專利名稱：彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法及彈性表面波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法及彈性表面波裝置。
現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有的采用了水晶的壓電振子的溫度特性(針對溫度變化的頻率變動(dòng)特性)有音叉振子及彈性表面波裝置等用2次函數(shù)表達(dá)的，也有AT振子等用3次函數(shù)表達(dá)的。
在該壓電振子中的溫度特性中，按照在以作為正常使用溫度的25℃為中心的使用溫度范圍(-40～+85℃)內(nèi)頻率變動(dòng)量幅度最小為原則對振子的溫度特性進(jìn)行調(diào)整。通常，在溫度特性是2次函數(shù)的壓電振子中，按照使該壓電振子的溫度特性的頂點(diǎn)溫度(產(chǎn)生頻率極值的溫度)處于使用溫度范圍的中心為原則進(jìn)行調(diào)整后，頻率的變動(dòng)量幅度將達(dá)到最小。此外在現(xiàn)有的具有2次函數(shù)溫度特性的振子中，頂點(diǎn)溫度范圍為0℃～50℃左右。
另一方面，在溫度特性為3次函數(shù)的AT截割振子中，由于拐點(diǎn)溫度幾乎位于使用溫度范圍的中央，因而使用溫度范圍內(nèi)的頻率變化幅度很小。
不過，在以SAW共振子與SAW濾波器為代表的彈性表面波裝置中，為了降低由于溫度變化所引起的頻率變化，有時(shí)采用使ST截割水晶片圍繞Z′軸在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的水晶片(以下稱為平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片)。
這樣，采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置也與現(xiàn)有的采用ST截割水晶片的彈性表面波裝置同樣，歷來被認(rèn)為其溫度特性是2次函數(shù)，采用使采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的頂點(diǎn)溫度與使用溫度范圍的中心一致，把針對溫度變化的頻率變動(dòng)量幅度抑制到最小限度的作法。

發(fā)明內(nèi)容
如上上述采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性一直被認(rèn)為是2次函數(shù)。
然而本發(fā)明人經(jīng)過重新驗(yàn)證，判明實(shí)際上是一種其拐點(diǎn)處于110℃附近的3次函數(shù)。由于通常對溫度特性的測定不太超過110℃，因而至今為止一直沒有認(rèn)識到采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性是3次函數(shù)。因此，在對采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性進(jìn)行調(diào)整的場合下，由于是作為2次函數(shù)實(shí)施的，因而不能使在使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度達(dá)到最佳化。
而且由于采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性不是2次函數(shù)，實(shí)際上是3次函數(shù)，因而在至今為止的調(diào)整方法中，存在一個(gè)不能充分發(fā)揮采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性的問題。
本發(fā)明著眼于上述現(xiàn)有的問題點(diǎn)，其目的是提供一種適合于采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置所具有的3次函數(shù)的溫度特性的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法及彈性表面波裝置。
本發(fā)明基于以下知識雖然以往一直認(rèn)為采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性是2次函數(shù)，并按照頂點(diǎn)溫度處于使用溫度范圍的中心的原則進(jìn)行調(diào)整，但由于實(shí)際上是3次函數(shù)，因而如果使頂點(diǎn)溫度從使用溫度范圍的中心偏移，則可進(jìn)一步減小頻率變化量。
即本發(fā)明涉及的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，是一種采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，使采用了具有3次函數(shù)溫度特性的上述平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，對溫度特性進(jìn)行調(diào)整。而且按照上述采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性具有極值的原則設(shè)定上述歐拉角的范圍，使溫度特性在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，把使用溫度范圍內(nèi)的溫度特性的變動(dòng)量幅度調(diào)整到最小限度。
而且，在把上述歐拉角設(shè)為(0°，θ，ψ)的場合下，ψ作為用ψ＝0.3295θ+3.3318°±1.125°
表示的范圍。特別是，在把歐拉角設(shè)為(0°，θ，ψ)時(shí)，最好θ＝125～128°，并把η(電極寬電極間距)設(shè)為0.3～0.6。
