蘭姆波型高頻諧振器的製作方法
2023-08-07 23:09:26 2
專利名稱：蘭姆波型高頻諧振器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種蘭姆波(lamb wave)型高頻諧振器，具體涉及具有利用歐拉角(0、θ、0)表示的石英基板和傳播方向、並由IDT電極構成的蘭姆波型高頻諧振器。
背景技術：
以往，作為高頻諧振器，以使用瑞利波(Rayleigh wave)、SH波的表面聲波元件和使用蘭姆波(Lamb wave)的蘭姆波型諧振器為代表。作為它們的基板，採用瑞利波的ST切割石英、SH波的STW切割石英，另外作為採用了蘭姆波的高頻諧振器，採用AT切割石英。
例如，在被稱為ST切割石英的石英基板的表面，在Z』軸方向形成有IDT(叉指換能器)電極的瑞利波型表面聲波元件已被公知(例如，參照非專利文獻1)。
並且，作為SH波型表面聲波元件，傳播使表面聲波的傳播方向相對於STW切割石英即ST切割石英偏移了90度的橫波的表面聲波元件也已被公知(例如，參照專利文獻1)。
另外，下述的蘭姆波型高頻諧振器也已被公知(例如，參照非專利文獻2和專利文獻2)在AT切割石英基板的表面形成IDT電極、在石英基板內部傳播的體波(Bulk wave)使用在石英基板的上下面反覆反射來進行傳播的蘭姆波的方式的諧振器中，該石英基板的厚度H和蘭姆波的波長λ利用0＜2H/λ≤10來表示。
非專利文獻1信學技報TECHNIALCALREPORT OF IEICE.US99-20(199-06)37頁～42頁，「有限要素法を用いた彈性表面波の周波數-溫度特性解析」，神名重男。
非專利文獻2第33回EMシンポジウム2004，第93～96頁，「ラム波型彈性表面波素子用基板」中川恭彥，百瀨雅之，垣尾省司。
專利文獻1日本專利特開平10-233645號公報(第3～6頁、圖1)。
專利文獻2日本專利特開2003-258596號公報。
根據該非專利文獻1，在溫度範圍-40℃～90℃的範圍內，頻率溫度變動量約為140ppm，作為表面聲波元件雖然顯示了良好的頻率溫度特性，但作為要求高精度的諧振器則不能說已經足夠。並且，相位速度的理論值約為3100m/s，難以與高頻帶對應。
並且，根據專利文獻1，該表面聲波裝置是利用SH波的端面反射型表面波裝置，在溫度範圍-40℃～90℃的範圍內頻率溫度變動量為254ppm，已公知頻率溫度特性比前述的ST切割石英差。並且，使用密度比鋁大的鉭或鎢作為電極材料，雖然改善了頻率溫度特性，但電阻損耗變大，另外存在相位速度減小的問題。
另外，根據專利文獻2，通過使用石英基板的厚度相對於彈性波的波長為5波長以下的AT切割石英基板，使得頻率溫度特性良好，適合於高頻化，但根據非專利文獻2，二次溫度係數表現為與前述的ST切割石英相同，在溫度範圍-40℃～90℃下的頻率溫度特性約為320ppm，談不上優於ST切割石英，還不能說已經滿足了要求。
發明內容
本發明的目的是把解決前述課題作為其宗旨，提供一種蘭姆波型高頻諧振器，其可以實現高頻化、頻率溫度特性良好、且能夠降低製造成本。
本發明的蘭姆波型高頻諧振器，在石英基板的一個主面上具有用於激勵蘭姆波的梳齒狀IDT電極，其特徵在於，所述IDT電極被形成為按照歐拉角表示方式時所述石英基板的切出角度和所述蘭姆波的傳播方向為(0、θ、0)。
根據本發明，使用在石英基板的上下面反覆反射來進行傳播的蘭姆波，可以實現高頻化，並且以歐拉角(0、θ、0)形成石英基板和蘭姆波的傳播方向，所以切割角度簡單，能夠容易地製造石英基板，降低製造成本。
並且，在本發明中，優選的是當把所述石英基板的厚度設為t、把所述蘭姆波的波長設為λ時，把厚度t和波長λ的關係設定在利用0＜t/λ≤3表示的範圍內。
其中，t/λ被稱為規格化基板厚度。
具體情況將在後面的實施方式中說明，歐拉角(0、θ、0)的石英基板具有多個振動模式(mode)。當石英基板的厚度增加時，這些各種模式的頻帶變得接近，因而容易產生模式結合，但是，此處把規格化基板厚度t/λ設定為小於等於3的適當值，從而不易產生模式結合，能夠選擇單一模式，具有頻率特性穩定、而且能夠與高頻對應的效果。
並且，優選的是角度θ在利用132.8度≤θ≤178度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用1.1≤t/λ≤3表示的範圍內。
