JP2011004035A - 屈曲振動片および屈曲振動片の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化に適した構成を有する屈曲振動片およびこの屈曲振動片を製造する方法を提供する。
【解決手段】水晶振動片１は、基部２と、基部２から延長して形成され、屈曲振動するそれぞれの方向へ向いて配置された第１面６および第２面７を有する３本の振動腕３と、振動腕３の第１面６および第２面７に形成され相互に導電接続されている下部電極１１，１２と、下部電極１１，１２を覆って形成された圧電膜１４と、圧電膜１４に重ねて形成された上部電極１０，１３と、を備え、第１面６（６ａ，６ｂ，６ｃ）に形成された圧電膜１４（１４ａ１，１４ｂ１，１４ｃ１）と第２面７（７ａ，７ｂ，７ｃ）に形成された圧電膜１４（１４ａ２，１４ｂ２，１４ｃ２）とは、形成されている振動腕３に対して互いに反対の分極方向を有している。
【選択図】図１
【解決手段】水晶振動片１は、基部２と、基部２から延長して形成され、屈曲振動するそれぞれの方向へ向いて配置された第１面６および第２面７を有する３本の振動腕３と、振動腕３の第１面６および第２面７に形成され相互に導電接続されている下部電極１１，１２と、下部電極１１，１２を覆って形成された圧電膜１４と、圧電膜１４に重ねて形成された上部電極１０，１３と、を備え、第１面６（６ａ，６ｂ，６ｃ）に形成された圧電膜１４（１４ａ１，１４ｂ１，１４ｃ１）と第２面７（７ａ，７ｂ，７ｃ）に形成された圧電膜１４（１４ａ２，１４ｂ２，１４ｃ２）とは、形成されている振動腕３に対して互いに反対の分極方向を有している。
【選択図】図１
Description
本発明は、小型化に適した構成を有する屈曲振動片およびこの屈曲振動片を製造する方法に関する。
従来、屈曲振動片は、例えば特許文献１に開示されているように、振動腕の表面に一対の圧電体素子を離間して備えているものが開示されている。屈曲振動片は、それぞれの圧電体素子へ駆動電圧を印加して、圧電体素子をそれぞれ変形させることにより、振動腕を所定方向へ屈曲させている。この場合、圧電体素子は、２つの電極で圧電膜を挟みこんだ構成のものであり、２つの電極に対して駆動電圧を印加して圧電膜を変形させるようになっている。また、該表面と反対側の裏面へさらに一対の圧電体素子を設ける構成も開示されていて、これによれば、振動腕をより効率良く屈曲させることが可能である。つまり、屈曲振動片は、圧電特性の良い膜である圧電体素子を振動腕に形成し、この圧電体素子を変形させて振動腕を屈曲させているため、振動腕の形状に対する制約が少なくなり、小型化も可能である。
ここで、振動腕の形状に対する制約としては、例えば、圧電体素子を有しない振動片の場合のように、小型化にともなって低下傾向となる電界効率を高めるため、圧電材である振動腕へ電極領域を広げるための溝を形成すること等が挙げられる。溝等を有する振動腕は、剛性が低下してしまい、振動腕の基材の特性を活かして安定した屈曲振動を得ることができず、小型化が困難である。一方、圧電体素子を備えた屈曲振動片は、振動腕が圧電材以外であっても良く、また、剛性を維持しつつ小型化が可能である。
さらに、例えば特許文献２には、振動腕の表面へ１つの圧電体素子を広範に設けて、いわゆる面積効率を向上させた屈曲振動片（特許文献２における音叉型振動子）が開示されている。この場合、屈曲振動片の振動腕は、圧電体素子の変形方向に同調して同方向へ屈曲する。この圧電体素子は、振動腕が広範に設けられた１つの圧電体素子を有しているため、電界を高く維持でき、屈曲振動片のさらなる小型化が可能である。以上説明したように、屈曲振動片の振動腕表面に圧電体素子を設ける構成によれば、屈曲振動片は、振動腕の基材の特性を活かした屈曲振動が得られ、小型化を図ることが可能である。
しかし、従来の技術では、振動腕のそれぞれに設けられ圧電膜を挟みこんでいる電極を接続する配線が、相互に隣接または絶縁膜を介して交差した複雑な構成になっている。また、振動腕の表面と反対側の裏面へさらに一対の圧電体素子を設ける構成において、その配線は、具体的に開示されていないが、より複雑に隣接または交差することになる、と考えられる。このような複雑な配線は、屈曲振動片の小型化に伴い、配線間隔が狭まって寄生容量の増大やクロストークが発生しやすくなることに加え、配線の形成に多大な工数がかかってしまう。また、振動腕の膜化により、圧電膜が反対面の電界の影響を受けやすくなり、屈曲振動片の小型化を阻害する要因にもなりうる、という諸課題があった。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る屈曲振動片は、基部と、前記基部から延長して少なくとも１本形成され、第１面および該第１面に対向する第２面を有する振動腕と、前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された下部電極と、前記下部電極に重ねて形成された圧電膜と、前記圧電膜に重ねて形成された上部電極と、を備え、前記第１面に形成された前記圧電膜と、前記第２面に形成された前記圧電膜とは、前記振動腕に対して互いに反対の分極方向を有していることを特徴とする。
この屈曲振動片によれば、振動腕は、一方の方向と、一方の方向と異なる他方の方向と、へ交互に屈曲して振動し、一方の方向へ向いて配置された第１面および第１面に対向する他方の方向へ向いて配置された第２面を有している。振動腕の第１面および第２面には、振動腕の側から順に、下部電極、圧電膜、上部電極がそれぞれ形成されていて、振動腕は、圧電膜の圧電効果により屈曲振動する。この圧電膜は、圧電性を有する材料によって、下部電極に重ねて形成された膜である。そして、第１面の下部電極に形成された圧電膜は、振動腕に対して所定の配向性を有するように成膜されており、配向性に応じた分極方向を有している。また、第２面の下部電極に形成された圧電膜は、第１面の下部電極に形成された圧電膜と同様にして、第２面の下部電極へ成膜される。これにより、第２面の下部電極に形成された圧電膜は、振動腕に対して、第１面の下部電極に形成された圧電膜とは逆方向の配向性を有して成膜されることになり、第１面の下部電極に形成された圧電膜とは異なる反対の分極方向を有している。このような構成を備えた屈曲振動片は、振動腕の第１面の下部電極に形成された圧電膜と、振動腕の第２面の下部電極に形成され第１面の下部電極に形成された圧電膜とは異なる反対の分極方向を有する圧電膜と、にそれぞれ同じ方向の電界を生じさせると、一方の圧電膜は圧縮し、他方の圧電膜は伸張する、という特性を備えている。振動腕は、これら圧電膜の圧縮および伸張により、圧縮側へ屈曲し、さらに、電界の方向を変えれば、振動腕は、反対側へ屈曲する。こうして、電界の方向を交互に変えることにより、振動腕は、一方の方向および他方の方向へ交互に屈曲して振動する。従って、屈曲振動片は、振動腕を屈曲振動させるために、第１面の側および第２面の側の圧電膜へ同じ方向の電界を生じさせれば良く、圧電膜が振動腕の反対面側の電界による影響を受けたとしても、その圧電膜の圧縮または伸張が阻害されない。つまり、屈曲振動片は、小型化のために、振動腕をより薄く膜化することが可能である。
［適用例２］上記適用例に係る屈曲振動片において、前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された前記下部電極は、相互に導電接続されていて、前記第１面の側および前記第２面の側に形成された前記上部電極に駆動電圧が印加されることが好ましい。
