CN115428336A - 谐振器以及谐振装置 - Google Patents

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CN115428336A CN202080099972.4A CN202080099972A CN115428336A CN 115428336 A CN115428336 A CN 115428336A CN 202080099972 A CN202080099972 A CN 202080099972A CN 115428336 A CN115428336 A CN 115428336A
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Abstract

本发明涉及谐振器以及谐振装置。本发明提供一种能够进一步改善DLD的谐振器以及谐振装置。谐振器(10)具备：振动部(110)，包括多个振动臂(121A～121D)和基部(130)，该多个振动臂(121A～121D)是分别具有固定端的三个以上的多个振动臂(121A～121D)，且至少两个以不同的相位进行面外弯曲，该基部(130)具有供多个振动臂(121A～121D)各自的固定端连接的前端部(131A)、和与前端部(131A)对置的后端部(131B)；保持部(140)，构成为保持振动部(110)；以及两个支承臂(151A、151B)，各自的一端与保持部(140)连接，两个支承臂(151A、151B)各自的另一端与基部(130)的后端部(131B)的一个部位连接。

Description

谐振器以及谐振装置
技术领域
本发明涉及多个振动臂以面外的弯曲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：微电子机械系统)技术的谐振装置例如作为定时设备来使用。该谐振装置安装在组装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腔室的上侧基板、以及在下侧基板及上侧基板之间配置于腔室内的谐振器。
例如在专利文献1中公开了一种具备多个振动臂的谐振器。该谐振器具备：振动部，具有基部和多个振动臂，该基部具有前端及与该前端对置的后端，该多个振动臂的固定端与基部的前端连接，并沿远离前端的方向延伸；保持部，设置于振动部的周围的至少一部分；以及保持臂，设置在振动部与保持部之间，一端与基部连接，另一端与保持部中的比基部的后端靠前端侧的区域连接。在专利文献1的谐振器中，通过使保持臂与基部连接的连接位置相对于基部长的一半的长度为6成以下，从而实现激励电平依赖特性(DLD：DriveLevel Dependency)(以下，称为“DLD”)的改善。
专利文献1：国际公开第2016/175218号
然而，近年来，对谐振器的小型化的要求越来越高。在随着小型化而尺寸受到限制的谐振器中，仅通过如专利文献1那样使保持臂的连接位置相对于基部长的长度为规定比例以下的方法，DLD的改善逐渐变得困难。
发明内容
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的之一在于提供一种能够进一步改善DLD的谐振器以及谐振装置。
本发明的一侧面所涉及的谐振器具备：振动部，包括多个振动臂和基部，该多个振动臂是分别具有固定端的三个以上的多个振动臂，且至少两个以不同的相位进行面外弯曲，该基部具有供多个振动臂各自的固定端连接的一端、和与该一端对置的另一端；保持部，构成为保持振动部；以及两个支承臂，各自的一端与保持部连接，两个支承臂各自的另一端与上述基部的上述另一端的一个部位连接。
本发明的一侧面所涉及的谐振装置具备上述的谐振器。
根据本发明，能够进一步改善DLD。
附图说明
图1是简要地表示一个实施方式中的谐振装置的外观的立体图。
图2是简要地表示图1所示的谐振装置的构造的分解立体图。
图3是简要地表示图2所示的谐振器的构造的俯视图。
图4是简要地表示图1所示的谐振装置的层叠构造的沿着X轴的剖视图。
图5是示意性地表示图1所示的谐振装置的层叠构造的沿着Y轴的剖视图。
图6是示意性地表示图3所示的振动部的振动所产生的位移分布的俯视图。
图7是示意性地表示图3所示的振动部的振动所产生的位移分布的立体图。
图8是表示由图3所示的振动部的振动引起的基部的位移量的图表。
图9是表示图3所示的支承臂部的基部处的连接部位与DLD的关系的图表。
图10是用于说明图3所示的振动部的尺寸的俯视图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，相同或类似的构成要素用相同或类似的附图标记表示。附图是示例，各部分的尺寸、形状是示意性的，不应理解为将本发明的技术范围限定于该实施方式。
首先，参照图1及图2对根据本发明的一个实施方式的谐振装置的概略结构进行说明。图1是简要地表示一个实施方式中的谐振装置1的外观的立体图。图2是简要地表示图1所示的谐振装置1的构造的分解立体图。
谐振装置1具备下盖20、谐振器10以及上盖30。即，谐振装置1通过将下盖20、谐振器10以及上盖30依次层叠而构成。下盖20及上盖30配置为隔着谐振器10相互对置。此外，下盖20及上盖30相当于本发明的“盖体”的一个例子。
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中设置有上盖30的一侧作为上(或表)，将设置有下盖20的一侧作为下(或背)来进行说明。
