ……電極指 ２３ａ、２３ｂ……反射器 ２４ａ、２４ｂ……引出電極 ３……パッケージ ３１……ベース基板 ３２……枠部材 ３３……蓋部材 ３４ａ、３４ｂ……内部端子 ３５ａ〜３５ｄ……外部端子 ３９……接着剤 ４……実装基板 ４１……接続端子 ４２……配線パターン ４３……実装端子 ４４……接着部材 ４５……金属ワイヤ ５１……スペーサ ６……電子部品（ＩＣ） ８……モールド材 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３……離間距離 Ｓ……内部空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子および圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波素子は、電気信号を表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、フィルタ、共振子などとして幅広く用いられている。このような弾性表面波素子としては、水晶等の圧電性のある圧電体基板上に、ＩＤＴ電極（櫛歯電極）を設けた構成のものが知られている（例えば特許文献１）。
特許文献１に記載の弾性表面波素子は、水晶基板上にＩＤＴ電極および一対の反射器が設けられた構成である。このような弾性表面波素子では、従来から、弾性表面波素子の機械的強度を十分に確保するために、水晶基板を厚くすることが行われている。また、ＩＤＴ電極および反射器は、例えば、蒸着により水晶基板上に導電性膜（アルミニウム等の金属材料からなる薄膜）を形成し、当該導電性膜をエッチングにより所定パターンとすることにより形成する方法が用いられている。
【０００３】
このような弾性表面波素子では、圧電体基板が厚いため、圧電体基板がその面方向に反り（撓み）難く、その結果、金属膜（ＩＤＴ電極および反射器）の収縮により発生する応力が緩和されずに弾性表面波素子内（圧電体基板とＩＤＴの境界部付近）に残ってしまう。このように、弾性表面波素子内に応力が残っている状態の弾性表面波素子では、弾性表面波素子の温度変化（駆動による発熱）によって弾性表面波素子に残る応力が大きく変化するため、温度変化により共振周波数が大きく変化したり、エージング特性が悪化したり（周波数特性の経時変化が大きくなったり）、リフロー特性が悪化するという欠点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３６９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、エージング特性およびリフロー特性が優れる弾性表面波素子およびそれを備える圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の弾性表面波素子は、圧電性を有する圧電体材料で構成された圧電体基板と、
前記圧電体基板の一方の面上に設けられ、前記圧電体基板に弾性表面波を励振させるための櫛歯電極とを有し、
前記圧電体基板の厚さは、６０μｍ〜２００μｍであり、
前記圧電体基板は、前記櫛歯電極の構成材料の収縮力により生じる応力により、前記櫛歯電極が設けられた面側に凹むように反っていることを特徴とする。
これにより、エージング特性およびリフロー特性の優れる弾性表面波素子を提供することができる。
【０００７】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体材料は、水晶を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、周波数特性を向上させることができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極の平均厚さは、０．３μｍ〜０．８μｍであることが好ましい。
これにより、櫛歯電極を構成する構成材料の収縮力により発生する応力を圧電体基板の機械的強度に対して適度なものとすることができる。
【０００８】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の一方の面には、櫛歯電極を介して対向するように配置された一対の反射器が形成されており、前記圧電体基板の平面視にて、前記圧電体基板に対する前記櫛歯電極および前記一対の反射器の面積占有率は、２０〜４０％であることが好ましい。
これにより、櫛歯電極を構成する構成材料の収縮力により発生する応力を圧電体基板の機械的強度に対して適度なものとすることができる。
【０００９】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の他方の面側に設けられ、前記圧電体基板を固定する固定基板を有し、
前記圧電体基板は、該圧電体基板の平面視にて、前記櫛歯電極と重ならない位置で前記固定基板に接着剤を介して固定されていることが好ましい。
