WO2016159022A1 - 共振子 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a resonator.
- a piezoelectric vibrator is used as a device for realizing a timekeeping function in an electronic device. Along with the downsizing of electronic equipment, the piezoelectric vibrator is also required to be downsized, and a resonator manufactured using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique has been attracting attention.
- MEMS Micro Electro Mechanical Systems
- a conventional resonator includes a rectangular vibrating portion, electrodes formed on the vibrating portion, a holding arm that connects the vibrating portion and the holding portion, and a holding arm. It is comprised from the wiring which leads the electrode provided on the holding
- the holding arm has an elongated shape so as not to disturb the vibration of the vibrating part.
- the resonance resistance in the holding arm is increased, and on the contrary, the vibration of the vibrating portion is hindered. There is.
- This invention is made in view of such a situation, and it aims at reducing the resonance resistance in the holding
- a resonator includes a vibration unit including a first electrode and a second electrode, and a piezoelectric film formed between the first electrode and the second electrode, and vibration.
- the first electrode or the second electrode is formed over the holding unit and is connected to the extraction electrode on the holding unit, and the electric resistance value per unit area of the extraction electrode is determined by the holding unit.
- the electric resistance value per unit area of the first electrode or the second electrode formed over the entire area is smaller.
- Such a resonator has a configuration in which the upper electrode on the holding unit is drawn out by the lead electrode having a smaller electric resistance value per unit area than the upper electrode. Thereby, the resonance resistance in the holding unit can be reduced.
- the holding unit further includes an insulating protective film on the first electrode or the second electrode formed over the holding unit, and the lead electrode is connected via a via penetrating the protective film, It is preferable to connect with the 1st electrode or 2nd electrode formed over the holding
- the extraction electrode and the electrode can be connected on the holding unit.
- both the first electrode and the second electrode are formed over the holding unit, and the extraction electrode is connected to the first electrode or the second electrode.
- both the upper electrode and the lower electrode can be connected by the extraction electrode.
- the holding unit includes a first arm provided in a direction substantially parallel to one side of the vibration unit, and a second arm provided in a direction substantially perpendicular to the first arm and connecting the first arm and the vibration unit.
- the lead electrode is preferably connected to the first electrode or the second electrode through a via at a connection point between the first arm and the second arm.
- the rigidity and mass of the bent portion can be increased by providing a via in the bent portion of the holding unit.
- the acoustic reflection effect at the bent portion can be enhanced and the vibration confinement can be improved.
- the holding unit is provided in a direction substantially perpendicular to the pair of first arms and the pair of first arms provided in a direction substantially parallel to one side of the vibration unit, and the pair of first arms at both ends thereof.
- a vibration buffer formed by a pair of second arms connected to both ends of one arm, and the extraction electrode is connected to the vibration buffer at a connection point between the first arm and the pair of second arms.
- the first electrode or the second electrode is preferably connected via a via.
- the resonance resistance in the holding unit that holds the vibrating portion is reduced.
- FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a structure of a resonance device according to a first embodiment. It is a top view which shows roughly an example of the structure of the resonator which concerns on 1st Embodiment. It is a figure which shows roughly an example of the structure of the cross section of the resonator which concerns on 1st Embodiment. It is a figure which shows roughly an example of the structure of the cross section of the resonator which concerns on 1st Embodiment. It is a top view which shows roughly an example of the structure of the resonator which concerns on 2nd Embodiment.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing the appearance of the resonance device 1 according to the first embodiment of the present invention.
- the resonance device 1 includes a lower substrate 14, an upper substrate 13 that forms a vibration space between the lower substrate 14, and a resonator 10 that is sandwiched and held between the lower substrate 14 and the upper substrate 13.
- the resonator 10 is a MEMS vibrator manufactured using the MEMS technology.
- FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the resonance device 1 according to the first embodiment of the present invention.
- the lower substrate 14 extends in a flat plate shape along the XY plane, and a flat rectangular parallelepiped concave portion 17 is formed on the upper surface thereof.
- the recess 17 forms a part of the vibration space of the resonator 10.
- the upper substrate 13 extends in a flat plate shape along the XY plane, and a flat rectangular parallelepiped concave portion 18 is formed on the lower surface thereof.
- the recess 18 forms part of the vibration space of the resonator 10. A vacuum state is maintained in this vibration space.
- the lower substrate 14 and the upper substrate 13 are made of, for example, silicon (Si).
- FIG. 3 is a plan view schematically showing the structure of the resonator 10 according to the present embodiment.
- the resonator 10 includes a vibrating unit 120, a holding unit 11, holding units 111 and 112, and lead electrodes W111 and W112.
- the vibrating unit 120 has a substantially rectangular parallelepiped outline extending in a flat plate shape along the XY plane in the orthogonal coordinate system of FIG.
- a rectangular plate-shaped upper electrode 121 having a length direction and a width direction is provided on the vibration unit 120.
- the vibration part 120 and the upper electrode 121 have a long side in the X-axis direction and a short side in the Y-axis direction.
- a protective film 235 is formed so as to cover the entire surface of the upper electrode 121. Further, two adjustment films 236 are stacked on the surface of the protective film 235 in parallel with the long side of the vibration unit 120.
- the protective film 235 and the adjustment film 236 are films for adjusting the resonance frequency of the vibration unit 120.
- the adjustment film 236 is formed so that the surface thereof is exposed in a relatively large displacement region in the vibration unit 120. Specifically, the adjustment film 236 is formed so as to be exposed in a region corresponding to the vicinity of both ends in the short side direction of the vibration unit 120. Further, the surface of the protective film 235 is exposed in other regions.
- a space is formed between the vibrating unit 120 and the holding unit 11 at a predetermined interval.
- the vibration unit 120 is connected to and held by the holding unit 11 by holding units 111 and 112 described later on a pair of short sides.
- the vibration part 120 is not held by the holding part 11 in a pair of long sides.
- (1-2. Laminated structure) 4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. A laminated structure of the vibration unit 120 will be described with reference to FIG.
- the vibration unit 120 has a lower electrode 129 (an example of a first electrode) stacked on a Si substrate 130 made of degenerate Si.
- the Si substrate 130 has a length of about 140 ⁇ m, a width of about 400 ⁇ m, and a thickness of about 10 ⁇ m.
- the lower electrode 129 is formed using, for example, a metal such as molybdenum (Mo) or aluminum (Al), and has a thickness of about 0.1 ⁇ m. Note that the Si substrate 130 made of degenerated Si may be used as the lower electrode without forming the lower electrode 129.
- a piezoelectric thin film 128 is laminated on the lower electrode 129 so as to cover the lower electrode 129, and an upper electrode 121 (an example of a second electrode) is further formed on the piezoelectric thin film 128.
- the upper electrode 121 may be divided into a plurality of parts.
- the piezoelectric thin film 128 is a piezoelectric thin film that converts an applied voltage into vibration.
- the piezoelectric thin film 128 can be mainly composed of a nitride such as aluminum nitride or an oxide.
- the piezoelectric thin film 128 can be formed of scandium aluminum nitride (ScAlN).
- ScALN is obtained by replacing a part of aluminum (Al) in aluminum nitride (AlN) with scandium (Sc).
- the piezoelectric thin film 128 has a thickness of 0.8 ⁇ m, for example.
- the upper electrode 121 is formed using a metal such as molybdenum (Mo) or aluminum (Al), and has a thickness of about 0.1 ⁇ m.
- a protective film 235 is laminated on the upper electrode 121 so as to cover the upper electrode 121, and an adjustment film 236 is further laminated on the protective film 235. After the adjustment film 236 is formed on substantially the entire surface of the vibration unit 120, the adjustment film 236 is formed only in a predetermined region by processing such as etching.
- the protective film 235 is formed of a material whose mass reduction rate by etching is slower than that of the adjustment film 236.
- the protective film 235 is formed of a nitride film such as AlN or an oxide film such as SiO2.
- the mass reduction rate is represented by the product of the etching rate (thickness removed per unit time) and the density.
- the adjustment film 236 is formed of a material whose mass reduction rate by etching is faster than that of the protective film 235.
- the adjustment film 236 is formed of a metal such as molybdenum (Mo), tungsten (W), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni).
- Mo molybdenum
- W tungsten
- Au gold
- Pt platinum
- Ni nickel
- the protective film 235 and the adjustment film 236 may have any etching rate relationship as long as the mass reduction rate relationship is as described above.
- Etching of the protective film 235 and the adjustment film 236 is performed, for example, by simultaneously irradiating the protective film 235 and the adjustment film 236 with an ion beam (for example, an argon (Ar) ion beam).
- the ion beam can be irradiated over a wider range than the resonator 10.
- an example is shown in which etching is performed using an ion beam, but the etching method is not limited to that using an ion beam.
- the vibration unit 120 is subjected to contour vibration in the XY plane when an alternating electric field is applied.
- the piezoelectric thin film 128 is oriented in the c-axis direction, so that a predetermined electric field is applied to the upper electrode 121 and the lower electrode 129, and a predetermined potential difference is generated between the lower electrode 129 and the upper electrode 121. Is formed, the piezoelectric thin film 128 expands and contracts in the XY in-plane direction in accordance with the potential difference, so that the vibration unit 120 undergoes contour vibration.
