表面聲波諧振器、表面聲波振蕩器以及電子設備的製作方法

2023-06-07 12:48:21

專利名稱：表面聲波諧振器、表面聲波振蕩器以及電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及表面聲波諧振器、採用了該表面聲波諧振器的表面聲波振蕩器以及電子設備。
背景技術：
一直以來，在移動通信設備的帶通濾波器等中廣泛採用了表面聲波(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濾波器等。例如，作為現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構成的電極材料形成IDT (叉指換能器)和反射器等，並使用通過IDT的激勵生成的瑞利波。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等構成的電極材料來形成IDT和反射器等，並使用通過IDT的激勵生成的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)在反射係數小、且使用了反射器的器件例如表面波諧振濾波器中，需要多個反射器指，因此妨礙了小型化。(2)機電耦合係數小，因此損耗大。另一方面，在後者的、在ST切90° X軸傳播的石英基板上利用如Ta、W或Au那樣質量負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，因此具有如下特徵 機電耦合係數大、且反射係數也大，因此能夠實現裝置的小型化。但是，在利用如Ta、W或Au那樣質量負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，存在如下問題與質量負荷小的Al相比，用於形成電極的材料的質量負荷越大，與膜厚對應的聲速變化越急劇，即使產生了與使用質量負荷小的Al時相同程度的電極寬度和膜厚的偏差，中心頻率的偏差也會變大。為了解決這種問題，在專利文獻1中記述了以下的表面聲波濾波器對在用於產生SH波的石英基板上由Al金屬膜形成的IDT指的標準化膜厚(H/λ)進行優化，由此增大了機電耦合係數而減小了損耗，而且能夠減小電極膜厚對頻率產生的影響。專利文獻1日本特開2002-330051號公報但是，在專利文獻1中仍存在如下問題當電極膜厚變大時，因膜厚產生偏差而導致頻率特性產生偏差，由此導致成品率下降，耗費成本。並且還存在這樣的問題因與石英基板之間的熱應變和老化引起的頻率變動變得顯著。並且，機電耦合係數的改善也有限
發明內容
因此，本發明著眼於上述問題而提供如下的表面聲波諧振器、採用了該表面聲波諧振器的表面聲波振蕩器以及電子設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變和老化引起的頻率變動，並且改善了機電耦合係數而實現了高可靠性。本發明正是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，可作為以下應用例來實現。[應用例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電極指，且該IDT的激勵波為表面聲波，該表面聲波諧振器的特徵在於，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槽，所述電極指被配置在所述槽之間、或者所述槽內部。根據上述結構，較薄地形成了 IDT，因此，能夠減輕石英基板上的熱應變和頻率隨時間的變化，並且能夠抑制IDT的厚度偏差而抑制成本。並且，能夠與IDT的厚度無關地在石英基板上形成較大的階梯差，因此能夠提高機電耦合係數，從而構成了低損失的表面聲波諧振器。[應用例2]根據應用例1所述的表面聲波諧振器，其特徵在於，在設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滿足如下關係式0. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。通過將階梯差設為上述範圍，能夠尤其提高機電耦合係數，因此構成了低損失的表面聲波諧振器。[應用例3]根據應用例1或2所述的表面聲波諧振器，其特徵在於，在設所述電極指的膜厚為H時，所述膜厚H滿足如下關係式0. 01 λ 彡 H 彡 0.06 λ。通過將電極指膜厚設為上述範圍，能夠抑制表面聲波諧振器的頻率隨時間的變動。[應用例4]一種表面聲波振蕩器，其特徵在於，該表面聲波振蕩器搭載了應用例1 至3中任意一例所述的表面聲波諧振器。根據上述結構，構成了低損失且低成本的表面聲波振蕩器。[應用例5]—種電子設備，其特徵在於，該電子設備搭載了應用例1至3中任意一例所述的表面聲波諧振器。根據上述結構，構成了低損失且低成本的電子設備。


圖1示出了第1實施方式的表面聲波(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得到的頻率隨時間變動的圖。圖4是示出改變SAW諧振器上形成的階梯差時機電耦合係數的變化的圖。
4
圖5示出了第2實施方式的表面聲波(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。標號說明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 導體帶；84 槽。