谐振器10是使用MEMS技术而被制造的MEMS振子。谐振器10与下盖20及上盖30被接合，以便将谐振器10密封并形成谐振器10的振动空间。另外，谐振器10与下盖20及上盖30分别使用硅(Si)基板(以下，称为“Si基板”)来形成，Si基板彼此相互接合。此外，谐振器10、下盖20以及上盖30也可以分别使用层叠有硅层及氧化硅膜的SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)基板来形成。
下盖20具备沿着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，即下盖20与谐振器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，形成有由底板22的表面与侧壁23的内表面划定的凹部21。凹部21形成谐振器10的振动空间的至少一部分。此外，下盖20也可以不具有凹部21，而是平板状的结构。另外，也可以在下盖20的凹部21的谐振器10侧的面形成有吸气层。
另外，下盖20具备形成于底板22的表面的突起部50。突起部50的详细结构在后面叙述。
上盖30具备沿着XY平面设置的矩形平板状的底板32、和从底板22的周缘部沿Z轴方向延伸的侧壁33。在上盖30中，在与谐振器10对置的面，形成有由底板32的表面与侧壁23的内表面划定的凹部31。凹部31形成供谐振器10振动的空间亦即振动空间的至少一部分。此外，上盖30也可以不具有凹部31，而是平板状的结构。另外，也可以在上盖30的凹部31的谐振器10侧的面形成有吸气层。
通过将上盖30、谐振器10以及下盖20接合，由此谐振器10的振动空间被气密地密封，维持真空状态。也可以在该振动空间填充例如惰性气体等气体。
接下来，参照图3对根据一个实施方式的谐振器的概略结构进行说明。图3是简要地表示图2所示的谐振器10的构造的俯视图。
如图3所示，谐振器10是使用MEMS技术而被制造的MEMS振子，在图3的正交坐标系中的XY平面内，以面外弯曲振动模式为主振动(以下，也称为“主模式”)进行振动。
谐振器10具备振动部110、保持部140以及支承臂部150。
振动部110具有沿着图3的正交坐标系中的XY平面扩展的矩形的轮廓。振动部110配置于保持部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。在图3的例子中，振动部110包括由四个振动臂121A～121D(以下，统称为“振动臂121”)构成的激励部120和基部130。此外，振动臂的数量不限定于四个，例如设定为三个以上的任意数量。在本实施方式中，激励部120与基部130一体地形成。
振动臂121A、121B、121C、121D分别沿着Y轴方向延伸，并依次在X轴方向上以规定的间隔并列设置。振动臂121A的一端是与后述的基部130的前端部131A连接的固定端，振动臂121A的另一端是远离基部130的前端部131A而设置的开放端。振动臂121A包括形成于开放端侧的质量附加部122A、和从固定端延伸并与质量附加部122A连接的臂部123A。同样，振动臂121B、121C、121D也分别包括质量附加部122B、122C、122D和臂部123B、123C、123D。此外，臂部123A～123D分别为例如X轴方向的宽度为30μm左右，Y轴方向的长度为400μm左右。
在本实施方式的激励部120中，在X轴方向上，在外侧配置有两个振动臂121A、121D，在内侧配置有两个振动臂121B、121C。在内侧的两个振动臂121B、121C各自的臂部123B、123C彼此之间形成的间隙的宽度(以下，称为“释放宽度”)W1例如被设定为大于在X轴方向上相邻的振动臂121A、121B各自的臂部123A、123B彼此之间的释放宽度W2、以及在X轴方向上相邻的振动臂121D、121C各自的臂部123D、123C彼此之间的释放宽度W2。释放宽度W1例如为25μm左右，释放宽度W2例如为10μm左右。这样，通过将释放宽度W1设定为大于释放宽度W2，振动部110的振动特性、耐久性得到改善。此外，也可以将释放宽度W1设定为小于释放宽度W2，也可以设定为等间隔，以便能够使谐振装置1小型化。
质量附加部122A～122D在各自的表面具备质量附加膜125A～125D。因此，质量附加部122A～122D各自的每单位长度的重量(以下，也简称为“重量”)比臂部123A～123D各自的重量重。由此，能够使振动部110小型化，并且改善振动特性。另外，质量附加膜125A～125D分别不仅具有增大振动臂121A～振动臂121D的末端部分的重量的功能，还具有通过削去其一部分来调整振动臂121A～121D的谐振频率的、所谓的作为频率调整膜的功能。
在本实施方式中，质量附加部122A～122D各自的沿着X轴方向的宽度例如为70μm左右，比臂部123A～123D各自的沿着X轴方向的宽度大。由此，能够进一步增大质量附加部122A～122D各自的重量。但是，只要质量附加部122A～122D各自的重量比臂部123A～123D各自的重量大即可，质量附加部122A～122D各自的沿着X轴方向的宽度不限定于本实施方式的例子。质量附加部122A～122D各自的沿着X轴方向的宽度也可以与臂部123A～123D各自的沿着X轴方向的宽度相等或者在其以下。
