JP4930381B2 - Piezoelectric vibration device - Google Patents

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Description

本発明は、バルク波を利用した圧電振動装置に関し、より詳細には、バルク波の内の拡がり振動モード、長さ振動モードまたは幅振動モードなどの輪郭振動モードを利用した圧電振動装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibration device using a bulk wave, and more particularly to a piezoelectric vibration device using a contour vibration mode such as a spread vibration mode, a length vibration mode, or a width vibration mode in a bulk wave.

バルク波を利用した圧電振動装置は、弾性表面波を利用した弾性表面波装置に比べて、Qが高く、耐電力性が高いという利点を有する。従来、バルク波として厚み縦振動モードを利用した圧電共振子などが提案されている。しかしながら、厚み縦振動モードを利用した場合には、比較的共振周波数が高い共振子を提供することは容易であるが、共振周波数が低い共振子を提供することが困難であった。   Piezoelectric vibration devices using bulk waves have the advantages of higher Q and higher power durability than surface acoustic wave devices using surface acoustic waves. Conventionally, a piezoelectric resonator using a thickness longitudinal vibration mode as a bulk wave has been proposed. However, when the thickness longitudinal vibration mode is used, it is easy to provide a resonator having a relatively high resonance frequency, but it is difficult to provide a resonator having a low resonance frequency.

下記の特許文献1には、より低い周波数域で使用し得る共振子として、拡がり振動モードを利用した圧電共振子が開示されている。図22は、特許文献1に記載の圧電共振子を説明するための略図的斜視図である。   The following Patent Document 1 discloses a piezoelectric resonator using a spread vibration mode as a resonator that can be used in a lower frequency range. FIG. 22 is a schematic perspective view for explaining the piezoelectric resonator described in Patent Document 1. FIG.

圧電振動子101では、シリコン系材料からなる枠体102が用いられている。枠体102の開口内において、支持梁103,103により振動部104が支持されている。振動部104は、シリコン材料からなる比較的厚い振動板105を有する。この振動板105上に、下部電極106、圧電薄膜107及び上部電極108が積層されて、圧電振動部が構成されている。   In the piezoelectric vibrator 101, a frame body 102 made of a silicon-based material is used. In the opening of the frame body 102, the vibrating portion 104 is supported by the support beams 103 and 103. The vibration part 104 has a relatively thick diaphragm 105 made of a silicon material. On this diaphragm 105, a lower electrode 106, a piezoelectric thin film 107, and an upper electrode 108 are laminated to constitute a piezoelectric vibrating portion.

交番電界を上部電極108と下部電極106との間に印加することにより、上記圧電振動部が励振され、振動板105と共に振動する。ここでは、拡がり振動モードの応答が利用され、共振周波数が1〜10MHzの圧電振動子が提供され得ると記載されている。
特開平8−186467号公報
By applying an alternating electric field between the upper electrode 108 and the lower electrode 106, the piezoelectric vibration part is excited and vibrates together with the diaphragm 105. Here, it is described that a piezoelectric vibrator having a resonance frequency of 1 to 10 MHz can be provided by utilizing the response of the spread vibration mode.
JP-A-8-186467

一般に、拡がり振動モードを利用した圧電振動子では、共振周波数は、圧電振動部の平面形状の大きさにより決定され、圧電振動部の厚みには依存しないと考えられている。しかしながら、例えば圧電振動子101では、圧電振動部に振動板105が積層されており、振動する部分が一定の厚みを有する。そのため、上記拡がり振動モードを利用した場合であっても、拡がり振動モードに、厚み方向に依存した振動モードが結合し、共振周波数が厚み依存性を有することがわかった。   In general, in a piezoelectric vibrator using a spreading vibration mode, the resonance frequency is determined by the size of the planar shape of the piezoelectric vibration part and is considered not to depend on the thickness of the piezoelectric vibration part. However, for example, in the piezoelectric vibrator 101, the diaphragm 105 is laminated on the piezoelectric vibrating portion, and the vibrating portion has a certain thickness. Therefore, even when the above-described spread vibration mode is used, it has been found that the vibration mode depending on the thickness direction is coupled to the spread vibration mode, and the resonance frequency has thickness dependence.

他方、加工ばらつきにより、振動板105の厚みにばらつきが生じることがある。このような場合、共振周波数が厚み依存性を有するので、共振周波数がばらつかざるを得なかった。そのため、歩留りが低下しがちであった。   On the other hand, the thickness of the diaphragm 105 may vary due to processing variations. In such a case, since the resonance frequency has thickness dependency, the resonance frequency has to be varied. Therefore, the yield tends to decrease.

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、Qが高く、かつ耐電力性に優れた、バルク波を利用した圧電振動装置であって、しかも、バルク波の中でも振動部分の厚みに依存し難い輪郭振動を利用しており、さらに振動部分の厚みばらつきによる特性のばらつきがより一層生じ難い、圧電振動装置を提供することにある。   An object of the present invention is a piezoelectric vibration device using a bulk wave that eliminates the above-mentioned drawbacks of the prior art, has a high Q, and is excellent in electric power durability. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric vibration device that uses contour vibration that does not easily depend on the thickness of the vibration portion and that is less susceptible to variations in characteristics due to variations in thickness of the vibration portion.

本発明によれば、対向し合う第1,第2の主面を有するフィルム状の圧電体と、前記圧電体の第1の主面に形成された第1の電極と、前記圧電体の第2の主面に形成されており、第1の電極と圧電体を介して重なり合うように配置された第2の電極とを備え、前記第1,第2の電極が前記圧電体を介して重なり合っている部分が圧電振動部を構成しており、前記圧電振動部を支持している支持部材をさらに備え、前記圧電振動部が、第1,第2の電極が圧電体を介して重なり合っている部分において、浮かされた状態となるように前記支持部材により支持されており、かつ前記圧電振動部の輪郭振動モードを利用しており、前記圧電振動部が、前記第1及び第2の電極の前記圧電体に接している側の面とは反対側の面に積層された付加膜をさらに備え、少なくとも一方の前記付加膜が、前記圧電振動部の振動のノードを含む第1の領域と、第1の領域とは異なる厚みの第2の領域とを有することを特徴とする、圧電振動装置が提供される。 According to the present invention, a film-like piezoelectric body having first and second main surfaces facing each other, a first electrode formed on the first main surface of the piezoelectric body, and a first electrode of the piezoelectric body. The first electrode and the second electrode arranged so as to overlap with each other via the piezoelectric body, and the first and second electrodes overlap with each other via the piezoelectric body. And the piezoelectric vibration part further comprises a support member that supports the piezoelectric vibration part, and the piezoelectric vibration part overlaps the first and second electrodes via the piezoelectric body. The portion is supported by the support member so as to be in a floated state, and uses the contour vibration mode of the piezoelectric vibration portion , and the piezoelectric vibration portion is the first and second electrodes. An additional film laminated on the surface opposite to the surface in contact with the piezoelectric body. Provided on at least one of the additional film, characterized in that a second region of different thicknesses and said first region including a node of vibration of the piezoelectric vibrating unit, a first region, the piezoelectric A vibration device is provided.

本発明に係る圧電振動装置のある特定の局面では、フィルム状の圧電体が、第1,第2の電極が重なり合っている圧電振動部の外側に至る圧電体延長部を有しており、圧電体延長部において、支持部材に固定されている。この場合には、フィルム状の圧電体の第1,第2の主面に第1,第2の電極が積層された、薄い圧電振動部が構成されるので、圧電振動部の小型化、特に低背化を進めることができる。   In a specific aspect of the piezoelectric vibration device according to the present invention, the film-like piezoelectric body has a piezoelectric body extension that extends to the outside of the piezoelectric vibration section where the first and second electrodes overlap, The body extension is fixed to the support member. In this case, since the thin piezoelectric vibrating portion is formed by laminating the first and second electrodes on the first and second main surfaces of the film-like piezoelectric body, the piezoelectric vibrating portion can be reduced in size. The height can be reduced.

支持部材が基板であり、該基板上に上記圧電振動部がギャップを隔てて浮かされた状態で、圧電体延長部が基板の上面に固定されている構造の場合には、複雑な加工を必要としない平板状の基板を用いることができ、コストを低減することができる。また、ギャップを隔てて、上記厚みが比較的薄い圧電振動部が浮かされている構造とされるため、低背化をより一層進めることが可能となる。   In the case of a structure in which the support member is a substrate, and the piezoelectric extension portion is fixed to the upper surface of the substrate in a state where the piezoelectric vibration portion is floated on the substrate with a gap, complicated processing is required. The flat board | substrate which does not carry out can be used, and cost can be reduced. In addition, since the piezoelectric vibration part having a relatively thin thickness is floated across the gap, it is possible to further reduce the height.

本発明のさらに他の特定の局面では、前記圧電体延長部が設けられている部分を除く前記圧電体の外周縁部分においては、前記圧電体は、圧電振動部の外側に至らない形状とされている。この場合には、圧電体延長部以外においては、圧電体は圧電振動部の外側に至らないため、圧電体の平面形状の寸法を小さくすることができ、小型化を進めることができる。
本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電振動部の厚みが、前記輪郭振動モードの波長の1/40以下とされる。この場合には、周波数特性のばらつきが極めて小さい、圧電振動装置を提供することができ、圧電振動装置の歩留りを高めることが可能となる。
In still another specific aspect of the present invention, in the outer peripheral edge portion of the piezoelectric body excluding the portion where the piezoelectric body extension portion is provided, the piezoelectric body has a shape that does not reach the outside of the piezoelectric vibrating portion. ing. In this case, since the piezoelectric body does not reach the outside of the piezoelectric vibrating portion except the piezoelectric extension portion, the size of the planar shape of the piezoelectric body can be reduced, and the miniaturization can be promoted.
In still another specific aspect of the piezoelectric vibration device according to the present invention, the thickness of the piezoelectric vibration part is 1/40 or less of the wavelength of the contour vibration mode. In this case, it is possible to provide a piezoelectric vibration device with extremely small variation in frequency characteristics, and it is possible to increase the yield of the piezoelectric vibration device.

本発明に係る圧電振動装置では、上記圧電振動部は、様々な平面形状を有するように構成され得る。   In the piezoelectric vibration device according to the present invention, the piezoelectric vibration part may be configured to have various planar shapes.

