JP5019040B2 - Piezoelectric vibrator and oscillator - Google Patents

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Description

本発明は、圧電振動子およびその製造方法、発振器、リアルタイムクロック、並びに、電波時計受信モジュールに関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibrator and a manufacturing method thereof, an oscillator, a real time clock, and a radio clock receiver module.

時計やマイコンなどの情報機器では、クロックモジュールの発振器部分に、従来の設計資産や省電力性を生かすために、音叉型の32kHz水晶振動子が用いられている。しかしながら、音叉型の32kHz水晶振動子の場合、音叉の腕長さが数mmになり、パッケージを含めた全体の長さは10mm近くになる場合がある。   In information devices such as clocks and microcomputers, a tuning fork type 32 kHz crystal resonator is used in the oscillator portion of the clock module in order to make use of conventional design assets and power saving. However, in the case of a tuning fork type 32 kHz crystal resonator, the arm length of the tuning fork is several mm, and the total length including the package may be close to 10 mm.

最近では、水晶ではなく、シリコン基板上に、圧電体薄膜を上下の電極で挟んだ駆動部を設けた圧電振動子が開発されるようになってきた。このような圧電振動子としては、ビーム状構造のもの(特許文献1の図1参照)や、ビーム2本を備える音叉型のもの(特許文献2の図1参照)が知られている。このような圧電振動子においても、シリコン基板の厚さをせいぜい100μm程度にしかできないため、数十kHz帯での共振周波数を得る場合、ビームの腕長さが数mm以上になり、クロックモジュールの小型化が困難な場合がある。
特開2005−291858号公報 特開2005−249395号公報
In recent years, a piezoelectric vibrator has been developed in which a driving unit in which a piezoelectric thin film is sandwiched between upper and lower electrodes is provided on a silicon substrate instead of quartz. As such a piezoelectric vibrator, those having a beam-like structure (see FIG. 1 of Patent Document 1) and tuning-fork types having two beams (see FIG. 1 of Patent Document 2) are known. Even in such a piezoelectric vibrator, since the thickness of the silicon substrate can only be about 100 μm at most, when obtaining a resonance frequency in the tens of kHz band, the arm length of the beam becomes several mm or more, and the clock module It may be difficult to reduce the size.
JP 2005-291858 A JP 2005-249395 A

本発明の目的は、極めて小型で、例えば数十kHz帯の共振周波数を得ることができる圧電振動子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記圧電振動子を有する、発振器、リアルタイムクロック、および電波時計受信モジュールを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator that is extremely small and capable of obtaining a resonant frequency of, for example, several tens of kHz, and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide an oscillator, a real-time clock, and a radio clock receiver module having the piezoelectric vibrator.

本発明に係る圧電振動子は、
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体と、
前記半導体層の一部を用いて形成された支持部と、
前記半導体層の一部を用いて形成され、一端を前記支持部に固定し他端を自由にした1本の振動部と、
前記振動部の上方に形成され、該振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、を含み、
前記駆動部は、
第1電極と、
前記第1電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第2電極と、を有し、
前記圧電体層の一端は、平面視において、前記振動部の固定端に揃っており、
前記圧電体層の前記振動部に対する長さ比は、0.3以上0.7以下である。
本発明に係る圧電振動子は、
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体と、
前記半導体層の一部からなる支持部と、
前記半導体層の一部からなり、一端を前記支持部に固定し他端を自由にした1本の振動部と、
前記振動部の上方に形成され、該振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、を含み、
前記駆動部は、
第1電極と、
前記第1電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第2電極と、を有する。
The piezoelectric vibrator according to the present invention is
A base having a substrate, an insulating layer formed above the substrate, and a semiconductor layer formed above the insulating layer;
A support formed using a portion of the semiconductor layer;
One vibration part formed using a part of the semiconductor layer, one end fixed to the support part and the other end free,
A drive unit that is formed above the vibrating unit and generates bending vibration of the vibrating unit,
The drive unit is
A first electrode;
A piezoelectric layer formed above the first electrode;
A second electrode formed above the piezoelectric layer,
One end of the piezoelectric layer is aligned with the fixed end of the vibration part in plan view,
The length ratio of the piezoelectric layer to the vibrating portion is 0.3 or more and 0.7 or less.
The piezoelectric vibrator according to the present invention is
A base having a substrate, an insulating layer formed above the substrate, and a semiconductor layer formed above the insulating layer;
A support portion comprising a part of the semiconductor layer;
One vibration part comprising a part of the semiconductor layer, one end fixed to the support part and the other end free;
A drive unit that is formed above the vibrating unit and generates bending vibration of the vibrating unit,
The drive unit is
A first electrode;
A piezoelectric layer formed above the first electrode;
A second electrode formed above the piezoelectric layer.

本発明に係る圧電振動子では、前記振動部は、前記基体の前記半導体層によって構成されるため、前記振動部の厚さを非常に薄くすることができる。これにより、クロックモジュールに用いられる発振器の共振周波数を生成する圧電振動子において、前記振動部(ビーム)の長さを短くすることができる。即ち、例えば水晶を用いた圧電振動子などに比べて、圧電振動子を小型化することができる。   In the piezoelectric vibrator according to the present invention, since the vibration part is constituted by the semiconductor layer of the base, the thickness of the vibration part can be extremely reduced. Accordingly, in the piezoelectric vibrator that generates the resonance frequency of the oscillator used in the clock module, the length of the vibrating portion (beam) can be shortened. That is, for example, the piezoelectric vibrator can be reduced in size as compared with a piezoelectric vibrator using quartz.

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下「A」という)の「上方」に形成された他の特定のもの(以下「B」という)」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A上に直接Bが形成されているような場合と、A上に他のものを介してBが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。   In the description according to the present invention, the word “upward” refers to, for example, “another specific thing (hereinafter referred to as“ B ”) formed“ above ”a specific thing (hereinafter referred to as“ A ”)”. Etc. In the description of the present invention, in the case of this example, there are a case where B is directly formed on A and a case where B is formed on A via another. The word “above” is used as included.

本発明に係る圧電振動子において、
前記基体は、SOI(Silicon On Insulator)基板であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The substrate may be an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

本発明に係る圧電振動子において、
前記圧電体層の一端は、平面視において、前記振動部の固定端に揃っており、
前記圧電体層の前記振動部に対する長さ比は、0.3以上0.7以下であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
One end of the piezoelectric layer is aligned with the fixed end of the vibration part in plan view,
A length ratio of the piezoelectric layer to the vibrating portion may be 0.3 or more and 0.7 or less.

なお、本発明において、前記振動部の長さとは、平面視における前記振動部の固定端から自由端までの距離をいう。また、前記振動部の長さ方向に直交する方向の前記振動部の両端の距離を、前記振動部の幅という。また、例えば、前記圧電体層の長さとは、前記振動部の長さ方向の前記圧電体層の長さをいい、前記圧電体層の幅とは、前記振動部の幅方向の前記圧電体層の幅をいう。   In the present invention, the length of the vibration part means a distance from the fixed end to the free end of the vibration part in plan view. Further, the distance between both ends of the vibration part in the direction orthogonal to the length direction of the vibration part is referred to as the width of the vibration part. Further, for example, the length of the piezoelectric layer refers to the length of the piezoelectric layer in the length direction of the vibrating portion, and the width of the piezoelectric layer refers to the piezoelectric body in the width direction of the vibrating portion. The width of the layer.

本発明に係る圧電振動子において、
前記振動部と前記支持部との境界を原点とし、該境界から該振動部の自由端に向かう方向を正の方向とすると、
前記圧電体層の始端の位置から原点までの長さの前記振動部の長さに対する比は、−0.1以上0.05以下であり、
前記圧電体層の終端の位置から原点までの長さの前記振動部の長さに対する比は、0.4以上0.7以下であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
When the boundary between the vibration part and the support part is an origin, and the direction from the boundary toward the free end of the vibration part is a positive direction,
The ratio of the length from the position of the starting end of the piezoelectric layer to the origin with respect to the length of the vibrating portion is −0.1 or more and 0.05 or less,
The ratio of the length from the end position of the piezoelectric layer to the origin to the length of the vibrating portion may be 0.4 or more and 0.7 or less.

本発明に係る圧電振動子において、
前記圧電体層の始端の位置から原点までの長さの前記振動部の長さに対する比は、−0.05以上0.01以下であり、
前記圧電体層の終端の位置から原点までの長さの前記振動部の長さに対する比は、0.45以上0.65以下であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The ratio of the length from the position of the starting end of the piezoelectric layer to the origin with respect to the length of the vibrating part is −0.05 or more and 0.01 or less,
The ratio of the length from the end position of the piezoelectric layer to the origin to the length of the vibrating portion may be 0.45 or more and 0.65 or less.

本発明に係る圧電振動子において、
前記圧電体層の厚さの前記振動部の厚さに対する比は、1/4以上1以下であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
A ratio of the thickness of the piezoelectric layer to the thickness of the vibrating portion may be ¼ or more and 1 or less.

本発明に係る圧電振動子において、
前記圧電体層の始端の位置から原点までの長さの前記振動部の長さに対する比、および、前記圧電体層の終端の位置から原点までの長さの前記振動部の長さに対する比は、前記圧電振動子の電気機械結合係数が最大となるように設定されていることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The ratio of the length from the starting end position of the piezoelectric layer to the origin to the length of the vibrating portion, and the ratio of the length from the end position of the piezoelectric layer to the origin to the length of the vibrating portion are: The piezoelectric vibrator may be set so that the electromechanical coupling coefficient is maximized.

なお、本発明において、最大となる場合とは、完全に最大となる場合と、ほぼ最大となる場合と、を含むものとする。   In the present invention, the maximum case includes the case where the maximum is achieved and the case where the maximum is achieved.

