CN110785930A - 谐振器以及谐振装置 - Google Patents

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Abstract

能够在任意的长宽比提高限制性。具备：振动部，具有基板和一个以上的电极，基板具有由宽度方向以及长度方向确定的主面，电极形成在遍及基板的主面中的至少长度方向的大致整个区域的区域，振动部根据对电极施加的电压，以沿着宽度方向的伸缩振动为主振动；保持部，被设置成包围振动部的至少一部分；以及保持臂，将振动部和保持部连接，振动部具有位于长度方向的端部的宽度方向的宽度Wo，并且具有至少一处以上的异形部，异形部在宽度方向上形成为凹状或者凸状，以便具有位于长度方向上的对置的一对端部之间的、与宽度Wo不同的宽度Wm。

Description

谐振器以及谐振装置
技术领域
本发明涉及以轮廓振动模式振动的谐振器以及谐振装置。
背景技术
以往，使用了MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)技术的谐振器例如被用作定时设备。该谐振器安装于组装到智能手机等电子设备内的印刷电路基板上。对于MEMS谐振器而言，存在多个振动模式，但在MHz频带中通常使用轮廓振动模式。
已知：在谐振器的技术中，振动的限制性是重要的特性之一，并且在轮廓振动模式中，在规定的长宽比(长度方向相对于宽度方向的大小)，谐振器的端面成为节点，限制性提高(例如专利文献1)。
专利文献1：日本专利第3139274号公报
然而，在将基于振动的位移相对较大的方向设为宽度方向，将位移相对较小的方向设为长度方向的情况下，谐振器的频率大体上由宽度方向的尺寸决定。因此，在考虑到谐振器的小型化的情况下，为了获得所希望的频率而需要减小长宽比，但此时，存在根据所选择的长宽比而限制性并不适当的情况。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于在任意的长宽比，提高限制性。
本发明的一个方面所涉及的谐振器具备：振动部，具有基板和一个以上的电极，基板具有由宽度方向以及长度方向确定的主面，电极形成于基板的主面，振动部根据对电极施加的电压以沿着宽度方向的伸缩振动为主振动；保持部，被设置成包围振动部的至少一部分；以及保持臂，将振动部和保持部连接，振动部具有位于长度方向的端部的宽度方向的宽度Wo，振动部具有至少一处以上的异形部，异形部在宽度方向上形成为凹状或者凸状，以便具有位于长度方向上的对置的一对端部之间的、与宽度Wo不同的宽度Wm。
根据本发明，能够在任意的长宽比，提高限制性。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的谐振装置的外观的立体图。
图2是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的谐振装置的结构的分解立体图。
图3A是取下上侧基板后的本发明的实施方式所涉及的谐振器的俯视图。
图3B是取下上侧基板后的本发明的实施方式所涉及的谐振器的俯视图。
图4A是沿着图3A的AA′线的剖视图。
图4B是沿着图3A的BB′线的剖视图。
图5是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图6A是取下上侧基板后的本发明的实施方式所涉及的谐振器的俯视图。
图6B是取下上侧基板后的本发明的实施方式所涉及的谐振器的俯视图。
图7A是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图7B是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图8A是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图8B是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图9A是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图9B是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图10A是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