これにより、接着剤が収縮しても、櫛歯電極が変位しないため、所望の周波数特性を発揮することができる。
【００１０】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板は、長手形状をなし、長手方向の一端部にて前記固定基板に固定されており、前記圧電体基板の他端部は、自由端となっていることが好ましい。
これにより、圧電体基板に応力が残存することを抑制することができるため、エージング特性およびリフロー特性がより優れたものとなる。
【００１１】
本発明の弾性表面波素子では、前記櫛歯電極は、前記圧電体基板の中央部よりも、前記自由端側へずれて設けられていることが好ましい。
これにより、圧電体基板の固定基板に固定される領域を容易に確保することができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の自由端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短いことが好ましい。
これにより、固定基板と圧電体基板（特に自由端側）との接触を防止することができる。
【００１２】
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の中央部における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短いことが好ましい。
これにより、接着剤の濡れ広がりを防止することができる。
本発明の圧電デバイスは、本発明の弾性表面波素子を備えることを特徴とする。
これにより、エージング特性およびリフロー特性の優れる圧電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の弾性表面波素子を備えた圧電デバイス（本発明の圧電デバイス）の好適な実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の弾性表面波素子を示す斜視図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１に示す圧電デバイスが備えるパッケージの上面図および下面図である。
【図５】図１に示す圧電デバイスをモールドした状態を示す断面図である。
【図６】リフロー工程を示す図である。
【図７】共振周波数のリフロー変化量を示すグラフである。
【図８】共振周波数のヒートサイクル変化量を示すグラフである。
【図９】共振周波数のエージング変化量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の弾性表面波素子およびそれを備える圧電デバイス（本発明の圧電デバイス）を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の弾性表面波素子を備えた圧電デバイス（本発明の圧電デバイス）の好適な実施形態を示す断面図、図２は、本発明の弾性表面波素子を示す斜視図、図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１に示す圧電デバイスが備えるパッケージの上面図および下面図、図５は、図１に示す圧電デバイスをモールドした状態を示す断面図である。なお、図１〜図５中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
図１に示す圧電デバイス１は、弾性表面波素子２と、複数のスペーサ５１を介して弾性表面波素子２を実装（固定・支持）する実装基板４と、弾性表面波素子２と実装基板４の間に位置するように実装基板４に設けられた電子部品６とを有している。以下、これらについて、順次、詳細に説明する。
【００１５】
まず、弾性表面波素子２について説明する。
図２に示すように、弾性表面波素子２は、長手形状をなす圧電体基板２１と、圧電体基板２１の上面に設けられたＩＤＴ（櫛歯電極）２２と、ＩＤＴ２２の両側に配置された一対の反射器２３ａ、２３ｂと、圧電体基板２１を収容するパッケージ３とを有している。
圧電体基板２１は、長手形状をなしている。圧電体基板２１は、例えば、ＳＨ波型弾性表面波やレイリー波型弾性表面波を励起することのできる基板である。このような圧電体基板２１は、水晶で構成されている。圧電体基板２１を水晶で構成することにより、弾性表面波素子２は、優れた周波数特性を発揮することができる。なお、圧電体基板２１は、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四硼酸リチウム等の水晶以外の結晶性圧電材料で構成されていてもよい。
【００１６】
