弾性表面波素子および弾性表面波デバイス並びに電子機器
【課題】ストップバンドの上限モードで共振する弾性表面波素子の、電極指幅のばらつきに伴う周波数ばらつきを小さくできるようにする。
【解決手段】弾性表面波素子１０は、水晶基板１２のカット角がオイラー角表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）となっている。水晶基板１２の表面中央部には、ＩＤＴ１４が設けてある。ＩＤＴ１４は、一対の櫛型電極１８（１８ａ、１８ｂ）からなり、すだれ状に形成してある。ＩＤＴ１４を構成している櫛型電極１８の電極指２２（２２ａ、２２ｂ）は、幅がＬｔ、電極指２２の形成ピッチがＰｔとなっていて、０．５≦（Ｌｔ／Ｐｔ）≦０．７となるように形成してある。ＩＤＴ１４は、一対の櫛型電極１８ａ、１８ｂ間に信号圧が印加されると、水晶基板１２をレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで励振する。
【解決手段】弾性表面波素子１０は、水晶基板１２のカット角がオイラー角表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）となっている。水晶基板１２の表面中央部には、ＩＤＴ１４が設けてある。ＩＤＴ１４は、一対の櫛型電極１８（１８ａ、１８ｂ）からなり、すだれ状に形成してある。ＩＤＴ１４を構成している櫛型電極１８の電極指２２（２２ａ、２２ｂ）は、幅がＬｔ、電極指２２の形成ピッチがＰｔとなっていて、０．５≦（Ｌｔ／Ｐｔ）≦０．７となるように形成してある。ＩＤＴ１４は、一対の櫛型電極１８ａ、１８ｂ間に信号圧が印加されると、水晶基板１２をレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで励振する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に係り、特にレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで水晶基板を励振する弾性表面波素子および弾性表面波デバイス並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電基板に発生させた弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を利用した共振器やフィルタなどの弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスは、小型で量産性に優れているところから、急速に普及してきている。特に、圧電基板として水晶基板を用いたＳＡＷデバイスは、温度変化に対する共振周波数（以下、単に周波数ということがある）の安定性（周波数温度特性）に優れているところから、携帯電話機をはじめとして多くの電子機器に用いられている。中でも、ＳＴカットと呼ばれる水晶板を、その板の面に沿って回転させたいわゆる面内回転ＳＴカット水晶基板を用いて製造した弾性表面波素子は、周波数温度特性に優れており、高精度なＳＡＷデバイスを得ることができる。しかし、近年、電子機器の高周波化、高性能・高精度化が著しく、より周波数安定性に優れたＳＡＷデバイスが求められている。
【０００３】
ところで、いわゆる面内回転ＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波素子は、水晶基板に励起される弾性表面波がレイリー波からなっている。レイリー波からなる弾性表面波は、水晶基板に設けたすだれ状電極の電極指が周期的に形成してあるため、ストップバンドと呼ばれる周波数帯を有することが知られている。そして、面内回転ＳＴカット水晶基板は、ＩＤＴによって励起される弾性表面波がストップバンドの下端（下限モード）の周波数を有する。
【０００４】
非特許文献１によれば、水晶基板をストップバンドの上端（上限モード）における周波数で励振した場合、下限モードにおける励振よりも周波数温度特性が優れている。したがって、高精度な弾性表面波素子を得るには、水晶基板をストップバンドの上限モードで励振することが望まれる。そして、特許文献１には、水晶基板をストップバンドの上限モードで励振するために、すだれ状電極を、弾性表面波の１波長あたり３本の電極指を有する反射反転型の電極にしている。また、特許文献２には、ＩＤＴ電極のばらつきによる共振周波数の変動を小さくするために、ＩＤＴの電極指の電極幅と電極指の形成ピッチとの比ηを０．５〜０．６にしている。
【非特許文献１】信学技報、社団法人電子情報通信学会、ＵＳ９９−２０（１９９９−０６）、ｐ．３７−４２（図４）
【特許文献１】特開２００２−１００９５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
弾性表面波素子は、周知のように、共振周波数がＩＤＴ（Interdigital Transducer）を構成しているすだれ状電極の電極指の形成ピッチに依存している。したがって、弾性表面波素子の高周波化を図るためには、すだれ状電極の電極指の形成ピッチを小さくする必要がある。ところが、上記特許文献１のように反射反転型電極にすると、弾性表面波の１波長に３本の電極指を含むため、通常の弾性表面波の１波長に２本の電極指を含むシングル型のＩＤＴに比較して、高周波化に不利となる。すなわち、特許文献１に記載の弾性表面波素子は、通常の弾性表面波素子よりも電極指の形成ピッチを小さくするとともに、電極指の幅も狭くしなければならない。このため、特許文献１に記載の弾性表面波素子は、すだれ状電極を形成するためにより高度な技術が要求されるとともに、電極指の断線も生じやすい。しかも、電極指が細くなるため、電極指幅のばらつきが相対的に大きくなって、弾性表面波素子間における周波数のばらつきが大きくなる。
【０００６】
また、特許文献２に記載されている弾性表面波素子は、カット角がオイラー角表示で（０°、１１３°〜１３５°、±（４０°〜４９°））のいわゆる面内回転ＳＴカット水晶基板を用いたものである。水晶結晶は、周知のように異方性を有しており、カット角が異なると物性も異なってくる。したがって、特許文献２に電極指幅と電極指の形成ピッチとの比（標準化電極指幅η）の最適な値として０．５〜０．６５が開示されているとしても、その値を他のカット角の水晶基板にそのまま適用できるとは限らない。しかも、特許文献２に記載の弾性表面波素子は、水晶基板が通常のストップバンドの下限モードで励振されるもので、ストップバンドの上限モードで励振される弾性表面波素子にも適用できるかが不明である。このため、ストップバンドの上限モードで励振される弾性表面波素子において、電極指幅のばらつきに伴う周波数ばらつきを小さくできる標準化電極指幅ηの値を定めることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記要請に鑑みてなされたもので、ストップバンドの上限モードで共振される弾性表面波素子の、電極指幅のばらつきに伴う周波数ばらつきを小さくできるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、鋭意研究した結果、水晶基板を特定のカット角で切り出すことにより、弾性表面波の１波長に２本の電極指を含む通常のシングル型ＩＤＴあっても、ストップバンドの上限モードで励振できる弾性表面波素子を得ることができた。さらに、発明者らは、ストップバンドの上限モードで励振できる弾性表面波素子において、電極指のばらつきによる共振周波数のばらつきを小さくできる標準化電極幅の範囲を見出した。
