CN112534719B - 谐振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及谐振装置。谐振装置(1)具备：下盖(20)；上盖(30)，与下盖(20)接合；以及谐振子(10)，具有在形成于下盖(20)与上盖(30)之间的振动空间弯曲振动的振动臂(121A～D)，在振动臂(121A～D)的前端部(122A～D)附着粒子(9)。在将粒子(9)的中位径设为D50，将粒子(9)的比重设为A，将谐振子(10)的谐振频率设为X时，满足

Description

谐振装置

技术领域

本发明涉及谐振装置。

背景技术

在智能手机等电子设备中，例如组装有谐振装置作为定时设备，该谐振装置是一种MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微电子机械系统)。这样的谐振装置例如具备：下侧基板、在与下侧基板之间形成空腔的上侧基板、在下侧基板与上侧基板之间配置于空腔内的谐振子。

以往，谐振装置的制造方法包含调整谐振子的谐振频率的工序。例如在专利文献1中公开了一种谐振装置的制造方法，包含通过使弯曲振动的振动臂激励，使该振动臂的一部分与下盖以及上盖的至少一方碰撞，从而调整谐振子的频率的工序，能够不损害谐振子的压电性而进行谐振频率的调整。

专利文献1：国际公开第2017/212677号

然而，在专利文献1所记载的制造方法中，在频率调整工序中由于振动臂与上盖或下盖的碰撞，从振动臂刮掉的粒子附着于振动臂。若在谐振子的振动中附着的粒子从振动臂脱落，则谐振子的谐振频率变动。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制谐振频率的变动的谐振装置。

本发明的一个方式所涉及的谐振装置具备：下盖；上盖，与下盖接合；以及谐振子，具有振动臂，该振动臂在形成于下盖与上盖之间的振动空间弯曲振动，在振动臂的前端部附着粒子，在将粒子的中位径设为D50、将粒子的比重设为A、将谐振子的谐振频率设为X时，满足D50≤189/

根据本发明，能够提供可抑制谐振频率的变动的谐振装置。

附图说明

图1是简要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是简要表示本发明的实施方式所涉及的谐振装置的构造的分解立体图。

图3是简要表示本发明的实施方式所涉及的谐振子的构造的俯视图。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的振动臂的前端的样子的照片。

图5是简要表示图1所示的谐振装置的沿着X轴的截面的图。

图6是简要表示图1所示的谐振装置的动作时的沿着Y轴的截面的图。

图7是表示附着于振动臂的前端的粒子的粒径分布的图表。

图8是表示以振幅10μm激励时施加于粒子的范德瓦尔斯力和惯性力平衡的条件的图表。

图9是表示以振幅100μm激励时施加于粒子的范德瓦尔斯力和惯性力平衡的条件的图表。

具体实施方式

以下，参照附图并对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，由相同或类似的附图标记表示相同或类似的构成要素。附图是例示的，各部的尺寸、形状是示意性的，不应将本发明的技术范围限定于该实施方式来解释。

＜实施方式＞

首先，参照图1和图2并对本发明的实施方式所涉及的谐振装置1的结构进行说明。图1是简要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是简要表示本发明的实施方式所涉及的谐振装置的构造的分解立体图。

(谐振装置1)

该谐振装置1具备：谐振子10、和被设置成夹着谐振子10彼此对置的下盖20以及上盖30。按照下盖20、谐振子10以及上盖30的顺序在Z轴方向上层叠下盖20、谐振子10以及上盖30。将谐振子10和下盖20接合，并将谐振子10和上盖30接合。在经由谐振子10彼此接合的下盖20与上盖30之间形成有谐振子10的振动空间。谐振子10、下盖20以及上盖30分别使用半导体基板、玻璃基板、有机基板等能够基于微细加工技术进行加工的基板而形成。

以下，对谐振装置1的各结构进行说明。此外，在以下的说明中，将谐振装置1中的设置有上盖30的一侧设为上(或者表面)、将谐振装置1中的设置有下盖20的一侧设为下(或者背面)来进行说明。

谐振子10是使用MEMS技术而制造的MEMS振子。谐振子10具备振动部110、保持部140以及保持臂150。振动部110被保持在振动空间内，以相对于XY面的面外弯曲振动模式振动。保持部140被设置为矩形的框状，以包围振动部110。保持臂150连接振动部110和保持部140。

下盖20具有沿XY平面设置的矩形平板状的底板22、和从底板22的周缘部沿Z轴方向延伸的侧壁23。侧壁23与谐振子10的保持部140接合。在下盖20中，在与谐振子10的振动部110对置的面形成有凹部21，该凹部21由底板22的表面和侧壁23的内表面形成。凹部21是向上开口的长方体状的开口部，形成谐振子10的振动空间的一部分。

上盖30是以谐振子10为基准与下盖20的构造对称的构造。即，上盖30具有沿XY平面设置的矩形平板状的底板32、和从底板32的周缘部沿Z轴方向延伸的侧壁33，侧壁33与谐振子10的保持部140接合。在上盖30中，在与谐振子10的振动部110对置的面形成有凹部31。凹部31是向下开口的长方体状的开口部，形成谐振子10的振动空间的一部分。