具體實施例方式下面，使用圖示的實施方式來具體說明本發明。但是，在沒有特定說明的情況下， 該實施方式所記載的結構要素、種類、組合、形狀及其相對配置等只不過是單純的說明例， 並不是要將本發明的範圍限定於此。圖1示出了第1實施方式的表面聲波(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等為基礎而構成。在本實施方式中，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。並且，在本實施方式中，在該石英基板30上，配設了激勵出作為表面聲波的SH波作為激勵波的IDT 12，並在其兩端配設了對SH波進行反射的兩個反射器20。另外，在本實施方式的石英基板30的歐拉角中，φ包含 -1°含φ含1°範圍的容許誤差。IDT 12具有一對利用總線16將多個電極指18的基端部連接起來的梳齒狀電極 14a、14b，且隔開規定的間隔，交替地配置構成一個梳齒狀電極14a (或14b)的電極指18和構成另一個梳齒狀電極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於X軸進行了 90°面內旋轉後的方向上激勵出SH波。以在IDT 12所激勵出的SH波的傳播方向上夾著IDT 12的方式設置有一對反射器20。作為具體的結構，將與構成IDT 12的電極指18平行地設置的多個導體帶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的電極指對數而由IDT自身激勵出SAW駐波的多對IDT型 SAW諧振器中，不一定需要反射器。作為構成這種結構的IDT 12及反射器20的電極膜的材料，可採用鋁(Al)或以Al 為主體的合金。此外，在採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。具有上述基本結構的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的導體帶22之間設有槽32 (電極指間槽)。此處，利用設置於石英基板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產生的SH波的波長 λ為基準的後述的式1的範圍。另外，關於電極指18的寬度L與槽32的寬度S的比例即線佔有率n (n = s/(l+s))，可考慮頻率特性等進行恰當的設計。圖2示出了本實施方式的表面聲波(SAW)振蕩器。圖2㈧是平面圖，圖2 (B)是圖2(A)的A-A線剖視圖。本實施方式的SAW振蕩器100如圖2所示，由以下部分構成上述SAW諧振器10 ；對該SAW諧振器10的IDT 12施加電壓而進行驅動控制的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)是去掉蓋後的平面圖，圖2(B)是示出圖2(A)中的A-A剖面的圖。在實施方式的SAW振蕩器100中，將SAW諧振器10和IC 50收納在同一封裝56 內，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。並且，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。通過這種結構，能夠將IDT 12(參照圖 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，本實施方式的SAW諧振器10可搭載於行動電話、硬碟、伺服器、計算機、有線 /無線基站、車載通信設備等電子設備上。本申請的發明人針對改變SAW諧振器上形成的階梯差的大小時、機電耦合係數和頻率隨時間的變動進行了調查。在該調查中，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，關於調查中使用的SAW諧振器，使用如下三種類型的SAW諧振器進行了調查類型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並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；類型3 為，將IDT的膜厚(H)固定為0.02 λ並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計成IDT的電極指與槽的寬度彼此一致(線佔有率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得到的頻率隨時間的變動。在老化試驗中，測定了將類型1的SAW諧振器放置在125°C的環境中3000小時的情況下的頻率變動量。由此可知，對於類型1，當增加IDT的膜厚(H)時，頻率隨時間的變動變大。尤其是在將膜厚設為0. 06 λ 以上時，頻率隨時間的變動急劇變大。圖4示出了改變SAW諧振器上形成的階梯差時的機電耦合係數的變化。可知，對於類型1，當增加形成在石英基板上的IDT的膜厚(H)時，機電耦合係數的值上升，當階梯差大致成為Ο. λ時，機電耦合係數的值最大。由圖3、圖4可知，對於類型1，無法同時實現以下兩種優化通過調整膜厚而實現的機電耦合係數的優化、以及通過調整膜厚而實現的使頻率隨時間的變動最小的優化。另一方面，如圖4所示，在類型2、類型3的SAW諧振器中，機電耦合係數隨著階梯差(D)的增加而單調地增加，但展現出與類型1大致相同的值。然後，在階梯差(D)為0.04 λ時，對於類型1而言，IDT的膜厚(H)為0.04 λ，而此時的機電耦合係數為0. 191%。另一方面，對於類型2而言，IDT的膜厚(H)為Ο.ΟΙλ (固定)，槽深度(G)為0.03 λ，而機電耦合係數為0.195%。並且，對於類型3而言，IDT的膜厚(H)為0.02 λ (固定)，槽深度(G)為0.02 λ，而機電耦合係數為0. 192%。因此可知，在階梯差(D)為0.04 λ處，類型2、類型3的機電耦合係數比類型1大，當進一步增大階梯差時，其差距逐漸變大。在該調查中，在0. 14 λ以內的範圍內測定了階梯差(D)，而在類型2、類型3中，未觀察到機電耦合係數的減小。