CN107431472B - 谐振子以及谐振装置 - Google Patents

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Abstract

即使在小型化的谐振装置中，也防止振动臂与上下的基板接触。谐振装置具备谐振子以及将谐振子夹在之间并相互对置的上盖和下盖，谐振子具有：基部；多个振动臂，具有压电体和将该压电体夹在之间并相互对置的1对电极层，一端与基部的前端连接，沿远离基部的方向延伸；保持部，被设置于基部以及振动臂的周围的至少一部分；以及保持臂，一端与基部连接，另一端在与多个振动臂的一端相比更靠多个振动臂的另一端侧与保持部连接，基部、多个振动臂以及保持臂具有基板以及层叠于该基板的、由热膨胀率与该基板不同的材料构成的温度特性修正层，并且由基板以及温度特性修正层一体地形成。

Description

谐振子以及谐振装置
技术领域
本发明涉及多个振动臂以弯曲振动模式振动的谐振子以及谐振装置。
背景技术
以往，使用了MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)技术的谐振装置例如作为定时装置而被使用。该谐振装置被安装于设置于智能手机等电子设备内的印刷电路基板上。谐振装置具备：下侧基板、在与下侧基板之间形成空腔的上侧基板、在下侧基板以及上侧基板之间被配置于空腔内的谐振子。
例如专利文献1公开了具备了多个振动臂的面外弯曲谐振子。在该谐振子中，振动臂在其固定端与基部的前端连接，基部在与前端相反侧的后端与支承部连接。支承部例如与夹在下侧基板以及上侧基板之间的基台连接。在专利文献1的图1的例子中，通过以相互相反方向设定被施加于振动臂的电场，在内侧的振动臂与外侧的2根振动臂之间实现相互逆相位的振动。
专利文献1：日本专利第5071058号公报
振动臂例如在硅等的基板上在一对电极间设置压电体而形成。
本发明者们发现了在为了基板的温度特性提高等而例如在基板形成氧化硅层等温度特性修正层的情况下，因基板材料和温度特性修正层的材料的厚度、热膨胀系数的不同，而振动臂翘曲。因振动臂翘曲，例如在为了移动电话等用途而被要求小型化的谐振装置中，振动臂的前端与形成谐振子的振动空间的上下的基板接触。
发明内容
本发明是鉴于这样的事情而完成的，其目的在于提供一种即使在小型化的谐振装置中，也防止振动臂与上下的基板接触。
本发明一个方面的谐振装置具备谐振子以及将谐振子夹在之间并相互对置的上盖和下盖，谐振子具有：基部；多个振动臂，具有压电体和将该压电体夹在之间并相互对置的1对电极层，一端与基部的前端连接，沿远离基部的方向延伸；保持部，被设置于基部以及振动臂的周围的至少一部分；以及保持臂，一端与基部连接，另一端在与多个振动臂的一端相比更靠多个振动臂的另一端侧与保持部连接，基部、多个振动臂以及保持臂具有基板以及层叠于该基板的、由热膨胀率与该基板不同的材料构成的温度特性修正层，并且由基板以及温度特性修正层一体地形成。
根据本发明，即使在小型化的谐振装置中，也能够防止振动臂与上下的基板接触。
附图说明
图1是概略地表示本发明的第1实施方式的谐振装置的外观的立体图。
图2是概略地表示本发明的第1实施方式的谐振装置的构造的分解立体图。
图3是取下了上侧基板的本发明的第1实施方式的谐振子的俯视图。
图4是沿图1的AA’线的剖视图。
图5A是示意性地表示本发明的第1实施方式的保持部、振动部以及保持臂的相互位置关系的图。
图5B是示意性地表示本发明的第1实施方式的比较例的保持部、振动部以及保持臂的相互位置关系的图。
图6A是表示本发明的第1实施方式的谐振装置的工艺流程的一个例子的图。
图6B是表示本发明的第1实施方式的谐振装置的工艺流程的一个例子的图。
图6C是表示本发明的第1实施方式的谐振装置的工艺流程的一个例子的图。
图6D是表示本发明的第1实施方式的谐振装置的工艺流程的一个例子的图。
图6E是表示本发明的第1实施方式的谐振装置的工艺流程的一个例子的图。
图6F是表示本发明的第1实施方式的谐振装置的工艺流程的一个例子的图。
图7是与图3对应、取下了上侧基板的本发明的第2实施方式的谐振子的俯视图。
图8是与图5对应、示意性地表示本发明的第2实施方式的保持部、振动部以及保持臂的相互位置关系的图。
图9是与图3对应、取下了上侧基板的本发明的第3实施方式的谐振子的俯视图。
图10是与图5对应、示意性地表示本发明的第3实施方式的保持部、振动部以及保持臂的相互位置关系的图。
图11是与图3对应、取下了上侧基板的本发明的第4实施方式的谐振子的俯视图。
图12是与图5对应、示意性地表示本发明的第4实施方式的保持部、振动部以及保持臂的相互位置关系的图。
图13是与图3对应、取下了上侧基板的本发明的第5实施方式的谐振子的俯视图。
图14是与图5对应、示意性地表示本发明的第5实施方式的保持部、振动部以及保持臂的相互位置关系的图。
图15是与图3对应、取下了上侧基板的本发明的第6实施方式的谐振子的俯视图。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下参照添付的附图对本发明的第1实施方式进行说明。图1是概略地表示本发明的第1实施方式的谐振装置1的外观的立体图。另外，图2是概略地表示本发明的第1实施方式的谐振装置1的构造的分解立体图。