對變更上述的拐點(diǎn)周圍的溫度特性，可通過對彈性表面波裝置中的電極膜厚度的調(diào)整來實(shí)施，或者，通過調(diào)整上述Z′軸周圍的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)量來實(shí)施。此外也可以通過改變上述彈性表面波裝置中電極的η(電極寬 電極間距)來實(shí)施。
此外本發(fā)明涉及的彈性表面波裝置可由上述的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法來制造。
這樣，采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性波裝置根據(jù)發(fā)明者的探討，確認(rèn)其具有3次函數(shù)的溫度特性。而且在(0°，113～135°，±(40～49°))范圍內(nèi)選定在上述3次函數(shù)的溫度特性中有極值的上述歐拉角的范圍，如果在該范圍內(nèi)使溫度特性在3次函數(shù)的拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，則可以把使用溫度范圍內(nèi)的溫度特性(即頻率變動(dòng))的變動(dòng)量幅度設(shè)定到最小限度。特別是，如果在把歐拉角θ設(shè)為θ＝125～128°的同時(shí)，把η(電極寬電極間距)設(shè)為0.3～0.6，則即使包含由頻影越高影響越大的處理誤差所產(chǎn)生的溫度特性偏差，也可以使-40～+85℃溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度降低。而且為使溫度特性在拐點(diǎn)周圍變動(dòng)，可以調(diào)整Z′軸周圍的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)量，或者改變在表面上形成的電極厚度及寬度。
此外3次函數(shù)的溫度特性中具有極值的上述歐拉角的范圍如權(quán)利要求3所示已由發(fā)明者的研究得到驗(yàn)證，因而可以把該范圍作為目標(biāo)，對平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)量等進(jìn)行調(diào)整。


圖1是Z′軸周圍平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的ST截割水晶的說明圖。
圖2是Z′軸周圍平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的ST截割彈性表面波裝置的溫度特性曲線圖。
圖3是表示可以容易地發(fā)現(xiàn)歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片中具有極值的溫度特性曲線的范圍的曲線圖。
圖4是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的共振子型SAW裝置中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖5是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的共振子型SAW裝置中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖6是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的共振子型SAW裝置中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖7是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的共振子型SAW裝置中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖8是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的共振子型SAW裝置中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖9是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的橫向型SAW濾波器中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖10是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的橫向型SAW濾波器中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖11是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的橫向型SAW濾波器中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖12是在采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的橫向型SAW濾波器中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
圖13是3次函數(shù)溫度特性的調(diào)整作業(yè)的說明圖。
圖14是表示現(xiàn)有的歐拉角為(0°，123°，0°)的ST截割共振子型SAW裝置的溫度特性圖。
圖15是表示實(shí)施方式所涉及的θ＝123°，H λ＝0.05，η＝0.4時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置的溫度特性圖。
圖16是表示實(shí)施方式所涉及的θ＝123°，H λ＝0.05，η＝0.3時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置的溫度特性圖。
