振動子、電子部品及び振動子の製造方法
【課題】圧電薄膜の中心部と外縁部との間で周方向に亘って膨張収縮する輪郭振動が互いに同相で起こるように各々構成された２つの振動体を連結部により連結した振動子において、前記輪郭振動が連結部によって阻害されることを抑制すること。
【解決手段】互いに同相で輪郭振動を起こすディスクレゾネータ３１、１３の間に音叉型振動体１１を介在させ、この音叉型振動体１１の振動腕部１４、１４の夫々にディスクレゾネータ３１、３１を接続する。そして、音叉型振動体１１について、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張収縮を吸収するように、これらディスクレゾネータ３１、３１に対して逆相で振動させる。
【解決手段】互いに同相で輪郭振動を起こすディスクレゾネータ３１、１３の間に音叉型振動体１１を介在させ、この音叉型振動体１１の振動腕部１４、１４の夫々にディスクレゾネータ３１、３１を接続する。そして、音叉型振動体１１について、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張収縮を吸収するように、これらディスクレゾネータ３１、３１に対して逆相で振動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜の上下面に励振電極を各々形成した振動子、この振動子を備えた電子部品及び振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電薄膜の圧電／逆圧電効果を用いた振動子として、圧電薄膜を例えば円板状に形成すると共に、この圧電薄膜の上下面に例えばモリブデン（Ｍｏ）などを励振電極として各々形成したディスクレゾネータ（振動体）が知られている。このディスクレゾネータでは、圧電薄膜の中央部を節として、当該圧電薄膜の半径方向に圧電薄膜が伸縮する輪郭振動が周方向に亘って発生する。そこで、輪郭振動の阻害を抑えた状態でディスクレゾネータを例えばシリコン基板上において簡便な構造で支持（固定）するにあたり、２つのディスクレゾネータを水平方向に並べると共に、これらディスクレゾネータの外縁部同士を例えば概略箱型の連結部により連結し、この連結部の下面側をシリコン基板に固定する手法が知られている。
【０００３】
即ち、これらディスクレゾネータが同相で振動するように、圧電薄膜の直径寸法や質量などをディスクレゾネータ間において互いに揃えると共に、上方側の励振電極同士及び下方側の励振電極同士が夫々同電位となるように、連結部を介して励振電極に電気信号の入出力を行っている。従って、連結部では前記輪郭振動の節が形成されるので、各々のディスクレゾネータは、輪郭振動の阻害が抑えられた状態で支持されることになる。そして、このようなディスクレゾネータを製造した後、共振周波数を調整する場合には、例えばレーザー加工などを用いて各々のディスクレゾネータの励振電極や圧電薄膜に穴空けを行い、ディスクレゾネータの剛性や質量を変化（減少）させている。
【０００４】
ここで、連結部により２つのディスクレゾネータを連結した構成では、後述のシミュレーション結果に示すように、実際には当該連結部によりディスクレゾネータの振動が阻害されるので、理想的な振動モードではなくなってしまう。そのため、理想的な振動モードで振動する場合と比べて、ディスクレゾネータの電気的特性が劣化してしまう。
また、既述のレーザー加工を行う時に、２つのディスクレゾネータ間において加工位置や加工量などがばらつくと、これらディスクレゾネータにおいて振動バランスが崩れるため、連結部を介して弾性エネルギーが漏洩し、Ｑ値が劣化してしまう。
特許文献１には、連結部により連結された２つのディスクレゾネータが記載されており、また特許文献２〜５には輪郭振動型レゾネータについて記載されているが、既述の課題については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２４７４７
【特許文献２】特開２００５−１５９６２０
【特許文献３】特表２００７−５３５２７５
【特許文献４】特開２００５−３４８２２２
【特許文献５】特開２００６−４１９１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が互いに同相で起こるように各々構成された２つの振動体を連結部により連結した振動子において、前記輪郭振動が連結部によって阻害されることを抑制できる振動子、電子部品及び振動子の製造方法を提供することにある。また、本発明の別の発明は、これら振動体の振動バランスを揃えた状態で共振周波数を調整できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動子は、
ベース基板と、
このベース基板に支持された基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように構成された第１の振動体と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように構成された第２の振動体と、
前記一方の振動腕部に形成され、前記第１の振動体の前記励振電極に接続された第１の引き出し電極と、
前記他方の振動腕部に形成され、前記第２の振動体の前記励振電極に接続された第２の引き出し電極と、
前記基部に形成され、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートと、を備え、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記振動子は、以下のように構成しても良い。
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部には、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンが形成されている構成。前記電極パターンの各々は、複数の電極膜が互いに隙間領域を介して形成されたものである構成。前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンは、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称に形成されている構成。
【０００９】
前記一方の振動腕部における前記励振電極及び前記他方の振動腕部における前記励振電極は、前記第１の引き出し電極及び前記第２の引き出し電極を夫々兼用している構成。前記基部は、前記振動腕部の一方側及び他方側に各々形成されると共に、各々前記ベース基板に支持され、前記入出力ポートは、前記基部の各々に形成されている構成。
本発明の電子部品は、前記振動子を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の振動子の製造方法は、
ベース基板上に、当該ベース基板に支持される基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体を形成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一方の振動腕部に、前記第１の振動体の前記励振電極に接続される第１の引き出し電極を形成する工程と、
前記他方の振動腕部に、前記第２の振動体の前記励振電極に接続される第２の引き出し電極を形成する工程と、
前記基部に、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートを形成する工程と、
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部に、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンを形成する工程と、を含み、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記電極パターンを形成する工程の後に、前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンについて、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称となるように、これら電極パターンを除去して、前記第１の振動体及び前記第２の振動体における発振周波数を揃えながらこれら発振周波数の各々を調整する工程と、を行っても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が互いに同相で起こるように各々構成された２つの振動体の間に、ベース基板に基部が支持されると共に一対の振動腕部を備えた音叉型振動体を連結部として介在させ、各々の振動体における圧電薄膜の外縁部に一方の振動腕部及び他方の振動腕部を接続している。そして、この音叉型振動体について、これら振動体の輪郭振動を吸収するように、第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成している。そのため、各々の振動体における振動が阻害されることを抑制できるので、電気的特性の劣化を抑えることができる。また、各々の振動腕部に振動体の発振周波数を調整するための電極パターンを形成しているので、これら振動体の振動バランスを揃えた状態で各々の発振周波数を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の振動子の一例を示す斜視図である。
【図２】前記振動子を示す平面図である。
