JPS5942750Y2 - 温度補償された表面波装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、音響表面波装置（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｕｒ
ｆａｃｅｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅ ）に関するもので、
特に減少された伝播遅延の温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆ ｐｒｏｐａｇａ
ｔｉｏｎ ｄｅｉａｙ）をもつ音響表面波装置に関する
ものである。

米国特許第３，８１８，３８２号（発明者：ホーランド
Ｈｏ１ｌａｎｄ 外）は、減少した伝播遅延の温度係
数をもつ表面波装置を開示している。

このホーランド等の装置は、Ｘ伝播、Ｙ回転カットの水
晶（Ｘ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ ｒｏｔａｔｅｄ Ｙ
−ｃｕｔ ｑｕａｒｔｚ ）が、水晶基体のカット角
度に従って選択された成る温度において伝播遅延の零温
度係数をもつという原理を使用している。

特に、ホーランドは、Ｘ伝播Ｙ回転カットの水晶は結晶
のカット角度が３９圭。

の時には５０℃で伝播遅延の温度係数零で、結晶が４６
”υカット角度をもつ時には０℃で伝播遅延の温度係数
零であることを指摘している。

ボーランドの特許明細書の第１図に示すように、結晶の
カット角度をＹ軸から回転すると、圧電結合係数（ｐｉ
ｅｚｏｅｉｅｃｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆ
ｉｃｉｅｎｔ ）の減少卦よび零温度係数点が生ずる温
度の低下を生ずる。

それ故、本考案の目的は、所望の動作温度範囲内で、減
少した伝播遅延温度係数をもつ音響表面波装置を提供す
ることでキロ。

本考案の他の目的は、増大した圧電結合係数をもつ音響
表面波装置を提供することである。

本考案の他の目的は、Ｙ回転カット水晶結晶のカット角
度を変えることなしに、伝播遅延温度係数の調節をなし
得る音響表面波装置を提供することである。

本考案によれば、所望の動作温度範囲内で減少した伝播
遅延温度係数をもつ音響表面波装置が提供される。

この装置は、上記所望の動作温度範囲内において実質的
に高い圧電結合係数を有すると共に上記所望の動作温度
範囲の中心から離れた温度において伝播遅延の零温度係
数を示すＸ伝播、Ｙ回転カット水晶結晶から成る圧電基
体を有している。

また、上記圧電基体の表面に互に離隔して設けられた２
個のトランスデユーサを含み、印加される電気信号に応
答して、音響表面波を所定の径路に沿って上記両トラン
スデユーサ間に伝播せしめるトランスデユーサ装置を有
してお・す、更にまた 上記所定の伝播径路内に配置さ
れて少くとも部分的に上記伝播径路を覆い、上記音響表
面波の波長より実質的に小さい選択された厚さ、および
上記伝播径路全体の面積に応じて選択された面積を有す
る導電材料の付着物を含み、伝播遅延の零温度係数点を
上記圧電基体自体が伝播遅延の零温度係数を生じる温度
から上記所望の動作温度範囲の中心に向けてシフトさせ
る装置を有している。

第１図の曲線は、ホーランド等の米国特許第３．８１８
，３８２号からコピーしたもので、カット角度θの関数
として、Ｘ伝播、Ｙ回転カット水晶の圧電結合係数、遅
延の温度係数、零温度係数時の温度を示す。

第１Ａ図は、Ｙ軸から一２００以上のカット角度に対し
て、圧電結合係数は結晶のカット角度の増大と共に減少
することを示す。

第１Ｂ図は、カット角度の関数として伝播遅延の温度係
数の変動があること、および、この変動は異なる温度て
動作する結晶について異なるものであることを指示する
。

これらの曲線は、０℃（曲１２）および５０℃（曲線１
１）の温度における結晶についての温度係数を示す。

２つの曲線の各々は、温度係数が零となるカット角度と
して、それぞれ点１３．１４にある異なるカット角度を
有している。

米国特許第３，８１８，３８２号によって、零温度係数
の点が所望の動作温度範囲内で生ずるように、表面波装
置の所望の動作温度範囲に従って結晶カット角を選択す
ることが可能である。

