專利名稱：表面聲波諧振器以及表面聲波振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面聲波諧振器以及搭載有該表面聲波諧振器的表面聲波振蕩器，尤其涉及在基板表面設(shè)有槽的類型的表面聲波諧振器以及搭載有該表面聲波諧振器的表面聲波振蕩器。
背景技術(shù)：
在表面聲波(SAW:surface acoustic wave)裝置(例如SAW諧振器)中，SAW的阻帶(stopband)、石英基板的切角以及IDT(interdigital transducer:叉指換能器)的形成方式等對(duì)頻率溫度特性的變化影響很大。例如，在專利文獻(xiàn)I中，公開(kāi)了 SAW的阻帶的上端模式和下端模式各自的進(jìn)行激勵(lì)的結(jié)構(gòu)以及阻帶的上端模式和下端模式各自的駐波分布等。另外，在專 利文獻(xiàn)2 5中記載了如下情況:SAW的阻帶的上端模式的頻率溫度特性優(yōu)于阻帶的下端模式。并且，在專利文獻(xiàn)2、3中記載了如下情況:在利用瑞利波的SAW裝置中，為了獲得良好的頻率溫度特性，對(duì)石英基板的切角進(jìn)行調(diào)整，并且使電極的基準(zhǔn)化膜厚(Η/λ)增厚到0.1左右。另外，在專利文獻(xiàn)4中記載了如下情況:在利用瑞利波的SAW裝置中，對(duì)石英基板的切角進(jìn)行調(diào)整，并且使電極的基準(zhǔn)化膜厚(Η/λ)加厚大致0.045以上。另外，在專利文獻(xiàn)5中記載了如下情況:采用旋轉(zhuǎn)Y切X傳播的石英基板并利用阻帶上端的諧振，由此，與利用阻帶下端的諧振相比，能夠提高頻率溫度特性。另外，在專利文獻(xiàn)6以及非專利文獻(xiàn)I中記載了如下情況:在使用ST切石英基板的SAW裝置中，在構(gòu)成IDT的電極指之間以及構(gòu)成反射器的導(dǎo)體帶(導(dǎo)體strip)之間設(shè)有槽(Groove)。另外在非專利文獻(xiàn)I中，記載了頻率溫度特性隨槽深而變化的情況。另外，在專利文獻(xiàn)7中，記載了在采用LST切石英基板的SAW裝置中用于將表示頻率溫度特性的曲線形成為三維曲線的結(jié)構(gòu)，并且還記載了如下情況:在使用瑞利波的SAW裝置中，未發(fā)現(xiàn)具有三維曲線所表示的溫度特性的切角基板。專利文獻(xiàn)I日本特開(kāi)平11-214958號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2006-148622號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)2007-208871號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)2007-267033號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5日本特開(kāi)2002-100959號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6日本特開(kāi)昭57-5418號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7日本特許第3851336號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)I々'>一7°形SAW共振器O製造條件i特性(電子通信學(xué)會(huì)技術(shù)研究報(bào)告 MW82-59(1982))如上所述，用于改善頻率溫度特性的要素有很多，尤其在利用瑞利波的SAW裝置中，公知增加構(gòu)成IDT的電極的膜厚是提高頻率溫度特性的要因之一。但是，本申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增加了電極的膜厚時(shí)，老化特性及溫度沖擊承受特性等環(huán)境承受特性劣化。另夕卜，在以改善頻率溫度特性為主要目的的情況下，如前所述必需增加電極膜厚，無(wú)法避免與此相伴的老化特性及溫度沖擊承受特性等的劣化。這對(duì)于Q值相也是適用的，因此很難在不增加電極膜厚的情況下實(shí)現(xiàn)高Q化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明中，提供表面聲波諧振器以及表面聲波振蕩器時(shí)的課題有3個(gè)，第I是實(shí)現(xiàn)良好的頻率溫度特性，第2是提高環(huán)境承受特性，第3是要得到高Q值。本發(fā)明是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，其可作為以下方式或應(yīng)用例來(lái)實(shí)現(xiàn)。[應(yīng)用例I]一種表面聲波諧振器，其具有:IDT，其設(shè)置在歐拉角為(-1.5%φ$1.5°，117° ^ Θ彡142° ,41.9° ^ | Ψ ^ 49.57° )的石英基板上，激勵(lì)阻帶上端模式的表面聲波；以及電極指間槽，其是通過(guò)使位于構(gòu)成上述IDT的電極指之間的基板凹陷而形成的，該表面聲波諧振器的特征在于，在設(shè)上述表面聲波的波長(zhǎng)為λ、上述電極指間槽的深度為G的情況下，滿足下式:式I0.01 λ SG,
而且，在將上述IDT的線占有率設(shè)為η的情況下，上述電極指間槽的深度G與上述線占有率n滿足下式的關(guān)系:式2-2.5 X G/ λ +0.675 彡 η 彡—2.5 X G/ λ +0.775。根據(jù)具有這種特征的表面聲波諧振器，能夠提高頻率溫度特性。[應(yīng)用例2]根據(jù)應(yīng)用例I所述的表面聲波諧振器，上述電極指間槽的深度G滿足下式的關(guān)系:式30.01 λ 彡 G 彡 0.0695 λ。根據(jù)具有這種特征的表面聲波諧振器，即使電極指間槽的深度G因制造時(shí)的誤差而發(fā)生了偏差，也能夠?qū)€(gè)體間的諧振頻率的偏移抑制在校正范圍內(nèi)。[應(yīng)用例3]根據(jù)應(yīng)用例I或應(yīng)用例2所述的表面聲波諧振器，其特征在于，在將上述IDT的電極膜厚設(shè)為H的情況下，滿足下式的關(guān)系:式40〈Η ( 0.035 λ。根據(jù)具有這種特征的表面聲波諧振器，能夠在工作溫度范圍內(nèi)展現(xiàn)良好的頻率溫度特性。另外，只要具有這樣的特征，即可抑制隨著電極膜厚的增加而引起的環(huán)境承受特性的劣化。[應(yīng)用例4]根據(jù)應(yīng)用例3所述的表面聲波諧振器，其特征在于，
上述線占有率rI滿足下式的關(guān)系:式5
