圧電振動子、圧電振動子の製造方法
【課題】小型化と低消費電力化と、周波数温度変化が小さい高精度の水晶振動子を提供す
る。
【解決手段】水晶振動子１０は、基部２１と、基部２１から平行に延在される少なくとも
一対の振動腕３０，４０と、振動腕３０，４０それぞれの表面３１，４１または裏面３２
，４２または外側側面３３と内側側面４４とに電極５１〜５４，５６〜５９と、を有する
水晶振動片２０と、水晶振動片２０と直列接続され、振動腕３０，４０それぞれの表面３
１，４１に設けられる圧電体薄膜７１，７２と、圧電体薄膜７１，７２の表面に形成され
る電極５５，６０とを含む圧電体薄膜素子１００，１０１と、圧電体薄膜７１，７２それ
ぞれの表面に設けられ、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数とは逆の一次温度係数を有
する温度補償膜１１０，１１１と、が備えられている。
る。
【解決手段】水晶振動子１０は、基部２１と、基部２１から平行に延在される少なくとも
一対の振動腕３０，４０と、振動腕３０，４０それぞれの表面３１，４１または裏面３２
，４２または外側側面３３と内側側面４４とに電極５１〜５４，５６〜５９と、を有する
水晶振動片２０と、水晶振動片２０と直列接続され、振動腕３０，４０それぞれの表面３
１，４１に設けられる圧電体薄膜７１，７２と、圧電体薄膜７１，７２の表面に形成され
る電極５５，６０とを含む圧電体薄膜素子１００，１０１と、圧電体薄膜７１，７２それ
ぞれの表面に設けられ、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数とは逆の一次温度係数を有
する温度補償膜１１０，１１１と、が備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体薄膜と温度補償膜とを有する圧電振動子と、この圧電振動子の製造方
法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器等に搭載される時間標準やセンサとして低周波の圧電振動子が用いら
れている。電子機器の小型化に対応してこれらの圧電振動子の小型化が要求されている。
圧電振動子を単純に小型化していくとＣＩ値が上昇しＱ値が低下する。ＣＩ値を上昇さ
せない構造としては、振動片に圧電体膜を形成し、この圧電体膜を駆動する方法がある。
【０００３】
具体的には、シリコンからなる音叉の振動腕の主面上の中心線より内側及び外側に第１
、第２の電極と、これら電極上それぞれに設けられた第１、第２の圧電体膜と、これら圧
電体膜上のそれぞれに設けられた第３、第４の電極とを備え、第３、第４の電極に互いに
逆相の交流電圧を印加することにより音叉が屈曲振動する薄膜微小機械式共振子が提案さ
れている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、周波数温度特性がよい恒弾性金属材料に圧電体薄膜としてＺｎＯ薄膜を形成した
音叉型振動子というものも知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２７７１９号公報（第９頁、図１，２）
【非特許文献１】川端昭著、エレクトロニクス、昭和５４年３月号、２９７頁〜３０１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１や非特許文献１では、圧電体膜に電圧を印加して金属またはシリコ
ン等からなる音叉を励振している。このような構造では、音叉を駆動する駆動力を得るた
めに圧電体薄膜の厚さを数μｍ程度にしなければならず、コンデンサ容量が大きくなり、
常に信号を発生させるクロック信号用途等では、消費電力が大きくなってしまうという課
題を有している。
【０００７】
また、特許文献１や非特許文献１に例示されている圧電体薄膜は、ＺｎＯやチタン酸ジ
ルコン酸塩等の圧電性材料であって、これらの圧電体材料は周波数温度変化量が大きい。
従って、金属またはシリコン、あるいは周波数温度変化量が小さい水晶に圧電体薄膜を付
加する構造が考えられる。しかしながら、圧電体薄膜が有する一次温度係数の影響により
周波数温度変化量が大きくなるという課題を有している。
【０００８】
本発明の目的は、小型で消費電力が小さく周波数温度変化量が小さい高精度の圧電振動
子と、この圧電振動子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電振動子は、基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の振動腕
と、前記一対の振動腕それぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極となる
励振電極と、を有する圧電振動片と、前記圧電振動片と直列接続され、前記対向する主面
または側面の少なくとも一つの表面に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表面に形
成される励振電極と、を含む圧電体薄膜素子と、前記圧電体薄膜の表面に形成される励振
電極表面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温度係数とは逆の一次温度係数を有する温度
補償膜と、が備えられていることを特徴とすることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、圧電振動片と圧電体薄膜からなる圧電体薄膜素子とを直列に接続し
、圧電振動片と圧電体薄膜素子とを同一励振信号で励振することから、圧電振動片と圧電
体薄膜素子とが相互に振動を補完し合うことによって、低周波領域において圧電振動子の
小型化を実現できる。
【００１１】
また、圧電振動片と圧電体薄膜素子とを直列に接続していることから、圧電振動片と圧
電体薄膜素子との総合コンデンサ容量を小さくすることができ、このことから消費電力を
増加させずに、圧電振動子の小型化を図ることができる。
【００１２】
さらに、圧電体薄膜の表面に、圧電体薄膜とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜を
設け、圧電体薄膜の一次温度係数を打ち消しているので、圧電体薄膜を設けることによる
圧電振動子の一次の周波数温度変化量への影響を低減することができ、高精度な圧電振動
子を実現できる。
【００１３】
さらに、温度補償膜を、圧電体薄膜の表面に形成される励振電極の表面に設ける構成で
は、詳しくは後述する実施形態で説明するが、温度補償膜の厚さに対する一次の周波数温
度変化量が鈍感なため、一次の周波数温度変化量の微調整を容易に行えるという利点があ
る。また、温度補償膜の成膜が容易であり、量産安定性に優れる。
【００１４】
また、本発明の圧電振動子は、基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の
振動腕と、前記一対の振動腕それぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極
となる励振電極と、を有する圧電振動片と、前記圧電振動片と直列接続され、前記対向す
る主面または側面の少なくとも一つの表面に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表
面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温度係数とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜
と、該温度補償膜の表面に設けられる励振電極とを有する圧電体薄膜素子と、が備えられ
ていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、圧電振動片は温度補償膜を有する圧電体薄膜素子を備えているため
に、詳しくは後述する実施形態で説明するが、前述したような励振電極の上面に温度補償
膜を形成する構造よりも温度補償膜の厚さに対する一次の周波数温度変化量が敏感となる
ため、より薄い成膜で広い範囲の一次の周波数温度変化量の調整が可能であり、成膜の生
産性が高いという利点ある。
【００１６】
また、前記圧電振動片が、水晶振動片であることが好ましい。
【００１７】
水晶振動片は、他の圧電材料からなる圧電振動片よりも周波数温度特性に優れている。
従って、圧電体薄膜を用いる構造であっても、上述したような温度補償膜を設けることに
より、水晶が本来有する優れた周波数温度特性を活用することができる。
【００１８】
また、前記振動腕にバランス質量が付加されていることが望ましい。
【００１９】
振動腕の表面に圧電体薄膜及び温度補償膜を設けることにより、振動のバランスが僅か
ではあるがくずれることが予測される。そこで、圧電体薄膜及び温度補償膜の付加質量に
対応したバランス質量を付加することにより、振動腕の振動バランスをとり、高精度な振
動特性を維持することができる。
【００２０】
また、本発明の圧電振動子の製造方法は、圧電基板の表面に圧電体薄膜を形成する工程
と、前記圧電体薄膜の表面に温度補償膜を形成する工程と、前記温度補償膜の膜厚さを調
整して一次温度係数を調整する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
圧電体薄膜を有する圧電振動子の一次温度係数は、温度補償膜の厚さに影響される。従
って、温度補償膜の厚さを増減することにより、圧電振動子を適正な一次温度係数に合わ
せ込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明の実施形態１に係る圧電振動子を示し、図８〜図１０は実施形態２
、図１１は実施形態３、図１２は実施形態４、図１３は実施形態５を示している。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際
のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）
【００２３】
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電振動子の構造を示す斜視図、図２は、図１のＡ
−Ａ切断面を示す断面図及び各電極の接続説明図である。なお、本発明の圧電振動子の材
質としては、圧電性能を有するものであれば限定されずに適合できるが、以下の実施形態
では、圧電振動子として周波数温度特性に優れる水晶振動子を例示して説明する。図１、
図２において、水晶振動子１０は、水晶振動片２０の表面に複数の電極と、圧電体薄膜素
子１００，１０１と、圧電体薄膜素子１００，１０１それぞれの上面に設けられる温度補
償膜１１０，１１１と、を有して構成されている。
【００２４】
水晶振動片２０は、基部２１の一辺から、Ｙ軸方向に平行に延在された一対の振動腕３
０，４０を有した音叉型振動子である。そして、基部２１の振動腕３０，４０の延在方向
とは逆方向に支持部２２が設けられている。振動腕３０，４０は、中心線Ｃ0に対して対
称形である。また、水晶振動片２０は、結晶軸方向をＸ軸方向にして切り出されている。
【００２５】
振動腕３０には、一方の主面３１（以降、表面３１と表す）を２分して、振動腕３０の
中心線Ｃ1に対して結晶軸方向（振動腕の内側方向）に圧電体薄膜７１、外側方向に電極
５１が形成され、表面３１に対向する主面３２（以降、裏面３２と表す）に電極５３が形
成されている。なお、電極５３は、圧電体薄膜７１及び電極５１にそれぞれ対向するよう
に２分割する構成としてもよく、省略することもできる。
【００２６】
また、振動腕３０の外側側面３３には電極５２が、内側側面３４には電極５４が形成さ
れている。さらに、圧電体薄膜７１の表面には電極５５が形成され、電極５５の上面には
温度補償膜１１０が設けられている。
【００２７】
振動腕４０には、一方の主面４１（以降、表面４１と表す）を２分して、振動腕４０の
中心線Ｃ2に対して結晶軸方向（振動腕の外側方向）に圧電体薄膜７２、内側方向に電極
５６が形成され、他方の主面４２（以降、裏面４２と表す）に電極５８が形成されている
。なお、電極５８は、圧電体薄膜７２及び電極５６に対向するように２分割する構成とし
てもよく、省略してもよい。
【００２８】
また、振動腕４０の外側側面４３には電極５９が、内側側面４４には電極５７が形成さ
れている。さらに、圧電体薄膜７２の表面には電極６０が形成され、電極６０の上面には
温度補償膜１１１が設けられている。
【００２９】
圧電体薄膜７１，７２の材質としては、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＰＺＴ（登録商標）
、ＫＮ、ＬＮ、ＬＴ等から選択することができ、本実施形態では、水晶よりも誘電率が大
きく、しかもその差が大きい材料、ヤング率が大きい材料、電気機械結合係数Ｋ2が大き
い材料を選択する。
【００３０】
また、温度補償膜１１０，１１１の材質としては、Ｎｉ−鉄合金、酸化シリコン、酸化
テリル、酸化ジルコニウム等を採用でき、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数に対して
逆の一次温度係数を有するものから選択する。具体的には、圧電体薄膜７１，７２が負の
一次温度係数を有するとき、温度補償膜１１０，１１１は正の一次温度係数を有する。
【００３１】
電極５５，５１，５３，５７，５９及び接続端子９３は、接続電極９１によって接続さ
れる。また、これらの電極とは互いに異極となる電極５２，５４，５８，６０，５６及び
接続端子９４は、接続電極９２によって接続されている。そして、接続端子９３，９４に
それぞれ互いに逆相の交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０がＸ軸方向に屈曲振
動する。従って、電極５１〜６０は、水晶振動片２０の励振電極である。
【００３２】
図３は、水晶振動子を特定の振動モードで励振する発振回路に接続した状態を示す等価
回路図である。図３において、発振器８０は、増幅回路８１と帰還回路８２とを含んでい
る。
【００３３】
増幅回路８１は、増幅器８３と帰還抵抗８４とを含んで構成されている。帰還回路８２
は、ドレイン抵抗８５とコンデンサ８６，８７と水晶振動子１０を含んで構成されている
。水晶振動子１０は、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とが直列に接続さ
れている（図２も参照する）。
【００３４】
ここで、増幅器８３はＣＭＯＳインバータを用いることができる。このような構成によ
