专利名称：表面声波装置以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用了瑞利(Rayleigh)型表面声波的阻带(stopband)的上限模的表面声波装置。
背景技术：
以SAW(surface acoustic wave)谐振器或SAW滤波器为代表的表面声波装置因为具有高频、小型、可批量生产等的优秀特性，所以在通信领域中被广泛利用。特别是使用了以ST切(ST-cut)为代表的石英基板的表面声波装置，其利用石英所具有的高温稳定性来实现高精度化。近年来，由于便携式通信设备等的普及发展，进一步要求高频、小型、对温度变化具有稳定性的高精度的表面声波装置。
在表面声波装置中，当试图实现高频化和温度稳定化时，存在着相互间相反并产生影响的因素，为了对它们进行改善，一直以来进行了各种努力。
使用了ST切型石英基板的表面声波装置的振荡频率由IDT电极(interdigital transducer electrode叉指型换能器电极)的间距所决定，为了使振荡频率高频化，必须减小IDT电极的间距。此时，IDT电极宽度和IDT电极厚度也与IDT电极间距成比例被设计得较小。其结果是，IDT电极的电阻值变大，表面声波装置的阻抗变大。
为了解决该问题，考虑加厚IDT电极厚度，但公知的是如果加厚IDT电极，则振荡频率大幅下降。为了将IDT电极形成得较厚并使振荡频率高频化，必须进一步减小IDT电极宽度，使IDT电极微小化，可以预料制造过程中的成品率将下降。而且，如非专利文献1中所描述的那样，如果加厚IDT电极，则频率温度特性(对应于温度的频率变动特性)的2次温度系数的绝对值变大。即，相对于温度变化，频率变动变大，结果损害了石英基板所具有的温度稳定性。
公知的是，在由设置于石英等压电基板上的IDT电极所激励的Rayleigh型表面声波中，通过计算而得到被称作阻带的2个频率解，作为该2个频率解的低频(下限模)或高频(上限模)中的一方被用于激励。已经知道，当在ST切型石英基板上具有在表面声波的1个波长中设置了2根电极指的单一型IDT电极的情况下，利用阻带的下限模来激励表面声波。然而，如非专利文献1所示，对下限模和上限模进行比较，上限模的频率温度特性的2次温度系数的绝对值小，增加IDT电极厚度时的2次温度系数的绝对值变化(“增加量”或“减少量”)也小。因此，可以知道上限模的频率温度特性良好，并且适合于高频化，然而在ST切型石英基板的单一型IDT电极上不能激励上限模的表面声波。
为此，在专利文献1中，提出了具有反射反转型IDT电极的表面声波装置，作为激励阻带的上限模的装置。
如图7所示，反射反转型IDT电极51构成为在压电基板50上将具有电极指的电极52、53配置成相咬合。根据该结构，表面声波的每1个波长λ具有3根电极指61、62、63，反相地驱动电极指61、62和电极指63。
专利文献1特开2002-100959号公报(图13)非专利文献1信学技報、社団法人電子情報通信学会、US99-20(1999-06)、p.37-42(図4)但是，反射反转型IDT电极在1个波长中具有3根电极指，为了适应高频化，与通常使用的在表面声波的1个波长中设置2根电极指的单一型IDT电极相比，需要进一步使IDT电极宽度微小化，不适合于高频化，可以预想制造过程中的成品率下降。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种通过利用阻带的上限模作为表面声波装置的振荡频率，使得频率温度特性优异、并且容易高频化的表面声波装置。