在从上方俯视观察(以下，简称为“俯视观察”)谐振器10时，质量附加部122A～122D分别为大致长方形形状，具有四角带有圆角的曲面形状，例如所谓的弧形形状。同样，臂部123A～123D分别为大致长方形形状，在与基部130连接的固定端附近、以及与质量附加部122A～122D的每一个连接的连接部分附近具有弧形形状。但是，质量附加部122A～122D以及臂部123A～123D各自的形状不限定于本实施方式的例子。例如，质量附加部122A～122D各自的形状也可以是大致梯形形状、大致L字形状。另外，臂部123A～123D各自的形状也可以是大致梯形形状。质量附加部122A～122D以及臂部123A～123D也可以分别形成有在表面侧及背面侧的任一方具有开口的有底的槽部、在表面侧及背面侧双方具有开口的孔部。该槽部及该孔部可以与将表面和背面相连的侧面分离，也可以在该侧面侧具有开口。
在俯视观察时，基部130具有前端部131A、后端部131B、左端部131C以及右端部131D。如上所述，振动臂121A～121D各自的固定端连接于前端部131A。后述的支承臂部150的连接臂155连接于后端部131B。
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以及后端部131B分别是沿X轴方向延伸的端部，前端部131A和后端部131B配置为相互对置。左端部131C及右端部131D分别是沿Y轴方向延伸的端部，左端部131C和右端部131D配置为相互对置。左端部131C的两端分别与前端部131A的一端和后端部131B的一端相连。右端部131D的两端分别与前端部131A的另一端和后端部131B的另一端相连。
在俯视观察时，基部130具有以前端部131A及后端部131B为长边，以左端部131C及右端部131D为短边的大致长方形形状。基部130相对于沿着前端部131A及后端部131B各自的垂直平分线而规定的假想平面P形成为大致面对称。此外，基部130的形状不限定于图3所示的长方形形状的情况，也可以是相对于假想平面P构成大致面对称的其他形状。例如，基部130的形状也可以是前端部131A及后端部131B中的一方比另一方长的梯形形状。另外，前端部131A、后端部131B、左端部131C以及右端部131D中的至少一个也可以屈曲或弯曲。
此外，假想平面P相当于振动部110整体的对称面。因此，假想平面P也是经过振动臂121A～121D的X轴方向上的中心的平面，位于振动臂121B与振动臂121C之间。具体而言，相邻的振动臂121A以及振动臂121B的每一个隔着假想平面P与相邻的振动臂121D以及振动臂121C的每一个对称地形成。
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亦即基部长例如为30μm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亦即基部宽例如为245μm左右。此外，在图3所示的例子中，基部长相当于左端部131C或右端部131D的长度，基部宽相当于前端部131A或后端部131B的长度。
保持部140构成为保持振动部110。更详细而言，保持部140构成为使振动臂121A～121D能够振动。具体而言，保持部140相对于假想平面P形成为面对称。在俯视观察时，保持部140具有矩形的框形状，配置为沿着XY平面包围振动部110的外侧。这样，保持部140在俯视观察时具有框形状，由此能够容易地实现包围振动部110的保持部140。
此外，保持部140只要配置于振动部110的周围的至少一部分即可，不限定于框形状。例如，保持部140只要以能够保持振动部110且与上盖30及下盖20接合的程度配置于振动部110的周围即可。
在本实施方式中，保持部140包括一体形成的框体141A～141D。如图3所示，框体141A设置为与振动臂121A～121D的开放端对置，且长边方向与X轴平行。框体141B设置为与基部130的后端部131B对置，且长边方向与X轴平行。框体141C设置为与基部130的左端部131C及振动臂121A对置，且长边方向与Y轴平行，其两端分别与框体141A、141D的一端连接。框体141D设置为与基部130的右端部131D及振动臂121A对置，且长边方向与Y轴平行，其两端分别与框体141A、141B的另一端连接。框体141A和框体141B隔着振动部110在Y轴方向上相互对置。框体141C和框体141D隔着振动部110在X轴方向上相互对置。
支承臂部150配置于保持部140的内侧，连接基部130和保持部140。支承臂部150相对于假想平面P形成为面对称。具体而言，在俯视观察时，支承臂部150包括支承臂151A和支承臂151B这两个支承臂。另外，支承臂部150还包括连接臂155。
支承臂151A包括支承后臂152A和支承侧臂153A，支承臂151B包括支承后臂152B和支承侧臂153B。
支承侧臂153A在振动臂121A与保持部140之间，与振动臂121A并行地延伸。支承侧臂153B在振动臂121D与保持部140之间，与振动臂121D并行地延伸。具体而言，支承侧臂153A从支承后臂152A的一端(左端或框体141C侧的端部)沿Y轴方向朝向框体141A延伸，并在X轴方向上弯曲而与框体141C连接。另外，支承侧臂153B从支承后臂152B的一端(右端或框体141D侧的端部)沿Y轴方向朝向框体141A延伸，并在X轴方向上弯曲而与框体141D连接。即，支承臂151A及支承臂151B各自的一端与保持部140连接。
