CN102197590A - 表面声波谐振器、表面声波振荡器以及表面声波模块装置 - Google Patents

表面声波谐振器、表面声波振荡器以及表面声波模块装置 Download PDF

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Abstract

本发明能够提高表面声波谐振器的Q值而使表面声波谐振器小型化。表面声波谐振器(1)在石英基板(11)上设置有IDT(12)，该IDT(12)具有激励出表面声波的电极指(12a、12b)，其中IDT(12)中的使得机电耦合系数最大的线占有率与使得表面声波的反射最大的线占有率不同，与IDT(12)的端部相比，IDT(12)的中央部具有使得机电耦合系数更大的线占有率，与IDT(12)的中央部相比，IDT(12)的端部具有使得表面声波的反射更大的线占有率。

Description

表面声波谐振器、表面声波振荡器以及表面声波模块装置
技术领域
本发明涉及采用压电基板的表面声波谐振器、表面声波振荡器以及表面声波模块装置。
背景技术
一直以来，在电子设备中广泛利用了使用表面声波(Surface Acoustic Wave：SAW)的表面声波谐振器。
近年来，随着便携设备的普及，要求用于这些便携设备的表面声波谐振器小型化。在表面声波谐振器小型化的过程中，会引起Q值降低或者CI(Crystal Impedance：晶体阻抗)值增加，存在无法充分获得表面声波谐振器的特性的问题。
作为其对策，例如在专利文献1中公开了如下技术：随着从梳齿状电极的中央部向两端接近，使梳齿状电极的电极指宽度与电极指间距之比即线宽比(线占有率)变小，由此提高Q值。
专利文献1：日本特开昭63-135010号公报
发明的概要
发明要解决的问题
但是，在专利文献1的表面声波谐振器的结构中，IDT(interdigital transducer)端部处的表面声波的反射强，相比于IDT中央部，IDT端部的频率上升。由此，IDT内的表面声波能量的封闭性劣化，无法充分提高Q值。
发明概要
用于解决问题的手段
本发明是为了解决上述问题的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。
[应用例1]本应用例的表面声波谐振器在压电基板上设有叉指式换能器IDT，该IDT具有激励出表面声波的电极指，其特征在于，将用上述电极指中的一个电极指的宽度除以如下尺寸所得的值设为线占有率，该尺寸是上述一个电极指和与该电极指的一侧相邻的电极指的间隔的中心线与上述一个电极指和与该电极指的另一侧相邻的电极指的间隔的中心线之间的尺寸，上述IDT的使得机电耦合系数最大的线占有率与使得上述表面声波的反射最大的线占有率不同，与上述IDT的端部相比，上述IDT的中央部具有使得机电耦合系数更大的线占有率，与上述IDT的中央部相比，上述IDT的端部具有使得上述表面声波的反射更大的线占有率。
根据该结构，在使得机电耦合系数最大的线占有率与使得表面声波的反射最大的线占有率不同的IDT中，利用线占有率进行了加权。与IDT的端部相比，IDT的中央部具有使得机电耦合系数更大的线占有率，与IDT的中央部相比，IDT的端部具有使得表面声波的反射更大的线占有率。
关于在表面声波谐振器中产生的表面声波的驻波，在IDT的中央部该驻波的振动移位大，在其两个外侧的端部该驻波的振动移位小。在振动移位大的中央部，为了抑制CI值的上升而选择使得机电耦合系数提高的线占有率，在振动移位小的端部，为了提高振动能量在IDT内的封闭效果而选择使得表面声波反射增大的线占有率。由此，能够实现CI值与Q值双方良好的表面声波谐振器。
因此，能够提供如下的表面声波谐振器，其能够提高Q值而使表面声波谐振器小型化，且能够降低CI值而使得功耗小。
[应用例2]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述线占有率从上述IDT的中央部向上述IDT的端部依次变化。
根据该结构，由于线占有率从IDT的中央部向IDT的端部依次变化，所以在相邻的电极指之间，线占有率不会发生急剧变化。因此，无需将表面声波的一部分的模式变换成体波等，就能够在IDT的中央部保持较大的振动移位，维持良好的Q值。
[应用例3]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述压电基板是欧拉角为(-1°～+1°、113°～135°、±(40°～49°))的石英基板，上述IDT的中央部的线占有率ηc为0.3≤ηc≤0.5，并且，上述IDT的端部的线占有率ηe为0.15≤ηe＜0.3。
根据该结构，采用石英基板作为压电基板，并设IDT中央部的线占有率ηc为0.3≤ηc≤0.5、IDT端部的线占有率ηe为0.15≤ηe＜0.3，由此能够使频率温度特性良好，实现CI值与Q值双方都良好的表面声波谐振器。
[应用例4]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述IDT的端部的线占有率ηe与上述IDT的中央部的线占有率ηc之比ηe/ηc为0.34＜ηe/ηc＜1.0。