り、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とが同一振動モードで振動する発振
器８０を形成することができる。
【００３５】
続いて、本実施形態に係る水晶振動子の駆動について図面を参照して説明する。
図４は、水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図である。なお、図４は、図１の
Ａ−Ａ切断面を表している。
図４（ａ）を参照して第１の状態を説明する。電極５１，５３，５５，５７，５９には
マイナス（−）電位を印加し、電極５２，５４，５６，５８，６０にはプラス（＋）電位
を印加する。ここで、振動腕３０，４０の水晶の結晶軸方向を矢印Ｄで表し、圧電体薄膜
７１，７２の分極方向を矢印Ｐ0で表している。
【００３６】
まず、振動腕３０について説明すると、圧電体薄膜７１は、電極５５と電極５４によっ
て挟まれた圧電体薄膜素子１００が形成された状態であり（水晶を一部介在する）、電極
５５にマイナス電位、電極５４にプラス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（
Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる。
【００３７】
従って、圧電体薄膜７１は、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているために、
振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとする。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印
加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ1方向に変位しようとするため、振動
腕３０は圧電体薄膜素子１００と共に、矢印Ｆ1方向に変位する。
【００３８】
次に、振動腕４０について説明する。圧電体薄膜７２は、電極６０と電極５９によって
挟まれた圧電体薄膜素子１０１が形成された状態であり（水晶を一部介在する）、電極６
０にプラス電位、電極５９にマイナス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ
軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に縮む。
【００３９】
従って、圧電体薄膜７２は、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているために、
振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとする。振動腕４０は、電極それぞれに電圧を印
加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ2方向に変位しようとするため、振動
腕４０は圧電体薄膜素子１０１と共に、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は共に、図４（ｂ）に示すように外側方向に変位す
る。
【００４０】
次に、第２の状態を説明する（図示は省略する）。第２の状態は、上述した第１の状態
に対して、各電極に逆相の電圧を印加した状態を示している。つまり、電極５１，５３，
５５，５７，５９にはプラス（＋）電位を印加し、電極５２，５４，５６，５８，６０に
はマイナス（−）電位を印加する。
【００４１】
まず、振動腕３０について説明する。電極５５にプラス電位、電極５４にマイナス電位
を印加すると、圧電体薄膜７１は厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に縮む。
【００４２】
従って、圧電体薄膜７１は、振動腕３０を矢印Ｆ3方向に変位しようとする。振動腕３
０は、電極それぞれに電圧を印加すると第１の状態（図４（ａ）、参照）とは逆方向に電
界が発生し、やはり矢印Ｆ3方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子
１００と共に、矢印Ｆ3方向に変位する。
【００４３】
次に、振動腕４０について説明する。電極６０にマイナス電位、電極５９にプラス電位
を印加すると、圧電体薄膜７２は厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に伸びる。従って、圧電体薄膜７２は、矢印Ｆ4方向に変位しようとする。振動
腕４０は、電極それぞれに電圧を印加すると第１の状態（図４（ａ）、参照）とは逆方向
に電界が発生し、やはり矢印Ｆ4方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜
素子１０１と共に、矢印Ｆ4方向に変位する。
【００４４】
上述した第１の状態と第２の状態を繰り返す（つまり、交流電圧を印加する）と振動腕
３０，４０は、Ｘ軸方向に屈曲振動を繰り返す。
【００４５】
なお、上述した実施形態１では、圧電体薄膜素子１００，１０１を振動腕３０，４０の
それぞれの表面３１，４１に形成する構造を例示したが、圧電体薄膜素子１００，１０１
を、裏面３２，４２に形成する構造としてもよい。この際、電極５１と電極５３、電極５
６と電極５８とを入れ替える構成とする。
【００４６】
続いて、温度補償膜１１０，１１１について説明する。
図５は、温度補償膜１１０，１１１の温度と一次の周波数温度変化量との関係、つまり
、一次温度係数を模式的に表すグラフである。ここで、圧電体薄膜７１，７２の一次温度
係数ｄｆ／ｆは負の傾き（具体的には−４０ｐｐｍ／ｄｅｇ）を有している。従って、温
度補償膜１１０，１１１の一次温度係数ｄｆ／ｆを正の傾き（具体的には＋４０ｐｐｍ／
ｄｅｇ）にすれば、圧電体薄膜の一次温度係数ｄｆ／ｆを“０”にすることが可能となる
。
【００４７】
次に、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数が水晶振動子に与える影響について説明す
る。
図６は、水晶振動子の温度変化に対する周波数変化量（周波数温度特性）を模式的に表
すグラフである。図６において、水晶振動子１０の周波数温度特性（図中、実線で表す）
は、頂点温度Ｔ0とする二次曲線で表される。ここで、水晶振動子１０に圧電体薄膜７１
，７２を付加下場合に、周波数温度特性は、頂点温度Ｔ0がマイナス方向に移動して頂点
温度Ｔ1を有する二次曲線（図中、破線で表す）で表される。従って、本来の水晶振動子
周波数温度特性（頂点温度Ｔ1の二次曲線）に補償する必要が生じ、温度補償膜１１０，
１１１を設ける。なお、温度補償膜の一次温度係数は、材質とその膜厚さによって変化す
る。
【００４８】
図７は、水晶振動片２０に温度補償膜１１０，１１１を設けたときの温度補償膜の膜厚
さｈと一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆの関係を表すグラフである。ここでは、温度補償
膜１１０，１１１の材質を酸化シリコン（ＳｉＯ2）とする。図７において、温度補償膜
１１０、１１１の膜厚さｈが増加するに従い一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが増加する
。従って、一次の周波数温度変化量が“０”となる膜厚さｈ（具体的には５５０ｎｍ近傍
）とすれば、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数の影響を排除することができ、図６に
示す頂点温度Ｔ0の周波数温度特性を得ることができる。
【００４９】
従って、上述した実施形態１によれば、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０
１とを直列に接続し、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とを同一励振信号
で励振することにより、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とが相互に振動
を補完し合い、低周波領域において水晶振動子１０の小型化を実現できる。
【００５０】
ここで、消費電力に影響を与える水晶振動子１０のコンデンサ容量について考察する。
コンデンサ容量Ｃは、誘電体の面積Ｓ、厚さ（電極間距離）ｄ、誘電率をεとすれば、Ｃ
＝ε・Ｓ／ｄで表される。圧電体薄膜７１，７２の誘電率εｚ、水晶の誘電率εｑの関係
は、それぞれの材料をεｚ≫εｑ、圧電体薄膜７１，７２の厚さｄｚと水晶振動片２０の
厚さｄｑの関係を、ｄｑ≫ｄｚとなるように設定している。従って、水晶振動片２０のコ
ンデンサ容量Ｃｑと圧電体薄膜７１，７２のコンデンサ容量Ｃｚの関係は、Ｃｚ≫Ｃｑと
なる。
【００５１】
本実施形態では、発振器８０の等価回路において、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１
００，１０１とを直列に接続している。従って、水晶振動子１０の総コンデンサ容量Ｃは
、１／Ｃ＝１／Ｃｑ＋１／Ｃｚで表される。ここで、Ｃｚ≫Ｃｑとしているため、Ｃ≒Ｃ
ｑと考えることができる。このことから、水晶振動子１０の総コンデンサ容量Ｃを小さく
することができ、消費電力を増加させずに、水晶振動子の小型化を実現できる。
【００５２】
また、圧電体薄膜素子１００，１０１の電気機械結合係数Ｋ2は、水晶振動片２０の電
気機械結合係数よりも大きい。性能指数ＭはＭ≒Ｋ2・Ｑで表すことができ、圧電体薄膜
素子１００，１０１の電気機械結合係数（Ｋ2で表される）を水晶よりも大きくすること
で、圧電体薄膜素子１００，１０１の性能指数Ｍが高くなる。従って、電気機械結合係数
が大きいほど振動しやすいので、薄い圧電体薄膜７１，７２により水晶振動片２０の振動
を高効率化することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、圧電振動片として水晶振動子を採用し、圧電体薄膜７１，７２
の表面に、圧電体薄膜７１，７２とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜１１０，１１
１を設けることによって、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数を打ち消すので、圧電体
薄膜を用いる構造であっても、水晶振動子１０が本来有する優れた周波数温度特性を活用
することができる。
（実施形態２）
【００５４】
続いて、本発明の実施形態２について図面を参照して説明する。実施形態２は、前述し
た実施形態１に対して、温度補償膜を圧電体薄膜と電極との間（つまり、圧電体薄膜素子
の上面）に設けることを特徴としている。従って、相違部分を中心に説明し、実施形態１
と同じ符号を附して説明する。
図８は、実施形態２に係る水晶振動子の断面図（図１のＡ−Ａ切断面に相当する）及び
各電極の接続説明図である。図８において、振動腕３０の表面３１には圧電体薄膜７１、
圧電体薄膜７１の表面に温度補償膜１１０、温度補償膜１１０の表面に電極５５が設けら
れている。
【００５５】
従って、圧電体薄膜７１と温度補償膜１１０とは積層された状態で振動腕３０の一部を
介在して電極５５と電極５４との間に挟まれた圧電体薄膜素子１００を構成している。
【００５６】
また、振動腕４０の表面４１には圧電体薄膜７２、圧電体薄膜７２の表面に温度補償膜
１１１、温度補償膜１１１の上面に電極６０が設けられている。
【００５７】
従って、圧電体薄膜７２と温度補償膜１１１とは積層された状態で振動腕４０の一部を
介在して電極６０と電極５９との間に挟まれた圧電体薄膜素子１０１を構成している。
【００５８】
なお、電極５１〜６０及び接続端子９３，９４の接続は、前述した実施形態１と同様に
行われており、接続端子９３，９４に交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０が屈
曲振動する。
【００５９】
図９は、水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図である。図９（ａ）を参照して
第１の状態を説明する。電極５１，５３，５５，５７，５９にはマイナス（−）電位を印
加し、電極５２，５４，５６，５８，６０にはプラス（＋）電位を印加する。ここで、振
動腕３０，４０の水晶の結晶軸方向を矢印Ｄで表し、圧電体薄膜７１，７２の分極方向を
矢印Ｐ0で表している。
【００６０】
まず、振動腕３０について説明すると、電極５５にマイナス電位、電極５４にプラス電
位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる
。
【００６１】
従って、圧電体薄膜素子１００が、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているた
めに、振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとする。振動腕３０は、電極それぞれに電
圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ1方向に変位しようとするため
、振動腕３０は圧電体薄膜素子１００と共に、矢印Ｆ1方向に変位する。
【００６２】
次に、振動腕４０について説明する。電極６０にプラス電位、電極５９にマイナス電位
を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に縮む。
【００６３】
従って、圧電体薄膜素子１０１が、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているた
めに、振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとする。振動腕４０は、電極それぞれに電
圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ2方向に変位しようとするため
、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１と共に、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は共に、図９（ｂ）に示すように外側方向（矢印Ｆ
1，Ｆ2方向）に変位する。
【００６４】
次に、第２の状態を説明する（図示は省略する）。第２の状態は、上述した第１の状態
に対して、各電極に逆相の電圧を印加した状態を示している。つまり、電極５１，５３，