このようなカット角の選択は所望の温度範囲にわたって
伝播遅延の全変動を減少することができる。

捷た、第１Ｃ図は、カット角の関数として、零温度係数
が生ずる温度を示す。

先行技術に従って、特に米国特許第 ３．８１８，３８２号（ホーランド等）の教示に従って
、Ｙ軸からのカット角４２．７５°のＸ伝播、Ｙ回転カ
ット水晶の基体を使用して、０℃乃至５０℃の温度範囲
にわたって動作すべき表面波装置を構成できる。

このような結晶のカットは、当業者にｒＳＴカットの水
晶Ｊ （Ｓ Ｔ −ｃｕｔ ｑｕａｒｔｚ ）として知
られるようになってきたので、以後、この結晶のカット
を、この術語で呼ぶことにする。

第１図の曲線１５によって決定されるように、ＳＴカッ
トの水晶は、は！２５℃にかいて零伝播遅延温度係数を
もつ。

第２図は温度の関数として伝播遅延の変化（△Ｌ／Ｌ）
を示す曲線である。

曲線２０は１．ホーランドの教示によるＳＴカット水晶
の概略の特性である。

ＳＴカットの水晶はＯｏ乃至５０℃の温度範囲にわたり
１００万あたり２５部（２５０，Ｄ、Ｍ）以下の遅延の
全温度変動をもつことがわかる。

音響表面波装置についてＳＴカットの水晶を使用する１
つの不利点は、第１図の曲線１７から明らかである。

Ｙ軸から４２．７５°のカット角度をもつＳＴカットの
水晶は、Ｙ軸にもつと近いカット角度をもつ水晶に比し
て低い圧電結合係数をもつことが分るであろう。

本考案によれば、水晶基体の伝播表面上の金属付着物の
伝播遅延の温度係数に対して重大な影響をもち、特に、
結晶の表面伝播遅延の係数が零となる時の温度に対して
重大な影響をもつことが発見された。

さらに、伝播遅延に対する金属付着物の影響は、付着物
が置かれた部分の表面波径路全体に対する割合および伝
播表面波の振動数に関連することが発見された。

この伝播表面波の振動数に対する上記の影響の関数は、
後に詳しく説明するように、表面波長に対しては金属付
着物の厚さに対する影響を関連させることによって説明
できる。

第３図は本考案に従って構成された音響表面波装置を示
す。

この表面波装置は圧電基体３２を有し、この基体は、こ
の場合には、ＳＴカットの水晶で、すなわち、Ｘ伝播、
Ｙ回転カットの水晶でＹ軸から４２．７５°のカット角
度をもつ。

第３図の表面波装置には、第１のトランスデユーサ３４
および第２のトランスデユーサ３６が設けられ、その両
者はインターディジタル型で、特に米国特許第３，７２
７，１５５号（発明者：デブリスＤｅｖ −ｒｉｅｓ
） に記載された型式のものである。

さらに、トランスデユーサ３４．３６０間に伝播される
音響表面波の径路内で、トランスデユーサ３４．３６０
間に金属付着物３８が設けられる。

当業者にとって周知のように トランスデユーサ３４０
２つの極に印加される電気信号は、トランスデユーサの
個々のフィンガーの巾に近似する巾の径路内で表面波を
トランスデユーサ３６に向けて伝播せしめる。

トランスデユーサ３４．３６の間を移動する表面波の大
体の径路長は、トランスデユーサ３４の中心とトランス
デユーサ３６の中心の間の長さ４４によって指示される
。

図示の実施態様において、基体３２の表面上にメタライ
ズされた材料をもつ上記の表面波径路のは”Ｎ７５多が
ある。

この通路のはソ５０知まトランスデユーサ３４．３６内
にあり、こＳで表面の面積のほぼ５０％がトランスデユ
ーサのフィンガーを形成している金属付着物によって占
められる。