本発明に係る圧電振動子において、
前記振動部の厚さは、20μm以下であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The vibrating part may have a thickness of 20 μm or less.

本発明に係る圧電振動子において、
前記振動部の長さは、2mm以下であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The vibration part may have a length of 2 mm or less.

本発明に係る圧電振動子において、
共振周波数が、2の14乗Hz(16.384kHz)以上、2の16乗Hz(65.536kHz)以下であることができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The resonance frequency can be not less than 2 14 Hz (16.384 kHz) and not more than 2 16 Hz (65.536 kHz).

本発明に係る圧電振動子において、
前記駆動部は、前記振動部と前記第1電極との間に形成された下地層を有することができる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention,
The driving unit may include a base layer formed between the vibrating unit and the first electrode.

本発明に係る発振器は、上述の圧電振動子を有する。   An oscillator according to the present invention has the above-described piezoelectric vibrator.

本発明に係るリアルタイムクロックは、上述の圧電振動子を有する。   A real-time clock according to the present invention includes the above-described piezoelectric vibrator.

本発明に係る電波時計受信モジュールは、上述の圧電振動子を有する。   A radio clock receiver module according to the present invention includes the above-described piezoelectric vibrator.

本発明に係る圧電振動子の製造方法は、
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に振動部の屈曲振動を生成する駆動部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして、支持部、該支持部を基端とし他端を該支持部に接しないように設けられた1本の振動部、および前記絶縁層を露出させる開口部を形成する工程と、
前記開口部により露出した部分から前記絶縁層の一部を除去して、少なくとも前記振動部の下方に空隙部を形成する工程と、を含み、
前記駆動部を形成する工程は、
第1電極を形成する工程と、
前記第1電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第2電極を形成する工程と、を有する。
A method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to the present invention includes:
Providing a substrate, a base having an insulating layer formed above the substrate, and a semiconductor layer formed above the insulating layer;
Forming a drive unit that generates bending vibration of the vibration unit above the base;
The semiconductor layer is patterned to form a support portion, one vibration portion provided so that the support portion is a base end and the other end is not in contact with the support portion, and an opening for exposing the insulating layer. Process,
Removing a part of the insulating layer from a portion exposed by the opening, and forming a gap at least below the vibrating portion,
The step of forming the driving unit includes:
Forming a first electrode;
Forming a piezoelectric layer above the first electrode;
Forming a second electrode above the piezoelectric layer.

以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

1. まず、本実施形態に係る圧電振動子100について説明する。図1は、本実施形態に係る圧電振動子100を概略的に示す平面図であり、図2は、圧電振動子100を概略的に示す断面図である。なお、図2は、図1のII−II線断面図である。   1. First, the piezoelectric vibrator 100 according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a plan view schematically showing a piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the piezoelectric vibrator 100. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

圧電振動子100は、図1および図2に示すように、基体1と、支持部40と、振動部10と、駆動部20と、を含む。   As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric vibrator 100 includes a base 1, a support part 40, a vibration part 10, and a drive part 20.

基体1は、例えば図2に示すように、基板2と、基板2上に形成された絶縁層3と、絶縁層3上に形成された半導体層4と、を有する。基体1としては、例えばSOI基板などを用いることができる。SOI基板としては、例えばSIMOX(silicon implanted oxide)基板や貼り合わせSOI基板などが挙げられる。例えば、基板2としてシリコン基板、絶縁層3として酸化シリコン層、半導体層4としてシリコン層を用いることができる。半導体層4内には各種の半導体回路を作り込むことができる。半導体層4としてシリコン層を用いることが、一般的な半導体製造技術を利用できる点で有利である。絶縁層3の厚さは、例えば0.1μm〜4μmであり、半導体層4の厚さは、例えば1μm〜20μmである。半導体層4の厚さは、圧電振動子100の小型化のためには、20μm以下であることが望ましい。なお、基板2の下には、例えば酸化シリコン(SiO)などからなる酸化物層7が形成されていても良い。酸化物層7の厚さは、例えば1μmである。 For example, as shown in FIG. 2, the base 1 includes a substrate 2, an insulating layer 3 formed on the substrate 2, and a semiconductor layer 4 formed on the insulating layer 3. As the substrate 1, for example, an SOI substrate can be used. Examples of the SOI substrate include a SIMOX (silicon implanted oxide) substrate and a bonded SOI substrate. For example, a silicon substrate can be used as the substrate 2, a silicon oxide layer can be used as the insulating layer 3, and a silicon layer can be used as the semiconductor layer 4. Various semiconductor circuits can be formed in the semiconductor layer 4. The use of a silicon layer as the semiconductor layer 4 is advantageous in that a general semiconductor manufacturing technique can be used. The thickness of the insulating layer 3 is, for example, 0.1 μm to 4 μm, and the thickness of the semiconductor layer 4 is, for example, 1 μm to 20 μm. The thickness of the semiconductor layer 4 is desirably 20 μm or less in order to reduce the size of the piezoelectric vibrator 100. Note that an oxide layer 7 made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) may be formed under the substrate 2. The thickness of the oxide layer 7 is 1 μm, for example.

支持部40は、半導体層4の一部からなる。支持部40は、振動部10を支持することができる。支持部40は、例えば図示のような矩形の枠状に形成される。   The support part 40 is made of a part of the semiconductor layer 4. The support part 40 can support the vibration part 10. The support portion 40 is formed in a rectangular frame shape as shown in the figure, for example.

振動部10は、半導体層4の一部からなる。振動部10の一端は、支持部40の内側に固定されており、他端は自由にされている。振動部10は、1本のビームから構成されており、圧電振動子100は、ユニモルフ型である。振動部10の平面形状は、例えば矩形(長方形および正方形)であり、図示の例では長方形である。振動部10は、図2に示すように、絶縁層3の一部を除去して形成された空隙部80上に形成されている。空隙部80は、基板2の一部および酸化物層7の一部を除去して形成された、基板2および酸化物層7の開口部(第2開口部)82上に形成されている。空隙部80および開口部82の平面形状は、例えば矩形であり、図示の例では長方形であり、その長手方向は、振動部10の長さ方向と同じ方向(X方向)である。   The vibration unit 10 is formed of a part of the semiconductor layer 4. One end of the vibration part 10 is fixed inside the support part 40, and the other end is free. The vibration unit 10 is composed of one beam, and the piezoelectric vibrator 100 is a unimorph type. The planar shape of the vibration unit 10 is, for example, a rectangle (rectangle and square), and is a rectangle in the illustrated example. As shown in FIG. 2, the vibration part 10 is formed on a gap 80 formed by removing a part of the insulating layer 3. The void 80 is formed on an opening (second opening) 82 of the substrate 2 and the oxide layer 7 formed by removing a part of the substrate 2 and a part of the oxide layer 7. The planar shape of the gap 80 and the opening 82 is, for example, a rectangle, which is a rectangle in the illustrated example, and the longitudinal direction thereof is the same direction (X direction) as the length direction of the vibration unit 10.

振動部10の周りには、振動部10の振動を許容する半導体層4の開口部(第1開口部)42が形成されている。第1開口部42および振動部10は、平面視(図1)において一体的に見ると、例えば、空隙部80や第2開口部82に一致している。   Around the vibration part 10, an opening (first opening) 42 of the semiconductor layer 4 that allows vibration of the vibration part 10 is formed. The first opening 42 and the vibration part 10 coincide with, for example, the gap 80 and the second opening 82 when viewed integrally in a plan view (FIG. 1).

駆動部20は、振動部10上に形成されている。駆動部20は、振動部10の屈曲振動を生成する。駆動部20は、図1に示すように、1本のビームに対して1つ設けられている。駆動部20の平面形状は、例えば矩形であり、図示の例では長方形であり、その長手方向は、振動部10の長さ方向と同じ方向(X方向)である。駆動部20は、図2に示すように、基体1(より具体的には半導体層4)の上方に形成された第1電極22と、第1電極22上に形成された圧電体層24と、圧電体層24上に形成された第2電極26と、を有する。駆動部20は、さらに、半導体層4と第1電極22との間に形成された下地層5を有することができる。駆動部20の主要部は、例えば図1および図2に示すように、振動部10の固定端側の上に形成されており、駆動部20の一部(より具体的には下地層5および第1電極22)は、例えば支持部40の上にも形成されている。なお、図示しないが、例えば、下地層5、第1電極22、圧電体層24、および第2電極26のそれぞれの外縁を、平面視において、一致させることもできる。   The drive unit 20 is formed on the vibration unit 10. The drive unit 20 generates bending vibration of the vibration unit 10. As shown in FIG. 1, one drive unit 20 is provided for one beam. The planar shape of the drive unit 20 is, for example, a rectangle, and is a rectangle in the illustrated example, and its longitudinal direction is the same direction (X direction) as the length direction of the vibration unit 10. As shown in FIG. 2, the drive unit 20 includes a first electrode 22 formed above the base 1 (more specifically, the semiconductor layer 4), a piezoelectric layer 24 formed on the first electrode 22, and And a second electrode 26 formed on the piezoelectric layer 24. The driving unit 20 can further include a base layer 5 formed between the semiconductor layer 4 and the first electrode 22. The main part of the drive unit 20 is formed on the fixed end side of the vibration unit 10 as shown in FIGS. 1 and 2, for example, and a part of the drive unit 20 (more specifically, the underlayer 5 and The first electrode 22) is also formed on the support 40, for example. Although not shown, for example, the outer edges of the underlayer 5, the first electrode 22, the piezoelectric layer 24, and the second electrode 26 can be matched in a plan view.