５５，５７，５９にはプラス（＋）電位を印加し、電極５２，５４，５６，５８，６０に
はマイナス（−）電位を印加する。
【００６５】
まず、振動腕３０について説明する。電極５５にプラス電位、電極５４にマイナス電位
を印加すると、圧電体薄膜７１は厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に縮む。
【００６６】
従って、圧電体薄膜素子１００は、振動腕３０を図９に示す矢印Ｆ3方向に変位しよう
とする。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印加すると図９の矢印Ｅとは逆方向に電界
が発生し、やはり矢印Ｆ3方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子１
００と共に、矢印Ｆ3方向に変位する。
【００６７】
次に、振動腕４０について説明する。電極６０にマイナス電位、電極５９にプラス電位
を印加すると、圧電体薄膜７２は厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に伸びる。
【００６８】
従って、圧電体薄膜素子１０１は、矢印Ｆ4方向に変位しようとする。振動腕４０は、
電極それぞれに電圧を印加すると図９の矢印Ｅとは逆方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ
4方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１と共に、矢印Ｆ4方向
に変位する。
【００６９】
接続端子９３，９４に交流電圧を印加し、上述した第１の状態と第２の状態を繰り返す
と振動腕３０，４０は、図９（ｂ）に示すようにＸ軸方向に屈曲振動を繰り返す。
【００７０】
次に、温度補償膜１１０，１１１それぞれが電極５５，６０と圧電体薄膜７１，７２の
間に設けられる実施形態２の構成による温度補償について説明する。このような構成にお
いても温度補償膜１１０，１１１の一次温度係数は、材質とその膜厚さによって変化する
。
【００７１】
図１０は、水晶振動片２０に温度補償膜１１０，１１１を設けたときの温度補償膜の膜
厚さｈと一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆの関係を表すグラフである。ここでは、温度補
償膜１１０の材質を酸化シリコン（ＳｉＯ2）とする。なお、実施形態１の構成との比較
を表している。図１０において、温度補償膜１１０，１１１の膜厚さｈが増加するに従い
一次の周波数温度変化量が増加する。
【００７２】
ここで、実施形態２の構成（上層から電極−温度補償膜−圧電体薄膜の構成）では、実
施形態１の構成（上層から温度補償膜−電極−圧電体薄膜の構成）よりも、膜厚さに対し
て一次の周波数温度変化量（ｄｆ／ｆ）が敏感に変化する。そして、一次の周波数温度変
化量が“０”となる膜厚さｈ（具体的には５０ｎｍ近傍）とすれば、圧電体薄膜の一次温
度係数の影響を排除することができることを示している。
【００７３】
図１０を参照して実施形態１と実施形態２の構成による特性の相違を比較する。実施形
態１によれば、膜厚さｈに対して一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが鈍感であり、膜厚さ
ｈが変化しても一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが小さいので、量産安定性に優れるとい
う効果がある。
【００７４】
また、実施形態２によれば、膜厚さｈに対して一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが敏感
であり、膜厚さｈも５０ｎｍと薄くてよい。従って、成膜時間が短縮できる他、成膜によ
る膜応力も小さくて済むため、圧電振動片の反り等の変形が発生しにくいという効果もあ
る。
【００７５】
また、実施形態１及び実施形態２による構造では共に温度補償膜１１０，１１１の膜厚
さｈを増減することで、図１０に示すように、一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆ（つまり
、一次温度係数）を調整することができる。ここで、温度補償膜１１０，１１１の膜厚さ
ｈの調整方法を含む水晶振動子の製造方法について説明する。図示は省略する。
【００７６】
まず、大判の圧電基板としての水晶基板（水晶ウエハと呼称することがある）に、フォ
トリソグラフィ技術によって複数の水晶振動片２０を形成する。この際、水晶振動片の基
部２１または支持部２２（図１、参照）を水晶基板に接続しておく。
【００７７】
続いて、圧電体薄膜７１，７２を形成する。実施形態１の構造では、振動腕３０，４０
のそれぞれの表面３１，４１の所定位置に第１圧電体薄膜を形成する。第１圧電体薄膜の
形成方法は、ＲＦスパッタリング法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法であてもよいし、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）法であってもよい。また、第１圧電体薄膜の厚さは、５ｎｍ〜１００ｎｍ
が好ましい。
【００７８】
続いて、第１圧電体薄膜の熱処理を行い、熱処理後の第１圧電体薄膜を形成する。熱処
理は、ランプ加熱、レーザー光加熱であってもよいが、４００℃以下での熱処理は、温度
管理ができ温度を低温から上昇できる熱処理方法が好ましい。具体的には、より安定した
温度管理ができる熱処理炉、ホットプレート、真空チャンバ中での熱処理が好ましい。こ
の熱処理後の第１圧電体薄膜は結晶化が進んだ状態である。
【００７９】
続いて、熱処理後の第１圧電体薄膜上に第２圧電体薄膜を形成する。第２圧電体薄膜は
、結晶化が進んだ熱処理後の第１圧電体薄膜上において結晶生長する材料であればどのよ
うな圧電体薄膜でもよいが、本実施形態では、第１圧電体薄膜と同じ材料を採用している
。
【００８０】
第２圧電体薄膜も、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の成膜法で形成することが可能で、その厚さ
は数μｍである。この第２圧電体薄膜は、熱処理後の第１圧電体薄膜を含めて圧電体薄膜
７１，７２となる。
【００８１】
このようにして圧電体薄膜７１，７２を形成した後、電極５１〜６０を形成する。圧電
体薄膜７１，７２それぞれの上面に形成する電極５５，６０は他の電極と同時形成しても
よいし、別工程で形成してもよい。
【００８２】
電極５１〜６０を形成した後、温度補償膜１１０，１１１を形成する。温度補償膜１１
０，１１１はチャンバ内でＰＶＤ法またはＣＶＤ法等の成膜法で形成する。この成膜工程
の際、チャンバ内に周波数計測モニタを備え、一次温度係数をモニタしながら、一次の周
波数温度変化量が“０”になる膜厚さｈを調整する。
【００８３】
または、予め膜厚さを厚い方向に形成しておき、温度補償膜の表面をエッチング等によ
り研削して一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが“０”になる膜厚さｈを得る方法としても
よい。
【００８４】
そして、温度補償膜１１０，１１１を形成した後、水晶基板１１をダイシング等で切断
して、水晶振動子１０を切り離し個片化する。
【００８５】
また、実施形態２の構造では、圧電体薄膜７１，７２を形成後、温度補償膜１１０，１
１１を形成し、温度補償膜１１０，１１１の上面に電極５５，６０を形成する。圧電体薄
膜７１，７２及び温度補償膜１１０，１１１の形成方法は、上述した実施形態１の方法と
同じである。また、温度補償膜１１０，１１１の成膜工程において、一次温度係数をモニ
タする。
【００８６】
なお、圧電体薄膜の結晶性を高める方法として、圧電体薄膜を金属薄膜の表面に形成す
る方法が採用できる。この方法は、振動腕３０，４０のそれぞれの表面３１，４１の所定
位置にＰｔまたはＴｉの金属薄膜を形成し、金属薄膜の表面に圧電体薄膜７１，７２を形
成する。圧電体薄膜７１，７２は、金属薄膜が存在するために良好な結晶性を有する。
【００８７】
圧電体薄膜の振動特性は、圧電体薄膜の結晶性が良好なほどよい。従って、水晶基板の
表面に第１圧電体薄膜を形成し、この第１圧電体薄膜を熱処理した後、熱処理された前記
第１圧電体薄膜の表面に、第１圧電体薄膜と同一材料の第２圧電体薄膜を形成して結晶性
を改善している。その結果、優れた振動性能を得ることができる。
【００８８】
また、水晶基板の表面にＰｔまたはＴｉの少なくとも一方の金属薄膜を形成し、この金
属薄膜の表面に圧電体薄膜７１，７２を形成することで、圧電体薄膜７１，７２の結晶性
を高めることができる他、圧電体薄膜７１，７２と水晶振動片２０との密着性を高めるこ
とができるという効果がある。
【００８９】
また、温度補償膜１１０，１１１の成膜工程の際、チャンバ内に周波数計測モニタを備
え、チャンバ内にて一次温度係数をモニタしながら、一次の周波数温度変化量が“０”に
なる膜厚さｈを得る方法により、生産性が高い水晶振動子を実現できる。
（実施形態３）
【００９０】
続いて、本発明の実施形態３に係る水晶振動子について図面を参照して説明する。実施
形態３は、振動腕３０，４０の表裏両面それぞれに圧電体薄膜素子を形成しているところ
に特徴を有している。従って、実施形態１との相違部分を中心に説明し、同じ部位には同
じ符号を附している。
図１１は、実施形態３に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図であ
る。なお、図１１では、前述した実施形態１にて説明した圧電体薄膜−電極−温度補償膜
の構成を例示している。
図１１において、振動腕３０の裏面３２には、圧電体薄膜素子１００に対向して圧電体薄
膜素子１０２が形成されている。
【００９１】
圧電体薄膜素子１０２の構成は、圧電体薄膜素子１０１と同じであり、振動腕３０の裏
面３２から圧電体薄膜７３、電極６１、温度補償膜１１２の順に積層形成されている。
従って、圧電体薄膜７３は、電極６１，５４によって挟まれた圧電体薄膜素子１０２を構
成する。
【００９２】
一方、振動腕４０の裏面４２には、圧電体薄膜素子１０１に対向して圧電体薄膜素子１
０３形成され、電極５６に対向して電極５８が形成されている。従って、圧電体薄膜７４
は、電極６２，５９によって挟まれた圧電体薄膜素子１０３を構成する。
なお、圧電体薄膜７１〜７４は実施形態１と同様な材料としての条件を満たし、厚さ、
平面形状も同じとする。
【００９３】
次に、水晶振動片２０の駆動について説明する。電極５１，５３，５５，５７，５９，
６１にはマイナス（−）電位を印加し、電極５２，５４，５８，６２，６０，５６にはプ
ラス（＋）電位を印加する。
【００９４】
まず、振動腕３０について説明する。圧電体薄膜７１，７３は、電極５５，６１にマイ
ナス電位、電極５４にプラス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向
及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる。
【００９５】
従って、圧電体薄膜７１，７３は、振動腕３０の水晶の結晶軸方向に偏った位置に設け
られていることから、それぞれ同じように振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとする
。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢
印Ｆ1方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子１００，１０２と共に
、矢印Ｆ1方向に変位する。
【００９６】
次に、振動腕４０について説明する。圧電体薄膜７２は、電極６０にプラス電位、電極
５９にマイナス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸方向）に縮む。
【００９７】
また、圧電体薄膜７４は、電極５９にマイナス電位、電極６２にプラス電位を印加する
と厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸方向）に縮む。
【００９８】
従って、圧電体薄膜７２，７４は、振動腕４０の水晶の結晶軸方向に偏った位置に設け
られていることから、それぞれ同じように振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとする
。振動腕４０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢
印Ｆ2方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１，１０３と共に
、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は、図９（ｂ）に示すように外側方向（矢印Ｆ1，
Ｆ2方向）に変位する。
【００９９】
次に、図１１で示した状態に対して各電極に逆相の電位を印加した場合について説明す
る。図示は省略するが。電極５２，５４，５８，６２，６０，５６にはマイナス電位、電
極５１，５３，６１，５５，５７，５９にはプラス電位の電圧を印加する。こうすること
で、圧電体薄膜７１〜７４の伸縮方向が図１１（ａ）にあらわす状態とは逆方向となり、
振動腕３０，４０は図１１（ａ）にて表す矢印Ｆ3，Ｆ4方向に変位する。
従って、接続端子９３，９４に交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０は図１１
（ｂ）に表すようにＸ軸方向に屈曲振動を継続する。
【０１００】
従って、上述したように、振動腕３０，４０それぞれの表裏両面に圧電体薄膜７１，７
３、及び圧電体薄膜７２，７４を設けることにより、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１
００〜１０３とが、より一層強く相互に振動を補完し合うことができる。また、一方の主
面（表裏面のどちらか一方）に圧電体薄膜を形成する場合よりも振動バランスをとること
ができ、捩れ等の不用振動を低減することができる。
【０１０１】
また、実施形態３の構造においても、温度補償膜１１０〜１１３を設けているので、圧
電体薄膜７１〜７４を設けることによる一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆの影響を排除す
ることができる。
（実施形態４）
【０１０２】
次に、本発明の実施形態４について図面を参照して説明する。実施形態４は、前述した