この構成によれば、屈曲振動片は、振動腕の第１面および第２面にそれぞれ形成された下部電極同士が、電気的な接続がなされて相互に導電接続された構成を有している。この屈曲振動片の振動腕における駆動電圧は、第１面側の上部電極から圧電膜、下部電極、導電接続部位、第２面側の下部電極、圧電膜、上部電極の順の経路、あるいはこの逆順の経路で印加される。これは、いわゆる直列配線の状態である。そして、直列配線された第１面側および第２面側の圧電膜へ駆動電圧を印加すると、それぞれの圧電膜には、互いの分極方向が異なっているため、一方の圧電膜が圧縮し、他方の圧電膜が伸張する。また、このような構成の下部電極および導電接続部位は、振動腕の周囲へ同時に一体形成することができ、導電接続のための配線を長く引き回す必要がなく、振動腕には、上部電極から延長する配線を第１面側および第２面側へそれぞれ設ければ良い。従って、屈曲振動片は、駆動電圧を印加するための配線が簡便であり、配線の形成も容易に行える。さらに、屈曲振動片は、配線が複雑に隣接または交差せず、小型化しても寄生容量の増大やクロストーク等の発生を抑制することが可能である。
［適用例３］本適用例に係る屈曲振動片は、基部と、前記基部から延長して少なくとも１本形成され、第１面および該第１面に対向する第２面を有する振動腕と、前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された下部電極と、前記下部電極に重ねて形成された圧電膜と、前記圧電膜に重ねて形成された上部電極と、を備え、前記下部電極と前記上部電極との間に駆動電圧を印加して電界を発生させたときに、前記第１面と前記第２面のどちらか一方の面に形成された前記圧電膜における分極方向と電界方向とが互いに同じであり、他方の面に形成された前記圧電膜における分極方向と電界方向とが互いに反対であることを特徴とする。
この屈曲振動片によれば、振動腕は、一方の方向と、一方の方向と異なる他方の方向と、へ交互に屈曲して振動し、一方の方向へ向いて配置された第１面および他方の方向へ向いて配置された第２面を有している。振動腕の第１面および第２面には、振動腕の側から順に、下部電極、圧電膜、上部電極がそれぞれ形成されていて、振動腕は、圧電膜の圧電効果により屈曲振動する。この場合、振動腕は、一方の面に形成された圧電膜における分極方向と電界方向とが同じになるように電界を発生させた場合において、他方の面に形成された圧電膜における分極方向と電界方向とが反対になるように電界を発生させる構成である。これにより、振動腕の一方の面は圧縮し、振動片の他方の面は伸張することになり、振動片は、一方の面側へ屈曲する。また、振動腕は、一方の面に形成された圧電膜における分極方向と電界方向とが反対になるように電界を発生させた場合において、他方の面に形成された圧電膜における分極方向と電界方向とが同じになるように電界を発生させる構成である。これにより、振動腕の一方の面は伸張し、振動片の他方の面は圧縮することになり、振動片は、他方の面側へ屈曲する。このように、振動腕の第１面および第２面の伸張または圧縮を交互に行わせるような電界の発生により、振動腕は、一方の方向および他方の方向へ交互に屈曲して振動する。この屈曲振動片は、振動腕に形成された圧電膜の伸縮により屈曲し、また、圧電膜が振動腕の両面に形成されているため、多様な材種の振動腕を確実に振動させることが可能である。
［適用例４］上記適用例に係る屈曲振動片において、前記振動片は、前記基部の一端から延長して形成された複数の振動腕を有していることが好ましい。
この構成によれば、屈曲振動片は、複数の振動腕を有することにより、振動漏れ等を防止でき、精度の良い振動特性を発揮することが可能である。
［適用例５］上記適用例に係る屈曲振動片において、隣り合って位置する前記振動腕は、互いに異なる位相で屈曲振動をすることが好ましい。
この構成によれば、屈曲振動片の複数の振動腕のうち、ある１つの振動腕が第１面の側へ屈曲する場合、この振動腕と隣り合う振動腕は、第２面の側へ屈曲するように構成されている。このように隣り合う振動腕が、それぞれ異なる方向へ屈曲して振動すること、即ち、互いに異なる位相で屈曲振動することにより、屈曲振動片は、複数の振動腕のバランスが十分にとれて、振動漏れのない安定した振動を維持することが可能である。
［適用例６］本適用例に係る屈曲振動片の製造方法は、基部と、前記基部から延長して少なくとも１本形成され屈曲振動をする振動腕と、を備えた屈曲振動片の製造方法であって、前記振動腕の第１面および該第１面に対向する第２面に、下部電極を形成する下部電極形成ステップと、前記第１面および前記第２面の前記下部電極に重ねられ、前記振動腕に対して互いに反対の分極方向を有する圧電膜を形成する圧電膜形成ステップと、前記圧電膜に重ねて上部電極形成する上部電極形成ステップと、を有していることを特徴とする。
この屈曲振動片の製造方法によれば、屈曲振動片の振動腕には、振動腕の第１面および第２面にそれぞれ下部電極が形成され、この下部電極に重ねて圧電膜が形成され、さらに、圧電膜に重ねて上部電極が形成されていて、振動腕は、第１面または第２面の側へ交互に屈曲して振動する。製造方法の各ステップのうち、圧電膜形成ステップにおける圧電膜は、圧電性を有する材料によって、下部電極に重ねて形成された膜であり、第１面の下部電極に形成された圧電膜は、振動腕に対して所定の配向性を有するように成膜されており、配向性に応じた分極方向を有している。また、第２面の下部電極に形成された圧電膜は、第１面の下部電極に形成された圧電膜と同様にして、第２面の下部電極へ成膜され、振動腕に対して、第１面の下部電極に形成された圧電膜とは逆方向の配向性を有して成膜されることになり、第１面の下部電極に形成された圧電膜とは異なる反対の分極方向を有している。このような構成で製造された屈曲振動片は、第１面の側および第２面の側の圧電膜へ同じ方向の電界を生じさせれば、一方の圧電膜は圧縮し、他方の圧電膜は伸張して、振動腕が屈曲する。さらに、電界の方向を変えれば、振動腕は、反対側へ屈曲し、電界の方向を交互に変えることにより、振動腕は、屈曲振動をする。従って、屈曲振動片は、第１面の側および第２面の側の圧電膜へ同じ方向の電界を生じさせることにより、圧電膜が振動腕の反対面側の電界による影響を受けたとしても、その圧電膜の圧縮または伸張が阻害されず、安定した屈曲振動が行える。このように、第１面の側および第２面の側の圧電膜が互いに異なる分極方向を有するように形成される製造方法により、振動腕をより薄く膜化でき、屈曲振動片のさらなる小型化が可能である。
［適用例７］上記適用例に係る屈曲振動片の製造方法において、前記下部電極形成ステップは、前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された前記下部電極が相互に導電接続されていることが好ましい。
この方法によれば、下部電極形成ステップにおいて、屈曲振動片の振動腕は、第１面および第２面の下部電極が、電気的な接続がなされるように形成されていて、相互に導電接続された構成である。下部電極同士が相互に導電接続されていることにより、屈曲振動片の振動腕における駆動電圧は、第１面側の上部電極から圧電膜、下部電極、導電接続部位、第２面側の下部電極、圧電膜、上部電極の順の経路、あるいはこの逆順の経路で直列に印加される。このような構成で導電接続された下部電極および導電接続部位は、振動腕の周囲へ同時に一体形成することができ、導電接続のための配線を長く引き回す必要がなく、振動腕には、上部電極から延長する配線を第１面側および第２面側へそれぞれ設ければ良い。従って、下部電極形成ステップを含む製造方法による屈曲振動片は、駆動電圧を印加するための配線が複雑に隣接または交差せず簡便であり、その形成も容易に行える。