圧電体層24は、振動部10の一部の垂直上方に形成されていることができる。圧電体層24の長さ方向(X方向)の一端は、平面視において、例えば振動部10の固定端10bに重なっていることができる。圧電体層24は、平面視において、該圧電体層24の長さ方向の一端が振動部10の固定端10bの位置に揃うように設けられている。この場合において、圧電体層24の振動部10に対する長さ比(圧電体層24の長さ/振動部10の長さ)は、0.3以上0.7以下であることが好ましい。この長さ比をこの範囲で設定することにより、図3に示すように、圧電振動子100の電気機械結合係数を大きくすることができる。その結果、圧電振動子100の小型化や高効率化などを図ることができる。なお、図3は、この長さ比を変化させて、圧電振動子100の電気機械結合係数をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。   The piezoelectric layer 24 can be formed vertically above a part of the vibration unit 10. One end in the length direction (X direction) of the piezoelectric layer 24 can overlap, for example, the fixed end 10b of the vibration unit 10 in a plan view. The piezoelectric layer 24 is provided so that one end in the length direction of the piezoelectric layer 24 is aligned with the position of the fixed end 10 b of the vibration unit 10 in plan view. In this case, the length ratio of the piezoelectric layer 24 to the vibrating portion 10 (the length of the piezoelectric layer 24 / the length of the vibrating portion 10) is preferably 0.3 or more and 0.7 or less. By setting the length ratio within this range, the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric vibrator 100 can be increased as shown in FIG. As a result, the piezoelectric vibrator 100 can be reduced in size and efficiency. FIG. 3 is a graph showing the result of obtaining the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric vibrator 100 by simulation while changing the length ratio.

下地層5は、酸化シリコン(SiO)層、窒化シリコン(Si)層等の絶縁層である。下地層5は、例えば2層以上の複合層で構成されていても良い。下地層5の厚さは、例えば1μmである。 The underlayer 5 is an insulating layer such as a silicon oxide (SiO 2 ) layer or a silicon nitride (Si 3 N 4 ) layer. The underlayer 5 may be composed of two or more composite layers, for example. The thickness of the foundation layer 5 is 1 μm, for example.

第1電極22としては、例えばチタン(Ti)層の上に白金(Pt)層を積層したものなどを用いることができる。第1電極22の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、例えば10nm以上5μm以下とすることができる。   As the 1st electrode 22, what laminated | stacked the platinum (Pt) layer on the titanium (Ti) layer, for example can be used. The thickness of the 1st electrode 22 should just be the thickness from which a sufficiently low electrical resistance value is acquired, for example, can be 10 nm or more and 5 micrometers or less.

圧電体層24は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O:PZT)、チタン酸ジルコン酸鉛固溶体、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウム固溶体などの圧電材料からなることができる。チタン酸ジルコン酸鉛固溶体としては、例えばニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O:PZTN)などが挙げられる。圧電体層24の厚さは、半導体層4の厚さの1/10倍以上、等倍以下程度であることが望ましい。この範囲の厚さであることにより、ビームを十分に振動させる駆動力が確保されることができる。例えば、半導体層4の厚さを1μm〜20μmとした場合、圧電体層24の厚さは0.1μm〜20μmとすることができる。 The piezoelectric layer 24 may be made of, for example, a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT), lead zirconate titanate solid solution, aluminum nitride (AlN), or aluminum nitride solid solution. it can. Examples of the lead zirconate titanate solid solution include lead zirconate titanate niobate (Pb (Zr, Ti, Nb) O 3 : PZTN). The thickness of the piezoelectric layer 24 is preferably about 1/10 times or more and equal to or less than the thickness of the semiconductor layer 4. When the thickness is within this range, a driving force that sufficiently vibrates the beam can be ensured. For example, when the thickness of the semiconductor layer 4 is 1 μm to 20 μm, the thickness of the piezoelectric layer 24 can be 0.1 μm to 20 μm.

第2電極26は、例えばチタン(Ti)層の上に白金(Pt)層を積層したものなどを用いることができる。第2電極26の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、例えば10nm以上5μm以下とすることができる。   As the second electrode 26, for example, a platinum (Pt) layer laminated on a titanium (Ti) layer can be used. The thickness of the second electrode 26 may be any thickness that provides a sufficiently low electrical resistance value, and may be, for example, 10 nm or more and 5 μm or less.

なお、図示の例では、駆動部20において、第1電極22と第2電極26の間には圧電体層24のみが存在するが、両電極22,26間に圧電体層24以外の層を有していても良い。圧電体層24の膜厚は、共振条件に応じて適宜変更されることができる。   In the illustrated example, in the drive unit 20, only the piezoelectric layer 24 exists between the first electrode 22 and the second electrode 26, but a layer other than the piezoelectric layer 24 is provided between the electrodes 22 and 26. You may have. The film thickness of the piezoelectric layer 24 can be appropriately changed according to the resonance condition.

本実施形態に係る圧電振動子100では、駆動部20に交互に逆向きの電界を印加することにより、振動部10を上下方向(Z方向)に屈曲振動させることができる。   In the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment, the vibration unit 10 can be flexibly vibrated in the vertical direction (Z direction) by alternately applying a reverse electric field to the drive unit 20.

本実施形態に係る圧電振動子100の共振周波数は、2の14乗Hz(16.384kHz)以上、2の16乗Hz(65.536kHz)以下であることができる。例えば2の15乗Hz(32.768kHz)(単に「32kHz」ともいう)の共振周波数は、クロックモジュールに適している。共振周波数を215=32.768kHzとすることにより、15段のフリップフロップ回路で分周して1Hzの信号を発生させることができる。また、消費電力の観点から、フリップフロップ回路を14段または16段とすることも可能である。従って、本実施形態に係る圧電振動子100の共振周波数は、214=16.384kHzから216=65.536kHzまでの範囲であることができる。 The resonance frequency of the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment can be not less than 2 14 Hz (16.384 kHz) and not more than 2 16 Hz (65.536 kHz). For example, a resonance frequency of 2 15 Hz (32.768 kHz) (also simply referred to as “32 kHz”) is suitable for a clock module. By setting the resonance frequency to 2 15 = 32.768 kHz, it is possible to generate a signal of 1 Hz by dividing by a 15-stage flip-flop circuit. Further, from the viewpoint of power consumption, the flip-flop circuit can be 14 stages or 16 stages. Therefore, the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment can be in a range from 2 14 = 16.384 kHz to 2 16 = 65.536 kHz.

2. 次に、数値計算例について説明する。   2. Next, a numerical calculation example will be described.

本数値計算例では、本実施形態に係る圧電振動子100について、有限要素法を用いてモード解析を行い、1次の屈曲振動モードでの共振周波数および反共振周波数を計算し、それらの差から電気機械結合係数kを算出した。数値計算に用いた条件は、以下の通りである。
・振動部10の構成材料:シリコン
・振動部10の密度:2.33g/cm
・振動部10の弾性定数:Y11=167GPa、Y44=80GPa
・圧電体層24の構成材料:チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O
・圧電体層24の密度:7.50g/cm
・圧電体層24の誘電率:ε11=804.6、ε33=659.7
・圧電体層24の圧電e定数:e31=−4.1C/m、e33=14.1C/m、e15=10.5C/m
・圧電体層24の弾性定数:Y11=132GPa、Y33=115GPa、Y44=30GPa
・振動部10の長さL:400μm
・振動部10の幅:50μm
・振動部10の厚さT:4μm、1μm
・圧電体層24の厚さT:1μm
In this numerical calculation example, mode analysis is performed using the finite element method for the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment, the resonance frequency and the antiresonance frequency in the first-order bending vibration mode are calculated, and the difference between them is calculated. The electromechanical coupling coefficient k was calculated. The conditions used for the numerical calculation are as follows.
-Constituent material of the vibration part 10: Silicon-Density of the vibration part 10: 2.33 g / cm 3
-Elastic constants of the vibration part 10: Y 11 = 167 GPa, Y 44 = 80 GPa
-Constituent material of the piezoelectric layer 24: lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 )
Density of the piezoelectric layer 24: 7.50 g / cm 3
The dielectric constant of the piezoelectric layer 24: ε 11 = 804.6, ε 33 = 659.7
Piezoelectric e constant of the piezoelectric layer 24: e 31 = −4.1 C / m 2 , e 33 = 14.1 C / m 2 , e 15 = 10.5 C / m 2
Elastic constants of the piezoelectric layer 24: Y 11 = 132 GPa, Y 33 = 115 GPa, Y 44 = 30 GPa
-Length L of vibration part 10: 400 μm
-Width of vibration part 10: 50 μm
-Thickness T 0 of vibration part 10: 4 μm, 1 μm
-Thickness T 1 of the piezoelectric layer 24: 1 μm

