JP2012029024A - Bending vibration piece, vibrator, oscillator, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は振動片屈曲、振動子、発振器、および電子機器に係り、特に面外方向(主面に対して法線方向)の屈曲振動を励振する振動片、並びにこの振動片を搭載した振動子、ならびに発振器、およびこれらの振動子や発振器を搭載した電子機器に関する。 The present invention relates to a resonator element bending device, an oscillator, an oscillator, and an electronic device, and more particularly to a resonator element that excites bending vibration in an out-of-plane direction (normal direction with respect to a main surface), and an oscillator equipped with the resonator element. Further, the present invention relates to an oscillator, and an electronic device equipped with these vibrators and oscillators.
屈曲振動を励起する振動片では、振動腕の圧縮応力が作用する圧縮部と引張応力が作用する伸張部との間で温度差が生じ、この温度差を緩和しようとして作用する熱伝導によっても振動エネルギーの損失が発生する。この熱伝導によって発生するQ値の低下は熱弾性損失効果(以下熱弾性損失)とよばれている。そこで、熱弾性損失を考慮した設計が必要となってくる。例えば特許文献1に開示されている技術によれば、水晶振動子の腕部分に溝を設けることで、共振の安定度を示すQ値を向上させることができることが解る。
しかし、電子デバイスの小型化や薄型化に伴い、振動片の小型化や薄型化が進むと、振動部に精度良く溝を形成することは非常に困難となる。
In the resonator element that excites bending vibration, a temperature difference occurs between the compression part where the compressive stress of the vibrating arm acts and the extension part where the tensile stress acts, and vibration is also caused by heat conduction acting to alleviate this temperature difference. Energy loss occurs. The decrease in the Q value generated by this heat conduction is called a thermoelastic loss effect (hereinafter referred to as thermoelastic loss). Therefore, it is necessary to design in consideration of thermoelastic loss. For example, according to the technique disclosed in Patent Document 1, it is understood that the Q value indicating the stability of resonance can be improved by providing a groove in the arm portion of the crystal resonator.
However, as the electronic device becomes smaller and thinner, it becomes very difficult to accurately form the groove in the vibrating portion as the vibrating piece becomes smaller and thinner.
このような問題点を回避する手段として、振動部を薄型化し、この振動部に圧電体層を形成することが考案されている(特許文献2−4)。このような構成の振動片では、圧電体層の表裏に、電位の異なる電界を印加することで、圧電体層の形成面と交差する方向(面外方向または法線方向)の振動を励起させることができる。 As means for avoiding such problems, it has been devised to make the vibration part thinner and to form a piezoelectric layer on the vibration part (Patent Documents 2-4). In the resonator element having such a configuration, an electric field having a different potential is applied to the front and back of the piezoelectric layer to excite vibrations in a direction (out-of-plane direction or normal direction) intersecting the surface on which the piezoelectric layer is formed. be able to.
特許文献2−4に開示されているような構成の振動片を用いると、振動部の屈曲に伴う熱弾性損失を抑制することができる。ところで、特許文献2−4に開示されているような構成の振動片は、屈曲振動の際に振動腕の基端部において応力が大きくなり、振動効率が悪くなる問題がある。このような問題を解決するために、振動腕の基端部の幅を広くして拡幅部を形成し応力を緩和する手段が一般的にとられている。特許文献2−4に開示されているような構成の振動片は、基板に透光性を有する部材、特に水晶を用い、電極は、圧電体層を形成する第1面のみに形成する構成としている。このため、フォトリソグラフィー法によるパターン形成時には、反応光を第1面の上方から照射して露光を行なうが、上記のように振動腕に拡幅部を形成した場合、基端部の水晶の結晶構造が複雑となり、それに伴い拡幅部の金属膜の表面は複数の方向に傾斜することになる。この金属膜の上にレジストを塗布し露光した場合、基板の側面、特に振動腕の拡幅部に照射された反応光が金属膜より乱反射し、側面方向からレジスト膜に照射されることがある(図13参照)。なお、図13において、図13(A)は振動片の平面構成を示す図であり、図13(B)は同図(A)における円形部分の部分拡大斜視を示す図である。また、図14には、図14(A)に図13(B)におけるA−A′断面を、図14(B)に図13(B)におけるB−B′断面をそれぞれ示す。 When the resonator element configured as disclosed in Patent Documents 2 to 4 is used, thermoelastic loss due to bending of the vibration part can be suppressed. By the way, the resonator element configured as disclosed in Patent Documents 2 to 4 has a problem that stress is increased at the proximal end portion of the vibrating arm during bending vibration, and vibration efficiency is deteriorated. In order to solve such a problem, a means is generally taken to widen the base end portion of the vibrating arm to form a widened portion and relieve stress. The resonator element configured as disclosed in Patent Documents 2-4 uses a light-transmitting member, particularly quartz, on the substrate, and the electrode is formed only on the first surface on which the piezoelectric layer is formed. Yes. For this reason, at the time of pattern formation by photolithography, exposure is performed by irradiating reaction light from above the first surface. When the widened portion is formed on the vibrating arm as described above, the crystal structure of the crystal at the base end portion Accordingly, the surface of the metal film of the widened portion is inclined in a plurality of directions. When a resist is applied on the metal film and exposed, the reaction light irradiated to the side surface of the substrate, particularly the widened portion of the vibrating arm, is diffusely reflected from the metal film, and may be irradiated to the resist film from the side surface direction ( (See FIG. 13). In FIG. 13, FIG. 13A is a diagram illustrating a planar configuration of the resonator element, and FIG. 13B is a diagram illustrating a partially enlarged perspective view of a circular portion in FIG. FIG. 14A shows a cross section taken along the line AA ′ in FIG. 13B, and FIG. 14B shows a cross section taken along the line BB ′ in FIG. 13B.
