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Description
以下、添付の図面を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の外観を概略的に示す斜視図である。この共振装置1は、下側基板14と、下側基板14との間に振動空間を形成する上側基板13と、下側基板14及び上側基板13の間に挟み込まれて保持される共振子10と、を備えている。共振子10は、MEMS技術を用いて製造されるMEMS振動子である。
(1−1.詳細構成)
振動部120は、図3の直交座標系におけるXY平面に沿って平板状に広がる略直方体の輪郭を有している。振動部120上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の上部電極121が設けられている。図3において、振動部120と上部電極121は、X軸方向に長辺、Y軸方向に短辺を有している。
図4は、図3のAA´断面図である。図4を用いて振動部120の積層構造について説明する。
圧電薄膜128は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜であり、たとえば、窒化アルミニウム等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。具体的には、圧電薄膜128は、窒化スカンジウムアルミニウム(ScAlN)により形成することができる。ScAlNは、窒化アルミニウム(AlN)におけるアルミニウム(Al)の一部をスカンジウム(Sc)に置換したものである。また、圧電薄膜128は、たとえば、0.8μmの厚さを有する。
また、上部電極121は、下部電極129と同様、たとえばモリブデン(Mo)やアルミニウム(Al)等の金属を用いて形成され、厚さ0.1μm程度である。
なお、保護膜235と調整膜236とは、質量低減速度の関係が上述のとおりであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。
次に、振動部120の各層の機能について説明する。振動部120は、交番電界が印加されることによって、XY平面内において輪郭振動する。
具体的には、圧電薄膜128はc軸方向(図4におけるZ軸方向)に配向しており、そのため、上部電極121と下部電極129に所定の電界を印加して、下部電極129と上部電極121との間に所定の電位差を形成すると、この電位差に応じて圧電薄膜128がXY面内方向において伸縮することにより、振動部120が輪郭振動する。
(2−1.詳細構成)
保持部11は、本実施形態では、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。なお、保持部11は、振動部120の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。保持部11は、振動部120と、XY平面に沿って振動部120の外側を囲むように設けられる。保持部11は、より具体的には、Y軸方向に平行に、振動部120の短辺に対向して延びる1対の長辺板状の枠体11a、11bと、振動部120の長辺に対向してX軸方向に平行に延び、その両端で枠体11a、11bの両端にそれぞれ接続される1対の短辺の枠体11c、11dと、を備えている。
以下の説明では、枠体11c側を共振子10の上側、枠体11d側を共振子10の下側として説明する。
図4に示すように、保持部11は、Si基板130上に、振動部120の下部電極129と同一のプロセスで一体形成された下部配線W129が形成されている。さらに下部配線W129を覆うように、圧電薄膜128が積層され、圧電薄膜128の上には、保護膜235が積層されている。保持部11は、Si基板130上に下部配線W129、圧電薄膜128、後述する上部配線W121の順に、振動部120のSi基板130、下部電極129、圧電薄膜128、及び上部電極121と一体形成される。その後、エッチング等の加工により望ましい形状となるように上部配線W121が除去された上に、保護膜235が積層されて形成される。
(3−1.詳細構成)
保持ユニット111は、XY平面に沿って保持部11の内側であって、振動部120の短辺と枠体11aとの間の空間に設けられ、振動部120の短辺と枠体11aとを接続する。また、保持ユニット112は、振動部120の短辺と枠体11bとの間の空間に設けられ、振動部120の短辺と枠体11bとを接続する。
図5(A)は図3のBB´断面図、図5(B)は図3のCC´断面図である。図5(A)及び(B)を用いて保持ユニット111、112の積層構造について説明する。
下部配線W129の上には、下部配線W129を覆うように圧電薄膜128が積層されている。さらに、圧電薄膜128上には、振動部120の上部電極121と同一のプロセスで一体形成された上部配線W121が設けられている。上部電極121と上部配線W121とは、振動部120から保持ユニット111、112へと亘って連続して形成されている。
