WO2024009553A1 - 共振装置 - Google Patents

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WO2024009553A1
WO2024009553A1 PCT/JP2023/006948 JP2023006948W WO2024009553A1 WO 2024009553 A1 WO2024009553 A1 WO 2024009553A1 JP 2023006948 W JP2023006948 W JP 2023006948W WO 2024009553 A1 WO2024009553 A1 WO 2024009553A1
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WO
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Prior art keywords
resonator
bottom plate
thickness direction
vibrating
distance
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/006948
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬之 樋口
政和 福光
史也 遠藤
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Publication of WO2024009553A1 publication Critical patent/WO2024009553A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/24—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive

Definitions

  • the present invention relates to a resonance device.
  • Resonance devices are used in various applications such as timing devices, sensors, and oscillators in various electronic devices such as mobile communication terminals, communication base stations, and home appliances.
  • One type of such a resonator is a so-called resonator that includes a lower lid, an upper lid that forms a vibration space between the lower lid, and a resonator that has a vibrating arm that is held so as to be able to vibrate in the vibration space.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • Patent Document 1 discloses a resonator device including a resonator, a lower cover, and an upper cover, in which the lower cover is provided with a limiter provided at a first distance from a support arm of the resonator in the thickness direction.
  • the limiting portion includes a step forming a height difference between the limiting portion and the bottom surface of the recessed portion of the lower lid, and the maximum amplitude in the thickness direction of the support arm is limited to a first distance. has been done.
  • the present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a resonance device that can suppress frequency fluctuations.
  • a resonator includes a resonator having a vibrating part, a holding part disposed around at least a part of the periphery of the vibrating part, a support arm connecting the vibrating part and the holding part, and a resonator having a thickness
  • a distance between the first bottom plate provided at a distance from the vibrating part in the direction, the first side wall extending from the peripheral edge of the first bottom plate toward the holding part, and the resonator in the thickness direction is the same as that of the resonator.
  • a first substrate having a first limiting portion smaller than the distance between the first substrate and the first bottom plate; a first metal film functioning as a getter on a tip portion facing the resonator in the thickness direction of the first limiting portion; is provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a resonance device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the resonance device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the inside of the resonance device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the inside of the resonance device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the resonance device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a resonance device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a resonance device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a resonance device according to a fourth embodiment. It is a sectional view of the resonance device concerning a 5th embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a resonance device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of the inside of a resonance device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of the inside of a resonance device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of the inside of a resonance device according to a ninth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of the inside of a resonance device according to a tenth embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a resonance device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the resonance device according to the first embodiment.
  • an orthogonal coordinate system consisting of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis is attached to each drawing in order to clarify the relationship between each drawing and to help understand the positional relationship of each member.
  • Directions parallel to the X-axis, Y-axis, and Z-axis are defined as the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction, respectively.
  • the plane defined by the X-axis and the Y-axis is defined as the XY plane, and the same applies to the YZ plane and the ZX plane.
  • This resonator 1 includes a resonator 10, and a lower cover 20 and an upper cover 30 that face each other with the resonator 10 in between.
  • the lower cover 20, the resonator 10, and the upper cover 30 are stacked in this order in the Z-axis direction.
  • the Z-axis direction in which the lower cover 20, the resonator 10, and the upper cover 30 are stacked will be referred to as the "thickness direction.”
  • the resonator 10 and the lower cover 20 are joined together to form a MEMS substrate 50.
  • the upper cover 30 is bonded to the resonator 10 of the MEMS substrate 50. In other words, the upper lid 30 is joined to the lower lid 20 via the resonator 10.
  • the lower cover 20 and the upper cover 30 constitute a package structure that forms inside a vibration space in which the resonator 10 vibrates.
  • One of the lower lid 20 and the upper lid 30 corresponds to an example of a first substrate, and the other of the lower lid 20 and the upper lid 30 corresponds to an example of a second substrate.
  • the resonator 10 is a MEMS vibration element manufactured using MEMS technology.
  • the frequency band of the resonator 10 is, for example, 1 kHz or more and 1 MHz or less.
  • the resonator 10 includes a vibrating section 110, a holding section 140, and a support arm 150.
  • the vibrating part 110 is held so as to be able to vibrate in a vibration space provided between the lower cover 20 and the upper cover 30.
  • the vibrating section 110 extends along the XY plane when in a non-vibrating state where no voltage is applied, and bends and vibrates in the Z-axis direction when in a vibrating state where a voltage is applied. That is, the vibration mode of the vibrating section 110 is an out-of-plane bending vibration mode. However, the vibrating section 110 in a non-vibrating state may be bent in the Z direction due to its own weight.
  • the vibration mode of the vibrating section is not limited to the out-of-plane bending vibration mode.
  • the vibration mode of the vibrating section may be an in-plane bending vibration mode or a thickness shear vibration mode.
  • the holding part 140 is provided in a frame shape so as to surround the vibrating part 110 when the XY plane is viewed in plan (hereinafter simply referred to as "planar view").
  • the holding part 140 forms a vibration space of the package structure together with the lower cover 20 and the upper cover 30.
  • the holding section 140 only needs to be provided at least in part around the vibrating section 110, and is not limited to a frame-like shape.
  • the support arm 150 is provided between the vibrating section 110 and the holding section 140 when viewed in plan. Support arm 150 connects vibrating section 110 and holding section 140.
  • the lower lid 20 has a bottom plate 22 and side walls 23.
  • the bottom plate 22 is provided at a distance from the vibrating section 110 in the thickness direction.
  • the bottom plate 22 is a plate-shaped portion having a main surface extending along the XY plane.
  • the side wall 23 extends from the peripheral edge of the bottom plate 22 toward the top lid 30.
  • the side wall 23 is a frame-shaped portion that surrounds the vibrating section 110 when viewed from above.
  • the side wall 23 is joined to the holding portion 140 of the resonator 10.
  • a cavity 21 surrounded by a bottom plate 22 and a side wall 23 is formed in the lower lid 20 on the side facing the vibrating section 110 of the resonator 10 .
  • the cavity 21 is a rectangular parallelepiped opening that opens upward.
  • the lower lid 20 further includes a restriction portion 25.
  • the restricting part 25 comes into contact with a part of the vibrating part 110 and the support arm 150 when a shock such as a drop is applied to the resonator 1, thereby preventing the vibration part 110 and the support arm 150 from being displaced toward the lower cover 20 side. limit.
  • the detailed configuration of the restriction section 25 will be described later.
  • the upper lid 30 has a bottom plate 32 and side walls 33.
  • the bottom plate 32 is provided at a distance from the vibrating section 110 in the thickness direction.
  • the bottom plate 32 is a plate-shaped portion having a main surface extending along the XY plane.
  • the side wall 33 extends from the peripheral edge of the bottom plate 32 toward the lower lid 20.
  • the side wall 33 is a frame-shaped portion that surrounds the vibrating section 110 when viewed from above.
  • the side wall 33 is joined to the holding part 140 of the resonator 10.
  • a cavity 21 surrounded by a bottom plate 32 and a side wall 33 is formed in the upper lid 30 on the side facing the vibrating section 110 of the resonator 10 .
  • the cavity 21 is a rectangular parallelepiped-shaped opening that opens upward.
  • the cavity 21 and the cavity 31 face each other with the vibrating part 110 of the resonator 10 in between, and form a vibration space of the resonator 10.
  • the upper lid 30 further includes a restriction portion 35. Similar to the restriction part 25, the restriction part 35 restricts the displacement of the vibration part 110 and the support arm 150 toward the upper lid 30 by contacting a part of the vibration part 110 and the support arm 150.
  • the detailed configuration of the restriction section 35 will be described later.
  • the upper surface of the upper lid 30 is provided with two power terminals ST1 and ST2, a ground terminal GT, and a dummy terminal DT.
  • the power supply terminals ST1 and ST2, the ground terminal GT, and the dummy terminal DT will be collectively referred to as "external terminals.”
  • Each power supply terminal ST1, ST2 is for providing a drive signal (drive voltage) to the resonator 10.
  • Each power supply terminal ST1, ST2 is electrically connected to a metal film E2 corresponding to an upper electrode of the resonator 10, which will be described later.
  • the ground terminal GT is for applying a reference potential to the resonator 10.
  • the ground terminal GT is electrically connected to a metal film E1 corresponding to a lower electrode of the resonator 10, which will be described later.
  • the dummy terminal DT is not electrically connected to the resonator 10.
  • FIG. 3 is a plan view of the inside of the resonance device according to the first embodiment. Note that FIG. 3 shows the shape of the resonator 10 when viewed from above from the top lid 30 side.
  • the dimension along the Y-axis direction is defined as "length”
  • the dimension along the X-axis direction is defined as "width”.
  • the resonator 10 is formed, for example, plane symmetrically with respect to a virtual plane P parallel to the YZ plane. That is, the shapes of each of the vibrating section 110, the holding section 140, and the supporting arm 150 are formed substantially symmetrically with respect to the virtual plane P.
  • the vibrating section 110 has an excitation section 120 made up of four vibrating arms 121A, 121B, 121C, and 121D, and a base section 130 connected to the excitation section 120.
  • the number of vibrating arms is not limited to four, and may be set to any number greater than or equal to one.
  • the excitation part 120 and the base part 130 are integrally formed.
  • a space is formed between the vibrating section 110 and the holding section 140 at a predetermined interval.
  • the vibrating arms 121A to 121D each extend in the Y-axis direction, and are lined up in this order at predetermined intervals in the X-axis direction.
  • the vibrating arms 121A to 121D have fixed ends connected to the base 130 and open ends farthest from the base 130.
  • Each of the vibrating arms 121A to 121D includes tip portions 122A to 122D provided on the open end side where the displacement is relatively large in the vibrating portion 110, and arm portions 123A to 123D that connect the base portion 130 and the tip portions 122A to 122D. It has A virtual plane P is located between the vibrating arm 121B and the vibrating arm 121C.
  • vibrating arms 121A and 121D are outer vibrating arms placed on the outside in the X-axis direction
  • vibrating arms 121B and 121C are inner vibrating arms placed on the inside in the X-axis direction. It is.
  • the inner vibrating arm 121B and the inner vibrating arm 1121C have a mutually symmetrical structure
  • the outer vibrating arm 121A and the outer vibrating arm 121D have a mutually symmetrical structure.
  • the tip portions 122A to 122D are provided with metal films 125A to 125D on the surface facing the upper lid 30, respectively.
  • the metal films 125A to 125D are mass adding films that make the mass per unit length (hereinafter simply referred to as "mass") of each of the tip portions 122A to 122D larger than the mass of each of the arm portions 123A to 123D. functions as Thereby, the metal films 125A to 125D increase the amplitude while reducing the size of the vibrating section 110. Further, the metal films 125A to 125D may be used as so-called frequency adjustment films that adjust the resonance frequency by cutting a part of the metal films 125A to 125D.
  • the width of the tip portion 122A is larger than the width of the arm portion 123A.
  • the respective weights of the tip portions 122A to 122D are greater than the respective weights of the arm portions 123A to 123D.
  • the width of each of the tip portions 122A to 122D may be smaller than the width of each of the arm portions 123A to 123D.
  • Each of the tip portions 122A to 122D has a substantially rectangular shape with rounded curved surfaces (for example, a so-called R shape) at the four corners.
  • the shape of each of the arm portions 123A to 123D is approximately rectangular with an R shape near the root portion connected to the base portion 130 and near the connection portion connected to each of the tip portions 122A to 122D.
  • the shapes of the tip portions 122A to 122D and the arm portions 123A to 123D are not limited to the above.
  • each of the tip portions 122A to 122D may have a trapezoidal shape or an L-shape.
  • each of the arm portions 123A to 123D may have a trapezoidal shape, and each of the arm portions 123A to 123D may have a slit, a concave portion, a convex portion, or the like.
  • each of the vibrating arms 121A to 121D are substantially the same.
  • the length of each of the vibrating arms 121A to 121D is, for example, about 450 ⁇ m.
  • each of the arm portions 123A to 123D has a length of about 300 ⁇ m and a width of about 50 ⁇ m.
  • the length of each of the tip portions 122A to 122D is about 150 ⁇ m, and the width of each of them is about 70 ⁇ m.
  • the base 130 has a front end 131A, a rear end 131B, a left end 131C, and a right end 131D.
  • the front end 131A, the rear end 131B, the left end 131C, and the right end 131D are each part of the outer edge of the base 130.
  • the front end portion 131A is an end portion extending in the X-axis direction on the side of the vibrating arms 121A to 121D.
  • the rear end portion 131B is an end portion extending in the X-axis direction on the opposite side from the vibrating arms 121A to 121D.
  • the left end portion 131C is an end portion extending in the Y-axis direction on the vibrating arm 121A side when viewed from the vibrating arm 121D.
  • the right end portion 131D is an end portion extending in the Y-axis direction on the vibrating arm 121D side when viewed from the vibrating arm 121A.
  • Vibrating arms 121A to 121D are connected to the front end 131A.
  • the shape of the base 130 is approximately rectangular, with the front end 131A and the rear end 131B being the long sides, and the left end 131C and the right end 131D being the short sides.
  • a virtual plane P is defined along the perpendicular bisector of each of the front end portion 131A and the rear end portion 131B.
  • the base 130 is not limited to the above structure as long as it has a substantially symmetrical structure with respect to the virtual plane P.
  • the base 130 may have a trapezoidal shape in which one of the front end 131A and the rear end 131B is longer than the other. .
  • at least one of the front end portion 131A, the rear end portion 131B, the left end portion 131C, and the right end portion 131D may be bent or curved.
  • the base portion which is the maximum distance in the Y-axis direction between the front end portion 131A and the rear end portion 131B, is, for example, about 35 ⁇ m.
  • the base width which is the maximum distance in the X-axis direction between the left end portion 131C and the right end portion 131D, is, for example, about 265 ⁇ m.
  • the base length corresponds to the length of the left end 131C or the right end 131D
  • the base width corresponds to the width of the front end 131A or the rear end 131B.
  • the holding section 140 has a front frame 141A, a rear frame 141B, a left frame 141C, and a right frame 141D.
  • the front frame 141A, the rear frame 141B, the left frame 141C, and the right frame 141D are each part of a substantially rectangular frame surrounding the vibrating section 110.
