CN103219966B

CN103219966B - 表面声波谐振器以及表面声波振荡器

Info

Publication number: CN103219966B
Application number: CN201310098334.2A
Authority: CN
Inventors: 山中国人
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP4645923B2; EP2224591A2; US8305162B2; EP2224591A3; US8502625B2; EP2224591B1; CN103124166B; CN103219966A; KR20100098316A; US20100219913A1; US20130027147A1; CN103124166A; JP2010233203A; CN101820265B; CN101820265A

Abstract

本发明提供表面声波谐振器以及表面声波振荡器，其能够实现良好的频率温度特性。表面声波谐振器具有：欧拉角为117°≤θ≤142°，41.9°≤|ψ|≤49.57°的石英基板；以及叉指换能器，其由铝或以铝为主体的合金构成，并且在上述石英基板上具有多个电极指，激励产生阻带上端模式的表面声波，俯视时，在上述电极指之间的上述基板上具有电极指间槽，上述表面声波的波长λ、上述电极指间槽的深度G、以及上述电极指的线占有率η满足下式：0.01λ≤G≤0.094，而且‑2.5×G/λ+0.675≤η≤‑2.5×G/λ+0.775。

Description

表面声波谐振器以及表面声波振荡器

本申请是申请日为2010年2月26日，申请号为201010126150.9，发明名称为“表面声波谐振器以及表面声波振荡器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及表面声波谐振器以及搭载有该表面声波谐振器的表面声波振荡器，尤其涉及在基板表面设有槽的类型的表面声波谐振器以及搭载有该表面声波谐振器的表面声波振荡器。

背景技术

在表面声波(SAW：surface acoustic wave)装置(例如SAW谐振器)中，SAW的阻带（stopband）、石英基板的切角以及IDT(interdigital transducer：叉指换能器)的形成方式等对频率温度特性的变化影响很大。

例如，在专利文献1中，公开了SAW的阻带的上端模式和下端模式各自的进行激励的结构以及阻带的上端模式和下端模式各自的驻波分布等。

另外，在专利文献2～5中记载了如下情况：SAW的阻带的上端模式的频率温度特性优于阻带的下端模式。并且，在专利文献2、3中记载了如下情况：在利用瑞利波的SAW装置中，为了获得良好的频率温度特性，对石英基板的切角进行调整，并且使电极的基准化膜厚(H/λ)增厚到0.1左右。

另外，在专利文献4中记载了如下情况：在利用瑞利波的SAW装置中，对石英基板的切角进行调整，并且使电极的基准化膜厚(H/λ)加厚大致0.045以上。

另外，在专利文献5中记载了如下情况：采用旋转Y切X传播的石英基板并利用阻带上端的谐振，由此，与利用阻带下端的谐振相比，能够提高频率温度特性。

另外，在专利文献6以及非专利文献1中记载了如下情况：在使用ST切石英基板的SAW装置中，在构成IDT的电极指之间以及构成反射器的导体带(导体strip)之间设有槽(Groove)。另外在非专利文献1中，记载了频率温度特性随槽深而变化的情况。

另外，在专利文献7中，记载了在采用LST切石英基板的SAW装置中用于将表示频率温度特性的曲线形成为三维曲线的结构，并且还记载了如下情况：在使用瑞利波的SAW装置中，未发现具有三维曲线所表示的温度特性的切角基板。

【专利文献1】日本特开平11-214958号公报

【专利文献2】日本特开2006-148622号公报

【专利文献3】日本特开2007-208871号公报

【专利文献4】日本特开2007-267033号公报

【专利文献5】日本特开2002-100959号公报

【专利文献6】日本特开昭57-5418号公报

【专利文献7】日本特许第3851336号公报

【非专利文献1】グループ形SAW共振器の製造条件と特性（電子通信学会技術研究報告MW82-59(1982)）

如上所述，用于改善频率温度特性的要素有很多，尤其在利用瑞利波的SAW装置中，公知增加构成IDT的电极的膜厚是提高频率温度特性的要因之一。但是，本申请人在实验中发现，当增加了电极的膜厚时，老化特性及温度冲击承受特性等环境承受特性劣化。另外，在以改善频率温度特性为主要目的的情况下，如前所述必需增加电极膜厚，无法避免与此相伴的老化特性及温度冲击承受特性等的劣化。这对于Q值相也是适用的，因此很难在不增加电极膜厚的情况下实现高Q化。

发明内容

因此，在本发明中，提供表面声波谐振器以及表面声波振荡器时的课题有3个，第1是实现良好的频率温度特性，第2是提高环境承受特性，第3是要得到高Q值。

本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，其可作为以下方式或应用例来实现。

[应用例1]一种表面声波谐振器，其具有：IDT，其设置在欧拉角为(117°≤θ≤142°，41.9°≤|ψ|≤49.57°)的石英基板上，激励阻带上端模式的表面声波；以及电极指间槽，其是通过使位于构成上述IDT的电极指之间的基板凹陷而形成的，该表面声波谐振器的特征在于，

