JP4591800B2 - 弾性表面波デバイスおよび弾性表面波発振器 - Google Patents

Description

本発明は、Ｒａｙｌｅｉｇｈ型弾性表面波のストップバンドにおける上限モードを利用した弾性表面波デバイス、およびこのデバイスを搭載した弾性表面波発振器に関する。

弾性表面波素子片を構成するＩＤＴや反射器は、複数の導体ストリップを有しており、導体ストリップの周期構造により、特定の周波数領域のＳＡＷを高い反射係数で反射する周波数帯域、即ちストップバンドを形成している。

所定の面内回転角度ψを持ったＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波デバイスであって、Ｒａｙｌｅｉｇｈ型弾性表面波のストップバンドにおける上限モードを励振させることのできるものは、周波数温度特性に優れていることが知られている。また、弾性表面波の１波長中に２本の電極指を設ければ良いシングル型のＩＤＴを採用することができることより、従来、ストップバンドの上限を励振する際に必要とされていた反射反転型のＩＤＴ（弾性表面波の１波長中に３本の電極指を設けるもの）を採用する場合に比べて、高周波化する際の電極の微細化難易度を低くすることができ、高周波化も容易となることが知られている。さらに、ストップバンドの上限モードの励振は、ＩＤＴの抵抗値を小さくするために電極膜の膜厚を厚くした場合における周波数の変化量、即ち電極膜厚の変動による周波数変化量が下限モードの励振に比べて小さいということも知られている（例えば特許文献１参照）。

ここで、特許文献１には、弾性表面波の伝播方向を水晶のＸ軸からずらすことで、ストップバンドの上限モードのＳＡＷが励振可能となる旨の記載がある。
特許文献２には、電極指を多数並べた周期構造にて生じるＳＡＷの周期的な反射によってストップバンドが形成されることが記載されており、反射反転型ＩＤＴについても詳細に開示されている。また、ストップバンド内の下端（下限）及び上端（上限）のそれぞれの周波数において共振状態となり、定在波が形成され、下限モードと上限モードのそれぞれの定在波の腹（または節）の位置が互いにずれる旨の記載がある。
特開２００６−１４８６２２号公報 特開平１１−２１４９５８号公報

特許文献１に開示されているような構成の弾性表面波デバイスであれば確かに、周波数温度特性が良好で、高周波化に適し、膜厚の変化による周波数の変化量も小さくすることができる。しかし、特許文献１の発明では、量産時における製造誤差が考慮されていない。例えば、ＳＡＷデバイスの製造工程において、レジストパターンを形成し、ウエットエッチングにより電極パターンを形成する際などには、レジストパターンの厚みや幅の違いや、電極パターンの側面からエッチングが進行するサイドエッチングの影響を受け、ＩＤＴを構成する電極指の線幅に誤差が生じることがある。電極パターンをドライエッチングにて形成する場合は、サイドエッチングによる電極指線幅ばらつきは軽減されるが、レジストパターンの厚みや幅のばらつきによる電極指の線幅ばらつきについては、ウエットエッチングの場合と同様に生じてしまう。

また、特許文献１に開示されたような面内回転角を持つ水晶基板を用いた弾性表面波デバイスでは、製造誤差等により個体間でのライン占有率ηが変動した場合、温度変化時における周波数の変動量が大きく変化することとなる。すなわち、周波数温度特性のバラつきが大きくなるのである。このような問題は、少なからず線幅の変動が生じる量産化において、製品の信頼性、品質という点で大きな課題となる。

そこで本発明では、電極指の線幅が変動した場合におけるＳＡＷデバイス個体間の温度変化に起因する周波数変動量の差、すなわち周波数温度特性のバラつきを少なくし、量産化に適した弾性表面波デバイス、およびこのデバイスを搭載した弾性表面波発振器を提供することを目的とする。