该谐振装置1具备：谐振子10、夹着谐振子10而设置的上盖30以及下盖20。即，谐振装置1以下盖20、谐振子10、上盖30这样的顺序层叠它们而构成。
另外，谐振子10与下盖20以及上盖30接合，由此，谐振子10被密封，另外，形成谐振子10的振动空间。谐振子10、下盖20以及上盖30分别使用Si基板而形成。而且，谐振子10、下盖20以及上盖30通过Si基板彼此相互接合而被相互接合。谐振子10以及下盖20也可以使用SOI基板而形成。
谐振子10是使用MEMS技术而制造的MEMS谐振子。此外，在本实施方式中，以使用硅基板形成谐振子10为例来进行说明，但也可以使用非晶Si、SiC、SiGe、Ge、砷化镓、水晶等硅以外的基板来形成。
以下对谐振装置1的各构成详细地进行说明。
(1.上盖30)
上盖30沿XY平面扩展为平板状，在其背面例如形成有平的长方体形状的凹部31。凹部31被侧壁33围起，形成谐振子10振动的空间亦即振动空间的一部分。
(2.下盖20)
下盖20具有沿XY平面设置的矩形平板状的底板22、从底板22的周缘部沿Z轴方向(即，下盖20与谐振子10的层叠方向)延伸的侧壁23。在下盖20，在与谐振子10对置的面设置有通过底板22的表面与侧壁23的内表面形成的凹部21。凹部21形成谐振子10的振动空间的一部分。通过上述的上盖30与下盖20，该振动空间被气密性地密封，维持真空状态。在该振动空间例如也可以填充惰性气体等气体。
(3.谐振子10)
图3是概略地表示本实施方式的谐振子10的构造的俯视图。使用图2以及图3对本实施方式的谐振子10的各构成进行说明。谐振子10具备振动部120、保持部140、保持臂110。
(a)振动部120
振动部120具有沿图3的正交坐标系的XY平面扩展的矩形的轮郭。振动部120被设置于保持部140的内侧，在振动部120与保持部140之间以规定的间隔形成有空间。在图3的例子中，振动部120具有基部130和4根振动臂135A～135D(也统一称为“振动臂135”。)。此外，振动臂的数量并不限于4根，例如设定为2根以上的任意数量。
如图2所示，基部130被形成为沿Z轴方向弯曲的大致长方体的形状。
参照图3，对基部130的俯视图中的构造进行说明。基部130具有X轴方向的长边131a(前端的一个例子。)、131b(后端的一个例子。)，Y轴方向的短边131c、131d。基部130在短边131c、131d通过后述的保持臂110被连接、保持于保持部140。在本实施方式中，长边131a、131b的长度被设定为245μm左右，短边131c、131d的长度被设定为110μm左右。此外，基部130在图3的例子的俯视图中，具有大致长方形的形状，但并不局限于此，只要相对于沿着长边131a的垂直二等分线而规定的平面形成为大致面对称即可。基部130例如也可以是长边131b比131a短的梯形、以长边131a为直径的半圆的形状。另外，长边131a、131b、短边131c、131d也并不限于直线，也可以是曲线。
如图2所示，各振动臂135被形成为沿Y轴方向延伸、沿Z轴方向弯曲的大致棱柱形状，分别具有相同的尺寸。具体而言，振动臂135具有随着从自由端朝向固定端，而从沿着后述的保持部140所规定的XY平面逐渐朝向Z轴方向分离的立体形状。
参照图3对振动臂135的俯视图中的构造进行说明。振动臂135的各个在基部130与保持部140之间被设置为与Y轴方向平行，一端与基部130的一长边131a连接而成为固定端，另一端成为自由端。并且，振动臂135分别沿X轴方向以规定的间隔被并列地设置。在本实施方式中，各振动臂135与基部130一体地形成。此外，对于振动臂135而言，例如X轴方向的宽度是50μm左右，Y轴方向的长度是480μm左右。
在本实施方式的振动部120中，在X轴方向，在外侧配置有2根振动臂135A、135D，在内侧配置有2根振动臂135B、135C。将X轴方向上的振动臂135B与135C的间隔W1设定为比X轴方向上的外侧的振动臂135A(135D)与邻接于该外侧的振动臂135A(135D)的内侧的振动臂135B(135C)之间的间隔W2大。间隔W1例如是25μ左右，间隔W2例如是10μm左右。通过将间隔W2设为比间隔W1小，振动特性被改善。另外，也可以将间隔W1设定为比间隔W2小，也可以是等间隔，以便能够使谐振装置1小型化。
(b)保持部140
保持部140沿XY平面形成为矩形的框状。保持部140在俯视图中，被设定为沿着XY平面包围振动部120的外侧。此外，保持部140只要被设置于振动部120的周围的至少一部分即可，并不限定于框状的形状。例如，保持部140以保持振动部120并且能够与上盖30以及下盖20接合的程度，被设置于振动部120的周围即可。
在本实施方式中，保持部140由框体140a～140d构成。此外，如图2所示，框体140a～140d具有一体形成的棱柱形状。
