JP6825822B2 - 容量素子、弾性波素子および弾性波モジュール - Google Patents

Description

本発明は、歪を抑制した容量素子およびそれを用いた弾性波装置および弾性波モジュールに関するものである。

近年、電子部品の小型化に伴い、圧電基板上に容量素子を設けることが求められている。例えば、圧電基板上に弾性波を励振する励振電極が形成された弾性波装置において、圧電基板上に容量素子も備える構成が提案されている。特許文献１では、励振電極の共振特性を向上させるために、圧電基板上に形成された１対の励振電極に並列に接続された容量素子を設けた例を開示している。特許文献１の容量素子は、並列に延びる複数の電極指を有する１対の櫛歯電極から構成されている。

特開平０５−１６７３８４号公報

ここで、弾性波装置の電気特性を高めるためには、容量素子自体の電気特性も高める必要がある。すなわち、圧電性を有する基板に容量素子を設けた場合には、その容量素子を含む電子部品全体の特性を高めるために、容量素子の電気特性を高める必要がある。

本発明は上述の事情のもとに案出されたものであり、その目的は、圧電性を有する基板上に形成された、高い電気特性を備えた容量素子、およびそれを用いた弾性波装置および弾性波モジュールを提供することである。

本発明の一態様の容量素子は、圧電結晶からなる基板と、電気的に接続された第１容量部および第２容量部と、を備える。前記第１容量部および前記第２容量部は、前記基板の上面に配置された、複数の第１電極指と、これと異なる電位に接続された複数の第２電極指とが、互い違いに間隔をあけて配列されてなる。前記第１電極指および前記第２電極指の配列方向は、前記圧電結晶のＺ軸成分を前記上面に投影した面方向成分を有する。そして、前記第１容量部は、前記面方向成分の順方向に沿ってみたときに、その始点側の端部に位置する電極指である第１端部電極指は前記第１電極指である。前記第２容量部は、前記面方向成分の順方向に沿ってみたときに、その始点側の端部に位置する電極指である第２端部電極指は前記第２電極指である。

本発明の別の態様の容量素子は、圧電結晶からなる基板と、電気的に接続された第１容量部および第２容量部と、を備える。前記第１容量部および前記第２容量部は、前記基板の上面に配置された、複数の第１電極指と、これと異なる電位に接続された複数の第２電極指とが、互い違いに間隔をあけて配列されてなる。そして、前記第１容量部と前記第２容量部とは、それぞれの前記第１電極指および前記第２電極指の総本数が奇数であり、前記第１電極指および前記第２電極指の配列方向において端部に位置する電極指の電位が互いに異なるものである。

本発明の一態様に係る弾性波装置は、前記上面に形成されたＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極に電気的に接続された、上記の容量素子と、を備えるものである。

本発明の一態様に係る弾性波モジュールは、前記弾性波装置と、この弾性波素装置を実装する回路基板とを有するものである。

上述の本発明の一態様に係る容量素子は、第１容量部と、第２容量部とで、互いの二次非線形歪を打消しあうことで、歪を抑制し、高い電気特性を備えたものとなる。また、このような容量素子を備えた弾性波装置および弾性波モジュールは、電気特性の優れたものとなる。

本発明にかかる容量素子の一実施形態を示す平面図である。 図１に示す容量素子の断面図である。 図１に示す容量素子の変形例を示す平面図である。 図１に示す容量素子の変形例を示す平面図である。 図１に示す容量素子の変形例を示す平面図である。 図１に示す容量素子の変形例を示す平面図である。 図１に示す容量素子の変形例を示す平面図である。 本発明にかかる弾性波装置の一実施形態の要部を示す平面図である。 本発明にかかる弾性波モジュールの一実施形態を示す平面図である。 二次高調波の測定系の構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施例および比較例の二次高調波測定結果を示す線図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施例、比較例および参考例の二次高調波測定結果を示す線図である。

以下、本発明の容量素子、弾性波装置および弾性波モジュールにかかる実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

また、変形例等の説明において、既に説明された実施形態の構成と同一または類似する構成については、既に説明された実施形態と同一の符号を付し、説明を省略することがある。

容量素子、弾性波装置および弾性波モジュールは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、互いに直交するＤ１方向、Ｄ２方向、Ｄ３方向を定義するとともにＤ３方向の正側を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。なお、上述のＤ１方向，Ｄ２方向およびＤ３方向で定義される直交座標系は、容量素子、弾性波装置および弾性波モジュールの形状に基づいて定義されているものであり、基板を構成する圧電結晶の結晶軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）を指すものではない。

＜容量素子＞
図１は、本発明の一実施形態に係る容量素子１の平面図であり、図２は、図１に示す容量素子１の断面図である。

容量素子１は、圧電結晶からなる基板２と、その上面２Ａに設けられた第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとを備える。第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとは電気的に並列接続されている。この例では、端子Ｔ１，Ｔ２の間において両者を配線４によって電気的に接続している。なお、第１容量部１０ａおよび第２容量部１０ｂの基本構成は類似し
ているので、以下、これらを区別せず、単に容量部１０ということがある。以降、他の構成についても、第１、第２等の記載を省略してこれらを区別せずに説明することがある。