上記説明を詳細すると、次のように説明することができる。振動片の形成工程ではまず、図14(A)、(B)に示すように、振動腕の全周に亙って金属膜が形成され、その上部にレジスト膜が形成される。そして、第1電極(下地電極)として残したい部分にマスクをあてて露光する。このとき、通常は図14(B)に示すように、レジスト膜においてマスクによる影となっている部分には反応光は照射されない。このため、当該影になっている部分は露光されず、現像された後にも保護膜として残留することとなる。一方、拡幅部となっている図14(A)に示す拡幅部では、複雑な結晶面に沿って形成された金属膜に乱反射した反応光が、マスクによる影となっている部分のレジスト膜に対し、側面方向から入射する場合があり、レジスト膜に予期せぬ露光を生じさせる。 The above description can be described in detail as follows. In the vibrating piece forming step, first, as shown in FIGS. 14A and 14B, a metal film is formed over the entire circumference of the vibrating arm, and a resist film is formed thereon. Then, exposure is performed by applying a mask to a portion to be left as the first electrode (base electrode). At this time, normally, as shown in FIG. 14B, the reaction light is not irradiated on the portion of the resist film which is shaded by the mask. For this reason, the shadowed portion is not exposed and remains as a protective film even after development. On the other hand, in the widened portion shown in FIG. 14A, which is the widened portion, the reaction light irregularly reflected on the metal film formed along the complex crystal plane is applied to the resist film in the shadowed portion by the mask. On the other hand, it may enter from the side surface direction, causing unexpected exposure to the resist film.
このような現象は特に、第1電極(圧電体層形成前に形成する電極)をパターニングする際に生ずることが多く、現像時に、電極形成部分の金属膜を保護すべきレジスト膜が除去されてしまうと、電極の断線等の不具合が生ずることがある。 Such a phenomenon often occurs when patterning the first electrode (electrode formed before forming the piezoelectric layer), and the resist film that should protect the metal film in the electrode forming portion is removed during development. If this happens, problems such as electrode disconnection may occur.
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]基部と、前記基部を基端として延設された振動腕と、前記振動腕上に配置され、第1電極、前記第1電極と電位の異なる電圧が印加される第2電極、および前記第1電極と前記第2電極との間に設けられる圧電体層を少なくとも含む積層体と、を有し、前記振動腕の前記基端には拡幅部が設けられ、前記拡幅部の側面には遮光膜を備えることを特徴とする屈曲振動片。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
Application Example 1 A base, a vibrating arm extending from the base as a base, and a second electrode disposed on the vibrating arm and applied with a voltage having a different potential from the first electrode and the first electrode And a laminate including at least a piezoelectric layer provided between the first electrode and the second electrode, and a widened portion is provided at the base end of the vibrating arm, A flexural vibration piece comprising a light shielding film on a side surface.
このような構成とすることにより、乱反射の影響によるレジスト膜の不要な露光を防止することができ、電極パターンの形状不良を抑制することができる。これにより、寄生的振動モードの増長を抑制し、信頼性の高い振動片とすることができる。また、形状不良が抑制されることより、歩留まりも向上させることができる。 By adopting such a configuration, unnecessary exposure of the resist film due to the influence of irregular reflection can be prevented, and the defective shape of the electrode pattern can be suppressed. Thereby, the increase in the parasitic vibration mode can be suppressed, and a highly reliable vibration piece can be obtained. In addition, since yield defects are suppressed, the yield can be improved.