参照图3对保持部140的俯视图中的构造进行说明。如图3所示，框体140a与振动臂135的自由端对置，长边方向被设置为与X轴平行。框体140b与基部130的长边131b对置，长边方向被设置为与X轴平行。框体140c与后述的保持臂110的臂112a的长边对置，长边方向被设置为与Y轴平行，其两端分别与框体140a、140b的一端连接。框体140d与后述的保持臂110的臂112b的长边对置，长边方向被设置为与Y轴平行，其两端分别与框体140a、140b的另一端连接。
此外，在以下的说明中，将框体140a侧作为谐振子10的上侧、将框体140b侧作为谐振子10的下侧来进行说明。
(c)保持臂110
保持臂110被设置于保持部140的内侧，与基部130的短边131c、131d及框体140c、140d连接。
保持臂110具有如图2所示那样被一体形成且沿Z轴方向弯曲的棱柱板状的臂111a、112a、113a以及111b、112b、113b。具体而言，臂112a具有随着从与臂113a连接的连接位置朝向与臂111a连接的连接位置，而从沿着保持部140所规定的XY平面逐渐朝向Z轴方向分离的立体形状。相同地，臂112b具有随着从与臂113b连接的连接位置朝向与臂111b连接的连接位置，而从沿着保持部140所规定的XY平面逐渐朝向Z轴方向分离的立体形状。另外，在图2的例子中，通过臂112a的X轴方向的中心的YZ平面与通过框体140c的中心的YZ平面平行。相同地，通过臂112b的X轴方向的中心的YZ平面与通过框体140d的中心的YZ平面平行。
参照图3对保持臂110的俯视图中的构造进行说明。在本实施方式中，保持臂110被形成为相对于沿着基部130的X轴方向的中心线与YZ平面平行地规定的假想平面P大致面对称。
如图3所示，臂111a被设置成在基部130与框体140c之间与框体140b对置且长边方向与X轴平行。臂111a的一端在基部130的短边131c与基部130连接，并从此与短边131c大致垂直、即沿X轴方向延伸。臂111a的另一端在其侧面(XZ平面上的面)与臂112a的一端连接。对于臂111a而言，沿Y轴方向规定的宽度是20μm左右，沿X轴方向规定的长度是40μm。
另外，臂112a被设置成在基部130与框体140c之间与框体140c对置且长边方向与Y轴平行。另外，臂112a的另一端与臂113a的一端中的与框体140c对置侧的侧面连接。对于臂112a而言，例如沿X轴方向规定的宽度是20μm左右，沿Y轴方向规定的长度是550μm左右。
臂113a被设置成在振动臂135A与框体140c之间与框体140a对置且长边方向与X轴平行。臂113a的另一端在框体140c的与振动臂135A的自由端对置的区域附近与框体140c连接。即，臂113a的另一端在振动臂135A的侧方被固定于框体140c。对于臂113a而言，例如沿Y轴方向规定的宽度是20μm左右，沿X轴方向规定的长度是40μm左右。此外，臂111b、112b、113b的构成与臂111a、112a、113a的构成相同。
如以上那样，本实施方式的保持臂110成为如下构成：在臂111a、111b的一端与基部130连接，在臂111a、111b的另一端的侧面与臂112a、112b的连接位置处折弯，在臂112a、112b与臂113a、113b的连接位置处再次折弯后，与保持部140连接。这样，本实施方式的保持臂110成为折弯的构成，因此能够保持基部130而不阻碍基部130的弯曲位移。其结果，能够减少大振幅驱动时的频率的上升。其结果，本实施方式的谐振子10能够抑制谐振频率的移位。并且，在本实施方式中，保持臂110与保持部140的框体140c、140d且振动臂135的侧方的区域连接。换言之，在本实施方式的谐振装置1中，在振动臂135的自由端与保持部140的框体140a之间不设置保持臂110。由此，能够使谐振装置1在振动臂135的长边方向上小型化。
此外，保持臂110并不限于在各臂的连接位置处折弯成直角的形状。保持臂110中的各臂的连接位置也可是曲线的形状。
(4.层叠构造)
使用图4对谐振装置1的层叠构造进行说明。图4是图1的AA’剖视图。
如图4所示，在本实施方式的谐振装置1中，在下盖20的侧壁23上与谐振子10的保持部140接合，并且谐振子10的保持部140与上盖30的侧壁33接合。这样在下盖20与上盖30之间保持谐振子10，通过下盖20、上盖30及谐振子10的保持部140，形成振动臂135振动的振动空间。
下盖20的底板22以及侧壁23通过Si(硅)晶片S1一体地形成。在侧壁23的上表面形成氧化硅(例如SiO2(二氧化硅))膜F1，通过该氧化硅膜F1，下盖20与谐振子10的保持部140接合。沿Z轴方向规定的下盖20的厚度例如是150μm，凹部21的深度例如是50μm。
上盖30通过规定的厚度的Si(硅)晶片S2而形成。如图4所示，上盖30在其周边部(侧壁33)与谐振子10的保持部140接合。在上盖30的周缘部与保持部140之间，为了接合上盖30与保持部140，而形成有接合部H。接合部H例如通过Au(金)膜以及Sn(锡)膜而形成。
在谐振子10中，保持部140、基部130、振动臂135、保持臂110由同一工艺被一体地形成。在谐振子10中，首先，在Si(硅)基板F2(基板的一个例子。)上层叠金属层E1。然后，在金属层E1上层叠压电薄膜F3(压电体的一个例子。)以便覆盖金属层E1，然后，在压电薄膜F3上层叠金属层E2。