基板２は、ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ_３）結晶またはＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ_３）結晶からなる圧電性を有する単結晶（圧電結晶）によって構成されている。具体的には、例えば、基板２は、３６°〜４８°Ｙ−ＸカットのＬＴ基板によって構成されている。圧電基板２の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、基板２の厚み（Ｄ３方向）は、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

基板２の圧電結晶は結晶軸としてＸＹＺ軸を有し、Ｘ伝搬基板を用いる場合はＸ軸とＤ１方向とが一致する。すなわち、Ｘ軸およびＤ１方向が弾性波の伝搬方向となる。さらにＹ軸、Ｚ軸はＤ１方向の成分を備えず、Ｄ２方向，Ｄ３方向の成分を備える。ここで、Ｚ軸に着目すると、Ｚ軸成分は、上面２Ａに投影した、Ｄ２方向と平行で逆向きの面方向成分Ｚｄ２と、厚み方向であるＤ３方向に投影した厚み方向成分とＺｄ３とからなる。

このような基板２の上面２Ａには容量部１０が配置されている。容量部１０は、一対の櫛歯電極３０（３０ａ，３０ｂ）が噛み合ったインターディジタル型の電極でキャパシタを構成している。

櫛歯電極３０は、例えば、金属の導電層１５によって構成されている。この金属としては、導電性材料であれば特に限定はないが、例えば、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）が挙げられる。Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金である。なお、櫛歯電極３０は、複数の金属層から構成されてもよい。櫛歯電極３０の厚みＳ（Ｄ３方向）は、例えば、５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下としてもよい。

櫛歯電極３０は、基板２の上面２Ａに直接配置されていてもよいし、別の部材からなる下地層を介して基板２の上面２Ａに配置されていてもよい。別の部材は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金等からなる。下地層を介して櫛歯電極３０を基板２の上面２Ａに配置する場合は、別の部材の厚みは櫛歯電極３０の電気特性に殆ど影響を与えない程度の厚み（例えば、Ｔｉの場合は櫛歯電極３０の厚みの５％の厚み）に設定される。

また、櫛歯電極３０上には、導電層１５を保護する誘電体が配置されていてもよい。誘電体としては、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料や、ＳｉＯ_２，ＳｉＮｘ等を用いることができる。

次に、櫛歯電極３０の形状について説明する。第１櫛歯電極３０ａは、第１バスバー３１ａと、第１バスバー３１ａに接続された第１電極指３２ａを備える。第１電極指３２ａは少なくとも１以上である。第２櫛歯電極３０ｂは、第２バスバー３１ｂと、第２バスバー３１ｂに接続された第２電極指３２ｂを備える。第２電極指３２ｂは少なくとも１以上である。

ここで、第１バスバー３１ａと第２バスバー３１ｂとは互いに異なる電位に接続される。これにより、第１電極指３２ａと第２電極指３２ｂとは互いに異なる電位に接続されるものとなる。そして、第１櫛歯電極３０ａと第２櫛歯電極３０ｂとを互いの電極指３２が交互に噛み合うように配置させることで、第１電極指３２ａと第２電極指３２ｂとが互いに間隔を開けて配列される。ここで、第１櫛歯電極３０ａと第２櫛歯電極３０ｂとの電極指幅、隣合う電極指の幅の中心間隔（ピッチ）は一定としてもよい。なお、図１において、理解を容易にするために、第２電極指３２ｂと同電位の部分に斜線を付している。

このような電極指３２の配列方向Ｌ１は、面方向成分Ｚｄ２を有する。この例では、配
列方向Ｌ１と面方向成分Ｚｄ２とは略平行である。言い換えると、配列方向Ｌ１は、電極指３２の伸びる方向と直交する方向（電極指３２の幅方向）と略同一なっている。

そして、面方向成分Ｚｄ２に沿い、その順方向でみたときに、起点側に位置する、第１容量部１０ａの第１端部電極指３２ｘと、第２容量部１０ｂの第２端部電極指３２ｙとは、互いに異なる電位に接続された電極指となっている。具体的には第１端部電極指３２ｘは第１電極指３２ａであり、第２端部電極指３２ｙは第２電極指３２ｂである。なお、順方向に沿ったときの「起点側」とは、面方向成分Ｚｄ２において、マイナス側を指すものとする。

この例では、第１容量部１０ａ、第２容量部１０ｂは、それぞれ、第１電極指３２ａと第２電極指３２ｂとを合わせた総本数が偶数となっている。すなわち、第１容量部１０ａにおいて、第１電極指３２ａと第２電極指３２ｂとの本数は同数であり、これを足し合わせた総本数は偶数である。第２容量部１０ｂも同様である。第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとは、総本数が同じであってもいいし、異なっていてもよい。そして、第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとで、櫛歯電極３０の噛み合わせ方を逆にすることで、上述の構成を実現している。

このような構成とすることにより、端子Ｔ１，Ｔ２間に高周波信号が印加されたときに、第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとの間で歪波を打ち消し合い、歪波を抑制した容量素子１を得ることができる。以下、そのメカニズムについて詳述する。