本発明は、上述の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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明に係る第１の形態は、少なくともＲａｙｌｅｉｇｈ型弾性表面波を励振させるための電極パターンとしてのＩＤＴを備え、前記弾性表面波のストップバンドの上限モードを励振させる弾性表面波デバイスであって、前記ＩＤＴを形成するための圧電基板として、（φ，θ，ψ）で示すオイラー角表示で（０°，９５°≦θ≦１５５°，３３°≦｜ψ｜≦４６°）のカット角で切り出された水晶基板を採用し、前記ＩＤＴを構成する櫛歯状電極の電極指間に電極指間溝を形成することで、前記電極指間溝で挟まれた水晶部分を電極指台座とし、該電極指台座の上面に前記電極指が位置する構成とし、電極材料をアルミニウムとした前記ＩＤＴを構成する前記電極指のライン占有率ηを０．８±ｙとし、前記電極指台座の厚みＨｄを、前記電極指の膜厚と前記電極指台座の厚みを足した厚みＨで除した値をＨｄ／Ｈとしたとき、前記ｙと前記Ｈｄ／Ｈとの関係が、ｙ＝０．１８２５×（Ｈｄ／Ｈ）^４−０．１７５３×（Ｈｄ／Ｈ）^３＋０．０７２６×（Ｈｄ／Ｈ）^２−０．００５８×（Ｈｄ／Ｈ）＋０．００８５を満たし、前記Ｈｄ／Ｈが０．１６７以上であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
本発明に係る第２の形態は、第１の形態に記載の弾性表面波デバイスであって、前記Ｈｄ／Ｈが０．３以上０．８３３以下であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
本発明に係る第３の形態は、第１の形態または第２の形態に記載の弾性表面波デバイスであって、前記水晶基板の表面に、前記ＩＤＴを前記弾性表面波の伝播方向に挟み込むように反射器を配設し、導体ストリップ間溝を前記反射器を構成する導体ストリップ間に形成し、前記導体ストリップ間溝で挟まれた導体ストリップ台座と、この上面に形成された前記導体ストリップとを有することを特徴とする弾性表面波デバイス。
本発明に係る第４の形態は、第１乃至第３の形態のいずれか１形態に記載の弾性表面波デバイスと、前記ＩＤＴを駆動するためのＩＣを備えたことを特徴とする弾性表面波発振器。
［適用例１］少なくともＲａｙｌｅｉｇｈ型弾性表面波を励振させるための電極パターンとしてのＩＤＴを備え、前記弾性表面波のストップバンドの上限モードを励振させる弾性表面波デバイスであって、前記ＩＤＴを形成するための圧電基板として、（φ，θ，ψ）で示すオイラー角表示で（０°，９５°≦θ≦１５５°，３３°≦｜ψ｜≦４６°）のカット角で切り出された水晶基板を採用し、前記ＩＤＴを構成する櫛歯状電極の電極指間に電極指間溝を形成することで、前記電極指間溝で挟まれた水晶部分を電極指台座とし、該電極指台座の上面に前記電極指が位置する構成としたことを特徴とする弾性表面波デバイス。

このような構成とすることにより、製造工程においてＩＤＴを構成する電極指の線幅に誤差が生じた場合であっても、周波数温度特性における個体間の頂点温度の乖離を小さくすることができる。このため、動作温度範囲内における周波数変動量の差も少なくすることができ、弾性表面波デバイスの量産化に適応することができる。すなわち、ＳＡＷデバイス個体間での周波数温度特性のバラつきを少なくすることができる。

［適用例２］適用例１に記載の弾性表面波デバイスであって、前記水晶基板の表面に、前記ＩＤＴを前記弾性表面波の伝播方向に挟み込むように反射器を配設し、導体ストリップ間溝を前記反射器を構成する導体ストリップ間に形成し、前記導体ストリップ間溝で挟まれた導体ストリップ台座と、この上面に形成された前記導体ストリップとを有することを特徴とする弾性表面波デバイス。
このような特徴を有することにより、反射器における弾性表面波の反射効率を向上させることができる。

［適用例３］適用例２に記載の弾性表面波デバイスであって、前記ＩＤＴのストップバンド上端周波数をｆｔ２、前記反射器のストップバンド下端周波数をｆｒ１、前記反射器のストップバンド上端周波数をｆｒ２としたとき、ｆｒ１＜ｆｔ２＜ｆｒ２を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。

このような特徴を有することにより、ＩＤＴのストップバンド上端周波数ｆｔ２において、反射器の反射係数｜Γ｜が大きくなり、ＩＤＴから励振されたストップバンド上限モードのＳＡＷが、反射器にて高い反射係数でＩＤＴ側に反射されるようになる。そしてストップバンド上限モードのＳＡＷのエネルギー閉じ込めが強くなり、低損失な共振子を実現することができる。

［適用例４］適用例３に記載の弾性表面波デバイスであって、前記ＩＤＴの前記電極指間溝の深さよりも、前記反射器の前記導体ストリップ間溝の深さの方が浅いことを特徴とする弾性表面波デバイス。
このような特徴を有することで反射器のストップバンドをＩＤＴのストップバンドより高域側へ周波数シフトさせることができる。このため、ｆｒ１＜ｆｔ２＜ｆｒ２の関係を実現させることが可能となる。