支承后臂152A、152B在基部130的后端部131B与保持部140之间连结。具体而言，支承后臂152A、152B沿着后端部131B及框体141B延伸。而且，支承后臂152A的另一端(右端)和支承后臂152B的另一端(左端)在支承后臂152A及支承后臂152B的X轴方向上的中央连结。
连接臂155将被连结的两个支承臂151A、151B各自的另一端与基部130的后端部131B连接。在俯视观察时，连接臂155连接于基部130的后端部131B的中央，即假想平面P所经过的位置的一个部位。
突起部50从下盖20的凹部21向振动空间内突起。在俯视观察时，突起部50配置在振动臂121B的臂部123B与振动臂121C的臂部123C之间。突起部50与臂部123B、123C并行地沿Y轴方向延伸，形成为棱柱形状。突起部50的Y轴方向的长度为240μm左右，X轴方向的长度为15μm左右。此外，突起部50的数量不限定于一个的情况，也可以是两个以上的多个。这样，突起部50配置在振动臂121B与振动臂121C之间，从凹部21的底板22突起，由此能够提高下盖20的刚性，从而能够抑制形成在下盖20之上的谐振器10的挠曲、下盖20的翘曲的产生。
接下来，参照图4及图5对根据一个实施方式的谐振装置的层叠构造以及动作进行说明。图4是简要地表示图1所示的谐振装置1的层叠构造的沿着X轴的剖视图。图5是示意性地表示图1所示的谐振装置1的层叠构造的沿着Y轴的剖视图。
如图4及图5所示，谐振装置1将谐振器10的保持部140接合在下盖20的侧壁23上，并且将谐振器10的保持部140与上盖30的侧壁33接合。这样，将谐振器10保持在下盖20与上盖30之间，通过下盖20、上盖30以及谐振器10的保持部140，形成供振动部110振动的振动空间。
谐振器10中的振动部110、保持部140以及支承臂部150通过相同的工艺一体地形成。谐振器10在作为基板的一个例子的Si基板F2之上层叠有金属膜E1。然后，在金属膜E1之上层叠有压电膜F3，以便覆盖金属膜E1，进一步在压电膜F3之上层叠有金属膜E2。在金属膜E2之上层叠有保护膜F5，以便覆盖金属膜E2。在质量附加部122A～122D中，进一步在保护膜F5之上分别层叠有上述质量附加膜125A～125D。振动部110、保持部140以及支承臂部150各自的外形是通过对由上述的Si基板F2、金属膜E1、压电膜F3、金属膜E2、保护膜F5等构成的层叠体利用例如照射氩(Ar)离子束的干式蚀刻进行除去加工并进行图案化而形成的。
在本实施方式中，示出了谐振器10包括金属膜E1的例子，但不限定于此。例如，谐振器10通过对Si基板F2使用作为低电阻的简并硅基板，从而Si基板F2本身能够兼作金属膜E1，也可以省略金属膜E1。
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，作为n型掺杂剂，能够包括磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等。另外，Si基板F2所使用的简并硅(Si)的电阻值例如小于1.6mΩ·cm，更优选为1.2mΩ·cm以下。另外，在Si基板F2的下表面形成有例如SiO2等氧化硅层F21作为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，氧化硅层F21是指与在Si基板F2没有形成该氧化硅层F21的情况相比，至少在常温附近具有降低在Si基板F2形成了温度修正层时的振动部110处的频率的温度系数，即单位温度的变化率的功能的层。振动部110具有氧化硅层F21，由此例如，在由Si基板F2、金属膜E1、E2、压电膜F3以及氧化硅层F21构成的层叠构造体的谐振频率中，能够降低伴随温度的变化。氧化硅层也可以形成于Si基板F2的上表面，也可以形成于Si基板F2的上表面及下表面双方。
质量附加部122A～122D的氧化硅层F21优选以均匀的厚度形成。此外，均匀的厚度是指氧化硅层F21的厚度的偏差在对厚度的平均值±20％以内。
金属膜E1、E2分别包括激励振动臂121A～121D的激励电极、和使激励电极与外部电源电连接的引出电极。金属膜E1、E2的作为激励电极发挥功能的部分在振动臂121A～121D的臂部123A～123D，隔着压电膜F3相互对置。金属膜E1、E2的作为引出电极发挥功能的部分例如经由支承臂部150，从基部130导出至保持部140。金属膜E1遍及谐振器10整体地电连续。金属膜E2在形成于振动臂121A、121D的部分和形成于振动臂121B、121C的部分，电分离。
金属膜E1、E2的厚度分别例如为0.1μm以上0.2μm以下左右。金属膜E1、E2在成膜后，通过蚀刻等除去加工而图案化为激励电极、引出电极等。金属膜E1、E2例如由晶体构造为体心立方构造的金属材料形成。具体而言，金属膜E1、E2使用Mo(钼)、钨(W)等而形成。这样，金属膜E1、E2通过以晶体构造为体心立方构造的金属为主成分，从而能够容易地实现适合于谐振器10的下部电极及上部电极的金属膜E1、E2。
压电膜F3是由将电能与机械能相互转换的压电体的一种形成的薄膜。压电膜F3根据由金属膜E1、E2在压电膜F3形成的电场，在XY平面的面内方向中的Y轴方向上伸缩。通过该压电膜F3的伸缩，振动臂121A～121D分别使其开放端朝向下盖20的底板22及上盖30的底板32位移。由此，谐振器10以面外弯曲的振动模式进行振动。
