縦結合多重モードＳＡＷフィルタ、モジュール装置
【課題】 低損失、且つ通過帯域の低域側の減衰量が十分得られる縦結合多重モードＳＡＷフィルタを提供する。
【解決手段】 回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板１と、この水晶基板１上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ２とを備え、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振されるＳＡＷを水晶基板１の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、ＳＡＷの波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部１１ａ、１１ｂを２段縦続接続にて形成し、各々の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部１１ａ、１１ｂのＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにした。
【解決手段】 回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板１と、この水晶基板１上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ２とを備え、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振されるＳＡＷを水晶基板１の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、ＳＡＷの波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部１１ａ、１１ｂを２段縦続接続にて形成し、各々の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部１１ａ、１１ｂのＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型でＱ値を高く、周波数温度特性に優れた弾性表面波デバイスを利用した縦結合多重モードＳＡＷフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：以下、ＳＡＷ）デバイスは移動体通信用端末や車載用機器等の部品として幅広く利用され、小型であること、Ｑ値が高いこと、周波数安定性が優れていることが強く要求されている。
これらの要求を実現するＳＡＷデバイスとして、ＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷデバイスがある。ＳＴカット水晶基板は結晶Ｘ軸を回転軸としてＸＺ面を結晶Ｚ軸より反時計方向に４２．７５°回転した面（ＸＺ’面）を持つ水晶板のカット名であり、結晶Ｘ軸方向に伝搬するレイリー波と呼ばれる（Ｐ＋ＳＶ）波であるＳＡＷ（以下、ＳＴカット水晶ＳＡＷと称す）を利用する。ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスの用途は、発振素子として用いられるＳＡＷ共振子や、移動体通信端末のＲＦ段とＩＣ間に配置されるＩＦ用フィルタなど幅広く存在する。
ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスが小型でＱ値の高いデバイスを実現できる理由として、ＳＡＷの反射を効率良く利用できる点が挙げられる。
以下、図１３に示すＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子を例に説明する。
この図１３に示すＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子は、ＳＴカット水晶基板１０１上にそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有するくし形電極（以下、ＩＤＴと称す）１０２を配置し、このＩＤＴ１０２の両側にＳＡＷを反射する為のグレーティング反射器１０３ａ、１０３ｂを配置した構造である。ＳＴカット水晶ＳＡＷは圧電基板の表面に沿って伝搬する波であるので、グレーティング反射器１０３ａ、１０３ｂにより効率良く反射され、ＳＡＷのエネルギーをＩＤＴ１０２内に十分閉じ込めることができ、小型で且つＱ値の高いデバイスが得られる。
更に、ＳＡＷデバイスを使用する上で重要な要素に周波数温度特性がある。上述のＳＴカット水晶ＳＡＷにおいては、周波数温度特性の１次温度係数が零であり、その特性は２次曲線で表され、頂点温度を使用温度範囲の中心に位置するように調整すると周波数変動量が格段に小さくなるので周波数安定性に優れていることが一般的に知られている。
しかしながら、前記ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスは、１次温度係数は零であるが、２次温度係数は−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）と比較的大きいので、使用温度範囲を拡大すると周波数変動量が極端に大きくなってしまうという問題があった。
【０００３】
前記問題を解決する手法として、Meirion Lewis, “Surface Skimming Bulk Wave, SSBW”，IEEE Ultrasonics Symp. Proc., pp.744〜752 (1977)及び特公昭６２−０１６０５０号に開示されたＳＡＷデバイスがある。このＳＡＷデバイスは、図１４に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−５０°回転した付近に設定し、且つ、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して垂直方向（Ｚ’軸方向）にしたことが特徴である。なお、前述のカット角をオイラー角で表示する場合は（０°，θ＋９０°，９０°）＝（０°，４０°，９０°）となる。このＳＡＷデバイスは、圧電基板の表面直下を伝搬するＳＨ波をＩＤＴによって励起し、その振動エネルギーを電極直下に閉じ込めることを特徴としていて、周波数温度特性が３次曲線となり、使用温度範囲における周波数変動量が極めて少なくなるので良好な周波数温度特性が得られる。
しかしながら、前記ＳＨ波は基本的に基板内部に潜って進んでいく波である為、圧電基板表面に沿って伝搬するＳＴカット水晶ＳＡＷと比較してグレーティング反射器によるＳＡＷの反射効率が悪い。従って、小型で高ＱなＳＡＷデバイスを実現し難いという問題がある。また、前述の先行文献においてもＳＡＷの反射を利用しない遅延線としての応用については開示されているものの、ＳＡＷの反射を利用する手段は提案されておらず実用は困難であると言われていた。
【０００４】
この問題を解決すべく、特公平０１−０３４４１１号では、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを−５０°付近に設定し、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し垂直方向（Ｚ’軸方向）にした圧電基板１１１上に８００±２００対もの多対のＩＤＴ１１２を形成することにより、図１５に示すようにグレーティング反射器を利用せずＩＤＴ１１２自体の反射だけでＳＡＷエネルギーを閉じ込め高Ｑ化を図った所謂多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子が開示されている。
しかしながら、前記多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子はグレーティング反射器を設けたＳＡＷ共振子と比較して効率的なエネルギー閉じ込め効果が得られず、高いＱ値を得るのに必要なＩＤＴ対数が８００±２００対と非常に多くなってしまうので、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりもデバイスサイズが大きくなってしまい、近年の小型化の要求に応えることができないという問題があった。
また、前記特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷ共振子においては、ＩＤＴにて励振されたＳＡＷの波長をλとした時、電極膜厚を２％λ以上、好ましくは４％λ以下にすることによりＱ値を高めることができるとされており、共振周波数２００ＭＨｚの場合、４％λ付近でＱ値が飽和に達するが、その時のＱ値は２００００程度しか得られずＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較してもほぼ同等のＱ値しか得られない。この原因として、膜厚が２％λ以上４％λ以下の範囲ではＳＡＷが圧電基板表面に十分集まっていないので反射が効率良く利用できないことが考えられる。
【特許文献１】特公昭６２−０１６０５０号
【特許文献２】特公平０１−０３４４１１号
【非特許文献１】Meirion Lewis, “Surface Skimming Bulk Wave, SSBW”, IEEE Ultrasonics Symp. Proc., pp.744〜752 (1977)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電基板にＳＴカット水晶基板を用いると周波数温度特性の２次温度係数が−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）と大きいので実用上の周波数変動量が極端に大きくなってしまう問題点があった。また特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷデバイスの構造では、ＩＤＴの対数を非常に多くしなければならないのでデバイスサイズが大型になってしまうという問題点があった。
そこで、本出願人らは上記したような問題を解決するために、特願２００４−３１０４５２で回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°とした水晶基板を用いて、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して垂直方向とし、励振されるＳＡＷは前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波であるＳＡＷデバイスを構成し、そのＩＤＴはＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなり、ＳＡＷの波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、従来から一般的に使用されているＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりも高いＱ値と良好な周波数温度特性が得られる小型のＳＡＷデバイスを実現する手法を提案した。
そして、このＳＡＷデバイスを用いて縦結合多重モードＳＡＷフィルタ（以下、縦結合ＤＭＳフィルタともいう）を形成すれば、低損失で周波数温度特性が良好な小型のフィルタを実現することができる。
