特許 5931507 弾性表面波素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5931507

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】弾性表面波素子

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/145 20060101AFI20160526BHJP

   H03H 9/25 20060101ALI20160526BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/145 D

   H03H9/25 C

   H03H9/145 Z

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-44465(P2012-44465)

(22)【出願日】2012年2月29日

(65)【公開番号】特開2013-183224(P2013-183224A)

(43)【公開日】2013年9月12日

【審査請求日】2015年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000104722

【氏名又は名称】京セラクリスタルデバイス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】阿野 隆司

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−０１９６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２４６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／１３７４６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−０４４７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１８６４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３２９５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／１４５

Ｈ０３Ｈ ９／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つ一対の反射器とこれら反射器の間に設けられる一対の櫛形電極とから構成される弾性表面波素子であって、
前記反射器と前記櫛形電極とが水晶片に設けられ、
前記櫛形電極が、電極指を２本おきに異極となるように並んで設けられつつ、前記櫛形電極における共振周波数の周期波長をλｉとすると、隣り合う前記櫛形電極指の間隔がλｉ／４−αとλｉ／４＋α（０＜｜α｜＜λｉ／８）となるように交互に繰り返し配置され、
前記反射器が、前記反射器によって得られるストップバンド内に、前記櫛形電極が発生させる弾性表面波の放射コンダクタンスピークとなる部分に配置されつつ、前記反射器における共振周波数の周期波長をλｒとすると、前記反射器内の複数の電極指の間隔をλｒ／４−βとλｒ／４＋β（０＜｜β｜＜λｒ／８）とを交互に繰り返して配置されて構成されることを特徴とする弾性表面波素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子デバイスに用いられる弾性表面波素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、水晶デバイスには例えば、図５に示すように、ＳＴカットの水晶片２１０に２つ一対の反射器２３０とこれら反射器２３０の間に設けられる異極となる一対の櫛形電極２２０とを備えた弾性表面波素子２００が用いられている。
一方の櫛形電極２２０と他方の櫛形電極２２０は、それぞれの電極指２２１を２本おきに交互に並べて配置されており、それぞれが例えば、λｉ／４の等間隔で水晶片２１０に並べて設けられている。このとき、並べられた状態となった電極指２２１は、共振波長であるλｉ周期の中に４本の電極指２２１が入るように構成されている。
このような電極構造は、例えば漏洩弾性表面波のように水晶片表面を伝播する弾性表面波が水晶片深さ方向にエネルギーを放出しながら伝播する振動モードにおいては、例えば、共振波長であるλｉ周期の中に４本といったように、水晶片２１０の連続する水晶片表面の露出部分を減らすことで水晶片の表面付近にエネルギーを閉じ込めることができるモードが存在する。

【0003】

ここで、図５（ｂ）に示す正弦波は、各電極指２２１における反射波の変位の値を縦軸にとった状態を表している。各電極指２２１では、弾性表面波の反射が起きているが、電極の配置が、λｉ／４間隔となる構造で形成されている電極指２２１では、隣り合う電極指２２１の反射波の位相が１８０°となり、合成すると零となるため、反射係数が零となる構造となっている。
また、反射器２３０は、λｒ／２周期の等間隔で並べられた電極構造となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１２４６３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、図５（ｂ）に示す水晶片２１０を用いた弾性表面波素子２００は、弾性表面波を励起する櫛形電極２２０の電極指２２１と反射器２３０の電極指２３１との電極構造が異構造となり固有振動変位が異なるため、相互の形状間への伝播によってモード変換を起こし、モード変換損と呼ばれる損失を伴うことから十分なＱ値を得るのが困難であるという課題があった。
また、従来の弾性表面波素子２００は、それぞれの電極指２２１の間隔をλｉ／４間隔としたことで、一対の櫛形電極２２０が設けられた部分において発生される弾性表面波が櫛形電極２２０の間で反射される反射波が相殺されるので、放射コンダクタンスのＱ値の低下を招き、弾性表面波素子のＱ値向上に限界があった。

