JP5163747B2 - 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

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にあたり、Ｑ値の低下あるいはＣＩ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。
この対策として、例えば特許文献１には、４１°回転Ｙ軸カットのニオブ酸リチウム基板を用い、すだれ状電極の電極指幅と電極指のピッチとの比（線幅比またはライン占有率）を、すだれ状電極の中央部から両端に近づくに従って小さくして、Ｑ値を向上させる技術が開示されている。

特開昭６３−１３５０１０号公報

しかしながら、特許文献１の弾性表面波共振子の構成では、ＩＤＴの端部における弾性表面波の反射が高まるが、ＩＤＴ中央部に対して、ＩＤＴ端部の周波数は上昇してしまう。それにより、ＩＤＴ内における弾性表面波のエネルギーの閉じ込めが劣化し、Ｑ値の向上は充分でない。
また、特許文献１は圧電基板としてニオブ酸リチウム基板を対象にしており、水晶基板についての開示はない。

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］圧電基板上に弾性表面波を励振する電極指を有するＩＤＴが設けられており、前記電極指のうちの一つの電極指の幅を、前記一つの電極指の中心と前記一つの電極指の一方の側に隣在する電極指の中心との間隔の中心線と、前記一つの電極指の中心と前記一つの電極指の他方の側に隣在する電極指の中心との間隔の中心線との間の寸法で除した値をライン占有率とし、前記ＩＤＴは、隣在する電極指の中心間距離である電極指間距離ＰＴが前記ＩＤＴ内で一様であり、弾性表面波が伝搬する方向に沿って前記ＩＤＴの中央部から両端部に向かい前記ライン占有率が順次変化し、前記中央部の周波数に比べて、前記中央部から前記両端部に向かい周波数が順次低くなるように形成された領域を含むことを特徴とする。

この構成によれば、弾性表面波が伝搬する方向に沿って、振動変位の大きいＩＤＴの中央部から振動変位が小さいＩＤＴの端部に向かい、ライン占有率を順次変化させて、周波数が順次低下するように設定されている。
このようにＩＤＴにライン占有率で重み付けすることにより、ＩＤＴ内への振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができ、従来の弾性表面波共振子に比べて、Ｑ値の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、弾性表面波共振子の小型化が可能となる。

［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ＩＤＴの中央部から両端部に向かい周波数が順次低くなる領域は、前記ＩＤＴの中央部と比べて大きいライン占有率を有することが望ましい。

この構成によれば、ライン占有率をＩＤＴの中央部と比べて大きく設定することで、周波数を低くすることができる。

［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ＩＤＴの中央部にライン占有率が一様な領域を備え、ライン占有率が一様な領域の電極指対数Ｎｆと、前記ＩＤＴの電極指総対数Ｎとの比Ｎｆ／Ｎが、０＜Ｎｆ／Ｎ＜０．５９、の範囲にあることが望ましい。

この構成によれば、ＩＤＴの中央部にライン占有率の一様な領域を設けることで中央部の振動変位が大きくなる。そして、振動変位の大きいＩＤＴの中央部に対して、ＩＤＴの端部はライン占有率を変化させて周波数が低下するように設定されている。このようにして、ＩＤＴ内への振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができ、ライン占有率が一様な領域の電極指対数Ｎｆと、ＩＤＴの電極指総対数Ｎとの比Ｎｆ／Ｎを上記の範囲とすれば、従来の弾性表面波共振子に比べて、Ｑ値の良好な弾性表面波共振子を実現することができる。

［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ＩＤＴの端部のライン占有率ηｅと前記ＩＤＴの中央部のライン占有率ηｃとの比ηｅ／ηｃが、１＜ηｅ／ηｃ＜１．７９、の範囲にあることが望ましい。

ＩＤＴの中央部および端部のライン占有率の比ηｅ／ηｃが、１．０＜ηｅ／ηｃ＜１．７９の範囲にあれば、ライン占有率で重み付けを施さない場合（ηｅ／ηｃ＝１．０）よりもＱ値が向上する。

［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、反射器のライン占有率ηｒと前記ＩＤＴの端部のライン占有率ηｅとの比ηｒ／ηｅが、０．６５≦ηｒ／ηｅ≦１．５８、の範囲にあることが望ましい。