[適用例2]適用例1に記載の屈曲振動片であって、前記遮光膜を前記第1電極で構成したことを特徴とする屈曲振動片。
このような構成とすることで、第1電極には、電極としての役割と遮光膜としての役割の双方を持たせることができる。よって、遮光膜を別途形成する必要性が無く、高い生産性を維持することができる。
Application Example 2 The bending vibration piece according to Application Example 1, wherein the light shielding film is configured by the first electrode.
With such a configuration, the first electrode can have both a role as an electrode and a role as a light shielding film. Therefore, it is not necessary to separately form a light shielding film, and high productivity can be maintained.
[適用例3]適用例1に記載の屈曲振動片であって、前記遮光膜は、電気的に浮いている金属膜であることを特徴とする屈曲振動片。
このような構成とすることで、遮光膜は第1電極と同時に作成しつつ、電気的に切り離すことで電位不定とすることができる。これにより、第1電極の形状は遮光膜の配置系統にとらわれる必要性が無くなり、設計自由度を向上させることができる。
Application Example 3 The bending vibration piece according to Application Example 1, wherein the light shielding film is an electrically floating metal film.
With such a configuration, the light shielding film can be made indeterminate by being electrically separated while being formed simultaneously with the first electrode. This eliminates the need for the shape of the first electrode to be constrained by the light-shielding film arrangement system, and can improve the degree of freedom in design.
[適用例4]適用例1乃至適用例3のいずれか1例に記載の屈曲振動片と、前記振動片を内部に実装するパッケージと、を有することを特徴とする振動子。
このような構成とすることによれば、屈曲振動片における寄生的振動モードを抑制し、高性能で高い信頼性を得ることができる。
Application Example 4 A vibrator having the flexural vibration piece according to any one of Application Examples 1 to 3 and a package in which the vibration piece is mounted.
According to such a configuration, the parasitic vibration mode in the bending vibration piece can be suppressed, and high performance and high reliability can be obtained.
[適用例5]適用例1乃至適用例3のいずれか1例に記載の屈曲振動片と、前記屈曲振動片の発振を制御する発振回路と、少なくとも前記振動片、および前記電子部品とを内部に実装するパッケージを有することを特徴とする発振器。
このような構成とすることによれば、屈曲振動片における寄生的振動モードを抑制し、高性能で高い信頼性を得ることができる。
Application Example 5 Internally includes the bending vibration piece according to any one of Application Examples 1 to 3, an oscillation circuit that controls oscillation of the bending vibration piece, at least the vibration piece, and the electronic component. An oscillator comprising a package to be mounted on.
According to such a configuration, the parasitic vibration mode in the bending vibration piece can be suppressed, and high performance and high reliability can be obtained.
[適用例6]適用例1乃至適用例3のいずれか1例に記載の屈曲振動片を搭載したことを特徴とする電子機器。
このような構成とすることにより、電子機器の小型化にも対応することができる。
[Application Example 6] An electronic apparatus in which the bending vibration piece according to any one of Application Examples 1 to 3 is mounted.
With such a configuration, it is possible to cope with downsizing of electronic devices.
