專利名稱：表面聲波諧振器、表面聲波振蕩器以及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面聲波諧振器、采用了該表面聲波諧振器的表面聲波振蕩器以及電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
一直以來，在移動(dòng)通信設(shè)備的帶通濾波器等中廣泛采用了表面聲波(SAW =Surface Acoustic Wave)濾波器。在這種以往的表面聲波濾波器中，具有表面波諧振濾波器和橫向?yàn)V波器等。例如，作為現(xiàn)有的表面波諧振器濾波器之一，使用溫度特性良好的ST切0° X軸傳播的石英基板，在該石英基板上利用由Al構(gòu)成的電極材料形成IDT (叉指換能器)和反射器等，并使用通過IDT的激勵(lì)生成的瑞利波。此外，作為另一種表面波諧振濾波器，使用ST切90° X軸傳播的石英基板，在該石英基板上使用由Ta、W、Au等構(gòu)成的電極材料來形成IDT和反射器等，并使用通過IDT的激勵(lì)生成的SH波。但是，在前者的、在ST切0° X軸傳播的石英基板上形成了由Al構(gòu)成的電極的表面波諧振濾波器中，使用了瑞利波，因此存在如下問題(1)在反射系數(shù)小、且使用了反射器的器件例如表面波諧振濾波器中，需要多個(gè)反射器指，因此妨礙了小型化。(2)機(jī)電耦合系數(shù)小，因此損耗大。另一方面，在后者的、在ST切90° X軸傳播的石英基板上利用如Ta、W或Au那樣質(zhì)量負(fù)荷高的金屬來形成電極的表面波諧振濾波器中，使用了 SH波，因此具有如下特征 機(jī)電耦合系數(shù)大、且反射系數(shù)也大，因此能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。但是，在利用如Ta、W或Au那樣質(zhì)量負(fù)荷大的金屬來形成電極的情況下，存在以下問題與電極寬度和膜厚的偏差相伴的中心頻率的偏差變大，不合格率變高。即，存在如下問題與質(zhì)量負(fù)荷小的Al相比，用于形成電極的材料的質(zhì)量負(fù)荷越大，與膜厚對(duì)應(yīng)的聲速變化越急劇，即使產(chǎn)生了與使用質(zhì)量負(fù)荷小的Al時(shí)相同程度的電極寬度和膜厚的偏差，中心頻率的偏差也會(huì)變大。為了解決這種問題，在專利文獻(xiàn)1中記述了以下的表面聲波濾波器對(duì)在用于產(chǎn)生SH波的石英基板上由Al金屬膜形成的IDT指的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚(H/λ)進(jìn)行優(yōu)化，由此增大了機(jī)電耦合系數(shù)而減小了損耗，而且能夠減小電極膜厚對(duì)頻率產(chǎn)生的影響。專利文獻(xiàn)1日本特開2002-330051號(hào)公報(bào)但是，在專利文獻(xiàn)1中仍存在如下問題當(dāng)電極膜厚變大時(shí)，因膜厚產(chǎn)生偏差而導(dǎo)致頻率特性產(chǎn)生偏差，由此導(dǎo)致成品率下降，耗費(fèi)成本。并且還存在這樣的問題因與石英基板之間的熱應(yīng)變和老化引起的頻率變動(dòng)變得顯著。并且，機(jī)電耦合系數(shù)的改善也有限
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明著眼于上述問題而提供如下的表面聲波諧振器、采用了該表面聲波諧振器的表面聲波振蕩器以及電子設(shè)備它們抑制了頻率特性的偏差、以及因與石英基板之間的熱應(yīng)變和老化引起的頻率變動(dòng)，并且改善了機(jī)電耦合系數(shù)而實(shí)現(xiàn)了高可靠性。本發(fā)明正是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，可作為以下應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。[應(yīng)用例1]一種表面聲波諧振器，其具有石英基板，其歐拉角為(φ=0°， 110° ( θ <150°，88°彡Ψ <92° )；以及IDT，其具有配置在所述石英基板上的多個(gè)電極指，且該IDT的激勵(lì)波為表面聲波，該表面聲波諧振器的特征在于，在所述石英基板上， 配置有在所述表面聲波的傳播方向上排列成條紋狀的多個(gè)槽，所述電極指被配置在所述槽之間、或者所述槽內(nèi)部。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，較薄地形成了 IDT，因此，能夠減輕石英基板上的熱應(yīng)變和頻率隨時(shí)間的變化，并且能夠抑制IDT的厚度偏差而抑制成本。