【図３】前記振動子を示す縦断面図である。
【図４】前記振動子を示す縦断面図である。
【図５】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図６】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図７】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図８】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図９】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１０】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１１】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１２】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１３】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１４】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１５】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１６】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１７】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図１８】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図１９】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図２０】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図２１】前記振動子が振動する様子を示す模式図である。
【図２２】前記振動子が振動する様子を示す模式図である。
【図２３】前記振動子について得られたシミュレーション結果を示す特性図である。
【図２４】前記振動子について得られたシミュレーション結果を示す特性図である。
【図２５】前記振動子が用いられる電気回路を示す概略図である。
【図２６】前記振動子の他の例を示す一部拡大平面図である。
【図２７】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図２８】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図２９】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図３０】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図３１】前記他の例における振動子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態である振動子の一例について、図１〜図４を参照して説明する。この振動子は、例えばシリコン（Ｓｉ）などからなるベース基板１上に設けられており、図１及び図２に示すように、当該ベース基板１（詳しくは後述の窒化膜４）に支持された音叉型振動体１１と、この音叉型振動体１１の左右（図１中Ｘ方向）両側に各々接続された概略円板状の振動体であるディスクレゾネータ３１、３１と、を備えている。これらディスクレゾネータ３１、３１は、図３に示すように、音叉型振動体１１によってベース基板１から浮いた状態となるように支持されている。そして、各々のディスクレゾネータ３１、３１は、後述するように、中心部と外縁部との間で周方向に亘って伸縮する輪郭振動が起こる時、音叉型振動体１１によって当該輪郭振動が阻害されないように、あるいは輪郭振動の阻害が抑えられるように構成されている。以下に、これら音叉型振動体１１及びディスクレゾネータ３１、３１について詳述する。尚、図３及び図４は、図１及び図２におけるＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線で振動子を各々切断した縦断面を示している。また、図１〜図４では、ベース基板１を切り欠いて描画している。
【００１５】
ベース基板１上には、例えばシリコン酸化物などからなる酸化膜２と、シリコン窒化物などからなる窒化膜４とが下側からこの順番で積層されており、既述の音叉型振動体１１は、長さ方向（図２中Ｙ方向）における中央部がこれら酸化膜２及び窒化膜４から浮いた状態となるように、当該窒化膜４上に支持（固定）されている。即ち、酸化膜２及び窒化膜４には、振動子よりも概略一回り大きな寸法の凹部３が形成されており、音叉型振動体１１は、長さ方向における一端側及び他端側が前記凹部３よりも奥側及び手前側に夫々伸び出して、この伸び出した部分が窒化膜４上に固定されている。音叉型振動体１１において窒化膜４上に固定された奥側の領域及び手前側の領域（詳しくはこれら領域に加えて僅かに中央寄りの領域）は、各々左右方向に伸び出して基部１２、１２をなしている。基部１２、１２における電極構造については、後で説明する。尚、図２では、音叉型振動体１１及びディスクレゾネータ３１、３１において後述の金属膜１６及び励振電極３２などが形成された領域にハッチングを付しており、圧電薄膜１５が露出した領域と区別して描画している。
【００１６】
基部１２、１２間において窒化膜４から浮いた状態で保持された部位には、音叉型振動体１１の長さに伸びる開口部１３が当該部位の中央部において音叉型振動体１１を上下方向に貫通するように形成されている。従って、開口部１３の左右において基部１２、１２間を接続するように前後方向に伸びる領域は、音叉型振動体１１における振動腕部１４、１４を各々なしている。即ち、振動腕部１４、１４は、図４に示すように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５を上下方向から挟むように形成されたモリブデン（Ｍｏ）などからなる金属膜１６、１６と、を各々備えており、後述するように、金属膜１６、１６間に電圧が印加されると、振動腕部１４、１４が左右方向に屈曲振動するように構成されている。この屈曲振動における発振周波数ｆ１（例えば３０〜２００ＭＨｚ）は、ディスクレゾネータ３１、３１における共振周波数ｆ２と同じ（逆相の）周波数となるように、具体的にはｆ１≦±ｆ２×１．２となるように、各々の振動腕部１４、１４の長さ寸法及び幅寸法が調整されている。前記金属膜１６、１６は、振動腕部１４、１４の励振電極をなすと共に、後述するように、ディスクレゾネータ３１への電気信号の入出力を行うための引き出し電極を兼用している。
【００１７】
音叉型振動体１１の上面における既述の開口部１３の周囲は、金属膜１６、１６が概略矩形に切り欠かれていて圧電薄膜１５が露出している。そして、この圧電薄膜１５が露出した部位における振動腕部１４、１４には、ディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数（共振周波数）を調整するための電極パターン１７、１７が各々形成されている。この電極パターン１７、１７の各々は、例えばモリブデンからなる点状の電極膜１８が複数箇所に互いに隙間領域を介して一列となるように島状に形成されたものであり、振動腕部１４、１４間において前後方向に伸びるラインを境界として互いに左右対称となるように配置されている。この例では、電極膜１８は、各々同じ寸法（直径寸法及び高さ）となるように形成されている。具体的には、電極膜１８の直径寸法は、例えば２〜１０μｍこの例では５μｍであり、互いに隣接する電極膜１８、１８同士の離間寸法は、例えば５〜３０μｍこの例では１０μｍである。
【００１８】
基部１２、１２は、振動腕部１４と同様に、圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５の上下面に形成された金属膜１６、１６と、を各々備えている。手前側の基部１２における上面の金属膜１６は、振動腕部１４、１４の上面の金属膜１６と一体的に形成されて互いに接続されている。一方、奥側の基部１２における上面の金属膜１６は、当該基部１２の手前側に形成された隙間領域１９により、振動腕部１４、１４の上面の金属膜１６に対して電気的に絶縁されている。尚、基部１２の下面側の金属膜１６は、下電極の引き出しのために、当該基部１２の長さ方向において、基部１２と窒化膜４とが接触する部位よりも中央寄りの位置に形成されている。
【００１９】
各々の基部１２、１２の上面側における金属膜１６、１６には、振動子に対して外部の電子機器などから電気信号を入出力するために、例えばアルミニウム（Ａｌ）などからなる入出力ポート２０、２０が各々形成されている。そして、奥側の基部１２の圧電薄膜１５には、図４に示すように、下方側の金属膜１６に到達するコンタクトホール２１が形成されており、奥側の入出力ポート２０は、コンタクトホール２１の内部を介して下面側の金属膜１６に電気的に接続されている。また、手前側の入出力ポート２０は、圧電薄膜１５の上面側の金属膜１６を介して、振動腕部１４、１４の上面側の金属膜１６、１６に接続されている。尚、入出力ポート２０、２０における奥側及び手前側には、例えばシリコン酸化物からなる絶縁膜３４が夫々形成されている。
