JP2020191663A - 共振子及び共振装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＬＤのばらつきを抑制しつつ、ＤＬＤを改善する共振子及び共振装置を提供する。【解決手段】共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１１ａ〜ｄ、１１２ａ〜ｄと、を有する。振動部は、振動腕と、基部１３０と、孔１７と、を有する。振動腕は、各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕１３５Ａ〜Ｄで構成され、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する。基部１３０は、複数の振動腕の固定端に接続される前端及び当該前端に対向する後端を有する。保持部１４０は、振動部の周囲の少なくとも一部に設けられている。保持腕１１１ａ〜ｄ、１１２ａ〜ｄは、振動部と保持部との間に設けられ、一端が基部に接続され、他端が保持部に接続されている。孔１７は、振動部に複数形成されている。【選択図】図３
Description
本発明は、複数の振動腕が面外の屈曲振動モードで振動する共振子及び共振装置に関する。
従来、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた共振装置が例えばタイミングデバイスとして用いられている。この共振装置は、スマートフォンなどの電子機器内に組み込まれるプリント基板上に実装される。共振装置は、下側基板と、下側基板との間でキャビティを形成する上側基板と、下側基板及び上側基板の間でキャビティ内に配置された共振子と、を備えている。
例えば特許文献１には、複数の振動腕を備えた共振子が開示されている。この共振子では、振動腕はその固定端で基部の前端に接続されており、基部は、前端とは反対側の後端で支持部に接続されている。特許文献１に記載された共振子において、基部はその長さ（前端から後端へ向かう方向）が幅に対して小さく設定されることにより、基部自体が屈曲変位しやすい構造となっている。これによってＤＬＤ（Ｄｒｉｖｅ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ）の改善が図られている。
エッチングに伴う形状精度自体は、基部長の長短によらずほぼ一定である。このため、ＤＬＤを改善しようとして基部長を短くすると、基部長長さに対するエッチングばらつきの比率が大きくなる、これによりＤＬＤばらつきへの影響が大きくなるため、さらなる改善の余地がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振子において、ＤＬＤのばらつきを抑制しつつ、ＤＬＤを改善することを目的とする。
本発明の一側面に係る共振子は、
各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記基部における、前記複数の振動腕におけるいずれかの隣同士の振動腕の間の領域に形成された、ものである。
各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記基部における、前記複数の振動腕におけるいずれかの隣同士の振動腕の間の領域に形成された、ものである。
また、前記複数の孔は、前記基部における前記後端よりも前記前端に近い領域に形成された、ものであることが好ましい。
また、前記複数の孔は、
前記基部における、互いに逆相で振動する隣同士の振動腕の間の領域に形成された、ものであることが好ましい。
前記基部における、互いに逆相で振動する隣同士の振動腕の間の領域に形成された、ものであることが好ましい。
本発明の一側面に係る共振子は、
各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する、複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕のうちのいずれかの振動腕における前記開放端よりも前記固定端に近い領域に形成された、ものである。
各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する、複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕のうちのいずれかの振動腕における前記開放端よりも前記固定端に近い領域に形成された、ものである。
また、前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕が並ぶ方向における当該振動腕の中央近傍に形成された、ものであることが好ましい。
また、前記複数の孔は、
前記複数の振動腕のそれぞれが延在する方向に沿った長径を有する形状である、ことが好ましい。
前記複数の振動腕のそれぞれが延在する方向に沿った長径を有する形状である、ことが好ましい。
前記複数の孔は、それぞれ、前記振動部における、前記複数の振動腕が並ぶ方向の中心を通る中心軸について互いに対称な位置に形成された、請求項１乃至６の何れか一項に記載の共振子。
また、前記複数の孔は、貫通孔である、ことが好ましい。
また、前記複数の孔は、凹部である、ことが好ましい。
本発明の一側面に係る共振装置は、上記の共振子と、
前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
外部電極と、を備える。
前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
外部電極と、を備える。
本発明によれば、共振子において、ＤＬＤのばらつきを抑制しつつ、ＤＬＤを改善することができる。
［第１実施形態］
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
この共振装置１は、共振子１０と、共振子１０を挟んで互いに対向するように設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、を備えている。すなわち、共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０と、上蓋３０とがこの順で積層されて構成されている。
また、共振子１０と下蓋２０及び上蓋３０とが接合され、これにより、共振子１０が封止され、共振子１０の振動空間が形成される。共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれＳｉ基板を用いて形成されている。そして、共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、Ｓｉ基板同士が互いに接合されて、互いに接合される。共振子１０及び下蓋２０は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子である。なお、本実施形態においては、共振子１０はシリコン基板を用いて形成されるものを例として説明する。以下、共振装置１の各構成について詳細に説明する。
（１．上蓋３０）
上蓋３０はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部３１が形成されている。凹部３１は、側壁３３に囲まれており、共振子１０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
上蓋３０はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部３１が形成されている。凹部３１は、側壁３３に囲まれており、共振子１０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
（２．下蓋２０）
下蓋２０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板２２と、底板２２の周縁部からＺ軸方向（すなわち、下蓋２０と共振子１０との積層方向）に延びる側壁２３とを有する。下蓋２０には、共振子１０と対向する面において、底板２２の表面と側壁２３の内面とによって形成される凹部２１が設けられる。凹部２１は、共振子１０の振動空間の一部を形成する。上述した上蓋３０と下蓋２０とによって、この振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