并且，能夠與IDT的厚度無關(guān)地在石英基板上形成較大的階梯差，因此能夠提高機(jī)電耦合系數(shù)，從而構(gòu)成了低損失的表面聲波諧振器。[應(yīng)用例2]根據(jù)應(yīng)用例1所述的表面聲波諧振器，其特征在于，在設(shè)所述表面聲波的波長為λ、由所述槽和所述電極指形成的階梯差為D的情況下，所述階梯差D滿足如下關(guān)系式0. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。通過將階梯差設(shè)為上述范圍，能夠尤其提高機(jī)電耦合系數(shù)，因此構(gòu)成了低損失的表面聲波諧振器。[應(yīng)用例3]根據(jù)應(yīng)用例1或2所述的表面聲波諧振器，其特征在于，在設(shè)所述電極指的膜厚為H時(shí)，所述膜厚H滿足如下關(guān)系式0. 01 λ 彡 H 彡 0.06 λ。通過將電極指膜厚設(shè)為上述范圍，能夠抑制表面聲波諧振器的頻率隨時(shí)間的變動(dòng)。[應(yīng)用例4]一種表面聲波振蕩器，其特征在于，該表面聲波振蕩器搭載了應(yīng)用例1 至3中任意一例所述的表面聲波諧振器。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了低損失且低成本的表面聲波振蕩器。[應(yīng)用例5]—種電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備搭載了應(yīng)用例1至3中任意一例所述的表面聲波諧振器。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了低損失且低成本的電子設(shè)備。


圖1示出了第1實(shí)施方式的表面聲波(SAW)諧振器，圖1㈧是SAW諧振器的平面圖，圖1 (B)是SAW諧振器的局部放大剖視圖，圖1 (C)是圖1⑶的局部放大圖。圖2示出了本實(shí)施方式的表面聲波(SAW)振蕩器，圖2 (A)是平面圖，圖2(B)是圖 2(A)的A-A線剖視圖。圖3是示出了通過老化試驗(yàn)得到的頻率隨時(shí)間變動(dòng)的圖。圖4是示出改變SAW諧振器上形成的階梯差時(shí)機(jī)電耦合系數(shù)的變化的圖。
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圖5示出了第2實(shí)施方式的表面聲波(SAW)諧振器，圖5㈧是平面圖，圖5 (B)是圖5(A)的局部放大剖視圖，圖5(C)是圖5(B)的局部放大圖。標(biāo)號(hào)說明10 =SAff諧振器；12 =IDT ； 14a 梳齒狀電極；14b 梳齒狀電極；16 總線(busbar)； 18 電極指；20 反射器；22 導(dǎo)體帶；30 石英基板；32 槽；50 =IC ；5 52f 焊盤；56 封裝；54a 54g 電極圖案；56a 底板；58 蓋；60 金屬線；70 :SAW諧振器；72 =IDT ；74a 梳齒狀電極；74b 梳齒狀電極；76 總線；78 電極指；80 反射器；82 導(dǎo)體帶；84 槽。
具體實(shí)施例方式下面，使用圖示的實(shí)施方式來具體說明本發(fā)明。但是，在沒有特定說明的情況下， 該實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)要素、種類、組合、形狀及其相對(duì)配置等只不過是單純的說明例， 并不是要將本發(fā)明的范圍限定于此。圖1示出了第1實(shí)施方式的表面聲波(SAW)諧振器。此處，圖1㈧是SAW諧振器的平面圖，圖1 (B)是SAW諧振器的局部放大剖視圖，圖1 (C)是圖1⑶的局部放大圖。第1實(shí)施方式的SAW諧振器10以石英基板30、IDT 12以及反射器20等為基礎(chǔ)而構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，石英基板30使用了歐拉角為(φ=0°，110°彡θ彡150°， 88° < Ψ <92° )的、ST切90° X軸傳播的石英基板。并且，在本實(shí)施方式中，在該石英基板30上，配設(shè)了激勵(lì)出作為表面聲波的SH波作為激勵(lì)波的IDT 12，并在其兩端配設(shè)了對(duì)SH波進(jìn)行反射的兩個(gè)反射器20。另外，在本實(shí)施方式的石英基板30的歐拉角中，φ包含 -1°含φ含1°范圍的容許誤差。IDT 12具有一對(duì)利用總線16將多個(gè)電極指18的基端部連接起來的梳齒狀電極 14a、14b，且隔開規(guī)定的間隔，交替地配置構(gòu)成一個(gè)梳齒狀電極14a (或14b)的電極指18和構(gòu)成另一個(gè)梳齒狀電極14b (或14a)的電極指18。