反射器およびＩＤＴ端部のライン占有率の比ηｒ／ηｅが、０．６５≦ηｒ／ηｅ≦１．５８の範囲にあれば、従来の弾性表面波共振子よりも高いＱ値を得ることができる。

［適用例６］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°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の水晶基板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°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の水晶基板を使用することで、周波数温度特性が良好で、かつＱ値が向上した弾性表面波共振子を提供することができる。

［適用例７］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８］本適用例にかかる弾性表面波モジュール装置において、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装置を提供できる。

第１の実施形態の弾性表面波共振子における構成を示す模式平面図。 第１の実施形態の弾性表面波共振子における電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図。 第１の実施形態の弾性表面波共振子における電極指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。 ライン占有率を説明する模式図。 第１の実施形態における弾性表面波共振子のライン占有率ηと周波数の関係を表すグラフ。 第１の実施形態におけるＩＤＴの端部のライン占有率ηｅをＩＤＴの中央部のライン占有率ηｃで除した値（ηｅ／ηｃ）とＱ値との関係を示すグラフ。 変形例１における弾性表面波共振子の構成を示す模式平面図。 変形例１における弾性表面波共振子の電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図。 変形例１における弾性表面波共振子の電極指位置とライン占有率の関係を示す説明図。 変形例１におけるＩＤＴの端部のライン占有率ηｅをＩＤＴの中央部のライン占有率ηｃで除した値（ηｅ／ηｃ）とＱ値との関係を示すグラフ。 変形例２における弾性表面波共振子の電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図。 変形例２における弾性表面波共振子の電極指位置とライン占有率の関係を示す説明図。 変形例２における反射器のライン占有率ηｒをＩＤＴの端部のライン占有率ηｅで除した値（ηｒ／ηｅ）とＱ値との関係を示すグラフ。 第２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２の実施形態における弾性表面波共振子の電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図。 第２の実施形態における弾性表面波共振子の電極指位置とライン占有率の関係を示す説明図。 第２の実施形態におけるＩＤＴの中央部の対数ＮｆをＩＤＴの対数Ｎで除した値（Ｎｆ／Ｎ）とＱ値との関係を示すグラフ。 第２の実施形態におけるＩＤＴの端部のライン占有率ηｅをＩＤＴの中央部のライン占有率ηｃで除した値（ηｅ／ηｃ）とＱ値との関係を示すグラフ。 第３の実施形態の弾性表面波発振器を示す概略断面図。 第４の実施形態の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。 従来の弾性表面波共振子の概略を示す説明図。 ライン占有率を説明する模式図。

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。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。

（比較例としての弾性表面波共振子）
最初に、本発明の理解と実施形態との比較のため、比較例としての弾性表面波共振子について説明する。
図２２は、一般的な弾性表面波共振子の概略を示す説明図である。
弾性表面波共振子１００は、水晶基板１０１上にすだれ状電極からなるＩＤＴ１０２と、弾性表面波が伝搬する方向（矢印Ｈ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、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°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の範囲内の基板である。
ＩＤＴ１０２は、電気的な極性が異なる電極指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、隣接する電極指１０２ａと電極指１０２ｂの中心と中心との間隔である電極指間隔ＰＴは、ＩＤＴ１０２内で一様に形成されている。
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ＰＴｒは、反射器１０３内で一様に形成されている。

ここで、ＩＤＴ１０２および反射器１０３における弾性表面波の伝搬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。詳しくはライン占有率ηを、図２３にて説明する。
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、隣接する電極指との間隔の中心線と中心線との間の寸法を電極指間隔ＰＴとする。また、隣接する電極指との間の寸法の中心線と中心線との間の寸法をＨとする。ライン占有率ηは、η＝Ｌ／Ｈ＝Ｌ／（Ｌ＋１/２（Ｓ＋Ｓ））＝Ｌ／（Ｌ＋Ｓ）、である。なお、このように同じ線幅の電極指が同じ電極指間隔で並んでいるので、電極指間隔ＰＴ＝Ｌ＋Ｓ＝Ｈ、である。