下蓋２０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板２２と、底板２２の周縁部からＺ軸方向（すなわち、下蓋２０と共振子１０との積層方向）に延びる側壁２３とを有する。下蓋２０には、共振子１０と対向する面において、底板２２の表面と側壁２３の内面とによって形成される凹部２１が設けられる。凹部２１は、共振子１０の振動空間の一部を形成する。上述した上蓋３０と下蓋２０とによって、この振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
（３．共振子１０）
図３は、本実施形態に係る、共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。図３を用いて本実施形態に係る共振子１０の、各構成について説明する。共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１１、１１２とを備えている。
図３は、本実施形態に係る、共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。図３を用いて本実施形態に係る共振子１０の、各構成について説明する。共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１１、１１２とを備えている。
（ａ）振動部１２０
振動部１２０は、図３の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部１２０は、保持部１４０の内側に設けられており、振動部１２０と保持部１４０との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３の例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ（まとめて「振動腕１３５」とも呼ぶ。）と、孔１７とを有している。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、例えば３本以上の任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕１３５と、基部１３０とは、一体に形成されている。
振動部１２０は、図３の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部１２０は、保持部１４０の内側に設けられており、振動部１２０と保持部１４０との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３の例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ（まとめて「振動腕１３５」とも呼ぶ。）と、孔１７とを有している。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、例えば３本以上の任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕１３５と、基部１３０とは、一体に形成されている。
・基部１３０
基部１３０は、平面視において、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。長辺１３１ａは、基部１３０の前端の面１３１Ａ（以下、「前端１３１Ａ」とも呼ぶ。）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面１３１Ｂ（以下、「後端１３１Ｂ」とも呼ぶ。）の一つの辺である。基部１３０において、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとは、互いに対向するように設けられている。
基部１３０は、平面視において、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。長辺１３１ａは、基部１３０の前端の面１３１Ａ（以下、「前端１３１Ａ」とも呼ぶ。）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面１３１Ｂ（以下、「後端１３１Ｂ」とも呼ぶ。）の一つの辺である。基部１３０において、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとは、互いに対向するように設けられている。
基部１３０は、前端１３１Ａにおいて、後述する振動腕１３５に接続され、後端１３１Ｂにおいて、後述する保持腕１１１、１１２に接続されている。なお、基部１３０は、図３の例では平面視において、略長方形の形状を有しているがこれに限定されず、長辺１３１ａの垂直二等分線に沿って規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成されていればよい。基部１３０は、例えば、長辺１３１ｂが１３１ａより短い台形や、長辺１３１ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、基部１３０の各面は平面に限定されず、湾曲した面であってもよい。なお、仮想平面Ｐは、振動部１２０における、振動腕１３５が並ぶ方向の中心を通る中心軸を含む平面である。
基部１３０において、前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向における、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとの最長距離である基部長Ｌ（図３においては短辺１３１ｃ、１３１ｄの長さ）は４５μｍ程度である。また、基部長方向に直交する幅方向であって、基部１３０の側端同士の最長距離である基部幅Ｗ（図３においては長辺１３１ａ、１３１ｂの長さ）は２８０μｍ程度である。
・振動腕１３５
振動腕１３５は、Ｙ軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１３５は、それぞれが基部１３０と保持部１４０との間にＹ軸方向に平行に設けられ、一端は、基部１３０の前端１３１Ａと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕１３５は、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４６５μｍ程度である。
振動腕１３５は、Ｙ軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１３５は、それぞれが基部１３０と保持部１４０との間にＹ軸方向に平行に設けられ、一端は、基部１３０の前端１３１Ａと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕１３５は、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４６５μｍ程度である。
振動腕１３５はそれぞれ開放端に、錘部Ｇを有している。錘部Ｇは、振動腕１３５の他の部位よりもＸ軸方向の幅が広い。錘部Ｇは、例えば、Ｘ軸方向の幅が７０μｍ程度である。錘部Ｇは、振動腕１３５と同一プロセスによって一体形成される。錘部Ｇが形成されることで、振動腕１３５は、単位長さ当たりの重さが、固定端側よりも開放端側の方が重くなっている。従って、振動腕１３５が開放端側にそれぞれ錘部Ｇを有することで、各振動腕における上下方向の振動の振幅を大きくすることができる。
本実施形態の振動部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）と当該外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）に隣接する内側の振動腕１３５Ｂ（１３５Ｃ）との間の間隔Ｗ２よりも大きく設定される。間隔Ｗ１は例えば１０μ程度、間隔Ｗ２は例えば５μｍ程度である。間隔Ｗ２は間隔Ｗ１より小さく設定することにより、振動特性が改善される。ただし、共振装置１を小型化を図る場合には、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも小さく設定してもよいし、等間隔にしても良い。