n =-2.533 X G/λ -2.269 XH/λ +0.785。在應(yīng)用例3的電極膜厚的范圍內(nèi)，通過(guò)以滿足式5的方式設(shè)定η，能夠使二次溫度系數(shù)大致收斂于±0.0lppm/0C 2以內(nèi)。[應(yīng)用例5]根據(jù)應(yīng)用例3或應(yīng)用例4所述的表面聲波諧振器，其特征在于，上述電極指間槽的深度G與上述電極膜厚H之和滿足下式的關(guān)系:式60.0407 λ ( G+H。通過(guò)如式6那樣地設(shè)定電極指間槽的深度G與電極膜厚H之和，能夠得到比現(xiàn)有的表面聲波諧振器更高的Q值。[應(yīng)用例6]根據(jù)應(yīng)用例I至應(yīng)用例5中任意一例所述的表面聲波諧振器，其特征在于，上述V與上述Θ滿足下式的關(guān)系:式7ψ=1.191 X IO^3X θ 3-4.490X IO^1X θ 2+5.646X IO1X θ -2.324Χ103±1.0。通過(guò)使用在具有這種特征的切角下切取出的石英基板來(lái)制造表面聲波諧振器，能夠構(gòu)成在大范圍內(nèi)展現(xiàn)出良好的頻率溫度特性的表面聲波諧振器。[應(yīng)用例7]根據(jù)應(yīng)用例I至應(yīng)用例6中任意一例所述的表面聲波諧振器，其特征在于，在設(shè)上述IDT的阻帶上端模式的頻率為ft2、以在表面聲波的傳播方向上將上述IDT夾在中間的方式配置的反射器的阻帶下端模式的頻率為frl、上述反射器的阻帶上端模式的頻率為fr2時(shí)，滿足下式的關(guān)系:式8frl<ft2<fr20通過(guò)具有這樣的特征，在IDT的阻帶上端模式的頻率ft2下，反射器的反射系數(shù)r I變大，由IDT激勵(lì)出的阻帶上端模式的表面聲波被反射器以高反射系數(shù)向IDT側(cè)反射。
并且，阻帶上端模式的表面聲波的能量封閉變強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)低損失的表面聲波諧振器。[應(yīng)用例8]根據(jù)應(yīng)用例I至應(yīng)用例7中任意I例所述的表面聲波諧振器，其特征在于，在構(gòu)成上述反射器的導(dǎo)體帶之間設(shè)有導(dǎo)體帶間槽，上述導(dǎo)體帶間槽的深度比上述電極指間槽的深度淺。通過(guò)具有這樣的特征，能夠使反射器的阻帶向比IDT的阻帶更高的頻帶側(cè)進(jìn)行頻移。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)式8的關(guān)系。[應(yīng)用例9]一種表面聲波振蕩器,其特征在于,具有:應(yīng)用例I至應(yīng)用例8中任意I例所述的表面聲波諧振器和用于驅(qū)動(dòng)上述IDT的1C。


圖1是示出實(shí)施方式的SAW器件的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出阻帶的上端模式與下端模式之間的關(guān)系的圖。
圖3是示出電極指間槽深與工作溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量之間的關(guān)系的曲線圖。圖4是示出阻帶上端模式的諧振點(diǎn)與阻帶下端模式的諧振點(diǎn)的、隨著線占有率η變化的二次溫度系數(shù)變化的區(qū)別的曲線圖。圖5是示出將電極膜厚設(shè)為O來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。圖6是示出將電極膜厚設(shè)為O時(shí)二次溫度系數(shù)為O的電極指間槽深與線占有率η之間的關(guān)系的曲線圖。圖7是示出將電極膜厚設(shè)為O來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。圖8是示出電極指間槽深偏移了 ±0.001 λ時(shí)特定的電極指間槽深與隨著偏移而在SAW諧振器間產(chǎn)生的頻率差的關(guān)系的曲線圖。圖9是示出電極膜厚發(fā)生變化時(shí)二次溫度系數(shù)為O的電極指間槽深與線占有率η之間的關(guān)系的曲線圖。圖10是用I個(gè)曲線圖來(lái)歸納各電極膜厚的二次溫度系數(shù)為O的ill與電極指間槽之間的關(guān)系的圖。圖11是利用近似直線來(lái)表示從電極膜厚H N O到H=0.035 λ的電極指間槽與線占有率rI之間的關(guān)系的圖。圖12是示出將電極膜厚設(shè)為0.01 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。

圖13是示出將電極膜厚設(shè)為0.015 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。圖14是示出將電極膜厚設(shè)為0.02 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。圖15是示出將電極膜厚設(shè)為0.025 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。圖16是示出將電極膜厚設(shè)為0.03 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。圖17是示出將電極膜厚設(shè)為0.035 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。圖18是示出將電極膜厚設(shè)為0.01 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。圖19是示出將電極膜厚設(shè)為0.015 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。圖20是示出將電極膜厚設(shè)為0.02 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。圖21是示出將電極膜厚設(shè)為0.025 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。圖22是示出將電極膜厚設(shè)為0.03 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。
圖23是示出將電極膜厚設(shè)為0.035 λ來(lái)改變電極指間槽深時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。圖24是示出確定了電極膜厚以及線占有率Π時(shí)的電極指間槽與歐拉角Ψ之間的關(guān)系的曲線圖。圖25是用I個(gè)曲線圖來(lái)歸納改變了電極膜厚的電極指間槽與歐拉角V之間的關(guān)系的圖。圖26是示出二次溫度系數(shù)β為-0.0 lppm/0C 2的電極指間槽與歐拉角Ψ之間的關(guān)系的曲線圖。圖27是示出二次溫度系數(shù)β為+0.0 lppm/0C 2的電極指間槽與歐拉角Ψ之間的關(guān)系的曲線圖。圖28是示出電極膜厚為0.02 λ、電極指間槽深為0.04 λ時(shí)的歐拉角Θ與二次溫度系數(shù)β的關(guān)系的曲線圖。圖29是示出歐拉角φ與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。圖30是示出頻率溫度特性良好的歐拉角Θ與歐拉角Ψ之間的關(guān)系的曲線圖。圖31是示出在頻率溫度特性最好的條件下4個(gè)試驗(yàn)片的頻率溫度特性數(shù)據(jù)的例子的圖。 圖32是示出作為電極指間槽與電極膜厚之和的階差與Cl值之間的關(guān)系的曲線圖。圖33是示出本實(shí)施方式的SAW諧振器中的等效電路常數(shù)及靜態(tài)特性的例子的表。圖34是本實(shí)施方式的SAW諧振器中的阻抗曲線數(shù)據(jù)。圖35是用于比較現(xiàn)有SAW諧振器中的階差和Q值的關(guān)系與本實(shí)施方式的SAW諧振器階差和Q值的關(guān)系的曲線圖。圖36是示出IDT和反射器的SAW反射特性的圖。