JP2015076688A - 振動子、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性品質が高く、振動特性が安定で、高いＱ値を有する振動子を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ振動子１００は、基部２１と、基部２１から放射状に延びている複数の振動片２２と、基部２１の振動の節部から延びている支持部２５と、支持部２５と接続している固定部２３と、固定部２３を主面上に配置している基板１と、を備え、複数の振動片２２が、基板１から遊離している。【選択図】図１

Description

本発明は、振動子、振動子を備えた発振器、電子機器及び移動体に関する。

一般に、半導体微細加工技術を利用して形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスと呼ばれる機械的に可動な構造体を備えた電気機械系構造体（例えば、振動子、フィルター、センサー、モーターなど）が知られている。この中で、ＭＥＭＳ振動子は、これまでの水晶や誘電体を使用した振動子・共振子と比較して、半導体回路を組み込んで製造することが容易であり、微細化、高機能化に対し有利であることから、その利用範囲が広まっている。

従来のＭＥＭＳ振動子の代表例としては、振動子が設けられた基板面と平行な方向に振動する櫛型振動子と、基板の厚さ方向に振動する梁型振動子とが知られている。梁型振動子は、基板上に形成された固定電極や基板に遊離して配置された可動電極などからなる振動子であり、可動電極の支持の方法により、片持ち梁型（clamped‐free beam）、両持ち梁型（clamped‐clamped beam）、両端自由梁型（free‐free beam）などが知られている。

特許文献１の片持ち梁型のＭＥＭＳ振動子では、基板の主面上に設けられた第１電極の側面部において、可動する第２電極の支持部側に設けられた側面部の角部が略垂直に形成されているため、電極形状のばらつきに起因する振動特性のばらつきの影響を低減でき、安定した振動特性を得ることができると記載されている。

特開２０１２−８５０８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＭＥＭＳ振動子は、支持部が一つのため小型化には有利であるが、基板の厚さ方向に振動する片持ち梁を固定する支持部の質量が小さいため、可動する第２電極の梁の屈曲振動を減衰することができなく、梁の振動が支持部を伝わり基板全体に漏れてしまい、高いＱ値が得られず、安定した振動特性や所望の振動特性が得られなくなってしまうという問題があった。

本発明は、上述の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、以下の適用例又は形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る振動子は、基部と、前記基部から放射状に延びている振動片と、前記基部の振動の節部から延びている支持部と、前記支持部と接続している固定部と、前記固定部が主面上に設けられた基板と、を備え、前記基部と前記振動片とが、前記支持部によって前記基板から遊離していることを特徴とする。

本適用例によれば、基部と振動片とが支持部により基板から遊離し、且つ、基部と振動片とが一体となって生じる振動が基部と振動片とが接合する部分で振動の節部となり、その振動の節部を支持部で支え基板に固定している構造のため、容易に振動させることができ、且つ、振動の節部からの振動漏れを抑制することができる。特に、振動子を基板の厚さ方向に振動する梁型振動子として構成する場合に、互いに隣り合う振動片の振動変位を互いに反対方向とすることにより、振動の節部における振動変位を極めて小さくすることができるため、支持部に支えられた振動の節部から発生する振動漏れを抑制することができる。
従って、本適用例によれば、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された高いＱ値を有する振動子を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の振動子において、前記基板の平面視で、複数の前記支持部の間に前記基部があることを特徴とする。

本適用例によれば、振動の節部を支える支持部が基部を挟み対向するように配置することで、一体化された基部と振動片とをバランス良く支持することができるので、耐衝撃性が向上し、高い信頼性品質を有する振動子を提供することができる。

［適用例３］上記適用例に記載の振動子において、少なくとも１つの前記支持部は、応力緩和部を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、支持部に応力緩和部を備えることで、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が、支持部を介して一体化された基部と振動片とに伝わることを緩和することができる。また、振動の節部から支持部を介して伝わる振動漏れを抑制することができる。
従って、本適用例によれば、安定した振動特性を有し、振動漏れが抑制された高いＱ値を有する振動子を提供することができる。

［適用例４］上記適用例に係る振動子において、前記応力緩和部は、前記基板の平面視で、前記基部の中心に対して同じ回転方向に曲がっていることを特徴とする。

本適用例によれば、支持部に設けられた応力緩和部が基部の中心に対して同じ回転方向に延出している。つまり、応力緩和部が支持部の基部から延出する方向と異なる方向に曲がっているため、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部を介して伝わったとしても、応力緩和部がばねのように変形し易いため、応力を緩和し基部と振動片とに伝わることを抑制することができる。また、振動の節部から支持部を介して伝わる振動漏れについても応力緩和部が振動漏れを減衰し、基板へ伝わることを抑制することができる。