・孔１７
本実施形態では、基部１３０における外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとの間（すなわち、振動腕の延長線の間）の領域には、それぞれ孔１７が形成されている。本実施形態では、孔１７は、Ｘ軸方向に沿った幅が５μｍ程度、Ｙ軸方向に沿った長さが１８μｍ程度の円弧形の開口を有する貫通孔である。また、孔１７は、基部１３０における前端１３１Ａ側の領域において、振動腕１３５が延在する方向（前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向）に長径を有するように形成されている。なお、図３から明らかなとおり孔１７は、基部１３０の厚み方向（振動腕１３５の振動方向）に形成されている。
本実施形態では、基部１３０における外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとの間（すなわち、振動腕の延長線の間）の領域には、それぞれ孔１７が形成されている。本実施形態では、孔１７は、Ｘ軸方向に沿った幅が５μｍ程度、Ｙ軸方向に沿った長さが１８μｍ程度の円弧形の開口を有する貫通孔である。また、孔１７は、基部１３０における前端１３１Ａ側の領域において、振動腕１３５が延在する方向（前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向）に長径を有するように形成されている。なお、図３から明らかなとおり孔１７は、基部１３０の厚み方向（振動腕１３５の振動方向）に形成されている。
なお、孔１７の形状や位置は図３の例に限定されない。例えば孔１７の形状は、多角形や円形や楕円等でもよく、さらに貫通孔に限定されず、窪み（凹部）でもよい。ただし、孔１７を多角形の形状で形成する場合は、その開口の角を面取りした形状にした方が、基部１３０の強度等の観点から好ましい。
また、孔１７が形成される位置は、仮想平面Ｐに対して略対称な位置であればよく、すべての振動腕１３５の間に形成される構成や、一部の振動腕１３５の間に形成される構成でもよい。例えば、振動腕が６本以上の構成を想定した場合、孔１７は、（１）最も外側の振動腕と、外側から２番目の振動腕との間の領域に１つずつ（合計２つ）形成される構成や、（２）外側から２番目と３番目との振動腕の間の領域に１つずつ（合計２つ）形成される構成や、（３）最も外側と、外側から２番目と３番目との振動腕の間に１つずつ（合計４つ）形成される構成や、（４）すべての振動腕の間に１つずつ（合計５つ）形成される構成等が考えられる。
また、孔１７が窪みの場合は、前端１３１Ａ側の領域から後端１３１Ｂ側の領域に亘って形成される構成でもよい。
また、振動腕１３５の間の領域に形成される孔１７の数は１つに限定されず、複数でもよい。この場合、孔１７は前端１３１Ａに沿った方向に長径を有し、前端１３１Ａから後端１３１Ｂへ向かう方向に複数の孔１７がほぼ等間隔で整列することが好ましい。
・その他
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように保護膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄにおける保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄ（以下、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄをまとめて「周波数調整膜２３６」とも呼ぶ。）が形成されている。保護膜２３５及び周波数調整膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜２３５は振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜（例えば図４の金属層Ｅ２）及び圧電膜（例えば図４の圧電薄膜Ｆ３）へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面の方が望ましい。
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように保護膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄにおける保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄ（以下、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄをまとめて「周波数調整膜２３６」とも呼ぶ。）が形成されている。保護膜２３５及び周波数調整膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜２３５は振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜（例えば図４の金属層Ｅ２）及び圧電膜（例えば図４の圧電薄膜Ｆ３）へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面の方が望ましい。
周波数調整膜２３６は、振動部１２０における、他の領域よりも振動による変位の比較的大きい領域の少なくとも一部において、その表面が露出するように、保護膜２３５上に形成されている。具体的には、周波数調整膜２３６は、振動腕１３５の先端、即ち錘部Ｇに形成される。他方、保護膜２３５は、振動腕１３５におけるその他の領域において、その表面が露出している。この実施例では、振動腕１３５の先端まで周波数調整膜２３６が形成され、先端部では保護膜２３５は全く露出していないが、保護膜２３５の一部が露出する様に、周波数調整膜２３６を振動腕１３５の先端部には形成されない構成も可能である。
（ｂ）保持部１４０
保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部１４０は、平面視において、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように設けられる。なお、保持部１４０は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。例えば、保持部１４０は、振動部１２０を保持し、また、上蓋３０及び下蓋２０と接合できる程度に、振動部１２０の周囲に設けられていればよい。
保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部１４０は、平面視において、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように設けられる。なお、保持部１４０は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。例えば、保持部１４０は、振動部１２０を保持し、また、上蓋３０及び下蓋２０と接合できる程度に、振動部１２０の周囲に設けられていればよい。
本実施形態においては、保持部１４０は一体形成される角柱形状の枠体１４０ａ〜１４０ｄからなる。枠体１４０ａは、図３に示すように、振動腕１３５の開放端に対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｂは、基部１３０の後端１３１Ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｃは、基部１３０の側端（短辺１３１ｃ）及び振動腕１３５Ａに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの一端にそれぞれ接続される。枠体１４０ｄは、基部１３０の側端（短辺１３１ｄ）及び振動腕１３５Ｄに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの他端にそれぞれ接続される。