圧電体基板２１のカット角については、特に限定されず、圧電デバイス１（弾性表面波素子２）の用途、所望の特性等に基づいて、適宜選択することができる。圧電体基板２１のカット角としては、例えば、ＳＨ波型弾性表面波を用いる（励起する）場合は、オイラー角表示で（０°、３８°、９０°）や（０°、１２１°、９０°）が挙げられ、レイリー波型弾性表面波を用いる場合は、（０°、１２１°、０°）や（０°、１２１°、４３°）などが挙げられる。
【００１７】
圧電体基板２１の厚さは、６０μｍ〜２００μｍ程度であり、６０μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。圧電体基板２１の厚さを上記の数値範囲とすることにより、圧電体基板２１の厚さが十分に薄くなり、後述するように、ＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂの構成材料の収縮力により発生する応力（以下単に「応力」とも言う）によって、圧電体基板２１がその上面側に凹むように反る（撓む）。これにより、圧電体基板２１（特に、ＩＤＴ２２が形成されている領域。以下同様。）に応力がほとんど残存せず、圧電デバイス１は、エージング特性およびリフロー特性の優れたものとなる。
【００１８】
ＩＤＴ２２は、圧電体基板２１の中央部付近に設けられている。このようなＩＤＴ２２は、一対の電極２２ａ、２２ｂで構成されている。電極２２ａ、２２ｂは、互いの電極指２２１ａ、２２１ｂが噛み合うように配置されている。電極２２ａ、２２ｂ間に電圧を印加すると、圧電体基板２１の圧電効果によって、電極指２２１ａ、２２１ｂ間に周期的なひずみが生じ、弾性表面波が励起される。励起した弾性表面波は、電極指２２１ａ、２２１ｂの連続方向（すなわち、圧電体基板２１の長手方向）に沿って伝搬する。
【００１９】
一対の反射器２３ａ、２３ｂは、前述した弾性表面波の伝搬方向（圧電体基板２１の長手方向）において、ＩＤＴ２２を挟んでその両側に配置されている。このような反射器２３ａ、２３ｂは、圧電体基板２１に伝搬する弾性表面波を反射して、反射器２３ａと反射器２３ｂとの間に封じ込める機能を有する。
ＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂは、全体的に、圧電体基板２１の一端側（図２中右端側）にずれて形成されている。そして、圧電体基板２１の他端側（図２中左端側）には、一対の引出電極２４ａ、２４ｂが形成されている。引出電極２４ａ、２４ｂは、それぞれ、電極２２ａ、２２ｂと電気的に接続されている。
【００２０】
ＩＤＴ２２（電極２２ａ、２２ｂ）の平均厚さ、反射器２３ａ、２３ｂの平均厚さは、それぞれ、特に限定されないが、０．３μｍ〜０．８μｍ程度であるのが好ましく、０．５μｍ〜０．７μｍ程度であるのがより好ましい。このような数値範囲とすることにより、圧電体基板２１に加わる応力が過度に大きくなるのを防止することができる（すなわち、圧電体基板２１に加わる応力を圧電体基板２１の機械的強度に対して適度なものとすることができる）。そのため、圧電体基板２１が過剰に反ることなく、圧電デバイス１は、エージング特性およびリフロー特性の優れたものとなる。
【００２１】
また、圧電体基板２１の平面視にて、圧電体基板２１の上面の面積をＳ１とし、ＩＤＴ２２の面積（電極２２ａ、２２ｂの面積の総和）をＳ２とし、反射器２３ａ、２３ｂの面積の総和をＳ３としたとき、（Ｓ２＋Ｓ３）が、０．２Ｓ１〜０．４Ｓ２程度であることが好ましい。すなわち、圧電体基板２１の上面に対するＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂの面積占有率が、２０％〜４０％程度であることが好ましい。これにより、圧電体基板２１に加わる応力が過度に大きくなるのを防止することができる。そのため、圧電体基板２１が過剰に反ることなく、圧電デバイス１は、エージング特性およびリフロー特性の優れたものとなる。
【００２２】
このようなＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂは、それぞれ、導電性の優れるアルミニウムを主材料として構成されている。アルミニウムを主材料としたアルミニウム合金を用いる場合、アルミニウムに添加する金属の含有割合は、重量比で１０％以下であればよい。
なお、ＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂの構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、アルミニウムの他にも、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、マグネシウム等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。
【００２３】
このようなＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂは、例えば、次のようにして形成することができる。すなわち、まず、圧電体基板２１の一方の面に、スパッタリングによりアルミニウム膜を形成する。次いで、アルミニウム膜上に、ＩＤＴ２２（電極２２ａ、２２ｂ）、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂに対応するパターンのマスクを形成する。そして、ドライエッチングにより不要なアルミニウム膜を除去することにより、ＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂを形成することができる。
【００２４】
上述のような製法等によりＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂを形成すると、圧電体基板２１には、アルミニウム（アルミニウム膜）が収縮することにより発生する応力が加わる。上述したように圧電体基板２１の厚さが薄いため、このような応力が加わると、図２および図３に示すように、圧電体基板２１が上面側（ＩＤＴ２２、反射器２３ａ、２３ｂおよび引出電極２４ａ、２４ｂが形成された面側）に凹むようにして反る（撓む）。圧電体基板２１がこのようにして反る（撓む）ことにより、前記応力が緩和され、圧電体基板２１には応力がほとんど残留していない状態となる。このように、圧電体基板２１が応力を緩和するように上面側に凹むようにして反ることにより、エージング特性およびリフロー特性を優れたものとすることができる。これは、次のような理由であると考えられる。
【００２５】
従来の弾性表面波素子では、圧電体基板の厚さが厚い（一般的には３００μｍ程度）。そのため、ＩＤＴや反射器を形成する際に、これらの構成材料の収縮力により発生する応力によっては、圧電体基板が撓まず（撓むことが出来ず）、圧電体基板に応力が残留している状態であった。このような圧電体基板に残留する応力は、弾性表面波素子の駆動の際に発生する熱により前記構成材料の収縮力が変化するのに伴って変化する。すなわち、このような弾性表面波素子においては、駆動中に圧電体基板に残留する応力が大きく変化し、この応力の変化がエージング特性に悪影響を及ぼしていると考えられる。また、後述するようなリフロー中に加わる熱によっても、圧電体基板に残留する応力が大きく変化し、この応力の変化がリフロー特性に悪影響を及ぼしていると考えられる。
【００２６】
これに対して、本発明の弾性表面波素子では、圧電体基板が、ＩＤＴや反射器の構成材料の収縮力により生じる応力により、ＩＤＴが設けられた面側に凹むように反っている（言い換えれば、圧電体基板が、ＩＤＴや反射器の構成材料の収縮力により生じる応力により撓むことができる程度に薄く構成されている）。そのため、圧電体基板には、応力がほとんど残留していない状態となる。したがって、弾性表面波素子の駆動中に温度が変化しても、圧電体基板に残留する応力がほとんど変化せず、本発明の弾性表面波素子では、エージング特性が優れたものとなる。また、リフロー中に加わる熱によっても、圧電体基板に残留する応力がほとんど変化せず、本発明の弾性表面波素子では、リフロー特性が優れたものとなる。
【００２７】
次いで、圧電体基板２１を収容・固定するパッケージ３について説明する。
図１に示すように、パッケージ３は、板状のベース基板（固定基板）３１と、枠状の枠部材３２と、板状の蓋部材３３とを有している。ベース基板３１と、枠部材３２と、蓋部材３３とは、実装基板４側からこの順で積層されており、ベース基板３１と枠部材３２および枠部材３２と蓋部材３３は、それぞれ、例えばシーム溶接により接合されている。そして、パッケージ３は、ベース基板３１、枠部材３２および蓋部材３３で画成された内部空間Ｓに圧電体基板２１を収容している。
【００２８】
このようなベース基板３１の構成材料としては、絶縁性（非導電性）を有しているものが好ましく、例えば、各種ガラス、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス、ポリイミド等の各種樹脂材料などを用いることができる。
また、枠部材３２および蓋部材３３の構成材料としては、例えば、ベース基板３１と同様の構成材料、Ａｌ、Ｃｕ等の各種金属材料、各種ガラス材料などを用いることができる。特に、蓋部材３３の構成材料として、ガラス材料等の光透過性を有するものを用いた場合には次のような効果を発揮することができる。すなわち、まず、圧電体基板２１に、予め金属被覆部（図示せず）を形成しておく。これにより、弾性表面波素子２をパッケージ３内に収容した後であっても、蓋部材３３を介して前記金属被覆部にレーザを照射し、前記金属被覆部を除去して圧電体基板２１の質量を減少させることにより（質量削減方式により）、弾性表面波素子２の周波数調整を行うことができる。