次に、数値計算の結果について説明する。図4および図5は、圧電体層24の始端の位置Xおよび終端の位置X(図2参照)をそれぞれ変化させた場合の電気機械結合係数の2乗k[%]の分布を示す図である。なお、図2に示すように、振動部10と支持部40との境界(振動部10の固定端)10bのうちの1点を原点とし、振動部10の長さ方向(X方向)であって、境界10bから振動部10の自由端10aに向かう方向を正の方向とする。また、図6は、圧電体層24の始端の位置から原点までの長さXの振動部10の長さLに対する比(X/L)を0に固定し、Xのみを変化させた場合の電気機械結合係数の2乗k[%]を示す図である。また、図7は、圧電体層24の終端の位置から原点までの長さXの振動部10の長さLに対する比(X/L)を0.5に固定し、Xのみを変化させた場合の電気機械結合係数の2乗k[%]を示す図である。なお、図4、図6、および図7は、振動部10の厚さTが4μmの場合、即ち、圧電体層24の厚さTの振動部10の厚さTに対する比(T/T)が1/4の場合の結果を示しており、図5は、Tが1μmの場合、即ち、T/Tが1/1=1の場合の結果を示している。 Next, the result of numerical calculation will be described. 4 and 5 show the distribution of the square k 2 [%] of the electromechanical coupling coefficient when the starting position X 0 and the terminal position X 1 (see FIG. 2) of the piezoelectric layer 24 are changed, respectively. FIG. As shown in FIG. 2, one point of the boundary 10b between the vibration part 10 and the support part 40 (fixed end of the vibration part 10) is the origin, and the length direction (X direction) of the vibration part 10 is the same. Thus, the direction from the boundary 10b toward the free end 10a of the vibration unit 10 is a positive direction. Further, FIG. 6 shows that the ratio (X 0 / L) of the length X 0 from the position of the starting end of the piezoelectric layer 24 to the origin to the length L of the vibrating portion 10 is fixed to 0, and only X 1 is changed. It is a figure which shows the square k < 2 > [%] of the electromechanical coupling coefficient in the case of. In FIG. 7, the ratio (X 1 / L) of the length X 1 from the end position of the piezoelectric layer 24 to the origin to the length L of the vibrating portion 10 is fixed to 0.5, and only X 0 is set. It is a figure which shows the square k < 2 > [%] of the electromechanical coupling coefficient at the time of changing. 4, 6, and 7, when the thickness T 0 of the vibrating portion 10 is 4 μm, that is, the ratio of the thickness T 1 of the piezoelectric layer 24 to the thickness T 0 of the vibrating portion 10 (T 1 / T 0 ) is 1/4, and FIG. 5 shows the result when T 0 is 1 μm, that is, when T 1 / T 0 is 1/1 = 1. .

図4に示すように、T/Tが1/4の場合には、電気機械結合係数の2乗kは、X/L=−0.025、X/L=0.55の位置付近を極大として分布していることが分かる。また、図5に示すように、T/Tが1の場合には、kは、X/L=−0.025、X/L=0.65の位置付近を極大として分布していることが分かる。圧電振動子として実用的に好ましいT/Tの範囲は、1/4程度以上、1程度以下であるが、図4および図5に示すように、この範囲において、電気機械結合係数kの分布傾向はほとんど同じであることが分かる。 As shown in FIG. 4, when T 1 / T 0 is 1/4, the square k 2 of the electromechanical coupling coefficient is X 0 /L=−0.025, X 1 /L=0.55. It can be seen that the vicinity of the position is distributed as a maximum. Further, as shown in FIG. 5, when T 1 / T 0 is 1, k 2 is distributed with the maximum near the position of X 0 /L=−0.025 and X 1 /L=0.65. You can see that A practically preferable range of T 1 / T 0 as the piezoelectric vibrator is about ¼ or more and about 1 or less, but as shown in FIGS. 4 and 5, in this range, the electromechanical coupling coefficient k is It can be seen that the distribution trends are almost the same.

図4〜図7に示すように、X/Lが、−0.1以上0.05以下であり、X/Lが、0.4以上0.7以下であることにより、3%程度以上という大きなkを確保することができることが分かる。さらに、X/Lが、−0.05以上0.01以下であり、X/Lが、0.45以上0.65以下であることにより、kが極大となる領域(図中、最も色の白い領域)内およびその付近のkを確保することができる。さらには、X/LおよびX/Lは、kが最大となるように、即ち、圧電振動子100の電気機械結合係数kが最大となるように設定されていることが好ましい。なお、圧電振動子100の並列容量が小さくなるほど、発振回路(後述する)の消費電力は小さくなるため、X/Lは大きい方が好ましく、X/Lは小さい方が好ましい。また、上述したX/LおよびX/Lの数値範囲は、例えば、本数値計算例における圧電振動子100の構造の相似形に対しても好適である。 As shown in FIGS. 4 to 7, when X 0 / L is −0.1 or more and 0.05 or less and X 1 / L is 0.4 or more and 0.7 or less, about 3% It can be seen that such a large k 2 can be secured. Furthermore, when X 0 / L is −0.05 or more and 0.01 or less and X 1 / L is 0.45 or more and 0.65 or less, a region where k 2 is maximized (in the drawing, most color white area) and can be secured k 2 in the vicinity of the. Further, X 0 / L and X 1 / L are preferably set so that k 2 is maximized, that is, the electromechanical coupling coefficient k of the piezoelectric vibrator 100 is maximized. Note that, as the parallel capacitance of the piezoelectric vibrator 100 becomes smaller, the power consumption of an oscillation circuit (described later) becomes smaller. Therefore, it is preferable that X 0 / L is larger and X 1 / L is smaller. Further, the numerical ranges of X 0 / L and X 1 / L described above are also suitable for the similar shape of the structure of the piezoelectric vibrator 100 in the present numerical calculation example, for example.

3. 次に、本実施形態に係る圧電振動子100の製造方法の一例について図面を参照しながら説明する。図8〜図11は、本実施形態の圧電振動子100の一製造工程を概略的に示す断面図であり、それぞれ図2に示す断面図に対応している。   3. Next, an example of a method for manufacturing the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 8 to 11 are cross-sectional views schematically showing one manufacturing process of the piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment, and each correspond to the cross-sectional view shown in FIG.

(1)まず、図8に示すように、基板2上に絶縁層3および半導体層4がこの順に配置された基体1を用意する。   (1) First, as shown in FIG. 8, a base 1 in which an insulating layer 3 and a semiconductor layer 4 are arranged in this order on a substrate 2 is prepared.

(2)次に、図8に示すように、基体1上に駆動部20を形成する。具体的には、例えば、基体1上に駆動部20を構成する下地層5、第1電極22、圧電体層24、および第2電極26を形成する。   (2) Next, as shown in FIG. 8, the drive unit 20 is formed on the base 1. Specifically, for example, the base layer 5, the first electrode 22, the piezoelectric layer 24, and the second electrode 26 constituting the driving unit 20 are formed on the base 1.

まず、基体1上の全面に、下地層5、第1電極22、圧電体層24、および第2電極26をこの順に成膜する。なお、下地層5を成膜する際に、同時に基板2の裏面側に酸化物層7を形成することもできる。下地層5および酸化物層7は、熱酸化法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法などにより成膜される。第1電極22は、蒸着法、スパッタ法などにより成膜される。圧電体層24は、溶液法(ゾルゲル法)、レーザーアブレーション法、蒸着法、スパッタ法、CVD法などにより成膜される。第2電極26は、蒸着法、スパッタ法、CVD法などにより成膜される。   First, the underlayer 5, the first electrode 22, the piezoelectric layer 24, and the second electrode 26 are formed in this order on the entire surface of the substrate 1. In addition, when the base layer 5 is formed, the oxide layer 7 can also be formed on the back side of the substrate 2 at the same time. The underlayer 5 and the oxide layer 7 are formed by a thermal oxidation method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, or the like. The first electrode 22 is formed by vapor deposition, sputtering, or the like. The piezoelectric layer 24 is formed by a solution method (sol-gel method), laser ablation method, vapor deposition method, sputtering method, CVD method, or the like. The second electrode 26 is formed by vapor deposition, sputtering, CVD, or the like.

次に、例えば第2電極26および圧電体層24をパターニングして、所望の形状にすることができる。パターニングには、例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。   Next, for example, the second electrode 26 and the piezoelectric layer 24 can be patterned into a desired shape. For the patterning, for example, a photolithography technique and an etching technique can be used.

次に、例えば第1電極22および下地層5をパターニングして、所望の形状にすることができる。パターニングには、例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。   Next, for example, the first electrode 22 and the base layer 5 can be patterned into a desired shape. For the patterning, for example, a photolithography technique and an etching technique can be used.

(3)次に、基体1の半導体層4を所望の形状にパターニングして、支持部40、1本の振動部10、および第1開口部42を形成する。支持部40および振動部10は、半導体層4を刳り貫いて絶縁層3を露出させる第1開口部42を形成することにより得られる。振動部10は、支持部40の内側を基端として、振動部10のその他の端が支持部40に接しないように設けられる。   (3) Next, the semiconductor layer 4 of the substrate 1 is patterned into a desired shape to form the support portion 40, the single vibrating portion 10, and the first opening 42. The support part 40 and the vibration part 10 are obtained by forming a first opening 42 that penetrates the semiconductor layer 4 and exposes the insulating layer 3. The vibration part 10 is provided so that the other end of the vibration part 10 does not contact the support part 40 with the inner side of the support part 40 as a base end.

まず、基体1上の全面にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図9に示すように、第1開口部42以外の領域を覆うレジスト層90を形成する。第1開口部42上には、レジストに開けられたレジスト開口部92が形成される。次に、レジスト層90をマスクとして、ドライエッチング法やウェットエッチング法などにより半導体層4の一部を除去する。このエッチング工程においては、絶縁層3をエッチングストッパ層として用いることができる。即ち、半導体層4をエッチングする際には、絶縁層3のエッチング速度は、半導体層4のエッチング速度よりも遅い。   First, after applying a resist on the entire surface of the substrate 1, the resist is patterned by a photolithography method, thereby forming a resist layer 90 covering a region other than the first opening 42 as shown in FIG. A resist opening 92 opened in the resist is formed on the first opening 42. Next, a part of the semiconductor layer 4 is removed by a dry etching method, a wet etching method, or the like using the resist layer 90 as a mask. In this etching step, the insulating layer 3 can be used as an etching stopper layer. That is, when the semiconductor layer 4 is etched, the etching rate of the insulating layer 3 is slower than the etching rate of the semiconductor layer 4.