［適用例５］上記適用例に係る振動子において、前記応力緩和部は、前記基部から前記支持部が延出する方向と交わる方向に曲がっている複数の部位を有していることを特徴とする。

本適用例によれば、基部から支持部が延出する方向と交わる方向に曲がっているため、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部を介して伝わったとしても、応力緩和部がコイルばねのように変形し易いため、応力を緩和し基部と振動片とに伝わることを抑制することができる。また、振動の節部から支持部を介して伝わる振動漏れについても応力緩和部が振動漏れを減衰し、基板へ伝わることを抑制することができる。

［適用例６］上記適用例に係る振動子において、前記応力緩和部は、曲線部を有することを特徴とする。

本適用例によれば、応力緩和部が曲線部を有しているため、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部を介して伝わったとしても、応力緩和部がコイルばねのように変形するため、基部や振動片に伝わることを抑制することができる。また、振動の節部から支持部を介して伝わる振動漏れについても応力緩和部が振動漏れを減衰し、基板へ伝わることを抑制することができる。更に、応力緩和部が曲線であるため、外部から衝撃が加わった際に応力緩和部発生する応力は、局所的に発生しないので、衝撃に強い構造とすることができる。

［適用例７］上記適用例に係る振動子において、前記応力緩和部は、円環部を有することを特徴とする。

本適用例によれば、応力緩和部が円環部を有しているため、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部を介して伝わったとしても、支持部が延出する方向に応力緩和部が圧縮又は伸長し変形するため、基部や振動片に伝わることを抑制することができる。また、振動の節部から支持部を介して伝わる振動漏れについても応力緩和部が振動漏れを減衰し、基板へ伝わることを抑制することができる。

［適用例８］上記適用例に係る振動子において、前記基部を挟み対向するように配置されている２つの前記支持部の前記応力緩和部は、互いに沿う方向に曲がっていることを特徴とする。

本適用例によれば、２つの支持部の応力緩和部が互いに沿う方向に曲がっているため、隣接する振動片に加わる外部応力が同等となり、各振動片に加わる外部応力の違いから生じる歪を低減できるため、振動漏れが抑制された高いＱ値を有する振動子を提供することができる。

［適用例９］上記適用例に係る振動子において、前記基板の平面視で、隣り合う２つの前記振動片は、振動の位相が互いに異なっていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動子を基板の厚さ方向に振動する梁型振動子として構成する場合に、互いに隣り合う振動片の振動の位相を逆にすることにより、振動変位を互いに反対方向とすることができるため、振動の節部における振動変位を極めて小さくすることができ、支持部に支えられた振動の節部から発生する振動漏れを抑制することができ、高いＱ値を有する振動子を提供することができる。

［適用例１０］上記適用例に係る振動子において、幅方向の長さが互いに異なっている複数の前記振動片を有していることを特徴とする。

本適用例によれば、振動片の幅方向の長さ（基部から延出する方向と交わる方向の長さ）を互いに異ならせることにより、振動片が奇数であっても、例えば、１つの振動片の幅方向の長さを基部を挟んで対向する２つの振動片の幅方向の長さよりも大きくすることで、振動の節部において基部と振動片とが一体化した全体の振動が釣り合うため、振動漏れを抑制することができ、高いＱ値を有する振動子を提供することができる。

［適用例１１］本適用例に係る発振器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、高いＱ値を有する振動子を備えていることにより、より高性能の発振器を提供することができる。

［適用例１２］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、電子機器として、高いＱ値を有する振動子を備えていることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。

［適用例１３］本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、移動体として、高いＱ値を有する振動子が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。

（ａ）〜（ｄ）本実施形態に係る振動子の平面図及び断面図。 （ａ）〜（ｇ）本実施形態に係る振動子の製造方法を順に示す工程図。 本実施形態に係る振動子を備える発振器の構成例を示す概略図。 （ａ）電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図、（ｂ）電子機器の一例としての携帯電話機の構成を示す斜視図。 電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。 移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図。 （ａ）〜（ｄ）変形例１に係る振動子であり、上部電極のバリエーションの例を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）変形例２に係る振動子であり、応力緩和部のバリエーションの例を示す平面図。 （ａ）〜（ｂ）変形例３に係る振動子であり、応力緩和部のバリエーションの例を示す平面図。 （ａ）〜（ｂ）変形例４に係る振動子であり、２つの支持部を有する応力緩和部のバリエーションの例を示す平面図。