如果设IDT的端部的线占有率ηe与IDT的中央部的线占有率ηc之比ηe/ηc为0.34＜ηe/ηc＜1.0，则相比于现有的表面声波谐振器，能够获得Q值提高的表面声波谐振器。
[应用例5]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述IDT的端部的线占有率ηe与上述IDT的中央部的线占有率ηc之比ηe/ηc为0.46≤ηe/ηc≤0.8。
如果设IDT的端部的线占有率ηe与IDT的中央部的线占有率ηc之比ηe/ηc为0.46≤ηe/ηc≤0.8，则相比于现有的表面声波谐振器，能够获得进一步提高了Q值的表面声波谐振器。
[应用例6]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述IDT的相邻上述电极指的中心与中心的间隔即电极指间隔从上述IDT的中央部向两侧端部依次变大。
根据该结构，除了线占有率之外，电极指间隔也形成为从IDT的中央部向两侧端部依次变大。
这样，通过将电极指间隔形成为从IDT的中央部向端部增大，能降低IDT的端部的频率，提高振动能量的封闭效果。由此，能够实现Q值良好的表面声波谐振器。
[应用例7]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述IDT中的端部的电极指间隔PTs与上述IDT中的中央部的电极指间隔PT之比PTs/PT为1＜PTs/PT＜1.0355。
根据该结构，如果设IDT中的端部的电极指间隔PTs与IDT中的中央部的电极指间隔PT之比PTs/PT为1＜PTs/PT＜1.0355，则相比于现有的表面声波谐振器，能获得Q值提高的表面声波谐振器。
[应用例8]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述IDT中的端部的电极指间隔PTs与上述IDT中的中央部的电极指间隔PT之比PTs/PT为1.004≤PTs/PT≤1.0315。
根据该结构，如果设IDT中的端部的电极指间隔PTs与IDT中的中央部的电极指间隔PT之比PTs/PT为1.004≤PTs/PT≤1.0315，则相比于现有的表面声波谐振器，能获得Q值进一步提高的表面声波谐振器。
[应用例9]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，在上述IDT的中央部具有电极指间隔相同的区域。
根据该结构，由于在IDT的中央部具有电极指间隔相同的区域，因此在IDT的中央部能够保持较大的振动移位，提高Q值。
[应用例10]在上述应用例的表面声波谐振器中，优选的是，上述IDT的中央部的电极指间隔相同的区域的电极指的对数Nf与上述IDT的对数N之比Nf/N为0＜Nf/N＜0.36。
根据该结构，在电极指间隔相同的区域的电极指的对数Nf与IDT的对数N之比Nf/N处于0＜Nf/N＜0.36的范围的情况下，能够获得良好的Q值。
[应用例11]在本应用例的表面声波振荡器中，其特征在于，该表面声波振荡器在封装内搭载有上述记载的表面声波谐振器和电路元件。
根据该结构，由于搭载有Q值提高且小型化的表面声波谐振器，所以能够提供小型的表面声波振荡器。
[应用例12]在本应用例的表面声波模块装置中，其特征在于，该表面声波模块装置在电路基板上搭载有上述记载的表面声波谐振器。
根据该结构，由于搭载有Q值提高且小型化的表面声波谐振器，所以能够提供小型的表面声波模块装置。
附图说明
图1是示出第1实施方式的表面声波谐振器的结构的平面示意图。
图2是示出第1实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与电极指间隔之间的关系的说明图。
图3是示出第1实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与线占有率之间的关系的说明图。
图4是示出石英基板的切取角度以及表面声波传播方向的说明图。
图5是说明线占有率的示意图。
图6是示出第1实施方式的IDT中的线占有率与有效耦合系数之间的关系的曲线图。
图7是示出第1实施方式的线占有率与Q值之间的关系的曲线图。
图8是示出第1实施方式中的IDT的线占有率与频率变动量之间的关系的曲线图。
图9是示出第1实施方式的ηe/ηc与Q值之间的关系的曲线图。
图10是示出第2实施方式中的表面声波谐振器的结构的平面示意图。
图11是示出第2实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与电极指间隔之间的关系的说明图。
图12是示出第2实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与线占有率之间的关系的说明图。
图13是示出第2实施方式的ηe/ηc与Q值之间的关系的曲线图。
图14是示出第2实施方式的PTs/PTc与Q值之间的关系的曲线图。
图15是示出第3实施方式中的表面声波谐振器的结构的平面示意图。