本発明のある特定の局面では、前記圧電振動部が、短辺と長辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記輪郭振動モードが拡がり振動モードであって、前記圧電振動部の厚みが、前記圧電振動部の短辺寸法の1/20以下とされている。この場合には、輪郭振動モードとして拡がり振動モードを利用した圧電振動装置を提供でき、圧電振動部の厚みが圧電振動部の短辺寸法の1/20以下とされているため、周波数特性のばらつきを極めて小さくすることができる。   In a specific aspect of the present invention, the piezoelectric vibration part has a rectangular planar shape having a short side and a long side, the contour vibration mode is a spread vibration mode, and the thickness of the piezoelectric vibration part is In addition, it is set to 1/20 or less of the short side dimension of the piezoelectric vibration part. In this case, a piezoelectric vibration device using the spread vibration mode as the contour vibration mode can be provided, and the thickness of the piezoelectric vibration part is set to 1/20 or less of the short side dimension of the piezoelectric vibration part. Can be made extremely small.

また、本発明の他の特定の局面では、前記圧電振動部が、短辺と長辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記輪郭振動モードが長さ振動モードであり、前記圧電振動部の厚みが、前記圧電振動部の長辺の寸法の1/20以下とされ、この場合には、輪郭振動モードとして長さ振動モードを利用しており、しかも周波数特性のばらつきが非常に小さい圧電振動装置を提供することができる。   Further, in another specific aspect of the present invention, the piezoelectric vibration part has a rectangular planar shape having a short side and a long side, the contour vibration mode is a length vibration mode, and the piezoelectric vibration part In this case, the length vibration mode is used as the contour vibration mode, and the frequency characteristic variation is very small. A vibration device can be provided.

本発明では、上記圧電振動部が、前記第1,第2の電極の少なくとも一方において前記圧電体に接している側の面とは反対側の面に積層された付加膜をさらに備える。付加膜として、保護膜や温度補償用絶縁膜、あるいは金属膜などを積層することにより、耐環境特性を高めたり、温度による周波数依存性を低めたり、機械的強度を高めたりすることができる。 In this onset bright, the piezoelectric vibrating unit further comprises a first additional layer that is laminated on the opposite side to the side on which the piezoelectric in contact in at least one of the second electrode. As with pressurized film, a protective film or a temperature compensating dielectric film, or by laminating a metal film, to enhance the environmental resistance, or reduced frequency dependence due to the temperature, or it can enhance the mechanical strength .

本発明に係る圧電振動装置では、好ましくは、上記付加膜において、上記圧電振動部の圧電振動のノードが位置する部分を含む第1の領域と、第1の領域とは異なる厚みの第2の領域とが設けられている。この場合、振動のノードを含む第1の領域における付加膜の厚みを第2の領域における付加膜の厚みと異ならせることにより、圧電振動装置の共振周波数を調整することができる。例えば、第1の領域の付加膜の厚みを、第2の領域における付加膜の厚みを、第2の領域における付加膜の厚みよりも薄くすることにより、共振周波数を低くする方向に周波数を調整することができる。この場合、第1の領域において、付加膜の厚みは0とされていてもよい。   In the piezoelectric vibration device according to the present invention, preferably, in the additional film, a first region including a portion where a piezoelectric vibration node of the piezoelectric vibration unit is located, and a second region having a thickness different from the first region. And an area. In this case, the resonance frequency of the piezoelectric vibration device can be adjusted by making the thickness of the additional film in the first region including the vibration node different from the thickness of the additional film in the second region. For example, the frequency is adjusted in the direction of lowering the resonance frequency by making the thickness of the additional film in the first region smaller than that of the additional film in the second region. can do. In this case, the thickness of the additional film may be zero in the first region.

逆に、第1の領域における付加膜の厚みを相対的に厚くすることにより、共振周波数を高める方向に周波数を調整することができ、この場合、第2の領域における付加膜の厚みは0とされていてもよい。   Conversely, by relatively increasing the thickness of the additional film in the first region, the frequency can be adjusted in the direction of increasing the resonance frequency. In this case, the thickness of the additional film in the second region is zero. May be.

本発明に係る圧電振動装置は、様々な共振子やフィルタに用いることができるが、本発明のある特定の局面では、周波数が1〜100MHzの範囲にある圧電共振子が提供される。すなわち、輪郭振動モードを利用しているが、比較的低周波数域で用いることができる圧電振動装置を提供することができる。
(発明の効果)
The piezoelectric vibration device according to the present invention can be used for various resonators and filters. However, in a specific aspect of the present invention, a piezoelectric resonator having a frequency in the range of 1 to 100 MHz is provided. That is, although the contour vibration mode is used, a piezoelectric vibration device that can be used in a relatively low frequency range can be provided.
(The invention's effect)

本発明に係る圧電振動装置では、フィルム状の圧電体の第1の主面に第1の電極が、第2の主面に第2の電極が形成されており、第1,第2の電極が圧電体を介して重なり合っている圧電振動部が浮かされた状態とされている。従って、特許文献1に記載の振動板のような比較的厚い部材であって、圧電振動部の振動を受けて振動する部分を必要としない。よって、他の部材の加工ばらつきによる共振周波数などのばらつきが生じ難い。   In the piezoelectric vibration device according to the present invention, the first electrode is formed on the first main surface and the second electrode is formed on the second main surface of the film-like piezoelectric body, and the first and second electrodes are formed. Are in a state in which the piezoelectric vibrating portion overlapping with the piezoelectric body is floated. Therefore, it is a relatively thick member such as the diaphragm described in Patent Document 1 and does not require a portion that vibrates in response to the vibration of the piezoelectric vibrating portion. Therefore, variations in resonance frequency due to variations in processing of other members hardly occur.

加えて、輪郭振動モードを利用しているため、本質的に、周波数特性は圧電振動部の厚みに依存し難い。のみならず、上記特許文献1に記載の振動板のような比較的厚い部材であって、圧電振動部の振動を受けて振動する部分を必要としないので、それによっても、周波数特性が圧電振動部の厚みに依存し難い。よって、共振周波数などの周波数特性のばらつきをより一層小さくすることが可能とされている。   In addition, since the contour vibration mode is used, the frequency characteristic is hardly dependent on the thickness of the piezoelectric vibration part. In addition, since it is a relatively thick member such as the diaphragm described in Patent Document 1 and does not require a portion that vibrates in response to the vibration of the piezoelectric vibration portion, the frequency characteristic also exhibits piezoelectric vibration. It is hard to depend on the thickness of the part. Therefore, it is possible to further reduce variation in frequency characteristics such as the resonance frequency.

また、上記特許文献1に記載の振動板のような圧電振動部に積層され、圧電振動を受けて振動する部分が設けられずともよいため、振動部分の厚みを薄くすることができ、小型化、特に低背化を進めることができる。   In addition, since it is not necessary to provide a portion that is laminated on a piezoelectric vibrating portion such as the diaphragm described in Patent Document 1 and vibrates in response to piezoelectric vibration, the thickness of the vibrating portion can be reduced and the size can be reduced. In particular, the height can be lowered.

また、厚み縦振動モードではなく、輪郭振動モードを利用しているため、厚み縦振動モードを利用した場合に比べて、低周波数域で用いることができる共振子やフィルタを提供することができる。さらに、バルク波の内の輪郭振動モードを利用しているので、Qが高く、耐電力性に優れた圧電振動装置を提供することができる。   Further, since the contour vibration mode is used instead of the thickness longitudinal vibration mode, it is possible to provide a resonator and a filter that can be used in a low frequency range as compared with the case where the thickness longitudinal vibration mode is used. Furthermore, since the contour vibration mode in the bulk wave is used, a piezoelectric vibration device having a high Q and excellent power durability can be provided.

よって、本発明によれば、Qが高く、耐電力性に優れたバルク波を利用した圧電振動装置であって、低周波数域で用いることができ、しかも共振特性などの周波数特性のばらつきが生じ難い、圧電振動モードを利用した圧電振動装置を提供することができる。   Therefore, according to the present invention, a piezoelectric vibration device using a bulk wave having a high Q and excellent power durability, which can be used in a low frequency range, and also causes variations in frequency characteristics such as resonance characteristics. It is difficult to provide a piezoelectric vibration device using a piezoelectric vibration mode.

特に、圧電振動部の厚みが輪郭振動モードの波長の1/40以下とされている場合には、後述の実験例から明らかなように、周波数ばらつきをより一層小さくすることができる。   In particular, when the thickness of the piezoelectric vibration part is set to 1/40 or less of the wavelength of the contour vibration mode, the frequency variation can be further reduced as will be apparent from an experimental example described later.