此外，下盖20的构造和上盖30的构造也可以是非对称。例如，下盖20以及上盖30的一方也可以是圆顶状。下盖20的凹部21以及上盖30的凹部31的形状可以相互不同，例如，凹部21和凹部31的深度也可以相互不同。

(谐振子10)

接下来，参照图3以及图4并对本发明的实施方式所涉及的谐振子10的振动部110、保持部140以及保持臂150的结构进行更详细说明。图3是简要表示本发明的实施方式所涉及的谐振子的构造的俯视图。图4是表示本发明的实施方式所涉及的振动臂的前端的情况的照片。

(振动部110)

如图3所示，从上盖30侧俯视时，振动部110设置在保持部140的内侧。在振动部110与保持部140之间以规定的间隔形成有空间。振动部110具有：由四个振动臂121A、121B、121C以及121D构成的激励部120；和与激励部120连接的基部130。此外，振动臂的数量并不限定于四个，例如可以设定为一个以上的任意的数量。在本实施方式中，激励部120和基部130一体地形成。

(振动臂121A～D)

振动臂121A、121B、121C以及121D分别沿Y轴方向延伸，并按照振动臂121A、121B、121C以及121D的顺序在X轴方向上以规定的间隔并列设置。振动臂121A具有成为开放端的前端部122A、和与基部130连接且成为固定端的基端部。振动臂121B、121C以及121D也同样地分别具有前端部122B、122C以及122D。此外，振动臂121A～D分别例如X轴方向的宽度为50μm左右，Y轴方向的长度为450μm左右。

在四个振动臂中，振动臂121A以及121D配置于X轴方向的外侧，另一方面，振动臂121B以及121C配置于X轴方向的内侧。作为一个例子，X轴方向上的内侧的振动臂121B与内侧的振动臂121C之间的间隔W1被设定为大于在X轴方向上邻接的外侧的振动臂121A与内侧的振动臂121B之间的间隔W2以及在X轴方向上邻接的外侧的振动臂121D与内侧的振动臂121C之间的间隔W2。这样，通过将间隔W2设定为小于间隔W1，从而改善振动特性。各间隔的数值没有被限定，例如，间隔W1为25μm左右，间隔W2为10μm左右。此外，内侧的振动臂彼此的间隔W1、和内侧的振动臂与外侧的振动臂的间隔W2并不限于图3所示的形态，可以将间隔W1设定为小于间隔W2，或者可以等间隔地设定它们。由此，例如能够实现谐振装置的小型化。

在振动部110的表面(与上盖30对置的面)侧遍及其整个面形成有保护膜F5。另外，在前端部122A、122B、122C以及122D中，在保护膜F5的表面分别形成有质量附加膜125A、125B、125C以及125D。这样，通过在振动臂121A～D形成质量附加膜125A～D，从而使振动臂121A～D的前端部122A～D各自的每单位长度的重量(以下，也仅称为“重量”。)大于振动臂121A～D的每个基端部的重量。也就是说，能够使前端部122A～D分别作为振动臂121A～D的施重部发挥功能。由此，能够维持振动部110的小型化，并且改善振动臂121A～D的振动特性。另外，通过适当地设定保护膜F5以及质量附加膜125A～D的尺寸以及形状等，从而能够使每个振动臂121A～D的质量以及重心等变化，并能够将振动臂121A～D的谐振频率设定为规定值。

(前端部122A～D)

图4是从背面(与下盖20对置的面)侧拍摄本实施方式所涉及的振动部的前端部的照片，具体而言，作为一个例子，示出振动臂121A的前端部122A和振动臂121B的前端部122B的各背面。此外，对于表示前端部122C以及122D的背面的照片，由于与前端部122A以及122B同样，因此省略。

如图4所示，在前端部122A以及122B的背面附着粒子9。另外，前端部122A以及122B的角部通过频率调整工序被刮削，成为R形状。粒子9是通过后述的频率调整工序主要刮掉前端部122A～D各自的一部分而得的粒子。在与前端部122A之间范德瓦尔斯力始终作用在附着于振动臂121A的粒子9上。另一方面，若振动臂121A振动，则在粒子9上作用与前端部122A的加速度的大小成比例的惯性力。作用于粒子9的惯性力的方向由于振动臂121A的振动而在接近前端部122A的方向和远离前端部122A的方向上周期性地变化。在惯性力大于范德瓦尔斯力时，由于粒子9从前端部122A飞散、或者再附着于前端部122A，在振动臂121A的振动中，前端部122A的重量发生变化。换言之，振动臂121A的谐振频率发生变化。粒子9也给振动臂121B～D带来与振动臂121A同样的影响。