しかしながら、本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスを用いて縦結合ＤＭＳフィルタを実現した場合は、ＩＤＴとグレーティング反射器の特性により、図１６に示すように通過帯域の低域側の減衰量が劣化するという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を２段縦続接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせた縦結合多重モードＳＡＷフィルタであることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を並列接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせた縦結合多重モードＳＡＷフィルタであることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記水晶基板の前記回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定した請求項１又は請求項２に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０に設定した請求項１乃至３のいずれかに記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを用いたモジュール装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定した水晶基板と、この水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を、２段従属接続、または並列接続にて形成し、各々の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせたことで、通過帯域低域側の減衰量の劣化を防止し、低損失且つ高減衰フィルタ特性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
先ず、図１〜図８を参照して本出願人が特願２００４−３１０４５２で提案した弾性表面波フィルタについて説明する。
図１（ａ）は本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスの一例であるＳＡＷ共振子の平面図を示しており、圧電基板１上に正電極指と負電極指とがそれぞれ互いに間挿し合うＩＤＴ２と、このＩＤＴ２の両側にＳＡＷを反射する為のグレーティング反射器３ａ、３ｂとを配置する。そして、前記ＩＤＴ２の入出力パッド４ａ、４ｂとパッケージ６の入出力用端子とを金属ワイヤ５ａ、５ｂにより電気的に導通し、パッケージ６の開口部を蓋（リッド）で気密封止する。圧電基板１は、図１４に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−５０°回転した付近に設定し、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対しほぼ垂直方向（９０°±５°）にした水晶平板であって、励振するＳＡＷはＳＨ波である。なお、ＩＤＴ２及びグレーティング反射器３ａ、３ｂの電極材料はＡｌ又はＡｌを主成分とする合金である。また、図１（ｂ）はＩＤＴ２の断面図を示しており、ここではＩＤＴ２上を励振するＳＡＷの波長をλとした時に電極膜厚を波長で基準化した値Ｈ／λで表し、ＩＤＴ２を構成する電極指の電極指幅Ｌ／（電極指幅Ｌ＋電極指間のスペースＳ）をライン占有率ｍｒとした時にｍｒ＝０．６０としている。
上記のＳＡＷデバイスにおいては、電極膜厚Ｈ／λを従来より大きく設定することで、ＳＡＷを圧電基板表面に集中させて、グレーティング反射器によりＳＡＷの反射を効率良く利用できるようにし、少ないＩＤＴ対数やグレーティング反射器本数でもＳＡＷエネルギーをＩＤＴ内に閉じ込めるようにしてデバイスサイズの小型化を図った。
一般的にＳＡＷ共振子における最適設計とは、周波数温度特性が優れており、Ｑが高く且つ容量比γの小さいもの、即ちfigure of merit（Ｑ／γ）が大きいことが重要である。ここで、図１に示したＳＡＷ共振子の諸特性について調べた。図２は、図１に示すＳＡＷ共振子において、圧電基板１に−５１°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板（オイラー角表示では（０°，３９°，９０°））を用い、共振周波数を３１５ＭＨｚ、電極膜厚Ｈ／λを０．０６、ＩＤＴ２の対数を１００対、グレーティング反射器３ａ、３ｂの本数を各々１００本とした場合の共振子の諸特性を表している。図２（ａ）にＱ値、figure of merit、２次温度係数を、図２（ｂ）に周波数温度特性を実際の試作結果に基づき示している。また、比較の為に、圧電基板のサイズを同じにしたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の諸特性を従来品として併記した。
【０００９】
図２より図１に示したＳＡＷ共振子と従来のＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子とを比較すると、Ｑ値が１．８倍強、figure of meritが約２倍と大きい値が得られている。また、周波数温度特性については、頂点温度Ｔｐは約＋２５℃が得られ、温度による周波数変動量は従来の約０．６倍程度に小さくなるという非常に優れた効果が確認された。
更に、図１に示したＳＡＷ共振子はＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも良好なＱ値を保ちながら圧電基板のサイズを小型化できる。これは、図１に示したＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λの増加に対するＩＤＴ又はグレーティング反射器でのＳＡＷの反射量の増加分が、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較して著しく大きいことに起因する。即ち、図１に示したＳＡＷ共振子は電極膜厚Ｈ／λを大きくすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも少ないＩＤＴ対数又はグレーティング反射器本数で高いＱ値を実現可能である。
図３は図１に示したＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λとＱ値の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。同図より、０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲においてＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子のＱ値（＝１５０００）を上回る値が得られることが分かる。更に、０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定することにより２００００以上もの高いＱ値が得られる。
また、特公平０１−０３４４１１号にある多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子と図１に示したＳＡＷ共振子のＱ値を比較すると、特公平０１−０３４４１１号で得られているＱ値は共振周波数が２０７．５６１（ＭＨｚ）における値であり、これを共振周波数３１５（ＭＨｚ）に変換すると、Ｑ値は１５０００程度となり、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子とほぼ同等である。また、共振子のサイズを比較すると、特公平０１−０３４４１１号の多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子は８００±２００対もの対数が必要なのに対し、図１に示したＳＡＷ共振子ではＩＤＴとグレーティング反射器の両方で２００対分の大きさで十分であるので格段に小型化できる。従って、電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定し、グレーティング反射器を設けて効率良くＳＡＷを反射することで、特公平０１−０３４４１１号に開示されている多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子よりも小型で且つＱ値が高いＳＡＷデバイスを実現できる。
【００１０】
次に、図４は図１に示したＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。同図より、高いＱ値が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲においてＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の２次温度係数−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）よりも良好な値が得られることが分かる。
以上より、電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイス及び特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷデバイスよりも小型でＱ値が高く、且つ周波数安定性に優れたＳＡＷデバイスを提供できる。
また、これまでカット角θを−５１°とした場合についてのみ示してきたが、図１に示したＳＡＷ共振子においては、カット角θを変えても膜厚依存性は大きく変化せず、−５１°から数度ずれたカット角においても電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、良好なＱ値と２次温度係数が得られる。
ところで、図１に示したＳＡＷ共振子は、非常に広い温度範囲では３次的な温度特性となるが、特定の狭い温度範囲では２次特性と見なすことができ、その頂点温度Ｔｐは電極膜厚やカット角によって変化する。従って、いくら周波数温度特性が優れていても頂点温度Ｔｐが使用温度範囲外となってしまうと周波数安定性は著しく劣化してしまうので、実用的な使用温度範囲（−５０℃〜＋１２５℃）において優れた周波数安定性を実現するには、２次温度係数だけでなく頂点温度Ｔｐについても詳細に検討する必要がある。
【００１１】
図５（ａ）は、図１に示したＳＡＷ共振子においてカット角θを−５０．５°とした時の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を示している。同図から明らかなように、電極膜厚Ｈ／λを大きくすると頂点温度Ｔｐは下がり、電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Ｔｐ（Ｈ／λ）＝−４１８２５×（Ｈ／λ）2＋２８５５．４×（Ｈ／λ）−２６．４２・・・（１）
また、−５０°近傍のカット角においても切片を除けばおおよそ式（１）が適用できる。