图10B是表示使用了本发明的实施方式所涉及的谐振器的实验结果的图示。
具体实施方式
[实施方式]
以下，参照添附的附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的谐振装置1的外观的立体图。另外，图2是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的谐振装置1的结构的分解立体图。
该谐振装置1具备谐振器10、夹着谐振器10设置的上盖30以及下盖20。即，谐振装置1通过依次层叠下盖20、谐振器10以及上盖30而构成。
另外，谐振器10与下盖20及上盖30接合，由此，谐振器10被密封，另外，形成谐振器10的振动空间。分别使用Si基板来形成谐振器10、下盖20以及上盖30。而且，通过Si基板彼此相互接合，从而谐振器10、下盖20以及上盖30相互接合。也可以使用SOI基板来形成谐振器10以及下盖20。
谐振器10是使用MEMS技术所制造的MEMS谐振器。此外，在本实施方式中，以使用硅基板(Si基板)形成谐振器10为例进行说明，但此处，硅基板并不限定于仅由硅材料构成的基板，也包括如后述那样掺杂有P(磷)等N型半导体材料的基板(例如，包含简并半导体的基板)。
以下，详细地对谐振装置1的各结构进行说明。
(1.上盖30)
上盖30沿着XY平面扩张成平板状，在其背面例如形成有平坦的长方体形状的凹部31。凹部31被侧壁33包围，形成谐振器10振动的空间亦即振动空间的一部分。
(2.下盖20)
下盖20具有沿着XY平面设置的矩形平板状的底板22、和从底板22的周边部沿Z轴方向(即，下盖20和谐振器10的层叠方向)延伸的侧壁23。在下盖20中，在与谐振器10对置的面设置有由底板22的表面和侧壁23的内面形成的凹部21。凹部21形成谐振器10的振动空间的一部分。通过上述的上盖30和下盖20，气密性地密封该振动空间，维持真空状态。也可以在该振动空间中例如填充惰性气体等气体。
(3.谐振器10)
图3A是示意性地表示本实施方式所涉及的谐振器10的构造的俯视图。使用图3A，对本实施方式所涉及的谐振器10的各结构进行说明。谐振器10具备振动部120、保持部140、保持臂110a、110b(以下，也统一称为“保持臂110”。)。
(a)振动部120
振动部120是沿着图3A的正交坐标系中的XY平面扩张的板状。振动部120被设置在保持部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。
如果将振动部120的宽度方向设为沿着振动部120的振动方向的方向(图3A的Y轴方向)、将长度方向设为沿着振动的节的方向(是与振动方向正交的方向，图3A的X轴方向)，则本实施方式所涉及的振动部120在宽度方向上具有短径，在长度方向上具有长径。
此处对本说明书中的与振动部120的尺寸有关的定义进行说明。在将Y轴方向设为宽度方向、将X轴方向设为长度方向的XY平面的俯视时，振动部120具有位于X轴方向的端部的Y轴方向的宽度Wo、位于X轴方向的对置的一对端部之间的与宽度Wo不同的宽度Wm、以及位于Y轴方向的端部的X轴方向的长度L。即，振动部120通过在X轴方向的中间部分具有与宽度Wo不同的宽度Wm，从而具有至少一处以上的在宽度方向上形成为凹状或者凸状的异形部123。例如，图3A示出异形部为一个的方式，图3B示出异形部为多个的方式。此外，在图3A、图3B的任何一个中，在俯视时，振动部120的长度大致固定。
换言之，振动部120的平面形状构成为具有矩形的轮廓的第一区域121和与该第一区域121组合的第二区域(在图3A以及图3B的例子中是缺口部)122。在XY面的俯视时，第一区域121具有沿着振动部120的长度方向(X轴方向)的一对长边，并且具有沿着宽度方向(Y轴方向)的一对短边。在图3A的例子中，第二区域异形部123形成在第一区域121中的长度方向的中央附近。
异形部123的宽度Wm被定义为振动部120中的沿着宽度方向的大小中的从宽度Wo起的位移最大的位置处的宽度。另外，振动部120的长宽比(尺寸比)由相对于宽度Wo的长度L(即L/Wo)表示。
此外，对于振动部120的形状的详细，在“5.振动部120的详细结构”中后述。