鉴于这样的观点，在本发明的实施方式中，阐明了能够抑制粒子9的飞散并抑制频率变动的谐振装置1。详细后述，但在将谐振子10的谐振频率设为X，将粒子9的比重设为A，将粒子9的中位径(粒径的中值)设为D50时，附着于前端部的粒子9满足并且，附着与前端部的粒子9优选满足进一步优选满足/>此外，在本实施方式中，不仅附着于前端部122A～D的粒子9，还在包含与粒子9相同的组成且附着于谐振子10、下盖20以及上盖30的任意一个的粒子的谐振装置1的振动空间内的全部粒子中，优选满足/>更优选满足/>进一步优选满足/>

(基部130)

如图3所示，在从上盖30侧俯视时，基部130具有前端部131A、后端部131B、左端部131C以及右端部131D。前端部131A、后端部131B、左端部131C以及右端部131D分别是基部130的外缘部的一部分。具体而言，前端部131A是在激励部120侧沿X轴方向延伸的端部。后端部131B是在与激励部120相反侧沿X轴方向延伸的端部。左端部131C是当从振动臂121D观察时在振动臂121A侧沿Y轴方向延伸的端部。右端部131D是当从振动臂121A观察时在振动臂121D侧沿Y轴方向延伸的端部。

左端部131C的两端分别连结前端部131A的一端和后端部131B的一端。右端部131D的两端分别连结前端部131A的另一端和后端部131B的另一端。前端部131A和后端部131B在Y轴方向上彼此对置。左端部131C以及右端部131D在X轴方向上彼此对置。在前端部131A连接有振动臂121A～D。

在从上盖30侧俯视时，基部130的形状是大致长方形，以前端部131A和后端部131B为长边，以左端部131C和右端部131D为短边。基部130形成为相对于沿前端部131A以及后端部131B各自的垂直平分线所规定的假想平面P大致面对称。此外，基部130并不限于图3所示的长方形，也可以是相对于假想平面P构成大致面对称的其它形状。例如，基部130的形状也可以是前端部131A以及后端部131B的一方比另一方长的梯形。另外，前端部131A、后端部131B、左端部131C以及右端部131D的至少一个也可以屈曲或者弯曲。此外，假想平面P是振动部110中的通过振动臂121A～D排列的方向的中心的平面。换言之，激励部120形成为相对于假想平面P面对称。具体而言，假想平面P是振动臂121A与振动臂121D的对称面，是振动臂121B与振动臂121C的对称面。

在基部130中，前端部131A与后端部131B之间的Y轴方向上的最长距离、即基部长度作为一个例子是40μm左右。另外，左端部131C与右端部131D之间的X轴方向上的最长距离、即基部宽度作为一个例子是300μm左右。此外，在图3所示的结构例中，基部长度相当于左端部131C或者右端部131D的长度，基部宽度相当于前端部131A或者后端部131B的长度。

(保持部140)

如图3所示，在从上盖30侧俯视时，保持部140具有框体前部141A、框体后部141B、框体左部141C以及框体右部141D。框体前部141A、框体后部141B、框体左部141C以及框体右部141D分别是包围振动部110的大致矩形的框体的一部分。具体而言，框体前部141A是当从基部130观察时在激励部120侧沿X轴方向延伸的部分。框体后部141B是当从激励部120观察时在基部130侧沿X轴方向延伸的部分。框体左部141C是当从振动臂121D观察时在振动臂121A侧沿Y轴方向延伸的部分。框体右部141D是当从振动臂121A观察时在振动臂121D侧沿Y轴方向延伸的部分。

框体左部141C的两端分别与框体前部141A的一端以及框体后部141B的一端连接。框体右部141D的两端分别与框体前部141A的另一端以及框体后部141B的另一端连接。框体前部141A和框体后部141B夹着振动部110在Y轴方向上彼此对置。框体左部141C和框体右部141D夹着振动部110在X轴方向上彼此对置。此外，保持部140只要设置于振动部110的周围的至少一部分即可，并不限定于在周向上连续的框状的形状。

(保持臂150)

保持臂150设置于保持部140的内侧，并连接基部130的后端部131B和保持部140的框体后部141B。保持臂150形成为相对于假想平面P面对称。此外，保持臂150并不限定于上述的结构，例如，也可以由将基部130的后端部131B和保持部140的框体左部141C连接的臂和将基部130的后端部131B和保持部140的框体右部141D连接的臂构成。另外，保持臂150可以与基部130的左端部131C或者右端部131D连接，也可以与保持部140的框体前部141A连接。

接下来，参照图5以及图6并对本发明的实施方式所涉及的谐振装置1的层叠构造以及动作进行说明。图5是简要表示图1所示的谐振装置的沿着X轴的截面的图。图6是简要表示图1所示的谐振装置的动作时的沿着Y轴的截面的图。此外，图5只不过是为了说明谐振装置1的层叠构造而示意性地图示前端部122A～D、引出线C2及C3、贯通电极V2及V3等的截面，这些不一定位于同一平面状的截面上。例如，贯通电极V2以及V3也可以形成在从切断前端部122A～D并与由Z轴和X轴规定的ZX平面平行的截面在Y轴方向上远离的位置。同样地，图6只不过是为了说明谐振装置1的层叠构造而示意性地图示振动臂121A、引出线C1及C2、贯通电极V1及V2等的截面，这些不一定位于同一平面状的截面上。