- the main factors that determine the resonance frequency of the vibration unit 120 include mass and spring constant.
- the etching of the protective film 235 and the adjustment film 236 causes a reduction in mass and a reduction in spring constant at the same time. Reducing the mass increases the resonance frequency, and decreasing the spring constant decreases the resonance frequency.
- the influence of the mass is relatively strong in the region where the displacement is large, and the influence of the spring constant is relatively strong in the region where the displacement is small.
- an adjustment film 236 is formed so as to be exposed in a region where the displacement is relatively large.
- the adjustment film 236 has a higher mass reduction rate by the ion beam than the protective film 235. For this reason, the mass of the region having a relatively large displacement is quickly reduced. Thereby, the resonance frequency can be raised.
- the protective film 235 is etched simultaneously with the adjustment film 236, the amount of change in the spring constant is small because the mass reduction rate is slower than that of the adjustment film 236. Therefore, the influence of the decrease in the resonance frequency accompanying the change in the spring constant is small. Therefore, in the vibration unit 120, it is possible to efficiently adjust the resonance frequency by simultaneously irradiating the protective film 235 and the adjustment film 236 with the ion beam.
- the temperature characteristics of the resonance frequency are affected by changes in the spring constant.
- the vibration unit 120 since the amount of change in the spring constant is small, it is possible to reduce the change in the temperature characteristic of the resonance frequency.
- the holding unit 11 is formed in a rectangular frame shape along the XY plane.
- maintenance part 11 should just be provided in at least one part of the circumference
- the holding unit 11 is provided so as to surround the vibration unit 120 and the outside of the vibration unit 120 along the XY plane. More specifically, the holding unit 11 includes a pair of long-side plate-like frames 11 a and 11 b extending in parallel with the X-axis direction so as to face the short side of the vibration unit 120, and the long side of the vibration unit 120.
- a pair of short-side frames 11c and 11d that extend in parallel to the Y-axis direction and are connected to both ends of the frames 11a and 11b at both ends thereof, respectively.
- the frame 11c side is described as the upper side of the resonator 10
- the frame 11d side is described as the lower side of the resonator 10.
- a lower wiring W ⁇ b> 129 that is integrally formed by the same process as the lower electrode 129 of the vibration unit 120 is formed on the Si substrate 130. Further, a piezoelectric thin film 128 is laminated so as to cover the lower wiring W 129, and a protective film 235 is laminated on the piezoelectric thin film 128.
- the holding unit 11 is integrally formed with the Si substrate 130, the lower electrode 129, the piezoelectric thin film 128, and the upper electrode 121 of the vibration unit 120 in this order on the Si substrate 130 in the order of the lower wiring W 129, the piezoelectric thin film 128, and the upper wiring W 121 described later. The Thereafter, the upper wiring W121 is removed so as to have a desired shape by processing such as etching, and a protective film 235 is laminated and formed.
- the holding unit 111 is provided inside the holding unit 11 along the XY plane and in a space between the short side of the vibrating unit 120 and the frame 11a, and the short side of the vibrating unit 120 and the frame 11a are connected to each other. Connecting.
- the holding unit 112 is provided in a space between the short side of the vibration unit 120 and the frame 11b, and connects the short side of the vibration unit 120 and the frame 11b.
- FIG. 5A is a BB ′ sectional view of FIG. 3
- FIG. 5B is a CC ′ sectional view of FIG. 3.
- a stacked structure of the holding units 111 and 112 will be described with reference to FIGS.
- the holding units 111 and 112 are formed on the Si substrate 130 made of a degenerate semiconductor by a lower wiring W129 integrally formed by the same process as the lower electrode 129 of the vibration unit 120. Are stacked.
- the lower electrode 129 and the lower wiring W129 are continuously formed from the vibrating unit 120 to the holding units 111 and 112.
- a piezoelectric thin film 128 is laminated on the lower wiring W129 so as to cover the lower wiring W129.
- an upper wiring W121 integrally formed by the same process as the upper electrode 121 of the vibration unit 120 is provided on the piezoelectric thin film 128, an upper wiring W121 integrally formed by the same process as the upper electrode 121 of the vibration unit 120 is provided.
- the upper electrode 121 and the upper wiring W121 are continuously formed from the vibrating unit 120 to the holding units 111 and 112.
- the Si substrate 130, the lower wiring W129, the piezoelectric thin film 128, and the upper wiring W121 of the holding units 111 and 112 are integrally formed with the Si substrate 130, the lower electrode 129, the piezoelectric thin film 128, and the upper electrode 121 of the vibration unit 120, and are etched.
- An upper wiring W121 is removed to form a desired shape by processing, and a protective film 235 is laminated and formed.
- the lead electrode W111 is formed from the frame 11a to the holding unit 111.
- the lead electrode W111 is connected to the upper wiring W121 on the holding unit 111.
- the upper wiring W121 is a wiring in which the upper electrode 121 of the vibration unit 120 is continuously formed to the holding unit 111.
- the upper wiring W121 is continuously connected from the connection point between the upper electrode 121 of the vibration unit 120 and the holding unit 111 to the middle of the holding unit 111 or to the connection point between the holding unit 111 and the frame 11a. It is formed to cover.
- the lead electrode W111 is continuously formed from the connection portion with the upper wiring W121 to the frame body 11a.
- the lead electrode W111 is formed so that the electric resistance value per unit area is smaller than that of the upper wiring W121.
- the extraction electrode W111 is formed thicker than the upper wiring W121.
- the lead electrode W111 is a highly conductive metal such as aluminum. Furthermore, the extraction electrode W111 is desirably a light metal. Thereby, it can reduce that the vibration of the vibration part 120 is inhibited by the extraction electrode W111.
- the lead electrode W111 may be formed of the same material as the adjustment film 236 at the same time.
- the lead electrode W111 is formed from the surface of the protective film 235 of the holding unit 111 to the surface of the protective film 235 of the frame 11a.
- the lead electrode W111 is connected to the upper wiring W121 via a via V111 formed through the protective film 235 on the holding unit 111.
- the via V111 is formed, for example, by forming a protective film 235 on the resonator 10 and then removing a part thereof by etching or the like. After the via V111 is formed, a conductive and light metal such as aluminum is laminated on the protective film 235 and the via V111, and a part thereof is removed by etching or the like, thereby forming the extraction electrode W111. Note that the lead electrode W111 may be stacked after the via V111 is filled with metal first.
- the resonator 10 reduces the path resistance in the holding unit 111 by drawing out the upper wiring W121 using the extraction electrode W111 having a smaller electrical resistance value per unit area in the XY plane than the upper electrode 121. Vibration characteristics can be improved.
- the lead electrode W112 is formed from the frame 11b to the holding unit 112.
- the lead electrode W112 is connected to the lower wiring W129 on the holding unit 112.
- the lower wiring W129 is a wiring in which the lower electrode 129 of the vibration unit 120 is continuously formed to the holding unit 112.
- the lower wiring W129 continuously extends from a connection point between the lower electrode 129 of the vibration unit 120 and the holding unit 112 to a middle point of the holding unit 112 or a connection point between the holding unit 112 and the frame 11b. It is formed to cover.
- the lead electrode W112 is continuously formed from the connection portion with the lower wiring W129 to the frame body 11b.
- the lead electrode W112 is formed so that the electric resistance value per unit area is smaller than that of the lower wiring W129.
- the extraction electrode W112 is formed so as to be thicker than the lower wiring W129.
- the lead electrode W112 is a metal having high conductivity such as aluminum.
- the extraction electrode W112 is preferably a light metal. Thereby, it can reduce that the vibration of the vibration part 120 is inhibited by the extraction electrode W112.
- the extraction electrode W112 may be formed of the same material as the adjustment film 236 at the same time.
- FIG. 5B is a CC ′ sectional view of FIG. With reference to FIG. 5B, a cross-sectional structure of the extraction electrode W112 will be described.
- the lead electrode W112 is formed from the surface of the protective film 235 of the holding unit 112 to the surface of the protective film 235 of the frame 11b.
- the lead electrode W112 is connected to the lower wiring W129 via a via V112 formed on the holding unit 112 so as to penetrate the protective film 235, the upper wiring W121, and the piezoelectric thin film 128.
- the via V112 and the upper wiring W121 are separated by the piezoelectric thin film 128.
- the via V112 is stacked in the hole after the protective film 235 is filled in the hole formed by removing a part of the upper wiring W121 by etching or the like.
- the protective film 235 and the piezoelectric thin film 128 are partially removed by etching or the like.
- a conductive and light metal such as aluminum is laminated on the protective film 235 and the via V112, and a part thereof is removed by etching or the like, whereby the extraction electrode W112 is formed.
- the lead electrode W112 may be stacked after the via V112 is filled with metal first.
- the resonator 10 reduces the path resistance in the holding unit 112 by pulling out the lower electrode 129 by using the lead electrode W112 having a smaller electrical resistance value per unit area than the lower electrode 129, and vibration is reduced. Characteristics can be improved.
- FIG. 6 is a plan view schematically showing an example of the structure of the resonator 10 according to the present embodiment.
- the resonator 10 according to this embodiment includes bus bars B121 and B122 and wirings W121a, W121b, W122a, and W122b in addition to the configuration described in the first embodiment.
