CN102347741B - 振动片、振子、振荡器以及电子设备 - Google Patents

振动片、振子、振荡器以及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供振动片、振子、振荡器以及电子设备，即使被安装到封装等中振动臂也不会与盖体接触，能够得到高精度高可靠性。具有：基部(14)，其具有安装面(14a)；振动臂(16a、16b、16c)，其从基部(14)起延伸地设置，具有第1面(17a)和与第1面(17a)相对且位于安装面(14a)侧的第2面(17b)，在第1面(17a)和第2面(17b)的法线方向上产生弯曲振动；以及层叠结构体，其设置于振动臂(16)的第1面(17a)和第2面(17b)中的至少一方上，至少具有第1电极(20)、第2电极(38)及配置在第1电极(20)与第2电极(38)之间的压电体层(28)，振动臂(16)朝向安装面(14a)侧翘曲。

Description

振动片、振子、振荡器以及电子设备
技术领域
本发明涉及振动片、振子、振荡器以及电子设备，尤其涉及激励产生弯曲振动的振动片、搭载有该振动片的振子、振荡器以及电子设备。
背景技术
在激励产生弯曲振动的振动片中，在振动臂的受压缩应力作用的压缩部与受拉伸应力作用的拉伸部之间产生温度差，用于缓解该温度差的热传导也会导致振动能量的损失。将该热传导所产生的Q值降低称作热弹性损失效应(以下称为热弹性损失)。因此，需要考虑热弹性损失来进行设计。根据例如专利文献1所公开的技术可知，通过在石英振子的臂部分处设置槽，能够提高表示谐振稳定度的Q值。
但是，当随着电子器件的小型化和薄型化而发展振动片的小型化和薄型化时，在振动部上高精度地形成槽变得非常困难。
作为避免这种问题的手段，研究了使振动部薄型化，在该振动部上形成压电体层的技术(专利文献2-4)。在这种结构的振动片中，通过对压电体层的正面背面施加电位不同的电场，能够激励出与压电体层的形成面交叉的方向(法线方向)上的振动。
此外，在专利文献5中公开了如下技术：在没有施加动态外力的初始静止状态下，使振动臂成为电极侧凹陷的弯曲面形状，从而改善了压电体层的取向性，能够得到较高的压电效率。
【专利文献1】日本实开平2-32229号公报
【专利文献2】日本特开2009-5022号公报
【专利文献3】日本特开2009-5023号公报
【专利文献4】日本特开2009-5024号公报
【专利文献5】日本特开2005-331485号公报
在不断促进小型化和薄型化的现今，安装振动片的封装中的腔室也变得狭小。因此，对于具有沿法线方向弯曲的振动部的专利文献2-5所公开的振动片，在振荡时或下落时等受到冲击时，振动部的末端有可能与封装的盖体接触。尤其是专利文献5所公开的结构的振动片，发生接触的可能性很大，妨碍了振子的低高度化。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供即使在振荡时或下落时等受到冲击的情况下，振动部也不会与盖体等的内壁接触，从而能够得到高精度高可靠性的振动片及其制造方法。此外，本发明的目的还在于提供安装有该振动片的振子、振荡器以及具有这些振子和振荡器的电子设备。
本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。
[应用例1]振动片的特征在于，具有：基部，其具有安装面和与所述安装面相对的主面；振动臂，其从所述基部起延伸地设置，具有第1面以及与该第1面相对且位于所述安装面侧的第2面，在所述第1面和所述第2面的法线方向上产生弯曲振动；以及层叠结构体，其设置于所述振动臂的所述第1面和所述第2面中的至少一方上，至少具有第1金属层、第2金属层以及配置在所述第1金属层与所述第2金属层之间的压电体层，所述振动臂在所述安装面与所述主面之间的范围内产生所述弯曲振动，在处于初始停止状态时，所述振动臂朝向所述安装面侧翘曲，所述振动臂的前端处于所述安装面与所述主面之间的范围内。
通过设为这种结构，作为振动部的振动臂在预先朝向安装面侧翘曲的状态下被安装到封装中，因此，即使安装振动片的封装等较薄，在振动片进行弯曲振动时，振动臂也不会与封装的盖体接触。因此，在使用本发明的振动片构成振动器件的情况下，能够得到高精度高可靠性。
此外，通过设为这种结构，即使在激励时振动臂的末端也不会与封装的内壁面或盖体接触。
[应用例2]根据应用例1所述的振动片，其特征在于，在设所述振动臂的长度为L、所述振动臂的厚度为t、所述振动臂的杨氏模量为Es、所述振动臂的泊松比为νs、所述压电体层的厚度为d、所述压电体层的残留应力为σ时，所述振动臂的翘曲量δ通过下式得到：