並且，優選的是所述角度θ在利用4度≤θ≤57.5度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用2.08≤t/λ≤2.82表示的範圍內。
並且，優選的是所述角度θ在利用6度≤θ≤33度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用0.975≤t/λ≤2.025表示的範圍內。
並且，優選的是所述角度θ在利用35度≤θ≤47.2度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用0.176≤t/λ≤1.925表示的範圍內。
並且，優選的是所述角度θ在利用2.7度≤θ≤16度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用2.878≤t/λ≤3表示的範圍內。
並且，優選的是所述角度θ在利用116度≤θ≤122.1度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用0.375≤t/λ≤1.06表示的範圍內。
具體情況將在後面的實施方式中說明，根據石英基板的切出角和彈性波的傳播方向、即歐拉角(0、θ、0)中的角度θ、基板厚度t和波長λ來制約蘭姆波型高頻諧振器的頻率溫度特性、頻帶、激勵的穩定性。通過使它們滿足前述的關係式，可以實現優於前述的現有技術的STW切割石英、ST切割石英的頻率溫度特性，能夠對應於高頻頻帶，並且能夠提高表示石英基板的激勵效率的機電耦合係數(K2)，所以能夠提供容易激勵、具有穩定的頻率特性的蘭姆波型高頻諧振器。
圖1是表示本發明的實施方式涉及的蘭姆波型高頻諧振器的概略結構的立體圖。
圖2是表示本發明的實施方式涉及的蘭姆波型高頻諧振器的沿圖1的A-A剖面的剖面圖。
圖3是表示本發明的實施方式涉及的石英基板的切出方位的說明圖。
圖4是表示本發明的實施方式涉及的規格化基板厚度t/λ和相位速度的關係的一部分的曲線圖。
圖5是表示本發明的實施方式涉及的相位速度、角度θ和規格化基板厚度t/λ的關係的曲線圖。
圖6是表示本發明的實施方式涉及的溫度和頻率溫度偏差的關係的曲線圖。
圖7是表示本發明的實施方式涉及的蘭姆波型高頻諧振器可以實現的區域的說明圖。
圖8是表示本發明的實施方式涉及的第1區域的歐拉角和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖9是表示本發明的實施方式涉及的第1區域的t/λ和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖10是表示本發明的實施方式涉及的第1區域的歐拉角和機電耦合係數K2的關係的曲線圖。
圖11是表示本發明的實施方式涉及的第1區域的t/λ和機電耦合係數K2的關係的曲線圖。
圖12是表示本發明的實施方式涉及的第2區域的歐拉角和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖13是表示本發明的實施方式涉及的第2區域的t/λ和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖14是表示本發明的實施方式涉及的第3區域的歐拉角和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖15是表示本發明的實施方式涉及的第3區域的t/λ和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖16是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的歐拉角和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖17是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的t/λ和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖18是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的歐拉角和相位速度的關係的曲線圖。