  • the front frame 141A is a portion extending in the X-axis direction on the excitation unit 120 side when viewed from the base 130.
  • the rear frame 141B is a portion extending in the X-axis direction on the base 130 side when viewed from the excitation unit 120.
  • the left frame 141C is a portion extending in the Y-axis direction on the vibrating arm 121A side when viewed from the vibrating arm 121D.
  • the right frame 141D is a portion extending in the Y-axis direction on the vibrating arm 121D side when viewed from the vibrating arm 121A.
  • Each of the front frame 141A and the rear frame 141B is bisected by a virtual plane P.
  • Both ends of the left frame 141C are connected to one end of the front frame 141A and one end of the rear frame 141B, respectively. Both ends of the right frame 141D are connected to the other end of the front frame 141A and the other end of the rear frame 141B, respectively.
  • the front frame 141A and the rear frame 141B face each other in the Y-axis direction with the vibrating section 110 in between.
  • the left frame 141C and the right frame 141D face each other in the X-axis direction with the vibrating section 110 in between.
  • the support arm 150 is provided inside the holding part 140 and connects the base part 130 and the holding part 140.
  • the support arm 150 includes a left support arm 151A and a right support arm 151B when viewed in plan from the upper lid 30 side.
  • a virtual plane P is located between the right support arm 151B and the left support arm 151A, and the right support arm 151B and the left support arm 151A are plane symmetrical to each other.
  • the left support arm 151A connects the rear end 131B of the base 130 and the left frame 141C of the holding part 140.
  • the right support arm 151B connects the rear end portion 131B of the base 130 and the right frame 141D of the holding portion 140.
  • the left support arm 151A has a rear support arm 152A and a support arm 153A
  • the right support arm 151B has a rear support arm 152B and a support arm 153B.
  • the support rear arms 152A and 152B extend from the rear end 131B of the base 130 between the rear end 131B of the base 130 and the holding part 140. Specifically, the support rear arm 152A extends from the rear end 131B of the base 130 toward the rear frame 141B, is bent, and extends toward the left frame 141C. The support rear arm 152B extends from the rear end 131B of the base 130 toward the rear frame 141B, is bent, and extends toward the right frame 141D. The width of each of the rear support arms 152A, 152B is smaller than the width of each of the vibrating arms 121A to 121D.
  • the support side arm 153A extends along the outer vibrating arm 121A between the outer vibrating arm 121A and the holding part 140.
  • the support side arm 153B extends along the outer vibrating arm 121D between the outer vibrating arm 121D and the holding part 140.
  • the support arm 153A extends from the end of the rear support arm 152A on the left frame 141C side toward the front frame 141A, is bent, and is connected to the left frame 141C.
  • the support arm 153B extends from the end of the rear support arm 152B on the right frame 141D side toward the front frame 141A, is bent, and is connected to the right frame 141D.
  • the respective widths of the support side arms 153A, 153B are approximately equal to the respective widths of the support rear arms 152A, 152B.
  • the support arm 150 is not limited to the above configuration.
  • the support arm 150 may be connected to the left end 131C and right end 131D of the base 130.
  • the support arm 150 may be connected to the front frame 141A or the rear frame 141B of the holding section 140.
  • the number of support arms 150 may be one, or three or more.
  • FIG. 4 is a plan view of the inside of the resonance device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the resonance device according to the first embodiment. Note that FIG. 4 shows the shape of the lower lid 20 when viewed from above from the upper lid 30 side.
  • FIG. 5 is a diagram for conceptually explaining the laminated structure of the resonance device 1, and each component shown in FIG. 5 is not necessarily located on the same plane cross section.
  • the direction from the lower lid 20 to the upper lid 30 will be referred to as "upper (upper)” and the direction from the upper lid 30 to the lower lid 20 will be referred to as "lower (downward)."
  • the resonator 10 is held between the lower lid 20 and the upper lid 30. Specifically, the holding portion 140 of the resonator 10 is joined to the side wall 23 of the lower lid 20 and the side wall 33 of the upper lid 30, respectively. In this way, the lower lid 20, the upper lid 30, and the holding part 140 form a vibration space in which the vibration part 110 can vibrate.
  • the resonator 10, the lower lid 20, and the upper lid 30 are each formed using, for example, a silicon (Si) substrate.
  • the resonator 10, the lower lid 20, and the upper lid 30 may be formed using an SOI (Silicon On Insulator) substrate on which a silicon layer and a silicon oxide film are stacked, respectively.
  • the resonator 10, the lower lid 20, and the upper lid 30 may each be made of a substrate other than a silicon substrate as long as it can be processed using microfabrication technology, such as a compound semiconductor substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a resin substrate, or any of these substrates. It may be formed using a substrate combining the following.
  • the resonator 10 includes a silicon oxide film F21, a silicon substrate F2, an insulating film F31, a metal film E1, a piezoelectric film F3, a metal film E2, and a protective film F5. ing.
  • the resonator 10 further includes the aforementioned metal films 125A to 125D at the tip portions 122A to 122D.
  • the vibrating part 110, the holding part 140, and the supporting arm 150 are integrally formed by the same process. Specifically, the vibrating portion 110 is patterned by patterning by removal processing on a laminate including a silicon substrate F2, an insulating film F31, a metal film E1, a piezoelectric film F3, a metal film E2, a protective film F5, and the like.
  • the removal process is performed, for example, by dry etching using argon (Ar) ion beam irradiation.
  • the removal process may be performed by other techniques such as wet etching and laser etching.
  • the silicon oxide film F21 is provided on the lower surface of the silicon substrate F2, and is sandwiched between the silicon substrate P10 and the silicon substrate F2.
  • the silicon oxide film F21 is formed of silicon oxide containing, for example, SiO 2 . A portion of the silicon oxide film F21 is exposed to the cavity 21 of the lower lid 20.
  • the silicon oxide film F21 functions as a temperature characteristic correction layer that reduces the temperature coefficient of the resonant frequency of the resonator 10, that is, the rate of change of the resonant frequency per unit temperature at least near room temperature. Therefore, the silicon oxide film F21 improves the temperature characteristics of the resonator 10.
  • the silicon oxide film may be formed on the upper surface of the silicon substrate F2, or may be formed on both the upper surface and the lower surface of the silicon substrate F2.
  • the silicon substrate F2 is formed of single crystal silicon.
  • the silicon substrate F2 is formed of, for example, a degenerate n-type silicon (Si) semiconductor with a thickness of about 6 ⁇ m.
  • the silicon substrate F2 may include phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), or the like as an n-type dopant.
  • the resistance value of the degenerate silicon (Si) used for the silicon substrate F2 is, for example, less than 16 m ⁇ cm, and more preferably 1.2 m ⁇ cm or less.
  • the insulating film F31 is provided between the silicon substrate F2 and the metal film E1.
  • the insulating film F31 suppresses the generation of parasitic capacitance and the occurrence of short circuits at the ends of the resonant device 1.
  • the insulating film F31 is formed of, for example, the same piezoelectric material as the piezoelectric film F3.
  • the material of the insulating film F31 is not limited to this, and may be, for example, silicon oxide or silicon nitride. Note that the insulating film F31 may be omitted.
  • the metal film E1 is stacked on the insulating film F31, the piezoelectric film F3 is stacked on the metal film E1, and the metal film E2 is stacked on the piezoelectric film F3.
  • Each of the metal films E1 and E2 has a portion that functions as an excitation electrode that excites the vibrating arms 121A to 121D, and a portion that functions as an extraction electrode that electrically connects the excitation electrode to an external power source. Portions of each of the metal films E1 and E2 that function as excitation electrodes face each other with the piezoelectric film F3 in between in the arm portions 123A to 123D of the vibrating arms 121A to 121D.
  • Portions of the metal films E1 and E2 that function as extraction electrodes are drawn out from the base 130 to the holding portion 140 via the support arm 150, for example.
  • the metal film E1 is electrically continuous throughout the resonator 10.
  • the metal film E2 is electrically isolated between the portions formed on the outer vibrating arms 121A and 121D and the portions formed on the inner vibrating arms 121B and 121C.
  • the metal film E1 corresponds to an example of a lower electrode
  • the metal film E2 corresponds to an example of an upper electrode.
  • the insulating film F31 may be omitted, and in that case, the metal film E1 is provided on the silicon substrate F2.
  • each of the metal films E1 and E2 is, for example, about 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less.
  • the metal films E1 and E2 are formed of, for example, a metal material whose crystal structure is a body-centered cubic structure. Specifically, the metal films E1 and E2 are formed of Mo (molybdenum), tungsten (W), or the like. If the silicon substrate F2 is a degenerate semiconductor substrate with high conductivity, the metal film E1 may be omitted and the silicon substrate F2 may function as a lower electrode.
  • the piezoelectric film F3 is a thin film formed of a piezoelectric material that mutually converts electrical energy and mechanical energy.
  • the piezoelectric film F3 expands and contracts in the Y-axis direction of the in-plane direction of the XY plane according to the electric field applied between the metal film E1 and the metal film E2. Due to the expansion and contraction of the piezoelectric film F3, the vibrating arms 121A to 121D are bent and their open ends are displaced toward the bottom plate 22 of the lower cover 20 and the bottom plate 32 of the upper cover 30. Alternating voltages having mutually opposite phases are applied to the upper electrodes of the outer vibrating arms 121A, 121D and the upper electrodes of the inner vibrating arms 121B, 121C.
  • the outer vibrating arms 121A, 121D and the inner vibrating arms 121B, 121C vibrate in opposite phases. For example, when the open ends of the outer vibrating arms 121A, 121D are displaced toward the lower lid 20, the open ends of the inner vibrating arms 121B, 121C are displaced toward the upper lid 30. Due to such anti-phase vibrations, a torsional moment is generated in the vibrating portion 110 about the rotation axis extending in the Y-axis direction. The base 130 is bent by this torsional moment, and the left end 131C and right end 131D are displaced toward the lower lid 20 or the upper lid 30. That is, the vibrating section 110 of the resonator 10 vibrates in an out-of-plane bending vibration mode.
  • the piezoelectric film F3 is formed of, for example, a piezoelectric material having a wurtzite hexagonal crystal structure.
  • piezoelectric materials include nitrides or oxides such as aluminum nitride (AlN), scandium aluminum nitride (ScAlN), zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), and indium nitride (InN).
  • AlN aluminum nitride
  • ScAlN scandium aluminum nitride
  • ZnO zinc oxide
  • GaN gallium nitride
  • InN indium nitride
  • scandium aluminum nitride is aluminum nitride in which part of the aluminum is replaced with scandium.
  • piezoelectric material in which part of the aluminum in aluminum nitride is replaced with another element it is possible to produce a piezoelectric material in which part of the aluminum in aluminum nitride is replaced with two elements, magnesium (Mg) and niobium (Nb), or two elements, magnesium (Mg) and zirconium (Zr). Examples include piezoelectric materials.
  • the thickness of the piezoelectric film F3 is, for example, about 1 ⁇ m, but may be about 0.2 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the protective film F5 is laminated on the metal film E2.
  • the protective film F5 protects the metal film E2 from oxidation, for example.
  • the material of the protective film F5 is, for example, an oxide, nitride, or oxynitride containing aluminum (Al), silicon (Si), or tantalum (Ta).
  • a parasitic capacitance reducing film that reduces the parasitic capacitance formed between internal wirings of the resonator 10 may be laminated on the protective film F5.
  • the metal films 125A to 125D are laminated on the protective film F5 at the tip portions 122A to 122D.
  • the metal films 125A to 125D function as mass adding films and may also function as frequency adjusting films. From the viewpoint of frequency adjustment films, it is desirable that the metal films 125A to 125D be formed of a material whose mass reduction rate due to etching is faster than that of the protective film F5.
  • the mass reduction rate is expressed by the product of etching rate and density.
  • Etching rate is the thickness removed per unit time.
  • the etching rate relationship between the protective film F5 and the metal films 125A to 125D is arbitrary as long as the relationship in mass reduction rate is as described above.
  • the metal films 125A to 125D be formed of a material with a high specific gravity.
  • the material of the metal films 125A to 125D is, for example, a metal material such as molybdenum (Mo), tungsten (W), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), or titanium (Ti). It is. Note that when the metal films 125A to 125D are used as frequency adjustment films, part of the protective film F5 may also be removed in the trimming process of the metal films 125A to 125D. In such a case, the protective film F5 also corresponds to a frequency adjustment film.
  • a portion of each of the metal films 125A to 125D is removed by a trimming process in the frequency adjustment process.
  • the trimming process for the metal films 125A to 125D is, for example, dry etching using argon (Ar) ion beam irradiation.
  • Ar argon
  • the metal films 125A to 125D are grounded in order to prevent the vibration trajectories of the vibrating arms 121A to 121D from changing and the vibration characteristics of the resonator 10 from deteriorating due to Coulomb interaction caused by the charging of the metal films 125A to 125D. desirable.
  • the metal film 125A is electrically connected to the metal film E1 by a through electrode that penetrates the piezoelectric film F3 and the protective film F5.
  • the metal films 125B to 125D (not shown) are electrically connected to the metal film E1 by through electrodes.
  • the metal films 125A to 125D may be electrically connected to the metal film E1 by, for example, side electrodes provided on the side surfaces of the tip portions 122A to 122D.
  • Metal films 125A to 125D may be electrically connected to metal film E2.
  • lead wires C1 and C2 are formed on the protective film F5 of the holding part 140.
  • the lead wiring C1 is electrically connected to the metal film E1 through a through hole formed in the piezoelectric film F3 and the protective film F5.
  • the lead wiring C2 is electrically connected to the metal film E2 of the outer vibrating arms 121A, 121D through a through hole formed in the protective film F5.
  • lead wires electrically connected to the metal films E2 of the inner vibrating arms 121B and 121C are also formed on the protective film F5.
  • the lead wires C1 and C2 are made of a metal material such as aluminum (Al), germanium (Ge), gold (Au), or tin (Sn).
  • the bottom plate 22, side wall 23, and restriction portion 25 of the lower lid 20 are integrally formed from a silicon substrate P10.
  • the silicon substrate P10 is formed of a non-degenerate silicon semiconductor, and has a resistivity of, for example, 10 ⁇ cm or more.