为了解决上述课题，本发明的表面声波装置至少具有用于在石英基板表面上激励Rayleigh型表面声波的IDT电极，激励上述表面声波的阻带的上限模，其特征在于，当用欧拉角表示方式(φ，θ，ψ)来表示上述石英基板的切出角度以及表面声波传播方向时，设定成φ＝0°，0°≤θ≤180°，0°＜|ψ|＜90°。
根据该结构，可以使表面声波的传播方向向偏离石英基板的结晶的对称位置的位置移动，可以利用阻带的上限模作为表面声波的振荡频率。因此，使表面声波装置高频化时，与利用下限模时相比，便利于IDT电极的微小化，可容易地进行表面声波装置的高频化。
本发明的表面声波装置，其特征在于，上述IDT电极是单一型IDT电极。
根据该结构，不使用反射反转型IDT电极作为IDT电极即可利用上限模。即，单一型IDT电极只要在表面声波的1个波长中设置2根电极指即可，与在1个波长中设置3根电极指的反射反转型IDT电极相比，能够抑制制造过程中的成品率降低，使高频化变得容易。
本发明的表面声波装置，其特征在于，当用欧拉角表示方式(φ，θ，ψ)来表示上述石英基板的切出角度以及表面声波传播方向时，设定成φ＝0°，0°≤θ≤180°，9°≤|ψ|≤46°。
根据该结构，与使用ST切型石英基板的情况相比，能够提供相对于温度的频率变动小的表面声波装置。
本发明的表面声波装置，其特征在于，当用欧拉角表示方式(φ，θ，ψ)来表示上述石英基板的切出角度以及表面声波传播方向时，设定成φ＝0°，95°≤θ≤155°，33°≤|ψ|≤46°。
根据该结构，与使用面内旋转ST切型石英基板的情况相比，能够提供相对于温度的频率变动小的表面声波装置。
本发明的电子设备，其特征在于，具有上述表面声波装置。
根据该结构，电子设备具有实现了高频化、并且频率温度特性优异的表面声波装置，可提供特性良好的电子设备。
图1是用于对欧拉角进行说明的图。
图2是表示使用ST切型石英基板改变IDT电极厚度时的上限模和下限模的频率变化的曲线图。
图3是表示本实施方式的SAW谐振器的结构的图，(a)是SAW谐振器的示意平面图，(b)是沿该图(a)的A-A截线的示意剖面图。
图4是表示本实施方式的SAW谐振器的频率变动量以及基板切出角度θ和ψ的曲线图。
图5是表示封装后的SAW谐振器的部分剖面图。
图6是表示电子设备的结构的结构图。
图7是表示现有的反射反转型IDT电极的图，(a)是示意平面图，(b)是沿该图(a)的A-A截线的示意剖面图。
符号说明10作为表面声波装置的SAW谐振器；11石英基板；12IDT电极；21，22电极指；30已封装的SAW谐振器；40电子设备；λ表面声波的波长；HIDT电极的厚度；dIDT电极的宽度；PIDT电极的间距。
具体实施例方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。首先，为了指定石英基板的切出角和表面声波传播方向，对欧拉角(φ，θ，ψ)表示方式进行说明。
图1是用于对欧拉角进行说明的图。
石英的晶轴利用X轴(电轴)、Y轴(机械轴)以及Z轴(光轴)来定义，欧拉角(0°，0°，0°)成为与Z轴垂直的石英片。在本发明中，将以Z轴为旋转轴旋转X轴和Y轴的角度φ固定为φ＝0°。
假设当以X轴为旋转轴，使Y轴和Z轴朝逆时针方向旋转角度θ时新生成的坐标轴分别为Y’轴以及Z’轴。设以该Z’轴为法线、在包含X轴和Y’轴的平面方向所切出的部分为石英基板1。而且，在该平面方向所切出的石英基板1中，当以Z’轴为旋转轴使X轴和Y’轴旋转角度ψ时，假设新生成的坐标轴分别为X’轴和Y″轴。设该X’轴为表面声波装置2的表面声波传播方向。并且，将该石英基板1的角度ψ称为面内旋转角。
这样，可以用欧拉角(φ，θ，ψ)来表示并指定石英基板的切出角度和表面声波传播方向。
接着，对利用表面声波的阻带的上限模的优点进行说明。