Si基板F2例如由厚度10μm左右的退化的n型Si半导体形成，作为n型掺杂剂能够包含P(磷)、As(砷)、Sb(锑)等。用于Si基板F2的退化Si的电阻值优选是0.5mΩ·cm以上0.9mΩ·cm以下。在本实施方式中所使用的退化Si的电阻值例如是0.63mΩ·cm。并且，在Si基板F2的下表面形成氧化硅(例如SiO2)层F2’(温度特性修正层的一个例子。)。由此，能够使温度特性提高。
在本实施方式中，至少基部130、振动臂135以及保持臂110通过同一Si基板F2以及同一氧化硅层F2’一体地形成。
在本实施方式中，温度特性修正层是指具有如下功能的层：与未在Si基板F2形成该温度特性修正层的情况相比，使在Si基板F2形成了温度修正层时的振动部的频率的温度系数(即，每温度的变化率)至少在常温附近减少。通过使振动部120具有温度特性修正层，例如，能够使基于Si基板F2和电极层E1、E2和压电薄膜F3以及氧化硅层(温度修正层)F2’的层叠构造体的谐振频率的、伴随温度的变化减少。
在谐振子10中，优选氧化硅层F2’以均匀的厚度被形成。此外，均匀的厚度是指氧化硅层F2’的厚度的偏差是从厚度的平均值起±20％以内。
此外，氧化硅层F2’也可以被形成于Si基板F2的上表面，也可以被形成于Si基板F2的上表面与下表面的双方。
另外，在保持部140中，也可以在Si基板F2的下表面不形成氧化硅层F2’。
另外，金属层E2、E1例如使用厚度0.1μm左右的Mo(钼)、铝(Al)等而形成。另外，通过作为Si基板F2而使用退化的Si，Si基板F2能够兼为金属层E1。
金属层E2、E1通过蚀刻等被形成为所希望的形状。金属层E1例如在振动部120上被形成为作为下部电极(电极层的一个例子。)发挥功能。另外，金属层E1在保持臂110、保持部140上，被形成为作为用于将下部电极连接于被设置在谐振子10的外部的交流电源的布线发挥功能。
另一方面，金属层E2在振动部120上被形成为作为上部电极(电极层的一个例子。)发挥功能。另外，金属层E2在保持臂110、保持部140上，被形成为作为用于将上部电极连接于被设置在谐振子10的外部的交流电源的布线发挥功能。
此外，在从交流电源针对下部布线或者上部布线的连接时，可以使用在上盖30的外表面形成电极，该电极将交流电源与下部布线或者上部布线连接的构成，也可以使用在上盖30内形成导通孔，在该导通孔的内部填充导电性材料而设置布线，该布线将交流电源与下部布线或者上部布线连接的构成。
压电薄膜F3是将施加的电压变换为振动的压电体的薄膜，例如能够将AlN(氮化铝)等氮化物、氧化物作为主要成分。具体而言，压电薄膜128能够由ScAlN(氮化钪铝)形成。ScAlN是将氮化铝中的铝的一部分置换为钪的材料。另外，压电薄膜F3例如具有1μm的厚度。
压电薄膜F3根据通过金属层E2、E1施加于压电薄膜F3的电场，在XY平面的面内方向即Y轴方向伸缩。利用该压电薄膜F3的伸缩，振动臂135朝向下盖20以及上盖30的内表面使其自由端位移，以面外的弯曲振动模式进行振动。
在本实施方式中，设定为施加于外侧的振动臂135A、135D的电场的相位与施加于内侧的振动臂135B、135C的电场的相位为相互逆相位。由此，外侧的振动臂135A、135D与内侧的振动臂135B、135C相互向相反方向位移。例如，若外侧的振动臂135A、135D朝向上盖30的内表面使自由端位移，则内侧的振动臂135B、135C朝向下盖20的内表面使自由端位移。
在以上那样的谐振装置1中，逆相位的振动时，即、在图4所示的振动臂135A与振动臂135B之间，振动臂135A与振动臂135B绕与Y轴平行地延伸的中心轴r1向上下相反方向振动。另外，在振动臂135C与振动臂135D之间，振动臂135C与振动臂135D绕与Y轴平行地延伸的中心轴r2向上下相反方向振动。由此，在中心轴r1与r2产生相互相反方向的扭转力矩，在基部130产生弯曲振动。
(5.剖面构造)
图5是示意性地表示图3的BB’剖面中的振动臂135、保持臂110以及保持部140的相互位置关系的图。图5A表示本实施方式的谐振子10的剖面，图5B表示比较例的谐振子10’的剖面。
在图5A、5B中，虚线表示保持部140的Si基板F2中的与下盖20对置的面L1(在图4中是指与氧化硅层F2’接触的面。第1面的一个例子。)。另外，实线表示振动臂135的Si基板F2中的与下盖20对置的面L4(在图4中是指与氧化硅层F2’接触的面。第4面的一个例子。)，点线表示基部130的Si基板F2中的与下盖20对置的面L2(在图4中是指与氧化硅层F2’接触的面。第2面的一个例子)，点划线表示保持臂110中的Si基板F2的与下盖20对置的面L3(在图4中是指与氧化硅层F2’接触的面。第3面的一个例子。)。另外，点M1表示保持臂110与保持部140的连接位置，点M2表示保持臂110与基部130的连接位置。
比较例的谐振子10’在振动部120中在Si基板F2的下表面具有氧化硅层F2’，另一方面，与本实施方式的谐振子10不同，在保持臂110中在Si基板F2的下表面不具有氧化硅层F2’。