(层叠构造)

对于谐振装置1而言，在下盖20的侧壁23上接合谐振子10的保持部140，进而将谐振子10的保持部140和上盖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以及谐振子10的保持部140形成振动部110振动的振动空间。作为一个例子，谐振子10、下盖20以及上盖30分别使用硅(Si)基板(以下，称为“Si基板”。)而形成。此外，谐振子10、下盖20以及上盖30也可以分别使用层叠有硅层以及氧化硅膜的SOI(SiliconOn Insulator：绝缘体上硅)基板而形成。

(谐振子10)

谐振子10的振动部110、保持部140以及保持臂150通过相同的工艺一体地形成。在谐振子10中，在作为基板的一个例子的Si基板F2上层叠有金属膜E1。而且，在金属膜E1上层叠有压电薄膜F3，以覆盖金属膜E1，进一步在压电薄膜F3上层叠有金属膜E2。在金属膜E2上层叠有保护膜F5，以覆盖金属膜E2。在前端部122A～D中，进一步在保护膜F5上分别层叠有质量附加膜125A～D。

Si基板F2例如由厚度6μm左右的简并的n型硅(Si)半导体形成，能够包括磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等作为n型掺杂剂。Si基板F2中所使用的简并硅(Si)的电阻值例如小于16mΩ·cm，更优选为1.2mΩ·cm以下。进而，在Si基板F2的下表面形成有例如由SiO₂等硅氧化物构成的温度特性修正层F21。换言之，相当于氧化硅膜的温度特性修正层F21相对于下盖20的底板22露出。通过形成温度特性修正层F21，从而能够提高谐振频率的温度特性。

温度特性修正层F21由硬度比下盖20的底板22低的材料形成。此外，本说明书中的“硬度”由维氏硬度规定。优选温度特性修正层F21的维氏硬度为10GPa以下，优选下盖20的底板22的维氏硬度为10GPa以上。这是因为前端部122A～D的温度特性修正层F21在谐振装置1的频率调整工序中与下盖20的底板22碰撞而容易被刮削。即，温度特性修正层F21能够换言之为第一频率调整膜。此外，在频率调整工序中，Si基板F2的一部分也有可能被刮削，因此Si基板F2的维氏硬度与温度特性修正层F21同样地优选为10GPa以下。

优选前端部122A～D的温度特性修正层F21以均匀的厚度形成。此外，均匀的厚度是指温度特性修正层F21的厚度的偏差在厚度的平均值的±20％以内。从减小粒子9的粒径的观点来看，优选温度特性修正层F21的厚度的平均值为粒子9的中位径D50以下，更优选温度特性修正层F21的厚度的最大值为粒子9的中位径D50以下。

此外，温度特性修正层F21除了作为频率调整膜的功能之外，也是温度特性修正层。所谓温度特性修正层是具有至少在常温附近降低谐振子10的谐振频率的温度系数、即每单位温度的谐振频率的变化率的功能的层。振动部110具有温度特性修正层F21，从而能够减少伴随环境温度的变化而产生的谐振子10的谐振频率的变化。此外，温度特性修正层可以形成于Si基板F2的上表面，或可以形成于Si基板F2的上表面以及下表面的双方。

金属膜E1以及E2分别具有激励振动臂121A～D的激励电极、和使激励电极与外部电源电连接的引出电极。作为金属膜E1以及E2的激励电极发挥功能的部分在振动臂121A～D中夹着压电薄膜F3彼此对置。作为金属膜E1以及E2的引出电极发挥功能的部分例如经由保持臂150从基部130被引出到保持部140。金属膜E1在整个谐振子10上电连续。金属膜E2电分离为形成在外侧的振动臂121A以及121D的部分和形成在内侧的振动臂121B以及121C的部分。金属膜E1以及E2各自的厚度例如为0.1μm以上且0.2μm以下左右。例如，金属膜E1以及E2分别在谐振子10的大致整个面上成膜后，通过蚀刻等除去加工而被图案化为激励电极、引出电极等。金属膜E1以及E2使用晶体结构为体心立方结构的金属。具体而言，金属膜E1以及E2使用Mo(钼)、钨(W)等而形成。

压电薄膜F3是由将电能和机械能相互转换的压电体的一种形成的薄膜。压电薄膜F3根据由金属膜E1及E2形成于压电薄膜F3的电场，在XY平面的面内方向中的Y轴方向上伸缩。通过该压电薄膜F3的伸缩，振动臂121A～D分别使其自由端朝向下盖20以及上盖30的内表面位移，并以面外的弯曲振动模式振动。

压电薄膜F3由具有纤锌矿六方晶体结构的晶体结构的材质形成，例如可以以氮化铝(AlN)、氮化钪铝(ScAlN)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)等氮化物或氧化物为主成分。此外，氮化钪铝是氮化铝中铝的一部分被置换成钪而成的，也可以代替钪而由镁(Mg)及铌(Nb)、或者镁(Mg)及锆(Zr)等两种元素来置换。压电薄膜F3的厚度例如为1μm左右，但也可以为0.2μm～2μm左右。