【００２９】
図１および図２に示すように、ベース基板３１の上面には、エポキシ系、ポリイミド系等の接着剤３９が塗布されて（盛られて）おり、この接着剤３９上に、前述した圧電体基板２１の引出電極２４ａ、２４ｂが形成された側の端部が載置されている。そして、接着剤３９を硬化することにより、圧電体基板２１をベース基板３１に固定している。
すなわち、圧電体基板２１の一端（引出電極２４ａ、２４ｂが形成されている側の端）が固定端となり、他端が自由端となる。このように、一方の端を自由端とすることにより、圧電体基板２１の前述したような反りが阻害されず、圧電体基板２１に応力が残ることを防止することができる。また、例えば、枠部材３２および蓋部材３３をシーム溶接により接合する場合には、これら部材が高温下にさらされることによりパッケージ３が全体的に撓む場合があるが、本実施形態のように圧電体基板２１を片持ち支持していれば、パッケージ３の撓みが圧電体基板２１に伝わることがないため、圧電体基板２１の不本意な反りを防止することができる。
【００３０】
また、このように固定すると、圧電体基板２１の平面視にて、ＩＤＴ２２が形成された領域と重ならない位置で、圧電体基板２１を接着剤３９を介してパッケージ３に固定することができる。これにより、接着剤３９が収縮（例えば乾燥時の収縮）してもＩＤＴ２２ａが変位せず、圧電デバイス１は、所望の周波数特性を発揮することができる。
特に、本実施形態では、ＩＤＴ２２および反射器２３ａ、２３ｂが、圧電体基板２１の自由端側にずれて形成されているため、圧電体基板２１をベース基板３１に固定するための領域（すなわち、接着剤３９を接触させる領域）を大きく確保することができる。そのため、より確実に、ＩＤＴ２２が形成された領域と重ならない位置で、圧電体基板２１を接着剤３９を介してベース基板３１に固定することができる。
【００３１】
また、圧電体基板２１がベース基板３１に固定された状態において、圧電体基板２１の固定端とベース基板３１との離間距離Ｌ１は、圧電体基板２１の自由端とベース基板３１との離間距離Ｌ２よりも短いのが好ましい。これにより、圧電体基板２１がベース基板３１に接触することを防止することができる。その結果、弾性表面波素子２は、所望の周波数特性を発揮することができる。
【００３２】
また、圧電体基板２１がベース基板３１に固定された状態において、圧電体基板２１の固定端とベース基板３１との離間距離Ｌ１は、圧電体基板２１の中央部（最も凹んでいる部位）とベース基板３１との離間距離Ｌ３よりも短いのが好ましい。これにより、圧電体基板２１とベース基板３１との離間距離が固定端から自由端に向けて漸増するため、接着剤３９により圧電体基板２１をベース基板３１に固定する際、接着剤３９が圧電体基板２１の自由端側に濡れ広がることを防止できる。これにより、圧電体基板２１とベース基板３１とを所定の位置でかつ所定の高さで接着することができる。
ベース基板３１の上面には、一対の内部端子３４ａ、３４ｂが内部空間Ｓに露出するように形成されている。図４（ａ）に示すように、内部端子３４ａ、３４ｂは、それぞれ、ワイヤボンディング等により、引出電極２４ａ、２４ｂと電気的に接続されている。
【００３３】
図４（ｂ）に示すように、ベース基板３１の下面には、その四隅に位置するように４つの外部端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが設けられている。また、外部端子３５ａ〜３５ｄは、それぞれ、実装基板４上に設けられた後述する４つの接続端子４１に対向するように位置している。
これら４つの外部端子３５ａ〜３５ｄのうち、外部端子３５ａ、３５ｂは、それぞれ、ベース基板３１に形成されたビアホールを介して内部端子３４ａ、３４ｂに電気的に接続されたホット端子である。他の２つの外部端子３５ｃ、３５ｄは、それぞれ、例えばパッケージ３を実装基板４に実装するときの接合強度（スペーサ５１とパッケージ３の接合強度）を高めるためのダミー端子である。
【００３４】
このような内部端子３４ａ、３４ｂおよび外部端子３５ａ〜３５ｄは、それぞれ、例えば、タングステンおよびニッケルメッキの下地層に、金メッキを施すことで形成することができる。
以上、弾性表面波素子２について説明した。このような弾性表面波素子２を備えることにより、圧電デバイス１は、ＳＡＷ共振子やＳＡＷ発振器等のＳＡＷデバイスを構成することができる。
【００３５】
次いで、上記のような弾性表面波素子２を実装（固定する）する実装基板４について説明する。実装基板４は、その平面視にて、略長方形状をなしており、前述したパッケージ３のベース基板３１よりも若干大きく形成されている。