圖37是示出熱循環(huán)試驗(yàn)中的電極膜厚與頻率變動(dòng)之間的關(guān)系的曲線圖。圖38是示出實(shí)施方式的SAW振蕩器結(jié)構(gòu)的圖。符號(hào)說(shuō)明10…表面聲波諧振器(SAW諧振器);12…IDT ;14a、14b…梳齒狀電極；16...總線(busbar) ;18...電極指；20...反射器；22...導(dǎo)體帶；30...石英基板；32...槽。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的表面聲波諧振器以及表面聲波振蕩器的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，參照?qǐng)D1來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的表面聲波(SAW)諧振器的第I實(shí)施方式。其中，在圖1中，圖UA)是SAW諧振器的俯視圖，圖1(B)是局部放大剖視圖，圖1(C)是用于說(shuō)明該圖(B)的詳細(xì)內(nèi)容的放大圖。本實(shí)施方式的SAW諧振器10以石英基板30、IDT12以及反射器20為基礎(chǔ)而構(gòu)成。石英基板30的晶軸由X軸(電軸)、Y軸(機(jī)械軸)以及Z軸(光軸)來(lái)表示。在本實(shí)施方式中，采用了由歐拉角(-1°匆^1°，117 °彡Θ彡142 °，41.9° ( I Ψ < 49.57° )表示的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST切石英基板，作為石英基板30。這里，對(duì)歐拉角進(jìn)行說(shuō)明。由歐拉角(O°，0°，0° )表示的基板為具有與Z軸垂直的主面的Z切基板。這里，歐拉角(φ，θ，ψ)中的φ是關(guān)于Z切基板的第I旋轉(zhuǎn)的參數(shù)，是將Z軸作為旋轉(zhuǎn)軸、將從+X軸向+Y軸側(cè)旋轉(zhuǎn)的方向作為正旋轉(zhuǎn)角度的第I旋轉(zhuǎn)角度。歐拉角中的Θ是關(guān)于Z切基板在第I旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行的第2旋轉(zhuǎn)的參數(shù)，是將第I旋轉(zhuǎn)后的X軸作為旋轉(zhuǎn)軸、將第I旋轉(zhuǎn)后的從+Y軸向+Z軸旋轉(zhuǎn)的方向作為正旋轉(zhuǎn)角度的第2旋轉(zhuǎn)角度。壓電基板的切面由第I旋轉(zhuǎn)角度Φ和第2旋轉(zhuǎn)角度0決定。歐拉角中的V是關(guān)于Z切基板在第2旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行的第3旋轉(zhuǎn)的參數(shù)，是將第2旋轉(zhuǎn)后的Z軸作為旋轉(zhuǎn)軸、將第2旋轉(zhuǎn)后的從+X軸向第2旋轉(zhuǎn)后的+Y軸側(cè)旋轉(zhuǎn)的方向作為正旋轉(zhuǎn)角度的第3旋轉(zhuǎn)角度。SAW的傳播方向由相對(duì)于第2旋轉(zhuǎn)后的X軸的第3旋轉(zhuǎn)角度Ψ來(lái)表示。IDT12具有一對(duì)利用總線16將多個(gè)電極指18的基端部連接起來(lái)的梳齒狀電極14a、14b，且隔開(kāi)規(guī)定的間隔而交替配置構(gòu)成一個(gè)梳齒狀電極14a(或14b)的電極指18和構(gòu)成另一個(gè)梳齒狀電極14b (或14a)的電極指18。這里，電極指18被配置在與作為表面聲波的傳播方向的Γ軸垂直的方向上。由這種結(jié)構(gòu)的SAW諧振器10激勵(lì)產(chǎn)生的SAW是Rayleigh型(瑞利型)的SAW，在第3旋轉(zhuǎn)后的Z軸和第3旋轉(zhuǎn)后的X軸上均具有振動(dòng)位移分量。并且像這樣，通過(guò)使SAW的傳播方向偏離作為石英晶軸的X軸，能夠激勵(lì)產(chǎn)生阻帶上端模式的SAW。這里，對(duì)阻帶上端模式的SAW與下端模式的SAW之間的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。在圖2所示的由規(guī)則型IDT12(圖2所示的是構(gòu)成IDT12的電極指18)形成的阻帶下端模式以及上端模式的SAW中，各個(gè)駐波的波腹(或波節(jié))的位置彼此錯(cuò)開(kāi)π /2。圖2是表示規(guī)則型IDT12的阻帶上端模式以及下端模式的駐波分布的圖。根據(jù)圖2，如上所述，用實(shí)線表示的阻帶下端模式駐波的波腹位于電極指18的中央位置，即反射中心位置，用單點(diǎn)劃線表示的阻帶上端模式駐波的波節(jié)位于反射中心位置。另外，以在SAW的傳播方向上將上述IDT12夾在中間的方式，設(shè)置有一對(duì)反射器20。該反射器20的具體結(jié)構(gòu) 為，分別將與構(gòu)成IDT12的電極指18平行設(shè)置的多個(gè)導(dǎo)體帶22的兩端連接起來(lái)。此外，對(duì)于充分利用了來(lái)自石英基板的SAW傳播方向上的端面的反射波的端面反射型SAW諧振器以及通過(guò)增加IDT的電極指的對(duì)數(shù)而由IDT自身來(lái)激勵(lì)產(chǎn)生SAW的駐波的多對(duì)IDT型SAW諧振器，反射器并不是必需的。作為構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)的IDT12及反射器20的電極膜的材料，可采用鋁(Al)或以Al為主體的合金。此外，在采用合金作為電極膜材料的情況下，只要作為主成分的Al以外的金屬的重量比為10%以下即可。具有上述基本結(jié)構(gòu)的SAW諧振器10中的石英基板30，在IDT12的電極指間以及反射器20的導(dǎo)體帶間設(shè)有槽(電極指間槽)32。對(duì)于設(shè)置在石英基板30上的槽32，在設(shè)阻帶上端模式中的SAW的波長(zhǎng)為λ、槽深為G的情況下，只要滿足下式即可:式90.01 λ ( G。此外，在針對(duì)槽深G設(shè)定上限值的情況下，如參照?qǐng)D3所讀取的，只要滿足以下范圍即可:
式100.01 λ ≤ G ≤ 0.094 λ。這是因?yàn)椋ㄟ^(guò)在這種范圍內(nèi)設(shè)定槽深G，能夠?qū)⒐ぷ鳒囟确秶鷥?nèi)(_40°C +850C )的頻率變動(dòng)量控制在之后詳述的目標(biāo)值25ppm以下。另外，槽深G的優(yōu)選范圍是:式110.01 λ ≤ G ≤ 0.0695 λ。通過(guò)在這種范圍內(nèi)設(shè)定槽深G，即使槽深G產(chǎn)生了制造上的偏差，也能夠?qū)AW諧振器10的個(gè)體之間的諧振頻率的偏移量抑制在校正范圍內(nèi)。另外，如圖1(C)所示，線占有率η是指，用電極指18的線寬(在僅為石英凸部的情況下稱為凸部寬度)L除以電極指18之間的間距X/2(=L+S)而得到的值。因此，線占有率H可以用式12來(lái)表示。式12n =L/ (L+S)這里，本實(shí)施方式的SAW諧振器10可以在式13所示的范圍內(nèi)設(shè)定線占有率η。此外，由式13可知，可通過(guò)設(shè)定槽32的深度G來(lái)導(dǎo)出η。