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る弾性表面波素子は、カット角がオイラー角表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）の水晶基板に設けられ、前記水晶基板をレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで励振するすだれ状電極を備え、前記すだれ状電極の電極指の幅をＬｔ、前記電極指の形成ピッチをＰｔとしたときに、
０．５≦（Ｌｔ／Ｐｔ）≦０．７
であることを特徴としている。
【００１０】
このようになっている本発明は、製造した弾性表面波素子間において、電極指の幅Ｌｔや電極指の形成ピッチＰｔの値が製造の際にばらついたとしても、各素子間における共振周波数のばらつきを小さくすることができる。例えば、目標共振周波数が３１０ＭＨｚの弾性表面波素子において、Ｌｔ／Ｐｔ（＝η）の値が上記の範囲にある場合、ηの値が各弾性表面波素子間において±０．０１程度ばらついたとしても、各弾性表面波素子間の共振周波数のばらつきを最大で１７００ｐｐｍ程度にすることができる。したがって、弾性表面波デバイスにするために各弾性表面波素子をパッケージ内に実装するときに、周波数調整することにより各弾性表面デバイス間における共振周波数のばらつきをより小さくでき、周波数ばらつきの小さい高精度な弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスとすることができる。
【００１１】
なお、水晶基板は、上記のカット角を有する場合、ＩＤＴによってストップバンドの下限モードと上限モードとの両方で励振される。しかし、例えば、ＩＤＴをＨ／λ＝０．０６、η＝０．６ぐらいに形成すると、すなわちＩＤＴの電極指の膜厚を厚く、幅を太くすると、上限モードの振動を下限モードの振動より大きくすることができる。ここに、Ｈは電極指の厚み（電極膜厚）、λは弾性表面波の波長である。
【００１２】
すだれ状電極は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金から形成してよい。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、比較的比重の小さな金属である。すだれ状電極を比重の小さなアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成することにより、電極の重みによる周波数の低下を小さくすることができ、弾性表面波素子の高周波化に有効である。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波デバイスは、上記の弾性表面波素子を備えていることを特徴としている。そして、本発明に係る電子機器は、上記の弾性表面波デバイスを有することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る弾性表面波素子および弾性表面波デバイス並びに電子機器の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子を模式的に示した平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った一部断面図である。これらの図において、弾性表面波素子１０は、圧電基板である矩形状の水晶基板１２からなり、水晶基板１２の表面中央部にＩＤＴ１４が形成してある。また、弾性表面波素子１０は、一対の反射器１６（１６ａ、１６ｂ）を有している。一対の反射器１６は、ＩＤＴ１４によって水晶基板１２に励振されるレイリー波からなる弾性表面波の伝播方向に沿って設けられ、ＩＤＴ１４を挟んで配置してある。
【００１５】
弾性表面波素子１０のＩＤＴ１４は、一対の櫛形電極１８（１８ａ、１８ｂ）によって構成してある。各櫛型電極１８は、それぞれの一端をバスバー２０に接続した複数の電極指２２（２２ａ、２２ｂ）を備えている。そして、ＩＤＴ１４は、一対の櫛型電極１８によってすだれ状に形成してある。すなわち、ＩＤＴ１４は、各櫛型電極１８の櫛歯に相当する電極指２２が噛み合うように交互に、かつ平行に等間隔で配置してある。そして、ＩＤＴ１４は、櫛型電極１８ａと櫛型電極１８ｂとの間に信号電圧が印加されて水晶基板１２を励振し、水晶基板１２に所定周波数のレイリー波からなる弾性表面波を生成する。この弾性表面波は、電極指２２に直行した方向に伝播する。
【００１６】
各反射器１６は、両端が相互に連結され、電極指２２と平行に形成した複数の導体ストリップ２４からなり、格子状をなしている。これらの反射器１６とＩＤＴ１４とは、実施形態の場合、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分としたアルミニウム合金の薄膜から形成してある。すなわち、ＩＤＴ１４と反射器１６とは、図示しない水晶ウエハの表面に蒸着やスパッタリングなどによって成膜されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜を、所定の形状にフォトエッチングすることにより形成される。そして、ＩＤＴ１４の各櫛型電極１８は、図示しない接続パッドに電気的に接続してある。
【００１７】
ＩＤＴ１４は、各櫛型電極１８ａ、１８ｂの電極指２２ａ、２２ｂの幅をＬｔ、電極指２２ａ、２２ｂの形成ピッチをＰｔ、両者の比Ｌｔ／Ｐｔを標準化電極幅ηとしたときに、後述する理由により、０．５≦η≦０．７となるように形成してある。
【００１８】
水晶基板１２は、実施形態の場合、ＩＤＴ１４によって励振されたときに、ストップバンドの上限モードの周波数で励振されるカット角で水晶結晶ブロック（図示せず）から切り出してある。具体的には、水晶基板１２は、後述する理由によりカット角がオイラー表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）となっている。図３は、このカット角を説明する図である。図３においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ水晶の結晶軸を示しており、Ｘ軸がいわゆる電気軸、Ｙ軸がいわゆる機械軸、Ｚ軸がいわゆる光軸である。
【００１９】
Ｚ軸に直交するＸＹ面に平行な水晶板２６が水晶Ｚ板と呼ばれ、オイラー角を（φ，θ，ψ）とした場合、（０°，０°，０°）である。オイラー角のφはＺ軸を回転中心としたＸ軸、Ｙ軸の回転角を示し、θはＸ軸を回転軸心としたＹ軸、Ｚ軸の回転角を示し、ψはＹ軸を回転中心としたＸ軸、Ｚ軸の回転角を示している。また、これらの回転角は、いずれも反時計方向に回転させた場合がプラスである。
【００２０】
したがって、実施形態の水晶基板１２は、φ＝０°であるから、Ｚ軸を回転軸（回転中心）としたＸ軸とＹ軸との回転を行なわない。図３に示したように、Ｘ軸を回転軸としてＹ軸とＺ軸とを反時計回りに角度θだけ回転させたときの新たな座標軸をＹ´軸、Ｚ´軸とする。そして、このＺ´軸を法線とするＸ軸とＹ´軸とのなす面と平行な面方位でカットしたものを水晶基板２８とする。実施形態においては、このＸ軸を回転中心としたＹ軸とＺ軸との回転角度θは、０°〜１８０°の範囲である。
【００２１】