実施形態３に対して、振動腕の側面にも圧電体薄膜素子を設けていることに特徴を有して
いる。従って、実施形態３との相違部分を中心に説明し、共通部位には実施形態３と同じ
符号を附している。
図１２は、実施形態４に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図である
。なお、図１２では、前述した実施形態１にて説明した圧電体薄膜−電極−温度補償膜の
構成を例示している。
図１２において、振動腕３０の外側側面３３には、圧電体薄膜素子１０４が形成されてい
る。
【０１０３】
圧電体薄膜素子１０４の構成は、圧電体薄膜素子１００〜１０３と同じであり、振動腕
３０の外側側面３３から圧電体薄膜７５、電極６３、温度補償膜１１４の順に積層形成さ
れている。
従って、圧電体薄膜７５は、電極６３と電極５１，５３によって挟まれた圧電体薄膜素子
１０４を構成する。
【０１０４】
一方、振動腕４０の内側側面４４には、圧電体薄膜素子１０５が形成されている。圧電
体薄膜素子１０５の構成は、圧電体薄膜素子１０４と同じであり、振動腕４０の内側側面
４４から圧電体薄膜７６、電極６４、温度補償膜１１５の順に積層形成されている。従っ
て、圧電体薄膜７６は、電極６４と電極５６，５８によって挟まれた圧電体薄膜素子１０
５を構成する。
なお、圧電体薄膜７１〜７６は実施形態１と同様な材料としての条件を満たし、厚さ、
平面形状も同じとする。
【０１０５】
次に、水晶振動片２０の駆動について説明する。電極５１，５３，５５，６１，５９，
６４にはマイナス（−）電位を印加し、電極５４，６３，５８，６２，６０，５６にはプ
ラス（＋）電位を印加する。
【０１０６】
まず、振動腕３０について説明すると、圧電体薄膜７１，７３の伸縮は、前述した実施
形態３と同じであり、厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に
伸びる。
【０１０７】
また、圧電体薄膜７５は、電極５１，５３にマイナス電位、電極６３にプラス電位を印
加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる。
【０１０８】
従って、圧電体薄膜７１，７３，７５は、振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとす
る。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり
矢印Ｆ1方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子１００，１０２，１
０４と共に、矢印Ｆ1方向に変位する。
【０１０９】
次に、振動腕４０について説明する。圧電体薄膜７２，７４の伸縮は、前述した実施形
態３と同じであり、厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸方向）に縮
む。
【０１１０】
また、圧電体薄膜７６は、電極６４にマイナス電位、電極５６，５８にプラス電位を印
加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸方向）に縮む。
【０１１１】
従って、圧電体薄膜７２，７４，７６は、振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとす
る。振動腕４０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり
矢印Ｆ2方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１，１０３，１
０５と共に、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は、図１２（ｂ）に示すように外側方向に変位する
。
【０１１２】
次に、図１２（ａ）で示した状態に対して各電極に逆相の電位を印加する。図示は省略
するが、電極５１，５３，６１，５５，５９，６４にはプラス電位、電極５４，６３，５
６，５８，６２，６０にはマイナス電位の電圧を印加する。こうすることで、圧電体薄膜
７１〜７６の伸縮方向が図１２（ａ）に表す方向とは逆方向となり、振動腕３０，４０は
矢印Ｆ3，Ｆ4方向に変位する。
従って、接続端子９３，９４に交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０は図１２
（ｂ）に示すようにＸ軸方向に屈曲振動を継続する。
【０１１３】
従って、上述した実施形態４によれば、水晶の厚さ方向（Ｚ軸方向、振動腕の側面）に
も圧電体薄膜７５，７６を設けることにより、さらに強く相互に振動を補完し合うことが
でき、水晶振動子の振動効率を高めることができる。
【０１１４】
また、実施形態４の構造においても、温度補償膜１１０〜１１５を設けているので、圧
電体薄膜７１〜７６を設けることによる一次の周波数温度変化量の影響を排除することが
できる。
（実施形態５）
【０１１５】
続いて、本発明の実施形態５について図面を参照して説明する。前述した実施形態１，
２では圧電体薄膜素子１００，１０１、実施形態３では圧電体薄膜素子１００〜１０３、
実施形態４では圧電体薄膜素子１００〜１０５をそれぞれ備えている。
【０１１６】
しかしながら、圧電体薄膜素子を設けることにより、水晶振動片２０の中心線Ｃ0に対
して振動腕３０と振動腕４０との質量バランス、あるいは、振動腕３０，４０それぞれの
中心線Ｃ1，Ｃ2に対する質量バランスがくずれることがある。そのことによって僅かであ
るが振動バランスがくずれることが考えられる。実施形態５では、そのような課題を解決
するためにバランス質量を付加することを特徴としている。なお、実施形態１〜実施形態
４と同じ部位には同じ符号を附している。また、バランス質量としては、圧電体薄膜と同
材質のものを採用する。
【０１１７】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態５に係る水晶振動子を示す断面図である。なお、図
１３（ａ）〜（ｃ）に図示する構造は、実施形態１にて説明した温度補償膜の構成を例示
している。
図１３（ａ）は、実施形態１（図２、参照）にて説明した構造に対してバランス質量を
付加した例を示している。図１３（ａ）において、振動腕３０には、中心線Ｃ1に対して
圧電体薄膜素子１００と対称となるバランス質量７７ａが設けられている。つまり、バラ
ンス質量７７ａは、温度補償膜１１０と電極５５と圧電体薄膜７１の質量総和が、バラン
ス質量７７ａと電極５１の質量総和と等しい。従って、振動腕３０内において質量バラン
スがとれる。
【０１１８】
振動腕４０においても同様に、バランス質量７７ｂを設けることにより、付加されたバ
ランス質量７７ｂと電極５６との積層体の質量総和は、圧電体薄膜７２と電極６０と温度
補償膜１１１の積層体の質量総和と等しく中心線Ｃ2に対して対称となり、振動腕４０内
において質量バランスがとれている。
【０１１９】
このように、バランス質量７７ａ，７７ｂを設けることにより、振動腕３０，４０が、
中心線Ｃ0に対しても質量バランスがとれ、振動バランスをとることができる。
【０１２０】
図１３（ｂ）は、実施形態３（図１１、参照）に対してバランス質量を付加した例を示
している。実施形態３は、振動腕３０，４０の表裏両面それぞれに、圧電体薄膜素子１０
０，１０２、圧電体薄膜素子１０１，１０３が設けられている構造である。振動腕３０に
は中心線Ｃ1に対して圧電体薄膜素子１００，１０２に対称なバランス質量７７ａ，７８
ａを設け、振動腕４０には中心線Ｃ2に対して圧電体薄膜素子１０１，１０３に対称とな
るバランス質量７７ｂ，７８ｂを設けている。
【０１２１】
このようにバランス質量７７ａ，７７ｂ及びバランス質量７８ａ，７８ｂを設けること
により、振動腕３０及び振動腕４０内において質量バランスがとれると共に、振動腕３０
と振動腕４０との質量バランスがとれ、そのことにより振動バランスがとれる。
【０１２２】
図１３（ｃ）は、実施形態４（図１２、参照）に対してバランス質量を付加した例を示
している。実施形態４は、振動腕３０の表裏両面と側面それぞれに圧電体薄膜素子１００
，１０２，１０４が設けられている構造であるので、振動腕３０には中心線Ｃ1に対して
圧電体薄膜素子１００，１０２，１０４それぞれに対称なバランス質量７７ａ，７８ａ，
７９ａを設ける。
【０１２３】
また、振動腕４０の表裏両面と側面それぞれには、圧電体薄膜素子１０１，１０３，１
０５が設けられている構造であるので、中心線Ｃ2に対して圧電体薄膜素子１０１，１０
３，１０５それぞれに対称なバランス質量７７ｂ，７８ｂ，７９ｂを設けている。
【０１２４】
このようにバランス質量７７ａ，７７ｂ及びバランス質量７８ａ，７８ｂ及びバランス
質量７９ａ，７９ｂを設けることにより、振動腕３０及び振動腕４０内において質量バラ
ンスがとれると共に、振動腕３０と振動腕４０との質量バランスがとれ、そのことにより
振動バランスがとれる。
【０１２５】
なお、前述した実施形態２は、温度補償膜１１０，１１１それぞれが電極５５，６０と
圧電体薄膜７１，７２との間に設けられる構造であり、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図
１３（ｃ）で表すバランス質量７７ａ，７７ｂ及びバランス質量７８ａ，７８ｂ及びバラ
ンス質量７９ａ，７９ｂを付加することで、質量バランスをとることができる。
【０１２６】
従って、上述した実施形態５によれば、圧電体薄膜素子１００〜１０５に対応したバラ
ンス質量を付加することにより、振動腕３０，４０のに振動バランスをとり、高精度な振
動特性を得ることができる。
また、バランス質量を圧電体薄膜と同材質で形成すれば、圧電体薄膜と同じ装置でバラ
ンス質量を構成することができるので、高精度のバランス質量を付加することができる。
【０１２７】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき
る範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態１では、圧電体薄膜７１，７２を振動腕３０，４０のそれぞ
れの表面３１，４１に形成する構造、及び圧電体薄膜７１，７２を裏面３２，４２に形成
する構造を説明したが、振動腕３０の表面３１に圧電体薄膜７１を形成し、振動腕４０の
裏面４２に圧電体薄膜７２を形成してもよく、その逆にしてもよい。
【０１２８】
また、前述した実施形態５では、付加するバランス質量を圧電体薄膜と同材質を用いて
いるが、バランス質量は、中心線Ｃ0，Ｃ1，Ｃ2に対して質量バランス（つまり振動バラ
ンス）がとれれば、同材質でなくてもよく、圧電体でなくてもよい。
【０１２９】
従って、前述した実施形態１〜実施形態５によれば、水晶振動片に圧電体薄膜素子を設
けることにより水晶振動子の小型化と低消費電力化を実現し、さらに温度補償膜を設ける
ことにより、周波数温度変化量が小さい高精度の水晶振動子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧電振動子の構造を示す斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ切断面を示す断面図及び各電極の接続説明図。
【図３】本発明の実施形態１に係る水晶振動子を特定の振動モードで励振する発振回路に接続した状態を示す等価回路図。
【図４】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図。
【図５】本発明の実施形態１に係る温度補償膜の温度と一次の周波数変化量との関係を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の温度変化に対する周波数変化量を模式的に表すグラフ。
【図７】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の温度補償膜の膜厚さｈと一次の周波数温度変化量の関係を表すグラフ。
【図８】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の断面図及び各電極の接続説明図。
【図９】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図。
【図１０】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の温度補償膜の膜厚さｈと一次の周波数温度変化量の関係を表すグラフ。
【図１１】本発明の実施形態３に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図。
【図１２】本発明の実施形態４に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図。
【図１３】本発明の実施形態５に係る水晶振動子を示す断面図。
【符号の説明】
【０１３１】
１０…水晶振動子、２０…水晶振動片、２１…基部、３０，４０…振動腕、３１，４１
…水晶振動片の表面、３２，４２…水晶振動片の裏面、５１〜６０…電極、７１，７２…
圧電体薄膜、１１０，１１１…温度補償膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体薄膜と温度補償膜とを有する圧電振動子と、この圧電振動子の製造方
法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器等に搭載される時間標準やセンサとして低周波の圧電振動子が用いら
れている。電子機器の小型化に対応してこれらの圧電振動子の小型化が要求されている。
圧電振動子を単純に小型化していくとＣＩ値が上昇しＱ値が低下する。ＣＩ値を上昇さ
せない構造としては、振動片に圧電体膜を形成し、この圧電体膜を駆動する方法がある。
【０００３】
具体的には、シリコンからなる音叉の振動腕の主面上の中心線より内側及び外側に第１
、第２の電極と、これら電極上それぞれに設けられた第１、第２の圧電体膜と、これら圧
電体膜上のそれぞれに設けられた第３、第４の電極とを備え、第３、第４の電極に互いに
逆相の交流電圧を印加することにより音叉が屈曲振動する薄膜微小機械式共振子が提案さ
れている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、周波数温度特性がよい恒弾性金属材料に圧電体薄膜としてＺｎＯ薄膜を形成した
音叉型振動子というものも知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２７７１９号公報（第９頁、図１，２）