式13-2.5 X G/ λ +0.675 ≤ η ≤-2.5 X G/ λ +0.775另外，本實(shí)施方式的SAW諧振器10中的電極膜材料(IDT12及反射器20等)的膜厚的優(yōu)選范圍是:式140〈H ≤ 0.035入。此外，關(guān)于線占有率Π，在考慮了式14所示的電極膜厚的情況下，n可通過(guò)式15來(lái)求出:式15n =-2.533 X G/ λ -2.269 X H/ λ +0.785關(guān)于線占有率η，電極膜厚越厚電氣特性(尤其諧振頻率)的制造偏差越大，在式14的范圍內(nèi)，電極膜厚H可能產(chǎn)生±0.04以內(nèi)的制造偏差，而在Η>0.035 λ的范圍內(nèi)，電極膜厚H很可能產(chǎn)生比±0.04更大的制造偏差。但是，只要電極膜厚H處于式14的范圍內(nèi)且線占有率H的偏差為±0.04以內(nèi)，就能夠?qū)崿F(xiàn)二次溫度系數(shù)β小的SAW器件。S卩，線占有率η可以容許達(dá)到在式15上加上±0.04的公差后的式16的范圍。式16n=-2.533XG/λ -2.269XH/λ +0.785+±0.04在上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的SAW諧振器10中，在二次溫度系數(shù)β為±0.0 lppm/0C 2以內(nèi)且優(yōu)選SAW的工作溫度范圍為_(kāi)40°C +85°C的情況下，目的是要將頻率溫度特性提高到這樣的程度:在該程度下，使得該工作溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量AF為25ppm以下。此外，由于二次溫度系數(shù)β是表示SAW的頻率溫度特性的曲線的多項(xiàng)式近似的二次系數(shù)，因此，二次溫度系數(shù)的絕對(duì)值小表示頻率變動(dòng)量小，可以說(shuō)頻率溫度特性良好。下面，使用仿真來(lái)證明上述結(jié)構(gòu)的SAW器件具備能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的的要素。其中，對(duì)于使用被稱為ST切的石英基板且將傳播方向設(shè)為X晶軸方向的SAW諧振器，在工作溫度范圍相同的情況下，工作溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量AF約為117ppm，二次溫度系數(shù)β為-0.030ppm/°C 2左右。而對(duì)于使用了石英基板的切角和SAW傳播方向用歐拉角表示為(O，123°，45° )且工作溫度范圍相同的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST切石英基板的SAW諧振器，頻率變動(dòng)量AF約為63ppm，二次溫度系數(shù)β為-0.016ppm/°C 2左右。
對(duì)于SAW諧振器10的頻率溫度特性的變化，如上所述，與IDT12中的電極指18的線占有率H、電極膜厚H以及槽深G等有關(guān)。并且，本實(shí)施方式的SAW諧振器10利用阻帶上端模式的激勵(lì)。
圖4是示出線占有率η發(fā)生變化而在石英基板30上傳播SAW時(shí)的二次溫度系數(shù)β的變化的曲線圖。在圖4中，圖4(A)表示槽深G為0.02λ時(shí)阻帶上端模式諧振中的二次溫度系數(shù)β，圖4(B)表示槽深G為0.02 λ時(shí)阻帶下端模式諧振中的二次溫度系數(shù)β。另外，在圖4中，圖4(C)表示槽深G為0.04λ時(shí)阻帶上端模式諧振中的二次溫度系數(shù)β，圖4(D)表示槽深G為0.04λ時(shí)阻帶下端模式諧振中的二次溫度系數(shù)β。注意，圖4所示的仿真表示如下情況的例子:為了減少使頻率溫度特性發(fā)生變動(dòng)的因素，在未設(shè)有電極膜的石英基板30上以某種形式來(lái)傳播SAW。另外，石英基板30的切角使用了歐拉角(0°，123°，Ψ)。此外，關(guān)于Ψ，可適當(dāng)選擇二次溫度系數(shù)β的絕對(duì)值為最小的值。
根據(jù)圖4，可發(fā)現(xiàn)如下情況:無(wú)論是阻帶上端模式還是下端模式，每當(dāng)線占有率η達(dá)到0.6 0.7時(shí)，二次溫度系數(shù)β均發(fā)生較大變化。并且，通過(guò)對(duì)阻帶上端模式中的二次溫度系數(shù)β的變化與阻帶下端模式中的二次溫度系數(shù)β的變化進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)如下情況。即，對(duì)于阻帶下端模式中的二次溫度系數(shù)β的變化，由于其從負(fù)側(cè)進(jìn)一步向負(fù)側(cè)變化，因此特性降低(二次溫度系數(shù)β的絕對(duì)值變大)。與此相對(duì)，對(duì)于阻帶上端模式中的二次溫度系數(shù)β的變化，由于其從負(fù)側(cè)向正側(cè)變化，因此特性提高(二次溫度系數(shù)β的絕對(duì)值變小)。
由此，為了在SAW器件中得到良好的頻率溫度特性，可優(yōu)選采用阻帶上端模式的振動(dòng)。
接著，發(fā)明人針對(duì)槽深G發(fā)生了各種變化的石英基板，調(diào)查了進(jìn)行阻帶上端模式的SAW傳播時(shí)線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系。
圖5是表示槽深G從0.01 λ (1%λ )變化到0.08 λ (8% λ )時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的仿真曲線圖。由圖5可知，在槽深G為0.0125λ (1.25% λ)附近，首次出現(xiàn)β=0的點(diǎn)，即，表示頻率溫度特性的近似曲線呈現(xiàn)為三次曲線的點(diǎn)。而且，由圖5可知，β=0時(shí)的η各有2處(η大時(shí)β =0的點(diǎn)是(η I)，η小時(shí)β =0的點(diǎn)是(η 2))。此外，根據(jù)圖5還能夠理解到，Π2與η 相比，線占有率η相對(duì)于槽深G的變化的變動(dòng)量更大。
關(guān)于這一點(diǎn)，通過(guò)參照?qǐng)D6能夠得到深刻的理解。圖6是分別描繪了槽深G逐漸變化時(shí)二次溫度系數(shù)β為O的η 、η2的曲線圖。從圖6中能夠發(fā)現(xiàn):隨著槽深G變大，η 1、η 2分別變小，但對(duì)于η 2，在槽深G=0.04 λ附近，變動(dòng)量大到超出了在0.5 λ 0.9 λ的范圍內(nèi)示出的曲線。即，Π 2相對(duì)于槽深G的變化的變動(dòng)量更大。
圖7是將圖5中的縱軸的二次溫度系數(shù)β替換為頻率變動(dòng)量AF而示出的曲線圖。根據(jù)圖7，顯然能夠理解到，在β=0的兩個(gè)點(diǎn)(111，n2)處，頻率變動(dòng)量AF降低。而且，根據(jù)圖7還能夠理解到，對(duì)于β=0的兩個(gè)點(diǎn)，在槽深G變化的任意曲線圖中，η 處的點(diǎn)能夠?qū)㈩l率變動(dòng)量AF抑制得更小。
根據(jù)上述趨勢(shì)可知，對(duì)于制造時(shí)容易產(chǎn)生誤差的批量產(chǎn)品，最好采用β =0的點(diǎn)相對(duì)于槽深G的變動(dòng)的變動(dòng)量更小的一方，S卩ill。圖3示出了在各槽深G下二次溫度系數(shù)β最小的點(diǎn)(nl)的頻率變動(dòng)量AF與槽深G之間的關(guān)系的曲線圖。由圖3可知，使得頻率變動(dòng)量△ F為目標(biāo)值25ppm以下的槽深G的下限值為0.01 λ，槽深G的范圍應(yīng)為0.01 λ以上，即0.01 ^ G0