弾性表面波共振子１００のライン占有率ηは、ＩＤＴ１０２、反射器１０３共に同じライン占有率であり、η＝０．４３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１００対、反射器１０３はそれぞれ２５対に設定されている（総対数１５０対）。
以上のような弾性表面波共振子１００において、ＩＤＴ１０２にＳＨ（Shear Horizontal）波が励振され、特性としてＱ値は５５００を実現している。
（第１の実施形態）

次に、本実施形態の弾性表面波共振子について説明する。
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は本実施形態の弾性表面波共振子における電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図である。図３は本実施形態の弾性表面波共振子における電極指位置とライン占有率の関係を示す説明図である。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５はライン占有率を説明する模式図である。

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上にすだれ状電極からなるＩＤＴ１２と、弾性表面波が伝搬する方向（矢印Ｈ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。

水晶基板１１は、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°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）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（図示せず）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２６．０°〜４０．７°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＝８５°〜９５°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、ＩＤＴ１２における電極指の対数は１００対に設定されている。
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とする。ＩＤＴ１２の電極指間隔は、図２に示すようにＰＴで一定である。

次に、ＩＤＴ１２および反射器１３における弾性表面波の伝搬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。
隣接する電極指１２ａ，１２ｂにおいて、ライン占有率が異なる場合は、両側に隣接するスペース部分の間隔が異なるため、次のように算出する。
図５に示すように、隣接する電極指の線幅をそれぞれＬ₀、Ｌ₁、Ｌ₂、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_L、Ｓ_R、隣接する電極指間隔をＰＴとする。電極指間隔ＰＴ＝Ｓ_L＋１/２（Ｌ₀＋Ｌ₁）、または、ＰＴ＝Ｓ_R＋１/２（Ｌ₁＋Ｌ₂）、であり、中央の電極指におけるライン占有率は、η＝Ｌ₁／（Ｌ₁＋１/２（Ｓ_L＋Ｓ_R））、となる。

ＩＤＴ１２のライン占有率ηは、図３に示すように、ＩＤＴ１２の中央部のライン占有率ηをηｃ、ＩＤＴ１２の端部のライン占有率ηをηｅとすると、ηｃ＜ηｅという関係にある。また、中央部からライン占有率ηｃがＩＤＴ１２の両方の端部に向かい、ライン占有率ηｅまで順次大きくなるように変化している。

図１に示すように、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。
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は、図２に示すようにＰＴｒで一様である。また、反射器１３のライン占有率は、図３に示すようにＩＤＴ１２の中央部のライン占有率ηｃと同じ値に設定されている。
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、本実施形態では左右それぞれ２５対（５０本）の電極指１３ａが配置されている。

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、所定の膜厚は０．０６λ（λは弾性表面波の波長）に設定されている。
電極指間隔はＰＴ＝５．０００μｍ、ＰＴｒ＝５．０２５μｍ、である。また、ライン占有率はηｃ＝０．４３、ηｅ＝０．５３、に設定されている。
以上のような弾性表面波共振子１において、ＩＤＴ１２にＳＨ波が励振され、特性としてＱ値は１０８００を実現している。

次に、本発明にかかる弾性表面波共振子が有する特性について詳細に説明する。
図６は弾性表面波共振子のライン占有率ηと周波数の関係を表すグラフである。
ライン占有率ηが約０．４から大きくなると周波数は低下し、およそライン占有率ηが０．５３のときに周波数が最低となる。そして、ライン占有率ηが０．５３からさらに大きくなると周波数は上昇する。
本実施形態では、ＩＤＴ１２の中央部ではライン占有率ηｃ＝０．４３、ＩＤＴ１２の端部ではライン占有率ηｅ＝０．５３、を採用しており、ＩＤＴ１２の中央部の周波数に対して、ＩＤＴ１２の端部の周波数が低く設定されている。そして、ＩＤＴ１２の中央部から端部に向かい、ライン占有率を順次変化させることで、周波数が順次低くなるように形成されている。