此外，類型2、類型3各自的IDT的膜厚(H)分別為0.01入、 0.02λ，基於圖3進行觀察時，這相當於未觀察到頻率隨時間的變化的區域。由此可知，類型2、類型3能夠在抑制頻率隨時間變動的同時改善機電耦合係數。因此可知，在本實施方式中，只要將階梯差(D)設計為滿足如下關係式即可式10. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。此外，圖3的結果也能夠直接應用於類型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)設為0.04 λ以下，就能夠抑制頻率隨時間的變動，且通過調整槽深度能夠改善機電耦合係數。另外，圖3所示的頻率變動量在實用應用中處於IOppm左右以下是理想的。因此，根據上述調查，通過將IDT的膜厚(H)設計為滿足如下關係式，由此能夠在抑制頻率隨時間變動的同時實現機電耦合係數的改善式20.01 λ ^ H^ 0.06 λ並且，如圖4所示，在對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進行比較時，可知類型2的機電耦合係數更高。因此可知，IDT的膜厚形成得越薄， 機電耦合係數越高。圖5示出了第2實施方式的表面聲波(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實施方式的表面聲波(SAW)諧振器70使用了與第1實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(導體帶82)，但不同點在於，在SH波傳播的方向上形成為條紋狀的槽84的內部底面上形成了電極指。同樣，在要形成總線76、反射器80(導體帶82)的位置處也形成有槽(未圖示)，總線76、反射器80(導體帶82)形成在槽(未圖示)的內部(內部底面)。另外， IDT 72和反射器80的形狀和方向分別與第1實施方式的IDT 12、反射器20相同。因此， 第2實施方式的SAW諧振器70的表面聲波的激勵位置成為槽84的內側底面。此時，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)。並且，關於設槽84(電極指78)的寬度為S、槽84之間的距離為L時的線佔有率η ( η =S/(L+Q)，可考慮SAW諧振器70的頻率特性等進行恰當的設計。另外，本實施方式也能夠應用於上述的 SAW振蕩器100。另一方面，表面聲波在石英基板的表面進行傳播，但是對於除了 IDT和反射器以外的石英基板30的表面形狀，第1實施方式與第2實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，在分別對第1實施方式與第2實施方式的IDT 12,72施加相同的交流電壓時，各SAW諧振器所產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。在上述調查中，對第1實施方式、即在電極指18之間形成了槽32的情況進行了調查。但是，如上所述，第2實施方式、即在槽84的內部底面形成有電極指78時的特性與第1實施方式大致相同。因此，上述調查結果也能夠直接應用於第2實施方式。因此，在第2實施方式中，通過調整階梯差的大小(槽84的深度 G、電極指78的膜厚H)等，也能夠抑制頻率隨時間的變動，並且改善機電耦合係數。
因此，在任意一個實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上的熱應變和頻率隨時間的變化，並且抑制IDT 12、72的厚度偏差，從而抑制了成本。 並且，能夠與IDT 12,72的厚度無關地在石英基板上形成較大的階梯差，因此能夠提高機電耦合係數，從而構成了低損失的SAW諧振器10、70。此外，搭載了該SAW諧振器10、70的 SAW振蕩器100和電子設備也能夠實現低損失和低成本。
權利要求
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電極指，且該叉指換能器的激勵波為表面聲波，該表面聲波諧振器的特徵在於，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槽， 所述電極指被配置在所述槽之間、或者所述槽的內部。
2.根據權利要求1所述的表面聲波諧振器，其特徵在於，在設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，所述階梯差D滿足如下關係式 0. 04 λ 彡 D 彡 0. 14 λ。
3.根據權利要求1所述的表面聲波諧振器，其特徵在於， 在設所述電極指的膜厚為H時，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，其特徵在於，該表面聲波振蕩器搭載了權利要求1至3中任意一項所述的表面聲波諧振器。
5.一種電子設備，其特徵在於，該電子設備搭載了權利要求1至3中任意一項所述的表面聲波諧振器。
全文摘要
本發明提供表面聲波諧振器、表面聲波振蕩器以及電子設備。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)上的多個電極指(18、78)，且激勵波為表面聲波，該表面聲波諧振器的特徵在於，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)的內部。
文檔編號H03H9/02GK102386878SQ20111024121
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月22日 優先權日2010年8月26日
發明者大脅卓彌, 山中國人 申請人:精工愛普生株式會社