以下、本発明の屈曲振動片、振動子、発振器、および電子機器に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図1〜図3を参照して、第1の実施形態に係る振動片について説明する。なお、図1において、図1(A)は振動片の平面図であり、図1(B)は同図(A)におけるA−A´断面の一部を示す図であり、図1(C)は同図(A)におけるB−B´断面の一部を示す図である。また、図2は、振動片の分解斜視図である。さらに図3は、振動片における振動腕の基端部を示す部分拡大斜視図である。本実施形態に係る屈曲振動片(以下、単に振動片10と称す)は、図2に示すように、基板12と、圧電体層28、および第1電極20ならびに第2電極38とを有する。
Hereinafter, embodiments of the flexural vibration piece, the vibrator, the oscillator, and the electronic apparatus according to the invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the resonator element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In FIG. 1, FIG. 1A is a plan view of the resonator element, and FIG. 1B is a diagram illustrating a part of the AA ′ cross section in FIG. ) Is a diagram showing a part of a BB ′ cross section in FIG. FIG. 2 is an exploded perspective view of the resonator element. Further, FIG. 3 is a partially enlarged perspective view showing the base end portion of the vibrating arm in the vibrating piece. As shown in FIG. 2, the flexural vibration piece according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as the vibration piece 10) includes a
基板12は、例えば水晶により構成され、基部14と、この基部14を基端として延設された複数(図1、2に示す形態においては3つ)の振動腕16(16a〜16c)とから成る。実施形態に係る例の場合、基部14は、振動腕16に比べて肉厚に形成され、実装時の機械的強度を保つことが可能な形態とされている。一方振動腕16は、基部14に比べて肉薄に形成され、振動時における熱弾性損失の抑制が図られている。また、振動腕16は、基部14との接続部である基端部に拡幅部300(300a〜300c)を有し、屈曲振動により生ずる応力に対する耐性を確保している。基部14と振動腕16との間で厚みを異ならせる構成とされる実施形態に係る基板12は、基部14と振動腕16とを平坦に連続させた第1面と、基部14と振動腕16との間に段差を形成した第2面とを有する。このように形成される第1面は、振動腕16の屈曲方向と交差(直交)する方向に沿った面であり、第2面は、当該第1面に対向する面となる。なお、基板12を水晶により構成する場合、基板12を形成する際の素板12a(図5参照)のカット角はZカットとすることが望ましいが、XカットやATカットによるものであっても良い。実施形態に係る基板12は、直接的に電圧が印加される対象とはならないため、基本的にはカット角が振動特性に影響を及ぼすことは無い。しかし、Zカットで切り出された素板12aを用いた場合には、加工が容易になるといった特性を得ることができる。尚、基板12は、水晶だけでなく、シリコン基板、石英基板、ガラス基板など同等の材料を用いた基板であっても良い。
The
第1電極20、圧電体層28、および第2電極38は、基板12における第1面を主体として積層形成される。なおここで、第1電極20とは圧電体層28を形成する前に形成される電極であり、第2電極38とは圧電体層28を形成した後に形成される電極とする。よって、第1電極20と第2電極38といった表現と、各電極における電位とは関係が無い。第1電極20、第2電極38の形成材料としては、基板12である水晶との密着性が良く、圧電体層38の配向性を促しやすいものとすると良い。電極部材として汎用性のある材料としては、Au、Pt、Al、Ag、Cu、Mo、Cr、Nb、W、Ni、Fe、Ti、Co、Zn、Zrなどを挙げることができる。本実施形態では、第1電極20、第2電極38共に、下層にCr、上層にAuとした2層構造の金属層により形成することとする。また、圧電体層28としては、ZnOやAlN、PZT、LiNbO3、KNbO3などを挙げることができ、本実施形態では主にAlNを採用することとする。
The
第1電極20は例えば、第1層励振電極22a,22b,22cと、第1層引出電極24,26、および入出力電極42とより構成される。実施形態に係る振動片10の場合、第1層励振電極22a,22b,22cは、振動腕16の中腹部近傍から基端部に設けられた拡幅部300a、300b、300cにかけて、振動腕16の周囲を取り囲むように形成されている。このような構成とすると、拡幅部の側面310a、310b、310cはマスクにより覆われるため、露光の反応光が入射することがない。即ち、拡幅部の側面310a〜310cから回り込む光の乱反射を防止することが可能となる。ここで、第1層励振電極22aと第1層励振電極22c、および入出力電極42とは同電位であり、第1層引出電極24により接続されている。一方、第1層励振電極22bは電気的に浮いた状態となり、詳細を後述する第2電極38との接続のための第1層引出電極26と接続されている。
The
圧電体層28は、上述した第1電極20における第1面形成部分を覆うように形成される。具体的には、振動腕16a,16b,16cに形成される励振電極被覆部30a,30b,30cと、基部14に形成される引出電極被覆部32とより成る。引出電極被覆部32には、上述した第1電極20と、詳細を後述する第2電極38とを電気的に接続するための開口部34,36が設けられている。なお、圧電体層28は、その表裏面に対して電位の異なる電圧を印加されることで、面外方向(圧電体層28形成面と交差する方向:圧電体層形成面に対する法線方向)へと屈曲する特性を持つ。
