JP2009105510A - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＡＷデバイスの圧電基板上に設けたヒータ電極による熱応力の影響を解消して周波数安定性を向上させる。
【解決手段】
ＳＡＷデバイス１は、圧電基板２の主面上にＩＤＴ３とその両側に配置した反射器５、６とを備え、少なくとも一方の反射器が、電源側端子９を介して外部電源に接続されかつ接地側端子１０を介して接地される。電源側端子と接地側端子間に所定の電流を印加し、反射器の一部又は全体をヒータ電極として発熱させ、圧電基板の温度を上昇させる。これにより、熱応力でＳＡＷデバイスの周波数を変動させることなく、安定した周波数特性を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電基板上に弾性表面波（ＳＡＷ）を励振するＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）とその両側に配置した反射器とを形成した弾性表面波デバイスに関する。

従来、ＳＡＷデバイスは、携帯電話等の情報通信機器、その他様々な電子機器に広く使用されている。特に通信機器の分野では、優れた周波数温度特性を発揮するＳＡＷデバイスが要求されている。ところが、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性が負の２次曲線や３次曲線となるような場合、周波数は中心温度付近では安定しているが、中心温度から離れるほど大きく変動するという特徴がある。

そこで、環境温度の変化による周波数の変動を抑制するために、圧電基板の主面又は裏面にヒータ用の抵抗体を形成し、該抵抗体に印加する電流を調整して圧電基板の温度を調整可能にしたＳＡＷ素子が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。圧電基板主面上の抵抗体は、圧電基板上の電極パターンと同様に、圧電基板上に成膜した電極材料の薄膜をエッチングすることにより形成される。

更に、環境温度によらずに圧電基板の温度を一定に維持するために、圧電基板の温度を測定するための抵抗体を圧電基板上に設けたＳＡＷ素子が提案されている（例えば、特許文献３，４を参照）。この抵抗体に微量の定電流を印加し、その両端で測定した電圧に応じた電流をヒータ用の抵抗体に印加することにより、圧電基板の温度を一定にフィードバック制御することができる。

特開昭６２−１２３８０７号公報 特開平１−２６１０１３号公報 特開平５−２１８７９４号公報 実開平４−１３２７３８号公報

上述した従来のＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板の主面にヒータ用の抵抗体を有するものは、いずれもトランスバーサル型の構造を有し、ＩＤＴとＩＤＴ間に空いたＳＡＷ伝搬路上に抵抗体が形成されている。しかしながら、ＳＡＷデバイスが共振器の場合は、このようなＳＡＷ伝搬路上の空いたスペースが無いので、圧電基板主面にヒータ用の抵抗体を形成しようとすると、そのためのスペースを新たに設けなければならず、圧電基板の平面寸法が大きくなるため、小型化の要求に反するという問題が生じる。

また、圧電基板の裏面にヒータ用の抵抗体を設けると、圧電基板を大型化する必要はないが、主面にＩＤＴ等の電極パターンを形成するフォトエッチングと同様の工程を、圧電基板裏面についても行う必要がある。そのため、製造上工数が増えて作業により多くの手間を要し、製造コストが増大することになる。

更に、ヒータ用の抵抗体付近とそれ以外の部分との間で基板内部に温度分布が生じ、その不均一な熱応力による内部応力が、ＳＡＷデバイスの周波数を変動させる虞がある。従って、ＳＡＷデバイスの周波数をより安定させるためには、ヒータ用の抵抗体をＩＤＴにできるだけ隣接させて配置することが好ましい。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電基板主面にその温度を調整するためのヒータ電極を、該圧電基板の平面寸法を大型化することなく、かつ工数を増やすことなく、従来の製造工程に従って製造し得るＳＡＷデバイスを提供することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電基板と、該圧電基板の主面に形成したＩＤＴと、その両側に配置した反射器とを備え、該反射器が、その全部又は一部を発熱させるために、第１の電源側の端子と第１の接地側の端子とを有するように電極材料により形成されたＳＡＷデバイスが提供される。

このように反射器を、圧電基板の温度を調整するためのヒータ電極として利用することにより、圧電基板の平面寸法を大型化する必要が無く、従来のフォトエッチングによりＩＤＴ及び反射器をパターニングする工程をそのまま用いて、本発明の反射器、電源側端子及び接地側端子を形成することができ、しかも、ヒータ電極をＩＤＴに隣接させることができるので、熱応力によりＳＡＷデバイスの周波数を変動させる虞が無く、安定した周波数特性を得ることができる。

或る実施例では、ＩＤＴの両側の反射器が、互いに共通の第１の電源側端子と第１の接地側端子との間に並列に接続される。別の実施例では、それらの反射器が、互いに第１の電源側端子と第１の接地側端子との間に直列に接続される。