以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。

（実施形態）
［振動子］
先ず、本実施形態に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子１００について説明する。
図１（ａ）は、ＭＥＭＳ振動子１００の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１（ｄ）は、図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
ＭＥＭＳ振動子１００は、基板１上に形成された固定電極（下部電極１０）と、基板１及び固定電極から遊離して形成される可動電極（上部電極２０）が備えられた静電型の梁型振動子である。可動電極は、基板１の主面及び固定電極に積層された犠牲層がエッチングされることにより基板１及び固定電極から遊離して形成される。
なお、犠牲層とは、酸化膜などで一旦形成される層であり、その上下や周囲に必要な層を形成した後にエッチングにより除去される。犠牲層が除去されることによって、上下や周囲の各層間に必要な間隙や空洞が形成されたり、必要な構造体が遊離して形成されたりする。

ＭＥＭＳ振動子１００の構成について以下に説明する。ＭＥＭＳ振動子１００の製造方法については、後述する実施形態で説明する。
ＭＥＭＳ振動子１００は、基板１と、基板１の主面上に設けられた下部電極１０（第１下部電極１１、第２下部電極１２）及び固定部２３と、上部電極２０の基部２１から延出し応力緩和部２７を有する支持部２５と、支持部２５によって基板１から遊離して支えられた可動電極としての上部電極２０（基部２１と振動片２２とが一体化したもの）などを含み構成されている。

基板１には、好適例としてシリコン基板を用いている。基板１には、酸化膜２、窒化膜３が順に積層されており、基板１の主面（窒化膜３の表面）の上部に、下部電極１０（第１下部電極１１、第２下部電極１２）、上部電極２０、固定部２３、支持部２５などが形成されている。
なお、ここでは、基板１の厚み方向において、基板１の主面に順に酸化膜２及び窒化膜３が積層される方向を上方向として説明している。

下部電極１０の内、第２下部電極１２は、固定部２３を基板１の上に固定し、また、固定部２３及び支持部２５を介して上部電極２０に電位を与える固定電極であり、窒化膜３に積層された第１導電体層４がフォトリソグラフィー（エッチング加工を含む。以下同様。）によりパターニングされることで図１（ａ）に示すように、Ｈ形状に形成されている。また、第２下部電極１２は、配線１２ａによって外部回路（図示省略）と接続されている。

固定部２３は、Ｈ形状の第２下部電極１２の４つの端部にそれぞれ設けられている。固定部２３は、第１導電体層４の上層に積層された犠牲層を介して積層された第２導電体層５が、フォトリソグラフィーによりパターニングされることで形成されている。なお、固定部２３の一部は、犠牲層に設けられた開口部により、第２下部電極１２に直接積層されている。
第１導電体層４及び第２導電体層５は、それぞれ好適例として導電性のポリシリコンを用いているが、これに限定するものではない。

上部電極２０は、基部２１と、基部２１から放射状に延出する複数の振動片２２と、を含み構成されている。ここで「放射状に延出する」とは、互いに異なる方向に向かって延出していることを意味する。具体的には、図１（ａ）に示すように、上部電極２０の基部２１から延出する４つの振動片２２によって十字形状を呈する可動電極であり、上部電極２０が周囲に設けられた４つの固定部２３から延出する４本の支持部２５によって支えられている。

上部電極２０は、第１導電体層４の上層に積層された犠牲層を介して積層された第２導電体層５が、フォトリソグラフィーによりパターニングされることで形成されている。つまり、４つの固定部２３、４本の支持部２５及び上部電極２０は、一体に形成されている。また、Ｈ形状の第２下部電極１２と、十字形状の上部電極２０とは、基板１を平面視したときにそれぞれの中心部が略一致するように重なり、上部電極２０の基部２１から横方向（Ｂ―Ｂ方向）に延在する２つの振動片２２が、Ｈ形状の第２下部電極１２（後述するスリットＳ２の部分を除く）と重なるように配置されている。

複数の支持部２５は、基部２１を挟みそれぞれ対向するように配置され、基部２１と固定部２３との間に応力緩和部２７を有している。応力緩和部２７は、支持部２５の基部２１とは反対側の端部に、基部２１から延出する方向と交わる方向に延出する部位の一方の端部が接続され、部位の他方の端部が固定部２３に接続されている。また、４つの支持部２５に設けられた応力緩和部２７の部位は、平面視で基部２１の中心に対して同じ回転方向に延出している。すなわち、基部２１から延出している支持部２５が途中で曲がっており、この曲がっている部位が応力緩和部２７として機能する。同じ回転方向に延出するとは、同じ方向に向かって曲がっていることになる。