圧電結晶に電極によって電場が印加されると、誘電率の２次の非線形性によってその電場に応じた歪電流が流れ、外部に歪波として出力される。この基本原理は単純であるが、実際の容量素子では、圧電結晶表面に形成されたインターディジタル電極によって圧電結晶の内部に電場が励起されるため、電場は単純な形ではなく、上面と平行な方向の成分と深さ方向成分を持つ。この電場に対し、非等方性の誘電率の非線形性が対応して、それぞれに起因する歪電流（面方向効果、深さ方向効果）を発生させる。実際に観察される歪波はこれらの歪電流の位相（極性）を含めた足し合わせになる。

各電極指３２に高周波信号が印加されると、基板２の内部に電場Ｅが励起される。電場Ｅは高電位側から低電位側に向かうような方向に励起される。なお、説明を簡単にするために、電極指３２に静的な電圧が印加されているように記述するが、実際に電極指３２に印加される信号は高周波の交流信号であり、今後の説明は交流信号のある瞬間の状態に対応している。

Ｄ１方向においては、一方のバスバー３１と他方の電極指３２の先端との間に電場が生じる。Ｄ２、Ｄ３方向においては、一方の電極指３２からその両隣の他方の電極指３２に向かって電場が発生する。

なお、各容量部１０の端部以外の電極指に対しては、ある電極指（例えば電極指３２ａ）の両隣に対称に別電位の電極指（例えば電極指３２ｂ）が存在するため、基板２内に励起される電場は、その電極指の中心軸から見てＤ１−Ｄ３面に対して対称になる。しかし、各容量部１０の一番外側に位置する電極指３２は、内側に位置する電極指３２との間のみに電場が発生するため、Ｄ１−Ｄ３面に対して非対称になる。

また、２次の非線形性に起因する歪電流の方向（極性）は、電場の向きには依存せず、結晶の方位のみに依存する。例えば、電極指３２ａが高電位になった場合を考えると、ある電極指３２ａから見た場合、その左隣の電極指３２ｂの方向に向かって発生する電場のＤ２成分と右隣の電極指３２ｂの方向に向かって発生する電場のＤ２成分は、大きさが同
じで極性が逆になる。しかし、この電場によって発生する歪電流はＤ２に対して同じ方向（結晶によって異なるが、例えばＤ２の正の方向）に流れる。

このため、ある電極指３２ａから見た場合、左隣の電極指３２ｂから流れ込む歪電流と、右隣の電極指３２ｂへ流れ出す歪電流が同じ大きさになり、これらが相殺することによって外部へ歪電流が出力されない。

ここで、ＬｉＴａＯ_３基板やＬｉＮｂＯ_３基板では、結晶のＺ軸方向の誘電率の非線形性が大きいため、Ｚ軸方向における電場が歪電流に大きく寄与する。ここで例示している回転Ｙカット―Ｘ伝搬の圧電結晶を用いた場合のＺ軸方向の成分は、直交座標系でみると、Ｄ２方向の成分とＤ３方向の成分とで構成され、Ｄ１方向の成分を含まないこととなる。

このため、電場Ｅを、面方向の成分であるＤ１方向の電場と、Ｄ２方向の電場と、深さ方向成分であるＤ３方向の電場とに分けると、二つのバスバー３１の対向方向におけるＤ１方向の電場は、Ｚ軸と垂直となり、Ｚ軸方向成分を持たず、歪電流に対する寄与は小さくなる。なお、この部分のＤ３方向の電場成分は歪み電流に寄与することとなる。しかし、この部分は容量としての寄与は大きくないため、例えば第１バスバー３１ａと電極指３２ｂの先端との間隔を広くすることで電場を小さくし、歪み電流の発生を抑制することができる。

これに対して、隣接する電極指３２の一方から他方に向かうＤ２方向の電場やＤ３方向の電場はＺ軸方向の成分を持つため、歪電流の発生に寄与するものとなる。また、容量素子としての容量を形成する部分であるため、設計上、間隔を広くするなど歪の発生を低減する対策が取れないことがある。

上記の説明を元として、図１の容量部１０の場合の歪電流の発生メカニズムと、本発明による歪抑制方法について説明する。容量部１０は、偶数の電極指３２で構成されている。この場合には、各電極指の間の個数が奇数となり、Ｄ２方向の電場に起因する歪電流が発生する。即ち、結晶Ｚ軸の面方向成分Ｚｄ２の順方向に沿った、第１電極指３２ａから第２電極指３２ｂに向かう数Ｎａと、第２電極指３２ｂから第１電極指３２ａに向かう数Ｎｂとが異なることから、上記した歪電流同士の完全な相殺が起こらなくなり、外部に歪電流が出力される。そこで、第１容量部１０ａにおける数Ｎａと数Ｎｂの数の大小関係と、第２容量部１０ｂにおける数Ｎａと数Ｎｂの数の大小関係とを反対にすることで、電場のＤ２成分に起因する歪電流を相殺して抑制することができる。