図1(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動装置の模式的平面図及び(a)中のA−A線に沿う断面図である。1A and 1B are a schematic plan view of a piezoelectric vibration device according to a first embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図2(a)及び(b)は、図1(a)におけるB−B線及びC−C線に沿う各断面図である。2 (a) and 2 (b) are cross-sectional views taken along lines BB and CC in FIG. 1 (a). 図3は、拡がり振動モードにおける振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view for explaining a change in the vibration state in the spread vibration mode. 図4(a)及び(b)は、第1の実施形態の圧電振動部の厚みが薄い場合及び相対的に厚い場合の振動に際しての各部分の変位状態を有限要素法で解析した結果を示す各模式的断面図である。4 (a) and 4 (b) show the results of analyzing the displacement state of each part by the finite element method when the piezoelectric vibrating part of the first embodiment is thin and relatively thick. It is each typical sectional drawing. 図5は、第1の実施形態の圧電振動装置における圧電振動部の厚みを厚くした場合の圧電振動部における各部分の変位状態を有限要素法で解析した結果を示す厚み方向に沿う模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-section along the thickness direction showing the result of analyzing the displacement state of each part in the piezoelectric vibration part when the thickness of the piezoelectric vibration part in the piezoelectric vibration device of the first embodiment is increased by the finite element method. FIG. 図6は、第1の実施形態の圧電振動装置における振動子の規格化厚みと、共振周波数変動量との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the normalized thickness of the vibrator and the resonance frequency fluctuation amount in the piezoelectric vibration device according to the first embodiment. 図7は、第2の実施形態の圧電振動装置を説明するための模式的平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view for explaining the piezoelectric vibration device according to the second embodiment. 図8は、第2の実施形態で利用される長さ振動モードにおける振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view for explaining the change in the vibration mode in the length vibration mode used in the second embodiment. 図9は、第3の実施形態の圧電振動装置を説明するための模式的平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view for explaining the piezoelectric vibration device of the third embodiment. 図10は、第2の実施形態で利用される幅方向振動モードにおける振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view for explaining the change in the vibration mode in the width direction vibration mode used in the second embodiment. 図11(a)及び(b)は、本発明の第4の実施形態に係る圧電振動装置の模式的平面図及び(a)中のE−E線に沿う断面図である。FIGS. 11A and 11B are a schematic plan view of a piezoelectric vibration device according to a fourth embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along the line EE in FIG. 図12(a),(b)は、図11(a)におけるF−F線及びG−G線に沿う各断面図である。12A and 12B are cross-sectional views taken along lines FF and GG in FIG. 図13(a)及び(b)は、本発明の第5の実施形態に係る圧電振動装置の模式的平面図及び(a)中のI−I線に沿う断面図である。FIGS. 13A and 13B are a schematic plan view of a piezoelectric vibration device according to a fifth embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 図14(a),(b)は、図13(a)におけるJ−J線及びK−K線に沿う各断面図である。14A and 14B are cross-sectional views taken along lines JJ and KK in FIG. 図15は、本発明に係る圧電振動装置の変形例を説明するための断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining a modification of the piezoelectric vibration device according to the present invention. 図16は、幅振動モードまたは拡がり振動モードを利用した振動子において、片面にノードを含む領域に凹部を設けた場合の凹部とノード位置との関係を説明するための模式的斜視図である。FIG. 16 is a schematic perspective view for explaining the relationship between a recess and a node position when a recess is provided in a region including a node on one side in a vibrator using the width vibration mode or the spread vibration mode. 図17は、両面の付加膜が均一な膜厚に形成されている圧電振動装置の共振特性を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the resonance characteristics of the piezoelectric vibration device in which the additional films on both sides are formed to have a uniform film thickness. 図18は、図15に示した変形例の圧電振動装置の共振特性を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating resonance characteristics of the piezoelectric vibration device according to the modified example illustrated in FIG. 15. 図19は、本発明の圧電振動装置の他の変形例を説明するための断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining another modification of the piezoelectric vibration device of the present invention. 図20は、図19に示した圧電振動装置の共振特性を示す図である。20 is a diagram illustrating resonance characteristics of the piezoelectric vibration device illustrated in FIG. 図21は、図15に示した変形例において、付加膜の一部を除去する部分の幅方向寸法を説明するための模式的断面図である。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view for explaining the width-direction dimension of a portion where a part of the additional film is removed in the modification shown in FIG. 図22は、図15に示した変形例において、付加膜の一部を除去する除去幅を変化させた場合の共振周波数の変化を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a change in the resonance frequency when the removal width for removing a part of the additional film is changed in the modification shown in FIG. 図23は、従来の圧電振動装置の一例を説明するための模式的斜視図である。FIG. 23 is a schematic perspective view for explaining an example of a conventional piezoelectric vibration device.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧電振動装置
2…基板
3…圧電振動部
4…圧電薄膜
4a,4b…圧電体延長部
5…第1の電極
6…第2の電極
7…付加膜
8…付加膜
9,10…端子電極
11…圧電振動装置
21…圧電振動装置
23…圧電振動部
23a…短辺
23b…長辺
31…圧電振動装置
33…圧電振動部
33a…短辺
33b…長辺
41…圧電振動装置
42…基板
43…圧電振動部
51…圧電振動装置
52…ギャップ形成材料層
62,63…付加膜
64…付加膜
65…圧電振動装置
71…圧電振動子
71a…凹部
D…ギャップ
H…ギャップ
L…ギャップ
N…ノード
Q…除去幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric vibration apparatus 2 ... Board | substrate 3 ... Piezoelectric vibration part 4 ... Piezoelectric thin film 4a, 4b ... Piezoelectric extension part 5 ... 1st electrode 6 ... 2nd electrode 7 ... Additional film 8 ... Additional film 9, 10 ... Terminal Electrode 11 ... Piezoelectric vibration device 21 ... Piezoelectric vibration device 23 ... Piezoelectric vibration portion 23a ... Short side 23b ... Long side 31 ... Piezoelectric vibration device 33 ... Piezoelectric vibration portion 33a ... Short side 33b ... Long side 41 ... Piezoelectric vibration device 42 ... Substrate DESCRIPTION OF SYMBOLS 43 ... Piezoelectric vibration part 51 ... Piezoelectric vibration apparatus 52 ... Gap formation material layer 62, 63 ... Additional film 64 ... Additional film 65 ... Piezoelectric vibration apparatus 71 ... Piezoelectric vibrator 71a ... Recessed part D ... Gap H ... Gap L ... Gap N ... Node Q ... removal width

以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図1(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動装置の平面図及び図1(a)中のA−A線に沿う断面図である。また、図2(a)及び(b)は、図1(a)におけるB−B線及びC−C線に沿う断面図である。   1A and 1B are a plan view of a piezoelectric vibration device according to a first embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 (a) and 2 (b) are cross-sectional views taken along lines BB and CC in FIG. 1 (a).

圧電振動装置1は、バルク波としての輪郭振動のうち拡がり振動モードを利用した圧電共振子である。   The piezoelectric vibration device 1 is a piezoelectric resonator using a spread vibration mode among contour vibrations as a bulk wave.

本実施形態では、支持部材として半導体もしくは絶縁体からなる基板2が用いられている。基板2を構成する半導体及び絶縁体は特に限定されず、例えばSi系半導体やガラスなどの絶縁体が用いられる。   In the present embodiment, the substrate 2 made of a semiconductor or an insulator is used as the support member. The semiconductor and the insulator constituting the substrate 2 are not particularly limited, and for example, an insulator such as a Si-based semiconductor or glass is used.

基板2上において、平面形状が矩形の圧電振動部3が構成されている。ここでは、圧電振動部3は、フィルム状圧電体、すなわち圧電薄膜4と、圧電薄膜4の第1の主面としての下面に形成された電極5と、圧電薄膜4の第2の主面としての上面に形成された第2の電極6とを有する。圧電薄膜4は、その分極軸方向が厚み方向とされている。第1の電極5と第2の電極6とは、圧電薄膜4を介して厚み方向に重なり合っており、該重なり合っている部分が、図1(a)に示す平面形状が矩形の圧電振動部3である。   On the substrate 2, a piezoelectric vibrating portion 3 having a rectangular planar shape is configured. Here, the piezoelectric vibrating portion 3 is a film-like piezoelectric body, that is, the piezoelectric thin film 4, the electrode 5 formed on the lower surface as the first main surface of the piezoelectric thin film 4, and the second main surface of the piezoelectric thin film 4. And a second electrode 6 formed on the upper surface of the substrate. The piezoelectric thin film 4 has a polarization axis direction as a thickness direction. The first electrode 5 and the second electrode 6 are overlapped in the thickness direction via the piezoelectric thin film 4, and the overlapped portion is a piezoelectric vibrating portion 3 having a rectangular planar shape shown in FIG. It is.

圧電薄膜4は、適宜の圧電材料からなる。このような圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス(PZT系圧電セラミックス)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)、水晶などが挙げられる。すなわち、圧電薄膜は、圧電単結晶あるいは圧電セラミックスのいずれにより形成されていてもよい。The piezoelectric thin film 4 is made of an appropriate piezoelectric material. Examples of such piezoelectric materials include zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), lead zirconate titanate ceramics (PZT piezoelectric ceramics), lithium niobate (LiNbO 3 ), and lithium tantalate (LiTaO 3). ) And crystal. That is, the piezoelectric thin film may be formed of either a piezoelectric single crystal or a piezoelectric ceramic.

第1の電極5と、第2の電極6とは、圧電薄膜4に交流電圧を印加し、圧電薄膜4を励振させるために設けられている。第1,第2の電極5,6を構成する材料については特に限定されず、適宜の導電性材料を用いることができる。このような導電性材料としては、Al、Cu、Au、Pt、Niもしくはこれらの合金、例えばエリンバーやインバーなどを挙げることができる。   The first electrode 5 and the second electrode 6 are provided to apply an alternating voltage to the piezoelectric thin film 4 and excite the piezoelectric thin film 4. The material constituting the first and second electrodes 5 and 6 is not particularly limited, and an appropriate conductive material can be used. Examples of such a conductive material include Al, Cu, Au, Pt, Ni, or an alloy thereof, such as Elinvar and Invar.

本実施形態では、上記圧電振動部3において、圧電薄膜4の第1の主面側において、第1の電極5を覆うように、付加膜7が積層されている。また、圧電薄膜4の第2の主面としての上面側においても付加膜8が積層されている。   In the present embodiment, in the piezoelectric vibrating portion 3, the additional film 7 is laminated on the first main surface side of the piezoelectric thin film 4 so as to cover the first electrode 5. The additional film 8 is also laminated on the upper surface side as the second main surface of the piezoelectric thin film 4.

付加膜7,8は、内部を保護する保護膜として機能するものであってもよく、補強膜としての機能を有するものであってもよく、あるいは温度特性を補償するための膜であってもよい。さらに、質量付加により共振周波数を調整するために、付加膜7及び/または付加膜8が設けられていてもよい。   The additional films 7 and 8 may function as a protective film for protecting the inside, may have a function as a reinforcing film, or may be a film for compensating temperature characteristics. Good. Further, an additional film 7 and / or an additional film 8 may be provided in order to adjust the resonance frequency by mass addition.

上記付加膜は、圧電体の第1の主面側及び/または第2の主面側に形成されればよく、あるいは本発明においては、圧電振動部は付加膜を有していなくてもよい。   The additional film may be formed on the first main surface side and / or the second main surface side of the piezoelectric body, or in the present invention, the piezoelectric vibrating portion may not have the additional film. .