【非特許文献１】川端昭著、エレクトロニクス、昭和５４年３月号、２９７頁〜３０１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１や非特許文献１では、圧電体膜に電圧を印加して金属またはシリコ
ン等からなる音叉を励振している。このような構造では、音叉を駆動する駆動力を得るた
めに圧電体薄膜の厚さを数μｍ程度にしなければならず、コンデンサ容量が大きくなり、
常に信号を発生させるクロック信号用途等では、消費電力が大きくなってしまうという課
題を有している。
【０００７】
また、特許文献１や非特許文献１に例示されている圧電体薄膜は、ＺｎＯやチタン酸ジ
ルコン酸塩等の圧電性材料であって、これらの圧電体材料は周波数温度変化量が大きい。
従って、金属またはシリコン、あるいは周波数温度変化量が小さい水晶に圧電体薄膜を付
加する構造が考えられる。しかしながら、圧電体薄膜が有する一次温度係数の影響により
周波数温度変化量が大きくなるという課題を有している。
【０００８】
本発明の目的は、小型で消費電力が小さく周波数温度変化量が小さい高精度の圧電振動
子と、この圧電振動子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電振動子は、基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の振動腕
と、前記一対の振動腕それぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極となる
励振電極と、を有する圧電振動片と、前記圧電振動片と直列接続され、前記対向する主面
または側面の少なくとも一つの表面に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表面に形
成される励振電極と、を含む圧電体薄膜素子と、前記圧電体薄膜の表面に形成される励振
電極表面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温度係数とは逆の一次温度係数を有する温度
補償膜と、が備えられていることを特徴とすることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、圧電振動片と圧電体薄膜からなる圧電体薄膜素子とを直列に接続し
、圧電振動片と圧電体薄膜素子とを同一励振信号で励振することから、圧電振動片と圧電
体薄膜素子とが相互に振動を補完し合うことによって、低周波領域において圧電振動子の
小型化を実現できる。
【００１１】
また、圧電振動片と圧電体薄膜素子とを直列に接続していることから、圧電振動片と圧
電体薄膜素子との総合コンデンサ容量を小さくすることができ、このことから消費電力を
増加させずに、圧電振動子の小型化を図ることができる。
【００１２】
さらに、圧電体薄膜の表面に、圧電体薄膜とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜を
設け、圧電体薄膜の一次温度係数を打ち消しているので、圧電体薄膜を設けることによる
圧電振動子の一次の周波数温度変化量への影響を低減することができ、高精度な圧電振動
子を実現できる。
【００１３】
さらに、温度補償膜を、圧電体薄膜の表面に形成される励振電極の表面に設ける構成で
は、詳しくは後述する実施形態で説明するが、温度補償膜の厚さに対する一次の周波数温
度変化量が鈍感なため、一次の周波数温度変化量の微調整を容易に行えるという利点があ
る。また、温度補償膜の成膜が容易であり、量産安定性に優れる。
【００１４】
また、本発明の圧電振動子は、基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の
振動腕と、前記一対の振動腕それぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極
となる励振電極と、を有する圧電振動片と、前記圧電振動片と直列接続され、前記対向す
る主面または側面の少なくとも一つの表面に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表
面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温度係数とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜
と、該温度補償膜の表面に設けられる励振電極とを有する圧電体薄膜素子と、が備えられ
ていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、圧電振動片は温度補償膜を有する圧電体薄膜素子を備えているため
に、詳しくは後述する実施形態で説明するが、前述したような励振電極の上面に温度補償
膜を形成する構造よりも温度補償膜の厚さに対する一次の周波数温度変化量が敏感となる
ため、より薄い成膜で広い範囲の一次の周波数温度変化量の調整が可能であり、成膜の生
産性が高いという利点ある。
【００１６】
また、前記圧電振動片が、水晶振動片であることが好ましい。
【００１７】
水晶振動片は、他の圧電材料からなる圧電振動片よりも周波数温度特性に優れている。
従って、圧電体薄膜を用いる構造であっても、上述したような温度補償膜を設けることに
より、水晶が本来有する優れた周波数温度特性を活用することができる。
【００１８】
また、前記振動腕にバランス質量が付加されていることが望ましい。
【００１９】
振動腕の表面に圧電体薄膜及び温度補償膜を設けることにより、振動のバランスが僅か
ではあるがくずれることが予測される。そこで、圧電体薄膜及び温度補償膜の付加質量に
対応したバランス質量を付加することにより、振動腕の振動バランスをとり、高精度な振
動特性を維持することができる。
【００２０】
また、本発明の圧電振動子の製造方法は、圧電基板の表面に圧電体薄膜を形成する工程
と、前記圧電体薄膜の表面に温度補償膜を形成する工程と、前記温度補償膜の膜厚さを調
整して一次温度係数を調整する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
圧電体薄膜を有する圧電振動子の一次温度係数は、温度補償膜の厚さに影響される。従
って、温度補償膜の厚さを増減することにより、圧電振動子を適正な一次温度係数に合わ
せ込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明の実施形態１に係る圧電振動子を示し、図８〜図１０は実施形態２
、図１１は実施形態３、図１２は実施形態４、図１３は実施形態５を示している。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際
のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）
【００２３】
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電振動子の構造を示す斜視図、図２は、図１のＡ
−Ａ切断面を示す断面図及び各電極の接続説明図である。なお、本発明の圧電振動子の材
質としては、圧電性能を有するものであれば限定されずに適合できるが、以下の実施形態
では、圧電振動子として周波数温度特性に優れる水晶振動子を例示して説明する。図１、
図２において、水晶振動子１０は、水晶振動片２０の表面に複数の電極と、圧電体薄膜素
子１００，１０１と、圧電体薄膜素子１００，１０１それぞれの上面に設けられる温度補
償膜１１０，１１１と、を有して構成されている。
【００２４】
水晶振動片２０は、基部２１の一辺から、Ｙ軸方向に平行に延在された一対の振動腕３
０，４０を有した音叉型振動子である。そして、基部２１の振動腕３０，４０の延在方向
とは逆方向に支持部２２が設けられている。振動腕３０，４０は、中心線Ｃ0に対して対
称形である。また、水晶振動片２０は、結晶軸方向をＸ軸方向にして切り出されている。
【００２５】
振動腕３０には、一方の主面３１（以降、表面３１と表す）を２分して、振動腕３０の
中心線Ｃ1に対して結晶軸方向（振動腕の内側方向）に圧電体薄膜７１、外側方向に電極
５１が形成され、表面３１に対向する主面３２（以降、裏面３２と表す）に電極５３が形
成されている。なお、電極５３は、圧電体薄膜７１及び電極５１にそれぞれ対向するよう
に２分割する構成としてもよく、省略することもできる。
【００２６】
また、振動腕３０の外側側面３３には電極５２が、内側側面３４には電極５４が形成さ
れている。さらに、圧電体薄膜７１の表面には電極５５が形成され、電極５５の上面には
温度補償膜１１０が設けられている。
【００２７】
振動腕４０には、一方の主面４１（以降、表面４１と表す）を２分して、振動腕４０の
中心線Ｃ2に対して結晶軸方向（振動腕の外側方向）に圧電体薄膜７２、内側方向に電極
５６が形成され、他方の主面４２（以降、裏面４２と表す）に電極５８が形成されている
。なお、電極５８は、圧電体薄膜７２及び電極５６に対向するように２分割する構成とし
てもよく、省略してもよい。
【００２８】
また、振動腕４０の外側側面４３には電極５９が、内側側面４４には電極５７が形成さ
れている。さらに、圧電体薄膜７２の表面には電極６０が形成され、電極６０の上面には
温度補償膜１１１が設けられている。
【００２９】
圧電体薄膜７１，７２の材質としては、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＰＺＴ（登録商標）
、ＫＮ、ＬＮ、ＬＴ等から選択することができ、本実施形態では、水晶よりも誘電率が大
きく、しかもその差が大きい材料、ヤング率が大きい材料、電気機械結合係数Ｋ2が大き
い材料を選択する。
【００３０】
また、温度補償膜１１０，１１１の材質としては、Ｎｉ−鉄合金、酸化シリコン、酸化
テリル、酸化ジルコニウム等を採用でき、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数に対して
逆の一次温度係数を有するものから選択する。具体的には、圧電体薄膜７１，７２が負の
一次温度係数を有するとき、温度補償膜１１０，１１１は正の一次温度係数を有する。
【００３１】
電極５５，５１，５３，５７，５９及び接続端子９３は、接続電極９１によって接続さ
れる。また、これらの電極とは互いに異極となる電極５２，５４，５８，６０，５６及び
接続端子９４は、接続電極９２によって接続されている。そして、接続端子９３，９４に
それぞれ互いに逆相の交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０がＸ軸方向に屈曲振
動する。従って、電極５１〜６０は、水晶振動片２０の励振電極である。
【００３２】
図３は、水晶振動子を特定の振動モードで励振する発振回路に接続した状態を示す等価
回路図である。図３において、発振器８０は、増幅回路８１と帰還回路８２とを含んでい
る。
【００３３】
増幅回路８１は、増幅器８３と帰還抵抗８４とを含んで構成されている。帰還回路８２
は、ドレイン抵抗８５とコンデンサ８６，８７と水晶振動子１０を含んで構成されている
。水晶振動子１０は、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とが直列に接続さ
れている（図２も参照する）。
【００３４】
ここで、増幅器８３はＣＭＯＳインバータを用いることができる。このような構成によ
り、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とが同一振動モードで振動する発振
器８０を形成することができる。
【００３５】
続いて、本実施形態に係る水晶振動子の駆動について図面を参照して説明する。
図４は、水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図である。なお、図４は、図１の
Ａ−Ａ切断面を表している。
図４（ａ）を参照して第１の状態を説明する。電極５１，５３，５５，５７，５９には
マイナス（−）電位を印加し、電極５２，５４，５６，５８，６０にはプラス（＋）電位
を印加する。ここで、振動腕３０，４０の水晶の結晶軸方向を矢印Ｄで表し、圧電体薄膜
７１，７２の分極方向を矢印Ｐ0で表している。
【００３６】
まず、振動腕３０について説明すると、圧電体薄膜７１は、電極５５と電極５４によっ
て挟まれた圧電体薄膜素子１００が形成された状態であり（水晶を一部介在する）、電極
５５にマイナス電位、電極５４にプラス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（
Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる。
【００３７】
従って、圧電体薄膜７１は、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているために、
振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとする。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印
加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ1方向に変位しようとするため、振動
腕３０は圧電体薄膜素子１００と共に、矢印Ｆ1方向に変位する。
【００３８】
次に、振動腕４０について説明する。圧電体薄膜７２は、電極６０と電極５９によって
挟まれた圧電体薄膜素子１０１が形成された状態であり（水晶を一部介在する）、電極６
０にプラス電位、電極５９にマイナス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ
軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に縮む。
【００３９】
従って、圧電体薄膜７２は、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているために、
振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとする。振動腕４０は、電極それぞれに電圧を印
加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ2方向に変位しようとするため、振動
腕４０は圧電体薄膜素子１０１と共に、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は共に、図４（ｂ）に示すように外側方向に変位す