保持ユニット111、112のSi基板130、下部配線W129、圧電薄膜128、上部配線W121は、振動部120のSi基板130、下部電極129、圧電薄膜128、上部電極121と一体形成され、エッチング等の加工により望ましい形状となるように上部配線W121が除去されて形成された上に、保護膜235が積層されて形成される。
(4−1.詳細構成)
引き出し電極W111は、枠体11aから保持ユニット111に亘って形成される。引き出し電極W111は、保持ユニット111上で上部配線W121と接続する。上部配線W121は、振動部120の上部電極121が連続して保持ユニット111へと形成された配線である。具体的には、上部配線W121は、振動部120の上部電極121と保持ユニット111との接続箇所から、保持ユニット111の途中または保持ユニット111と枠体11aとの接続箇所までを、連続して覆うように形成されている。
引き出し電極W111は、上部配線W121との接続箇所から枠体11aに亘って連続して形成されている。
図5(A)を参照して、引き出し電極W111の断面の構造について説明する。引き出し電極W111は、保持ユニット111の保護膜235の表面から、枠体11aの保護膜235の表面に亘って形成される。引き出し電極W111は、上部配線W121と、保持ユニット111上に保護膜235を貫通して形成されたビアV111を介して接続される。
(5−1.詳細構成)
引き出し電極W112は、枠体11bから保持ユニット112に亘って形成される。引き出し電極W112は、保持ユニット112上で下部配線W129と接続する。下部配線W129は、振動部120の下部電極129が連続して保持ユニット112へと形成された配線である。具体的には、下部配線W129は、振動部120の下部電極129と保持ユニット112との接続箇所から、保持ユニット112の途中または保持ユニット112と枠体11bとの接続箇所までを、連続して覆うように形成されている。
引き出し電極W112は、下部配線W129との接続箇所から枠体11bに亘って連続して形成されている。
図5(B)は、図3のCC´断面図である。図5(B)を参照して、引き出し電極W112の断面の構造について説明する。引き出し電極W112は、保持ユニット112の保護膜235の表面から、枠体11bの保護膜235の表面に亘って形成される。引き出し電極W112は、下部配線W129と、保持ユニット112上に、保護膜235、上部配線W121及び圧電薄膜128を貫通するように形成されたビアV112を介して接続される。なお、ビアV112と、上部配線W121とは、圧電薄膜128によって隔てられている。
第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
本実施形態では、振動部120は、4つの上部電極121〜124を有している。上部電極121と123とは後述するバスバーB121によって接続されている。
また、上部電極122と124とは後述するバスバーB122によって接続されている。
保持部11は、枠体11cと枠体11dとにおいて、保持ユニット111、112と接続している。その他の保持部11の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、保持ユニット111は、枠体11cと振動部120とを接続する。
保持ユニット111は腕111a(第2腕の一例である。)、111b(第2腕の一例である。)、111m(第1腕の一例である。)及び111nを有している。
保持ユニット111は、2本の腕111a、111bによって振動部120と接続する。腕111aは、一端が上部電極122の短辺の中央付近において、振動部120の長辺と接続し、他端が腕111mの一方の端部(以下、「屈曲部C111a」とも呼ぶ。)と略垂直に接続している。腕111bは、一端が上部電極123の短辺の中央付近において、振動部120の長辺と接続し、他端が腕111mの他方の端部(以下、「屈曲部C111b」とも呼ぶ。)と略垂直に接続している。
腕111nは、一端が腕111mの中央付近と略垂直に接続し、他端が枠体11cと接続している。すなわち、保持ユニット111は、腕111aと腕111m、及び腕111bと腕111mの接続箇所において屈曲し、途中で1本の腕111nに連結している。
保持ユニット111における、腕111nと腕111mの中心との接続点から、屈曲部C111a又はC111bまでの長さをL、振動部120の振動の波長をλとする。本実施形態では、保持ユニット111は、L=λ/4という関係式が成立するように、長さLが調整されている。これによって、振動部120の振動特性を向上させることができる。
具体的には、保持ユニット111の腕111mは、振動部120と同じ波長λで振動する。そのため、長さLをλ/4とすることで、振動波の節に相当する箇所に、屈曲部C111a、C111bを設けることができる。これによって、屈曲部C111a、C111bにおける音響反射効果が高められ、振動の閉じ込め性を向上させることができる。