また、図５（ｂ）は、図１に示したＳＡＷ共振子において電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係を示している。同図から明らかなように、カット角θの絶対値を小さくすると頂点温度Ｔｐは下がり、カット角θと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Ｔｐ（θ）＝−４３．５３７２×θ−２１９７．１４ ・・・（２）
式（１）及び式（２）から電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とした時に頂点温度Ｔｐを実用的な使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、カット角θを−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲に設定すれば良いことが分かる。
また、電極膜厚Ｈ／λとカット角θの双方を考慮する場合、頂点温度Ｔｐは式（１）及び式（２）から次の近似式で表わされる。
Ｔｐ（Ｈ／λ，θ）＝Ｔｐ（Ｈ／λ）＋Ｔｐ（θ）＝−４１８２５×（Ｈ／λ）2＋２８５５．４×（Ｈ／λ）−４３．５３７２×θ−２２２３．５６ ・・・（３）
式（３）より、頂点温度Ｔｐを使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、次式で表される範囲に電極膜厚Ｈ／λ及びカット角θを設定すれば良い。
０．９６１３≦−１８．４９８×（Ｈ／λ）2＋１．２６２９×（Ｈ／λ）−０．０１９２５５×θ≦１．０３８７ ・・・（４）
このように、本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスではカット角θが−５９．９゜≦θ≦−４８．９゜の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向（直交方向）として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴやグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスより小型で、且つＱ値が大きく、且つ周波数安定性の優れているＳＡＷデバイスを実現できる。
【００１２】
ここで、より最適な条件について検討すると、電極膜厚Ｈ／λは図３よりＱ値が２００００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定するのが好ましい。また、頂点温度Ｔｐをより実用的な使用温度範囲（０〜＋７０℃）に設定する為には、カット角θは−５５．７°≦θ≦−５０．２°の範囲に設定するのが好ましく、更には、式（３）より得られる次式の範囲にカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定するのが好ましい。
０．９８４５≦−１８．５１８×（Ｈ／λ）2＋１．２６４３×（Ｈ／λ）−０．０１９２７７×θ≦１．０１５５ ・・・（５）
以上では、図５（ａ）のカット角θを−５０．５°とした時の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係、及び図５（ｂ）の電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係から、頂点温度Ｔｐが実用的な使用温度範囲に入るような電極膜厚Ｈ／λとカット角θの関係式を導き出したが、更にカット角θの範囲を広げて実験を行ったところ、より詳細な条件を見出すことができたので以下説明する。
【００１３】
図６は、前記ＳＡＷ共振子において頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示しており、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ≒−１．０２５８６×１０-4×θ3−１．７３２３８×１０-2×θ2−０．９７７６０７×θ−１８．３４２０
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ≒−９．８７５９１×１０-5×θ3−１．７０３０４×１０-2×θ2−０．９８１１７３×θ−１８．７９４６
Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ≒−１．４４６０５×１０-4×θ3−２．５０６９０×１０-2×θ2−１．４５０８６×θ−２７．９４６４
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ≒−１．３４０８２×１０-4×θ3−２．３４９６９×１０-2×θ2−１．３７５０６×θ−２６．７８９５
図６から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−１．３４０８２×１０-4×θ3−２．３４９６９×１０-2×θ2−１．３７５０６×θ−２６．７８９５＜Ｈ／λ＜−１．０２５８６×１０-4×θ3−１．７３２３８×１０-2×θ2−０．９７７６０７×θ−１８．３４２０となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は、従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は図６の点Ａから点Ｂに示す範囲の−６４．０°＜θ＜−４９．３°とする必要がある。
【００１４】
更に、より最適な条件について検討すると、頂点温度Ｔｐ（℃）はより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するのが望ましい。Ｔｐ（℃）を前述の範囲に設定するには、図６に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−１．４４６０５×１０-4×θ3−２．５０６９０×１０-2×θ2−１．４５０８６×θ−２７．９４６４＜Ｈ／λ＜−９．８７５９１×１０-5×θ3−１．７０３０４×１０-2×θ2−０．９８１１７３×θ−１８．７９４６となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良い。また、電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２００００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲にするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θを図６（ａ）の点Ｃから点Ｄに示す範囲の−６１．４°＜θ＜−５１．１°に設定する必要がある。
以上、詳細に検討した結果、カット角θが−６４．０゜＜θ＜−４９．３゜、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向（直交方向）として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴやグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりＱ値が大きく優れた温度特性が得られると共に、頂点温度Ｔｐを実用的な使用温度範囲内に設定できることを見出した。
ところで、これまでＩＤＴのライン占有率ｍｒを０．６０と固定した時の例について説明してきたが、以下ではライン占有率を変数に含めた場合のＴｐ特性について検討した。
図７は、電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示している。なお、縦軸は頂点温度Ｔｐ（℃）を、横軸は電極膜厚とライン占有率との積Ｈ／λ×ｍｒを示しており、この時の水晶基板のカット角θは−５１．５°としている。同図に示すように、電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの値を大きくする程、頂点温度Ｔｐは下がることが分かる。
【００１５】
次に、図８は頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係を示している。なお、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−６．１５５１７×１０-5×θ3−１．０３９４３×１０-2×θ2−０．５８６５６４×θ−１１．００５２
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−５．９２５５４×１０-5×θ3−１．０２１８３×１０-2×θ2−０．５８８７０４×θ−１１．２７６８
Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−８．６７６３２×１０-5×θ3−１．５０４１４×１０-2×θ2−０．８７０５１４×θ−１６．７６７８
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−８．０４４８９×１０-5×θ3−１．４０９８１×１０-2×θ2−０．８２５０３８×θ−１６．０７３７
図８から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−８．０４４８９×１０-5×θ3−１．４０９８１×１０-2×θ2−０．８２５０３８×θ−１６．０７３７＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−６．１５５１７×１０-5×θ3−１．０３９４３×１０-2×θ2−０．５８６５６４×θ−１１．００５２となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は−６４．０°＜θ＜−４９．３°とする必要がある。
また、頂点温度Ｔｐ（℃）をより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するには、図８に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−８．６７６３２×１０-5×θ3−１．５０４１４×１０-2×θ2−０．８７０５１４×θ−１６．７６７８＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−５．９２５５４×１０-5×θ3−１．０２１８３×１０-2×θ2−０．５８８７０４×θ−１１．２７６８となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒを設定すれば良い。また、この時の電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２００００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、且つ、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θは−６１．４°＜θ＜−５１．１°とするのが望ましい。
【００１６】
以下、本発明のＳＡＷデバイスの実施形態について説明する。
ところで、上記したような本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスを用いて縦結合ＤＭＳフィルタを実現した場合は、ＩＤＴとグレーティング反射器の特性により通過帯域の低域側の減衰量が劣化するという問題点があった。
