JP2002368576A - Surface acoustic wave element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性波素子に関
し、特に高周波帯の高安定化を実現した弾性波素子に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an elastic wave device, and more particularly, to an elastic wave device that realizes high stability in a high frequency band.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の動作周波数の高周波化
に伴い、電子機器に用いられる例えば、マイコンクロッ
ク用の振動子、発振器などの弾性波素子の高周波化・高
安定化が必要とされている。2. Description of the Related Art In recent years, as the operating frequency of electronic equipment has become higher, it has become necessary to increase the frequency and stability of elastic wave elements used in electronic equipment, such as oscillators for microcomputer clocks and oscillators. I have.
【0003】弾性波素子における従来の技術は一般的
に、厚み滑り振動を用いたものが主流で、また、特殊な
ものではBGS(Bleustein-Gulyaev-Shimizu/Nakamur
a)波を用いた端面反射型振動子が使用されている。[0003] Conventional techniques for elastic wave devices generally use thickness-shear vibration, and special techniques use BGS (Bleustein-Gulyaev-Shimizu / Nakamur).
a) An end face reflection type vibrator using waves is used.
【0004】前記の厚み滑り振動子では基板の両面に電
極を設け、それらの電極間に駆動信号を与え、振動波は
基板の厚み方向で生じる構成である。したがって、振動
波が高周波になるに連れて素子基板の厚みが薄くなり、
かつ厚み精度が重要である。このために、厚み滑り振動
子にあっては、精度の高い素子の加工技術が必要とされ
ていた。In the above-described thickness-sliding vibrator, electrodes are provided on both surfaces of a substrate, and a drive signal is applied between the electrodes, so that vibration waves are generated in the thickness direction of the substrate. Therefore, the thickness of the element substrate becomes thinner as the vibration wave becomes higher in frequency,
And thickness accuracy is important. For this reason, in the thickness-sliding vibrator, a high-precision element processing technique has been required.
【0005】一方、端面反射型振動子では、基板の一面
に形成された駆動電極により基板表面に弾性波が生じる
構成である。このために振動周波数は素子基板の厚みに
依存しないので、素子の加工は比較的容易であるという
特徴を有する。しかしながら、厚み滑り振動子に較べ、
使用する温度環境により周波数の変化が大きいという問
題を有している。On the other hand, an end face reflection type vibrator has a configuration in which a drive electrode formed on one surface of a substrate generates an elastic wave on the substrate surface. For this reason, since the vibration frequency does not depend on the thickness of the element substrate, the element is characterized in that the processing of the element is relatively easy. However, compared to a thickness-slip oscillator,
There is a problem that the frequency changes greatly depending on the temperature environment used.
【0006】さらに、端面反射型振動子では、基本的に
並列共振回路で表される等価回路における抵抗成分と直
列に存在する容量と抵抗成分と並列に存在する容量との
比(容量比)が大きく、このために一般に用途が限られ
ていた。Further, in the end face reflection type vibrator, a ratio (capacity ratio) of a capacitance existing in series with a resistance component and a capacitance existing in parallel with the resistance component in an equivalent circuit basically represented by a parallel resonance circuit is obtained. Large, which has generally limited their use.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記の端面反射型振動子の振動原理を基本的に
用い、前記厚み滑り振動子と同様の温度変動特性が得ら
れ、且つ実用上の容量比を小さく出来る新規な構成の弾
性波素子を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to basically use the vibration principle of the above-mentioned end face reflection type vibrator, to obtain the same temperature fluctuation characteristics as the above-mentioned thickness-sliding vibrator, and to obtain a practical use. It is an object of the present invention to provide an acoustic wave device having a novel configuration capable of reducing the above capacitance ratio.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的に鑑
みて、本発明者は新規な構成上のアプローチにより好ま
しい特性を得たものであり、本発明に従う弾性波素子
は、圧電基板と、前記圧電基板の少なくとも表裏のいず
れかの面に形成されたすだれ状電極とを有し、前記すだ
れ状電極により生成される弾性波振動の前記圧電基板を
伝搬する面を機械的にフリーとし、更に前記圧電基板の
厚さを前記弾性波振動の波長λより小さくしたことを特
徴とする。In view of the above-mentioned object of the present invention, the present inventor has obtained preferable characteristics by a novel structural approach, and an elastic wave device according to the present invention has a piezoelectric substrate and a piezoelectric substrate. Having an interdigital electrode formed on at least one of the front and back surfaces of the piezoelectric substrate, and mechanically free the surface of the piezoelectric substrate of the acoustic wave vibration generated by the interdigital electrode that propagates, Further, the thickness of the piezoelectric substrate is smaller than the wavelength λ of the elastic wave vibration.
【0009】上記本発明の目的を達成する弾性波素子の
好ましい実施の形態例として、前記圧電基板の厚さが、
前記弾性波振動の波長λに対し、0.5λ以下であるこ
とを特徴とする。As a preferred embodiment of the acoustic wave device for achieving the above object of the present invention, the thickness of the piezoelectric substrate is
The wavelength is not more than 0.5λ with respect to the wavelength λ of the elastic wave vibration.