δ = 3 L 2 ( 1 - v s ) d E s t 2 σ
通过设为这种结构，能够将振动片的翘曲量设定为最佳，能够可靠地防止振动片进行弯曲振动时振动臂与封装的盖体发生接触。
[应用例3]根据应用例1或应用例2所述的振动片，其特征在于，所述基部的厚度比所述振动臂的厚度厚。
在设为这种结构的情况下，在将振动片安装到封装内时，能够通过基部的厚度控制振动臂的下表面(第2面)与封装的内底面之间的空隙部分的高度，因此，在振动片进行弯曲振动时，振动臂不会与封装的内底面接触。因此，在使用本发明的振动片构成振动器件的情况下，能够得到更高的可靠性。
[应用例4]根据应用例1或应用例2所述的振动片，其特征在于，所述压电体层被设置在所述第1面和所述第2面这两个面上。
通过设为这种结构，例如，如果在第1面上以残留压缩应力的方式形成压电体层、在第2面上以残留拉伸应力的方式形成压电体层，则能够使振动臂更大程度地翘曲。
[应用例5]一种振动片的制造方法，该振动片具有：基部，其具有安装面和与所述安装面相对的主面；振动臂，其从所述基部起延伸地设置，具有第1面以及与该第1面相对且位于所述安装面侧的第2面，所述振动臂在所述安装面与所述主面之间的范围内，在所述第1面和所述第2面的法线方向上产生弯曲振动，在处于初始停止状态时，所述振动臂朝向所述安装面侧翘曲，所述振动臂的前端处于所述安装面与所述主面之间的范围内；以及层叠结构体，其设置于所述振动臂上，至少具有第1金属层、第2金属层以及配置在所述第1金属层与所述第2金属层之间的压电体层，该振动片的制造方法的特征在于，以残留压缩应力的方式，形成所述第1金属层、所述第2金属层和所述压电体层中的至少一层，从而在所述第1面侧形成所述层叠结构体。
如果利用这种方法制造振动片，则振动臂朝向安装面侧发生翘曲。因此，即使安装振动片的封装等较薄，作为振动部的振动臂也不会与封装的内底部或盖体接触。因此，在使用本发明的振动片构成振动器件的情况下，能够得到高精度和高可靠性。
[应用例6]一种振动片的制造方法，该振动片具有：基部，其具有安装面和与所述安装面相对的主面；振动臂，其从所述基部起延伸地设置，具有第1面以及与该第1面相对且位于所述安装面侧的第2面，所述振动臂在所述安装面与所述主面之间的范围内，在所述第1面和所述第2面的法线方向上产生弯曲振动，在处于初始停止状态时，所述振动臂朝向所述安装面侧翘曲，所述振动臂的前端处于所述安装面与所述主面之间的范围内；以及层叠结构体，其设置于所述振动臂上，至少具有第1金属层、第2金属层以及配置在所述第1金属层与所述第2金属层之间的压电体层，该振动片的制造方法的特征在于，以残留拉伸应力的方式，形成所述第1金属层、所述第2金属层和所述压电体层中的至少一层，从而在所述第2面侧形成所述层叠结构体。
即使利用这种方法制造振动片，也能够使振动臂以振动臂的末端朝向基部的安装面侧的方式产生翘曲。因此，即使安装振动片的封装等较薄，作为振动部的振动臂也不会与封装的内底部或盖体接触。因此，在使用本发明的振动片构成振动器件的情况下，能够得到高精度和高可靠性。
[应用例7]一种振子，其特征在于，该振子具有：应用例1～应用例4中任意一例所述的振动片；以及内部安装有所述振动片的封装。
通过设为这种结构，即使进行了小型化，也能够成为高精度高可靠性的振子。
[应用例8]一种振荡器，其特征在于，该振荡器具有：应用例1～应用例4中任意一例所述的振动片；以及驱动所述振动片的电子部件。
通过设为这种结构，即使进行小型化，也能够成为高精度高可靠性的振荡器。
[应用例9]一种电子设备，其特征在于，该电子设备搭载了应用例1～应用例4中任意一例所述的振动片。
通过设为这种结构，还能够应对电子设备的小型化。
附图说明
图1是示出实施方式的振动片的结构的三面图。
图2是示出实施方式的振动片的结构的分解立体图。
图3是用于说明实施方式的振动片的制造工序的图。
图4示出了成膜时的溅射气压与成膜后的膜内的残留应力之间的关系。
图5是实施方式的振动片的侧视图，示出了在基板的第2面侧形成层叠结构体时的例子。
图6是实施方式的振动片的侧视图，示出了在基板的第1面侧形成层叠结构体、在第2面侧形成应力调整膜时的例子。
图7(A)示出了安装有实施方式的振动片的振子的结构，图7(B)示出了安装有形成为平板状的振动片的振子的结构。
图8示出了安装有实施方式的振动片和电子部件的振荡器的结构，该电子部件具有使该振动片振荡的电路。
图9示出了作为搭载有实施方式的振子和振荡器中的至少一方的电子设备的一例的便携电话。
图10示出了作为搭载有实施方式的振子和振荡器中的至少一方的电子设备的一例的个人计算机。
标号说明