前面已经叙述过，表面声波的阻带的上限模与下限模相比，频率温度特性的2次温度系数的绝对值小，当增加IDT电极厚度时的2次温度系数的绝对值的变化也小。
除此之外，发明人们还发现，关于增加IDT电极厚度时的振荡频率的变化量，与下限模相比，上限模的变化量小。
图2表示使用ST切型石英基板改变IDT电极厚度时的上限模和下限模的频率变化。
在图2中，设纵轴为频率，横轴为IDT电极厚度H除以波长λ(这里设为10μm)后的标准化电极厚度H/λ。上限模和下限模的频率是各个模下的短路条件下的频率。
上限模和下限模都具有随着IDT电极厚度H变厚、频率下降的趋势。另外可知，在IDT电极厚度H变厚的情况下，与下限模相比，上限模的频率下降较小。
这样，利用表面声波的阻带的上限模是一种有效方法，可以改善频率温度特性，并且在加厚IDT电极的厚度来改善IDT电极的电阻值(阻抗)时，频率下降量小。
并且，图2中的频率下降结果是使用Al作为IDT电极材料的情况。例如在利用比重比Al大的Au形成IDT电极时，下限模和上限模的频率下降比利用Al的情况大，利用Al等比重轻的材料来形成IDT电极对于实现高频化更为有效。
(第1实施方式)下面，作为表面声波装置，以SAW谐振器为例来说明本发明的实施方式。
图3是作为具有单一型IDT电极的表面声波装置的SAW谐振器的示意图。图3(a)是SAW谐振器的示意平面图，图3(b)是沿该图(a)的A-A截线的示意剖面图。
SAW谐振器10由以下部分构成在石英基板11的表面上具有电极指21、22的IDT电极12；和设置于IDT电极12两端的反射器14、15。IDT电极12被配置成使得各个电极指21、22相咬合。按照厚度H、电极宽度d来形成电极指21、22，电极指21和电极指22的间隔(间距)P是等间隔地连续形成。另外，在表面声波的1个波长λ中设置有2根电极指21、22。一般，由该IDT电极12构成的IDT电极被称为单一型IDT电极。IDT电极12由Al形成，并被相互反相地驱动。
另外，从石英中切出石英基板11，以成为欧拉角表示方式(0°，0°≤θ≤180°，0°＜|ψ|＜90°)的范围，箭头E的方向与作为图1中说明过的表面声波传播方向的X’轴一致。
在这种结构的SAW谐振器10中，由IDT电极12所激励、向外部传播的表面声波被反射器14、15反射，表面波能量被限制在IDT电极12和反射器14、15的部分，获得损失小的谐振特性。
一直以来所公知的ST切型石英基板用欧拉角表示方式为例如(0°，123°，0°)，在使用该基板并利用单一型IDT电极构成SAW谐振器的情况下，激励表面声波的是阻带的下限模。
是否激励阻带的上限模、下限模由各个模的频率下的短路条件与开路条件的频率差所决定，已经知道，如果存在频率差，则激励该模。
表1是表示在使用单一型IDT电极的ST切型石英基板以及本发明的切角的石英基板中，在上限模下的短路条件与开路条件中的频率差的表。
在该表1中，设表面声波的波长λ＝10μm，改变电极指的宽度d除以电极指的间距P后的标准化电极宽度(d/P)，以及电极指的厚度H除以波长λ后的标准化电极厚度(H/λ)的条件来进行表示。另外，设上限模中的短路条件的频率为fus，上限模中的开路条件的频率为fuo，用绝对值来表示其差。
表1
在表1中，条件A是使用ST切型石英基板、d/P＝0.5、H/λ＝0.03的情况，上限模中的短路条件的频率与开路条件的频率之差为0。另外，条件B是使用ST切型石英基板、d/P＝0.7、H/λ＝0.10的情况，上限模中的短路条件的频率与开路条件的频率之差为0。
这样，可知在使用ST切型石英基板的情况下，即使改变IDT电极的电极指的尺寸，也不能在阻带的上限模下激励表面声波。
下面，以本发明的切角即欧拉角(0°，123°，41°)的石英基板为例进行说明。