【0010】さらに、上記本発明の目的を達成する弾性
波素子の好ましい実施の形態例として、前記圧電基板の
少なくとも表裏両面に同一パターンのすだれ状電極が形
成され、前記圧電基板の表裏両面における振動が結合共
振することを特徴とする。Further, as a preferred embodiment of the acoustic wave device which achieves the above object of the present invention, the same pattern of interdigital electrodes is formed on at least the front and back surfaces of the piezoelectric substrate, and the vibration on both the front and back surfaces of the piezoelectric substrate is achieved. Are characterized by coupling resonance.
【0011】また、上記本発明の目的を達成する弾性波
素子の好ましい実施の形態例として、前記圧電基板の弾
性波振動が充分に減衰する両端部位に固定部を有し、前
記固定部間の距離が、前記弾性波振動の波長λに対し、
5λ以上であることを特徴とする。In a preferred embodiment of the elastic wave device for achieving the object of the present invention, the piezoelectric substrate has fixed portions at both ends where elastic wave vibration of the piezoelectric substrate is sufficiently attenuated. The distance is, with respect to the wavelength λ of the elastic wave vibration,
It is not less than 5λ.
【0012】さらにまた、上記本発明の目的を達成する
弾性波素子の好ましい実施の形態例として、前記圧電基
板の側面に電極が形成され、該側面に形成された電極で
前記圧電基板の表裏両面に形成されたすだれ状電極間を
電気的に接続することを特徴とする。Further, as a preferred embodiment of the acoustic wave device that achieves the above object of the present invention, an electrode is formed on a side surface of the piezoelectric substrate, and the electrodes formed on the side surface use the electrodes formed on both sides of the piezoelectric substrate. The present invention is characterized in that the interdigitated electrodes formed in the above are electrically connected.
【0013】さらに、上記本発明の目的を達成する弾性
波素子の好ましい実施の形態例として、前記圧電基板の
すだれ状電極の形成された面と反対側の全面にベタ電極
が形成されていることを特徴とする。Further, as a preferred embodiment of the acoustic wave device which achieves the above object of the present invention, a solid electrode is formed on the entire surface of the piezoelectric substrate opposite to the surface on which the interdigital electrodes are formed. It is characterized by.
【0014】また、上記本発明の目的を達成する弾性波
素子の好ましい実施の形態例として、 前記圧電基板の
端面を前記弾性波振動の反射面とすることを特徴とす
る。In a preferred embodiment of the acoustic wave device for achieving the object of the present invention, an end face of the piezoelectric substrate is a reflection surface of the elastic wave vibration.
【0015】さらに、上記本発明の目的を達成する弾性
波素子の好ましい実施の形態例として、前記圧電基板に
形成されたすだれ電極の両側に反射器用グレーティング
電極又は、グルーブが形成されていることを特徴とす
る。Further, as a preferred embodiment of the acoustic wave device which achieves the object of the present invention, it is preferable that grating electrodes or grooves for reflectors are formed on both sides of the interdigital transducer formed on the piezoelectric substrate. Features.
【0016】さらにまた、上記本発明の目的を達成する
弾性波素子の好ましい実施の形態例として、前記圧電基
板の表裏両面に形成されたすだれ電極の一方を、電気的
に短絡又は、負荷インピーダンスで終端した構成とする
ことを特徴とする。Further, as a preferred embodiment of the acoustic wave device which achieves the above object of the present invention, one of the interdigital transducers formed on both the front and back surfaces of the piezoelectric substrate is electrically short-circuited or has a load impedance. It is characterized by having a terminated configuration.
【0017】さらに、上記本発明の目的を達成する弾性
波素子の好ましい実施の形態例は、前記圧電基板として
LiTaO3又は、LiNbO3基板を用い、結晶軸方位がZ軸を中
心にY軸を36±20°回転した包囲で切り出され、弾
性振動の伝播方向をX方向とすることを特徴とする。Further, a preferred embodiment of the acoustic wave device which achieves the object of the present invention is characterized in that the piezoelectric substrate is
Using a LiTaO 3 or LiNbO 3 substrate, the crystal axis direction is cut out around an envelope obtained by rotating the Y axis around the Z axis by 36 ± 20 °, and the propagation direction of the elastic vibration is set to the X direction.
【0018】本発明の特徴は、更に以下の図面を参照し
て説明される実施の形態から明らかになる。The features of the present invention will become more apparent from the embodiments described with reference to the following drawings.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】図1は、本発明による第1の実施
例を示す圧電素子の斜視図である。圧電基板1の表裏両
面上に駆動電極2,3が同じパターンで形成されてい
る。さらに、圧電基板1の長手方向で駆動電極2,3と
電気的機械的に接合された電極パッド4,5を有し、こ
の電極パッド4,5を通して圧電基板1の一面側(図1
では、裏面側)の駆動電極2,3と入出力を行う。FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric element showing a first embodiment according to the present invention. Drive electrodes 2 and 3 are formed in the same pattern on both front and back surfaces of the piezoelectric substrate 1. Further, it has electrode pads 4 and 5 electrically and mechanically joined to the drive electrodes 2 and 3 in the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 1, and through the electrode pads 4 and 5, one surface side of the piezoelectric substrate 1 (FIG. 1).