圖19是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的t/λ和相位速度的關係的曲線圖。
圖20是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的歐拉角、相位速度和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖21是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的歐拉角、機電耦合係數K2和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖22是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的t/λ、相位速度和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖23是表示本發明的實施方式涉及的第4區域的t/λ、機電耦合係數K2和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖24是表示本發明的實施方式涉及的第5區域的歐拉角和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖25是表示本發明的實施方式涉及的第5區域的t/λ和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖26是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的歐拉角和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖27是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的t/λ和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖28是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的歐拉角、t/λ和相位速度的關係的曲線圖。
圖29是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的t/λ、歐拉角和相位速度的關係的曲線圖。
圖30是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的歐拉角、相位速度和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖31是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的歐拉角、機電耦合係數K2和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖32是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的t/λ、相位速度和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
圖33是表示本發明的實施方式涉及的第6區域的t/λ、機電耦合係數K2和頻率溫度變動量的關係的曲線圖。
符號說明1蘭姆波型高頻諧振器；10石英基板；20 IDT電極；21輸入IDT電極；22 GND IDT電極；25、26反射器。
具體實施例方式
以下，參照
本發明的實施方式。
圖1～圖3表示本發明的實施方式1涉及的蘭姆波型高頻諧振器。圖4、圖5中示出了相位速度與規格化基板厚度t/λ及歐拉角(0，θ，0)中的θ的關係，圖6中示出了頻率溫度偏差和溫度的關係，圖7是表示本發明的蘭姆波型高頻諧振器可以實現的區域的說明圖。另外，圖8～圖11是表示其第1區域的特性的曲線圖，圖12、13是表示第2區域的特性的曲線圖，圖14、15是表示第3區域的特性的曲線圖，圖16～圖23是表示第4區域的特性的曲線圖，圖24、25是表示第5區域的特性的曲線圖，圖26～圖33是表示第6區域的特性的曲線圖。
(實施方式1)圖1、圖2中示出了本發明的實施方式的蘭姆波型高頻諧振器。圖1是表示概略結構的立體圖，圖2是表示沿圖1的A-A剖面的剖面圖。在圖1、圖2中，該蘭姆波型高頻諧振器1由石英基板10、形成於石英基板10的一個主面上的梳齒形狀的IDT電極20構成。