【００２０】
ディスクレゾネータ３１、３１は、直径寸法が例えば５０μｍの圧電薄膜１５と、当該圧電薄膜１５を上下方向（板厚方向）から挟むように形成された励振電極３２、３２と、を各々備えている。これらディスクレゾネータ３１、３１は、当該ディスクレゾネータ３１、３１における圧電薄膜１５、１５が音叉型振動体１１（振動腕部１４、１４）における圧電薄膜１５と一体的に形成されている。即ち、２つの振動腕部１４、１４のうち右側を一方の振動腕部１４、左側を他方の振動腕部１４と呼ぶと、一方の振動腕部１４の右側の側面における長さ方向中央部には、右側のディスクレゾネータ３１に向かって水平に伸びる支持部３３の一端側が接続されており、この支持部３３の他端側は、当該ディスクレゾネータ３１の外縁部に接続されている。
【００２１】
そして、一方の振動腕部１４の金属膜１６、１６は、支持部３３を介して右側のディスクレゾネータ３１の励振電極３２、３２に夫々接続されている。また、他方の振動腕部１４についても、同様に当該他方の振動腕部１４の長さ方向中央部に設けられた支持部３３を介して左側のディスクレゾネータ３１に接続されている。この時、２つのディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１からなる振動子は、平面的に見た時に左右対称となっており、また厚み方向で見た時も窒化膜４から浮いた領域は概略上下方向に対称となっている。尚、金属膜１６及び励振電極３２は、後述するように、一体的に形成されるが、説明の都合上符号を使い分けている。
【００２２】
そして、既述の凹部３がこれらディスクレゾネータ３１、３１よりも一回り大きな寸法となるように形成されているので、各々のディスクレゾネータ３１、３１は、図３に示すように、ベース基板１、酸化膜２及び窒化膜４から浮いた状態で音叉型振動体１１により支持されている。こうしてディスクレゾネータ３１、３１は、当該ディスクレゾネータ３１、３１の中央部を節として、半径方向に圧電薄膜１５が伸縮する輪郭振動が周方向に起こるように構成されている。この時、ディスクレゾネータ３１、３１は、互いに同相で振動するように、即ち一方のディスクレゾネータ３１が膨張するときは他方のディスクレゾネータ３１についても同様に膨張し、一方のディスクレゾネータ３１が収縮する時には他方のディスクレゾネータ３１も収縮するように、直径寸法などが互いに揃うように形成されている。
【００２３】
続いて、この振動子の製造方法について、図５〜図２０を参照して説明する。始めに、ベース基板１に、酸化膜２、窒化膜４及び有機物からなるフォトレジストマスク４１を下層側からこの順番で積層し、次いで図５に示すように、フォトリソグラフィー法により凹部３に対応するパターンをフォトレジストマスク４１に形成する。続いて、このフォトレジストマスク４１を介して酸化膜２及び窒化膜４を例えばフッ酸水溶液などを用いたウエットエッチングによりエッチングして、凹部３を形成する。そして、フォトレジストマスク４１を剥離した後、凹部３が埋め込まれるように、例えばシリコン酸化物からなる犠牲膜４２をベース基板１に形成した後、図６及び図１７に示すように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｃｉｎｇ）によって窒化膜４及び犠牲膜４２を平坦化する。
【００２４】
次に、ベース基板１（窒化膜４及び犠牲膜４２）上に、例えばモリブデンからなる薄膜４３及びフォトレジストマスク４４を下側からこの順番で積層し、図７に示すように、同様にフォトリソグラフィー法により薄膜４３に対して金属膜１６及び励振電極３２に対応する形状をパターニングする。続いて、図８に示すように、フォトレジストマスク４４を剥離した後、例えば窒化アルミニウムからなる圧電層４５、モリブデンからなる薄膜４６及びシリコン酸化物からなる絶縁膜３４を下側からこの順番でベース基板１上に積層し、図９に示すように、この絶縁膜３４に対して、フォトレジストマスク４７を用いたフォトリソグラフィー法により金属膜１６及び励振電極３２に対応するパターンを形成する。
【００２５】
そして、フォトレジストマスク４７を剥離した後、図１０に示すように、絶縁膜３４を介して薄膜４６、圧電層４５及び薄膜４３を例えばプラズマを用いてドライエッチングすることにより、図１８に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１に対応する構造体を形成する。こうして励振電極３２、３２により上下から挟まれた圧電薄膜１５からなるディスクレゾネータ３１、３１及び金属膜１６、１６により上下から挟まれた圧電薄膜１５からなる音叉型振動体１１が形成される。また、この音叉型振動体１１には開口部１３が形成される。この時、前記エッチングにより、絶縁膜３４についても膜減りが起こる。
【００２６】
次いで、前記構造体を覆うようにベース基板１上にフォトレジストマスク４８を形成し、図１１に示すように、既述のコンタクトホール２１、隙間領域１９及び開口部１３の周囲における圧電薄膜１５の露出面が開口するように、更には当該露出面に電極パターン１７が形成されるように、前記フォトレジストマスク４８に対してパターニングする。そして、このフォトレジストマスク４８を介して絶縁膜３４及び薄膜４６に対してエッチングを行うと、図１１及び図１９に示すように、コンタクトホール２１の形成される領域及び隙間領域１９における圧電薄膜１５が露出すると共に、電極パターン１７が形成される。尚、図１９では、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１において、絶縁膜３４及び薄膜４６の残っている領域にハッチングを付している。
【００２７】
続いて、フォトレジストマスク４８を剥離した後、図１２に示すように、コンタクトホール２１の形成領域だけが開口するようにフォトレジストマスク４９をベース基板１上に形成して、当該フォトレジストマスク４９をマスクとして圧電薄膜１５をエッチングする。次に、このフォトレジストマスク４９を剥離して、図１３に示すように、入出力ポート２０、２０の形成される領域だけが開口するようにフォトレジストマスク５０を形成すると共に、このフォトレジストマスク５０を介して絶縁膜３４をエッチングする。そして、ベース基板１上に例えばアルニウムからなる導電膜５１をスパッタなどにより形成すると、この導電膜５１は、図１４に示すように、コンタクトホール２１の内部及びフォトレジストマスク５０の上面を覆うように成膜される。
【００２８】
その後、ベース基板１を例えば有機溶媒などに浸漬すると、図１５に示すように、フォトレジストマスク５０が当該有機溶媒に溶解して、このフォトレジストマスク５０と共に当該フォトレジストマスク５０上に形成された余分な導電膜５１が除去される。この工程により、入出力ポート２０、２０が形成される。しかる後、例えば入出力ポート２０、２０及び窒化膜４を覆うように、且つ例えば開口部１３の内部領域が露出するように、図示しないフォトレジストマスクをベース基板１上に形成し、この状態のベース基板１を例えばフッ酸水溶液中に浸漬する。このフッ酸水溶液は、例えば開口部１３の内部領域を介して振動子の下層側の犠牲膜４２に回り込んで当該犠牲膜４２をエッチングする。従って、図１６に示すように、音叉型振動体１１の中央部（基部１２、１２以外）がベース基板１から離間すると共に、また既述の図３に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１が全面に亘ってベース基板１から浮いた状態となる。そして、このエッチングにより、電極パターン１７の上面及びディスクレゾネータ３１、３１の上面に残っていた絶縁膜３４が除去される。
【００２９】
続いて、例えば振動子の発振周波数を調整する場合には、例えばレーザー加工により、電極パターン１７の一部を除去（トリム）する。具体的には、図示しないテーブル上にベース基板１を載置すると共に、レーザー光照射部（図示せず）から電極パターン１７の電極膜１８にレーザー光を照射して、当該電極膜１８を溶解及び蒸発させる。次いで、別の電極膜１８についても除去する場合には、テーブルに対してレーザー光照射部を相対的に移動させ、同様にレーザー光を照射する。この時、一方の振動腕部１４及び他方の振動腕部１４について、互いに左右対称となるように電極膜１８を除去する。図２０には、これら振動腕部１４、１４の各々の電極パターン１７について、奥側から２番目の電極膜１８、１８と、奥側から６番目の電極膜１８、１８と、を除去した例を示している。こうして振動腕部１４、１４における電極パターン１７、１７が左右対称となっている状態を維持しながら電極膜１８、１８を除去することにより、これらディスクレゾネータ３１、３１の振動バランス（発振周波数）が保たれたまま、発振周波数が同じように変化する（高くなる）。
【００３０】
ここで、ディスクレゾネータ３１、３１間を連結する部位が音叉型振動体１１ではない場合、即ち音叉型振動体１１に代えて例えば後述の図２４の連結部９０を用いた場合には、この連結部９０上の電極膜１８をトリミングしても、ディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数は変化しない。一方、ディスクレゾネータ３１、３１と同様に発振する音叉型振動体１１をこれらディスクレゾネータ３１、３１間に設けた場合には、この音叉型振動体１１の電極膜１８をトリミングすると、音叉型振動体１１の発振周波数が変わると共に、ディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数が変化する。このように音叉型振動体１１の発振周波数の変化に伴ってディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数についても変化することは、詳細については省略するが、振動腕部１４、１４の長さ寸法を種々変えて別途行ったシミュレーションによって確認している。