【0006】

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、Ｑ値を向上さる弾性表面波素子を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するため、本発明は、２つ一対の反射器とこれら反射器の間に設けられる一対の櫛形電極とから構成される弾性表面波素子であって、前記反射器と前記櫛形電極とが水晶片に設けられ、前記櫛形電極が、電極指を２本おきに異極となるように並んで設けられつつ、前記櫛形電極における共振周波数の周期波長をλｉとすると、隣り合う前記櫛形電極指の間隔がλｉ／４−αとλｉ／４＋α（０＜｜α｜＜λｉ／８）となるように交互に繰り返し配置され、前記反射器が、前記反射器によって得られるストップバンド内に、前記櫛形電極が発生させる弾性表面波の放射コンダクタンスピークとなる部分に配置されつつ、前記反射器における共振周波数の周期波長をλｒとすると、前記反射器内の複数の電極指の間隔をλｒ／４−βとλｒ／４＋β（０＜｜β｜＜λｒ／８）とを交互に繰り返して配置されて構成されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

このような弾性表面波素子では、
櫛形電極の電極指を２本おきに異極となるように並んで設けられつつ隣り合う電極指の間隔をλｉ／４−αとλｉ／４＋α（０＜｜α｜＜λｉ／８）と交互に繰り返して配置したので、一対の櫛形電極が設けられている部分において発生する弾性表面波の反射位相をずらすことができるため、前記の弾性表面波の反射波の相殺を防ぐことができる。
また、前記反射器により得られるストップバンド内に、前記櫛形電極により励振された弾性表面波の放射コンダクタンスのピークが入るよう配置され、反射器内の複数の電極指の間隔をλｒ／４−βとλｒ／４＋β（０＜｜β｜＜λｒ／８）とを交互に繰り返して配置し、且つ、櫛形電極の電極指を２つおきに異極となるように並んで設けられつつ隣り合う電極指の間隔をλｉ／４−αとλｉ／４＋α（０＜｜α｜＜λｉ／８）と交互に繰り返して配置したので、弾性表面波を励振する櫛形電極と反射器の構造を同構造とすることで櫛形電極と反射器での固有振動変位を同一とすることでモード変換損を抑えることができる。
これにより、本発明の弾性表面波素子は、櫛形電極により励起させた弾性表面波がモード変換損の影響を受けないためＱ値を向上させることがでる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る水晶片の弾性表面波素子の一例を示し、（ａ）は平面であり、（ｂ）は部分的に示した側面図である。

【図2】インピーダンス位相特性を示すグラフである。

【図3】弾性表面波素子の反射器の電極指の本数と櫛形電極の電極指の本数１００対としたときの反射係数を示すグラフである。

【図4】弾性表面波素子の櫛形電極の電極指の本数を９０．５対としたときの反射コンダクタンスを示すグラフである。

【図5】従来の弾性表面波素子の一例を示し、（ａ）は平面であり、（ｂ）は部分的に示した側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。
また、板状の水晶片において、表面積が広い面を主面といい、この主面を囲む面を側面という。

【0011】

図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係る弾性表面波素子１００は、例えば、水晶のＸカットをＹ軸周りに回転させた板状の水晶片１０が用いられ、一方の主面に２つ一対の反射器３０とこれら反射器３０の間に２つ一対の櫛形電極２０が設けられている。

【0012】

櫛形電極２０は、２つ一対で設けられている。これら櫛形電極２０は、電極指２１を２本おきに異極となるように並んで設けられている。
また、この２本ごとの電極指２１は、極性がプラス側となる２本の電極指２１と、極性がマイナス側となる２本の電極指２１が弾性表面波の周期λｉとなるように設けられている。
本発明の実施形態では、電極指２１の間隔は、λｉ／４−α（０＜｜α｜＜λｉ／８）とλｉ／４＋α（０＜｜α｜＜λｉ／８）とを交互に繰り返して配置されている。
ここで、αは、０＜｜α｜＜λｉ／８の範囲で変更可能であり、隣り合う電極指２１の中心がλｉ／４配置からの電極指２１（図１参照）の配置に対するズレ量を表している。