石英基板10的表面的切出角和蘭姆波的傳播方向被設定在利用歐拉角(0、θ、0)表示的範圍內。關於該石英基板10的厚度t，在把被傳播的蘭姆波的波長設為λ時，規格化基板厚度t/λ被設定在利用0＜t/λ≤3表示的範圍內。
梳齒形狀的IDT電極20由鋁電極構成，在石英基板10的表面，在石英基板的X軸方向依次形成、構成有反射器25、輸入IDT電極21和GND(接地)IDT電極22、反射器26。
輸入IDT電極21和GND IDT電極22形成為相互插入電極指片，例如形成為電極指片的寬度為λ/4、電極指片間的寬度為λ/4。因此，當以輸入IDT電極21為示例來進行說明時，利用λ來設定電極指片21A和電極指片21B的間距。反射器25、26的電極指片也根據相同的關係來設定。
通過以規定頻率輸入到輸入IDT電極21的驅動信號，石英基板10被激勵，該被激勵的彈性波朝向石英基板10的X軸方向，一邊在石英基板10的正背面的面內反射一邊傳播。把這樣傳播的彈性波稱為蘭姆波。並且該蘭姆波通過反射器25、26被反射。因此，輸入IDT電極21的外端的電極指片(圖中的左端)和反射器25的距離、及輸入IDT電極21的外端的電極指片(圖中的右端)和反射器26的間隔被設定為(1/2)nλ(n為整數)，被設定為使得反射波以規定的頻率與驅動信號相位一致。
圖3示出了石英基板10的切出方位。石英基板10是由被稱為電學軸的X軸、被稱為機械軸的Y軸、被稱為光學軸的Z軸的面構成的薄板，本實施方式中的石英基板10的切出方位是使厚度方向的Z軸恰好旋轉角度θ到達Z』的旋轉Y切割石英，進行切出使得在圖中長度方向為X軸，寬度方向為Y』，厚度方向為Z』。
下面，對於本實施方式涉及的主要參數的理論值，利用曲線表示與各自相關的要素的關係來進行說明。
圖4是表示規格化基板厚度t/λ和相位速度的關係的一部分的曲線圖。在圖4中，橫軸表示t/λ，縱軸表示相位速度(m/s)。此處，示例了歐拉角(0、140、0)的蘭姆波型高頻諧振器。根據圖4，示出了該蘭姆波型高頻諧振器中存在多個模式，隨著規格化基板厚度t/λ變大，各模式下的相位速度被匯集在相位速度3000(m/s)～6000(m/s)的範圍內，在5000(m/s)～6000(m/s)的範圍內尤為密集。
在這樣模式密集的情況下，容易產生模式結合，認為不能獲得所期望的模式、或者相位速度容易變動。因此，通過設定為t/λ≤3，能夠迴避容易產生模式結合的範圍。
並且，根據該曲線圖，示出了t/λ越小則相位速度越高的趨勢，在t/λ≤3時，存在較多的相位速度為6000(m/s)以上的模式。由於相位速度利用頻率和波長的積來表示，所以示出了該蘭姆波型高頻諧振器能夠對應於高頻的情況。
下面，說明相位速度和歐拉角(0、θ、0)的關係。
圖5是表示相位速度、角度θ和規格化基板厚度t/λ的關係的曲線圖。在圖5中，橫軸表示角度θ，縱軸表示相位速度。此處，把規格化基板厚度t/λ設定為在0.5～4之間的7種t/λ，示出了各個t/λ的相位速度的理論值。
根據圖5示出了下述趨勢，即在t/λ的值小於0.8時，隨著角度θ變大，相位速度變高，在t/λ大於1.2時，隨著角度θ變大，相位速度變低。
但是，無論是哪個規格化基板厚度，當歐拉角(0、θ、0)在利用曲線所表示的角度θ的範圍內時，能夠獲得比STW型中被視為界限的相位速度5000m/s高的相位速度，另外，在t/λ小於等於0.8時，能夠獲得被視為高頻區域的7000m/s以上的相位速度。
下面，參照
本實施方式的蘭姆波型高頻諧振器的頻率溫度特性。
圖6是表示溫度和諧振頻率的關係的曲線圖。在圖6中，橫軸表示溫度(單位℃)，縱軸表示把溫度為25℃時的頻率作為中心頻率的情況下的頻率溫度偏差(單位ppm)。比較本實施方式的θ＝140度的蘭姆波型高頻諧振器，前述的現有技術的由ST切割石英(以後簡略表示為ST型)、及STW切割石英(以後簡略表示為STW型)構成的瑞利波、SH型表面聲波元件，和由AT切割石英(以後簡略表示為AT型)構成的蘭姆波型諧振器在-40℃～90℃範圍內的頻率溫度偏差。