  • the thickness of the lower lid 20 is larger than the thickness of the silicon substrate F2, for example, about 150 ⁇ m.
  • the restricting portion 25 is provided in an island shape spaced apart from the side wall 23.
  • the restricting portion 25 faces the rear support arm 152A of the left support arm 151A and the rear support arm 152B of the right support arm 151B in the thickness direction.
  • the restricting portion 25 is provided in a band shape whose longitudinal direction is in the X-axis direction. As shown in FIG. 5, the restricting portion 25 projects from the bottom plate 22 toward the resonator 10.
  • the distance G2 between the limiting portion 25 and the resonator 10 in the thickness direction is larger than the amplitude in the thickness direction of the support arm 150 during normal operation of the resonator 1, and the distance G2 between the bottom plate 22 and the resonator 10 is is smaller than the distance in the thickness direction. Since the limiting portion 25 in this embodiment is provided outside the vibrating portion 110 in plan view, the distance G2 is smaller than the amplitude in the thickness direction of the vibrating portion 110 during normal operation of the resonant device 1. Good too.
  • the restricting portion 25 has a metal film M2 at the tip facing the resonator 10 in the thickness direction.
  • the metal film M2 deforms when the rear support arm 152A and the rear support arm 152B come into contact with the restriction portion 25, and functions as a buffer film that cushions the impact.
  • the metal film M2 also functions as a getter that absorbs hydrogen gas, organic gas, and the like to improve the degree of vacuum in the cavities 21 and 31.
  • the metal film M2 is made of, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), or an alloy containing at least one of these.
  • the metal film M2 may be made of a metal having a lower bulk elastic modulus than gold (Au).
  • the metal film M2 has, for example, a single layer structure, but may have a multilayer structure. Between the metal film M2 of the restriction part 25 and the silicon substrate P10, there are layers (not shown) such as a diffusion prevention layer that prevents hydrogen diffusion and a base layer that improves the adhesion between the metal film M2 and the silicon substrate P10. may be provided.
  • the restriction portion 25 according to the present embodiment is arranged in an island shape so as to face the rear support arms 152A, 152B, but the restriction portion on the lower lid side according to an embodiment of the present invention is arranged in this manner. It is not limited to. From the viewpoint of increasing the surface area and improving the function as a getter, the restriction portion on the lower lid side may be connected to the side wall of the lower lid. From a similar point of view, the limiting portion on the lower lid side may face not only the rear supporting arm but also at least one of the supporting arm, the base, and the vibrating arm. The limiting portion on the lower lid side may avoid the support arm and face at least one of the base and the vibrating arm when viewed in plan. Further, when viewed in plan, the restriction portion on the lower lid side may extend outside the support arm and the vibrating portion.
  • the silicon substrate P10 of the lower lid 20 corresponds to the support substrate (handle layer) of the SOI substrate
  • the silicon oxide film F21 of the resonator 10 corresponds to the support substrate (handle layer) of the SOI substrate.
  • This corresponds to a BOX layer
  • the silicon substrate F2 of the resonator 10 corresponds to an active layer (device layer) of an SOI substrate.
  • the bottom plate 32, side wall 33, and restriction portion 35 of the upper lid 30 are integrally formed from a silicon substrate Q10.
  • a silicon oxide film Q11 is provided on the surface of the silicon substrate Q10. Specifically, a region between silicon substrate Q10 and through electrodes V1 and V2, which will be described later, a region between silicon substrate Q10 and internal terminals Y1 and Y2, which will be described later, and a region between silicon substrate Q10 and external terminals.
  • a silicon oxide film Q11 is provided in the region. The silicon oxide film Q11 prevents short circuits between electrodes and the like via the silicon substrate Q10.
  • the silicon substrate Q10 may be exposed on the inner wall of the cavity 31.
  • the silicon oxide film Q11 is formed, for example, by thermal oxidation of the silicon substrate Q10 or chemical vapor deposition (CVD).
  • the thickness of the upper lid 30 is, for example, about 150 ⁇ m.
  • the restriction portion 35 is provided in an island shape spaced apart from the side wall 33.
  • the restricting portion 35 faces the rear support arm 152A of the left support arm 151A and the rear support arm 152B of the right support arm 151B in the thickness direction.
  • the restricting portion 35 substantially overlaps the restricting portion 25.
  • the restricting portion 35 projects from the bottom plate 32 toward the resonator 10.
  • the distance G3 between the limiting portion 35 and the resonator 10 in the thickness direction is larger than the amplitude in the thickness direction of the support arm 150 during normal operation of the resonator 1, and the distance G3 between the bottom plate 32 and the resonator 10 is is smaller than the distance in the thickness direction.
  • distance G3 is approximately the same size as distance G2. Since the limiting portion 35 in this embodiment is provided outside the vibrating portion 110 in plan view, the distance G3 is smaller than the amplitude in the thickness direction of the vibrating portion 110 during normal operation of the resonator 1. Good too.
  • the restricting portion 35 has a metal film M3 at the tip facing the resonator 10 in the thickness direction.
  • the metal film M3 functions as a buffer film and a getter similarly to the metal film M2 of the restriction portion 25.
  • the metal film M3 is made of, for example, the same metal material as the metal film M2.
  • a layer such as a diffusion prevention layer and a base layer may be provided between the metal film M3 of the restriction portion 35 and the silicon substrate Q10.
  • the upper lid-side restriction portion may be connected to the side wall of the upper lid, similar to the lower lid-side restriction portion, and may be connected to at least one of the support side arm, the base, and the vibrating arm. You may face each other.
  • the upper lid-side restriction portion may avoid the support arm and face at least one of the base and the vibrating arm when viewed in plan. When viewed in plan, the upper lid-side restriction portion may extend outside the support arm and the vibrating portion.
  • the restriction part 35 overlaps with the restriction part 25, and the sizes of the restriction part 35 and the restriction part 25 are approximately the same, but the positional relationship and size relationship of the restriction parts on the lower lid side and the upper lid side are is not limited to this.
  • the upper lid-side restriction portion may be provided at a different position from the lower lid-side restriction portion in plan view.
  • the restriction part on the lower lid side may face the support arm, and the restriction part on the upper lid side may face the base.
  • the function of the larger restriction portion as a getter in the metal film may be strengthened. .
  • the metal film M3 and the metal film M2 are provided with the same metal material, but may be provided with different metal materials.
  • the metal film to which a larger impact is applied may be made of a metal material that has a higher impact absorption capacity than the metal film to which a smaller impact is applied.
  • the upper lid 30 is provided with through electrodes V1 and V2.
  • the through electrodes V1 and V2 are provided inside a through hole that penetrates the side wall 33 in the Z-axis direction. Through electrodes V1 and V2 are surrounded by silicon oxide film Q11 and insulated from each other.
  • the through electrodes V1 and V2 are formed, for example, by filling the through holes with polycrystalline silicon (Poly-Si), copper (Cu), gold (Au), or the like.
  • Internal terminals Y1 and Y2 are provided on the lower surface of the upper lid 30.
  • Internal terminal Y1 is electrically connected to ground terminal GT by through electrode V1.
  • Internal terminal Y2 is electrically connected to power supply terminal ST2 by through electrode V2.
  • the internal terminal Y1 is a connection terminal that electrically connects the through electrode V1 and the lead wire C1.
  • Internal terminal Y2 is a connection terminal that electrically connects through electrode V2 and lead wiring C2.
  • the upper lid 30 is further provided with internal terminals and through holes that electrically connect the metal films E2 of the inner vibrating arms 121B and 121C to the power supply terminal ST1.
  • a plurality of internal terminals including internal terminals Y1 and Y2 are electrically insulated from each other by a silicon oxide film Q11.
  • a plurality of external terminals including the ground terminal GT and power supply terminal ST2 are also electrically insulated from each other by the silicon oxide film Q11.
  • the plurality of internal terminals and the plurality of external terminals are, for example, made of a metallized layer (underlying layer) of chromium (Cr), tungsten (W), nickel (Ni), etc., and nickel (Ni), gold (Au), silver (Ag). ), plated with copper (Cu), etc.
  • a joint H is formed between the side wall 33 of the upper lid 30 and the holding part 140 of the resonator 10.
  • the joint H is provided in a continuous frame shape in the circumferential direction so as to surround the vibrating part 110 when viewed from above, and hermetically seals the vibration space formed by the cavities 21 and 31 in a vacuum state.
  • the bonding portion H is formed of a metal film in which, for example, an aluminum (Al) film, a germanium (Ge) film, and an aluminum (Al) film are laminated in this order from the resonator 10 side and eutectically bonded.
  • the joint H is made of gold (Au), tin (Sn), copper (Cu), titanium (Ti), aluminum (Al), germanium (Ge), silicon (Si), or an alloy containing at least one of these. May include. Further, in order to improve the adhesion between the resonator 10 and the upper lid 30, the joint H may include an insulator made of a metal compound such as titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN). Although each metal film of the joint H is illustrated as an independent layer, in reality, they form a eutectic alloy, so clear boundaries do not necessarily exist.
  • the upper lid 30 has the restriction part 35 that restricts the displacement of the rear support arms 152A, 152B, and the metal film M3 that functions as a getter is provided at the tip of the restriction part 35.
  • the restricting part 35 contacts the rear supporting arms 152A and 152B and restricts the displacement of the vibrating part 110 and the supporting arm 150 toward the upper lid 30 side. do. Therefore, damage caused by deformation of the support arm 150 toward the upper lid 30 can be suppressed.
  • the metal film M3 functions as a buffer film that alleviates the impact caused by the contact between the support rear arms 152A, 152B and the restriction part 35, the metal film M3 prevents dust from coming into contact with the support rear arms 152A, 152B and the restriction part 35. The occurrence can be suppressed.
  • the metal film M3 functions as a buffer film and also functions as a getter. Therefore, it is possible to suppress frequency fluctuations caused by adhesion and desorption of dust to the vibrating section 110 and a decrease in the degree of vacuum in the vibration space. Furthermore, manufacturing costs can be reduced compared to a resonator device in which a buffer film and a getter are separately provided on the top cover.
  • the lower lid 20 has a restriction part 25 that restricts the displacement of the rear support arms 152A, 152B, and a metal film M2 that functions as a getter is provided at the tip of the restriction part 25.
  • the restricting parts 25 and 35 face the support arm 150 in the thickness direction.
  • the metal films M2 and M3 are made of, for example, a metal having a lower bulk modulus than gold.
  • the function of the metal films M2 and M3 as a buffer film can be improved. Moreover, since metals with low bulk modulus tend to have excellent hydrogen storage function, it is possible to effectively suppress a decrease in the degree of vacuum caused by hydrogen gas in the vibration space of the resonator 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a resonance device according to the second embodiment.
  • a metal film M21 functioning as a getter is provided on the surface of the bottom plate 22 of the lower lid 220 that faces the resonator 10. Furthermore, a metal film M31 functioning as a getter is provided on the surface of the bottom plate 32 of the upper lid 230 that faces the resonator 10.
  • the volume of the getter increases, the degree of vacuum in the vibration space of the resonance device 2 can be improved.
  • the material of the metal film M21 may be the same as the material of the metal film M2.
  • the metal film M21 and the metal film M2 can be provided at once in the same process.
  • the metal film M31 and the metal film M3 can be provided at once in the same process. Therefore, by increasing the volume of the getter while suppressing an increase in manufacturing costs, the degree of vacuum in the vibration space of the resonance device 2 can be improved.
  • metal film M21 may be further provided on the side wall 23 and the side surface of the restriction portion 25.
  • the metal film M31 may be further provided on the side wall 33 and the side surface of the restriction portion 35.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a resonance device according to a third embodiment.
  • the distance G3 between the restriction part 335 of the upper lid 330 and the resonator 10 in the thickness direction is smaller than the distance G2 between the restriction part 325 of the lower lid 320 and the resonator 10 in the thickness direction.
  • the tip of the limiting portion 335, which has the smaller distance G2, G3 from the resonator 10, of the limiting portions 325, 335, is provided with a metal film M3.
  • the tip of the limiting portion 235, which has a larger distance G2, G3 from the resonator 10 among the limiting portions 325, 335, is provided by the silicon substrate P10.
  • the metal film M3 is provided at the tip of the restricting part 335, which is the one of the restricting parts 325 and 335 that is more likely to come into contact with the resonator 10, it is assumed that if a shock is applied to the resonator 3 due to a drop or the like, Also, the impact acting on the resonator 10 can be alleviated and damage to the resonator 10 can be suppressed. Furthermore, compared to a resonator device in which a metal film is provided on the tips of the limiting portions of both the lower lid and the upper lid, the process of providing a metal film on the tip of the limiting portion 325 is omitted, reducing manufacturing costs. be able to.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a resonance device according to a fourth embodiment.
  • the distance G3 between the restriction part 435 of the upper lid 430 and the resonator 10 in the thickness direction is smaller than the distance G2 between the restriction part 425 of the lower lid 420 and the resonator 10 in the thickness direction.
  • a metal film M31 is provided on the surface of the bottom plate 32 facing the resonator 10. ing.
  • the metal film M31 in the process of providing the metal film M3, the metal film M31 can also be provided at the same time. Therefore, it is possible to increase the volume of the getter and improve the degree of vacuum in the vibration space of the resonance device 4 while suppressing an increase in manufacturing costs.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a resonance device according to the fifth embodiment.
  • the distance G3 between the restriction part 535 of the upper lid 530 and the resonator 10 in the thickness direction is smaller than the distance G2 between the restriction part 525 of the lower lid 520 and the resonator 10 in the thickness direction.
  • the upper lid 530 provided with the limiting portion 535 having the smaller distance G2 G3 from the resonator 10 among the limiting portions 525, 535, a portion of the bottom plate 532 and the side wall 533 is provided with the glass substrate Q15.
  • the entire bottom plate 532 is provided with a glass substrate Q15
  • the area around the through electrodes V1 and V2 of the side wall 533 is provided with a glass substrate Q15.
  • the periphery of the through electrode (not shown) of the side wall 533 is also provided with a glass substrate Q15.
  • the other portions of the side wall 533 are provided by a silicon substrate Q10.