［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれかに記載の弾性表面波デバイスであって、前記ＩＤＴを構成する前記電極指のライン占有率ηを０．８±ｙとし、前記電極指台座の厚みＨｄを、前記電極指の膜厚と前記電極指台座の厚みを足した厚みＨで除した値をＨｄ／Ｈとしたとき、前記ｙと前記Ｈｄ／Ｈとの関係が、ｙ＝０．１８２５×（Ｈｄ／Ｈ）^４−０．１７５３×（Ｈｄ／Ｈ）^３＋０．０７２６×（Ｈｄ／Ｈ）^２−０．００５８×（Ｈｄ／Ｈ）＋０．００８５を満たすことを特徴とする弾性表面波デバイス。
このような特徴を有することにより、Ｈｄ／Ｈの値に基づいて、周波数温度特性を良好に保つことのできるライン占有率の許容交差ｙを求めることができる。

［適用例６］適用例５に記載の弾性表面波デバイスであって、前記Ｈｄ／Ｈが０．１６７以上であることを特徴とする弾性表面波デバイス。このような構成とすることにより、０℃から８０℃の温度範囲において、周波数温度特性の変動を１５ｐｐｍ以内に抑えることができる。

［適用例７］適用例６に記載の弾性表面波デバイスであって、前記Ｈｄ／Ｈが０．３以上０．８３３以下であることを特徴とする弾性表面波デバイス。このような構成とすることにより、０℃から８０℃の温度範囲における周波数変動量を２０ｐｐｍ以下にすることができる。

［適用例８］適用例１乃至適用例７のいずれかに記載の弾性表面波デバイスと、前記ＩＤＴを駆動するためのＩＣを備えたことを特徴とする弾性表面波発振器。

以下、図面を参照しつつ本発明の弾性表面波デバイス、および弾性表面波発振器に係る実施の形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る弾性表面波（ＳＡＷ：ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）デバイス１０は、図１に示すように、圧電基板１２と、ＩＤＴ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）１６、および反射器２４とを基本として構成される共振子型のものである。圧電基板１２としては、図２に示すように、結晶軸をＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、およびＺ軸（光軸）で示す水晶基板を用いる。

ここで、オイラー角について説明する。オイラー角（０°，０°，０°）で表される基板は、Ｚ軸に垂直な主面を有するＺカット基板となる。ここで、オイラー角（φ，θ，ψ）のφはＺカット基板の第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Ｚカット基板の第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軸へ回転する方向を正の回転角度とした第２の回転角度である。圧電基板のカット面は、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Ｚカット基板の第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。ＳＡＷ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。

本実施形態では、オイラー角（０°，９５°≦θ≦１５５°，３３°≦｜ψ｜≦４６°）で表される面内回転ＳＴカット水晶基板を採用した。当該面内回転ＳＴカット水晶基板を採用することにより、温度変化に対する周波数の変化が小さく、周波数温度特性が良好なＳＡＷデバイスを構成することが可能となる。

ＩＤＴ１６は、複数の電極指２２（２２ａ，２２ｂ）の基端部をバスバー２０（２０ａ，２０ｂ）で接続した櫛歯状電極１８（１８ａ，１８ｂ）を一対有し、一方の櫛歯状電極１８ａを構成する電極指２２ａと他方の櫛歯状電極１８ｂを構成する電極指２２ｂとを所定の間隔をあけて交互に配置している。ここで、電極指２２は、弾性表面波の伝播方向であるＸ′軸と直交する方向に配置される。このようにして構成される弾性表面波デバイス１０によって励起される弾性表面波は、Ｒａｙｌｅｉｇｈ型の弾性表面波である。そしてこのように、弾性表面波の伝播方向を水晶の結晶軸であるＸ軸からずらすことで、ストップバンドの上限モードの弾性表面波を励起することが可能となるのである。

また、反射器２４は、前記ＩＤＴ１６を弾性表面波の伝播方向に挟み込むように一対設けられる。具体的構成としては、ＩＤＴ１６を構成する電極指２２と平行に設けられる複数の導体ストリップ２６の両端をそれぞれ接続したものである。

このようにして構成されるＩＤＴ１６や反射器２４を構成する電極材料としては、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。