保持ユニット112は腕112a(第2腕の一例である。)、112b(第2腕の一例である。)、112m(第1腕の一例である。)及び112nを有している。
腕112mは、振動部120の長辺と対向して、X軸方向に平行に延びている。
保持ユニット112は、2本の腕112a、112bによって振動部120と接続する。腕112aは、一端が上部電極122の短辺の中央付近において、振動部120の長辺と接続し、他端が腕112mの一方の端部(以下、「屈曲部C112a」とも呼ぶ。)と略垂直に接続している。腕112bは、一端が上部電極123の短辺の中央付近において、振動部120の長辺と接続し、他端が腕112mの他方の端部(以下、「屈曲部C112b」とも呼ぶ。)と略垂直に接続している。
腕112nは、一端が腕112mの中央付近と略垂直に接続し、他端が枠体11dと接続している。すなわち、保持ユニット112は、腕112aと腕112m、及び腕112bと腕112mの接続箇所において屈曲し、途中で1本の腕112nに連結している。
バスバーB121は、上部電極122に対向して、振動部120における枠体11c側の端部に設けられている。バスバーB121は、上部電極121における上部電極122と対向する長辺の上端(枠体11c側の端部)と、上部電極123における上部電極122と対向する長辺の上端(枠体11c側の端部)とに接続される。
配線W121aは、バスバーB121の中央付近に接続され、そこからバスバーB121に対して略垂直な方向に延び、腕111aの表面(腕111aにおける圧電薄膜128と保護膜235との間)から腕111mの一端(屈曲部C111a)における表面(腕111mにおける圧電薄膜128と保護膜235との間)に亘って設けられる。配W線121bは、上部電極123における枠体11c側の短辺の中央付近に接続され、そこから当該短辺に略垂直な方向に延び、腕111bの表面から腕111mの他端(屈曲部C111b)における表面(腕111mにおける圧電薄膜128と保護膜235との間)に亘って設けられる。
本実施形態では、引き出し電極W111は、枠体11cから保持ユニット111へと亘って形成されている。本実施形態の引き出し電極W111は、枠体11cと接続していない側がT字型の形状となっている。引き出し電極W111は、T字形状の端部のそれぞれが保持ユニット111の屈曲部C111a、C111bまで延びている。
本実施形態では、引き出し電極W112は、枠体11dから保持ユニット112へと亘って形成されている。本実施形態の引き出し電極W112は、枠体11dと接続していない側がT字型の形状となっている。引き出し電極W112は、T字形状の端部のそれぞれが保持ユニット112の屈曲部C112a、C112bまで延びている。
図7は、本実施形態に係る、共振子10の構造の一例を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。本実施形態に係る共振子10は、第1の実施形態で説明した構成に加えバスバーB121a、B121b、B122、配線W121c、W121d、W122c、W122d、及び引き出し電極W111A、W111B、W112A、W112Bを備えている。
本実施形態では、振動部120は、5つの上部電極121〜125を有している。
調整膜236は、上部電極121〜125の四隅に対応する領域において露出するように形成され、保護膜235は、その他の領域において露出するように形成されている。なお、保護膜235は、振動部120上において、例えば上部電極121〜125を覆う領域にのみ形成される構成でもよい。
振動部120の上部電極121〜125は、隣り合う電極同士が逆位相となるように電界が印加される。下部電極129は、本実施形態では、フローティング状態になっている。その他の振動部120の構成・機能は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、保持部11は、保持ユニット111、112との接続箇所に4つの屈曲振動部5a、5bを有している。屈曲振動部5a、5bとは、保持部11にスリット3a、3bを設けることにより、スリット3a、3bと保持ユニット111、112との間に設けられている部分である。すなわち、保持部11には、保持ユニット111、112の延びる方向と直交する方向に延びるスリット3a、3bが設けられている。屈曲振動部5a、5bの外側の一方の縁は、スリット3a、3bに臨んでおり、他方の縁は保持部11と振動部120との間の空間に臨んでいる。
本実施形態では、共振子10は、2対の保持ユニット111、112を有している。保持ユニット111、112はいずれも保持ユニット111、112に直交する方向に突出している振動緩衝部4a、4bを有している。振動緩衝部4a、4bは、それぞれ互いに対向する2対の腕41、42から形成される。腕41(1対の第1腕の一例である。)は、振動部120の長辺と略平行な方向に延びている。腕42(1対の第2腕の一例である。)は、腕41と略垂直な方向に設けられ、その両端で、腕41のそれぞれの両端と接続している。