図７はＩＤＴの端部のライン占有率ηｅをＩＤＴの中央部のライン占有率ηｃで除した値（ηｅ／ηｃ）とＱ値との関係を示すグラフである。
このグラフから、ηｅ／ηｃが１．０から大きくなるに従い、Ｑ値は大きくなり、ηｅ／ηｃ＝１．４のときにＱ値は最大になる。そして、ηｅ／ηｃが１．４から大きくなるに従い、Ｑ値は小さくなっていく。
ＩＤＴ１２の中央部および端部のライン占有率の比ηｅ／ηｃが、１．０＜ηｅ／ηｃ＜１．８５の範囲にあれば、従来の弾性表面波共振子のＱ値（５５００）を超え、ライン占有率で重み付けを施さない場合（ηｅ／ηｃ＝１．０）よりもＱ値が向上する。

以上のように、弾性表面波共振子１は振動変位の大きいＩＤＴ１２の中央部から振動変位が小さいＩＤＴ１２の端部に向かい、ライン占有率ηを順次変化させて、周波数が順次低下するように設定されている。
このように、各電極指の端面における弾性表面波の反射だけでなく、周波数差に起因する弾性表面波の反射も多くの箇所で発生するので、ＩＤＴ１２内への振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができ、従来の弾性表面波共振子に比べて、Ｑ値の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、弾性表面波共振子１の小型化が可能である。なお、周波数差に起因する弾性表面波の反射については、特開平１０−３３５９６６号公報に詳細に開示されているので、ここでは説明を省略する。

表１と表２は、主に水晶基板のオイラー角を種々変えた場合における弾性表面波共振子のＱ値を示したものであり、表１はライン占有率ηｅとηｃを等しくしてＩＤＴ内全体に亘りライン占有率を一様とした場合の比較例、表２は第１の実施形態に基づくものである。
ＩＤＴ１２と反射器１３は金属材料のアルミニウム（Ａｌ）で形成され、所定の膜厚は水晶基板のオイラー角が（−１°〜＋１°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の場合は０．０６λ（λは弾性表面波の波長）、水晶基板のオイラー角が（−１°〜＋１°，１１３°〜１３５°，±５）の場合は０．１λに設定されている。

表１と表２とを比較すると、いずれの条件においても、ＩＤＴ内全体に亘ってライン占有率を一様とした弾性表面波共振子よりも、本発明に基づく弾性表面波共振子の方が高いＱ値を実現できていることが明らかである。
特に、水晶基板のオイラー角が（−１°〜＋１°，１１３°〜１３５°，±５）の場合は、ＩＤＴ１２の対数が３０対、反射器１３の対数が５対という少ない対数ながらも２００００以上という高いＱ値が得られており、効果が絶大である。
ＩＤＴ１２や反射器１３の対数を減らして小型化を図ろうとする場合、弾性表面波のエネルギー閉じ込めが弱くなってしまいＱ値の低下が生じてしまう。そこで、ＩＤＴ１２や反射器１３の膜厚を厚くすることで電極指１本あたりの弾性表面波反射量を大きくし、弾性表面波のエネルギー閉じ込めを強めようとする。ところが、膜厚を厚くすると弾性表面波の電極指での反射の際に、弾性表面波のエネルギーの一部がバルク波へ変換されやすくなってしまって、エネルギー閉じ込めの強化や高Ｑ化の効果が十分にえられないことがあった。本実施形態によれば、膜厚の増加に伴うバルク波変換損失の増大が抑制され、エネルギー閉じ込めの強化や高Ｑ化の効果が得られる。
水晶基板のオイラー角が（−１°〜＋１°，１１３°〜１３５°，±５）の場合はレイリー波が励振され、水晶基板のオイラー角が（−１°〜＋１°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の場合はＳＨ波が励振されるが、本実施形態の効果は、レイリー波とＳＨ波のいずれにおいても得られることが分かる。
（変形例１）

次に、第１の実施形態の弾性表面波共振子における変形例について説明する。
第１の実施形態では、反射器のライン占有率をＩＤＴ中央部のライン占有率と同等に設定したが、本実施形態では、反射器のライン占有率をＩＤＴ端部のライン占有率と同等に設定した。