  • the glass substrate Q15 is made of glass whose main component is silicon oxide (eg, SiO 2 ).
  • the main component in glass refers to a component that accounts for 50% by mass or more of all the components constituting the glass.
  • the glass substrate Q15 is formed of silicate glass containing SiO 2 as a main component.
  • the glass substrate Q15 which has a smaller capacitance than the silicon oxide film Q11, surrounds the through electrodes V1 and V2, the parasitic capacitance generated in the through electrodes V1 and V2 can be reduced.
  • the resonator 10 can be observed from the outside because the bottom plate 532 is provided with a glass substrate Q15 having light transmittance. can do. Therefore, defects that occur inside the resonator device 5 after sealing can be detected by visual inspection. Similarly, even when the silicon oxide film Q11 is not provided on at least a portion of the bottom plate 532, the resonator 10 can be observed from the outside.
  • the entire side wall 533 may be provided by the glass substrate Q15.
  • the bottom plate 532 may be provided by a silicon substrate Q10 and a glass substrate Q15.
  • the restriction portion 535 is provided by the silicon substrate Q10, it may be provided by the glass substrate Q15.
  • a portion of the bottom plate 22 and the side wall 23 are mainly made of silicon oxide. It may be provided by a glass substrate as a component. Regardless of the distance between the limiting portion and the resonator, at least a portion of at least one of the lower cover and the upper cover may be provided with a glass substrate containing silicon oxide as a main component.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a resonance device according to the sixth embodiment.
  • the distance G3 between the restriction part 635 of the upper lid 630 and the resonator 10 in the thickness direction is smaller than the distance G2 between the restriction part 625 of the lower lid 620 and the resonator 10 in the thickness direction.
  • the entire bottom plate 632 is provided with a glass substrate Q15, and the area around the through electrodes V1 and V2 of the side wall 633 is provided with a glass substrate Q15.
  • a metal film M31 is provided on the surface of the bottom plate 632 facing the resonator 10.
  • the conductive metal film M31 covers the inner surface of the bottom plate 632 provided by the insulating glass substrate Q15, the occurrence of charge-up on the bottom plate 632 can be suppressed.
  • FIG. 11 is a plan view of the inside of the resonance device according to the seventh embodiment.
  • the lower lid 720 has two restriction parts 725A and 725B.
  • the limiting portion 725A faces the supporting arm 153A of the left supporting arm 151A of the supporting arm 150 in the thickness direction.
  • the restricting portion 725B faces the supporting arm 153B of the right supporting arm 151B of the supporting arm 150 in the thickness direction.
  • the restricting portions 725A and 725B are provided in the shape of a band whose longitudinal direction is in the Y-axis direction.
  • the upper lid has two restriction portions 735A and 735B.
  • the restriction portion 735A faces the restriction portion 725A in the thickness direction
  • the restriction portion 735B faces the restriction portion 725B in the thickness direction.
  • the displacement of the support arm 150 is restricted at a position closer to the holding part 140 than the rear support arms 152A, 152B, so damage to the support arm 150 can be more effectively suppressed.
  • each of the lower lid and the upper lid may have two or more restriction parts. Note that the number of restriction parts on the lower lid may be different from the number of restriction parts on the upper lid.
  • FIG. 12 is a plan view of the inside of the resonance device according to the eighth embodiment.
  • the restricting portion 825 of the lower lid 820 faces the support arm 150, the base 130, and the excitation portion 120 in the thickness direction. Specifically, the restriction portion 825 faces all of the rear support arms 152A, 152B, faces a portion of the side of the support side arms 153A, 153B connected to the rear support arms 152A, 152B, and faces the base 130. and a part of the fixed end side of the vibrating arms 121A to 121D.
  • the restriction portion 825 includes all of the frame on the Y-axis negative direction side, a part of the frame on the X-axis positive direction, and a part of the frame on the X-axis negative direction. is connected to.
  • the restricting portion 825 is provided in the shape of a band whose longitudinal direction is in the X-axis direction.
  • a restricting portion 835 of the upper lid is similarly provided.
  • the area of the tip portions of the restricting portions 825, 835 can be increased. Therefore, by increasing the volume of the getter, the degree of vacuum in the vibration space of the resonance device 8 can be improved.
  • the position of the restriction part is not limited to a position facing the support arm in the thickness direction, but may be a position facing the vibrating part.
  • the restricting portion may face a part of the open end side of the vibrating arm in the thickness direction, or may face the entire vibrating arm.
  • FIG. 13 is a plan view of the inside of the resonance device according to the ninth embodiment.
  • the base 130 is supported by one support arm 950.
  • the support arm 950 connects the rear end portion 131B of the base portion 130 and the right frame 141D of the holding portion 140. Specifically, the support arm 950 extends from the central portion of the rear end portion 131B in the X-axis direction toward the rear frame 141B, bends and extends toward the right frame 141D, and bends and extends toward the front frame 141A. It extends, bends, and extends toward the right frame 141D.
  • the restriction portion 925 of the lower lid 920 faces the excitation portion 120 and the base portion 130 in the thickness direction. Furthermore, the restricting portion 925 is spaced apart from the support arm 950 in plan view.
  • the restriction portion 925 is connected to a part of the frame on the negative side of the X-axis and a part of the frame on the negative side of the Y-axis, of the frame-shaped side wall 23 . In plan view, the restricting portion 925 is provided in a triangular shape. A restricting portion 935 of the upper lid is similarly provided.
  • the limiting parts 925 and 935 can be brought into contact with the excitation part 120 and the base part 130, which have higher mechanical strength than the supporting arm 950, so that damage to the resonator 910 due to contact with the supporting arm 950 can be caused. can be suppressed.
  • FIG. 14 is a plan view of the inside of the resonance device according to the tenth embodiment.
  • the restricting portion A25 of the lower lid A20 faces the base 130 in the thickness direction.
  • the restriction portion A25 is adjacent to the four vibrating arms in the Y-axis direction. Further, the restricting portion A25 is spaced apart from the excitation portion 120 and the support arm 950 in plan view.
  • the restricting portion 925 is connected to a part of the frame on the negative side of the X-axis, of the frame-shaped side wall 23 . In plan view, the restricting portion A25 is provided in the shape of a band whose longitudinal direction is in the X-axis direction.
  • a restricting portion A35 of the upper lid is also provided in the same manner.
  • the limiting parts A25 and A35 can be brought into contact with the base 130 having high mechanical strength, so that damage to the resonator 910 caused by contact with the support arm 950 can be suppressed.
  • a resonator having a vibrating part, a holding part disposed around at least a portion of the vibrating part, and a support arm connecting the vibrating part and the holding part;
  • the distance between the first bottom plate provided at a distance from the vibrating part in the thickness direction, the first side wall extending from the peripheral edge of the first bottom plate toward the holding part, and the resonator in the thickness direction resonates.
  • a first substrate having a first restriction portion smaller than the distance between the child and the first bottom plate;
  • a first metal film functioning as a getter is provided at a tip portion facing the resonator in the thickness direction of the first limiting portion; Resonant device.