图16是示出第3实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与电极指间隔之间的关系的说明图。
图17是示出第3实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与线占有率之间的关系的说明图。
图18是示出第3实施方式的Nf/N与Q值之间的关系的曲线图。
图19是示出第4实施方式的表面声波振荡器的概要剖视图。
图20是第5实施方式的搭载了表面声波谐振器而构成接收机模块的电路框图。
图21是示出现有的表面声波谐振器的概要的说明图。
图22是说明线占有率的说明图。
具体实施方式
以下，根据附图来说明使本发明具体化的实施方式。此外，在用于以下说明的各个附图中，适当地变更了各个部件的尺寸比例，以使各个部件成为可识别的大小。
(作为比较例的表面声波谐振器)
首先，为了理解本发明并与实施方式进行比较，对作为比较例的表面声波谐振器进行说明。
图21是示出普通的表面声波谐振器的概要的说明图。
表面声波谐振器100在作为压电基板的石英基板101上具有由梳齿状电极构成的IDT 102和1对反射器103，这1对反射器103形成为在表面声波传播的方向(箭头H方向)上从两侧夹着IDT 102。
石英基板101是面内旋转ST切石英基板，当用欧拉角(
Figure BDA0000056608590000061
θ、ψ)表示切面以及表面声波传播方向时，欧拉角为(-1°～+1°、121°～135°、±(40°～49°))。
IDT 102是通过交替排列电极性不同的电极指102a、102b而形成的。将这2个电极指102a、102b称为1对电极指。
另外，在IDT内，相邻的电极指102a与电极指102b的中心与中心之间的间隔、即电极指间隔PT形成为相同。
在反射器103中排列有多个电极指103a，并形成为电中性。另外，在反射器103内，相邻的电极指103a的中心与中心之间的间隔、即电极指间隔PTr形成为相同。
这里，将IDT 102以及反射器103中的电极指在表面声波的传播方向上所占的比例称为线占有率η。在图22中详细地说明线占有率η。
设电极指102a、102b的线宽为L、与相邻的电极指之间(没有形成电极指的间隙部分)的尺寸为S、与相邻的电极指之间的间隔的中心线与中心线之间的尺寸为电极指间隔PT。另外，设与相邻的电极指之间的尺寸的中心线与中心线之间的尺寸为H。线占有率为η＝L/H＝L/(L+1/2(S+S))＝L/(L+S)。此外，在这样等间距地排列相同线宽的电极指的情况下，电极指间隔PT＝L+S＝H。
关于表面声波谐振器100的线占有率η，IDT 102、反射器103的线占有率均相同，设定为η＝0.5。
此外，IDT 102和反射器103由金属材料铝(Al)形成，并被设定成规定的膜厚(0.06λ：λ为表面声波的波长)。并且，将电极指的线宽设定为0.25λ。另外，将IDT 102中的电极指对数设定为136对，将反射器103分别设定为57对(总对数250对)。
在以上这样的表面声波谐振器100中，在IDT 102中激励出瑞利波，作为特性实现了Q值9000。
(第1实施方式)
接着，对本实施方式的表面声波谐振器进行说明。
图1是示出本实施方式的表面声波谐振器的结构的平面示意图。图2是示出本实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与电极指间隔之间的关系的说明图。图3是示出本实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与线占有率之间的关系的说明图。图4是示出石英基板的切取角度以及表面声波传播方向的说明图。图5是说明线占有率的示意图。
如图1所示，表面声波谐振器1在作为压电基板的石英基板11上具有由梳齿状电极构成的IDT 12以及1对反射器13，这1对反射器13形成为在表面声波传播的方向(箭头H方向)上从两侧夹着IDT 12。
石英基板11是这样的面内旋转ST切石英基板：当用欧拉角(
Figure BDA0000056608590000071
θ、ψ)表示切面以及表面声波传播方向时，欧拉角为(-1°～+1°、113°～135°、±(40°～49°))。
如图4所示，石英的晶轴用X轴(电轴)、Y轴(机械轴)以及Z轴(光轴)来定义，欧拉角(0°、0°、0°)表示与Z轴垂直的石英Z板8。这里，欧拉角的
Figure BDA0000056608590000072
(未图示)与石英Z板8的第1旋转相关，是将Z轴作为旋转轴、将从+X轴向+Y轴侧旋转的方向作为正旋转角度的第1旋转角度。欧拉角的θ与石英Z板8在第1旋转后进行的第2旋转相关，是将第1旋转后的X轴作为旋转轴、将从第1旋转后的+Y轴向+Z轴侧旋转的方向作为正旋转角度的第2旋转角度。石英基板11的切面由第1旋转角度和第2旋转角度θ决定。欧拉角的ψ与石英Z板8在第2旋转后进行的第3旋转相关，是将第2旋转后的Z轴作为旋转轴、将从第2旋转后的+X轴向第2旋转后的+Y轴侧旋转的方向作为正旋转角度的第3旋转角度。表面声波的传播方向用相对于第2旋转后的X轴的第3旋转角度ψ来表示。表面声波谐振器1采用了第1旋转角度