さらに、水晶基板２８において、Ｚ´軸を回転中心として、水晶基板２８の面に沿ってＸ軸とＹ´軸とを角度ψだけ回転させたときの新たな座標軸をＸ´軸、Ｙ"軸とする。そして、この回転角ψを面内回転角と呼ぶ。実施形態の場合、面内回転角ψは、０°〜９０°である。ただし、面内回転角ψは、０°と９０°とを含まない。そして、実施形態の弾性表面波素子１０は、水晶基板１２が水晶基板２８を角度ψだけ面内回転させたものであり、角度ψ面内回転させたときの新たなＸ´軸を弾性表面波であるレイリー波の伝播方向としている。なお、水晶結晶は、Ｚ´軸を回転軸とした場合、時計方向へ回転したときと、反時計方向へ回転したときでは対象であるので、面内回転角ψはどちらの方向にとってもよい。すなわち、面内回転角ψは、実施形態の場合、０°＜｜ψ｜＜９０°である。そして、実施形態の弾性表面波素子１０は、ＩＤＴ１４がレイリー波からなる弾性表面波の１波長中に２本の電極指２２が含まれるシングル型ＩＤＴである。
【００２２】
このようなカット角を有する実施形態の水晶基板１２は、ＩＤＴ１４によってストップバンドの下限モードと上限モードの両方において励振される。そして、発明者らの研究によると、例えばＩＤＴ１４をＨ／λ＝０．０６、η＝０．６ぐらいに形成すると、すなわちＩＤＴ１４の電極指２２の膜厚Ｈを厚く、幅Ｌｔを太くすると、ストップバンド上限モードの振動を下限モードの振動より大きくすることができる。なお、発明者らの研究によると、例えばＩＤＴ１４をＨ／λ＝０．０４、η＝０．４にした場合、下限モードの振動が上限モードの振動より非常に優勢であることがわかった。また、ＩＤＴ１４をＨ／λ＝０．０６、η＝０．８ぐらいに形成すると、上限モードの振動を下限モードの振動より非常に大きくすることができる。
【００２３】
カット角がオイラー角表示で、例えば（０°，１２３°，０°）の水晶板は、従来からＳＴカット水晶基板として知られており、弾性表面波素子の形成に広く用いられている。このＳＴカット水晶基板の表面にシングル型ＩＤＴを形成して、ＳＴカット水晶基板に弾性表面波を励振した場合、通常、レイリー波が励起される。ＳＴカット水晶基板に励起されたレイリー波は、ストップバンドと呼ばれる周波数帯の下端（下限モード）の周波数を有する。
【００２４】
弾性表面波素子がストップバンドの上端の周波数である上限モードで励振されるのか、下端の周波数である下限モードで励振されるのかは、それぞれのモードの周波数での短絡条件と開放条件とにおける周波数差によって決まる。短絡条件と開放条件との間において、周波数差があれば各モードにおける励振が可能であることがわかっている。そこで、発明者らは、ＳＴカット水晶基板と面内回転ＳＴカット水晶基板とを用いてシングル型ＩＤＴの弾性表面波素子を作成した場合に、ストップバンドの上限モードで励振が可能であるか、否かを有限要素法（ＦＥＭ）により調べた。表１は、その計算結果を示したものである。
【表１】
【００２５】
表１において、カット角は水晶基板のカット角であって、オイラー角で示してある。また、標準化電極幅ηは図２に示した電極指２２の幅Ｌｔと形成ピッチＰｔとの比Ｌｔ／Ｐｔであり、Ｈは電極指２２の膜厚である。そして、λは弾性表面波の波長であって、この計算においてはλ＝１０μｍとしている。また、ｆＵＳはストップバンドの上限モードにおける短絡条件の周波数、ｆＵＯは上限モードにおける開放条件の周波数であり、両者の差の絶対値を示した。なお、電極指２２（ＩＤＴ１４）は、アルミニウム薄膜によって形成してある。
【００２６】
表１に示されているように、カット角が（０°，１２３°，０°）のＳＴカット水晶基板を用いたη＝０．５、Ｈ／λ＝０．０３の弾性表面波素子Ａは、上限モードにおける短絡条件の周波数ｆＵＳと開放条件の周波数ｆＵＯとの差は０である。したがって、弾性表面波素子Ａは、ストップバンドの上限モードにおいて励振することができない。また、カット角が（０°，１２３°，０°）であって、η＝０．７、ｈ／λ＝０．１０の弾性表面波素子Ｂは、弾性表面波素子Ａと同様に、｜ｆＵＳ−ｆＵＯ｜＝０となっていて、ストップバンドの上限モードにおいて励振することができない。
【００２７】
一方、η＝０．５、Ｈ／λ＝０．０３であってカット角が（０°，１２３°，４１°）の面内回転ＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波素子Ｃは、｜ｆＵＳ−ｆＵＯ｜が０．００１５ＭＨｚとなっている。また、η＝０．７、Ｈ／λ＝０．１０であってカット角が（０°，１２３°，４１°）の面内回転ＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波素子Ｄは、｜ｆＵＳ−ｆＵＯ｜＝０．１６６７ＭＨｚとなっている。したがって、面内回転水晶基板を用いた弾性表面波素子Ｃ、Ｄは、ストップバンドの上限モードにおいて励振が可能である。
【００２８】
図４は、弾性表面波素子の温度に対する周波数変動量をＦＥＭにより求めて示したものである。図４の横軸はカット角θを度（°）で示しており、右側の縦軸はカット角（弾性表面波の伝播方向）ψを度（°）で示している。また、図４の左側の縦軸は、ｐｐｍで示した周波数変動量である。なお、周波数変動量＝周波数偏差の最大値−周波数偏差の最小値、として求めている。また、周波数偏差＝（各温度における周波数−２５℃における周波数）／２５℃における周波数、である。
【００２９】
周波数変動量を求めた条件としては、弾性表面波素子はシングル型ＩＤＴであって、ＩＤＴの標準化電極幅η（＝Ｌｔ／Ｐｔ）＝０．７であり、標準化電極膜厚Ｈ／λ＝０．１０である。なお、λは弾性表面波の波長であって、λ＝１０μｍとしている。そして、水晶基板のカット角は、φ＝０°に固定し、カット角θを５°間隔で０°〜１８０°まで変化させた。さらに、θの各角についてψを１°間隔で０°〜９０°まで変化させるとともに、ψの各角度において弾性表面波素子の温度を−４０℃〜＋９０°間で変化させた。そして、温度の変化に対して１℃間隔で周波数（共振周波数）求めた。
【００３０】
図４において、●は、カット角θの各角度における周波数変動量の最小値を示している。そして、△は、その最小値が得られた面内回転角ψの角度を示している。例えば、φ＝０°、θ＝４０°のときに、ψ＝０°〜９０°変化させ、ψの各角度について温度を−４０℃〜＋９０℃変化させたときの周波数変動量の最小値は約８０ｐｐｍであり、そのときの面内回転角ψは約１２°である。
【００３１】
そして、図４からわかるように、水晶基板の切り出し角度および弾性表面波の伝播方向をオイラー角（０°、０°≦θ≦１８０°、９°≦｜ψ｜≦４６°）の範囲に設定すると、温度が−４０℃〜＋９０℃の範囲においては、周波数変動量を最大で約１２７ｐｐｍにすることができる。特に、水晶基板の切り出し角度および弾性表面波の伝播方向をオイラー角（０°、０°≦θ≦１８０°、３３°≦｜ψ｜≦４６°）の範囲にした場合、周波数変動量は、最大で約５９ｐｐｍにできる。なお、面内回転角ψは、水晶結晶の対称性からプラスまたはマイナスのどちら側の角度を用いても、結果は同じである。また、カット角は、オイラー角による表示にこだわらず、結晶学的に等価なカット角の結晶基板を用いることができる。
【００３２】
図５は、水晶基板の切り出し角度および弾性表面波の伝播方向をオイラー角表示で（０°、１２３°、４３．２°）の弾性表面波素子であって、ＩＤＴの標準化膜厚Ｈ／λを０．０６〜０．１１まで変化させるとともに、ＩＤＴの標準化電極幅ηを０．５〜０．７の範囲で変化させたときの周波数の変動量を示したものである。なお、弾性表面波の波長λ＝１０μｍである。そして、図５の横軸は標準化電極幅ηであり、縦軸は温度２５℃における共振周波数３１０ＭＨｚに対する周波数偏差量をｐｐｍで示している。
【００３３】
また、図５に示された曲線ＡはＨ／λ＝０．０６であり、曲線ＢはＨ／λ＝０．０７、曲線ＣはＨ／λ＝０．０８である。さらに、曲線ＤはＨ／λ＝０．０９、曲線ＥはＨ／λ＝０．１０、曲線ＦはＨ／λ＝０．１１である。図５に示されているように、標準化電極膜厚Ｈ／λが０．０６〜０．１１の場合、周波数偏差量が最も小さくなるのがη＝０．０６前後であり、０．０５≦η≦０．０７に設定することが望ましい。