硅与氧化硅是热膨胀率不同的材料。因此，在谐振子10中的规定的部位，在Si基板F2层叠了氧化硅层F2’的情况下，通过应力，该部位成为翘曲的形状。这里“翘曲”是指在Si基板F2层叠了氧化硅层F2’的部位中的Si基板F2的面(与下盖20对置的面)具有与未层叠氧化硅层F2’的部位中的Si基板F2的面(与下盖20对置的面)不在同一平面上的部分的状态。在本实施方式中，并且，“翘曲”是指包含以规定的曲率弯曲的部位的状态。
如图5B所示，在比较例的谐振子10’中，保持臂110’不具有氧化硅层F2’，所以其剖面不成为翘曲的形状。因此，保持臂110’的面L3沿着保持部140’的面L1，在与该面L1同一平面上扩展。另一方面，振动部120’具有氧化硅层F2’，所以基部130’以及振动臂135’成为翘曲的形状。因此，基部130’的面L2随着从基部130’的点M2朝向前端，而逐渐地远离面L1。并且振动臂135’的面L4随着从振动臂135的固定端朝向自由端，逐渐地远离面L1。
另一方面，本实施方式的谐振子10，也在保持臂110的Si基板F2形成氧化硅层F2’。因此，在本实施方式的谐振子10中，保持臂110以与振动部120相同的曲率成为翘曲的形状。即，在本实施方式的谐振子10中，面L2以及面L4的剖面与面L3的剖面，形状以及Z方向的位置大致一致。具体而言，如图5A所示，保持臂110的面L3中的、保持臂110的点M2不在面L1上。更具体而言，保持臂110的面L3成为随着从点M1朝向保持臂110中的与基部130的连接位置(点M2)，逐渐地远离保持部140的面L1的形状。因此，保持臂110被设置于比面L1靠上侧、即上盖30(在图5中省略图示)的凹部31(在图5中省略图示)的内部。
另一方面，基部130中的面L2中的后端不在面L1上。更具体而言，基部130的面L2成为随着从点M2朝向前端而逐渐地接近面L1的形状。因此，基部130被设置于比面L1靠上侧、即上盖30(在图5中省略图示)的凹部31(在图5中省略图示)的内部。
另外，振动臂135中的面L4中的与振动臂135的固定端对应的部分不在面L1上。更具体而言，振动臂135的面L4成为随着从振动臂135的固定端朝向自由端而与面L1接近且在自由端与面L1位于大致同一平面上的形状。因此，振动臂135被设置于比面L1靠上侧、即上盖30(在图5中省略图示)的凹部31(在图5中省略图示)的内部。
这样，在本实施方式的谐振装置1中，在振动臂135以及保持臂110中，Si基板F2具备被调整为大致均匀厚度的氧化硅层F2’，并且，保持臂110在保持部140中的、比与振动臂135的固定端对置的区域更靠与自由端的前端对置的区域(即框体140a)侧连接，因此能够相同程度地调整保持臂110与振动臂135的翘曲量，由此能够使振动臂135的自由端的从保持部140的面L4起的位移量减少。
并且，在本实施方式中，使保持臂110与保持部140中的、同与振动臂135的长边方向的中央附近相比靠近自由端侧对置的区域、更具体而言，与振动臂135的自由端的前端对置的区域(即框体140a)连接，从而能够使从保持部140起的、振动臂135的自由端的位移量接近零。
并且，在本实施方式的谐振子10中，振动臂135的面L4中的与自由端对应的部分与保持部140的面L1的距离d1比基部130的面L2中的与基部130的后端对应的部分与面L1的距离d2小。由此，即使振动臂135进行了面外弯曲振动的情况下，也能够防止振动臂135的自由端与下盖20、上盖30碰撞。
并且，在本实施方式中，设定基部130、保持臂110、振动臂135的沿Y轴方向的长度，以便使从基部130的前端到臂111a、111b的最接近框体140b的端部为止的长度(即，基部130的Y轴方向的长度110μm)比振动臂135的长边方向的长度(即480μm)短。由此，即使在谐振子10中的氧化硅层F2’的厚度存在些许偏差(从厚度的平均值起±20％左右)的情况下，也能够减少振动臂135与保持臂110的翘曲量的偏差。
另外，在本实施方式的谐振装置1中，谐振子10中的具有翘曲的形状的部分(例如，基部130、振动臂135以及保持臂110)被设置为位于上盖30的凹部31或者下盖20的凹部21中的任一方的内侧。由此，本实施方式的谐振装置1将下盖20与上盖30中的、在内侧设置谐振子10的一方的凹部较深地形成即可，能够抑制不必要的大型化。
(6.工艺流程)
图6是表示本实施方式的谐振子10的工艺流程的一个例子的图。此外，在图6中，为了方便，示出被形成于晶片的多个谐振装置1中的一个谐振装置1来进行说明，与通常的MEMS工序相同地，谐振装置1在一个晶片形成多个后，通过分割该晶片而得到。
在图6A所示的最初的工序中，在准备的Si基板F2通过热氧化形成氧化硅层F2’。此外，氧化硅层F2’也可以通过溅射、CVD等成膜而形成。
接下来，在图6B所示的工序中，通过侧壁23接合具有凹部21的下盖20与形成了氧化硅层F2’的Si基板F2。此外，在图6中虽省略图示，但优选在接合后通过化学的机械研磨、蚀刻等处理，使Si基板F2的表面平坦化。
然后在Si基板F2的表面层叠金属层E1。金属层E1也可以通过蚀刻等加工而成型为优选的形状。