- the vibration unit 120 includes four upper electrodes 121 to 124.
- the upper electrodes 121 and 123 are connected by a bus bar B121 described later.
- the upper electrodes 122 and 124 are connected by a bus bar B122 described later.
- the adjustment film 236 is formed so as to be exposed in regions corresponding to the four corners of the upper electrodes 121 to 124, and the protective film 235 is formed so as to be exposed in other regions.
- the protective film 235 may be formed only on the vibrating portion 120, for example, in a region covering the upper electrodes 121 to 124.
- an electric field is applied to the upper electrodes 121 to 124 of the vibration unit 120 so that adjacent electrodes are in opposite phases.
- the lower electrode 129 is in a floating state.
- Other configurations of the vibration unit 120 are the same as those in the first embodiment.
- the holding unit 11 is connected to the holding units 111 and 112 in the frame body 11c and the frame body 11d.
- maintenance part 11 is the same as that of 1st Embodiment.
- the holding unit 111 connects the frame body 11c and the vibration unit 120.
- the holding unit 111 includes arms 111a (an example of the second arm), 111b (an example of the second arm), 111m (an example of the first arm), and 111n.
- the arm 111m faces the long side of the vibration unit 120 and extends in parallel to the X-axis direction.
- the holding unit 111 is connected to the vibrating unit 120 by two arms 111a and 111b.
- One end of the arm 111a is connected to the long side of the vibrating portion 120 near the center of the short side of the upper electrode 122, and the other end is one end of the arm 111m (hereinafter also referred to as “bent portion C111a”).
- One end of the arm 111b is connected to the long side of the vibrating portion 120 near the center of the short side of the upper electrode 123, and the other end is the other end of the arm 111m (hereinafter also referred to as “bent portion C111b”).
- One end of the arm 111n is connected substantially perpendicularly to the vicinity of the center of the arm 111m, and the other end is connected to the frame 11c. That is, the holding unit 111 is bent at a connection portion between the arm 111a and the arm 111m, and the arm 111b and the arm 111m, and is connected to one arm 111n in the middle.
- the holding unit 111 is bent at the bent portions C111a and C111b and connected to one in the middle, thereby reducing the number of connection points between the holding portion 11 and the holding unit 111. Can do. As a result, it is possible to reduce the attenuation of the vibration of the vibration unit 120 caused by an increase in the number of connection points between the holding unit 11 and the holding unit 111.
- the length of each component of the holding unit 111 the length from the connection point between the arm 111m and the center of the arm 111n to the bent portion C111a or C111b is L, and the wavelength of vibration of the vibration unit 120 is ⁇ .
- the arm 111 m of the holding unit 111 vibrates at the same wavelength ⁇ as that of the vibrating unit 120.
- the bent portions C111a and C111b can be provided at locations corresponding to the nodes of the vibration wave. Thereby, the acoustic reflection effect in the bent portions C111a and C111b is enhanced, and the vibration confinement property can be improved.
- the holding unit 112 connects the frame body 11d and the vibrating unit 120.
- the holding unit 112 includes arms 112a (an example of the second arm), 112b (an example of the second arm), 112m (an example of the first arm), and 112n.
- the arm 112m faces the long side of the vibration unit 120 and extends parallel to the X-axis direction.
- the holding unit 112 is connected to the vibration unit 120 by two arms 112a and 112b.
- One end of the arm 112a is connected to the long side of the vibrating portion 120 near the center of the short side of the upper electrode 122, and the other end is one end of the arm 111m (hereinafter also referred to as “bent portion C112a”). Connected almost vertically.
- One end of the arm 112b is connected to the long side of the vibrating part 120 near the center of the short side of the upper electrode 123, and the other end is the other end of the arm 112m (hereinafter also referred to as “bent part C112b”). Connected almost vertically.
- One end of the arm 112n is connected substantially perpendicularly to the vicinity of the center of the arm 112m, and the other end is connected to the frame 11d.
- the holding unit 112 is bent at the connection point between the arm 112a and the arm 112m, and the arm 112b and the arm 112m, and is connected to one arm 112n on the way.
- the holding unit 112 is bent at the bent portions C112a and C112b, and is connected to one in the middle, thereby reducing the number of connection points between the holding portion 11 and the holding unit 112. Can do. As a result, it is possible to reduce the attenuation of the vibration of the vibration unit 120 caused by an increase in the number of connection points between the holding unit 11 and the holding unit 112.
- the length of the holding unit 112 from the connection point between the arm 111m and the center of the arm 112n to the bent portion C112a or C112b is also adjusted to be the length L. Thereby, the acoustic reflection effect in the bent portion C112a or C112b is enhanced, and the vibration confinement property can be improved.
- the bus bar B121 is provided at the end of the vibrating unit 120 on the frame 11c side so as to face the upper electrode 122.
- the bus bar B121 includes an upper end of the upper electrode 121 facing the upper electrode 122 (end on the frame 11c side) and an upper end of the upper electrode 123 facing the upper electrode 122 (end on the frame 11c side). Part).
- bus bar B122 is provided at the end of the vibrating unit 120 on the frame 11d side so as to face the upper electrode 123.
- the bus bar B122 includes a lower end of the upper electrode 122 facing the upper electrode 123 (end on the frame 11d side), and a lower end of the upper electrode 124 facing the upper electrode 123 (end on the frame 11d side). Part).
- the wiring W121a is connected near the center of the bus bar B121, extends from there in a direction substantially perpendicular to the bus bar B121, and extends from the surface of the arm 111a (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 in the arm 111a) to the arm 111m. It is provided over the surface (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 in the arm 111m) at one end (the bent portion C111a).
- the W-distribution line 121b is connected to the vicinity of the center of the short side of the upper electrode 123 on the frame 11c side, extends in a direction substantially perpendicular to the short side, and extends from the surface of the arm 111b to the other end (bent portion) of the arm 111m. C111b) over the surface (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 in the arm 111m).
- wirings W122a and W122b have the same configuration as the wirings W121b and W121a, respectively.
- the extraction electrode W111 is formed from the frame 11c to the holding unit 111.
- the lead electrode W111 of the present embodiment has a T-shape on the side not connected to the frame body 11c.
- the lead electrode W111 has T-shaped ends extending to the bent portions C111a and C111b of the holding unit 111, respectively.
- the extraction electrode W111 is connected to the wiring W121a at the bent portion C111a, and is connected to the wiring W121b at the bent portion C111b.
- the lead electrode W111 and the wirings W121a and W121b are connected to the bent portions C111a and C111b of the holding unit 111 through vias V111a and V111b formed so as to penetrate the protective film 235.
- the rigidity and mass of the bent portions C111a and C111b can be increased. .
- the acoustic reflection effect in the bent portions C111a and C111b is enhanced, and the vibration confinement property can be further improved.
- Other configurations and functions of the extraction electrode W111 are the same as those in the first embodiment.
- the lead electrode W112 is formed from the frame 11d to the holding unit 112.
- the lead electrode W112 of this embodiment has a T-shape on the side not connected to the frame 11d.
- the lead electrode W112 has T-shaped end portions extending to the bent portions C112a and C112b of the holding unit 112, respectively.
- the extraction electrode W112 is connected to the wiring W122a at the bent portion C112a, and is connected to the wiring W122b at the bent portion C112b.
- the lead electrode W112 and the wirings W122a and W122b are connected to the bent portions C112a and C112b of the holding unit 112 through vias V112a and V112b formed so as to penetrate the protective film 235.
- the rigidity and mass of the bent portions C112a and C112b can be increased.
- the acoustic reflection effect at the bent portions C112a and C112b is enhanced, and the vibration confinement can be further improved.
- Other configurations and functions of the extraction electrode W112 are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 7 is a plan view schematically showing an example of the structure of the resonator 10 according to the present embodiment.
- the resonator 10 according to this embodiment includes bus bars B121a, B121b, B122, wirings W121c, W121d, W122c, W122d, and lead electrodes W111A, W111B, W112A, W112B in addition to the configuration described in the first embodiment. Yes.
- the vibration unit 120 includes five upper electrodes 121 to 125.
- the adjustment film 236 is formed so as to be exposed in regions corresponding to the four corners of the upper electrodes 121 to 125, and the protective film 235 is formed so as to be exposed in other regions.
- the protective film 235 may be formed only on the vibrating portion 120, for example, in a region covering the upper electrodes 121 to 124.
- An electric field is applied to the upper electrodes 121 to 125 of the vibration unit 120 so that adjacent electrodes are in opposite phases.
- the lower electrode 129 is in a floating state.
- Other configurations and functions of the vibration unit 120 are the same as those in the first embodiment.
- the holding part 11 has four bending vibration parts 5a and 5b at the connection places with the holding units 111 and 112.
- the bending vibration parts 5a and 5b are parts provided between the slits 3a and 3b and the holding units 111 and 112 by providing the holding part 11 with the slits 3a and 3b. That is, the holding portion 11 is provided with slits 3a and 3b extending in a direction orthogonal to the direction in which the holding units 111 and 112 extend.
- One edge on the outer side of the bending vibration parts 5a and 5b faces the slits 3a and 3b, and the other edge faces the space between the holding part 11 and the vibration part 120.