保护膜F5保护作为压电振动用的上部电极的金属膜E2免于氧化。另外，保护膜F5由硬度比上盖30的底板32低的材料形成。优选保护膜F5的维氏硬度为10GPa以下，优选上盖30的底板32的维氏硬度为10GPa以上。这是因为前端部122A～D的保护膜F5在谐振装置1的频率调整工序中与上盖30的底板32碰撞而容易被刮削。即，保护膜F5相当于第二频率调整膜。保护膜F5例如是氧化硅膜，相对于上盖30的底板32露出。此外，只要保护膜F5设置于上盖30侧，则可以不相对于上盖30的底板32露出。例如，也可以形成降低形成在谐振子10的布线的电容的寄生电容降低膜等覆盖保护膜F5的膜。

优选前端部122A～D的保护膜F5以均匀的厚度形成。此外，均匀的厚度是指保护膜F5的厚度的偏差在厚度的平均值的±20％以内。从减小粒子9的粒径的观点来看，优选保护膜F5的厚度的平均值为粒子9的中位径D50以下，更优选保护膜F5的厚度的最大值为粒子9的中位径D50以下。

此外，保护膜F5并不限定于氧化硅膜，例如，也可以由氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)等氮化膜、或者氧化铝(Al₂O₃)、五氧化二钽(Ta₂O₅)等氧化膜形成。

质量附加膜125A～D通过蚀刻等除去加工而形成。具体而言，在振动部110的大致整个面上形成质量附加膜，通过蚀刻除去前端部122A～D以外的部分的质量附加膜，从而形成质量附加膜125A～D。从频率调整的效率这一点来看，优选质量附加膜125A～D由基于蚀刻的质量降低速度比保护膜F5快的材料形成。质量降低速度由蚀刻速度与密度的积表示。蚀刻速度是每单位时间被除去的厚度。另外，从有效地增大前端部122A～D的重量的观点来看，优选质量附加膜125A～125D由比重较大的材料形成。具体而言，质量附加膜125A～D例如由钼(Mo)、钨(W)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钛(Ti)等金属材料形成。

在使质量附加膜125A～D作为第三频率调整膜发挥功能的情况下，质量附加膜125A～D由硬度比上盖30的底板32低的材料形成。质量附加膜125A～D的维氏硬度优选为10GPa以下，更优选为2GPa以下。此外，也可以在上盖30中频率调整膜接触的部分具备后述的吸气层。在这种情况下，优选保护膜F5、质量附加膜125A～D等上盖30侧的频率调整膜的维氏硬度比吸气层的维氏硬度低。例如，优选上盖30侧的频率调整膜的维氏硬度为0.9GPa以下。

此外，如果保护膜F5和质量附加膜125A～D的质量降低速度的关系如上所述，则蚀刻速度的大小关系是任意的。对保护膜F5和质量附加膜125A～D的蚀刻方法例如是照射氩(Ar)离子束的干式蚀刻。离子束能够照射到谐振子10的大范围，但由于具有电荷，因此有可能使质量附加膜125A～D带电。从抑制由带电引起的振动特性的恶化的观点来看，质量附加膜125A～D也可以分别与金属膜E1或E2电连接。

在保持部140的保护膜F5上形成有引出线C1、C2以及C3。引出线C1通过形成于压电薄膜F3和保护膜F5的贯通孔与金属膜E1电连接。引出线C2通过形成于保护膜F5的贯通孔与金属膜E2中的形成在外侧的振动臂121A及121D的部分电连接。引出线C3通过形成于保护膜F5的贯通孔与金属膜E2中的形成在内侧的振动臂121B及121C的部分电连接。引出线C1～C3由铝(Al)、锗(Ge)、金(Au)、锡(Sn)等金属材料形成。

(下盖20)

下盖20的底板22以及侧壁23由Si基板P10一体地形成。Si基板P10由未被简并的硅形成，其电阻率例如为10Ω·cm以上。Si基板P10在下盖20的凹部21的内侧露出。但是，也可以在下盖20的凹部21中的与谐振子10对置的一侧的面形成有吸气层。

在Z轴方向上规定的下盖20的厚度为150μm左右，同样地规定的凹部21的深度D1为100μm左右。由于振动臂121A～D的振幅被深度D1限制，因此在下盖20侧的最大振幅为100μm左右。

此外，下盖20也能够视为SOI基板的一部分。在谐振子10以及下盖20被视为是由一体的SOI基板形成的MEMS基板的情况下，下盖20的Si基板P10相当于SOI基板的支承基板，谐振子10的温度特性修正层F21相当于SOI基板的BOX层，谐振子10的Si基板F2相当于SOI基板的活性层。此时，可以在谐振装置1的外侧，使用连续的MEMS基板的一部分来形成各种半导体元件、电路等。

(上盖30)