このような実装基板４は、リジッド基板、フレキシブル基板あるいはリジッドフレキシブル基板のいずれでもよい。また、実装基板４の構成材料としては、絶縁性（非導電性）を有しているものが好ましく、例えば、各種ガラス、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス、ポリイミド等の各種樹脂材料などを用いることができる。
【００３６】
また、図１に示すように、実装基板４の上面（パッケージ３側の面）には、４つの接続端子４１と、配線パターン４２とが形成されている。４つの接続端子４１は、それぞれ、パッケージ３の外部端子３５ａ〜３５ｄと対向するように、実装基板４の角部付近に形成されている。また、これら４つの接続端子４１のうち、外部端子（ホット端子）３５ａ、３５ｂに対応する接続端子４１は、それぞれ、配線パターン４２と電気的に接続されている。
【００３７】
一方、実装基板４の下面には、例えば、圧電デバイス１を実装する回路基板（図示しない）と電気的、機械的に接続される実装端子４３が複数形成されている。各実装端子４３は、実装基板４に形成されたビアホールを介して配線パターン４２と電気的に接続されている。
なお、実装基板４の下面には、必要に応じて、後述するＩＣ６の特性検査や、ＩＣ内部の各種情報（例えば、圧電デバイスの温度補償情報）を書き換え（調整）を行うための書込端子を形成してもよい。
【００３８】
このような実装基板４の上面の中央部には、電子部品６が搭載されている。電子部品６は、弾性表面波素子２を駆動するための回路素子としての例えば集積回路素子（以下、単に「ＩＣ」とも言う）である。図１に示すように、このようなＩＣ６は、絶縁性（非導電性）の接着剤や、接着シート等の接着部材４４により実装基板４に搭載されており、さらに、ワイヤボンディング（金属ワイヤ４５）により、配線パターン４２と電気的に接続されている。これにより、各端子（接続端子４１および実装端子４３）とＩＣ６とが、配線パターン４２を介して電気的に接続される。
【００３９】
このような実装基板４は、その上面側にて、４つのスペーサ５１を介してパッケージ３を固定している。これらスペーサ５１は、実装基板４とパッケージ３との間に、ＩＣ６等を搭載するための隙間を形成する機能を有している。これにより、パッケージ３とＩＣ６とを圧電デバイス１の高さ方向に重ねる（積層する）ことができるため、圧電デバイス１の小型化を図ることができる。
【００４０】
４つのスペーサ５１は、パッケージ３の外部端子３５ａとこれに対応する接続端子４１との間、外部端子３５ｂとこれに対応する接続端子４１との間、外部端子３５ｃとこれに対応する接続端子４１との間および外部端子３５ｄとこれに対応する接続端子４１との間に設けられている。このようなスペーサ５１は、半田（ろう材）により、外部端子３５ａ〜３５ｄおよび接続端子４１に接合されている。
【００４１】
ここで、少なくとも外部電極（ホット電極）３５ａ、３５ｂに対応するスペーサ５１は、それぞれ、導電性を有しているのが好ましい。これにより、外部端子３５ａとこれに対応する接続端子４１とを、これらの間に設けられたスペーサ５１を介して電気的に接続し、また、外部端子３５ｂとこれに対応する接続端子４１とを、これらの間に設けられたスペーサ５１を介して電気的に接続することができる。これにより、圧電デバイス１の部品点数の削減を図ることができ、製造の簡易化、低コスト化および小型化を図ることができる。
【００４２】
このようなスペーサ５１の構成としては、特に限定されず、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の導電性を有する各種金属材料を主材料として構成してもよいし、また、各種樹脂材料、セラミックスで構成された非導電性の基体の表面に、メッキ等の導電性膜を形成することにより構成してもよい。また、銅で構成されたボールの表面に半田がコーティングされた半田ボールを用いてもよい。また、スペーサ５１は、導電性を有していなくてもよい。この場合には、ワイヤボンディング等により、外部端子３５ａとこれに対応する接続端子４１（外部端子３５ｂとこれに対応する接続端子４１）とを電気的に接続することができる。
【００４３】
以上、圧電デバイス１について説明したが、図５に示すように、このような圧電デバイス１に流動性のある樹脂で構成されたモールド材８を流し込み、パッケージ３の蓋部材３３の上面および実装基板４の下面がそれぞれ外部に露出するように、圧電デバイス１全体をモールド材８で覆ってもよい。
以上、本発明の圧電デバイスを図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。
【実施例】
【００４４】
１．圧電デバイスの作成
（実施例１）