【００３４】
標準化電極幅ηの最適な値は、標準化電極膜厚Ｈ／λの値によって異なっている。例えば、Ｈ／λ＝０．０６の場合、図６に示したように、標準化電極幅η＝０．６１となる。なお、図６は、横軸がηの値、縦軸が２５℃における周波数３１０ＭＨｚに対する周波数の偏差量をｐｐｍで示している。そして、弾性表面波の波長λ＝１０μｍとしている。図に示されているように、Ｈ／λ＝０．０６の場合、η＝０．６１を目標とすることにより、ＩＤＴの形成に製作上のばらつきがあったとしても、η＝０．６１±０．０１の範囲内に製作できれば、周波数の偏差量を２００ｐｐｍ以内に抑えることができる。すなわち、この場合、電極指２２の幅Ｌｔの許容範囲は、±０．０５μｍになる。
【００３５】
図７は、標準化膜厚Ｈ／λを変えたときに３１０ＭＨｚに対する周波数偏差量が最小となる標準化電極幅ηの値を示したものである。図７に示したようにＨ／λの値によって、周波数偏差が最小となるηの値が異なり、Ｈ／λに対して次の数式１の２次式で近似することができる。
【数１】
なお、Ｈ／λ＝０．１０の場合、図７に示したように、周波数偏差が最小となるηは０．６２である。
【００３６】
図８は、３１０ＭＨｚの弾性表面波素子を作成し、ηが０．５〜０．７の場合、ηの値が０．０１変わったときに、周波数がとの程度変わるかを調べたものである。図８の横軸は標準化電極膜厚Ｈ／λを示し、縦軸はηが０．０１変わったことによる周波数の変動量をｐｐｍで示した。なお、弾性表面波の波長λは１０μｍである。
【００３７】
図８において、◆はη＝０．５０における周波数に対するη＝０．５１における周波数の変動量である。また、■は、η＝０．７０における周波数に対するη＝０．６９における周波数の変動量である。図８に示したように、０．５≦η≦０．７の場合、ηが０．０１変化したときの周波数の変動量は、最大で８３０ｐｐｍ程度である。
【００３８】
図９は、本発明の実施形態に係る弾性表面波デバイスの一例である弾性表面波共振子を模式的に示した断面図である。図９において、弾性表面波共振子３０は、弾性表面波素子１０がパッケージ３２に収容してある。パッケージ３２は、パッケージ本体３４と蓋体３６からなっている。パッケージ本体３４は、例えばセラミックのグリーンシートを積層して焼成し、弾性表面波素子１０を収容する収容空間３８を有する箱型に形成してある。蓋体３６は、金属板やガラス板、セラミック板などからなっており、金属ロウ材や低融点ガラスなどを介してパッケージ本体３４の上端面に接合され、収容空間３８を気密に封止している。
【００３９】
弾性表面波素子１０は、パッケージ本体３４が形成する収容空間３８に収容され、接着剤４０などを介してパッケージ本体３４の底面に固着してある。パッケージ本体３４は、底面に実装端子４２が設けてある。この実装端子４２には、金やアルミニウムなどのボンディングワイヤ４４の一端が接続してある。ボンディングワイヤ４４は、他端が弾性表面波素子１０に設けたボンディングパッド（図示せず）に接合してある。ボンディングパッドは、ＩＤＴ１４を構成している一対の櫛型電極１８のそれぞれに対応して設けてあり、図示しない配線パターンなどを介して櫛型電極１８に電気的に接続してある。したがって、ＩＤＴ１４は、ボンディングパッドとボンディングワイヤ４４とを介して実装端子４２に電気的に接続してある。また、実装端子４２は、パッケージ本体３４に形成した図示しないスルーホールなどを介して、パッケージ本体３４の下面に設けた外部端子４６に電気的に接続してある。外部端子４６は、電子機器のマザーボードに設けた配線パターンのランドなどに接合される。
【００４０】
図１０は、本発明に係る弾性表面デバイスを搭載した実施の形態に係る電子機器である光インターフェースモジュールの概略構成ブロック図である。図１０において、光インターフェースモジュール５０は、光ネットワークを介してデータの授受などを実行するために、光信号と電気信号とを相互に変換する。この実施形態の光インターフェースモジュール５０は、例えば１０．３１２５Ｇｂｉｔ／ｓの光信号と、３．１２５Ｇｂｉｔ／ｓの電気信号（４系統）とを相互に信号変換する。
【００４１】
すなわち、光インターフェースモジュール５０は、電気／光変換部５２を備えている。電気／光変換部５２は、Ｐ／Ｓ（パラレル／シリアル）変換部５４が出力した電気信号を光信号に変換し、光ネットワーク側に出力する。また、光インターフェースモジュール５０は、光／電気変換部５６が光ネットワーク側から入力した光信号を電気信号に変換し、Ｓ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換部５８に出力する。
【００４２】
光インタフェースモジュール５０は、発振器（ＯＳＣ）６０、６２を備えている。発振器６０、６２は、前記したストップバンドの上限モードで励振される弾性表面波素子１０を備えた弾性表面波共振子３０を有する。これらの発振器６０、６２は、長年月にわたって一定周波数のクロック信号を出力する。発振器６２、６０の出力するクロック信号は、ビット変換部６４を介して接続された３．１２５Ｇｂｉｔ／ｓのＳ／Ｐ変換部６６およびＰ／Ｓ変換部６８、並びに１０．３１２５Ｇｂｉｔ／ｓのＰ／Ｓ変換部５４およびＳ／Ｐ変換部５８のそれぞれに基準信号として与えられる。
【００４３】
このように構成してある光インターフェースモジュール５０は、長期間にわたって光ネットワークを介したデータの授受を安定して行なうことができる。そして、動画像のような大量のデータを伝送することができる１０ギガビットイーサネット（登録商標）（１０ ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））に代表されるような高速な通信ネットワークシステムにおいて、長期間にわたって安定した動作を容易に確保することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子を模式的に示した平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った一部断面図である。
【図３】水晶基板のカット角を説明する図である。
【図４】弾性表面波素子の温度変化に対するカット角と最小周波数変動量との関係を示す図である。
【図５】実施形態に係る弾性表面波素子の、ＩＤＴのＨ／λとηと周波数偏差量との関係を示す図である。
【図６】実施の形態に係る弾性表面波素子のＩＤＴがＨ／λ＝０．０６のときのηと周波数偏差量との関係を示す図である。
【図７】ＩＤＴのＨ／λと周波数変動量が最小となるηとの関係を示す図である。
【図８】実施の形態に係る弾性表面波素子においてηが０．０１変化したときの周波数変動量を示す図である。
【図９】実施形態に係る弾性表面波デバイスの模式的に示した断面図である。