10：振动片；12：基板；14：基部；14a：安装面；15：主面；16(16a～16c)：振动臂；17a：第1面；17b：第2面；20：第1电极；22(22a～22c)：第1层激励电极；24：第1层引出电极；26：第1层引出电极；28：压电体层；30(30a～30c)：激励电极覆盖部；32：引出电极覆盖部；34：开口部；36：开口部；38：第2电极；40(40a～40b)：第2层激励电极；42：输入输出电极；44：输入输出电极；46：第2层引出电极；48：第2层引出电极；50：振子；70：振荡器。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的振动片、振子、振荡器以及电子设备的实施方式进行详细说明。
首先，参照图1、图2对第1实施方式的振动片进行说明。另外，在图1中，图1(A)是振动片100的俯视图，图1(B)示出了图1(A)中的A－A箭头处的视图，图1(C)是振动片的背面图。此外，图2是振动片的分解立体图。本实施方式的振动片10具有基板12、压电体层28、第1电极(第1金属层)20以及第2电极(第2金属层)38。
基板12例如由石英构成，包括基部14和以该基部14为基端延伸地设置的多个(在图1、图2所示的方式中为三个)振动臂16(16a～16c)。在实施方式的例子中，基部14形成得比振动臂16厚，成为能够保证安装时的机械强度的形态，并且，在将振动片10安装到封装内时，可通过基部14的厚度控制振动臂16的下表面与封装内底面之间的空隙部的高度。另一方面，振动臂16形成得比基部14薄，能够抑制振动时的热弹性损失，且具有第1面17a和与第1面17a相对的第2面17b。此外，基部14构成用于固定振动片10的安装面14a和与安装面14a相对的主面15。另外，在利用石英构成基板12的情况下，形成基板12时的母板12a(参照图4)的切角优选为Z切，不过也可以是X切或AT切。实施方式的基板12不是直接被施加电压的对象，因此，切角基本上不对振动特性产生影响。但是，在采用了以Z切方式切割出的母板12a的情况下，能够得到加工容易的特性。
在振动臂16的第1面17a上，形成有以第1电极20、压电体层28以及第2电极38为基础构成的层叠结构体。这里，第1电极20是形成压电体层28前形成的电极，第2电极38是形成压电体层28后形成的电极。因此，第1电极20和第2电极38这样的表达方式与各电极的电位无关。此外，各电极的电位取决于图2的分解立体图所示的第1电极20、第2电极38中的阴影线的方向(具体将后述)。作为第1电极20、第2电极38的形成材料，优选采用与作为基板12的石英的密合性良好、且容易增强压电体层38的取向性的材料。关于电极部件，作为具有通用性的材料，可以举出Au、Pt、Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Nb、W、Ni、Fe、Ti、Co、Zn、Zr等。在本实施方式中，第1电极20、第2电极38都是由下层为Ti、上层为Au的双层结构的金属层形成的。此外，作为压电体层28，可举出ZnO、AlN、PZT、LiNbO3和KNbO3等，在本实施方式中主要采用AlN。Ti与作为基板12的石英的密合性良好，而Au能够在膜表面构成(111)面。通过在Au的(111)面上形成AlN，由此，能够形成沿着(111)面的柱状结晶，成为取向性强的压电膜(压电体层)。
如图2所示，第1电极20例如由第1层激励电极22a、22b、22c和第1层引出电极24、26构成。这里，第1层激励电极22a与第1层激励电极22c为相同电位，它们通过第1层引出电极24相连。另一方面，第1层激励电极22b与详情后述的用于与第2电极38连接的引出电极26相连。
压电体层28形成在上述第1电极20上。具体而言，压电体层28由形成在振动臂16a、16b、16c上的激励电极覆盖部30a、30b、30c和形成在基部14上的引出电极覆盖部32构成。在引出电极覆盖部32中，设置有用于将上述第1电极20与详情后述的第2电极38电连接的开口部34、36。另外，压电体层28具有如下特性：通过对压电体层28的正面背面施加电位不同的电压，从而压电体层28在厚度方向上发生压缩或拉伸而朝向面外方向(与压电体层28的形成面交叉的方向)弯曲。
这里，本实施方式的压电体层28以残留压缩应力的方式形成在第1面17a上。由于具有这种特性，因此当振动片10处于初始停止状态时，在压电体层28上作用了欲向释放压缩应力的状态转移的力。因此，在振动臂16与压电体层28的接触部分处被施加拉伸应力，振动臂16朝基部14的安装面14a侧发生翘曲。通过设为这种结构，在将振动片10安装到封装等内时，能够避免振动臂16进行弯曲振动时振动臂16的末端与封装的盖体接触的状况。因此，有助于振动器件的薄型化。