なお、容量部１０は、偶数の電極指３２で構成されている。この場合には、各容量部１０の外側に位置する電極指３２は一方が第１電極指３２ａであり、他方が第２電極指３２ｂである。このため、厚み方向の電場の非対称形状に起因する歪電流が、第１電極指３２ａおよび第２電極指３２ｂの双方に現れ、１つの容量部１０内で相殺されることとなる。

以上より、各容量部１０の電極指３２総本数が偶数であり、その電極指３２の配列方向Ｌ１が、圧電結晶のＺ軸成分を備える場合には、第１端部電極指３２ｘと第２端部電極指３２ｙを異なる電位に接続されるよう配置することで、容量素子１の歪波出力を抑制できることが分かった。

言い換えると、容量素子１は、第１容量部１０ａと、第２容量部１０ｂとで異なる極性の歪波を発生させて、それらを打ち消し合うように電気的に接続している。

また、配列方向Ｌ１がＸ軸と直交することから、電極指３２により意図せぬ弾性波が発
生することを抑制することができる。

＜容量素子１Ａ＞
上述の容量素子１は、各容量部１０ａ，１０ｂの電極指３２の総本数が共に偶数の場合について説明したが、奇数の容量素子１Ａであってもよい。以下、容量素子１と同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。

図３に、容量素子１Ａの平面図を示す。図３に示す通り、各容量部１０ａ，１０ｂの電極指３２の総本数はそれぞれ奇数となっている。そして各容量部１０ａ，１０ｂの第１端部電極指３２ｘ、第２端部電極指３２ｙは、容量素子１と同様に互いに異なる電位に接続されるよう配置されている。言い換えると、第１電極指３２ａの本数と、第２電極指３２ｂの本数とを比較して、少ない方の電極指が、第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとで異なっている。

このように構成することで、第１容量部１０ａで発生する歪波と第２容量部１０ｂで発生する歪波の極性を異ならせることができ、その結果、容量素子１Ａ全体における歪波の発生を抑制することができる。以下、そのメカニズムについて説明する。

容量素子１Ａにおいて、電極指３２の配列方向Ｌ１と圧電結晶のＺ軸成分との関係性は容量素子１の場合と同様であるため、Ｄ２方向の電場とＤ３方向の電場が歪波に寄与する。ここで、Ｄ２方向の電場について検討すると、各容量部１０において電極指３２間の数は偶数となり、前記した相殺の原理により歪波の発生は抑制された構成になっている。言い換えると、結晶Ｚ軸の面方向成分Ｚｄ２の順方向に沿った、第１電極指３２ａから第２電極指３２ｂに向かう数Ｎａと、第２電極指３２ｂから第１電極指３２ａに向かう数Ｎｂとが同じことから、１つの容量部１０内で歪波が相殺される。すなわち、面方向成分に起因する歪波の出力は無視できる。

次に、Ｄ３方向の電場について検討する。ここで、前述の通り、各容量部１０の一番外側(端部)に位置する電極指３２以外のある電極指３２ａから見た場合、その左隣の電極指３２ｂとの間に発生する電場のＤ３方向の成分は、その電極指３２間中央部を通るＤ１−Ｄ３面に対して反対称になっている。しかし、歪電流は電場の方向ではなく、結晶軸で決まる方向に流れるため、ある電極指３２ａに流れ込む歪電流と、その左隣の電極指３２ｂに流れ込む歪電流は大きさが等しくなる。このため、この電流が相殺し、外部に歪電流が発生しない。しかし、容量素子１Ａの端部の電極指３２とその隣の電極指３２に対しては、逆方向の隣に電極指がないため、端部の電極指３２と一つ内側の電極指３２の中央部を通るＤ１−Ｄ３面に対して電場が完全に反対称にはならない。このため、双方の電極に流れ込む歪電流が完全には相殺されず、外部に歪電流が出力される。

ここで、容量素子１Ａにおいて、各容量部１０の外側に位置する電極指３２は同じ極性の電極指となっている。例えば、図３においては、第１容量部１０ａにおいては第１電極指３２ａであり、第２容量部１０ｂにおいては第２電極指３２ｂとなっている。このため、Ｄ３方向の電場の非対称形状に起因する歪電流の変化が、第１電極指３２ａおよび第２電極指３２ｂの双方に現れ、各容量部１０で異なる極性の歪波が発生し、容量素子１Ａ全体としては歪波を相殺し、歪波の出力を抑制することができる。

以上の通り、容量素子１は、結晶Ｚ軸の面方向成分Ｚｄ２に起因する歪波を互いに異ならせた２つの容量部１０を組み合わせることで歪波の出力を抑制しているのに対して、容量素子１Ａにおいては、結晶Ｚ軸の厚み方向成分Ｚｄ３に起因する歪波を互いに異ならせた２つの容量部１０を組み合わせることで歪波の出力を抑制している。このように、容量素子１、１Ａでは、２つの容量部１０でどの方向の電場に起因する歪波を異ならせるかと
いう点は違うが、同様の構成で歪波出力を抑制できることを確認した。