- the bending vibration parts 5a and 5b are formed so that the distance from the end of the bending vibration parts 5a and 5b to the connection point with the midpoint of the holding units 111 and 112 is ⁇ / 4. As a result, the pitch reflection effect at the ends of the bending vibration portions 5a and 5b is enhanced, and the effect of confining vibration is increased.
- the resonator 10 has two pairs of holding units 111 and 112.
- Each of the holding units 111 and 112 has vibration buffer portions 4 a and 4 b that protrude in a direction orthogonal to the holding units 111 and 112.
- the vibration buffer parts 4a and 4b are formed from two pairs of arms 41 and 42 that face each other.
- the arms 41 (an example of a pair of first arms) extend in a direction substantially parallel to the long side of the vibration unit 120.
- the arms 42 (an example of a pair of second arms) are provided in a direction substantially perpendicular to the arms 41, and are connected to both ends of the arms 41 at both ends thereof.
- the holding units 111 and 112 since the holding units 111 and 112 have the vibration buffer parts 4a and 4b, the propagation of vibrations to the bending vibration parts 5a and 5b can be suppressed, and the harmonics of the contour vibration propagated from the vibration part 120 can be suppressed. Wave vibration can be confined efficiently.
- Other configurations and functions of the holding units 111 and 112 are the same as those in the first embodiment.
- bus bar B121a has a configuration equivalent to that of the bus bar B121 in the second embodiment.
- bus bar B122 has a configuration equivalent to that of the bus bar B122 in the second embodiment.
- the bus bar B121b is provided at the end of the vibrating unit 120 on the frame 11c side so as to face the upper electrode 124.
- the bus bar B121b includes an upper end of the upper electrode 123 facing the upper electrode 124 (end on the frame 11c side) and an upper end of the upper electrode 125 facing the upper electrode 124 (end on the frame 11c side). Part).
- the wiring W121c is connected near the center of the bus bar B121a.
- the wiring W121c extends substantially perpendicularly to the bus bar B121a from the connection point with the bus bar B121a, branches bifurcated in the vicinity of the center of the arm 41 (vibration unit 120 side) on the vibration buffer unit 4, and extends along the arm 41. It extends.
- the bifurcated wiring W121c is bent in a direction substantially perpendicular to the arm 41 at the connection portion between the arm 41 and the arm 42 (on the vibration unit 120 side), and extends along the arm 42 along the upper end (frame body). 11c side).
- Wiring W121d is connected near the center of bus bar B121b. Other configurations and functions of the wiring W121d are the same as the configurations and functions of the wiring W121c.
- the wiring W122c is connected near the center of the short side on the lower side (the frame 11d side) of the upper electrode 122.
- Other configurations and functions of the wiring W122c are the same as the configurations and functions of the wiring W121a.
- the wiring W122d is connected to the vicinity of the center of the lower side of the upper electrode 124 (the frame 11d side). Other configurations and functions of the wiring W122d are the same as the configurations and functions of the wiring W121a.
- the extraction electrode W111A is formed from the frame 11c to the holding unit 111.
- the lead electrode W111A of the present embodiment has a T shape on the side not connected to the frame 11c.
- Each of the T-shaped end portions of the extraction electrode W111A extends to both ends of the arm 41 (the frame body 11c side) in the vibration buffer portion 4a of the holding unit 111.
- the extraction electrode W111A is connected to the wiring W121c at both ends of the arm 41 on the frame body 11c side in the vibration buffer 4a.
- the lead electrode W111A and the wiring W121c are connected via vias V111a and V111b formed so as to penetrate the protective film 235 at both ends of the arm 41 on the frame 11c side in the vibration buffer 4a.
- the configuration / function of the extraction electrode W111B is the same as the configuration / function of the extraction electrode W111A.
- the extraction electrode W112A is formed from the frame body 11d to the holding unit 112.
- the lead electrode W112A of the present embodiment has a T-shape on the side not connected to the frame 11d.
- the lead electrode W112A has T-shaped end portions extending to both ends of the vibration buffering portion 4b of the holding unit 112.
- the extraction electrode W112A is connected to the wiring W122c at both ends of the arm 41 on the frame body 11d side in the vibration buffer 4b.
- the lead electrode W112A and the wiring W122c are connected via vias V112a and V112b formed so as to penetrate the protective film 235 at both ends of the arm 41 on the frame 11d side in the vibration buffer 4b.
- the configuration / function of the extraction electrode W112B is the same as the configuration / function of the extraction electrode W112B.
- the rigidity and mass at both ends of the vibration buffer portion 4b are increased.
- the vibration buffer unit 4b it becomes possible to more effectively suppress the propagation of vibration to the holding unit 112, and to confine the harmonic vibration of the contour vibration propagated from the vibration unit 120 more efficiently. be able to.
- Other configurations and functions of the extraction electrodes W112A and W112B are the same as the configurations and functions of the extraction electrode W112 in the first embodiment.
- FIG. 8 is a plan view schematically showing an example of the structure of the resonator 10 according to the present embodiment. Below, the difference with 1st Embodiment is demonstrated among each structure of the resonator 10 which concerns on this embodiment.
- the resonator 10 according to this embodiment includes bus bars B121m and B122m and wirings W121e, W121f, W121n, W122e, W122f, and W122n in addition to the configuration described in the first embodiment.
- the vibration unit 120 includes four upper electrodes 121 to 124.
- the adjustment film 236 is formed so as to be exposed in regions corresponding to the four corners of the upper electrodes 121 to 124, and the protective film 235 is formed so as to be exposed in other regions.
- the protective film 235 may be formed only in a region that covers the upper electrodes 121 to 124.
- an electric field is applied to the upper electrodes 121 to 124 of the vibration unit 120 so that adjacent electrodes are in opposite phases. Specifically, an electric field having the same phase is applied to the upper electrode 121 and the upper electrode 123, and an electric field having an opposite phase to that of the upper electrodes 121 and 123 is applied to the upper electrode 122 and the upper electrode 124.
- the lower electrode 129 is in a floating state.
- the upper electrodes 121 and 123 are connected by a bus bar B121m, which will be described later, provided on the holding unit 111.
- the upper electrodes 122 and 124 are connected by a bus bar B122m provided on the holding unit 112.
- Other configurations and functions of the vibration unit 120 are the same as those in the first embodiment.
- the configuration / function of the holding unit 11 in the present embodiment is the same as the configuration / function of the holding unit 11 in the third embodiment.
- the holding unit 111 connects the frame body 11c and the vibration unit 120.
- the holding unit 111 has arms 111a, 111b, 111c, 111d, 111m, and 111n.
- the arm 111m is provided in the space between the vibration unit 120 and the frame 11c so as to face the long side of the vibration unit 120 across the upper electrodes 121 to 124 in parallel with the X-axis direction.
- the arm 111n has a vibration buffer 4.
- the arm 111n is provided in parallel with the Y-axis direction, and connects the arm 111m and the frame 11c.
- the configuration and function of the vibration buffer 4 are the same as those of the vibration buffer 4a and 4b in the third embodiment.
- the arms 111a to 111d are provided in the space between the vibration unit 120 and the frame 11c so as to face the long side of the vibration unit 120 in parallel to the Y-axis direction.
- the arm 111a has a lower end connected to the long side of the vibration unit 120 near the center of the upper short side of the upper electrode 121, and an upper end connected to one end of the arm 111m.
- the arm 111d has a lower end connected to the long side of the vibrating portion 120 near the center of the upper short side of the upper electrode 124, and an upper end connected to the other end of the arm 111m.
- the arm 111b has a lower end connected to the long side of the vibration unit 120 near the center of the upper short side of the upper electrode 122, and an upper end connected to the arm 111m.
- the arm 111c has a lower end connected to the long side of the vibrating unit 120 near the center of the upper short side of the upper electrode 123, and an upper end connected to the arm 111m.
- Each of the arms 111m, arms 111n, and arms 111a to 111d is a rectangular plate having a long side with a width of about 5 ⁇ m.
- the holding unit 111 has the same number of arms as the number of electrodes of the vibration unit 120, and is configured to be bilaterally symmetric about the arm 111n in the X-axis direction. As a result, it is possible to suppress vibration disturbances caused by coupling unnecessary vibration modes to higher-order contour vibrations.
- the configuration / function of the holding unit 112 is the same as the configuration / function of the holding unit 111.
- the bus bar B121m is provided in a space between the long side of the vibration unit 120 and the frame 11c. Specifically, the bus bar B121m is provided on the surface of the arm 111m (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 on the arm 111m), and extends across the upper electrodes 121 to 124 in parallel with the X-axis direction. It extends opposite to the long side of 120.
- the configuration / function of the bus bar B122m is the same as the configuration / function of the bus bar B121m.
- the resonator 10 includes the bus bar B121m that connects the upper electrodes 121 and 123 having the same phase and the bus bar B122m that connects the upper electrodes 122 and 124 that have the same phase, which are provided in the vibration unit 120.
- the configuration is provided outside the vibration unit 120. Therefore, a gap is formed between the bus bar B121m and the upper electrode 122 and between the bus bar B122m and the upper electrode 123, so that the influence of parasitic capacitance can be reduced.
- the upper electrodes 122 and 123 can be provided up to the end of the vibration unit 120.