【図１０】実施の形態に係る電子機器の概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０………弾性表面波素子、１２………水晶基板、１４………すだれ状電極（ＩＤＴ）、１８ａ、１８ｂ………櫛型電極、２２ａ、２２ｂ………電極指、３０………弾性表面波デバイス（弾性表面波共振子）、３２………パッケージ、３４………パッケージ本体、３６………蓋体、５０………電子機器（光インターフェースモジュール）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に係り、特にレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで水晶基板を励振する弾性表面波素子および弾性表面波デバイス並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電基板に発生させた弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を利用した共振器やフィルタなどの弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスは、小型で量産性に優れているところから、急速に普及してきている。特に、圧電基板として水晶基板を用いたＳＡＷデバイスは、温度変化に対する共振周波数（以下、単に周波数ということがある）の安定性（周波数温度特性）に優れているところから、携帯電話機をはじめとして多くの電子機器に用いられている。中でも、ＳＴカットと呼ばれる水晶板を、その板の面に沿って回転させたいわゆる面内回転ＳＴカット水晶基板を用いて製造した弾性表面波素子は、周波数温度特性に優れており、高精度なＳＡＷデバイスを得ることができる。しかし、近年、電子機器の高周波化、高性能・高精度化が著しく、より周波数安定性に優れたＳＡＷデバイスが求められている。
【０００３】
ところで、いわゆる面内回転ＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波素子は、水晶基板に励起される弾性表面波がレイリー波からなっている。レイリー波からなる弾性表面波は、水晶基板に設けたすだれ状電極の電極指が周期的に形成してあるため、ストップバンドと呼ばれる周波数帯を有することが知られている。そして、面内回転ＳＴカット水晶基板は、ＩＤＴによって励起される弾性表面波がストップバンドの下端（下限モード）の周波数を有する。
【０００４】
非特許文献１によれば、水晶基板をストップバンドの上端（上限モード）における周波数で励振した場合、下限モードにおける励振よりも周波数温度特性が優れている。したがって、高精度な弾性表面波素子を得るには、水晶基板をストップバンドの上限モードで励振することが望まれる。そして、特許文献１には、水晶基板をストップバンドの上限モードで励振するために、すだれ状電極を、弾性表面波の１波長あたり３本の電極指を有する反射反転型の電極にしている。また、特許文献２には、ＩＤＴ電極のばらつきによる共振周波数の変動を小さくするために、ＩＤＴの電極指の電極幅と電極指の形成ピッチとの比ηを０．５〜０．６にしている。
【非特許文献１】信学技報、社団法人電子情報通信学会、ＵＳ９９−２０（１９９９−０６）、ｐ．３７−４２（図４）
【特許文献１】特開２００２−１００９５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
弾性表面波素子は、周知のように、共振周波数がＩＤＴ（Interdigital Transducer）を構成しているすだれ状電極の電極指の形成ピッチに依存している。したがって、弾性表面波素子の高周波化を図るためには、すだれ状電極の電極指の形成ピッチを小さくする必要がある。ところが、上記特許文献１のように反射反転型電極にすると、弾性表面波の１波長に３本の電極指を含むため、通常の弾性表面波の１波長に２本の電極指を含むシングル型のＩＤＴに比較して、高周波化に不利となる。すなわち、特許文献１に記載の弾性表面波素子は、通常の弾性表面波素子よりも電極指の形成ピッチを小さくするとともに、電極指の幅も狭くしなければならない。このため、特許文献１に記載の弾性表面波素子は、すだれ状電極を形成するためにより高度な技術が要求されるとともに、電極指の断線も生じやすい。しかも、電極指が細くなるため、電極指幅のばらつきが相対的に大きくなって、弾性表面波素子間における周波数のばらつきが大きくなる。
【０００６】
また、特許文献２に記載されている弾性表面波素子は、カット角がオイラー角表示で（０°、１１３°〜１３５°、±（４０°〜４９°））のいわゆる面内回転ＳＴカット水晶基板を用いたものである。水晶結晶は、周知のように異方性を有しており、カット角が異なると物性も異なってくる。したがって、特許文献２に電極指幅と電極指の形成ピッチとの比（標準化電極指幅η）の最適な値として０．５〜０．６５が開示されているとしても、その値を他のカット角の水晶基板にそのまま適用できるとは限らない。しかも、特許文献２に記載の弾性表面波素子は、水晶基板が通常のストップバンドの下限モードで励振されるもので、ストップバンドの上限モードで励振される弾性表面波素子にも適用できるかが不明である。このため、ストップバンドの上限モードで励振される弾性表面波素子において、電極指幅のばらつきに伴う周波数ばらつきを小さくできる標準化電極指幅ηの値を定めることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記要請に鑑みてなされたもので、ストップバンドの上限モードで共振される弾性表面波素子の、電極指幅のばらつきに伴う周波数ばらつきを小さくできるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、鋭意研究した結果、水晶基板を特定のカット角で切り出すことにより、弾性表面波の１波長に２本の電極指を含む通常のシングル型ＩＤＴあっても、ストップバンドの上限モードで励振できる弾性表面波素子を得ることができた。さらに、発明者らは、ストップバンドの上限モードで励振できる弾性表面波素子において、電極指のばらつきによる共振周波数のばらつきを小さくできる標準化電極幅の範囲を見出した。
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る弾性表面波素子は、カット角がオイラー角表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）の水晶基板に設けられ、前記水晶基板をレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで励振するすだれ状電極を備え、前記すだれ状電極の電極指の幅をＬｔ、前記電極指の形成ピッチをＰｔとしたときに、
０．５≦（Ｌｔ／Ｐｔ）≦０．７
であることを特徴としている。
【００１０】
このようになっている本発明は、製造した弾性表面波素子間において、電極指の幅Ｌｔや電極指の形成ピッチＰｔの値が製造の際にばらついたとしても、各素子間における共振周波数のばらつきを小さくすることができる。例えば、目標共振周波数が３１０ＭＨｚの弾性表面波素子において、Ｌｔ／Ｐｔ（＝η）の値が上記の範囲にある場合、ηの値が各弾性表面波素子間において±０．０１程度ばらついたとしても、各弾性表面波素子間の共振周波数のばらつきを最大で１７００ｐｐｍ程度にすることができる。したがって、弾性表面波デバイスにするために各弾性表面波素子をパッケージ内に実装するときに、周波数調整することにより各弾性表面デバイス間における共振周波数のばらつきをより小さくでき、周波数ばらつきの小さい高精度な弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスとすることができる。
【００１１】
なお、水晶基板は、上記のカット角を有する場合、ＩＤＴによってストップバンドの下限モードと上限モードとの両方で励振される。しかし、例えば、ＩＤＴをＨ／λ＝０．０６、η＝０．６ぐらいに形成すると、すなわちＩＤＴの電極指の膜厚を厚く、幅を太くすると、上限モードの振動を下限モードの振動より大きくすることができる。ここに、Ｈは電極指の厚み（電極膜厚）、λは弾性表面波の波長である。
【００１２】