在设上述表面声波的波长为λ、上述电极指间槽的深度为G的情况下，满足下式：

【式1】

0.01λ≤G，

而且，在将上述IDT的线占有率设为η的情况下，上述电极指间槽的深度G与上述线占有率η满足下式的关系：

【式2】

-2.5×G/λ+0.675≤η≤-2.5×G/λ+0.775。

根据具有这种特征的表面声波谐振器，能够提高频率温度特性。

[应用例2]根据应用例1所述的表面声波谐振器，上述电极指间槽的深度G满足下式的关系：

【式3】

0.01λ≤G≤0.0695λ。

根据具有这种特征的表面声波谐振器，即使电极指间槽的深度G因制造时的误差而发生了偏差，也能够将个体间的谐振频率的偏移抑制在校正范围内。

[应用例3]根据应用例1或应用例2所述的表面声波谐振器，其特征在于，

在将上述IDT的电极膜厚设为H的情况下，满足下式的关系：

【式4】

0<H≤0.035λ。

根据具有这种特征的表面声波谐振器，能够在工作温度范围内展现良好的频率温度特性。另外，只要具有这样的特征，即可抑制随着电极膜厚的增加而引起的环境承受特性的劣化。

[应用例4]根据应用例3所述的表面声波谐振器，其特征在于，

上述线占有率η满足下式的关系：

【式5】

η=-2.533×G/λ-2.269×H/λ+0.785。

在应用例3的电极膜厚的范围内，通过以满足式5的方式设定η，能够使二次温度系数大致收敛于±0.01ppm/℃²以内。

[应用例5]根据应用例3或应用例4所述的表面声波谐振器，其特征在于，

上述电极指间槽的深度G与上述电极膜厚H之和满足下式的关系：

【式6】

0.0407λ≤G+H。

通过如式6那样地设定电极指间槽的深度G与电极膜厚H之和，能够得到比现有的表面声波谐振器更高的Q值。

[应用例6]根据应用例1至应用例5中任意一例所述的表面声波谐振器，其特征在于，

上述ψ与上述θ满足下式的关系：

【式7】

ψ=1.191×10^-3×θ³-4.490×10^-1×θ²+5.646×10¹×θ-2.324×10³±1.0。

通过使用在具有这种特征的切角下切取出的石英基板来制造表面声波谐振器，能够构成在大范围内展现出良好的频率温度特性的表面声波谐振器。

[应用例7]根据应用例1至应用例6中任意一例所述的表面声波谐振器，其特征在于，

在设上述IDT的阻带上端模式的频率为ft2、以在表面声波的传播方向上将上述IDT夹在中间的方式配置的反射器的阻带下端模式的频率为fr1、上述反射器的阻带上端模式的频率为fr2时，满足下式的关系：

【式8】

fr1<ft2<fr2。

通过具有这样的特征，在IDT的阻带上端模式的频率ft2下，反射器的反射系数|Γ|变大，由IDT激励出的阻带上端模式的表面声波被反射器以高反射系数向IDT侧反射。并且，阻带上端模式的表面声波的能量封闭变强，能够实现低损失的表面声波谐振器。

[应用例8]根据应用例1至应用例7中任意1例所述的表面声波谐振器，其特征在于，在构成上述反射器的导体带之间设有导体带间槽，上述导体带间槽的深度比上述电极指间槽的深度浅。

通过具有这样的特征，能够使反射器的阻带向比IDT的阻带更高的频带侧进行频移。因此，能够实现式8的关系。

[应用例9]一种表面声波振荡器，其特征在于，具有：应用例1至应用例8中任意1例所述的表面声波谐振器和用于驱动上述IDT的IC。

附图说明

图1是示出实施方式的SAW器件的结构的图。

图2是示出阻带的上端模式与下端模式之间的关系的图。

图3是示出电极指间槽深与工作温度范围内的频率变动量之间的关系的曲线图。

图4是示出阻带上端模式的谐振点与阻带下端模式的谐振点的、随着线占有率η变化的二次温度系数变化的区别的曲线图。

图5是示出将电极膜厚设为0来改变电极指间槽深时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图6是示出将电极膜厚设为0时二次温度系数为0的电极指间槽深与线占有率η之间的关系的曲线图。

图7是示出将电极膜厚设为0来改变电极指间槽深时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图8是示出电极指间槽深偏移了±0.001λ时特定的电极指间槽深与随着偏移而在SAW谐振器间产生的频率差的关系的曲线图。

图9是示出电极膜厚发生变化时二次温度系数为0的电极指间槽深与线占有率η之间的关系的曲线图。

图10是用1个曲线图来归纳各电极膜厚的二次温度系数为0的η1与电极指间槽之间的关系的图。

图11是利用近似直线来表示从电极膜厚H≒0到H=0.035λ的电极指间槽与线占有率η之间的关系的图。

图12是示出将电极膜厚设为0.01λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图13是示出将电极膜厚设为0.015λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图14是示出将电极膜厚设为0.02λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图15是示出将电极膜厚设为0.025λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图16是示出将电极膜厚设为0.03λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图17是示出将电极膜厚设为0.035λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图18是示出将电极膜厚设为0.01λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图19是示出将电极膜厚设为0.015λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图20是示出将电极膜厚设为0.02λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图21是示出将电极膜厚设为0.025λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图22是示出将电极膜厚设为0.03λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图23是示出将电极膜厚设为0.035λ来改变电极指间槽深时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。

图24是示出确定了电极膜厚以及线占有率η时的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图25是用1个曲线图来归纳改变了电极膜厚的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的图。

图26是示出二次温度系数β为-0.01ppm/℃²的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图27是示出二次温度系数β为+0.01ppm/℃²的电极指间槽与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图28是示出电极膜厚为0.02λ、电极指间槽深为0.04λ时的欧拉角θ与二次温度系数β的关系的曲线图。