- the number of arms (arms 111n and 112n in the present embodiment) that are connection points between the holding units 111 and 112 and the holding unit 11 can be reduced. Therefore, the vibration attenuation of the vibration unit 120 can be reduced.
- the wiring W121e is provided on the surface of the arm 111a (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 in the arm 111a), and the upper electrode 121 is drawn onto the arm 111a and connected to the bus bar B121m.
- the wiring W121f is provided on the surface of the arm 111c (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 in the arm 111c), and the upper electrode 123 to which an electric field having the same phase as the electric field of the upper electrode 121 is applied is drawn onto the arm 111c. , Connected to the bus bar B121m.
- Wiring W121n is connected to bus bar B121m.
- the wiring W121n extends substantially perpendicularly to the bus bar B121m from the connection point with the bus bar B121, branches into a fork in the vicinity of the center of the arm 41 (vibration unit 120 side) on the vibration buffer unit 4, and extends to the arm 41. Extending along.
- the bifurcated wiring W121n is bent in a direction substantially perpendicular to the arm 41 at the connection portion (vibration unit 120 side) between the arm 41 and the arm 42, and extends along the arm 42 along the upper end (frame body). 11c side).
- the wiring W122e is provided on the surface of the arm 112a (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 in the arm 112a), and the upper electrode 122 is drawn onto the arm 112b and connected to the bus bar B122m.
- the wiring W122f is provided on the surface of the arm 112d (between the piezoelectric thin film 128 and the protective film 235 in the arm 112d), and the upper electrode 124 to which an electric field having the same phase as the electric field of the upper electrode 122 is applied is drawn onto the arm 112d. , Connected to the bus bar B122m.
- Wiring W122n is connected to bus bar B122m. Other configurations and functions of the wiring W122n are the same as the configurations and functions of the wiring W121n.
- the configuration / function of the extraction electrode W111 in the present embodiment is the same as the configuration / function of the extraction electrode W111A in the third embodiment.
- the configuration / function of the extraction electrode W112 in the present embodiment is the same as the configuration / function of the extraction electrode W112A in the third embodiment.
- FIG. 9 is a plan view schematically showing an example of the structure of the resonator 10 according to the present embodiment. Below, the difference with 1st Embodiment is demonstrated among each structure of the resonator 10 which concerns on this embodiment.
- the resonator 10 according to this embodiment includes bus bars B121m and B122m and wirings W121e, W121f, W121k, W122e, W122f, and W122k in addition to the configuration described in the first embodiment.
- Vibration unit 120 The configuration / function of the vibration unit 120 in the present embodiment is the same as the configuration / function of the vibration unit 120 in the fourth embodiment.
- the configuration / function of the holding unit 11 in the present embodiment is the same as the configuration / function of the holding unit 11 in the second embodiment.
- the holding unit 111 connects the frame body 11c and the vibration unit 120.
- the holding unit 111 includes arms 111a, 111b, 111c, 111d, 111m, 111g, and 111f and a node generation unit 130A.
- the node generation unit 130 ⁇ / b> A is provided in a region between the long side (the frame body 11 c side) in the vibration unit 120 and the frame body 11 c in the holding unit 11.
- the node generation unit 130A has a side 131a facing the long side of the arm 111m, and is connected to the arm 111f at the side 131a. Further, the side 131a is provided substantially parallel to the long side of the arm 111m at regular intervals.
- the node generation unit 130A is connected to the arm 111m by the arm 111f and is connected to the holding unit 11 by the arm 111g.
- the node generation unit 130A has a shape whose width along the X-axis direction becomes narrower from the arm 111f toward the arm 111g.
- the node generation unit 130A has a line-symmetric shape with respect to the vertical bisector of the side 131a.
- the node generation unit 130A has a portion where the width along the X-axis direction is maximum on the arm 111f side from the center in the Y-axis direction.
- the width along the X-axis direction of the node generation unit 130A is the maximum at the side 131a, and gradually decreases from the arm 111f toward the arm 111g. It becomes the narrowest at the connection point with 111g.
- the width along the X-axis direction of the node generation unit 130A does not need to be continuously reduced.
- the width gradually decreases as a whole even if the width is gradually reduced or partially expanded. It only has to be narrowed.
- the periphery of the node generation unit 130A is not limited to a smooth shape, and may have irregularities.
- the node generation unit 130A has a semicircular shape having a radius of about 30 ⁇ m with the side 131a as a diameter.
- the center of the circle forming the arc of the node generation unit 130A is located at the center of the side 131a.
- the center of the circle forming the arc of the node generation unit 130A may be located at the center of the arm 111m.
- the side 131a is not limited to a linear shape, and may be an arc shape.
- the arm 111f is connected to the apex of the side 131a.
- the center of the circle forming the arc of the side 131a may be located on the arm 111f side or on the arm 111g side.
- the length of the side 131a is preferably larger than the width along the X-axis direction of the arm 111f and smaller than the long side of the vibration unit 120.
- the configurations / functions of the arms 111a, 111b, 111c, 111d, 111m in the present embodiment are the same as the configurations / functions of the arms 111a, 111b, 111c, 111d, 111m in the fourth embodiment.
- the arm 111f has a substantially rectangular shape in the present embodiment.
- One end of the arm 111f is connected to the vicinity of the center of the long side of the arm 111m, and extends substantially perpendicularly to the long side of the arm 111m from there toward the node generation unit 130A.
- the other end of the arm 111f is connected to the side 131a of the node generation unit 130A.
- the width of the arm 111f along the X-axis direction is about 10 ⁇ m.
- the arm 111g has a substantially rectangular shape. One end of the arm 111g is connected to a portion where the width along the X-axis direction in the node generation unit 130A is the narrowest. The other end of the arm 111g is connected to a region of the holding unit 11 that faces the node generation unit 130A.
- the width of the arm 111g along the X-axis direction is preferably equal to or smaller than the width of the arm 111f. By making the width of the arm 111g smaller than the width of the arm 111f, it is possible to suppress the propagation of vibration from the node generation unit 130A to the holding unit 11. In the present embodiment, the width of the arm 111g along the X-axis direction is smaller than the width of the arm 111f and is about 5 ⁇ m.
- the node generation unit 130A of the holding unit 111 in this embodiment has a structure in which the width along the X-axis direction is gradually narrowed from the arm 111f to the arm 111g. For this reason, even when the propagation state of the vibration propagated from the vibration unit 120 is changed, the node generation unit 130A is formed with a portion having a small displacement adjacent to a portion having a large displacement due to the vibration. Thereby, the node generation unit 130A can adjust the displacement part with respect to the vibration leaked from the vibration unit 120, and can form a vibration node on the node generation unit 130A.
- the node generation unit 130A can suppress propagation of vibration from the vibration unit 120 to the holding unit 11 by being connected to the arm 111g in the formed node. As a result, the anchor loss of the resonator 10 can be reduced and the Q value can be improved.
- the holding unit 112 connects the frame body 11d and the vibrating unit 120.
- the holding unit 112 includes arms 112a, 112b, 112c, 112d, 112m, 112g, 112f and a node generation unit 130B.
- the configuration / function of the arm 112f is the same as the configuration / function of the arm 111f
- the configuration / function of the arm 112g is the same as the configuration / function of the arm 111g
- the configuration / function of the node generation unit 130B is a node generation
- the configuration and function of the unit 130B are the same.
- the configuration / function of the arms 112a, 112b, 112c, 112d, 112m in the present embodiment are the same as the configuration / function of the arms 112a, 112b, 112c, 112d, 112m in the fourth embodiment.
- Busbar B121m, B122m The configurations and functions of the bus bars B121m and B122m in the present embodiment are the same as the configurations and functions of the bus bars B121m and B122m in the fourth embodiment.
- the wiring W121k is connected to the bus bar B121m and is formed from the arm 111f to the arm 111g along the vertical bisector on the side 131a of the node generation unit 130A. Note that the configuration of the wiring W122k is similar to the configuration of the wiring W121k.
- the lead electrode W111 extends from the frame 11c in a direction substantially perpendicular to the frame 11c, and extends from the arm 111g to the side 131a of the node generator 130A.
- the extraction electrode W111 is connected to the wiring W121k in the vicinity of the connection portion between the side 131a and the arm 111f in the node generation unit 130A.
- the lead electrode W111 and the wiring W121k are connected via a via V111a formed so as to penetrate the protective film 235 in the vicinity of the connection portion between the side 131a and the arm 111f.
- the extraction electrode W111 may be formed from the frame 11c to the vicinity of the connection portion between the node generation unit 130A and the arm 111g.
- the lead electrode W111 and the wiring W121k are connected via a via V111a formed so as to penetrate the protective film 235 in the vicinity of the connection portion between the node generation unit 130A and the arm 111g.
- the lead electrode W111 may be formed from the frame 11c to the vicinity of the connection portion between the arm 111f and the arm 111m.
- the lead electrode W111 and the wiring W121k are connected via a via V111a formed so as to penetrate the protective film 235 in the vicinity of the connection portion between the arm 111f and the arm 111m.
- Other configurations and functions of the extraction electrode W111 are the same as those in the first embodiment.
- the configuration / function of the extraction electrode W112 in the present embodiment is the same as the configuration / function of the extraction electrode W111 in the present embodiment.