Figure BDA0000056608590000074
为-1°～+1°、第2旋转角度θ为113°～135°的石英基板11。此外，IDT 12配置成使得表面声波的传播方向为ψ＝±(40°～49°)的范围。将该角度ψ称为面内旋转角。关于该石英基板，频率相对于温度变化的变动较小，频率温度特性良好。
IDT 12是通过以电极性不同的方式交替排列电极指12a、12b而形成的。在本实施方式中，将该2个电极指12a、12b计为1对电极指，将IDT 12的对数设定为136对。
这里，将相邻的电极指12a与电极指12b的中心与中心之间的间隔作为电极指间隔。如图2所示，IDT 12的电极指间隔为PTc，且是固定的。
接着，将IDT 12以及反射器13中的电极指在表面声波的传播方向上所占的比例称为线占有率η。如图5所示，电极指以E0、E1、E2的方式相邻地排列。设电极指E1的线宽为L1、与该电极指的两侧相邻的电极指E0、E2的线宽分别为L0、L2。
另外，设电极指E0与电极指E1之间(没有形成电极指的间隙部分)的尺寸为SL、电极指E1与电极指E2之间的尺寸为SR、电极指E0与电极指E1之间的电极指间隔为PT1、电极指E1与电极指E2之间的电极指间隔为PT2。另外，设相邻的电极指E0与E1之间的尺寸的中心线、和电极指E1与E2之间的尺寸的中心线之间的尺寸为H。
此时，电极指E1的线占有率η为η＝L1/H＝L1/(L1+(SL/2+SR/2))。
电极指间隔为PT1＝SL+(L0+L1)/2、PT2＝SR+(L1+L2)/2。此外，在本实施方式中，电极指间隔是固定的，PT1＝PT2。
如图3所示，在设IDT 12中央部的线占有率η为ηc、IDT 12端部的线占有率η为ηe时，IDT 12的线占有率η具有ηc＞ηe的关系。另外，线占有率ηc以从中央部向着IDT 12的两个端部依次减小到线占有率ηe的方式变化。
反射器13中排列有多个电极指13a，并形成为电中性。另外，反射器13可以接地，也可以与电极指12a和12b中的一方连接。
相邻的电极指13a的中心与中心之间的间隔、即电极指间隔为PTr，且是固定的。另外，反射器13的线占有率被设定为与IDT 12中央部的线占有率相同。
在反射器13中，将相邻的2个电极指13a计为1对电极指，在本实施方式中左右分别配置有57对电极指13a。
此外，IDT 12与反射器13由金属材料铝(Al)形成，规定的膜厚被设定为0.06λ(λ为表面声波的波长)。
电极指间隔为PTc＝7.498μm、PTr＝7.574μm。另外，线占有率被设定为ηc＝0.35、ηe＝0.21。
在以上这样的表面声波谐振器1中，在IDT 12中激励出瑞利波，作为特性实现了Q值24000。
接着，对本发明的表面声波谐振器具有的特性进行详细说明。
图6是示出IDT中的线占有率与有效耦合系数之间的关系的曲线图。
在表面声波谐振器中，与Q值同样，CI值或等效电阻R1也是重要的特性，可通过降低它们的值来将功耗抑制得较低。为了降低该CI值或等效电阻R1，需要提高机电耦合系数K2。
机电耦合系数K2可根据下式来求出。
K2＝(2(Vo-Vs)/Vo)×100〔％〕
其中，Vo是使IDT的各电极指处于彼此在电气上开路的状态时表面声波的传播速度，Vs是使IDT的各电极指处于彼此在电气上短接的状态时表面声波的传播速度。
关于线占有率η发生改变时的机电耦合系数，根据IDT开路时与短接时的标准化速度之差来求出，这里表示为有效耦合系数。
如该图6所示，随着线占有率η从0.1起增大，有效耦合系数上升，大约在0.4处有效耦合系数最大。此时的有效耦合系数大致为0.065％，CI值或等效电阻R1最小。并且，当线占有率η从0.4进一步变大时，有效耦合系数降低。
在线占有率η处于0.21≤η≤0.55的范围内时，有效耦合系数为0.0567％以上，是实际应用的范围。
在本实施方式中，对于IDT 12中央部的线占有率ηc，选择了0.3以上且0.5以下的范围，作为具有较大有效耦合系数的线占有率。
图7是示出线占有率与Q值之间的关系的曲线图。
随着线占有率η从0.15变大，Q值上升，当线占有率η约为0.2时，Q值最大。此时的Q值大致是20000。并且，当线占有率η从0.2进一步变大时Q值降低。
Q值与反射量具有相关关系，本申请发明人确认到，当Q值最大时反射量也基本达到最大。
即，对于反射量，当线占有率η约为0.2时，表面声波的反射基本达到最大，此时，谐振器中振动能量的封闭性良好，Q值最大。
因此，在本实施方式中，对于IDT 12端部的线占有率ηe，选择了0.15≤ηe＜0.3的范围，作为具有较大反射的线占有率。
这样，根据图6、图7可知，在本实施方式的IDT中，使得机电耦合系数最大的线占有率与使得表面声波的Q值或反射最大的线占有率不同。并且，在本实施方式中利用线占有率进行了加权。
在IDT 12的中央部中，设为有效耦合系数大的线占有率即0.3以上且0.5以下的范围，在IDT 12的两个端部，将线占有率设为0.15以上且小于0.3，使得反射变大。
图8是示出IDT的线占有率与频率变动量之间的关系的曲线图。