る。
【００４０】
次に、第２の状態を説明する（図示は省略する）。第２の状態は、上述した第１の状態
に対して、各電極に逆相の電圧を印加した状態を示している。つまり、電極５１，５３，
５５，５７，５９にはプラス（＋）電位を印加し、電極５２，５４，５６，５８，６０に
はマイナス（−）電位を印加する。
【００４１】
まず、振動腕３０について説明する。電極５５にプラス電位、電極５４にマイナス電位
を印加すると、圧電体薄膜７１は厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に縮む。
【００４２】
従って、圧電体薄膜７１は、振動腕３０を矢印Ｆ3方向に変位しようとする。振動腕３
０は、電極それぞれに電圧を印加すると第１の状態（図４（ａ）、参照）とは逆方向に電
界が発生し、やはり矢印Ｆ3方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子
１００と共に、矢印Ｆ3方向に変位する。
【００４３】
次に、振動腕４０について説明する。電極６０にマイナス電位、電極５９にプラス電位
を印加すると、圧電体薄膜７２は厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に伸びる。従って、圧電体薄膜７２は、矢印Ｆ4方向に変位しようとする。振動
腕４０は、電極それぞれに電圧を印加すると第１の状態（図４（ａ）、参照）とは逆方向
に電界が発生し、やはり矢印Ｆ4方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜
素子１０１と共に、矢印Ｆ4方向に変位する。
【００４４】
上述した第１の状態と第２の状態を繰り返す（つまり、交流電圧を印加する）と振動腕
３０，４０は、Ｘ軸方向に屈曲振動を繰り返す。
【００４５】
なお、上述した実施形態１では、圧電体薄膜素子１００，１０１を振動腕３０，４０の
それぞれの表面３１，４１に形成する構造を例示したが、圧電体薄膜素子１００，１０１
を、裏面３２，４２に形成する構造としてもよい。この際、電極５１と電極５３、電極５
６と電極５８とを入れ替える構成とする。
【００４６】
続いて、温度補償膜１１０，１１１について説明する。
図５は、温度補償膜１１０，１１１の温度と一次の周波数温度変化量との関係、つまり
、一次温度係数を模式的に表すグラフである。ここで、圧電体薄膜７１，７２の一次温度
係数ｄｆ／ｆは負の傾き（具体的には−４０ｐｐｍ／ｄｅｇ）を有している。従って、温
度補償膜１１０，１１１の一次温度係数ｄｆ／ｆを正の傾き（具体的には＋４０ｐｐｍ／
ｄｅｇ）にすれば、圧電体薄膜の一次温度係数ｄｆ／ｆを“０”にすることが可能となる
。
【００４７】
次に、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数が水晶振動子に与える影響について説明す
る。
図６は、水晶振動子の温度変化に対する周波数変化量（周波数温度特性）を模式的に表
すグラフである。図６において、水晶振動子１０の周波数温度特性（図中、実線で表す）
は、頂点温度Ｔ0とする二次曲線で表される。ここで、水晶振動子１０に圧電体薄膜７１
，７２を付加下場合に、周波数温度特性は、頂点温度Ｔ0がマイナス方向に移動して頂点
温度Ｔ1を有する二次曲線（図中、破線で表す）で表される。従って、本来の水晶振動子
周波数温度特性（頂点温度Ｔ1の二次曲線）に補償する必要が生じ、温度補償膜１１０，
１１１を設ける。なお、温度補償膜の一次温度係数は、材質とその膜厚さによって変化す
る。
【００４８】
図７は、水晶振動片２０に温度補償膜１１０，１１１を設けたときの温度補償膜の膜厚
さｈと一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆの関係を表すグラフである。ここでは、温度補償
膜１１０，１１１の材質を酸化シリコン（ＳｉＯ2）とする。図７において、温度補償膜
１１０、１１１の膜厚さｈが増加するに従い一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが増加する
。従って、一次の周波数温度変化量が“０”となる膜厚さｈ（具体的には５５０ｎｍ近傍
）とすれば、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数の影響を排除することができ、図６に
示す頂点温度Ｔ0の周波数温度特性を得ることができる。
【００４９】
従って、上述した実施形態１によれば、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０
１とを直列に接続し、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とを同一励振信号
で励振することにより、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１００，１０１とが相互に振動
を補完し合い、低周波領域において水晶振動子１０の小型化を実現できる。
【００５０】
ここで、消費電力に影響を与える水晶振動子１０のコンデンサ容量について考察する。
コンデンサ容量Ｃは、誘電体の面積Ｓ、厚さ（電極間距離）ｄ、誘電率をεとすれば、Ｃ
＝ε・Ｓ／ｄで表される。圧電体薄膜７１，７２の誘電率εｚ、水晶の誘電率εｑの関係
は、それぞれの材料をεｚ≫εｑ、圧電体薄膜７１，７２の厚さｄｚと水晶振動片２０の
厚さｄｑの関係を、ｄｑ≫ｄｚとなるように設定している。従って、水晶振動片２０のコ
ンデンサ容量Ｃｑと圧電体薄膜７１，７２のコンデンサ容量Ｃｚの関係は、Ｃｚ≫Ｃｑと
なる。
【００５１】
本実施形態では、発振器８０の等価回路において、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１
００，１０１とを直列に接続している。従って、水晶振動子１０の総コンデンサ容量Ｃは
、１／Ｃ＝１／Ｃｑ＋１／Ｃｚで表される。ここで、Ｃｚ≫Ｃｑとしているため、Ｃ≒Ｃ
ｑと考えることができる。このことから、水晶振動子１０の総コンデンサ容量Ｃを小さく
することができ、消費電力を増加させずに、水晶振動子の小型化を実現できる。
【００５２】
また、圧電体薄膜素子１００，１０１の電気機械結合係数Ｋ2は、水晶振動片２０の電
気機械結合係数よりも大きい。性能指数ＭはＭ≒Ｋ2・Ｑで表すことができ、圧電体薄膜
素子１００，１０１の電気機械結合係数（Ｋ2で表される）を水晶よりも大きくすること
で、圧電体薄膜素子１００，１０１の性能指数Ｍが高くなる。従って、電気機械結合係数
が大きいほど振動しやすいので、薄い圧電体薄膜７１，７２により水晶振動片２０の振動
を高効率化することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、圧電振動片として水晶振動子を採用し、圧電体薄膜７１，７２
の表面に、圧電体薄膜７１，７２とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜１１０，１１
１を設けることによって、圧電体薄膜７１，７２の一次温度係数を打ち消すので、圧電体
薄膜を用いる構造であっても、水晶振動子１０が本来有する優れた周波数温度特性を活用
することができる。
（実施形態２）
【００５４】
続いて、本発明の実施形態２について図面を参照して説明する。実施形態２は、前述し
た実施形態１に対して、温度補償膜を圧電体薄膜と電極との間（つまり、圧電体薄膜素子
の上面）に設けることを特徴としている。従って、相違部分を中心に説明し、実施形態１
と同じ符号を附して説明する。
図８は、実施形態２に係る水晶振動子の断面図（図１のＡ−Ａ切断面に相当する）及び
各電極の接続説明図である。図８において、振動腕３０の表面３１には圧電体薄膜７１、
圧電体薄膜７１の表面に温度補償膜１１０、温度補償膜１１０の表面に電極５５が設けら
れている。
【００５５】
従って、圧電体薄膜７１と温度補償膜１１０とは積層された状態で振動腕３０の一部を
介在して電極５５と電極５４との間に挟まれた圧電体薄膜素子１００を構成している。
【００５６】
また、振動腕４０の表面４１には圧電体薄膜７２、圧電体薄膜７２の表面に温度補償膜
１１１、温度補償膜１１１の上面に電極６０が設けられている。
【００５７】
従って、圧電体薄膜７２と温度補償膜１１１とは積層された状態で振動腕４０の一部を
介在して電極６０と電極５９との間に挟まれた圧電体薄膜素子１０１を構成している。
【００５８】
なお、電極５１〜６０及び接続端子９３，９４の接続は、前述した実施形態１と同様に
行われており、接続端子９３，９４に交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０が屈
曲振動する。
【００５９】
図９は、水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図である。図９（ａ）を参照して
第１の状態を説明する。電極５１，５３，５５，５７，５９にはマイナス（−）電位を印
加し、電極５２，５４，５６，５８，６０にはプラス（＋）電位を印加する。ここで、振
動腕３０，４０の水晶の結晶軸方向を矢印Ｄで表し、圧電体薄膜７１，７２の分極方向を
矢印Ｐ0で表している。
【００６０】
まず、振動腕３０について説明すると、電極５５にマイナス電位、電極５４にプラス電
位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる
。
【００６１】
従って、圧電体薄膜素子１００が、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているた
めに、振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとする。振動腕３０は、電極それぞれに電
圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ1方向に変位しようとするため
、振動腕３０は圧電体薄膜素子１００と共に、矢印Ｆ1方向に変位する。
【００６２】
次に、振動腕４０について説明する。電極６０にプラス電位、電極５９にマイナス電位
を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に縮む。
【００６３】
従って、圧電体薄膜素子１０１が、水晶の結晶軸方向の偏った位置に設けられているた
めに、振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとする。振動腕４０は、電極それぞれに電
圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ2方向に変位しようとするため
、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１と共に、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は共に、図９（ｂ）に示すように外側方向（矢印Ｆ
1，Ｆ2方向）に変位する。
【００６４】
次に、第２の状態を説明する（図示は省略する）。第２の状態は、上述した第１の状態
に対して、各電極に逆相の電圧を印加した状態を示している。つまり、電極５１，５３，
５５，５７，５９にはプラス（＋）電位を印加し、電極５２，５４，５６，５８，６０に
はマイナス（−）電位を印加する。
【００６５】
まず、振動腕３０について説明する。電極５５にプラス電位、電極５４にマイナス電位
を印加すると、圧電体薄膜７１は厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に縮む。
【００６６】
従って、圧電体薄膜素子１００は、振動腕３０を図９に示す矢印Ｆ3方向に変位しよう
とする。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印加すると図９の矢印Ｅとは逆方向に電界
が発生し、やはり矢印Ｆ3方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子１
００と共に、矢印Ｆ3方向に変位する。
【００６７】
次に、振動腕４０について説明する。電極６０にマイナス電位、電極５９にプラス電位
を印加すると、圧電体薄膜７２は厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸）方向に伸びる。
【００６８】
従って、圧電体薄膜素子１０１は、矢印Ｆ4方向に変位しようとする。振動腕４０は、
電極それぞれに電圧を印加すると図９の矢印Ｅとは逆方向に電界が発生し、やはり矢印Ｆ
4方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１と共に、矢印Ｆ4方向
に変位する。
【００６９】
接続端子９３，９４に交流電圧を印加し、上述した第１の状態と第２の状態を繰り返す
と振動腕３０，４０は、図９（ｂ）に示すようにＸ軸方向に屈曲振動を繰り返す。
【００７０】
次に、温度補償膜１１０，１１１それぞれが電極５５，６０と圧電体薄膜７１，７２の
間に設けられる実施形態２の構成による温度補償について説明する。このような構成にお
いても温度補償膜１１０，１１１の一次温度係数は、材質とその膜厚さによって変化する
。
【００７１】
図１０は、水晶振動片２０に温度補償膜１１０，１１１を設けたときの温度補償膜の膜
厚さｈと一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆの関係を表すグラフである。ここでは、温度補
償膜１１０の材質を酸化シリコン（ＳｉＯ2）とする。なお、実施形態１の構成との比較
を表している。図１０において、温度補償膜１１０，１１１の膜厚さｈが増加するに従い
一次の周波数温度変化量が増加する。
【００７２】
ここで、実施形態２の構成（上層から電極−温度補償膜−圧電体薄膜の構成）では、実
施形態１の構成（上層から温度補償膜−電極−圧電体薄膜の構成）よりも、膜厚さに対し
て一次の周波数温度変化量（ｄｆ／ｆ）が敏感に変化する。そして、一次の周波数温度変
化量が“０”となる膜厚さｈ（具体的には５０ｎｍ近傍）とすれば、圧電体薄膜の一次温
度係数の影響を排除することができることを示している。
【００７３】
図１０を参照して実施形態１と実施形態２の構成による特性の相違を比較する。実施形
態１によれば、膜厚さｈに対して一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが鈍感であり、膜厚さ