その他の保持ユニット111、112の構成・機能は第1の実施形態と同様である。
バスバーB121aは、第2の実施形態におけるバスバーB121と同等の構成を有している。また、バスバーB122は、第2の実施形態におけるバスバーB122と同等の構成を有している。
配線W121cは、バスバーB121aの中央付近に接続される。配線W121cは、バスバーB121aとの接続箇所からバスバーB121aに対して略垂直に延び、振動緩衝部4a上における、腕41(振動部120側)の中央付近において二股に分岐して、腕41に沿って延びている。二股に分岐した配線W121cは、腕41と腕42との接続箇所(振動部120側)において、腕41と略垂直な方向に屈曲して腕42に沿って、当該腕42の上端(枠体11c側)まで延びている。
本実施形態では、引き出し電極W111Aは、枠体11cから保持ユニット111へと亘って形成されている。本実施形態の引き出し電極W111Aは、枠体11cと接続していない側がT字型の形状となっている。引き出し電極W111Aは、T字形状の端部のそれぞれが保持ユニット111の振動緩衝部4aにおける腕41(枠体11c側)の両端まで延びている。
なお、引き出し電極W111Bの構成・機能は、引き出し電極W111Aの構成・機能と同様である。
その他の引き出し電極W111A、W111Bの構成・機能は第1の実施形態における引き出し電極W111の構成・機能と同様である。
本実施形態では、引き出し電極W112Aは、枠体11dから保持ユニット112へと亘って形成されている。本実施形態の引き出し電極W112Aは、枠体11dと接続していない側がT字型の形状となっている。引き出し電極W112Aは、T字形状の端部のそれぞれが保持ユニット112の振動緩衝部4bの両端まで延びている。
なお、引き出し電極W112Bの構成・機能は、引き出し電極W112Aの構成・機能と同様である。
その他の引き出し電極W112A、W112Bの構成・機能は、第1の実施形態における引き出し電極W112の構成・機能と同様である。
図8は、本実施形態に係る、共振子10の構造の一例を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。本実施形態に係る共振子10は、第1の実施形態で説明した構成に加えバスバーB121m、B122m、及び配線W121e、W121f、W121n、W122e、W122f、W122nを備えている。
本実施形態では、振動部120は、4つの上部電極121〜124を有している。また、調整膜236は、上部電極121〜124の四隅に対応する領域において露出するように形成され、保護膜235は、その他の領域において露出するように形成されている。なお、保護膜235は、上部電極121〜124を覆う領域のみに形成される構成でもよい。
その他の振動部120の構成・機能は第1の実施形態と同様である。
本実施形態における保持部11の構成・機能は、第3の実施形態における保持部11の構成・機能と同様である。
本実施形態では、保持ユニット111は、枠体11cと振動部120とを接続する。
保持ユニット111は腕111a、111b、111c、111d、111m、及び111nを有している。
腕111nは、振動緩衝部4を有している。腕111nは、Y軸方向に平行に設けられ、腕111mと枠体11cとを接続する。なお、振動緩衝部4の構成・機能については、第3の実施形態における振動緩衝部4a、4bと同様である。
バスバーB121mは、振動部120の長辺と枠体11cとの間の空間に設けられている。具体的には、バスバーB121mは、腕111mの表面(腕111mにおける圧電薄膜128と保護膜235との間)に設けられ、X軸方向に平行に、上部電極121〜124に亘って、振動部120の長辺と対向して延びている。なお、バスバーB122mの構成・機能は、バスバーB121mの構成・機能と同様である。
配線W121eは、腕111aの表面(腕111aにおける圧電薄膜128と保護膜235との間)に設けられ、上部電極121を腕111a上に引き出し、バスバーB121mに接続させる。配線W121fは、腕111cの表面(腕111cにおける圧電薄膜128と保護膜235との間)に設けられ、上部電極121の電界と同位相の電界が印加される上部電極123を腕111c上に引き出し、バスバーB121mに接続させる。
本実施形態における引き出し電極W111の構成・機能は、第3の実施形態における引き出し電極W111Aの構成・機能と同様である。
本実施形態における引き出し電極W112の構成・機能は、第3の実施形態における引き出し電極W112Aの構成・機能と同様である。