此處，電極指18的長度方向與X軸垂直，且電極指18在X軸方向上排列配置成條紋狀。此外，IDT 12通過所施加的交流電壓在相對(duì)于X軸進(jìn)行了 90°面內(nèi)旋轉(zhuǎn)后的方向上激勵(lì)出SH波。以在IDT 12所激勵(lì)出的SH波的傳播方向上夾著IDT 12的方式設(shè)置有一對(duì)反射器20。作為具體的結(jié)構(gòu)，將與構(gòu)成IDT 12的電極指18平行地設(shè)置的多個(gè)導(dǎo)體帶22的兩端分別連接起來。另外，在積極利用來自石英基板的SAW傳播方向的端面的反射波的端面反射型 SAW諧振器、或者通過增多IDT的電極指對(duì)數(shù)而由IDT自身激勵(lì)出SAW駐波的多對(duì)IDT型 SAW諧振器中，不一定需要反射器。作為構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)的IDT 12及反射器20的電極膜的材料，可采用鋁(Al)或以Al 為主體的合金。此外，在采用合金作為電極膜材料的情況下，只要作為主成分的Al以外的金屬的重量比為10%以下即可。具有上述基本結(jié)構(gòu)的SAW諧振器10中的石英基板30在IDT 12的電極指18之間以及反射器20的導(dǎo)體帶22之間設(shè)有槽32 (電極指間槽)。此處，利用設(shè)置于石英基板30上的槽32的深度(G)與電極膜18的膜厚(H)之和來定義基板上形成的階梯差(D = G+H)，而其大小為以SAW諧振器10產(chǎn)生的SH波的波長 λ為基準(zhǔn)的后述的式1的范圍。另外，關(guān)于電極指18的寬度L與槽32的寬度S的比例即線占有率n (n = s/(l+s))，可考慮頻率特性等進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。圖2示出了本實(shí)施方式的表面聲波(SAW)振蕩器。圖2㈧是平面圖，圖2 (B)是圖2(A)的A-A線剖視圖。本實(shí)施方式的SAW振蕩器100如圖2所示，由以下部分構(gòu)成上述SAW諧振器10 ；對(duì)該SAW諧振器10的IDT 12施加電壓而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的IC (integrated circuit 集成電路)50 ；以及收納它們的封裝56。其中，在圖2中，圖2 (A)是去掉蓋后的平面圖，圖2(B)是示出圖2(A)中的A-A剖面的圖。在實(shí)施方式的SAW振蕩器100中，將SAW諧振器10和IC 50收納在同一封裝56 內(nèi)，利用金屬線60將形成在封裝56的底板56a上的電極圖案5 Mg、SAW諧振器10的梳齒狀電極14a、14b以及IC 50的焊盤5 52f連接起來。并且，利用蓋58將收納了 SAW諧振器10和IC 50的封裝56的腔氣密地密封。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)DT 12(參照?qǐng)D 1)、IC 50以及形成在封裝56的底面上的未圖示的外部安裝電極電連接。此外，本實(shí)施方式的SAW諧振器10可搭載于移動(dòng)電話、硬盤、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、有線 /無線基站、車載通信設(shè)備等電子設(shè)備上。本申請(qǐng)的發(fā)明人針對(duì)改變SAW諧振器上形成的階梯差的大小時(shí)、機(jī)電耦合系數(shù)和頻率隨時(shí)間的變動(dòng)進(jìn)行了調(diào)查。在該調(diào)查中，作為石英基板，使用了歐拉角為(φ=0°，θ = 123°，Ψ =90° )的、ST切90° X軸傳播的石英基板。此外，關(guān)于調(diào)查中使用的SAW諧振器，使用如下三種類型的SAW諧振器進(jìn)行了調(diào)查類型1為，在石英基板上未形成槽而形成了 IDT，其中，通過改變其膜厚來改變階梯差的大小；類型2為，將IDT的膜厚(H)固定為 0.01 λ并且在石英基板上形成了槽，其中，通過改變槽的深度來改變階梯差的大?。活愋? 為，將IDT的膜厚(H)固定為0.02 λ并且在石英基板上形成了槽，其中，通過改變槽的深度來改變階梯差的大小。另外，在任意一種類型中都設(shè)計(jì)成IDT的電極指與槽的寬度彼此一致(線占有率η = 0. 5)。此外，在類型2、類型3中，IDT的膜厚(H)與槽深度(G)之和為階梯差(D = H+G)。圖3示出了通過老化試驗(yàn)得到的頻率隨時(shí)間的變動(dòng)。在老化試驗(yàn)中，測定了將類型1的SAW諧振器放置在125°C的環(huán)境中3000小時(shí)的情況下的頻率變動(dòng)量。