此外，在圖3中，還通過(guò)仿真而追加了槽深G為0.08以上時(shí)的例子。根據(jù)該仿真可知，槽深G達(dá)到0.01 λ以上時(shí)，頻率變動(dòng)量Λ F變到25ppm以下，然后，隨著槽深G的每次增加，頻率變動(dòng)量ΛF變小。但是，當(dāng)槽深G達(dá)到大致0.9 λ以上時(shí)，頻率變動(dòng)量AF重新增加，而當(dāng)超過(guò)0.094 λ時(shí)，頻率變動(dòng)量八？超過(guò)25 111。
圖3所示的曲線圖是在石英基板30上未形成IDT12及反射器20等的電極膜的狀態(tài)下的仿真，而通過(guò)參照以下示出詳情的圖16 圖21可知，SAW諧振器10設(shè)置電極膜能夠進(jìn)一步減小頻率變動(dòng)量AF。因此，當(dāng)要確定槽深G的上限值時(shí)，只要設(shè)定為未形成電極膜的狀態(tài)下的最大值即可，即GS 0.94 λ，為了 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，作為適當(dāng)?shù)牟凵頖的范圍，可表示為下式:
式17
0.01 λ 彡 G 彡 0.094 λ。
此外，在批量生廣工序中，槽深G具有最大±0.001 λ左右的偏差。因此，圖8不出了在線占有率Π恒定的情況下槽深G發(fā)生了 ±0.001 λ的偏差時(shí)、SAW諧振器10的各個(gè)頻率變動(dòng)量Λ f。根據(jù)圖8能夠理解到，在G=0.04 λ的情況下，當(dāng)槽深G發(fā)生了 ±0.001 λ的偏差時(shí)，即，在槽深為0.039 λ彡G彡0.041 λ的范圍內(nèi)，頻率變動(dòng)量Af為±500ppm左右。
這里，只要頻率變動(dòng)量Af小于±1000ppm，即可通過(guò)各種頻率微調(diào)單元進(jìn)行頻率調(diào)整。但是，當(dāng)頻率變動(dòng)量Af為± IOOOppm以上時(shí)，頻率調(diào)整會(huì)對(duì)Q值、CI(crystalimpedance:石英阻抗)值等的靜態(tài)特性及長(zhǎng)期可靠性產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致SAW諧振器10的合格率降低。
關(guān)于由圖8所示的描繪點(diǎn)連接而成的直線，通過(guò)導(dǎo)出表示頻率變動(dòng)量Af[PPm]與槽深G之間的關(guān)系的近似式而能夠得到式18:
式I8
Af=16334G_137。
這里，求出使Af〈1000ppm的G值而得到G彡0.0695λ。因此，作為本實(shí)施方式的槽深G的范圍，可適當(dāng)優(yōu)選下式:
式19
0.01 λ ≤ G ≤ 0.0695 λ。
接著，在圖9的曲線圖中，示出了二次溫度系數(shù)β=0時(shí)的η即表示出三次溫度特性的線占有率η與槽深G之間的關(guān)系。石英基板30的歐拉角為(0°，123°，Ψ)。這里，關(guān)于Ψ，適當(dāng)選擇了使頻率溫度特性表現(xiàn)出三次曲線趨勢(shì)的角度，即，使二次溫度系數(shù)β =0的角度。此外，圖24示出了在與圖9同樣的條件下得到β =0的η時(shí)的歐拉角Ψ與槽深G之間的關(guān)系。在圖24的電極膜厚H=0.02 λ的曲線圖中，雖未示出ψ〈42°的點(diǎn)，不過(guò)在G=0.03 λ處，該曲線圖中的Π2的點(diǎn)為Ψ=41.9°。關(guān)于各電極膜厚下的槽深G與線占有率Π之間的關(guān)系，根據(jù)之后表述詳情的圖12 圖17來(lái)得到曲線。
由圖9可知，在任何膜厚下，如上所述，η I相對(duì)于槽深G的變化的變動(dòng)均比η2小。因此，針對(duì)圖9中的各個(gè)膜厚的曲線圖，提取出η 而歸納為圖10。由圖10可知，η 集中于虛線所示的線中。另外，根據(jù)圖10，表示線占有率η的上限的點(diǎn)是電極膜厚H=0.01 λ的SAW諧振器，表示線占有率η的下限的點(diǎn)是電極膜厚H=0.035 λ的SAW諧振器。S卩，隨著電極膜厚H的增加，能夠使二次溫度系數(shù)β=0的線占有率η變小。
根據(jù)這些情況，求取表示線占有率η的上限的點(diǎn)和表示下限的點(diǎn)各自的近似式，可以推導(dǎo)出式20和式21。
式20
n=-2.5 X G/λ +0.77式21
n=-2.5 XG/λ +0.675
可利用式20、式21，在圖 10中用虛線圍起的范圍內(nèi)，在式22的范圍中來(lái)確定η。
式22
-2.5 X G/ λ +0.675 ≤ η ≤-2.5 X G/ λ +0.775
這里，在容許二次溫度系數(shù)β為±0.01ppm/°C 2以內(nèi)的情況下，通過(guò)同時(shí)滿足式19和式22而確認(rèn)到,二次溫度系數(shù)β處于±0.01ppm/°C2以內(nèi)。
另外，圖11根據(jù)式20 22而用近似直線示出了電極膜厚HN 0、0.01 λ、0.02 λ、0.03 λ、0.035 λ的SAW諧振器10各自的、β=0時(shí)的槽深G與線占有率η之間的關(guān)系。此夕卜，未設(shè)有電極膜的石英基板30的槽深G與線占有率η之間的關(guān)系如圖6所示。
根據(jù)基于這些電極膜厚H的表現(xiàn)為近似直線的近似式，使頻率溫度特性良好的槽深G與線占有率η之間的關(guān)系式如式23所示:
式23
n =-2.533 X G/λ -2.269 X H/λ +0.785。
關(guān)于線占有率η，電極膜越厚，電氣特性(尤其是諧振頻率)的制造偏差越大，在式14的范圍內(nèi)，電極膜厚H很可能產(chǎn)生±0.04以內(nèi)的制造偏差，而在Η>0.035 λ的范圍內(nèi)，電極膜厚H很可能產(chǎn)生大于±0.04的制造偏差。但是，只要電極膜厚H處于式14的范圍內(nèi)且線占有率Π的偏差為±0.04以內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)二次溫度系數(shù)β小的SAW器件。S卩，在考慮了線占有率的制造偏差且將二次溫度系數(shù)β控制為±0.01ppm/°C 2以內(nèi)的情況下，線占有率H可容許達(dá)到在式23上加上±0.04的公差后的式24的范圍:
式24
n=-2.533XG/λ -2.269XH/λ +0.785±0.04。
圖12 圖17示出了在電極膜厚分別為Ο.ΟΙλ (1%λ)、0.015λ (1.5%λ)、0.02 λ (2% λ )、0.025 λ (2.5% λ )、0.03 λ (3% λ )、0.035 λ (3.5% λ )的情況下，槽深 G 發(fā)生變化時(shí)的線占有率n與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。
另外，圖18 圖23示出了與圖12 圖17對(duì)應(yīng)的、SAW諧振器10中的線占有率n與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖。其中，石英基板均采用了歐拉角(0°，123°，Ψ)，關(guān)于Ψ，適當(dāng)選擇了 AF為最小的角度。