图29是示出欧拉角与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

图30是示出频率温度特性良好的欧拉角θ与欧拉角ψ之间的关系的曲线图。

图31是示出在频率温度特性最好的条件下4个试验片的频率温度特性数据的例子的图。

图32是示出作为电极指间槽与电极膜厚之和的阶差与CI值之间的关系的曲线图。

图33是示出本实施方式的SAW谐振器中的等效电路常数及静态特性的例子的表。

图34是本实施方式的SAW谐振器中的阻抗曲线数据。

图35是用于比较现有SAW谐振器中的阶差和Q值的关系与本实施方式的SAW谐振器阶差和Q值的关系的曲线图。

图36是示出IDT和反射器的SAW反射特性的图。

图37是示出热循环试验中的电极膜厚与频率变动之间的关系的曲线图。

图38是示出实施方式的SAW振荡器结构的图。

符号说明

10…表面声波谐振器(SAW谐振器)；12…IDT；14a、14b…梳齿状电极；16…总线（busbar）；18…电极指；20…反射器；22…导体带；30…石英基板；32…槽。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的表面声波谐振器以及表面声波振荡器的实施方式进行详细说明。

首先，参照图1来说明本发明的表面声波(SAW)谐振器的第1实施方式。其中，在图1中，图1(A)是SAW谐振器的俯视图，图1(B)是局部放大剖视图，图1(C)是用于说明该图1(B)的详细内容的放大图。

本实施方式的SAW谐振器10以石英基板30、IDT12以及反射器20为基础而构成。石英基板30的晶轴由X轴(电轴)、Y轴(机械轴)以及Z轴(光轴)来表示。

在本实施方式中，采用了由欧拉角(117°≤θ≤142°，41.9°≤|ψ|≤49.57°)表示的面内旋转ST切石英基板，作为石英基板30。这里，对欧拉角进行说明。由欧拉角(0°，0°，0°)表示的基板为具有与Z轴垂直的主面的Z切基板。这里，欧拉角(θ，ψ)中的是关于Z切基板的第1旋转的参数，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。欧拉角中的θ是关于Z切基板在第1旋转后进行的第2旋转的参数，是将第1旋转后的X轴作为旋转轴、将第1旋转后的从+Y轴向+Z轴旋转的方向作为正旋转角度的第2旋转角度。压电基板的切面由第1旋转角度和第2旋转角度θ决定。欧拉角中的ψ是关于Z切基板在第2旋转后进行的第3旋转的参数，是将第2旋转后的Z轴作为旋转轴、将第2旋转后的从+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。SAW的传播方向由相对于第2旋转后的X轴的第3旋转角度ψ来表示。

IDT12具有一对利用总线16将多个电极指18的基端部连接起来的梳齿状电极14a、14b，且隔开规定的间隔而交替配置构成一个梳齿状电极14a(或14b)的电极指18和构成另一个梳齿状电极14b(或14a)的电极指18。这里，电极指18被配置在与作为表面声波的传播方向的X′轴垂直的方向上。由这种结构的SAW谐振器10激励产生的SAW是Rayleigh型(瑞利型)的SAW，在第3旋转后的Z轴和第3旋转后的X轴上均具有振动位移分量。并且像这样，通过使SAW的传播方向偏离作为石英晶轴的X轴，能够激励产生阻带上端模式的SAW。

这里，对阻带上端模式的SAW与下端模式的SAW之间的关系进行说明。在图2所示的由规则型IDT12(图2所示的是构成IDT12的电极指18)形成的阻带下端模式以及上端模式的SAW中，各个驻波的波腹(或波节)的位置彼此错开π/2。图2是表示规则型IDT12的阻带上端模式以及下端模式的驻波分布的图。

根据图2，如上所述，用实线表示的阻带下端模式驻波的波腹位于电极指18的中央位置，即反射中心位置，用单点划线表示的阻带上端模式驻波的波节位于反射中心位置。

另外，以在SAW的传播方向上将上述IDT12夹在中间的方式，设置有一对反射器20。该反射器20的具体结构为，分别将与构成IDT12的电极指18平行设置的多个导体带22的两端连接起来。

此外，对于充分利用了来自石英基板的SAW传播方向上的端面的反射波的端面反射型SAW谐振器以及通过增加IDT的电极指的对数而由IDT自身来激励产生SAW的驻波的多对IDT型SAW谐振器，反射器并不是必需的。

作为构成这种结构的IDT12及反射器20的电极膜的材料，可采用铝(Al)或以Al为主体的合金。此外，在采用合金作为电极膜材料的情况下，只要作为主成分的Al以外的金属的重量比为10%以下即可。

具有上述基本结构的SAW谐振器10中的石英基板30，在IDT12的电极指间以及反射器20的导体带间设有槽(电极指间槽)32。

对于设置在石英基板30上的槽32，在设阻带上端模式中的SAW的波长为λ、槽深为G的情况下，只要满足下式即可：

【式9】

0.01λ≤G。

此外，在针对槽深G设定上限值的情况下，如参照图3所读取的，只要满足以下范围即可：

【式10】

0.01λ≤G≤0.094λ。

这是因为，通过在这种范围内设定槽深G，能够将工作温度范围内(-40℃～+85℃)的频率变动量控制在之后详述的目标值25ppm以下。另外，槽深G的优选范围是：

【式11】

0.01λ≤G≤0.0695λ。

通过在这种范围内设定槽深G，即使槽深G产生了制造上的偏差，也能够将SAW谐振器10的个体之间的谐振频率的偏移量抑制在校正范围内。

另外，如图1(C)所示，线占有率η是指，用电极指18的线宽(在仅为石英凸部的情况下称为凸部宽度)L除以电极指18之间的间距λ/2(=L+S)而得到的值。因此，线占有率η可以用式12来表示。