まず、オイラー角が（０°、１２７°、０°）の水晶基板（圧電体基板）を用意した。水晶基板のサイズは、（縦×横×厚さ）が、（０．８ｍｍ×２．７ｍｍ×６０μｍ）であった。この水晶基板の一方の面に、スパッタリングにより平均厚さ０．６μｍ（６０００Å）のアルミニウム膜を形成した。次いで、このアルミニウム膜を所定パターンにエッチングして、一対のＩＤＴ、一対の反射器および引出電極を一体的に形成した。水晶基板の面に対するＩＤＴおよび反射器の面積占有率は３３％であった。また、ＩＤＴ対数は、１００対であり、反射器本数は、各反射器当たり１００本であり、交差幅は４０λ（λは弾性表面波の波長である。）であった。
このようにして得られた部材をパッケージに収容し弾性表面波素子を得た。そして、この弾性表面波素子を図１に示すような圧電デバイスに組み込むことにより、圧電デバイスを得た。
【００４５】
（実施例２）
水晶基板の厚さを１００μｍとした以外は、実施例１と同様にして圧電デバイスを得た。
（実施例３）
水晶基板の厚さを２００μｍとした以外は、実施例１と同様にして圧電デバイスを得た。
（比較例１）
水晶基板の厚さを３００μｍとした以外は、実施例１と同様にして圧電デバイスを得た。
【００４６】
２．各種測定
上述のようにして得られた実施例１〜３および比較例１の圧電デバイスについて、共振周波数のリフロー変化量、共振周波数のヒートサイクル変化量、共振周波数のエージング変化量をそれぞれ以下の方法により測定した。
（２−１）共振周波数のリフロー変化量
各実施例１〜３および比較例１について、それぞれ、所定リフロー前後での共振周波数の変化を測定した。なお、リフローは、図６に示すグラフに従って２回行った。この結果を図７に示す。
【００４７】
（２−２）共振周波数のヒートサイクル変化量
各実施例１〜３および比較例１について、それぞれ、所定ヒートサイクル前後での共振周波数の変化を測定した。なお、ヒートサイクルは、−５５℃（３０分）、１２５℃（３０分）を１サイクルとし、これを１０００サイクル行った。この結果を図８に示す。
（２−３）共振周波数のエージング変化量
各実施形態１〜３および比較例１について、それぞれ、１２５℃で２０００時間連続して駆動させた前後の共振周波数の変化を測定した。この結果を図９に示す。
【００４８】
３．評価
図７に示すように、各実施例１〜３は、比較例１に対して共振周波数のリフロー変化量が小さかった。また、図８に示すように、各実施例１〜３は、比較例１に対して共振周波数のヒートサイクル変化量が小さかった。また、図９に示すように、各実施例１〜３は、比較例１に対して共振周波数のエージング変化量が小さかった。
【符号の説明】
【００４９】
１……圧電デバイス ２……弾性表面波素子 ２１……圧電体基板 ２２……ＩＤＴ ２２ａ、２２ｂ……電極 ２２１ａ、２２１ｂ……電極指 ２３ａ、２３ｂ……反射器 ２４ａ、２４ｂ……引出電極 ３……パッケージ ３１……ベース基板 ３２……枠部材 ３３……蓋部材 ３４ａ、３４ｂ……内部端子 ３５ａ〜３５ｄ……外部端子 ３９……接着剤 ４……実装基板 ４１……接続端子 ４２……配線パターン ４３……実装端子 ４４……接着部材 ４５……金属ワイヤ ５１……スペーサ ６……電子部品（ＩＣ） ８……モールド材 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３……離間距離 Ｓ……内部空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性を有する圧電体材料で構成された圧電体基板と、
前記圧電体基板の一方の面上に設けられ、前記圧電体基板に弾性表面波を励振させるための櫛歯電極とを有し、
前記圧電体基板の厚さは、６０μｍ〜２００μｍであり、
前記圧電体基板は、前記櫛歯電極の構成材料の収縮力により生じる応力により、前記櫛歯電極が設けられた面側に凹むように反っていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記圧電体材料は、水晶を主材料として構成されている請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記櫛歯電極の平均厚さは、０．３μｍ〜０．８μｍである請求項２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記圧電体基板の一方の面には、櫛歯電極を介して対向するように配置された一対の反射器が形成されており、前記圧電体基板の平面視にて、前記圧電体基板に対する前記櫛歯電極および前記一対の反射器の面積占有率は、２０〜４０％である請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記圧電体基板の他方の面側に設けられ、前記圧電体基板を固定する固定基板を有し、