そこで、本出願人らは上記のＳＡＷデバイスを用いて縦結合ＤＭＳフィルタを構成した場合に、通過帯域の低域側で発生する減衰量の劣化を防止するために各種実験を行った結果、２段縦続接続する各々の縦結合ＤＭＳフィルタのＩＤＴピッチと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにすると効果的であることがわかった。以下、具体例を挙げて説明する。
図９は、第１の実施形態の１次−２次モードを利用した縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図である。
この図９に示す縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタは、図１〜図８において説明したＳＡＷデバイスの構成を備えると共に、２つのＩＤＴ２ａ、２ｂと、２つのグレーティング反射器３ａ、３ｂとを、ＩＤＴ２ａ、２ｂによって励起されるＳＡＷの伝搬方向に沿って近接配置することにより形成した１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ（縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部）１１ａ、１１ｂを１枚の水晶基板１に２つ並列に配置し、それら縦続接続して構成したものである。
即ち、図９に示す縦結合ＤＭＳフィルタは、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板１と、この水晶基板１上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ２とを備え、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振されるＳＡＷを水晶基板１の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ１１ａ、１１ｂのＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにした。
【００１７】
図１０は、図９に示す縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの各々の１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を示した図であり、例えば一方の１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ１１ａ（以下、セクション１という）１１ａのＩＤＴピッチＬｔ１と反射器ピッチＬｒ１の比Ｌｔ１／Ｌｒ１を０．９９６、他方の１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ１１ｂ（以下、「セクション２」という）のＩＤＴピッチＬｔ２と反射器ピッチＬｒ２の比を０．９９３とすることにより、各セクション１，２の周波数特性の山と山、谷と谷をおおよそ一致させるようにしている。
図１１（ａ）は、図１０に示した各々のセクションのＩＤＴピッチと反射器ピッチの比を異ならせた縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を示した図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した周波数特性を実線に、図１６に示した従来の縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を破線に合わせて示した図である。この図１１（ｂ）から分かるように、本実施形態の縦結合ＤＭＳフィルタによれば、通過帯域における低域側の減衰量の劣化が大幅に改善されていることがっわかる。
図１２は、第２の実施形態の１次−３次モードを利用した並列接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図である。
この図１２に示す並列接続型縦結合ＤＭＳフィルタも、上記図１〜図８において説明したＳＡＷデバイスの構成を備えると共に、３つのＩＤＴ２ａ、２ｂ、２ｃと、２つのグレーティング反射器３ａ、３ｂとを、ＩＤＴ２ａ、２ｂ、２ｃによって励起されるＳＡＷの伝搬方向に沿って近接配置することにより形成した１次−３次縦結合ＤＭＳフィルタを１枚の水晶基板１に配置し、それら並列接続して構成したものである。そのうえで、並列接続した各々の縦結合ＤＭＳフィルタ部１１ａ、１１ｂ（セクション１、２）のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにしたものである。
このように構成した場合は上記縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタに比べて通過帯域における低域側の減衰量を低下するが、挿入損失を大幅に改善することが可能になる。
【００１８】
なお、これまで説明したＳＡＷデバイスにおいて、ＩＤＴやグレーティング反射器上にＳｉＯ2等の保護膜やＡｌを陽極酸化した保護膜等を形成したり、Ａｌ電極の上部あるいは下部に密着層あるいは耐電力向上等の目的で別の金属薄膜を形成した場合においても、本発明と同様の効果を得られることは明らかである。また、センサ装置やモジュール装置、発振回路等に本発明のＳＡＷデバイスが適用できることは言うまでもない。また、電圧制御ＳＡＷ発振器（ＶＣＳＯ）等に本発明のＳＡＷデバイスを用いれば、容量比γを小さくできるので周波数可変幅を大きくとれる。
また、本発明のＳＡＷデバイスは、図１に示すようなＳＡＷチップとパッケージをワイヤボンディングした構造以外でも良く、ＳＡＷチップの電極パッドとパッケージの端子とを金属バンプで接続したフリップチップボンディング（ＦＣＢ）構造や、配線基板上にＳＡＷチップをフリップチップボンディングしＳＡＷチップの周囲を樹脂封止したＣＳＰ（Chip Size Package）構造、或いは、ＳＡＷチップ上に金属膜や樹脂層を形成することによりパッケージや配線基板を不要としたＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）構造等にしても良い。更には、水晶デバイスを水晶又はガラス基板で挟んで積層封止したＡＱＰ（All Quartz Package）構造としても良い。前記ＡＱＰ構造は、水晶又はガラス基板で挟んだだけの構造であるのでパッケージが不要で薄型化が可能であり、低融点ガラス封止や直接接合とすれば接着剤によるアウトガスが少なくなりエージング特性に優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＳＡＷ共振子を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＩＤＴの断面図。
【図２】本発明に係るＳＡＷ共振子と従来品の比較を示したものであり、（ａ）はＱ値及びFigure of merit及び２次温度係数の比較を示す図、（ｂ）は周波数温度特性の比較を示す図。
【図３】本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λとＱ値との関係を示す図。
【図４】本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数との関係を示す図。
【図５】（ａ）は本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を示す図、（ｂ）はカット角θと頂点温度Ｔｐの関係を示す図。
【図６】本発明に係るＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時のカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示す図。
【図７】本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示す図。
【図８】本発明に係るＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時のカット角θと電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係を示す図。
【図９】第１の実施形態の１次−２次モードを利用した縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図。
【図１０】図９に示す縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの各々の縦結合ＤＭＳフィルタ（セクション）の周波数特性を示した図。
【図１１】（ａ）は図１０に示した各々のセクションのＩＤＴピッチと反射器ピッチの比を異ならせた縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を示した図、（ｂ）は（ａ）に示した周波数特性と従来の縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を合わせて示した図。
【図１２】第２の実施形態の１次−３次モードを利用した並列接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図。
【図１３】従来のＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子を説明する図。
【図１４】（ａ）（ｂ）は−５０°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板を説明する図。
【図１５】従来の多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子を説明する図。
【図１６】従来の縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を合わせて示した図。
【符号の説明】
【００２０】
１ 圧電基板、２ ２ａ ２ｂ ２ｃ ＩＤＴ、３ａ、３ｂ グレーティング反射器、４ａ、４ｂ 入出力用パッド、５ａ、５ｂ 金属ワイヤ、６ パッケージ、１１ 縦結合ＤＭＳフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型でＱ値を高く、周波数温度特性に優れた弾性表面波デバイスを利用した縦結合多重モードＳＡＷフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：以下、ＳＡＷ）デバイスは移動体通信用端末や車載用機器等の部品として幅広く利用され、小型であること、Ｑ値が高いこと、周波数安定性が優れていることが強く要求されている。
これらの要求を実現するＳＡＷデバイスとして、ＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷデバイスがある。ＳＴカット水晶基板は結晶Ｘ軸を回転軸としてＸＺ面を結晶Ｚ軸より反時計方向に４２．７５°回転した面（ＸＺ’面）を持つ水晶板のカット名であり、結晶Ｘ軸方向に伝搬するレイリー波と呼ばれる（Ｐ＋ＳＶ）波であるＳＡＷ（以下、ＳＴカット水晶ＳＡＷと称す）を利用する。ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスの用途は、発振素子として用いられるＳＡＷ共振子や、移動体通信端末のＲＦ段とＩＣ間に配置されるＩＦ用フィルタなど幅広く存在する。
ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスが小型でＱ値の高いデバイスを実現できる理由として、ＳＡＷの反射を効率良く利用できる点が挙げられる。
以下、図１３に示すＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子を例に説明する。
この図１３に示すＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子は、ＳＴカット水晶基板１０１上にそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有するくし形電極（以下、ＩＤＴと称す）１０２を配置し、このＩＤＴ１０２の両側にＳＡＷを反射する為のグレーティング反射器１０３ａ、１０３ｂを配置した構造である。ＳＴカット水晶ＳＡＷは圧電基板の表面に沿って伝搬する波であるので、グレーティング反射器１０３ａ、１０３ｂにより効率良く反射され、ＳＡＷのエネルギーをＩＤＴ１０２内に十分閉じ込めることができ、小型で且つＱ値の高いデバイスが得られる。
更に、ＳＡＷデバイスを使用する上で重要な要素に周波数温度特性がある。上述のＳＴカット水晶ＳＡＷにおいては、周波数温度特性の１次温度係数が零であり、その特性は２次曲線で表され、頂点温度を使用温度範囲の中心に位置するように調整すると周波数変動量が格段に小さくなるので周波数安定性に優れていることが一般的に知られている。
しかしながら、前記ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスは、１次温度係数は零であるが、２次温度係数は−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）と比較的大きいので、使用温度範囲を拡大すると周波数変動量が極端に大きくなってしまうという問題があった。
【０００３】
前記問題を解決する手法として、Meirion Lewis, “Surface Skimming Bulk Wave, SSBW”，IEEE Ultrasonics Symp. Proc., pp.744〜752 (1977)及び特公昭６２−０１６０５０号に開示されたＳＡＷデバイスがある。このＳＡＷデバイスは、図１４に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−５０°回転した付近に設定し、且つ、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して垂直方向（Ｚ’軸方向）にしたことが特徴である。なお、前述のカット角をオイラー角で表示する場合は（０°，θ＋９０°，９０°）＝（０°，４０°，９０°）となる。このＳＡＷデバイスは、圧電基板の表面直下を伝搬するＳＨ波をＩＤＴによって励起し、その振動エネルギーを電極直下に閉じ込めることを特徴としていて、周波数温度特性が３次曲線となり、使用温度範囲における周波数変動量が極めて少なくなるので良好な周波数温度特性が得られる。
しかしながら、前記ＳＨ波は基本的に基板内部に潜って進んでいく波である為、圧電基板表面に沿って伝搬するＳＴカット水晶ＳＡＷと比較してグレーティング反射器によるＳＡＷの反射効率が悪い。従って、小型で高ＱなＳＡＷデバイスを実現し難いという問題がある。また、前述の先行文献においてもＳＡＷの反射を利用しない遅延線としての応用については開示されているものの、ＳＡＷの反射を利用する手段は提案されておらず実用は困難であると言われていた。
【０００４】
この問題を解決すべく、特公平０１−０３４４１１号では、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを−５０°付近に設定し、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対し垂直方向（Ｚ’軸方向）にした圧電基板１１１上に８００±２００対もの多対のＩＤＴ１１２を形成することにより、図１５に示すようにグレーティング反射器を利用せずＩＤＴ１１２自体の反射だけでＳＡＷエネルギーを閉じ込め高Ｑ化を図った所謂多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子が開示されている。
しかしながら、前記多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子はグレーティング反射器を設けたＳＡＷ共振子と比較して効率的なエネルギー閉じ込め効果が得られず、高いＱ値を得るのに必要なＩＤＴ対数が８００±２００対と非常に多くなってしまうので、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりもデバイスサイズが大きくなってしまい、近年の小型化の要求に応えることができないという問題があった。
また、前記特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷ共振子においては、ＩＤＴにて励振されたＳＡＷの波長をλとした時、電極膜厚を２％λ以上、好ましくは４％λ以下にすることによりＱ値を高めることができるとされており、共振周波数２００ＭＨｚの場合、４％λ付近でＱ値が飽和に達するが、その時のＱ値は２００００程度しか得られずＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較してもほぼ同等のＱ値しか得られない。この原因として、膜厚が２％λ以上４％λ以下の範囲ではＳＡＷが圧電基板表面に十分集まっていないので反射が効率良く利用できないことが考えられる。
【特許文献１】特公昭６２−０１６０５０号
【特許文献２】特公平０１−０３４４１１号
【非特許文献１】Meirion Lewis, “Surface Skimming Bulk Wave, SSBW”, IEEE Ultrasonics Symp. Proc., pp.744〜752 (1977)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電基板にＳＴカット水晶基板を用いると周波数温度特性の２次温度係数が−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）と大きいので実用上の周波数変動量が極端に大きくなってしまう問題点があった。また特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷデバイスの構造では、ＩＤＴの対数を非常に多くしなければならないのでデバイスサイズが大型になってしまうという問題点があった。
そこで、本出願人らは上記したような問題を解決するために、特願２００４−３１０４５２で回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°とした水晶基板を用いて、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して垂直方向とし、励振されるＳＡＷは前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波であるＳＡＷデバイスを構成し、そのＩＤＴはＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなり、ＳＡＷの波長で基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、従来から一般的に使用されているＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりも高いＱ値と良好な周波数温度特性が得られる小型のＳＡＷデバイスを実現する手法を提案した。
そして、このＳＡＷデバイスを用いて縦結合多重モードＳＡＷフィルタ（以下、縦結合ＤＭＳフィルタともいう）を形成すれば、低損失で周波数温度特性が良好な小型のフィルタを実現することができる。
しかしながら、本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスを用いて縦結合ＤＭＳフィルタを実現した場合は、ＩＤＴとグレーティング反射器の特性により、図１６に示すように通過帯域の低域側の減衰量が劣化するという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を２段縦続接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせた縦結合多重モードＳＡＷフィルタであることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を並列接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせた縦結合多重モードＳＡＷフィルタであることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記水晶基板の前記回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定した請求項１又は請求項２に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０に設定した請求項１乃至３のいずれかに記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを用いたモジュール装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定した水晶基板と、この水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を、２段従属接続、または並列接続にて形成し、各々の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせたことで、通過帯域低域側の減衰量の劣化を防止し、低損失且つ高減衰フィルタ特性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
先ず、図１〜図８を参照して本出願人が特願２００４−３１０４５２で提案した弾性表面波フィルタについて説明する。
図１（ａ）は本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスの一例であるＳＡＷ共振子の平面図を示しており、圧電基板１上に正電極指と負電極指とがそれぞれ互いに間挿し合うＩＤＴ２と、このＩＤＴ２の両側にＳＡＷを反射する為のグレーティング反射器３ａ、３ｂとを配置する。そして、前記ＩＤＴ２の入出力パッド４ａ、４ｂとパッケージ６の入出力用端子とを金属ワイヤ５ａ、５ｂにより電気的に導通し、パッケージ６の開口部を蓋（リッド）で気密封止する。圧電基板１は、図１４に示すように回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−５０°回転した付近に設定し、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対しほぼ垂直方向（９０°±５°）にした水晶平板であって、励振するＳＡＷはＳＨ波である。なお、ＩＤＴ２及びグレーティング反射器３ａ、３ｂの電極材料はＡｌ又はＡｌを主成分とする合金である。また、図１（ｂ）はＩＤＴ２の断面図を示しており、ここではＩＤＴ２上を励振するＳＡＷの波長をλとした時に電極膜厚を波長で基準化した値Ｈ／λで表し、ＩＤＴ２を構成する電極指の電極指幅Ｌ／（電極指幅Ｌ＋電極指間のスペースＳ）をライン占有率ｍｒとした時にｍｒ＝０．６０としている。