或る実施例では、少なくとも一方の反射器が、圧電基板の温度を測定するために、第１の電源側端子及び接地側端子とは接続されていない第２の電源側端子と第２の接地側端子とを有することにより、測定した圧電基板の温度に基づいて、第１の電源側端子と第１の接地側端子間に印加する電流をフィードバック制御することができる。

別の実施例では、第２の電源側端子と第２の接地側端子間の電圧に基づいて圧電基板の温度を検知し、検知した結果に基づいて第１の電源側端子に印加する電流を制御する手段を更に備えることにより、圧電基板の温度を適正に調整して周波数特性の安定性を高めることができる。

この場合、ＩＤＴの両側の反射器がそれぞれ第１の電源側端子と第１の接地側端子とを有し、いずれか一方又は両方の第１の電源側端子に選択的に電流を印加できるようにすることによって、圧電基板の温度をより適正に調整し、周波数特性をより一層安定化させることができる。

更に別の実施例によれば、反射器の接地側端子がＩＤＴの接地側端子と共通に設けられる。これにより、反射器から発生した熱を接地側端子を介してＩＤＴに伝導させることができ、圧電基板のＩＤＴの領域を効率良く加熱でき、その温度分布をより小さくすることができる。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明によるＳＡＷデバイスの第１実施例を示している。本実施例のＳＡＷデバイス１は、例えばリチウムタンタレート、リチウムナイオベート、水晶などの従来公知の圧電材料で形成される圧電基板２を有する。圧電基板２の主面には、中央に１組の交差指電極３ａ，３ｂからなるＩＤＴ３が配置されている。一方の交差指電極３ａは、外部の電源に接続される電源側端子としてのバスバー４ａに接続され、他方の交差指電極３ｂは、バスバー４ｂに接続されている。本実施例では、バスバー４ｂが図示するように接地側端子として接地されているが、別の実施例では、接地せずに平衡終端として用いることもできる。

圧電基板２の主面には、ＩＤＴ３を挟むようにその両側に各１つの反射器５、６がＳＡＷ伝搬方向に沿って配置されている。反射器５、６は、それぞれＳＡＷ伝搬方向に直交する向きに延長しかつＳＡＷ伝搬方向に沿って平行に配置された複数の反射体ストリップ７、８を有する。前記ＩＤＴ及び反射器は、圧電基板２上にＡｌ等の電極材料薄膜を蒸着又はスパッタ等により形成し、これをフォトエッチングすることにより所望のパターンに形成される。

一方の反射器５は、全ての反射体ストリップ７がバスバーにより互いに接続されている。一方のバスバーは、電源側端子９としてボンディングワイヤ等により外部電源に接続され、他方のバスバーは、接地側端子１０としてボンディングワイヤ等により接地されるようになっている。従って、電源側端子９と接地側端子１０間に外部から所定の電流を印加すると、反射器７全体がヒータ電極として発熱し、圧電基板２の温度を上昇させることができる。別の実施例では、他方の反射器６も、同様に各バスバーを電源側端子及び接地側端子として外部電源に接続し、ヒータ電極として機能させることができる。

このように反射器５，６の少なくとも一方を、圧電基板２の温度を調整するためのヒータ電極として利用することにより、圧電基板の平面寸法を大型化する必要が無くなる。また、ＩＤＴ３及び反射器５，６を、従来のフォトエッチングによるパターニング工程をそのまま用いて形成することができる。しかも、ヒータ電極をＩＤＴ３に隣接させることができるので、熱応力によりＳＡＷデバイス１の周波数を変動させる虞が無く、安定した周波数特性が得られる。

図２は、第１実施例の変形例を示している。図１では、反射器５の全ての反射体ストリップ７が電源側端子９と接地側端子１０間に並列に接続されているのに対し、本実施例では、全ての反射体ストリップ７が電源側端子９と接地側端子１０間に直列に接続されている。従って、前記バスバー間に図１の場合よりも高い電圧を印加して、反射器５を発熱させることができる。

図３は、図２の実施例の変形例を示している。この実施例では、反射器７の全ての反射体ストリップ７が電源側端子９に対して直列に接続されると共に、電源側端子９と反対側の端部がそれぞれ接地側端子１０ａ〜１０ｃとして、切り替えて接続できるようになっている。これにより、電源側端子９と接地側端子１０間の配線の長さを変更して、発熱量を調整することができる。