- each embodiment described above is for facilitating the understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
- the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
- those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
- each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
- Each embodiment is an exemplification, and it is needless to say that a partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible, and these are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention. .
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Abstract
保持ユニットにおける共振抵抗を小さくする。 第1の電極及び第2の電極と、当該第1の電極と第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、振動部を囲むように設けられた、保持部と、振動部と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、保持部から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、第1の電極または第2の電極は、保持ユニットへ亘って形成され、保持ユニット上で引き出し電極と接続されており、引き出し電極の単位面積あたりの電気抵抗値は、保持ユニットへ亘って形成された第1の電極または第2の電極の単位面積当たりの電気抵抗値よりも小さい。
Description
本発明は、共振子に関する。
電子機器において計時機能を実現するためのデバイスとして、圧電振動子が用いられている。電子機器の小型化に伴い、圧電振動子も小型化が要求されており、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造される共振子が注目されている。
従来の共振子は、たとえば特許文献1に開示されているように、矩形の振動部と、振動部上に分割形成された電極と、振動部と保持部とを連結する保持腕と、保持腕上に設けられた電極を保持部へ引き出す配線から構成される。
保持腕は振動部の振動を阻害しないように、細長い形状であることが望ましい。しかし、特許文献1に開示されているような従来の共振子では、保持腕を細長く形成することによって、保持腕における共振抵抗が高くなってしまい、かえって振動部の振動を阻害してしまうという課題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、振動部を保持する保持ユニットにおける共振抵抗を小さくすることを目的とする。
本発明の一側面に係る共振子は、第1の電極及び第2の電極と、当該第1の電極と第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、振動部を囲むように設けられた、保持部と、振動部と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、保持部から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、第1の電極または第2の電極は、保持ユニットへ亘って形成され、保持ユニット上で引き出し電極と接続されており、引き出し電極の単位面積あたりの電気抵抗値は、保持ユニットへ亘って形成された第1の電極または第2の電極の単位面積当たりの電気抵抗値よりも小さい。
かかる共振子によれば、保持ユニット上の上部電極を、当該上部電極よりも単位面積当たりの電気抵抗値が小さい引き出し電極によって引き出す構成となっている。これによって、保持ユニットにおける共振抵抗を小さくすることができる。
また保持ユニットは、保持ユニットへ亘って形成された第1の電極または第2の電極の上に、絶縁体の保護膜をさらに有し、引き出し電極は、保護膜を貫通するビアを介して、保持ユニットへ亘って形成された第1の電極または第2の電極と接続することが好ましい。
この好ましい態様によれば、共振周波数を調整するための保護膜を有した共振子であっても、保持ユニット上において、引き出し電極と電極とを接続することができる。
また、第1の電極及び第2の電極の双方とも、保持ユニットへ亘って形成され、引き出し電極は、第1の電極または第2の電極と接続することが好ましい。
この好ましい態様によれば、上部電極と下部電極とのいずれも引き出し電極によって接続することができる。
また、保持ユニットは、振動部の1辺と略平行な方向に設けられる第1腕と、第1腕と略垂直な方向に設けられ、第1腕と振動部とを接続する第2腕と、を有し、引き出し電極は、第1腕と第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の電極と接続することが好ましい。
この好ましい態様によれば、保持ユニットの屈曲部にビアを設けることによって、屈曲部の剛性や質量を増大させることができる。これによって屈曲部における音響反射効果を高め、振動の閉じ込め性を向上させることができる。
また、保持ユニットは、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、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、引き出し電極は、振動緩衝部の、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が好ましい。
この好ましい態様によれば、振動緩衝部の両端にビアを設けることにより、振動緩衝部の両端の剛性や質量が増大する。これによって、振動緩衝部において、より効果的に保持ユニットへの振動の伝搬を抑えることが可能になり、振動部から伝搬される輪郭振動の高調波の振動を効率的に閉じ込めることができる。
本発明によれば、振動部を保持する保持ユニットにおける共振抵抗が小さくなる。
[第1の実施形態]
以下、添付の図面を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の外観を概略的に示す斜視図である。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。
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。
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。下側基板14はXY平面に沿って平板状に広がっており、その上面に例えば平たい直方体形状の凹部17が形成されている。凹部17は共振子10の振動空間の一部を形成する。その一方で、上側基板13はXY平面に沿って平板状に広がっており、その下面に例えば平たい直方体形状の凹部18が形成されている。凹部18は共振子10の振動空間の一部を形成する。この振動空間では真空状態が維持されている。下側基板14及び上側基板13は例えばシリコン(Si)から形成されている。
図3は、本実施形態に係る、共振子10の構造を概略的に示す平面図である。図3を用いて本実施形態に係る共振子10の各構成について説明する。共振子10は、振動部120と、保持部11と、保持ユニット111、112と、引き出し電極W111、W112とを備えている。
(1.振動部120)
(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。
(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。
上部電極121の全面を覆うように、保護膜235が形成されている。さらに、保護膜235の表面には、振動部120の長辺と平行に2つの調整膜236が積層されている。保護膜235及び調整膜236は、振動部120の共振周波数を調整するための膜である。
調整膜236は、振動部120における変位の比較的大きい領域において、その表面が露出するように形成されている。具体的には、調整膜236は、振動部120の短辺方向の両端付近に対応する領域において露出するように形成される。また、保護膜235は、その他の領域において、その表面が露出している。
振動部120と保持部11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、1対の短辺において、それぞれ後述する保持ユニット111、112によって保持部11に接続され、保持されている。他方で、振動部120は、1対の長辺において、保持部11によって保持されていない。
(1-2.積層構造)
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。
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。
図4に示すように、振動部120は、縮退SiからなるSi基板130上に、下部電極129(第1の電極の一例である。)が積層されている。Si基板130は、たとえば、長さ140μm程度、幅400μm程度、厚さ10μm程度である。下部電極129は、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、下部電極129を形成せずに、縮退SiからなるSi基板130を下部電極として用いてもよい。
また、下部電極129の上には、下部電極129を覆うように圧電薄膜128が積層されており、さらに、圧電薄膜128上には、上部電極121(第2の電極の一例である。)が積層されている。他の例として、上部電極121は、複数に分割されてもよい。
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。
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。
上部電極121の上には、上部電極121を覆うように、保護膜235が積層されており、さらに、保護膜235上には、調整膜236が積層されている。調整膜236は、振動部120の略全面に形成された後、エッチング等の加工により所定の領域のみに形成される。
保護膜235は、エッチングによる質量低減の速度が調整膜236より遅い材料により形成される。たとえば、保護膜235は、AlN等の窒化膜やSiO2等の酸化膜により形成される。なお、質量低減速度は、エッチング速度(単位時間あたりに除去される厚み)と密度との積により表される。
調整膜236は、エッチングによる質量低減の速度が保護膜235より速い材料により形成される。たとえば、調整膜236は、モリブデン(Mo)やタングステン(W)や金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)等の金属により形成される。
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。
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。
保護膜235及び調整膜236に対するエッチングは、たとえば保護膜235及び調整膜236に同時にイオンビーム(たとえば、アルゴン(Ar)イオンビーム)を照射することによって行われる。イオンビームは共振子10よりも広い範囲に照射することが可能である。なお、本実施形態では、イオンビームによりエッチングを行う例を示すが、エッチング方法は、イオンビームによるものに限られない。
(1-3.機能)
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。
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。
振動部120の共振周波数を決定する主な要素として、質量とバネ定数がある。保護膜235及び調整膜236のエッチングにより、質量の低減とバネ定数の低下が同時に発生する。質量の低減は共振周波数を上昇させ、バネ定数の低下は共振周波数を低下させる。ただし、変位の大きな領域では相対的に質量の影響が強く、変位の小さな領域では相対的にバネ定数の影響が強くなる。
振動部120においては、変位の比較的大きい領域において露出するように調整膜236が形成されている。上述のとおり、イオンビームによる質量低減速度は、保護膜235よりも調整膜236の方が速い。そのため、変位の比較的大きい領域の質量が速く低減する。これにより、共振周波数を上昇させることができる。なお、調整膜236と同時に保護膜235もエッチングされるが、質量の低減速度が調整膜236よりも遅いため、バネ定数の変化量は小さい。従って、バネ定数の変化に伴う共振周波数の低下の影響は小さい。従って、振動部120においては、保護膜235及び調整膜236に同時にイオンビームを照射することにより、効率的に共振周波数を調整することが可能になる。
また、共振周波数の温度特性はバネ定数の変化による影響を受ける。しかしながら、振動部120においては、上述のとおり、バネ定数の変化量が小さいため、共振周波数の温度特性の変化を低減することが可能となる。
図3に戻り、共振子10の他の構成について説明する。
(2.保持部11)
(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、X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Y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。
(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、X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Y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。
(2-2.積層構造)
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。
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.保持ユニット111、112)
(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。
(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。
(3-2.積層構造)
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。
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。
図5(A)及び(B)に示すように、保持ユニット111、112は、縮退半導体からなる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が積層されている。下部電極129と下部配線W129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。
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。
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.引き出し電極W111)
(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。
(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。
引き出し電極W111は、単位面積あたりの電気抵抗値が上部配線W121よりも小さくなるように形成される。本実施形態では、引き出し電極W111は、上部配線W121よりも厚く形成される。引き出し電極W111は、たとえばアルミニウム等の導電性が高い金属である。さらに、引き出し電極W111は、軽い金属であることが望ましい。これにより、引き出し電極W111によって振動部120の振動が阻害されることを低減させることができる。なお、引き出し電極W111は、調整膜236と同じ材質で同時に形成されてもよい。