第2电极38例如由第2层激励电极40a、40b、40c、第2层引出电极46、48以及输入输出电极42、44构成。这里，第2层激励电极40b与输入输出电极42为相同电位，它们通过第2层引出电极46相连。此外，第2层引出电极46经由形成于上述压电体层28中的开口部34，与第1层引出电极24电连接。因此，第1层激励电极22a、22c和第2层激励电极40b被施加相同电位的电压。另一方面，虽然第2层激励电极40a、40c与输入输出电极44为相同电位，但由于第2层引出电极48被第2层引出电极46分断，因而它们不是直接相连。但是，第2层引出电极48经由上述形成于压电体层28中的开口部36与第1层引出电极26电连接，从而经由第1层引出电极26和第2层引出电极48将第2层激励电极40a、40c以及第1层激励电极22b与输入输出电极44电连接。另外，在图1、图2中，表现为电位不同的第1层引出电极24、26的一部分与第2层引出电极46、48的一部分重叠的方式，但实际上，电位不同的引出电极被设计为在压电体层28的正面背面不是重叠的。这是为了抑制振动臂16以外的部位处的激励。
根据这种结构的振动片10，即使将其安装到薄型封装中并使振动臂16进行弯曲振动，振动臂16也不会与封装的内底或盖体接触。因此，有助于小型、高性能且高可靠性的振动器件的制造。此外，在上述结构的振动片10中，优选将振动臂16的翘曲量设计为：振动臂16在从基部14的主面15起水平地延伸的假想水平面300与从安装面14a起水平地延伸的假想水平面310之间进行弯曲振动。通过设为这种结构，可靠地消除了激励时振动臂16的末端与封装的内底面或盖体接触的可能。
接着，参照图3对本实施方式的振动片10的制造工序进行说明。首先，准备作为振动片10的基础的母板12a。在本实施方式中，采用石英作为母板12a。采用石英作为母板12a时的厚度优选为50～100μm左右(参照图3(A))。
接着，使母板12a的一部分薄化。薄化可通过使用了缓冲氢氟酸(BHF)等的蚀刻来进行。此时，在采用石英作为母板12a的情况下，薄部12b的厚度可以为2～10μm左右(参照图3(B))。
在进行了薄化后，进行基板12的外形形成。基板12的外形形成优选从第1面侧进行蚀刻。另外，蚀刻中可以使用BHF(参照图3(C))。
在结束了基板12的外形形成后，在第1面上形成第1电极20。在第1电极20的形成中，首先在第1面的整个面上形成金属层。金属层的形成可以采用磁控溅射等方法。在形成了金属层后，在整个面上涂覆抗蚀剂。之后，通过光刻法利用抗蚀剂膜形成掩模，对金属层进行蚀刻而得到与第1电极20的形状相符的金属图案(参照图3(D))。
在形成了第1电极20后，在期望部位形成压电体层28。首先，在包含第1电极20的基板的第1面的整个面上形成压电体层。采用反应性RF磁控溅射法进行压电体层的形成。在压电体层为AlN的情况下，压电体层的膜厚优选为左右的范围。在压电体层的溅射时，特别地通过溅射气体的气压调整，对残留在所形成的压电体层中的应力进行调整。作为溅射气体，例如可采用Ar和N2的混合气体。作为Ar与N2的混合比，例如可以是Ar：N2＝1：1左右。在本实施方式的情况下，如上所述，为了在压电体层中残留有压缩应力，将Ar和N2的混合气体的压力设定得比基准压力低。这里，所谓基准压力，是指在形成后的压电体层中不产生压缩或拉伸等残留应力的压力，基准压力随溅射装置的使用方式、基板RF功率或目标功率等的设定而不同，需要预先进行实验等来获知。在本实施方式中，例如在基准压力为0.5Pa的情况下，将所要设定的气压设为低于基准压力的压力、例如0.1Pa左右。另外，图4示出了成膜时的溅射气体的混合气体压力(成膜压力)与所生成的膜中产生的残留应力之间的关系。
接着，通过基于光刻法的抗蚀剂构图和湿蚀刻，将压电体层形成为期望的图案。在压电体层为AlN的情况下，湿蚀刻的蚀刻液采用强碱水溶液。作为强碱水溶液的例子，可举出四甲基氢氧化氨。作为酸类的蚀刻液，可利用对磷酸加热后得到的溶液等。
这里，振动臂16的末端的翘曲量可通过式1大致地计算。
【式1】
δ = 3 L 2 ( 1 - v s ) d E s t 2 σ
在式1中，L为振动臂16的长度、t为振动臂16的厚度、Es为振动臂16的杨氏模量、νs为振动臂16的泊松比、d为压电体层28的厚度、σ为压电体层的残留应力。振动臂16的长度L、厚度t、杨氏模量Es、泊松比νs以及压电体层28的厚度d是根据材质和形状预先确定的。因此，通过调整压电体层28中的残留应力σ来进行翘曲量δ的调整。