【００３１】
こうして形成された振動子に対して入出力ポート２０、２０を介して例えば外部から電気信号を入力すると、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１は、各々の共振周波数において発振（振動）して、この発振に基づく電気信号が入出力ポート２０、２０を介して取り出される。具体的には、例えばディスクレゾネータ３１、３１では、半径方向に膨張及び収縮する輪郭振動が周方向に亘って起こる。また、音叉型振動体１１では、振動腕部１４、１４同士が互いに近接したり離れたりするように屈曲振動が起こる。
【００３２】
この時、ディスクレゾネータ３１、３１では、圧電薄膜１５の直径寸法などを揃えているため、互いに同相で前記輪郭振動が起こる。また、音叉型振動体１１では、ディスクレゾネータ３１、３１と同じ周波数で屈曲振動が起こるように各寸法を調整し、更にディスクレゾネータ３１、３１の上面側の励振電極３２に対して当該音叉型振動体１１の上面の金属膜１６を接続し、またディスクレゾネータ３１、３１の下面の励振電極３２に対してこの音叉型振動体１１の下面の金属膜１６を接続している。そのため、音叉型振動体１１では、これらディスクレゾネータ３１、３１とは逆相で屈曲振動が起こる。従って、振動腕部１４、１４は、図２１に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１が収縮する時には、互いに離間するように屈曲振動し、一方ディスクレゾネータ３１、３１が膨張する時は、図２２に示すように、互いに近接するように屈曲振動する。こうして音叉型振動体１１では、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張収縮振動が吸収されるように、即ち各々のディスクレゾネータ３１、３１の中心位置が輪郭振動により位置ずれしないように、屈曲振動が発生する。尚、図２１及び図２２では、音叉型振動体１１及びディスクレゾネータ３１、３１の振動の様子を誇張して描画している。
【００３３】
ここで、図２３に本発明の振動子の振動モードをシミュレーションにより解析した結果を示すと、ディスクレゾネータ３１、３１に加えて音叉型振動体１１が振動（変形）することにより、各々のディスクレゾネータ３１、３１では、各々のディスクレゾネータ３１、３１の中央部に節（変形量が小さい領域）が形成されると共に、外周側に向かう程変形量が大きくなり、更に周方向に亘って均一な変形量となる理想的な振動モードとなっていた。従って、この構成では、音叉型振動体１１を介してディスクレゾネータ３１、３１の弾性エネルギーの漏洩が起こっていないか、当該漏洩が抑えられていることが分かる。
【００３４】
一方、ディスクレゾネータ３１、３１間に音叉型振動体１１に代えて例えば矩形の連結部９０を設けた場合には、図２４に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１では、概略中央部に節が形成されるものの、変形量が半径方向及び周方向に亘って不均一となっていた。従って、図２４では連結部９０を介してディスクレゾネータ３１、３１のエネルギーが漏洩し、図２３の場合よりもＱ値が劣化していることが分かる。
【００３５】
以上説明した本発明の振動子を発振回路に組み込んだ電子部品（発振器）の電気回路の一例について、図２５を参照して簡単に説明する。図２５は、互いに直列に接続された２つのコンデンサＣ、Ｃとトランジスタ１０１とからなるコルピッツ回路を設けた例を示しており、トランジスタ１０１のベース端子には、本発明の振動子１００と可変コンデンサＣ１とからなる直列回路が接続されている。これらベース端子と振動子１００との間の接続点には、電源部１０２が接続されており、トランジスタ１０１のコレクタ端子には、電気信号を取り出すための出力ポート１０３が接続されている。図２５中１０４は抵抗、１０５はインダクタンスである。
【００３６】
上述の実施の形態によれば、互いに同相で輪郭振動を起こすディスクレゾネータ３１、１３の間に音叉型振動体１１を介在させ、この音叉型振動体１１の振動腕部１４、１４の夫々にディスクレゾネータ３１、３１を接続している。そして、音叉型振動体１１について、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張収縮を吸収するように、これらディスクレゾネータ３１、３１に対して逆相で振動するようにしている。そのため、各々のディスクレゾネータ３１、３１における振動が阻害されることを抑制できるので、即ちディスクレゾネータ３１、３１の弾性エネルギーが音叉型振動体１１を介して漏洩することを抑えることができるので、電気的特性の劣化を抑えることができる。
【００３７】
このように、本発明では、２つのディスクレゾネータ３１、３１を連結すると共にベース基板１に支持される役割を持つ連結部について、この役割に加えて、ディスクレゾネータ３１、３１と逆相で振動する振動体としての役割を持たせている。一方、従来では、連結部について、振動体としての機能に着目していなかったので、当該連結部の形状や寸法などについて検討されていなかった。即ち、既述の背景の項で述べた特許文献１のような構成であれば、連結部はディスクレゾネータよりも極めて寸法が小さいため、当該連結部が振動していたとしても、ディスクレゾネータの発振周波数よりも極めて高い周波数であり、そのためディスクレゾネータから見れば振動していない状態となっていると言える。
【００３８】
これに対して本発明では、以上説明したように、ディスクレゾネータ３１、３１間の連結部について、これらディスクレゾネータ３１、３１の逆相で振動するように音叉型振動体１１として構成している。この時、屈曲振動は、既述の輪郭振動と比べて、振動体（音叉型振動体１１やディスクレゾネータ３１）が同じ寸法であっても発振周波数が低くなる。言い換えると、音叉型振動体１１をディスクレゾネータ３１と同じ周波数で発振させる時には、音叉型振動体１１は、ディスクレゾネータ３１よりも寸法が小さくて済む。そのため、音叉型振動体１１について、ディスクレゾネータ３１、３１と同じ周波数で且つ逆相で発振させる時に、ディスクレゾネータ３１と同程度まで寸法を大きくする必要がないので、振動子の寸法を抑えながら、電気的特性の劣化を抑えることができる。
【００３９】
また、各々の振動腕部１４、１４に電極パターン１７を形成しているので、ディスクレゾネータ３１、３１に対して加工しなくても、この電極パターン１７を介して振動子の発振周波数を調整できる。この時、電極パターン１７を振動腕部１４、１４間で左右対称に形成しており、また左右対称にトリミングしているので、ディスクレゾネータ３１、３１間における振動バランスを揃えた状態で発振周波数を調整できる。更に、互いに隣接する電極膜１８、１８同士を離間させていることから、レーザー加工を行う時の加工位置や加工量（例えば既述のテーブルに対するレーザー光照射部の相対的な移動距離やレーザー光の照射時間）などがばらつく場合であっても、ある電極膜１８にレーザー光を照射する時、他の電極膜１８にレーザー光が照射されることを防止できる。従って、電極膜１８のトリミングを行った時に、ディスクレゾネータ３１、３１間における発振周波数のばらつきを抑えることができるので、Ｑ値の劣化を防止できる。また、電極パターン１７について、金属膜１６とは別個に（電気的に絶縁させて）設けているので、この電極パターン１７を除去しても、ディスクレゾネータ３１や音叉型振動体１１の例えば電気抵抗が増大するなどといった悪影響は及ぼさない。
また、振動腕部１４、１４の両側に基部１２、１２を設けているので、振動腕部１４、１４が振動するにあたって当該振動腕部１４、１４をベース基板１に対して強固に保持できる。
【００４０】
既述の例では、各々の電極膜１８が互いに同じ寸法となるように形成したが、例えば図２６に示すように、各々の電極パターン１７、１７において、互いに異なる寸法の電極膜１８を配置しても良い。図２６では、奥側から手前側に向かって各々の電極膜１８の直径寸法が例えば２μｍ〜１０μｍまでに亘って徐々に小さくなるように形成した例を示している。このように互いの寸法の異なる電極膜１８を設けることにより、例えば除去する電極膜１８毎にディスクレゾネータ３１の発振周波数の調整幅を変えることができるので、周波数の調整をより一層簡便に行うことができる。この例においても、左右の電極パターン１７、１７は、互いに左右対称となるように形成されている。
【００４１】
電極パターン１７、１７については、振動腕部１４、１４間で左右対称となるように配置したが、左右非対称に形成しても良い。この場合であっても、電極膜１８を除去する時は、左右のディスクレゾネータ３１、３１間で発振周波数が揃うように調整される。
【００４２】