【式12】

η=L/(L+S)

这里，本实施方式的SAW谐振器10可以在式13所示的范围内设定线占有率η。此外，由式13可知，可通过设定槽32的深度G来导出η。

【式13】

-2.5×G/λ+0.675≤η≤-2.5×G/λ+0.775

另外，本实施方式的SAW谐振器10中的电极膜材料(IDT12及反射器20等)的膜厚的优选范围是：

【式14】

0<H≤0.035λ。

此外，关于线占有率η，在考虑了式14所示的电极膜厚的情况下，η可通过式 15来求出：

【式15】

η=-2.533×G/λ-2.269×H/λ+0.785

关于线占有率η，电极膜厚越厚电气特性(尤其谐振频率)的制造偏差越大，在式14的范围内，电极膜厚H可能产生±0.04以内的制造偏差，而在H>0.035λ的范围内，电极膜厚H很可能产生比±0.04更大的制造偏差。但是，只要电极膜厚H处于式14的范围内且线占有率η的偏差为±0.04以内，就能够实现二次温度系数β小的SAW器件。即，线占有率η可以容许达到在式15上加上±0.04的公差后的式16的范围。

【式16】

η=-2.533×G/λ-2.269×H/λ+0.785+±0.04

在上述结构的本实施方式的SAW谐振器10中，在二次温度系数β为±0.01ppm/℃²以内且优选SAW的工作温度范围为-40℃～+85℃的情况下，目的是要将频率温度特性提高到这样的程度：在该程度下，使得该工作温度范围内的频率变动量ΔF为25ppm以下。此外，由于二次温度系数β是表示SAW的频率温度特性的曲线的多项式近似的二次系数，因此，二次温度系数的绝对值小表示频率变动量小，可以说频率温度特性良好。下面，使用仿真来证明上述结构的SAW器件具备能够实现本发明的目的的要素。

其中，对于使用被称为ST切的石英基板且将传播方向设为X晶轴方向的SAW谐振器，在工作温度范围相同的情况下，工作温度范围内的频率变动量ΔF约为117ppm，二次温度系数β为-0.030ppm/℃²左右。而对于使用了石英基板的切角和SAW传播方向用欧拉角表示为(0，123°，45°)且工作温度范围相同的面内旋转ST切石英基板的SAW谐振器，频率变动量ΔF约为63ppm，二次温度系数β为-0.016ppm/℃²左右。

对于SAW谐振器10的频率温度特性的变化，如上所述，与IDT12中的电极指18的线占有率η、电极膜厚H以及槽深G等有关。并且，本实施方式的SAW谐振器10利用阻带上端模式的激励。

图4是示出线占有率η发生变化而在石英基板30上传播SAW时的二次温度系数β的变化的曲线图。在图4中，图4(A)表示槽深G为0.02λ时阻带上端模式谐振中的二次温度系数β，图4(B)表示槽深G为0.02λ时阻带下端模式谐振中的二次温度系数β。另外，在图4中，图4(C)表示槽深G为0.04λ时阻带上端模式谐振中的二次温度系数β，图4(D)表示槽深G为0.04λ时阻带下端模式谐振中的二次温度系数β。注意，图4所示的仿真表示如下情况的例子：为了减少使频率温度特性发生变动的因素，在未设有电极膜的石英基板30上以某种形式来传播SAW。另外，石英基板30的切角使用了欧拉角(0°，123°，ψ)。此外，关于ψ，可适当选择二次温度系数β的绝对值为最小的值。

根据图4，可发现如下情况：无论是阻带上端模式还是下端模式，每当线占有率η达到0.6～0.7时，二次温度系数β均发生较大变化。并且，通过对阻带上端模式中的二次温度系数β的变化与阻带下端模式中的二次温度系数β的变化进行比较，可发现如下情况。即，对于阻带下端模式中的二次温度系数β的变化，由于其从负侧进一步向负侧变化，因此特性降低(二次温度系数β的绝对值变大)。与此相对，对于阻带上端模式中的二次温度系数β的变化，由于其从负侧向正侧变化，因此特性提高(二次温度系数β的绝对值变小)。

由此，为了在SAW器件中得到良好的频率温度特性，可优选采用阻带上端模式的振动。

接着，发明人针对槽深G发生了各种变化的石英基板，调查了进行阻带上端模式的SAW传播时线占有率η与二次温度系数β之间的关系。

图5是表示槽深G从0.01λ(1%λ)变化到0.08λ(8%λ)时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的仿真曲线图。由图5可知，在槽深G为0.0125λ(1.25%λ)附近，首次出现β=0的点，即，表示频率温度特性的近似曲线呈现为三次曲线的点。而且，由图5可知，β=0时的η各有2处(η大时β=0的点是(η1)，η小时β=0的点是(η2))。此外，根据图5还能够理解到，η2与η1相比，线占有率η相对于槽深G的变化的变动量更大。

关于这一点，通过参照图6能够得到深刻的理解。图6是分别描绘了槽深G逐渐变化时二次温度系数β为0的η1、η2的曲线图。从图6中能够发现：随着槽深G变大，η1、η2分别变小，但对于η2，在槽深G=0.04λ附近，变动量大到超出了在0.5λ～0.9λ的范围内示出的曲线。即，η2相对于槽深G的变化的变动量更大。