表面波通路の残りの５０％のトランスデユーサ３４．３
６の間に、金属付着物３８が含捷れ、これはトランスデ
ユーサの間の実質的に全面積を占める。

それ故、全音響表面波通路のはＸ７５％にマ、その上に
金属付着物をもつことが明らかである。

金属付着物３８が装置から除去されると、音響表面波通
路の２５％だけが金属付着物をもつ。

トランスデユーサ３４．３６は上記のデブリスの米国特
許に記載されたように、選択された基本振動数で動作す
るように設計できる。

本考案者の１９７４年３月２２日出願に係る米国特許願
第４５３．６１６号（これは本願発明と同じ譲受人に譲
渡されている）によれば、これらのトランスデユーサは
、その設計された基本振動数よりも高い高調波に釦いて
も動作するようになし得る。

例えば、トランスデユーサ３４．３６が２３．８■丑に
おける１つの音波長に相当する周期性をもつように設計
された場合、これは２６２ＭＨｚの第１１高周波でも動
作する。

第２図は、第３図の装置のトランスデユーサ３４．３６
０間に伝播する表面波についての遅延の温度変化を示す
。

上記の曲線２０は、ホーランド等の教示によるＳＴカッ
トの水晶についての音響表面波遅延の温度変化に対する
理論的遅延変化である。

曲線２０は約２５℃に相当する点２６において遅延の温
度係数零を示す。

曲線２２は、２３．８ＭＨｚの振動数における動作につ
いて、金属付着物が１０００ｃＡ厚のアノヘニウムよシ
成る場合の第３図の装置に関連した遅延の温度変化を示
す。

この曲線かられかるように、遅延の温度係数零の点２８
＆ｉ、、はマ９℃乃至１４℃だけシフトされている。

第２図の曲線２５は、２６２■ｈの高調波振動で使用さ
れる時の同じ構造体についての表面波遅延の温度変化を
示す。

曲線２５かられかるように、伝播遅延の温度係数零の点
３１は、はマー４０℃１でさらにシフトされていて、総
計ではｘ６５℃のシフトとなっている。

第３図の表面波装置に対する金属付着物の影響は第２図
の曲線から明らかである。

例えば、第３図の装置は０〜３０℃の温度範囲内ではｘ
２３．８ＭＥ（ｚの振動数で動作するようになっている
とすると、曲線２０によるＳＴカットの水晶は０℃と１
０℃の間の温度について温度によって伝播遅延に相当に
大きい変動をもっていることは明らかである。

金属付着物３８をもつ第３図の装置は、曲線２２によっ
て指示される温度特性を有し、そのＯ℃〜１０℃の範囲
内の温度による伝播遅延の変動は、曲線２０で指示され
た変動をもつ単純なＳＴカットの従来装置に比してずつ
と小さい。

第２図から明らかなように、温度による伝播遅延の変動
にかける変化は、第３図の装置が２６２ ＭＨｚで動作
する時における温度による伝播遅延の変動を示す曲線２
５によって指示されるように高い高調波振動数で動作す
るトランスデユーサによって装置が動作される時に、も
つと注目的である。

金属付着物３８をもつ表面波装置によって２６２■ｈで
動作する場合において伝播遅延の温度係数零の点３１は
、ホーランド等による値、はｘ２５℃から・レフトされ
て、−３８℃となっている。

装置が、より高い振動数で動作している時にこのシフト
の量がより大きくなることは、音響表面波の波長に関す
る金属フィルムの厚みが大きくｉることに由る。

上記の効果は、音響表面波が通る表面積が、トランスデ
ユーサの金属フィルムまたは金属部分によって覆われる
パーセンテージに比例するものであることが発見された
。

第３図の装置の金属付着物３８が伝播表面から除去され
ると、２個のトランスデユーサの金属の付着されたフィ
ンガーより成る金属フィルムによってカバーされたはヒ
２５多の表面が残る。

この金属付着物３８を除去した装置が２６２ＭＨｚで動
作する時、温度による伝播遅延に生ずる変化は第２図の
曲線２４によって指示される。

この場合、伝播遅延の温度係数零の点は、はマ４℃にあ
る点３０で指示される。

上記の説明および第２図の曲線から明らかなように、Ｘ
伝播、Ｙ回転カットの水晶結晶についての伝播遅延の温
度係数零の点は、表面波通路上における金属フィルムの
存在によって低下される。