  • ⁇ 2> The distance between the second bottom plate provided at a distance from the vibrating part in the thickness direction, the second side wall extending from the peripheral edge of the second bottom plate toward the holding part, and the resonator in the thickness direction resonates. further comprising a second substrate having a second restriction portion smaller than the distance between the child and the second bottom plate; A second metal film functioning as a getter is provided at the tip of the second limiting portion facing the resonator in the thickness direction; The resonance device according to ⁇ 1>.
  • the distance between the second bottom plate provided at a distance from the vibrating part in the thickness direction, the second side wall extending from the peripheral edge of the second bottom plate toward the holding part, and the vibrating part in the thickness direction further comprising a second substrate having a second limiting portion smaller than the distance between the portion and the second bottom plate;
  • the distance between the second limiting part and the resonator in the thickness direction is larger than the distance between the first limiting part and the resonator in the thickness direction,
  • the tip portion facing the resonator in the thickness direction of the second limiting portion is made of silicon or a silicon compound;
  • the first metal film is further provided on the first bottom plate.
  • the resonance device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>.
  • a second metal film is further provided on the second bottom plate.
  • the first substrate has an internal terminal electrically connected to the resonator, an external terminal electrically connected to the external substrate, and a through electrode electrically connecting the internal terminal and the external terminal,
  • the through electrode is surrounded by glass whose main component is silicon oxide.
  • the first substrate has an internal terminal electrically connected to the resonator, an external terminal electrically connected to the external substrate, and a through electrode electrically connecting the internal terminal and the external terminal,
  • the first bottom plate is made of glass whose main component is silicon oxide.
  • the first limiting portion faces the support arm in the thickness direction.
  • the resonance device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>.
  • the first metal film is made of titanium or zirconium, The resonance device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • the first metal film is made of a metal having a lower bulk elastic modulus than gold,
  • the resonance device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • Embodiments according to the present invention are appropriately applicable to devices that utilize the frequency characteristics of a vibrator, such as a timing device, a sound generator, an oscillator, a load sensor, etc., without particular limitation.
  • a vibrator such as a timing device, a sound generator, an oscillator, a load sensor, etc., without particular limitation.
  • a resonance device that can suppress frequency fluctuations can be provided.
  • Resonator device 10 ... Resonator 20
  • Lower cover 30 ... Upper cover 21, 31... Cavity 22, 32... Bottom plate 23, 33... Side wall 25, 35... Restricting part M2, M3... Metal film 50
  • MEMS board 110 ... Vibrating part 120
  • Excitation part 121A-121D ... Vibration arm 130
  • Base 140 ... Holding part 150... Support arm

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

共振装置（１）は、振動部（１１０）、振動部（１１０）の周囲の少なくとも一部に配置された保持部（１４０）、及び、振動部（１１０）と保持部（１４０）とを接続する支持腕（１５０）を有する共振子（１０）と、厚さ方向において振動部（１１０）と間隔を空けて設けられた第１底板（２２）、第１底板（２２）の周縁部から保持部（１４０）に向かって延びる第１側壁（２３）、及び、厚さ方向における共振子（１０）との間の距離が共振子（１０）と第１底板（２２）との間の距離よりも小さい第１制限部（２５）を有する第１基板（２０）とを備え、第１制限部（２５）の厚さ方向において共振子（１０）と対向する先端部に、ゲッターとして機能する第１金属膜（Ｍ２）が設けられている。

Description

共振装置
　本発明は、共振装置に関する。
　移動通信端末、通信基地局、家電などの各種電子機器において、タイミングデバイス、センサ、発振器などの様々な用途に共振装置が用いられている。このような共振装置の一種として、下蓋と、下蓋との間で振動空間を形成する上蓋と、当該振動空間で振動可能に保持された振動腕を有する共振子と、を備えた、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）共振装置が知られている。
　例えば、特許文献１には、共振子と、下蓋と、上蓋とを備える共振装置であって、下蓋は、厚さ方向において共振子の支持腕から第１距離を空けて設けられた制限部を有し、制限部は、下蓋の凹部の底面との間に高低差を形成する段差を含み、支持腕の厚さ方向における最大振幅が第１距離に制限される、共振装置が開示されている。
国際公開第２０２０－２６１６３０号
　しかしながら、特許文献１に記載の共振装置においては、支持腕と制限部が衝突したとき、支持腕及び制限部の少なくとも一方が削れ、これによって生じた粉塵が飛散して周波数を変動させる場合がある。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、周波数の変動を抑制することができる共振装置を提供することである。
　本発明の一態様に係る共振装置は、振動部、振動部の周囲の少なくとも一部に配置された保持部、及び、振動部と保持部とを接続する支持腕を有する共振子と、厚さ方向において振動部と間隔を空けて設けられた第１底板、第１底板の周縁部から保持部に向かって延びる第１側壁、及び、厚さ方向における共振子との間の距離が共振子と第１底板との間の距離よりも小さい第１制限部を有する第１基板とを備え、第１制限部の厚さ方向において共振子と対向する先端部に、ゲッターとして機能する第１金属膜が設けられている。
　本発明によれば、周波数の変動を抑制することができる共振装置を提供することができる。
第１実施形態に係る共振装置の斜視図である。 第１実施形態に係る共振装置の分解斜視図である。 第１実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。 第１実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。 第１実施形態に係る共振装置の断面図である。 第２実施形態に係る共振装置の断面図である。 第３実施形態に係る共振装置の断面図である。 第４実施形態に係る共振装置の断面図である。 第５実施形態に係る共振装置の断面図である。 第６実施形態に係る共振装置の断面図である。 第７実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。 第８実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。 第９実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。 第１０実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態の図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
　＜第１実施形態＞
　まず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の概略構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る共振装置の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る共振装置の分解斜視図である。
　以下において、共振装置１の各構成について説明する。各々の図面には、各々の図面相互の関係を明確にし、各部材の位置関係を理解する助けとするために、便宜的にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系を付すことがある。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸と平行な方向をそれぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向とする。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸＹ面とし、ＹＺ面及びＺＸ面についても同様とする。
　この共振装置１は、共振子１０と、共振子１０を挟んで互いに対向する下蓋２０及び上蓋３０と、を備えている。下蓋２０、共振子１０、及び上蓋３０がこの順でＺ軸方向に積層されている。以下、下蓋２０、共振子１０、及び上蓋３０の積層するＺ軸方向を、「厚さ方向」とする。共振子１０と下蓋２０とは接合され、ＭＥＭＳ基板５０を構成している。上蓋３０は、ＭＥＭＳ基板５０の共振子１０に接合されている。言い換えると、上蓋３０は、共振子１０を介して下蓋２０に接合されている。下蓋２０及び上蓋３０は、共振子１０が振動する振動空間を内部に形成するパッケージ構造を構成している。下蓋２０及び上蓋３０のうち一方が第１基板の一例に相当し、下蓋２０及び上蓋３０のうち他方が第２基板の一例に相当する。
　共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動素子である。共振子１０の周波数帯は、例えば、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。共振子１０は、振動部１１０と、保持部１４０と、支持腕１５０と、を備えている。
　振動部１１０は、下蓋２０と上蓋３０との間に設けられた振動空間において振動可能に保持されている。振動部１１０は、電圧が印加されていない非振動状態のときＸＹ面に沿って延在し、電圧が印加された振動状態ときＺ軸方向に屈曲振動する。すなわち、振動部１１０の振動モードは、面外屈曲振動モードである。但し、非振動状態の振動部１１０は、自重によりＺ方向に撓んでいてもよい。
　なお、振動部の振動モードは、面外屈曲振動モードに限定されるものでない。例えば、振動部の振動モードは、面内屈曲振動モードであってもよく、厚みすべり振動モードであってもよい。
　保持部１４０は、例えば、ＸＹ平面を平面視（以下、単に「平面視」とする。）したとき、振動部１１０を囲むように枠状に設けられている。保持部１４０は、下蓋２０及び上蓋３０とともに、パッケージ構造の振動空間を形成している。なお、保持部１４０は、振動部１１０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るものではない。
　支持腕１５０は、平面視したとき、振動部１１０と保持部１４０との間に設けられている。支持腕１５０は、振動部１１０と保持部１４０とを接続している。
　下蓋２０は、底板２２と、側壁２３とを有している。底板２２は、厚さ方向において振動部１１０と間隔を空けて設けられている。底板２２は、ＸＹ面に沿って延在する主面を有する板状の部分である。側壁２３は、底板２２の周縁部から上蓋３０に向かって延びている。側壁２３は、平面視したときに振動部１１０を囲む枠状の部分である。側壁２３は、共振子１０の保持部１４０に接合されている。下蓋２０には、共振子１０の振動部１１０と対向する側において、底板２２と側壁２３とによって囲まれたキャビティ２１が形成されている。キャビティ２１は、上向きに開口する直方体状の開口部である。
　下蓋２０は、制限部２５をさらに有している。制限部２５は、共振装置１に落下などの衝撃が加わった際に、振動部１１０及び支持腕１５０の一部に接触することで、振動部１１０及び支持腕１５０の下蓋２０側への変位を制限する。制限部２５の詳細な構成については後述する。
　上蓋３０は、底板３２と、側壁３３とを有している。底板３２は、厚さ方向において振動部１１０と間隔を空けて設けられている。底板３２は、ＸＹ面に沿って延在する主面を有する板状の部分である。側壁３３は、底板３２の周縁部から下蓋２０に向かって延びている。側壁３３は、平面視したときに振動部１１０を囲む枠状の部分である。側壁３３は、共振子１０の保持部１４０に接合されている。上蓋３０には、共振子１０の振動部１１０と対向する側において、底板３２と側壁３３とによって囲まれたキャビティ２１が形成されている。キャビティ２１は、上向きに開口する直方体状の開口部である。キャビティ２１とキャビティ３１とは、共振子１０の振動部１１０を挟んで対向し、共振子１０の振動空間を形成している。
　上蓋３０は、制限部３５をさらに有している。制限部２５と同様、制限部３５は、振動部１１０及び支持腕１５０の一部に接触することで、振動部１１０及び支持腕１５０の上蓋３０側への変位を制限する。制限部３５の詳細な構成については後述する。
　上蓋３０の上面には、２つの電源端子ＳＴ１，ＳＴ２と、接地端子ＧＴと、ダミー端子ＤＴと、が設けられている。以下、電源端子ＳＴ１，ＳＴ２、接地端子ＧＴ及びダミー端子ＤＴを、まとめて「外部端子」とする。各電源端子ＳＴ１，ＳＴ２は、共振子１０に駆動信号（駆動電圧）を与えるためのものである。各電源端子ＳＴ１，ＳＴ２は、後述する共振子１０の上部電極に相当する金属膜Ｅ２に電気的に接続される。接地端子ＧＴは、共振子１０に基準電位を与えるためのものである。接地端子ＧＴは、後述する共振子１０の下部電極に相当する金属膜Ｅ１電気的に接続される。ダミー端子ＤＴは、共振子１０に電気的に接続されていない。
　次に、図３を参照しつつ、平面視したときの共振子１０の振動部１１０、保持部１４０及び支持腕１５０の概略構成について説明する。図３は、第１実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。なお、図３は、上蓋３０側から平面視したときの共振子１０の形状を示している。ここで、Ｙ軸方向に沿った寸法を「長さ」とし、Ｘ軸方向に沿った寸法を「幅」とする。
　共振子１０は、例えば、ＹＺ面と平行な仮想平面Ｐに対して面対称に形成されている。すなわち、振動部１１０、保持部１４０及び支持腕１５０のそれぞれの形状は、仮想平面Ｐに対して略面対称に形成されている。
　図３に示すように、振動部１１０は、４本の振動腕１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄからなる励振部１２０と、励振部１２０に接続された基部１３０と、を有している。なお、振動腕の数は４本に限定されるものではなく、１本以上の任意の数に設定され得る。本実施形態において、励振部１２０と基部１３０とは、一体に形成されている。振動部１１０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。