(4-2.断面構造)
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。
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。
ビアV111は、たとえば、共振子10に保護膜235が形成された後に、その一部をエッチング等によって除去して形成される。ビアV111が形成された後、アルミニウム等の導通性が高く軽い金属を、保護膜235及びビアV111に積層させ、その一部をエッチング等で除去することにより、引き出し電極W111が形成される。なお、先にビアV111に金属を充填した後に、引き出し電極W111を積層して形成してもよい。
本実施形態に係る共振子10は、XY平面における単位面積当たりの電気抵抗値が上部電極121よりも小さい引き出し電極W111を用いて、上部配線W121を引き出すことによって、保持ユニット111における経路抵抗を低減させ、振動特性を向上させることができる。
(5.引き出し電極W112)
(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。
(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。
引き出し電極W112は、単位面積あたりの電気抵抗値が下部配線W129よりも小さくなるように形成される。本実施形態では、引き出し電極W112は、下部配線W129よりも厚さが大きくなるように形成される。引き出し電極W112は、たとえばアルミニウム等の導通性が高い金属である。引き出し電極W112は、軽い金属であることが望ましい。これにより、引き出し電極W112によって振動部120の振動が阻害されることを低減させることができる。なお、引き出し電極W112は、調整膜236と同じ材質で同時に形成されるとしてもよい。
(5-2.断面構造)
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。
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。
ビアV112は、たとえば、共振子10に上部配線W121が形成された後に、上部配線W121の一部をエッチング等によって除去して形成した孔に、保護膜235が充填された後に、当該孔に積層されている保護膜235、及び圧電薄膜128の一部をエッチング等によって除去して形成される。ビアV112が形成された後、アルミニウム等の導電性が高く軽い金属を、保護膜235及びビアV112に積層させ、その一部をエッチング等で除去することにより、引き出し電極W112が形成される。なお、先にビアV112に金属を充填した後に、引き出し電極W112を積層して形成するとしてもよい。
本実施形態に係る共振子10は、下部電極129よりも単位面積当たりの電気抵抗値の小さい引き出し電極W112を用いて、下部電極129を引き出すことによって、保持ユニット112における経路抵抗を低減させ、振動特性を向上させることができる。
[第2の実施形態]
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。
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。
図6は、本実施形態に係る、共振子10の構造の一例を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の詳細構成のうち、第1の実施形態との差異点を中心に説明する。本実施形態に係る共振子10は、第1の実施形態で説明した構成に加えバスバーB121、B122、及び配線W121a、W121b、W122a、W122bを備えている。
(1.振動部120)
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。
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。
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、振動部120上において、例えば上部電極121~124を覆う領域にのみ形成される構成でもよい。
さらに、振動部120の上部電極121~124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の構成は第1の実施形態と同様である。
(2.保持部11)
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。
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。
(3.保持ユニット111、112)
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。
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。
腕111m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。
このように、本実施形態に係る保持ユニット111は、屈曲部C111a、C111bにおいて屈曲して、途中で1本に連結することで、保持部11と保持ユニット111との接続点の数を減らすことができる。ひいては、保持部11と保持ユニット111との接続点が多くなることにより生じる、振動部120の振動の減衰を低減させることができる。
次に、保持ユニット111の各構成の長さと振動部120が振動する波長との関係について説明する。
保持ユニット111における、腕111mと腕111n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111における、腕111mと腕111n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。
他方で、保持ユニット112は、枠体11dと振動部120とを接続する。
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111m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。
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111m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。
このように、本実施形態に係る保持ユニット112は、屈曲部C112a、C112bにおいて屈曲して、途中で1本に連結することで、保持部11と保持ユニット112との接続点の数を減らすことができる。ひいては、保持部11と保持ユニット112との接続点が多くなることにより生じる、振動部120の振動の減衰を低減させることができる。
保持ユニット112の、腕111mと腕112nの中心との接続点から、屈曲部C112a又はC112bまでの長さも、長さLとなるように調整されている。これによって、屈曲部C112a又はC112b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。
(4.バスバーB121、B122)
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。
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。
また、バスバーB122は、上部電極123に対向して、振動部120における枠体11d側の端部に設けられている。バスバーB122は、上部電極122における上部電極123と対向する長辺の下端(枠体11d側の端部)と、上部電極124における上部電極123と対向する長辺の下端(枠体11d側の端部)とに接続される。
(5.配線W121a、W121b、W122a、W122b)
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。
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。
なお、配線W122a、W122bはそれぞれ配線W121b、W121aと同等の構成である。
(6.引き出し電極W111)
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W111は、屈曲部C111aにおいて、配線W121aに接続され、屈曲部C111bにおいて、配線W121bに接続される。引き出し電極W111と配線W121a、W121bとは、保持ユニット111の屈曲部C111a、C111bに保護膜235を貫通するように形成されたビアV111a、V111bを介して接続される。
上述のように、長さLがλ/4となる位置に設けられた屈曲部C111a、C111bにビアV111a、V111bを形成することによって、屈曲部C111a、C111bの剛性及び質量を増大させることができる。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より一層向上させることができる。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。
(7.引き出し電極W112)
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。
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。
本実施形態では、引き出し電極W112は、屈曲部C112aにおいて、配線W122aに接続され、屈曲部C112bにおいて、配線W122bに接続される。引き出し電極W112と配線W122a、W122bとは、保持ユニット112の屈曲部C112a、C112bに保護膜235を貫通するように形成されたビアV112a、V112bを介して接続される。
上述のように、長さLがλ/4となる位置に設けられた屈曲部C112a、C112bにビアV112a、V112bを形成することによって、屈曲部C112a、C112bの剛性及び質量を増大させることができる。これによって、屈曲部C112a、C112bにおける音響反射効果が高められ、振動の閉じ込め性をより一層向上させることができる。その他の引き出し電極W112の構成・機能は第1の実施形態と同様である。
その他の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
[第3の実施形態]
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。
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。
(1.振動部120)
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121~124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、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121~124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。
(2.保持部11)
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、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。
屈曲振動部5a、5bは、屈曲振動部5a、5bの端部から、保持ユニット111、112の中点との接続点までの距離が、λ/4となるように形成されている。これによって、屈曲振動部5a、5bの端部における、音高反射効果が高められ、振動の閉じ込め性の効果が上昇する。
(3.保持ユニット111、112)
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。
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。
本実施形態では、保持ユニット111、112が振動緩衝部4a、4bを有することにより、屈曲振動部5a、5bへの振動の伝搬を抑えることができ、振動部120から伝搬してきた輪郭振動の高調波の振動を、効率的に閉じ込めることができる。
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。
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。
(4.バスバーB121a、B121b、B122)
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。
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。
バスバーB121bは、上部電極124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B121bは、上部電極123における上部電極124と対向する長辺の上端(枠体11c側の端部)と、上部電極125における上部電極124と対向する長辺の上端(枠体11c側の端部)とに接続される。
(5.配線W121c、W121d、W122c、W122d)
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4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。
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4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。
配線W121dは、バスバーB121bの中央付近に接続される。配線W121dのその他の構成・機能は、配線W121cの構成・機能と同様である。
配線W122cは、上部電極122における下側(枠体11d側)の短辺の中央付近に接続される。その他の配線W122cの構成・機能は、配線W121aの構成・機能と同様である。
配線W122dは、上部電極124における下側(枠体11d側)の短辺の中央付近に接続される。その他の配線W122dの構成・機能は、配線W121aの構成・機能と同様である。
(6.引き出し電極W111A、W111B)
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。
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。
本実施形態では、引き出し電極W111Aは、振動緩衝部4aにおける枠体11c側の腕41の両端において、配線W121cに接続される。引き出し電極W111Aと配線W121cとは、振動緩衝部4aにおける枠体11c側の腕41の両端に保護膜235を貫通するように形成されたビアV111a、V111bを介して接続される。
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。
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。
ビアV111a、V111bを振動緩衝部4aの両端に設けることにより、振動緩衝部4aの両端の剛性や質量が増大する。この結果、振動緩衝部4aにおいて、より効果的に保持ユニット111への振動の伝搬を抑えることが可能になり、振動部120から伝搬される輪郭振動の高調波の振動をより一層確実に閉じ込めることができる。
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。
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。
(5.引き出し電極W112A、112B)
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。