また、伝播遅延の温度係数零における温度の変化は伝播
通路の金属フィルムにより覆われるパーセンテージによ
って定まることが明らかである。

第４図は、メタライズされた伝播通路のパーセンテージ
の関数として零温度係数の温度の変化を示す。

曲線４６は、２３．８■ｈで動作する表面波装置におけ
る１ｏｏｏｉ厚のアルミニウムフィルムについて経験さ
れる変化を示す。

曲線５０は、２６２ＭＨｚの振動数における動作につい
てｘｏｏｏＸアルミニウムフィルムをもつ表面波装置に
ついての零温度係数の点の変化を示す。

また、第４図は、アルミニウムフィルムの厚さを３００
ＯＡに増大した場合のＳＴカットの水晶基体について
の零温度係数の点の偏りを指示する曲線を示す。

曲線４８は２３．８■勉の動作振動数において経験され
る偏りを示し、曲線５２は、２６２■七の動作振動数に
おいて経験される偏りを示す。

伝播遅延の温度係数零の点のシフトは、基体上のメタラ
イズした音響表面波通路のパーセンテージに対して線形
であることがわかる。

また、シフトの量は、アルミニウム付着物の厚さの増大
と共に増大し且つ動作振動数の増大と共に増大すること
がわかる。

振動数の効果およびメタライズの効果を分析するために
、メタライズされた表面波通路のパーセンテージに対し
て正規化された音響表面波長に関する金属フィルムの厚
さに対して、零温度係数の変化をプロットした。

第５図の曲線５４はＳＴカットの水晶結晶に対するアル
ミニウム付着物の効果を示す。

また、第５図に示されている曲線５６は、ＳＴカットの
水晶結晶に対する銅の付着物の効果を示す。

曲線５６かられかるように、銅が基体上に付着される材
料として使用される時に、これはアルミニウムよジ大き
い効果をもっている。

上述の実験は、は’ｆ２５℃において固有の零伝播遅延
温度係数をもつＳＴカットの水晶結晶について行なった
ものである。

ＳＴカットの水晶結晶の上に金属付着物を付加すること
は、伝播遅延温度係数零の点を、一般的に経験される動
作温度より低い点１で低下する傾向をもつ。

本考案は、伝播遅延の温度係数零の点を、通常予測され
る動作温度範囲１で減少するためにＹ軸から４２°以下
のカット角度をもつ水晶結晶のカットを使用する際に極
めて有効である。

例えば、Ｙ軸から３５．１５°のカット角度をもつＸ伝
播、Ｙ回転カットの水晶結晶はバルクウェーブ遅延ライ
ンのために普通に使用される結晶である。

この結晶のカットは、当該技術に訟いてＡＴカットとし
て知られている。

第１Ｃ図の曲線から決められるように、ＡＴカットの水
晶はは×８０℃において固有の零の伝播遅延温度係数を
もつ。

また、第１Ａ図の曲線かられかるように、ＡＴカットの
水晶結晶は、ＳＴカットの水晶結晶よりも高い圧電結合
係数をもつ。

伝播遅延の零温度係数の温度を変化する際の音響表面波
装置の伝播表面上の金属付着物の効果は、特に、ＡＴカ
ットの水晶結晶について有用である。

音響表面波通路の中の成る選択されたパーセンテージを
覆う金属付着物の適当に選択された厚さを使用すること
によって、例えば、伝播遅延の温度係数零の点を８０℃
から２５℃に低下することが可能である。

筐た、金属付着物のいくらかを付加し或いは取り去るこ
とによって、単一の結晶カットを使用して伝播遅延温度
係数零の点を任意の選択された温度に変えることが可能
である。

第５図に示す曲線５８は、ＡＴカットの水晶上のアルミ
ニウムの付着に対して伝播遅延の温度係数零の点の変化
を示す。

この曲線かられかるように、ＡＴカットの水晶に対する
効果はＳＴカットの水晶に対する効果よりも著しく大き
い。

この変化は、ＡＴカットの水晶が第１Ａ図から分かるよ
うにＳＴカットの水晶よりも高い圧電結合係数をもつと
いう事実に関連するものと考えられる。

本考案は、選択された温度範囲内の伝播遅延の温度係数
の減少した音響表面波装置を設計するために使用できる
ことは明らかである。

本考案によれば、設計者は、動作することが望１れてい
る温度範囲の中心よりも高い温度にある温度係数零の点
に相当するカット角度をもつＸ伝播、Ｙ回転カットの水
晶結晶を選択することとなる・であろう。