付加膜7,8は、これらの機能のいずれか少なくとも1つを果たすように用いられるものであるため、付加膜7,8を構成する材料については、これらの機能に応じた材料を用いればよい。例えば、温度補償を行ったり、圧電振動部を保護したりするためには、SiOやSiNなどの誘電体薄膜により付加膜7,8を形成すればよい。また、Al、Cu、エリンバーまたはインバーなどのような導電性材料により付加膜7,8が形成されていてもよい。もっとも、付加膜7,8が導電性材料からなる場合には、電極5,6の機能を損なわないように付加膜7,8を形成することが望ましい。Since the additional films 7 and 8 are used so as to perform at least one of these functions, the material constituting the additional films 7 and 8 may be a material corresponding to these functions. . For example, in order to perform temperature compensation or protect the piezoelectric vibrating portion, the additional films 7 and 8 may be formed of a dielectric thin film such as SiO 2 or SiN. Further, the additional films 7 and 8 may be formed of a conductive material such as Al, Cu, Elinvar, or Invar. However, when the additional films 7 and 8 are made of a conductive material, it is desirable to form the additional films 7 and 8 so as not to impair the functions of the electrodes 5 and 6.

さらに、付加膜7,8は、ZnOやAlNのような圧電材料であってもよく、Siのような半導体材料であってもよい。   Further, the additional films 7 and 8 may be a piezoelectric material such as ZnO or AlN, or may be a semiconductor material such as Si.

本実施形態では、上記圧電振動部3において、圧電薄膜4、第1,第2の電極5,6及び付加膜7,8は、薄膜形成法により形成され、積層されている。このような薄膜形成法としては特に限定されないが、PVD法やCVD法などを用いることができる。薄膜形成法により各部材を積層することにより形成された圧電振動部3では、その厚みを薄くすることができ、低背化を進めることができる。   In the present embodiment, in the piezoelectric vibration part 3, the piezoelectric thin film 4, the first and second electrodes 5, 6 and the additional films 7 and 8 are formed and laminated by a thin film forming method. Although it does not specifically limit as such a thin film formation method, PVD method, CVD method, etc. can be used. In the piezoelectric vibration part 3 formed by laminating each member by the thin film forming method, the thickness can be reduced and the height can be reduced.

本実施形態の圧電振動装置1では、上記圧電振動部が、基板2からギャップDを介して浮かされた状態で配置されている。また、圧電振動部3は、基板2から浮かされているため、拘束されることがなく、円滑に振動し得る。   In the piezoelectric vibration device 1 of the present embodiment, the piezoelectric vibration unit is arranged in a state of being floated from the substrate 2 via the gap D. Moreover, since the piezoelectric vibration part 3 is floating from the board | substrate 2, it is not restrained and can vibrate smoothly.

なお、上記ギャップDの形成方法は特に限定されない。例えば、基板2上において、圧電薄膜4、第1,第2の電極5,6及び付加膜7,8を溶解しない溶剤により除去される溶剤除去性材料層を形成し、しかる後、上記圧電薄膜4、第1,第2の電極5,6及び付加膜7,8からなる積層体を薄膜形成方法により形成する。そして、上記溶剤により溶剤除去性材料層を除去すればよく、それによってギャップDを形成することができる。   In addition, the formation method of the said gap D is not specifically limited. For example, a solvent-removable material layer that is removed by a solvent that does not dissolve the piezoelectric thin film 4, the first and second electrodes 5, 6 and the additional films 7, 8 is formed on the substrate 2, and then the piezoelectric thin film 4. A laminate composed of the first and second electrodes 5 and 6 and the additional films 7 and 8 is formed by a thin film forming method. Then, the solvent-removable material layer may be removed with the solvent, whereby the gap D can be formed.

また、圧電振動部3は、支持部材としての基板2に以下の態様で支持されている。圧電薄膜4は、圧電振動部3を越えて、圧電振動部3の長辺方向外側に延ばされている。この圧電振動部3の外側に延ばされている圧電薄膜部分を、圧電体延長部4a,4bとする。図1(a)から明らかなように、圧電体延長部4a,4bは、圧電振動部3から圧電振動部3の長辺方向外側に至っている。   The piezoelectric vibrating portion 3 is supported in the following manner on the substrate 2 as a support member. The piezoelectric thin film 4 extends beyond the piezoelectric vibrating portion 3 to the outside in the long side direction of the piezoelectric vibrating portion 3. The piezoelectric thin film portions extended to the outside of the piezoelectric vibrating portion 3 are referred to as piezoelectric body extending portions 4a and 4b. As is clear from FIG. 1A, the piezoelectric extension portions 4 a and 4 b extend from the piezoelectric vibrating portion 3 to the outside in the long side direction of the piezoelectric vibrating portion 3.

そして、この圧電体延長部4a,4bにおいて、圧電薄膜4が基板2に固定されている。本実施形態では、下方に設けられた付加膜7が、基板2の上面に固定されており、すなわちギャップDを有するように付加膜7が成膜されている。そして、付加膜7上に、第1の電極5、圧電薄膜4、第2の電極6が順に成膜され、さらに第2の付加膜8が成膜されている。   The piezoelectric thin film 4 is fixed to the substrate 2 at the piezoelectric extension portions 4a and 4b. In the present embodiment, the additional film 7 provided below is fixed to the upper surface of the substrate 2, that is, the additional film 7 is formed so as to have a gap D. On the additional film 7, the first electrode 5, the piezoelectric thin film 4, and the second electrode 6 are sequentially formed, and the second additional film 8 is further formed.

他方、付加膜7が基板2に固定されている部分、すなわちギャップDの外側においては、圧電体延長部4a,4bが存在し、従って、圧電薄膜4は、圧電体延長部4a,4bが存在する部分において、付加膜7を介して基板2に固定されている。なお、本実施形態では、付加膜7が設けられていたため、圧電体延長部4a,4bは付加膜7を介して基板2に固定されていたが、付加膜7が設けられていない場合には、圧電体延長部4a,4bを直接基板2の上面に固定してもよい。さらに、付加膜7が設けられている構造においては、上記圧電体延長部4a,4bは必ずしも設けられずともよく、その場合には、圧電振動部を基板2に固定するのに十分な強度を有するように、付加膜7を形成する必要がある。   On the other hand, in the portion where the additional film 7 is fixed to the substrate 2, that is, outside the gap D, there are piezoelectric extension portions 4a and 4b. Therefore, the piezoelectric thin film 4 has the piezoelectric extension portions 4a and 4b. In the portion to be fixed, it is fixed to the substrate 2 through the additional film 7. In the present embodiment, since the additional film 7 is provided, the piezoelectric extension portions 4a and 4b are fixed to the substrate 2 via the additional film 7. However, in the case where the additional film 7 is not provided. The piezoelectric extension portions 4 a and 4 b may be directly fixed to the upper surface of the substrate 2. Further, in the structure in which the additional film 7 is provided, the piezoelectric extension portions 4a and 4b do not necessarily have to be provided. In that case, the piezoelectric extension portion 4a and 4b have sufficient strength to fix the piezoelectric vibrating portion to the substrate 2. It is necessary to form the additional film 7 so as to have it.

また、第1の電極5は、圧電体延長部4aの下面を経由し、基板2の第1の端縁に沿うように設けられた第1の端子電極9に連ねられている(図1(a)参照)。   The first electrode 5 is connected to a first terminal electrode 9 provided along the first edge of the substrate 2 via the lower surface of the piezoelectric extension 4a (FIG. 1 ( a)).

他方、第2の電極6は、圧電体延長部4bの上面を経由し、基板の第2の端縁に設けられた第2の端子電極10に連ねられている。   On the other hand, the second electrode 6 is connected to the second terminal electrode 10 provided on the second edge of the substrate via the upper surface of the piezoelectric extension 4b.

従って、端子電極9,10から交流電圧を印加した場合、圧電振動部3が、圧電効果により励振されることになる。本実施形態で、圧電振動部3は、長辺と短辺とを有する矩形の平面形状を有する。そして、圧電薄膜4は、その分極軸方向が厚み方向とされている。従って、振動モードが励振されるが、本実施形態では、励振される振動のうち、輪郭振動モードに属する拡がり振動モードが強く励振され、該拡がり振動モードによる共振特性が利用される。   Accordingly, when an AC voltage is applied from the terminal electrodes 9 and 10, the piezoelectric vibrating portion 3 is excited by the piezoelectric effect. In the present embodiment, the piezoelectric vibrating portion 3 has a rectangular planar shape having a long side and a short side. The piezoelectric thin film 4 has a thickness direction in the polarization axis direction. Therefore, although the vibration mode is excited, in this embodiment, the spread vibration mode belonging to the contour vibration mode is strongly excited among the excited vibrations, and the resonance characteristic by the spread vibration mode is used.

従って、バルク波の内の輪郭振動モードに属する拡がり振動モードを利用するため、Qが高く、耐電力性に優れている。加えて、本実施形態では、圧電振動部3は、ギャップDを隔てて基板2から浮かされて配置されている。従って、圧電振動部3は、圧電効果により基板2に拘束されることなく自由に振動する。よって、良好な共振特性を得ることができる。しかも、支持部材としての基板2に固定される部分に至っている圧電体延長部4a,4bが設けられている部分を除いては、圧電薄膜4は、圧電振動部3の外周縁には至っていない。従って、それによっても、圧電振動部3が、基板2に拘束されることなく、自由に変位、振動し得るように構成されている。   Therefore, since the spread vibration mode belonging to the contour vibration mode in the bulk wave is used, the Q is high and the power durability is excellent. In addition, in the present embodiment, the piezoelectric vibrating portion 3 is arranged so as to float from the substrate 2 with a gap D therebetween. Therefore, the piezoelectric vibration part 3 vibrates freely without being restrained by the substrate 2 due to the piezoelectric effect. Therefore, good resonance characteristics can be obtained. Moreover, the piezoelectric thin film 4 does not reach the outer peripheral edge of the piezoelectric vibrating portion 3 except for the portions where the piezoelectric extension portions 4a and 4b reaching the portion fixed to the substrate 2 as the support member are provided. . Accordingly, the piezoelectric vibrating portion 3 can be freely displaced and vibrated without being constrained by the substrate 2.

