JP2010103803A - 弾性表面波共振子、弾性表面波発振器および弾性表面波モジュール装置 - Google Patents

弾性表面波共振子、弾性表面波発振器および弾性表面波モジュール装置 Download PDF

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Abstract

【課題】弾性表面波共振子におけるQ値の向上とCI値の低減。
【解決手段】IDT12における電気機械結合係数が最大となるライン占有率と、弾性表面波の反射が最大となるライン占有率とが異なり、IDT12は、中央部に配置された第1領域14aと、その両側に配置された第2領域14bおよび第3領域14cとを備え、電極指間隔が第1領域14a、第2領域14b、第3領域14cのそれぞれの領域内において一様であり、かつ第1領域14aに比べて第2領域14bおよび第3領域14cは電極指間隔が大きく形成され、ライン占有率が第1領域14a、第2領域14b、第3領域14cのそれぞれの領域内において一様であり、第1領域14aは第2領域14bおよび第3領域14cに比べて電気機械結合係数が大きくなるライン占有率を有し、第2領域14bおよび第3領域14cは第1領域14aに比べて弾性表面波の反射が大きくなるライン占有率を有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、圧電基板を用いた弾性表面波共振子、弾性表面波発振器および弾性表面波モジュール装置に関する。
従来から、弾性表面波(Surface Acoustic Wave:SAW)を利用した弾性表面波共振子が広く電子機器に利用されている。
近年、携帯機器の普及により、これらに使用される弾性表面波共振子の小型化が要求されている。弾性表面波共振子の小型化のために、すだれ状電極により形成されたIDT(Interdigital Transducer)の対数を減少させると、Q値の低下あるいはCI(クリスタルインピーダンス)値の増加が起こり、弾性表面波共振子の特性が充分に得られないという問題がある。
Q値の低下は安定した弾性表面波の励振を阻害し、またCI値の増加は発振回路での消費電力の増加となっている。
この対策として、例えば特許文献1には、IDTを3つの領域に区分し、各領域のIDTの電極指を2%以内で異なる一定の周期長で形成することで、Q値を向上させてCI値を低下させ、弾性表面波共振子の小型化を可能にする技術が開示されている。
特開2004−194275号公報
しかしながら、弾性表面波共振子の特性として、Q値は弾性表面波の励振を安定させるために大きい程よく、またCI値は消費電力を低下させるために小さい程よい。このため、小型でさらに特性の向上した弾性表面波共振子が求められている。
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかる弾性表面波共振子は、圧電基板上に弾性表面波を励振する電極指を有するIDTが設けられた弾性表面波共振子であって、前記電極指の幅を、隣接する前記電極指の中心と中心との間隔である電極指間隔で除した値をライン占有率とし、前記IDTにおける電気機械結合係数が最大となるライン占有率と、前記弾性表面波の反射が最大となるライン占有率とが異なり、前記IDTは、中央部に配置された第1領域と、該第1領域の両側に配置された第2領域および第3領域とを備え、前記電極指間隔が前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域のそれぞれの領域内において一様であり、かつ前記第1領域に比べて前記第2領域および前記第3領域は前記電極指間隔が大きく形成され、前記ライン占有率が前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域のそれぞれの領域内において一様であり、前記第1領域は前記第2領域および前記第3領域に比べて電気機械結合係数が大きくなるライン占有率を有し、前記第2領域および前記第3領域は前記第1領域に比べて前記弾性表面波の反射が大きくなるライン占有率を有していることを特徴とする。
この構成によれば、電気機械結合係数が最大となるライン占有率と、弾性表面波の反射が最大となるライン占有率とが異なるIDTにおいて、IDTを3つの領域に区分し、その3つの領域を電極指間隔とライン占有率にて重み付けを行っている。