このような構成により、外部の温度変化に伴う基板１の伸縮によって生じる応力が固定部２３を介して伝わったとしても、応力緩和部２７が板ばねのように変形するため、基部２１や振動片２２に伝わることを緩和させることができる。なお、応力緩和部２７は総ての支持部２５に設けられていなくても良く、少なくとも１つの支持部２５に設けられていれば良い。

下部電極１０の内、第１下部電極１１は、基板１を平面視したときに重なる上部電極２０との間に交流電圧が印加される固定電極であり、窒化膜３に積層された第１導電体層４がフォトリソグラフィーによりパターニングされることで形成されている。第１下部電極１１は、図１（ａ）を正面視したとき、上部電極２０の基部２１から縦方向（Ａ−Ａ方向）に延在する２つの振動片２２に重なるように２箇所に設けられ、配線１１ａによって外部回路と接続されている。

第１下部電極１１は、第２下部電極１２と同じ層の第１導電体層４により形成されている。従って、第１下部電極１１は、上部電極２０に電位を与える固定電極としての第２下部電極１２との間で電気的に絶縁される必要があり、それぞれのパターン（第１下部電極１１と第２下部電極１２と）が分離されている。この分離するための隙間の段差（凹凸）は、第１導電体層４の上層に積層された犠牲層を介して積層された第２導電体層５によって形成される上部電極２０に凹凸形状として転写される。具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、パターンの分離部（スリットＳ１）の部分において、上部電極２０に凹凸形状が形成される。

ＭＥＭＳ振動子１００では、上部電極２０の基部２１から縦方向（Ａ−Ａ方向）に延出する振動片２２と、横方向（Ｂ−Ｂ方向）に延出する振動片２２とで、スティフネスに違いが発生しないように、第２下部電極１２にダミーのスリットパターンを設けている。具体的には、スリットＳ１が上部電極２０の縦方向（Ａ−Ａ方向）に延在する２つの振動片２２に反映させている凹凸形状と同じように、上部電極２０の横方向（Ｂ−Ｂ方向）に延在する２つの振動片２２に凹凸形状を生じさせるようなダミーのスリットＳ２を、上部電極２０が重なる領域における横方向（Ｂ−Ｂ方向）に延在する第２下部電極１２に設けている。すなわち、スリットＳ２の幅（Ｂ−Ｂ方向の長さ）は、スリットＳ１の幅（Ａ−Ａ方向の長さ）と略同じであり、平面視したときに、上部電極２０の中心点からスリットＳ２までの距離が、上部電極２０の中心点からスリットＳ１までの距離と略同じとなるように、スリットＳ２を形成している。

このようにダミーのスリットＳ２を設けることにより、凹凸部も含めて、上部電極２０が構成される。なお、スリットＳ２は、電気的に第２下部電極１２を絶縁する目的で形成するものではないため、平面視したときに、上部電極２０と重ならないスリットＳ２の両端部の領域においては、第２下部電極１２が連続している。

このような構成において、ＭＥＭＳ振動子１００は静電振動子として構成され、外部回路から配線１１ａ，１２ａを介して第１下部電極１１と上部電極２０との間に印加される交流電圧によって、上部電極２０の４つの振動片２２の先端領域が振動の腹として振動する。図１（ａ）において、（＋／−）の記号は振動の腹として上下方向（基板１の厚み方向）に振動する部分を、その振動の位相の関係を含めて示し、隣り合う振動片２２の位相が異なっている。例えば、＋の振動片２２が上方向（基板１から離れる方向）への動きの場合に、隣の振動片２２が−の下方向（基板１に近づく方向）への動きになっていることを示している。

ここで、基部２１を挟み対向する２つの振動片２２は、基部２１を含む略矩形状の梁と見做される。そのため、２つの振動片２２の先端が上方向に振動すると、基部２１は下方向に振動する。よって、振動片２２の厚み方向に変位を有する屈曲振動が生じる。また、隣の振動片２２、基部２１及び基部２１を挟み対向する振動片２２で構成される梁については、２つの振動片２２の先端が下方向に振動すると基部２１は上方向に振動する屈曲振動を生じることとなる。そのため、２つの梁が同時に振動すると、基部２１は上下方向の変位が相殺され振動が抑制され、基部２１と振動片２２とが接続する領域が振動の節部となる。よって、振動の節部において上部電極２０全体の振動が釣り合うこととなり、この部分を支持することで、振動効率がより高く、振動漏れの抑制された静電型の梁型振動子をより簡便に提供することができる。