また、音叉型振動体１１としては、ディスクレゾネータ３１、３１と逆相で発振する構成であれば良く、例えば図２７に示すように、開口部１３を概略楕円形状に形成して、振動腕部１４、１４が基部１２、１２側から中央側（支持部３３）に向かって徐々に細くなるようにしても良い。更に、図２８に示すように、開口部１３を概略円状に形成すると共に、振動腕部１４、１４についてはこの開口部１３の周縁に沿うように概略円弧状に形成しても良い。更に、図２９に示すように、例えば手前側の基部１２を設けずに、振動腕部１４、１４が奥側の基部１２によって各々いわば片持ちで支持される構成を採っても良い。この場合には、奥側の基部１２には、例えば左側にコンタクトホール２１が形成されると共に、このコンタクトホール２１に設けられる入出力ポート２０に対して隙間領域を介して右側に隣接するように、音叉型振動体１１の上面から伸びる金属膜１６に接続される入出力ポート２０が配置される。尚、図２７及び図２８は振動子を簡略化して描画している。
【００４３】
更に、ディスクレゾネータ３１、３１を連結する音叉型振動体１１に代えて、ディスクレゾネータ１１０を設けても良い。図３０及び図３１は、このような例を示しており、両側のディスクレゾネータ３１、３１に対して中央のディスクレゾネータ１１０を逆相で且つ同じ周波数で発振させるように構成されている。具体的には、これら３つのディスクレゾネータ３１、３１、１１０は、互いの直径寸法などが揃うように形成されている。また、ディスクレゾネータ１１０の上面及び下面における中央部には、当該ディスクレゾネータ１１０を発振させるための概略円形の励振電極（金属膜１６）が各々形成されている。そして、ディスクレゾネータ１１０の上面における外縁部には、左右のディスクレゾネータ３１、３１の上面の励振電極３２、３２に各々接続される円弧状の引き回し電極１１１が前記金属膜１６から離間するように形成されている。前記金属膜１６及び引き回し電極１１１は、ディスクレゾネータ１１０の手前側及び奥側に夫々形成された電極引き出し部１１３、１１３に夫々接続されている。
【００４４】
そして、ディスクレゾネータ１１０の下面における周縁部には、左右のディスクレゾネータ３１、３１の下面側の励振電極３２、３２に各々接続されると共に当該下面の金属膜１６から離間して配置される円弧状の引き回し電極１１２が形成されている。これら金属膜１６及び引き回し電極１１２は、前記電極引き出し部１１３、１１３に夫々接続されている。こうしてディスクレゾネータ１１０の上面側の金属膜１６及び引き回し電極１１１と、ディスクレゾネータ１１０の裏面側の金属膜１６及び引き回し電極１１２とは、夫々既述の図１と同様に配線され、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張縮退振動に対してディスクレゾネータ１１０が逆相で振動するように構成されている。ディスクレゾネータ１１０における金属膜１６、１６は、各々入出力ポート２０、２０をなしている。
【００４５】
また、ディスクレゾネータ１１０は、当該ディスクレゾネータ１１０の下面中央部の輪郭振動の節となる位置において、ベース基板１によって支持されると共に、既述の引き出し部１１３を介して電気信号の入出力が行われる。
この例において、ディスクレゾネータ１１０は、円形状であることに代えて、三角形あるいは四角形などであっても良い。また、左右のディスクレゾネータ３１、３１についても、同様に三角形や四角形などであっても良い。
【００４６】
以上の例では、電極パターン１７を形成するにあたり、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１における上面側の金属膜１６及び励振電極３２を形成する工程（薄膜４６の形成工程）を利用したが、その後の入出力ポート２０、２０を形成する工程（導電膜５１の形成工程）において、電極パターン１７の形成領域の周囲が開口するようにフォトレジストマスク５０をパターニングすることにより、電極パターン１７をアルミニウムにより構成しても良い。また、一連の工程が終了した後、電極パターン１７用のフォトレジストマスクを用いて当該電極パターン１７を個別に形成しても良い。
【００４７】
また、音叉型振動体１１において、当該音叉型振動体１１を振動させるための励振電極と、ディスクレゾネータ３１、３１の励振電極３２と入出力ポート２０とを接続する引き出し電極について、金属膜１６として共通化したが、これら励振電極と引き出し電極とを別個に配置しても良い。この場合には、振動腕部１４、１４の上下面に励振電極を形成すると共に、例えば側面側などに引き出し電極を形成しても良い。
以上の例では、本発明の振動子を発振回路に組み込んだ例について説明したが、この振動子をフィルタ（電子部品）として用いても良い。この場合には、入出力ポート２０に入力された電気信号は、振動子において不要な電気信号が除去された後、入出力ポート２０から取り出される。
【００４８】
ここで、以上述べた本発明と既述の背景で説明した公知例である特開２００８−１２４７４７との差異について改めて説明する。この公知例では、この振動は、「中心を節とするラジアルエクステンションモード（Ｒａｄｉａｌ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎモード）」になると記載されている。しかしながら、本発明者らは、「概略箱型の連結部」により連結し支持した場合、既述の図２４から分かるように、「外周部に複数個所の節が生じる理想的ではない高次の振動モード」となることを数値解析により見出した。この振動モードでは、振動漏れ等により電気的特性の劣化が起こることになる。これに対し、本実施形態では、図２３に記載のように、支持部に振動腕部を形成することで「支持部による影響」を無くし、従来の構成では実現できなかった「振動板の中心を節として半径方向に振動板が伸縮する、理想的な振動」を周方向に亘って形成することを可能にしているのである。
【符号の説明】
【００４９】
１ ベース基板
１１ 音叉型振動体
１４ 振動腕部
１５ 圧電薄膜
１６ 金属膜
１７ 電極パターン
１８ 電極膜
２０ 入出力ポート
３１ ディスクレゾネータ
３２ 励振電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜の上下面に励振電極を各々形成した振動子、この振動子を備えた電子部品及び振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電薄膜の圧電／逆圧電効果を用いた振動子として、圧電薄膜を例えば円板状に形成すると共に、この圧電薄膜の上下面に例えばモリブデン（Ｍｏ）などを励振電極として各々形成したディスクレゾネータ（振動体）が知られている。このディスクレゾネータでは、圧電薄膜の中央部を節として、当該圧電薄膜の半径方向に圧電薄膜が伸縮する輪郭振動が周方向に亘って発生する。そこで、輪郭振動の阻害を抑えた状態でディスクレゾネータを例えばシリコン基板上において簡便な構造で支持（固定）するにあたり、２つのディスクレゾネータを水平方向に並べると共に、これらディスクレゾネータの外縁部同士を例えば概略箱型の連結部により連結し、この連結部の下面側をシリコン基板に固定する手法が知られている。
【０００３】
即ち、これらディスクレゾネータが同相で振動するように、圧電薄膜の直径寸法や質量などをディスクレゾネータ間において互いに揃えると共に、上方側の励振電極同士及び下方側の励振電極同士が夫々同電位となるように、連結部を介して励振電極に電気信号の入出力を行っている。従って、連結部では前記輪郭振動の節が形成されるので、各々のディスクレゾネータは、輪郭振動の阻害が抑えられた状態で支持されることになる。そして、このようなディスクレゾネータを製造した後、共振周波数を調整する場合には、例えばレーザー加工などを用いて各々のディスクレゾネータの励振電極や圧電薄膜に穴空けを行い、ディスクレゾネータの剛性や質量を変化（減少）させている。
【０００４】
ここで、連結部により２つのディスクレゾネータを連結した構成では、後述のシミュレーション結果に示すように、実際には当該連結部によりディスクレゾネータの振動が阻害されるので、理想的な振動モードではなくなってしまう。そのため、理想的な振動モードで振動する場合と比べて、ディスクレゾネータの電気的特性が劣化してしまう。
また、既述のレーザー加工を行う時に、２つのディスクレゾネータ間において加工位置や加工量などがばらつくと、これらディスクレゾネータにおいて振動バランスが崩れるため、連結部を介して弾性エネルギーが漏洩し、Ｑ値が劣化してしまう。
特許文献１には、連結部により連結された２つのディスクレゾネータが記載されており、また特許文献２〜５には輪郭振動型レゾネータについて記載されているが、既述の課題については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２４７４７
【特許文献２】特開２００５−１５９６２０
【特許文献３】特表２００７−５３５２７５
【特許文献４】特開２００５−３４８２２２
【特許文献５】特開２００６−４１９１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が互いに同相で起こるように各々構成された２つの振動体を連結部により連結した振動子において、前記輪郭振動が連結部によって阻害されることを抑制できる振動子、電子部品及び振動子の製造方法を提供することにある。また、本発明の別の発明は、これら振動体の振動バランスを揃えた状態で共振周波数を調整できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動子は、
ベース基板と、
このベース基板に支持された基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように構成された第１の振動体と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように構成された第２の振動体と、