由此可知，對(duì)于類型1，當(dāng)增加IDT的膜厚(H)時(shí)，頻率隨時(shí)間的變動(dòng)變大。尤其是在將膜厚設(shè)為0. 06 λ 以上時(shí)，頻率隨時(shí)間的變動(dòng)急劇變大。圖4示出了改變SAW諧振器上形成的階梯差時(shí)的機(jī)電耦合系數(shù)的變化?？芍瑢?duì)于類型1，當(dāng)增加形成在石英基板上的IDT的膜厚(H)時(shí)，機(jī)電耦合系數(shù)的值上升，當(dāng)階梯差大致成為Ο. λ時(shí)，機(jī)電耦合系數(shù)的值最大。由圖3、圖4可知，對(duì)于類型1，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)以下兩種優(yōu)化通過調(diào)整膜厚而實(shí)現(xiàn)的機(jī)電耦合系數(shù)的優(yōu)化、以及通過調(diào)整膜厚而實(shí)現(xiàn)的使頻率隨時(shí)間的變動(dòng)最小的優(yōu)化。另一方面，如圖4所示，在類型2、類型3的SAW諧振器中，機(jī)電耦合系數(shù)隨著階梯差(D)的增加而單調(diào)地增加，但展現(xiàn)出與類型1大致相同的值。然后，在階梯差(D)為0.04 λ時(shí)，對(duì)于類型1而言，IDT的膜厚(H)為0.04 λ，而此時(shí)的機(jī)電耦合系數(shù)為0. 191%。另一方面，對(duì)于類型2而言，IDT的膜厚(H)為Ο.ΟΙλ (固定)，槽深度(G)為0.03 λ，而機(jī)電耦合系數(shù)為0.195%。并且，對(duì)于類型3而言，IDT的膜厚(H)為0.02 λ (固定)，槽深度(G)為0.02 λ，而機(jī)電耦合系數(shù)為0. 192%。因此可知，在階梯差(D)為0.04 λ處，類型2、類型3的機(jī)電耦合系數(shù)比類型1大，當(dāng)進(jìn)一步增大階梯差時(shí)，其差距逐漸變大。在該調(diào)查中，在0. 14 λ以內(nèi)的范圍內(nèi)測定了階梯差(D)，而在類型2、類型3中，未觀察到機(jī)電耦合系數(shù)的減小。此外，類型2、類型3各自的IDT的膜厚(H)分別為0.01入、 0.02λ，基于圖3進(jìn)行觀察時(shí)，這相當(dāng)于未觀察到頻率隨時(shí)間的變化的區(qū)域。由此可知，類型2、類型3能夠在抑制頻率隨時(shí)間變動(dòng)的同時(shí)改善機(jī)電耦合系數(shù)。因此可知，在本實(shí)施方式中，只要將階梯差(D)設(shè)計(jì)為滿足如下關(guān)系式即可式10. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。此外，圖3的結(jié)果也能夠直接應(yīng)用于類型2、類型3那樣形成了槽的情況，因此，即使在石英基板上形成了槽，只要將IDT的膜厚(H)設(shè)為0.04 λ以下，就能夠抑制頻率隨時(shí)間的變動(dòng)，且通過調(diào)整槽深度能夠改善機(jī)電耦合系數(shù)。另外，圖3所示的頻率變動(dòng)量在實(shí)用應(yīng)用中處于IOppm左右以下是理想的。因此，根據(jù)上述調(diào)查，通過將IDT的膜厚(H)設(shè)計(jì)為滿足如下關(guān)系式，由此能夠在抑制頻率隨時(shí)間變動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)電耦合系數(shù)的改善式20.01 λ ^ H^ 0.06 λ并且，如圖4所示，在對(duì)IDT的膜厚為0. 01 λ的類型2與IDT的膜厚為0. 02 λ的類型3進(jìn)行比較時(shí)，可知類型2的機(jī)電耦合系數(shù)更高。因此可知，IDT的膜厚形成得越薄， 機(jī)電耦合系數(shù)越高。圖5示出了第2實(shí)施方式的表面聲波(SAW)諧振器。圖5㈧是平面圖，圖5 (B) 是圖5(A)的局部放大剖視圖。第2實(shí)施方式的表面聲波(SAW)諧振器70使用了與第1實(shí)施方式相同的石英基板30而形成IDT(電極指78、總線76、梳齒狀電極74a、74b)、反射器 80(導(dǎo)體帶82)，但不同點(diǎn)在于，在SH波傳播的方向上形成為條紋狀的槽84的內(nèi)部底面上形成了電極指。同樣，在要形成總線76、反射器80(導(dǎo)體帶82)的位置處也形成有槽(未圖示)，總線76、反射器80(導(dǎo)體帶82)形成在槽(未圖示)的內(nèi)部(內(nèi)部底面)。另外， IDT 72和反射器80的形狀和方向分別與第1實(shí)施方式的IDT 12、反射器20相同。因此， 第2實(shí)施方式的SAW諧振器70的表面聲波的激勵(lì)位置成為槽84的內(nèi)側(cè)底面。