上記のような基本構成を有する本実施形態に係るＳＡＷデバイス１０は上述したように、弾性表面波の伝播方向を水晶の結晶軸であるＸ軸からずらしているので、ストップバンドの上限モードでの励振が可能となる。また、本実施形態に係るＳＡＷデバイス１０では、ＩＤＴ１６における電極指２２間にグルーブ（電極指間溝）２８を形成するために、電極パターン１４の形成部分を除く水晶基板表面を所定量掘り込んで、電極指台座を構成している。このような構成とすることで、ＩＤＴ１６を構成する電極指２２のライン占有率ηが変動した場合における周波数温度特性の変化を小さくすることができる。なお、ライン占有率ηとは、電極指２２の線幅ｄを電極指２２間のピッチｐで除した値である。したがって、ライン占有率ηは、数式１で示すことができる。

次に、電極指２２間に溝２８を設けない場合と、電極指２２間に溝２８を設ける場合とについての一例を挙げ、その構成における周波数変動量の差を示すこととする。
共振周波数を３２２ＭＨｚとするＳＡＷ共振子の場合を例に挙げると、設計値の一例として、電極膜厚を０．６μｍとするものを挙げることができる。これに対し、本実施形態に係るＳＡＷデバイス１０（共振子）の場合、例えば電極膜厚の半分、すなわち０．３μｍ程度を溝２８（ここで、電極指２２間の溝を電極指間溝、導体ストリップ間の溝を導体ストリップ間溝と定義し、以下合わせて溝と称する）の堀量により補い、水晶による台座（電極指台座３０、導体ストリップ台座３２）を構成することで、実際の電極膜厚を０．３μｍとしてＩＤＴ１６、および反射器２４を構成する。

なお、反射器２４における導体ストリップ間溝は設けずに、ＩＤＴ１６の電極指間溝のみを設けるという形態でもよい。ただし、本実施形態のように、ＩＤＴ１６の電極指間溝だけでなく反射器２４の導体ストリップ間溝をも設ける方が、反射器２４におけるＳＡＷの反射係数を大きくすることができるので好ましい。

ＩＤＴ１６等の電極指間に溝２８を形成しない場合と、溝２８を形成した場合とにおける周波数温度特性の変化について図３に示す。図３は、電極指間に溝２８を形成しない場合（図３（Ａ））と、溝２８を形成した場合（図３（Ｂ））とを示す。図３に示すグラフにおいて縦軸は周波数の変動量、横軸は温度を示している。

図３には、溝２８が無い場合、有る場合共に、ライン占有率ηの目標値を０．８としており、ηを±に０．１ずつ振った場合の例を示している。図３から読み取れるように、溝２８が無い場合には、η＝０．９の時、動作温度範囲内における周波数変動量が最大で１７０ｐｐｍ程度となる（図３（Ａ））。これに対して、溝２８を設けた場合には、図３（Ｂ）に示すように、η＝０．９の場合であっても、最大で１００ｐｐｍ程度とすることができる。また、ライン占有率ηの変化による周波数温度特性の変動も溝２８を形成した方が小さい。このように、溝２８を形成することで、ライン占有率ηのばらつきによる周波数温度特性の変動を小さくすることができる上、最大の周波数変動量も小さくすることができる。

ここで、図３に示した例では、説明を解り易くするために、ライン占有率ηの振り幅を±０．１としたが、実際の生産工程におけるライン占有率ηのばらつきは、０．０１程度である。そして、このような精度で生産されるＳＡＷデバイス１０（例えばＳＡＷ共振子）における周波数変動量は、０°から８０°までの間で、基準温度（例えば２５℃）における共振周波数（例えば３２２ＭＨｚ）から±５０ｐｐｍ（動作範囲内（−４０℃から８５℃までは１００ｐｐｍ）程度に抑えることが好ましく、さらには０°から８０°までの間で±１０ｐｐｍ以内（幅で２０ｐｐｍ以下）に抑えることが望ましい。

このような関係・条件の下、溝深さとライン占有率ηの許容範囲、および最適な溝深さの関係を導き出すための１つの手段として、次のようなものがある。すなわち、水晶により構成された圧電基板１２の表面に、所定深さの溝２８を設けた場合における目標のライン占有率ηと、当該ライン占有率ηの振り幅、例えばη±０．０１における所定温度レンジ（例えば０℃から８０℃）の周波数変動量をそれぞれ求め、ライン占有率ηの振り幅に基づく周波数変動量の最大値、最小値を導き出す。その後、前記最大値と最小値との差が許容される周波数変動量の範囲内（例えば１５ｐｐｍ以内）となる溝深さを導き出すというものである。