図４は、本発明によるＳＡＷデバイスの第２実施例を示している。本実施例は、各反射器５，６において、全ての反射体ストリップ７，８がそれぞれ直列に接続され、かつ両反射器５，６が共通の電源側端子９と接地側端子１０間に並列に接続されている点において、第１実施例と異なる。これにより、ＩＤＴ３の両側から均等に加熱することができる。

図５は、第２実施例の変形例を示している。この実施例では、各反射器の５，６の隣接する一部の反射体ストリップ７，８が並列に接続され、かつ並列に接続された前記反射体ストリップを全体として共通の電源側端子９と接地側端子１０間に直列に接続している。

図６は、本発明によるＳＡＷデバイスの第３実施例を示している。本実施例は、各反射器５，６において、全ての反射体ストリップ７，８がそれぞれ直列に接続され、かつ両反射器５，６が共通の電源側端子９と接地側端子１０間に直列に接続されている。

図７は、第３実施例の変形例を示している。この実施例では、図５の実施例と同様に、各反射器の５，６の隣接する一部の反射体ストリップ７，８が並列に接続され、かつ並列に接続された前記反射体ストリップを全体として共通の電源側端子９と接地側端子１０間に直列に接続している。

図８は、本発明によるＳＡＷデバイスの第４実施例を示している。本実施例では、一方の反射器５が、第１実施例と同様にヒータ電極として機能することに加えて、他方の反射器６が、圧電基板２の温度を測定するための抵抗体として機能する。そのため、反射器６は、全ての反射体ストリップ８がバスバーにより互いに接続され、一方のバスバーが電源側端子１１としてボンディングワイヤ等により温度検出回路に接続され、他方のバスバーが接地側端子１２としてボンディングワイヤ等により接地されるようになっている。

図９は、第４実施例の変形例を示している。この実施例では、一方の反射器５が、図２の実施例と同様に、全ての反射体ストリップ７を電源側端子９と接地側端子１０間で直列に接続されてヒータ電極として機能し、他方の反射器６が、その一部の反射体ストリップ８を電源側端子１１と接地側端子１２間で直列に接続されて、圧電基板２の温度を測定するための抵抗体として機能する。

図１０は、第４実施例の別の変形例を示している。この実施例では、各反射器５、６の一部の反射体ストリップ７，８が、電源側端子９と接地側端子１０間で直列に接続されてヒータ電極として機能し、残りの反射体ストリップ７，８が、電源側端子１１と接地側端子１２間で接続されて、圧電基板２の温度を測定するための抵抗体として機能する。これにより、圧電基板全体の温度をより正確に把握することができる。

図１１及び図１２は、それぞれ第４実施例の別の変形例とそれに接続された外部回路の構成を示している。図１１のＳＡＷデバイス１は、一方の反射器６の一部の反射体ストリップ８が、電源側端子９と接地側端子１０間で直列に接続されてヒータ電極として機能し、残りの反射体ストリップ８が、電源側端子１１と接地側端子１２間で接続されて、圧電基板２の温度を測定するための抵抗体として機能する。

ＩＤＴ３を励振する発振回路に用いる共通の電源と電源側端子１１との間には、温度検知回路と温度制御回路とが接続されている。前記温度検知回路は、電源側端子１１と接地側端子１２間に定電流を印加して両端子間の電圧を検出し、それに基づいて圧電基板２の温度を算出し、前記温度制御回路から電源側端子９に印加する電流を制御する。

図１２のＳＡＷデバイス１は、図１１の構成に加えて、もう一方の反射器５がヒータ電極として機能するように構成されている。反射器５は、図２の実施例と同様に、全ての反射体ストリップ７が電源側端子９ａと接地側端子１０ａ間で直列に接続されている。更に、温度制御回路と電源側端子９ａ、９ｂとの間には、切り替え回路が接続されている。これにより、検出した圧電基板２の温度に応じて、いずれか一方又は両方の反射器５，６に所定の電流を印加して、圧電基板２を加熱できるようになっている。

図１３は、本発明によるＳＡＷデバイスの第５実施例を示している。本実施例は、一方の反射器６がヒータ電極を構成し、かつその接地側端子１０がＩＤＴ３の接地側端子４ｂに接続されている。このように接地側端子を共通化することによって、反射器６で発生した熱が接地側の交差指電極３ｂに伝導する。特にＡｌは熱伝導率が優れているので、圧電基板２のＩＤＴ３の領域を効率良く加熱し、ＩＤＴ領域内の温度分布を小さくできるので、Ｑ値等の電気的特性の劣化を有効に防止することができる。

図１４は、第５実施例の変形例を示している。この実施例は、図４の実施例と同様に、各反射器５，６の全ての反射体ストリップ７，８がそれぞれ直列に接続され、かつ両反射器５，６が電源側端子９と接地側端子４ｂ間に並列に接続されている。従って、前記両反射器から接地側端子４ｂを介してＩＤＴ３の交差指電極３ｂにより多くの熱量を供給することができる。