［適用例８］本適用例に係る屈曲振動デバイスは、上記適用例に記載の屈曲振動片と、該屈曲振動片を駆動させる半導体素子とを備えていることを特徴とする。
この屈曲振動デバイスによれば、振動腕を薄く膜化した屈曲振動片と、半導体素子と、を備えていて、屈曲振動片の小型化に伴って、より一層の小型化が図れると共に、精度の良い振動特性を有するものである。
以下、屈曲振動片および屈曲振動片の製造方法について、具体的な実施形態を図面に従って説明する。本実施形態の屈曲振動片は、圧電膜および下部電極の構成に特徴を有するものであり、その具体的な一例として、３本の振動腕がいわゆる面外振動をする水晶振動片へ、これら特徴ある構成を適用した場合について説明する。なお、図面において、描かれている屈曲振動片の各部の縮尺は、部分的に異ならせてあり、分かりやすいように一部を強調してある。
（実施形態）
（実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態に係る水晶振動片の表面側から見た外観を示す斜視図、図１（ｂ）は、水晶振動片の裏面側から見た外観を示す斜視図である。また、図２（ａ）は、圧電膜の表面側から見た構成を示す斜視図、図２（ｂ）は、圧電膜の裏面側から見た構成を示す斜視図であり、一部断面を表して圧電膜の詳細を示している。この水晶振動片（屈曲振動片）１においては、図１（ａ）に示すように、基部２の主部２ａと薄部２ｂとが同一面である側を表面側とし、図１（ｂ）に示すように、基部２の主部２ａと薄部２ｂとが段差をなす側を裏面側として、表裏方向を厚さとする。
水晶振動片１は、図１および図２に示すように、基部２と、３本の振動腕３（３ａ，３ｂ，３ｃ）と、を備えている。基部２は、直方体状の主部２ａと、主部２ａの長手辺側から長手辺の長さより短幅で延長して形成され、表面側が主部２ａと同一面であり、裏面側が主部２ａと段差をなし、その段差分だけ厚みの薄い直方体状の薄部２ｂと、を有している。薄部２ｂは、表面側と裏面側を貫通する２つの矩形孔を有し、１つが振動腕３ａ寄りに形成された貫通孔４であり、１つが振動腕３ｃ寄りに形成された貫通孔５である。また、振動腕３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれは、薄部２ｂから主部２ａと反対方向へ延長して形成され、薄部２ｂと同じ厚みを有し、基部２の長手方向に沿って等間隔に配置されている。
次に、振動腕３について、図２に詳細な断面が示されている振動腕３ｃを代表にして説明する。振動腕３ｃは、直方体柱の形状であって、表面側に基部２と同一面をなす第１面６ｃを有し、裏面側に基部２と段差をなす第２面７ｃを有している。そして、振動腕３ｃの第１面６ｃには、金属膜の下部電極１１ｃが形成されている。同様に、振動腕３ｃの第２面７ｃには、金属膜の下部電極１２ｃが形成されている。これら下部電極１１ｃと下部電極１２ｃとは、振動腕３ｃの基部２と反対側である先端部の側に位置する電極端部において、電極端部から両側へ延長して形成された電極接続部１５ｃによって電気的に接続（導電接続）されている。
また、下部電極１１ｃ，１２ｃのそれぞれを覆うように、振動腕３ｃの全周を取り巻いて圧電膜１４ｃが形成されている。さらに、圧電膜１４ｃの第１面６ｃの側に位置する圧電膜面１４ｃ１には、金属膜の上部電極１０ｃが形成されている。同様に、圧電膜１４ｃの第２面７ｃの側に位置する圧電膜面１４ｃ２には、金属膜の上部電極１３ｃが形成されている。つまり、圧電膜１４ｃは、第１面６ｃおよび第２面７ｃのそれぞれにおいて、下部電極１１ｃ，１２ｃと上部電極１０ｃ，１３ｃとで挟持されている。このように、振動腕３ｃは、第１面６ｃへ順に重ねて形成された、下部電極１１ｃ、圧電膜１４ｃ、上部電極１０ｃと、第２面７ｃへ順に重ねて形成された、下部電極１２ｃ、圧電膜１４ｃ、上部電極１３ｃと、を有している。
振動腕３ｃと同様に、振動腕３ａは、第１面６ａへ順に重ねて形成された、下部電極１１ａ、圧電膜１４ａ、上部電極１０ａと、第２面７ａへ順に重ねて形成された、下部電極１２ａ、圧電膜１４ａ、上部電極１３ａと、を有している。同様に、振動腕３ｂは、第１面６ｂへ順に重ねて形成された、下部電極１１ｂ、圧電膜１４ｂ、上部電極１０ｂと、第２面７ｂへ順に重ねて形成された、下部電極１２ｂ、圧電膜１４ｂ、上部電極１３ｂと、を有している。
そして、水晶振動片１の表面側には、振動腕３ａの上部電極１０ａから延長し基部２の薄部２ｂおよび主部２ａの外縁に沿って形成された電極配線２２ａと、振動腕３ｃの上部電極１０ｃから延長し基部２の薄部２ｂおよび主部２ａの外縁に沿って形成された電極配線２２ｃと、電極配線２２ａと電極配線２２ｃとに接続して形成された電極端子２１と、が設けられている。これら電極配線２２ａ、電極端子２１および電極配線２２ｃは、基部２の外縁に沿ってＵ字状をなして延在している。また、Ｕ字状をなす電極配線２２ａ、電極端子２１および電極配線２２ｃの内側には、電極端子２０と振動腕３ｂの上部電極１０ｂとを接続する電極配線２２ｂと、が形成されている。このように基部２の表面側に形成された電極配線２２ａ、電極配線２２ｂ、電極配線２２ｃ、電極端子２０および電極端子２１は、上部電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃと同じ金属膜で形成されている。
さらに、貫通孔４には、金属膜が電極配線２２ａから延長して貫通孔４の孔壁まで形成されており、同様に、貫通孔５には、金属膜が電極配線２２ｂから延長して貫通孔５の孔壁まで形成されている。つまり、貫通孔４，５を介して薄部２ｂの表裏を金属膜で接続することができるようになっている。
一方、水晶振動片１の裏面側には、振動腕３ａの上部電極１３ａから延長し基部２の薄部２ｂの外縁に沿って形成された電極配線２３ａと、振動腕３ｃの上部電極１３ｃから延長し基部２の薄部２ｂの外縁に沿って形成された電極配線２３ｃと、が設けられている。これら電極配線２３ａと電極配線２３ｃとは、薄部２ｂの外縁に沿ってＵ字状をなして相互に接続されている。また、Ｕ字状をなす電極配線２３ａおよび電極配線２３ｃの内側には、振動腕３ｂの上部電極１３ｂから延長する電極配線２３ｂが形成されている。このように薄部２ｂの裏面側に形成された電極配線２３ａ、電極配線２３ｂ、電極配線２３ｃは、上部電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃと同じ金属膜で形成されている。
さらに、貫通孔４には、金属膜が電極配線２３ｂから延長して貫通孔４の孔壁まで形成されており、同様に、貫通孔５には、金属膜が電極配線２３ｃから延長して貫通孔５の孔壁まで形成されている。つまり、貫通孔４を介して、薄部２ｂの表面側の電極配線２２ａと、薄部２ｂの裏面側の電極配線２３ｂと、が電気的に接続されており、貫通孔５を介して、薄部２ｂの表面側の電極配線２２ｂと、薄部２ｂの裏面側の電極配線２３ｃと、が電気的に接続されている。