Then, input and output are performed with the drive electrodes 2 and 3 on the back side.
【0020】この圧電素子の電気的等価回路が図2に示
される。容量Ca、インダクタンスL及び抵抗Rの直列
接続と、この直列接続に対して並列接続される容量Cb
を有する。先に言及した容量比は、前記直列容量Caと
並列容量Cbの比γを指し、γ=Cb/Ca で表され
る。この容量比γが大きいと圧電素子の利用の制限が大
きくなってしまうことが当業者に知られている。FIG. 2 shows an electrical equivalent circuit of the piezoelectric element. A series connection of a capacitance Ca, an inductance L and a resistance R, and a capacitance Cb connected in parallel with the series connection
Having. The capacitance ratio mentioned above indicates the ratio γ of the series capacitance Ca and the parallel capacitance Cb, and is expressed by γ = Cb / Ca. It is known to those skilled in the art that when the capacitance ratio γ is large, the use of the piezoelectric element is greatly restricted.
【0021】次に、図1の構成を有する圧電素子の一試
作例について、以下に説明する。電極パッド4,5に接
続される図1の裏面に形成される駆動電極2,3により
圧電基板1の表面上に弾性波振動が生成される。Next, an example of a trial production of a piezoelectric element having the configuration shown in FIG. 1 will be described below. The drive electrodes 2 and 3 formed on the back surface of FIG. 1 connected to the electrode pads 4 and 5 generate elastic wave vibration on the surface of the piezoelectric substrate 1.
【0022】そして、この弾性波振動の波長をλとした
時、試作例の圧電基板1の厚み(H)6は0.25λの
関係にあり、電極パッド4,5により空中に浮いた部分
の長さ(LF)7は15λであった。When the wavelength of the elastic wave vibration is λ, the thickness (H) 6 of the piezoelectric substrate 1 of the prototype is 0.25λ, and the thickness of the part floating in the air by the electrode pads 4 and 5 is The length (LF) 7 was 15λ.
【0023】駆動電極材にはNiCr/Au(膜厚50nm/4
00nm)を用い、駆動電極2、3によるすだれ状電極の
交差する長さ8が5λ、かつ電極の対数は1対である。
すだれ状電極は表裏面に配置し、駆動する電極即ち、電
極パッド4,5に電気的に接続される駆動電極は図1の
裏面側のみである。The driving electrode material is NiCr / Au (film thickness 50 nm / 4).
00 nm), the intersecting length 8 of the interdigital electrodes by the driving electrodes 2 and 3 is 5λ, and the number of pairs of electrodes is one.
The interdigital electrodes are arranged on the front and rear surfaces, and the driving electrodes, that is, the driving electrodes electrically connected to the electrode pads 4 and 5 are only on the rear surface side in FIG.
【0024】さらに、圧電基板1には結晶軸XYZに関
し、Z軸を中心にY軸を40°回転した角度で切り出さ
れ、X方向の振動波の伝搬方向を有する、40°Yカッ
トX方向伝播のLiTaO3基板を用いた。Further, the piezoelectric substrate 1 is cut out at an angle obtained by rotating the Y axis by 40 ° about the Z axis with respect to the crystal axis XYZ, and has a propagation direction of the vibration wave in the X direction. LiTaO 3 substrate was used.
【0025】上記構成の条件で試作した振動子は、図2
に示される等価回路の各要素に関する定数は下表に示す
如くであった。The vibrator prototyped under the above-described conditions is shown in FIG.
Are as shown in the following table.
【0026】[0026]
【表1】 したがって、上記試作例の容量比γは、γ=Cb/Ca
=12.5である。[Table 1] Therefore, the capacity ratio γ of the above prototype example is given by γ = Cb / Ca
= 12.5.
【0027】図3は上記図1の構成の圧電素子につい
て、波長λで正規化した基板厚み(H/λ)と容量比
(γ)の関係を示す図である。この図から容易に理解出
来るように、圧電基板1を薄板化するに従い容量比が減
少していくことが理解できる。従来の圧電素子は、一般
的値として容量比は、70〜80の大きさであった。こ
れに対し、本発明の原理に従い、基板厚み(H/λ)を
1以下にすることにより、従来の圧電素子における容量
比以下の容量比を得ることが可能である。さらに、圧電
基板1の厚みを0.5λ以下とすることが効果として顕
著である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the substrate thickness (H / λ) normalized by the wavelength λ and the capacitance ratio (γ) for the piezoelectric element having the structure shown in FIG. As can be easily understood from this figure, it can be understood that the capacitance ratio decreases as the piezoelectric substrate 1 becomes thinner. Conventional piezoelectric elements have a capacitance ratio of 70 to 80 as a general value. On the other hand, according to the principle of the present invention, by setting the substrate thickness (H / λ) to 1 or less, it is possible to obtain a capacitance ratio equal to or less than the capacitance ratio of the conventional piezoelectric element. Further, the effect of setting the thickness of the piezoelectric substrate 1 to 0.5λ or less is remarkable as an effect.