図3は、拡がり振動モードの振動姿態を示す模式的平面図である。拡がり振動モードでは、正方形の平面形状を有する圧電振動部3Aが図示の破線で示す振動姿態のように変位する。そして、図示の破線で示す振動姿態から図示の矢印で示すように各部分が変位し、逆の振動姿態となる。この破線で示す振動姿態と、逆の振動姿態との間で変位が繰り返される。従って、上記拡がり振動モードに際しての変位は、矩形の平面形状の圧電振動部3Aの平面内すなわち面内方向での振動であり、基本的に厚み方向の振動モードによる影響を受け難い。   FIG. 3 is a schematic plan view showing the vibration mode in the spread vibration mode. In the spread vibration mode, the piezoelectric vibration part 3A having a square planar shape is displaced as in the vibration state indicated by the broken line in the figure. Then, each part is displaced from the vibration state shown by the broken line in the figure as shown by the arrows in the figure, and the reverse vibration state is obtained. The displacement is repeated between the vibration mode indicated by the broken line and the reverse vibration mode. Therefore, the displacement in the expansion vibration mode is vibration in the plane, that is, in the in-plane direction of the piezoelectric vibration portion 3A having a rectangular planar shape, and is basically hardly affected by the vibration mode in the thickness direction.

もっとも、前述したように、実際には、拡がり振動モードなどの輪郭振動モードを利用した圧電振動部においても、厚みが有限であるため、厚み方向の振動モードによる影響を避けることはできず、特許文献1に記載の圧電振動装置では、その影響により共振特性のばらつきが生じがちであった。   However, as described above, in fact, even in the piezoelectric vibration part using the contour vibration mode such as the spread vibration mode, the thickness is limited, so the influence of the vibration mode in the thickness direction cannot be avoided. In the piezoelectric vibration device described in Document 1, the resonance characteristics tend to vary due to the influence thereof.

すなわち、前述した特許文献1に記載の圧電振動装置では、圧電薄膜にシリコン材料からなる比較的厚みの大きな振動板105が積層されていたため、該振動板105の厚みばらつきにより、共振特性がばらつくという問題があった。これに対して、本実施形態の圧電振動装置では、圧電振動部3において、このような比較的厚みの大きな板状の振動板を積層する必要はない。すなわち、圧電振動部として振動する部分は、上記圧電薄膜4と、電極5,6と、付加膜7,8とが積層されている積層膜部分だけであり、これらの膜は、前述した薄膜形成法により高精度に形成され得る。従って、振動する部分の厚みばらつきが生じ難いので、共振特性のばらつきも生じ難い。よって、特性の安定化及び歩留りの向上を果たすことができる。   That is, in the piezoelectric vibration device described in Patent Document 1 described above, since the relatively thin diaphragm 105 made of a silicon material is laminated on the piezoelectric thin film, the resonance characteristics vary due to variations in the thickness of the diaphragm 105. There was a problem. On the other hand, in the piezoelectric vibration device of the present embodiment, it is not necessary to stack such a relatively thick plate-shaped diaphragm in the piezoelectric vibration unit 3. That is, the portion that vibrates as the piezoelectric vibration portion is only the laminated film portion in which the piezoelectric thin film 4, the electrodes 5 and 6, and the additional films 7 and 8 are laminated. It can be formed with high accuracy by the method. Therefore, since the thickness variation of the vibrating portion hardly occurs, the resonance characteristic does not easily vary. Therefore, characteristics can be stabilized and yield can be improved.

本実施形態の圧電振動装置1では、好ましくは上記圧電振動部3の厚みは、上記拡がり振動モードによる共振特性の共振周波数の1/40以下とされ、それによって、圧電薄膜4の厚みばらつきによる共振周波数のばらつきを極めて小さくすることができる。これを、図4〜図6を参照して説明する。   In the piezoelectric vibration device 1 according to the present embodiment, preferably, the thickness of the piezoelectric vibration unit 3 is set to 1/40 or less of the resonance frequency of the resonance characteristic by the spread vibration mode, thereby causing resonance due to thickness variation of the piezoelectric thin film 4. The frequency variation can be made extremely small. This will be described with reference to FIGS.

なお、図4〜図6に示す結果は、有限要素法によるシミュレーションにより求めた結果である。   The results shown in FIGS. 4 to 6 are results obtained by simulation using the finite element method.

上記シミュレーションにあたり、想定した圧電振動装置の仕様は以下の通りである。   In the above simulation, the assumed specifications of the piezoelectric vibration device are as follows.

Si系基板上に、付加膜7、第1の電極5、圧電薄膜4、第2の電極6及び付加膜8が以下の材料及び厚みとなるように成膜し、圧電振動部が短辺の長さ190μm×長辺の長さ300μmの矩形の平面形状を有し、波長が190μm×2=380μmの圧電振動装置1を作製したとする。   The additional film 7, the first electrode 5, the piezoelectric thin film 4, the second electrode 6, and the additional film 8 are formed on the Si-based substrate so as to have the following materials and thicknesses, and the piezoelectric vibrating portion has a short side. It is assumed that the piezoelectric vibration device 1 having a rectangular planar shape with a length of 190 μm × long side length of 300 μm and a wavelength of 190 μm × 2 = 380 μm is manufactured.

付加膜7:SiO、厚み1.3μm/第1の電極5:Pt、厚み0.1μm/圧電薄膜4:AlN膜、厚み1.6μm/第2の電極6:Pt、厚み0.1μm/付加膜8:SiO、厚み1.3μm。付加膜7,8を含む圧電振動部3全体の厚み=4.4μm。Additional film 7: SiO 2 , thickness 1.3 μm / first electrode 5: Pt, thickness 0.1 μm / piezoelectric thin film 4: AlN film, thickness 1.6 μm / second electrode 6: Pt, thickness 0.1 μm / Additional film 8: SiO 2 , thickness 1.3 μm. Thickness of the entire piezoelectric vibrating portion 3 including the additional films 7 and 8 = 4.4 μm.

このような構造によれば、圧電振動装置1の共振周波数は、約18MHzとなる。圧電振動装置1と同様にして、但し、Alからなる第1,第2の電極5,6の膜厚と、圧電薄膜4の膜厚との比を1:16と固定した状態で、また上記圧電振動部を構成している矩形の短辺方向の寸法を113μmとし、圧電薄膜4の厚み及び電極6,7の厚みを変化させた。このような複数の圧電振動装置について、振動部分の厚み、すなわち付加膜7,8を含む圧電振動部3の厚みを波長で規格化した規格化振動子厚みと、周波数変動量との関係を有限要素法によるシミュレーションにより求めた。結果を示す。   According to such a structure, the resonance frequency of the piezoelectric vibration device 1 is about 18 MHz. Similar to the piezoelectric vibration device 1 except that the ratio of the film thickness of the first and second electrodes 5 and 6 made of Al to the film thickness of the piezoelectric thin film 4 is fixed at 1:16, and The dimension in the short side direction of the rectangle constituting the piezoelectric vibrating portion was 113 μm, and the thickness of the piezoelectric thin film 4 and the thickness of the electrodes 6 and 7 were changed. For such a plurality of piezoelectric vibration devices, the relationship between the frequency fluctuation amount and the normalized vibrator thickness obtained by normalizing the thickness of the vibration part, that is, the thickness of the piezoelectric vibration part 3 including the additional films 7 and 8 with the wavelength, is finite. It was obtained by simulation by the element method. Results are shown.

図6の横軸は、上記規格化振動子厚み、すなわち振動部部分の厚みの波長に対する割合を示し、縦軸は共振周波数変動量(ppm)を示す。共振周波数変動量は、設計共振周波数からの変動量である。   The horizontal axis of FIG. 6 indicates the ratio of the normalized vibrator thickness, that is, the thickness of the vibrating portion to the wavelength, and the vertical axis indicates the resonance frequency fluctuation amount (ppm). The resonance frequency fluctuation amount is a fluctuation amount from the design resonance frequency.

また、図4(a)及び(b)は、上記規格化振動子厚みが0.01及び0.08の場合の振動部の変位状態を有限要素法で求めた結果を示し、図5は、上記規格化振動子厚みが0.40の場合の有限要素法で求めた振動姿態の変化を模式的に示す図である。   4 (a) and 4 (b) show the results of obtaining the displacement state of the vibration part by the finite element method when the normalized vibrator thickness is 0.01 and 0.08, and FIG. It is a figure which shows typically the change of the vibration mode calculated | required with the finite element method in case the said normalization vibrator thickness is 0.40.

図4(a),(b)及び図5から明らかなように、圧電振動部3における振動子規格化厚みが厚くなると、厚み方向に変位する部分が相対的に多く現れ、従って、厚み方向の振動モードによる影響が現れることがわかる。   As apparent from FIGS. 4A, 4B and 5, when the standardized thickness of the vibrator in the piezoelectric vibrating portion 3 is increased, a relatively large number of portions are displaced in the thickness direction. It can be seen that the influence of the vibration mode appears.

これに対して、図6から明らかなように、上記シミュレーションによれば、規格化振動子厚みが、0.025以下の場合、すなわち振動子の厚みが、波長の40分の1以下であれば、厚みが1%ばらついたときの共振周波数変動量は1ppm以下と著しく小さくなることがわかる。他方、波長は、矩形の振動部部分の短辺寸法で決定される。よって、圧電振動部の厚みを、矩形の平面形状の圧電振動部3の短辺の長さの1/20以下とすれば、共振周波数の変動量を著しく小さくすることができる。   On the other hand, as is clear from FIG. 6, according to the simulation, if the normalized vibrator thickness is 0.025 or less, that is, if the vibrator thickness is 1/40 of the wavelength or less. It can be seen that the fluctuation amount of the resonance frequency when the thickness varies by 1% is extremely small as 1 ppm or less. On the other hand, the wavelength is determined by the short side dimension of the rectangular vibrating portion. Therefore, if the thickness of the piezoelectric vibration part is set to 1/20 or less of the length of the short side of the rectangular planar piezoelectric vibration part 3, the amount of fluctuation of the resonance frequency can be remarkably reduced.

図7は、本発明の他の実施形態に係る圧電振動装置の模式的平面図であり、図8はその圧電振動部の振動姿態を模式的に示す平面図である。   FIG. 7 is a schematic plan view of a piezoelectric vibration device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a plan view schematically showing the vibration state of the piezoelectric vibration portion.