如图所示，随着线占有率η从0.15变大，频率变动量变小，在线占有率η约为0.4时，线占有率η变动时的频率变动量最小。
在振动移位大的IDT 12的中央部，线占有率η变动时的频率变动的敏感度高，相对于线占有率η的变动，频率大幅地变动。另一方面，在IDT 12的端部，振动移位较小，在这些部分中，即使线占有率η变动，对表面声波谐振器1的频率造成的影响也较小。
因此，如果在IDT 12的中央部选择频率变动量小的线占有率η的范围，则能够减小线占有率η变动时的频率变动量。
在本实施方式中，作为有效耦合系数较大的线占有率ηc，选择0.3以上且0.5以下，与频率变动量小的线占有率基本一致。
因此，在本实施方式中，能够降低制造时的频率偏差，能够获得频率精度高的表面声波谐振器1。
图9是示出将IDT端部的线占有率ηe除以IDT中央部的线占有率ηc所得的值(ηe/ηc)与Q值之间的关系的曲线图。
该曲线图中，设IDT中央部的线占有率ηc＝0.35，并使IDT端部的线占有率ηe在0.14～0.35(ηe/ηc＝0.4～1.0)的范围内变化。
根据该曲线图可知，随着ηe/ηc从0.3变大，Q值变大，当ηe/ηc＝0.6时Q值最大。并且，随着ηe/ηc从0.6变大，Q值变小。
当ηe/ηc＝0.6时ηc＝0.35，所以当ηe＝0.21时，在IDT的端部反射增高，Q值最大。并且，如果IDT中央部和端部的线占有率之比ηe/ηc处于0.34＜ηe/ηc＜1.0的范围，则能够获得9300以上的Q值，与不利用线占有率实施加权的情况(ηe/ηc＝1.0)相比，Q值提高。
另外，在0.46≤ηe/ηc≤0.8的范围内，能够获得Q值为14400以上的良好特性。
如以上那样，关于在表面声波谐振器1中产生的表面声波的驻波，在IDT 12的中央部该驻波的振动移位大，在其两个外侧该驻波的振动移位小。在振动移位大的IDT 12的中央部，为了抑制CI值上升而选择使得机电耦合系数提高的线占有率，在振动移位小的两端部，为了提高振动能量在IDT 12内的封闭效果，选择使得表面声波的反射增大的线占有率。由此，能够实现CI值与Q值双方良好的表面声波谐振器1。
根据另一观点，由于在振动移位大的IDT 12的中央部选择使得机电耦合系数提高的线占有率，因而导致IDT 12中央部的表面声波的反射变小，此外，由于在振动移位小的IDT 12两端部选择使得表面声波的反射增大的线占有率，因而导致IDT 12两端部的机电耦合系数降低。但是，本申请发明人新发现了如下的情况：即使伴有IDT12中央部的表面声波的反射降低以及IDT 12两端部的机电耦合系数的降低，但由于在IDT 12的中央部相比于表面声波的反射更重视机电耦合系数、且在IDT 12的两端部相比于机电耦合系数更重视表面声波的反射，因而通过这样的构造，也能实现表面声波谐振器1的Q值提高及CI值降低。
因此，能够提供如下的表面声波谐振器1，其能够提高Q值而使表面声波谐振器1小型化，且能够降低CI值而使功耗低。
表1和表2主要示出了将石英基板的欧拉角改变成各种各样的值时表面声波谐振器的Q值，表1基于线占有率ηe与ηc相等且在整个IDT内线占有率均相同时的比较例，表2基于第1实施方式。
IDT 12与反射器13由金属材料铝(Al)形成，规定的膜厚被设定为0.04λ(λ为表面声波的波长)。
[表1]
Figure BDA0000056608590000111
[表2]
比较表1和表2可知，在任意的条件下，与在整个IDT内线占有率均相同的表面声波谐振器相比，基于本发明的表面声波谐振器均能实现更高的Q值。
(第2实施方式)
接着，对表面声波谐振器的第2实施方式进行说明。在第1实施方式中，利用线占有率对IDT进行了加权，但在本实施方式中，利用线占有率以及电极指间隔对IDT实施加权。
图10是示出本实施方式的表面声波谐振器的结构的平面示意图。图11是示出本实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与电极指间隔之间的关系的说明图。图12是示出本实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与线占有率之间的关系的说明图。
如图10所示，表面声波谐振器2在石英基板11上具有由梳齿状电极构成的IDT22以及1对反射器23，这1对反射器23形成为在表面声波传播的方向(箭头H方向)上从两侧夹着IDT 22。
当用欧拉角(
Figure BDA0000056608590000121
θ、ψ)表示切面以及表面声波传播方向时，石英基板11是欧拉角为(-1°～+1°、113°～135°、±(40°～49°))的石英基板。
IDT 22是以电极性不同的方式交替排列电极指22a、22b而形成的。在本实施方式中，将这2个电极指22a、22b计为1对电极指，将IDT 22的对数设定为136对。
这里，设相邻的电极指22a与电极指22b的中心与中心之间的间隔为电极指间隔。当设IDT 22中央部的电极指间隔为PTc、IDT 22端部的电极指间隔为PTs时，具有PTc＜PTs的关系。并且，如图11所示，电极指间隔以从IDT 22中央部向IDT 22的两个端部依次变大的方式变化。