なお、基板２として４２°Ｙ−ＸカットのＬＴ基板を用いる場合には、面方向成分Ｚｄ２に起因する歪波の出力は、厚み方向成分Ｚｄ３に起因する歪波の出力よりも大きくなる。このため、容量素子１Ａは容量素子１に比べ、第１容量部１０ａ、第２容量部１０ｂで発生する歪波自体が小さくなり、歪波出力をより抑制することができる。

＜容量素子１Ｂ＞
上述の容量素子１，１Ａは、各容量部１０ａ，１０ｂの電極指３２の総本数の奇偶が一致している場合について説明したが、一方の容量部１０の電極指３２の総本数が奇数で、他方の容量部１０の電極指３２の総本数が偶数の容量素子１Ｂであってもよい。以下、容量素子１と同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。

図４に、容量素子１Ｂの平面図を示す。図４に示す通り、各容量部１０ａ，１０ｂの電極指３２の総本数はそれぞれ奇数と偶数とになっている。そして各容量部１０ａ，１０ｂの第１端部電極指３２ｘ、第２端部電極指３２ｙは、容量素子１と同様に互いに異なる電位に接続されるよう配置されている。

このように構成することで、第１容量部１０ａで発生する歪波と第２容量部１０ｂで発生する歪波の極性を異ならせることができ、その結果、容量素子１Ｂ全体における歪波の発生を抑制することができる。以下、そのメカニズムについて説明する。

この例では第１容量部１０ａの電極指３２の総本数が奇数に、第２容量部１０ｂの電極指３２の総本数が偶数になっている。第１容量部１０ａでは、容量素子１Ａで説明した通り、厚み方向成分Ｚｄ３により歪波が出力される。具体的には、第１容量部１０ａにおいて、第１電極指３２ａと第２電極指３２ｂとのうち数の多い方の電極指が両外側の電極指３２ｘとなる。このため、数の多い方の電極指側から数の少ない電極指側に歪波が出力されることとなる。この例では、第１電極指３２ａから第２電極指３２ｂ側に歪波が出力される。

第２容量部１０ｂでは、容量素子１で説明した通り、面方向成分Ｚｄ２により歪波が出力される。即ち面方向成分Ｚｄ２の順方向に沿って、第１電極指３２ａから第２電極指３２ｂに向かう数Ｎａと、第２電極指３２ｂから第１電極指３２ａに向かう数Ｎｂとが異なることから、多い方の数の方向に向かって歪電流が出力される。ここで、電極指３２の総本数が偶数であることから、面方向成分Ｚｄ２の順方向における起点側にある電極指３２（第２端部電極指３２ｙ）から隣の電極指に向かう方向の数の方が多くなる。すなわち、第２電極指３２ｂから第１電極指３２ａに向かう数が多くなり、この方向に歪波が出力される。

このように第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとで互いの歪波の極性を異ならせることができ、容量素子１Ｂ全体での歪波を抑制することができる。

なお、容量素子１Ｂにおいて、第１容量部１０ａは厚み方向成分Ｚｄ３に起因する歪波を出力し、第２容量部１０ｂは面方向成分Ｚｄ２に起因する歪波を出力する。このため、両容量部１０から出力される歪波の大きさの絶対値が異なる可能性がある。このため、容量部１０間で電極指３２の交差幅を異ならせて、絶対値が近づくように調整してもよい。例えば、基板２として４２°Ｙ−ＸカットのＬＴ基板を用いる場合には、面方向成分Ｚｄ２に起因する歪波の出力は、厚み方向成分Ｚｄ３に起因する歪波の出力よりも大きくなるので、第１容量部１０ａの電極指３２の交差幅を第２容量部１０ｂに比べて大きくしてもよい。

＜容量素子１Ｃ、１Ｄ＞
上述の容量素子１，１Ａ，１Ｂは、配列方向Ｌ１が面方向成分Ｚｄ２を有する場合について説明したが、配列方向Ｌ１がＸ軸成分を有する容量素子１Ｃ，１Ｄであってもよい。以下、容量素子１と同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。

図５に、容量素子１Ｃの平面図を示す。図５に示す通り、配列方向Ｌ１はＸ軸成分を有する。この例では、配列方向Ｌ１とＸ軸とが略平行となっている。このような場合には、電極指３２の配列方向Ｌ１がＺ軸成分を有ないか、極めて小さくなる。一方で、容量部１０の端部の電極指３２では、厚み方向における電場がこれまでの例と変わらずに非対称性を備えることとなる。

このことから、容量素子１Ｃでは、各容量部１０の電極指３２の総本数を、それぞれ奇数とし、配列方向Ｌ１に沿ってみたときに、第１容量部１０と第２容量部２０とで、端部に位置する電極指３２の極性が互いに異ならせている。容量素子１Ｃは、容量素子１Ａの電極指に関わる構成を９０°回転させたものである。

このような構成とすることで、容量素子１Ｃは、厚み方向成分Ｚｄ３に起因する歪波を互いに異ならせた２つの容量部１０を組み合わせることで歪波の出力を抑制することができる。

また、図６に示す容量素子１Ｄとしてもよい。容量素子１〜１Ｃは、各容量部１０を配列方向Ｌ１に沿って配置しているが、容量素子１Ｄはバスバー３１の配列方向に沿って各容量部１０を配置している。このような構成とすることにより、容量部１０間でバスバーを共有することで電気的に接続することができるので、配線が容易となる。