圖17是表示實(shí)施方式所涉及的θ＝123°，H λ＝0.05，η＝0.5時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置的溫度特性圖。
圖18是表示實(shí)施方式所涉及的H λ＝0.03，η＝0.4±0.1時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)的θ與頻率變動(dòng)量幅度最大值之間的關(guān)系圖。
圖19是表示實(shí)施方式所涉及的H λ＝0.03，η＝0.5±0.1時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)的θ與頻率變動(dòng)量幅度最大值之間的關(guān)系圖。
圖20是表示實(shí)施方式所涉及的H λ＝0.04，η＝0.4±0.1時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)的θ與頻率變動(dòng)量幅度最大值之間的關(guān)系圖。
圖21是表示實(shí)施方式所涉及的H λ＝0.04，η＝0.5±0.1時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)的θ與頻率變動(dòng)量幅度最大值之間的關(guān)系圖。
圖22是表示實(shí)施方式所涉及的H λ＝0.05，η＝0.4±0.1時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)的θ與頻率變動(dòng)量幅度最大值之間的關(guān)系圖。
圖23是表示實(shí)施方式所涉及的H λ＝0.05，η＝0.5±0.1時(shí)，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)的θ與頻率變動(dòng)量幅度最大值之間的關(guān)系圖。
符號說明1……ST截割水晶片2……水晶Z片3……平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置4……影線部5……影線部實(shí)施方式以下參照附圖，對本發(fā)明涉及的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法及彈性表面波裝置的具體實(shí)施方式
作以詳細(xì)說明。
雖然采用水晶的彈性表面波裝置一般具有2次函數(shù)溫度特性，但如果采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片，則可以實(shí)現(xiàn)具有3次函數(shù)溫度特性的彈性表面波裝置。因此在這種具有3次函數(shù)溫度特性的彈性表面波裝置中，拐點(diǎn)溫度位于高于通常的使用溫度范圍的溫度區(qū)域內(nèi)，通過把3次函數(shù)的溫度特性的極大值附近的溫度特性作為使用溫度范圍，對溫度特性進(jìn)行調(diào)整，可以提供針對溫度變化的頻率的變動(dòng)量幅度較小的彈性表面波裝置。
比如，在從水晶上截割壓電振子的場合下，溫度特性根據(jù)截割方向變動(dòng)。如圖1所示，雖然水晶的結(jié)晶軸被定義為電軸(X軸)、機(jī)械軸(Y軸)、光軸(Z軸)，但ST截割被沿著使歐拉角(φ，θ，ψ)為(0°，0°，0°)的水晶Z片2在電軸(X軸)周圍旋轉(zhuǎn)θ＝113～135°后得到的水晶片1的新坐標(biāo)軸(X，Y′，Z′)實(shí)施。在該ST截割水晶片1的Z′軸周圍再旋轉(zhuǎn)ψ＝±(40～49)°，按照使彈性表面波的傳播方向成為該方向的原則制作出的壓電振子被稱為平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置3。據(jù)悉該平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置3具有極好的溫度特性，由于其溫度特性是ST截割的一種，因而過去被認(rèn)為是2次函數(shù)的溫度特性。然而發(fā)明者經(jīng)過探索，判明實(shí)際上是一種其溫度特性的拐點(diǎn)處于110℃附近的3次函數(shù)的溫度特性。由于通常對溫度特性的測定不超過110℃，因而以前一直沒有認(rèn)識到采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性是3次函數(shù)。因此，在對采用了該平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性進(jìn)行調(diào)整的場合下，由于把它作為2次函數(shù)實(shí)施，因而不能使使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度達(dá)到最佳化。
本發(fā)明實(shí)施方式包括獲知平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置是3次函數(shù)溫度特性，把處于使用溫度范圍內(nèi)的極大值或極小值溫度作為頂點(diǎn)溫度，通過一次系數(shù)項(xiàng)的調(diào)整使溫度特性在處于使用溫度范圍外的拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，把上述頂點(diǎn)溫度調(diào)整為使用溫度范圍的最佳值。具體地說，對使水晶片在電軸(X軸)周圍旋轉(zhuǎn)θ＝113～135°，再使所得到的ST截割水晶片在Z′軸周圍只在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ψ＝±(40～49)°后的水晶片進(jìn)行設(shè)定。因此在上述范圍內(nèi)，在溫度特性為-40～+85℃的使用溫度范圍內(nèi)，選定具有極值的范圍，在具有該極值的范圍內(nèi)調(diào)整平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角，通過上述方法，把產(chǎn)生溫度特性的極大值或極小值的溫度調(diào)整為使用溫度范圍的最佳值，并調(diào)整溫度特性。