压电膜F3的厚度例如为1μm左右，但也可以为0.2μm～2μm左右。压电膜F3由具有纤锌矿型六方晶构造的晶体构造的材质形成，例如，能够以氮化铝(AlN)、氮化钪铝(ScAlN)、氧化锌(ZnO)、氮化稼(GaN)、氮化铟(InN)等氮化物或氧化物为主成分。此外，氮化钪铝是将氮化铝中的铝的一部分置换为钪而成的材料，也可以代替钪，而被镁(Mg)及铌(Nb)，或者镁(Mg)及锆(Zr)等两种元素置换。这样，压电膜F3以具有晶体构造为纤锌矿型六方晶构造的压电体为主成分，由此能够容易地实现适合于谐振器10的压电膜F3。
保护膜F5保护金属膜E2不被氧化。此外，保护膜F5只要设置于上盖30侧，则也可以不相对于上盖30的底板32露出。例如，也可以形成减小形成于谐振器10的布线的电容的寄生电容减小膜等，以覆盖保护膜F5。保护膜F5例如除了由氮化铝(AlN)、氮化钪铝(ScAlN)、氧化锌(ZnO)、氮化稼(GaN)、氮化铟(InN)等压电膜形成之外，还由氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、五氧化钽(Ta2O5)等绝缘膜形成。保护膜F5的厚度形成为压电膜F3的厚度的一半以下的长度，在本实施方式中，例如为0.2μm左右。此外，保护膜F5的更优选的厚度为压电膜F3的厚度的四分之一左右。另外，在保护膜F5由氮化铝(AlN)等压电体形成的情况下，优选使用具有与压电膜F3相同的取向的压电体。
质量附加部122A～122D的保护膜F5优选以均匀的厚度形成。此外，均匀的厚度是指保护膜F5的厚度的偏差在对厚度的平均值±20％以内。
质量附加膜125A～125D构成质量附加部122A～122D各自的上盖30侧的表面，相当于振动臂121A～121D各自的频率调整膜。通过除去质量附加膜125A～125D各自的一部分的修整处理，调整谐振器10的频率。从频率调整的效率这一点出发，质量附加膜125A～125D优选由基于蚀刻的质量减小速度比保护膜F5快的材料形成。质量减小速度由蚀刻速度与密度的乘积表示。蚀刻速度是指每单位时间除去的厚度。保护膜F5和质量附加膜125A～125D只要质量减小速度的关系如上所述，则蚀刻速度的大小关系是任意的。另外，从使质量附加部122A～122D的重量有效地增大的观点出发，质量附加膜125A～125D优选由比重大的材料形成。基于这些理由，质量附加膜125A～125D例如由钼(Mo)、钨(W)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)等金属材料形成。
质量附加膜125A～125D各自的上表面的一部分在调整频率的工序中通过修整处理被除去。质量附加膜125A～125D的修整处理例如能够通过照射氩(Ar)离子束的干式蚀刻来进行。由于离子束能够在宽范围照射，因此加工效率优异，但存在因具有电荷而使质量附加膜125A～125D带电的担忧。为了防止由于质量附加膜125A～125D的带电引起的库仑相互作用，振动臂121A～121D的振动轨道变化而谐振器10的振动特性劣化，优选质量附加膜125A～125D接地。
在保持部140的保护膜F5之上形成有引出线C1、C2以及C3。引出线C1经过在压电膜F3及保护膜F5形成的贯通孔，与金属膜E1电连接。引出线C2经过在保护膜F5形成的贯通孔，与金属膜E2中的形成于振动臂121A、121D的部分电连接。引出线C3经过在保护膜F5形成的贯通孔，与金属膜E2中的形成于振动臂121B、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。
在本实施方式中，在图4中，示出了臂部123A～123D、引出线C2及C3、贯通电极V2及V3等位于同一平面的截面上的例子，但它们不一定位于同一平面的截面上。例如，贯通电极V2及V3也可以形成于从截面沿Y轴方向离开的位置，该截面与由Z轴及X轴规定的ZX平面平行且切断臂部123A～123D。
同样地，在本实施方式中，在图5中，示出了质量附加部122A、臂部123A、引出线C1、C2、贯通电极V1、V2等位于同一平面的截面上的例子，但它们不一定位于同一平面的截面上。
下盖20的底板22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。在下盖20的凹部21的内侧，Si基板P10露出。在突起部50的上表面形成有氧化硅层F21。但是，从抑制突起部50带电的观点出发，在突起部50的上表面也可以露出电阻率比氧化硅层F21低的Si基板P10，也可以形成有导电层。
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的深度为50μm左右。
上盖30的底板32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)形成于Si基板Q10的表面。在上盖30的凹部31的内侧，Si基板Q10露出。此外，也可以在上盖30的凹部31的与谐振器10对置的一侧的面形成有吸气层。吸气层例如由钛(Ti)等形成，并吸附从后述的接合部40等释放出的排气，抑制振动空间的真空度的降低。此外，吸气层也可以形成于下盖20的凹部21的与谐振器10对置的一侧的面，也可以形成于下盖20的凹部21以及上盖30的凹部31双方的与谐振器10对置的一侧的面。