さらに、配列方向Ｌ１がＸ軸方向（Ｄ１方向）である場合には、バスバー３１の配列方向における歪波が発生することがある。すなわち、一方のバスバー３１と他方の電極指３２の先端との間に面方向成分Ｚｄ２の電場が発生することとなる。そこで、容量素子１Ｄのようにすることで、第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとの間で、図中に黒矢印で示すように面方向成分Ｚｄ２に対する高電位側から低電位側に向かう方向を異ならせることができる。その結果、それぞれの容量部１０で発生する歪波を相殺させることができ、より歪波を抑制する容量素子１Ｄを提供することができる。

＜容量素子１Ｅ＞
上述の容量素子１〜１Ｄでは、各容量部１０をバスバー３１を介して電気的に接続しているが、電極指３２を介して接続する容量素子１Ｅとしてもよい。

図７（ａ），（ｂ）に各容量部１０を電極指３２を介して接続する容量素子１Ｅおよびその変形例の平面図を示す。

図７に示すように、容量素子１Ｃにおいて、２つの容量部１０は一部の電極指３２を一体的に形成し共用することで電気的に接続されている。２つの容量部１０をあわせて一対の櫛歯電極として考え、少なくとも両外側に位置する電極指を他の電極指に比べて短くしているとみることもできる。この短い電極指は、図７（ａ）に示すように、一方が第１容量部１０ａの一部であり、他方が第２容量部１０ｂの一部であってもよいし、図７（ｂ）に示すように、両方とも一方の容量部１０（この例では第１容量部１０ａ）の一部としてもよい。

このような構成は、各容量部１０の電極指３２の総本数が共に奇数の場合に実現できる
。なお、図７（ａ）に示す容量素子１Ｅと図３に示す容量素子１Ａとは電気回路的には同じ構成となっている。

＜その他＞
第１容量部１０ａの電極指３２の配列方向Ｌ１に沿ってみたときに、第２容量部１０ｂが重なるように配置されている場合には、第１容量部１０ａの最も第２容量部１０ｂ側に位置する電極指と、第２容量部１０ｂの最も第１容量部１０ａ側に位置する電極指と、の間隔を、第１容量部１０ａの電極指のピッチおよび第２容量部１０ｂの電極指のピッチのいずれよりも大きくしてもよい。すなわち、図３に示す間隔ｘ３が容量部１０のピッチｐ１、ｐ２に比べて大きくしてもよい。この場合には、各容量部１０の端部において電場を非対称性とすることができる。その結果、容量素子１Ａ〜１Ｄのように、厚み方向成分Ｚｄ３に対する電場の非対称性による歪波の出力を用いる場合に、十分な歪波を出力することができる。

また上述の例では、各容量部１０は電気的に並列に接続されているが、両者を直列に接続してもよい。

また、容量素子１〜１Ｃは、各容量部１０を配線４により電気的に接続しているが、バスバー３１を共有することで電気的に接続してもよい。その場合には、各容量部１０の端部において電場を非対称性とすることができるように、第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとの距離を調整してもよい。

また、上述の容量素子において、配列方向Ｌ１を面方向成分Ｚｄ２またはＸ軸成分方向とした場合について説明しているが、それらの成分を有していればよく、Ｄ２方向、Ｄ１方向に対して角度をなすようにしてもよい。

具体的には、容量素子１，１Ａ，１Ｂのように、配列方向Ｌ１が面方向成分Ｚｄ２を有することで２つの容量部１０間で歪電流を打ち消す構成の場合には、Ｌ１とＺｄ２とでなす角度を４５°以下（すなわち―４５°〜＋４５°、閾値を含む）とすればよく、１０°以下（−１０°〜＋１０°、閾値を含む）とすることで、より効果的に２つの容量部１０間で歪電流を打ち消すことができる。

同様に、容量素子１Ｃ，１Ｄのように、配列方向Ｌ１がＸ軸方向成分を有することで２つの容量部１０間で歪電流を打ち消す構成の場合には、Ｌ１とＸ（Ｄ１）とでなす角度を４５°未満（―４５°〜＋４５°、閾値を含まない）とすればよく、１０°以下（−１０°〜＋１０°、閾値を含む）とすることで、より効果的に２つの容量部１０間で歪電流を打ち消すことができる。

＜弾性波装置＞
次に、本発明の弾性波装置の一実施形態について、図８を用いて説明する。図８に示すように、弾性波装置１００は、基板２の上面２ＡにＩＤＴ電極５０を備え、このＩＤＴ電極５０と容量素子１とが電気的に接続されている。さらにこの例では、ＩＤＴ電極５０と電気的に接続された外部端子６０と、ＩＤＴ電極５０を収容するカバー７０とを備えている。図８では、カバー７０が配置される部分を破線で示し、カバーを取り外した状態を示している。