接下来，在金属层E1的表面按照压电薄膜F3、金属层E2这样的顺序层叠它们。金属层E2在层叠后，通过蚀刻等加工而成型为优选的形状(图6C)。
然后，通过蚀刻等加工，按顺序除去金属层E2、压电薄膜F3、金属层E1、Si基板F2、氧化硅层F2’，从而形成振动臂135A～135D、保持臂110、基部130(图6中省略图示)，形成谐振子10(图6D)。
接下来，在图6E所示的工序中，在保持部140形成接合部H。然后，将进行对位而使上盖30中的凹部31与下盖20中的凹部21一致后的上盖30经由接合部H接合(图6F)。
[第2实施方式]
第2实施方式在以下省略与第1实施方式共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，关于基于相同的构成的相同的作用效果，不在每个实施方式中依次言及。
图7是表示本实施方式的谐振子10的俯视图的一个例子的图。以下以本实施方式的谐振装置1的详细构成中的、与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
在本实施方式中，保持臂110与第1实施方式中的保持臂110相比，沿Y轴方向规定的长度短。具体而言，本实施方式的臂112a、112b，例如沿Y轴方向规定的长度是330μm左右。另外，本实施方式的臂113a、113b在框体140c、140d中的、与振动臂135A、135D的Y轴方向的中央附近对置的区域，分别与框体140c、140d连接。
其他的保持臂110的构成与第1实施方式相同。
图8是表示图7的CC’剖面中的振动臂135与保持臂110与保持部140的关系的图。
如图8所示，在本实施方式中，振动臂135的面L4成为随着从振动臂135的固定端朝向振动臂135的长边方向的中央附近(与点M1对置的区域)而与保持部140的面L1接近的形状。并且，面L4成为随着从振动臂135的长边方向的中央附近朝向自由端而远离面L1的形状。
此外，面L2以及L3与面L1的关系与第1实施方式相同。
在本实施方式中，保持臂110成为与保持部140中的、与振动臂135的长边方向的中央附近对置的区域连接的构成。该情况下，从保持部140起的、振动臂135的自由端的位移量减少到图5B的比较例所示的谐振子10’的、从保持部140’起的、振动臂135’自由端的位移量的约50％左右。
其他的构成、功能与第1实施方式相同。
[第3实施方式]
第3实施方式在以下省略与第1实施方式共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，关于基于相同的构成的相同的作用效果，不在每个实施方式中依次言及。
图9是表示本实施方式的谐振子10的俯视图的一个例子的图。以下以本实施方式的谐振装置1的详细构成中的、与第1实施方式的差异点为中心进行说明。
在本实施方式中，保持臂110不折弯，将框体140a的X轴方向的中央附近与基部130的长边131a的X轴方向的中央附近(即，振动臂135B与振动臂135C之间的区域)连接。在本实施方式中，保持臂110的沿Y轴方向规定的长度是500μm左右。
其他的保持臂110的构成与第1实施方式相同。
图10是表示图9的DD’剖面中的、振动臂135与保持臂110与保持部140的关系的图。
如图10所示，在本实施方式中，基部130的面L2成为随着从点M2(即基部130的前端)朝向基部130的后端而逐渐地远离保持部140的面L1的形状。另外，振动臂135的面L4成为随着从振动臂135的固定端朝向自由端而接近面L1，但即使在自由端，也不与面L1位于同一平面上的形状。
此外，面L3与面L1的关系与第1实施方式相同。
在本实施方式中，保持臂110成为与基部130的前端连接的构成。因此，保持臂110虽与框体140a连接，但与第1实施方式的保持臂110相比长边方向的长度短。其结果，本实施方式的谐振子10能够使从保持部140起的、振动臂135的自由端的位移量几乎接近于零，但比第1实施方式中的位移量大。
其他的构成、功能与第1实施方式相同。
[第4实施方式]
图11是表示本实施方式的谐振子10的俯视图的一个例子的图。以下以本实施方式的谐振装置1的详细构成中的、与第1实施方式的差异点为中心进行说明。
在本实施方式中，本实施方式的保持臂110没有与第1实施方式中的臂113a、113b对应的构成，在臂112a、112b与框体140a连接。连接基部130的短边131c、131d与保持部140中的框体140a。臂112a、112b的沿Y轴方向规定的长度是590μm左右。
其他的保持臂110的构成与第1实施方式相同。
图12是表示图11的EE’剖面中的、振动臂135与保持臂110与保持部140的关系的图。
如图12所示，在本实施方式中，振动臂135的面L4成为随着从振动臂135的固定端朝向自由端而接近保持部140的面L1、且在自由端位于与面L1大致同一平面上的形状。
此外，面L3与面L1的关系与第1实施方式相同。
在本实施方式中，保持臂110成为将基部130的短边131c、131d与框体140a连接的构成。因此，本实施方式的谐振子10能够使从保持部140起的、振动臂135的自由端的位移量几乎接近于零。