＜製造方法＞
次に、本実施形態に係る振動子（ＭＥＭＳ振動子１００）の製造方法について説明する。なお、説明にあたり、前述した同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図２（ａ）〜（ｇ）は、ＭＥＭＳ振動子１００の製造工程を順に示す工程図である。それぞれの工程におけるＭＥＭＳ振動子１００の態様を、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、及びＣ−Ｃ断面図で示している。

図２（ａ）：基板１を準備し、主面の上部に酸化膜２を積層する。酸化膜２は、好適例として、半導体プロセスの素子分離層として一般的なＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）で形成しているが、半導体プロセスの世代によって、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法による酸化膜であっても良い。
次に絶縁層としての窒化膜３を積層する。窒化膜３としては、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）をＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）により成膜している。窒化膜３は、犠牲層７をリリースエッチングする際に使用するエッチング液としてのバッファードフッ酸に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。

図２（ｂ），（ｃ）：次に、第１層形成工程として、先ず、窒化膜３に第１導電体層４を積層する。第１導電体層４は、下部電極１０（第１下部電極１１、第２下部電極１２）、配線１１ａ，１２ａ（図１（ａ）参照）などを構成するポリシリコン層であり、積層後にボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等のイオンを注入して所定の導電性を持たせる。次に、第１導電体層４にレジスト６を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングして、第１下部電極１１、第２下部電極１２、配線１１ａ，１２ａを形成する。第１層形成工程では、第２層形成工程の後に基板１を平面視したときに、上部電極２０と重なるように予め下部電極１０、つまり第１下部電極１１及び第２下部電極１２を形成しておく。

図２（ｄ）：次に、下部電極１０、配線１１ａ，１２ａを覆うように犠牲層７を積層する。犠牲層７は、第１下部電極１１及び第２下部電極１２と上部電極２０との間隙を形成し、上部電極２０を遊離させるための犠牲層であり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜している。積層された犠牲層７には、パターニングされた第１下部電極１１と第２下部電極１２などの段差による凹凸が現れている。

図２（ｅ）：次に、犠牲層７をフォトリソグラフィーによりパターニングし、第２下部電極１２の一部が露出する開口部３０を形成する。開口部３０には、固定部２３が第２下部電極１２と接合し固定される接合領域が形成される。接合領域は、上部電極２０が支持部２５を介して基板１に支えられる領域であるため、必要なスティフネスが得られる面積を開口している。

図２（ｆ）：次に、第２層形成工程として、先ず、犠牲層７及び開口部３０を覆うように第２導電体層５を積層する。第２導電体層５は、第１導電体層４と同じポリシリコン層であり、積層後にフォトリソグラフィーによりパターニングして、上部電極２０、固定部２３、支持部２５を形成する。上部電極２０は、図１（ａ）に示すように、基板１を平面視したときに第１下部電極１１及び第２下部電極１２と重なる領域を有する電極として、上部電極２０の形状を上部電極２０の中央の基部２１から振動片２２が放射状に延出するように形成する。また、積層後に固定部２３と支持部２５とを除く上部電極２０領域にボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等のイオンを注入して所定の導電性を持たせる。

図２（ｇ）：次に、基板１をエッチング液（バッファードフッ酸）に晒し、犠牲層７をエッチング除去（リリースエッチング）することで、第１下部電極１１及び第２下部電極１２と上部電極２０との間隙を形成し、上部電極２０を遊離させる。
以上によりＭＥＭＳ振動子１００が形成される。

なお、ＭＥＭＳ振動子１００は、減圧状態に封止された空洞部に設置されることが好ましい。そのため、ＭＥＭＳ振動子１００の製造に当たっては、空洞部を形成するための犠牲層や、この犠牲層を囲む側壁部、空洞部の蓋を形成する封止層などを合わせて形成しているが、ここでは説明を省略している。

以上述べたように、本実施形態によるＭＥＭＳ振動子１００によれば、以下の効果を得ることができる。
上部電極２０は、基部２１の振動の節部を支持部２５によって支えられているため、上部電極２０全体の振動が振動の節部で釣り合い、振動効率がより高く、振動漏れの抑制された高いＱ値を有する静電型の梁型振動子を提供することができる。
また、支持部２５に応力緩和部２７が設けられているため、外部の温度変化に伴う基板１の伸縮によって生じる応力が固定部２３を介して伝わっても、応力緩和部２７がばねのように変形し、基部２１と振動片２２とが一体化した上部電極２０の全体に伝わることを緩和することができるので、外部温度変化に対して振動特性が安定で、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