前記一方の振動腕部に形成され、前記第１の振動体の前記励振電極に接続された第１の引き出し電極と、
前記他方の振動腕部に形成され、前記第２の振動体の前記励振電極に接続された第２の引き出し電極と、
前記基部に形成され、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートと、を備え、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記振動子は、以下のように構成しても良い。
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部には、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンが形成されている構成。前記電極パターンの各々は、複数の電極膜が互いに隙間領域を介して形成されたものである構成。前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンは、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称に形成されている構成。
【０００９】
前記一方の振動腕部における前記励振電極及び前記他方の振動腕部における前記励振電極は、前記第１の引き出し電極及び前記第２の引き出し電極を夫々兼用している構成。前記基部は、前記振動腕部の一方側及び他方側に各々形成されると共に、各々前記ベース基板に支持され、前記入出力ポートは、前記基部の各々に形成されている構成。
本発明の電子部品は、前記振動子を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の振動子の製造方法は、
ベース基板上に、当該ベース基板に支持される基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体を形成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一方の振動腕部に、前記第１の振動体の前記励振電極に接続される第１の引き出し電極を形成する工程と、
前記他方の振動腕部に、前記第２の振動体の前記励振電極に接続される第２の引き出し電極を形成する工程と、
前記基部に、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートを形成する工程と、
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部に、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンを形成する工程と、を含み、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記電極パターンを形成する工程の後に、前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンについて、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称となるように、これら電極パターンを除去して、前記第１の振動体及び前記第２の振動体における発振周波数を揃えながらこれら発振周波数の各々を調整する工程と、を行っても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が互いに同相で起こるように各々構成された２つの振動体の間に、ベース基板に基部が支持されると共に一対の振動腕部を備えた音叉型振動体を連結部として介在させ、各々の振動体における圧電薄膜の外縁部に一方の振動腕部及び他方の振動腕部を接続している。そして、この音叉型振動体について、これら振動体の輪郭振動を吸収するように、第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成している。そのため、各々の振動体における振動が阻害されることを抑制できるので、電気的特性の劣化を抑えることができる。また、各々の振動腕部に振動体の発振周波数を調整するための電極パターンを形成しているので、これら振動体の振動バランスを揃えた状態で各々の発振周波数を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の振動子の一例を示す斜視図である。
【図２】前記振動子を示す平面図である。
【図３】前記振動子を示す縦断面図である。
【図４】前記振動子を示す縦断面図である。
【図５】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図６】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図７】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図８】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図９】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１０】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１１】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１２】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１３】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１４】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１５】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１６】前記振動子を製造する工程を示す縦断面図である。
【図１７】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図１８】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図１９】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図２０】前記振動子を製造する工程を示す平面図である。
【図２１】前記振動子が振動する様子を示す模式図である。
【図２２】前記振動子が振動する様子を示す模式図である。
【図２３】前記振動子について得られたシミュレーション結果を示す特性図である。
【図２４】前記振動子について得られたシミュレーション結果を示す特性図である。
【図２５】前記振動子が用いられる電気回路を示す概略図である。
【図２６】前記振動子の他の例を示す一部拡大平面図である。
【図２７】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図２８】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図２９】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図３０】前記振動子の他の例を示す平面図である。
【図３１】前記他の例における振動子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態である振動子の一例について、図１〜図４を参照して説明する。この振動子は、例えばシリコン（Ｓｉ）などからなるベース基板１上に設けられており、図１及び図２に示すように、当該ベース基板１（詳しくは後述の窒化膜４）に支持された音叉型振動体１１と、この音叉型振動体１１の左右（図１中Ｘ方向）両側に各々接続された概略円板状の振動体であるディスクレゾネータ３１、３１と、を備えている。これらディスクレゾネータ３１、３１は、図３に示すように、音叉型振動体１１によってベース基板１から浮いた状態となるように支持されている。そして、各々のディスクレゾネータ３１、３１は、後述するように、中心部と外縁部との間で周方向に亘って伸縮する輪郭振動が起こる時、音叉型振動体１１によって当該輪郭振動が阻害されないように、あるいは輪郭振動の阻害が抑えられるように構成されている。以下に、これら音叉型振動体１１及びディスクレゾネータ３１、３１について詳述する。尚、図３及び図４は、図１及び図２におけるＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線で振動子を各々切断した縦断面を示している。また、図１〜図４では、ベース基板１を切り欠いて描画している。
【００１５】
ベース基板１上には、例えばシリコン酸化物などからなる酸化膜２と、シリコン窒化物などからなる窒化膜４とが下側からこの順番で積層されており、既述の音叉型振動体１１は、長さ方向（図２中Ｙ方向）における中央部がこれら酸化膜２及び窒化膜４から浮いた状態となるように、当該窒化膜４上に支持（固定）されている。即ち、酸化膜２及び窒化膜４には、振動子よりも概略一回り大きな寸法の凹部３が形成されており、音叉型振動体１１は、長さ方向における一端側及び他端側が前記凹部３よりも奥側及び手前側に夫々伸び出して、この伸び出した部分が窒化膜４上に固定されている。音叉型振動体１１において窒化膜４上に固定された奥側の領域及び手前側の領域（詳しくはこれら領域に加えて僅かに中央寄りの領域）は、各々左右方向に伸び出して基部１２、１２をなしている。基部１２、１２における電極構造については、後で説明する。尚、図２では、音叉型振動体１１及びディスクレゾネータ３１、３１において後述の金属膜１６及び励振電極３２などが形成された領域にハッチングを付しており、圧電薄膜１５が露出した領域と区別して描画している。