以上説明した構成の水晶振動片１について、上部電極１０，１３、圧電膜１４、下部電極１１，１２および電極接続部１５等の形成方法、材質、機能をより詳細に説明する。図３は、水晶振動片の製造工程を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、水晶基板３０を作成し、続いて、ステップＳ２において、振動腕３が形成される振動腕部の部分を膜化する。ここで、図４（ａ）は、水晶基板の振動腕部を膜化した状態を示す斜視図であって、ステップＳ１およびＳ２終了後の水晶基板３０を示している。
この水晶基板３０は、圧電単結晶材である水晶柱から切り出される。水晶柱は、六角柱であって、柱の長手方向に光軸であるＺ軸と、Ｚ軸に垂直な六角形面のＸ−Ｙ平面において、六角形の辺に平行な電気軸であるＸ軸と、Ｘ軸に垂直な機械軸であるＹ軸とを有している。このような水晶は、Ｘ軸（電気軸）方向に電圧を加えると、加えた電圧の方向に対応してＹ軸（機械軸）方向に伸びあるいは縮みの現象が生じ、逆に、Ｙ軸（機械軸）方向に引っ張りあるいは圧縮を与えると、Ｘ軸（電気軸）方向に電圧が生じる性質を有している。つまり、水晶は、電気的エネルギーと機械的エネルギーとの変換が可能である。水晶のこの性質を有効に利用するため、この場合、水晶柱のＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸回りに約１〜５度傾けたＸ−Ｙ’平面に沿って切り出された水晶ウエハ（不図示）からさらに切り出された水晶基板３０を用いている。水晶基板３０は、Ｘ−Ｙ’平面に沿う薄板状で、表裏の方向であるＺ’方向に厚さを有している。このように切り出された水晶基板３０は、厚さ方向に安定して振動する特性を有している。ステップＳ２では、水晶基板３０の振動腕３を形成する部分を薄く膜化して、薄肉部３１が形成されている。薄肉部３１の形成後、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３において、振動腕３及び外形状を形成する。図４（ｂ）は、振動腕の形成を示す斜視図である。図４（ｂ）に示すように、水晶基板３０から水晶振動片１（図１）の外形状が切り出されて形成されると共に、水晶基板３０の薄肉部３１には、基部２の薄部２ｂと、３本の振動腕３（３ａ，３ｂ，３ｃ）と、貫通孔４，５と、が形成される。貫通孔４，５を含む外形状および振動腕３は、バッファード弗酸（ＢＨＦ）を用いた異方性エッチングを利用して切り出され、この場合、基部２における主部２ａの厚さが５０μｍ、そして、振動腕３の厚さが１０μｍ以下に形成される。そして、直方体柱である振動腕３における基部２と同一面をなす各面が、第１面６（６ａ，６ｂ，６ｃ）であり、基部２の薄部２ｂと同一面で主部２ａに対して段差をなす各面が、第２面７（７ａ，７ｂ，７ｃ）である。なお、ステップＳ３は、振動腕形成ステップに該当する。振動腕３等の形成後、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ４において、下部電極１１，１２となる金属膜を形成する。次いで、ステップＳ５において、下部電極形成のパターニングを行う。図５（ｃ）は、下部電極の形成を示す斜視図である。図５（ｃ）には、ステップＳ５で形成が完了した後における、裏面側の下部電極１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と、下部電極１２から延長した電極接続部１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が示されている。なお、図中には下部電極１１が記されていないが、表面側には、下部電極１２と同様な下部電極１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）が電極接続部１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と接続された状態で形成されている。これら下部電極１１，１２および電極接続部１５は、この場合、チタン（Ｔｉ）が下層膜として形成され、チタン（Ｔｉ）に重ねてプラチナ（Ｐｔ）が上層膜として形成された２層構造の金属膜である。２層構造の金属膜は、合計０．１μｍ程度の厚さに形成されている。
ここで、下部電極１１，１２および電極接続部１５を形成する金属膜形成およびパターニングについて簡単に説明する。まず、基部２および振動腕３の全面にチタン（Ｔｉ）をスパッタリングにて成膜し、チタン（Ｔｉ）に重ねてプラチナ（Ｐｔ）を同じくスパッタリングにて成膜する。次に、プラチナ（Ｐｔ）の全面にレジスト剤を塗布する。そして、フォトリソグラフィーを用いて、下部電極１１，１２および電極接続部１５の部分にレジストを残した後、ウェットエッチング処理（例えば王水処理）により、レジストが残っている部分以外のチタン（Ｔｉ）およびプラチナ（Ｐｔ）の成膜を除去し、残っているレジストも除去する。また、上記ウェットエッチング処理の代わりにドライエッチングを用いても良い。こうして、下部電極１１，１２および電極接続部１５が一体に形成される。これにより、下部電極１１と下部電極１２とは、電極接続部１５を介して相互に電気的な導通が可能に接続（導電接続）されている。これらステップＳ４およびＳ５は、下部電極形成ステップに該当する。下部電極１１，１２等の形成後、ステップＳ６へ進む。
ステップＳ６において、圧電膜１４となる配向膜を形成する。次いで、ステップＳ７において、圧電膜形状のパターニングを行う。図５（ｄ）は、圧電膜の形成を示す斜視図である。圧電膜１４は、反応性スパッタリングにより、振動腕３の下部電極１１および下部電極１２を覆って０．１〜０．５μｍ程度の厚さで形成されており、この場合、圧電性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、反応性スパッタリングによる成膜中において、柱状結晶が成長する際に、配向性が揃い、分極反転がし難い特性を有している。そこで、この特性をより活かすため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が形成される下部電極１１，１２の上層膜として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の配向性を揃える効果を促しやすいプラチナ（Ｐｔ）を用いている。
尚、プラチナ以外に窒化アルミニウムの配向性を促す可能性のある金属膜としては、ＡＵ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｚｒ、などがある。
尚、プラチナ以外に窒化アルミニウムの配向性を促す可能性のある金属膜としては、ＡＵ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｚｒ、などがある。
圧電膜１４の形成は、まず、振動腕３の全面へ、反応性スパッタリングにより窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を成膜する。この時、第１面６の下部電極１１（図１（ａ））を覆って形成される圧電膜１４と、第２面７の下部電極１２（図１（ｂ））を覆って形成される圧電膜１４とは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶がプラチナ（Ｐｔ）の膜面に対してほぼ垂直な方向へそれぞれ成長する。つまり、下部電極１１へ成膜される窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶が成長する方向と、下部電極１２へ成膜される窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の柱状結晶が成長する方向とが、振動腕３に対して反対方向となっており、配向性も振動腕３に対して逆になっている。これにより、振動腕３の第１面６に形成された圧電膜１４と、第２面７に形成された圧電膜１４とは、振動腕３に対して互いに反対の分極方向を有することになる。