本実施形態においては、保持部１４０は、保護膜２３５で覆われているとして説明するが、これに限定されず、保護膜２３５は、保持部１４０の表面には形成されていなくてもよい。
（ｃ）保持腕１１１、１１２
保持腕１１１及び保持腕１１２は、保持部１４０の内側に設けられ、基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとを接続する。図３に示すように、保持腕１１１と保持腕１１２とは、基部１３０のＸ軸方向の中心線に沿ってＹＺ平面に平行に規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成される。
保持腕１１１及び保持腕１１２は、保持部１４０の内側に設けられ、基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとを接続する。図３に示すように、保持腕１１１と保持腕１１２とは、基部１３０のＸ軸方向の中心線に沿ってＹＺ平面に平行に規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成される。
保持腕１１１は、腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有している。保持腕１１１は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１１は、枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、再度枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲して、他端が枠体１４０ｃに接続している。
腕１１１ａは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１１１ａは、一端が、後端１３１Ｂにおいて基部１３０と接続しており、そこから後端１３１Ｂに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１１１ａのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１３５Ａの中心線よりも内側に設けられることが望ましく、図３の例では、腕１１１ａは、振動腕１３５Ａと１３５Ｂとの間に設けられている。また腕１１１ａの他端は、その側面において、腕１１１ｂの一端に接続されている。腕１１１ａは、Ｘ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｙ軸方向に規定される長さが４０μｍである。
腕１１１ｂは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｂに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｂは、一端が、腕１１１ａの他端であって枠体１４０ｃに対向する側の側面に接続し、そこから腕１１１ａに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。また、腕１１１ｂの他端は、腕１１１ｃの一端であって振動部１２０と対向する側の側面に接続している。腕１１１ｂは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｘ軸方向に規定される長さが７５μｍ程度である。
腕１１１ｃは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｃの一端は、その側面において、腕１１１ｂの他端に接続されており、他端は、腕１１１ｄの一端であって、枠体１４０ｃ側の側面に接続されている。腕１１１ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが１４０μｍ程度である。
腕１１１ｄは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ａに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｄの一端は、腕１１１ｃの他端であって枠体１４０ｃと対向する側の側面に接続している。また、腕１１１ｄは、他端が、振動腕１３５Ａと基部１３０との接続箇所付近に対向する位置において、枠体１４０ｃと接続しており、そこから枠体１４０ｃに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。腕１１１ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｘ軸方向に規定される長さが１０μｍ程度である。
このように、保持腕１１１は、腕１１１ａにおいて基部１３０と接続し、腕１１１ａと腕１１１ｂとの接続箇所、腕１１１ｂと１１１ｃとの接続箇所、及び腕１１１ｃと１１１ｄとの接続箇所で屈曲した後に、保持部１４０へと接続する構成となっている。
保持腕１１２は、腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを有している。保持腕１１２は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１２は、枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲して、再度枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）屈曲し、他端が枠体１４０ｄに接続している。腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの構成は、それぞれ腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄと対称な構成であるため、詳細な説明については省略する。
なお、保持腕１１１、１１２は、各腕の接続箇所において直角に折れ曲がっている形状に限定されず、湾曲する形状でもよい。また、保持腕１１１、１１２が屈曲する回数は既述のものに限定されず、例えば１回だけ屈曲して基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとに接続される構成や、２回屈曲して基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ａとに接続される構成や、一度も屈曲せず基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｂとに接続される構成でもよい。また、基部１３０における保持腕１１１、１１２の接続箇所は後端１３１Ｂに限定されず、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとをつなぐ側面に接続される構成でもよい。
（４．積層構造）
図４Ａ及び図４Ｂを用いて共振子１０の積層構造について説明する。図４Ａは、図３のＡＡ'断面、及び共振子１０の電気的な接続態様を模式的に示す概略図である。また、図４Ｂは図３のＢＢ'断面を示す概略図である。
図４Ａ及び図４Ｂを用いて共振子１０の積層構造について説明する。図４Ａは、図３のＡＡ'断面、及び共振子１０の電気的な接続態様を模式的に示す概略図である。また、図４Ｂは図３のＢＢ'断面を示す概略図である。
共振子１０では、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、保持腕１１１，１１２は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０では、まず、Ｓｉ（シリコン）基板Ｆ２の上に、金属層Ｅ１が積層されている。そして、金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように、圧電薄膜Ｆ３が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の表面には、金属層Ｅ２が積層されている。金属層Ｅ２の上には、金属層Ｅ２を覆うように、保護膜２３５が積層されている。振動部１２０上においては、さらに、保護膜２３５上に、周波数調整膜２３６が積層されている。尚、低抵抗となる縮退シリコン基板を用いる事で、Ｓｉ基板Ｆ２自体が金属層Ｅ１を兼ねる事で、金属層Ｅ１を省略する事も可能である。
Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型Ｓｉ半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などを含むことができる。Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は、例えば１．６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。さらにＳｉ基板Ｆ２の下面には酸化ケイ素（例えばＳｉＯ2）層（温度特性補正層）Ｆ２１が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。
本実施形態において、酸化ケイ素層（温度特性補正層）Ｆ２１とは、当該酸化ケイ素層Ｆ２１をＳｉ基板Ｆ２に形成しない場合と比べて、Ｓｉ基板Ｆ２に温度補正層を形成した時の振動部における周波数の温度係数（すなわち、温度当たりの変化率）を、少なくとも常温近傍において低減する機能を持つ層をいう。振動部１２０が酸化ケイ素層Ｆ２１を有することにより、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２と金属層Ｅ１、Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３及び酸化ケイ素層（温度補正層）Ｆ２１による積層構造体の共振周波数の、温度に伴う変化を低減することができる。
共振子１０においては、酸化ケイ素層Ｆ２１は、均一の厚みで形成されることが望ましい。なお、均一の厚みとは、酸化ケイ素層Ｆ２１の厚みのばらつきが、厚みの平均値から±２０％以内であることをいう。
なお、酸化ケイ素層Ｆ２１は、Ｓｉ基板Ｆ２の上面に形成されてもよいし、Ｓｉ基板Ｆ２の上面と下面の双方に形成されてもよい。また、保持部１４０においては、Ｓｉ基板Ｆ２の下面に酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されなくてもよい。
金属層Ｅ２、Ｅ１は、例えば厚さ０．１〜０．２μｍ程度のＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いて形成される。金属層Ｅ２、Ｅ１は、エッチング等により、所望の形状に形成される。金属層Ｅ１は、例えば振動部１２０上においては、下部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ１は、保持腕１１１，１１２や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた交流電源に下部電極を接続するための配線として機能するように形成される。
他方で、金属層Ｅ２は、振動部１２０上においては、上部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ２は、保持腕１１１、１１２や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた回路に上部電極を接続するための配線として機能するように形成される。
なお、交流電源から下部配線または上部配線への接続にあたっては、上蓋３０の外面に電極（外部電極の一例である。）を形成して、当該電極が回路と下部配線または上部配線とを接続する構成や、上蓋３０内にビアを形成し、当該ビアの内部に導電性材料を充填して配線を設け、当該配線が交流電源と下部配線または上部配線とを接続する構成が用いられてもよい。
圧電薄膜Ｆ３は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜であり、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。具体的には、圧電薄膜Ｆ３は、ＳｃＡｌＮ（窒化スカンジウムアルミニウム）により形成することができる。ＳｃＡｌＮは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部をスカンジウムに置換したものである。また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば、１μｍの厚さを有するが、０．２μｍから２μｍ程度を用いることも可能である。
圧電薄膜Ｆ３は、金属層Ｅ２、Ｅ１によって圧電薄膜Ｆ３に印加される電界に応じて、ＸＹ平面の面内方向すなわちＹ軸方向に伸縮する。この圧電薄膜Ｆ３の伸縮によって、振動腕１３５は、下蓋２０及び上蓋３０の内面に向かってその開放端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。
保護膜２３５は、絶縁体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が周波数調整膜２３６より遅い材料により形成される。例えば、保護膜２３５は、ＡｌＮやＳｉＮ等の窒化膜やＴａ2Ｏ5（５酸化タンタル）やＳｉＯ2等の酸化膜により形成される。なお、質量低減速度は、エッチング速度（単位時間あたりに除去される厚み）と密度との積により表される。保護膜２３５の厚さは、圧電薄膜Ｆ３の厚さの半分以下で形成され、本実施形態では、例えば０．２μｍ程度である。
周波数調整膜２３６は、導電体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が保護膜２３５より速い材料により形成される。周波数調整膜２３６は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）や金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成される。
なお、保護膜２３５と周波数調整膜２３６とは、質量低減速度の関係が上述のとおりであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。
周波数調整膜２３６は、振動部１２０の略全面に形成された後、エッチング等の加工により所定の領域のみに形成される。
保護膜２３５及び周波数調整膜２３６に対するエッチングは、例えば、保護膜２３５及び周波数調整膜２３６に同時にイオンビーム（例えば、アルゴン（Ａｒ）イオンビーム）を照射することによって行われる。イオンビームは共振子１０よりも広い範囲に照射することが可能である。なお、エッチング方法は、イオンビームによるものに限られない。
（５．共振子の機能）
図４Ａを参照して共振子１０の機能について説明する。本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが上蓋３０の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって開放端を変位する。
図４Ａを参照して共振子１０の機能について説明する。本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが上蓋３０の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって開放端を変位する。
これによって、本実施形態に係る共振子１０では、逆位相の振動時、すなわち、図４Ａに示す振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ１回りに振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとが上下逆方向に振動する。また、振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ２回りに振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとが上下逆方向に振動する。これによって、中心軸ｒ１とｒ２とで互いに逆方向の捩れモーメントが生じ、振動部１２０で屈曲振動が発生する。このとき、基部１３０における中心軸ｒ１、ｒ２近傍の領域には歪みが集中することになる。
