专利名称：表面声波谐振器、表面声波振荡器以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面声波谐振器、采用了该表面声波谐振器的表面声波振荡器以及电子设备。
背景技术：
一直以来，在移动通信设备的带通滤波器等中广泛采用了表面声波(SAW =Surface Acoustic Wave)滤波器。在这种以往的表面声波滤波器中，具有表面波谐振滤波器和横向滤波器等。例如，作为现有的表面波谐振器滤波器之一，使用温度特性良好的ST切0° X轴传播的石英基板，在该石英基板上利用由Al构成的电极材料形成IDT (叉指换能器)和反射器等，并使用通过IDT的激励生成的瑞利波。此外，作为另一种表面波谐振滤波器，使用ST切90° X轴传播的石英基板，在该石英基板上使用由Ta、W、Au等构成的电极材料来形成IDT和反射器等，并使用通过IDT的激励生成的SH波。但是，在前者的、在ST切0° X轴传播的石英基板上形成了由Al构成的电极的表面波谐振滤波器中，使用了瑞利波，因此存在如下问题(1)在反射系数小、且使用了反射器的器件例如表面波谐振滤波器中，需要多个反射器指，因此妨碍了小型化。(2)机电耦合系数小，因此损耗大。另一方面，在后者的、在ST切90° X轴传播的石英基板上利用如Ta、W或Au那样质量负荷高的金属来形成电极的表面波谐振滤波器中，使用了 SH波，因此具有如下特征 机电耦合系数大、且反射系数也大，因此能够实现装置的小型化。但是，在利用如Ta、W或Au那样质量负荷大的金属来形成电极的情况下，存在以下问题与电极宽度和膜厚的偏差相伴的中心频率的偏差变大，不合格率变高。即，存在如下问题与质量负荷小的Al相比，用于形成电极的材料的质量负荷越大，与膜厚对应的声速变化越急剧，即使产生了与使用质量负荷小的Al时相同程度的电极宽度和膜厚的偏差，中心频率的偏差也会变大。为了解决这种问题，在专利文献1中记述了以下的表面声波滤波器对在用于产生SH波的石英基板上由Al金属膜形成的IDT指的标准化膜厚(H/λ)进行优化，由此增大了机电耦合系数而减小了损耗，而且能够减小电极膜厚对频率产生的影响。专利文献1日本特开2002-330051号公报但是，在专利文献1中仍存在如下问题当电极膜厚变大时，因膜厚产生偏差而导致频率特性产生偏差，由此导致成品率下降，耗费成本。并且还存在这样的问题因与石英基板之间的热应变和老化引起的频率变动变得显著。并且，机电耦合系数的改善也有限
发明内容
因此，本发明着眼于上述问题而提供如下的表面声波谐振器、采用了该表面声波谐振器的表面声波振荡器以及电子设备它们抑制了频率特性的偏差、以及因与石英基板之间的热应变和老化引起的频率变动，并且改善了机电耦合系数而实现了高可靠性。本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下应用例来实现。[应用例1]一种表面声波谐振器，其具有石英基板，其欧拉角为(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个电极指，且该IDT的激励波为表面声波，该表面声波谐振器的特征在于，在所述石英基板上， 配置有在所述表面声波的传播方向上排列成条纹状的多个槽，所述电极指被配置在所述槽之间、或者所述槽内部。根据上述结构，较薄地形成了 IDT，因此，能够减轻石英基板上的热应变和频率随时间的变化，并且能够抑制IDT的厚度偏差而抑制成本。并且，能够与IDT的厚度无关地在石英基板上形成较大的阶梯差，因此能够提高机电耦合系数，从而构成了低损失的表面声波谐振器。[应用例2]根据应用例1所述的表面声波谐振器，其特征在于，在设所述表面声波的波长为λ、由所述槽和所述电极指形成的阶梯差为D的情况下，所述阶梯差D满足如下关系式0. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。通过将阶梯差设为上述范围，能够尤其提高机电耦合系数，因此构成了低损失的表面声波谐振器。[应用例3]根据应用例1或2所述的表面声波谐振器，其特征在于，在设所述电极指的膜厚为H时，所述膜厚H满足如下关系式0. 01 λ 彡 H 彡 0.06 λ。通过将电极指膜厚设为上述范围，能够抑制表面声波谐振器的频率随时间的变动。[应用例4]一种表面声波振荡器，其特征在于，该表面声波振荡器搭载了应用例1 至3中任意一例所述的表面声波谐振器。根据上述结构，构成了低损失且低成本的表面声波振荡器。[应用例5]—种电子设备，其特征在于，该电子设备搭载了应用例1至3中任意一例所述的表面声波谐振器。根据上述结构，构成了低损失且低成本的电子设备。