The
第2電極38は例えば、第2層励振電極40a,40b,40cと、第2層引出電極46,48、および入出力電極44とより構成される。ここで、第2層励振電極40bは、第2層引出電極46と接続され、第2層引出電極46は、上述した圧電体層28に形成した開口部34を介して、第1層引出電極24と電気的に接続されることとなる。よって、第1層励振電極22a,22cと第2層励振電極40bとは、同電位の電圧が印加されることとなる。一方、第2層励振電極40a,40cと入出力電極44とは同電位の電圧が印加されることとなるが、第2層引出電極48は、第2層引出電極46を介して寸断されており、直接的には接続されていない。しかし、第2層引出電極48は、上述した圧電体層28に形成した開口部36を介して第1層引出電極26と電気的に接続されており、第1層引出電極26と第2層引出電極48を介して第2層励振電極40a,40c、および第1層励振電極22bと、入出力電極44とが電気的に接続されることとなる。なお、図1、図2においては、電位の異なる電圧が印加されることとなる第1層引出電極24,26の一部と第2層引出電極46,48の一部とが重複する形態として示されているが、実際には電位の異なる引出電極は、圧電体層28の表裏面において重複しないように設計する。振動腕16以外の箇所での励振を抑制するためである。
The
このような構成の振動片10では、振動腕16における励振電極形成部分は、第1層励振電極22により覆われることとなる。このため、電極パターン形成時のフォトリソグラフィー工程において、乱反射による光の回り込みによりレジスト膜が不必要に露光されるといった虞が無く、電極パターンの形状不良や、これに伴う寄生的振動モードの増長などを抑えることができる。従って、良好な振動特性を備えた高歩留まり、低コストの振動片を提供することが可能となる。
In the
上記構成の振動片10における振動腕16の基端部の構成についての部分拡大斜視図を図3に示し、第1層励振電極22の形成工程の図を図4に示す。図3、4によれば、第1層励振電極22は、振動腕16の拡幅部300a〜300cの側面310a〜310cをマスクによる影が覆うこととなる。このため、複雑な結晶構造に沿って形成される拡幅部300a〜300cに形成された金属膜での乱反射が抑制され、反応光の回り込みを確実に抑制することが可能であることが解る。
FIG. 3 shows a partially enlarged perspective view of the configuration of the base end portion of the vibrating arm 16 in the
次に、図5を参照して、本実施形態に係る振動片10の製造工程について説明する。まず、振動片10の基礎となる素板12aを用意する。本実施形態では、素板12aとして水晶を採用する。素板12aは、シリコン、石英、ガラス、等であっても良い。素板12aを水晶とした場合における厚みは、50〜100μm程度とすることが望ましい(図5(A)参照)。
Next, a manufacturing process of the
次に、素板12aの一部を肉薄化し、肉薄部12bを形成する。肉薄化は、バッファードフッ酸(BHF)等を用いたエッチングにより行なうようにすれば良い。エッチングは、第2面となる面から行なうようにする(図5(B)参照)。
Next, a part of the
肉薄化をした後、基板12の外形形成を行う。外形形成を行う場合には第1面側からエッチングを行なうようにすることが望ましい。なお、エッチングには、BHFを用いれば良い(図5(C)参照)。
After thinning, the outer shape of the
基板12の外形形成を終了した後、第1面および振動腕16a,16b,16cの外周面に第1電極20を形成する。第1電極20の形成はまず、基板12における第1面と第2面、および側面の全面に金属層を形成する。金属層の形成は、マグネトロンスパッタリング等の手法を用いれば良い。金属層を形成した後、レジストを全面に塗布する。その後、フォトリソグラフィー法により、金属層をエッチングし、第1電極20の形状に沿った金属パターンを得る。この際に、振動腕16a〜16cに設けられた拡幅部の側面310a〜310に対して金属パターンを残しておくのは、すでに述べたとおりである。
After finishing the outer shape of the
第1電極20を形成した後、所望箇所に対する圧電体層28の形成を行う。まず、第1電極20を含む基板の第1面の全面に、圧電体層を形成する。圧電体層の形成は、反応性RFスパッタリング法を用いて行なうようにする。圧電体層をAlNとする場合、圧電体層の膜厚は、2000Å〜10000Å程度の範囲とすると良い(図5(D)参照)。
After the
次に、フォトリソグラフィー法によるレジストのパターニングとウエットエッチングにより、圧電体層を所望のパターンに形成する。圧電体層をAlNとする場合には、ウエットエッチングのエッチング液には、強アルカリ水溶液を用いるようにする。強アルカリ水溶液の例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム等である。或いは、酸系のエッチング液として、リン酸を加熱したものなどを用いても良い。 Next, the piezoelectric layer is formed into a desired pattern by patterning the resist by photolithography and wet etching. When the piezoelectric layer is made of AlN, a strong alkaline aqueous solution is used as an etchant for wet etching. An example of the strong alkaline aqueous solution is tetramethylammonium hydroxide. Alternatively, an acid-based etching solution obtained by heating phosphoric acid may be used.