上盖30的底板32以及侧壁33由Si基板Q10一体地形成。优选上盖30的表面、背面以及贯通孔的内侧面被氧化硅膜Q11覆盖。氧化硅膜Q11例如通过Si基板Q10的氧化、化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)而形成于Si基板Q10的表面。Si基板Q10在上盖30的凹部31的内侧露出。但是，也可以在上盖30的凹部31中的与谐振子10对置的一侧的面形成吸气层。吸气层例如由钛(Ti)等形成，吸附从接合部H释放的排气，抑制振动空间的真空度的降低。

在Z轴方向上所规定的上盖30的厚度为150μm左右，同样地规定的凹部31的深度D2为100μm左右。由于振动臂121A～D的振幅被深度D2限制，因此在上盖30侧的最大振幅为100μm左右。

在上盖30的上表面(与和谐振子10对置的面相反侧的面)形成有端子T1、T2以及T3。端子T1是使金属膜E1接地的安装端子。端子T2是使外侧的振动臂121A及121D的金属膜E2与外部电源电连接的安装端子。端子T3是使内侧的振动臂121B及121C的金属膜E2与外部电源电连接的安装端子。端子T1～T3例如通过在铬(Cr)、钨(W)、镍(Ni)等金属化层(基底层)上实施镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、Cu(铜)等镀覆而形成。此外，为了调整寄生电容、机械强度平衡，也可以在上盖30的上表面形成与谐振子10电绝缘的虚设端子。

在上盖30的侧壁33的内部形成有贯通电极V1、V2以及V3。贯通电极V1将端子T1和引出线C1电连接，贯通电极V2将端子T2和引出线C2电连接，贯通电极V3将端子T3和引出线C3电连接。贯通电极V1～V3通过在Z轴方向上贯通上盖30的侧壁33的贯通孔填充导电性材料而形成。所填充的导电性材料例如是多晶硅(Poly-Si)、铜(Cu)、金(Au)等。

在上盖30的侧壁33与保持部140之间形成有接合部H，以使上盖30的侧壁33与谐振子10的保持部140接合。接合部H形成为在XY平面包围振动部110的闭环状，以便在真空状态下气密密封谐振子10的振动空间。接合部H例如由按照铝(Al)膜、锗(Ge)膜以及铝(Al)膜的顺序层叠并共晶接合的金属膜形成。此外，接合部H也可以由从金(Au)、锡(Sn)、铜(Cu)、钛(Ti)、硅(Si)等适当选择的膜的组合形成。另外，为了提高密接性，接合部H也可以夹着氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)等金属化合物。

(动作)

在本实施方式中，端子T1接地，对端子T2和端子T3施加彼此相反的相位的交变电压。因此，形成于外侧的振动臂121A以及121D的压电薄膜F3的电场的相位和形成于内侧的振动臂121B以及121C的压电薄膜F3的电场的相位成为彼此相反的相位。由此，外侧的振动臂121A及121D、内侧的振动臂121B及121C在彼此相反的方向上振动。例如，若外侧的振动臂121A及121D的前端部122A及122D朝向上盖30的内表面位移，则内侧的振动臂121B及121C的前端部122B及122C朝向下盖20的内表面位移。如以上那样，振动臂121A和振动臂121B绕在相邻的振动臂121A与振动臂121B之间沿Y轴方向延伸的中心轴r1在上下相反方向上振动。另外，振动臂121C和振动臂121D绕在相邻的振动臂121C与振动臂121D之间沿Y轴方向延伸的中心轴r2在上下相反方向上振动。由此，在中心轴r1和r2上产生彼此相反的方向的扭转力矩，产生基部130中的弯曲振动。

谐振装置1在密封了谐振子10的振动部110之后，实施调整谐振子10的谐振频率的频率调整工序。在频率调整工序中，对谐振子10施加比通常驱动的驱动电压大的电压并使其过激励，而使前端部122A～D与下盖20的底板22以及上盖30的底板32的至少一方碰撞，刮掉前端部122A～D的一部分。此时，若施加到前端部122A～D的冲击过大，则可能产生因前端部122A～D被过度刮削而引起的谐振频率的调整不良、由振动臂的损伤而导致的振动特性的恶化等。因此，频率调整工序中的前端部122A～D的振幅被设定为与下盖20的凹部21的深度D1以及上盖30的凹部31的深度D2中的较小的一方大致相等。在本实施方式中，由于深度D1以及深度D2为100μm左右，因此频率调整工序中的前端部的振幅也为100μm左右。如果频率调整工序中的振动臂121A～D的最大振幅为100μm以下，则能够在频率调整工序中降低振动臂121A～D与下盖20及上盖30接触时的曲率。通过降低可能成为金属膜E1及E2、压电薄膜F3的损伤的原因的振动臂121A～D的曲率，从而能够抑制振动臂121A～D的动作不良，能够改善谐振装置1的成品率。另外，与下盖20以及上盖30碰撞而刮掉前端部122A～D各自的一部分时的冲击力集中在振动臂121A～D的角部。由于冲击力作用的范围较小，因此能够减小产生的粒子9的粒径。此外，通常驱动中的前端部的振幅被设定为10μm左右。