すだれ状電極は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金から形成してよい。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、比較的比重の小さな金属である。すだれ状電極を比重の小さなアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成することにより、電極の重みによる周波数の低下を小さくすることができ、弾性表面波素子の高周波化に有効である。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波デバイスは、上記の弾性表面波素子を備えていることを特徴としている。そして、本発明に係る電子機器は、上記の弾性表面波デバイスを有することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る弾性表面波素子および弾性表面波デバイス並びに電子機器の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子を模式的に示した平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った一部断面図である。これらの図において、弾性表面波素子１０は、圧電基板である矩形状の水晶基板１２からなり、水晶基板１２の表面中央部にＩＤＴ１４が形成してある。また、弾性表面波素子１０は、一対の反射器１６（１６ａ、１６ｂ）を有している。一対の反射器１６は、ＩＤＴ１４によって水晶基板１２に励振されるレイリー波からなる弾性表面波の伝播方向に沿って設けられ、ＩＤＴ１４を挟んで配置してある。
【００１５】
弾性表面波素子１０のＩＤＴ１４は、一対の櫛形電極１８（１８ａ、１８ｂ）によって構成してある。各櫛型電極１８は、それぞれの一端をバスバー２０に接続した複数の電極指２２（２２ａ、２２ｂ）を備えている。そして、ＩＤＴ１４は、一対の櫛型電極１８によってすだれ状に形成してある。すなわち、ＩＤＴ１４は、各櫛型電極１８の櫛歯に相当する電極指２２が噛み合うように交互に、かつ平行に等間隔で配置してある。そして、ＩＤＴ１４は、櫛型電極１８ａと櫛型電極１８ｂとの間に信号電圧が印加されて水晶基板１２を励振し、水晶基板１２に所定周波数のレイリー波からなる弾性表面波を生成する。この弾性表面波は、電極指２２に直行した方向に伝播する。
【００１６】
各反射器１６は、両端が相互に連結され、電極指２２と平行に形成した複数の導体ストリップ２４からなり、格子状をなしている。これらの反射器１６とＩＤＴ１４とは、実施形態の場合、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分としたアルミニウム合金の薄膜から形成してある。すなわち、ＩＤＴ１４と反射器１６とは、図示しない水晶ウエハの表面に蒸着やスパッタリングなどによって成膜されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄膜を、所定の形状にフォトエッチングすることにより形成される。そして、ＩＤＴ１４の各櫛型電極１８は、図示しない接続パッドに電気的に接続してある。
【００１７】
ＩＤＴ１４は、各櫛型電極１８ａ、１８ｂの電極指２２ａ、２２ｂの幅をＬｔ、電極指２２ａ、２２ｂの形成ピッチをＰｔ、両者の比Ｌｔ／Ｐｔを標準化電極幅ηとしたときに、後述する理由により、０．５≦η≦０．７となるように形成してある。
【００１８】
水晶基板１２は、実施形態の場合、ＩＤＴ１４によって励振されたときに、ストップバンドの上限モードの周波数で励振されるカット角で水晶結晶ブロック（図示せず）から切り出してある。具体的には、水晶基板１２は、後述する理由によりカット角がオイラー表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）となっている。図３は、このカット角を説明する図である。図３においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ水晶の結晶軸を示しており、Ｘ軸がいわゆる電気軸、Ｙ軸がいわゆる機械軸、Ｚ軸がいわゆる光軸である。
【００１９】
Ｚ軸に直交するＸＹ面に平行な水晶板２６が水晶Ｚ板と呼ばれ、オイラー角を（φ，θ，ψ）とした場合、（０°，０°，０°）である。オイラー角のφはＺ軸を回転中心としたＸ軸、Ｙ軸の回転角を示し、θはＸ軸を回転軸心としたＹ軸、Ｚ軸の回転角を示し、ψはＹ軸を回転中心としたＸ軸、Ｚ軸の回転角を示している。また、これらの回転角は、いずれも反時計方向に回転させた場合がプラスである。
【００２０】
したがって、実施形態の水晶基板１２は、φ＝０°であるから、Ｚ軸を回転軸（回転中心）としたＸ軸とＹ軸との回転を行なわない。図３に示したように、Ｘ軸を回転軸としてＹ軸とＺ軸とを反時計回りに角度θだけ回転させたときの新たな座標軸をＹ´軸、Ｚ´軸とする。そして、このＺ´軸を法線とするＸ軸とＹ´軸とのなす面と平行な面方位でカットしたものを水晶基板２８とする。実施形態においては、このＸ軸を回転中心としたＹ軸とＺ軸との回転角度θは、０°〜１８０°の範囲である。
【００２１】
さらに、水晶基板２８において、Ｚ´軸を回転中心として、水晶基板２８の面に沿ってＸ軸とＹ´軸とを角度ψだけ回転させたときの新たな座標軸をＸ´軸、Ｙ"軸とする。そして、この回転角ψを面内回転角と呼ぶ。実施形態の場合、面内回転角ψは、０°〜９０°である。ただし、面内回転角ψは、０°と９０°とを含まない。そして、実施形態の弾性表面波素子１０は、水晶基板１２が水晶基板２８を角度ψだけ面内回転させたものであり、角度ψ面内回転させたときの新たなＸ´軸を弾性表面波であるレイリー波の伝播方向としている。なお、水晶結晶は、Ｚ´軸を回転軸とした場合、時計方向へ回転したときと、反時計方向へ回転したときでは対象であるので、面内回転角ψはどちらの方向にとってもよい。すなわち、面内回転角ψは、実施形態の場合、０°＜｜ψ｜＜９０°である。そして、実施形態の弾性表面波素子１０は、ＩＤＴ１４がレイリー波からなる弾性表面波の１波長中に２本の電極指２２が含まれるシングル型ＩＤＴである。
【００２２】
このようなカット角を有する実施形態の水晶基板１２は、ＩＤＴ１４によってストップバンドの下限モードと上限モードの両方において励振される。そして、発明者らの研究によると、例えばＩＤＴ１４をＨ／λ＝０．０６、η＝０．６ぐらいに形成すると、すなわちＩＤＴ１４の電極指２２の膜厚Ｈを厚く、幅Ｌｔを太くすると、ストップバンド上限モードの振動を下限モードの振動より大きくすることができる。なお、発明者らの研究によると、例えばＩＤＴ１４をＨ／λ＝０．０４、η＝０．４にした場合、下限モードの振動が上限モードの振動より非常に優勢であることがわかった。また、ＩＤＴ１４をＨ／λ＝０．０６、η＝０．８ぐらいに形成すると、上限モードの振動を下限モードの振動より非常に大きくすることができる。
【００２３】
カット角がオイラー角表示で、例えば（０°，１２３°，０°）の水晶板は、従来からＳＴカット水晶基板として知られており、弾性表面波素子の形成に広く用いられている。このＳＴカット水晶基板の表面にシングル型ＩＤＴを形成して、ＳＴカット水晶基板に弾性表面波を励振した場合、通常、レイリー波が励起される。ＳＴカット水晶基板に励起されたレイリー波は、ストップバンドと呼ばれる周波数帯の下端（下限モード）の周波数を有する。
【００２４】
弾性表面波素子がストップバンドの上端の周波数である上限モードで励振されるのか、下端の周波数である下限モードで励振されるのかは、それぞれのモードの周波数での短絡条件と開放条件とにおける周波数差によって決まる。短絡条件と開放条件との間において、周波数差があれば各モードにおける励振が可能であることがわかっている。そこで、発明者らは、ＳＴカット水晶基板と面内回転ＳＴカット水晶基板とを用いてシングル型ＩＤＴの弾性表面波素子を作成した場合に、ストップバンドの上限モードで励振が可能であるか、否かを有限要素法（ＦＥＭ）により調べた。表１は、その計算結果を示したものである。