【００１６】
基部１２、１２間において窒化膜４から浮いた状態で保持された部位には、音叉型振動体１１の長さに伸びる開口部１３が当該部位の中央部において音叉型振動体１１を上下方向に貫通するように形成されている。従って、開口部１３の左右において基部１２、１２間を接続するように前後方向に伸びる領域は、音叉型振動体１１における振動腕部１４、１４を各々なしている。即ち、振動腕部１４、１４は、図４に示すように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５を上下方向から挟むように形成されたモリブデン（Ｍｏ）などからなる金属膜１６、１６と、を各々備えており、後述するように、金属膜１６、１６間に電圧が印加されると、振動腕部１４、１４が左右方向に屈曲振動するように構成されている。この屈曲振動における発振周波数ｆ１（例えば３０〜２００ＭＨｚ）は、ディスクレゾネータ３１、３１における共振周波数ｆ２と同じ（逆相の）周波数となるように、具体的にはｆ１≦±ｆ２×１．２となるように、各々の振動腕部１４、１４の長さ寸法及び幅寸法が調整されている。前記金属膜１６、１６は、振動腕部１４、１４の励振電極をなすと共に、後述するように、ディスクレゾネータ３１への電気信号の入出力を行うための引き出し電極を兼用している。
【００１７】
音叉型振動体１１の上面における既述の開口部１３の周囲は、金属膜１６、１６が概略矩形に切り欠かれていて圧電薄膜１５が露出している。そして、この圧電薄膜１５が露出した部位における振動腕部１４、１４には、ディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数（共振周波数）を調整するための電極パターン１７、１７が各々形成されている。この電極パターン１７、１７の各々は、例えばモリブデンからなる点状の電極膜１８が複数箇所に互いに隙間領域を介して一列となるように島状に形成されたものであり、振動腕部１４、１４間において前後方向に伸びるラインを境界として互いに左右対称となるように配置されている。この例では、電極膜１８は、各々同じ寸法（直径寸法及び高さ）となるように形成されている。具体的には、電極膜１８の直径寸法は、例えば２〜１０μｍこの例では５μｍであり、互いに隣接する電極膜１８、１８同士の離間寸法は、例えば５〜３０μｍこの例では１０μｍである。
【００１８】
基部１２、１２は、振動腕部１４と同様に、圧電薄膜１５と、この圧電薄膜１５の上下面に形成された金属膜１６、１６と、を各々備えている。手前側の基部１２における上面の金属膜１６は、振動腕部１４、１４の上面の金属膜１６と一体的に形成されて互いに接続されている。一方、奥側の基部１２における上面の金属膜１６は、当該基部１２の手前側に形成された隙間領域１９により、振動腕部１４、１４の上面の金属膜１６に対して電気的に絶縁されている。尚、基部１２の下面側の金属膜１６は、下電極の引き出しのために、当該基部１２の長さ方向において、基部１２と窒化膜４とが接触する部位よりも中央寄りの位置に形成されている。
【００１９】
各々の基部１２、１２の上面側における金属膜１６、１６には、振動子に対して外部の電子機器などから電気信号を入出力するために、例えばアルミニウム（Ａｌ）などからなる入出力ポート２０、２０が各々形成されている。そして、奥側の基部１２の圧電薄膜１５には、図４に示すように、下方側の金属膜１６に到達するコンタクトホール２１が形成されており、奥側の入出力ポート２０は、コンタクトホール２１の内部を介して下面側の金属膜１６に電気的に接続されている。また、手前側の入出力ポート２０は、圧電薄膜１５の上面側の金属膜１６を介して、振動腕部１４、１４の上面側の金属膜１６、１６に接続されている。尚、入出力ポート２０、２０における奥側及び手前側には、例えばシリコン酸化物からなる絶縁膜３４が夫々形成されている。
【００２０】
ディスクレゾネータ３１、３１は、直径寸法が例えば５０μｍの圧電薄膜１５と、当該圧電薄膜１５を上下方向（板厚方向）から挟むように形成された励振電極３２、３２と、を各々備えている。これらディスクレゾネータ３１、３１は、当該ディスクレゾネータ３１、３１における圧電薄膜１５、１５が音叉型振動体１１（振動腕部１４、１４）における圧電薄膜１５と一体的に形成されている。即ち、２つの振動腕部１４、１４のうち右側を一方の振動腕部１４、左側を他方の振動腕部１４と呼ぶと、一方の振動腕部１４の右側の側面における長さ方向中央部には、右側のディスクレゾネータ３１に向かって水平に伸びる支持部３３の一端側が接続されており、この支持部３３の他端側は、当該ディスクレゾネータ３１の外縁部に接続されている。
【００２１】
そして、一方の振動腕部１４の金属膜１６、１６は、支持部３３を介して右側のディスクレゾネータ３１の励振電極３２、３２に夫々接続されている。また、他方の振動腕部１４についても、同様に当該他方の振動腕部１４の長さ方向中央部に設けられた支持部３３を介して左側のディスクレゾネータ３１に接続されている。この時、２つのディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１からなる振動子は、平面的に見た時に左右対称となっており、また厚み方向で見た時も窒化膜４から浮いた領域は概略上下方向に対称となっている。尚、金属膜１６及び励振電極３２は、後述するように、一体的に形成されるが、説明の都合上符号を使い分けている。
【００２２】
そして、既述の凹部３がこれらディスクレゾネータ３１、３１よりも一回り大きな寸法となるように形成されているので、各々のディスクレゾネータ３１、３１は、図３に示すように、ベース基板１、酸化膜２及び窒化膜４から浮いた状態で音叉型振動体１１により支持されている。こうしてディスクレゾネータ３１、３１は、当該ディスクレゾネータ３１、３１の中央部を節として、半径方向に圧電薄膜１５が伸縮する輪郭振動が周方向に起こるように構成されている。この時、ディスクレゾネータ３１、３１は、互いに同相で振動するように、即ち一方のディスクレゾネータ３１が膨張するときは他方のディスクレゾネータ３１についても同様に膨張し、一方のディスクレゾネータ３１が収縮する時には他方のディスクレゾネータ３１も収縮するように、直径寸法などが互いに揃うように形成されている。
【００２３】
続いて、この振動子の製造方法について、図５〜図２０を参照して説明する。始めに、ベース基板１に、酸化膜２、窒化膜４及び有機物からなるフォトレジストマスク４１を下層側からこの順番で積層し、次いで図５に示すように、フォトリソグラフィー法により凹部３に対応するパターンをフォトレジストマスク４１に形成する。続いて、このフォトレジストマスク４１を介して酸化膜２及び窒化膜４を例えばフッ酸水溶液などを用いたウエットエッチングによりエッチングして、凹部３を形成する。そして、フォトレジストマスク４１を剥離した後、凹部３が埋め込まれるように、例えばシリコン酸化物からなる犠牲膜４２をベース基板１に形成した後、図６及び図１７に示すように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｃｉｎｇ）によって窒化膜４及び犠牲膜４２を平坦化する。
【００２４】
次に、ベース基板１（窒化膜４及び犠牲膜４２）上に、例えばモリブデンからなる薄膜４３及びフォトレジストマスク４４を下側からこの順番で積層し、図７に示すように、同様にフォトリソグラフィー法により薄膜４３に対して金属膜１６及び励振電極３２に対応する形状をパターニングする。続いて、図８に示すように、フォトレジストマスク４４を剥離した後、例えば窒化アルミニウムからなる圧電層４５、モリブデンからなる薄膜４６及びシリコン酸化物からなる絶縁膜３４を下側からこの順番でベース基板１上に積層し、図９に示すように、この絶縁膜３４に対して、フォトレジストマスク４７を用いたフォトリソグラフィー法により金属膜１６及び励振電極３２に対応するパターンを形成する。
【００２５】
そして、フォトレジストマスク４７を剥離した後、図１０に示すように、絶縁膜３４を介して薄膜４６、圧電層４５及び薄膜４３を例えばプラズマを用いてドライエッチングすることにより、図１８に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１に対応する構造体を形成する。こうして励振電極３２、３２により上下から挟まれた圧電薄膜１５からなるディスクレゾネータ３１、３１及び金属膜１６、１６により上下から挟まれた圧電薄膜１５からなる音叉型振動体１１が形成される。また、この音叉型振動体１１には開口部１３が形成される。この時、前記エッチングにより、絶縁膜３４についても膜減りが起こる。
【００２６】
次いで、前記構造体を覆うようにベース基板１上にフォトレジストマスク４８を形成し、図１１に示すように、既述のコンタクトホール２１、隙間領域１９及び開口部１３の周囲における圧電薄膜１５の露出面が開口するように、更には当該露出面に電極パターン１７が形成されるように、前記フォトレジストマスク４８に対してパターニングする。そして、このフォトレジストマスク４８を介して絶縁膜３４及び薄膜４６に対してエッチングを行うと、図１１及び図１９に示すように、コンタクトホール２１の形成される領域及び隙間領域１９における圧電薄膜１５が露出すると共に、電極パターン１７が形成される。尚、図１９では、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１において、絶縁膜３４及び薄膜４６の残っている領域にハッチングを付している。