图7是将图5中的纵轴的二次温度系数β替换为频率变动量ΔF而示出的曲线图。根据图7，显然能够理解到，在β=0的两个点(η1，η2)处，频率变动量ΔF降低。而且，根据图7还能够理解到，对于β=0的两个点，在槽深G变化的任意曲线图中，η1处的点能够将频率变动量ΔF抑制得更小。

根据上述趋势可知，对于制造时容易产生误差的批量产品，最好采用β=0的点相对于槽深G的变动的变动量更小的一方，即η1。图3示出了在各槽深G下二次温度系数β最小的点(η1)的频率变动量ΔF与槽深G之间的关系的曲线图。由图3可知，使得频率变动量ΔF为目标值25ppm以下的槽深G的下限值为0.01λ，槽深G的范围应为0.01λ以上，即0.01≤G。

此外，在图3中，还通过仿真而追加了槽深G为0.08以上时的例子。根据该仿真可知，槽深G达到0.01λ以上时，频率变动量ΔF变到25ppm以下，然后，随着槽深G的每次增加，频率变动量ΔF变小。但是，当槽深G达到大致0.9λ以上时，频率变动量ΔF重新增加，而当超过0.094λ时，频率变动量ΔF超过25ppm。

图3所示的曲线图是在石英基板30上未形成IDT12及反射器20等的电极膜的状态下的仿真，而通过参照以下示出详情的图16～图21可知，SAW谐振器10设置电极膜能够进一步减小频率变动量ΔF。因此，当要确定槽深G的上限值时，只要设定为未形成电极膜的状态下的最大值即可，即G≤0.94λ，为了实现目标，作为适当的槽深G的范围，可表示为下式：

【式17】

0.01λ≤G≤0.094λ。

此外，在批量生产工序中，槽深G具有最大±0.001λ左右的偏差。因此，图8示出了在线占有率η恒定的情况下槽深G发生了±0.001λ的偏差时、SAW谐振器10的各个频率变动量Δf。根据图8能够理解到，在G=0.04λ的情况下，当槽深G发生了±0.001λ的偏差时，即，在槽深为0.039λ≤G≤0.041λ的范围内，频率变动量Δf为±500ppm左右。

这里，只要频率变动量Δf小于±1000ppm，即可通过各种频率微调单元进行频率调整。但是，当频率变动量Δf为±1000ppm以上时，频率调整会对Q值、CI(crystalimpedance：石英阻抗)值等的静态特性及长期可靠性产生影响，从而导致SAW谐振器10的合格率降低。

关于由图8所示的描绘点连接而成的直线，通过导出表示频率变动量Δf[ppm]与槽深G之间的关系的近似式而能够得到式18：

【式18】

Δf=16334G-137。

这里，求出使Δf<1000ppm的G值而得到G≤0.0695λ。因此，作为本实施方式的槽深G的范围，可适当优选下式：

【式19】

0.01λ≤G≤0.0695λ。

接着，在图9的曲线图中，示出了二次温度系数β=0时的η即表示出三次温度特性的线占有率η与槽深G之间的关系。石英基板30的欧拉角为(0°，123°，ψ)。这里，关于ψ，适当选择了使频率温度特性表现出三次曲线趋势的角度，即，使二次温度系数β=0的角度。此外，图24示出了在与图9同样的条件下得到β=0的η时的欧拉角ψ与槽深G之间的关系。在图24的电极膜厚H=0.02λ的曲线图中，虽未示出ψ<42°的点，不过在G=0.03λ处，该曲线图中的η2的点为ψ=41.9°。关于各电极膜厚下的槽深G与线占有率η之间的关系，根据之后表述详情的图12～图17来得到曲线。

由图9可知，在任何膜厚下，如上所述，η1相对于槽深G的变化的变动均比η2小。因此，针对图9中的各个膜厚的曲线图，提取出η1而归纳为图10。由图10可知，η1集中于虚线所示的线中。另外，根据图10，表示线占有率η的上限的点是电极膜厚H=0.01λ的SAW谐振器，表示线占有率η的下限的点是电极膜厚H=0.035λ的SAW谐振器。即，随着电极膜厚H的增加，能够使二次温度系数β=0的线占有率η变小。

根据这些情况，求取表示线占有率η的上限的点和表示下限的点各自的近似式，可以推导出式20和式21。

【式20】

η=-2.5×G/λ+0.775

【式21】

η=-2.5×G/λ+0.675

可利用式20、式21，在图10中用虚线围起的范围内，在式22的范围中来确定η。

【式22】

-2.5×G/λ+0.675≤η≤-2.5×G/λ+0.775

这里，在容许二次温度系数β为±0.01ppm/℃²以内的情况下，通过同时满足式19和式22而确认到，二次温度系数β处于±0.01ppm/℃²以内。

另外，图11根据式20～22而用近似直线示出了电极膜厚H≒0、0.01λ、0.02λ、0.03λ、0.035λ的SAW谐振器10各自的、β=0时的槽深G与线占有率η之间的关系。此外，未设有电极膜的石英基板30的槽深G与线占有率η之间的关系如图6所示。