電極指間隔は、IDTの第1領域、第2領域、第3領域のそれぞれの領域内において一様であり、かつ第1領域に比べて第2領域および第3領域は電極指間隔が大きく形成されている。また、ライン占有率は第1領域、第2領域、第3領域のそれぞれの領域内において一様であり、第1領域は第2領域および第3領域に比べて電気機械結合係数が大きいライン占有率を有し、第2領域および第3領域は第1領域に比べて弾性表面波の反射が大きいライン占有率を有している。
弾性表面波共振子に生ずる弾性表面波の定在波は、IDTの中央に配置された第1領域で振動変位が大きくなり、その両外側に配置された第2領域および第3領域では振動変位が小さい。振動変位の大きい第1領域においては、CI値の上昇を抑制するため電気機械結合係数の高まるライン占有率を選択し、振動変位の小さい第2領域および第3領域においてはIDT内への振動エネルギーの閉じ込め効果を高めるために、弾性表面波の反射を大きくするライン占有率を選択する。これにより、CI値とQ値の両方が良好な弾性表面波共振子を実現することができる。
このことから、Q値を向上させて弾性表面波共振子の小型化を可能にし、CI値を低減して消費電力の少ない弾性表面波共振子を提供することができる。
[適用例2]上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記第1領域における電極指間隔PTcと前記第2領域おける電極指間隔PTs2との比PTs2/PTcが、1.006以上、1.014以下であり、かつ、前記第1領域における電極指間隔PTcと前記第3領域おける電極指間隔PTs3との比PTs3/PTcが、1.006以上、1.014以下であることが望ましい。
この構成によれば、従来のIDTを3つの領域に区分し、各領域のIDTの電極指を2%以内で異なる一定の周期長で形成した弾性表面波共振子のQ値を超える弾性表面波共振子を提供することができる。
[適用例3]上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記第1領域では電気機械結合係数が最大となるライン占有率を有し、前記第2領域および前記第3領域では前記弾性表面波の反射が最大となるライン占有率を有していることが望ましい。
この構成によれば、従来の弾性表面波共振子のQ値を超える弾性表面波共振子を提供することができる。
[適用例4]上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記圧電基板がオイラー角(−1°〜+1°,113°〜135°,±(40°〜49°))の水晶基板であり、前記第1領域のライン占有率が0.35以上0.5以下で、前記第2領域および前記第3領域のライン占有率が0.35未満、であることが望ましい。
この構成によれば、オイラー角(−1°〜+1°,113°〜135°,±(40°〜49°))の面内回転STカット水晶基板を使用し、第1領域のライン占有率が0.35以上0.5以下で、第2領域および第3領域のライン占有率が0.35未満とすることで、周波数温度特性が良好で、かつQ値が向上しCI値が低減した弾性表面波共振子を提供することができる。
[適用例5]上記適用例にかかる弾性表面波共振子において、前記圧電基板がオイラー角(−1°〜+1°,121°〜132°,−3°〜+3°)の水晶基板であり、前記第1領域のライン占有率が0.4以上0.6以下で、前記第2領域および前記第3領域のライン占有率が0.6を超える値、であることが望ましい。
この構成によれば、オイラー角(−1°〜+1°,121°〜132°,−3°〜+3°)のSTカット水晶基板を使用し、第1領域のライン占有率が0.4以上0.6以下で、第2領域および第3領域のライン占有率が0.6を超える値とすることで、周波数温度特性が良好で、かつQ値が向上しCI値が低減した弾性表面波共振子を提供することができる。
[適用例6]本適用例にかかる弾性表面波発振器において、上記に記載の弾性表面波共振子と回路素子とをパッケージに搭載したことを特徴とする。
この構成によれば、Q値が向上しCI値が低減した弾性表面波共振子を搭載していることから、弾性表面波の励振が安定し、消費電力が低下した弾性表面波発振器を提供できる。
[適用例7]本適用例にかかる弾性表面波モジュールにおいて、上記に記載の弾性表面波共振子を回路基板に搭載したことを特徴とする弾性表面波モジュール装置。
この構成によれば、Q値が向上しCI値が低減した弾性表面波共振子を搭載していることから、弾性表面波の励振が安定し、消費電力が低下した弾性表面波モジュールを提供できる。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
(比較例)
最初に、本発明の実施形態との比較のため、従来技術を利用した弾性表面波共振子について説明する。