例如，在设由石英构成的基板12中的振动臂16的长度L为500μm、厚度t为10μm、由AlN构成的压电体层28的膜厚为的情况下，为了得到25μm的翘曲量δ，需要大约0.8GPa的压缩应力，作为在压电体层28中产生的残留应力(参照图3(E))。如果设上述振动臂16的翘曲量为25μm、石英母板12a的厚度为50μm，则能够使振动臂16的末端位置位于厚度的大致中央。根据这种结构，即使施加0.1μW～1.0mW作为振动片10的激励功率电平，振动臂也不会与安装封装72的盖体76等的内壁接触(参照图7～图8)。并且，即使受到来自外部的冲击(1000G～10000G)特性也不会受到影响。
在压电体层28的形状形成结束后，进行第2电极38的形成。与第1电极20的形成同样，第2电极38的形成可以在第1面的整个面上形成金属层，并进行基于光刻法的抗蚀剂构图和基于湿蚀刻的形状形成(参照图3(F))。
在上述实施方式中，记载了由石英构成基板12的情况。但是，本实施方式的振动片10是通过压电体层28激励出面外方向的振动。因此，基板12的材料也可以是石英以外的材料。具体而言，可以是石英以外的压电体，也可以是半导体等。另外，在基板材料为硅的情况下，在设振动臂16的长度L为500μm、厚度t为10μm、由AlN构成的压电体层28的膜厚为时，为了得到25μm的翘曲量δ，需要大约1.5GPa的压缩应力，作为在压电体层28中产生的残留应力。
此外，在上述实施方式中，在压电体层28的上表面直接形成了第2电极38。但是，本实施方式的振动片10也可以在压电体层28与第2电极38之间形成绝缘体层(绝缘膜)(未图示)。通过设为这种结构，即使在压电体层28中形成了贯通孔，也能够防止第1电极20与第2电极38之间的短路。另外，作为绝缘体层的膜厚，从防止短路的方面讲，优选设为50nm以上。另一方面，从抑制压电体层28的特性下降的方面讲，优选设为500nm以下。这里，绝缘体层可以由SiO2或SiNx构成。
此外，还可以在上述实施方式的振动片10中的振动臂16的第2面上形成无机体层(无机膜)(未图示)。通过设置由SiO2或SiNx构成的绝缘体层，能够对频率温度特性进行校正。特别是众所周知，基于热氧化实现的二氧化硅具有负温度特性，适合于调整频率温度特性。
此外，在上述实施方式中，记载了通过在压电体层28中产生残留应力来使层叠结构体产生压缩应力的情况。但是，在本实施方式的振动片10中，也可以构成为在第1电极20、第2电极38、或者构成层叠结构体的所有层中产生残留应力。这是因为，即使在设为这种结构的情况下，也能够以使振动臂16的末端朝向基部14的安装面14a侧的方式，使振动臂16产生翘曲，从而能够得到同样的效果。另外，在第1电极20或第2电极38中产生残留应力的情况下，也与上述实施方式同样，通过控制溅射气体的混合气体压力(成膜压力)，能够进行残留应力的调整。
此外，在上述实施方式中，记载了层叠结构体形成在基板12的第1面上的情况。关于第1面上的层叠结构体的形成，与在振动臂16与基部14之间不存在阶梯差相应地，能够容易地进行层叠结构体的形成，不过如图5所示，本实施方式的振动片也可以在第2面侧形成层叠结构体。在设为这种结构的情况下，在层叠结构体中产生拉伸的残留应力。具体而言，只要在形成压电体层28a、第1电极20a和第2电极38a等层时的溅射工序中，使溅射气体的气压高于基准压力即可。例如，为了在压电体层28a中产生拉伸应力，只要将溅射气体的混合气体压力(成膜压力)设定为2.0GPa左右即可。这是因为，即使是这种结构的振动片10a，也能够起到与上述实施方式的振动片10相同的效果。
并且，如图6所示，本实施方式的振动片可以在基板12的第1面侧形成层叠结构体、而在第2面侧形成应力调整膜49。这里，应力调整膜48可以是具有与第1电极20和第2电极38相同结构的金属膜，也可以是具有与压电体层28相同结构的膜。在设为这种结构的情况下，优选构成为，形成在第1面上的层叠结构体具有压缩应力作为残留应力，应力调整膜49具有拉伸应力作为残留应力。这是因为，即使是这种结构的振动片10b，也能够起到与上述实施方式的振动片10、10a相同的效果。
另外，在上述实施方式中，记载了设置有多个振动臂的情况。但是，在本发明中，振动臂的数量没有特别限定，也可以是一个。
接着，参照图7(A)对本发明的振子的实施方式进行说明。本实施方式的振子50由振动片10和将该振动片10安装在内部的封装52构成。
振动片10采用上述实施方式的振动片10。封装52以封装基座54和盖体56为基础构成。封装基座54呈箱形形状，内部具有振动片安装端子60。另一方面，在封装基座54的外部底面上，具有与振动片安装端子60电连接的外部安装端子62。