振动部120在其大致整个面具有与Si基板F2(参照图4A)的表面对置的面，并且具有沿着振动部120的轮廓的形状的一个上部电极(电极的一个例子。)E2。在图3A中，振动部120在X轴方向具有长径，在Y轴方向具有短径。此外，振动部120也可以具有多个上部电极E2。另外，上部电极E2从振动部120的长度方向上的一端形成到另一端即可，并不限定于沿着振动部120的轮廓的形状。
使用图4A、4B对详细内容进行说明，但振动部120具有与上部电极E2对应的振动区域。振动区域是在沿着振动的节的方向(即长度方向)上分割振动部120的区域，振动部120按每个振动区域进行轮廓振动。振动区域被构成为在振动部120中，将连接与后述的保持臂110的连接位置的区域设为节，在Y轴方向上进行轮廓振动。
根据长宽比来决定振动部120中形成的振动区域的个数。例如在如图3B所示那样的与图3A相比长度方向较长的振动部120的情况下，形成两个振动区域。
(b)保持部140
保持部140沿着XY平面形成为矩形的框状。保持部140被设置成在俯视时沿着XY平面包围振动部120的外侧。此外，保持部140设置在振动部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，另外能够与上盖30以及下盖20接合的程度设置在振动部120的周围即可。
在本实施方式中，保持部140包括框体140a、140b、140c、140d。此外，如图2所示，框体140a～140c具有一体形成的棱柱形状。如图3A所示，框体140a、140b与X轴方向平行且与振动部120的长边对置地延伸。另外，框体140c、140d与振动部120的短边对置且与Y轴方向平行地延伸，并且在其两端分别与框体140a、140b的两端连接。
框体140c、140d在其中央附近通过保持臂110连接。而且，框体140c、140d在与保持臂110的连接位置附近分别具备端子V1、V2。端子V1是用于将上部电极E2与外部连接的端子。另外，端子V2是用于将后述的下部电极E1与外部连接的端子。
(c)保持臂110
保持臂110a、110b(以下，也统一称为“保持臂110”。)是棱柱形状的臂，被设置于保持部140的内侧且振动部120的短边与框体140c、140d之间的空间中。保持臂110a、110b将振动部120的短边分别与框体140c、140d连接。
在保持臂110a的表面，上部电极E2从振动部120形成到框体140c。
(4.层叠构造)
使用图4A、4B对谐振器10的层叠构造进行说明。图4A是图3A的AA′剖视图，图4B是图3A的BB′剖视图。
在本实施方式所涉及的谐振器10中，保持部140、振动部120、保持臂110通过相同工序一体地形成。如图4A、4B所示，在谐振器10中，首先，在Si(硅)基板F2(基板的一个例子。)上层叠下部电极E1。然后，在下部电极E1上层叠压电薄膜F3(压电体的一个例子。)以覆盖下部电极E1，进一步在压电薄膜F3上层叠上部电极E2。
Si基板F2例如由厚度10μm左右的简并后的n型Si半导体形成，作为n型掺杂剂，可以包含P(磷)、As(砷)、Sb(锑)等。Si基板F2所使用的简并Si的电阻值例如是0.53mΩ·cm以上0.56mΩ·cm以下左右。另外，Si基板F2的厚度T例如是10μm以上30μm以下左右。
而且，在Si基板F2的下表面形成有由氧化硅(例如SiO2)形成的温度特性修正层F1。由此，能够提高温度特性。
在本实施方式中，温度特性修正层F1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F1的情况相比，至少在常温附近减少在Si基板F2形成温度修正层F1时的振动部120中的频率的温度系数(即，每个温度的变化率)。通过振动部120具有温度特性修正层F1，从而例如能够减少由Si基板F2、下部电极E1、上部电极E2、压电薄膜F3以及温度修正层F1形成的层叠构造体的谐振频率的伴随着温度的变化。在本实施方式中，温度特性修正层F1的厚度是0.2μm以上2.0μm以下左右。
在谐振器10中，优选温度特性修正层F1以均匀的厚度形成。此外，均匀的厚度是指温度特性修正层F1的厚度的偏差在厚度的平均值的±20％以内。