图1示出了第1实施方式的表面声波(SAW)谐振器，图1㈧是SAW谐振器的平面图，图1 (B)是SAW谐振器的局部放大剖视图，图1 (C)是图1⑶的局部放大图。图2示出了本实施方式的表面声波(SAW)振荡器，图2 (A)是平面图，图2(B)是图 2(A)的A-A线剖视图。图3是示出了通过老化试验得到的频率随时间变动的图。图4是示出改变SAW谐振器上形成的阶梯差时机电耦合系数的变化的图。
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图5示出了第2实施方式的表面声波(SAW)谐振器，图5㈧是平面图，图5 (B)是图5(A)的局部放大剖视图，图5(C)是图5(B)的局部放大图。标号说明10 =SAff谐振器；12 =IDT ； 14a 梳齿状电极；14b 梳齿状电极；16 总线(busbar)； 18 电极指；20 反射器；22 导体带；30 石英基板；32 槽；50 =IC ；5 52f 焊盘；56 封装；54a 54g 电极图案；56a 底板；58 盖；60 金属线；70 :SAW谐振器；72 =IDT ；74a 梳齿状电极；74b 梳齿状电极；76 总线；78 电极指；80 反射器；82 导体带；84 槽。
具体实施例方式下面，使用图示的实施方式来具体说明本发明。但是，在没有特定说明的情况下， 该实施方式所记载的结构要素、种类、组合、形状及其相对配置等只不过是单纯的说明例， 并不是要将本发明的范围限定于此。图1示出了第1实施方式的表面声波(SAW)谐振器。此处，图1㈧是SAW谐振器的平面图，图1 (B)是SAW谐振器的局部放大剖视图，图1 (C)是图1⑶的局部放大图。第1实施方式的SAW谐振器10以石英基板30、IDT 12以及反射器20等为基础而构成。在本实施方式中，石英基板30使用了欧拉角为(φ=0°，110°彡θ彡150°， 88° < Ψ <92° )的、ST切90° X轴传播的石英基板。并且，在本实施方式中，在该石英基板30上，配设了激励出作为表面声波的SH波作为激励波的IDT 12，并在其两端配设了对SH波进行反射的两个反射器20。另外，在本实施方式的石英基板30的欧拉角中，φ包含 -1°含φ含1°范围的容许误差。IDT 12具有一对利用总线16将多个电极指18的基端部连接起来的梳齿状电极 14a、14b，且隔开规定的间隔，交替地配置构成一个梳齿状电极14a (或14b)的电极指18和构成另一个梳齿状电极14b (或14a)的电极指18。此处，电极指18的长度方向与X轴垂直，且电极指18在X轴方向上排列配置成条纹状。此外，IDT 12通过所施加的交流电压在相对于X轴进行了 90°面内旋转后的方向上激励出SH波。以在IDT 12所激励出的SH波的传播方向上夹着IDT 12的方式设置有一对反射器20。作为具体的结构，将与构成IDT 12的电极指18平行地设置的多个导体带22的两端分别连接起来。另外，在积极利用来自石英基板的SAW传播方向的端面的反射波的端面反射型 SAW谐振器、或者通过增多IDT的电极指对数而由IDT自身激励出SAW驻波的多对IDT型 SAW谐振器中，不一定需要反射器。作为构成这种结构的IDT 12及反射器20的电极膜的材料，可采用铝(Al)或以Al 为主体的合金。此外，在采用合金作为电极膜材料的情况下，只要作为主成分的Al以外的金属的重量比为10%以下即可。具有上述基本结构的SAW谐振器10中的石英基板30在IDT 12的电极指18之间以及反射器20的导体带22之间设有槽32 (电极指间槽)。此处，利用设置于石英基板30上的槽32的深度(G)与电极膜18的膜厚(H)之和来定义基板上形成的阶梯差(D = G+H)，而其大小为以SAW谐振器10产生的SH波的波长 λ为基准的后述的式1的范围。另外，关于电极指18的宽度L与槽32的宽度S的比例即线占有率n (n = s/(l+s))，可考虑频率特性等进行恰当的设计。图2示出了本实施方式的表面声波(SAW)振荡器。图2㈧是平面图，图2 (B)是图2(A)的A-A线剖视图。本实施方式的SAW振荡器100如图2所示，由以下部分构成上述SAW谐振器10 ；对该SAW谐振器10的IDT 12施加电压而进行驱动控制的IC (integrated circuit 集成电路)50 ；以及收纳它们的封装56。其中，在图2中，图2 (A)是去掉盖后的平面图，图2(B)是示出图2(A)中的A-A剖面的图。