ｈが変化しても一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが小さいので、量産安定性に優れるとい
う効果がある。
【００７４】
また、実施形態２によれば、膜厚さｈに対して一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが敏感
であり、膜厚さｈも５０ｎｍと薄くてよい。従って、成膜時間が短縮できる他、成膜によ
る膜応力も小さくて済むため、圧電振動片の反り等の変形が発生しにくいという効果もあ
る。
【００７５】
また、実施形態１及び実施形態２による構造では共に温度補償膜１１０，１１１の膜厚
さｈを増減することで、図１０に示すように、一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆ（つまり
、一次温度係数）を調整することができる。ここで、温度補償膜１１０，１１１の膜厚さ
ｈの調整方法を含む水晶振動子の製造方法について説明する。図示は省略する。
【００７６】
まず、大判の圧電基板としての水晶基板（水晶ウエハと呼称することがある）に、フォ
トリソグラフィ技術によって複数の水晶振動片２０を形成する。この際、水晶振動片の基
部２１または支持部２２（図１、参照）を水晶基板に接続しておく。
【００７７】
続いて、圧電体薄膜７１，７２を形成する。実施形態１の構造では、振動腕３０，４０
のそれぞれの表面３１，４１の所定位置に第１圧電体薄膜を形成する。第１圧電体薄膜の
形成方法は、ＲＦスパッタリング法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法であてもよいし、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）法であってもよい。また、第１圧電体薄膜の厚さは、５ｎｍ〜１００ｎｍ
が好ましい。
【００７８】
続いて、第１圧電体薄膜の熱処理を行い、熱処理後の第１圧電体薄膜を形成する。熱処
理は、ランプ加熱、レーザー光加熱であってもよいが、４００℃以下での熱処理は、温度
管理ができ温度を低温から上昇できる熱処理方法が好ましい。具体的には、より安定した
温度管理ができる熱処理炉、ホットプレート、真空チャンバ中での熱処理が好ましい。こ
の熱処理後の第１圧電体薄膜は結晶化が進んだ状態である。
【００７９】
続いて、熱処理後の第１圧電体薄膜上に第２圧電体薄膜を形成する。第２圧電体薄膜は
、結晶化が進んだ熱処理後の第１圧電体薄膜上において結晶生長する材料であればどのよ
うな圧電体薄膜でもよいが、本実施形態では、第１圧電体薄膜と同じ材料を採用している
。
【００８０】
第２圧電体薄膜も、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の成膜法で形成することが可能で、その厚さ
は数μｍである。この第２圧電体薄膜は、熱処理後の第１圧電体薄膜を含めて圧電体薄膜
７１，７２となる。
【００８１】
このようにして圧電体薄膜７１，７２を形成した後、電極５１〜６０を形成する。圧電
体薄膜７１，７２それぞれの上面に形成する電極５５，６０は他の電極と同時形成しても
よいし、別工程で形成してもよい。
【００８２】
電極５１〜６０を形成した後、温度補償膜１１０，１１１を形成する。温度補償膜１１
０，１１１はチャンバ内でＰＶＤ法またはＣＶＤ法等の成膜法で形成する。この成膜工程
の際、チャンバ内に周波数計測モニタを備え、一次温度係数をモニタしながら、一次の周
波数温度変化量が“０”になる膜厚さｈを調整する。
【００８３】
または、予め膜厚さを厚い方向に形成しておき、温度補償膜の表面をエッチング等によ
り研削して一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆが“０”になる膜厚さｈを得る方法としても
よい。
【００８４】
そして、温度補償膜１１０，１１１を形成した後、水晶基板１１をダイシング等で切断
して、水晶振動子１０を切り離し個片化する。
【００８５】
また、実施形態２の構造では、圧電体薄膜７１，７２を形成後、温度補償膜１１０，１
１１を形成し、温度補償膜１１０，１１１の上面に電極５５，６０を形成する。圧電体薄
膜７１，７２及び温度補償膜１１０，１１１の形成方法は、上述した実施形態１の方法と
同じである。また、温度補償膜１１０，１１１の成膜工程において、一次温度係数をモニ
タする。
【００８６】
なお、圧電体薄膜の結晶性を高める方法として、圧電体薄膜を金属薄膜の表面に形成す
る方法が採用できる。この方法は、振動腕３０，４０のそれぞれの表面３１，４１の所定
位置にＰｔまたはＴｉの金属薄膜を形成し、金属薄膜の表面に圧電体薄膜７１，７２を形
成する。圧電体薄膜７１，７２は、金属薄膜が存在するために良好な結晶性を有する。
【００８７】
圧電体薄膜の振動特性は、圧電体薄膜の結晶性が良好なほどよい。従って、水晶基板の
表面に第１圧電体薄膜を形成し、この第１圧電体薄膜を熱処理した後、熱処理された前記
第１圧電体薄膜の表面に、第１圧電体薄膜と同一材料の第２圧電体薄膜を形成して結晶性
を改善している。その結果、優れた振動性能を得ることができる。
【００８８】
また、水晶基板の表面にＰｔまたはＴｉの少なくとも一方の金属薄膜を形成し、この金
属薄膜の表面に圧電体薄膜７１，７２を形成することで、圧電体薄膜７１，７２の結晶性
を高めることができる他、圧電体薄膜７１，７２と水晶振動片２０との密着性を高めるこ
とができるという効果がある。
【００８９】
また、温度補償膜１１０，１１１の成膜工程の際、チャンバ内に周波数計測モニタを備
え、チャンバ内にて一次温度係数をモニタしながら、一次の周波数温度変化量が“０”に
なる膜厚さｈを得る方法により、生産性が高い水晶振動子を実現できる。
（実施形態３）
【００９０】
続いて、本発明の実施形態３に係る水晶振動子について図面を参照して説明する。実施
形態３は、振動腕３０，４０の表裏両面それぞれに圧電体薄膜素子を形成しているところ
に特徴を有している。従って、実施形態１との相違部分を中心に説明し、同じ部位には同
じ符号を附している。
図１１は、実施形態３に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図であ
る。なお、図１１では、前述した実施形態１にて説明した圧電体薄膜−電極−温度補償膜
の構成を例示している。
図１１において、振動腕３０の裏面３２には、圧電体薄膜素子１００に対向して圧電体薄
膜素子１０２が形成されている。
【００９１】
圧電体薄膜素子１０２の構成は、圧電体薄膜素子１０１と同じであり、振動腕３０の裏
面３２から圧電体薄膜７３、電極６１、温度補償膜１１２の順に積層形成されている。
従って、圧電体薄膜７３は、電極６１，５４によって挟まれた圧電体薄膜素子１０２を構
成する。
【００９２】
一方、振動腕４０の裏面４２には、圧電体薄膜素子１０１に対向して圧電体薄膜素子１
０３形成され、電極５６に対向して電極５８が形成されている。従って、圧電体薄膜７４
は、電極６２，５９によって挟まれた圧電体薄膜素子１０３を構成する。
なお、圧電体薄膜７１〜７４は実施形態１と同様な材料としての条件を満たし、厚さ、
平面形状も同じとする。
【００９３】
次に、水晶振動片２０の駆動について説明する。電極５１，５３，５５，５７，５９，
６１にはマイナス（−）電位を印加し、電極５２，５４，５８，６２，６０，５６にはプ
ラス（＋）電位を印加する。
【００９４】
まず、振動腕３０について説明する。圧電体薄膜７１，７３は、電極５５，６１にマイ
ナス電位、電極５４にプラス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向
及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる。
【００９５】
従って、圧電体薄膜７１，７３は、振動腕３０の水晶の結晶軸方向に偏った位置に設け
られていることから、それぞれ同じように振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとする
。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢
印Ｆ1方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子１００，１０２と共に
、矢印Ｆ1方向に変位する。
【００９６】
次に、振動腕４０について説明する。圧電体薄膜７２は、電極６０にプラス電位、電極
５９にマイナス電位を印加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ
軸方向）に縮む。
【００９７】
また、圧電体薄膜７４は、電極５９にマイナス電位、電極６２にプラス電位を印加する
と厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸方向）に縮む。
【００９８】
従って、圧電体薄膜７２，７４は、振動腕４０の水晶の結晶軸方向に偏った位置に設け
られていることから、それぞれ同じように振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとする
。振動腕４０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり矢
印Ｆ2方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１，１０３と共に
、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は、図９（ｂ）に示すように外側方向（矢印Ｆ1，
Ｆ2方向）に変位する。
【００９９】
次に、図１１で示した状態に対して各電極に逆相の電位を印加した場合について説明す
る。図示は省略するが。電極５２，５４，５８，６２，６０，５６にはマイナス電位、電
極５１，５３，６１，５５，５７，５９にはプラス電位の電圧を印加する。こうすること
で、圧電体薄膜７１〜７４の伸縮方向が図１１（ａ）にあらわす状態とは逆方向となり、
振動腕３０，４０は図１１（ａ）にて表す矢印Ｆ3，Ｆ4方向に変位する。
従って、接続端子９３，９４に交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０は図１１
（ｂ）に表すようにＸ軸方向に屈曲振動を継続する。
【０１００】
従って、上述したように、振動腕３０，４０それぞれの表裏両面に圧電体薄膜７１，７
３、及び圧電体薄膜７２，７４を設けることにより、水晶振動片２０と圧電体薄膜素子１
００〜１０３とが、より一層強く相互に振動を補完し合うことができる。また、一方の主
面（表裏面のどちらか一方）に圧電体薄膜を形成する場合よりも振動バランスをとること
ができ、捩れ等の不用振動を低減することができる。
【０１０１】
また、実施形態３の構造においても、温度補償膜１１０〜１１３を設けているので、圧
電体薄膜７１〜７４を設けることによる一次の周波数温度変化量ｄｆ／ｆの影響を排除す
ることができる。
（実施形態４）
【０１０２】
次に、本発明の実施形態４について図面を参照して説明する。実施形態４は、前述した
実施形態３に対して、振動腕の側面にも圧電体薄膜素子を設けていることに特徴を有して
いる。従って、実施形態３との相違部分を中心に説明し、共通部位には実施形態３と同じ
符号を附している。
図１２は、実施形態４に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図である
。なお、図１２では、前述した実施形態１にて説明した圧電体薄膜−電極−温度補償膜の
構成を例示している。
図１２において、振動腕３０の外側側面３３には、圧電体薄膜素子１０４が形成されてい
る。
【０１０３】
圧電体薄膜素子１０４の構成は、圧電体薄膜素子１００〜１０３と同じであり、振動腕
３０の外側側面３３から圧電体薄膜７５、電極６３、温度補償膜１１４の順に積層形成さ
れている。
従って、圧電体薄膜７５は、電極６３と電極５１，５３によって挟まれた圧電体薄膜素子
１０４を構成する。
【０１０４】
一方、振動腕４０の内側側面４４には、圧電体薄膜素子１０５が形成されている。圧電
体薄膜素子１０５の構成は、圧電体薄膜素子１０４と同じであり、振動腕４０の内側側面
４４から圧電体薄膜７６、電極６４、温度補償膜１１５の順に積層形成されている。従っ
て、圧電体薄膜７６は、電極６４と電極５６，５８によって挟まれた圧電体薄膜素子１０
５を構成する。
なお、圧電体薄膜７１〜７６は実施形態１と同様な材料としての条件を満たし、厚さ、
平面形状も同じとする。
【０１０５】
次に、水晶振動片２０の駆動について説明する。電極５１，５３，５５，６１，５９，
６４にはマイナス（−）電位を印加し、電極５４，６３，５８，６２，６０，５６にはプ
ラス（＋）電位を印加する。
【０１０６】
まず、振動腕３０について説明すると、圧電体薄膜７１，７３の伸縮は、前述した実施
形態３と同じであり、厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に
伸びる。
【０１０７】
また、圧電体薄膜７５は、電極５１，５３にマイナス電位、電極６３にプラス電位を印
加すると厚さ（Ｚ軸）方向に縮み、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸）方向に伸びる。
【０１０８】
従って、圧電体薄膜７１，７３，７５は、振動腕３０を矢印Ｆ1方向に変位しようとす
る。振動腕３０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり
矢印Ｆ1方向に変位しようとするため、振動腕３０は圧電体薄膜素子１００，１０２，１
０４と共に、矢印Ｆ1方向に変位する。
【０１０９】
次に、振動腕４０について説明する。圧電体薄膜７２，７４の伸縮は、前述した実施形
態３と同じであり、厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸方向）に縮
む。
【０１１０】
また、圧電体薄膜７６は、電極６４にマイナス電位、電極５６，５８にプラス電位を印
加すると厚さ（Ｚ軸）方向に伸び、幅（Ｘ軸）方向及び長さ（Ｙ軸方向）に縮む。
【０１１１】
従って、圧電体薄膜７２，７４，７６は、振動腕４０を矢印Ｆ2方向に変位しようとす
る。振動腕４０は、電極それぞれに電圧を印加すると矢印Ｅ方向に電界が発生し、やはり
矢印Ｆ2方向に変位しようとするため、振動腕４０は圧電体薄膜素子１０１，１０３，１
０５と共に、矢印Ｆ2方向に変位する。
このようにして、振動腕３０，４０は、図１２（ｂ）に示すように外側方向に変位する
。
【０１１２】