ここで、図４に示すグラフは、溝２８の深さを０．３μｍ、ライン占有率ηの振り幅を±０．０１、電極指台座３０の厚みとＩＤＴ１６の電極膜厚を合わせた厚み、導体ストリップ台座３２の厚みと反射器２４の電極膜厚とを合わせた厚みをそれぞれ０．６μｍ（電極膜厚０．３μｍ）とした場合における周波数変動量の変移を示すものである。図４に示す０℃から８０℃までの温度レンジにおいて、周波数変動量が最大値を示すものは、ライン占有率ηをプラス側に振ったもの、すなわちライン占有率η＝０．８１とした場合のＳＡＷ共振子である。具体的には、上述した温度レンジにおいて、周波数変動量は、１７ｐｐｍであった（図５参照）。そして、周波数変動量が最小となるのは、ライン占有率ηが目標値のとき、すなわちライン占有率η＝０．８とした場合のＳＡＷ共振子である。この場合における０℃から８０℃までの周波数変動量は、１０ｐｐｍであった（図６参照）。

このような結果について、電極指台座３０の厚みとＩＤＴ１６の電極膜厚を合わせた厚み、導体ストリップ台座３２の厚みと反射器２４の電極膜厚とを合わせた厚みをそれぞれ０．６μｍに固定した上で、溝２８の堀量を０から０．４μｍ（即ち、台座の厚みＨｄを、電極膜厚と台座の厚みを足した厚みＨで除した値で表される基準化台座厚みＨｄ／Ｈを０〜０．６６７）としてそれぞれ算出し、最大変動（量）、最小変動（量）、平均としてその値をそれぞれグラフにプロットしたものが、図７に示すグラフである。なおこの場合、溝２８の深さの変更は、電極指台座３０、導体ストリップ台座３２の厚み（高さ）と電極膜厚の割合（比率）の変化を示すものである。

図７に示すグラフによれば、ライン占有率ηを±０．０１振った場合では、０℃から８０℃の温度範囲における周波数変動量を２０ｐｐｍ以内に収めるには、溝２８の深さを０．１８μｍ以上とする必要がある。これを、電極膜厚との関係で示すと、電極指台座３０と電極膜を合わせた厚み、または導体ストリップ台座３２と電極膜を合わせた厚みを０．６μｍとした場合、溝２８の深さはそれぞれの厚みの３割以上、即ち、基準化台座厚みＨｄ／Ｈが０．３以上ということができる。また、ライン占有率ηの変動量±０．０１における周波数温度特性の変動（即ち、周波数変動量の最大値と最小値の差）を１５ｐｐｍ以内に抑えるためには、溝２８の深さを０．１μｍ以上（即ち、基準化台座厚みＨｄ／Ｈを０．１６７以上）にし、少なくとも０．５μｍ以下（即ち、基準化台座厚みＨｄ／Ｈが０．８３３以下）にすればよい。

なお図７には、基準化台座厚みＨｄ／Ｈが０．３以上０．６６７以下の範囲において、０℃から８０℃における周波数変動量が２０ｐｐｍ以下になる旨のデータが記載されており、基準化台座厚みＨｄ／Ｈが大きくなるほど温度による周波数変動量が小さくなる傾向が顕著に見られる。よって、基準化台座厚みＨｄ／Ｈを０．６６７より大きくし、少なくとも０．８３３以下（０．５μｍ以下）にすれば、０℃から８０℃の温度範囲における周波数変動量を１５ｐｐｍ以下にすることができる。

０℃から８０℃の温度範囲における周波数変動量を２０ｐｐｍ以内に収めるためのライン占有率ηの許容公差（±ｙ）は、溝２８の深さが変更されることで変化する。図８は、基準化台座厚みＨｄ／Ｈと、０℃から８０℃における周波数変動量を２０ｐｐｍ以内に収めるためのライン占有率ηの許容公差（±ｙ）との関係について表したものである。図８からは、０℃から８０℃における周波数変動量を２０ｐｐｍ以内に収めることのできるライン占有率ηの許容公差（±ｙ）を読み取ることができる。また、図８によれば、溝２８の深さが増すに従って、ライン占有率ηの許容公差（±ｙ）が指数関数的に大きくなることを読み取ることができる。つまり、０℃から８０℃の温度範囲における周波数変動量を２０ｐｐｍ以内に収めるためのライン占有率η±ｙと表した場合、η＝０．８、且つｙ＝０．１８２５×（Ｈｄ／Ｈ）^４−０．１７５３×（Ｈｄ／Ｈ）^３＋０．０７２６×（Ｈｄ／Ｈ）^２−０．００５８（Ｈｄ／Ｈ）＋０．００８５とすればよいことが図８から分かる。