圧電体層28の形状形成が終了した後、第2電極38(図2参照)の形成を行う。第2電極38の形成は、第1電極20の形成と同様に、第1面の全面に金属層を形成し、フォトリソグラフィー法によるレジストのパターニング、およびウエットエッチングによる形状形成を行えば良い(図5(E)参照)。
After the formation of the shape of the
上記実施形態では、基板12を水晶により構成する旨記載した。しかしながら本実施形態に係る振動片10は、圧電体層28により面外方向の振動を励起することとしている。このため、基板12の材料としては水晶以外の部材であっても良い。具体的には、水晶以外の圧電体であっても良いし、シリコンなどの半導体等であっても良い。
In the said embodiment, it described that the board |
また、上記実施形態においては、圧電体層28の上面に直接第2電極38を形成していた。しかしながら、本実施形態に係る振動片10は、圧電体層28と第2電極38との間に絶縁体層(絶縁膜)を形成するようにしても良い(不図示)。このような構成とすることにより、圧電体層28に貫通孔が形成されていた場合であっても、第1電極20と第2電極38との間における短絡を防止することが可能となる。なお、絶縁体層の膜厚としては、短絡防止の観点からは50nm以上とすることが望ましい。一方、圧電体層28の特性低下を抑制する観点からは、500nm以下とすることが望ましい。ここで、絶縁体層は、SiO2やSiNXにより構成すれば良い。
In the above embodiment, the
さらに、上記実施形態に係る振動片10における振動腕16の第2面に対し、保護層(無機膜)を形成するようにしても良い(不図示)。特に二酸化シリコン(SiO2)は負の温度特性を持つことが知られており、これを用いて周波数温度特性を補正することができる。
Furthermore, a protective layer (inorganic film) may be formed on the second surface of the vibrating arm 16 in the vibrating
次に、本発明の振動片に係る第2の実施形態について、図6を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る振動片の基本的な構成は、上述した第1の実施形態に係る振動片10と同様である、よって、その機能を同一とする箇所には、図面に100を足した符号を付して、詳細な説明は省略することとする。なお、図6において、図6(A)は振動片の平面図であり、図6(B)は同図(A)におけるA−A´断面の一部を示す図であり、図6(C)は同図(A)におけるB−B´断面の一部を示す図である。
Next, a second embodiment according to the resonator element of the invention will be described in detail with reference to FIG. The basic configuration of the resonator element according to this embodiment is the same as that of the
本実施形態に係る振動片110も、基板112と、第1電極120、圧電体層128、第2電極138を基本として構成される。基板112の構成は、上述した第1の実施形態に係る振動片110と同様である。
The
本実施形態に係る振動片110では、第1の実施形態に係る振動片10よりも、圧電体層128の形成範囲を狭くしている。具体的には、各振動腕116a,116b,116cにおける中間部から拡幅部にかけての第1面を被覆する構成としている。
In the
圧電体層128をこのような構成とする事に伴い、第1電極120、第2電極138の配置形態も異ならせた。具体的には、図6(B)に示すように、拡幅部である振動腕116a,116b,116cの基端部では、第1電極120を振動腕116a,116b,116cの両側面に配する構成としている。このような構成とすることにより、フォトリソグラフィー工程における反応光の乱反射による周り込みに伴うレジスト膜の不要な露光を防ぐことができる。ここで、振動腕116a,116b,116cの両側面に形成される2つの第1電極120は、電極としての電位を異ならせることとなる。例えば図6(B)において、図中左側の第1電極120にプラスの電位の電圧が印加されている時には、図中右側の第1電極120にはマイナスの電位の電圧が印加されることとなる。
As the
このような電極パターンの配置を実現するために、基板112の基部114では電位の異なる電圧が印加される引出電極124と引出電極146の一部が交差することとなる。このため、当該交差部分には、絶縁膜131が配置されることとなる。これにより、電位の異なる電極パターン間における短絡を防止することができるからである。
In order to realize such an electrode pattern arrangement, at the
基端部における第2電極138は、図中右側に配置された第1電極120に積層するように配置される(図6(B)参照)。このような構成とすることで、詳細を後述するように圧電体層128を形成した後に形成する第2電極138と、圧電体層128の形成前に形成する第1電極120とを電気的に接続することができる。
The
振動腕116a,116b,116cにおける励振部近傍では、図6(C)に示すように、第1電極120が、振動腕116a,116b,116cにおける図中左側を被覆しつつ、第1層励振電極122a,122b,122cを構成している。一方、第2電極138は、振動腕116a,116b,116cにおける図中右側を被覆しつつ、第2層励振電極140a,140b,140cを構成している。このような構成の振動片110における振動腕116a,116b,116cの基端部の構成についての部分拡大斜視図を図7に示す。図7によれば、第1電極120が振動腕116a,116b,116cの拡幅部300a〜300cの側面310a〜310cを被覆しており、乱反射による反応光の回り込みを確実に抑制することが可能であることが解る。
その他の構成、作用、効果については、上述した第1の実施形態に係る振動片10と同様である。
In the vicinity of the excitation portions in the vibrating
About another structure, an effect | action, and an effect, it is the same as that of the