這里，圖12是示出電極膜厚H為0.01 λ時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的圖，圖18是示出電極膜厚H為0.01 λ時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量Λ F之間的關(guān)系的圖。
另外，圖13是示出電極膜厚H為0.015 λ時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的圖，圖19是示出電極膜厚H為0.015 λ時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的圖。
另外，圖14是示出電極膜厚H為0.02 λ時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的圖，圖20是示出電極膜厚H為0.02 λ時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量Λ F之間的關(guān)系的圖。
另外，圖15是示出電極膜厚H為0.025 λ時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系圖，圖21是示出電極膜厚H為0.025 λ時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的圖。
另外，圖16是示出電極膜厚H為0.03 λ時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的圖，圖22是示出電極膜厚H為0.03 λ時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量Λ F之間的關(guān)系的圖。
另外，圖17是示出電極膜厚H為0.035 λ時(shí)的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的圖，圖23是示出電極膜厚H為0.035 λ時(shí)的線占有率η與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系圖。
在這些圖(圖12 圖23)中可知，雖然在所有曲線圖中均存在細(xì)微差別，但它們的變化趨勢(shì)與僅表示石英基板30的線占有率η與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系以及線占有率Π與頻率變動(dòng)量AF之間的關(guān)系的曲線圖(圖5、圖7)相似。
S卩，可以說(shuō)，在去除了電極膜的石英基板30單體的表面聲波的傳播中，也能夠發(fā)揮本實(shí)施方式的效果。
圖25對(duì)根據(jù)圖24所示的曲線圖中的η 而得到的Ψ與槽深G之間的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)。注意，選擇Π I的原因與上面相同。由圖25可知，即使在電極膜的膜厚發(fā)生變化的情況下，Ψ的角度也基本沒(méi)有差異，Ψ的最佳角度隨著槽深G的變動(dòng)而發(fā)生變化。這也可以說(shuō)是二次溫度系數(shù)β 的變化主要是由石英基板30的形態(tài)引起的證據(jù)。
與上述相同，針對(duì)二次溫度系數(shù)β =-0.0lppm/°C 2的Ψ和β =+0.0lppm/°C 2的Ψ，求出它們與槽深G之間的關(guān)系，并歸納為圖26和圖27。當(dāng)根據(jù)這些曲線圖(圖25 圖27)來(lái)求取能夠使-0.01< β <+0.01成立的Ψ的角度時(shí)，可以將上述條件下恰當(dāng)?shù)摩返慕嵌确秶O(shè)定為43° <Ψ〈45°，還可以進(jìn)一步適當(dāng)設(shè)定為43.2°彡Ψ彡44.2。
接著，圖28示出了 Θ的角度變動(dòng)時(shí)的二次溫度系數(shù)β的變化，S卩Θ與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系。這里，仿真中使用的SAW器件是切角和SAW傳播方向用歐拉角表示為(O, θ , ψ)且槽深G為0.04 λ的石英基板，電極膜厚H為0.02 λ。此外，關(guān)于Ψ，根據(jù)Θ的設(shè)定角度而在上述角度范圍內(nèi)，適當(dāng)選擇了使二次溫度系數(shù)β的絕對(duì)值為最小的值。另夕卜，關(guān)于η，根據(jù)上式23，其為0.6383。
在這種條件下，根據(jù)示出了 Θ與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的圖28可知，只要Θ處于117°以上142°以下的范圍內(nèi)，即可使二次溫度系數(shù)β的絕對(duì)值處于0.01ppm/°C2的范圍內(nèi)。因此，在如上所述的設(shè)定值中，只要在117° ( Θ彡142°范圍內(nèi)進(jìn)行Θ的設(shè)定，即可構(gòu)成具有良好的頻率溫度特性的SAW諧振器10。
圖29是示出在采用了歐拉角為(φ，，123°，43.77° )的石英基板30且槽深G為0.04 λ、電極膜厚H為0.02 λ以及線占有率η為0.65的情況下，Φ的角度與二次溫度系數(shù)β之間的關(guān)系的曲線圖。
由圖29可知，在φ為-2°、+2°的情況下，二次溫度系數(shù)β分別低于-0.01，但當(dāng)9處于-1.5° +1.5°的范圍內(nèi)時(shí)，二次溫度系數(shù)β的絕對(duì)值可靠地位于0.01的范圍內(nèi)。由此，在上述設(shè)定值中，只要在-1.5°分分1.5°、優(yōu)選為-1°部分1°的范圍內(nèi)進(jìn)行φ的設(shè)定，即可構(gòu)成具有良好的頻率溫度特性的SAW諧振器10。
在上述說(shuō)明中，針對(duì)φ、θ、Ψ，分別在一定條件下，導(dǎo)出了與槽深G之間的關(guān)系中最佳值的范圍。與此相對(duì)，圖30示出了使得-40°c +85°C中的頻率變動(dòng)量最小的非常希望實(shí)現(xiàn)的Θ與ψ之間的關(guān)系，且求出了其近似式。根據(jù)圖30，Ψ的角度隨著Θ的角度上升而變化，且如三次曲線所描繪的那樣上升。此外，在圖30的例子中，θ=117°時(shí)的Ψ為42.79°，θ=142°時(shí)的Ψ為49.57°。當(dāng)將這些點(diǎn)連成近似曲線時(shí)，構(gòu)成圖30中用虛線表示的曲線，近似式可用式25來(lái)表示。
式25
ψ =1.19024 X 10_3 X θ 3-4.48775 X ΙΟ—1 X Θ 2
+5.64362 X IO1X Θ-2.32327 X 103± 1.0
由此，可通過(guò)設(shè)定Θ來(lái)確定ψ，在Θ的范圍為117° ( Θ ( 142°的情況下，Ψ的范圍可以為42.79° ( Ψ ^ 49.57°。此外，仿真中的槽深G、電極膜厚H分別為G=0.04 λ、H=0.02 λ。
基于上述原因，在本實(shí)施方式中，只要根據(jù)各種設(shè)定的條件來(lái)構(gòu)成SAW諧振器10，即可構(gòu)成能夠滿足目標(biāo)值且實(shí)現(xiàn)了良好的頻率溫度特性的SAW諧振器。