此時(shí)，由槽 84的深度(G)與電極指78的膜厚(H)之間的差分形成了階梯差(D = G-H)。并且，關(guān)于設(shè)槽84(電極指78)的寬度為S、槽84之間的距離為L時(shí)的線占有率η ( η =S/(L+Q)，可考慮SAW諧振器70的頻率特性等進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。另外，本實(shí)施方式也能夠應(yīng)用于上述的 SAW振蕩器100。另一方面，表面聲波在石英基板的表面進(jìn)行傳播，但是對(duì)于除了 IDT和反射器以外的石英基板30的表面形狀，第1實(shí)施方式與第2實(shí)施方式之間不存在差異，僅IDT 12,72 的形成位置不同，因此，表面聲波的傳播路徑不存在差異。因此，在分別對(duì)第1實(shí)施方式與第2實(shí)施方式的IDT 12,72施加相同的交流電壓時(shí)，各SAW諧振器所產(chǎn)生的表面聲波彼此相差了 λ/4的相位差，但它們的特性大致形同。在上述調(diào)查中，對(duì)第1實(shí)施方式、即在電極指18之間形成了槽32的情況進(jìn)行了調(diào)查。但是，如上所述，第2實(shí)施方式、即在槽84的內(nèi)部底面形成有電極指78時(shí)的特性與第1實(shí)施方式大致相同。因此，上述調(diào)查結(jié)果也能夠直接應(yīng)用于第2實(shí)施方式。因此，在第2實(shí)施方式中，通過調(diào)整階梯差的大小(槽84的深度 G、電極指78的膜厚H)等，也能夠抑制頻率隨時(shí)間的變動(dòng)，并且改善機(jī)電耦合系數(shù)。
因此，在任意一個(gè)實(shí)施方式中都是較薄地形成了 IDT 12、72，因此能夠減輕石英基板30上的熱應(yīng)變和頻率隨時(shí)間的變化，并且抑制IDT 12、72的厚度偏差，從而抑制了成本。 并且，能夠與IDT 12,72的厚度無關(guān)地在石英基板上形成較大的階梯差，因此能夠提高機(jī)電耦合系數(shù)，從而構(gòu)成了低損失的SAW諧振器10、70。此外，搭載了該SAW諧振器10、70的 SAW振蕩器100和電子設(shè)備也能夠?qū)崿F(xiàn)低損失和低成本。
權(quán)利要求
1.一種表面聲波諧振器，其具有石英基板，其歐拉角為φ=0°，110° ( θ彡150°，88°彡Ψ彡92° ；以及叉指換能器，其具有配置在所述石英基板上的多個(gè)電極指，且該叉指換能器的激勵(lì)波為表面聲波，該表面聲波諧振器的特征在于，在所述石英基板上，配置有在所述表面聲波的傳播方向上排列成條紋狀的多個(gè)槽， 所述電極指被配置在所述槽之間、或者所述槽的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波諧振器，其特征在于，在設(shè)所述表面聲波的波長為λ、由所述槽和所述電極指形成的階梯差為D時(shí)，所述階梯差D滿足如下關(guān)系式 0. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波諧振器，其特征在于， 在設(shè)所述電極指的膜厚為H時(shí)，所述膜厚H滿足下式0. 01 λ 彡 H 彡 0.06 λ。
4.一種表面聲波振蕩器，其特征在于，該表面聲波振蕩器搭載了權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的表面聲波諧振器。
5.一種電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備搭載了權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的表面聲波諧振器。
全文摘要
本發(fā)明提供表面聲波諧振器、表面聲波振蕩器以及電子設(shè)備。該表面聲波諧振器具有石英基板(30)，其歐拉角為(110°≤θ≤150°，88°≤ψ≤92°)；以及IDT(12、72)，其具有配置在所述石英基板(30)上的多個(gè)電極指(18、78)，且激勵(lì)波為表面聲波，該表面聲波諧振器的特征在于，在所述石英基板(30)上，配置有在所述表面聲波的傳播方向上排列成條紋狀的多個(gè)槽(32、84)，所述電極指(18、78)被配置在所述槽(32)之間、或者所述槽(84)的內(nèi)部。
文檔編號(hào)H03H9/02GK102386878SQ20111024121
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者大脅卓彌, 山中國人 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社