次に、本発明の振動片に係る第3の実施形態について、図8を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る振動片の殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る振動片10と同様である。よって、その機能を同様とする箇所には図面に200を足した符号を付して、詳細な説明は省略することとする。なお、図8において、図8(A)は振動片の平面図であり、図8(B)は同図(A)におけるA−A´断面の一部を示す図であり、図8(C)は同図(A)におけるB−B´断面の一部を示す図である。
Next, a third embodiment according to the resonator element of the invention will be described in detail with reference to FIG. Most configurations of the resonator element according to the present embodiment are the same as those of the
本実施形態に係る振動片210では、振動腕216a,216b,216cの基端部に形成する第1電極220を分割し、その一方を電気的に浮いた状態(不定電位)の金属膜221とした点を特徴とする。具体的には、図8(B)において図中右側の電極を入出力電極242または入出力電極244と電気的に接続した第1電極220とする。一方、図中左側に配した金属膜221は、入出力電極242,244のいずれにも電気的に接続されない不定電位の金属膜となる。
In the
第2電極238は、圧電体層228の上部に形成され、第1の実施形態に係る振動片10における第2電極38と略同じ形状とすることができる。なお、本実施形態に係る振動片210では、振動腕216a,216b,216cにおける励振部分では、第1電極220を第1面側のみに引き回して第1層励振電極222a,222b,222cを形成すると共に、圧電体層228を介してその上面に第2層励振電極240a,240b,240cを形成し、金属膜による振動腕216a,216b,216c側面の被覆を無くすようにしている。乱反射の最も生じやすい叉の部分を第1電極220と金属膜221で被覆することで、フォトリソグラフィー工程時における乱反射に起因する不具合の殆どは解消することができる。よって、このような構成とした場合であっても、上述した第1、第2の実施形態に係る振動片10,210と同様な効果を奏することができる。
The
次に、本発明の振動子に係る実施の形態について、図9を参照して説明する。本実施形態に係る振動子50は、振動片と、この振動片を内部に実装するパッケージ52とより構成される。
振動片は、上記第1〜第3の実施形態に係る振動片(本実施形態では、振動片10,110,210を代表して振動片10と称す)を採用する。パッケージ52は、パッケージベース54と蓋体56とを基本として構成される。パッケージベース54は、箱型形状を成し、内部に振動片実装端子60を備えるようにする。一方、パッケージベース54の外部底面には、振動片実装端子60と電気的に接続された外部実装端子62を備えるようにする。
Next, an embodiment according to the vibrator of the present invention will be described with reference to FIG. The
As the resonator element, the resonator element according to the first to third embodiments (in this embodiment, the
このような構成のパッケージベース54は、絶縁部材により構成すれば良く、例えば、平板、および枠状のセラミックグリーンシートを積層し、これを焼成することで、形成することができる。なお、振動片実装端子60、および外部実装端子62は、セラミックグリーンシート上へのスクリーン印刷により形成することができる。
The
蓋体56は、金属またはガラス等により構成される平板であれば良い。蓋体56の構成材料としては、パッケージベース54の構成材料と、線膨張率が近似するものが望ましい。温度変化によるクラックや剥離の発生を抑制するためである。パッケージベース54をセラミックにより構成した場合には、コバール(合金)や、ソーダガラスなどとすると良い。
The
パッケージベース54と蓋体56との接合には、ロウ材58を用いた溶接を行なう。蓋体56を金属とした場合には、ロウ材58を低融点金属、蓋体56をガラスとした場合には、ロウ材58を低融点ガラスとすれば良い。
For joining the
このような構成部材から成る本実施形態に係る振動子50の製造は、まず、パッケージベース54の内部に振動片10を搭載する。振動片10の搭載は、接着剤64によれば良い。振動片10をパッケージベース54に搭載した後、金線66などを用いてワイヤボンディングを行い、振動片実装端子60と振動片10における入出力端子42,44(図1参照)とを電気的に接続する。このようにして振動片10の実装を終了した後、パッケージベース54に蓋体56を接合し、開口部を封止する。
In the manufacture of the
このような構成の振動子50によれば、振動片10における寄生的振動モードを抑制し、高性能で高い信頼性を得ることができる。なお、本実施形態に係る振動子50では、パッケージベース54を箱型、蓋体56を平板状としていたが、パッケージベースを平板状とし、蓋体をキャップ形状としても良い。
According to the
次に、本発明の発振器に係る実施の形態について、図10を参照して説明する。本実施形態に係る発振器70は、振動片と、この振動片を発振させるための電子部品82、および振動片と電子部品82を内部に実装するパッケージ72とを基本として構成される。
Next, an embodiment according to the oscillator of the present invention will be described with reference to FIG. The
振動片は、上記第1〜第3の実施形態に係る振動片(本実施形態では、振動片10,110,210を代表して振動片10と称す)を採用する。パッケージ72は、パッケージベース74と蓋体76とを基本として構成される。本実施形態に係るパッケージベース74は、実装用のセンター基板74aを基点として、その上下にキャビティを備え、上部キャビティを振動片実装領域75a、下部キャビティを電子部品実装領域75bとしている。
As the resonator element, the resonator element according to the first to third embodiments (in this embodiment, the