【0013】

このようなαは、たとえば、電極指２１におけるα＝０の場合、図５（ｂ）のように反射波の位相が１８０°異なるため、弾性表面波の反射波が相殺され放射コンダクタンスのＱ値が劣化することになる。
また、α＝λｉ／８の場合は、共振周波数の周期波長λｉ内に電極指を４本配置とならず、漏洩弾性表面波のように水晶片２１０（図５（ａ）参照）中にエネルギーを放出し、伝播する振動モードにおいては水晶片２１０（図５（ａ）参照）の連続する水晶片表面の露出部分を減らすことで水晶片の表面付近にエネルギーを閉じ込めることができるが、水晶片２１０の連続する水晶片表面の露出部分が大きくなることから伝搬損失が大きくなり、Ｑ値を向上させることができない。
よって、図１（ｂ）に示すように、電極指２１の間隔を従来のλｉ／４からαだけずらすことで反射された弾性表面波の位相が相殺されず、反射を起こすことができるようになり、放射コンダクタンスのＱ値向上させることができる。

【0014】

反射器３０は、励振された弾性表面波を反射させ共振構造とするために用いられる。
この反射器３０は、平行に並べられた複数の電極指３１の端部を接続して、たとえば、梯子状に形成されている。
また、反射器３０の電極指３１の幅は、櫛形電極２０の幅と同じ幅で形成されている。
また、電極指３１の間隔は、λｒ／４−β（０＜｜β｜＜λｒ／８）とλｒ／４＋β（０＜｜β｜＜λｒ／８）とを交互に繰り返して配置されている。
ここで、βは、０＜｜β｜＜λｒ／８の範囲で変更可能であり、隣り合う電極の中心がλｒ／４配置からの電極指３１（図１参照）の配置に対するズレ量を表している。
また、この反射器３０は、反射係数最大領域であるストップバンドを形成するが、櫛形電極２０により励振された弾性表面波の放射コンダクタンスのピーク（図４参照）をこのストップバンド内に配置されるようにλｒが決定される。
なお、ストップバンドとは、従来周知のブラッグ条件が満たされ、弾性表面波が反射される領域をいう。

【0015】

また、このようなβは、たとえば、反射器におけるβ＝０の場合は、反射波の位相が１８０°異なるため、弾性表面波の反射波が相殺され共振構造とならない。
また、β＝λｒ／８の場合は、共振周波数の周期波長λｉ内に電極指を４本配置とならず、漏洩弾性表面波のように水晶片中にエネルギーを放出し、伝播する振動モードにおいては水晶片２１０（図５参照）の連続する水晶表面の露出部分を減らすことで水晶片の表面付近にエネルギーを閉じ込めることができるが、水晶片２１０の露出部分が大きくなることから伝搬損失が大きくなり、Ｑ値を向上させることができない。
よって、反射器３０の電極指３１の間隔をλｒ／４からβだけずらして設けられることにより弾性表面波の反射波の位相が相殺されず共振を起こすことができる。

【0016】

よって、αの範囲を、０＜｜α｜＜λｉ／８とし、櫛形電極２０の電極指２１を、間隔λｉ／４−α（０＜｜α｜＜λｉ／８）と間隔λｉ／４＋α（０＜｜α｜＜λｉ／８）とを交互に繰り返して配置することで、櫛形電極２０では電極２１で各々発生する弾性表面波の反射波の位相をずらすことができるため、前記の弾性表面波の放射コンダクタンスのＱ値向上が得られる。

【0017】

また、αの範囲を、０＜｜α｜＜λｉ／８とし、βの範囲を、０＜｜β｜＜λｒ／８とし、櫛形電極２０の電極指２１を、間隔λｉ／４−α（０＜｜α｜＜λｉ／８）と間隔λｉ／４＋α（０＜｜α｜＜λｉ／８）、反射器３０の電極指３１を、間隔λｒ／４−β（０＜｜β｜＜λｒ／８）と間隔λｒ／４＋β（０＜｜β｜＜λｒ／８）とを交互に繰り返して配置することによって、櫛形電極２０により励振された弾性表面波と反射器３０によって反射される弾性表面波のモードを変換させることなく共振構造とすることが可能となり、モード変換損を防いでＱ値を向上させることができる。
また、このように反射器３０を構成したので、櫛形電極２０で発生させた弾性表面波の伝搬損失を抑えることができ、且つ、モード変換損によるＱ値低下を防ぐことができる。