这种结构的封装基座54可以由绝缘部件构成，例如，可通过层叠平板状和框状的陶瓷生片并对其进行烧结而形成。另外，振动片安装端子60和外部安装端子62可通过在陶瓷生片上进行丝网印刷来形成。
盖体56可以是由金属或玻璃等构成的平板。作为盖体56的构成材料，优选的是线膨胀率与封装基座54的构成材料近似的材料。这是为了抑制因温度变化引起断裂和脱离。在利用陶瓷构成封装基座54的情况下，盖体56可以采用可伐合金(合金)或钠玻璃等。
在封装基座54与盖体56的接合中，进行使用了焊料58的焊接。在盖体56为金属时，焊料58可采用低熔点金属，在盖体56为玻璃时，焊料58可采用低熔点玻璃。
在由这种构成部件构成的本实施方式的振子50的制造中，首先在封装基座54的内部搭载振动片10。可以利用粘接剂64进行振动片10的搭载。在将振动片10搭载到封装基座54中之后，使用金线66等进行线键合，将振动片安装端子60与振动片10的输入输出端子42、44(参照图1)进行电连接。由此结束了振动片10的安装，之后，将盖体56接合到封装基座54上，封闭开口部。
此外，以上仅对基部比振动臂厚的振动片的形状进行了说明，但也能够应用于除此以外的振动片的形状。例如，也可以如图7(B)所示，使用基部的厚度不厚的平板状的振动片10c。在图7(B)的例子中，在封装52的内底面上设置阶梯部55，通过线键合使形成在阶梯部55上的振动片安装端子60与振动片10c的输入输出端子42、44(引用图1所示的平面形态)导通，利用阶梯部55在振动片10c与封装基座54之间形成了空隙。
此外，除了线键合以外，还可以使用Au凸块或导电性粘接剂实现封装基座54与振动片10c的导通。
根据这种结构的振子50，即便封装52薄，振动片10中的振动臂16(参照图1)在进行弯曲振动时也不会与封装52的盖体56接触。因此，有助于小型、高性能且高可靠性的振子50的制造。另外，在本实施方式的振子50中，设封装基座54为箱形、盖体56为平板状，不过，也可以设封装基座为平板状、盖体为帽形。
接着，参照图8对本发明的振荡器的实施方式进行说明。本实施方式的振荡器70以如下部分为基础构成：振动片10、用于使该振动片10振荡的电子部件82、以及将振动片10和电子部件82安装于内部的封装72。
振动片10采用上述实施方式的振动片10。封装72以封装基座74和盖体76为基础构成。本实施方式的封装基座74以安装用的中心基板74a为基点，在其上下具有腔室，将上部腔室作为振动片安装区域75a，将下部腔室作为电子部件安装区域75b。
在中心基板74a的振动片安装区域75a侧设置有振动片安装端子60，在电子部件安装区域75b侧设置有电子部件安装端子80。此外，在封装基座74的相当于底面的部位，设置有与电子部件安装端子80电连接的外部安装端子86。另外，关于构成部件和制造方法，与上述振子50中的封装基座54相同。此外，在本实施方式中，盖体76也同样可以是由金属或玻璃构成的平板，成为使用焊料78封闭封装基座74中的振动片安装区域75a的结构。
作为电子部件82，例如可以是具有振荡电路的IC等，可以通过利用了凸块84的倒装键合等方式安装到电子部件安装端子80上。
这种结构的振荡器70与振子50同样，即使安装到薄的封装72内，振动臂16(参照图1)在进行弯曲振动时也不会与封装72的盖体76接触。因此，有助于小型、高性能且高可靠性的振荡器70的制造。
此外，图8是在一个封装中搭载了振动片和电子部件的结构，不过，也可以对振动片和电子部件单独进行封装，还可以不安装到封装中，而是将振动片和电子部件直接安装到印刷基板上。
作为本发明的电子设备的一例，可举出图9所示的便携电话100和图10所示的个人计算机200等。这些电子设备的特征都在于：搭载了上述实施方式所示的振动片10、振子50或者振荡器70作为时钟源或者信号的调制和解调中使用的局部振荡器。由于具有这样的特征，因此能够应对电子设备的小型化、薄型化。此外，即使在进行了小型化的情况下，也能够实现与电子设备的功能相符的通信等的高精度化。

Claims (9)

1.一种振动片，其特征在于，该振动片具有：
基部，其具有安装面和与所述安装面相对的主面；
振动臂，其从所述基部起延伸地设置，具有第1面以及与该第1面相对且位于所述安装面侧的第2面，在所述第1面和所述第2面的法线方向上产生弯曲振动；以及
层叠结构体，其设置于所述振动臂的所述第1面和所述第2面中的至少一方上，至少具有第1金属层、第2金属层以及配置在所述第1金属层与所述第2金属层之间的压电体层，
所述振动臂在所述安装面与所述主面之间的范围内产生所述弯曲振动，
在处于初始停止状态时，所述振动臂朝向所述安装面侧翘曲，所述振动臂的前端处于所述安装面与所述主面之间的范围内。
2.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于，