例えば、０〜４０℃の温度範囲にわたって動作すべき音
響表面波装置を望むならば、基体として、Ｙ軸から３０
°のカット角度をもつＸ伝播、Ｙ回転カットの水晶を選
択することができる。

第１Ｃ図の曲線かられかるように、この結晶は、はビ９
５℃において固有の伝播遅延温度係数零の点をもつこと
となり、この温度の装置の所望の動作温度範囲よりも相
当上にある。

そうすると、この装置は、０〜４０℃の所望の動作範囲
内で大なる伝播遅延係数をもつこととなろう。

本考案に従って、装置が零の伝播遅延温度係数をもつ時
の温度を低下するために、設計者は基体上の音波の通路
内に選択された金属付着物を置いて、伝播遅延温度係数
零の点が生ずる温度を低下することとなる。

例えば、装置が２６２ＭＨｚの振動数で動作すべき場合
、第５図の曲線５８の使用によって、アルミニウムの１
２００Ｘの付着が、伝播遅延温度係数零となる温度をは
’、” １５０°減少することを確かめることができる
。

例えばもし装置が２６２ＭＨｚの周波数で働くものとす
れば第５図の曲線５８を使用し、経路がアルミニウムで
完全に覆われた場合には１２００オングストロームのア
ルミニウム蒸着が約１５０゜により生じる伝播遅延の零
温度係数時で温度が下がるであろう事が決定出来る。

もし装置の伝播経路の中５０％だけがアルミニウム蒸着
で覆われた場合は伝播遅延の零温度低下は７５℃であろ
う。

従って零温度係数は９５℃から２０℃１で下げる事が出
来、この範囲は所望の作動温度範囲内にありその所望範
囲のはＸ中心である。

この変化即ち偏りは第２図の曲線より明らか□様に所望
の温度範囲内の温度で伝播遅延の変化に実質的な低下を
もたらすであろう。

当業者は伝播遅延の零温度係数の点は金属付着物を追加
したｂ外したりして設計を最適化する様に調節が出来る
事が分ろう。

こ＼に現在において本考案に好ましいと思われる実質例
を説明したが当業者にとっては本考案から逸脱せずに多
種の変形変更がなし得る事は明らかであり従ってこの様
な変形変更はすべて本考案の精神内に含１れるものとす
る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図はカット角度の関数とし
てＹ回転カットの水晶の圧電結合係数、遅延の温度係数
、零温度係数時の温度を示すダイアグラムである。 第２図は温度の係数として伝播遅延の変化を示すダイア
グラムである。 第３図は本考案による音響表面波装置を示す。 第４図はメタライズした伝播通路のパーセンテージの関
数として零温度係数の温度の変化を示す。 第５図は金属付着物の効果を示すダイアグラムである。 ３２・・・・・・圧電基体、３４．３６・・・・・・ト
ランスデユーサ、３８・・・・・・金属付着物。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 所望の動作温度範囲において低減された伝播遅延の温度
   係数を有する音響表面波装置において、前記所望の動作
   温度範囲内において実質的に高い圧電結合係数を有する
   と共に前記所望の動作温度範囲の中心から離れた温度に
   おいて伝播遅延の零温度係数を示すＸ伝播、Ｙ回転カッ
   ト水晶結晶から成る圧電基本と； 前記圧電基体の表面に互に離隔して設けられた２個のト
   ランスデユーサを含み、印加される電気信号に応答して
   、音響表面波を所定の径路に沿って前記両トランスデユ
   ーサ間に伝播せしめるトランスデユーサ装置と； 前記所定の伝播径路内に配置されて少くとも部分的に前
   記伝播径路を覆い、前記音響表面波の波長よう実質的に
   小さい選択された厚さ、および前記伝播径路全体の面積
   に応じて選択された面積を有する導電材料の付着物を含
   み、伝播遅延の零温度係数点を前記圧電基体自体が伝播
   遅延の零温度係数を生じる温度から上記所望の動作温度
   範囲の中心に向けてシフトさせる装置と； を具備することを特徴とする音響表面波装置。