条件C是使用本发明的切角的石英基板、d/P＝0.5、H/λ＝0.03的情况，上限模中的短路条件的频率与开路条件的频率之差为0.0015MHz。
另外，同样地，条件D是使用本发明的切角的石英基板、d/P＝0.7、H/λ＝0.10的情况，上限模中的短路条件的频率与开路条件的频率之差为0.1667MHz。
这样，可知在使用本发明的石英基板的情况下，能够在阻带的上限模下激励表面声波。这通过使切角偏离石英结晶的对称性而变为非对称性，使得能够激励上限模的表面声波。
下面，对在利用阻带的上限模、使用本实施方式的切角的石英基板的情况下的相对于温度的频率变动进行说明。
图4是表示本实施方式的SAW谐振器的相对于温度的频率变动量的曲线图。并且，频率变动量＝频率偏差的最大值-频率偏差的最小值，频率偏差＝(各温度下的频率-25℃下的频率)/25℃下的频率。
作为条件，设温度范围为-40℃～90℃，单一型IDT电极的标准化电极宽度d/P＝0.7，标准化电极厚度H/λ＝0.10。而且，将石英基板的切角固定为φ＝0°，用黑圆点符号表示当在θ＝0°～180°之间使面内旋转角ψ＝0°～90°变化时，频率变动量成为最佳值(最小值)的频率变动量。另外，用三角符号表示此时的面内旋转角ψ。例如，当φ＝0°，9＝40°时，使得在ψ＝0°～90°之间变化的情况下的频率变动量的最小值是大约80ppm，此时的面内旋转角ψ大约是12°。
并且，因为石英结晶的对称性，不管ψ使用正或负的哪一侧的角度，结果均相同，均能够实施。另外，不局限于基于欧拉角的描述，也可使用具有结晶学上等价的切角的石英基板。
如上所述，在设切出角度(切角)以及表面声波传播方向为(0°，0°≤θ≤180°，0°＜|ψ|＜90°)的石英基板中，可以使表面声波的传播方向向偏离石英基板中的结晶的对称位置的位置移动，可以使用单一型IDT电极来激励表面声波的阻带的上限模。因此，与利用阻带的下限模的情况相比，频率温度特性良好，而且可便利于IDT电极的微小化，容易实现表面声波装置的高频化。
另外，因为可以利用单一型IDT电极，所以与反射反转型IDT电极相比，能抑制制造过程中的成品率降低，使得高频化变得更容易。
(第2实施方式)另外，可将图3所示的SAW谐振器的石英基板11的切出角度以及表面声波传播方向设定在欧拉角(0°，0°≤θ≤180°，9°≤|ψ|≤46°)的范围内。
此时，如图4所示，在设温度范围为-40℃～90℃的情况下，频率变动量为最大约127ppm。ST切型石英基板的2次温度系数一般为-3.4×10-8(1/℃2)，在设温度范围为-40℃～90℃的情况下，频率变动量约为144ppm。
这样，通过将表面声波装置的石英基板11的切出角度以及表面声波传播方向设定在欧拉角(0°，0°≤θ≤180°，9°≤|ψ|≤46°)的范围内，与使用ST切型石英基板的情况相比，可减小频率变动量。
(第3实施方式)而且，可将图3所示的SAW谐振器的石英基板11的切出角度以及表面声波传播方向设定在欧拉角(0°，95°≤θ≤155°，33°≤|ψ|≤46°)的范围内。
此时，如图4所示，在设温度范围是-40℃～90℃的情况下，频率变动量变成最大约59ppm。另外，在面内旋转ST切型石英基板中，根据文献“Temperature Stability of Surface Acoustic Wave Resonators onIn-Plane Rotated 33°Y-Cut Quartz”JJAP、Vol.42(2003)pp.3136-3138，在欧拉角(0°，123°，43.4°)的情况下，阻带的下限模的2次温度系数是-1.4×10-8(1/℃2)，当设温度范围为-40℃～90℃时，频率变动量约为59ppm。