センター基板74における振動片実装領域75a側には、振動片実装端子60が設けられ、電子部品実装領域75b側には、電子部品実装端子80が設けられている。また、パッケージベース74の底面に当たる部位には、電子部品実装端子80と電気的に接続された外部実装端子86が設けられている。なお、構成部材、および製造方法については、上述した振動子50におけるパッケージベース54と同様である。また、蓋体76についても、本実施形態では、金属またはガラスにより構成される平板であれば良く、ロウ材78を用いてパッケージベース74における振動片実装領域75を封止する構成とする。
A vibration
電子部品82としては、例えば集積回路を備えたICなどであれば良く、電子部品実装端子80に対しては、バンプ84を用いたフリップチップボンディングなどで実装すると良い。
このような構成の発振器70も、振動子50と同様に、振動片10における寄生的振動モードを抑制し、高性能で高い信頼性を得ることができる。
The
Similarly to the
本発明に係る電子機器の一例として、図11に示す携帯電話100や、図12に示すパーソナルコンピュータ200等を挙げることができる。いずれも上記実施形態に示した振動子50や発振器70のうちの少なくとも一方を、クロック源や信号の変調や復調に用いる局部発振器として搭載していることを特徴とする。このような特徴を有することにより、電子機器の小型化、薄型化に対応することができる。また、小型化を行なった場合であっても、電子機器の機能に合わせた通信等の高精度化を図ることができる。
As an example of the electronic apparatus according to the present invention, a
10………振動片、12………基板、14………基部、16(16a〜16c)………振動腕、20………第1電極、22(22a〜22c)………第1層励振電極、24………第1層引出電極、26………第1層引出電極、28………圧電体層、30(30a〜30c)………励振電極被覆部、32………引出電極被覆部、34………開口部、36………開口部、38………第2電極、40(40a〜40b)………第2層励振電極、42………入出力電極、44………入出力電極、46………第2層引出電極、48………第2層引出電極、50………振動子、70………発振器。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基部を基端として延設された振動腕と、
前記振動腕上に配置され、第1電極、前記第1電極と電位の異なる電圧が印加される第2電極、および前記第1電極と前記第2電極との間に設けられる圧電体層を少なくとも含む積層体と、を有し、
前記振動腕の前記基端には拡幅部が設けられ、前記拡幅部の側面には遮光膜を備えることを特徴とする屈曲振動片。 The base,
A vibrating arm extending from the base portion as a base end;
At least a first electrode, a second electrode to which a voltage different in potential from the first electrode is applied, and a piezoelectric layer provided between the first electrode and the second electrode; A laminate including
A bending vibration piece, wherein a widening portion is provided at the base end of the vibrating arm, and a light shielding film is provided on a side surface of the widening portion.
前記遮光膜を前記第1電極で構成したことを特徴とする屈曲振動片。 The bending vibration piece according to claim 1,
A bending vibration piece characterized in that the light shielding film is constituted by the first electrode.
前記遮光膜は、電気的に浮いている金属膜であることを特徴とする屈曲振動片。 The bending vibration piece according to claim 1,
The bending vibration piece, wherein the light shielding film is an electrically floating metal film.
前記振動片を内部に実装するパッケージと、を有することを特徴とする振動子。 The bending vibration piece according to any one of claims 1 to 3,
And a package for mounting the resonator element therein.
前記屈曲振動片の発振を制御する発振回路と、
を有することを特徴とする発振器。 The bending vibration piece according to any one of claims 1 to 3,
An oscillation circuit for controlling the oscillation of the bending vibration piece;
An oscillator comprising:
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---|---|---|---|---|
US20100201223A1 (en) * | 2009-02-12 | 2010-08-12 | Epson Toyocom Corporation | Resonator element and resonator |
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US20140239776A1 (en) * | 2013-02-22 | 2014-08-28 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, vibrator, electronic device, electronic apparatus, and moving object |
-
2010
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