図9は、本実施形態に係る、共振子10の構造の一例を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。本実施形態に係る共振子10は、第1の実施形態で説明した構成に加えバスバーB121m、B122m、及び配線W121e、W121f、W121k、W122e、W122f、W122kを備えている。
本実施形態における振動部120の構成・機能は、第4の実施形態における振動部120の構成・機能と同様である。
本実施形態における保持部11の構成・機能は、第2実施形態における保持部11の構成・機能と同様である。
本実施形態では、保持ユニット111は、枠体11cと振動部120とを接続する。
保持ユニット111は腕111a、111b、111c、111d、111m、111g、111f及びノード生成部130Aを有している。
腕112fの構成・機能は、腕111fの構成・機能と同様であり、腕112gの構成・機能は腕111gの構成・機能と同様であり、さらに、ノード生成部130Bの構成・機能はノード生成部130Bの構成・機能と同様である。
本実施形態におけるバスバーB121m、B122mの構成・機能は、第4の実施形態におけるバスバーB121m、B122mの構成・機能と同様である。
本実施形態における配線W121e、W121f、W122e、W122fの構成・機能は、第4の実施形態における配線W121e、W121f、W122e、W122fの構成・機能と同様である。
本実施形態における引き出し電極W111は、枠体11cから当該枠体11cに対して略垂直な方向に延び、そこから腕111gからノード生成部130Aにおける辺131aに亘って形成される。引き出し電極W111は、ノード生成部130Aにおける、辺131aと腕111fとの接続箇所付近において、配線W121kに接続される。引き出し電極W111と配線W121kとは、辺131aと腕111fとの接続箇所付近に、保護膜235を貫通するように形成されたビアV111を介して接続される。
その他の引き出し電極W111の構成・機能は第1の実施形態と同様である。
本実施形態における引き出し電極W112の構成・機能は、本実施形態における引き出し電極W111の構成・機能と同様である。
11 保持部
11a〜d 枠体
111 保持ユニット
111a、111b、111n 腕
112 保持ユニット
112a、112b、112n 腕
120 振動部
121〜125 上部電極
128 圧電薄膜
129 下部電極
130 Si基板
235 保護膜
236 調整膜
B121、B122 バスバー
W111、W112 引き出し電極
V111、V111a、V111b ビア
V112、V112a、V112b ビア
Claims (5)
- 第1の電極及び第2の電極と、当該第1の電極と前記第2の電極との間に形成される圧電膜と、を有する振動部と、
前記振動部を囲むように設けられた、保持部と、
前記振動部と前記保持部とを接続する、互いに対向して設けられた1対の保持ユニットと、
前記保持部から前記保持ユニットに亘って形成された引き出し電極と、
を備え、
前記第1の電極または前記第2の電極は、前記保持ユニットへ亘って形成され、前記保持ユニット上で前記引き出し電極と接続されており、
前記引き出し電極の単位面積あたりの電気抵抗値は、前記保持ユニットへ亘って形成された前記第1の電極または前記第2の電極の単位面積当たりの電気抵抗値よりも小さい、共振子。 - 前記保持ユニットは、
前記保持ユニットへ亘って形成された前記第1の電極または前記第2の電極の上に、絶縁体の保護膜をさらに有し、
前記引き出し電極は、
前記保護膜を貫通するビアを介して、前記保持ユニットへ亘って形成された前記第1の電極または前記第2の電極と接続することを特徴とする請求項1に記載の共振子。 - 前記第1の電極及び前記第2の電極の双方とも、前記保持ユニットへ亘って形成され、
前記引き出し電極は、前記第1の電極または前記第2の電極と接続することを特徴とする請求項2に記載の共振子。 - 前記保持ユニットは、
前記振動部の1辺と略平行な方向に設けられる第1腕と、
前記第1腕と略垂直な方向に設けられ、前記第1腕と振動部とを接続する第2腕と、
を有し、
前記引き出し電極は、
前記第1腕と前記第2腕との接続点において、ビアを介して前記第1の電極または前記第2の電極と接続することを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の共振子。 - 前記保持ユニットは、
前記振動部の1辺と略平行な方向に設けられる1対の第1腕と、前記1対の第1腕と略垂直な方向に設けられ、その両端で当該1対の第1腕の両端と接続する、1対の第2腕と、から形成される振動緩衝部
を備え、
前記引き出し電極は、
前記振動緩衝部の、前記第1腕と1対の第2腕との接続点において、ビアを介して第1の電極または第2の電極と接続されることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の共振子。
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