図１５は、第５実施例の別の変形例を示している。この実施例は、図６の実施例と同様に、各反射器５，６の全ての反射体ストリップ７，８がそれぞれ直列に接続され、かつ両反射器５，６が電源側端子９と接地側端子４ｂ間に直列に接続されている。従って、同様に、前記両反射器から接地側端子４ｂを介してＩＤＴ３の交差指電極３ｂにより多くの熱量を供給することができる。

図１６は、図１４の変形例を示している。この実施例は、接地側端子４ｂと交差指電極３ｂ及び両反射器５，６との間に狭幅の配線部１３が設けられている。このため、配線部１３の両端には僅かな電位が発生し、その結果、配線部１３は抵抗体となって発熱する。これにより、両反射器５，６で発生した熱が接地側端子４ｂから逃げるのを抑制し、圧電基板２をより効率的に加熱することができる。

図１７は、図１４の別の変形例を示している。この実施例は、ＩＤＴ３の接地側の交差指電極３ｂが、電極間ピッチを変えることなく、入力側の交差指電極３ａよりも幅広に形成されている。これにより、交差指電極３ａ、３ｂ間の距離を小さくすることができ、交差指電極３ｂから圧電基板２への伝熱効率を高めることができる。

また、上記各実施例では、前記反射器の接地側端子を図示するように、直接接地するように構成した。別の実施例では、抵抗やコンデンサ等を介して前記接地側端子を接地することもできる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は、その技術的範囲内において上記実施例に様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例における反射器の配線構造は、ＳＡＷデバイスの使用条件や要求される性能等に対応させて最適のヒータ機能が得られるように、様々に組み合わせて実施することができる。また、反射器に使用する電極材料は、上述したＡｌ以外に従来使用されているタングステン、銅等の様々導電材料を用いることができる。

本発明によるＳＡＷデバイスの第１実施例を示す平面図。 第１実施例の変形例を示す平面図。 第１実施例の別の変形例を示す平面図。 本発明によるＳＡＷデバイスの第２実施例を示す平面図。 第２実施例の変形例を示す平面図。 本発明によるＳＡＷデバイスの第３実施例を示す平面図。 第３実施例の変形例を示す平面図。 本発明によるＳＡＷデバイスの第４実施例を示す平面図。 第４実施例の変形例を示す平面図。 第４実施例の別の変形例を示す平面図。 第４実施例の別の変形例とそれに接続された外部の温度センサ回路の構成を示す図。 第４実施例の更に別の変形例とそれに接続された外部の温度センサ回路の構成を示す図。 本発明によるＳＡＷデバイスの第５実施例を示す平面図。 第５実施例の変形例を示す平面図。 第５実施例の別の変形例を示す平面図。 図１４の変形例を示す平面図。 図１４の別の変形例を示す平面図。

符号の説明

１…ＳＡＷデバイス、２…圧電基板、３…ＩＤＴ、３ａ，３ｂ…交差指電極、４ａ，４ｂ…バスバー、５，６…反射器、７，８…反射体ストリップ、９，１１…電源側端子、１０，１０ａ〜１０ｃ，１２…接地側端子、１３…配線部。

Claims (7)

1. 圧電基板と、前記圧電基板の主面に形成したＩＤＴと、前記ＩＤＴの両側に配置した反射器とを備え、
   前記反射器が、その全部又は一部を発熱させるために、第１の電源側の端子と第１の接地側の端子とを有するように電極材料により形成されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記ＩＤＴの両側の前記反射器が、互いに前記第１の電源側端子と前記第１の接地側端子との間に並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記ＩＤＴの両側の前記反射器が、互いに前記第１の電源側端子と前記第１の接地側端子との間に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
4. 前記ＩＤＴの少なくとも一方の側の前記反射器が、前記圧電基板の温度を測定するために、前記電源側端子及び前記接地側端子とは接続されていない第２の電源側端子と第２の接地側端子とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
5. 前記第２の電源側端子と前記第２の接地側端子間の電圧に基づいて前記圧電基板の温度を検知し、検知した結果に基づいて、前記第１の電源側端子に印加する電流を制御する手段を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波デバイス。
6. 前記ＩＤＴの両側の前記反射器が、それぞれ前記第１の電源側端子と前記第１の接地側端子とを有し、いずれか一方又は両方の前記第１の電源側端子に選択的に電流を印加できるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波デバイス。
7. 前記反射器の前記接地側端子が、前記ＩＤＴの接地側端子と共通であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。

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