【0028】図4は、図1の構成の圧電素子について電
極の交差する長さ(8)を5λ、電極の対数を1対およ
び3対とした時の波長λで正規化した圧電基板厚み(H
/λ)と温度変動率10―6(ppm)/℃の関係を示す図
である。FIG. 4 shows the piezoelectric substrate thickness (8) normalized to the wavelength (λ) when the electrode intersecting length (8) is 5λ and the number of electrode pairs is one pair and three pairs in the piezoelectric element having the configuration shown in FIG. H
/ Lambda) and a diagram showing the temperature change rate 10- 6 (ppm) / ℃ relationship.
【0029】この図から圧電基板1の厚み(H/λ)は
薄い程、電極対数は少ない程、温度安定度(温度変動率
度)が高くなることが理解できる。なお、図4におい
て、電極対数が多くなると温度安定度は、電極対数によ
らず一定値に収束すると考えられる。したがって、図4
において電極対数10の破線は予想値である。From this figure, it can be understood that the smaller the thickness (H / λ) of the piezoelectric substrate 1 and the smaller the number of electrode pairs, the higher the temperature stability (degree of temperature fluctuation). In FIG. 4, it is considered that the temperature stability converges to a constant value regardless of the number of electrode pairs as the number of electrode pairs increases. Therefore, FIG.
The broken line with 10 electrode pairs is an expected value.
【0030】従来の圧電素子における温度安定度は、一
般に40ppm/℃程度であるのに対し、圧電基板1の
厚み(H/λ)を1以下とすることにより従来の圧電素
子における温度変動率を40×10―6以下にすること
が可能である。The temperature stability of the conventional piezoelectric element is generally about 40 ppm / ° C., whereas the thickness (H / λ) of the piezoelectric substrate 1 is set to 1 or less to reduce the temperature fluctuation rate of the conventional piezoelectric element. it is possible to 40 × 10- 6 or less.
【0031】図5は、更に温度変動率を室温25℃で基
準値零として、厚み滑り振動子と端面反射振動子の特性
及び本発明の特性を比較した図である。図中、横軸を温
度、縦軸を変動率ppmとし、特性線Aは厚み滑り端面振
動子の温度変動特性及び、特性線B、Cは、それぞれ端
面反射振動子及び本発明構成の圧電振動子の温度変動特
性である。FIG. 5 is a diagram comparing the characteristics of the thickness-slip vibrator and the end face reflection vibrator and the characteristics of the present invention, with the temperature fluctuation rate set to a reference value of zero at a room temperature of 25 ° C. In the figure, the horizontal axis represents temperature, the vertical axis represents fluctuation rate ppm, the characteristic line A represents the temperature fluctuation characteristics of the thickness-sliding end face vibrator, and the characteristic lines B and C represent the end face reflection vibrator and the piezoelectric vibration of the present invention, respectively. This is the temperature fluctuation characteristic of the child.
【0032】ここで、温度変動率は、一般に最も低い値
を頂点として有する二次曲線特性を示す。図5におい
て、先に説明したように、厚み滑り振動子は、温度変動
特性(特性線A)は安定していて、常温(25℃)近傍
に頂点を有する。これに対し、端面反射振動子の常温
(25℃)近傍で温度変動(特性線B)は大きく、更に
その特性曲線の頂点は、常温より遙か上(図5で少なく
とも75℃以上であることが理解される)にある。本発
明は、基本構造として端面反射振動子に類似であるが、
厚み滑り振動子に近似の温度変動特性(特使線C)が得
られる。Here, the temperature fluctuation rate generally shows a quadratic curve characteristic having the lowest value at the top. In FIG. 5, as described above, the thickness sliding oscillator has a stable temperature fluctuation characteristic (characteristic line A) and has a peak near normal temperature (25 ° C.). On the other hand, the temperature fluctuation (characteristic line B) is large near the normal temperature (25 ° C.) of the end face reflection oscillator, and the peak of the characteristic curve is much higher than the normal temperature (at least 75 ° C. or more in FIG. 5). Is understood). The present invention is similar to the end face reflection oscillator as a basic structure,
A temperature fluctuation characteristic (special use line C) similar to that of the thickness-slip oscillator is obtained.
【0033】ここで、上記の説明から、本発明による温
度安定度及び、容量比の低減の効果を得るためには、駆
動電極2、3により生成される弾性振動が伝搬する部分
のみ所定の基板厚み(H/λ)の範囲であればよい。Here, from the above description, in order to obtain the effects of the temperature stability and the reduction of the capacitance ratio according to the present invention, only the portion where the elastic vibration generated by the drive electrodes 2 and 3 propagates has a predetermined substrate. The thickness may be within the range of the thickness (H / λ).
【0034】したがって、取り扱いを容易とするための
構造として図6の実施例構造が可能である。図6では、
圧電基板1の電極パッド4,5に対応する両端部であっ
て圧電素子を固定する部分10,11以外の弾性振動が
伝搬する領域のみを所定厚さ(1λ)以下とする構造で
ある。この両端部では、弾性波振動は、充分に減衰され
ている。Therefore, the structure of the embodiment shown in FIG. 6 is possible as a structure for facilitating handling. In FIG.