根据基于这些电极膜厚H的表现为近似直线的近似式，使频率温度特性良好的槽深G与线占有率η之间的关系式如式23所示：

【式23】

η=-2.533×G/λ-2.269×H/λ+0.785。

关于线占有率η，电极膜越厚，电气特性(尤其是谐振频率)的制造偏差越大，在式14的范围内，电极膜厚H很可能产生±0.04以内的制造偏差，而在H>0.035λ的范围内，电极膜厚H很可能产生大于±0.04的制造偏差。但是，只要电极膜厚H处于式14的范围内且线占有率η的偏差为±0.04以内，即可实现二次温度系数β小的SAW器件。即，在考虑了线占有率的制造偏差且将二次温度系数β控制为±0.01ppm/℃2以内的情况下，线占有率η可容许达到在式23上加上±0.04的公差后的式24的范围：

【式24】

η=-2.533×G/λ-2.269×H/λ+0.785±0.04。

图12～图17示出了在电极膜厚分别为0.01λ(1%λ)、0.015λ(1.5%λ)、0.02λ(2%λ)、0.025λ(2.5%λ)、0.03λ(3%λ)、0.035λ(3.5%λ)的情况下，槽深G发生变化时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

另外，图18～图23示出了与图12～图17对应的、SAW谐振器10中的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图。其中，石英基板均采用了欧拉角(0°，123°，ψ)，关于ψ，适当选择了ΔF为最小的角度。

这里，图12是示出电极膜厚H为0.01λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图18是示出电极膜厚H为0.01λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

另外，图13是示出电极膜厚H为0.015λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图19是示出电极膜厚H为0.015λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

另外，图14是示出电极膜厚H为0.02λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图20是示出电极膜厚H为0.02λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

另外，图15是示出电极膜厚H为0.025λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系图，图21是示出电极膜厚H为0.025λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

另外，图16是示出电极膜厚H为0.03λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图22是示出电极膜厚H为0.03λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的图。

另外，图17是示出电极膜厚H为0.035λ时的线占有率η与二次温度系数β之间的关系的图，图23是示出电极膜厚H为0.035λ时的线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系图。

在这些图(图12～图23)中可知，虽然在所有曲线图中均存在细微差别，但它们的变化趋势与仅表示石英基板30的线占有率η与二次温度系数β之间的关系以及线占有率η与频率变动量ΔF之间的关系的曲线图（图5、图7）相似。

即，可以说，在去除了电极膜的石英基板30单体的表面声波的传播中，也能够发挥本实施方式的效果。

图25对根据图24所示的曲线图中的η1而得到的ψ与槽深G之间的关系进行了总结。注意，选择η1的原因与上面相同。由图25可知，即使在电极膜的膜厚发生变化的情况下，ψ的角度也基本没有差异，ψ的最佳角度随着槽深G的变动而发生变化。这也可以说是二次温度系数β的变化主要是由石英基板30的形态引起的证据。

与上述相同，针对二次温度系数β=-0.01ppm/℃²的ψ和β=+0.01ppm/℃²的ψ，求出它们与槽深G之间的关系，并归纳为图26和图27。当根据这些曲线图(图25～图27)来求取能够使-0.01≤β≤+0.01成立的ψ的角度时，可以将上述条件下恰当的ψ的角度范围设定为43°<ψ<45°，还可以进一步适当设定为43.2°≤ψ≤44.2。

接着，图28示出了θ的角度变动时的二次温度系数β的变化，即θ与二次温度系数β之间的关系。这里，仿真中使用的SAW器件是切角和SAW传播方向用欧拉角表示为(0，θ，ψ)且槽深G为0.04λ的石英基板，电极膜厚H为0.02λ。此外，关于ψ，根据θ的设定角度而在上述角度范围内，适当选择了使二次温度系数β的绝对值为最小的值。另外，关于η，根据上式23，其为0.6383。

在这种条件下，根据示出了θ与二次温度系数β之间的关系的图28可知，只要θ处于117°以上142°以下的范围内，即可使二次温度系数β的绝对值处于0.01ppm/℃²的范围内。因此，在如上所述的设定值中，只要在117°≤θ≤142°范围内进行θ的设定，即可构成具有良好的频率温度特性的SAW谐振器10。

图29是示出在采用了欧拉角为(，123°，43.77°)的石英基板30且槽深G为0.04λ、电极膜厚H为0.02λ以及线占有率η为0.65的情况下，φ的角度与二次温度系数β之间的关系的曲线图。

由图29可知，在为-2°、+2°的情况下，二次温度系数β分别低于-0.01，但当处于-1.5°～+1.5°的范围内时，二次温度系数β的绝对值可靠地位于0.01的范围内。由此，在上述设定值中，只要在优选为的范围内进行的设定，即可构成具有良好的频率温度特性的SAW谐振器10。

在上述说明中，针对、θ、ψ，分别在一定条件下，导出了与槽深G之间的关系中最佳值的范围。与此相对，图30示出了使得-40℃～+85℃中的频率变动量最小的非常希望实现的θ与ψ之间的关系，且求出了其近似式。根据图30，ψ的角度随着θ的角度上升而变化，且如三次曲线所描绘的那样上升。此外，在图30的例子中，θ=117°时的ψ为42.79°，θ=142°时的ψ为49.57°。当将这些点连成近似曲线时，构成图30中用虚线表示的曲线，近似式可用式25来表示。