此外，温度特性修正层F1也可以形成于Si基板F2的上表面，也可以形成于Si基板F2的上表面和下表面双方。另外，在本实施方式中，至少振动部120、保持臂110通过相同的Si基板F2以及相同的温度特性修正层F1一体地形成。此外，在保持部140中，也可以在Si基板F2的下表面不形成温度特性修正层F1。
另外，使用Mo(钼)、铝(Al)等形成上部电极E2以及下部电极E1。此外，通过使用简并的Si作为Si基板F2，从而Si基板F2能够兼作下部电极E1。即，在Si基板F2具备作为下部电极的功能的情况下，能够省略下部电极E1的结构。在本实施方式中，下部电极E1的厚度例如是0.1μm左右，上部电极E2的厚度例如0.2μm左右。
上部电极E2以及下部电极E1通过蚀刻等形成为所希望的形状。下部电极E1形成为例如在振动部120上作为下部的电极发挥作用。另外，下部电极E1形成为在保持臂110或保持部140上作为用于将下部电极经由端子V2与设置在谐振器10的外部的交流电源连接的布线发挥作用。
另一方面，上部电极E2形成为在振动部120上作为上部的电极发挥作用。另外，上部电极E2形成为在保持臂110或保持部140上作为用于将上部电极经由端子V1与设置在谐振器10的外部的交流电源连接的布线发挥作用。
端子V2形成为经由形成于后述的压电薄膜F3的导通孔与下部电极E1连接。另外，端子V1形成在上部电极E2上。例如使用Mo(钼)、Al(铝)等形成端子V1、V2。
此外，在将交流电源与端子V1、V2连接时，可以使用如下结构：在上盖30的外表面形成电极(外部电极的一个例子。)，并且该电极将作为外部电源的交流电源与下部布线或者上部布线连接的结构；在上盖30内形成导通孔并在该导通孔的内部填充导电性材料来设置布线，并且该布线将交流电源与下部布线或者上部布线连接的结构。
压电薄膜F3是将所施加的电压转换为振动的压电体的薄膜，例如能够以AlN(氮化铝)等氮化物、氧化物为主要成分。具体而言，能够由ScAlN(钪氮化铝)形成压电薄膜F3。ScAlN是将氮化铝中的铝的一部分置换成钪的物质。另外，压电薄膜F3例如具有0.8μm左右的厚度。
接下来，对振动部120的功能进行说明。如图4(A)所示，振动部120具有振动区域。在振动区域中，压电薄膜F3根据通过上部电极E2、下部电极E1对压电薄膜F3施加的电场而在XY平面的面内方向即Y轴方向进行伸缩。具体而言，压电薄膜F3在c轴方向上取向，因此，若对上部电极E2以及下部电极E1施加规定的电场，在上部电极E与下部电极E1之间形成规定的电位差，则压电薄膜F3根据该电位差在XY面内方向进行伸缩，从而振动区域进行伸缩振动(轮廓振动)。
(5.振动部120的详细结构)
首先，使用图5对使长宽比变化的情况下的、以往的振动部120的X轴方向(即长度方向)的振动的位移进行说明。在图5中，横轴表示长宽比(AR)，纵轴表示振动部120的长度方向上的与保持臂110的接合位置的位移量(以下也简称为“长度方向的位移量”。)。此外，图5所示结果的验证使用FEM进行，通过利用保持臂120的剖面对长度方向的位移量进行面积分来量化长度方向上的保持臂的位移量。另外，在图5所示的振动部A至F中，颜色淡的区域表示基于振动的位移较少的区域，颜色浓的区域表示基于振动的位移较大的区域。
此处，在振动部120中的宽度方向的中央，长度方向的位移量为0是指沿着长度方向，振动的节(节点)从振动部120的一端形成到另一端的状态(图5的120B、120E的状态)。即，在该状态下，由于宽度方向和长度方向的振动适当地耦合，所以振动部120中的宽度方向和长度方向的伸缩定时成为相反相位。其结果是，振动部120在振动的节与保持臂110连接，由此能够减少保持所引起的振动的损失。
另一方面，在振动部120中的宽度方向的中央，长度方向的位移量为正的状态(图5的图示的上侧的区域)下，宽度方向的振动与长度方向的振动的耦合较强，所以振动部120在宽度方向上收缩时，也在长度方向上收缩。由此，振动的节没有形成到振动部120的端部而集中在中央部(图5的120A、120D的状态)。另外，在振动部120中的宽度方向的中央，X轴方向的基于振动的位移量为负的状态(图5的图示的下侧的区域)下，振动的耦合较弱，所以在宽度方向上收缩的情况下，在长度方向上过于扩张(图5的120C、120F的状态)。在这些情况下，在通过保持臂110保持振动部120的情况下，产生了由保持引起的损失。