次に、図１２（ａ）で示した状態に対して各電極に逆相の電位を印加する。図示は省略
するが、電極５１，５３，６１，５５，５９，６４にはプラス電位、電極５４，６３，５
６，５８，６２，６０にはマイナス電位の電圧を印加する。こうすることで、圧電体薄膜
７１〜７６の伸縮方向が図１２（ａ）に表す方向とは逆方向となり、振動腕３０，４０は
矢印Ｆ3，Ｆ4方向に変位する。
従って、接続端子９３，９４に交流電圧を印加することで、振動腕３０，４０は図１２
（ｂ）に示すようにＸ軸方向に屈曲振動を継続する。
【０１１３】
従って、上述した実施形態４によれば、水晶の厚さ方向（Ｚ軸方向、振動腕の側面）に
も圧電体薄膜７５，７６を設けることにより、さらに強く相互に振動を補完し合うことが
でき、水晶振動子の振動効率を高めることができる。
【０１１４】
また、実施形態４の構造においても、温度補償膜１１０〜１１５を設けているので、圧
電体薄膜７１〜７６を設けることによる一次の周波数温度変化量の影響を排除することが
できる。
（実施形態５）
【０１１５】
続いて、本発明の実施形態５について図面を参照して説明する。前述した実施形態１，
２では圧電体薄膜素子１００，１０１、実施形態３では圧電体薄膜素子１００〜１０３、
実施形態４では圧電体薄膜素子１００〜１０５をそれぞれ備えている。
【０１１６】
しかしながら、圧電体薄膜素子を設けることにより、水晶振動片２０の中心線Ｃ0に対
して振動腕３０と振動腕４０との質量バランス、あるいは、振動腕３０，４０それぞれの
中心線Ｃ1，Ｃ2に対する質量バランスがくずれることがある。そのことによって僅かであ
るが振動バランスがくずれることが考えられる。実施形態５では、そのような課題を解決
するためにバランス質量を付加することを特徴としている。なお、実施形態１〜実施形態
４と同じ部位には同じ符号を附している。また、バランス質量としては、圧電体薄膜と同
材質のものを採用する。
【０１１７】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態５に係る水晶振動子を示す断面図である。なお、図
１３（ａ）〜（ｃ）に図示する構造は、実施形態１にて説明した温度補償膜の構成を例示
している。
図１３（ａ）は、実施形態１（図２、参照）にて説明した構造に対してバランス質量を
付加した例を示している。図１３（ａ）において、振動腕３０には、中心線Ｃ1に対して
圧電体薄膜素子１００と対称となるバランス質量７７ａが設けられている。つまり、バラ
ンス質量７７ａは、温度補償膜１１０と電極５５と圧電体薄膜７１の質量総和が、バラン
ス質量７７ａと電極５１の質量総和と等しい。従って、振動腕３０内において質量バラン
スがとれる。
【０１１８】
振動腕４０においても同様に、バランス質量７７ｂを設けることにより、付加されたバ
ランス質量７７ｂと電極５６との積層体の質量総和は、圧電体薄膜７２と電極６０と温度
補償膜１１１の積層体の質量総和と等しく中心線Ｃ2に対して対称となり、振動腕４０内
において質量バランスがとれている。
【０１１９】
このように、バランス質量７７ａ，７７ｂを設けることにより、振動腕３０，４０が、
中心線Ｃ0に対しても質量バランスがとれ、振動バランスをとることができる。
【０１２０】
図１３（ｂ）は、実施形態３（図１１、参照）に対してバランス質量を付加した例を示
している。実施形態３は、振動腕３０，４０の表裏両面それぞれに、圧電体薄膜素子１０
０，１０２、圧電体薄膜素子１０１，１０３が設けられている構造である。振動腕３０に
は中心線Ｃ1に対して圧電体薄膜素子１００，１０２に対称なバランス質量７７ａ，７８
ａを設け、振動腕４０には中心線Ｃ2に対して圧電体薄膜素子１０１，１０３に対称とな
るバランス質量７７ｂ，７８ｂを設けている。
【０１２１】
このようにバランス質量７７ａ，７７ｂ及びバランス質量７８ａ，７８ｂを設けること
により、振動腕３０及び振動腕４０内において質量バランスがとれると共に、振動腕３０
と振動腕４０との質量バランスがとれ、そのことにより振動バランスがとれる。
【０１２２】
図１３（ｃ）は、実施形態４（図１２、参照）に対してバランス質量を付加した例を示
している。実施形態４は、振動腕３０の表裏両面と側面それぞれに圧電体薄膜素子１００
，１０２，１０４が設けられている構造であるので、振動腕３０には中心線Ｃ1に対して
圧電体薄膜素子１００，１０２，１０４それぞれに対称なバランス質量７７ａ，７８ａ，
７９ａを設ける。
【０１２３】
また、振動腕４０の表裏両面と側面それぞれには、圧電体薄膜素子１０１，１０３，１
０５が設けられている構造であるので、中心線Ｃ2に対して圧電体薄膜素子１０１，１０
３，１０５それぞれに対称なバランス質量７７ｂ，７８ｂ，７９ｂを設けている。
【０１２４】
このようにバランス質量７７ａ，７７ｂ及びバランス質量７８ａ，７８ｂ及びバランス
質量７９ａ，７９ｂを設けることにより、振動腕３０及び振動腕４０内において質量バラ
ンスがとれると共に、振動腕３０と振動腕４０との質量バランスがとれ、そのことにより
振動バランスがとれる。
【０１２５】
なお、前述した実施形態２は、温度補償膜１１０，１１１それぞれが電極５５，６０と
圧電体薄膜７１，７２との間に設けられる構造であり、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図
１３（ｃ）で表すバランス質量７７ａ，７７ｂ及びバランス質量７８ａ，７８ｂ及びバラ
ンス質量７９ａ，７９ｂを付加することで、質量バランスをとることができる。
【０１２６】
従って、上述した実施形態５によれば、圧電体薄膜素子１００〜１０５に対応したバラ
ンス質量を付加することにより、振動腕３０，４０のに振動バランスをとり、高精度な振
動特性を得ることができる。
また、バランス質量を圧電体薄膜と同材質で形成すれば、圧電体薄膜と同じ装置でバラ
ンス質量を構成することができるので、高精度のバランス質量を付加することができる。
【０１２７】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき
る範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態１では、圧電体薄膜７１，７２を振動腕３０，４０のそれぞ
れの表面３１，４１に形成する構造、及び圧電体薄膜７１，７２を裏面３２，４２に形成
する構造を説明したが、振動腕３０の表面３１に圧電体薄膜７１を形成し、振動腕４０の
裏面４２に圧電体薄膜７２を形成してもよく、その逆にしてもよい。
【０１２８】
また、前述した実施形態５では、付加するバランス質量を圧電体薄膜と同材質を用いて
いるが、バランス質量は、中心線Ｃ0，Ｃ1，Ｃ2に対して質量バランス（つまり振動バラ
ンス）がとれれば、同材質でなくてもよく、圧電体でなくてもよい。
【０１２９】
従って、前述した実施形態１〜実施形態５によれば、水晶振動片に圧電体薄膜素子を設
けることにより水晶振動子の小型化と低消費電力化を実現し、さらに温度補償膜を設ける
ことにより、周波数温度変化量が小さい高精度の水晶振動子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧電振動子の構造を示す斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ切断面を示す断面図及び各電極の接続説明図。
【図３】本発明の実施形態１に係る水晶振動子を特定の振動モードで励振する発振回路に接続した状態を示す等価回路図。
【図４】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図。
【図５】本発明の実施形態１に係る温度補償膜の温度と一次の周波数変化量との関係を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の温度変化に対する周波数変化量を模式的に表すグラフ。
【図７】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の温度補償膜の膜厚さｈと一次の周波数温度変化量の関係を表すグラフ。
【図８】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の断面図及び各電極の接続説明図。
【図９】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の駆動について模式的に示す説明図。
【図１０】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の温度補償膜の膜厚さｈと一次の周波数温度変化量の関係を表すグラフ。
【図１１】本発明の実施形態３に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図。
【図１２】本発明の実施形態４に係る水晶振動子の構成と駆動について模式的に示す断面図。
【図１３】本発明の実施形態５に係る水晶振動子を示す断面図。
【符号の説明】
【０１３１】
１０…水晶振動子、２０…水晶振動片、２１…基部、３０，４０…振動腕、３１，４１
…水晶振動片の表面、３２，４２…水晶振動片の裏面、５１〜６０…電極、７１，７２…
圧電体薄膜、１１０，１１１…温度補償膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の振動腕と、前記一対の振動腕そ
れぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極となる励振電極と、を有する圧
電振動片と、
前記圧電振動片と直列接続され、前記対向する主面または側面の少なくとも一つの表面
に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表面に形成される励振電極と、を含む圧電体
薄膜素子と、
前記圧電体薄膜の表面に形成される励振電極表面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温
度係数とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜と、
が備えられていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の振動腕と、前記一対の振動腕そ
れぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極となる励振電極と、を有する圧
電振動片と、
前記圧電振動片と直列接続され、前記対向する主面または側面の少なくとも一つの表面
に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温度
係数とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜と、該温度補償膜の表面に設けられる励振
電極とを有する圧電体薄膜素子と、
が備えられていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧電振動子において、
前記圧電振動片が、水晶振動片であることを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動子において、
前記振動腕にバランス質量が付加されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
圧電基板の表面に圧電体薄膜を形成する工程と、
前記圧電体薄膜の表面に温度補償膜を形成する工程と、
前記温度補償膜の膜厚さを調整して一次温度係数を調整する工程と、
を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項１】
基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の振動腕と、前記一対の振動腕そ
れぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極となる励振電極と、を有する圧
電振動片と、
前記圧電振動片と直列接続され、前記対向する主面または側面の少なくとも一つの表面
に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表面に形成される励振電極と、を含む圧電体
薄膜素子と、
前記圧電体薄膜の表面に形成される励振電極表面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温
度係数とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜と、
が備えられていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
基部と、該基部から平行に延在される少なくとも一対の振動腕と、前記一対の振動腕そ
れぞれの対向する主面または側面に設けられる互いに異極となる励振電極と、を有する圧
電振動片と、
前記圧電振動片と直列接続され、前記対向する主面または側面の少なくとも一つの表面
に設けられる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の表面に設けられ、前記圧電体薄膜の一次温度
係数とは逆の一次温度係数を有する温度補償膜と、該温度補償膜の表面に設けられる励振
電極とを有する圧電体薄膜素子と、
が備えられていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧電振動子において、
前記圧電振動片が、水晶振動片であることを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動子において、
前記振動腕にバランス質量が付加されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
圧電基板の表面に圧電体薄膜を形成する工程と、
前記圧電体薄膜の表面に温度補償膜を形成する工程と、
前記温度補償膜の膜厚さを調整して一次温度係数を調整する工程と、
を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１９９４３８（Ｐ２００８−１９９４３８Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４３９１（Ｐ２００７−３４３９１）
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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