(粒子9)

接下来，参照图7～9并对前端部122A～D各自的一部分被刮掉而产生的粒子9进行说明。图7是表示附着于振动臂的前端的粒子的粒径分布的图表。图8是表示以振幅10μm激励时施加于粒子的范德瓦尔斯力和惯性力平衡的条件的图表。图9是表示以振幅100μm激励时施加于粒子的范德瓦尔斯力和惯性力平衡的条件的图表。

此外，附着于前端部122A～D的粒子9大多数是由硅氧化物构成的粒子。也就是说，粒子9主要从振动臂121A～D在下盖20侧以及上盖30侧的至少一方具有的氧化硅膜产生。温度特性修正层F21相当于成为粒子9的产生源的下盖20侧的氧化硅膜，保护膜F5相当于成为粒子9的产生源的上盖30侧的氧化硅膜。以下，对硅氧化物的粒子9进行说明。

图7示出将谐振频率调整为32.768KHz的谐振装置1开封，根据附着于前端部122A～D的粒子9的粒径的测定结果导出的粒径分布。纵轴为粒径[μm]，横轴为产生率[％]。在粒子9的粒径的测定中，利用将倍率设定为5000倍的扫描式电子显微镜拍摄任意一个前端部的背面，并通过图像解析计算各个粒径以及粒径分布。图像解析使用株式会社LINX提供的MVTec Software公司制的图像处理软件HALCON(注册商标)。根据粒子9的拍摄图像，将与图像处理后的面积相当的圆的半径设为粒子9的粒径。

附着于前端部122A～D的粒子9的最大粒径max为0.74μm，中位径D50为0.284μm，中位径D50相对于最大粒径max的粒径比率(中位径D50/最大粒径max)大致为0.38。即使使驱动电压变化，该粒径比率也是同样的。据此，可知即使不对所有粒子9的粒径进行详查，也能够通过计算中位径D50来估算最大粒径max。

范德瓦尔斯力与粒子9的粒径成比例，惯性力与粒子9的质量、即粒子9的粒径的三次方成比例。另外，惯性力也与由振动臂121A～D的频率以及振幅决定的粒子9的加速度成比例。因此，在振动臂121A～D以一定的振幅振动时，作用于粒子9的范德瓦尔斯力和惯性力平衡的条件能够由频率和粒径表示。如果最大粒径max是范德瓦尔斯力和惯性力平衡的粒径以下的大小，则在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力成立。因此，减少由粒子9的飞散或附着引起的振动臂121A～D的重量的变化。由此，能够减少谐振装置1的谐振频率的变化。

图8所示的图表为对于在将振幅设为通常驱动的振幅、即10μm时，作用于最大粒径max的粒子9的范德瓦尔斯力和惯性力平衡的条件，利用上述的粒径比率来计算。在图8中，横轴为频率X[kHz]，纵轴为中位径D50[μm]，平衡的条件式为D50＝116/X。因此，在满足D50≤116/X时，在通常驱动时所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力成立。

图9所示的图表为对于在将振幅设为凹部21的深度、也就是说频率调整工序的振幅、即100μm时，作用于最大粒径max的粒子9的范德瓦尔斯力和惯性力平衡的条件，利用上述的粒径比率来计算。在图9中，横轴为频率X[kHz]，纵轴为中位径D50[μm]，平衡的条件式为D50＝37/X，考虑到1.2倍的余量的条件式为D50＝31/X。因此，在满足D50≤37/X时，在频率调整工序中，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力成立。并且，在满足D50≤31/X时，即使作用于粒子9的惯性力比计算出的值大20％，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力也成立。

此外，为了满足D50≤116/X，优选在将作为粒子9的产生源的氧化硅膜的厚度设为T时，满足T≤116/X。即，优选温度特性修正层F21以及保护膜F5的至少一方的厚度为116/X以下。另外，为了满足D50≤37/X，优选满足T≤37/X，为了满足D50≤31/X，优选满足T≤31/X。

此外，对于由硅氧化物以外的材料构成的粒子9，也能够通过将粒子9的材料的比重设为A来计算满足范德瓦尔斯力≥惯性力的中位径D50。具体而言，在振幅为10μm以下的通常驱动中，当满足 时，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力成立。同样地，在振幅为100μm的频率调整工序中，当满足/>时，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力成立。并且，当满足/> 时，即使作用于粒子9的惯性力比计算出的值大20％，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力也成立。

＜附记＞

以下，将本发明的实施方式的一部分或者全部作为附记来记载。此外，本发明并不限定于以下的附记。

根据本发明的一个方式，提供谐振装置1，具备：下盖20；与下盖20接合的上盖30；以及谐振子10，具有振动臂121A～D，该振动臂在形成于下盖20与上盖30之间的振动空间弯曲振动，在振动臂121A～D的前端部122A～D附着粒子9，在将粒子9的中位径设为D50，将粒子9的比重设为A，将谐振子10的谐振频率设为X时，满足