(4)次に、基体1の基板2および酸化物層7を所望の形状にパターニングして、第2開口部82を形成する。第2開口部82は、絶縁層3を露出させるように基板2および酸化物層7を刳り貫いて形成される。   (4) Next, the substrate 2 and the oxide layer 7 of the base 1 are patterned into a desired shape to form a second opening 82. The second opening 82 is formed through the substrate 2 and the oxide layer 7 so as to expose the insulating layer 3.

まず、基体1の上および酸化物層7の下の全面にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ法により酸化物層7の下に塗布されたレジストをパターニングすることにより、図10に示すように、第2開口部82以外の領域を覆うレジスト層94を形成する。第2開口部82下には、レジストに開けられたレジスト開口部96が形成される。レジスト層94は、例えば第1開口部42を埋め込むことができる。次に、レジスト層94をマスクとして、ドライエッチング法などにより基板2の一部および酸化物層7の一部を除去する。基板2のエッチング工程においては、絶縁層3をエッチングストッパ層として用いることができる。即ち、基板2をエッチングする際には、絶縁層3のエッチング速度は、基板2のエッチング速度よりも遅い。   First, after applying a resist over the entire surface of the substrate 1 and under the oxide layer 7, by patterning the resist applied under the oxide layer 7 by photolithography, as shown in FIG. A resist layer 94 is formed to cover a region other than the second opening 82. A resist opening 96 opened in the resist is formed under the second opening 82. The resist layer 94 can embed the first opening 42, for example. Next, using the resist layer 94 as a mask, a part of the substrate 2 and a part of the oxide layer 7 are removed by a dry etching method or the like. In the etching process of the substrate 2, the insulating layer 3 can be used as an etching stopper layer. That is, when the substrate 2 is etched, the etching rate of the insulating layer 3 is slower than the etching rate of the substrate 2.

(5)次に、第2開口部82により露出した部分から基体1の絶縁層3の一部を除去して、図11に示すように、少なくとも振動部10の下に空隙部80を形成する。空隙部80は、振動部10の自由端10aに対する機械的拘束力が無くなった状態(後述する)で振動部10が屈曲振動できるように形成される。空隙部80は、例えば、振動部10および第1開口部42の下に形成される。絶縁層3が酸化シリコンからなる場合には、例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチング法などにより絶縁層3を除去することができる。このエッチング工程においては、基板2をマスクとして、半導体層4をエッチングストッパ層として用いることができる。即ち、絶縁層3をエッチングする際には、基板2および半導体層4のエッチング速度は、絶縁層3のエッチング速度よりも遅い。   (5) Next, a part of the insulating layer 3 of the base 1 is removed from the portion exposed by the second opening 82 to form a gap 80 at least under the vibrating portion 10 as shown in FIG. . The gap 80 is formed so that the vibrating portion 10 can bend and vibrate in a state where the mechanical restraint force on the free end 10a of the vibrating portion 10 is lost (described later). For example, the gap 80 is formed under the vibrating portion 10 and the first opening 42. When the insulating layer 3 is made of silicon oxide, the insulating layer 3 can be removed by, for example, a wet etching method using hydrofluoric acid. In this etching step, the semiconductor layer 4 can be used as an etching stopper layer using the substrate 2 as a mask. That is, when the insulating layer 3 is etched, the etching rate of the substrate 2 and the semiconductor layer 4 is slower than the etching rate of the insulating layer 3.

次に、第1レジスト層90および第2レジスト層94をアッシングにより除去する。レジスト層90,94を除去することにより、振動部10の自由端10aに対する機械的拘束力が無くなり、振動部10が十分に振動できるようになる。   Next, the first resist layer 90 and the second resist layer 94 are removed by ashing. By removing the resist layers 90 and 94, the mechanical restraining force with respect to the free end 10a of the vibration part 10 is eliminated, and the vibration part 10 can sufficiently vibrate.

(6)以上の工程により、図1および図2に示すように、本実施形態の圧電振動子100が形成される。   (6) Through the above steps, the piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment is formed as shown in FIGS.

4. 本実施形態の圧電振動子100では、振動部10は、基体1(例えばSOI基板)の半導体層4によって構成されるため、振動部10の厚さを非常に薄くすることができる(例えば20μm以下)。これにより、クロックモジュールに用いられる発振器の共振周波数を生成する圧電振動子100において、振動部(ビーム)10の長さを短くすることができる。即ち、例えば水晶を用いた圧電振動子などに比べて、本実施形態に係る圧電振動子100を小型化することができる。例えば、32kHzの共振周波数を用いる場合には、振動部10の厚さを20μm以下、振動部10の長さを2mm以下、圧電振動子100のパッケージ長さを3mm以下とすることができる。   4). In the piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment, since the vibration unit 10 is configured by the semiconductor layer 4 of the base 1 (for example, an SOI substrate), the thickness of the vibration unit 10 can be extremely reduced (for example, 20 μm or less). ). Thereby, in the piezoelectric vibrator 100 that generates the resonance frequency of the oscillator used in the clock module, the length of the vibrating portion (beam) 10 can be shortened. That is, for example, the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment can be reduced in size as compared with a piezoelectric vibrator using quartz. For example, when a resonance frequency of 32 kHz is used, the thickness of the vibration part 10 can be 20 μm or less, the length of the vibration part 10 can be 2 mm or less, and the package length of the piezoelectric vibrator 100 can be 3 mm or less.

本実施形態に係る圧電振動子100の具体例としては以下の通りである。   Specific examples of the piezoelectric vibrator 100 according to this embodiment are as follows.

第1の例としては、第1電極22の厚さは0.1μm、圧電体層24の厚さは2μm、第2電極26の厚さは0.1μm、半導体層4の厚さは20μm、振動部10のビーム長さは1280μm、ビーム幅は40μmである。また、空隙部80の長辺は2mm、短辺は100μmである。この構成の圧電振動子100について、有限要素法によって運動方程式を解いてシミュレーションすると、屈曲振動の共振周波数は32kHzとなった。   As a first example, the thickness of the first electrode 22 is 0.1 μm, the thickness of the piezoelectric layer 24 is 2 μm, the thickness of the second electrode 26 is 0.1 μm, the thickness of the semiconductor layer 4 is 20 μm, The vibration unit 10 has a beam length of 1280 μm and a beam width of 40 μm. Moreover, the long side of the space | gap part 80 is 2 mm, and a short side is 100 micrometers. When the piezoelectric vibrator 100 having this configuration was simulated by solving the equation of motion by the finite element method, the resonance frequency of the bending vibration was 32 kHz.

第2の例としては、第1電極22の厚さは0.1μm、圧電体層24の厚さは1μm、第2電極26の厚さは0.1μm、半導体層4の厚さは4μm、振動部10のビーム長さは410μm、ビーム幅は40μmである。また、圧電体層24の始端の位置から原点までの長さXの振動部10の長さLに対する比(X/L)は−0.025であり、圧電体層24の終端の位置から原点までの長さXの振動部10の長さLに対する比(X/L)は0.55である。また、空隙部80の長辺は1mm、短辺は100μmである。この構成の圧電振動子100について、有限要素法によって運動方程式を解いてシミュレーションすると、屈曲振動の共振周波数は32kHzとなった。 As a second example, the thickness of the first electrode 22 is 0.1 μm, the thickness of the piezoelectric layer 24 is 1 μm, the thickness of the second electrode 26 is 0.1 μm, the thickness of the semiconductor layer 4 is 4 μm, The vibration unit 10 has a beam length of 410 μm and a beam width of 40 μm. Further, the ratio (X 0 / L) of the length X 0 from the position of the starting end of the piezoelectric layer 24 to the origin to the length L of the vibrating portion 10 is −0.025, and the position of the end of the piezoelectric layer 24 is The ratio (X 1 / L) of the length X 1 from the origin to the length L of the vibrating portion 10 is 0.55. Moreover, the long side of the space | gap part 80 is 1 mm, and a short side is 100 micrometers. When the piezoelectric vibrator 100 having this configuration was simulated by solving the equation of motion by the finite element method, the resonance frequency of the bending vibration was 32 kHz.

また、本実施形態のユニモルフ型の圧電振動子100では、共振周波数は、振動部10の厚さに比例する。従って、この圧電振動子100によれば、共振周波数を振動部10の厚さによって調整することができる。例えば、振動部が音叉形状を有する場合には、共振周波数は、振動部の幅に比例する。従って、音叉型の圧電振動子では、共振周波数を低くするためには、振動部の幅を小さくして対応することができるが、加工技術の限界がある場合がある。これに対し、本実施形態のユニモルフ型の圧電振動子100では、共振周波数を低くするためには、振動部10(半導体層4)の厚さを薄くして対応することができる。従って、半導体層4の加工技術の限界によらずに、所望の共振周波数を得ることができる。   Further, in the unimorph type piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment, the resonance frequency is proportional to the thickness of the vibration part 10. Therefore, according to the piezoelectric vibrator 100, the resonance frequency can be adjusted by the thickness of the vibration part 10. For example, when the vibration part has a tuning fork shape, the resonance frequency is proportional to the width of the vibration part. Therefore, in the tuning fork type piezoelectric vibrator, in order to lower the resonance frequency, it is possible to reduce the width of the vibration part, but there are cases where there is a limit of processing technology. On the other hand, in the unimorph type piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment, in order to lower the resonance frequency, it is possible to reduce the thickness of the vibrating portion 10 (semiconductor layer 4). Therefore, a desired resonance frequency can be obtained regardless of the limit of the processing technique of the semiconductor layer 4.