上記のＳＡＷデバイスにおいては、電極膜厚Ｈ／λを従来より大きく設定することで、ＳＡＷを圧電基板表面に集中させて、グレーティング反射器によりＳＡＷの反射を効率良く利用できるようにし、少ないＩＤＴ対数やグレーティング反射器本数でもＳＡＷエネルギーをＩＤＴ内に閉じ込めるようにしてデバイスサイズの小型化を図った。
一般的にＳＡＷ共振子における最適設計とは、周波数温度特性が優れており、Ｑが高く且つ容量比γの小さいもの、即ちfigure of merit（Ｑ／γ）が大きいことが重要である。ここで、図１に示したＳＡＷ共振子の諸特性について調べた。図２は、図１に示すＳＡＷ共振子において、圧電基板１に−５１°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板（オイラー角表示では（０°，３９°，９０°））を用い、共振周波数を３１５ＭＨｚ、電極膜厚Ｈ／λを０．０６、ＩＤＴ２の対数を１００対、グレーティング反射器３ａ、３ｂの本数を各々１００本とした場合の共振子の諸特性を表している。図２（ａ）にＱ値、figure of merit、２次温度係数を、図２（ｂ）に周波数温度特性を実際の試作結果に基づき示している。また、比較の為に、圧電基板のサイズを同じにしたＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の諸特性を従来品として併記した。
【０００９】
図２より図１に示したＳＡＷ共振子と従来のＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子とを比較すると、Ｑ値が１．８倍強、figure of meritが約２倍と大きい値が得られている。また、周波数温度特性については、頂点温度Ｔｐは約＋２５℃が得られ、温度による周波数変動量は従来の約０．６倍程度に小さくなるという非常に優れた効果が確認された。
更に、図１に示したＳＡＷ共振子はＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも良好なＱ値を保ちながら圧電基板のサイズを小型化できる。これは、図１に示したＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λの増加に対するＩＤＴ又はグレーティング反射器でのＳＡＷの反射量の増加分が、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子と比較して著しく大きいことに起因する。即ち、図１に示したＳＡＷ共振子は電極膜厚Ｈ／λを大きくすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子よりも少ないＩＤＴ対数又はグレーティング反射器本数で高いＱ値を実現可能である。
図３は図１に示したＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λとＱ値の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。同図より、０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲においてＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子のＱ値（＝１５０００）を上回る値が得られることが分かる。更に、０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定することにより２００００以上もの高いＱ値が得られる。
また、特公平０１−０３４４１１号にある多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子と図１に示したＳＡＷ共振子のＱ値を比較すると、特公平０１−０３４４１１号で得られているＱ値は共振周波数が２０７．５６１（ＭＨｚ）における値であり、これを共振周波数３１５（ＭＨｚ）に変換すると、Ｑ値は１５０００程度となり、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子とほぼ同等である。また、共振子のサイズを比較すると、特公平０１−０３４４１１号の多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子は８００±２００対もの対数が必要なのに対し、図１に示したＳＡＷ共振子ではＩＤＴとグレーティング反射器の両方で２００対分の大きさで十分であるので格段に小型化できる。従って、電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定し、グレーティング反射器を設けて効率良くＳＡＷを反射することで、特公平０１−０３４４１１号に開示されている多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子よりも小型で且つＱ値が高いＳＡＷデバイスを実現できる。
【００１０】
次に、図４は図１に示したＳＡＷ共振子における電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数の関係を示したものであり、共振子設計条件は前述と同等である。同図より、高いＱ値が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲においてＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子の２次温度係数−０．０３４（ｐｐｍ／℃2）よりも良好な値が得られることが分かる。
以上より、電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイス及び特公平０１−０３４４１１号に開示されているＳＡＷデバイスよりも小型でＱ値が高く、且つ周波数安定性に優れたＳＡＷデバイスを提供できる。
また、これまでカット角θを−５１°とした場合についてのみ示してきたが、図１に示したＳＡＷ共振子においては、カット角θを変えても膜厚依存性は大きく変化せず、−５１°から数度ずれたカット角においても電極膜厚を０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２の範囲に設定することで、良好なＱ値と２次温度係数が得られる。
ところで、図１に示したＳＡＷ共振子は、非常に広い温度範囲では３次的な温度特性となるが、特定の狭い温度範囲では２次特性と見なすことができ、その頂点温度Ｔｐは電極膜厚やカット角によって変化する。従って、いくら周波数温度特性が優れていても頂点温度Ｔｐが使用温度範囲外となってしまうと周波数安定性は著しく劣化してしまうので、実用的な使用温度範囲（−５０℃〜＋１２５℃）において優れた周波数安定性を実現するには、２次温度係数だけでなく頂点温度Ｔｐについても詳細に検討する必要がある。
【００１１】
図５（ａ）は、図１に示したＳＡＷ共振子においてカット角θを−５０．５°とした時の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を示している。同図から明らかなように、電極膜厚Ｈ／λを大きくすると頂点温度Ｔｐは下がり、電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Ｔｐ（Ｈ／λ）＝−４１８２５×（Ｈ／λ）2＋２８５５．４×（Ｈ／λ）−２６．４２・・・（１）
また、−５０°近傍のカット角においても切片を除けばおおよそ式（１）が適用できる。
また、図５（ｂ）は、図１に示したＳＡＷ共振子において電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係を示している。同図から明らかなように、カット角θの絶対値を小さくすると頂点温度Ｔｐは下がり、カット角θと頂点温度Ｔｐの関係は次の近似式で表わされる。
Ｔｐ（θ）＝−４３．５３７２×θ−２１９７．１４ ・・・（２）
式（１）及び式（２）から電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とした時に頂点温度Ｔｐを実用的な使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、カット角θを−５９．９°≦θ≦−４８．９°の範囲に設定すれば良いことが分かる。
また、電極膜厚Ｈ／λとカット角θの双方を考慮する場合、頂点温度Ｔｐは式（１）及び式（２）から次の近似式で表わされる。
Ｔｐ（Ｈ／λ，θ）＝Ｔｐ（Ｈ／λ）＋Ｔｐ（θ）＝−４１８２５×（Ｈ／λ）2＋２８５５．４×（Ｈ／λ）−４３．５３７２×θ−２２２３．５６ ・・・（３）
式（３）より、頂点温度Ｔｐを使用温度範囲（−５０〜＋１２５℃）に設定するには、次式で表される範囲に電極膜厚Ｈ／λ及びカット角θを設定すれば良い。
０．９６１３≦−１８．４９８×（Ｈ／λ）2＋１．２６２９×（Ｈ／λ）−０．０１９２５５×θ≦１．０３８７ ・・・（４）
このように、本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスではカット角θが−５９．９゜≦θ≦−４８．９゜の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向（直交方向）として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴやグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスより小型で、且つＱ値が大きく、且つ周波数安定性の優れているＳＡＷデバイスを実現できる。
【００１２】
ここで、より最適な条件について検討すると、電極膜厚Ｈ／λは図３よりＱ値が２００００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲に設定するのが好ましい。また、頂点温度Ｔｐをより実用的な使用温度範囲（０〜＋７０℃）に設定する為には、カット角θは−５５．７°≦θ≦−５０．２°の範囲に設定するのが好ましく、更には、式（３）より得られる次式の範囲にカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定するのが好ましい。
０．９８４５≦−１８．５１８×（Ｈ／λ）2＋１．２６４３×（Ｈ／λ）−０．０１９２７７×θ≦１．０１５５ ・・・（５）
以上では、図５（ａ）のカット角θを−５０．５°とした時の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係、及び図５（ｂ）の電極膜厚Ｈ／λを０．０６とした時のカット角θと頂点温度Ｔｐの関係から、頂点温度Ｔｐが実用的な使用温度範囲に入るような電極膜厚Ｈ／λとカット角θの関係式を導き出したが、更にカット角θの範囲を広げて実験を行ったところ、より詳細な条件を見出すことができたので以下説明する。