ＩＤＴ電極５０の構造は、基本的に容量部１０の一対の櫛歯電極３０と同様であり、１対のバスバー５１と電極指５２と反射器５３とを備える。ＩＤＴ電極５０において、互いに異なる電位に接続された電極指５２が互い違いに交差するように配列されている。この配列方向は、圧電結晶のＸ軸に沿った方向となっている。このような構成とすることで、
Ｘ軸に沿って弾性波が励振する１ポート型の共振子となる。通常は、容量素子１０は接続されるＩＤＴ電極５０と同時に形成されるため、上記の構成（材料、厚み等々）は容量素子１０と同じになることが一般的である。

このようなＩＤＴ電極５０に対して、容量素子１を並列接続することにより、共振子の***振周波数と共振周波数との差を小さくすることができる。

なお、容量素子１の各容量部１０の電極指３２のピッチと、ＩＤＴ電極５０の電極指５２のピッチＰｔ１とは異ならせてもよい。ＩＤＴ電極５０において弾性波を励振させるための高周波信号が入力されたときに容量部１０での影響を抑制するためである。なお、この例では、容量素子１の配列方向Ｌ１をＸ軸と直交する方向とすることで、容量素子１において意図せぬ弾性波を励振することを抑制している。

また、容量素子１の各容量部１０の一方の電極指３２の先端から他方のバスバー３１までの距離は、ＩＤＴ電極５０の一方の電極指５２の先端から他方のバスバー５１までの距離よりも大きくしてもよい。この場合には、ＩＤＴ電極５０において弾性波のロスを少なくすることができる一方で、容量素子１において意図せぬ歪が発生することを抑制することができる。

また、この例では、ＩＤＴ電極５０の電極指５２の交差領域を配列方向に延長させた領域の外側に容量素子１を配置している。このような構成とすることで、ＩＤＴ電極５０で励振された弾性波の振動が容量素子１に伝わることを防ぎ、耐電力性を高めることができる。

上面２Ａにキャップ状のカバー７０を設けた弾性波装置１００を、図９に示すように回路基板２００に端子１２０を介して実装することで、弾性波モジュール２１０を提供することができる。

なお、上述の例では、容量素子１もカバー７０の内部に収容した例を示したが、これに限定されない。例えば、容量素子１はカバー７０の外側に配置してもよいし、カバー７０と上面２Ａとで挟まれるようにカバー７０の直下に設けてもよい。容量素子１の上にカバー７０を配置させることにより、容量素子１の容量部１０がカバー７０と接することとなる。この場合には、ＩＤＴ電極５０の電極指５２の交差領域を配列方向に延長させた領域に容量素子１を設けた場合であっても、ＩＤＴ電極５０による振動をカバーが抑えることができ、耐電力性にすぐれた弾性波装置を提供することができる。

上述の例では容量素子１を用いた場合について説明したが、他の容量素子であってもよい。さらに、第１容量部１０ａと第２容量部１０ｂとは電気的に接続されていれば、近くに配置する必要はなく、ばらばらに配置してもよい。

上述の容量素子による歪電流抑制の効果を確認するために、実際に容量素子を作製し、歪の測定を行った。容量素子は以下の仕様で作製した。

＜基本構成＞
基板２ ：４２°Ｙカット−Ｘ伝播のＬｉＴａＯ_３基板
導電膜１５：ＡｌＣｕ ４００ｎｍ厚
各容量部１０の接続方法：並列
＜各実施例構成＞
実施例１（容量素子１の構成）
配列方向Ｌ１ ：Ｚｄ２、Ｄ２方向
電極指３２ピッチｐ１，ｐ２ ：５μｍ
各容量部１０の電極指３２本数：８本、８本
実施例２（容量素子１Ａの構成）
配列方向Ｌ１ ：Ｚｄ２、Ｄ２方向
電極指３２ピッチｐ１，ｐ２ ：５μｍ
各容量部１０の電極指３２本数：７本，７本
実施例３（容量素子１Ｃの構成）
配列方向Ｌ１ ：Ｘ，Ｄ１方向
電極指３２ピッチｐ１，ｐ２ ：２．３μｍ
各容量部１０の電極指３２本数：１５本、１５本
参考例１
配列方向Ｌ１ ：Ｘ，Ｄ１方向
電極指３２ピッチｐ１，ｐ２ ：２．３μｍ
各容量部１０の電極指３２本数：１０本、１０本
また、比較例１〜３として、実施例１〜３の構成に対して、第１端部電極指３２ｘと第２端部電極指３２ｙとの極性を異ならせていない容量素子を作製した。また、参考例１に対する参考例２として、第１端部電極指３２ｘと第２端部電極指３２ｙとの極性を異ならせていない容量素子を作製した。なお、参考例１の第１端部電極指３２ｘと第２端部電極指３２ｙとの極性は異ならせている。