図13は、特開2004−194275号公報の発明に基づく弾性表面波共振子を説明する説明図である。
弾性表面波共振子100は、圧電基板としての水晶基板101にすだれ状電極からなるIDT102と、弾性表面波が伝播する方向にIDT102を両側から挟むように形成された1対の反射器103と、を有している。
水晶基板101は、面内回転STカット水晶基板が用いられ、カット面及び弾性表面波伝搬方向をオイラー角(φ,θ,ψ)で表示すると、オイラー角(−1°〜+1°,113°〜135°,±(40°〜49°))の水晶基板である。
IDT102は、電気的な極性が異なるように電極指102a,102bが交互に配列されて形成されている。この2本の電極指102a,102bを1対の電極指と呼ぶ。
また、IDT102は、中央部に第1領域104a、その両側に第2領域104b、および第3領域104cの3つの領域に区分されている。ここで、隣接する電極指102aと電極指102bの中心と中心との間隔を電極指間隔PTとする。各領域内においては、電極指間隔PTが一様であるが、領域により電極指間隔PTを異ならせて形成している。第1領域104aの電極指間隔をPTc、第2領域104bの電極指間隔をPTs2、第3領域104cの電極指間隔をPTs3とすると、PTc<PTs2=PTs3、となる関係にある。
反射器103は電極指103aが多数配列され、電気的に中立となるように形成されている。また、隣接する電極指103aの中心と中心との間隔である電極指間隔をPTrとすると、PTc<PTs2=PTs3<PTr、となる関係にある。
また、IDT102で励振された弾性表面波は矢印H方向に伝播し、電極指102a,102bを交差する方向に弾性表面波が進行する。
ここで、IDT102および反射器103における弾性表面波の伝播する方向に電極指の占める割合をライン占有率ηと呼ぶ。詳しくは図14に示すように、電極指102a,102bの線幅をL、隣接する電極指との間(電極指が形成されていないスペース部分)の寸法をS、隣接する電極指の中心と中心との間隔である電極指間隔をPTとすると、PT=S+(L/2+L/2)、ライン占有率η=(L/2+L/2)/PT、である。
ライン占有率ηはIDT102、反射器103において、一定(η=0.35)に設定されている。
なお、IDT102と反射器103は金属材料のアルミニウム(Al)で形成され、所定の膜厚(0.06λ:λは弾性表面波の波長)に設定されている。また、IDT102における電極指の対数は第1領域104aで68対、第2領域104bおよび第3領域104cでそれぞれ34対、反射器103でそれぞれ57対である(総対数250対)。電極指間隔はPTc=10.00μm、PTs=10.07μm、PTr=10.10μmである。
以上のような弾性表面波共振子100において、特性としてQ値が20500、CI値が18Ωを実現している。
(第1の実施形態)
次に本実施形態について説明する。
図1は本実施形態の弾性表面波共振子の構成を示す模式平面図である。図2は電極指の位置と電極指間隔の関係を示す説明図であり、図3は電極指の位置とライン占有率の関係を示す説明図である。また、図4は水晶基板の切り出し角度及び弾性表面波伝搬方向を示す説明図である。
図1に示すように、弾性表面波共振子1は、圧電基板としての水晶基板11にすだれ状電極からなるIDT12と、弾性表面波が伝播する方向にIDT12を両側から挟むように形成された1対の反射器13と、を有している。
この弾性表面波共振子1は、IDT12で励振された弾性表面波は矢印H方向に伝播し、電極指12a,12bを交差する方向に弾性表面波が進行する。
水晶基板11は、面内回転STカット水晶基板が用いられ、カット面及び弾性表面波伝搬方向をオイラー角(φ,θ,ψ)で表示すると、オイラー角(−1°〜+1°,113°〜135°,±(40°〜49°))の水晶基板である。図4に示すように、水晶の結晶軸はX軸(電気軸)、Y軸(機械軸)およびZ軸(光軸)によって定義され、オイラー角(0°,0°,0°)はZ軸に垂直な水晶Z板8となる。ここで、オイラー角のφ(不図示)は水晶Z板8の第1の回転に関するものであり、Z軸を回転軸とし、+X軸から+Y軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第1回転角度である。オイラー角のθは水晶Z板8の第1の回転後に行う第2の回転に関するものであり、第1の回転後のX軸を回転軸とし、第1の回転後の+Y軸から+Z軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第2回転角度である。