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。
本実施形態では、引き出し電極W112Aは、振動緩衝部4bにおける枠体11d側の腕41の両端において、配線W122cに接続される。引き出し電極W112Aと配線W122cとは、振動緩衝部4bにおける枠体11d側の腕41の両端に保護膜235を貫通するように形成されたビアV112a、V112bを介して接続される。
なお、引き出し電極W112Bの構成・機能は、引き出し電極W112Bの構成・機能と同様である。
なお、引き出し電極W112Bの構成・機能は、引き出し電極W112Bの構成・機能と同様である。
ビアV112a、V112bを振動緩衝部4bの両端に設けることにより、振動緩衝部4bの両端の剛性や質量が増大する。この結果、振動緩衝部4bにおいて、より効果的に保持ユニット112への振動の伝搬を抑えることが可能になり、振動部120から伝搬される輪郭振動の高調波の振動をより一層効率的に閉じ込めることができる。
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。
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。
[第4の実施形態]
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。
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。
(1.振動部120)
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。
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。
さらに、振動部120の上部電極121~124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。具体的には、上部電極121と上部電極123とには同位相の電界が印加され、上部電極122と上部電極124とには上部電極121,123とは逆位相の電界が印加される。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。
上部電極121と123とは保持ユニット111上に設けられた後述するバスバーB121mによって接続している。また、上部電極122と124とは保持ユニット112上に設けられたバスバーB122mによって接続している。
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。
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。
(2.保持部11)
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。
(3.保持ユニット111、112)
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。
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111mは、振動部120と枠体11cとの間の空間において、X軸方向に平行に、上部電極121~124に亘って、振動部120の長辺に対向して設けられている。
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。
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。
腕111a~111dは、振動部120と枠体11cとの間の空間において、Y軸方向に平行に、振動部120の長辺に対向して設けられている。腕111aは、下端が上部電極121の上側の短辺の中央付近において、振動部120の長辺に接続し、上端は腕111mの一方の端部に接続している。腕111dは、下端が上部電極124の上側の短辺の中央付近において、振動部120の長辺に接続し、上端は腕111mの他方の端部に接続している。また、腕111bは、下端が上部電極122の上側の短辺の中央付近において、振動部120の長辺に接続し、上端は腕111mに接続している。腕111cは、下端が上部電極123の上側の短辺の中央付近において、振動部120の長辺に接続し、上端は腕111mに接続している。
腕111m、腕111n、腕111a~111dは、いずれも、幅5μm程度の長辺の矩形の板である。本実施形態においては、保持ユニット111は、振動部120の電極の数と同じ数の腕を有しており、X軸方向において腕111nを中心に左右対称となる構成をしている。これによって、不要な振動モードが高次輪郭振動に結合することにより発生する振動障害を抑制することが可能になる。
なお、保持ユニット112の構成・機能は、保持ユニット111の構成・機能と同様である。
(4.バスバーB121m、B122m)
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。
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。
このように、本実施形態に係る共振子10は、振動部120に設けられた同位相の上部電極121、123を接続するバスバーB121m、及び同位相の上部電極122、124を接続するバスバーB122mが、振動部120の外部に設けられる構成となっている。そのため、バスバーB121mと上部電極122との間、及びバスバーB122mと上部電極123との間に隙間ができるため、寄生容量の影響を低減することができる。また、振動部120上にバスバーを設ける必要がなくなるため、振動部120の端部まで上部電極122、123を設けることが可能となる。
さらに、バスバーB121m、B122mが保持ユニット111、112上に設けられていることにより、保持ユニット111、112と保持部11との接続点である腕(本実施形態における腕111n、112n)の数を減らすことができ、振動部120の振動の減衰を低減できる。
(5.配線W121e、W121f、W121n、W122e、W122f、W122n)
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。
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。
配線W121nは、バスバーB121mに接続される。配線W121nは、バスバーB121、との接続箇所からバスバーB121mに対して略垂直に延び、振動緩衝部4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W121n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。
配線W122eは、腕112aの表面(腕112a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122を腕112b上に引き出し、バスバーB122mに接続させる。配線W122fは、腕112dの表面(腕112d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122の電界と同位相の電界が印加される上部電極124を腕112d上に引き出し、バスバーB122mに接続させる。
配線W122nは、バスバーB122mに接続される。その他の配線W122nの構成・機能は、配線W121nの構成・機能と同様である。
(6.引き出し電極W111)
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。
(7.引き出し電極W112)
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。
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。
[第5の実施形態]
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。
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。
(1.振動部120)
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。
(2.保持部11)
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。
(3.保持ユニット111、112)
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。
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。
ノード生成部130Aは、振動部120における長辺(枠体11c側)と、保持部11における枠体11cとの間の領域に設けられる。ノード生成部130Aは、腕111mの長辺と対向する辺131aを有し、当該辺131aにおいて、腕111fに接続されている。また、辺131aは、腕111mの長辺に対して一定間隔で、略平行に設けられる。ノード生成部130Aは、腕111fによって腕111mに接続され、腕111gによって保持部11に接続されている。
ノード生成部130Aは、X軸方向に沿った幅が、腕111fから腕111gへと向かうにつれて狭まる形状を有する。また、ノード生成部130Aは、辺131aの垂直二等分線に対して、線対称の形状を有する。ノード生成部130Aは、X軸方向に沿った幅が最大となる箇所を、Y軸方向における中心よりも腕111f側に有している。本実施形態においては、ノード生成部130AのX軸方向に沿った幅は、辺131aにおいて最大であり、腕111fから腕111gへと向かうにつれて、徐々に狭くなり、ノード生成部130Aの頂点と腕111gとの接続箇所において、最も狭くなる。なお、ノード生成部130AのX軸方向に沿った幅は、連続的に狭まる必要はなく、例えば、段階的に狭まったり、一部に広がる部分を有していたりしても、全体として徐々に狭まっていればよい。また、ノード生成部130Aの周縁は、滑らかな形状に限らず、凹凸を有しても良い。
本実施形態において、ノード生成部130Aは、辺131aを直径とする半径30μm程度の半円の形状をしている。この場合、ノード生成部130Aの円弧を形成する円の中心は、辺131aの中心に位置する。なお、ノード生成部130Aの円弧を形成する円の中心は、腕111mの中心に位置しても良い。
また、辺131aは、直線形状に限らず円弧形状でもよい。この場合、腕111fは、辺131aの頂点と接続される。さらにこの場合、辺131aの円弧を形成する円の中心は、腕111f側に位置しても良いし、腕111g側に位置しても良い。辺131aの長さは、腕111fのX軸方向に沿った幅よりも大きく、振動部120の長辺よりも小さいことが好ましい。
本実施形態における腕111a、111b、111c、111d、111mの構成・機能は、第4の実施形態における腕111a、111b、111c、111d、111mの構成・機能と同様である。
腕111fは、本実施形態において、略矩形の形状をしている。腕111fは、一端が腕111mの長辺における中央付近に接続されており、そこからノード生成部130Aに向かって、腕111mの長辺に対して略垂直に延びている。腕111fの他端は、ノード生成部130Aの辺131aに接続している。本実施形態においては、腕111fのX軸方向に沿った幅は10μm程度である。
腕111gは、略矩形の形状をしている。腕111gは、一端がノード生成部130AにおけるX軸方向に沿った幅が最も狭まる箇所に接続されている。腕111gの他端は、保持部11における、ノード生成部130Aに対向する領域に接続している。腕111gのX軸方向に沿った幅は、腕111fの幅以下であることが好ましい。腕111gの幅を腕111fの幅よりも小さくすることで、ノード生成部130Aから保持部11へと振動が伝搬されることを抑制することができる。なお、本実施形態においては、腕111gのX軸方向に沿った幅は、腕111fの幅よりも小さく、5μm程度である。
本実施形態における保持ユニット111のノード生成部130Aは、X軸方向に沿った幅が、腕111fから腕111gへ向かうにつれて徐々に狭まっている構造である。このため、振動部120から伝搬される振動の伝搬状態が変化した場合であっても、ノード生成部130Aには、振動による変位が大きい部位に隣接して変位が小さい部位が形成される。これによって、ノード生成部130Aは、振動部120から漏えいした振動に対し、変位部位を調整して、ノード生成部130A上に振動のノードを形成することができる。ノード生成部130Aは、この形成されたノードにおいて、腕111gに接続されることによって、振動部120から保持部11への振動の伝搬を抑制することができる。この結果、共振子10のアンカーロスを低減させることができ、Q値を向上させることができる。
他方、本実施形態では、保持ユニット112は、枠体11dと振動部120とを接続する。保持ユニット112は腕112a、112b、112c、112d、112m、112g、112f及びノード生成部130B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。
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。
また、本実施形態におけるは腕112a、112b、112c、112d、112mの構成・機能は、第4の実施形態におけるは腕112a、112b、112c、112d、112mの構成・機能と同様である。
(4.バスバーB121m、B122m)
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。
(5.配線W121e、W121f、W121k、W122e、W122f、W122k)
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。
配線W121kは、バスバーB121mに接続され、そこからノード生成部130Aの辺131aにおける垂直二等分線に沿って、腕111fから腕111gに亘って形成される。なお、配線W122kの構成は、配線W121kの構成と同様である。
(6.引き出し電極W111)
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V111aを介して接続される。
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V111aを介して接続される。
なお、引き出し電極W111は、枠体11cから、ノード生成部130Aと腕111gとの接続箇所付近に亘って形成される構成でもよい。この場合、引き出し電極W111と配線W121kとは、ノード生成部130Aと腕111g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V111aを介して接続される。
また、引き出し電極W111は、枠体11cから、腕111fと腕111mの接続箇所付近に亘って形成される構成でもよい。この場合、引き出し電極W111と配線W121kとは、腕111fと腕111m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V111a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。
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。
(7.引き出し電極W112)
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。
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。
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
10 共振子
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
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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