此外，在振动部120中的宽度方向的中央，长度方向的位移量为正的状态具体地是指宽度方向和长度方向的振动的耦合较强，在宽度方向上收缩/伸长时，在长度方向上收缩/伸长的状态。另外，在振动部120中的宽度方向的中央，长度方向的位移量为负的状态具体地是指宽度方向和长度方向的振动的耦合较弱，在宽度方向上收缩/伸长时，在长度方向上伸长/收缩的状态。
这样，在以往的振动部120中，在形成振动部120以便不产生保持部140保持振动部120所引起的振动的损失的情况下，可利用的长宽比是离散的。对于这一点，在本实施方式所涉及的振动部120中，通过具备异形部123，从而能够使用以往不能够利用的长宽比。
以下，对振动部120的结构进行详述。此外，振动部120中的异形部123的形状根据振动部120中设定的长宽比对应于图5的长度方向上的与保持臂110的接合位置的位移为正的方向的区域还是对应于为负的方向的区域而不同。因此，在以下，分为长宽比的数值范围对应于长度方向上的与保持臂110的接合位置的位移为正的区域的情况、和对应于为负的区域的情况来进行说明。
(1)对应于长度方向的位移量为正的区域的情况(长宽比：1.0n以上且小于1.45n(其中，n为自然数，表示所形成的振动区域的数量))
参照图3A以及图3B，详细地对该区域中的振动部120的结构进行说明。在该情况下，异形部123是指宽度小于宽度Wo的区域(凹部)，宽度Wm意味着振动部120中的最小的宽度。图3A是只形成一个振动区域的情况下(n＝1)的结构，图3B是形成两个振动区域的情况下(n＝2)的结构。
异形部123分别形成在各振动区域的长度方向上的中央部。在图3A以及图3B中，异形部123是多边形的形状，但并不限定于此，也可以是圆弧形状。另外，异形部123也可以在其周边具有凹凸。
(2)对应于长度方向的位移量为负的区域的情况(长宽比：1.45n以上且小于2.0n)
参照图6A以及图6B，详细地对该区域中的振动部120的结构进行说明。在该情况下，异形部123是指宽度大于宽度Wo的区域(凸部)，宽度Wm意味着振动部120中的最大的宽度。图6A是只形成一个振动区域的情况下(n＝1)的结构，图6B是形成两个振动区域的情况下(n＝2)的结构。
在该情况下，也与上述(1)同样地，异形部123分别形成在各振动区域的长度方向上的中央部。
(3)基于通式的表达
针对具有上述的(1)、(2)的异形部123的振动部120，对将有效长宽比设为x的情况下的、基于通式的表达进行说明。此处，有效长宽比意味着每一个振动区域的长宽比，在将振动区域的数量设为n(n为正的整数)的情况下，是通过以下的式(1)定义的值。
[式1]
Figure BDA0002327994610000101
由构成Si基板F2的Si的旋转角决定表示异形部123的形状的关系式。此处，对谐振器的宽度方向沿着[100]的情况和沿着[110]的情况进行说明。
·Si旋转角[100]的情况
图7A以及图7B是表示验证在Si旋转角[100]的情况下，在多个种类的长宽比的振动部120的每一个中，使异形部123的宽度Wm变化的情况下的、基于振动的长度方向上的与保持臂110的接合位置的位移量而得的结果的图示。横轴表示宽度的比Wm/Wo，纵轴表示基于振动的长度方向上的与保持臂110的接合位置的位移量。图7A是振动区域为一个(n＝1)的振动部120中的验证结果，图7B是振动区域为两个(n＝2)的振动部120中的验证结果。
另外，在图7A中，图示与长宽比之间的关系如下。
·长宽比1.00：实线(白圆)的图示
·长宽比1.25：虚线(黑圆)的图示
·长宽比1.46：点线(白圆)的图示
·长宽比1.60：单点划线(黑圆)的图示
·长宽比1.80：双点划线(白圆)的图示
·长宽比2.00：粗线(黑圆)的图示
在图7B中，图示与长宽比之间的关系如下。
·长宽比2.20：实线(白圆)的图示
·长宽比2.50：虚线(黑圆)的图示
·长宽比3.40：点线(白圆)的图示
图8A是针对在图7A以及图7B的图示中长度方向的位移量为0附近的振动部120，将横轴设为长宽比、纵轴设为宽度的比Wm/Wo进行标绘而成的图示。三条直线(A)y＝0.97x－22、(B)y＝0.64x+0.06、(C)y＝0.31x+0.35均表示回归直线。
这样的话，根据图8A、图7A以及图7B的图示可知，在各长宽比的振动部120中，如果宽度的比Wm/Wo是图8A中的直线(A)与直线(C)之间的值，则该振动部120的基于振动的长度方向的位移量为0附近。因此，使用有效长宽比x并用以下的式(2)表示基于振动的长度方向的位移量为0附近的情况下的长度L、宽度Wo、宽度Wm的关系。