【0018】

また、このような本発明の実施形態に係る弾性表面波素子１００は、αの値を選定することにより、図３に示すような弾性表面波の励振エネルギーを櫛形電極により得られるストップバンドの上端に集中、もしくは下端に集中させることができる。
図３は、弾性表面波素子の反射器３０の電極指３１の本数を、１００対としたときの反射係数を示すグラフであり、図４は、弾性表面波素子の櫛形電極２０の電極指２１の本数を９０．５対としたときの放射コンダクタンスを示すグラフである。

【0019】

例えば、弾性表面波の励振エネルギーをストップバンドの下端に集中させる場合は、
同電位の２本の電極指２１の中心位置で波の最大振幅となり、かつ、異電位となる２本の電極指２１の中心位置で波の節となるように弾性表面波を起こさせる。
このとき、櫛形電極２０の電極指２１の間隔は、α＜０となっている。
このように、弾性表面波素子１００を構成することで、弾性表面波の励振エネルギーをストップバンドの下端に集中させることができる。

【0020】

また、例えば、弾性表面波の励振エネルギーをストップバンドの上端に集中させる場合は、同電位の２本の電極指２１の中心位置で波の節となり、かつ、異電位となる２本の電極指２１の中心位置で波の最大振幅となるように弾性表面波を起こさせる。
このとき、櫛形電極２０の電極指２１の間隔は、α＞０となっている。
このように、弾性表面波素子を構成することで、弾性表面波の励振エネルギーをストップバンドの上端に集中させることができる。

【0021】

例えば、図３に示すように、本願発明の実施形態に係る弾性表面波素子１００は、反射係数と周波数との関係において、反射器３０によって得られるストップバンドが３０８ＭＨｚ付近にストップバンド下端があり、３１６ＭＨｚ付近にストップバンド上端があり、３０８ＭＨｚ〜３１６ＭＨｚの範囲で広いストップバンドが形成されたグラフとなる。

【0022】

言い換えれば、櫛形電極２０によって得られる図４に示す放射コンダクタンのピークが、反射器によって得られる図３に示すストップバンドの下端と上端との間の領域に収まるように、櫛形電極２０の電極指２１と反射器３０の電極指３１が配置されることとなる。
インピーダンス特性は従来の構造の弾性表面波素子と比較して、本願発明は、３１１．８ＭＨｚ〜３１２．１ＭＨｚにかけて位相特性の振幅が大きくなっており、かつ、３１１．８ＭＨｚ及び３１２．１Ｍの付近において急激な変化となるグラフになっている。
したがって、本発明の実施形態に係る弾性表面波素子１００を構成すると、図２に示すように、従来よりも位相特性の振幅が大きくなっていることが確認できる。これにより、本発明の実施形態に係る弾性表面波素子１００は、位相特性がプラスからマイナスへ移行する位相零点である共振周波数において傾きが急峻となっていることから、Ｑ値を向上させることができる。

【0023】

したがって、本発明の実施形態に係る弾性表面波素子１００は、漏洩弾性表面波のように水晶片中にエネルギーを放出し、伝播する振動モードにおいては共振周波数のλi周期の中に４本といったように水晶片２１０の連続する水晶表面の露出部分を減らすことで、水晶片の表面付近にエネルギーを閉じ込めることができるモードにおいて伝搬損失を低減させ、かつ、櫛形電極２０によって反射する弾性表面波を相殺しない構造とすることで励振された弾性表面波の放射コンダクタンスのＱ値を向上させ、さらに櫛形電極と反射器で得られる固有振動変位を同一とすることでモード変換損を無くすことができるので、共振子のＱ値を向上させることができる。

【符号の説明】

【0024】

１０ 水晶片
２０ 櫛形電極
２１、３１ 電極指
３０ 反射器
１００ 弾性表面波素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】