そして、下部電極１１，１２を形成する場合と同様に、圧電膜１４のパターニングを行う。即ち、レジストの塗布後、圧電膜１４が下部電極１１，１２のそれぞれを覆って振動腕３の周囲にリング状に残るように、不要な窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の部分を除去する。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の除去は、強アルカリ水溶液を用いて行い、この場合、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いた。これらステップＳ６およびＳ７は、圧電膜形成ステップに該当する。圧電膜１４の形成後、ステップＳ８へ進む。
ステップＳ８において、上部電極１０，１３となる金属膜を形成する。次いで、ステップＳ９において、上部電極形成のパターニングを行う。図６（ｅ）は、裏面側の上部電極の形成を示す斜視図、図６（ｆ）は、表面側の上部電極の形成を示す斜視図である。ステップＳ８およびＳ９では、表裏の上部電極１０，１３を同時に形成するが、まず、図６（ｅ）を参照して、裏面側の上部電極１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）の形成について説明する。上部電極１３を形成する際、既に説明した電極配線２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）も同時に形成する。これら上部電極１３および電極配線２３は、この場合、クロム（Ｃｒ）が下層膜として形成され、クロム（Ｃｒ）に重ねて金（Ａｕ）が上層膜として形成された２層構造の金属膜となっている。２層構造の金属膜は、合計０．１μｍ程度の厚さに形成されている。
ここで、上部電極１３において、振動腕３ａの裏面側に位置する上部電極１３ａは、振動腕３ａの周囲にリング状に形成されている圧電膜１４ａの４面のうち、第２面７ａに対向する圧電膜面１４ａ２に重ねて形成される。同じく、振動腕３ｂの裏面側に位置する上部電極１３ｂは、振動腕３ｂの周囲にリング状に形成されている圧電膜１４ｂの４面のうち、第２面７ｂに対向する圧電膜面１４ｂ２に重ねて形成され、上部電極１３ｃは、第２面７ｃに対向する圧電膜面１４ｃ２に重ねて形成される。また、電極配線２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）は、基部２の薄部２ｂの裏面側に上部電極１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）から延長して形成される。
このような配置の上部電極１３および電極配線２３を形成する金属膜形成およびパターニングは、まず、基部２、振動腕３および圧電膜１４の全面にクロム（Ｃｒ）をスパッタリングにて成膜し、クロム（Ｃｒ）に重ねて金（Ａｕ）を同じくスパッタリングにて成膜する。次に、金（Ａｕ）の全面にレジスト剤を塗布する。そして、フォトリソグラフィーを用いて、上部電極１３および電極配線２３の部分にのみレジストを残す。その後、ウェットエッチング処理により、レジストが残っている部分以外のクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）の成膜を除去し、残っているレジストも除去する。こうして、上部電極１３および電極配線２３が一体に形成される。なお、ここで、貫通孔４，５の孔壁にもクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の２層構造の金属膜を形成しておく。
次いで、図６（ｆ）を参照して、表面側の上部電極１０の形成について説明する。上部電極１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を形成する際、既に説明した電極端子２０，２１および電極配線２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）も同時に形成する。これら上部電極１０、電極端子２０，２１および電極配線２２は、上部電極１３と同様、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との２層構造の金属膜である。
ここで、上部電極１０において、振動腕３ａの表面側に位置する上部電極１０ａは、振動腕３ａの周囲にリング状に形成されている圧電膜１４ａの４面のうち、第１面６ａに対向する圧電膜面１４ａ１に重ねて形成される。同じく、振動腕３ｂの表面側に位置する上部電極１０ｂは、第１面６ｂに対向する圧電膜面１４ｂ１に重ねて形成され、上部電極１０ｃは、第１面６ｃに対向する圧電膜面１４ｃ１に重ねて形成される。また、電極端子２０，２１および電極配線２２は、基部２の主部２ａおよび薄部２ｂの表面側に上部電極１０から延長して形成される。
このような配置の上部電極１０、電極端子２０，２１および電極配線２２は、上部電極１３および電極配線２３の形成と同時に、スパッタリングによる金属膜形成、フォトリソグラフィー、酸処理によるパターニングを行い、一体に形成される。この時、貫通孔４には、クロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）の金属膜が電極配線２２ａと電極配線２３ｂとから延長して、貫通孔４の孔壁まで形成されており、同様に、貫通孔５には、金属膜が電極配線２２ｂと電極配線２３ｃとから延長して貫通孔５の孔壁まで形成されている。
これにより、水晶振動片１の表面側の上部電極１０ａ、電極配線２２ａ、電極端子２１、電極配線２２ｃ、上部電極１０ｃと、裏面側の電極配線２３ｂ、上部電極１３ｂと、が貫通孔４を介して金属膜で接続されている。また、水晶振動片１の表面側の上部電極１０ｂ、電極配線２２ｂ、電極端子２０と、裏面側の上部電極１３ｃ、電極配線２３ｃ、電極配線２３ａ、上部電極１３ａと、が貫通孔５を介して金属膜で接続されている。これらステップＳ８およびＳ９は、上部電極形成ステップに該当する。上部電極１０，１３等の形成後、フローが終了する。
次に、水晶振動片１が屈曲振動する原理について説明する。図７（ａ）は、圧電膜の分極方向と上部電極および下部電極の配線を示す模式図、図７（ｂ）は、水晶振動片の屈曲方向を示す斜視図である。図７（ａ）は、水晶振動片１の振動腕３における圧電膜１４の形成部を、Ｘ軸方向に沿って切断した断面を示している。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、振動腕３にそれぞれ形成された圧電膜１４は、振動腕３の表面側と裏面側とで逆方向の配向性を有し、分極方向も異なっている。振動腕３ａの表面側に形成されている圧電膜１４ａは、例えば、無負荷状態に於いて圧電膜中の自発分極が図中の上向きであるような分極方向Ｐ１を有している。一方、振動腕３ａの裏面側に形成されている圧電膜１４ａは、同じく無負荷状態での圧電膜中の自発分極が図中の下向きである分極方向Ｐ２であって、分極方向Ｐ１と反対の分極方向を有している。振動腕３ｂ，３ｃにおいても、表面側と裏面側との圧電膜１４は、互いに反対の分極方向を有している。