另外，在本實(shí)施方式的SAW諧振器10中，如式14及圖12 圖23所示，通過(guò)將電極膜的膜厚H設(shè)為0〈Η ( 0.035 λ的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了頻率溫度特性的改善。這與以往那樣通過(guò)過(guò)度加厚膜厚H來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率溫度特性的改善的方法不同，本實(shí)施方式是在保持環(huán)境承受特性的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了頻率溫度特性的改善。圖37示出了熱循環(huán)試驗(yàn)中的電極膜厚(Al電極膜厚)與頻率變動(dòng)之間的關(guān)系。另外，圖37所示的熱循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果是連續(xù)進(jìn)行了 8次如下這樣的循環(huán)而得到的:將SAW諧振器置于_55°C的環(huán)境中30分鐘，然后使環(huán)境溫度上升到+125°C并置于該環(huán)境中30分鐘。根據(jù)圖37可知，與電極膜厚H為0.06 λ且未設(shè)有電極指間槽的情況相比，在本實(shí)施方式的SAW諧振器10的電極膜厚H的范圍內(nèi)，頻率變動(dòng)(F變動(dòng))為其1/3以下。此外，在圖37中，對(duì)于任意點(diǎn)而言，H+G=0.06 λ均成立。
另外，針對(duì)在與圖37相同的條件下制造出的SAW諧振器，進(jìn)行了將其放置在125°C的環(huán)境中1000小時(shí)的高溫放置試驗(yàn)，結(jié)果，與現(xiàn)有的SAW諧振器(H=0.06 λ且G=O)相t匕，確認(rèn)到:本實(shí)施方式的SAW諧振器在(H=0.03 λ且G=0.03 λ、H=0.02 λ且G=0.04 λ、H=0.015 λ且G=0.045 λ ,H=0.01 λ且G=0.05 λ這4個(gè)條件)試驗(yàn)前后的頻率變動(dòng)量變?yōu)?/3以下。
在上述條件下，根據(jù)如下條件制造出的SAW諧振器10表現(xiàn)出圖31所示的頻率溫度特性，所述條件是:H+G=0.067 λ (鋁膜厚2000 Α、槽深4700 A )，IDT的線占有率η i=0.6，反射器的線占有率nr=0.8，歐拉角為(0°，123° ,43.5° )，IDT的對(duì)數(shù)為120對(duì)，相交寬度為40 λ ( λ =10 μ m)，反射器個(gè)數(shù)(每一側(cè))為72個(gè)(36對(duì))，電極指不具有傾角(電極指的排列方向與SAW的相位速度方向一致)。
圖31描繪出試驗(yàn)片個(gè)數(shù)n=4的頻率溫度特性。根據(jù)圖31可知，這些試驗(yàn)片的工作溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量Λ F被抑制為大致20ppm以下。
在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了槽深G及電極膜厚H等對(duì)頻率溫度特性的影響。而槽深G與電極膜厚H的合計(jì)深度(階差)還會(huì)影響等效電路常數(shù)和Cl值等的靜態(tài)特性以及Q值。例如，圖32是表示階差從0.062 λ變化到0.071 λ的情況下的階差與Cl值之間的關(guān)系的曲線圖。由圖32可知，Cl值在階差為0.067 λ時(shí)收斂，而在階差為此之上的情況下，Cl值也未得到優(yōu)化(未變低)。
圖33歸納了表現(xiàn)出圖31所示的頻率溫度特性的SAW諧振器10中的頻率、等效電路常數(shù)以及靜態(tài)特性。這里，F(xiàn)表示頻率，Q表示Q值，Y表示電容比，Cl表示Cl (石英阻抗:Crystal Impedance)值，M 表示性能指數(shù)(優(yōu)良指數(shù):Figure of Merit)。
另外，圖35表示用于對(duì)現(xiàn)有的SAW諧振器與本實(shí)施方式的SAW諧振器10的階差和Q值之間的關(guān)系進(jìn)行比較的曲線圖。其中，在圖35中，粗線所示的曲線表示本實(shí)施方式的SAW諧振器10的特性，其在電極指間設(shè)有槽，且采用阻帶上端模式的諧振。細(xì)線所示的曲線表示現(xiàn)有的SAW諧振器的特性，其在電極指間未設(shè)有槽，且采用阻帶上端模式的諧振。根據(jù)圖35可清楚地看出，當(dāng)在電極指間設(shè)有槽且采用了阻帶上端模式的諧振時(shí)，與在電極指間未設(shè)置槽且采用了阻帶下端模式的諧振的情況相比，在階差(G+H)為0.0407 λ (4.07% λ)以上的區(qū)域內(nèi)，得到了更高的Q值。
此外，仿真中使用的SAW諧振器的基本數(shù)據(jù)如下。
.本實(shí)施方式的SAW諧振器10的基 本數(shù)據(jù)有:
H:0.02 λ
G:變化
IDT 線占有率 η 1:0.6
反射器線占有率nr:0.8
歐拉角(O。,123°,43.5° )
對(duì)數(shù):120
相交寬度:40λ(λ=10μπι)
反射器個(gè)數(shù)(每一側(cè)):60
電極指不具有傾角
.現(xiàn)有的SAW諧振器的基本數(shù)據(jù)有:
H:變化
G:零
IDT 線占有率 η 1:0.4
反射器線占有率nr:0.3
歐拉角(O。,123° ,43.5° )
對(duì)數(shù):120
相交寬度:40λ ( λ =10 μ m)
反射器個(gè)數(shù)(每一側(cè)):60
電極指不具有傾角
為了對(duì)這些SAW諧振器的特性進(jìn)行比較，參照?qǐng)D33及圖35能夠理解本實(shí)施方式的SAW諧振器10實(shí)現(xiàn)了怎樣的高Q化。這種高Q化可提高能量封閉效果，原因如下。
為了對(duì)在阻帶上端模式下激勵(lì)產(chǎn)生的表面聲波進(jìn)行高效的能量封閉，如圖36所示，只要將IDT12的阻帶上端頻率ft2設(shè)定在反射器20的阻帶下端頻率frl與反射器20的阻帶上端頻率fr2之間即可。即，只要設(shè)定為滿足下式的關(guān)系即可:
式26
frl<ft2<fr20
由此，在IDT12的阻帶上端頻率ft2下，反射器20的反射系數(shù)Γ變大，由IDT12激勵(lì)產(chǎn)生的阻帶上端模式的SAW被反射器20以高反射系數(shù)向IDT12側(cè)反射。并且，阻帶上端模式的SAW的能量封閉變強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)低損失的諧振器。
與此相對(duì)，當(dāng)將IDT12的阻帶上端頻率ft2與反射器20的阻帶下端頻率frl和反射器20的阻帶上端頻率fr2之間的關(guān)系設(shè)定為ft2〈frl的狀態(tài)及fr2〈ft2的狀態(tài)時(shí)，在IDT12的阻帶上端頻率ft2下，反射器20的反射系數(shù)Γ變小，難以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的能量封閉狀態(tài)。