また、本実施形態のユニモルフ型の圧電振動子100では、1本のビーム(振動部)10に対して1つの駆動部20が設けられている。このため、本実施形態の圧電振動子100は、構造的に小型化に有利である。   Further, in the unimorph type piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment, one drive unit 20 is provided for one beam (vibration unit) 10. For this reason, the piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment is structurally advantageous for downsizing.

また、本実施形態の圧電振動子100によれば、圧電体層24の始端の位置から原点までの長さXの振動部10の長さLに対する比(X/L)および圧電体層24の終端の位置から原点までの長さXの振動部10の長さLに対する比(X/L)を上述した数値範囲内に設定することにより、電気機械結合係数kを極めて大きくすることができる。このため、振動エネルギーは支持部40側に漏洩しにくくなる。従って、圧電振動子を小型化しても、クリスタルインピーダンス(CI)値が増大するのを抑えることができる。 Further, according to the piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment, the ratio (X 0 / L) of the length X 0 from the position of the starting end of the piezoelectric layer 24 to the origin to the length L of the vibrating portion 10 and the piezoelectric layer By setting the ratio (X 1 / L) of the length X 1 from the position of the terminal 24 to the origin to the length L of the vibrating part 10 within the above-mentioned numerical range, the electromechanical coupling coefficient k is extremely increased. be able to. For this reason, vibration energy becomes difficult to leak to the support part 40 side. Therefore, even if the piezoelectric vibrator is downsized, it is possible to suppress an increase in crystal impedance (CI) value.

なお、本実施形態の圧電振動子100は、非同期回路のような本来タイミングデバイスを必要としない回路においても、トリガ発生器として用いられることができる。   Note that the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment can be used as a trigger generator even in a circuit that originally does not require a timing device such as an asynchronous circuit.

また、本実施形態の圧電振動子100では、基体1としてSOI基板を用いて、絶縁層3上に半導体集積回路と圧電振動子100を混載して圧電振動子モジュールを形成することができる。これにより、モジュールパッケージを小型化することができる。   In the piezoelectric vibrator 100 of the present embodiment, a piezoelectric vibrator module can be formed by using the SOI substrate as the base 1 and mounting the semiconductor integrated circuit and the piezoelectric vibrator 100 on the insulating layer 3. Thereby, a module package can be reduced in size.

また、本実施形態の圧電振動子100では、基体1としてSOI基板を用いて、絶縁層3上に発振回路と圧電振動子100を混載することができる。SOI基板を用いたデバイスでは、動作電圧を低くすることができるため、本実施形態の圧電振動子100によれば、低消費電力のワンチップクロックモジュールを提供することができる。   Further, in the piezoelectric vibrator 100 according to the present embodiment, the oscillation circuit and the piezoelectric vibrator 100 can be mixedly mounted on the insulating layer 3 by using an SOI substrate as the base 1. In the device using the SOI substrate, the operating voltage can be lowered. Therefore, according to the piezoelectric vibrator 100 of this embodiment, a one-chip clock module with low power consumption can be provided.

5. 次に、本実施形態の圧電振動子およびその製造方法の変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した圧電振動子100およびその製造方法(以下「圧電振動子100の例」という)と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。図12は、本変形例の圧電振動子300を概略的に示す断面図である。   5). Next, a modification of the piezoelectric vibrator and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Differences from the above-described piezoelectric vibrator 100 and its manufacturing method (hereinafter referred to as “example of the piezoelectric vibrator 100”) will be described, and description of similar points will be omitted. FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric vibrator 300 of this modification.

圧電振動子100の例では、空隙部80の下に第2開口部82を設ける場合について説明したが、本変形例では、第2開口部82を設けないことができる。本変形例の圧電振動子300では、図12に示すように、基板2に開口部が設けられていない。なお、図12に示す例では、酸化物層7(図2参照)は設けられていない。   In the example of the piezoelectric vibrator 100, the case where the second opening 82 is provided below the gap 80 has been described. However, in the present modification, the second opening 82 can be omitted. In the piezoelectric vibrator 300 of this modification, as shown in FIG. 12, the substrate 2 is not provided with an opening. In the example shown in FIG. 12, the oxide layer 7 (see FIG. 2) is not provided.

本変形例の圧電振動子300を得るには、例えば、まず、圧電振動子100の例と同様に、支持部40、振動部10、および第1開口部42を形成する工程(図9参照)までを行う。次に、第1開口部42により露出した部分から基体1の絶縁層3の一部をウェットエッチング法などにより除去して、少なくとも振動部10の下に空隙部80を形成する。このエッチング工程においては、絶縁層3を選択的に除去することができる。即ち、絶縁層3をエッチングする際には、半導体層4および基板2のエッチング速度は、絶縁層3のエッチング速度よりも遅い。半導体層4がエッチングされにくいため、エッチング液が振動部10の下まで回り込んで、振動部10の下の絶縁層3を除去することができる。その後、第1レジスト層90をアッシングにより除去する。   In order to obtain the piezoelectric vibrator 300 of the present modification, for example, first, similarly to the example of the piezoelectric vibrator 100, the step of forming the support portion 40, the vibration portion 10, and the first opening portion 42 (see FIG. 9). Do up to. Next, a part of the insulating layer 3 of the base 1 is removed from the portion exposed by the first opening 42 by a wet etching method or the like, so that a gap 80 is formed at least under the vibrating portion 10. In this etching step, the insulating layer 3 can be selectively removed. That is, when etching the insulating layer 3, the etching rate of the semiconductor layer 4 and the substrate 2 is slower than the etching rate of the insulating layer 3. Since the semiconductor layer 4 is difficult to be etched, the etching solution can reach under the vibrating portion 10 and the insulating layer 3 under the vibrating portion 10 can be removed. Thereafter, the first resist layer 90 is removed by ashing.

上記のような工程を経て、本変形例の圧電振動子300を形成することができる。   Through the steps as described above, the piezoelectric vibrator 300 of this modification can be formed.

なお、上述した変形例は一例であって、これに限定されるわけではない。   In addition, the modification mentioned above is an example, Comprising: It is not necessarily limited to this.

6. 次に、上述した圧電振動子を有する発振器を説明する。   6). Next, an oscillator having the above-described piezoelectric vibrator will be described.

図13は、上述した圧電振動子100を有する発振器500の基本的構成を示す回路図である。この回路(発振回路)は、例えばCMOSインバータからなる増幅器401と、増幅器401の入出力間に接続された帰還回路と、を含む。帰還回路は、圧電振動子100と、抵抗403と、2つのコンデンサ404,405と、を有する。増幅器401には、直流電源から電圧Eが印加されている。電源電圧Eを増大させていき発振開始電圧になると、電流Iが急激に増加して発振が開始される。さらに電源電圧Eを増大させると、発振状態を保ちながら電流Iがほぼ比例して増加する。   FIG. 13 is a circuit diagram showing a basic configuration of an oscillator 500 having the piezoelectric vibrator 100 described above. This circuit (oscillation circuit) includes, for example, an amplifier 401 composed of a CMOS inverter and a feedback circuit connected between the input and output of the amplifier 401. The feedback circuit includes the piezoelectric vibrator 100, a resistor 403, and two capacitors 404 and 405. A voltage E is applied to the amplifier 401 from a DC power supply. When the power supply voltage E is increased and the oscillation start voltage is reached, the current I increases rapidly and oscillation starts. When the power supply voltage E is further increased, the current I increases almost proportionally while maintaining the oscillation state.

図14は、本実施形態に係る発振器500を概略的に示す平面図であり、図15は、発振器500を概略的に示す断面図である。なお、図15は、図14のXV−XV線断面図である。また、図14および図15では、便宜上、圧電振動子100を簡略化して示している。   FIG. 14 is a plan view schematically showing the oscillator 500 according to the present embodiment, and FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the oscillator 500. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. 14 and 15 show the piezoelectric vibrator 100 in a simplified manner for convenience.

発振器500は、封止材502により封止されている。IC(集積回路)503は、金線などのボンディングワイヤ504により外部端子570に接続されている。外部端子570は、リードフレーム505および接合材506を介して、実装端子541と電気的に接続されている。実装端子541は、配線(図示せず)などにより、圧電振動子100の各電極と電気的に接続されている。圧電振動子100は、蓋部材539やシール部材540などにより封止されている。   The oscillator 500 is sealed with a sealing material 502. The IC (integrated circuit) 503 is connected to the external terminal 570 by a bonding wire 504 such as a gold wire. The external terminal 570 is electrically connected to the mounting terminal 541 via the lead frame 505 and the bonding material 506. The mounting terminal 541 is electrically connected to each electrode of the piezoelectric vibrator 100 by wiring (not shown). The piezoelectric vibrator 100 is sealed with a lid member 539, a seal member 540, and the like.

図16は、本実施形態に係る発振器500の製造工程例を概略的に示す図である。   FIG. 16 is a diagram schematically showing a manufacturing process example of the oscillator 500 according to the present embodiment.

まず、ICウェハに対してテープ貼りおよびダイシングを行う。次に、IC503のチップをリードフレーム505に搭載する。次に、ボンディングワイヤ504を用いてIC503に対してワイヤボンディングを行う。   First, tape attachment and dicing are performed on the IC wafer. Next, the chip of the IC 503 is mounted on the lead frame 505. Next, wire bonding is performed on the IC 503 using the bonding wires 504.

次に、圧電振動子100の実装端子541を、半田などの接合材506を用いてリードフレーム505に接合して、圧電振動子100をマウントする。次に、封止材(モールド材)502を用いて、圧電振動子100、IC503などを樹脂封止する。その後、特性検査、マーキングを行い、テーピング、梱包し、出荷される。   Next, the mounting terminal 541 of the piezoelectric vibrator 100 is joined to the lead frame 505 using a joining material 506 such as solder, and the piezoelectric vibrator 100 is mounted. Next, the piezoelectric vibrator 100, the IC 503, and the like are resin-sealed using a sealing material (mold material) 502. After that, characteristic inspection and marking are performed, taping, packing, and shipment.