（６．周波数調整膜の機能）
次に周波数調整膜２３６の機能について説明する。本実施形態に係る共振装置１では、上述のような共振子１０が形成された後、周波数調整膜２３６の膜厚を調整するトリミング工程が行われる。
次に周波数調整膜２３６の機能について説明する。本実施形態に係る共振装置１では、上述のような共振子１０が形成された後、周波数調整膜２３６の膜厚を調整するトリミング工程が行われる。
トリミング工程では、まず共振子１０の共振周波数を測定し、狙い周波数に対する偏差を算出する。次に、算出した周波数偏差に基づき、周波数調整膜２３６の膜厚を調整する。周波数調整膜２３６の膜厚の調整は、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを共振装置１の全面に対して照射して、周波数調整膜２３６をエッチングすることによって行うことができる。さらに、周波数調整膜２３６の膜厚が調整されると、共振子１０の洗浄を行い、飛び散った膜を除去することが望ましい。
このようにトリミング工程によって、周波数調整膜２３６の膜厚が調整されることによって、同一ウエハにおいて製造される複数の共振装置１の間で、周波数のばらつきを抑えることができる。
（７．孔１７の機能）
図５を用いて本実施形態に係る共振子１０における、孔１７の機能について説明する。図５は、本実施形態に係る共振子１０と、孔１７を有していない比較例における共振子１０'とについて、ＤＬＤを検証した結果を示すグラフである。比較例の共振子１０'は孔１７を有していないが、それ以外の構成は、共振子１０と同様の構成である。図５において、横軸はドライブレベルを示し、縦軸は周波数変化率を示している。また、図５のグラフにおいて、実線は共振子１０の検証結果を示し、破線は共振子１０'の検証結果を示している。
図５を用いて本実施形態に係る共振子１０における、孔１７の機能について説明する。図５は、本実施形態に係る共振子１０と、孔１７を有していない比較例における共振子１０'とについて、ＤＬＤを検証した結果を示すグラフである。比較例の共振子１０'は孔１７を有していないが、それ以外の構成は、共振子１０と同様の構成である。図５において、横軸はドライブレベルを示し、縦軸は周波数変化率を示している。また、図５のグラフにおいて、実線は共振子１０の検証結果を示し、破線は共振子１０'の検証結果を示している。
図５に示すように、ドライブレベルが上がると、比較例の共振子１０'は周波数が正の方向にシフトするのに対し、本実施形態に係る共振子１０は負の方向にシフトしている。図５の結果から、孔１７を形成することにより、ＤＬＤが向上することが分かる。
上述のとおり、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは逆相で振動する。したがって、共振子１０が振動した場合、基部１３０における、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとの間の領域（図４Ａの中心軸ｒ１、ｒ２近傍の領域）には、振動による歪みが集中してしまう。本実施形態に係る共振子１０は、この歪みが集中する領域に孔１７が形成されることにより、当該領域の剛性が小さくなる。この結果、当該領域への歪みの集中が緩和されるため、保持による振動減衰の影響が小さくなることによって、ＤＬＤが改善する。
［第２実施形態］
第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
図６は、本実施形態に係る、共振子１０の構造の一例を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態に係る共振子１０の詳細構成のうち、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。本実施形態に係る共振子１０は、基部１３０の構成、及び孔１７が形成される位置が第１実施形とは異なる。
（１）基部１３０
本実施形態では、基部１３０は、Ｚ軸方向に撓みやすいように基部幅Ｗに対する基部長Ｌが調整される。具体的には、Ｌ／Ｗ≦０．３となるように基部１３０の形成時において、エッチング等によって基部長Ｌが調整される。基部長Ｌが短くなることによって、基部１３０がＺ軸方向に撓みやすくなり、この結果、ＤＬＤが改善される（周波数が負の方向にシフトする）。
本実施形態では、基部１３０は、Ｚ軸方向に撓みやすいように基部幅Ｗに対する基部長Ｌが調整される。具体的には、Ｌ／Ｗ≦０．３となるように基部１３０の形成時において、エッチング等によって基部長Ｌが調整される。基部長Ｌが短くなることによって、基部１３０がＺ軸方向に撓みやすくなり、この結果、ＤＬＤが改善される（周波数が負の方向にシフトする）。
（２）孔１７
本実施形態では、孔１７は、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄの根元近傍に形成される。具体的には、孔１７は、振動版１３５の幅方向の中央近傍において、振動腕１３５における前端１３１Ａとの接続箇所から、開放端側に向かって、長さ７μｍ程度形成されている。また、孔１７の幅は５μｍ程度である。振動腕１３５の根元に孔１７が形成されることにより、振動腕１３５の剛性が低下する。これによって基部１３０の撓みが低下するため、ＤＬＤは悪化する（周波数が正の方向にシフトする）。
本実施形態では、孔１７は、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄの根元近傍に形成される。具体的には、孔１７は、振動版１３５の幅方向の中央近傍において、振動腕１３５における前端１３１Ａとの接続箇所から、開放端側に向かって、長さ７μｍ程度形成されている。また、孔１７の幅は５μｍ程度である。振動腕１３５の根元に孔１７が形成されることにより、振動腕１３５の剛性が低下する。これによって基部１３０の撓みが低下するため、ＤＬＤは悪化する（周波数が正の方向にシフトする）。
なお、第１実施形態と同様、孔１７の形状や位置は図６の例に限定されず、例えば孔１７の形状は、多角形や円形や楕円等でもよく、さらに貫通孔に限定されず、窪みでもよい。また、孔１７が形成される位置は、仮想平面Ｐに対して略対称な位置であればよい。さらに、孔１７は振動腕１３５から基部１３０に亘って形成されてもよい。
このように本実施形態に係る共振子１０は、エッチング量の増加によって、基部１３０の基部長Ｌが短くなることによってＤＬＤが改善される一方で、孔１７の大きさが大きくなることに起因して、ＤＬＤが悪化する。結果的に、ＤＬＤの改善と悪化とが相殺されることによって、エッチングによるＤＬＤのばらつきを低減しつつ、ＤＬＤを改善することができる。
その他の共振子１０の構成、機能は第１の実施形態と同様である。
その他の共振子１０の構成、機能は第１の実施形態と同様である。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る共振子１０は、各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕１３５であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する複数の振動腕１３５、並びに、複数の振動腕１３５の固定端に接続される前端１３１Ａ、及び当該前端１３１Ａに対向する後端１３１Ｂを有する基部１３０、を有する振動部１２０と、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部１４０と、振動部１２０と保持部１４０の間に設けられ、一端が基部１３０に接続され、他端が保持部１４０に接続された保持腕１１１（１１２）と、振動部１２０に形成された複数の孔１７と、を備え、複数の孔１７は、それぞれ、基部１３０における、複数の振動腕１３５におけるいずれかの隣同士の振動腕１３５の間の領域に形成された。これによって、基部１３０における、振動による歪みの集中する領域の剛性を小さくすることができる。この結果、当該領域への歪みの集中が緩和されるため、保持による振動減衰の影響が小さくなり、ＤＬＤを改善することが可能になる