這里，為了實(shí)現(xiàn)式26的狀態(tài)，需要使反射器20的阻帶向比IDT12的阻帶的更高高的頻域側(cè)進(jìn)行頻移。具體地說(shuō)，可通過(guò)使反射器20的導(dǎo)體帶22的排列周期小于IDT12的電極指18的排列周期來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，作為其它方法，可以通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn):使作為反射器20的導(dǎo)體帶22形成的電極膜的膜厚比作為IDT12的電極指18形成的電極膜的膜厚薄，或者使反射器20的導(dǎo)體帶間槽的深度比IDT12的電極指間槽的深度淺。而且，還可以組合使用這些方法中的多個(gè)方法。
此外，根據(jù)圖33，除了能夠得到高Q化之外，還能夠得到很高的優(yōu)良指數(shù)M。另外，圖34是示出得到了圖33的SAW諧振器中的阻抗Z與頻率之間的關(guān)系的曲線圖。由圖34可知，在諧振點(diǎn)附近不存在無(wú)用的寄生。
在上述實(shí)施方式中，示出了構(gòu)成SAW諧振器10的IDT12的所有電極指均交替地交叉的情況。不過(guò)，本發(fā)明的SAW諧振器10僅利用其石英基板也能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的效果。因此，即使間斷地設(shè)置IDT12的電極 指18，也能夠起到同樣的效果。
另外，對(duì)于槽32，也是可以在電極指18之間及反射器20的導(dǎo)體帶22之間局部地進(jìn)行設(shè)置。尤其，由于振動(dòng)位移大的IDT12的中央部會(huì)對(duì)頻率溫度特性帶來(lái)決定性的影響，因此可以采用僅在該部分設(shè)置槽32的構(gòu)造。這種構(gòu)造也能夠形成頻率溫度特性良好的SAW諧振器10。
另外，在上述實(shí)施方式中，記載了將Al或以Al為主體的合金作為電極膜的情況。不過(guò)，也可以使用能夠?qū)崿F(xiàn)與上述實(shí)施方式相同效果的任何其它金屬來(lái)構(gòu)成電極膜。
另外，上述實(shí)施方式是針對(duì)僅設(shè)有一個(gè)IDT的單端子對(duì)SAW諧振器進(jìn)行的說(shuō)明，但本發(fā)明也可應(yīng)用于設(shè)有多個(gè)IDT的雙端子對(duì)SAW諧振器，而且還可以應(yīng)用于縱向結(jié)合式或橫向結(jié)合式的雙模式SAW濾波器及多模式SAW濾波器。
接著，參照?qǐng)D38對(duì)本發(fā)明的SAW振蕩器進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的SAW振蕩器如圖38所示，由以下部件構(gòu)成:上述SAW諧振器10 ;對(duì)該SAW諧振器10的IDT12施加電壓而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的IC(integrated circuit:集成電路)50 ;以及收容它們的封裝。其中，在圖38中，圖38(A)是去掉蓋后的俯視圖，圖38 (B)是不出該圖(A)中的A-A截面的圖。
在實(shí)施方式的SAW振蕩器100中，將SAW諧振器10和IC50收容在同一封裝56內(nèi)，利用金屬線60將形成在封裝56的底板56a上的電極圖案54a 54g、SAW諧振器10的梳齒狀電極14a、14b以及IC50的焊盤(pán)52a 52f連接起來(lái)。然后，利用蓋58將收容了 SAW諧振器10和IC50的封裝56的腔氣密地密封。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，能夠使IDT12(參照?qǐng)D1)、IC50以及形成在封裝56的底面上的未圖示的外部安裝電極電連接。
權(quán)利要求
1.一種表面聲波諧振器，其特征在于，該表面聲波諧振器具有: 歐拉角為-1-55≤φ≤1.5°，117°≤θ ≦ 142° ,41.9° ≤|ψ|≤49.57° 的石英基板；以及 叉指換能器，其由鋁或以鋁為主體的合金構(gòu)成，并且在上述石英基板上具有多個(gè)電極指，激勵(lì)產(chǎn)生阻帶上端模式的表面聲波， 俯視時(shí)，在上述電極指之間的上述基板上具有電極指間槽， 上述表面聲波的波長(zhǎng)λ、上述電極指間槽的深度G以及上述電極指的線占有率η滿足如下關(guān)系:0.0l λ ≦ G ≦ 0.094, 而且， -2.5XG/λ +0.675≤ η ≦-2.5XG/λ+0.775。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 上述電極指間槽的深度G滿足如下關(guān)系:0.01 λ ≦ G ≦ 0.0695 λ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 上述叉指換能器的電極膜厚H滿足如下關(guān)系:0<Η≤0.035λ。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 上述線占有率rI滿足如下關(guān)系:η =-2.533 X G/λ -2.269 XH/λ +0.785 ± 0.04。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 上述電極指間槽的深度G與上述電極膜厚H之和滿足如下關(guān)系:0.0407 λ ≤ G+H。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 上述Ψ與上述Θ滿足如下關(guān)系:Ψ=1.191 X 10-3 X θ3-4.490 X 10-1 X θ2+5.646 X 10tX θ -2.324Χ103±1.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 上述叉指換能器的阻帶上端模式的頻率為ft2、以在表面聲波的傳播方向上將上述叉指換能器夾在中間的方式配置的反射器的阻帶下端模式的頻率frl、上述反射器的阻帶上端模式的頻率fr2滿足如下關(guān)系:frl<ft2<fr20
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 在構(gòu)成上述反射器的導(dǎo)體帶之間設(shè)有導(dǎo)體帶間槽， 上述導(dǎo)體帶間槽的深度比上述電極指間槽的深度淺。
9.一種表面聲波振蕩器,其特征在于,該表面聲波振蕩器具有: 權(quán)利要求1或2所述的表面聲波諧振器；以及 用于驅(qū)動(dòng)上述叉指換能器的集成電路。
全文摘要
本發(fā)明提供表面聲波諧振器以及表面聲波振蕩器，其能夠?qū)崿F(xiàn)良好的頻率溫度特性。表面聲波諧振器具有歐拉角為117°≤θ≤142°，41.9°≤|ψ|≤49.57°的石英基板；以及叉指換能器，其由鋁或以鋁為主體的合金構(gòu)成，并且在上述石英基板上具有多個(gè)電極指，激勵(lì)產(chǎn)生阻帶上端模式的表面聲波，俯視時(shí)，在上述電極指之間的上述基板上具有電極指間槽，上述表面聲波的波長(zhǎng)λ、上述電極指間槽的深度G、以及上述電極指的線占有率η滿足下式0.01λ≤G≤0.094，而且-2.5×G/λ+0.675≤η≤-2.5×G/λ+0.775。
文檔編號(hào)H03H9/02GK103219966SQ20131009833
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
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