据此，在通常驱动时，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力成立。因此，减少由粒子9的飞散或者附着引起的振动臂121A～D的重量的变化。由此，减少谐振装置1的通常驱动中的谐振频率的变化。

作为优选的一个方式，在下盖20以及上盖30分别设置有凹部21以及31，该凹部形成振动空间，下盖20以及上盖30各自的凹部21以及31的深度为100μm以下。

据此，在频率调整工序中，能够降低振动臂121A～D与下盖20以及上盖30接触时的曲率。通过降低可能成为金属膜E1及E2、压电薄膜F3的损伤的原因的振动臂121A～D的曲率，从而能够抑制振动臂121A～D的动作不良，并能够改善谐振装置1的成品率。另外，与下盖20以及上盖30碰撞而刮掉前端部122A～D各自的一部分时的冲击力集中在振动臂121A～D的角部。由于冲击力作用的范围较小，因此能够减小产生的粒子9的粒径。

作为优选的一个方式，谐振装置1满足

据此，在频率调整工序中，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力成立。也就是说，能够减少谐振装置1的频率调整工序中的谐振频率的变化。

作为优选的一个方式，谐振装置1满足

据此，在频率调整工序中，即使作用于粒子9的惯性力比计算出的值大20％，在所有粒子9中，范德瓦尔斯力≥惯性力也成立。也就是说，能够更可靠地减少谐振装置1的频率调整工序中的谐振频率的变化。

作为优选的一个方式，振动臂121A～D在下盖20侧以及上盖30侧的至少一方具有氧化硅膜。

据此，由于与下盖20以及上盖30的至少一方的碰撞而容易刮削氧化硅膜，因此能够缩短谐振频率的调整所需的时间。

作为优选的一个方式，粒子9由硅氧化物构成。

据此，由于粒子9从容易被刮削的氧化硅膜产生，因此粒子9的粒径较小，能够减少振动时的从振动臂121A～D的粒子9的飞散。另外，若在一次碰撞中从前端部122A～D被刮掉的粒子9的粒径较小，则频率调整工序中的前端部122A～D的每单位时间的重量的减少速度变小，能够减小每单位时间的谐振频率的变化量。因此，能够改善谐振频率的调整的精度。

作为优选的一个方式，在将氧化硅膜的厚度设为T时，满足T≤116/X。

据此，能够减小粒子9的粒径。具体而言，能够使粒子9的中位径D50小于116/X。

作为优选的一个方式，振动臂121A～D的前端部122A～D的角为R形状。

如以上说明那样，根据本发明的一个方式，能够提供可抑制谐振频率的变动的谐振装置。

此外，作为优选的方式，通过面外弯曲振动的例子进行示出，但对于面内弯曲振动也能得到同样的效果。具体而言，振动臂在横向(X方向)上振动，且通常振幅为10μm以下的情况下，优选满足 另外，在振动臂与保持部侧面的间隔为100μm以下的情况下，优选满足/>若考虑余量，则优选满足/>

此外，以上说明的实施方式是用于容易理解本发明的内容，并不是用于限定解释本发明的内容。本发明可以不脱离其主旨地进行变更/改进，并且本发明也包含其等价物。即，本领域技术人员对各实施方式适当地施加了设计变更的方式只要具备本发明的特征，则包含于本发明的范围内。例如，各实施方式所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示出的内容而能够适当地变更。另外，各实施方式所具备的各要素能够在技术上尽可能地组合，将这些组合的方式只要包含本发明的特征则包含于本发明的范围。

附图标记说明

1…谐振装置，9…粒子，10…谐振子，20…下盖，30…上盖，21、31…凹部，22、32…底板，23、33…侧壁，110…振动部，121A～D…振动臂，122A～D…前端部，130…基部，140…保持部，150…保持臂，F2…Si基板，F21…温度特性修正层；F3…压电薄膜；F5…保护膜，E1、E2…金属膜，125A、125B、125C、125D…质量附加膜。

Claims (8)

1.一种谐振装置，

具备：下盖；上盖，与所述下盖接合；以及谐振子，具有振动臂，所述振动臂在形成于所述下盖与所述上盖之间的振动空间弯曲振动，

在所述振动臂的前端部附着粒子，

在将所述粒子的中位径设为D50，将所述粒子的比重设为A，将所述谐振子的谐振频率设为X时，

满足

2.根据权利要求1所述的谐振装置，其中，

在所述下盖和所述上盖分别设置有凹部，所述凹部形成所述振动空间，

所述下盖和所述上盖各自的所述凹部的深度为100μm以下。

3.根据权利要求2所述的谐振装置，其中，

满足

4.根据权利要求3所述的谐振装置，其中，

满足

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的谐振装置，其中，

所述振动臂在所述下盖侧以及所述上盖侧的至少一方具有氧化硅膜。

6.根据权利要求5所述的谐振装置，其中，

所述粒子为硅氧化物。

7.根据权利要求5或6所述的谐振装置，其中，

在将所述氧化硅膜的厚度设为T时，满足T≤116/X。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的谐振装置，其中，

所述振动臂的所述前端部的角是R形状。