水晶基板11のカット面は第1回転角度φと第2回転角度θとで決定される。オイラー角のψは水晶Z板8の第2の回転後に行う第3の回転に関するものであり、第2の回転後のZ軸を回転軸とし、第2の回転後の+X軸から第2の回転後の+Y軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第3回転角度である。弾性表面波の伝搬方向は第2の回転後のX軸に対する第3回転角度ψで表される。弾性表面波共振子1は、第1回転角度φを−1°〜+1°とし、第2回転角度θを113°〜135°とした水晶基板11が用いられている。さらに、弾性表面波の伝搬方向がψ=±(40°〜49°)の範囲となるようにIDT12が配置されている。この角度ψは面内回転角とも呼ばれている。この面内回転STカット水晶基板は温度変化に対する周波数変動が小さく、周波数温度特性が良好である。
IDT12は、電気的な極性が異なるように電極指12a,12bが交互に配列されて形成されている。本実施形態では、この2本の電極指12a,12bをもって1対の電極指と数える。
また、IDT12は、3つの領域に区分され、中央部が第1領域14a、その両側が第2領域14b、および第3領域14cである。ここで、隣接する電極指12aと電極指12bの中心と中心との間隔を電極指間隔PTとする。図2に示すように、第1領域14a、第2領域14b、第3領域14cの各領域内においては、電極指間隔PTが一様であるが、領域により電極指間隔PTを異ならせて形成している。第1領域14aの電極指間隔をPTc、第2領域14bの電極指間隔をPTs2、第3領域14cの電極指間隔をPTs3とすると、PTc<PTs2=PTs3、となる関係にある。
なお、第2領域14bの電極指間隔をPTs2と第3領域14cの電極指間隔をPTs3とは、それぞれを第1領域14aの電極指間隔をPTcより小さく形成すれば、異なって形成しても良い。
反射器13は電極指13aが多数配列され、電気的に中立となるように形成されている。ただし、反射器13は接地しても良いし、電極指12aと12bの一方に接続しても良い。また、隣接する電極指13aの中心と中心との間隔である電極指間隔をPTrとすると、PTc<PTs2=PTs3<PTr、となる関係にある。なお、反射器13において、隣接する2本の電極指13aをもって1対の電極指と数える。
次に、ライン占有率と電極指の位置との関係について説明する。
図3に示すように、IDT12の第1領域14a、第2領域14b、第3領域14cの各領域内においては、ライン占有率ηが一様であるが、領域によりライン占有率ηを異ならせて形成している。第1領域14aのライン占有率ηc、第2領域14bおよび第3領域14cのライン占有率ηsとすると、ηc>ηs、となる関係にある。
また、反射器13のライン占有率ηrとすると、ηc=ηr、に設定されている。
なお、IDT12と反射器13は金属材料のアルミニウム(Al)で形成され、所定の膜厚(0.06λ:λは弾性表面波の波長)に設定されている。また、IDT12における電極指の対数は第1領域104aで68対、第2領域104bおよび第3領域104cでそれぞれ34対、反射器103でそれぞれ57対に設定されている(総対数250対)。電極指間隔はPTc=10.00μm、PTs=10.10μm、PTr=10.10μm、ライン占有率はηc=0.35、ηs=0.28、ηr=0.35である。
以上のような弾性表面波共振子1において、特性としてQ値が22700、CI値が16Ωを得た。このように、前述した弾性表面波共振子100に比べて、Q値およびCI値が向上した弾性表面波共振子1を得ることができた。
次に、IDT12の構成について設計の観点から詳しく説明する。
図5はIDTにおけるライン占有率と実効的結合係数との関係を示すグラフである。
弾性表面波共振子において、Q値と共に、CI値または等価抵抗R1が重要な特性であり、これを低くすることで消費電力を低く抑えることができる。このCI値または等価抵抗R1を低下させるためには、電気機械結合係数K2を高める必要がある。
電気機械結合係数K2は、次式から求めることができる。
2=(2(Vo−Vs)/Vo)×100 〔%〕
ただし、Vo:IDTの各電極指を互いに電気的開放状態にした場合における弾性表面波の伝搬速度、Vs:IDTの各電極指を互いに電気的短絡状態にした場合における弾性表面波の伝搬速度である。
ライン占有率ηを変えたときの電気機械結合係数は、IDT開放時と短絡時との規格化した速度の差より求まり、ここでは実効的結合係数として示した。