根據圖6，在-40℃～90℃的溫度範圍內，本實施方式的蘭姆波型高頻諧振器(圖中，蘭姆波(θ＝140°))的頻率溫度變動量為30ppm，是最小的，顯示了良好的頻率溫度特性。在ST型、STW型、本實施方式的蘭姆波型高頻諧振器1中，表示頻率溫度偏差的變化的二次曲線上的頻率最高的位置(頂點溫度)位於實際使用環境下的標準溫度20℃附近，而在AT型(圖中，是蘭姆波(AT切割))中則位於-25℃附近，除了頻率溫度變動量大之外，還可以預測其難以使用。
根據石英基板的切出角和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ、基板厚度t和波長λ來制約本實施方式的蘭姆波型高頻諧振器1的頻率溫度偏差、相位速度(頻帶)。此處，示出了在理論上算出的能獲得在本發明中應該實現的相位速度、頻率溫度特性的區域的區域。
圖7是表示具有本發明的蘭姆波型高頻諧振器可以實現的特性的區域的說明圖。橫軸表示歐拉角，縱軸表示t/λ，可以獲得能實現如下的特性作為本發明中應該實現的特性的多個區域(第1～第6區域)，即相位速度為5000m/s，-40℃以上～+90℃以下的範圍內的頻率溫度變動量比STW切割石英小、且小於250ppm，並且表示石英基板的激勵效率的機電耦合係數(K2)大於等於0.02％。
此處，在歐拉角或t/λ的值相接近的範圍內存在不同的區域。例如，有圖7表示的第2區域、第3區域、第4區域、第5區域。可預測到在這些區域的邊界處存在容易產生振動模式的結合的區域，第2區域～第5區域分別獨立存在。
下面，參照
上述的各個區域。
圖8是表示第1區域的蘭姆波型高頻諧振器1的頻率溫度變動量和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的關係的曲線圖。在該曲線圖上，以t/λ＝2.2的情況例示了本實施方式。在圖8中，橫軸表示角度θ，縱軸表示頻率溫度變動量。在該曲線圖上，為了比較而示出了ST型、STW型的頻率溫度變動量，ST型的頻率溫度變動量約為140ppm，STW型約為254ppm，未必可以說是滿足要求的水準。
在該第1區域中，頻率溫度變動量因角度θ而變動，為了使其小於STW型，只要設定在132.8度≤θ≤178度的範圍內即可，為了使其小於ST型，只要設定在133.5度≤θ≤177.5度的範圍內即可。
下面，說明-40℃～90℃範圍內的頻率溫度變動量和石英基板的厚度的關係。如前面所述，石英基板的厚度受與蘭姆波的頻率的關係的制約，所以表示為規格化基板厚度t/λ。
圖9是表示第1區域的蘭姆波型高頻諧振器的頻率溫度變動量和規格化基板厚度t/λ(以後，有時簡略地表示為t/λ)的關係的曲線圖。在該曲線圖中，以角度θ＝140度的情況例示了本實施方式。在圖9中，橫軸表示t/λ，縱軸表示頻率溫度變動量。
頻率溫度變動量因t/λ而變動，在該第1區域中，為了使其小於STW型，只要設定在1.1≤t/λ≤3的範圍內即可，為了使其小於ST型，只要設定在1.1≤t/λ≤2.9的範圍內即可。
下面，說明本實施方式的蘭姆波型高頻諧振器的機電耦合係數K2和角度θ、t/λ的關係。
圖10是表示機電耦合係數K2和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的關係的曲線圖。在圖10中，橫軸表示歐拉角(0、θ、0)，縱軸表示機電耦合係數K2(單位％)。此處，在t/λ為1～3的範圍時，設定7種t/λ的值，示出各種厚度時的機電耦合係數K2的理論值。
另外，設將石英基板表面在電學上開路時的相位速度為Vf，設將石英基板表面在電學上短路時的相位速度為Vs，機電耦合係數K2被表示為K2＝2(Vf-Vs)/Vf，K2的值越大越容易激勵，這是眾所周知的。
根據圖10，首先示出了石英基板的厚度t越薄則機電耦合係數K2越大的情況。並且，還示出了隨著角度θ變小機電耦合係數K2變大的趨勢。此處，參考前述的角度θ和頻率溫度變動量的關係(參照圖8)，在角度θ的範圍為130度～180度的範圍內，在所設定的各t/λ的值中，存在能夠獲得下述的角度θ的點，該角度θ使機電耦合係數K2能獲得大於等於0.02％的值。在機電耦合係數K2大於等於0.02％時，本實施方式的蘭姆波型高頻諧振器能夠獲得充分的激勵特性。
下面，說明本實施方式的蘭姆波型高頻諧振器的機電耦合係數K2和規格化基板厚度t/λ的關係。
圖11是表示機電耦合係數K2和t/λ的關係的曲線圖。在圖11中，橫軸表示t/λ，縱軸表示機電耦合係數K2(單位％)。此處，設定把角度θ在130度～180度的範圍內按照每10度來進行分割的6種角度，示出了各個角度θ的機電耦合係數K2的理論值。