[式2]
Figure BDA0002327994610000111
此外，宽度的比Wm/Wo最优的是与直线(B)一致的情况，即，Wm/Wo＝0.64x+0.06的情况。
同样地，图8B是对振动部120的体积Vm与能够连结振动部120的四个顶点的矩形部的体积Vo(即长度L与宽度Wo与厚度T的积)之间的关系进行整理而得的图示。具体而言，图8B是针对在图7A以及图7B的图示中长度方向的位移量为0附近的振动部120，将横轴设为长宽比、纵轴设为体积的比Vm/Vo进行标绘而成的图示。三条直线(A)y＝0.58x+0.26、(B)y＝0.36x+0.49、(C)y＝0.13x+0.73均表示回归直线。
这样的话，根据图8B、图7A以及图7B的图示可知，基于振动的长度方向的位移量为0附近的情况下的体积比Vm/Vo在各长宽比下为图8B中的直线(A)与直线(C)之间的值即可，使用有效长宽比x并用以下的式(3)表示面积Vm、Vo的关系。
[式3]
Figure BDA0002327994610000121
此外，Vm/Vo最优的是与直线(B)一致的情况，即，Vm/Vo＝0.36x+0.49的情况。
·Si旋转角[110]的情况
图9A以及图9B是表示验证在Si旋转角[110]的情况下，在多个种类的长宽比的振动部120的每一个中，使异形部123的宽度Wm变化的情况下的、振动的长度方向的保持臂110的位移量而得的结果的图示。横轴表示宽度的比Wm/Wo，纵轴表示振动的长度方向的保持臂110的位移量。图9A是振动区域为一个(n＝1)的振动部120中的验证结果，图7B是振动区域为两个(n＝2)的振动部120中的验证结果。
另外，在图9A中，图示与长宽比之间的关系如下。
·长宽比1.00：实线(白圆)的图示
·长宽比1.20：虚线(黑圆)的图示
·长宽比1.55：点线(白圆)的图示
·长宽比2.50：单点划线(黑圆)的图示
在图9B中，图示与长宽比之间的关系如下。
·长宽比2.70：实线(白圆)的图示
·长宽比3.90：虚线(黑圆)的图示
图10A是针对在图9A以及图9B的图示中长度方向的位移量为0附近的振动部120，将横轴设为长宽比、纵轴设为宽度的比Wm/Wo进行标绘而成的图示图10A。这样的话，由以下的式(4)表示基于振动的长度方向的位移量为0附近的情况下的长度L、宽度Wo、宽度Wm的关系。
[式4]
Figure BDA0002327994610000122
此外，Wm/Wo的最优值是0.21x+0.59。
同样地，图10B是针对在图9A以及图9B的图示中长度方向的位移量为0附近的振动部120，将横轴设为长宽比、纵轴设为体积的比Vm/Vo进行标绘而成的图示图10B。这样的话，由以下的式(5)表示基于3振动的长度方向的位移量为0附近的情况下的体积Vm与体积Vo之间的关系。
[式5]
Figure BDA0002327994610000131
此外，Vm/Vo的最优值是0.11x+0.80。
这样，对于本实施方式所涉及的谐振器10而言，通过振动部120具备异形部123，从而能够使得基于振动的长度方向的位移量为0附近。由此，能够在任意的长宽比下都提高限制性。
[其它实施方式]
以上说明的各实施方式是用于使本发明的理解变得容易的实施方式，并不用于限定地解释本发明。本发明在不脱离其主旨的范围内，能够进行变更/改进，并且在本发明中也包含其等效物。即，本领域技术人员对各实施方式适当地施加了设计变更后的实施方式只要具备本发明的特征，则也包含于本发明的范围内。例如，各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于所例示的内容，而能够适当地变更。另外，各实施方式是例示，当然能够进行不同的实施方式所示的结构的部分的置换或者组合，只要它们也包含本发明的特征则也包含于本发明的范围内。
例如，在已叙述的实施方式中，对使用Si形成谐振器10的结构进行了说明，但并不限定于此。例如也可以由水晶形成谐振器10。另外，在已叙述的实施方式中，对使用了压电MEMS的技术的谐振器进行了说明，但并不限定于此，谐振器也可以使用静电MEMS的技术。