なお、図８に示すライン占有率ηと溝２８の深さとの関係を実際の電極指２２の幅寸法（μｍ）と溝２８の深さとの関係に変換すると、図９のように示すことができる。例えば図９に示す関係から、電極指２２の幅寸法の誤差を±０．１μｍとした場合、溝２８の深さは０．４μｍ以上必要であるということができる。

ところで、実験によると、ライン占有率ηの誤差によって動作範囲内における周波数温度特性に変動が生じた場合であっても、当該周波数温度特性を示す二次温度係数には大きな違いは生じないことが判った。このことより、周波数変動量の多寡は、周波数温度特性を示すグラフにおける頂点温度のズレによって生ずるものとすることができ、頂点温度を近似させること、すなわち基準温度に対する頂点温度のズレ量を少なくすることで、所定温度レンジにおける周波数変動量を示すグラフの傾きも近似するということができる。そして、このような構成によりＳＡＷデバイスにおける個体間の周波数変動量の差が少なくなれば、生産されるＳＡＷデバイス全体の品質も向上することとなるということもできる。

ここで、図１０、図１１は、圧電基板１２に溝２８を設けたＳＡＷデバイス１０（図１０）と、溝を設けないＳＡＷデバイス（図１１）とにおいて、ライン占有率ηを変化させた場合に頂点温度の変移量に差が生じるのか否かを示したグラフである。図１０や図１１に示す例も共振周波数を３２２ＭＨｚとしたＳＡＷ共振子の例であり、ライン占有率ηを０．８から０．７７５へと変化させた場合における頂点温度のズレを示している。上述したように、図１０、図１１のグラフからは、ライン占有率ηが変化した場合であっても、周波数温度特性を示す二次温度係数に大きな違いが無いことを読み取ることができる。なお、図１０、図１１における周波数温度特性の計測温度範囲は、０℃から８０℃の間である。

上記のような例において、溝２８を設けたＳＡＷデバイス１０の頂点温度は、ライン占有率ηを０．８とした場合に３５℃の位置に存在する（図１０（Ａ）参照）。そして、溝２８を設けたＳＡＷデバイス１０では、ライン占有率ηを０．７７５へと変化させた場合、その頂点温度は６４℃の位置に変移することとなった（図１０（Ｂ）参照）。

一方、溝を設けていないＳＡＷデバイスでは、ライン占有率ηを０．８とすると、頂点温度が３７℃の位置にくる（図１１（Ａ）参照）。そして、溝を設けていないＳＡＷデバイスでは、ライン占有率ηを０．７７５へと変化させた場合、その頂点温度は１３０℃の位置（計測温度範囲外）へと変移することとなった（図１１（Ｂ）参照）。

これらのことより、ＳＡＷデバイス１０の製造工程におけるライン占有率ηの誤差によって生じるＳＡＷデバイス個体間の周波数変動量の差は、水晶によって構成される圧電基板１２に、励振電極１４の膜厚に応じた深さの溝２８を形成することにより減少させることができるということが解る。また、このようなＳＡＷデバイス個体間における周波数変動量の差の減少は、ＳＡＷデバイス個体間の頂点温度を近似させることによっても実現させることができるということも解る。

上記のような構成のＳＡＷデバイス１０の製造工程ではまず、ウエハの一主面に対して励振電極１４の材料となる金属を蒸着やスパッタ等の手段を用いて成膜する。次に、ウエットエッチング等によりＩＤＴ１６や反射器２４の形状形成を行う。次に、ドライエッチング等の手段により、励振電極１４が形成された部分以外の圧電基板１２の表面を所定量掘り込むことで、溝２８を形成する。このとき、励振電極１４を形成した金属膜は、ドライエッチングを行う際のマスクとして利用しても良い。

上記の工程を終了し、圧電基板１２の一主面にＩＤＴ１６や反射器２４を形成した後、ダイシング等の手段を用いてウエハを個片単位のＳＡＷデバイス１０へと分割する。
上記のような構成の本実施形態に係るＳＡＷデバイス１０によれば、溝２８の深さの調整によって、製造工程における電極指２２の幅の誤差範囲内に存在するＳＡＷデバイス１０の周波数温度特性の頂点温度のズレ量を少なくすることができる。このため、製造されたＳＡＷデバイス個体間における周波数変動量の差を少なくし、個々のＳＡＷデバイスそれぞれにおいて周波数変動量を許容範囲内に収めることが可能となる。よって、ＳＡＷデバイス１０を製造する上での歩留りを向上させることが可能となる。