【表１】
【００２５】
表１において、カット角は水晶基板のカット角であって、オイラー角で示してある。また、標準化電極幅ηは図２に示した電極指２２の幅Ｌｔと形成ピッチＰｔとの比Ｌｔ／Ｐｔであり、Ｈは電極指２２の膜厚である。そして、λは弾性表面波の波長であって、この計算においてはλ＝１０μｍとしている。また、ｆＵＳはストップバンドの上限モードにおける短絡条件の周波数、ｆＵＯは上限モードにおける開放条件の周波数であり、両者の差の絶対値を示した。なお、電極指２２（ＩＤＴ１４）は、アルミニウム薄膜によって形成してある。
【００２６】
表１に示されているように、カット角が（０°，１２３°，０°）のＳＴカット水晶基板を用いたη＝０．５、Ｈ／λ＝０．０３の弾性表面波素子Ａは、上限モードにおける短絡条件の周波数ｆＵＳと開放条件の周波数ｆＵＯとの差は０である。したがって、弾性表面波素子Ａは、ストップバンドの上限モードにおいて励振することができない。また、カット角が（０°，１２３°，０°）であって、η＝０．７、ｈ／λ＝０．１０の弾性表面波素子Ｂは、弾性表面波素子Ａと同様に、｜ｆＵＳ−ｆＵＯ｜＝０となっていて、ストップバンドの上限モードにおいて励振することができない。
【００２７】
一方、η＝０．５、Ｈ／λ＝０．０３であってカット角が（０°，１２３°，４１°）の面内回転ＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波素子Ｃは、｜ｆＵＳ−ｆＵＯ｜が０．００１５ＭＨｚとなっている。また、η＝０．７、Ｈ／λ＝０．１０であってカット角が（０°，１２３°，４１°）の面内回転ＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波素子Ｄは、｜ｆＵＳ−ｆＵＯ｜＝０．１６６７ＭＨｚとなっている。したがって、面内回転水晶基板を用いた弾性表面波素子Ｃ、Ｄは、ストップバンドの上限モードにおいて励振が可能である。
【００２８】
図４は、弾性表面波素子の温度に対する周波数変動量をＦＥＭにより求めて示したものである。図４の横軸はカット角θを度（°）で示しており、右側の縦軸はカット角（弾性表面波の伝播方向）ψを度（°）で示している。また、図４の左側の縦軸は、ｐｐｍで示した周波数変動量である。なお、周波数変動量＝周波数偏差の最大値−周波数偏差の最小値、として求めている。また、周波数偏差＝（各温度における周波数−２５℃における周波数）／２５℃における周波数、である。
【００２９】
周波数変動量を求めた条件としては、弾性表面波素子はシングル型ＩＤＴであって、ＩＤＴの標準化電極幅η（＝Ｌｔ／Ｐｔ）＝０．７であり、標準化電極膜厚Ｈ／λ＝０．１０である。なお、λは弾性表面波の波長であって、λ＝１０μｍとしている。そして、水晶基板のカット角は、φ＝０°に固定し、カット角θを５°間隔で０°〜１８０°まで変化させた。さらに、θの各角についてψを１°間隔で０°〜９０°まで変化させるとともに、ψの各角度において弾性表面波素子の温度を−４０℃〜＋９０°間で変化させた。そして、温度の変化に対して１℃間隔で周波数（共振周波数）求めた。
【００３０】
図４において、●は、カット角θの各角度における周波数変動量の最小値を示している。そして、△は、その最小値が得られた面内回転角ψの角度を示している。例えば、φ＝０°、θ＝４０°のときに、ψ＝０°〜９０°変化させ、ψの各角度について温度を−４０℃〜＋９０℃変化させたときの周波数変動量の最小値は約８０ｐｐｍであり、そのときの面内回転角ψは約１２°である。
【００３１】
そして、図４からわかるように、水晶基板の切り出し角度および弾性表面波の伝播方向をオイラー角（０°、０°≦θ≦１８０°、９°≦｜ψ｜≦４６°）の範囲に設定すると、温度が−４０℃〜＋９０℃の範囲においては、周波数変動量を最大で約１２７ｐｐｍにすることができる。特に、水晶基板の切り出し角度および弾性表面波の伝播方向をオイラー角（０°、０°≦θ≦１８０°、３３°≦｜ψ｜≦４６°）の範囲にした場合、周波数変動量は、最大で約５９ｐｐｍにできる。なお、面内回転角ψは、水晶結晶の対称性からプラスまたはマイナスのどちら側の角度を用いても、結果は同じである。また、カット角は、オイラー角による表示にこだわらず、結晶学的に等価なカット角の結晶基板を用いることができる。
【００３２】
図５は、水晶基板の切り出し角度および弾性表面波の伝播方向をオイラー角表示で（０°、１２３°、４３．２°）の弾性表面波素子であって、ＩＤＴの標準化膜厚Ｈ／λを０．０６〜０．１１まで変化させるとともに、ＩＤＴの標準化電極幅ηを０．５〜０．７の範囲で変化させたときの周波数の変動量を示したものである。なお、弾性表面波の波長λ＝１０μｍである。そして、図５の横軸は標準化電極幅ηであり、縦軸は温度２５℃における共振周波数３１０ＭＨｚに対する周波数偏差量をｐｐｍで示している。
【００３３】
また、図５に示された曲線ＡはＨ／λ＝０．０６であり、曲線ＢはＨ／λ＝０．０７、曲線ＣはＨ／λ＝０．０８である。さらに、曲線ＤはＨ／λ＝０．０９、曲線ＥはＨ／λ＝０．１０、曲線ＦはＨ／λ＝０．１１である。図５に示されているように、標準化電極膜厚Ｈ／λが０．０６〜０．１１の場合、周波数偏差量が最も小さくなるのがη＝０．０６前後であり、０．０５≦η≦０．０７に設定することが望ましい。
【００３４】
標準化電極幅ηの最適な値は、標準化電極膜厚Ｈ／λの値によって異なっている。例えば、Ｈ／λ＝０．０６の場合、図６に示したように、標準化電極幅η＝０．６１となる。なお、図６は、横軸がηの値、縦軸が２５℃における周波数３１０ＭＨｚに対する周波数の偏差量をｐｐｍで示している。そして、弾性表面波の波長λ＝１０μｍとしている。図に示されているように、Ｈ／λ＝０．０６の場合、η＝０．６１を目標とすることにより、ＩＤＴの形成に製作上のばらつきがあったとしても、η＝０．６１±０．０１の範囲内に製作できれば、周波数の偏差量を２００ｐｐｍ以内に抑えることができる。すなわち、この場合、電極指２２の幅Ｌｔの許容範囲は、±０．０５μｍになる。
【００３５】
図７は、標準化膜厚Ｈ／λを変えたときに３１０ＭＨｚに対する周波数偏差量が最小となる標準化電極幅ηの値を示したものである。図７に示したようにＨ／λの値によって、周波数偏差が最小となるηの値が異なり、Ｈ／λに対して次の数式１の２次式で近似することができる。
【数１】
なお、Ｈ／λ＝０．１０の場合、図７に示したように、周波数偏差が最小となるηは０．６２である。
【００３６】
図８は、３１０ＭＨｚの弾性表面波素子を作成し、ηが０．５〜０．７の場合、ηの値が０．０１変わったときに、周波数がとの程度変わるかを調べたものである。図８の横軸は標準化電極膜厚Ｈ／λを示し、縦軸はηが０．０１変わったことによる周波数の変動量をｐｐｍで示した。なお、弾性表面波の波長λは１０μｍである。
【００３７】
図８において、◆はη＝０．５０における周波数に対するη＝０．５１における周波数の変動量である。また、■は、η＝０．７０における周波数に対するη＝０．６９における周波数の変動量である。図８に示したように、０．５≦η≦０．７の場合、ηが０．０１変化したときの周波数の変動量は、最大で８３０ｐｐｍ程度である。
【００３８】
図９は、本発明の実施形態に係る弾性表面波デバイスの一例である弾性表面波共振子を模式的に示した断面図である。図９において、弾性表面波共振子３０は、弾性表面波素子１０がパッケージ３２に収容してある。パッケージ３２は、パッケージ本体３４と蓋体３６からなっている。パッケージ本体３４は、例えばセラミックのグリーンシートを積層して焼成し、弾性表面波素子１０を収容する収容空間３８を有する箱型に形成してある。蓋体３６は、金属板やガラス板、セラミック板などからなっており、金属ロウ材や低融点ガラスなどを介してパッケージ本体３４の上端面に接合され、収容空間３８を気密に封止している。