この図5に示すように、ライン占有率ηが0.2より大きくなるに従い実効的結合係数が上昇しライン占有率ηが約0.4にて実効的結合係数が最大になる。このときの実効的結合係数は、およそ0.065%であり、CI値または等価抵抗R1が最小となる。そして、ライン占有率ηが0.4からさらに大きくなると実効的結合係数は低下していく。
本実施形態では、IDT12の第1領域には、大きな実効的結合係数を有するライン占有率ηの範囲として、0.35以上0.5以下の範囲を選択している。
図6はライン占有率とQ値との関係を示すグラフである。
Q値はライン占有率ηが0.15から大きくなるに従い上昇して、ライン占有率ηが約0.2で最大になる。このときのQ値はおよそ20000である。そして、ライン占有率ηが0.2からさらに大きくなるとQ値は低下していく。
Q値と反射量は相関関係にあり、Q値が最大となるとき反射量もほぼ最大になる。
つまり、反射量はライン占有率ηが約0.2で弾性表面波の反射がほぼ最大となり、このとき、共振子における振動エネルギーの閉じ込めが良好になり、Q値が最大となる。
このことから、本実施形態では、IDT12の第2領域および第3領域には、大きな反射を有するライン占有率ηの範囲として、0.35未満の範囲を選択している。
図5、図6より、本実施形態のIDTは電気機械結合係数が最大となるライン占有率と、弾性表面波のQ値または反射が最大となるライン占有率とが異なる。そして、本実施形態ではIDTを3つの領域に区分し、その3つの領域を電極指間隔とライン占有率にて重み付けを行っている。
IDT12において、第1領域では、実効的結合係数の大きなライン占有率である0.35以上0.5以下の範囲とし、IDT12の端部である第2領域と第3領域では反射が大きくなるようにライン占有率を0.35未満としている。
弾性表面波共振子1に生ずる弾性表面波の定在波は、IDT12の中央に配置された第1領域14aで振動変位が大きくなり、その両外側に配置された第2領域14bおよび第3領域14cでは振動変位が小さい。振動変位の大きい第1領域14aにおいては、CI値の上昇を抑制するため電気機械結合係数の高まるライン占有率を選択し、振動変位の小さい第2領域14bおよび第3領域14cにおいてはIDT12内への振動エネルギーの閉じ込め効果を高めるために、弾性表面波の反射を大きくするライン占有率を選択する。これにより、CI値とQ値の両方が良好な弾性表面波共振子1を実現することができる。
このことから、Q値を向上させて弾性表面波共振子1の小型化を可能にし、CI値を低減して消費電力の少ない弾性表面波共振子1を提供することができる。
図7はIDTのライン占有率と周波数変動量との関係を示すグラフである。
この図のように、ライン占有率ηが0.1から大きくなるに従い、周波数変動量は小さくなっていき、ライン占有率ηが約0.4において、ライン占有率ηが変動したときの周波数変動量が最小となる。
振動変位の大きいIDT12の第1領域14aでは、ライン占有率ηが変動したときの周波数変動量する感度が高く、ライン占有率ηが変動に対して、周波数が大きく変動する。一方、IDT12の端部である第2領域14b、第3領域14cでは、振動変位が小さく、これらの部分でライン占有率ηが変動しても、弾性表面波共振子1の周波数に及ぼす影響は小さい。
このため、第1領域14aに周波数変動量が小さいライン占有率ηの範囲を選択すれば、ライン占有率ηが変動したときの周波数変動量を小さくすることができる。
本実施形態ではIDT12の第1領域14aのライン占有率ηcとして、0.35以上0.5以下としている。
従って、製造時の周波数ばらつきを低減でき、周波数精度の高い弾性表面波共振子1を得ることができる。
図8は電極指間隔シフト量とQ値の関係を示すグラフである。
電極指間隔シフト量は、IDT12の第1領域14aにおける電極指間隔PTcと、第2領域14bまたは第3領域14cにおける電極指間隔PTsとの比PTs/PTcである。
従来の弾性表面波共振子100は、電極指間隔シフト量が1.007のときに最大にQ値20500を得る。また、本実施形態の弾性表面波共振子1は電極指間隔シフト量が1.010のときに最大のQ値22700となり、従来の弾性表面波共振子100に比べて約11%のQ値を高めることができる。
また、電極指間隔シフト量を1.006以上、1.014以下に設定すれば、従来の弾性表面波共振子100に比べてQ値が向上した弾性表面波共振子1が得られる。
(第2の実施形態)