其他的构成、功能与第1实施方式相同。
[第5实施方式]
图13是表示本实施方式的谐振子10的俯视图的一个例子的图。以下以本实施方式的谐振装置1的详细构成中的、与第1实施方式的差异点为中心进行说明。
在本实施方式中，保持臂110除了臂111a～113a、111b～113b以外，还具有臂114a、114b(子臂的一个例子。)，连接基部130的后端与框体140c、140d。
臂114a被设置为在基部130与框体140b之间，长边方向与Y轴平行。臂114a的一端在长边131b与基部130连接，从这里相对于长边131b大致垂直、即沿着Y轴方向沿远离长边131b的方向延伸。另外，臂114a的另一端在其侧面(YZ平面上的面)与臂111a的一端连接。对于臂114a而言，沿X轴方向规定的宽度是20μm左右，沿Y轴方向规定的长度是40μm。此外，臂114b的构成与臂114a的构成相同。
另外，本实施方式的臂112a、112b例如沿Y轴方向规定的长度是350μm左右。另外，本实施方式的臂113a、113b在框体140c、140d中的与振动臂135A、135D的Y轴方向的中央附近对置的区域连接。
其他的保持臂110的构成与第1实施方式相同。
图14是表示图13的FF’剖面中的、振动臂135与保持臂110与保持部140的关系的图。
如图14所示，在本实施方式中，振动臂135的面L4成为随着从振动臂135的固定端朝向振动臂135的长边方向的中央附近(与点M1对置的区域)而与保持部140的面L1接近的形状。并且，面L4成为随着从振动臂135的长边方向的中央附近朝向自由端而远离面L1的形状。
此外，面L2以及L3与面L1的关系与第1实施方式相同。
在本实施方式中，保持臂110成为与保持部140中的、与振动臂135的长边方向的中央附近对置的区域连接的构成。因此，本实施方式中的、从保持部140起的、振动臂135的自由端的位移量减少至图5B的比较例所示的谐振子10’中的、从保持部140’起的、振动臂135’的自由端的位移量的约50％左右。
并且，在本实施方式中，设定基部130、保持臂110、振动臂135的沿Y轴方向的长度，以便使从基部130的前端到臂114a或者114b的另一端为止的长度(即，基部130的Y轴方向的长度80μm与臂114a或者114b的长边方向的长度40μm的和的120μm)比振动臂135的长边方向的长度(即480μm)短。由此，即使在谐振子10中的氧化硅层F2’的厚度存在些许偏差(从厚度的平均值起±20％左右)的情况下，也能够减少振动臂135与保持臂110的翘曲量的偏差。
其他的构成、功能与第1实施方式相同。
[第6的实施方式]
图15是表示本实施方式的、谐振子10的俯视图的一个例子的图。以下以本实施方式的谐振装置1的详细构成中的、与第1实施方式的差异点为中心进行说明。
在本实施方式中，保持臂110相对于沿着基部130的X轴方向的中心线与YZ平面平行地规定的假想平面P被形成为非对称。具体而言，本实施方式的保持臂110不具有与第1实施方式的臂111b～113b对应的构成。其他的保持臂110的构成与第1实施方式相同。
其他的构成、功能与第1实施方式相同。
以上，对本发明的例示的实施方式进行了说明。在本实施方式的谐振装置1中具备谐振子10、将谐振子10夹在之间并相互对置的上盖30和下盖20，谐振子10具有：基部130；多个振动臂135，具有压电薄膜F3及将该压电薄膜F3夹在之间并相互对置的1对电极层E1、E2，固定端与基部130的前端(长边131a)连接，沿远离基部130的方向延伸；保持部140，被设置于基部130以及振动臂135的周围的至少一部分；以及保持臂110，一端与基部130连接，另一端在与多个振动臂135的固定端相比更靠振动臂135的自由端侧与保持部140连接，基部130、多个振动臂135以及保持臂110具有Si基板F2、以及层叠于Si基板F2的、由热膨胀率与该Si基板F2不同的材料构成的氧化硅层F2’，由Si基板F2以及氧化硅层F2’一体地形成。
由此，在本实施方式的谐振装置1中，能够使从保持部140起的、振动臂135的自由端的位移量减少。其结果，即使在振动臂135进行了面外弯曲振动的情况下，也能够防止振动臂135的自由端与下盖20、上盖30碰撞。
另外，优选：保持部140包含Si基板F2，该Si基板F2与基部130、多个振动臂135A～135D以及保持臂110中的Si基板F2一体地形成，保持部140中的Si基板F2具有与下盖20对置的面L1，基部130中的Si基板F2具有与下盖20对置的面L2，保持臂110中的Si基板F2具有与下盖20对置的面L3，基部130中的面L2中的、同在该基部130中与前端对置的后端对应的部分与面L1不在同一平面上，保持臂110中的面L3中的、与该保持臂110的一端(点M2)对应的部分与面L1不在同一平面上。
另外，优选：振动臂135中的Si基板F2具有与下盖20对置的面L4，从面L4中的与振动臂135的自由端对应的部分到面L1为止的距离比从面L2中的与基部130的后端对应的部分到面L1为止的距离小。