如圖2所示，由于平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置的溫度特性的拐點(diǎn)溫度大約為110℃，使用溫度范圍是比它低的溫度范圍-40～+85℃，因而在3次函數(shù)的溫度特性曲線中，使用具有位于低于拐點(diǎn)的溫度區(qū)域的極大值的區(qū)域(圖2中四角包繞的部分)。由于在3次函數(shù)的溫度特性場合下，難于移動(dòng)拐點(diǎn)，因而調(diào)整一次系數(shù)項(xiàng)，使溫度特性曲線在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)。這樣，按照使使用溫度范圍內(nèi)的溫度特性曲線的極大值處于低于使用溫度范圍中心的低溫側(cè)的原則進(jìn)行調(diào)整。圖2所示的實(shí)線表示溫度特性曲線的極大值P1處于使用溫度范圍Tz的中央，這是把溫度特性曲線作為2次函數(shù)的現(xiàn)有的調(diào)整方法。如果使該溫度特性曲線在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，重新按虛線所示的溫度特性曲線進(jìn)行調(diào)整，則極大值溫度將從P1向P2移動(dòng)，在使用溫度范圍內(nèi)可使頻率變動(dòng)量幅度降到最小。
平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置首先制作ST截割水晶薄片，利用該定向連接平面產(chǎn)生平面內(nèi)角度ψ，據(jù)此在各振子區(qū)域內(nèi)以暴光形式形成反射電極和簾狀電極。該3次函數(shù)的溫度特性的實(shí)際調(diào)整作業(yè)根據(jù)對上述平面內(nèi)角度ψ＝±(40～49)°的加減調(diào)整，改變彈性表面波的傳播方向?qū)嵤?。由于事先已?jīng)知道了ψ的變化與3次函數(shù)的溫度特性的一次系數(shù)項(xiàng)的變化之間的關(guān)系，因而可以在某種程度上預(yù)測調(diào)整方向及調(diào)整量。這樣，在制作出平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置后，求出其溫度特性，在設(shè)計(jì)規(guī)格下的使用溫度范圍內(nèi)使極大值(或極小值)處于低于使用溫度范圍的中心的低溫側(cè)(或高溫側(cè))，以此原則求出溫度特性曲線的旋轉(zhuǎn)量，并算出與該旋轉(zhuǎn)量對應(yīng)的ψ。這樣把與該平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度ψ對應(yīng)的定向連接平面設(shè)定到±(40～49)度內(nèi)，形成反射電極與簾狀電極。這樣可以得到在使用溫度范圍內(nèi)，使頻率變動(dòng)量幅度變?yōu)樽钚〉钠矫鎯?nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割彈性表面波裝置。
圖3是表示能容易地發(fā)現(xiàn)歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片中具有極值的溫度特性曲線的范圍的曲線圖。
這里，發(fā)明者進(jìn)行了各種探討，在具有3次函數(shù)的溫度特性的同一曲線圖范圍內(nèi)，找出了可以容易發(fā)現(xiàn)橫向型彈性表面波裝置在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)具有極值(極大值或極小值)的溫度特性曲線的θ與ψ的范圍。同一曲線圖中的影線部5表示該范圍。另一方面，同一曲線圖中的影線部4是可容易發(fā)現(xiàn)共振子型彈性表面波裝置中溫度特性曲線在上述溫度范圍內(nèi)有極值(極大值或極小值)的溫度特性曲線的θ與ψ的范圍中，影線部5的范圍以外的范圍，與形成電極的影線5的區(qū)域相比，ψ的值較小。因此將同一曲線圖中的影線部4與影線部5組合后的區(qū)域由下列算式定義。
ψ＝0.3295θ+3.3318°±1.125°因此在由影線部4與影線部5表示的區(qū)域內(nèi)，通過在Z′軸周圍的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，可以容易地發(fā)現(xiàn)具有極值(極大值與極小值)的頻率溫度特性曲線，此外可以使溫度特性曲線在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，把使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度調(diào)整到最小限。
發(fā)明者在上述影線部4與影線部5的邊界區(qū)中，進(jìn)行了溫度特性驗(yàn)證，對上述影線部4與影線部5的范圍的合法性分別進(jìn)行了確認(rèn)。此外在本實(shí)施方式下，平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶彈性表面波裝置定義為包括橫向型SAW濾波器和共振子型SAW裝置(包括SAW共振子和共振子型SAW濾波器)雙方。
圖9～圖12是在采用歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的橫向型SAW濾波器中，驗(yàn)證有無3次函數(shù)的極值的曲線圖。