【００１３】
図６は、前記ＳＡＷ共振子において頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示しており、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ≒−１．０２５８６×１０-4×θ3−１．７３２３８×１０-2×θ2−０．９７７６０７×θ−１８．３４２０
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ≒−９．８７５９１×１０-5×θ3−１．７０３０４×１０-2×θ2−０．９８１１７３×θ−１８．７９４６
Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ≒−１．４４６０５×１０-4×θ3−２．５０６９０×１０-2×θ2−１．４５０８６×θ−２７．９４６４
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ≒−１．３４０８２×１０-4×θ3−２．３４９６９×１０-2×θ2−１．３７５０６×θ−２６．７８９５
図６から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−１．３４０８２×１０-4×θ3−２．３４９６９×１０-2×θ2−１．３７５０６×θ−２６．７８９５＜Ｈ／λ＜−１．０２５８６×１０-4×θ3−１．７３２３８×１０-2×θ2−０．９７７６０７×θ−１８．３４２０となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は、従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は図６の点Ａから点Ｂに示す範囲の−６４．０°＜θ＜−４９．３°とする必要がある。
【００１４】
更に、より最適な条件について検討すると、頂点温度Ｔｐ（℃）はより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するのが望ましい。Ｔｐ（℃）を前述の範囲に設定するには、図６に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−１．４４６０５×１０-4×θ3−２．５０６９０×１０-2×θ2−１．４５０８６×θ−２７．９４６４＜Ｈ／λ＜−９．８７５９１×１０-5×θ3−１．７０３０４×１０-2×θ2−０．９８１１７３×θ−１８．７９４６となるようにカット角θ及び電極膜厚Ｈ／λを設定すれば良い。また、電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２００００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０の範囲にするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θを図６（ａ）の点Ｃから点Ｄに示す範囲の−６１．４°＜θ＜−５１．１°に設定する必要がある。
以上、詳細に検討した結果、カット角θが−６４．０゜＜θ＜−４９．３゜、好ましくは−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲にある回転Ｙカット水晶基板を用い、ＳＡＷの伝搬方向がＸ軸に対してほぼ垂直方向（直交方向）として励振されるＳＨ波を用い、ＩＤＴやグレーティング反射器の電極材料をＡｌまたはＡｌを主とした合金にて構成し、その電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２、好ましくは０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とすることで、ＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスよりＱ値が大きく優れた温度特性が得られると共に、頂点温度Ｔｐを実用的な使用温度範囲内に設定できることを見出した。
ところで、これまでＩＤＴのライン占有率ｍｒを０．６０と固定した時の例について説明してきたが、以下ではライン占有率を変数に含めた場合のＴｐ特性について検討した。
図７は、電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示している。なお、縦軸は頂点温度Ｔｐ（℃）を、横軸は電極膜厚とライン占有率との積Ｈ／λ×ｍｒを示しており、この時の水晶基板のカット角θは−５１．５°としている。同図に示すように、電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの値を大きくする程、頂点温度Ｔｐは下がることが分かる。
【００１５】
次に、図８は頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時の水晶基板のカット角θと電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係を示している。なお、各Ｔｐ特性の近似式は以下の通りである。
Ｔｐ＝−５０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−６．１５５１７×１０-5×θ3−１．０３９４３×１０-2×θ2−０．５８６５６４×θ−１１．００５２
Ｔｐ＝０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−５．９２５５４×１０-5×θ3−１．０２１８３×１０-2×θ2−０．５８８７０４×θ−１１．２７６８
Ｔｐ＝＋７０（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−８．６７６３２×１０-5×θ3−１．５０４１４×１０-2×θ2−０．８７０５１４×θ−１６．７６７８
Ｔｐ＝＋１２５（℃）：Ｈ／λ×ｍｒ≒−８．０４４８９×１０-5×θ3−１．４０９８１×１０-2×θ2−０．８２５０３８×θ−１６．０７３７
図８から、頂点温度Ｔｐ（℃）を実用的な範囲である−５０≦Ｔｐ≦＋１２５に設定するには、Ｔｐ＝−５０℃及びＴｐ＝＋１２５℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−８．０４４８９×１０-5×θ3−１．４０９８１×１０-2×θ2−０．８２５０３８×θ−１６．０７３７＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−６．１５５１７×１０-5×θ3−１．０３９４３×１０-2×θ2−０．５８６５６４×θ−１１．００５２となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒを設定すれば良いことが分かる。また、この時の電極膜厚Ｈ／λの範囲は従来のＳＴカット水晶デバイスより優れた特性が得られる０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２とし、カット角θの範囲は−６４．０°＜θ＜−４９．３°とする必要がある。
また、頂点温度Ｔｐ（℃）をより実用的な使用温度範囲である０≦Ｔｐ≦＋７０に設定するには、図８に示すＴｐ＝０℃及びＴｐ＝＋７０℃の曲線に囲まれた領域、即ち、−８．６７６３２×１０-5×θ3−１．５０４１４×１０-2×θ2−０．８７０５１４×θ−１６．７６７８＜Ｈ／λ×ｍｒ＜−５．９２５５４×１０-5×θ3−１．０２１８３×１０-2×θ2−０．５８８７０４×θ−１１．２７６８となるようにカット角θ及び電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒを設定すれば良い。また、この時の電極膜厚Ｈ／λはＱ値が２００００以上得られる０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０とするのが望ましく、電極膜厚を前述の範囲とし、且つ、頂点温度Ｔｐ（℃）を０≦Ｔｐ≦＋７０の範囲内に設定するには、カット角θは−６１．４°＜θ＜−５１．１°とするのが望ましい。
【００１６】
以下、本発明のＳＡＷデバイスの実施形態について説明する。
ところで、上記したような本出願人が先に提案したＳＡＷデバイスを用いて縦結合ＤＭＳフィルタを実現した場合は、ＩＤＴとグレーティング反射器の特性により通過帯域の低域側の減衰量が劣化するという問題点があった。
そこで、本出願人らは上記のＳＡＷデバイスを用いて縦結合ＤＭＳフィルタを構成した場合に、通過帯域の低域側で発生する減衰量の劣化を防止するために各種実験を行った結果、２段縦続接続する各々の縦結合ＤＭＳフィルタのＩＤＴピッチと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにすると効果的であることがわかった。以下、具体例を挙げて説明する。
図９は、第１の実施形態の１次−２次モードを利用した縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図である。
この図９に示す縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタは、図１〜図８において説明したＳＡＷデバイスの構成を備えると共に、２つのＩＤＴ２ａ、２ｂと、２つのグレーティング反射器３ａ、３ｂとを、ＩＤＴ２ａ、２ｂによって励起されるＳＡＷの伝搬方向に沿って近接配置することにより形成した１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ（縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部）１１ａ、１１ｂを１枚の水晶基板１に２つ並列に配置し、それら縦続接続して構成したものである。
即ち、図９に示す縦結合ＤＭＳフィルタは、回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板１と、この水晶基板１上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴ２とを備え、ＳＡＷの伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振されるＳＡＷを水晶基板１の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ１１ａ、１１ｂのＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにした。
【００１７】
図１０は、図９に示す縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの各々の１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を示した図であり、例えば一方の１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ１１ａ（以下、セクション１という）１１ａのＩＤＴピッチＬｔ１と反射器ピッチＬｒ１の比Ｌｔ１／Ｌｒ１を０．９９６、他方の１次−２次縦結合ＤＭＳフィルタ１１ｂ（以下、「セクション２」という）のＩＤＴピッチＬｔ２と反射器ピッチＬｒ２の比を０．９９３とすることにより、各セクション１，２の周波数特性の山と山、谷と谷をおおよそ一致させるようにしている。