図7に示す圧電振動装置21では、圧電振動部23が、輪郭振動モードの内の長さ振動モードを利用している。従って、圧電振動部23は図7に模式的に示されているように、短辺23aと、長辺23bとを有する矩形の平面形状を有し、図8に示すように、長辺方向に伸縮する。すなわち、図8に示す当初の圧電振動部23Aの状態から、破線で示すように長辺方向に伸びた状態と、逆に当初の状態から長さ方向において縮んだ状態の振動姿態とを繰り返すように変位する。このように、長さ振動モードを利用した場合においても、その変位は、圧電振動部23の第1,第2の主面の面内方向がほとんどであるため、第1の実施形態の場合と同様に、厚みにあまり依存しない、良好な共振特性を実現することができる。   In the piezoelectric vibration device 21 shown in FIG. 7, the piezoelectric vibration unit 23 uses the length vibration mode in the contour vibration mode. Accordingly, the piezoelectric vibration portion 23 has a rectangular planar shape having a short side 23a and a long side 23b as schematically shown in FIG. 7, and in the long side direction as shown in FIG. It expands and contracts. That is, from the initial state of the piezoelectric vibrating portion 23A shown in FIG. 8, the state of extension in the long side direction as shown by the broken line and the vibration state of the state of contraction in the length direction from the original state are repeated. It is displaced to. As described above, even when the length vibration mode is used, the displacement is mostly in the in-plane directions of the first and second main surfaces of the piezoelectric vibration portion 23. Therefore, the displacement is the same as in the first embodiment. Similarly, good resonance characteristics that do not depend much on the thickness can be realized.

また、図9は、本発明の第3の実施形態に係る圧電振動装置の模式的平面図であり、図10はその圧電振動部の振動姿態の変化を説明するための模式的平面図である。   FIG. 9 is a schematic plan view of a piezoelectric vibration device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a schematic plan view for explaining a change in the vibration state of the piezoelectric vibration unit. .

第3の実施形態の圧電振動装置31では、圧電振動部33が輪郭振動モードのうち幅振動モードを利用している。その他の点については、第2の実施形態と同様である。幅振動モードを利用する圧電振動部33は、平面形状が矩形であり、短辺33aと長辺33bとを有する。そして、励振されると、図10に示すように、実線で示す当初の状態から、長辺33bが短辺方向に沿って変位する。すなわち、破線で示すように、幅方向寸法、すなわち短辺方向に沿う寸法が大きくなった状態と、逆に、短辺方向の寸法が小さくなった縮んだ状態との間で変位が繰り返されることになる。この幅方向振動モードも、面内振動であるため、振動部の厚みに依存しがたい、良好な共振特性が得られる。   In the piezoelectric vibration device 31 according to the third embodiment, the piezoelectric vibration unit 33 uses the width vibration mode in the contour vibration mode. The other points are the same as in the second embodiment. The piezoelectric vibration part 33 using the width vibration mode has a rectangular planar shape and has a short side 33a and a long side 33b. When excited, the long side 33b is displaced along the short side direction from the initial state indicated by the solid line, as shown in FIG. That is, as indicated by the broken line, the displacement is repeated between the state in which the width direction dimension, that is, the dimension along the short side direction is increased, and the contracted state in which the dimension in the short side direction is decreased. become. Since this width direction vibration mode is also in-plane vibration, good resonance characteristics that do not depend on the thickness of the vibration part can be obtained.

上述したように、本発明においては、バルク波のうち輪郭振動モードが利用され、この輪郭振動モードとしては、第1の実施形態において示した拡がり振動モードに限らず、上記長さ振動モードや幅振動モードを用いてもよい。   As described above, in the present invention, the contour vibration mode is used in the bulk wave, and this contour vibration mode is not limited to the spread vibration mode shown in the first embodiment, but the length vibration mode and the width described above. A vibration mode may be used.

図11(a)及び(b)は、本発明の第4の実施形態に係る圧電振動装置の模式的平面図及び図11(a)中のE−E線に沿う断面図であり、図12(a)及び(b)は、図11(a)のF−F線及びG−G線に沿う各断面図である。   FIGS. 11A and 11B are a schematic plan view of a piezoelectric vibration device according to a fourth embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 11A. (A) And (b) is each sectional drawing which follows the FF line | wire and GG line | wire of Fig.11 (a).

本実施形態の圧電振動装置41は、支持部材としての基板42を有する。そして、基板42の上面に、凹部が形成されており、該凹部によりギャップHが設けられている。すなわち、第1の実施形態では、ギャップDは、基板2の上面と、基板2の上面から浮かされた圧電振動部3との間に設けられていたが、本実施形態では、基板42の上面に凹部を形成することにより、ギャップHが形成されている。そのため、ギャップH上に設けられている圧電振動部43が、浮かされた状態とされている。   The piezoelectric vibration device 41 of this embodiment has a substrate 42 as a support member. A recess is formed on the upper surface of the substrate 42, and a gap H is provided by the recess. That is, in the first embodiment, the gap D is provided between the upper surface of the substrate 2 and the piezoelectric vibrating portion 3 that is floated from the upper surface of the substrate 2, but in this embodiment, the gap D is formed on the upper surface of the substrate 42. A gap H is formed by forming the recess. Therefore, the piezoelectric vibrating portion 43 provided on the gap H is in a floating state.

その他の構造については、本実施形態の圧電振動装置41は、第1の実施形態の圧電振動装置1と同様に構成されている。従って、同一部分については、同一参照番号を付することにより、詳細な説明については省略することとする。   Regarding other structures, the piezoelectric vibration device 41 of the present embodiment is configured in the same manner as the piezoelectric vibration device 1 of the first embodiment. Accordingly, the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、ギャップH上において、圧電薄膜4、第1,第2の電極5,6及び付加膜7,8が薄膜形成法により形成されている。もっとも、製造に際しては、予めSiなどからなる基板42の上面に、エッチングなどの加工により、凹部を形成する。そして、この凹部に、第1の実施形態で用いた溶剤除去性材料層を凹部を充填するように形成する。しかる後、圧電薄膜4、第1,第2の電極5,6及び付加膜7,8からなる積層部分を、薄膜形成法により形成する。すなわち、付加膜7、第1の電極5、圧電薄膜4、第2の電極6及び付加膜8を順次薄膜形成法により形成する。そして、溶剤により溶剤除去性材料層を除去することにより、ギャップHが形成される。   In the present embodiment, on the gap H, the piezoelectric thin film 4, the first and second electrodes 5, 6 and the additional films 7 and 8 are formed by a thin film forming method. However, in manufacturing, a concave portion is formed in advance on the upper surface of the substrate 42 made of Si or the like by processing such as etching. Then, the solvent-removable material layer used in the first embodiment is formed in the recess so as to fill the recess. Thereafter, a laminated portion including the piezoelectric thin film 4, the first and second electrodes 5 and 6, and the additional films 7 and 8 is formed by a thin film forming method. That is, the additional film 7, the first electrode 5, the piezoelectric thin film 4, the second electrode 6, and the additional film 8 are sequentially formed by a thin film forming method. Then, the gap H is formed by removing the solvent-removable material layer with a solvent.

このように、圧電薄膜4を用いて構成されている圧電振動部を浮かされた状態とするためのギャップは、基板42の上面に凹部を形成することにより設けてもよい。   As described above, the gap for bringing the piezoelectric vibrating portion formed using the piezoelectric thin film 4 into a floating state may be provided by forming a concave portion on the upper surface of the substrate 42.

図13(a)は、本発明の第5の実施形態に係る圧電振動装置を説明するための平面図であり、図13(b)は図13(a)のI−I線に沿う断面図である。また、図14(a)及び(b)は、図13(a)のJ−J線及びK−K線に沿う断面図である。   FIG. 13A is a plan view for explaining a piezoelectric vibration device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. It is. FIGS. 14A and 14B are cross-sectional views taken along lines JJ and KK in FIG.

第5の実施形態の圧電振動装置51は、圧電振動部を冒された状態とするためのギャップを設けるための構造が異なることを除いては第1の実施形態の圧電振動装置1と同様である。従って、同一部分については、同一の参照番号を付することにより、詳細な説明を省略する。   The piezoelectric vibration device 51 according to the fifth embodiment is the same as the piezoelectric vibration device 1 according to the first embodiment except that the structure for providing a gap for making the piezoelectric vibration portion affected is different. is there. Accordingly, the same parts are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の圧電振動装置51は、支持部材としての基板2を有する。そして、基板2の上方において、第1の実施形態の場合と同様に、付加膜7、第1の電極5、圧電薄膜4、第2の電極6及び第2の付加膜8が順に薄膜形成法により形成された積層部分が構成されて、圧電振動部3が設けられている。もっとも、本実施形態では、上記第1の付加膜7の下方において、圧電振動部3を浮かされた状態とするためのギャップLが、サイドエッチング法によりギャップ形成材料層52に開口部を設けることにより形成されている。   The piezoelectric vibration device 51 of the present embodiment has a substrate 2 as a support member. Then, as in the case of the first embodiment, the additional film 7, the first electrode 5, the piezoelectric thin film 4, the second electrode 6, and the second additional film 8 are sequentially formed on the substrate 2 in the same manner as in the first embodiment. The laminated portion formed by the above is configured, and the piezoelectric vibrating portion 3 is provided. However, in the present embodiment, the gap L for bringing the piezoelectric vibrating portion 3 into a floating state below the first additional film 7 is provided by providing an opening in the gap forming material layer 52 by the side etching method. Is formed.

すなわち、ギャップ形成材料層52の一部に開口部が設けられており、該開口部の上方に圧電振動部3が構成されている。従って、開口部が上記ギャップLを形成していることになる。   That is, an opening is provided in a part of the gap forming material layer 52, and the piezoelectric vibrating portion 3 is formed above the opening. Therefore, the opening forms the gap L.

ギャップLを形成するために、本実施形態では、まず、基板2上にギャップ形成材料層52を成膜する。このギャップ形成材料層52は、圧電薄膜4、第1,第2の電極5,6及び付加膜7,8を溶解しない溶剤により除去される溶剤除去性材料により例えば形成される。この形成方法については、蒸着等の適宜の薄膜形成方法を用いることができる。   In order to form the gap L, in this embodiment, first, a gap forming material layer 52 is formed on the substrate 2. The gap forming material layer 52 is formed of, for example, a solvent-removable material that is removed by a solvent that does not dissolve the piezoelectric thin film 4, the first and second electrodes 5 and 6, and the additional films 7 and 8. For this formation method, an appropriate thin film formation method such as vapor deposition can be used.

