JP6994164B2 - 共振子及び共振装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献1に記載された複数の振動腕を有する振動子は、振動腕の先端がその基端よりも可動範囲が大きいため、例えば、振動子の落下衝撃によって振動腕の先端が蓋材などに衝突し、先端が破損する場合があった。
以下、添付の図面を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の外観を概略的に示す斜視図である。また、図2は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の構造を概略的に示す分解斜視図である。
上蓋30はXY平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部31が形成されている。凹部31は、側壁33に囲まれており、共振子10が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
下蓋20は、XY平面に沿って設けられる矩形平板状の底板22と、底板22の周縁部からZ軸方向(すなわち、下蓋20と共振子10との積層方向)に延びる側壁23とを有する。下蓋20には、共振子10と対向する面において、底板22の表面と側壁23の内面とによって形成される凹部21が設けられる。凹部21は、共振子10の振動空間の一部を形成する。上述した上蓋30と下蓋20とによって、この振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
図3は、本実施形態に係る、共振子10の構造を概略的に示す平面図である。図3を用いて本実施形態に係る共振子10の、各構成について説明する。共振子10は、振動部120と、保持部140と、保持腕111、112と及びビアV1、V2、V3、V4を備えている。
振動部120は、図3の直交座標系におけるXY平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部120は、保持部140の内側に設けられており、振動部120と保持部140との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図3の例では、振動部120は、基部130と4本の振動腕135A~135D(まとめて「振動腕135」とも呼ぶ。)とを有している。なお、振動腕の数は、4本に限定されず、例えば1本以上の任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕135と、基部130とは、一体に形成されている。
保持部140は、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部140は、平面視において、XY平面に沿って振動部120の外側を囲むように設けられる。なお、保持部140は、振動部120の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。例えば、保持部140は、振動部120を保持し、また、上蓋30及び下蓋20と接合できる程度に、振動部120の周囲に設けられていればよい。
保持腕111及び保持腕112は、保持部140の内側に設けられ、基部130の後端131Bと枠体140c、140dとを接続する。図3に示すように、保持腕111と保持腕112とは、基部130のX軸方向の中心線に沿ってYZ平面に平行に規定される仮想平面Pに対して略面対称に形成される。
ビアV1、V2、V3、V4は振動腕135における先端部近傍上に形成された金属が充填された孔であり、周波数調整膜236A、236B、236C、236Dと、後述する金属層E2(図4参照)とを電気的に接続させる。図4においては、二点鎖線及び破線は電気的な接続を示しており、破線は、特にビアV1、V2、V3、V4による電気的な接続を示している。以下、ビアV1~V4のそれぞれは、ビア電極ともいう。
図4を用いて共振子10の積層構造について説明する。図4は、図3のAA´断面、及び共振子10の電気的な接続態様を模式的に示す概略図である。
また、Si基板F2に用いられる縮退Siの抵抗値は、例えば1.6mΩ・cm未満であり、より好ましくは1.2mΩ・cm以下である。さらにSi基板F2の下面には酸化ケイ素(例えばSiO2)層(温度特性補正層)F21が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。
図4を参照して共振子10の機能について説明する。本実施形態では、外側の振動腕135A、135Dに印加される電界の位相と、内側の振動腕135B、135Cに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕135A、135Dと内側の振動腕135B、135Cとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕135A、135Dが上蓋30の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕135B、135Cは下蓋20の内面に向かって開放端を変位する。