Only the end portions corresponding to the electrode pads 4 and 5 of the piezoelectric substrate 1 and the regions other than the portions 10 and 11 for fixing the piezoelectric elements, where the elastic vibration propagates, have a predetermined thickness (1λ) or less. At these ends, the elastic wave vibration is sufficiently attenuated.
【0035】また、図6の実施例構造における圧電素子
を固定する部分10,11の間の長さである弾性振動が
伝搬する領域の長さを(LF)とするとき、共振抵抗値
との関係が得られる。図7は、図7の実施例構造におけ
るLFと共振抵抗値の関係を示す図である。この図から
LFが5λ以上であれば、好ましい小さな共振抵抗の一
定値が得られることが理解できる。When the length of the region where the elastic vibration propagates, which is the length between the portions 10 and 11 for fixing the piezoelectric element in the structure of the embodiment shown in FIG. A relationship is obtained. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between LF and the resonance resistance value in the structure of the embodiment in FIG. From this figure, it can be understood that when LF is 5λ or more, a preferable small value of the resonance resistance is obtained.
【0036】次に上記図1の本発明の基本構造におい
て、駆動電極2,3の拡張的変形例を説明する。Next, in the basic structure of the present invention shown in FIG. 1, an extended modification of the drive electrodes 2 and 3 will be described.
【0037】図8は、図1に示す構造に対し、駆動電極
2,3の第1の拡張的変形例である。圧電基板1の両面
に形成される駆動電極2,3を電気的に接続する側面電
極12,13を圧電基板1の側面に形成した実施例構成
である。FIG. 8 shows a first extended modification of the drive electrodes 2 and 3 in the structure shown in FIG. This is an embodiment configuration in which side electrodes 12, 13 for electrically connecting drive electrodes 2, 3 formed on both surfaces of the piezoelectric substrate 1 are formed on the side surfaces of the piezoelectric substrate 1.
【0038】このように、側面電極12,13を備える
ことにより、圧電基板1の表裏面において、弾性振動が
生じ、従って振動の駆動効率をより高めることが可能で
ある。By providing the side electrodes 12 and 13 as described above, elastic vibration occurs on the front and back surfaces of the piezoelectric substrate 1, and therefore, the driving efficiency of the vibration can be further increased.
【0039】図9は、図1に示す構造に対し、駆動電極
2,3の第2の拡張的変形例である。圧電基板1の両面
に形成される駆動電極2,3の一方即ち、入出力電極パ
ッド4,5に接続される側と反対側の駆動電極2,3に
代えて、全面のメタライズ電極14とした実施例構成で
ある。かかる構造により、入出力間の電気機械結合をよ
り高めることが可能である。FIG. 9 shows a second extended modification of the drive electrodes 2 and 3 in the structure shown in FIG. Instead of one of the drive electrodes 2, 3 formed on both surfaces of the piezoelectric substrate 1, that is, the drive electrodes 2, 3 on the side opposite to the side connected to the input / output electrode pads 4, 5, a metallized electrode 14 was used on the entire surface. This is an example configuration. With such a structure, it is possible to further enhance the electromechanical coupling between the input and output.
【0040】図10は、図1に示す構造に対し、駆動電
極2,3の更なる拡張的変形例である。駆動電極2.3
の両側に反射器用のグレーティング電極15,16を形
成したものである。圧電基板1の端面での反射に代え、
グレーティング電極15,16において弾性波の反射を
行わす構成である。FIG. 10 shows a further extended modification of the drive electrodes 2 and 3 in the structure shown in FIG. Drive electrode 2.3
Are formed with grating electrodes 15 and 16 for reflectors on both sides of the reflector. Instead of reflection at the end face of the piezoelectric substrate 1,
The configuration is such that the grating electrodes 15 and 16 reflect elastic waves.
【0041】かかる構成により、端面反射型振動子にお
ける圧電基板端面の加工精度の影響を受けないので製造
が容易となる。According to such a configuration, since the processing accuracy of the end face of the piezoelectric substrate in the end face reflection type vibrator is not affected, the manufacturing becomes easy.
【0042】図11は、図10の実施例の変形例であ
り、グレーティング電極15,16に代え、圧電基板1
上の駆動電極2,3の両側に反射用のグルーブ17,1
8をエッチング等で形成したものである。FIG. 11 shows a modification of the embodiment of FIG. 10, in which the piezoelectric substrate 1 is replaced with the grating electrodes 15 and 16.
Grooves 17 and 1 for reflection are provided on both sides of the upper drive electrodes 2 and 3.
8 is formed by etching or the like.
【0043】次に、図1の構成において、電極パッド
4,5に接続されない側の駆動電極2,3の利用例を説
明する。Next, an example of using the drive electrodes 2 and 3 on the side not connected to the electrode pads 4 and 5 in the configuration of FIG. 1 will be described.
【0044】図12は、図1の構成の圧電素子におい
て、電極パッド4,5に接続されない側の駆動電極2,
3間を電気的に短絡又は、インピーダンス19で終端し
た構成である。かかる実施例では、図9に示す圧電基板
1の一面をメタライズ電極14とした構成と実質的に同
様の効果が得られる。FIG. 12 shows the driving elements 2 and 2 of the piezoelectric element having the structure shown in FIG. 1 which are not connected to the electrode pads 4 and 5.