根據圖11，首先示出了角度θ越小機電耦合係數K2越大的趨勢。並且，還示出了隨著t/λ變小機電耦合係數K2變大的趨勢。此處，參照前述的t/λ和頻率溫度變動量的關係(參照圖9)，針對t/λ的範圍設定頻率溫度變動量大致優於STW型的範圍即1.1≤t/λ≤3的範圍，示出了在該範圍內，並且在角度θ為130度～180度的範圍內，存在機電耦合係數K2大於等於0.02的點。
下面，說明第2區域。
圖12、圖13是表示第2區域的頻率溫度變動量和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的關係、以及頻率溫度變動量和t/λ的關係的曲線圖。此處，頻率溫度特性優於STW切割石英(頻率溫度變動量小)的歐拉角(0、θ、0)中的θ的範圍是4度≤θ≤57.5度，t/λ的範圍是2.08≤t/λ≤2.82。
下面，說明第3區域。
圖14、圖15是表示第3區域的頻率溫度變動量和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的關係、以及頻率溫度變動量和t/λ的關係的曲線圖。在第3區域中，頻率溫度特性優於STW切割石英的θ的範圍是6度≤θ≤33度，t/λ的範圍是0.975≤t/λ≤2.025。
此處，雖然省略了圖示及詳細說明，但在第2區域和第3區域中，在上述的歐拉角和t/λ的範圍內，也存在相位速度大於等於5000m/s、機電耦合係數K2大於等於0.02的點。
下面，參照圖16～圖23說明第4區域。
圖16、圖17是表示第4區域的頻率溫度變動量和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的關係、以及頻率溫度變動量和t/λ的關係的曲線圖。在第4區域中，頻率溫度特性優於STW切割石英的角度θ的範圍是35度≤θ≤47.2度，t/λ的範圍是0.176≤t/λ≤1.925。
另外，詳細說明該第4區域中的角度θ及t/λ與相位速度、頻率溫度變動量、機電耦合係數K2的各自的關係。
圖18表示歐拉角(0、θ、0)中的角度θ和相位速度的關係。此處，把t/λ設定成0.2～2.0的範圍內的6個等級，利用曲線圖表示各個t/λ時的相位速度。根據圖18，在除了t/λ＝2.0的情況外的所有情況下，在各個t/λ時，均能夠在角度θ為30度～50度的範圍內獲得5000m/s以上的相位速度。
並且，圖19表示t/λ和相位速度的關係。把歐拉角(0、θ、0)中的角度θ設定成30度～50度的範圍內的5個等級，利用曲線圖表示各個角度θ時的相位速度。根據圖19，各個角度θ時的相位速度的偏差均較小，在t/λ為0.2～2的大部分範圍內均能夠獲得5000m/s以上的相位速度。
下面，說明歐拉角、t/λ與相位速度、頻率溫度變動量、機電耦合係數K2的關係。
圖20表示歐拉角(0、θ、0)中的角度θ和相位速度、頻率溫度變動量的關係。此處，把t/λ設為1.7。根據圖20，示出了頻率溫度變動量小於STW切割石英的θ的範圍是35度≤θ≤47.2度(也參照圖16)，在該範圍內能夠獲得5000m/s以上的相位速度。
圖21表示歐拉角和機電耦合係數K2、頻率溫度變動量的關係。根據圖21，頻率溫度變動量小於STW切割石英的歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的範圍是35度≤θ≤47.2度(也參照圖16)，在該範圍內，機電耦合係數K2大大超過作為基準的0.02。在角度θ的範圍是32.5度≤θ≤47.2度時，機電耦合係數K2大於等於0.03，在角度θ的範圍是34.2度≤θ≤47.2度時，機電耦合係數K2大於等於0.04，在角度θ的範圍是36度≤θ≤47.2度時，機電耦合係數K2大於等於0.05。
圖22表示t/λ和相位速度、頻率溫度變動量的關係。根據圖22，頻率溫度變動量小於STW切割石英的t/λ的範圍是0.176≤t/λ≤1.925(也參照圖17)，在該範圍內的大部分範圍內能夠獲得5000m/s以上的相位速度。在該t/λ的範圍內，t/λ越小相位速度越高，能夠獲得高頻頻帶。
下面，說明t/λ和機電耦合係數K2、頻率溫度變動量的關係。
圖23表示t/λ和機電耦合係數K2、頻率溫度變動量的關係。根據圖23，頻率溫度變動量小於STW切割石英的t/λ的範圍是0.176≤t/λ≤1.925(也參照圖17、22)，在該範圍內的大部分範圍內，機電耦合係數K2能夠獲得大於等於0.02的值。在該t/λ接近於1的範圍內，能夠獲得機電耦合係數K2大於等於0.05的高區域。