なお、上記実施形態では、電極膜厚と台座の厚みを足した厚みＨを０．６μｍとしたが、本発明はこれに限定するものではない。電極膜厚と台座の厚みを足した厚みＨが０．６μｍ以外の場合でも、オイラー角（０°，９５°≦θ≦１５５°，３３°≦｜ψ｜≦４６°）の水晶基板であり、且つストップバンド上限モードを用いたＲａｙｌｅｉｇｈ型のＳＡＷデバイスであれば、上記実施形態と同様の効果を奏する。
また、必要に応じて、電極指と導体ストリップの少なくとも何れか一方を覆う保護膜を設けてもよい。

また、上記実施形態では、溝２８の掘り込みは、励振電極形成部１４以外の圧電基板１２の表面全体を対象として行う旨記載したが、実際には励振に寄与する部分、例えばＩＤＴ１６における電極指２２の間のみや、ＩＤＴ１６における電極指２２の間と反射器２４における導体ストリップ２６の間のみといった場合であっても、本発明の一部とみなすことができる。

また、ストップバンドの上限モードで励振したＳＡＷを効率よくエネルギー閉じ込めするためには、図１２のように、ＩＤＴ１６のストップバンド上端の周波数ｆｔ２を、反射器２４のストップバンド下端の周波数ｆｒ１と反射器２４のストップバンド上端の周波数ｆｒ２との間に設定すればよい。即ち、ｆｒ１＜ｆｔ２＜ｆｒ２の関係をみたすように設定すればよい。これにより、ＩＤＴ１６のストップバンド上端周波数ｆｔ２において、反射器２４の反射係数｜Γ｜が大きくなり、ＩＤＴ１６から励振されたストップバンド上限モードのＳＡＷが、反射器２４にて高い反射係数でＩＤＴ１６側に反射されるようになる。そしてストップバンド上限モードのＳＡＷのエネルギー閉じ込めが強くなり、低損失な共振子を実現することができる。ここで、ｆｔ２＜ｆｒ１の状態やｆｒ２＜ｆｔ２の状態に設定してしまうと、ＩＤＴ１６のストップバンド上端周波数ｆｔ２において、反射器２４の反射係数｜Γ｜が小さくなってしまい、強いエネルギー閉じ込め状態を実現することが困難になってしまう。

ｆｒ１＜ｆｔ２＜ｆｒ２の状態にするためには、反射器２４のストップバンドをＩＤＴ１６のストップバンドより高域側へ周波数シフトする必要があるが、これは、ＩＤＴ１６の電極指配列周期よりも反射器２４の導体ストリップ配列周期を小さくすることで実現できる。他にも、ＩＤＴ１６の電極指膜厚よりも反射器２４の導体ストリップ膜厚を薄くしたり、ＩＤＴ１６の電極指間溝の深さよりも反射器２４の導体ストリップ間溝の深さを浅くすることで実現できる。また、これらの手法を複数組み合わせて適用してもよい。
また、上記実施形態では、ＳＡＷデバイス１０の一例としてＳＡＷ共振子のみを挙げているが、本発明のＳＡＷデバイスには、ＳＡＷフィルタ等も含まれる。

また、上記実施形態で示したＳＡＷデバイス１０は、反射器２４を有する共振子であったが、本実施形態に係るＳＡＷデバイス１０には、反射器を備えない端面反射型のＳＡＷ共振子も含まれる。

また、本発明に係るＳＡＷ発振器は図１３に示すように、上述したＳＡＷデバイスと、このＳＡＷデバイスのＩＤＴに電圧を印加して駆動制御するＩＣと、これらを収容するパッケージとから成る。なお、図１３において、図１３（Ａ）はリッドを除いた平面図であり、図１３（Ｂ）は、同図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

実施形態に係るＳＡＷ発振器１００では、ＳＡＷデバイス１０とＩＣ５０とを同一のパッケージ５６に収容し、パッケージ５６の底板５６ａに形成された電極パターン５４ａ〜５４ｇとＳＡＷデバイス１０の櫛歯状電極１８ａ，１８ｂ、およびＩＣ５０のパッド５２ａ〜５２ｆとを金属ワイヤ６０により接続している。そして、ＳＡＷデバイス１０とＩＣとを収容したパッケージ５６のキャビティは、リッド５８により気密に封止している。このような構成とすることで、ＩＤＴ１６（図１参照）とＩＣ５０、及びパッケージ５６の底面に形成された図示しない外部実装電極とを電気的に接続することができる。