次に、第2実施形態の弾性表面波共振子について説明する。本実施形態は、第1の実施形態とは水晶基板における弾性表面波伝搬方向およびライン占有率の値が異なる。水晶基板にはSTカット水晶基板が用いられ、カット面及び弾性表面波伝搬方向をオイラー角(φ,θ,ψ)で表示すると、オイラー角(−1°〜+1°,113°〜135°,−3°〜+3°)の水晶基板を用いている。
弾性表面波共振子は、図4における水晶基板11において、弾性表面波の伝搬方向がX軸(ψ=0°±3°)となるようにIDTを配置するものである。
また、IDTの各領域における電極指間隔は第1の実施形態と同様(図1,図2参照)であり、弾性表面波共振子の構成の説明は省略する。
図9はIDTにおけるライン占有率と実効的結合係数との関係を示すグラフである。図10はライン占有率と規格化反射量との関係を示すグラフである。これらのグラフは水晶基板の一例としてオイラー角(0°,123°,0°)の水晶基板を用い、アルミニウム電極の厚みを0.04λとしたときのライン占有率との関係を示したものである。
図9に示すように、ライン占有率ηが0.2から大きくなるに従い、実効的結合係数が上昇してライン占有率ηが約0.5にて実効的結合係数が最大になる。このときの実効的結合係数はおよそ0.075%であり、同じQ値であれば、CI値または等価抵抗R1が最小となる。そして、ライン占有率ηが0.5から大きくなると実効的結合係数が低下する。
本実施形態では、IDT12の第1領域には、大きな実効的結合係数を有するライン占有率ηの範囲として、0.4以上0.6以下の範囲を選択している。
図10に示すように、ライン占有率ηが0.2から大きくなるに従い、規格化反射量が上昇する。
ここで、規格化反射量とは反射によって生じる周波数低下率から求めた弾性表面波反射量である。具体的には、ストップバンドの下端での共振周波数をFl、ストップバンドの上端での共振周波数をFh、水晶基板11の自由表面における弾性表面波伝搬速度をVf、弾性表面波の波長をλとした場合、規格化反射量は{(Fh−Fl)/2}/(Vf/λ)で表されるパラメータである。
反射量はライン占有率ηが約0.8で弾性表面波の反射がほぼ最大となり、このとき、共振子における振動エネルギーの閉じ込めが良好になり、Q値が最大となる。
このことから、本実施形態では、IDT12の第2領域および第3領域には、大きな反射を有するライン占有率ηの範囲として、0.6を超える値の範囲を選択している。
本実施形態では、IDTにおいて、第1領域では、実効的結合係数の大きなライン占有率である0.4以上0.6以下の範囲とし、IDT12の端部である第2領域と第3領域では反射が大きくなるようにライン占有率0.6を超える値としている。
弾性表面波共振子に生ずる弾性表面波の定在波は、IDTの中央に配置された第1領域で振動変位が大きくなり、その両外側に配置された第2領域および第3領域では振動変位が小さい。振動変位の大きい第1領域においては、CI値の上昇を抑制するため電気機械結合係数の高まるライン占有率を選択し、振動変位の小さい第2領域および第3領域においてはIDT内への振動エネルギーの閉じ込め効果を高めるために、弾性表面波の反射を大きくするライン占有率を選択する。これにより、CI値とQ値の両方が良好な弾性表面波共振子を実現することができる。
このことから、Q値を向上させて弾性表面波共振子の小型化を可能にし、CI値を低減して消費電力の少ない弾性表面波共振子を提供することができる。
なお、第1、第2の実施形態では、IDT、反射器の電極材料としてアルミニウムを用いたが、アルミニウム合金でも同様の効果を奏する。また、アルミニウム以外の電極材料として、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、タングステン(W)、タンタル(Ta)および、これらのいずれかを主成分とする合金などを用いても良い。
さらに、第1、第2の実施形態では、IDTの電極の膜厚をそれぞれ0.06λまたは0.04λ(λは弾性表面波の波長)としたが、これ以外の電極膜厚でも、同様な効果が得られることを確認した。
また、第1、第2の実施形態では、IDTの第1領域のライン占有率ηcと反射器のライン占有率ηrを等しく設定しているが、ηcとηrは必ずしも等しくする必要はない。例えば、反射器での反射が大きくなるように反射器のライン占有率ηrを設定しても良く、この場合第1の実施形態では反射器のライン占有率ηrを0.35未満にし、第2の実施形態では反射器のライン占有率ηrが0.6を超える値とすればよい。反射器のライン占有率はIDTの第2領域と第3領域の少なくとも一方のライン占有率と等しくしても良いし、IDTの第1〜第3領域と反射器の全ての領域でライン占有率が異なるようにしても良い。