在实施方式的SAW振荡器100中，将SAW谐振器10和IC 50收纳在同一封装56 内，利用金属线60将形成在封装56的底板56a上的电极图案5 Mg、SAW谐振器10的梳齿状电极14a、14b以及IC 50的焊盘5 52f连接起来。并且，利用盖58将收纳了 SAW谐振器10和IC 50的封装56的腔气密地密封。通过这种结构，能够将IDT 12(参照图 1)、IC 50以及形成在封装56的底面上的未图示的外部安装电极电连接。此外，本实施方式的SAW谐振器10可搭载于移动电话、硬盘、服务器、计算机、有线 /无线基站、车载通信设备等电子设备上。本申请的发明人针对改变SAW谐振器上形成的阶梯差的大小时、机电耦合系数和频率随时间的变动进行了调查。在该调查中，作为石英基板，使用了欧拉角为(φ=0°，θ = 123°，Ψ =90° )的、ST切90° X轴传播的石英基板。此外，关于调查中使用的SAW谐振器，使用如下三种类型的SAW谐振器进行了调查类型1为，在石英基板上未形成槽而形成了 IDT，其中，通过改变其膜厚来改变阶梯差的大小；类型2为，将IDT的膜厚(H)固定为 0.01 λ并且在石英基板上形成了槽，其中，通过改变槽的深度来改变阶梯差的大小；类型3 为，将IDT的膜厚(H)固定为0.02 λ并且在石英基板上形成了槽，其中，通过改变槽的深度来改变阶梯差的大小。另外，在任意一种类型中都设计成IDT的电极指与槽的宽度彼此一致(线占有率η = 0. 5)。此外，在类型2、类型3中，IDT的膜厚(H)与槽深度(G)之和为阶梯差(D = H+G)。图3示出了通过老化试验得到的频率随时间的变动。在老化试验中，测定了将类型1的SAW谐振器放置在125°C的环境中3000小时的情况下的频率变动量。由此可知，对于类型1，当增加IDT的膜厚(H)时，频率随时间的变动变大。尤其是在将膜厚设为0. 06 λ 以上时，频率随时间的变动急剧变大。图4示出了改变SAW谐振器上形成的阶梯差时的机电耦合系数的变化。可知，对于类型1，当增加形成在石英基板上的IDT的膜厚(H)时，机电耦合系数的值上升，当阶梯差大致成为Ο. λ时，机电耦合系数的值最大。由图3、图4可知，对于类型1，无法同时实现以下两种优化通过调整膜厚而实现的机电耦合系数的优化、以及通过调整膜厚而实现的使频率随时间的变动最小的优化。另一方面，如图4所示，在类型2、类型3的SAW谐振器中，机电耦合系数随着阶梯差(D)的增加而单调地增加，但展现出与类型1大致相同的值。然后，在阶梯差(D)为0.04 λ时，对于类型1而言，IDT的膜厚(H)为0.04 λ，而此时的机电耦合系数为0. 191%。另一方面，对于类型2而言，IDT的膜厚(H)为Ο.ΟΙλ (固定)，槽深度(G)为0.03 λ，而机电耦合系数为0.195%。并且，对于类型3而言，IDT的膜厚(H)为0.02 λ (固定)，槽深度(G)为0.02 λ，而机电耦合系数为0. 192%。因此可知，在阶梯差(D)为0.04 λ处，类型2、类型3的机电耦合系数比类型1大，当进一步增大阶梯差时，其差距逐渐变大。在该调查中，在0. 14 λ以内的范围内测定了阶梯差(D)，而在类型2、类型3中，未观察到机电耦合系数的减小。此外，类型2、类型3各自的IDT的膜厚(H)分别为0.01入、 0.02λ，基于图3进行观察时，这相当于未观察到频率随时间的变化的区域。由此可知，类型2、类型3能够在抑制频率随时间变动的同时改善机电耦合系数。因此可知，在本实施方式中，只要将阶梯差(D)设计为满足如下关系式即可式10. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。此外，图3的结果也能够直接应用于类型2、类型3那样形成了槽的情况，因此，即使在石英基板上形成了槽，只要将IDT的膜厚(H)设为0.04 λ以下，就能够抑制频率随时间的变动，且通过调整槽深度能够改善机电耦合系数。另外，图3所示的频率变动量在实用应用中处于IOppm左右以下是理想的。因此，根据上述调查，通过将IDT的膜厚(H)设计为满足如下关系式，由此能够在抑制频率随时间变动的同时实现机电耦合系数的改善式20.01 λ ^ H^ 0.06 λ并且，如图4所示，在对IDT的膜厚为0. 01 λ的类型2与IDT的膜厚为0. 02 λ的类型3进行比较时，可知类型2的机电耦合系数更高。因此可知，IDT的膜厚形成得越薄， 机电耦合系数越高。图5示出了第2实施方式的表面声波(SAW)谐振器。