在设所述振动臂的长度为L、所述振动臂的厚度为t、所述振动臂的杨氏模量为Es、所述振动臂的泊松比为νs、所述压电体层的厚度为d、所述压电体层的残留应力为σ时，所述振动臂的翘曲量δ通过下式得到：
δ = 3 L 2 ( 1 - v s ) d E s t 2 σ .
3.根据权利要求1或2所述的振动片，其特征在于，
所述基部的厚度比所述振动臂的厚度厚。
4.根据权利要求1或2所述的振动片，其特征在于，
所述压电体层被设置在所述第1面和所述第2面这两个面上。
5.一种振动片的制造方法，该振动片具有：
基部，其具有安装面和与所述安装面相对的主面；
振动臂，其从所述基部起延伸地设置，具有第1面以及与该第1面相对且位于所述安装面侧的第2面，所述振动臂在所述安装面与所述主面之间的范围内，在所述第1面和所述第2面的法线方向上产生弯曲振动，在处于初始停止状态时，所述振动臂朝向所述安装面侧翘曲，所述振动臂的前端处于所述安装面与所述主面之间的范围内；以及
层叠结构体，其设置于所述振动臂上，至少具有第1金属层、第2金属层以及配置在所述第1金属层与所述第2金属层之间的压电体层，
该振动片的制造方法的特征在于，
以残留压缩应力的方式，形成所述第1金属层、所述第2金属层和所述压电体层中的至少一层，从而在所述第1面侧形成所述层叠结构体。
6.一种振动片的制造方法，该振动片具有：
基部，其具有安装面和与所述安装面相对的主面；
振动臂，其从所述基部起延伸地设置，具有第1面以及与该第1面相对且位于所述安装面侧的第2面，所述振动臂在所述安装面与所述主面之间的范围内，在所述第1面和所述第2面的法线方向上产生弯曲振动，在处于初始停止状态时，所述振动臂朝向所述安装面侧翘曲，所述振动臂的前端处于所述安装面与所述主面之间的范围内；以及
层叠结构体，其设置于所述振动臂上，至少具有第1金属层、第2金属层以及配置在所述第1金属层与所述第2金属层之间的压电体层，
该振动片的制造方法的特征在于，
以残留拉伸应力的方式，形成所述第1金属层、所述第2金属层和所述压电体层中的至少一层，从而在所述第2面侧形成所述层叠结构体。
7.一种振子，其特征在于，该振子具有：
权利要求1～4中任意一项所述的振动片；以及
内部安装有所述振动片的封装。
8.一种振荡器，其特征在于，该振荡器具有：
权利要求1～4中任意一项所述的振动片；以及
驱动所述振动片的电子部件。
9.一种电子设备，其特征在于，该电子设备搭载了权利要求1～4中任意一项所述的振动片。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5622173B2 (ja) * 2010-07-29 2014-11-12 セイコーエプソン株式会社 振動片、振動子、発振器、および電子機器
JP2012060355A (ja) * 2010-09-08 2012-03-22 Seiko Epson Corp 振動片、振動子、振動デバイスおよび電子機器
US9201528B2 (en) * 2011-06-07 2015-12-01 Stmicroelectronics Sa Method of manufacturing a vibratory actuator for a touch panel with haptic feedback
FR2976370A1 (fr) 2011-06-07 2012-12-14 St Microelectronics Grenoble 2 Procede de controle d'un objet destine a etre tenu a la main a l'aide d'un retour haptique
JP2013055400A (ja) * 2011-09-01 2013-03-21 Seiko Instruments Inc 圧電振動デバイス及び発振器
CN104205387B (zh) 2012-05-07 2017-03-22 京瓷株式会社 压电振动元件、使用其的压电振动装置以及便携终端
JP2014165573A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Seiko Epson Corp 振動片、振動子、電子デバイス、電子機器、および移動体
CN105429607B (zh) * 2014-09-16 2020-12-29 精工爱普生株式会社 振动装置、电子设备以及移动体
CN109075766B (zh) * 2016-05-25 2022-04-19 株式会社村田制作所 谐振器和谐振装置