［発振器］
次いで、本発明の一実施形態に係る発振器としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した発振器２００について、図３に基づき説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１００を備える発振器の構成の例を示す概略図である。発振器２００は、ＭＥＭＳ振動子１００、バイアス回路７０、アンプ７１，７２などから構成されている。
バイアス回路７０は、ＭＥＭＳ振動子１００の配線１１ａ，１２ａに接続され、ＭＥＭＳ振動子１００に所定の電位がバイアスされた交流電圧を印加する回路である。
アンプ７１は、バイアス回路７０と並列に、ＭＥＭＳ振動子１００の配線１１ａ，１２ａに接続される帰還増幅器である。帰還増幅することで、ＭＥＭＳ振動子１００を発振器２００として構成している。
アンプ７２は、発振波形を出力するバッファー増幅器である。

本実施形態によれば、発振器として、高いＱ値を有する振動子を備えていることにより、より高性能の発振器を提供することができる。

［電子機器］
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した電子機器について、図４（ａ），（ｂ）、図５に基づき説明する。

図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。

図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４及び送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品（タイミングデバイス）としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。

図５は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００が内蔵されている。

上述したように、電子部品として、高いＱ値を有する振動子が用いられることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。

なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのＭＥＭＳ振動子１００は、図４（ａ）のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図４（ｂ）の携帯電話機１２００、図５のデジタルスチールカメラ１３００の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。

［移動体］
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子としてのＭＥＭＳ振動子１００を適用した移動体について、図６に基づき説明する。
図６は、ＭＥＭＳ振動子１００を備える移動体としての自動車１４００を概略的に示す斜視図である。自動車１４００には本発明に係るＭＥＭＳ振動子１００を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１４００には、タイヤ１４０１を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット１４０２が搭載されている。また、他の例としては、ＭＥＭＳ振動子１００は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

上述したように、移動体として、高いＱ値を有する振動子が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。

（変形例１）
図７（ａ）〜（ｄ）は、変形例１に係る振動子であり、上部電極のバリエーションの例を示す平面図である。
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、上部電極２０は、基部２１から延出する４つの振動片２２によって十字形状を呈する上部電極２０であるとして説明したが、この構成に限定するものではない。振動片２２の数は、偶数や奇数であっても構わず、４つ以上となるように上部電極２０が形成されていれば良い。

図７（ａ）は、円板状に構成した上部電極２０ａを示す図である。互いに隣り合う振動片２２ａの振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

図７（ｂ）は、６つの振動片２２ｂを有する上部電極２０ｂを示す図である。互いに隣り合う振動片２２ｂの振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

図７（ｃ）は、８つの振動片２２ｃを有する上部電極２０ｃを示す図である。互いに隣り合う振動片２２ｃの振動の位相が逆になるように振動する場合や、図７（ｃ）に示すように互いに隣り合う２つの振動片２２ｃが１つの組として同相で振動し、また隣り合う組の振動の位相が逆になるように振動する場合において、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

図７（ｄ）は、５つの振動片２２ｄを有する上部電極２０ｄを示す図である。振動片２２ｄ２と基部２１を挟み対向する２つの振動片２２ｄ３は、基部２１から延出する方向と交わる方向の長さ（幅方向の長さ）が異なっており、振動片ｄ２の幅方向の長さは、２つの振動片２２ｄ３の幅方向の長さに比べ大きい。これは、振動の節部において基部２１と振動片２２ｄ１，２２ｄ２，２２ｄ３とが一体化した上部電極２０ｂの全体の振動が釣り合うようにするためである。このような構成とすることで、振動片２２ｄ１，２２ｄ２，２２ｄ３の合計の数が奇数であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

（変形例２）
図８（ａ）〜（ｃ）は、変形例２に係る振動子であり、応力緩和部のバリエーションの例を示す平面図である。
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、応力緩和部２７は、支持部２５が延出する方向と交わる方向に延出している部位を有して構成されているが、この構成に限定するものではない。また、４つの支持部２５の総てに応力緩和部２７が設けられているが、これに限定されることはなく、少なくとも１つの支持部２５に設けられていれば良い。そのため、外部の温度変化に伴う基板１の伸縮によって生じる応力を抑制することができる構造であれば良い。

図８（ａ）は、振動の節部と固定部２３ａとの間に設けられた応力緩和部２７ａの形状を示す図である。応力緩和部２７ａは、支持部２５ａの延出する方向と交わる方向に延出する部位を有している。その部位は支持部２５ａの延出する方向と交わる方向を長手方向とする略矩形であり、部位の略中央部が支持部２５ａと接続されており、部位の長手方向の両端に固定部２３ａがそれぞれ接続されている。