また、複数の孔１７は、基部１３０における後端１３１Ｂよりも前端１３１Ａに近い領域に形成されることが好ましい。また、複数の孔１７は、基部１３０における、互いに逆相で振動する隣同士の振動腕の間の領域に形成されることも好ましい。基部１３０における逆相で振動する隣同士の振動腕の間の領域には、振動による歪みが集中しやすい。したがって、この好ましい態様により、歪みの集中を効果的に低減することができるため、ＤＬＤをより改善することができる。
また、本発明の一実施形態に係る共振子１０は、各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕１３５であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する複数の振動腕１３５、並びに、複数の振動腕１３５の固定端に接続される前端１３１Ａ、及び当該前端１３１Ａに対向する後端１３１Ｂを有する基部１３０、を有する振動部１２０と、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部１４０と、振動部１２０と保持部１４０の間に設けられ、一端が基部１３０に接続され、他端が保持部１４０に接続された保持腕１１１（１１２）と、振動部１２０に形成された複数の孔１７と、を備え、複数の孔１７は、それぞれ、複数の振動腕１３５のうちのいずれかの振動腕１３５における開放端よりも固定端に近い領域に形成された。これによって共振子１０は、エッチング量の増加によって、基部１３０の基部長Ｌが短くなることによってＤＬＤが改善される一方で、孔１７の大きさが大きくなることに起因して、ＤＬＤが悪化する。結果的に、ＤＬＤの改善と悪化とが相殺されることによって、エッチングによるＤＬＤのばらつきを低減しつつ、ＤＬＤを改善することができる。
複数の孔１７は、それぞれ、複数の振動腕１３５が並ぶ方向における当該振動腕１３５の中央近傍に形成されることが好ましい。また、複数の孔１７は、複数の振動腕１３５のそれぞれが延在する方向に沿った長径を有する形状であることが好ましい。この好ましい態様によると、孔１７が形成されることにより振動部１２０の強度が劣化してしまうことを低減することができる。
また、複数の孔１７は、それぞれ、振動部１２０における、複数の振動腕１３５が並ぶ方向の中心を通る中心軸について互いに対称な位置に形成されることが好ましい。また、複数の孔１７は、貫通孔や凹部であることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る共振子１０は、上記の共振子１０と、共振子１０を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、外部電極とを備える。
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、既述の実施形態において、金属層Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３とから成る積層体は単層である構成について説明したが、これに限定されない。共振子１０は、金属層Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３とから成る積層体は多層であり、最上層（上蓋３０側）の表面に保護膜２３５が形成される構成でもよい。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１ 共振装置
１０ 共振子
３０ 上蓋
２０ 下蓋
１４０ 保持部
１４０ａ〜ｄ 枠体
１１１、１１２ 保持腕
１２０ 振動部
１３０ 基部
１３５Ａ〜Ｄ 振動腕
Ｆ２ Ｓｉ基板
Ｆ２１ 酸化ケイ素層（温度特性補正層）
２３５ 保護膜
２３６ 周波数調整膜
１７ 孔
１０ 共振子
３０ 上蓋
２０ 下蓋
１４０ 保持部
１４０ａ〜ｄ 枠体
１１１、１１２ 保持腕
１２０ 振動部
１３０ 基部
１３５Ａ〜Ｄ 振動腕
Ｆ２ Ｓｉ基板
Ｆ２１ 酸化ケイ素層（温度特性補正層）
２３５ 保護膜
２３６ 周波数調整膜
１７ 孔
前記複数の孔は、それぞれ、前記振動部における、前記複数の振動腕が並ぶ方向の中心を通る中心軸について互いに対称な位置に形成されることが好ましい。
本実施形態の振動部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）と当該外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）に隣接する内側の振動腕１３５Ｂ（１３５Ｃ）との間の間隔Ｗ２よりも大きく設定される。間隔Ｗ１は例えば１０μｍ程度、間隔Ｗ２は例えば５μｍ程度である。間隔Ｗ２を間隔Ｗ１より小さく設定することにより、振動特性が改善される。ただし、共振装置１の小型化を図る場合には、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも小さく設定してもよいし、等間隔にしても良い。
・孔１７
本実施形態では、基部１３０における外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとの間（すなわち、振動腕の延長線の間）の領域には、それぞれ孔１７が形成されている。本実施形態では、孔１７は、Ｘ軸方向に沿った幅が５μｍ程度、Ｙ軸方向に沿った長さが１８μｍ程度の円弧形の開口を有する貫通孔である。また、孔１７は、基部１３０における前端１３１Ａ側の領域において、振動腕１３５が延在する方向（前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向）に長径を有するように形成されている。なお、図３から明らかなとおり孔１７は、基部１３０の厚み方向（振動腕１３５の振動方向）に形成されている。
本実施形態では、基部１３０における外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとの間（すなわち、振動腕の延長線の間）の領域には、それぞれ孔１７が形成されている。本実施形態では、孔１７は、Ｘ軸方向に沿った幅が５μｍ程度、Ｙ軸方向に沿った長さが１８μｍ程度の円弧形の開口を有する貫通孔である。また、孔１７は、基部１３０における前端１３１Ａ側の領域において、振動腕１３５が延在する方向（前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向）に長径を有するように形成されている。なお、図３から明らかなとおり孔１７は、基部１３０の厚み方向（振動腕１３５の振動方向）に形成されている。
また、孔１７が形成される位置は、仮想平面Ｐに対して略対称な位置であればよく、すべての振動腕１３５の間に形成される構成や、一部の振動腕１３５の間に形成される構成でもよい。例えば、振動腕が６本以上の構成を想定した場合、孔１７は、（１）最も外側の振動腕と、外側から２番目の振動腕との間の領域に１つずつ（合計２つ）形成される構成や、（２）外側から２番目と３番目との振動腕の間の領域に１つずつ（合計２つ）形成される構成や、（３）最も外側と外側から２番目との振動腕の間と、外側から２番目と３番目との振動腕の間に１つずつ（合計４つ）形成される構成や、（４）すべての振動腕の間に１つずつ（合計５つ）形成される構成等が考えられる。
・その他
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように保護膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄにおける保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄ（以下、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄをまとめて「周波数調整膜２３６」とも呼ぶ。）が形成されている。保護膜２３５及び周波数調整膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜２３５は振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜（例えば図４Ａ及び図４Ｂの金属層Ｅ２）及び圧電膜（例えば図４Ａ及び図４Ｂの圧電薄膜Ｆ３）へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面の方が望ましい。