3 is electrically short-circuited or terminated with impedance 19. In this embodiment, substantially the same effect as the configuration in which one surface of the piezoelectric substrate 1 shown in FIG.
【0045】これまで、本発明の実施例として、圧電振
動子を例に説明したが、本発明の適用はこれに限られな
い。すなわち、本発明の原理に基づいて温度安定度及び
容量比を改善した圧電素子を用いてフィルタを得ること
ができる。Although the embodiments of the present invention have been described using a piezoelectric vibrator as an example, the present invention is not limited to this. That is, a filter can be obtained using a piezoelectric element having improved temperature stability and capacitance ratio based on the principle of the present invention.
【0046】図13は、図1の構成の圧電基板1の断面
を示す図である。表裏面の駆動電極2,3を電気的に端
子20−21間及び20’−21’間に接続している。
したがって、端子20−20’及び21−21’をそれ
ぞれ入出力電極とすることによりフィルタを構成するも
のである。かかる構成においては、フィルタ素子の小型
化が可能である。FIG. 13 is a view showing a cross section of the piezoelectric substrate 1 having the structure shown in FIG. The drive electrodes 2 and 3 on the front and back surfaces are electrically connected between the terminals 20-21 and 20'-21 '.
Therefore, a filter is configured by using the terminals 20-20 'and 21-21' as input / output electrodes, respectively. In such a configuration, the size of the filter element can be reduced.
【0047】そして、図13の構成では、発生された弾
性波は、圧電基板1をその厚さ方向に伝搬して単体側の
出力電極により検知される。したがって、機能として、
厚み滑り振動子的機能も有していると考えることができ
る。In the configuration shown in FIG. 13, the generated elastic wave propagates in the thickness direction of the piezoelectric substrate 1 and is detected by the output electrode on the unit side. So, as a function,
It can be considered that it also has a function as a thickness slip oscillator.
【0048】図14は、先の実施例のいずれかにおいて
圧電基板1の一面上に二組の駆動電極I、IIを形成した
フィルタを示す図である。すなわち、圧電基板1の駆動
電極2、3を2組従続した構成である。圧電基板1の他
面上は、先に示した実施例と同様に図1,図6,図9等
の電極構成とすることが可能である。これにより、上記
の圧電基板1の一面内に形成された二組の駆動電極I、I
I間の電極ギャップ30を通して電気的に結合し、温度
安定度の高いフィルタが得られる。FIG. 14 is a view showing a filter in which two sets of drive electrodes I and II are formed on one surface of the piezoelectric substrate 1 in any of the above embodiments. That is, the configuration is such that two sets of the drive electrodes 2 and 3 of the piezoelectric substrate 1 are continued. On the other surface of the piezoelectric substrate 1, it is possible to have the electrode configuration shown in FIGS. Thereby, two sets of drive electrodes I, I formed on one surface of the piezoelectric substrate 1 are formed.
The filter is electrically coupled through the electrode gap 30 between I, and a filter with high temperature stability is obtained.
【0049】さらに、図15は、先の実施例のいずれか
において圧電基板1の一面上に二組の駆動電極I、IIを
並列に配置した構成である。この圧電基板1の他面上
は、先に示した実施例と同様に図1,図6,図9等の電
極構成とすることが可能である。これにより、上記の圧
電基板1の一面内に形成された二組の駆動電極I、II間
の空間ギャップ31を通して音響的に結合し、温度安定
度の高いフィルタが得られる。FIG. 15 shows a structure in which two sets of drive electrodes I and II are arranged in parallel on one surface of the piezoelectric substrate 1 in any of the above embodiments. On the other surface of the piezoelectric substrate 1, it is possible to have the electrode configuration shown in FIGS. As a result, the filter is acoustically coupled through the space gap 31 between the two sets of drive electrodes I and II formed in one surface of the piezoelectric substrate 1, and a filter with high temperature stability is obtained.
【0050】ここで、本発明に適用される圧電基板1の
切り出しについて説明する。結晶回転角の定義が図16
に示される。一般に圧電基板材料としてLiTaO3基板ある
いは、LiTaO3基板が用いられる。圧電基板1の結晶軸Z
を中心にY軸を回転する回転Yカットで、振動の伝播方
向はX方向である。Here, cutting out of the piezoelectric substrate 1 applied to the present invention will be described. FIG. 16 shows the definition of the crystal rotation angle.
Is shown in Generally, a LiTaO 3 substrate or a LiTaO 3 substrate is used as a piezoelectric substrate material. Crystal axis Z of piezoelectric substrate 1
, And the propagation direction of the vibration is the X direction.
【0051】図17、18に、LiTaO3基板、図19、2
0にLiNbO3基板における回転角に対する音速(図17,
図19)及び、電気機械結合係数(図18,図20)の
関係を示す。LiTaO3基板は回転角33°の時(図1
8)、LiNbO3基板は回転角36°の時(図20)、それ
ぞれ結合係数は最大となる。なお、前記回転角は、本発
明の効果を得るためには、36°±20°の範囲が許容
可能である。FIGS. 17 and 18 show a LiTaO 3 substrate, and FIGS.