このような形状により、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部２３ａを介して伝わっても、応力緩和部２７ａの部位が板ばねのように変形し、基部２１と振動片２２が一体化した上部電極１２０ａの全体に伝わることを緩和することができるので、外部温度変化に対して安定な振動特性を有し、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

図８（ｂ）は、振動の節部と固定部２３との間に設けられた応力緩和部２７ｂの形状を示す図である。応力緩和部２７ｂは、支持部２５ｂの延出する方向と交わる方向に曲がっている複数の部位を有している。その部位は支持部２５ｂの延出する方向と交わる方向を長手方向とする略矩形の部位を３つ有しており、それぞれの部位は、その長手方向の両端が支持部２５ｂの延出する方向の部位とそれぞれ接続されている。

このような形状により、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部２３を介して伝わっても、応力緩和部２７ｂがコイルばねのように変形し、基部２１と振動片２２とが一体化した上部電極１２０ｂの全体に伝わることを緩和することができるので、外部温度変化に対して安定な振動特性を有し、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

図８（ｃ）は、振動の節部と固定部２３との間に設けられた応力緩和部２７ｃの形状を示す図である。応力緩和部２７ｃは、支持部２５ｃの延出する方向と交わる方向に曲がっている複数の部位を有している。その部位は支持部２５ｃの延出する方向と交わる方向を長手方向とする略矩形の部位を２つ有しており、それぞれの部位は、その長手方向の両端が支持部２５ｃの延出する方向の部位とそれぞれ接続され、つまり、略矩形の形状の中央部に略矩形の貫通部を有する形状である。

このような形状により、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部２３を介して伝わっても、応力緩和部２７ｃの２つの部位が板ばねのように変形し、基部２１と振動片２２とが一体化した上部電極１２０ｃの全体に伝わることを緩和することができるので、外部温度変化に対して安定な振動特性を有し、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。なお、応力緩和部２７ｃの形状は、支持部２５が延出する方向が短手方向となる略矩形であるが、支持部２５が延出する方向が長手方向となる略矩形であっても構わない。

（変形例３）
図９（ａ）〜（ｂ）は、変形例３に係る振動子であり、応力緩和部のバリエーションの例を示す平面図である。
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、応力緩和部２７は、支持部２５が延出する方向と交わる方向に延出している部位が略直線状の形状で構成されているが、この構成に限定するものではない。また、４つの支持部２５の総てに応力緩和部２７が設けられているが、これに限定されることはなく、少なくとも１つの支持部２５に設けられていれば良い。そのため、外部の温度変化に伴う基板１の伸縮によって生じる応力を抑制することができる構造であれば良い。

図９（ａ）は、振動の節部と固定部２３との間に設けられた応力緩和部２７ｄの形状を示す図である。応力緩和部２７ｄは、支持部２５ｄが延出する方向に曲線状に延出する形状の曲線部の部位を有している。このような形状により、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部２３を介して伝わっても、応力緩和部２７ｄの部位がコイルばねのように変形し、基部２１と振動片２２とが一体化した上部電極２２０ａの全体に伝わることを緩和することができるので、外部温度変化に対して安定な振動特性を有し、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

図９（ｂ）は、振動の節部と固定部２３との間に設けられた応力緩和部２７ｅの形状を示す図である。応力緩和部２７ｅは、円環状の円環部の部位を有している。このような形状により、外部の温度変化に伴う基板１の伸縮によって生じる応力が固定部２３を介して伝わっても、応力緩和部２７ｅの部位が変形し、基部２１と振動片２２とが一体化した上部電極２２０ｂの全体に伝わることを緩和することができるので、外部温度変化に対して安定な振動特性を有し、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。なお、円環状の形状は、支持部２５ｅの延出する方向に短い楕円形状であるが、支持部２５ｅの延出する方向に長い楕円形状であっても構わない。

（変形例４）
図１０（ａ）〜（ｂ）は、変形例４に係る振動子であり、２つの支持部を有する応力緩和部のバリエーションの例を示す平面図である。
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、応力緩和部２７を有する４つの支持部２５が設けられているが、支持部２５は４つに限定するものではない。少なくとも２つ以上の支持部２５が基部２１を挟み対向するように配置されていれば構わない。そのため、外部の温度変化に伴う基板１の伸縮によって生じる応力を抑制することができる構造であれば良い。

図１０（ａ）は、２つの支持部２５を有し、振動の節部と固定部２３との間に設けられた応力緩和部２７の形状を示す図である。応力緩和部２７は、図１（ａ）に示す実施形態の形状と同等である。支持部２５が２つのため、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が一方向のみとなり、基部２１と振動片２２とが一体化した上部電極３２０ａの全体に伝わる応力が小さく、且つ、応力緩和部２７の部位がばねのように変形し、応力を緩和することができるので、外部温度変化に対してより安定な振動特性を有し、より高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