しかる後、上記ギャップ形成材料層52を基板2の上面において成膜した後、該ギャップ形成材料層52上に、前述した付加膜7、第1の電極5、圧電薄膜4、第2の電極6及び第2の付加膜8を順に薄膜形成法により形成する。次に、上記ギャップ形成材料層52において、図13(b)に示されているギャップLとしての開口部を形成する部分に、側方から等方性サイドエッチングすればよい。エッチングに際しては、上記溶剤除去性材料層を溶解し、上記圧電薄膜4を含む積層部分を溶解しない溶剤を用いて行ない得る。このように側方からサイドエッチングすることにより、ギャップLを形成してもよい。   Thereafter, after forming the gap forming material layer 52 on the upper surface of the substrate 2, the additional film 7, the first electrode 5, the piezoelectric thin film 4, and the second electrode 6 described above are formed on the gap forming material layer 52. And the 2nd additional film | membrane 8 is formed in order by a thin film formation method. Next, in the gap forming material layer 52, isotropic side etching may be performed from the side to the portion where the opening as the gap L shown in FIG. The etching can be performed using a solvent that dissolves the solvent-removable material layer and does not dissolve the laminated portion including the piezoelectric thin film 4. Thus, the gap L may be formed by side etching from the side.

上述したように、本発明の圧電振動装置において、圧電振動部を浮かされた状態とするためのギャップは、第4及び第5の実施形態に示したように、様々な方法で形成することができる。   As described above, in the piezoelectric vibration device of the present invention, as shown in the fourth and fifth embodiments, the gap for bringing the piezoelectric vibration part into a floating state can be formed by various methods. .

本発明に係る圧電振動装置では、上記付加膜の厚みは一様とされる必要は必ずしもない。図15〜図22を参照してこのような変形例を説明する。   In the piezoelectric vibration device according to the present invention, the thickness of the additional film is not necessarily uniform. Such a modification will be described with reference to FIGS.

図15は、第4の実施形態に係る圧電振動装置の変形例に相当し、図12(a)に示した断面図に相当するこの変形例の圧電振動装置の断面図である。   FIG. 15 corresponds to a modification of the piezoelectric vibration device according to the fourth embodiment, and is a cross-sectional view of the piezoelectric vibration device of this modification corresponding to the cross-sectional view shown in FIG.

この変形例の圧電振動装置61では、第4の実施形態と同様に、基板2上に、圧電振動部3が構成されており、圧電振動部3は、圧電薄膜4、第1,第2の電極5,6及び付加膜62,63を有する。第4の実施形態と異なるところは、第4の実施形態の付加膜7,8に代えて、上記付加膜62,63が設けられていること、並びに利用する振動モードとして、幅モードまたは拡がりモードが用いられていることにある。すなわち、圧電振動部は、長さ方向と幅方向とを有する矩形の平面形状を有し、図15では、長さ方向と直交する方向の断面が示されている。   In the piezoelectric vibration device 61 of this modification example, as in the fourth embodiment, the piezoelectric vibration unit 3 is configured on the substrate 2, and the piezoelectric vibration unit 3 includes the piezoelectric thin film 4, the first and second films. Electrodes 5 and 6 and additional films 62 and 63 are provided. The difference from the fourth embodiment is that the additional films 62 and 63 are provided in place of the additional films 7 and 8 of the fourth embodiment, and the width mode or the spread mode is used as the vibration mode to be used. Is used. That is, the piezoelectric vibrating portion has a rectangular planar shape having a length direction and a width direction, and FIG. 15 shows a cross section in a direction orthogonal to the length direction.

従って、変形例の圧電振動装置61では、幅モードまたは拡がりモードの振動が励振されるが、その振動のノードは、図15の矢印Mで示す位置に現れる。すなわち、圧電振動部の幅方向中央に振動のノードMが存在する。   Therefore, in the piezoelectric vibration device 61 of the modified example, the vibration in the width mode or the expansion mode is excited, and the node of the vibration appears at the position indicated by the arrow M in FIG. That is, the vibration node M exists at the center in the width direction of the piezoelectric vibration portion.

他方、この変形例では、付加膜62は、付加膜7と同様に、圧電振動部の下面において、均一な厚みに形成されている。   On the other hand, in this modified example, the additional film 62 is formed to have a uniform thickness on the lower surface of the piezoelectric vibrating portion, like the additional film 7.

これに対して、付加膜63は、振動のノードMを含む第1の領域において除去されており、第2の領域において設けられている。言い換えれば、付加膜63は、第1の領域において除去されており、横断面においては、凹状の形状を有する。   On the other hand, the additional film 63 is removed in the first region including the vibration node M, and is provided in the second region. In other words, the additional film 63 is removed in the first region, and has a concave shape in the cross section.

本変形例では、少なくとも一方の付加膜63において、第1の領域において付加膜が除去されて、第1の領域に対して第2の領域における付加膜の厚みが相対的に厚くされている。このように、振動のノードを含む第1の領域において、付加膜63が除去されているので、本変形例では、平坦な付加膜を圧電振動部3の上面に設けた相当の構造に比べて、共振周波数を低くすることができる。   In this modification, in at least one of the additional films 63, the additional film is removed in the first region, and the thickness of the additional film in the second region is relatively increased with respect to the first region. As described above, since the additional film 63 is removed in the first region including the vibration node, in the present modification, compared to a corresponding structure in which a flat additional film is provided on the upper surface of the piezoelectric vibrating portion 3. The resonance frequency can be lowered.

すなわち、図17に示した共振特性を有する第4の実施形態の圧電振動装置を形成した後、図15に示した変形例のように、第1の領域における付加膜63の厚みを0とした場合、図18に示す共振特性を得ることができる。   That is, after forming the piezoelectric vibration device of the fourth embodiment having the resonance characteristics shown in FIG. 17, the thickness of the additional film 63 in the first region is set to 0 as in the modification shown in FIG. In this case, the resonance characteristics shown in FIG. 18 can be obtained.

これは、以下の理由による。   This is due to the following reason.

図16に模式的斜視図で示すように、矩形板状の幅モードまたは拡がりモードを利用した圧電振動子71を想定する。この圧電振動子71において、上面中央において、長さ方向に延びるように凹部71aを形成したとする。この場合、圧電振動子71が幅モードまたは拡がりモードで振動した場合、振動のノードNは、図16に示すように、上記凹部内に位置することになる。すなわち、図15に示した変形例は、このようなモデルに相当し、この場合、振動のノードにおける質量付加と、振動のノード以外の第2の領域における質量付加が異なることにより、上記のように、共振周波数が低くなるものと考えられる。   As shown in a schematic perspective view in FIG. 16, a piezoelectric vibrator 71 using a rectangular plate-like width mode or spreading mode is assumed. In this piezoelectric vibrator 71, it is assumed that a recess 71a is formed at the center of the upper surface so as to extend in the length direction. In this case, when the piezoelectric vibrator 71 vibrates in the width mode or the spread mode, the vibration node N is located in the recess as shown in FIG. That is, the modification shown in FIG. 15 corresponds to such a model. In this case, the mass addition in the vibration node and the mass addition in the second region other than the vibration node are different as described above. Further, it is considered that the resonance frequency is lowered.

なお、図15では、第1の領域においては、付加膜63が除去され、厚みが0とされていたが、第1の領域において、付加膜が形成されていてもよく、その場合、図15のOで一点鎖線で示すように、第1の領域における付加膜の厚みが、第2の領域における付加膜の厚みよりも薄くされてさえおればよい。そして、この第1の領域における付加膜の厚みを、第2の領域における付加膜の厚みよりも薄く、あるいは0とすることにより、上記のように、共振周波数を低くすることができる。   In FIG. 15, the additional film 63 is removed and the thickness is 0 in the first region, but an additional film may be formed in the first region. It is only necessary that the thickness of the additional film in the first region is made thinner than the thickness of the additional film in the second region, as indicated by a one-dot chain line at O. Then, by setting the thickness of the additional film in the first region to be smaller than the thickness of the additional film in the second region or 0, the resonance frequency can be lowered as described above.

従って、本発明では、圧電振動部の少なくとも一方面に設けられた付加膜において、上記第1の領域における付加膜の厚みを0あるいは薄くするように、その厚みを調整することにより、共振周波数を調整することができる。   Therefore, in the present invention, the resonance frequency is adjusted by adjusting the thickness of the additional film provided on at least one surface of the piezoelectric vibrating portion so that the thickness of the additional film in the first region is 0 or thin. Can be adjusted.

図19は、図15に示した変形例とは逆に、付加膜64において、第1の領域における付加膜の厚みが相対的に厚く、第2の領域において、付加膜64が除去されている他の変形例を示す断面図である。その他の構造については、本変形例の圧電振動装置65は、圧電振動子61と同様とされている。   In FIG. 19, contrary to the modification shown in FIG. 15, in the additional film 64, the thickness of the additional film in the first region is relatively thick, and the additional film 64 is removed in the second region. It is sectional drawing which shows another modification. Regarding other structures, the piezoelectric vibration device 65 of the present modification is the same as the piezoelectric vibrator 61.

ここでは、圧電振動装置61の場合と同様に、幅モードまたは拡がりモードが利用され、従って、振動のノードMは、上記第1の領域に位置する。そして、第2の領域において付加膜64が除去されているので、質量付加効果は、第1の領域と第2の領域とで異なっている。図20は、本変形例の圧電振動装置65の共振特性を示す。図20に示すように、図17に示した圧電振動装置の共振周波数に比べて、共振周波数が高められている。   Here, as in the case of the piezoelectric vibration device 61, the width mode or the expansion mode is used, and therefore the vibration node M is located in the first region. Since the additional film 64 is removed in the second region, the mass addition effect is different between the first region and the second region. FIG. 20 shows the resonance characteristics of the piezoelectric vibration device 65 of this modification. As shown in FIG. 20, the resonance frequency is increased as compared with the resonance frequency of the piezoelectric vibration device shown in FIG.