另外，优选：振动臂135中的面L4中的、与振动臂135的固定端对应的部分不在面L1上，振动臂135中的面L4具有从与振动臂135的固定端对应的部分朝向与振动臂135的自由端对应的部分而与面L1接近的部分。
另外，优选：保持臂110中的面L3随着从与保持臂110的另一端对应的部分朝向与保持臂110的一端对应的部分而远离面L1。
另外，优选：从基部130的前端到基部130的后端为止的长度比多个振动臂135A～135D中的从固定端到自由端为止的长度小。另外，优选：保持臂110具有一端与基部130的后端连接且沿远离该后端的方向延伸的臂114a、114b，从基部130的前端到臂114a或者114b的另一端为止的长度比多个振动臂135A～135D中的、从固定端到自由端为止的长度小。由此，即使在氧化硅层F2’的厚度存在些许偏差(从厚度的平均值起±20％左右)的情况下，也能够减少振动臂135与保持臂110的翘曲量的偏差。
另外，优选Si基板F2由硅构成，温度特性修正层由氧化硅构成。由此，容易使Si基板F2、温度特性修正层的厚度均匀，因此工艺变得容易。
以上说明的各实施方式是用于容易理解本发明的，并不是用于限定地解释本发明的。本发明能够进行不脱离其主旨的变更/改进，并且本发明包含其等价物。即、本领域技术人员对各实施方式添加适当的设计变更后仍具备本发明的特征，则其均包含在本发明的范围内。例如，各实施方式具备的各要素以及其配置、材料、条件、形状、尺寸等能够进行适当变更而并不限定于例示的内容。例如，在已叙述的实施方式中，对将保持臂110折弯2次以上的构成进行了说明，但并不限定于此。保持臂110例如也可以是1次也未折弯而连接基部130的长边131b与框体140b的构成。另外，保持臂110例如也可以是仅1次折弯而连接基部130的长边131b与框体140c或者140d的构成。在该情况下，能够实现谐振装置1的小型化。另外，各实施方式仅是例示，当然能够部分的置换或者组合不同的实施方式所示的构成，只要这些包含本发明的特征就包含在本发明的范围内。
附图标记说明：1…谐振装置；10…谐振子；30…上盖；20…下盖；140…保持部；140a～d…框体；110…保持臂；111a～114a、11b～114b…臂；120…振动部；130…基部；131a、131b…长边；131c、131d…短边；135A～D…振动臂；F2…Si基板；F2’…氧化硅层(温度特性修正层)。

Claims (8)

1.一种谐振装置，其特征在于，具备：
谐振子；以及
将所述谐振子夹在之间并相互对置的上盖和下盖，
所述谐振子具有：
基部；
多个振动臂，具有压电体和将该压电体夹在之间并相互对置的1对电极层，一端与所述基部的前端连接，向远离所述基部的方向延伸；
保持部，被设置于所述基部以及所述振动臂的周围的至少一部分；以及
保持臂，一端与所述基部连接，另一端在与所述多个振动臂的所述一端相比更靠所述多个振动臂的另一端侧与所述保持部连接，
所述基部、所述多个振动臂以及所述保持臂具有基板以及层叠于该基板的、由热膨胀率与该基板不同的材料构成的温度特性修正层，并且由所述基板以及所述温度特性修正层一体地形成。
2.根据权利要求1所述的谐振装置，其特征在于，
所述保持部包含基板，该基板与所述基部、所述多个振动臂以及所述保持臂的所述基板一体地形成，
所述保持部的基板具有与所述下盖对置的第1面，
所述基部的基板具有与所述下盖对置的第2面，
所述保持臂的基板具有与所述下盖对置的第3面，
所述基部的所述第2面中的、同在该基部与所述前端对置的后端对应的部分与所述第1面不在同一平面上，
所述保持臂的所述第3面中的、与该保持臂的所述一端对应的部分与所述第1面不在同一平面上。
3.根据权利要求2所述的谐振装置，其特征在于，
所述多个振动臂的基板具有与所述下盖对置的第4面，
从所述第4面的与所述多个振动臂的所述另一端对应的部分到所述第1面为止的距离比从所述第2面的与所述基部的所述后端对应的部分到所述第1面为止的距离小。
4.根据权利要求3所述的谐振装置，其特征在于，
所述多个振动臂的所述第4面中的、与所述多个振动臂的所述一端对应的部分不在所述第1面上，
所述多个振动臂的所述第4面具有从与所述多个振动臂的所述一端对应的部分朝向与所述多个振动臂的另一端对应的部分而与所述第1面接近的部分。
5.根据权利要求3所述的谐振装置，其特征在于，
所述保持臂的所述第3面随着从与所述保持臂的所述另一端对应的部分朝向与所述保持臂的所述一端对应的部分而远离所述第1面。
6.根据权利要求2所述的谐振装置，其特征在于，
从所述基部的所述前端到所述基部的所述后端为止的长度比所述多个振动臂中的从所述一端到所述另一端为止的长度短。
7.根据权利要求2所述的谐振装置，其特征在于，
所述保持臂具有一端与所述基部的所述后端连接且沿远离该后端的方向延伸的子臂，
从所述基部的前端到所述子臂的另一端为止的长度比所述多个振动臂中的从所述一端到所述另一端为止的长度短。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的谐振装置，其特征在于，
所述基板由硅构成，
所述温度特性修正层由氧化硅构成。
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