図８は本変形例の弾性表面波共振子の構成を示す模式平面図である。図９は本変形例の弾性表面波共振子における電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図である。図１０は本変形例の弾性表面波共振子における電極指位置とライン占有率の関係を示す説明図である。

図８に示すように、弾性表面波共振子２は、水晶基板１１上にすだれ状電極からなるＩＤＴ２２と、弾性表面波が伝搬する方向（矢印Ｈ方向）にＩＤＴ２２を両側から挟むように形成された１対の反射器２３と、を有している。

水晶基板１１は、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°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の水晶基板である。別の実施形態では、オイラー角が（−１°〜＋１°，１１３°〜１３５°，±５）の水晶基板を用いることができる。

ＩＤＴ２２は、電気的な極性が異なるように電極指２２ａ，２２ｂが交互に配列されて形成されている。本実施形態では、ＩＤＴ２２における電極指の対数は１００対に設定されている。
ＩＤＴ２２の電極指間隔は、図９に示すようにＰＴで一定である。
ＩＤＴ２２のライン占有率ηは、図１０に示すように、ＩＤＴ２２の中央部のライン占有率ηをηｃ、ＩＤＴ２２の端部のライン占有率ηをηｅとすると、ηｃ＜ηｅという関係にある。また、中央部からライン占有率ηｃがＩＤＴ２２の両方の端部に向かい、ライン占有率ηｅまで順次大きくなるように変化している。

反射器２３は電極指２３ａ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２３は接地しても良いし、電極指２２ａと２２ｂの一方に接続しても良い。
隣接する電極指２３ａの中心と中心との間隔である電極指間隔はＰＴｒで一様である。また、反射器２３のライン占有率は、ＩＤＴ２２の端部のライン占有率ηｅと同じ値に設定されている。
反射器２３の対数は本変形例では左右それぞれ２５対の電極指２３ａが配置されている。

なお、ＩＤＴ２２と反射器２３は金属材料のアルミニウム（Ａｌ）で形成され、所定の膜厚は０．０６λ（λは弾性表面波の波長）に設定されている。
電極指間隔はＰＴ＝５．０００μｍ、ＰＴｒ＝５．０２５μｍ、である。また、ライン占有率はηｃ＝０．４３、ηｅ＝０．５６、に設定されている。
以上のような弾性表面波共振子２において、ＩＤＴ２２にＳＨ波が励振され、特性としてＱ値は２００００を実現している。

図１１はＩＤＴの端部のライン占有率ηｅをＩＤＴの中央部のライン占有率ηｃで除した値（ηｅ／ηｃ）とＱ値との関係を示すグラフである。
このグラフから、ηｅ／ηｃが１．０から大きくなるに従い、Ｑ値は大きくなり、ηｅ／ηｃ＝１．３のときにＱ値は最大になる。そして、ηｅ／ηｃが１．３から大きくなるに従い、Ｑ値は小さくなっていく。
ＩＤＴの中央部および端部のライン占有率の比ηｅ／ηｃが、１．０＜ηｅ／ηｃ＜１．７９の範囲にあれば、６１８０以上のＱ値を得ることができ、ライン占有率で重み付けを施さない場合（ηｅ／ηｃ＝１．０）よりもＱ値が向上する。
（変形例２）

次に、第１の実施形態の弾性表面波共振子における他の変形例について説明する。
第１の実施形態では、反射器のライン占有率をＩＤＴ中央部のライン占有率と同等に設定したが、本変形例では、反射器のライン占有率をＩＤＴ端部のライン占有率より大きく設定した。
本変形例の弾性表面波共振子の構成は、変形例１とほぼ同様のため、詳細な説明を省略し、簡単に説明する。
図１２は本変形例の弾性表面波共振子における電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図である。図１３は本変形例の弾性表面波共振子における電極指位置とライン占有率の関係を示す説明図である。

弾性表面波共振子は、水晶基板上にすだれ状電極からなるＩＤＴと、１対の反射器と、を有している。
水晶基板は、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°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の水晶基板である。別の実施形態では、オイラー角が（−１°〜＋１°，１１３°〜１３５°，±５）の水晶基板を用いることができる。