下面，參照圖24、25說明第5區域。
圖24、25是表示第5區域的頻率溫度變動量和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的關係、以及頻率溫度變動量和t/λ的關係的曲線圖。在第5區域中，頻率溫度特性優於STW切割石英的角度θ的範圍是2.7度≤θ≤16度，t/λ的範圍是2.878≤t/λ≤3。
下面，參照圖26～圖33說明第6區域。
圖26、27是表示第6區域的頻率溫度變動量和歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的關係、以及頻率溫度變動量和t/λ的關係的曲線圖。在第6區域中，頻率溫度特性優於STW切割石英的角度θ的範圍是116度≤θ≤122.1度，t/λ的範圍是0.375≤t/λ≤1.06。
另外，詳細說明該第6區域中的角度θ及t/λ與相位速度、頻率溫度變動量、機電耦合係數K2的各自的關係。
圖28表示歐拉角(0、θ、0)中的角度θ和相位速度的關係。此處，把t/λ在0.2～1.2的範圍內設定成5個等級，利用曲線圖表示各個t/λ時的相位速度。根據圖28，在各個t/λ時，均能夠在角度θ為110度～130度的範圍內獲得5000m/s以上的相位速度。
並且，圖29表示t/λ和相位速度的關係。把歐拉角的角度θ在110度～130度的範圍內設定成5個等級，利用曲線圖表示各個角度θ時的相位速度。根據圖29，各個角度θ時的相位速度的偏差均較小，在t/λ為0.2～1.2的範圍內能夠獲得5000m/s以上的相位速度。在t/λ小於0.4的區域中，能夠獲得極高的相位速度。
下面，說明歐拉角及t/λ與相位速度、頻率溫度變動量、機電耦合係數K2的關係。
圖30表示歐拉角(0、θ、0)中的角度θ和相位速度、頻率溫度變動量的關係。根據圖30，示出了頻率溫度變動量小於STW切割石英的角度θ的範圍是116度≤θ≤122.1度(也參照圖26)，在該範圍內能夠獲得5000m/s以上的相位速度。
圖31表示歐拉角和機電耦合係數K2、頻率溫度變動量的關係。根據圖31，頻率溫度變動量小於STW切割石英的歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的範圍是116度≤θ≤122.1度，在該範圍內機電耦合係數K2大於等於0.05，大大超過作為基準的0.02，可以說是容易激勵的區域。
圖32表示t/λ和相位速度、頻率溫度變動量的關係。根據圖32，頻率溫度變動量小於STW切割石英的t/λ的範圍是0.375≤t/λ≤1.06(也參照圖17)，在該範圍內的大部分範圍內能夠獲得5000m/s以上的相位速度。在該t/λ的範圍內，t/λ越小相位速度越高，能夠獲得高頻頻帶。
下面，說明t/λ和機電耦合係數K2、頻率溫度變動量的關係。
圖33表示t/λ和機電耦合係數K2、頻率溫度變動量的關係。根據圖33，頻率溫度變動量小於STW切割石英的t/λ的範圍是0.375≤t/λ≤1.06(也參照圖27)，在該範圍內具有能夠在機電耦合係數K2的範圍內獲得大於等於0.02的值的區域。在0.62≤t/λ≤1.06時，機電耦合係數K2大於等於0.03，在0.67≤t/λ≤1.06時，機電耦合係數K2大於等於0.04，在0.71≤t/λ≤1.06時，機電耦合係數K2大於等於0.05。
因此，根據前述實施方式，如圖4中所示，如果把規格化基板厚度t/λ設定為小於等於3的適當值，則不易產生模式的結合，具有能夠選擇穩定的相位速度區域的蘭姆波的效果。
並且，根據該曲線圖，通過把規格化基板厚度t/λ設定為小於等於3，可以存在較多的相位速度為5000m/s以上的高頻頻段的模式，能夠選擇性地獲得所期望的相位速度(頻率)。
並且，根據本實施方式，與基於以前的ST型的瑞利波、STW型的SH波的諧振器、基於AT型的蘭姆波的諧振器相比，能夠提供相對於溫度變化的頻率溫度變動量小、具有良好的溫度特性的蘭姆波型高頻諧振器。並且，由於頻率溫度偏差的頂點溫度在被視為常溫的20℃附近，所以在實際應用上能夠獲得良好的溫度特性。
並且，在前述的第1區域～第6區域中，可以使頻率溫度變動量小於STW型，可以獲得良好的頻率溫度特性，另外能夠設定高機電耦合係數K2，可以提供容易激勵的蘭姆波型高頻諧振器。