根據(jù)上圖，找出了可容易發(fā)現(xiàn)橫向型SAW濾波器的彈性表面波裝置在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)具有極值(極大值或極小值)的溫度特性的θ與ψ的范圍。該范圍是圖3中的影線部5，由下列算式定義。
ψ＝0.3295θ+3.8318°±0.625°不過發(fā)明者并未僅停留在橫向型SAW濾波器的溫度特性，還對共振子型SAW裝置的溫度特性進(jìn)行了探討，找出了各種規(guī)律性。即橫向型SAW濾波器是一種在壓電材料水晶基片表面上以一定間隔配置信號傳送側(cè)IDT電極(梳型電極)與信號接收側(cè)IDT電極的形式。由于在該SAW濾波器中，在IDT電極之間不設(shè)置任何東西，因而根據(jù)電極的寬度及厚度等因素，頻率的溫度特性變化較小(即使改變電極形狀，溫度特性的變化也不大)。與此相對，共振子型SAW裝置是一種在壓電材料水晶基片表面上形成IDT電極，按照夾持該IDT電極的原則形成反射器電極的形式，根據(jù)該IDT電極的寬度及厚度等因素，溫度特性發(fā)生變化。
圖4是在采用歐拉角處于(0°，123°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的共振子型SAW裝置中，驗(yàn)證3次函數(shù)的溫度特性在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)有無極值的曲線圖。如該曲線圖所示，在使平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角ψ小于圖3中的影線部4的范圍的條件下，在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)溫度特性沒有極值。此外圖4的曲線雖然表示即使在使ψ大于圖3的影線部4的范圍的條件下也有極值，但同時(shí)也表示處于影線部5的范圍內(nèi)。
圖4及圖10表示在歐拉角(0°，θ，ψ)中，即使θ相同，根據(jù)電極的有無，產(chǎn)生類似的溫度特性曲線的ψ也不同。比如，以成為具有極值的邊界的ψ為例，在圖10中，ψ＝43.7°，但與此相對，在圖4中，ψ＝42.7°，小1度。即由于有電極，因而只在由圖3的影線部5定義的ψ的范圍內(nèi)，不容易發(fā)現(xiàn)在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)具有極值(極大值或極小值)的溫度特性。因此如果能定義使圖3的影線部5的范圍的ψ向縮小1度的方向擴(kuò)展后的范圍(即影線部4)與影線部5合并后的范圍，則不論有無電極，都可以容易地發(fā)現(xiàn)在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)具有極值(極大值或極小值)的溫度特性。因此影線部4與影線部5合并后的范圍通過算式1被定義。
圖5至圖7、圖8表示歐拉角(0°，117°，ψ)、(0°，129°，ψ)、(0°，135°，ψ)中的共振子型SAW裝置的溫度特性。根據(jù)這些附圖，雖然只在由圖3的影線部5定義的ψ的范圍內(nèi)，不容易發(fā)現(xiàn)在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)具有極值(極大值或極小值)的溫度特性，但在影線部4與影線部5合并后的范圍內(nèi)，可容易地發(fā)現(xiàn)在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)具有極值(極大值或極小值)的溫度特性。
如果能在上述的歐拉角的范圍內(nèi)，把握其溫度特性在-40～+85℃溫度范圍內(nèi)具有極值的截割角的范圍，則可把彈性表面波裝置的使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度抑制到最小限度。即如圖13(1)所示，在處于圖3的影線部4內(nèi)的共振子型SAW裝置中，雖然使頂點(diǎn)溫度與使用溫度范圍(-40～+85℃)的中央附近的溫度(25℃)一致，但在同圖(1)中，由于頻率的溫度特性被以3次函數(shù)表示，因而以頂點(diǎn)溫度為基準(zhǔn)的頻率變動(dòng)量并不左右均等。為抑制以3次函數(shù)表達(dá)的溫度特性的變動(dòng)，有必要使頂點(diǎn)溫度向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移，以頂點(diǎn)溫度為基準(zhǔn)，使高溫側(cè)與低溫側(cè)的頻率變動(dòng)量相同。
圖13(1)表示具有歐拉角為(0°，123°，43°)的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的共振子型SAW裝置的溫度特性，與圖14所示的歐拉角為(0°，123°，0°)的通常的ST截割場合相比，頻率變動(dòng)量幅度降低至71ppm。但該共振子型SAW裝置的頂點(diǎn)溫度達(dá)到幾乎是使用溫度范圍的中心的25℃。通過實(shí)施移動(dòng)該頂點(diǎn)溫度的調(diào)整，可以進(jìn)一步降低使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度。為此，在圖示場合下，可以使頂點(diǎn)溫度向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移。