このような実施例１〜３、参考例１、２、比較例１〜３の容量素子について、２次の非線形による歪として、第２高調波（Ｈ２）を測定した。第２高調波の測定系を図１０に示す。図１０に示すように、本測定系は、発信器ＳＧからの信号をパワーアンプ（ＰＡ）、アイソレーター（ＩＳＯ）、ＰＡからの基本波のみを通すバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、方向性結合（Ｃｏｕｐｌｅｒ）、減衰器（ＡＴＴ）を介して測定対象物（ＤＵＴ）に信号を印加する。そしてＤＵＴからの反射波をＣｏｕｐｌｅｒで分岐してハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を介して測定器（ＳＡ）に入力する。具体的には、発振器ＳＧからの出力をＰＡで２２ｄＢｍまで増幅し、プローブにてＤＵＴである容量素子に印加した。そして反射波をＣｏｕｐｌｅｒで取り出し、基本波成分をＨＰＦで取り除き、基本波の２倍の周波数成分（第２高調波Ｈ２）を測定した。

図１１、図１２に測定結果を示す。具体的には、図１１（ａ）には、実施例１と比較例１との測定結果を、図１１（ｂ）には、実施例２と比較例２との測定結果を、図１２（ａ）には、実施例３と比較例３との測定結果を、図１２（ｂ）は参考例１，２の測定結果をそれぞれ示している。

これらの図で、縦軸は第２高調波Ｈ２の出力（単位：ｄＢｍ）を示し、横軸は入力する信号の周波数（単位：ＭＨｚ）を示している。また、実施例１〜３、参考例１の測定結果を破線で示し、比較例１〜３、参考例２の測定結果を実線で示した。

図１１（ａ）、（ｂ）に示す通り、各容量部１０の端部電極指の極性を異ならせた実施例１，２は、比較例１，２に比べＨ２が大幅に低減されることが分かる。なお、図１１（ａ）と図１１（ｂ）を比較すると、各容量部１０の電極指３２総本数が偶数本の場合（比較例１）に発生する歪波（面方向成分Ｚｄ２に起因する歪波）が、各容量部１０の電極指３２総本数が奇数本の場合（比較例２）に発生する歪波（深さ方向成分Ｚｄ３に起因する歪波）よりも大きいことが分かる。

なお、今回用いた測定系ではノイズレベルが−７０〜−８０ｄＢｍ程度あるため、実際の実施例１，２のＨ２レベルはさらに小さくなっていると考えられる（理論的には−∞ｄ
Ｂｍとなる）。

また、図１２（ａ）に示す通り、配列方向Ｌ１を異ならせた実施例３においても、各容量部１０の端部電極指の極性を異ならせた場合は、Ｈ２が比較例３に比べて大幅に低減されることが分かった。

なお、図１２（ｂ）に示す通り、参考例１，２のＨ２はいずれも小さく、かつ両者の差は殆どない。これは、配列方向Ｌ１をＤ１方向とし、かつ、電極指本数が偶数本の容量部においては、上述の歪発生メカニズムによれば原理的に２次の非線形性に起因する歪波は発生しないためである。すなわち、面方向成分Ｚｄ２の電場がないため面方向成分Ｚｄ２に起因する歪波が発生せず、深さ方向成分Ｚｄ３に起因する歪波は電極指本数が偶数の場合は１つの容量部１０内で相殺される。図１２（ｂ）において、参考例１，２の双方ともにＨ２が小さく、両者に差がないことから、上述の歪発生メカニズムが正しいことを確認できた。

１：容量素子
２：基板
１０：容量部
３２：電極指
１００：弾性波装置
２１０：弾性波モジュール

Claims (4)

1. 圧電結晶からなる基板と、
   前記基板の上面に配置された、複数の第１電極指と、これと異なる電位に接続された複数の第２電極指とが、互い違いに間隔をあけて配列された、第１容量部および第２容量部を備え、
   前記第１電極指および前記第２電極指の配列方向は、前記基板における弾性波の伝搬方向とは異なる方向であり、前記圧電結晶のＺ軸成分を前記上面に投影した面方向成分を有し、
   前記第１容量部と前記第２容量部とは、お互いの前記第１電極指同士が電気的に接続されており、
   前記第１容量部は、前記面方向成分の順方向に沿ってみたときに、その始点側の端部に位置する電極指である第１端部電極指は前記第１電極指であり、
   前記第２容量部は、前記面方向成分の順方向に沿ってみたときに、その始点側の端部に位置する電極指である第２端部電極指は前記第２電極指であり、
   前記第１容量部と前記第２容量部とは、前記配列方向において並んで配置されており、前記第１容量部の前記第２容量部側の端部に位置する電極指と、前記第２容量部の前記第１容量部側の端部に位置する電極指との間隔は、前記第１容量部の前記第１電極指と前記第２電極指との間隔および前記第２容量部の前記第１電極指と前記第２電極指との間隔に比べて大きい、
   容量素子。
2. 前記上面に設けられた電極指を含み、その配列方向は前記圧電結晶のＸ軸に沿った方向であるＩＤＴ電極と、
   前記ＩＤＴ電極に電気的に接続された、請求項１に記載の容量素子と、を備えた弾性波装置。
3. 前記上面に配置され、前記ＩＤＴ電極を収容するカバーをさらに備え、
   前記カバーは、前記容量素子の上に位置する、請求項２に記載の弾性波装置。
4. 請求項２または３に記載の弾性波装置と、
   該弾性波装置を実装する回路基板とを有する弾性波モジュール。

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