　振動腕１２１Ａ～１２１Ｄは、それぞれＹ軸方向に延びており、この順でＸ軸方向に所定の間隔で並んでいる。振動腕１２１Ａ～１２１Ｄは、基部１３０に接続された固定端と、基部１３０から最も離れた開放端とを有している。振動腕１２１Ａ～１２１Ｄのそれぞれは、振動部１１０において変位が相対的に大きい開放端の側に設けられた先端部１２２Ａ～１２２Ｄと、基部１３０と先端部１２２Ａ～１２２Ｄとを繋ぐ腕部１２３Ａ～１２３Ｄとを有している。振動腕１２１Ｂと振動腕１２１Ｃとの間に仮想平面Ｐが位置している。
　４本の振動腕１２１Ａ～１２１Ｄのうち、振動腕１２１Ａ，１２１ＤはＸ軸方向の外側に配置された外側振動腕であり、振動腕１２１Ｂ，１２１ＣはＸ軸方向の内側に配置された内側振動腕である。仮想平面Ｐに対して、内側振動腕１２１Ｂと内側振動腕１１２１Ｃとは互いに対称な構造であり、外側振動腕１２１Ａと外側振動腕１２１Ｄとは互いに対称な構造である。
　先端部１２２Ａ～１２２Ｄは、それぞれ、上蓋３０側の表面に金属膜１２５Ａ～１２５Ｄを備えている。金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、先端部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの単位長さ当たりの質量（以下、単に「質量」とする。）を、腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの質量よりも大きくする質量付加膜として機能する。これにより、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、振動部１１０の小型化を図りつつ振幅を大きくする。また、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、その一部を削ることによって共振周波数を調整する、いわゆる周波数調整膜として用いられてもよい。
　先端部１２２Ａの幅は、腕部１２３Ａの幅よりも大きい。先端部１２２Ｂ～１２２Ｄ及び腕部１２３Ｂ～１２３Ｄについても同様である。これにより、例え金属膜１２５Ａ～１２５Ｄが省略されたとしても、先端部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの重量は、腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの重量よりも大きい。但し、先端部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの幅は、腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの幅以下の大きさであってもよい。
　先端部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの形状は、四隅に丸みを帯びた曲面形状（例えば、いわゆるＲ形状）を有する略長方形状である。腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの形状は、基部１３０に接続される根本部付近、及び、先端部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれに接続される接続部付近にＲ形状を有する略長方形状である。但し、先端部１２２Ａ～１２２Ｄ及び腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの形状は、上記に限定されるものではない。例えば、先端部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの形状は、台形状やＬ字形状であってもよい。また、腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの形状は、台形状であってもよく、腕部１２３Ａ～１２３Ｄにはスリット、凹部及び凸部などが形成されていてもよい。
　振動腕１２１Ａ～１２１Ｄのそれぞれの形状及びサイズは、略同一である。振動腕１２１Ａ～１２１Ｄのそれぞれの長さは、例えば４５０μｍ程度である。例えば、腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの長さは３００μｍ程度であり、それぞれの幅は５０μｍ程度である。例えば、先端部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの長さは１５０μｍ程度であり、それぞれの幅は７０μｍ程度である。
　基部１３０は、前端部１３１Ａと、後端部１３１Ｂと、左端部１３１Ｃと、右端部１３１Ｄとを有している。前端部１３１Ａ、後端部１３１Ｂ、左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄは、それぞれ、基部１３０の外縁部の一部である。前端部１３１Ａは、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄ側においてＸ軸方向に延びる端部である。後端部１３１Ｂは、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄとは反対側においてＸ軸方向に延びる端部である。左端部１３１Ｃは、振動腕１２１Ｄから視て振動腕１２１Ａ側においてＹ軸方向に延びる端部である。右端部１３１Ｄは、振動腕１２１Ａから視て振動腕１２１Ｄ側においてＹ軸方向に延びる端部である。前端部１３１Ａには振動腕１２１Ａ～１２１Ｄが接続されている。
　基部１３０の形状は、前端部１３１Ａ及び後端部１３１Ｂを長辺とし、左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄを短辺とする、略長方形状である。前端部１３１Ａ及び後端部１３１Ｂそれぞれの垂直二等分線に沿って仮想平面Ｐが規定されている。基部１３０は仮想平面Ｐに対して略面対称な構造であれば上記に限定されるものではなく、例えば、前端部１３１Ａ及び後端部１３１Ｂの一方が他方よりも長い台形状であってもよい。また、前端部１３１Ａ、後端部１３１Ｂ、左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄの少なくとも１つが屈折又は湾曲してもよい。
　前端部１３１Ａと後端部１３１Ｂとの間のＹ軸方向における最大距離である基部長は、一例として３５μｍ程度である。また、左端部１３１Ｃと右端部１３１Ｄとの間のＸ軸方向における最大距離である基部幅は、一例として２６５μｍ程度である。なお、図３に示した構成例では、基部長は左端部１３１Ｃ又は右端部１３１Ｄの長さに相当し、基部幅は前端部１３１Ａ又は後端部１３１Ｂの幅に相当する。
　図３に示すように、保持部１４０は、前枠１４１Ａと、後枠１４１Ｂと、左枠１４１Ｃと、右枠１４１Ｄとを有している。前枠１４１Ａ、後枠１４１Ｂ、左枠１４１Ｃ及び右枠１４１Ｄは、それぞれ、振動部１１０を囲む略矩形状の枠体の一部である。具体的には、前枠１４１Ａは、基部１３０から視て励振部１２０側においてＸ軸方向に延びる部分である。後枠１４１Ｂは、励振部１２０から視て基部１３０側においてＸ軸方向に延びる部分である。左枠１４１Ｃは、振動腕１２１Ｄから視て振動腕１２１Ａ側においてＹ軸方向に延びる部分である。右枠１４１Ｄは、振動腕１２１Ａから視て振動腕１２１Ｄ側においてＹ軸方向に延びる部分である。前枠１４１Ａ及び後枠１４１Ｂのそれぞれは、仮想平面Ｐによって二等分される。
　左枠１４１Ｃの両端は、それぞれ、前枠１４１Ａの一端及び後枠１４１Ｂの一端に接続されている。右枠１４１Ｄの両端は、それぞれ、前枠１４１Ａの他端及び後枠１４１Ｂの他端に接続されている。前枠１４１Ａと後枠１４１Ｂとは、振動部１１０を挟んでＹ軸方向において互いに対向している。左枠１４１Ｃと右枠１４１Ｄは、振動部１１０を挟んでＸ軸方向において互いに対向している。
　支持腕１５０は、保持部１４０の内側に設けられ、基部１３０と保持部１４０とを接続している。図３に示した構成例では、支持腕１５０は、上蓋３０側から平面視したとき、左支持腕１５１Ａと、右支持腕１５１Ｂと、を有している。右支持腕１５１Ｂと左支持腕１５１Ａとの間に仮想平面Ｐが位置しており、右支持腕１５１Ｂと左支持腕１５１Ａとは互いに面対称である。
　左支持腕１５１Ａは、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０の左枠１４１Ｃとを接続している。右支持腕１５１Ｂは、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０の右枠１４１Ｄとを接続している。左支持腕１５１Ａは支持後腕１５２Ａと支持側腕１５３Ａとを有し、右支持腕１５１Ｂは支持後腕１５２Ｂと支持側腕１５３Ｂとを有している。
　支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂは、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０との間において、基部１３０の後端部１３１Ｂから延びている。具体的には、支持後腕１５２Ａは、基部１３０の後端部１３１Ｂから後枠１４１Ｂに向かって延出し、屈曲して左枠１４１Ｃに向かって延びている。支持後腕１５２Ｂは、基部１３０の後端部１３１Ｂから後枠１４１Ｂに向かって延出し、屈曲して右枠１４１Ｄに向かって延びている。支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂのそれぞれの幅は、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄのそれぞれの幅よりも小さい。
　支持側腕１５３Ａは、外側振動腕１２１Ａと保持部１４０との間において、外側振動腕１２１Ａに沿って延びている。支持側腕１５３Ｂは、外側振動腕１２１Ｄと保持部１４０との間において、外側振動腕１２１Ｄに沿って延びている。具体的には、支持側腕１５３Ａは、支持後腕１５２Ａの左枠１４１Ｃ側の端部から前枠１４１Ａに向かって延び、屈曲して左枠１４１Ｃに接続されている。支持側腕１５３Ｂは、支持後腕１５２Ｂの右枠１４１Ｄ側の端部から前枠１４１Ａに向かって延び、屈曲して右枠１４１Ｄに接続されている。支持側腕１５３Ａ，１５３Ｂのそれぞれの幅は、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂのそれぞれの幅と略同等である。
　なお、支持腕１５０は上記の構成に限定されるものではない。例えば、支持腕１５０は、基部１３０の左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄに接続されてもよい。また、支持腕１５０は、保持部１４０の前枠１４１Ａ又は後枠１４１Ｂに接続されてもよい。また、支持腕１５０の数は、１つでもよく、３つ以上でもよい。
　次に、図４及び図５を参照しつつ、第１実施形態に係る共振装置１のＺ軸方向に沿った構造について説明する。図４は、第１実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。図５は、第１実施形態に係る共振装置の断面図である。なお、図４は、上蓋３０側から平面視したときの下蓋２０の形状を示している。また、図５は、共振装置１の積層構造を概念的に説明するための図であり、図５に示した各構成部材は、必ずしも同一平面の断面上に位置するものではない。便宜的に、下蓋２０から上蓋３０への方向を「上（上方）」とし、上蓋３０から下蓋２０への方向を「下（下方）」とする。
　共振子１０は、下蓋２０と上蓋３０との間に保持されている。具体的には、共振子１０の保持部１４０が、下蓋２０の側壁２３及び上蓋３０の側壁３３のそれぞれに接合されている。このように、下蓋２０と上蓋３０と保持部１４０とによって、振動部１１０が振動可能な振動空間が形成されている。共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれ一例としてシリコン（Ｓｉ）基板を用いて形成されている。なお、共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれ、シリコン層及びシリコン酸化膜が積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて形成されてもよい。また、共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれ、微細加工技術による加工が可能な基板であればシリコン基板以外の基板、例えば、化合物半導体基板、ガラス基板、セラミック基板、樹脂基板またはこれらを組み合わせた基板を用いて形成されてもよい。
　図５に示すように、共振子１０は、シリコン酸化膜Ｆ２１と、シリコン基板Ｆ２と、絶縁膜Ｆ３１と、金属膜Ｅ１と、圧電膜Ｆ３と、金属膜Ｅ２と、保護膜Ｆ５とを有している。共振子１０は、先端部１２２Ａ～１２２Ｄにおいてさらに、前述の金属膜１２５Ａ～１２５Ｄを有している。振動部１１０、保持部１４０及び支持腕１５０は、同一プロセスによって一体的に形成される。具体的には、シリコン基板Ｆ２、絶縁膜Ｆ３１、金属膜Ｅ１、圧電膜Ｆ３、金属膜Ｅ２及び保護膜Ｆ５などからなる積層体に対して、除去加工によるパターニングを実施することによって、振動部１１０、保持部１４０及び支持腕１５０が形成される。当該除去加工は、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを照射するドライエッチングによって実施される。当該除去加工は、ウェットエッチング及びレーザーエッチングなどの他の手法によって実施されてもよい。
　シリコン酸化膜Ｆ２１は、シリコン基板Ｆ２の下面に設けられており、シリコン基板Ｐ１０とシリコン基板Ｆ２とによって挟まれている。シリコン酸化膜Ｆ２１は、例えばＳｉＯ２などを含む酸化シリコンによって形成されている。シリコン酸化膜Ｆ２１の一部は、下蓋２０のキャビティ２１に対して露出している。シリコン酸化膜Ｆ２１は、共振子１０の共振周波数の温度係数、すなわち単位温度当たりの共振周波数の変化率、を少なくとも常温近傍において低減する温度特性補正層として機能する。したがって、シリコン酸化膜Ｆ２１は、共振子１０の温度特性を向上させる。なお、シリコン酸化膜は、シリコン基板Ｆ２の上面に形成されてもよいし、シリコン基板Ｆ２の上面及び下面の両方に形成されてもよい。
　シリコン基板Ｆ２は、シリコンの単結晶によって形成されている。シリコン基板Ｆ２は、例えば、厚み６μｍ程度の縮退したｎ型シリコン（Ｓｉ）半導体によって形成されている。シリコン基板Ｆ２は、ｎ型ドーパントとして、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）又はアンチモン（Ｓｂ）などを含むことができる。シリコン基板Ｆ２に用いられる縮退シリコン（Ｓｉ）の抵抗値は、例えば１６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より望ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。
　絶縁膜Ｆ３１は、シリコン基板Ｆ２と金属膜Ｅ１との間に設けられている。絶縁膜Ｆ３１は、寄生容量の発生や、共振装置１端部での短絡の発生を抑制する。絶縁膜Ｆ３１は、例えば、圧電膜Ｆ３と同様の圧電材料によって形成される。絶縁膜Ｆ３１の材質はこれに限定されるものではなく、例えば、シリコン酸化物又はシリコン窒化物などであってもよい。なお、絶縁膜Ｆ３１は省略されてもよい。
　金属膜Ｅ１は、絶縁膜Ｆ３１の上に積層され、圧電膜Ｆ３は金属膜Ｅ１の上に積層され、金属膜Ｅ２は圧電膜Ｆ３の上に積層されている。金属膜Ｅ１，Ｅ２のそれぞれは、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄを励振する励振電極として機能する部分と、励振電極を外部電源へと電気的に接続させる引出電極として機能する部分とを有している。金属膜Ｅ１，Ｅ２のそれぞれにおいて励振電極として機能する部分は、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの腕部１２３Ａ～１２３Ｄにおいて、圧電膜Ｆ３を挟んで互いに対向している。金属膜Ｅ１，Ｅ２の引出電極として機能する部分は、例えば、支持腕１５０を経由し、基部１３０から保持部１４０へと引き出されている。金属膜Ｅ１は、共振子１０全体において電気的に連続している。金属膜Ｅ２は、外側振動腕１２１Ａ，１２１Ｄに形成された部分と、内側振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃに形成された部分と、で電気的に分離されている。金属膜Ｅ１は下部電極の一例に相当し、金属膜Ｅ２は上部電極の一例に相当する。なお、絶縁膜Ｆ３１は省略されてもよく、その場合には金属膜Ｅ１はシリコン基板Ｆ２の上に設けられる。
　金属膜Ｅ１，Ｅ２それぞれの厚みは、例えば０．１μｍ以上０．２μｍ以下程度である。金属膜Ｅ１，Ｅ２は、成膜後に、エッチングなどの除去加工によって励振電極及び引出電極などにパターニングされる。金属膜Ｅ１，Ｅ２は、例えば、結晶構造が体心立方構造である金属材料によって形成される。具体的には、金属膜Ｅ１，Ｅ２は、Ｍｏ（モリブデン）、タングステン（Ｗ）などによって形成される。シリコン基板Ｆ２が高い導電性を有する縮退半導体基板である場合、金属膜Ｅ１が省略され、シリコン基板Ｆ２が下部電極として機能してもよい。
　圧電膜Ｆ３は、電気的エネルギーと機械的エネルギーとを相互に変換する圧電体によって形成された薄膜である。圧電膜Ｆ３は、金属膜Ｅ１と金属膜Ｅ２との間に印加される電場に応じて、ＸＹ平面の面内方向のうちＹ軸方向に伸縮する。この圧電膜Ｆ３の伸縮によって、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄは屈曲し、下蓋２０の底板２２及び上蓋３０の底板３２に向かってその開放端を変位させる。外側振動腕１２１Ａ，１２１Ｄの上部電極と、内側振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃの上部電極とには、互いに逆位相の交番電圧が印加される。したがって、外側振動腕１２１Ａ，１２１Ｄと内側振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃとは、逆位相に振動する。例えば、外側振動腕１２１Ａ，１２１Ｄの開放端が下蓋２０に向かって変位するとき、内側振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃの開放端は上蓋３０に向かって変位する。このような逆位相の振動により、振動部１１０には、Ｙ軸方向に延在する回転軸を中心とした捩れモーメントが発生する。基部１３０は、この捩れモーメントにより屈曲し、左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄが下蓋２０又は上蓋３０に向かって変位する。すなわち、共振子１０の振動部１１０は、面外の屈曲振動モードで振動する。