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように保護膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄにおける保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄ（以下、周波数調整膜２３６Ａ〜２３６Ｄをまとめて「周波数調整膜２３６」とも呼ぶ。）が形成されている。保護膜２３５及び周波数調整膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜２３５は振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜（例えば図４Ａ及び図４Ｂの金属層Ｅ２）及び圧電膜（例えば図４Ａ及び図４Ｂの圧電薄膜Ｆ３）へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面の方が望ましい。
腕１１１ａは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１１１ａは、一端が、後端１３１Ｂにおいて基部１３０と接続しており、そこから後端１３１Ｂに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１１１ａのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１３５Ａの中心線よりも内側に設けられることが望ましく、図３の例では、腕１１１ａは、振動腕１３５Ａと１３５Ｂとの間に設けられている。また腕１１１ａの他端は、その側面において、腕１１１ｂの一端に接続されている。腕１１１ａは、Ｘ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｙ軸方向に規定される長さが４０μｍ程度である。
本実施形態において、酸化ケイ素層（温度特性補正層）Ｆ２１とは、当該酸化ケイ素層Ｆ２１をＳｉ基板Ｆ２に形成しない場合と比べて、Ｓｉ基板Ｆ２に温度特性補正層を形成した時の振動部における周波数の温度係数（すなわち、温度当たりの変化率）を、少なくとも常温近傍において低減する機能を持つ層をいう。振動部１２０が酸化ケイ素層Ｆ２１を有することにより、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２と金属層Ｅ１、Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３及び酸化ケイ素層（温度特性補正層）Ｆ２１による積層構造体の共振周波数の、温度に伴う変化を低減することができる。
圧電薄膜Ｆ３は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜であり、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。具体的には、圧電薄膜Ｆ３は、ＳｃＡｌＮ（窒化スカンジウムアルミニウム）により形成することができる。ＳｃＡｌＮは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部をスカンジウムに置換したものである。また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば、１μｍ程度の厚さを有するが、０．２μｍから２μｍ程度を用いることも可能である。
（２）孔１７
本実施形態では、孔１７は、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄの根元近傍に形成される。具体的には、孔１７は、振動腕１３５の幅方向の中央近傍において、振動腕１３５における前端１３１Ａとの接続箇所から、開放端側に向かって、長さ７μｍ程度形成されている。また、孔１７の幅は５μｍ程度である。振動腕１３５の根元に孔１７が形成されることにより、振動腕１３５の剛性が低下する。これによって基部１３０の撓みが低下するため、ＤＬＤは悪化する（周波数が正の方向にシフトする）。
本実施形態では、孔１７は、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄの根元近傍に形成される。具体的には、孔１７は、振動腕１３５の幅方向の中央近傍において、振動腕１３５における前端１３１Ａとの接続箇所から、開放端側に向かって、長さ７μｍ程度形成されている。また、孔１７の幅は５μｍ程度である。振動腕１３５の根元に孔１７が形成されることにより、振動腕１３５の剛性が低下する。これによって基部１３０の撓みが低下するため、ＤＬＤは悪化する（周波数が正の方向にシフトする）。
また、本発明の一実施形態に係る共振装置１は、上記の共振子１０と、共振子１０を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、外部電極とを備える。
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、既述の実施形態において、金属層Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３とから成る積層体は単層である構成について説明したが、これに限定されない。共振子１０は、金属層Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３とから成る積層体は多層であり、最上層（上蓋３０側）の表面に保護膜２３５が形成される構成でもよい。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (10)
- 各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記基部における、前記複数の振動腕におけるいずれかの隣同士の振動腕の間の領域に形成された、
共振子。 - 前記複数の孔は、
前記基部における前記後端よりも前記前端に近い領域に形成された、
請求項１に記載の共振子。 - 前記複数の孔は、
前記基部における、互いに逆相で振動する隣同士の振動腕の間の領域に形成された、
請求項１又は２に記載の共振子。 - 各々が固定端と開放端とを有する３本以上の振動腕であって、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する、複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕のうちのいずれかの振動腕における前記開放端よりも前記固定端に近い領域に形成された、
共振子。 - 前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕が並ぶ方向における当該振動腕の中央近傍に形成された、
請求項４に記載の共振子。 - 前記複数の孔は、
前記複数の振動腕のそれぞれが延在する方向に沿った長径を有する形状である、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の共振子。 - 前記複数の孔は、それぞれ、前記振動部における、前記複数の振動腕が並ぶ方向の中心を通る中心軸について互いに対称な位置に形成された、請求項１乃至６の何れか一項に記載の共振子。
- 前記複数の孔は、貫通孔である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の共振子。
- 前記複数の孔は、凹部である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の共振子。
- 請求項１乃至７の何れか一項に記載の共振子と、
前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
外部電極と、
を備える共振装置。
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