ＩＤＴの対数は１００対に設定され、ＩＤＴの電極指間隔は、図１２に示すようにＰＴで一定である。
ＩＤＴのライン占有率ηは、図１３に示すように、ＩＤＴの中央部のライン占有率ηをηｃ、ＩＤＴの端部のライン占有率ηをηｅとすると、ηｃ＜ηｅという関係にある。また、中央部からライン占有率ηｃがＩＤＴの両方の端部に向かい、ライン占有率ηｅまで順次大きくなるように変化している。

反射器の電極指間隔はＰＴｒで一様である。また、反射器のライン占有率ηｒは、ＩＤＴの端部のライン占有率ηｅより大きく設定されている。
反射器の対数は本変形例では左右それぞれ２５対の電極指が配置されている。

なお、ＩＤＴと反射器は金属材料のアルミニウム（Ａｌ）で形成され、所定の膜厚は０．０６λ（λは弾性表面波の波長）に設定されている。
電極指間隔はＰＴ＝５．０００μｍ、ＰＴｒ＝５．０２５μｍ、である。また、ライン占有率はηｃ＝０．４３、ηｅ＝０．５３、ηｒ＝０．５８に設定されている。
以上のような弾性表面波共振子において、ＩＤＴにＳＨ波が励振され、特性としてＱ値は２０５００を実現している。

図１４は反射器のライン占有率ηｒをＩＤＴの端部のライン占有率ηｅで除した値（ηｒ／ηｅ）とＱ値との関係を示すグラフである。
このグラフから、ηｒ／ηｅが０．６から大きくなるに従い、Ｑ値は大きくなり、ηｒ／ηｅ＝１．１のときにＱ値は最大になる。そして、ηｒ／ηｅが１．１から大きくなるに従い、Ｑ値は小さくなっていく。
反射器およびＩＤＴ端部のライン占有率の比ηｒ／ηｅが、０．６５≦ηｒ／ηｅ≦１．５８の範囲にあれば、７４５０以上のＱ値を得ることができる。
（第２の実施形態）

次に、第２の実施形態の弾性表面波共振子について説明する。
本実施形態では、ＩＤＴの中央部にライン占有率が一様な領域を備えている。
図１５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１６は本実施形態の弾性表面波共振子における電極指位置と電極指間隔の関係を示す説明図である。図１７は本実施形態の弾性表面波共振子における電極指位置とライン占有率の関係を示す説明図である。

図１５に示すように、弾性表面波共振子３は、水晶基板３１上にすだれ状電極からなるＩＤＴ３２と、弾性表面波が伝搬する方向（矢印Ｈ方向）にＩＤＴ３２を両側から挟むように形成された１対の反射器３３と、を有している。

水晶基板１１は、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°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の水晶基板である。別の実施形態では、オイラー角が（−１°〜＋１°，１１３°〜１３５°，±５）の水晶基板を用いることができる。

ＩＤＴ３２は、電気的な極性が異なるように電極指３２ａ，３２ｂが交互に配列されて形成されている。
ＩＤＴ３２の電極指間隔は、図１６に示すようにＰＴで一定である。
ＩＤＴ３２は、図１７に示すように、ＩＤＴ２２の中央部はライン占有率が一様な領域を有している。このライン占有率が一様な領域のライン占有率ηをηｃ、ＩＤＴ２２の端部のライン占有率ηをηｅとすると、ηｃ＜ηｅという関係にある。また、中央部からライン占有率ηｃがＩＤＴ３２の両方の端部に向かい、ライン占有率ηｅまで順次大きくなるように変化している。
ＩＤＴ３２の対数をＮ、中央部の対数をＮｆとし、本実施形態では、ＩＤＴ３２の対数Ｎは１００対、中央部の対数Ｎｆは４０対に設定されている。

図１６に示すように、反射器３３は電極指３３ａ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３３は接地しても良いし、電極指３２ａと３２ｂの一方に接続しても良い。
隣接する電極指３３ａの中心と中心との間隔である電極指間隔はＰＴｒで一様である。また、反射器３３のライン占有率は、ＩＤＴ３２の端部のライン占有率ηｅと同じ値に設定されている。
反射器３３の対数は本実施形態では左右それぞれ２５対の電極指３３ａが配置されている。