【式25】

ψ=1.19024×10^-3×θ³-4.48775×10^-1×θ²

+5.64362×10¹×θ-2.32327×10³±1.0

由此，可通过设定θ来确定ψ，在θ的范围为117°≤θ≤142°的情况下，ψ的范围可以为42.79°≤ψ≤49.57°。此外，仿真中的槽深G、电极膜厚H分别为G=0.04λ、H=0.02λ。

基于上述原因，在本实施方式中，只要根据各种设定的条件来构成SAW谐振器10，即可构成能够满足目标值且实现了良好的频率温度特性的SAW谐振器。

另外，在本实施方式的SAW谐振器10中，如式14及图12～图23所示，通过将电极膜的膜厚H设为0<H≤0.035λ的范围内，实现了频率温度特性的改善。这与以往那样通过过度加厚膜厚H来实现频率温度特性的改善的方法不同，本实施方式是在保持环境承受特性的状态下实现了频率温度特性的改善。图37示出了热循环试验中的电极膜厚(Al电极膜厚)与频率变动之间的关系。另外，图37所示的热循环试验的结果是连续进行了8次如下这样的循环而得到的：将SAW谐振器置于-55℃的环境中30分钟，然后使环境温度上升到+125℃并置于该环境中30分钟。根据图37可知，与电极膜厚H为0.06λ且未设有电极指间槽的情况相比，在本实施方式的SAW谐振器10的电极膜厚H的范围内，频率变动(F变动)为其1/3以下。此外，在图37中，对于任意点而言，H+G=0.06λ均成立。

另外，针对在与图37相同的条件下制造出的SAW谐振器，进行了将其放置在125℃的环境中1000小时的高温放置试验，结果，与现有的SAW谐振器(H=0.06λ且G=0)相比，确认到：本实施方式的SAW谐振器在(H=0.03λ且G=0.03λ、H=0.02λ且G=0.04λ、H=0.015λ且G=0.045λ、H=0.01λ且G=0.05λ这4个条件)试验前后的频率变动量变为1/3以下。

在上述条件下，根据如下条件制造出的SAW谐振器10表现出图31所示的频率温度特性，所述条件是：H+G=0.067λ(铝膜厚2000、槽深4700)，IDT的线占有率ηi=0.6，反射器的线占有率ηr=0.8，欧拉角为(0°，123°，43.5°)，IDT的对数为120对，相交宽度为40λ(λ=10μm)，反射器个数(每一侧)为72个(36对)，电极指不具有倾角(电极指的排列方向与SAW的相位速度方向一致)。

图31描绘出试验片个数n=4的频率温度特性。根据图31可知，这些试验片的工作温度范围内的频率变动量ΔF被抑制为大致20ppm以下。

在本实施方式中，说明了槽深G及电极膜厚H等对频率温度特性的影响。而槽深G与电极膜厚H的合计深度(阶差)还会影响等效电路常数和CI值等的静态特性以及Q值。例如，图32是表示阶差从0.062λ变化到0.071λ的情况下的阶差与CI值之间的关系的曲线图。由图32可知，CI值在阶差为0.067λ时收敛，而在阶差为此之上的情况下，CI值也未得到优化(未变低)。

图33归纳了表现出图31所示的频率温度特性的SAW谐振器10中的频率、等效电路常数以及静态特性。这里，F表示频率，Q表示Q值，γ表示电容比，CI表示CI(石英阻抗：Crystal Impedance)值，M表示性能指数(优良指数：Figure of Merit)。

另外，图35表示用于对现有的SAW谐振器与本实施方式的SAW谐振器10的阶差和Q值之间的关系进行比较的曲线图。其中，在图35中，粗线所示的曲线表示本实施方式的SAW谐振器10的特性，其在电极指间设有槽，且采用阻带上端模式的谐振。细线所示的曲线表示现有的SAW谐振器的特性，其在电极指间未设有槽，且采用阻带上端模式的谐振。根据图35可清楚地看出，当在电极指间设有槽且采用了阻带上端模式的谐振时，与在电极指间未设置槽且采用了阻带下端模式的谐振的情况相比，在阶差(G+H)为0.0407λ(4.07%λ)以上的区域内，得到了更高的Q值。

此外，仿真中使用的SAW谐振器的基本数据如下。

·本实施方式的SAW谐振器10的基本数据有：

H：0.02λ

G：变化

IDT线占有率ηi：0.6

反射器线占有率ηr：0.8

欧拉角(0°，123°，43.5°)

对数：120

相交宽度：40λ(λ=10μm)

反射器个数(每一侧)：60

电极指不具有倾角

·现有的SAW谐振器的基本数据有：

H：变化

G：零

IDT线占有率ηi：0.4

反射器线占有率ηr：0.3

欧拉角(0°，123°，43.5°)

对数：120

相交宽度：40λ(λ=10μm)

反射器个数(每一侧)：60

电极指不具有倾角

为了对这些SAW谐振器的特性进行比较，参照图33及图35能够理解本实施方式的SAW谐振器10实现了怎样的高Q化。这种高Q化可提高能量封闭效果，原因如下。

为了对在阻带上端模式下激励产生的表面声波进行高效的能量封闭，如图36所示，只要将IDT12的阻带上端频率ft2设定在反射器20的阻带下端频率fr1与反射器20的阻带上端频率fr2之间即可。即，只要设定为满足下式的关系即可：

【式26】

fr1<ft2<fr2。

由此，在IDT12的阻带上端频率ft2下，反射器20的反射系数Γ变大，由IDT12激励产生的阻带上端模式的SAW被反射器20以高反射系数向IDT12侧反射。并且，阻带上端模式的SAW的能量封闭变强，能够实现低损失的谐振器。