図１１（ａ）は、図１０に示した各々のセクションのＩＤＴピッチと反射器ピッチの比を異ならせた縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を示した図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した周波数特性を実線に、図１６に示した従来の縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を破線に合わせて示した図である。この図１１（ｂ）から分かるように、本実施形態の縦結合ＤＭＳフィルタによれば、通過帯域における低域側の減衰量の劣化が大幅に改善されていることがっわかる。
図１２は、第２の実施形態の１次−３次モードを利用した並列接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図である。
この図１２に示す並列接続型縦結合ＤＭＳフィルタも、上記図１〜図８において説明したＳＡＷデバイスの構成を備えると共に、３つのＩＤＴ２ａ、２ｂ、２ｃと、２つのグレーティング反射器３ａ、３ｂとを、ＩＤＴ２ａ、２ｂ、２ｃによって励起されるＳＡＷの伝搬方向に沿って近接配置することにより形成した１次−３次縦結合ＤＭＳフィルタを１枚の水晶基板１に配置し、それら並列接続して構成したものである。そのうえで、並列接続した各々の縦結合ＤＭＳフィルタ部１１ａ、１１ｂ（セクション１、２）のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせるようにしたものである。
このように構成した場合は上記縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタに比べて通過帯域における低域側の減衰量を低下するが、挿入損失を大幅に改善することが可能になる。
【００１８】
なお、これまで説明したＳＡＷデバイスにおいて、ＩＤＴやグレーティング反射器上にＳｉＯ2等の保護膜やＡｌを陽極酸化した保護膜等を形成したり、Ａｌ電極の上部あるいは下部に密着層あるいは耐電力向上等の目的で別の金属薄膜を形成した場合においても、本発明と同様の効果を得られることは明らかである。また、センサ装置やモジュール装置、発振回路等に本発明のＳＡＷデバイスが適用できることは言うまでもない。また、電圧制御ＳＡＷ発振器（ＶＣＳＯ）等に本発明のＳＡＷデバイスを用いれば、容量比γを小さくできるので周波数可変幅を大きくとれる。
また、本発明のＳＡＷデバイスは、図１に示すようなＳＡＷチップとパッケージをワイヤボンディングした構造以外でも良く、ＳＡＷチップの電極パッドとパッケージの端子とを金属バンプで接続したフリップチップボンディング（ＦＣＢ）構造や、配線基板上にＳＡＷチップをフリップチップボンディングしＳＡＷチップの周囲を樹脂封止したＣＳＰ（Chip Size Package）構造、或いは、ＳＡＷチップ上に金属膜や樹脂層を形成することによりパッケージや配線基板を不要としたＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）構造等にしても良い。更には、水晶デバイスを水晶又はガラス基板で挟んで積層封止したＡＱＰ（All Quartz Package）構造としても良い。前記ＡＱＰ構造は、水晶又はガラス基板で挟んだだけの構造であるのでパッケージが不要で薄型化が可能であり、低融点ガラス封止や直接接合とすれば接着剤によるアウトガスが少なくなりエージング特性に優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＳＡＷ共振子を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＩＤＴの断面図。
【図２】本発明に係るＳＡＷ共振子と従来品の比較を示したものであり、（ａ）はＱ値及びFigure of merit及び２次温度係数の比較を示す図、（ｂ）は周波数温度特性の比較を示す図。
【図３】本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λとＱ値との関係を示す図。
【図４】本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと２次温度係数との関係を示す図。
【図５】（ａ）は本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚Ｈ／λと頂点温度Ｔｐの関係を示す図、（ｂ）はカット角θと頂点温度Ｔｐの関係を示す図。
【図６】本発明に係るＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時のカット角θと電極膜厚Ｈ／λの関係を示す図。
【図７】本発明に係るＳＡＷ共振子の電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒと頂点温度Ｔｐの関係を示す図。
【図８】本発明に係るＳＡＷ共振子の頂点温度Ｔｐ（℃）がＴｐ＝−５０，０，＋７０，＋１２５である時のカット角θと電極膜厚とライン占有率の積Ｈ／λ×ｍｒの関係を示す図。
【図９】第１の実施形態の１次−２次モードを利用した縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図。
【図１０】図９に示す縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの各々の縦結合ＤＭＳフィルタ（セクション）の周波数特性を示した図。
【図１１】（ａ）は図１０に示した各々のセクションのＩＤＴピッチと反射器ピッチの比を異ならせた縦続接続型縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を示した図、（ｂ）は（ａ）に示した周波数特性と従来の縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を合わせて示した図。
【図１２】第２の実施形態の１次−３次モードを利用した並列接続型縦結合ＤＭＳフィルタの構成を示した平面図。
【図１３】従来のＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子を説明する図。
【図１４】（ａ）（ｂ）は−５０°回転Ｙカット９０°Ｘ伝搬水晶基板を説明する図。
【図１５】従来の多対ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子を説明する図。
【図１６】従来の縦結合ＤＭＳフィルタの周波数特性を合わせて示した図。
【符号の説明】
【００２０】
１ 圧電基板、２ ２ａ ２ｂ ２ｃ ＩＤＴ、３ａ、３ｂ グレーティング反射器、４ａ、４ｂ 入出力用パッド、５ａ、５ｂ 金属ワイヤ、６ パッケージ、１１ 縦結合ＤＭＳフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を２段縦続接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせたことを特徴とする縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項２】
回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を並列接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせたことを特徴とする縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項３】
前記水晶基板の前記回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項４】
前記電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０に設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを用いたことを特徴とするモジュール装置。
【請求項１】
回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を２段縦続接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせたことを特徴とする縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項２】
回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６４．０°＜θ＜−４９．３°の範囲に設定した水晶基板と、該水晶基板上に形成されたＡｌ又はＡｌを主成分とする合金からなるＩＤＴとを備え、弾性表面波の伝搬方向を結晶Ｘ軸に対して直交方向、励振される弾性表面波を前記水晶基板の表面付近を伝搬するＳＨ波とし、前記弾性表面波の波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定した縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部を並列接続にて形成し、各々の前記縦結合多重モードＳＡＷフィルタ部のＩＤＴピッチＬｔと反射器ピッチＬｒの比Ｌｔ／Ｌｒを異ならせたことを特徴とする縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項３】
前記水晶基板の前記回転Ｙカット水晶基板のカット角θを結晶Ｚ軸より反時計方向に−６１．４°＜θ＜−５１．１°の範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項４】
前記電極膜厚Ｈ／λを０．０５＜Ｈ／λ＜０．１０に設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の縦結合多重モードＳＡＷフィルタを用いたことを特徴とするモジュール装置。
【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１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１９９７６（Ｐ２００７−１９９７６Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２００４７６（Ｐ２００５−２００４７６）
【出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【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１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【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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