【００３９】
弾性表面波素子１０は、パッケージ本体３４が形成する収容空間３８に収容され、接着剤４０などを介してパッケージ本体３４の底面に固着してある。パッケージ本体３４は、底面に実装端子４２が設けてある。この実装端子４２には、金やアルミニウムなどのボンディングワイヤ４４の一端が接続してある。ボンディングワイヤ４４は、他端が弾性表面波素子１０に設けたボンディングパッド（図示せず）に接合してある。ボンディングパッドは、ＩＤＴ１４を構成している一対の櫛型電極１８のそれぞれに対応して設けてあり、図示しない配線パターンなどを介して櫛型電極１８に電気的に接続してある。したがって、ＩＤＴ１４は、ボンディングパッドとボンディングワイヤ４４とを介して実装端子４２に電気的に接続してある。また、実装端子４２は、パッケージ本体３４に形成した図示しないスルーホールなどを介して、パッケージ本体３４の下面に設けた外部端子４６に電気的に接続してある。外部端子４６は、電子機器のマザーボードに設けた配線パターンのランドなどに接合される。
【００４０】
図１０は、本発明に係る弾性表面デバイスを搭載した実施の形態に係る電子機器である光インターフェースモジュールの概略構成ブロック図である。図１０において、光インターフェースモジュール５０は、光ネットワークを介してデータの授受などを実行するために、光信号と電気信号とを相互に変換する。この実施形態の光インターフェースモジュール５０は、例えば１０．３１２５Ｇｂｉｔ／ｓの光信号と、３．１２５Ｇｂｉｔ／ｓの電気信号（４系統）とを相互に信号変換する。
【００４１】
すなわち、光インターフェースモジュール５０は、電気／光変換部５２を備えている。電気／光変換部５２は、Ｐ／Ｓ（パラレル／シリアル）変換部５４が出力した電気信号を光信号に変換し、光ネットワーク側に出力する。また、光インターフェースモジュール５０は、光／電気変換部５６が光ネットワーク側から入力した光信号を電気信号に変換し、Ｓ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換部５８に出力する。
【００４２】
光インタフェースモジュール５０は、発振器（ＯＳＣ）６０、６２を備えている。発振器６０、６２は、前記したストップバンドの上限モードで励振される弾性表面波素子１０を備えた弾性表面波共振子３０を有する。これらの発振器６０、６２は、長年月にわたって一定周波数のクロック信号を出力する。発振器６２、６０の出力するクロック信号は、ビット変換部６４を介して接続された３．１２５Ｇｂｉｔ／ｓのＳ／Ｐ変換部６６およびＰ／Ｓ変換部６８、並びに１０．３１２５Ｇｂｉｔ／ｓのＰ／Ｓ変換部５４およびＳ／Ｐ変換部５８のそれぞれに基準信号として与えられる。
【００４３】
このように構成してある光インターフェースモジュール５０は、長期間にわたって光ネットワークを介したデータの授受を安定して行なうことができる。そして、動画像のような大量のデータを伝送することができる１０ギガビットイーサネット（登録商標）（１０ ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））に代表されるような高速な通信ネットワークシステムにおいて、長期間にわたって安定した動作を容易に確保することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子を模式的に示した平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った一部断面図である。
【図３】水晶基板のカット角を説明する図である。
【図４】弾性表面波素子の温度変化に対するカット角と最小周波数変動量との関係を示す図である。
【図５】実施形態に係る弾性表面波素子の、ＩＤＴのＨ／λとηと周波数偏差量との関係を示す図である。
【図６】実施の形態に係る弾性表面波素子のＩＤＴがＨ／λ＝０．０６のときのηと周波数偏差量との関係を示す図である。
【図７】ＩＤＴのＨ／λと周波数変動量が最小となるηとの関係を示す図である。
【図８】実施の形態に係る弾性表面波素子においてηが０．０１変化したときの周波数変動量を示す図である。
【図９】実施形態に係る弾性表面波デバイスの模式的に示した断面図である。
【図１０】実施の形態に係る電子機器の概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０………弾性表面波素子、１２………水晶基板、１４………すだれ状電極（ＩＤＴ）、１８ａ、１８ｂ………櫛型電極、２２ａ、２２ｂ………電極指、３０………弾性表面波デバイス（弾性表面波共振子）、３２………パッケージ、３４………パッケージ本体、３６………蓋体、５０………電子機器（光インターフェースモジュール）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カット角がオイラー角表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）の水晶基板に設けられ、前記水晶基板をレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで励振するすだれ状電極を備え、
前記すだれ状電極の電極指の幅をＬｔ、前記電極指の形成ピッチをＰｔとしたときに、
０．５≦（Ｌｔ／Ｐｔ）≦０．７
であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波素子において、
前記すだれ状電極は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の弾性表面波素子を備えたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の弾性表面波デバイスを有することを特徴とする電子機器。
【請求項１】
カット角がオイラー角表示で（０°，０°≦θ≦１８０°，０°＜｜ψ｜＜９０°）の水晶基板に設けられ、前記水晶基板をレイリー波からなる弾性表面波のストップバンドの上限モードで励振するすだれ状電極を備え、
前記すだれ状電極の電極指の幅をＬｔ、前記電極指の形成ピッチをＰｔとしたときに、
０．５≦（Ｌｔ／Ｐｔ）≦０．７
であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波素子において、
前記すだれ状電極は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の弾性表面波素子を備えたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の弾性表面波デバイスを有することを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−３００２８７（Ｐ２００７−３００２８７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２５２１２（Ｐ２００６−１２５２１２）
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【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１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]