　圧電膜Ｆ３は、例えば、ウルツ鉱型六方晶構造の結晶構造を持つ圧電体によって形成されている。このような圧電体として、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び窒化インジウム（ＩｎＮ）などの窒化物又は酸化物を挙げることができる。なお、窒化スカンジウムアルミニウムは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部がスカンジウムに置換されたものである。同様に窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部を別の元素で置換した圧電体として、マグネシウム（Ｍｇ）及びニオブ（Ｎｂ）の２元素、又は、マグネシウム（Ｍｇ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の２元素で置換された圧電体を挙げることができる。圧電膜Ｆ３の厚みは、例えば１μｍ程度であるが、０．２μｍ～２μｍ程度であってもよい。
　保護膜Ｆ５は、金属膜Ｅ２の上に積層されている。保護膜Ｆ５は、例えば金属膜Ｅ２を酸化から保護する。保護膜Ｆ５の材質は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）又はタンタル（Ｔａ）を含む酸化物、窒化物又は酸窒化物である。保護膜Ｆ５の上には、共振子１０の内部配線間に形成される寄生容量を低減する寄生容量低減膜が積層されてもよい。
　金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、先端部１２２Ａ～１２２Ｄにおいて、保護膜Ｆ５の上に積層されている。金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、質量付加膜として機能するとともに、周波数調整膜としても機能してもよい。周波数調整膜としての観点から、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、エッチングによる質量低減速度が保護膜Ｆ５よりも早い材料によって形成されることが望ましい。質量低減速度は、エッチング速度と密度との積により表される。エッチング速度とは、単位時間あたりに除去される厚みである。保護膜Ｆ５と金属膜１２５Ａ～１２５Ｄとは、質量低減速度の関係が前述の通りであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。また、質量付加膜としての観点から、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、比重の大きい材料によって形成されるのが望ましい。上記２つの観点から、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄの材質は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）などの金属材料である。なお、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄを周波数調整膜として用いる場合、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄのトリミング処理において、保護膜Ｆ５の一部も一緒に除去されてもよい。このような場合、保護膜Ｆ５も周波数調整膜に相当する。
　金属膜１２５Ａ～１２５Ｄのそれぞれの一部は、周波数を調整する工程におけるトリミング処理によって除去されている。金属膜１２５Ａ～１２５Ｄのトリミング処理は、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを照射するドライエッチングである。イオンビームは広範囲に照射できるため加工効率に優れるが、金属膜１２５Ａ～Ｄを帯電させる恐れがある。金属膜１２５Ａ～１２５Ｄの帯電によるクーロン相互作用によって振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの振動軌道が変化し共振子１０の振動特性が劣化するのを防止するため、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、接地されるのが望ましい。このため、金属膜１２５Ａは、圧電膜Ｆ３及び保護膜Ｆ５を貫通する貫通電極によって、金属膜Ｅ１に電気的に接続されている。図示を省略した金属膜１２５Ｂ～１２５Ｄについても同様に、貫通電極によって金属膜Ｅ１に電気的に接続されている。なお、金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、例えば先端部１２２Ａ～１２２Ｄの側面に設けられた側面電極によって金属膜Ｅ１に電気的に接続されてもよい。金属膜１２５Ａ～１２５Ｄは、金属膜Ｅ２に電気的に接続されてもよい。
　保持部１４０の保護膜Ｆ５の上には、引出配線Ｃ１，Ｃ２が形成されている。引出配線Ｃ１は、圧電膜Ｆ３及び保護膜Ｆ５に形成された貫通孔を通して、金属膜Ｅ１と電気的に接続されている。引出配線Ｃ２は、保護膜Ｆ５に形成された貫通孔を通して、外側振動腕１２１Ａ，１２１Ｄの金属膜Ｅ２に電気的に接続されている。図示を省略しているが、保護膜Ｆ５の上には、内側振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃの金属膜Ｅ２に電気的に接続される引出配線も形成されている。引出配線Ｃ１，Ｃ２は、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、金（Ａｕ）又は錫（Ｓｎ）などの金属材料によって形成されている。
　下蓋２０の底板２２、側壁２３及び制限部２５は、シリコン基板Ｐ１０により、一体的に形成されている。シリコン基板Ｐ１０は、縮退していないシリコン半導体によって形成されており、その抵抗率は例えば１０Ω・ｃｍ以上である。下蓋２０の厚みは、シリコン基板Ｆ２の厚みよりも大きく、例えば１５０μｍ程度である。
　制限部２５は、図４に示すように、側壁２３から離間した島状に設けられている。制限部２５は、厚さ方向において、左支持腕１５１Ａの支持後腕１５２Ａ、及び、右支持腕１５１Ｂの支持後腕１５２Ｂに対向している。制限部２５は、Ｘ軸方向を長手方向とする帯状に設けられている。制限部２５は、図５に示すように、底板２２から共振子１０に向かって突出している。厚さ方向における制限部２５と共振子１０との間の距離Ｇ２は、共振装置１の通常の動作時における支持腕１５０の厚さ方向における振幅よりも大きく、底板２２と共振子１０との間の厚さ方向における距離よりも小さい。本実施形態における制限部２５は、平面視において振動部１１０の外側に設けられているため、距離Ｇ２は、共振装置１の通常の動作時における振動部１１０の厚さ方向における振幅よりも小さくてもよい。
　制限部２５は、厚さ方向において共振子１０と対向する先端部に金属膜Ｍ２を有している。金属膜Ｍ２は、制限部２５に支持後腕１５２Ａ及び支持後腕１５２Ｂが接触するときに、変形して衝撃を緩和する緩衝膜として機能する。また、金属膜Ｍ２は、水素ガス及び有機ガスなどを吸蔵してキャビティ２１，３１の真空度を向上させるゲッターとしても機能する。金属膜Ｍ２は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）又はこれらのうち少なくとも１つを含む合金によって設けられている。金属膜Ｍ２は、金（Ａｕ）よりも体積弾性率の低い金属によって設けられてもよい。金属膜Ｍ２は、例えば単層構造であるが、多層構造であってもよい。制限部２５の金属膜Ｍ２とシリコン基板Ｐ１０との間には、水素の拡散を防止する拡散防止層、及び、金属膜Ｍ２とシリコン基板Ｐ１０との密着性を向上させる下地層などの図示しない層が設けれていてもよい。
　なお、本実施形態に係る制限部２５は、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂに対向するように島状に配置されているが、本発明の一実施形態に係る下蓋側の制限部の配置はこれに限定されるものではない。表面積を増やしてゲッターとしての機能を向上させる観点から、下蓋側の制限部は、下蓋の側壁に接続してもよい。同様の観点から、下蓋側の制限部は、支持後腕だけではなく、支持側腕、基部及び振動腕の少なくとも１つにさらに対向してもよい。下蓋側の制限部は、平面視したときに支持腕を避けて、基部及び振動腕の少なくとも一方に対向してもよい。また、平面視したときに、下蓋側の制限部は、支持腕及び振動部の外側に延在してもよい。
　共振子１０及び下蓋２０をＭＥＭＳ基板５０としてみた場合、例えば、下蓋２０のシリコン基板Ｐ１０はＳＯＩ基板の支持基板（ハンドル層）に相当し、共振子１０のシリコン酸化膜Ｆ２１はＳＯＩ基板のＢＯＸ層に相当し、共振子１０のシリコン基板Ｆ２はＳＯＩ基板の活性層（デバイス層）に相当する。
　上蓋３０の底板３２、側壁３３及び制限部３５は、シリコン基板Ｑ１０により、一体的に形成されている。シリコン基板Ｑ１０の表面には、シリコン酸化膜Ｑ１１が設けられている。具体的には、シリコン基板Ｑ１０と後述する貫通電極Ｖ１，Ｖ２との間の領域、シリコン基板Ｑ１０と後述する内部端子Ｙ１，Ｙ２との間の領域、及び、シリコン基板Ｑ１０と外部端子との間の領域にシリコン酸化膜Ｑ１１が設けられている。シリコン酸化膜Ｑ１１は、シリコン基板Ｑ１０を介した電極などの短絡を阻害する。なお、シリコン基板Ｑ１０の表面のうちキャビティ３１の内壁には短絡の原因となる電極などが設けられていないため、キャビティ３１の内壁においてシリコン基板Ｑ１０が露出してもよい。シリコン酸化膜Ｑ１１は、例えばシリコン基板Ｑ１０の熱酸化や、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成される。上蓋３０の厚みは、例えば１５０μｍ程度である。
　制限部３５は、制限部２５と同様に、側壁３３から離間した島状に設けられている。制限部３５は、厚さ方向において、左支持腕１５１Ａの支持後腕１５２Ａ、及び、右支持腕１５１Ｂの支持後腕１５２Ｂに対向している。平面視したとき、制限部３５は、制限部２５に略重なっている。制限部３５は、図５に示すように、底板３２から共振子１０に向かって突出している。厚さ方向における制限部３５と共振子１０との間の距離Ｇ３は、共振装置１の通常の動作時における支持腕１５０の厚さ方向における振幅よりも大きく、底板３２と共振子１０との間の厚さ方向における距離よりも小さい。例えば、距離Ｇ３は、距離Ｇ２と略同じ大きさである。本実施形態における制限部３５は、平面視において振動部１１０の外側に設けられているため、距離Ｇ３は、共振装置１の通常の動作時における振動部１１０の厚さ方向における振幅よりも小さくてもよい。
　制限部３５は、厚さ方向において共振子１０と対向する先端部に金属膜Ｍ３を有している。金属膜Ｍ３は、制限部２５の金属膜Ｍ２と同様に、緩衝膜及びゲッターとして機能する。金属膜Ｍ３は、例えば、金属膜Ｍ２と同様の金属材料によって設けられている。制限部３５の金属膜Ｍ３とシリコン基板Ｑ１０との間には、拡散防止層及び下地層などの図示しない層が設けれていてもよい。
　なお、本発明の一実施形態に係る上蓋側の制限部は、下蓋側の制限部と同様、上蓋の側壁に接続してもよく、支持側腕、基部及び振動腕のすくなくとも１つにさらに対向してもよい。上蓋側の制限部は、平面視したときに支持腕を避けて、基部及び振動腕の少なくとも一方に対向してもよい。平面視したとき、上蓋側の制限部は、支持腕及び振動部の外側に延在してもよい。
　また、平面視において、制限部３５は制限部２５と重なっており、制限部３５及び制限部２５の大きさは略同等であるが、下蓋側及び上蓋側の制限部の位置関係や大小関係はこれに限定されるものではない。本発明の一実施形態に係る上蓋側の制限部は、平面視において下蓋側の制限部と異なる位置に設けられてもよい。例えば、下蓋側の制限部は支持腕に対向し、上蓋側の制限部は基部に対向してもよい。また、本発明の一実施形態に係る下蓋側及び上蓋側のうち一方の制限部を他方よりも大きくすることで、大きい方の制限部の金属膜におけるゲッターとしての機能を強化してもよい。
　また、例えば金属膜Ｍ３及び金属膜Ｍ２は、同じ金属材料によって設けられるが、異なる金属材料によって設けられてもよい。例えば、下蓋側の制限部及び上蓋側の制限部のうち、加わる衝撃が大きい方の金属膜は、加わる衝撃が小さい方の金属膜よりも衝撃吸収能力の高い金属材料によって設けられてもよい。
　上蓋３０には、貫通電極Ｖ１，Ｖ２が設けられている。貫通電極Ｖ１，Ｖ２は、側壁３３をＺ軸方向に貫通する貫通孔の内部に設けられている。貫通電極Ｖ１，Ｖ２は、シリコン酸化膜Ｑ１１に囲まれ、互いに絶縁されている。貫通電極Ｖ１，Ｖ２は、例えば、貫通孔に多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）又は金（Ａｕ）などを充填して形成される。
　上蓋３０の下面には内部端子Ｙ１，Ｙ２が設けられている。内部端子Ｙ１は、貫通電極Ｖ１によって接地端子ＧＴに電気的に接続されている。内部端子Ｙ２は、貫通電極Ｖ２によって電源端子ＳＴ２に電気的に接続されている。内部端子Ｙ１は、貫通電極Ｖ１と引出配線Ｃ１とを電気的に接続する接続端子である。内部端子Ｙ２は、貫通電極Ｖ２と引出配線Ｃ２とを電気的に接続する接続端子である。なお、図示を省略しているが、上蓋３０には、内側振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃの金属膜Ｅ２と、電源端子ＳＴ１とを電気的に接続する内部端子及び貫通孔がさらに設けられている。
　内部端子Ｙ１，Ｙ２を含む複数の内部端子は、シリコン酸化膜Ｑ１１によって互いに電気的に絶縁されている。接地端子ＧＴ及び電源端子ＳＴ２を含む複数の外部端子も、シリコン酸化膜Ｑ１１によって互いに電気的に絶縁されている。複数の内部端子及び複数の外部端子は、例えば、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）などのメタライズ層（下地層）に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などのメッキを施して形成されている。
　上蓋３０の側壁３３と共振子１０の保持部１４０との間には、接合部Ｈが形成されている。接合部Ｈは、平面視したとき、振動部１１０を囲むように周方向に連続した枠状に設けられ、キャビティ２１，３１によって構成される振動空間を真空状態で気密封止している。接合部Ｈは、例えば、共振子１０側からアルミニウム（Ａｌ）膜、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜及びアルミニウム（Ａｌ）膜がこの順に積層されて共晶接合された金属膜によって形成されている。接合部Ｈは、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）及びこれらのうち少なくとも１種類を含む合金を含んでもよい。また、共振子１０と上蓋３０との密着性を向上させるために、接合部Ｈは、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化タンタル（ＴａＮ）などの金属化合物からなる絶縁体を含んでもよい。なお、接合部Ｈの各金属膜はそれぞれ独立した層として図示されているが、実際には共晶合金を形成しているため、必ずしも明瞭な境界が存在しているわけではない。
　以上説明した通り、上蓋３０は、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂの変位を制限する制限部３５を有し、制限部３５の先端部にはゲッターとして機能する金属膜Ｍ３が設けられている。
　これによれば、制限部３５は、共振装置１が落下などによって衝撃を受けたときに、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂに接触して振動部１１０及び支持腕１５０の上蓋３０側への変位を制限する。このため、支持腕１５０の上蓋３０側への変形に起因した損傷を抑制することができる。その上で、金属膜Ｍ３は、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂと制限部３５との接触による衝撃を緩和する緩衝膜として機能するため、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂと制限部３５との接触による粉塵の発生を抑制することができる。また、金属膜Ｍ３は、緩衝膜として機能するとともにゲッターとしても機能する。したがって、振動部１１０への粉塵の脱着や振動空間の真空度の低下に起因した周波数の変動を抑制することができる。さらに、上蓋に緩衝膜とゲッターとが別々に設けられた共振装置に比べて、製造コストを低減することができる。
　さらに、下蓋２０は、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂの変位を制限する制限部２５を有し、制限部２５の先端部にはゲッターとして機能する金属膜Ｍ２が設けられている。
　これによれば、支持腕１５０の下蓋２０側への変形に起因した損傷を抑制し、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂと制限部２５との接触による粉塵の発生を抑制することができる。したがって、上蓋及び下蓋の一方に制限部を設ける構成に比べて支持腕の損傷をさらに抑制することができ、上蓋の制限部及び下蓋の制限部のうち一方の先端部に金属膜を設ける構成に比べて粉塵の発生をさらに抑制することができる。また、下蓋に緩衝膜とゲッターとが別々に設けられた共振装置に比べて、製造コストを低減することができる。
　制限部２５，３５が厚さ方向において支持腕１５０に対向している。
　これによれば、共振装置１の通常の動作時における振動部１１０の振動を阻害することなく、共振子１０のうち損傷しやすい支持腕１５０における異常な変位を抑制することができる。
　金属膜Ｍ２，Ｍ３は、一例として、金よりも体積弾性率の低い金属によって設けられている。
　これによれば、金属膜Ｍ２，Ｍ３の緩衝膜としての機能を向上させることができる。また、体積弾性率の低い金属は水素吸蔵機能に優れる傾向があるため、共振装置１の振動空間の水素ガスに起因した真空度の低下を効果的に抑制することができる。
　以下に、その他の実施形態について説明する。なお、第１実施形態に示した構成と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
　＜第２実施形態＞
　次に、図６を参照しつつ、第２実施形態に係る共振装置２の構造について説明する。図６は、第２実施形態に係る共振装置の断面図である。
　下蓋２２０における底板２２の共振子１０と対向する面に、ゲッターとして機能する金属膜Ｍ２１が設けられている。また、上蓋２３０における底板３２の共振子１０と対向する面に、ゲッターとして機能する金属膜Ｍ３１が設けられている。
　これによれば、ゲッターの体積が増大するため、共振装置２の振動空間における真空度を向上させることができる。
　金属膜Ｍ２１の材質は、金属膜Ｍ２の材質と同じであってもよい。
　これによれば、金属膜Ｍ２１及び金属膜Ｍ２を同一プロセスで一括に設けることができる。同様に、金属膜Ｍ３１の材質と金属膜Ｍ３の材質とが同じであれば、金属膜Ｍ３１及び金属膜Ｍ３を同一プロセスで一括に設けることができる。したがって、製造コストの増大を抑制しつつゲッターの体積を増大させることで、共振装置２の振動空間の真空度を向上させることができる。
　なお、金属膜Ｍ２１は、側壁２３及び制限部２５の側面にさらに設けられてもよい。金属膜Ｍ３１は、側壁３３及び制限部３５の側面にさらに設けられてもよい。
　＜第３実施形態＞