なお、ＩＤＴ３２と反射器３３は金属材料のアルミニウム（Ａｌ）で形成され、所定の膜厚は０．０６λ（λは弾性表面波の波長）に設定されている。
電極指間隔はＰＴ＝５．０００μｍ、ＰＴｒ＝５．０２５μｍ、である。また、ライン占有率はηｃ＝０．４３、ηｅ＝０．６４５、に設定されている。
以上のような弾性表面波共振子３において、ＩＤＴ３２にＳＨ波が励振され、特性としてＱ値２２５００を実現している。

図１８はＩＤＴの中央部の対数ＮｆをＩＤＴの対数Ｎで除した値（Ｎｆ／Ｎ）とＱ値との関係を示すグラフである。
このグラフからＮｆ／Ｎが０から大きくなるに従い、Ｑ値は大きくなり、Ｎｆ／Ｎ＝０．４のときＱ値は最大になる。つまり、中央部のライン占有率が一様な領域における電極指の対数が、ＩＤＴ対数の４０％のときにＱ値が最大になる。そして、Ｎｆ／Ｎが０．４から大きくなるに従い、Ｑ値は小さくなっていく。
Ｎｆ／Ｎが０＜Ｎｆ／Ｎ＜０．５９の範囲にあれば、２００００以上のＱ値を得ることができ、ＩＤＴの中央部にライン占有率の一様な領域を設けない場合（ηｅ／ηｃ＝１．０）よりもＱ値が向上する。

図１９はＩＤＴの端部のライン占有率ηｅをＩＤＴの中央部のライン占有率ηｃで除した値（ηｅ／ηｃ）とＱ値との関係を示すグラフである。
このグラフから、ηｅ／ηｃが１．０から大きくなるに従い、Ｑ値は大きくなり、ηｅ／ηｃ＝１．５のときにＱ値は最大になる。そして、ηｅ／ηｃが１．５から大きくなるに従い、Ｑ値は小さくなっていく。
ＩＤＴの中央部および端部のライン占有率の比ηｅ／ηｃが、１．０＜ηｅ／ηｃ＜２．１の範囲にあれば、５８００以上のＱ値を得ることができ、ＩＤＴの中央部にライン占有率の一様な領域を設けない場合（ηｅ／ηｃ＝１．０）よりもＱ値が向上する。

以上のように、ＩＤＴ３２の中央部にライン占有率の一様な領域を設けることで中央部の振動変位が大きくなる。そして、振動変位の大きいＩＤＴ３２の中央部に対して、ＩＤＴ３２の端部はライン占有率を変化させて周波数が低下するように設定されている。このようにして、ＩＤＴ３２内への振動エネルギーの閉じ込め効果を高めることができ、ライン占有率が一様な領域の対数Ｎｆと、ＩＤＴ３２の総対数Ｎとの比Ｎｆ／Ｎを上記の範囲とすれば、従来の弾性表面波共振子に比べて、Ｑ値の良好な弾性表面波共振子３を実現することができる。このことから、弾性表面波共振子３の小型化が可能である。

なお、上記の実施形態では、ＩＤＴ、反射器の電極材料としてアルミニウム（Ａｌ）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、上記実施形態では、ＩＤＴの電極の膜厚をそれぞれ０．０６λ（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、上記実施形態では、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２０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４０は、セラミックパッケージ４１、ＩＣチップ４２、弾性表面波共振子１、蓋体４７などを備えている。
セラミックパッケージ４１は、セラミックシートを積層して開口された凹部４８が形成されている。また、セラミックパッケージ４１には開口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４５が設けられている。さらに、セラミックパッケージ４１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４６が形成されている。なお、図示しないが外部接続電極４６とセラミックパッケージ４１の凹部４８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４１の凹部４８の底面には回路素子としてＩＣチップ４２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４２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４１の凹部４８の棚部には、弾性表面波共振子１が接着剤４４にて固定されている。そして、ＩＤＴに接続されるパッドが金属ワイヤ４３にて接続されている。