図１０（ｂ）は、２つの支持部２５を有し、一方の支持部２５の振動の節部と固定部２３との間に設けられた応力緩和部２７ｆの形状を示す図である。他方の支持部２５に設けられた応力緩和部２７の形状は、図１（ａ）に示す実施形態の形状と同等である。一方の支持部２５に設けられた応力緩和部２７ｆの形状は、支持部２５の延出する方向と交わる方向が他方の支持部２５に設けられた応力緩和部２７と同じ方向に延出している。

このような形状により、隣接する振動片２２に加わる外部応力が同等となり、各振動片２２に加わる外部応力の違いから生じる歪を低減できるため、振動漏れをより抑制することができる。また、外部の温度変化に伴う基板の伸縮によって生じる応力が固定部２３を介して伝わっても、応力緩和部２７，２７ｆがばねのように変形し、基部２１と振動片２２とが一体化した上部電極３２０ｂの全体に伝わることを緩和することができる。よって、外部温度変化に対して安定な振動特性を有し、より高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

１…基板、２…酸化膜、３…窒化膜、４…第１導電体層、５…第２導電体層、６…レジスト、７…犠牲層、１０…下部電極、１１…第１下部電極、１１ａ，１２ａ…配線、１２…第２下部電極、２０…上部電極、２１…基部、２２…振動片、２３…固定部、２５…支持部、２７…応力緩和部、３０…開口部、７０…バイアス回路、７１，７２…アンプ、１００…ＭＥＭＳ振動子、１０００…表示部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４００…自動車、１４０１…タイヤ、１４０２…電子制御ユニット、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター。

本適用例によれば、応力緩和部が曲線部を有しているため、外部の温度変化に伴う基板
の伸縮によって生じる応力が固定部を介して伝わったとしても、応力緩和部がコイルばね
のように変形するため、基部や振動片に伝わることを抑制することができる。また、振動
の節部から支持部を介して伝わる振動漏れについても応力緩和部が振動漏れを減衰し、基
板へ伝わることを抑制することができる。更に、応力緩和部が曲線であるため、外部から
衝撃が加わった際に発生する応力は、局所的に発生しないので、衝撃に強い構造とすることができる。

図７（ｄ）は、５つの振動片２２ｄを有する上部電極２０ｄを示す図である。振動片２
２ｄ２と基部２１を挟み対向する２つの振動片２２ｄ３は、基部２１から延出する方向と
交わる方向の長さ（幅方向の長さ）が異なっており、振動片２２ｄ２の幅方向の長さは、２つの振動片２２ｄ３の幅方向の長さに比べ大きい。これは、振動の節部において基部２１と振動片２２ｄ１，２２ｄ２，２２ｄ３とが一体化した上部電極２０ｂの全体の振動が釣り合うようにするためである。このような構成とすることで、振動片２２ｄ１，２２ｄ２，２２ｄ３の合計の数が奇数であっても、振動効率の低下が抑制され、また振動漏れが抑制された、高いＱ値を有する梁型振動子を提供することができる。

Claims (13)

1. 基部と、
   前記基部から放射状に延びている複数の振動片と、
   前記基部の振動の節部から延びている支持部と、
   前記支持部と接続している固定部と、
   前記固定部を主面上に配置している基板と、を備え、
   複数の前記振動片が、前記基板から遊離していることを特徴とする振動子。
2. 前記基板の平面視で、複数の前記支持部の間に前記基部があることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
3. 少なくとも１つの前記支持部は、応力緩和部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の振動子。
4. 前記応力緩和部は、前記基板の平面視で、前記基部の中心に対して同じ回転方向に曲がっていることを特徴とする請求項３に記載の振動子。
5. 前記応力緩和部は、前記基部から前記支持部が延出する方向と交わる方向に曲がっている複数の部位を有していることを特徴とする請求項３に記載の振動子。
6. 前記応力緩和部は、曲線部を有することを特徴とする請求項３に記載の振動子。
7. 前記応力緩和部は、円環部を有することを特徴とする請求項３に記載の振動子。
8. 前記基部を挟み対向するように配置されている２つの前記支持部の前記応力緩和部は、互いに沿う方向に曲がっていることを特徴とする請求項３に記載の振動子。
9. 前記基板の平面視で、隣り合う２つの前記振動片は、振動の位相が互いに異なっていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動子。
10. 幅方向の長さが互いに異なっている複数の前記振動片を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動子。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする発振器。
12. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする電子機器。
13. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする移動体。

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