実施形態に係るＳＡＷデバイスの構成を示す図である。 実施形態に係るＳＡＷデバイスを構成する水晶基板のカット角を示す図である。 従来のＳＡＷデバイスと実施形態に係るＳＡＷデバイスのライン占有率ηを±０．１だけ振った場合の周波数変動量の差を示すグラフである。 実施形態に係るＳＡＷデバイスのライン占有率を±０．０１だけ振った場合の周波数変動量の差を示すグラフである。 ライン占有率ηを振った場合に、当該振り幅の中で周波数変動量が最大となるライン占有率ηを有するＳＡＷデバイスの周波数温度特性を示すグラフである。 ライン占有率ηを振った場合に、当該振り幅の中で周波数変動量が最小となるライン占有率ηを有するＳＡＷデバイスの周波数温度特性を示すグラフである。 溝深さを変化させた場合における周波数変動量の最大値と最小値の移り変わりを示す図である。 ＳＡＷデバイス個体間の周波数変動量を２０ｐｐｍ以内とすることができる溝深さとライン占有率ηの誤差範囲との関係を示すグラフである。 図８に示すグラフのライン占有率ηに関する軸を、実際のＩＤＴにおける電極指幅の誤差として変換したグラフである。 溝を設けたＳＡＷデバイスのライン占有率を変化させた場合における頂点温度のズレ量を示す図である。 溝を設けないＳＡＷデバイスのライン占有率を変化させた場合における頂点温度のズレ量を示す図である。 ＩＤＴと反射器のＳＡＷ反射特性を示す図である。 実施形態に係るＳＡＷ発振器の構成を示す図である。

符号の説明

１０………ＳＡＷデバイス、１２………圧電基板、１４………励振電極、１６………ＩＤＴ、１８（１８ａ，１８ｂ）………櫛歯状電極、２０（２０ａ，２０ｂ）………バスバー、２２（２２ａ，２２ｂ）………電極指、２４………反射器、２６………導体ストリップ、２８………溝、３０………電極指台座、３２………導体ストリップ台座。

Claims (4)

1. 少なくともＲａｙｌｅｉｇｈ型弾性表面波を励振させるための電極パターンとしてのＩＤＴを備え、前記弾性表面波のストップバンドの上限モードを励振させる弾性表面波デバイスであって、
   前記ＩＤＴを形成するための圧電基板として、（φ，θ，ψ）で示すオイラー角表示で（０°，９５°≦θ≦１５５°，３３°≦｜ψ｜≦４６°）のカット角で切り出された水晶基板を採用し、
   前記ＩＤＴを構成する櫛歯状電極の電極指間に電極指間溝を形成することで、前記電極指間溝で挟まれた水晶部分を電極指台座とし、該電極指台座の上面に前記電極指が位置する構成とし、
   電極材料をアルミニウムとした前記ＩＤＴを構成する前記電極指のライン占有率ηを０．８±ｙとし、
   前記電極指台座の厚みＨｄを、前記電極指の膜厚と前記電極指台座の厚みを足した厚みＨで除した値をＨｄ／Ｈとしたとき、前記ｙと前記Ｈｄ／Ｈとの関係が、
   ｙ＝０．１８２５×（Ｈｄ／Ｈ）^４−０．１７５３×（Ｈｄ／Ｈ）^３＋０．０７２６×（Ｈｄ／Ｈ）^２−０．００５８×（Ｈｄ／Ｈ）＋０．００８５
   を満たし、
   前記Ｈｄ／Ｈが０．１６７以上であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 請求項１に記載の弾性表面波デバイスであって、
   前記Ｈｄ／Ｈが０．３以上０．８３３以下であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
3. 請求項１または請求項２に記載の弾性表面波デバイスであって、
   前記水晶基板の表面に、前記ＩＤＴを前記弾性表面波の伝播方向に挟み込むように反射器を配設し、
   導体ストリップ間溝を前記反射器を構成する導体ストリップ間に形成し、前記導体ストリップ間溝で挟まれた導体ストリップ台座と、この上面に形成された前記導体ストリップとを有することを特徴とする弾性表面波デバイス。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の弾性表面波デバイスと、前記ＩＤＴを駆動するためのＩＣを備えたことを特徴とする弾性表面波発振器。