由于平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片是3次函數(shù)的溫度特性，因而通過使溫度特性曲線在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，可以得到與使頂點(diǎn)溫度移動(dòng)同樣的效果。為在同圖(1)的狀態(tài)下使頂點(diǎn)溫度向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移，第1，可通過調(diào)整IDT電極的膜厚H實(shí)現(xiàn)，如同圖(2)所示，通過使電極膜厚H加厚，增大膜厚比Hλ，可以使頂點(diǎn)溫度向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移，調(diào)整溫度特性。此外，也可以通過調(diào)整Z′軸周圍的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)量，改變拐點(diǎn)周圍的溫度特性實(shí)施。這可以通過對電極的形成方向(彈性表面波的傳播方向)的角度調(diào)整實(shí)現(xiàn)，如同圖(3)所示，可通過把Z′軸周圍的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角ψ從ψ＝43.0°轉(zhuǎn)為ψ＝43.1°進(jìn)行調(diào)整。此外，也可以通過對IDT電極中的η(電極寬 電極間距)的變更進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整結(jié)果如同圖(4)所示。通過上述調(diào)整，與現(xiàn)有的溫度特性相比，可以進(jìn)一步抑制使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度。
不過，隨著共振頻率的高頻化，由于電極的細(xì)微化，彈性表面波裝置的電極寬度變小，電極寬度的制造誤差相對增大。因此，對溫度特性有影響的η值(電極寬電極間距)的變動(dòng)量也增大，如果達(dá)到比如1GHz左右，則將產(chǎn)生η為±0.1左右的制造誤差。因此，在采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片1的彈性表面波裝置的場合下，如果共振頻率成為比如1GHz左右的高頻波，要穩(wěn)定地制作-40～+85℃溫度范圍內(nèi)其頻率變動(dòng)量幅度達(dá)到100ppm以內(nèi)的產(chǎn)品將是困難的。
比如，在其歐拉角設(shè)為(φ，θ，ψ)時(shí)，在采用φ＝0°，θ＝123°，膜厚比H λ＝0.05，η＝0.4的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片1的共振子型SAW裝置的場合下，可以如圖15所示，把-40～+85℃的使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度調(diào)整到大約60ppm。但在圖15的場合下，在由算式1求出的ψ的角度范圍內(nèi)，在按照獲取最佳溫度特性的原則對ψ進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)，以25℃溫度下的頻率作為基準(zhǔn)。
不過，即使歐拉角相同，膜厚比也相同，如果電極寬度較小，η＝0.3，則如圖16所示，頻率變動(dòng)量幅度將超過90ppm。反之，在增大電極寬度，η＝0.5的場合下，即使歐拉角相同，膜厚比也相同，頻率變動(dòng)量幅度也將如圖17所示，達(dá)到134ppm(但在圖17中，未記載在+85℃溫度下的頻率變動(dòng)量)。因此，即使按照使頻率變動(dòng)量幅度達(dá)到100ppm以內(nèi)的原則，設(shè)定為η＝0.4，由于電極寬度的制造偏差，所制造出的共振子型SAW裝置的頻率變動(dòng)量幅度將超過100ppm。
這里，本發(fā)明者經(jīng)過多次銳意研究與實(shí)驗(yàn)，找出了即使電極寬度有制造誤差，也能制造出-40～+85℃溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度達(dá)到100ppm以內(nèi)的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割共振子型SAW裝置的水晶片的截割角。圖18至圖23表示歐拉角的θ與電極膜厚比(H λ)、η的關(guān)系。上述附圖的縱軸表示當(dāng)η的變動(dòng)量為±0.1時(shí)的頻率變動(dòng)量幅度的最大值。該頻率變動(dòng)量幅度的最大值表示比如在圖15至圖17的θ＝123°，H λ＝0.05，η＝0.4±0.1時(shí)，頻率變動(dòng)量幅度達(dá)到最大的圖17(η＝0.5)中的頻率變動(dòng)量幅度。雖然沒有記載，ψ處于由算式1求出的角度范圍以內(nèi)。此外，在任何一種場合下，都表示以25℃溫度下的頻率為基準(zhǔn)，-40～+85℃溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度。
圖18表示H λ＝0.03，η＝0.4±0.1的場合。在該場合下，在θ＝123～134°的范圍內(nèi)，可以使頻率變動(dòng)量幅度處于100ppm以下。此外，圖19表示H λ＝0.03，η＝0.5±0.1的場合，在θ＝125～131°的范圍內(nèi)，可以使頻率變動(dòng)量幅度幾乎處于100ppm以下。
圖20表示H λ＝0.04，η＝0.4±0.1的場合。在該場合下，在θ＝124～134°的范圍內(nèi)，可以使頻率變動(dòng)量幅度處于100ppm以下。此外，在圖21表示的H λ＝0.04，η＝0.5±0.1的場合下，在θ＝125～129°的范圍內(nèi)，可以使頻率變動(dòng)量幅度處于100ppm以下。此外，在圖22表示的H λ＝0.05，η＝0.4±0.1的場合下，在θ＝124～134°的范圍內(nèi)，可以使頻率變動(dòng)量幅度處于100ppm以下。此外，在圖23的H λ＝0.05，η＝0.5±0.1的場合下，在θ＝125～128°的范圍內(nèi)，可以使頻率變動(dòng)量幅度處于100ppm以下。