また、図示はしないが、圧電振動子100が形成される基体1(図2参照)に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子100に平面的に隣接するICを形成し、本実施形態に係る発振器を形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の発振器を形成することができる。   Although not shown, an IC that is planarly adjacent to the piezoelectric vibrator 100 is formed on the base body 1 (see FIG. 2) on which the piezoelectric vibrator 100 is formed by using a semiconductor process, and according to the present embodiment. An oscillator can also be formed. Thereby, the package can be omitted, and a one-chip type oscillator can be formed.

7. 次に、上述した圧電振動子を有するリアルタイムクロックを説明する。   7). Next, a real-time clock having the above-described piezoelectric vibrator will be described.

図17は、上述した発振器(OSC)500を有するリアルタイムクロック600を概略的に示す回路ブロック図である。リアルタイムクロック600の集積回路部は、単一の基板601に集積され、マイクロプロセッサ(図示せず)と接続されている。   FIG. 17 is a circuit block diagram schematically showing a real-time clock 600 having the oscillator (OSC) 500 described above. The integrated circuit portion of the real-time clock 600 is integrated on a single substrate 601 and connected to a microprocessor (not shown).

計時用接続端子602,603に接続されている発振器500からは高周波(例えば32kHz)のクロックパルスが出力される。クロックパルスは分周回路605で分周され、1Hzの計時パルスが計時カウンタ606に入力される。計時カウンタ606は、例えば、秒計時ビットsと、分計時ビットmと、時計時ビットhと、曜日計時ビットdと、日計時ビットDと、月計時ビットMと、年計時ビットYとから構成されている。所定数の計時パルスが計時カウンタ606に入力されると、それぞれの計時ビットは繰り上がることができる。   A clock pulse of high frequency (for example, 32 kHz) is output from the oscillator 500 connected to the timing connection terminals 602 and 603. The clock pulse is frequency-divided by the frequency dividing circuit 605, and a time measuring pulse of 1 Hz is input to the time counting counter 606. The clock counter 606 includes, for example, a second clock bit s, a minute clock bit m, a clock clock bit h, a day clock bit d, a daily clock bit D, a monthly clock bit M, and an annual clock bit Y. Has been. When a predetermined number of timing pulses are input to the timing counter 606, each timing bit can be incremented.

計時カウンタ606の計時ビットを書き換える場合には、まず、マイクロプロセッサからセレクト入力端子607にセレクト信号を供給する。次に、マイクロプロセッサからデータ入力端子608に、書き換えるべき情報を表すデータビットと、計時ビットのアドレスを表すアドレスビットと、計時カウンタ606への書き込み動作を表す操作ビットとから構成される外部情報を供給する。その結果、外部情報は、直列に接続されたシフトレジスタ609,610に記憶される。そして、コマンドデコーダ612は、シフトレジスタ610に記憶された操作ビットとアドレスビットに基づき、ライトイネーブル信号を計時カウンタ606に送出するとともに、計時ビットを指定するアドレス信号を出力する。その結果、シフトレジスタ609に記憶されたデータビットが計時カウンタ606の計時ビットに書き込まれ、リアルタイムデータの書き換えが行われる。   When rewriting the clock bit of the clock counter 606, first, a select signal is supplied from the microprocessor to the select input terminal 607. Next, external information composed of a data bit representing information to be rewritten, an address bit representing the address of the timekeeping bit, and an operation bit representing a write operation to the timekeeping counter 606 is input from the microprocessor to the data input terminal 608. Supply. As a result, the external information is stored in the shift registers 609 and 610 connected in series. Then, the command decoder 612 sends a write enable signal to the time counter 606 based on the operation bit and address bit stored in the shift register 610 and outputs an address signal designating the time bit. As a result, the data bits stored in the shift register 609 are written into the timekeeping bits of the timekeeping counter 606, and real-time data is rewritten.

また、計時カウンタ606からリアルタイムデータを読み出す場合には、マイクロプロセッサから、読み出し動作を表す操作ビットを有する外部情報を送出させる。そして、コマンドデコーダ612は、計時カウンタ606へのライトイネーブル信号をインアクティブ状態にする。その結果、インバータ613がアクティブ状態のライトイネーブル信号をシフトレジスタ609に供給し、シフトレジスタ609が読み込み可能状態になり、計時カウンタ606の内容はシフトレジスタ609に読み出される。シフトレジスタ609に読み出されたリアルタイムデータは、クロック入力端子614に印加されるクロック信号に同期して、データ出力端子615に転送され、例えばマイクロプロセッサのレジスタなどに送出される。   When real-time data is read from the time counter 606, external information having an operation bit indicating a read operation is transmitted from the microprocessor. Then, the command decoder 612 sets the write enable signal to the time counter 606 to an inactive state. As a result, the inverter 613 supplies the write enable signal in the active state to the shift register 609, the shift register 609 becomes ready for reading, and the contents of the time counter 606 are read to the shift register 609. The real-time data read to the shift register 609 is transferred to the data output terminal 615 in synchronization with the clock signal applied to the clock input terminal 614, and is sent to, for example, a microprocessor register.

なお、例えば計算結果などのデータは、ランダムアクセスメモリ(RAM)616に記憶させることができる。   For example, data such as calculation results can be stored in a random access memory (RAM) 616.

図18は、本実施形態に係るリアルタイムクロック600を概略的に示す上面透視図であり、図19は、リアルタイムクロック600を概略的に示す側面透視図である。なお、図19は、図18の矢印XIXの方向に見た図である。   18 is a top perspective view schematically showing the real-time clock 600 according to the present embodiment, and FIG. 19 is a side perspective view schematically showing the real-time clock 600. FIG. 19 is a view seen in the direction of arrow XIX in FIG.

発振回路などを有するICチップ651は、リードフレーム652のアイランド部653に導電性接着剤などで接着固定されている。ICチップ651の上面に設けられた各電極パッド654は、ボンディングワイヤ655により、パッケージの外周部に配置された入出力用リード端子656と電気的に接続されている。平面視において、ICチップ651の隣には、圧電振動子100を内部に収めている振動子用筐体657が配置されている。振動子用筐体657内には、例えば、図1および図2に示す圧電振動子100が気密状態で封止されている。圧電振動子100の各電極に電気的に接続されたリード658は、振動子用筐体657内から外に突出している。リード658は、リードフレーム652の接続パッド659に導電性接着剤などで接着固定されている。ICチップ651、リードフレーム652および振動子用筐体657は、樹脂660により一体成形されてパッケージ化されている。   An IC chip 651 having an oscillation circuit or the like is bonded and fixed to the island portion 653 of the lead frame 652 with a conductive adhesive or the like. Each electrode pad 654 provided on the upper surface of the IC chip 651 is electrically connected to an input / output lead terminal 656 disposed on the outer periphery of the package by a bonding wire 655. In plan view, a vibrator housing 657 that houses the piezoelectric vibrator 100 is disposed next to the IC chip 651. In the vibrator housing 657, for example, the piezoelectric vibrator 100 shown in FIGS. 1 and 2 is sealed in an airtight state. Leads 658 that are electrically connected to the respective electrodes of the piezoelectric vibrator 100 protrude from the vibrator housing 657 to the outside. The lead 658 is bonded and fixed to the connection pad 659 of the lead frame 652 with a conductive adhesive or the like. The IC chip 651, the lead frame 652, and the vibrator housing 657 are integrally molded with a resin 660 and packaged.

また、図示はしないが、圧電振動子100が形成される基体1(図2参照)に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子100に平面的に隣接するICを形成し、本実施形態に係るリアルタイムクロックを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型のリアルタイムクロックを形成することができる。   Although not shown, an IC that is planarly adjacent to the piezoelectric vibrator 100 is formed on the base body 1 (see FIG. 2) on which the piezoelectric vibrator 100 is formed by using a semiconductor process, and according to the present embodiment. A real time clock can also be formed. As a result, the package can be omitted, and a one-chip real-time clock can be formed.

8. 次に、上述した圧電振動子を有する電波時計受信モジュールを説明する。   8). Next, a radio clock receiver module having the above-described piezoelectric vibrator will be described.

図20は、本実施形態に係る電波時計受信モジュールを概略的に示す回路ブロック図である。   FIG. 20 is a circuit block diagram schematically showing the radio clock receiver module according to the present embodiment.

電波時計受信モジュールの周波数フィルタ805は、上述した圧電振動子100(100A,100B)を有する。   The frequency filter 805 of the radio clock receiver module includes the piezoelectric vibrator 100 (100A, 100B) described above.

電波時計は、時刻情報を含む標準電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)に標準電波を送信する送信所がある。   The radio timepiece is a timepiece having a function of receiving a standard radio wave including time information and automatically correcting and displaying the correct time. In Japan, there are transmitting stations that transmit standard radio waves to Fukushima Prefecture (40 kHz) and Saga Prefecture (60 kHz).

アンテナ801は、40kHzまたは60kHzの長波の標準電波を受信する。標準電波は、40kHzまたは60kHzの搬送波に振幅変調(AM)をかけて時刻情報(タイムコード)を乗せたものである。   The antenna 801 receives a long standard wave of 40 kHz or 60 kHz. The standard radio wave is obtained by applying time modulation (AM) to a carrier wave of 40 kHz or 60 kHz and carrying time information (time code).