そして、水晶振動片１には、電極端子２０または電極端子２１から駆動電圧が印加される。例えば、電極端子２１から電極端子２０へ駆動電圧が印加されると、振動腕３ａにおいて、表面側の上部電極１０ａへまず印加され、以下順に、表面側の圧電膜１４ａ、下部電極１１ａ、電極接続部１５ａ、下部電極１２ａ、裏面側の圧電膜１４ａ、上部電極１３ａを直列接続した状態で、電極端子２０に至る。上部電極１３ａから電極端子２０へは、電極配線２３ａ、電極配線２３ｃ（図１）、貫通孔５および電極配線２２ｂを経て至る。同様に、振動腕３ｃにおいて、電極端子２１から表面側の上部電極１０ｃへまず印加され、以下順に、表面側の圧電膜１４ｃ、下部電極１１ｃ、電極接続部１５ｃ、下部電極１２ｃ、裏面側の圧電膜１４ｃ、上部電極１３ｃを直列接続した状態で、電極配線２３ｃ、貫通孔５および電極配線２２ｂを経て電極端子２０に至る。一方、振動腕３ｂにおいては、電極端子２１から電極配線２２ａ、貫通孔４および電極配線２３ｂを経て、裏面側の上部電極１３ｂへまず印加され、以下順に、裏面側の圧電膜１４ｂ、下部電極１２ｂ（図１）、電極接続部１５ｂ、下部電極１１ｂ、表面側の圧電膜１４ｂ、上部電極１０ｂを直列接続した状態で、電極配線２２ｂを経て電極端子２０に至る。
表面側に形成された圧電膜１４ａの分極方向Ｐ１と、裏面側に形成された圧電膜１４ａの分極方向Ｐ２とは、振動腕３に対して互いに反対の分極方向を有している。このような印加状態では、振動腕３ａにおいて、反対の分極方向である、表面側の圧電膜１４ａと裏面側の圧電膜１４ａとに、表面側から裏面側の方向へ、同方向の駆動電流が印加されるため、両方の圧電膜１４ａには、共に、表面側から裏面側の方向へ向いた電界Ｑ１が生じる。これにより、分極方向Ｐ１と電界Ｑ１とが反対の方向である表面側の圧電膜１４ａは、電界Ｑ１による電界効果によって伸張し、分極方向Ｐ２と電界Ｑ１とが同一の方向である裏面側の圧電膜１４ａは、電界Ｑ１による電界効果によって圧縮する。この伸張および圧縮により、振動腕３ａは、裏面側の方向Ａへ屈曲する。同様に、振動腕３ｃも裏面側の方向Ａへ屈曲する。一方、振動腕３ｂにおいて、反対の分極方向の表面側の圧電膜１４ｂと裏面側の圧電膜１４ｂとに、裏面側から表面側の方向へ、同方向の駆動電流が印加されるため、両方の圧電膜１４ｂには、共に、裏面側から表面側の方向へ向いた電界Ｑ２が生じる。これにより、分極方向Ｐ１と電界Ｑ２とが同一の方向である表面側の圧電膜１４ｂは、電界Ｑ２による電界効果によって圧縮し、分極方向Ｐ２と電界Ｑ２とが反対の方向である裏面側の圧電膜１４ｂは、電界Ｑ２による電界効果によって伸張する。この圧縮および伸張により、振動腕３ｂは、表面側の方向Ｂへ屈曲する。即ち、隣り合って位置する振動腕３は、互いに逆の位相で屈曲し、いわゆる面外振動をする。
また、電極端子２０および電極端子２１へ印加する駆動電流の方向を変えると、振動腕３は、それぞれ逆方向へ屈曲する。つまり、印加する駆動電流の方向を交互に変えることにより、水晶振動片１は、振動腕３が屈曲を繰り返し、安定した振動をすることが可能である。
以下、実施形態で説明した、屈曲振動片としての水晶振動片１における効果をまとめて記載する。
（１）水晶振動片１は、振動腕３が屈曲振動する方向へ向いて配置された第１面６および第２面７に圧電膜１４を備え、これら圧電膜１４は、振動腕３に対して反対方向の配向性を有するように成膜され、互いに反対の分極方向を有している。そのため、水晶振動片１は、振動腕３の表裏の圧電膜１４に同じ方向の電界を生じさせ、さらに、その電界の方向を交互に変えることにより振動腕３を屈曲振動させることができる。このように、圧電膜１４に同方向の電界を生じさせるため、各圧電膜１４は、振動腕３の反対面側の電界による影響を受けたとしても、影響を受けた圧電膜１４の圧縮または伸張が阻害されない。つまり、水晶振動片１は、振動特性を維持しつつ、振動腕３をより薄く膜化することができ、さらなる小型化が可能である。
（２）水晶振動片１の振動腕３における駆動電流は、下部電極１１と下部電極１２とが電極接続部１５で接続されているため、第１面６の上部電極１０から第２面７の上部電極１３の順、あるいはこの逆順の経路により直列的に印加される。また、下部電極１１，１２および電極接続部１５は、振動腕３の周囲へ同時に一体形成することができ、導電接続のために配線を長く引き回す必要がない。そして、振動腕３には、上部電極１０，１３からそれぞれ延長する配線が、第１面６の側および第２面７の側へ貫通孔４，５を介して、簡便に設けられている。このように、水晶振動片１は、駆動電流の印加用の配線が複雑に隣接または交差しておらず、配線を容易に形成できる。これにより、水晶振動片１は、小型化されても寄生容量の増大やクロストーク等の発生を抑制することができる。また、特許文献２では、水晶振動片の振動腕の片面のみに圧電膜を形成しているため、圧電膜の成膜後に振動腕に強い応力がかかり、振動腕に亀裂が生じ破損する場合があったが、本願発明では、水晶振動片１の振動腕３の両面に圧電膜１４を形成しており、圧電膜による応力は表裏面で互いに相殺されるので、製造プロセス中に振動腕が破損することを低減できる。
（３）水晶振動片１は、３本の振動腕３ａ，３ｂ，３ｃを備え、それらの配列方向は、振動腕３が屈曲振動する方向と交差する方向に沿っている。振動腕３の隣り合うそれぞれは、互いに逆の位相、即ち、反対の方向へ屈曲して振動するため、水晶振動片１は、複数の振動腕３のバランスがとれて、振動漏れの少ないより安定した振動を維持することができる。
また、屈曲振動片および屈曲振動片の製造方法は、上記の実施形態における水晶振動片１に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
（変形例１）水晶振動片１は、３本の振動腕３ａ，３ｂ，３ｃを備えて、いわゆる面外振動をするが、これに限定されるものではなく、３本以外の振動腕３を備える形態の振動片であっても良く、さらに、面外振動ではなく、振動腕がその振動方向に沿って配置される面内振動をする形態であっても良い。
（変形例２）水晶振動片１の下部電極１１，１２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の配向性を促すため、チタン（Ｔｉ）およびプラチナ（Ｐｔ）の２層構造の金属膜であるが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の配向性を促すものであれば、これに限定されることなく、チタン（Ｔｉ）の単層構造の金属膜等であっても良い。
（変形例３）水晶振動片１の圧電膜１４は、反応性スパッタリングにより形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であるが、これに限定されるものではなく、例えば、圧電性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）等であっても良い。さらに、圧電膜１４と上部電極１０，１３の間に、絶縁性を高めるために絶縁膜（或いは保護膜）を挿入しても良い。具体的には酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を絶縁層として成膜する。これら絶縁膜は固有振動周波数の温度特性制御に用いられる場合もある。