　次に、図７を参照しつつ、第３実施形態に係る共振装置３の構造について説明する。図７は、第３実施形態に係る共振装置の断面図である。
　厚み方向における上蓋３３０の制限部３３５と共振子１０との間の距離Ｇ３は、厚み方向における下蓋３２０の制限部３２５と共振子１０との間の距離Ｇ２よりも小さい。制限部３２５，３３５のうち共振子１０との間の距離Ｇ２，Ｇ３が小さい方の制限部３３５の先端部は、金属膜Ｍ３によって設けられている。制限部３２５，３３５のうち共振子１０との間の距離Ｇ２，Ｇ３が大きい方の制限部２３５の先端部は、シリコン基板Ｐ１０によって設けられている。
　これによれば、制限部３２５，３３５のうち共振子１０と接触しやすい方の制限部３３５の先端に金属膜Ｍ３が設けられていることから、共振装置３に落下などによって衝撃が加わったとしても、共振子１０に作用する衝撃を緩和し、共振子１０の損傷を抑制することができる。また、下蓋及び上蓋の両方の制限部の先端部に金属膜が設けられた共振装置に比べて、制限部３２５の先端部に金属膜を設ける工程が省略されるため、製造コストを低減することができる。
　＜第４実施形態＞
　次に、図８を参照しつつ、第４実施形態に係る共振装置４の構造について説明する。図８は、第４実施形態に係る共振装置の断面図である。
　厚み方向における上蓋４３０の制限部４３５と共振子１０との間の距離Ｇ３は、厚み方向における下蓋４２０の制限部４２５と共振子１０との間の距離Ｇ２よりも小さい。制限部４２５，４３５のうち共振子１０との間の距離Ｇ２，Ｇ３が小さい方の制限部４３５が設けられた上蓋４３０において、底板３２の共振子１０に対向する面に金属膜Ｍ３１が設けられている。
　これによれば、金属膜Ｍ３を設けるプロセスで、金属膜Ｍ３１も同時に設けることができる。したがって、製造コストの増大を抑制しつつ、ゲッターの体積を増大させて共振装置４の振動空間の真空度を向上させることができる。
　＜第５実施形態＞
　次に、図９を参照しつつ、第５実施形態に係る共振装置５の構造について説明する。図９は、第５実施形態に係る共振装置の断面図である。
　厚み方向における上蓋５３０の制限部５３５と共振子１０との間の距離Ｇ３は、厚み方向における下蓋５２０の制限部５２５と共振子１０との間の距離Ｇ２よりも小さい。制限部５２５，５３５のうち共振子１０との間の距離Ｇ２，Ｇ３が小さい方の制限部５３５が設けられた上蓋５３０において、底板５３２及び側壁５３３のうち一部がガラス基板Ｑ１５によって設けられている。具体的には、底板５３２の全部がガラス基板Ｑ１５によって設けられ、側壁５３３のうち貫通電極Ｖ１，Ｖ２の周囲がガラス基板Ｑ１５によって設けられている。側壁５３３のうち図示しない貫通電極の周囲も、ガラス基板Ｑ１５によって設けられている。側壁５３３のその他の部分は、シリコン基板Ｑ１０によって設けられている。ガラス基板Ｑ１５は、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）を主成分とするガラスによって形成されている。ここで、ガラスにおける主成分とは、当該ガラスを構成する全成分のうち５０質量％以上を占める成分のことを指す。一例として、ガラス基板Ｑ１５は、ＳｉＯ２を主成分とするケイ酸塩ガラスによって形成されている。
　これによれば、シリコン酸化膜Ｑ１１よりも静電容量の小さいガラス基板Ｑ１５が貫通電極Ｖ１，Ｖ２を囲んでいるため、貫通電極Ｖ１，Ｖ２に発生する寄生容量を低減することができる。
　また、底板５３２に設けられたシリコン酸化膜Ｑ１１が充分な透光性を有する程度に薄い場合、底板５３２が透光性を有するガラス基板Ｑ１５によって設けられているため、外部から共振子１０を観察することができる。したがって、共振装置５の内部で封止後に発生する不具合を外観検査で検出することができる。同様に、底板５３２の少なくとも一部にシリコン酸化膜Ｑ１１が設けられていない場合も、外部から共振子１０を観察することができる。
　なお、側壁５３３の全部が、ガラス基板Ｑ１５によって設けられてもよい。また、底板５３２は、シリコン基板Ｑ１０とガラス基板Ｑ１５とによって設けられてもよい。制限部５３５はシリコン基板Ｑ１０によって設けられているが、ガラス基板Ｑ１５によって設けられてもよい。
　また、制限部５２５，５３５のうち共振子１０との間の距離Ｇ２，Ｇ３が小さい方の制限部５２５が設けられた下蓋５２０において、底板２２及び側壁２３の一部がシリコン酸化物を主成分とするガラス基板によって設けられてもよい。制限部と共振子との間の距離とは無関係に、下蓋及び上蓋の少なくとも一方の少なくとも一部がシリコン酸化物を主成分とするガラス基板によって設けられてもよい。
　＜第６実施形態＞
　次に、図１０を参照しつつ、第６実施形態に係る共振装置６の構造について説明する。図１０は、第６実施形態に係る共振装置の断面図である。
　厚み方向における上蓋６３０の制限部６３５と共振子１０との間の距離Ｇ３は、厚み方向における下蓋６２０の制限部６２５と共振子１０との間の距離Ｇ２よりも小さい。底板６３２の全部がガラス基板Ｑ１５によって設けられ、側壁６３３のうち貫通電極Ｖ１，Ｖ２の周囲がガラス基板Ｑ１５によって設けられている。上蓋６３０において、底板６３２の共振子１０に対向する面に金属膜Ｍ３１が設けられている。
　これによれば、絶縁性のガラス基板Ｑ１５によって設けられた底板６３２の内面を、導電性の金属膜Ｍ３１が覆うため、底板６３２のチャージアップの発生を抑制することができる。
　＜第７実施形態＞
　次に、図１１を参照しつつ、第７実施形態に係る共振装置７の構造について説明する。図１１は、第７実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。
　下蓋７２０は、２つの制限部７２５Ａ，７２５Ｂを有している。制限部７２５Ａは、支持腕１５０の左支持腕１５１Ａのうち支持側腕１５３Ａに厚さ方向において対向している。制限部７２５Ｂは、支持腕１５０の右支持腕１５１Ｂのうち支持側腕１５３Ｂに厚さ方向において対向している。平面視において、制限部７２５Ａ，７２５Ｂは、Ｙ軸方向を長手方向とする帯状に設けられている。上蓋も同様に、２つの制限部７３５Ａ，７３５Ｂを有している。制限部７３５Ａは厚さ方向において制限部７２５Ａに対向し、制限部７３５Ｂは厚さ方向において制限部７２５Ｂに対向している。
　これによれば、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂよりも保持部１４０に近い位置で支持腕１５０の変位が制限されるため、支持腕１５０の損傷をより効果的に抑制することができる。
　このように、下蓋及び上蓋のそれぞれは、２つ以上の制限部を有してもよい。なお、下蓋の制限部の数は、上蓋の制限部の数と異なってもよい。
　＜第８実施形態＞
　次に、図１２を参照しつつ、第８実施形態に係る共振装置８の構造について説明する。図１２は、第８実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。
　下蓋８２０の制限部８２５は、厚さ方向において、支持腕１５０、基部１３０及び励振部１２０に対向している。具体的には、制限部８２５は、支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂの全部と対向し、支持側腕１５３Ａ，１５３Ｂの支持後腕１５２Ａ，１５２Ｂに接続している側の一部と対向し、基部１３０の全部と対向し、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの固定端側の一部と対向している。制限部８２５は、枠状に設けられた側壁２３のうち、Ｙ軸負方向側の枠体の全部、Ｘ軸正方向側の枠体の一部及びＸ軸負方向側の枠体の一部に接続している。平面視において、制限部８２５は、Ｘ軸方向を長手方向とする帯状に設けられている。上蓋の制限部８３５も同様に設けられている。
　これによれば、制限部８２５，８３５の先端部の面積を増大させることができる。したがって、ゲッターの体積を増大させることで、共振装置８の振動空間の真空度を向上させることができる。
　このように、制限部の位置は、厚さ方向において支持腕に対向する位置に限定されるものではなく、振動部に対向する位置であってもよい。制限部は、厚さ方向において振動腕の開放端側の一部に対向してもよく、振動腕の全体に対向してもよい。
　＜第９実施形態＞
　次に、図１３を参照しつつ、第９実施形態に係る共振装置９の構造について説明する。図１３は、第９実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。
　共振子９１０において、基部１３０は１本の支持腕９５０によって支持されている。支持腕９５０は、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０の右枠１４１Ｄとを接続している。具体的には、支持腕９５０は、後端部１３１ＢのＸ軸方向における中央部から後枠１４１Ｂに向かって延出し、屈曲して右枠１４１Ｄに向かって延び、屈曲して前枠１４１Ａに向かって延び、屈曲して右枠１４１Ｄに向かって延びている。
　下蓋９２０の制限部９２５は、厚さ方向において、励振部１２０及び基部１３０に対向している。また、制限部９２５は、平面視において支持腕９５０から離間している。制限部９２５は、枠状に設けられた側壁２３のうち、Ｘ軸負方向側の枠体の一部及びＹ軸負方向側の枠体の一部に接続している。平面視において、制限部９２５は、三角形状に設けられている。上蓋の制限部９３５も同様に設けられている。
　これによれば、支持腕９５０よりも機械的強度の高い励振部１２０及び基部１３０に、制限部９２５，９３５を接触させることができるため、支持腕９５０との接触に起因した共振子９１０の損傷を抑制することができる。
　＜第１０実施形態＞
　次に、図１４を参照しつつ、第１０実施形態に係る共振装置Ａの構造について説明する。図１４は、第１０実施形態に係る共振装置の内部の平面図である。
　下蓋Ａ２０の制限部Ａ２５は、厚さ方向において、基部１３０に対向している。制限部Ａ２５は、Ｙ軸方向において４本の振動腕と隣り合っている。また、制限部Ａ２５は、平面視において励振部１２０及び支持腕９５０から離間している。制限部９２５は、枠状に設けられた側壁２３のうち、Ｘ軸負方向側の枠体の一部に接続している。平面視において、制限部Ａ２５は、Ｘ軸方向を長手方向とする帯状に設けられている。上蓋の制限部Ａ３５も同様に設けられている。
　これによれば、機械的強度の高い基部１３０に、制限部Ａ２５，Ａ３５を接触させることができるため、支持腕９５０との接触に起因した共振子９１０の損傷を抑制することができる。
　以下に、本発明の実施形態の一部又は全部を付記する。なお、本発明は以下の付記に限定されるものではない。
　＜１＞
　振動部、振動部の周囲の少なくとも一部に配置された保持部、及び、振動部と保持部とを接続する支持腕を有する共振子と、
　厚さ方向において振動部と間隔を空けて設けられた第１底板、第１底板の周縁部から保持部に向かって延びる第１側壁、及び、厚さ方向における共振子との間の距離が共振子と第１底板との間の距離よりも小さい第１制限部を有する第１基板と
を備え、
　第１制限部の厚さ方向において共振子と対向する先端部に、ゲッターとして機能する第１金属膜が設けられている、
　共振装置。
　＜２＞
　厚さ方向において振動部と間隔を空けて設けられた第２底板、第２底板の周縁部から保持部に向かって延びる第２側壁、及び、厚さ方向における共振子との間の距離が共振子と第２底板との間の距離よりも小さい第２制限部を有する第２基板をさらに備え、
　第２制限部の厚さ方向において共振子と対向する先端部に、ゲッターとして機能する第２金属膜が設けられている、
　＜１＞に記載の共振装置。
　＜３＞
　厚さ方向において振動部と間隔を空けて設けられた第２底板、第２底板の周縁部から保持部に向かって延びる第２側壁、及び、厚さ方向における振動部との間の距離が振動部と第２底板との間の距離よりも小さい第２制限部を有する第２基板をさらに備え、
　厚さ方向における第２制限部と共振子との間の距離は、厚さ方向における第１制限部と共振子との間の距離よりも大きく、
　第２制限部の厚さ方向において共振子と対向する先端部は、シリコン又はシリコン化合物によって設けられている、
　＜１＞に記載の共振装置。
　＜４＞
　第１金属膜は、第１底板にさらに設けられている、
　＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の共振装置。
　＜５＞
　第２金属膜は、第２底板にさらに設けられている、
　＜２＞に記載の共振装置。
　＜６＞
　第１基板は、共振子に電気的に接続される内部端子と、外部基板に電気的に接続される外部端子と、内部端子と外部端子とを電気的に接続する貫通電極とを有し、
　貫通電極の周囲は、シリコン酸化物を主成分とするガラスによって設けられている、
　＜１＞から＜５＞のいずれか１つに記載の共振装置。
　＜７＞
　第１基板は、共振子に電気的に接続される内部端子と、外部基板に電気的に接続される外部端子と、内部端子と外部端子とを電気的に接続する貫通電極とを有し、
　第１底板は、シリコン酸化物を主成分とするガラスによって設けられている、
　＜１＞から＜６＞のいずれか１つに記載の共振装置。
　＜８＞
　第１制限部は、厚さ方向において支持腕に対向する、
　＜１＞から＜７＞のいずれか１つに記載の共振装置。
　＜９＞
　第１金属膜は、チタン又はジルコニウムによって設けられている、
　＜１＞から＜８＞のいずれか１つに記載の共振装置。
　＜１０＞
　第１金属膜は、金よりも体積弾性率の低い金属によって設けられている、
　＜１＞から＜８＞のいずれか１つに記載の共振装置。
　本発明に係る実施形態は、例えば、タイミングデバイス、発音器、発振器、荷重センサなど、振動子の周波数特性を利用するデバイスに対してであれば、特に限定されることなく適宜適用可能である。
　以上説明したように、本発明の一態様によれば、周波数の変動を抑制することができる共振装置が提供できる。
　なお、以上説明した実施形態は、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／改良され得るとともに、本発明にはそのなど価物も含まれる。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及びその配置、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、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　１…共振装置
　１０…共振子
　２０…下蓋
　３０…上蓋
　２１，３１…キャビティ
　２２，３２…底板
　２３，３３…側壁
　２５，３５…制限部
　Ｍ２，Ｍ３…金属膜
　５０…ＭＥＭＳ基板
　１１０…振動部
　１２０…励振部
　１２１Ａ～１２１Ｄ…振動腕
　１３０…基部
　１４０…保持部
　１５０…支持腕

Claims (12)

  1. 　振動部、前記振動部の周囲の少なくとも一部に配置された保持部、及び、前記振動部と前記保持部とを接続する支持腕を有する共振子と、
    　厚さ方向において前記振動部と間隔を空けて設けられた第１底板、前記第１底板の周縁部から前記保持部に向かって延びる第１側壁、及び、前記厚さ方向における前記共振子との間の距離が前記共振子と前記第１底板との間の距離よりも小さい第１制限部を有する第１基板と
    を備え、
    　前記第１制限部の前記厚さ方向において前記共振子と対向する先端部に、ゲッターとして機能する第１金属膜が設けられている、
    　共振装置。
  2. 　前記厚さ方向において前記振動部と間隔を空けて設けられた第２底板、前記第２底板の周縁部から前記保持部に向かって延びる第２側壁、及び、前記厚さ方向における前記共振子との間の距離が前記共振子と前記第２底板との間の距離よりも小さい第２制限部を有する第２基板をさらに備え、
    　前記第２制限部の前記厚さ方向において前記共振子と対向する先端部に、ゲッターとして機能する第２金属膜が設けられている、
    　請求項１に記載の共振装置。
  3. 　前記厚さ方向において前記振動部と間隔を空けて設けられた第２底板、前記第２底板の周縁部から前記保持部に向かって延びる第２側壁、及び、前記厚さ方向における前記振動部との間の距離が前記振動部と前記第２底板との間の距離よりも小さい第２制限部を有する第２基板をさらに備え、
    　前記厚さ方向における前記第２制限部と前記共振子との間の距離は、前記厚さ方向における前記第１制限部と前記共振子との間の距離よりも大きく、
    　前記第２制限部の前記厚さ方向において前記共振子と対向する先端部は、シリコン又はシリコン化合物によって設けられている、
    　請求項１に記載の共振装置。
  4. 　前記第１金属膜は、前記第１底板にさらに設けられている、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の共振装置。
  5. 　前記第２金属膜は、前記第２底板にさらに設けられている、
    　請求項２に記載の共振装置。
  6. 　前記第１基板は、前記共振子に電気的に接続される内部端子と、外部基板に電気的に接続される外部端子と、前記内部端子と前記外部端子とを電気的に接続する貫通電極とを有し、
    　前記貫通電極の周囲は、シリコン酸化物を主成分とするガラスによって設けられている、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載の共振装置。
  7. 　前記第１基板は、前記共振子に電気的に接続される内部端子と、外部基板に電気的に接続される外部端子と、前記内部端子と前記外部端子とを電気的に接続する貫通電極とを有し、
    　前記第１底板は、シリコン酸化物を主成分とするガラスによって設けられている、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載の共振装置。
  8. 　前記第１制限部は、前記厚さ方向において前記支持腕に対向する、
    　請求項１から７のいずれか一項に記載の共振装置。
  9. 　前記第１金属膜は、チタン又はジルコニウムによって設けられている、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載の共振装置。
  10. 　前記第１金属膜は、金よりも体積弾性率の低い金属によって設けられている、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載の共振装置。
  11. 　前記第１制限部は、シリコン又はシリコン酸化物を主成分とするガラスによって設けられている、
    　請求項１から１０のいずれか一項に記載の共振装置。
  12. 　前記第１底板及び前記第１制限部は、同じ材料によって一体的に形成されている、
    　請求項１から１１のいずれか一項に記載の共振装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0681132U (ja) * 1993-04-13 1994-11-15 シチズン時計株式会社 水晶振動子
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WO2022130676A1 (ja) * 2020-12-17 2022-06-23 株式会社村田製作所 共振子及び共振装置

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