受信された標準電波は、アンプ802によって増幅され、搬送周波数と同一の共振周波数を有する圧電振動子100A,100Bを有する周波数フィルタ805によって、濾波、同調される。濾波された所定周波数の信号は、検波・整流回路806により検波復調される。そして、波形整形回路807を介してタイムコードが取り出され、中央演算処理装置(CPU)808でカウントされる。CPU808では、例えば、現在の年、積算日、曜日、時刻などの情報が読み取られる。読み取られた情報は、リアルタイムクロック(RTC)809に反映されて、正確な時刻情報が表示される。   The received standard radio wave is amplified by the amplifier 802 and filtered and tuned by the frequency filter 805 having the piezoelectric vibrators 100A and 100B having the same resonance frequency as the carrier frequency. The filtered signal having a predetermined frequency is detected and demodulated by a detection / rectification circuit 806. Then, the time code is taken out via the waveform shaping circuit 807 and counted by the central processing unit (CPU) 808. The CPU 808 reads information such as the current year, accumulated date, day of the week, and time, for example. The read information is reflected in a real time clock (RTC) 809, and accurate time information is displayed.

搬送波は40kHzまたは60kHzであるから、周波数フィルタ805の圧電振動子100A,100Bには、本発明に係る圧電振動子が好適である。   Since the carrier wave is 40 kHz or 60 kHz, the piezoelectric vibrator according to the present invention is suitable for the piezoelectric vibrators 100A and 100B of the frequency filter 805.

また、図示はしないが、圧電振動子100が形成される基体1(図2参照)に対して半導体プロセスを用いて圧電振動子100に平面的に隣接するICを形成し、本実施形態に係る電波時計受信モジュールを形成することもできる。これにより、パッケージを省略することができ、ワンチップ型の電波時計受信モジュールを形成することができる。   Although not shown, an IC that is planarly adjacent to the piezoelectric vibrator 100 is formed on the base body 1 (see FIG. 2) on which the piezoelectric vibrator 100 is formed by using a semiconductor process, and according to the present embodiment. A radio clock receiver module can also be formed. As a result, the package can be omitted, and a one-chip radio timepiece receiving module can be formed.

9. 上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。   9. Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

本実施形態に係る圧電振動子を概略的に示す平面図。FIG. 3 is a plan view schematically showing the piezoelectric vibrator according to the embodiment. 本実施形態に係る圧電振動子を概略的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the piezoelectric vibrator according to the embodiment. 圧電体層の振動部に対する長さ比と電気機械結合係数の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the length ratio with respect to the vibration part of a piezoelectric material layer, and an electromechanical coupling coefficient. 圧電体層の始端位置と終端位置を変化させた場合のkの分布を示す図。It shows the distribution of k 2 in the case of changing the start position and end position of the piezoelectric layer. 圧電体層の始端位置と終端位置を変化させた場合のkの分布を示す図。It shows the distribution of k 2 in the case of changing the start position and end position of the piezoelectric layer. 圧電体層の終端位置に対する電気機械結合係数kの2乗の変化を示す図。The figure which shows the change of the square of the electromechanical coupling coefficient k with respect to the terminal position of a piezoelectric material layer. 圧電体層の始端位置に対する電気機械結合係数kの2乗の変化を示す図。The figure which shows the change of the square of the electromechanical coupling coefficient k with respect to the starting end position of a piezoelectric material layer. 本実施形態の圧電振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the piezoelectric vibrator of this embodiment. 本実施形態の圧電振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the piezoelectric vibrator of this embodiment. 本実施形態の圧電振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the piezoelectric vibrator of this embodiment. 本実施形態の圧電振動子の一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the piezoelectric vibrator of this embodiment. 本実施形態の圧電振動子の変形例を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically the modification of the piezoelectric vibrator of this embodiment. 本実施形態の発振器の基本的構成を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a basic configuration of an oscillator according to an embodiment. 本実施形態の発振器を概略的に示す平面図。FIG. 2 is a plan view schematically showing the oscillator according to the embodiment. 本実施形態の発振器を概略的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing an oscillator according to an embodiment. 本実施形態の発振器の製造工程例を概略的に示す図。The figure which shows schematically the example of a manufacturing process of the oscillator of this embodiment. 本実施形態のリアルタイムクロックを概略的に示す回路ブロック図。FIG. 2 is a circuit block diagram schematically showing a real-time clock according to the present embodiment. 本実施形態のリアルタイムクロックを概略的に示す上面透視図。FIG. 2 is a top perspective view schematically showing a real-time clock according to the present embodiment. 本実施形態のリアルタイムクロックを概略的に示す側面透視図。FIG. 3 is a side perspective view schematically showing a real-time clock according to the present embodiment. 本実施形態の電波時計受信モジュールを概略的に示す回路ブロック図。1 is a circuit block diagram schematically showing a radio clock receiver module of the present embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 基体、2 基板、3 絶縁層、4 半導体層、5 下地層、7 酸化物層、10 振動部、20 駆動部、22 第1電極、24 圧電体層、26 第2電極、40 支持部、42 第1開口部、80 空隙部、82 第2開口部、90 第1レジスト層、92 レジスト開口部、94 第2レジスト層、96 レジスト開口部、100,300 圧電振動子、401 増幅器、403 抵抗、404,405 コンデンサ、500 発振器、502 封止材、503 集積回路、504 ボンディングワイヤ、505 リードフレーム、506 接合材、539 蓋部材、540 シール部材、541 実装端子、570 外部端子、600 リアルタイムクロック、601 基板、602,603 計時用接続端子、605 分周回路、606 計時カウンタ、607 セレクト入力端子、608 データ入力端子、609,610 シフトレジスタ、612 コマンドデコーダ、613 インバータ、614 クロック入力端子、615 データ出力端子、616 ランダムアクセスメモリ、651 集積回路チップ、652 リードフレーム、653 アイランド部、654 電極パッド、655 ボンディングワイヤ、656 入出力用リード端子、657 振動子用筐体、658 リード、659 接続パッド、660 樹脂、801 アンテナ、802 アンプ、805 周波数フィルタ、806 検波・整流回路、807 波形整形回路,808 中央演算処理装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base | substrate, 2 Substrate, 3 Insulating layer, 4 Semiconductor layer, 5 Underlayer, 7 Oxide layer, 10 Oscillating part, 20 Drive part, 22 1st electrode, 24 Piezoelectric layer, 26 2nd electrode, 40 Support part, 42 First opening portion, 80 gap portion, 82 second opening portion, 90 first resist layer, 92 resist opening portion, 94 second resist layer, 96 resist opening portion, 100, 300 piezoelectric vibrator, 401 amplifier, 403 resistance 404,405 capacitor, 500 oscillator, 502 sealing material, 503 integrated circuit, 504 bonding wire, 505 lead frame, 506 bonding material, 539 lid member, 540 sealing member, 541 mounting terminal, 570 external terminal, 600 real-time clock, 601 circuit board, 602, 603 timing connection terminal, 605 frequency dividing circuit, 606 timing counter, 607 Select input terminal, 608 Data input terminal, 609, 610 Shift register, 612 Command decoder, 613 Inverter, 614 Clock input terminal, 615 Data output terminal, 616 Random access memory, 651 Integrated circuit chip, 652 Lead frame, 653 Island part , 654 Electrode pad, 655 Bonding wire, 656 Input / output lead terminal, 657 Vibrator housing, 658 Lead, 659 Connection pad, 660 Resin, 801 Antenna, 802 Amplifier, 805 Frequency filter, 806 Detector / rectifier circuit, 807 Waveform shaping circuit, 808 Central processing unit

Claims (2)

基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体と、
前記半導体層の一部を用いて形成された支持部と、
前記半導体層の一部を用いて形成され、一端を前記支持部に固定し他端を自由にした1本の振動部と、
前記振動部の上方に形成され、該振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、を含み、
前記駆動部は、
第1電極と、
前記第1電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第2電極と、を有し、
前記圧電体層の一端は、平面視において、前記振動部の固定端に揃っており、
前記圧電体層の前記振動部に対する長さ比は、0.3以上0.7以下である、圧電振動子。
A base having a substrate, an insulating layer formed above the substrate, and a semiconductor layer formed above the insulating layer;
A support formed using a portion of the semiconductor layer;
One vibration part formed using a part of the semiconductor layer, one end fixed to the support part and the other end free,
A drive unit that is formed above the vibrating unit and generates bending vibration of the vibrating unit,
The drive unit is
A first electrode;
A piezoelectric layer formed above the first electrode;
A second electrode formed above the piezoelectric layer,
One end of the piezoelectric layer is aligned with the fixed end of the vibration part in plan view,
A piezoelectric vibrator in which a length ratio of the piezoelectric layer to the vibrating portion is 0.3 or more and 0.7 or less.
請求項1に記載の圧電振動子を有する、発振器。 An oscillator comprising the piezoelectric vibrator according to claim 1 .
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6028927B2 (en) * 2013-03-27 2016-11-24 セイコーエプソン株式会社 Vibrator manufacturing method, vibrator, and oscillator
CN104505459B (en) * 2014-11-27 2017-06-30 南京航空航天大学 A kind of viscose glue solidification equipment of ring piezoelectric transducer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60167497U (en) * 1984-04-13 1985-11-07 日本電気株式会社 Ultrasonic sensor
US5023503A (en) * 1990-01-03 1991-06-11 Motorola, Inc. Super high frequency oscillator/resonator
JP3240219B2 (en) * 1993-08-20 2001-12-17 雅則 奥山 Ultrasonic sensor
JPH07113643A (en) * 1993-10-15 1995-05-02 Nikon Corp Piezoelectric vibrational angular velocity meter
JPH10173476A (en) * 1996-12-06 1998-06-26 Riken Corp Tuning fork piezoelectric oscillator
JP3891190B2 (en) * 2004-05-21 2007-03-14 ソニー株式会社 Piezoelectric element, piezoelectric device and angular velocity sensor

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