（変形例４）そして、圧電膜１４が酸化亜鉛（ＺｎＯ）の場合、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の配向性を促すため、下部電極１１，１２として、クロム（Ｃｒ）が下層膜として形成され、クロム（Ｃｒ）に重ねて金（Ａｕ）が上層膜として形成された２層構造の金属膜、あるいは、チタン（Ｔｉ）が下層膜として形成され、チタン（Ｔｉ）に重ねて金（Ａｕ）が上層膜として形成された２層構造の金属膜を用いることが望ましい。そして、上部電極１０，１３としては、クロム（Ｃｒ）が下層膜として形成され、クロム（Ｃｒ）に重ねて金（Ａｕ）が上層膜として形成された２層構造の金属膜、あるいは、アルミニウム（Ａｌ）の単層金属膜を用いることが望ましい。
（変形例５）屈曲振動片は、水晶振動片１のような水晶を用いたものに限定されることなく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）等の圧電体や、シリコン等の半導体であっても良い。但し、屈曲振動片の共振周波数は屈曲振動片材のヤング率を質量密度で除した値の平方根に比例し、ヤング率を質量密度で除した値が小さい材料ほど、屈曲振動片の小型化にとって、より有利である。
（変形例６）屈曲振動片は、水晶振動片１のように、振動腕の第１面および第２面にそれぞれ形成された下部電極同士及び上部電極同士が、電気的な接続がなされて相互に導電接続されたものに限定されることなく、振動腕の第１面の側に形成された上部電極と第２面の側に形成された下部電極同士を導電接続し、第１面の側に形成された下部電極と第２面の側に形成された上部電極同士を導電接続したものでも良い。また、水晶振動片１のように、上部電極１０ａ、表面側の圧電膜１４ａ、下部電極１１ａ、電極接続部１５ａ、下部電極１２ａ、裏面側の圧電膜１４ａ、上部電極１３ａを直列接続した状態に限らず、下部電極と上部電極とを並列接続した構成でも構わない。
屈曲振動片としての水晶振動片１は、振動腕３に対して分極方向の異なっている圧電膜１４を振動腕３の表裏に備え、それぞれの圧電膜１４が直列に接続されているため、配線を簡略化でき、クロストークの抑制および小型化を図ることができる。この特徴により、水晶振動片１は、タイミングデバイス等として、デジタル携帯電話、パーソナルコンピューター、電子時計、ビデオレコーダー、テレビなどの電子機器に広く用いられる。そして、この水晶振動片１をパッケージ化した水晶振動子、水晶振動片１と水晶振動片１を駆動させる半導体素子を備えた屈曲振動デバイス等も小型化が可能であり、搭載される電子機器の小型化に貢献することができる。
１…屈曲振動片としての水晶振動片、２…基部、３…振動腕、４，５…貫通孔、６…第１面、７…第２面、１０，１３…上部電極、１１，１２…下部電極、１４…圧電膜、１５…電極接続部、２０，２１…電極端子、２２，２３…電極配線、Ｐ…分極方向、Ｑ…電界方向。
Claims (8)
- 基部と、
前記基部から延長して少なくとも１本形成され、第１面および該第１面に対向する第２面を有する振動腕と、
前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された下部電極と、
前記下部電極に重ねて形成された圧電膜と、
前記圧電膜に重ねて形成された上部電極と、を備え、
前記第１面に形成された前記圧電膜と、前記第２面に形成された前記圧電膜とは、前記振動腕に対して互いに反対の分極方向を有していることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項１に記載の屈曲振動片において、
前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された前記下部電極は、相互に導電接続されていて、前記第１面の側および前記第２面の側に形成された前記上部電極に駆動電圧が印加されることを特徴とする屈曲振動片。 - 基部と、
前記基部から延長して少なくとも１本形成され、第１面および該第１面に対向する第２面を有する振動腕と、
前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された下部電極と、
前記下部電極に重ねて形成された圧電膜と、
前記圧電膜に重ねて形成された上部電極と、を備え、
前記下部電極と前記上部電極との間に駆動電圧を印加して電界を発生させたときに、前記第１面と前記第２面のどちらか一方の面に形成された前記圧電膜における分極方向と電界方向とが互いに同じであり、他方の面に形成された前記圧電膜における分極方向と電界方向とが互いに反対であることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の屈曲振動片において、
前記基部の一端から延長して形成された複数の振動腕を有していることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項４に記載の屈曲振動片において、
隣り合って位置する前記振動腕は、互いに異なる位相で屈曲振動をすることを特徴とする屈曲振動片。 - 基部と、前記基部から延長して少なくとも１本形成され屈曲振動をする振動腕と、を備えた屈曲振動片の製造方法であって、
前記振動腕の第１面および該第１面に対向する第２面に、下部電極を形成する下部電極形成ステップと、
前記第１面および前記第２面の前記下部電極に重ねられ、前記振動腕に対して互いに反対の分極方向を有する圧電膜を形成する圧電膜形成ステップと、
前記圧電膜に重ねて上部電極形成する上部電極形成ステップと、を有していることを特徴とする屈曲振動片の製造方法。 - 請求項６に記載の屈曲振動片の製造方法において、
前記下部電極形成ステップは、前記振動腕の前記第１面および前記第２面に形成された前記下部電極が相互に導電接続されていることを特徴とする屈曲振動片の製造方法。 - 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の屈曲振動片と、該屈曲振動片を駆動させる半導体素子とを備えていることを特徴とする屈曲振動デバイス。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120056686A1 (en) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, vibration device, and electronic device |
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| US9461615B2 (en) | 2013-07-19 | 2016-10-04 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, oscillator, electronic apparatus, and moving object |
| JPWO2015111503A1 (ja) * | 2014-01-24 | 2017-03-23 | 株式会社村田製作所 | 圧電振動子及び圧電振動装置 |
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Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6119134B2 (ja) * | 2012-07-19 | 2017-04-26 | 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 |