以上，对本发明的例示的实施方式进行了说明。本实施方式所涉及的谐振器10具备：振动部120，具有基板F2和一个以上的电极E2，基板F2具有由宽度方向以及长度方向确定的主面，电极E2形成于基板F2的主面，振动部120根据对电极E2施加的电压来进行以沿着宽度方向的振动为主振动的伸缩振动；保持部140，被设置成包围振动部120的至少一部分；以及保持臂110，将振动部120和保持部140连接，振动部120具有位于长度方向的端部的宽度方向的宽度Wo，并且具有至少一处以上的异形部123，异形部123在宽度方向上形成为凹状或者凸状，以便具有位于长度方向上的对置的一对端部之间的、与宽度Wo不同的宽度Wm。由此，在谐振器10中，能够在任意的长宽比下提高限制性。在实施例中，对轮廓振动的基本波进行了说明，但在高阶模式下也同样地能够在任意的长宽比下提高限制性。另外，短边形状设为直线来进行了说明，但并不特别限定于直线。
另外，优选：振动部120具有位于宽度方向的端部的长度方向的长度L，根据长度L与宽度Wo的比亦即长宽比L/Wo的值，沿着长度方向形成有一个以上的振动区域，异形部123形成在一个以上的振动区域各自的长度方向上的中央附近。
优选：在振动部120中，基于长宽比L/Wo的值来决定形成伸缩振动的节的区域，在振动部120中的宽度方向的中央、长度方向上的伸缩振动的位移量为正的长宽比L/Wo的值的第一数值范围内，异形部123被设定为宽度Wm，其中Wm＜Wo。
优选：基板F2包含硅，振动部120还具有形成在基板F2与电极E2之间的压电体层F3，压电体层F3被构成为根据对电极E2施加的电压，在沿着基板F2的主面的平面内进行伸缩振动，在第一数值范围内，在将形成于振动部120的振动区域的数量设为n时，长宽比L/Wo的值被设定为1.0n≤L/Wo＜1.45n的范围。
另外，优选：在振动部120中，基于长宽比L/Wo的值来决定形成伸缩振动的节的区域，在振动部120中的宽度方向的中央、长度方向上的伸缩振动的位移量为负的长宽比L/Wo的值的第二数值范围内，异形部123被设定为宽度Wm，其中Wm＞Wo。
另外，优选：基板F2包含硅，振动部120还具有形成在基板F2与电极E2之间的压电体层F3，压电体层F3被构成为根据对电极E2施加的电压，在沿着基板F3的主面的平面内进行伸缩振动，在第二数值范围内，长宽比L/Wo的值被设定为1.45n≤L/Wo＜2.0n的范围。
另外，优选：在振动部120中，在将振动部120中的每个振动区域的长宽比设为有效长宽比x、将所形成的振动区域的数量设为n时，该有效长宽比x被设定为：
[式6]
另外，优选：在振动部120中，长度方向或者宽度方向是沿着形成基板F2的硅的[100]面的方向，异形部123的宽度Wm相对于振动部120的宽度Wo被设定为0.31x+0.35≤Wm/Wo≤0.97x－0.22。
优选：在振动部120中，长度方向或者宽度方向是沿着形成基板F2的硅的[100]面的方向，振动部120的体积Vm相对于长度L、上述宽度Wo以及厚度T的积Vo被设定为0.13x+0.73≤Vm/Vo≤0.58x+0.26。
另外，优选：在振动部120中，长度方向或者宽度方向是沿着形成基板F2的硅的[110]面的方向，异形部123的宽度Wm相对于振动部120的宽度Wo被设定为0.16x+0.56≤Wm/Wo≤0.25x+0.63。
优选：在振动部120中，长度方向或者宽度方向是沿着形成基板F2的硅的[110]面的方向，振动部120的体积Vm相对于长度L、宽度Wo以及厚度T的积Vo被设定为0.08x+0.77≤Vm/Vo≤0.14x+0.84。
另外，优选：保持臂110在振动部120中的长度方向的端部与宽度方向的中央部连接。根据该优选的方式，保持部110在形成于振动部120的振动的节与振动部120连接。由此，能够减少保持所引起的振动的损失，能够进一步提高限制性。
本发明的一个实施方式所涉及的谐振装置1具备上述的谐振器10、覆盖谐振器10的盖体20、30、以及外部电极。
附图标记说明：1…谐振装置；10…谐振器；30…上盖；20…下盖；140…保持部；140a～d…框体；110…保持臂；120…振动部；123…异形部；F2…Si基板。

Claims (13)

1.一种谐振器，具备：
振动部，具备基板和一个以上的电极，所述基板具有由宽度方向以及长度方向确定的主面，所述电极形成于所述基板的所述主面，所述振动部根据对所述电极施加的电压进行伸缩振动，所述伸缩振动以沿着所述宽度方向的振动作为主振动；