次に周波数調整膜236の機能について説明する。本実施形態に係る共振装置1では、上述のような共振子10が形成された後、周波数調整膜236の膜厚を調整するトリミング工程が行われる。
図5を用いて本実施形態に係る共振子10における、周波数調整膜236と金属層E2との接続態様について説明する。図5は、図3のBB´断面を模式的に示す概略図であり、周波数調整膜236Dが金属層E2と接続される場合を示している。
第2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、周波数調整膜236E~236Hは、錘部Gが形成される領域から腕136の領域に亘って露出している。つまり、周波数調整膜236E~236Hは、振動腕135の腕136における、錘部Gとの接続箇所近傍と、錘部Gとにおいて露出している。
その他の周波数調整膜236E~236Hの構成は、第1実施形態における周波数調整膜236A~236Dの構成と同様である。
本実施形態では、ビアV5~V8は、それぞれ振動腕135A~135Dにおける周波数調整膜236E~236H上に形成される。具体的には、ビアV5~V8は、振動腕135の腕136における、錘部Gとの接続箇所近傍に形成されている。
その他のビアV5~V8の構成は、第1実施形態におけるビアV1~V4の構成と同様である。以下、ビアV5~V8のそれぞれは、ビア電極ともいう。
その他の共振装置1の構成、機能は第1の実施形態と同様である。
図7を用いて第3実施形態に係る共振子10Bの構成、機能について説明する。図7は、図5に対応し、本実施形態における共振子10Bの断面図である。図7に示すように、共振子10Bにおいては、周波数調整膜236Dは金属層E1と接続されている。このときビアV4は、金属層E1の表面が露出するように保護膜235、金属層E2及び圧電薄膜F3の一部を除去した孔に導電体が充填されて形成される。周波数調整膜236Dは、ビアV4を介して金属層E1に接続される。
その他の共振子10Bの構成は第1実施形態における共振子10の構成と同様である。
10 共振子
30 上蓋
20 下蓋
140 保持部
140a~d 枠体
111、112 保持腕
120 振動部
130 基部
135A~D 振動腕
F2 Si基板
F21 酸化ケイ素層(温度特性補正層)
V1~V8 ビア
235 保護膜
236 周波数調整膜
Claims (10)
- 固定端と開放端とを有し、屈曲振動する振動腕、並びに、前記振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の少なくとも一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保持腕と
を備え、
前記振動部は、
上部電極及び下部電極と、
前記上部電極と前記下部電極との間に設けられ、前記上部電極に対向する主面を有し、前記上部電極及び前記下部電極の間に電圧が印加されたときに前記振動腕を屈曲振動させる、圧電膜と、
前記上部電極を挟んで前記圧電膜の前記主面と対向して設けられ、前記振動腕における第1領域において露出した、絶縁体からなる保護膜と、
前記保護膜を挟んで前記圧電膜の前記主面と対向して設けられ、前記振動腕における第1領域と隣接する前記開放端近傍の領域である第2領域において露出した、導電膜と、
前記保護膜に形成され、前記導電膜を前記上部電極及び前記下部電極のいずれか一方に電気的に接続するビア電極と
を有し、
前記ビア電極は、
前記圧電膜の前記主面を平面視したとき、前記振動腕の前記第2領域内であって、前記開放端から前記固定端に向かう方向において前記開放端よりも前記第1領域に近い部分に位置する、
共振子。 - 前記振動腕は、
前記開放端近傍側に形成され、幅が他の領域よりも広い錘部と、
前記錘部に接続された腕部とを有する、
請求項1に記載の共振子。 - 前記第2領域は、前記錘部の少なくとも一部の領域を含む、
請求項2に記載の共振子。 - 前記第2領域は、前記腕部における前記錘部との接続箇所近傍の領域をさらに含む、請求項3に記載の共振子。
- 前記ビア電極は、前記圧電膜の前記主面を平面視したとき、前記第2領域のうち前記錘部の領域内に位置する、
請求項2又は3に記載の共振子。 - 前記ビア電極は、前記圧電膜の前記主面を平面視したとき、前記腕部における前記錘部との前記接続箇所近傍の領域であって、前記第2領域のうち前記腕部の領域内に位置する、
請求項4に記載の共振子。 - 前記上部電極は、前記圧電膜の前記主面を平面視したとき、前記振動腕の前記第1領域から前記第2領域にかけて延在していて、
前記ビア電極は、前記導電膜を前記上部電極に電気的に接続する、請求項1から6の何れか一項に記載の共振子。 - 前記上部電極は、前記圧電膜の前記主面を平面視したとき、前記振動腕の前記開放端に至るまで延在している、請求項7に記載の共振子。
- 前記上部電極は、前記圧電膜の前記主面を平面視したとき、前記第2領域と重ならないよう前記振動腕の前記第1領域内で延在しており、
前記ビア電極は、前記導電膜を前記下部電極に電気的に接続する、請求項1から6の何れか一項に記載の共振子。 - 請求項1乃至9の何れか一項に記載の共振子と、
前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
外部電極と
を備える共振装置。
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