セラミックパッケージ４１の凹部４８の上方にはコバールなどの金属材料で形成された蓋体４７が配置され、蓋体４７とシームリング４５とをシーム溶接することで、セラミックパッケージ４１の凹部４８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４１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４０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２１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５０は、受信アンテナ５１、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５２、混合器５３、局部発振器５４、中間周波（ＩＦ）増幅器５５、検波器５６を備えている。
受信アンテナ５１はＬＮＡ５２を介して混合器５３の入力に接続している。また、局部発振器５４も混合器５３の入力に接続している。この局部発振器５４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５４は、周波数信号を混合器５３に確実に出力できる。そして、混合器５３の出力には、ＩＦ増幅器５５と検波器５６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５１を介してＬＮＡ５２に入力し、ＬＮＡ５２で増幅された後に混合器５３に入力する。混合器５３は、局部発振器５４から周波数信号を入力して、ＬＮＡ５２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５５で増幅された後に検波器５６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５０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５０は、局部発振器５４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。

１，２，３…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、２２…ＩＤＴ、２２ａ，２２ｂ…ＩＤＴの電極指、２３…反射器、２３ａ…反射器の電極指、３２…ＩＤＴ、３２ａ，３２ｂ…ＩＤＴの電極指、３３…反射器、３３ａ…反射器の電極指、４０…弾性表面波発振器、４１…セラミックパッケージ、４２…ＩＣチップ、４３…金属ワイヤ、４４…接着剤、４５…シームリング、４６…外部接続電極、４７…蓋体、５０…受信機モジュール、５１…受信アンテナ、５２…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、５３…混合器、５４…局部発振器、５５…中間周波（ＩＦ）増幅器、５６…検波器。

Claims (8)

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が設けられており、
   前記電極指のうちの一つの電極指の幅を、前記一つの電極指の中心と前記一つの電極指の一方の側に隣在する電極指の中心との間隔の中心線と、前記一つの電極指の中心と前記一つの電極指の他方の側に隣在する電極指の中心との間隔の中心線との間の寸法で除した値をライン占有率とし、
   前記ＩＤＴは、隣在する電極指の中心間距離である電極指間距離ＰＴが前記ＩＤＴ内で一様であり、弾性表面波が伝搬する方向に沿って前記ＩＤＴの中央部から両端部に向かい前記ライン占有率が順次変化し、前記中央部の周波数に比べて、前記中央部から前記両端部に向かい周波数が順次低くなるように形成された領域を含む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、
   弾性表面波が伝搬する方向に沿って前記中央部から前記両端部に向かい周波数が順次低くなる領域は、前記中央部と比べて大きいライン占有率を有す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、
   前記中央部にライン占有率が一様な領域を備え、
   ライン占有率が一様な領域の電極指対数Ｎｆと、前記ＩＤＴの電極指総対数Ｎとの比Ｎｆ／Ｎが、０＜Ｎｆ／Ｎ＜０．５９、の範囲にあ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、
   前記両端部のライン占有率ηｅと前記中央部のライン占有率ηｃとの比ηｅ／ηｃが、１＜ηｅ／ηｃ＜１．７９、の範囲に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４のいずれか一項に記載の弾性表面波共振子において、
   弾性表面波が伝搬する方向に沿って前記ＩＤＴを挟むように配置された一対の反射器を備え、
   前記反射器は、多数配置された電気的に中立である電極指で構成され、隣在した電極指の中心間距離である電極指間隔ＰＴｒが前記反射器内で一様であり、
   前記反射器の多数配置された電極指のうちの1つの幅を、前記電極指間隔ＰＴｒで除した値をライン占有率ηｒとし、
   前記反射器の前記ライン占有率ηｒが前記反射器内で一様であり、前記ライン占有率ηｒと前記両端部のライン占有率ηｅとの比ηｒ／ηｅが、０．６５≦ηｒ／ηｅ≦１．５８、の範囲に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において、
   前記圧電基板がオイラー角（−１°〜＋１°，２６．０°〜４０．７°，８５°〜９５°）の水晶基板であることを特徴とする弾性表面波共振子。
7. 請求項１乃至６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が配置されているパッケージを備えていることを特徴とする弾性表面波発振器。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の弾性表面波共振子を搭載した回路基板を備えていることを特徴とする弾性表面波モジュール装置。

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