这里，将IDT 22以及反射器23中的电极指在表面声波传播的方向上所占的比例称为线占有率η。详细地说，如图5所说明的那样，线占有率η为(η＝L1/H＝L1/(L1+(SL/2+SR/2))。
在设IDT 22中央部的线占有率η为ηc、设IDT 22端部的线占有率η为ηe时，IDT 22的线占有率η具有ηc＞ηe的关系。如图12所示，线占有率ηc以从中央部向IDT 22的两个端部依次变小的方式变化。
在反射器23中排列有多个电极指23a，并形成为电中性。其中，反射器23可以接地，也可以与电极指22a和22b中的一方连接。
相邻的电极指23a的中心与中心的间隔、即电极指间隔为PTr，且是相同的。另外，反射器23的线占有率被设定为与IDT 22中央部的线占有率ηc相同。
在反射器23中，将相邻的2个电极指23a计为1对电极指，在本实施方式中左右分别配置有57对电极指23a。
此外，IDT 22和反射器23由金属材料铝(Al)形成，规定的膜厚被设定为0.06λ(λ为表面声波的波长)。
电极指间隔为PTc＝7.498μm、PTs＝7.618μm、PTr＝7.574μm。
另外，线占有率被设定为ηc＝0.35、ηe＝0.21。
在以上这样的表面声波谐振器2中，在IDT 22中激励出瑞利波，作为特性实现了Q值24000。
图13是示出将IDT端部的线占有率ηe除以IDT中央部的线占有率ηc所得的值(ηe/ηc)与Q值之间的关系的曲线图。
该曲线图示出了在将IDT端部的电极指间隔PTs与中央部的电极指间隔PTc之比设为PTs/PTc＝1.016、进行使IDT中央部与端部之间的电极指间隔逐渐变化的电极指间隔加权的情况下，使ηe/ηc变化而也对线占有率进行加权时的Q值变化。设IDT中央部的线占有率ηc＝0.35，并且使IDT端部的线占有率ηe在0.14～0.35(ηe/ηc＝0.4～1.0)的范围内变化。
根据该曲线图可知，随着ηe/ηc从0.4变大，Q值变大，当ηe/ηc＝0.6时Q值最大。并且，随着ηe/ηc从0.6进一步变大，Q值变小。
当ηe/ηc＝0.6时ηc＝0.35，所以在ηe＝0.21处IDT端部的反射提高，Q值最大。并且，如果IDT中央部和端部的线占有率之比ηe/ηc处于0.4≤ηe/ηc＜1.0的范围，则能够获得20000以上的Q值。
在不对电极指间隔实施加权的情况(PTs/PTc＝1.0)下，当对线占有率进行加权时(ηe/ηc＜1.0)，IDT端部的频率上升，表面声波的封闭性产生劣化，但作为对电极指间隔实施了加权的结果，IDT端部的频率降低，表面声波的封闭性变得充分，Q值提高。
图14是示出将IDT端部的电极指间隔PTs除以中央部的电极指间隔PTc所得的值即电极指间隔改变量(PTs/PTc)与Q值之间的关系的曲线图。
该曲线图示出了在将IDT端部的线占有率ηe与中央部的线占有率ηc之比设为ηe/ηc＝0.6而进行使IDT中央部与端部之间的线占有率逐渐变化的线占有率加权的情况下，使PTs/PTc变化而也对电极指间隔进行加权时的Q值变化。
根据该曲线图可知，随着PTs/PTc从1.0变大，Q值变大，当PTs/PTc＝1.016时Q值最大。并且，随着PTs/PTc从1.016变大，Q值变小。
在不对电极指间隔进行加权的PTs/PTc＝1.0的情况下，Q值为12630，在1.0＜PTs/PTc＜1.0355的范围内，具有对电极指间隔进行加权的效果，Q值提高。
另外，在1.004≤PTs/PTc≤1.0315的范围内，能实现Q值为17340以上的良好特性。
这样，利用线占有率以及电极指间隔对IDT实施加权，能够实现Q值良好的表面声波谐振器2。
因此，能够提高Q值而使表面声波谐振器2小型化。
(第3实施方式)
接着，对表面声波谐振器的第3实施方式进行说明。在本实施方式中，利用线占有率以及电极指间隔对IDT实施加权，此外，在IDT的中央部具有电极指间隔相同的区域。
图15是示出本实施方式的表面声波谐振器的结构的平面示意图。图16是示出本实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与电极指间隔之间的关系的说明图。图17是示出本实施方式的表面声波谐振器中的电极指位置与线占有率之间的关系的说明图。
如图15所示，表面声波谐振器3在石英基板11上具有由梳齿状电极构成的IDT32以及1对反射器33，这1对反射器33形成为在表面声波传播的方向(箭头H方向)上从两侧夹着IDT 32。
当用欧拉角(
Figure BDA0000056608590000141
θ、ψ)表示切面以及表面声波传播方向时，石英基板11是欧拉角为(-1°～+1°、113°～135°、±(40°～49°))的石英基板。
IDT 32是通过以电极性不同的方式交替排列电极指32a、32b而形成的。在本实施方式中，将这2个电极指32a、32b计为1对电极指，将IDT 32的对数设定为136对。