与此相对，当将IDT12的阻带上端频率ft2与反射器20的阻带下端频率fr1和反射器20的阻带上端频率fr2之间的关系设定为ft2<fr1的状态及fr2<ft2的状态时，在IDT12的阻带上端频率ft2下，反射器20的反射系数Γ变小，难以实现较强的能量封闭状态。

这里，为了实现式26的状态，需要使反射器20的阻带向比IDT12的阻带的更高高的频域侧进行频移。具体地说，可通过使反射器20的导体带22的排列周期小于IDT12的电极指18的排列周期来实现。另外，作为其它方法，可以通过如下方式来实现：使作为反射器20的导体带22形成的电极膜的膜厚比作为IDT12的电极指18形成的电极膜的膜厚薄，或者使反射器20的导体带间槽的深度比IDT12的电极指间槽的深度浅。而且，还可以组合使用这些方法中的多个方法。

此外，根据图33，除了能够得到高Q化之外，还能够得到很高的优良指数M。另外，图34是示出得到了图33的SAW谐振器中的阻抗Z与频率之间的关系的曲线图。由图34可知，在谐振点附近不存在无用的寄生。

在上述实施方式中，示出了构成SAW谐振器10的IDT12的所有电极指均交替地交叉的情况。不过，本发明的SAW谐振器10仅利用其石英基板也能够实现相应的效果。因此，即使间断地设置IDT12的电极指18，也能够起到同样的效果。

另外，对于槽32，也是可以在电极指18之间及反射器20的导体带22之间局部地进行设置。尤其，由于振动位移大的IDT12的中央部会对频率温度特性带来决定性的影响，因此可以采用仅在该部分设置槽32的构造。这种构造也能够形成频率温度特性良好的SAW谐振器10。

另外，在上述实施方式中，记载了将Al或以Al为主体的合金作为电极膜的情况。不过，也可以使用能够实现与上述实施方式相同效果的任何其它金属来构成电极膜。

另外，上述实施方式是针对仅设有一个IDT的单端子对SAW谐振器进行的说明，但本发明也可应用于设有多个IDT的双端子对SAW谐振器，而且还可以应用于纵向结合式或横向结合式的双模式SAW滤波器及多模式SAW滤波器。

接着，参照图38对本发明的SAW振荡器进行说明。本发明的SAW振荡器如图38所示，由以下部件构成：上述SAW谐振器10；对该SAW谐振器10的IDT12施加电压而进行驱动控制的IC(integrated circuit：集成电路)50；以及收容它们的封装。其中，在图38中，图38(A)是去掉盖后的俯视图，图38(B)是示出该图38(A)中的A-A截面的图。

在实施方式的SAW振荡器100中，将SAW谐振器10和IC50收容在同一封装56内，利用金属线60将形成在封装56的底板56a上的电极图案54a～54g、SAW谐振器10的梳齿状电极14a、14b以及IC50的焊盘52a～52f连接起来。然后，利用盖58将收容了SAW谐振器10和IC50的封装56的腔气密地密封。通过这种结构，能够使IDT12(参照图1)、IC50以及形成在封装56的底面上的未图示的外部安装电极电连接。

Claims

1.一种表面声波谐振器，其特征在于，该表面声波谐振器具有：

欧拉角为117°≤θ≤142°，41.9°≤|ψ|≤49.57°的石英基板；以及

叉指换能器，该叉指换能器的电极膜的材料由铝或以铝为主体的合金构成，并且该叉指换能器在上述石英基板上具有多个电极指，激励产生阻带上端模式的瑞利型的表面声波，

俯视时，在上述电极指之间的上述基板上具有电极指间槽，

上述表面声波的波长λ、上述电极指间槽的深度G以及上述电极指的线占有率η满足如下关系：

0.01λ≤G≤0.094λ，

而且，

-2.5×G/λ+0.675≤η≤-2.5×G/λ+0.775。

2.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于，

上述电极指间槽的深度G满足如下关系：

0.01λ≤G≤0.0695λ。

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，

上述叉指换能器的电极膜厚H满足如下关系：

0<H≤0.035λ。

4.根据权利要求3所述的表面声波谐振器，其特征在于，

上述线占有率η满足如下关系：

η＝-2.533×G/λ-2.269×H/λ+0.785±0.04。

5.根据权利要求3所述的表面声波谐振器，其特征在于，

上述电极指间槽的深度G与上述电极膜厚H之和满足如下关系：

0.0407λ≤G+H。

6.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ψ与上述θ满足如下关系：

ψ＝1.191×10^-3×θ³-4.490×10^-1×θ²+5.646×10¹×θ-2.324×10³±1.0。

7.根据权利要求1或2所述的表面声波谐振器，其特征在于，

上述叉指换能器的阻带上端模式的频率为ft2、以在表面声波的传播方向上将上述叉指换能器夹在中间的方式配置的反射器的阻带下端模式的频率fr1、上述反射器的阻带上端模式的频率fr2满足如下关系：

fr1<ft2<fr2。

8.根据权利要求7所述的表面声波谐振器，其特征在于，

在构成上述反射器的导体带之间设有导体带间槽，

上述导体带间槽的深度比上述电极指间槽的深度浅。

9.一种表面声波振荡器，其特征在于，该表面声波振荡器具有：

权利要求1或2所述的表面声波谐振器；以及

用于驱动上述叉指换能器的集成电路。