这样，通过将SAW谐振器的石英基板11的切出角度以及表面声波传播方向设定在欧拉角(0°，95°≤θ≤155°，33°≤|ψ|≤46°)的范围内，与使用面内旋转ST切型石英基板的情况相比，可减小频率变动量。
(第4实施方式)图5是将作为本发明的表面声波装置的SAW谐振器进行了封装的实施方式的部分剖面图。
在用陶瓷等制成的收纳容器36中，固定、收纳有在上述实施方式中示出的SAW谐振器31。在SAW谐振器31表面形成IDT电极32，另外还形成与IDT电极连接的连接焊盘33。
SAW谐振器31的连接焊盘33通过Au等的线34与形成在收纳容器36中的连接端子35电连接。而且，利用盖体37，将收纳容器36内部保持为真空或惰性气体氛围并密封，构成封装好的SAW谐振器30。
在本实施方式的SAW谐振器中，虽然随着高频化，IDT电极32的厚度形成得较薄，但如前所述那样，因为可以在不引起频率变动或者频率温度特性的2次温度系数的大变动的情况下将IDT电极厚度形成得较厚，因此，可调整到能够进行引线接合的厚度。从而能够提高电连接的可靠性。
这样，封装后的SAW谐振器30利用阻带的上限模，从而可提供频率温度特性优异、容易高频化的SAW谐振器30。
(第5实施方式)图6是表示本发明的电子设备的结构的结构图。
在便携式电话或导航系统等的电子设备40中，具有作为本发明的表面声波装置41而实现高频化的SAW谐振器。
因为SAW谐振器的频率温度特性优异，并实现了高频化，所以作为电子设备可获得特性优异的电子设备。
以上，作为表面声波装置，利用SAW谐振器的例子进行了说明，但是因为在谐振器型表面声波滤波器中利用阻带端的谐振来构成SAW滤波器，所以可以使用同样的方法来构成SAW滤波器。而且，这样构成的SAW滤波器利用阻带的上限模，从而可获得频率温度特性优异、容易实现高频化的SAW滤波器。
权利要求
1.一种表面声波装置，至少具有用于在石英基板表面上激励Rayleigh型表面声波的IDT电极，激励上述表面声波的阻带的上限模，其特征在于，当用欧拉角表示方式(φ，θ，ψ)来表示上述石英基板的切出角度以及表面声波传播方向时，设定成φ＝0°，0°≤θ≤180°，0°＜|ψ|＜90°。
2.根据权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于，所述IDT电极是单一型IDT电极。
3.根据权利要求1或2所述的表面声波装置，其特征在于，当用欧拉角表示方式(φ，θ，ψ)来表示所述石英基板的切出角度以及表面声波传播方向时，设定成φ＝0°，0°≤θ≤180°，9°≤|ψ|≤46°。
4.根据权利要求1或2所述的表面声波装置，其特征在于，当用欧拉角表示方式(φ，θ，ψ)来表示所述石英基板的切出角度以及表面声波传播方向时，设定成φ＝0°，95°≤θ≤155°，33°≤|ψ|≤46°。
5.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求1～4中的任意一项所述的表面声波装置。
全文摘要
表面声波装置以及电子设备。本发明的课题是提供一种利用阻带的上限模作为表面声波装置的振荡频率，频率温度特性优异，且容易高频化的表面声波装置。作为解决手段，在至少具有用于在石英基板(1)的表面上激励Rayleigh型表面声波的IDT电极的表面声波装置(2)中，当用欧拉角表示方式(φ，θ，ψ)来表示石英基板(1)的切出角度以及表面声波传播方向时，设定成φ＝0°、0°≤θ≤180°、0°＜|ψ|＜90°。
文档编号H03H9/145GK1780143SQ20051012377
公开日2006年5月31日 申请日期2005年11月22日 优先权日2004年11月22日
发明者神名重男 申请人:精工爱普生株式会社