这里，将相邻的电极指32a与电极指32b的中心与中心之间的间隔设为电极指间隔。关于电极指间隔，如图16所示，在IDT 32的中央部具有电极指间隔相同的区域，并且，电极指间隔以向着IDT 32的两个端部依次变大的方式变化。在设IDT 32中央部的电极指间隔为PTc、IDT 32端部的电极指间隔为PTs时，具有PTc＜PTs的关系。
这里，将IDT 32以及反射器33中的电极指在表面声波传播的方向上所占的比例称为线占有率η。详细地说，如图5所说明的那样，线占有率η为η＝L1/H＝L1/(L1+(SL/2+SR/2))。
在设IDT 32中央部的线占有率η为ηc、IDT 32端部的线占有率η为ηe时，IDT32的线占有率η具有ηc＞ηe的关系。如图17所示，线占有率ηc以从中央部向IDT 32的两个端部依次变小的方式变化。
反射器33中排列有多个电极指33a，并形成为电中性。其中，反射器33可以接地，也可以与电极指32a和32b中的一方连接。
相邻的电极指33a的中心与中心的间隔、即电极指间隔为PTr，且是相同的。另外，反射器33的线占有率被设定为与IDT 32中央部的线占有率相同。
在反射器33中，将相邻的2个电极指33a计为1对电极指，在本实施方式中左右分别配置有57对电极指33a。
此外，IDT 32与反射器33由金属材料铝(Al)形成，规定的膜厚被设定为0.06λ(λ为表面声波的波长)。
电极指间隔为PTc＝7.498μm、PTs＝7.618μm、PTr＝7.574μm。
另外，线占有率被设定为ηc＝0.35、ηe＝0.21。
在以上这样的表面声波谐振器3中，在IDT 32中激励出瑞利波，作为特性实现了Q值24400。
图18是示出将IDT的线占有率相同的区域的电极指的对数Nf除以IDT电极指的总对数N所得的值(Nf/N)与Q值之间的关系的曲线图。
根据该曲线图可知，随着Nf/N从0变大Q值变大，当Nf/N大致为0.15时Q值最大。并且，随着Nf/N从0.15变大，Q值变小。
在IDT中央部不具有相同线占有率的区域的Nf/N＝0的情况下，Q值为23260，在0＜Nf/N＜0.36的范围内，具有设置了线占有率相同的区域的效果，Q值提高。
这样，利用线占有率以及电极指间隔对IDT实施加权，并且，在IDT中央部设置线占有率相同的区域，由此能实现Q值良好的表面声波谐振器3。
因此，能够提高Q值而使表面声波谐振器3小型化。
此外，在第1、第2、第3实施方式中，采用了铝作为IDT、反射器的电极材料，不过铝合金也能起到同样的效果。另外，作为铝以外的电极材料，可采用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)以及将它们的任意一个作为主要成分的合金等。
此外，在第1、第2、第3实施方式中，将IDT电极的膜厚分别设为0.06λ(λ为表面声波的波长)，但是确认到，即使是除此以外的电极膜厚也能够获得同样的效果。
另外，在第1、第2、第3实施方式中，反射器的线占有率被设定为与IDT中央部的线占有率相同，但本发明不仅限于此，可以使反射器的线占有率与IDT中央部的线占有率不同。另外，反射器的线占有率可以被设定为与IDT端部的线占有率ηe相同。
另外，在第1、第2、第3实施方式中，在IDT左右，反射器的对数相同，不过，在IDT的左右，反射器的对数也可以不同。
另外，在第1、第2、第3实施方式中构成为在IDT的两侧设置了反射器，但即使是没有反射器的结构，也能够获得同样的效果。
(第4实施方式)
可以将上述表面声波谐振器搭载在封装内构成表面声波振荡器。
图19是示出将表面声波谐振器搭载在封装内的表面声波振荡器的概要剖视图。
表面声波振荡器40具备：陶瓷封装41、IC芯片42、表面声波谐振器1以及盖体47等。
陶瓷封装41通过层叠陶瓷片而形成有开口的凹部48。另外，在陶瓷封装41上，以包围开口的方式设置有由可伐合金等金属材料形成的接缝环45。此外，在陶瓷封装41的外周面上形成有实现与电路基板等外部之间的连接的外部连接电极46。此外，虽未图示，但设置有将外部连接电极46与陶瓷封装41的凹部48内连接的布线。
在陶瓷封装41的凹部48的底面，固定有作为电路元件的IC芯片42，并利用金线等金属线进行了安装。在IC芯片42中具有对表面声波谐振器1进行激励的振荡电路，也可以包含温度补偿电路、电压控制电路等。另外，在陶瓷封装41的凹部48的台部，利用粘接剂44固定着表面声波谐振器1。并且，利用金属线43与连接在IDT上的焊盘连接。
在陶瓷封装41的凹部48的上方，配置有由可伐合金等金属材料形成的盖体47，且对盖体47和接缝环45进行焊接，由此将陶瓷封装41的凹部48内气密地密封。
这样，将Q值提高且CI值降低的表面声波谐振器1搭载在陶瓷封装41内，所以能够获得表面声波的激励稳定、且功耗低的表面声波振荡器40。
(第5实施方式)
另外，可以搭载上述表面声波谐振器而构成表面声波模块装置。
作为表面声波模块装置的一例，图20是在电路基板上搭载有表面声波谐振器而构成接收机模块的电路框图。
接收机模块50具有：接收天线51、低噪声放大器(LNA)52、混频器53、局部振荡器54、中间频率(IF)放大器55以及检波器56。