图5㈧是平面图，图5 (B) 是图5(A)的局部放大剖视图。第2实施方式的表面声波(SAW)谐振器70使用了与第1实施方式相同的石英基板30而形成IDT(电极指78、总线76、梳齿状电极74a、74b)、反射器 80(导体带82)，但不同点在于，在SH波传播的方向上形成为条纹状的槽84的内部底面上形成了电极指。同样，在要形成总线76、反射器80(导体带82)的位置处也形成有槽(未图示)，总线76、反射器80(导体带82)形成在槽(未图示)的内部(内部底面)。另外， IDT 72和反射器80的形状和方向分别与第1实施方式的IDT 12、反射器20相同。因此， 第2实施方式的SAW谐振器70的表面声波的激励位置成为槽84的内侧底面。此时，由槽 84的深度(G)与电极指78的膜厚(H)之间的差分形成了阶梯差(D = G-H)。并且，关于设槽84(电极指78)的宽度为S、槽84之间的距离为L时的线占有率η ( η =S/(L+Q)，可考虑SAW谐振器70的频率特性等进行恰当的设计。另外，本实施方式也能够应用于上述的 SAW振荡器100。另一方面，表面声波在石英基板的表面进行传播，但是对于除了 IDT和反射器以外的石英基板30的表面形状，第1实施方式与第2实施方式之间不存在差异，仅IDT 12,72 的形成位置不同，因此，表面声波的传播路径不存在差异。因此，在分别对第1实施方式与第2实施方式的IDT 12,72施加相同的交流电压时，各SAW谐振器所产生的表面声波彼此相差了 λ/4的相位差，但它们的特性大致形同。在上述调查中，对第1实施方式、即在电极指18之间形成了槽32的情况进行了调查。但是，如上所述，第2实施方式、即在槽84的内部底面形成有电极指78时的特性与第1实施方式大致相同。因此，上述调查结果也能够直接应用于第2实施方式。因此，在第2实施方式中，通过调整阶梯差的大小(槽84的深度 G、电极指78的膜厚H)等，也能够抑制频率随时间的变动，并且改善机电耦合系数。
因此，在任意一个实施方式中都是较薄地形成了 IDT 12、72，因此能够减轻石英基板30上的热应变和频率随时间的变化，并且抑制IDT 12、72的厚度偏差，从而抑制了成本。 并且，能够与IDT 12,72的厚度无关地在石英基板上形成较大的阶梯差，因此能够提高机电耦合系数，从而构成了低损失的SAW谐振器10、70。此外，搭载了该SAW谐振器10、70的 SAW振荡器100和电子设备也能够实现低损失和低成本。
权利要求
1.一种表面声波谐振器，其具有石英基板，其欧拉角为φ=0°，110° ( θ彡150°，88°彡Ψ彡92° ；以及叉指换能器，其具有配置在所述石英基板上的多个电极指，且该叉指换能器的激励波为表面声波，该表面声波谐振器的特征在于，在所述石英基板上，配置有在所述表面声波的传播方向上排列成条纹状的多个槽， 所述电极指被配置在所述槽之间、或者所述槽的内部。
2.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于，在设所述表面声波的波长为λ、由所述槽和所述电极指形成的阶梯差为D时，所述阶梯差D满足如下关系式 0. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。
3.根据权利要求1所述的表面声波谐振器，其特征在于， 在设所述电极指的膜厚为H时，所述膜厚H满足下式0. 01 λ 彡 H 彡 0.06 λ。
4.一种表面声波振荡器，其特征在于，该表面声波振荡器搭载了权利要求1至3中任意一项所述的表面声波谐振器。
5.一种电子设备，其特征在于，该电子设备搭载了权利要求1至3中任意一项所述的表面声波谐振器。
全文摘要
本发明提供表面声波谐振器、表面声波振荡器以及电子设备。该表面声波谐振器具有石英基板(30)，其欧拉角为(110°≤θ≤150°，88°≤ψ≤92°)；以及IDT(12、72)，其具有配置在所述石英基板(30)上的多个电极指(18、78)，且激励波为表面声波，该表面声波谐振器的特征在于，在所述石英基板(30)上，配置有在所述表面声波的传播方向上排列成条纹状的多个槽(32、84)，所述电极指(18、78)被配置在所述槽(32)之间、或者所述槽(84)的内部。
文档编号H03H9/02GK102386878SQ20111024121
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年8月26日
发明者大胁卓弥, 山中国人 申请人:精工爱普生株式会社