在Z轴方向上规定的上盖30的厚度为150μm左右，同样规定的凹部31的深度为50μm左右。
在上盖30的上表面(与同谐振器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是使振动臂121A、121D的金属膜E2与外部电源电连接的安装端子。端子T3是使振动臂121B、121C的金属膜E2与外部电源电连接的安装端子。端子T1～T3例如通过对铬(Cr)、钨(W)、镍(Ni)等金属化层(基底层)实施镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、Cu(铜)等的镀覆而形成。此外，出于调整寄生电容、机械强度平衡的目的，在上盖30的上表面也可以形成有与谐振器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、V3。贯通电极V1将端子T1与引出线C1电连接，贯通电极V2将端子T2与引出线C2电连接，贯通电极V3将端子T3与引出线C3电连接。贯通电极V1～V3通过在沿Z轴方向贯通上盖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为多晶硅(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40，通过该接合部40，将上盖30与谐振器10接合。接合部40形成为在XY平面中包围振动部110的闭环状，以便以真空状态将谐振器10的振动空间气密密封。接合部40例如由通过将铝(Al)膜、锗(Ge)膜以及铝(Al)膜依次层叠并被共晶接合而成的金属膜形成。此外，接合部40也可以通过从金(Au)、锡(Sn)、铜(Cu)、钛(Ti)、硅(Si)等适当选择的膜的组合而形成。另外，为了提高密接性，接合部40也可以在膜间包括氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)等金属化合物。
在本实施方式中，端子T1接地，对端子T2和端子T3施加相互相反相位的交变电压。因此，在振动臂121A、121D的压电膜F3形成的电场的相位与在振动臂121B、121C的压电膜F3形成的电场的相位成为相互相反相位。由此，外侧的振动臂121A、121D与内侧的振动臂121B、121C向相互相反方向位移。
例如，如图4所示，在振动臂121A、121D各自的质量附加部122A、122D以及臂部123A、123D朝向上盖30的内表面位移时，振动臂121B、121C各自的质量附加部122B、122C以及臂部123B、123C朝向下盖20的内表面位移。虽然省略了图示，但相反地，在振动臂121A、121D各自的质量附加部122A、122D以及臂部123A、123D朝向下盖20的内表面位移时，振动臂121B、121C各自的质量附加部122B、122C以及臂部123B、123C朝向上盖30的内表面位移。由此，四个振动臂121A～121D的至少两个以不同的相位进行面外弯曲。
这样，在相邻的振动臂121A与振动臂121B之间，振动臂121A和振动臂121B绕沿Y轴方向延伸的中心轴r1沿上下相反方向振动。另外，在相邻的振动臂121C与振动臂121D之间，振动臂121C和振动臂121D绕沿Y轴方向延伸的中心轴r2沿上下相反方向振动。由此，在中心轴r1和中心轴r2产生相互相反方向的扭转力矩，在振动部110产生弯曲振动。振动臂121A～121D的最大振幅为50μm左右，通常驱动时的振幅为10μm左右。
接下来，参照图6及图7对由振动部的振动引起的位移进行说明。图6是示意性地表示图3所示的振动部110的振动所产生的位移分布的俯视图。图7是示意性地表示图3所示的振动部110的振动所产生的位移分布的立体图。此外，在图6及图7所示的振动部110中，颜色深的区域表示位移大，颜色浅的区域表示位移小。
如图6及图7所示，振动部110以面外弯曲的振动模式进行振动，因此振动臂121A～121D的位移变大。随着振动臂121A～121D的位移，通过支承臂部150被保持于保持部140的基部130也挠曲且位移。在本实施方式中，由于支承臂151A和支承臂151B这两个支承臂各自的另一端与基部130的后端部131B的一个部位连接，因此与以往相比，基部130的挠曲变大，其位移，更详细而言，基部130的左端部131C及右端部131D的位移变大。
这里，参照图8对由振动部的振动引起的基部的位移量进行说明。图8是表示由图3所示的振动部110的振动引起的基部130的位移量的图表。在图8中，横轴是以基部130的左端部131C为基准，即设为零时的距离，纵轴是位移量的相对值。此外，在图8中，用实线表示本实施方式的谐振器10的位移量，为了进行比较，用虚线表示现有的谐振器的位移量。现有的谐振器除了两个支承臂分别与基部的后端部连接，即在两个部位连接这一点之外，其他构造与谐振器10相同。
如图8中虚线所示，在现有的谐振器中，基部的位移量在与各支承臂的连接部位附近最小，在基部的中央部附近最大。
与此相对，如图8中实线所示，在本实施方式的谐振器10中，基部130的位移量在基部130的中央部附近最小，在基部130的两端部，即左端部131C及右端部131D最大。另外，左端部131C及右端部131D处的位移量是绝对值比现有的谐振器的基部的中央部附近处的位移量大的值。由此，可知本实施方式的谐振器10与现有的谐振器相比，基部130的位移量大。