| 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 |
| US20160352307A1 (en) | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Mems resonator with high quality factor |
| US10291203B2 (en) | 2016-07-12 | 2019-05-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric MEMS resonator with a high quality factor |
| JP2022086056A (ja) * | 2020-11-30 | 2022-06-09 | エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社 | 圧電振動片、圧電振動子、発振器、および圧電振動片の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009005022A (ja) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Seiko Epson Corp | 音叉型振動子、発振器 |
| JP2009081836A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-04-16 | Seiko Epson Corp | 圧電薄膜音叉振動片、圧電薄膜音叉振動子及び加速度センサ |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1958014A (en) * | 1934-05-08 | Piezo-electric crystal | ||
| US2955216A (en) * | 1960-10-04 | Reinforced hollow piezoelectric ceramic transducer structures | ||
| US2836737A (en) * | 1953-07-20 | 1958-05-27 | Electric Machinery Mfg Co | Piezoelectric transducer |
| US3940974A (en) * | 1974-05-06 | 1976-03-02 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Electrically compensated sensor |
| US4087715A (en) * | 1976-11-18 | 1978-05-02 | Hughes Aircraft Company | Piezoelectric electromechanical micropositioner |
| US4308546A (en) * | 1978-03-15 | 1981-12-29 | Gould Inc. | Ink jet tip assembly |
| JPS60181996U (ja) * | 1984-05-11 | 1985-12-03 | 呉羽化学工業株式会社 | 電極端子取り出し構造体 |
| US6498651B1 (en) * | 1999-02-19 | 2002-12-24 | Thomson-Csf Sextant | Device for detecting activation movement for laser gyroscope |
| JP3791485B2 (ja) * | 2002-06-04 | 2006-06-28 | 株式会社村田製作所 | 音叉形振動子およびそれを用いた振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置および音叉形振動子の製造方法 |
| KR100704990B1 (ko) * | 2005-08-08 | 2007-04-10 | 삼성전기주식회사 | 고정자 및 이를 이용한 세라믹스 튜브형 초음파 모터 |
| JP4715652B2 (ja) | 2006-06-30 | 2011-07-06 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電振動片 |
| JP2010226609A (ja) | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Seiko Epson Corp | 振動片および振動子 |
-
2009
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-
2010
- 2010-06-16 US US12/816,530 patent/US8304967B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009005022A (ja) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Seiko Epson Corp | 音叉型振動子、発振器 |
| JP2009081836A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-04-16 | Seiko Epson Corp | 圧電薄膜音叉振動片、圧電薄膜音叉振動子及び加速度センサ |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120056686A1 (en) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, vibration device, and electronic device |
| US8525606B2 (en) | 2011-02-02 | 2013-09-03 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, oscillator, and electronic device |
| US8581669B2 (en) | 2011-02-02 | 2013-11-12 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, oscillator, and electronic apparatus |
| US9461615B2 (en) | 2013-07-19 | 2016-10-04 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, oscillator, electronic apparatus, and moving object |
| JPWO2015111503A1 (ja) * | 2014-01-24 | 2017-03-23 | 株式会社村田製作所 | 圧電振動子及び圧電振動装置 |
| US11538981B2 (en) | 2019-06-26 | 2022-12-27 | Seiko Epson Corporation | Vibration element, electronic apparatus, and vehicle |
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