このように、少なくとも一方面に設けられた付加膜において、第1の領域において付加膜を除去することにより、共振周波数を高めることができる。この場合、図19に一点鎖線Pで示すように、第2の領域における付加膜を0とせず、第1の領域における付加膜よりも薄くさえしておれば、共振周波数を高めることができる。すなわち、上記質量付加効果の差により、共振周波数が高くなる方向に変化するため、第2の領域において、付加膜を除去する必要は必ずしもない。   Thus, in the additional film provided on at least one surface, the resonant frequency can be increased by removing the additional film in the first region. In this case, as indicated by the alternate long and short dash line P in FIG. 19, the resonance frequency can be increased as long as the additional film in the second region is not set to 0 and is thinner than the additional film in the first region. That is, since the resonance frequency changes in the direction of increasing due to the difference in mass addition effect, it is not always necessary to remove the additional film in the second region.

また、図15に示した変形例では、上記付加膜63において、第1の領域の幅方向寸法Qを調整することにより、共振周波数を調整することも可能である。   In the modification shown in FIG. 15, in the additional film 63, the resonance frequency can be adjusted by adjusting the width direction dimension Q of the first region.

これを、図21及び図22を参照して説明する。   This will be described with reference to FIG. 21 and FIG.

図21に模式的断面図で示すように、図15に示した変形例において、SiOからなる付加膜63を第1の領域において除去した。この場合の第1の領域の幅、すなわち付加膜の除去幅Qを変化させ、共振周波数の変化を求めた。結果を図22に示す。As shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 21, in the modification shown in FIG. 15, the additional film 63 made of SiO 2 is removed in the first region. In this case, the width of the first region, that is, the removal width Q of the additional film was changed, and the change in the resonance frequency was obtained. The results are shown in FIG.

なお、実験に際しては、圧電振動部の構成は、上方からSiO/Al/AlN/Al/SiOの積層構造とし、その厚みは、上方から2.6μm、0.1μm/1.6μm/0.1μm/2.6μmとした。そして、圧電振動部の長さ方向寸法は179.2μm、幅方向寸法は112μmとした。また、図22の横軸は、比:(上記付加膜におけるSiO膜を除去した横幅Q)/(圧電振動部幅方向寸法)とした。図22から明らかなように、この比が0.4〜0.6付近の場合、共振周波数がもっとも低くなっていることがわかる。従って、圧電振動部が同じ形状の場合であっても、上記付加膜63を第1の領域で除去する際に、その除去幅Qを調整することにより、共振周波数を1〜2MHz程度低めることができ、それによって、ひいては、圧電振動装置の小型化を図り得ることがわかる。In the experiment, the structure of the piezoelectric vibration part is a laminated structure of SiO 2 / Al / AlN / Al / SiO 2 from above, and the thickness is 2.6 μm, 0.1 μm / 1.6 μm / 0 from above. .1 μm / 2.6 μm. And the length direction dimension of the piezoelectric vibration part was 179.2 micrometers, and the width direction dimension was 112 micrometers. The horizontal axis of FIG. 22 was ratio: (lateral width Q with the SiO 2 film removed from the additional film) / (size in the piezoelectric vibration part width direction). As can be seen from FIG. 22, when this ratio is in the vicinity of 0.4 to 0.6, the resonance frequency is the lowest. Therefore, even when the piezoelectric vibrating portion has the same shape, when the additional film 63 is removed in the first region, the resonance frequency can be lowered by about 1 to 2 MHz by adjusting the removal width Q. Thus, it can be seen that the piezoelectric vibration device can be downsized.

なお、上記付加膜を除去したり、部分的に薄くしたりするには、反応性イオンエッチング(RIE)、イオンミリング、レーザー加工、またはウェットエッチングなどの様々な方法を用いて行うことができる。あるいは、付加膜を形成した後に部分的に除去したり、厚みを薄くする加工を行う方法ではなく、付加膜を形成するに際し、リフトオフ法やマスキング等により、予め第1の領域と第2の領域との厚みが異なる付加膜を形成してもよい。   The additional film can be removed or partially thinned using various methods such as reactive ion etching (RIE), ion milling, laser processing, or wet etching. Alternatively, the first region and the second region are previously formed by a lift-off method, masking, or the like when forming the additional film, rather than a method of partially removing the thin film after forming the additional film or performing a process of reducing the thickness. Additional films with different thicknesses may be formed.

Claims (12)

対向し合う第1,第2の主面を有するフィルム状の圧電体と、
前記圧電体の第1の主面に形成された第1の電極と、
前記圧電体の第2の主面に形成されており、第1の電極と圧電体を介して重なり合うように配置された第2の電極とを備え、
前記第1,第2の電極が前記圧電体を介して重なり合っている部分が圧電振動部を構成しており、
前記圧電振動部を支持している支持部材をさらに備え、
前記圧電振動部が、第1,第2の電極が圧電体を介して重なり合っている部分において、浮かされた状態となるように前記支持部材により支持されており、かつ前記圧電振動部の輪郭振動モードを利用しており、
前記圧電振動部が、前記第1及び第2の電極の前記圧電体に接している側の面とは反対側の面に積層された付加膜をさらに備え、少なくとも一方の前記付加膜が、前記圧電振動部の振動のノードを含む第1の領域と、第1の領域とは異なる厚みの第2の領域とを有することを特徴とする、圧電振動装置。
A film-like piezoelectric body having first and second main surfaces facing each other;
A first electrode formed on a first main surface of the piezoelectric body;
The second electrode is formed on the second main surface of the piezoelectric body, and includes a first electrode and a second electrode arranged so as to overlap via the piezoelectric body,
The portion where the first and second electrodes overlap via the piezoelectric body constitutes a piezoelectric vibrating portion,
A support member supporting the piezoelectric vibration unit;
The piezoelectric vibration part is supported by the support member so as to be in a floating state in a portion where the first and second electrodes overlap with each other through the piezoelectric body, and the contour vibration mode of the piezoelectric vibration part And use
The piezoelectric vibration unit further includes an additional film laminated on a surface of the first and second electrodes opposite to the surface in contact with the piezoelectric body, and at least one of the additional films is the A piezoelectric vibration device comprising: a first region including a vibration node of the piezoelectric vibration unit; and a second region having a thickness different from the first region.
前記第1の領域において、付加膜の厚みが第2の領域における厚みよりも薄くされている、請求項1に記載の圧電振動装置。  2. The piezoelectric vibration device according to claim 1, wherein in the first region, the thickness of the additional film is made thinner than the thickness in the second region. 前記第1の領域において、薄肉部の厚みが0とされており、第2の領域においてのみ付加膜が設けられている、請求項2に記載の圧電振動装置。  3. The piezoelectric vibration device according to claim 2, wherein in the first region, the thickness of the thin portion is 0, and the additional film is provided only in the second region. 前記第1の領域において、付加膜の厚みが第2の領域における厚みよりも厚くされている、請求項1に記載の圧電振動装置。  2. The piezoelectric vibration device according to claim 1, wherein in the first region, the thickness of the additional film is larger than the thickness in the second region. 前記第2の領域において、付加膜の厚みが0とされており、第1の領域においてのみ付加膜が設けられている、請求項4に記載の圧電振動装置。  The piezoelectric vibration device according to claim 4, wherein the thickness of the additional film is set to 0 in the second region, and the additional film is provided only in the first region. 前記フィルム状の圧電体が、前記第1,第2の電極が圧電体を介して重なり合っている圧電振動部の外側に至る圧電体延長部を有しており、
前記圧電体延長部において、前記圧電体が前記支持部材に固定されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の圧電振動装置。
The film-like piezoelectric body has a piezoelectric extension extending to the outside of the piezoelectric vibration section in which the first and second electrodes overlap with each other via the piezoelectric body;
The piezoelectric vibration device according to claim 1, wherein the piezoelectric body is fixed to the support member in the piezoelectric extension portion.
前記支持部材が基板であり、該基板上に前記圧電振動部がギャップを隔てて浮かされた状態で、前記圧電体延長部が前記基板の上面に固定されている、請求項6に記載の圧電振動装置。  The piezoelectric vibration according to claim 6, wherein the support member is a substrate, and the piezoelectric extension is fixed to an upper surface of the substrate in a state where the piezoelectric vibration unit is floated on the substrate with a gap. apparatus. 前記圧電体延長部が設けられている部分を除く前記圧電体の外周縁部分においては、前記圧電体は、前記圧電振動部の外側には至らない形状とされている、請求項6または7に記載の圧電振動装置。  8. The piezoelectric body according to claim 6 or 7, wherein the piezoelectric body has a shape that does not reach the outside of the piezoelectric vibration portion in an outer peripheral edge portion of the piezoelectric body excluding a portion where the piezoelectric extension portion is provided. The piezoelectric vibration device as described. 前記圧電振動部の厚みが、前記輪郭振動モードの波長の1/40以下とされている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の圧電振動装置。  The piezoelectric vibration device according to any one of claims 1 to 8, wherein a thickness of the piezoelectric vibration part is set to 1/40 or less of a wavelength of the contour vibration mode. 前記圧電振動部が、短辺と長辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記輪郭振動モードが拡がり振動モードであって、前記圧電振動部の厚みが、前記圧電振動部の短辺寸法の1/20以下とされていることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の圧電振動装置。  The piezoelectric vibration part has a rectangular planar shape having a short side and a long side, the contour vibration mode is a spread vibration mode, and the thickness of the piezoelectric vibration part is a short side dimension of the piezoelectric vibration part. The piezoelectric vibration device according to any one of claims 1 to 9, wherein the piezoelectric vibration device is 1/20 or less. 前記圧電振動部が、短辺と長辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記輪郭振動モードが長さ振動モードであり、前記圧電振動部の厚みが、前記圧電振動部の長辺の寸法の1/20以下とされている、請求項1〜のいずれか1項に記載の圧電振動装置。The piezoelectric vibration part has a rectangular planar shape having a short side and a long side, the contour vibration mode is a length vibration mode, and the thickness of the piezoelectric vibration part is equal to that of the long side of the piezoelectric vibration part. The piezoelectric vibration device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the size is 1/20 or less of the size. 周波数が1〜100MHzの範囲にある圧電共振子である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の圧電振動装置。  The piezoelectric vibration device according to claim 1, which is a piezoelectric resonator having a frequency in a range of 1 to 100 MHz.
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