また、第1、第2の実施形態では、IDTの第2領域と第3領域とで電極指間隔を等しくしたが、第2領域と第3領域の電極指間隔は互いに異なっていても良い。
また、第1、第2の実施形態では、IDTの両側に反射器を設けた構成としたが、反射器のない構成としても、同様な効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
上述した弾性表面波共振子をパッケージ内に搭載して弾性表面波発振器を構成することができる。
図11は弾性表面波共振子をパッケージ内に搭載した弾性表面波発振器を示す概略断面図である。
弾性表面波発振器30は、セラミックパッケージ31、ICチップ32、弾性表面波共振子1、蓋体37などを備えている。
セラミックパッケージ31には、開口された凹部38が形成されている。また、セラミックパッケージ31には凹部38を囲むようにコバールなどの金属材料で形成されたシームリング35が設けられている。さらに、セラミックパッケージ31の外周面には、回路基板などの外部との接続を果たす外部接続電極36が形成されている。なお、図示しないが外部接続電極36とセラミックパッケージ31の凹部38内とを接続する配線が設けられている。
セラミックパッケージ31の凹部38の底面には回路素子としてICチップ32が固定され、金線などの金属ワイヤにて実装されている。ICチップ32には、弾性表面波共振子1を励振する発振回路を備え、温度補償回路、電圧制御回路などを含んでいても良い。また、セラミックパッケージ31の凹部38の棚部には、弾性表面波共振子1が接着剤34にて固定されている。そして、IDTに接続されるパッドとセラミックパッケージ31に設けられた配線とが金属ワイヤ33にて接続されている。
セラミックパッケージ31の凹部38の上方にはコバールなどの金属材料で形成された蓋体37が配置され、蓋体37とシームリング35とをシーム溶接することで、セラミックパッケージ31の凹部38内を気密に封止している。
このように、Q値が向上しCI値が低減した弾性表面波共振子1をセラミックパッケージ31内に搭載していることから、弾性表面波の励振が安定し、消費電力が低下した弾性表面波発振器30を得ることができる。
(第4の実施形態)
また、上述した弾性表面波共振子を搭載して弾性表面波モジュール装置を構成することができる。
図12は弾性表面波モジュール装置の一例として、回路基板に弾性表面波共振子を搭載して受信機モジュールを構成した回路ブロック図である。
受信機モジュール40は、受信アンテナ41、低雑音増幅器(LNA)42、混合器43、局部発振器44、中間周波(IF)増幅器45、検波器46を備えている。
受信アンテナ41はLNA42を介して混合器43の入力に接続している。また、局部発振器44も混合器43の入力に接続している。この局部発振器44は、弾性表面波共振子と弾性表面波共振子を励振させる発振回路を備えている。これにより、局部発振器44は、周波数信号を混合器43に確実に出力できる。そして、混合器43の出力には、IF増幅器45と検波器46が直列に接続している。
相手方となる送信機から送信された信号は、受信アンテナ41を介してLNA42に入力し、LNA42で増幅された後に混合器43に入力する。混合器43は、局部発振器44から周波数信号を入力して、LNA42から入力した信号をダウンコンバートして出力する。ダウンコンバートされた信号は、IF増幅器45で増幅された後に検波器46に入力して検波される。このような構成にすることにより、受信機モジュール40は、送信機から送信された信号を受信できる。また、受信機モジュール40は、局部発振器44に上述した弾性表面波共振子を備えているので、安定して信号を受信でき、消費電力の少ない受信機モジュールを得ることができる。
なお、上記の受信機モジュールを外装などに取り付けて、電子機器として構成することも可能である。
第1の実施形態における弾性表面波共振子の構成を示す模式平面図。 第1の実施形態における電極指の位置と電極指間隔の関係を示す説明図。 第1の実施形態における電極指の位置とライン占有率の関係を示す説明図。 水晶基板の切り出し角度及び弾性表面波伝搬方向を示す説明図。 第1の実施形態におけるライン占有率とIDTにおける実効的結合係数との関係を示すグラフ。 第1の実施形態におけるライン占有率とIDTにおけるQ値との関係を示すグラフ。 第1の実施形態におけるライン占有率と周波数変動の関係を示すグラフ。 第1の実施形態における電極指間隔シフト量とQ値の関係を示すグラフ。 第2の実施形態におけるライン占有率とIDTにおける実効的結合係数との関係を示すグラフ。 第2の実施形態におけるライン占有率と規格化反射量との関係を示すグラフ。 第3の実施形態における弾性表面波発振器を示す概略断面図。 第4の実施形態における受信機モジュールを構成した回路ブロック図。 従来技術を用いた弾性表面波共振子の説明図。 ライン占有率を説明する説明図。