这样，两个支承臂151A、151B各自的另一端与基部130的后端部131B的一个部位连接，由此与现有的谐振器相比，基部130的挠曲变大，其结果，能够使成为DLD的指标的后述的每单位功率的谐振频率的频率变化率向负方向改变。因此，能够降低每单位功率的谐振频率的频率变化率，从而能够进一步改善DLD。
另外，两个支承臂151A、151B各自的另一端被连结，连接臂155将被连结的两个保持臂各自的另一端与基部130的后端部131B连接，由此两个支承臂151A、151B各自的另一端能够经由连接臂155容易地连接于基部130的后端部131B的一个部位。
另外，在俯视观察时，两个支承臂151A、151B各自的另一端连接于基部130的后端部131B的中央的一个部位，由此容易增大基部130的挠曲。
接下来，参照图9对支承臂部的基部处的连接位置与DLD的关系进行说明。图9是表示图3所示的支承臂部150的基部130处的连接部位与DLD的关系的图表。在图9中，横轴是在俯视观察时，以基部130的后端部131B的中央为基准，即设为零时的到两个支承臂151A、151B的连接位置的距离除以基部宽的一半而得的值。另外，纵轴是作为DLD的指标的每单位功率(1μW)的谐振频率(f)的频率变化率(df/f)。此外，在图9中，用黑圈描绘本实施方式的谐振器10中的每单位功率的频率变化率，为了进行比较，用白圈描绘现有的谐振器中的每单位功率的频率变化率。
如图9中用白圈描绘的那样，在两个支承臂与基部的后端部在两个部位连接的现有的谐振器的情况下，每单位功率的频率变化率仅能获得380[ppm/μm]左右的精度。
与此相对，如图9中用黑圈所示的那样，在本实施方式的谐振器10中，两个支承臂151A、151B各自的另一端连接于基部130的后端部131B的一个部位，由此每单位功率的频率变化率向负方向变化。在本实施方式中，在俯视观察时，两个支承臂151A、151B各自的另一端连接于基部130的后端部131B的中央的一个部位，因此每单位功率的频率变化率能够实现大致0[ppm/μm]。
接下来，参照图10对俯视观察时的振动部的尺寸进行说明。图10是用于说明图3所示的振动部110的尺寸的俯视图。
如图10所示，在本实施方式的谐振器10的振动部110中，质量附加部122A～122D各自的沿着X轴方向的宽度WG例如为70μm。另外，振动臂121A～121D各自的沿着X轴方向的振动臂宽度WA例如为30μm，振动臂121A～121D各自的沿着Y轴方向的振动臂长LA例如为400μm。
另外，在基部130中，从前端部131A朝向后端部131B的方向的长度方向上的距离，即基部宽WB的长度例如为245μm。另一方面，从左端部131C朝向右端部131D的方向的宽度方向上的距离，即基部长LB的长度例如为30μm。
这里，本发明的发明者们发现：在基部长LB的长度相对于基部宽WB的长度的比例为规定的倍数以下的情况下，能够降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。更详细而言，发现优选基部长LB的长度相对于基部宽WB的长度为0.3倍以下。由此，能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
具体而言，在小型化的谐振器10中，基部长LB的长度为90μm以下，基部宽WB的长度为300μm以下。由此，即使在小型化而尺寸受到限制的谐振器10中，也能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
另外，在支承臂部150中，支承臂151A、151B各自的沿着X轴方向的支承臂宽WS的长度例如为25μm，支承臂151A、151B各自的沿着Y轴方向的支承臂长LS的长度例如为225μm。
这里，本发明的发明者们发现：在支承臂长LS的长度相对于支承臂宽WS的长度的比例为规定的倍数以上的情况下，能够降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。更详细而言，发现优选支承臂长LS的长度相对于支承臂宽WS的长度为4倍以上。由此，能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
具体而言，在小型化的谐振器10中，支承臂长LS的长度为300μm以下，支承臂宽WS的长度为60μm以下。由此，即使在小型化而尺寸受到限制的谐振器10中，也能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
在本实施方式中，使用了谐振器10的振动部110包括四个振动臂121A～121D的例子，但不限定于此。振动部110例如也可以包括三个或五个以上的振动臂。在该情况下，至少两个振动臂以不同的相位进行面外弯曲。
以上，对本发明的例示性的实施方式进行了说明。根据一个实施方式的谐振器使两个支承臂各自的另一端连接于基部的后端部的一个部位。由此，与现有的谐振器相比，基部的挠曲变大，其结果，能够使成为DLD的指标的每单位功率的谐振频率的频率变化率向负方向改变。因此，能够降低每单位功率的谐振频率的频率变化率，从而能够进一步改善DLD。
另外，在上述谐振器中，两个支承臂各自的另一端被连结，连接臂将被连结的两个保持臂各自的另一端与基部的后端部连接。由此，两个支承臂各自的另一端能够经由连接臂容易地连接于基部的后端部的一个部位。