前記圧電体基板は、該圧電体基板の平面視にて、前記櫛歯電極と重ならない位置で前記固定基板に接着剤を介して固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記圧電体基板は、長手形状をなし、長手方向の一端部にて前記固定基板に固定されており、前記圧電体基板の他端部は、自由端となっている請求項５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記櫛歯電極は、前記圧電体基板の中央部よりも、前記自由端側へずれて設けられている請求項６に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の自由端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短い請求項６または７に記載の弾性表面波素子。
【請求項９】
前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の中央部における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短い請求項６ないし８のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の弾性表面波素子を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１】
圧電性を有する圧電体材料で構成された圧電体基板と、
前記圧電体基板の一方の面上に設けられ、前記圧電体基板に弾性表面波を励振させるための櫛歯電極とを有し、
前記圧電体基板の厚さは、６０μｍ〜２００μｍであり、
前記圧電体基板は、前記櫛歯電極の構成材料の収縮力により生じる応力により、前記櫛歯電極が設けられた面側に凹むように反っていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記圧電体材料は、水晶を主材料として構成されている請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記櫛歯電極の平均厚さは、０．３μｍ〜０．８μｍである請求項２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記圧電体基板の一方の面には、櫛歯電極を介して対向するように配置された一対の反射器が形成されており、前記圧電体基板の平面視にて、前記圧電体基板に対する前記櫛歯電極および前記一対の反射器の面積占有率は、２０〜４０％である請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記圧電体基板の他方の面側に設けられ、前記圧電体基板を固定する固定基板を有し、
前記圧電体基板は、該圧電体基板の平面視にて、前記櫛歯電極と重ならない位置で前記固定基板に接着剤を介して固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記圧電体基板は、長手形状をなし、長手方向の一端部にて前記固定基板に固定されており、前記圧電体基板の他端部は、自由端となっている請求項５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記櫛歯電極は、前記圧電体基板の中央部よりも、前記自由端側へずれて設けられている請求項６に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の自由端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短い請求項６または７に記載の弾性表面波素子。
【請求項９】
前記圧電体基板の固定端における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離は、前記圧電体基板の中央部における前記圧電体基板と前記固定基板との離間距離よりも短い請求項６ないし８のいずれかに記載の弾性表面波素子。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の弾性表面波素子を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１７８１９８（Ｐ２０１０−１７８１９８Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０５６５（Ｐ２００９−２０５６５）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【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２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【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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