符号の説明
1…弾性表面波共振子、8…水晶Z板、11…水晶基板、12…IDT、12a,12b…IDTの電極指、13…反射器、13a…反射器の電極指、14a…第1領域、14b…第2領域、14c…第3領域、30…弾性表面波発振器、31…セラミックパッケージ、32…ICチップ、33…金属ワイヤ、34…接着剤、35…シームリング、36…外部接続電極、37…蓋体、40…受信機モジュール、41…受信アンテナ、42…低雑音増幅器(LNA)、43…混合器、44…局部発振器、45…中間周波(IF)増幅器、46…検波器。

Claims (7)

  1. 圧電基板上に弾性表面波を励振する電極指を有するIDTが設けられた弾性表面波共振子であって、
    前記電極指の幅を、隣接する前記電極指の中心と中心との間隔である電極指間隔で除した値をライン占有率とし、
    前記IDTにおける電気機械結合係数が最大となるライン占有率と、前記弾性表面波の反射が最大となるライン占有率とが異なり、
    前記IDTは、中央部に配置された第1領域と、該第1領域の両側に配置された第2領域および第3領域とを備え、
    前記電極指間隔が前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域のそれぞれの領域内において一様であり、かつ前記第1領域に比べて前記第2領域および前記第3領域は前記電極指間隔が大きく形成され、
    前記ライン占有率が前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域のそれぞれの領域内において一様であり、前記第1領域は前記第2領域および前記第3領域に比べて電気機械結合係数が大きくなるライン占有率を有し、前記第2領域および前記第3領域は前記第1領域に比べて前記弾性表面波の反射が大きくなるライン占有率を有していることを特徴とする弾性表面波共振子。
  2. 請求項1に記載の弾性表面波共振子において、
    前記第1領域における電極指間隔PTcと前記第2領域おける電極指間隔PTs2との比PTs2/PTcが、1.006以上、1.014以下であり、かつ、
    前記第1領域における電極指間隔PTcと前記第3領域おける電極指間隔PTs3との比PTs3/PTcが、1.006以上、1.014以下であることを特徴とする弾性表面波共振子。
  3. 請求項1または2に記載の弾性表面波共振子において、
    前記第1領域では電気機械結合係数が最大となるライン占有率を有し、
    前記第2領域および前記第3領域では前記弾性表面波の反射が最大となるライン占有率を有していることを特徴とする弾性表面波共振子。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の弾性表面波共振子において、
    前記圧電基板がオイラー角(−1°〜+1°,113°〜135°,±(40°〜49°))の水晶基板であり、
    前記第1領域のライン占有率が0.35以上0.5以下で、前記第2領域および前記第3領域のライン占有率が0.35未満、であることを特徴とする弾性表面波共振子。
  5. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の弾性表面波共振子において、
    前記圧電基板がオイラー角(−1°〜+1°,121°〜132°,−3°〜+3°)の水晶基板であり、
    前記第1領域のライン占有率が0.4以上0.6以下で、前記第2領域および前記第3領域のライン占有率が0.6を超える値、であることを特徴とする弾性表面波共振子。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の弾性表面波共振子と回路素子とをパッケージに搭載したことを特徴とする弾性表面波発振器。
  7. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の弾性表面波共振子を回路基板に搭載したことを特徴とする弾性表面波モジュール装置。
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