並且，在本發明中，以歐拉角(0、θ、0)形成石英基板，所以切割角度簡單，能夠把角度θ和規格化基板厚度t/λ的寬度設定得較寬，能夠在所期望的頻帶內選擇性地設定所期望的溫度特性、頻率特性，所以具有容易製造、能夠提高成品率、能夠降低製造成本的效果。
在前述6個區域的各個中，能夠獲得高頻區域的相位速度、良好的頻率溫度特性、較高的機電耦合係數K2，特別是在第1區域中，能夠在較寬的範圍內獲得滿足上述條件的歐拉角(0、θ、0)中的角度θ的範圍和t/λ的範圍，擴大了製造上的可選擇項。
並且，在第4區域中，能夠獲得高相位速度(高頻)區域和高機電耦合係數K2，在第6區域中，能夠獲得高機電耦合係數K2。
在本發明中，如上面所述，雖然根據歐拉角的角度θ和t/λ來制約各個特性，但與作為其目標的特性和製造條件相對應，在前述的第1區域～第6區域的範圍中可任意選擇，能夠提供具有所期望的良好特性的蘭姆波型高頻諧振器。
另外，本發明不限於前述實施方式，在可以實現本發明的目標的範圍內的變形、改良等也包括在本發明中。
例如，在前述的實施方式中，設有反射器25、26，但也可以採用不具有這些反射器的端面反射型結構。
因此，根據前述實施方式，可以提供能夠實現高頻化、頻率溫度特性良好的、且可以降低製造成本的蘭姆波型高頻諧振器。
權利要求
1.一種蘭姆波型高頻諧振器，在石英基板的一個主面上具有用於激勵蘭姆波的梳齒狀的IDT電極，其特徵在於，將所述IDT電極形成為按照歐拉角表示方式時所述石英基板的切出角度和所述蘭姆波的傳播方向為(0、θ、0)。
2.根據權利要求1所述的蘭姆波型高頻諧振器，其特徵在於，當把所述石英基板的厚度設為t、把所述蘭姆波的波長設為λ時，把厚度t和波長λ的關係設定在利用0＜t/λ≤3表示的範圍內。
3.根據權利要求1所述的蘭姆波型高頻諧振器，其特徵在於，所述角度θ在利用132.8度≤θ≤178度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用1.1≤t/λ≤3表示的範圍內。
4.根據權利要求1或2所述的蘭姆波型高頻諧振器，其特徵在於，所述角度θ在利用4度≤θ≤57.5度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用2.08≤t/λ≤2.82表示的範圍內。
5.根據權利要求1或2所述的蘭姆波型高頻諧振器，其特徵在於，所述角度θ在利用6度≤θ≤33度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用0.975≤t/λ≤2.025表示的範圍內。
6.根據權利要求1或2所述的蘭姆波型高頻諧振器，其特徵在於，所述角度θ在利用35度≤θ≤47.2度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用0.176≤t/λ≤1.925表示的範圍內。
7.根據權利要求1或2所述的蘭姆波型高頻諧振器，其特徵在於，所述角度θ在利用2.7度≤θ≤16度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用2.878≤t/λ≤3表示的範圍內。
8.根據權利要求1或2所述的蘭姆波型高頻諧振器，其特徵在於，所述角度θ在利用116度≤θ≤122.1度表示的範圍內，把所述石英基板的厚度t和所述蘭姆波的波長λ的關係設定在利用0.375≤t/λ≤1.06表示的範圍內。
全文摘要
一種蘭姆波型高頻諧振器。本發明提供一種可以實現高頻化、頻率溫度特性良好、且能夠降低製造成本的蘭姆波型高頻諧振器。蘭姆波型高頻諧振器(1)在石英基板(10)的一個主面上具有用於激勵蘭姆波的梳齒狀的IDT電極(20)，將IDT電極(20)形成為按照歐拉角表示方式時所述石英基板(10)的切出角度和所述蘭姆波的傳播方向為(0、θ、0)，把石英基板(10)的厚度t和波長λ的關係設定在利用0＜t/λ≤3表示的範圍內，在該範圍內設定6個區域，在其中的第1區域中，角度θ被設定在132.8度≤θ≤178度的範圍內，t/λ被設定在1.1≤t/λ≤3的範圍內。
文檔編號H01L41/18GK1801612SQ20061000036
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月6日 優先權日2005年1月7日
發明者田中悟 申請人:精工愛普生株式會社