The sound velocity with respect to the rotation angle on the LiNbO 3 substrate is set to 0 (FIG. 17,
FIG. 19) and the relationship between the electromechanical coupling coefficients (FIGS. 18 and 20). The LiTaO 3 substrate has a rotation angle of 33 ° (Fig. 1
8), when the LiNbO 3 substrate has a rotation angle of 36 ° (FIG. 20), the coupling coefficient becomes maximum. The rotation angle may be in the range of 36 ° ± 20 ° in order to obtain the effect of the present invention.
【0052】したがって、本発明の適用にあたって、か
かる電気機械結合係数が最大となる結晶軸回転角で切り
出した圧電基板を用いることが有利である。Therefore, in applying the present invention, it is advantageous to use a piezoelectric substrate cut out at a crystal axis rotation angle at which the electromechanical coupling coefficient is maximized.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上図面に従い説明したように、本発明
によれば圧電基板を伝播する振動の波長λ以下に薄板化
することで、温度に対する高安定化や容量比の小さな弾
性波振動子の提供が可能となる。また、低周波帯の小型
化および高周波帯の安定した弾性振動子製造ができ、コ
ストダウンに寄与するところが大きい。As described above with reference to the drawings, according to the present invention, by reducing the thickness of the elastic wave vibrator to be less than the wavelength λ of the vibration propagating through the piezoelectric substrate, the elastic wave vibrator having a high temperature stability and a small capacitance ratio can be obtained. Provision is possible. Further, downsizing of the low frequency band and stable production of the elastic vibrator in the high frequency band can be performed, which greatly contributes to cost reduction.
【図1】本発明による弾性波素子の第1の実施例を示す
圧電素子の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric element showing a first embodiment of an elastic wave element according to the present invention.
【図2】図1に示す構成の圧電素子の電気的等価回路を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the piezoelectric element having the configuration shown in FIG.
【図3】図1の構成の圧電素子について、波長λで正規
化した基板厚み(H/λ)と容量比(γ)の関係を示す
図である。3 is a diagram showing a relationship between a substrate thickness (H / λ) normalized by a wavelength λ and a capacitance ratio (γ) for the piezoelectric element having the configuration of FIG. 1;
【図4】図1の構成の圧電素子の温度特性を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing temperature characteristics of the piezoelectric element having the configuration of FIG. 1;
【図5】図1の構成の圧電素子の温度特性を従来構成の
圧電素子と比較した図である。5 is a diagram comparing the temperature characteristics of the piezoelectric element having the configuration of FIG. 1 with those of the piezoelectric element having the conventional configuration.
【図6】本発明の他の実施例構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.
【図7】図6の構成における圧電基板を浮かせる長さと
共振抵抗との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the length of floating the piezoelectric substrate and the resonance resistance in the configuration of FIG. 6;
【図8】本発明の駆動電極に関する他の実施例構成を示
す図である。FIG. 8 is a view showing the configuration of another embodiment of the drive electrode of the present invention.
【図9】本発明の駆動電極に関する更に他の実施例構成
を示す図である。FIG. 9 is a view showing the configuration of still another embodiment relating to the drive electrode of the present invention.
【図10】図1に示す構造に対し、駆動電極2,3の更
なる拡張的変形例である。FIG. 10 is a further extended modification of the drive electrodes 2 and 3 with respect to the structure shown in FIG.
【図11】図10の実施例の変形例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a modification of the embodiment in FIG. 10;
【図12】図1の構成の圧電素子において、電極パッド
4,5に接続されない側の駆動電極2,3間を電気的に
短絡又は、負荷インピーダンス19で終端した構成であ
る。12 is a configuration in which the drive electrodes 2 and 3 on the side not connected to the electrode pads 4 and 5 are electrically short-circuited or terminated with a load impedance 19 in the piezoelectric element having the configuration of FIG.
【図13】図1の構成の圧電基板1の断面を示し、フィ
ルタ構成を説明する図である。13 is a diagram illustrating a cross section of the piezoelectric substrate 1 having the configuration of FIG. 1 and illustrating a filter configuration.
【図14】図1に示す圧電基板1の一面上に二組の駆動
電極I、IIを形成したフィルタを示す図である。14 is a diagram showing a filter in which two sets of drive electrodes I and II are formed on one surface of the piezoelectric substrate 1 shown in FIG.
【図15】図1に示す圧電基板1の一面上に二組の駆動
電極I、IIを並列に配置した構成である。FIG. 15 shows a configuration in which two sets of drive electrodes I and II are arranged in parallel on one surface of a piezoelectric substrate 1 shown in FIG.
【図16】結晶回転角の定義を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a definition of a crystal rotation angle.
【図17】LiTaO3基板における回転角に対する音速の関
係を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between a rotation angle and a sound speed in a LiTaO 3 substrate.
【図18】LiTaO3基板における回転角に対する電気機械
結合係数の関係を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a relationship between an electromechanical coupling coefficient and a rotation angle in a LiTaO 3 substrate.
【図19】LiNbO3基板における回転角に対する音速の関
係を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a relationship between a rotation angle and a sound speed in a LiNbO 3 substrate.