另外，在上述谐振器中，在俯视观察时，两个支承臂各自的另一端连接于基部的后端部的中央的一个部位。由此，容易使基部的挠曲变大。
另外，在上述谐振器中，基部长的长度相对于基部宽的长度为0.3倍以下。这里，本发明的发明者们发现：在基部长的长度相对于基部宽的长度的比例为规定的倍数以下，更详细而言为0.3倍以下的情况下，能够降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。由此，能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
另外，在上述谐振器中，基部长的长度为90μm以下，基部宽的长度为300μm以下。由此，即使在小型化而尺寸受到限制的谐振器中，也能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
另外，在上述谐振器中，支承臂长的长度相对于支承臂宽的长度为4倍以上。这里，本发明的发明者们发现：在支承臂长的长度相对于支承臂宽的长度的比例为规定的倍数以上，更详细而言为4倍以上的情况下，能够降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。由此，能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
另外，在上述谐振器中，支承臂长的长度为300μm以下，支承臂宽的长度为60μm以下。由此，即使在小型化而尺寸受到限制的谐振器中，也能够有效地降低每单位功率的谐振频率的频率变化率。
另外，根据基于一个实施方式的谐振装置，具备上述谐振器。由此，能够实现进一步改善DLD的谐振装置。
另外，在上述谐振装置中，还具备下盖及上盖。由此，能够容易地形成进行面外弯曲的振动部的振动空间。
此外，以上说明的各实施方式是为了使本发明容易理解，并不是为了限定本发明而解释的。本发明能够在不脱离其主旨的情况下进行变更/改进，并且本发明也包括其等效物。即，本领域技术人员对实施方式以及/或者变形例进行适当的设计变更，只要具备本发明的特征，就被包含在本发明的范围内。例如，实施方式以及/或者变形例具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等不限定于例示的，能够进行适当的变更。另外，实施方式以及变形例是例示，当然能够进行不同的实施方式以及/或者变形例所示的结构的局部的置换或组合，它们只要包含本发明的特征，就包括在本发明的范围内。
附图标记说明
1…谐振装置；10…谐振器；20…下盖；21…凹部；22…底板；23…侧壁；30…上盖；31…凹部；32…底板；33…侧壁；40…接合部；50…突起部；110…振动部；120…激励部；121…振动臂；121A、121B、121C、121D…振动臂；122A、122B、122C、122D…质量附加部；123A、123B、123C、123D…臂部；125A、125B、125C、125D…质量附加膜；130…基部；131A…前端部；131B…后端部；131C…左端部；131D…右端部；140…保持部；141A、141B、141C、141D…框体；150…支承臂部；151A、151B…支承臂；152A、152B…支承后臂；153A、153B…支承侧臂；155…连接臂；LA…振动臂长；LB…基部长；LS…支承臂长；P…假想平面；r1、r2…中心轴；WA…振动臂宽度；WB…基部宽；WG…宽度；WS…支承臂宽。

Claims (9)

1.一种谐振器，其中，具备：
振动部，包括多个振动臂、和基部，所述多个振动臂是分别具有固定端的三个以上的多个振动臂，且至少两个以不同的相位进行面外弯曲，所述基部具有供所述多个振动臂各自的所述固定端连接的一端、和与该一端对置的另一端；
保持部，构成为保持所述振动部；以及
两个支承臂，各自的一端与所述保持部连接，
所述两个支承臂各自的另一端与所述基部的所述另一端的一个部位连接。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中，
所述两个支承臂各自的所述另一端被连结，
所述谐振器还具备连接臂，该连接臂将被连结的所述两个支承臂各自的所述另一端与所述基部的所述另一端连接。
3.根据权利要求1或2所述的谐振器，其中，
在俯视观察时，所述两个支承臂各自的所述另一端与所述基部的所述另一端的中央的一个部位连接。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的谐振器，其中，
从所述基部的所述一端朝向所述另一端的方向的长度方向上的基部长的长度相对于与所述基部的所述长度方向正交的宽度方向上的基部宽的长度为0.3倍以下。
5.根据权利要求4所述的谐振器，其中，
所述基部长的长度为90μm以下，所述基部宽的长度为300μm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的谐振器，其中，
所述两个支承臂各自的支承臂长的长度相对于支承臂宽的长度为4倍以上。
7.根据权利要求6所述的谐振器，其中，
所述支承臂长的长度为300μm以下，所述支承臂宽的长度为60μm以下。
8.一种谐振装置，其中，
具备权利要求1～7中任一项所述的谐振器。
9.根据权利要求8所述的谐振装置，其中，
还具备盖体。
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