KR102066960B1 (ko) * 2016-08-03 2020-01-16 삼성전기주식회사 박막 벌크 음향 공진기 및 이를 포함하는 필터
US10410744B2 (en) * 2017-01-20 2019-09-10 Novartis Ag System and method of printing machine-readable information usable in a medical procedure
JP6439808B2 (ja) * 2017-01-31 2018-12-19 株式会社大真空 音叉型振動子
JP2019012873A (ja) * 2017-06-29 2019-01-24 セイコーエプソン株式会社 振動デバイス、電子機器及び移動体
FR3095542B1 (fr) * 2019-04-26 2023-12-01 Hap2U Dispositif à retour haptique pourvu de raidisseurs

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2625511B2 (ja) 1988-07-21 1997-07-02 株式会社クボタ 穀粒選別装置用穀粒分布検出装置
JP2003092796A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Ueda Japan Radio Co Ltd 湾曲面を有する超音波振動子
JP2003177238A (ja) * 2001-12-10 2003-06-27 Fujikura Ltd 誘電体多層膜フィルタとその製造方法
US6900708B2 (en) * 2002-06-26 2005-05-31 Georgia Tech Research Corporation Integrated passive devices fabricated utilizing multi-layer, organic laminates
JP3587519B2 (ja) 2002-12-26 2004-11-10 太平洋セメント株式会社 圧電トランスデューサ
JP2004209733A (ja) 2002-12-27 2004-07-29 Canon Inc インクジェットヘッドの製造方法
EP1536559A1 (fr) * 2003-11-25 2005-06-01 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Composant électronique ayant un élément résonateur dans un boitier hermetiquement fermé
US7372346B2 (en) * 2003-12-24 2008-05-13 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Acoustic resonator
JP2005331485A (ja) 2004-05-21 2005-12-02 Sony Corp 圧電素子および電気機械変換装置
JP5067033B2 (ja) * 2007-06-20 2012-11-07 セイコーエプソン株式会社 音叉型振動子、発振器
JP5067035B2 (ja) 2007-06-20 2012-11-07 セイコーエプソン株式会社 音叉型振動子、発振器
JP5067034B2 (ja) 2007-06-20 2012-11-07 セイコーエプソン株式会社 音叉型振動子、発振器
JP5391395B2 (ja) * 2007-10-15 2014-01-15 日立金属株式会社 圧電薄膜付き基板及び圧電素子
JP5071058B2 (ja) * 2007-11-07 2012-11-14 セイコーエプソン株式会社 圧電振動片
JP4533934B2 (ja) * 2008-01-15 2010-09-01 エプソントヨコム株式会社 振動片及び振動子の製造方法
JP2011049665A (ja) * 2009-08-25 2011-03-10 Seiko Instruments Inc 圧電振動子、圧電振動子の製造方法、発振器、電子機器および電波時計
JP5622173B2 (ja) * 2010-07-29 2014-11-12 セイコーエプソン株式会社 振動片、振動子、発振器、および電子機器

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