保持部，被设置成包围所述振动部的至少一部分；以及
保持臂，将所述振动部和所述保持部连接，
所述振动部具有位于所述长度方向的端部的所述宽度方向的宽度Wo，
所述振动部具有至少一处以上的异形部，所述异形部在所述宽度方向上形成为凹状或者凸状，以便具有位于所述长度方向上的对置的一对端部之间的、与所述宽度Wo不同的宽度Wm。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中，
所述振动部具有位于所述宽度方向的端部的所述长度方向的长度L，
所述振动部根据所述长度L与所述宽度Wo的比亦即长宽比L/Wo的值沿着所述长度方向形成有一个以上的振动区域，
所述异形部形成在所述一个以上的振动区域各自的长度方向上的中央附近。
3.根据权利要求2所述的谐振器，其中，
在所述振动部中，基于所述长宽比L/Wo的值来决定形成所述伸缩振动的节的区域，
在所述振动部中的所述宽度方向的中央所述长度方向上的伸缩振动的位移量为正的所述长宽比L/Wo的值的第一数值范围内，所述异形部被设定为宽度Wm，其中，Wm＜Wo。
4.根据权利要求3所述的谐振器，其中，
所述基板包含硅，
所述振动部还具有形成在所述基板与所述电极之间的压电体层，
所述压电体层被构成为根据对所述电极施加的电压在沿着所述基板的所述主面的平面内进行伸缩振动，
在所述第一数值范围内，在将形成于所述振动部的振动区域的数量设为n时，所述长宽比L/Wo的值被设定为1.0n≤L/Wo＜1.45n的范围。
5.根据权利要求2所述的谐振器，其中，
在所述振动部中，基于所述长宽比L/Wo的值来决定形成所述伸缩振动的节的区域，
在所述振动部中的所述宽度方向的中央所述长度方向上的伸缩振动的位移量为负的所述长宽比L/Wo的值的第二数值范围内，所述异形部被设定为宽度Wm，其中，Wm＞Wo。
6.根据权利要求5所述的谐振器，其中，
所述基板包含硅，
所述振动部还具有形成在所述基板与所述电极之间的压电体层，
所述压电体层被构成为根据对所述电极施加的电压在沿着所述基板的所述主面的平面内进行伸缩振动，
在所述第二数值范围内，所述长宽比L/Wo的值被设定为1.45n≤L/Wo＜2.0n的范围。
7.根据权利要求2～6中的任意一项所述的谐振器，其中，
在所述振动部中，
在将所述振动部中的每个所述振动区域的长宽比设为有效长宽比x、将所形成的振动区域的数量设为n时，该有效长宽比x被设定为：
[式7]
Figure FDA0002327994600000021
8.根据权利要求7所述的谐振器，其中，
在所述振动部中，
所述长度方向或者所述宽度方向是沿着形成所述基板的硅的[100]面的方向，
所述异形部的宽度Wm相对于所述振动部的宽度Wo被设定为：
0.31x+0.35≤Wm/Wo≤0.97x－0.22。
9.根据权利要求7或者8所述的谐振器，其中，
在所述振动部中，
所述长度方向或者所述宽度方向是沿着形成所述基板的硅的[100]面的方向，
所述振动部的体积Vm相对于所述长度L、所述宽度Wo以及所述振动部的厚度T的积Vo被设定为：
0.13x+0.73≤Vm/Vo≤0.58x+0.26。
10.根据权利要求7所述的谐振器，其中，
在所述振动部中，
所述长度方向或者所述宽度方向是沿着形成所述基板的硅的[110]面的方向，
所述异形部的宽度Wm相对于所述振动部的宽度Wo被设定为：
0.16x+0.56≤Wm/Wo≤0.25x+0.63。
11.根据权利要求7或者10所述的谐振器，其中，
在所述振动部中，
所述长度方向或者所述宽度方向是沿着形成所述基板的硅的[110]面的方向，
所述振动部的体积Vm相对于所述长度L、所述宽度Wo以及所述振动部的厚度T的积Vo被设定为：
0.08x+0.77≤Vm/Vo≤0.14x+0.84。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的谐振器，其中，
所述保持臂在所述振动部中的所述长度方向的端部与所述宽度方向的中央部连接。
13.一种谐振装置，具备：
权利要求1～12中的任意一项所述的谐振器；
覆盖所述谐振器的盖体；以及
外部电极。
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