【図20】LiNbO3基板における回転角に対する電気機械
結合係数の関係を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a relationship between a rotation angle and an electromechanical coupling coefficient in a LiNbO 3 substrate.
1 圧電基板 2,3 駆動電極 4,5 パッド電極 6 素子厚み(H) 7 パッド電極間の距離(LF) 8 駆動電極交差長 9 素子厚み 10,11 側面電極 12 メタライズ電極 13,14 グレーティング電極 15,16(15',16') 電気的ライン 17,18 電気的ライン 19 グルーブ 20,21 ギャップ Reference Signs List 1 piezoelectric substrate 2, 3 drive electrode 4, 5 pad electrode 6 element thickness (H) 7 distance between pad electrodes (LF) 8 drive electrode cross length 9 element thickness 10, 11 side electrode 12 metallized electrode 13, 14 grating electrode 15 , 16 (15 ', 16') Electrical line 17, 18 Electrical line 19 Groove 20, 21 Gap
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 正明 長野県須坂市大字小山460番地 富士通メ ディアデバイス株式会社内 Fターム(参考) 5J097 AA21 AA29 BB11 EE09 FF03 FF08 GG03 GG04 KK05 5J108 AA03 AA07 BB01 BB03 CC04 CC12 DD02 FF02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masaaki Ono 460 Oyama Oyama, Suzaka City, Nagano F-term in Fujitsu Media Devices Limited (Reference) 5J097 AA21 AA29 BB11 EE09 FF03 FF08 GG03 GG04 KK05 5J108 AA03 AA07 BB01 BB03 CC04 CC12 DD02 FF02
Claims (10)
れたすだれ状電極とを有し、 前記すだれ状電極により生成される弾性波振動の前記圧
電基板を伝搬する面を機械的にフリーとし、更に前記圧
電基板の厚さを前記弾性波振動の波長λより小さくした
ことを特徴とする弾性波素子。1. A piezoelectric substrate comprising: a piezoelectric substrate; and interdigital transducers formed on at least one of the front and back surfaces of the piezoelectric substrate, and the acoustic wave generated by the interdigital transducer propagates through the piezoelectric substrate. An elastic wave device, wherein a surface is mechanically free, and a thickness of the piezoelectric substrate is smaller than a wavelength λ of the elastic wave vibration.
し、0.5λ以下であることを特徴とする弾性波素子。2. The elastic wave device according to claim 1, wherein the thickness of the piezoelectric substrate is 0.5λ or less with respect to the wavelength λ of the elastic wave vibration.
だれ状電極が形成され、 前記圧電基板の表裏両面における振動が結合共振するこ
とを特徴とする弾性波素子。3. The acoustic wave device according to claim 1, wherein IDTs of the same pattern are formed on at least both front and back surfaces of the piezoelectric substrate, and vibrations on both front and back surfaces of the piezoelectric substrate are coupled and resonated.
固定部を有し、前記固定部間の距離が、前記弾性波振動
の波長λに対し、5λ以上であることを特徴とする弾性
波素子。4. The piezoelectric substrate according to claim 1, further comprising fixed portions at both end portions of the piezoelectric substrate at which elastic wave vibration is sufficiently attenuated, wherein a distance between the fixed portions is equal to a wavelength λ of the elastic wave vibration. An acoustic wave device having a wavelength of 5λ or more.
れた電極で前記圧電基板の表裏両面に形成されたすだれ
状電極間を電気的に接続することを特徴とする弾性波素
子。5. The piezoelectric substrate according to claim 3, wherein electrodes are formed on side surfaces of the piezoelectric substrate, and the electrodes formed on the side surfaces electrically connect the interdigital electrodes formed on both front and back surfaces of the piezoelectric substrate. An elastic wave device characterized by the above-mentioned.
全面にベタ電極が形成されていることを特徴とする弾性
波素子。6. The acoustic wave device according to claim 1, wherein a solid electrode is formed on the entire surface of the piezoelectric substrate opposite to the surface on which the interdigital electrodes are formed.
とを特徴とする弾性波素子。7. The elastic wave device according to claim 1, wherein an end face of the piezoelectric substrate is a reflection surface of the elastic wave vibration.
グレーティング電極又は、グルーブが形成されているこ
とを特徴とする弾性波素子。8. The acoustic wave device according to claim 1, wherein grating electrodes or grooves for reflectors are formed on both sides of the interdigital transducer formed on the piezoelectric substrate.
を、電気的に短絡又は、負荷インピーダンスで終端した
構成とすることを特徴とする弾性波素子。9. The acoustic wave device according to claim 3, wherein one of the interdigital transducers formed on both front and back surfaces of the piezoelectric substrate is electrically short-circuited or terminated with a load impedance.
結晶軸方位がZ軸を中心にY軸を36±20°回転した
包囲で切り出され、弾性振動の伝播方向をX方向とする
ことを特徴とする弾性波素子。10. The method of claim 1, as the piezoelectric substrate, LiTaO 3 or, using a LiNbO 3 substrate,
An elastic wave device, wherein the crystal axis direction is cut out around an envelope obtained by rotating the Y axis around the Z axis by 36 ± 20 °, and the propagation direction of the elastic vibration is set to the X direction.
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