因此根據(jù)上述結(jié)果，如果是θ＝125～128°的范圍，即使在η＝0.3至0.6的范圍內(nèi)，通過處理，η在0.2以內(nèi)的變動(dòng)量幅度下變動(dòng)的場合下，在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)，也可以使頻率變動(dòng)量幅度處于100ppm以下。
毋庸贅言，即使在電極寬度的制造誤差相對不大的頻帶內(nèi)(比如300MHz，600MHz等)，上述范圍仍然有效。
發(fā)明效果上述說明的本發(fā)明是一種采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，按照使采用了具有3次函數(shù)溫度特性的上述平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性具有極值的原則對上述歐拉角的范圍進(jìn)行設(shè)定，按照使溫度特性在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，把使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度降到最小的原則進(jìn)行調(diào)整，因此，即使周圍溫度發(fā)生變化，也可以把振動(dòng)頻率的變動(dòng)抑制到最小限度。
權(quán)利要求
1.一種彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，該彈性表面波裝置采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片，其特征在于使采用了具有3次函數(shù)溫度特性的上述平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，對溫度特性進(jìn)行調(diào)整。
2.權(quán)利要求1中記載的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，該彈性表面波裝置采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片，其特征在于按照采用了具有3次函數(shù)溫度特性的上述平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性具有極值的原則設(shè)定上述歐拉角的范圍，使溫度特性在拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，把使用溫度范圍內(nèi)的溫度特性的變動(dòng)調(diào)整到最小限度。
3.權(quán)利要求1或2中記載的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，其特征在于在把上述歐拉角設(shè)為(0°，θ，ψ)的場合下，ψ是處于ψ＝0.3295θ+3.3318°±1.125°的范圍。
4.權(quán)利要求1至3之一記載的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，其特征在于在把上述歐拉角設(shè)為(0°，θ，ψ)時(shí)，θ＝125～128°，η(電極寬電極間距)為0.3～0.6。
5.權(quán)利要求1至4之一記載的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，其特征在于通過對上述彈性表面波裝置中的電極膜厚度的調(diào)整，改變拐點(diǎn)周圍的溫度特性。
6.權(quán)利要求1至4之一記載的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，其特征在于通過在水晶的Z′軸周圍進(jìn)行平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，改變拐點(diǎn)周圍的溫度特性。
7.權(quán)利要求1至4之一記載的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法，其特征在于通過改變上述彈性表面波裝置中電極的η(電極寬電極間距)，改變拐點(diǎn)周圍的溫度特性。
8.一種彈性表面波裝置，其特征在于通過權(quán)利要求1至7任一記載的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法來制造。
全文摘要
旨在適用適合于采用了平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置具有的3次函數(shù)的溫度特性的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法。一種采用了歐拉角處于(0°，113～135°，±(40～49°))的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性調(diào)整方法。按照采用了具有3次函數(shù)溫度特性的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)ST截割水晶片的彈性表面波裝置的溫度特性在－40～+85℃的溫度范圍內(nèi)具有極值的原則把上述歐拉角的范圍設(shè)定到影線部4及5的區(qū)域內(nèi)，利用該影線部4及5的區(qū)域，使溫度特性圍繞拐點(diǎn)周圍旋轉(zhuǎn)，為使使用溫度范圍內(nèi)的頻率變動(dòng)量幅度達(dá)到最小而進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號H03H9/02GK1402429SQ0214212
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者飯澤慶吾, 山崎隆, 神名重男 申請人:精工愛普生株式會(huì)社