接收天线51经由LNA 52与混频器53的输入连接。另外，局部振荡器54也与混频器53的输入连接。该局部振荡器54具有表面声波谐振器和对表面声波谐振器进行激励的振荡电路。由此，局部振荡器54能够可靠地向混频器53输出频率信号。并且，IF放大器55与检波器56串联地连接在混频器53的输出端上。
从对方发送机发送来的信号经由接收天线51输入至LNA 52，在LNA 52中放大之后输入到混频器53。混频器53从局部振荡器54输入频率信号，对从LNA 52输入的信号进行降频后输出。降频后的信号在IF放大器55中放大后输入到检波器56进行检波。通过这样的结构，接收机模块50可以接收从发送机发送来的信号。另外，由于接收机模块50在局部振荡器54中具备上述表面声波谐振器，所以能够得到能稳定地接收信号且功耗小的接收机模块50。
此外，还可以将上述接收机模块安装到外装等内而构成为电子设备。
标号说明
1、2、3...表面声波谐振器，8...石英Z板，11...石英基板，12...IDT，12a、12b...IDT的电极指，13...反射器，13a...反射器的电极指，22...IDT，22a、22b...IDT的电极指，23...反射器，23a...反射器的电极指，32...IDT，32a、32b...IDT的电极指，33...反射器，33a...反射器的电极指，40...表面声波振荡器，41...陶瓷封装，42...IC芯片，43...金属线，44...粘接剂，45...接缝环，46...外部连接电极，47...盖体，50...接收机模块，51...接收天线，52...低噪声放大器(LNA)，53...混频器，54...局部振荡器，55...中间频率(IF)放大器，56...检波器。

Claims (12)

1.一种表面声波谐振器，该表面声波谐振器在压电基板上设有叉指式换能器IDT，该IDT具有激励出表面声波的电极指，其特征在于，
将用上述电极指中的一个电极指的宽度除以如下尺寸所得的值设为线占有率，该尺寸是上述一个电极指和与该电极指的一侧相邻的电极指的间隔的中心线与上述一个电极指和与该电极指的另一侧相邻的电极指的间隔的中心线之间的尺寸，
上述IDT的使得机电耦合系数最大的线占有率与使得上述表面声波的反射最大的线占有率不同，
与上述IDT的端部相比，上述IDT的中央部具有使得机电耦合系数更大的线占有率，
与上述IDT的中央部相比，上述IDT的端部具有使得上述表面声波的反射更大的线占有率。
2.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述线占有率从上述IDT的中央部向上述IDT的端部依次变化。
3.根据权利要求1或2所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述压电基板是欧拉角为(-1°～+1°、113°～135°、±(40°～49°))的石英基板，
上述IDT的中央部的线占有率ηc为0.3≤ηc≤0.5，并且，
上述IDT的端部的线占有率ηe为0.15≤ηe＜0.3。
4.根据权利要求3所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述IDT的端部的线占有率ηe与上述IDT的中央部的线占有率ηc之比ηe/ηc为0.34＜ηe/ηc＜1.0。
5.根据权利要求4所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述IDT的端部的线占有率ηe与上述IDT的中央部的线占有率ηc之比ηe/ηc为0.46≤ηe/ηc≤0.8。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述IDT中的相邻的上述电极指的中心与中心之间的间隔即电极指间隔从上述IDT的中央部向两侧的端部依次增大。
7.根据权利要求6所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述IDT中的端部的电极指间隔PTs与上述IDT中的中央部的电极指间隔PT之比PTs/PT为1＜PTs/PT＜1.0355。
8.根据权利要求7所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述IDT中的端部的电极指间隔PTs与上述IDT中的中央部的电极指间隔PT之比PTs/PT为1.004≤PTs/PT≤1.0315。
9.根据权利要求6～8中任意一项所述的表面声波谐振器，其特征在于，
在上述IDT中的中央部，具有电极指间隔相同的区域。
10.根据权利要求9所述的表面声波谐振器，其特征在于，
上述IDT的中央部中的电极指间隔相同的区域的电极指的对数Nf与上述IDT的对数N之比Nf/N为0＜Nf/N＜0.36。
11.一种表面声波振荡器，其特征在于，
该表面声波振荡器在封装内搭载有权利要求1～10中任意一项所述的表面声波谐振器和电路元件。
12.一种表面声波模块装置，其特征在于，
该表面声波模块装置在电路基板上搭载有权利要求1～10中任意一项所述的表面声波谐振器。
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