【００２７】
続いて、フォトレジストマスク４８を剥離した後、図１２に示すように、コンタクトホール２１の形成領域だけが開口するようにフォトレジストマスク４９をベース基板１上に形成して、当該フォトレジストマスク４９をマスクとして圧電薄膜１５をエッチングする。次に、このフォトレジストマスク４９を剥離して、図１３に示すように、入出力ポート２０、２０の形成される領域だけが開口するようにフォトレジストマスク５０を形成すると共に、このフォトレジストマスク５０を介して絶縁膜３４をエッチングする。そして、ベース基板１上に例えばアルニウムからなる導電膜５１をスパッタなどにより形成すると、この導電膜５１は、図１４に示すように、コンタクトホール２１の内部及びフォトレジストマスク５０の上面を覆うように成膜される。
【００２８】
その後、ベース基板１を例えば有機溶媒などに浸漬すると、図１５に示すように、フォトレジストマスク５０が当該有機溶媒に溶解して、このフォトレジストマスク５０と共に当該フォトレジストマスク５０上に形成された余分な導電膜５１が除去される。この工程により、入出力ポート２０、２０が形成される。しかる後、例えば入出力ポート２０、２０及び窒化膜４を覆うように、且つ例えば開口部１３の内部領域が露出するように、図示しないフォトレジストマスクをベース基板１上に形成し、この状態のベース基板１を例えばフッ酸水溶液中に浸漬する。このフッ酸水溶液は、例えば開口部１３の内部領域を介して振動子の下層側の犠牲膜４２に回り込んで当該犠牲膜４２をエッチングする。従って、図１６に示すように、音叉型振動体１１の中央部（基部１２、１２以外）がベース基板１から離間すると共に、また既述の図３に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１が全面に亘ってベース基板１から浮いた状態となる。そして、このエッチングにより、電極パターン１７の上面及びディスクレゾネータ３１、３１の上面に残っていた絶縁膜３４が除去される。
【００２９】
続いて、例えば振動子の発振周波数を調整する場合には、例えばレーザー加工により、電極パターン１７の一部を除去（トリム）する。具体的には、図示しないテーブル上にベース基板１を載置すると共に、レーザー光照射部（図示せず）から電極パターン１７の電極膜１８にレーザー光を照射して、当該電極膜１８を溶解及び蒸発させる。次いで、別の電極膜１８についても除去する場合には、テーブルに対してレーザー光照射部を相対的に移動させ、同様にレーザー光を照射する。この時、一方の振動腕部１４及び他方の振動腕部１４について、互いに左右対称となるように電極膜１８を除去する。図２０には、これら振動腕部１４、１４の各々の電極パターン１７について、奥側から２番目の電極膜１８、１８と、奥側から６番目の電極膜１８、１８と、を除去した例を示している。こうして振動腕部１４、１４における電極パターン１７、１７が左右対称となっている状態を維持しながら電極膜１８、１８を除去することにより、これらディスクレゾネータ３１、３１の振動バランス（発振周波数）が保たれたまま、発振周波数が同じように変化する（高くなる）。
【００３０】
ここで、ディスクレゾネータ３１、３１間を連結する部位が音叉型振動体１１ではない場合、即ち音叉型振動体１１に代えて例えば後述の図２４の連結部９０を用いた場合には、この連結部９０上の電極膜１８をトリミングしても、ディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数は変化しない。一方、ディスクレゾネータ３１、３１と同様に発振する音叉型振動体１１をこれらディスクレゾネータ３１、３１間に設けた場合には、この音叉型振動体１１の電極膜１８をトリミングすると、音叉型振動体１１の発振周波数が変わると共に、ディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数が変化する。このように音叉型振動体１１の発振周波数の変化に伴ってディスクレゾネータ３１、３１の発振周波数についても変化することは、詳細については省略するが、振動腕部１４、１４の長さ寸法を種々変えて別途行ったシミュレーションによって確認している。
【００３１】
こうして形成された振動子に対して入出力ポート２０、２０を介して例えば外部から電気信号を入力すると、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１は、各々の共振周波数において発振（振動）して、この発振に基づく電気信号が入出力ポート２０、２０を介して取り出される。具体的には、例えばディスクレゾネータ３１、３１では、半径方向に膨張及び収縮する輪郭振動が周方向に亘って起こる。また、音叉型振動体１１では、振動腕部１４、１４同士が互いに近接したり離れたりするように屈曲振動が起こる。
【００３２】
この時、ディスクレゾネータ３１、３１では、圧電薄膜１５の直径寸法などを揃えているため、互いに同相で前記輪郭振動が起こる。また、音叉型振動体１１では、ディスクレゾネータ３１、３１と同じ周波数で屈曲振動が起こるように各寸法を調整し、更にディスクレゾネータ３１、３１の上面側の励振電極３２に対して当該音叉型振動体１１の上面の金属膜１６を接続し、またディスクレゾネータ３１、３１の下面の励振電極３２に対してこの音叉型振動体１１の下面の金属膜１６を接続している。そのため、音叉型振動体１１では、これらディスクレゾネータ３１、３１とは逆相で屈曲振動が起こる。従って、振動腕部１４、１４は、図２１に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１が収縮する時には、互いに離間するように屈曲振動し、一方ディスクレゾネータ３１、３１が膨張する時は、図２２に示すように、互いに近接するように屈曲振動する。こうして音叉型振動体１１では、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張収縮振動が吸収されるように、即ち各々のディスクレゾネータ３１、３１の中心位置が輪郭振動により位置ずれしないように、屈曲振動が発生する。尚、図２１及び図２２では、音叉型振動体１１及びディスクレゾネータ３１、３１の振動の様子を誇張して描画している。
【００３３】
ここで、図２３に本発明の振動子の振動モードをシミュレーションにより解析した結果を示すと、ディスクレゾネータ３１、３１に加えて音叉型振動体１１が振動（変形）することにより、各々のディスクレゾネータ３１、３１では、各々のディスクレゾネータ３１、３１の中央部に節（変形量が小さい領域）が形成されると共に、外周側に向かう程変形量が大きくなり、更に周方向に亘って均一な変形量となる理想的な振動モードとなっていた。従って、この構成では、音叉型振動体１１を介してディスクレゾネータ３１、３１の弾性エネルギーの漏洩が起こっていないか、当該漏洩が抑えられていることが分かる。
【００３４】
一方、ディスクレゾネータ３１、３１間に音叉型振動体１１に代えて例えば矩形の連結部９０を設けた場合には、図２４に示すように、ディスクレゾネータ３１、３１では、概略中央部に節が形成されるものの、変形量が半径方向及び周方向に亘って不均一となっていた。従って、図２４では連結部９０を介してディスクレゾネータ３１、３１のエネルギーが漏洩し、図２３の場合よりもＱ値が劣化していることが分かる。
【００３５】
以上説明した本発明の振動子を発振回路に組み込んだ電子部品（発振器）の電気回路の一例について、図２５を参照して簡単に説明する。図２５は、互いに直列に接続された２つのコンデンサＣ、Ｃとトランジスタ１０１とからなるコルピッツ回路を設けた例を示しており、トランジスタ１０１のベース端子には、本発明の振動子１００と可変コンデンサＣ１とからなる直列回路が接続されている。これらベース端子と振動子１００との間の接続点には、電源部１０２が接続されており、トランジスタ１０１のコレクタ端子には、電気信号を取り出すための出力ポート１０３が接続されている。図２５中１０４は抵抗、１０５はインダクタンスである。
【００３６】
上述の実施の形態によれば、互いに同相で輪郭振動を起こすディスクレゾネータ３１、１３の間に音叉型振動体１１を介在させ、この音叉型振動体１１の振動腕部１４、１４の夫々にディスクレゾネータ３１、３１を接続している。そして、音叉型振動体１１について、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張収縮を吸収するように、これらディスクレゾネータ３１、３１に対して逆相で振動するようにしている。そのため、各々のディスクレゾネータ３１、３１における振動が阻害されることを抑制できるので、即ちディスクレゾネータ３１、３１の弾性エネルギーが音叉型振動体１１を介して漏洩することを抑えることができるので、電気的特性の劣化を抑えることができる。
【００３７】
このように、本発明では、２つのディスクレゾネータ３１、３１を連結すると共にベース基板１に支持される役割を持つ連結部について、この役割に加えて、ディスクレゾネータ３１、３１と逆相で振動する振動体としての役割を持たせている。一方、従来では、連結部について、振動体としての機能に着目していなかったので、当該連結部の形状や寸法などについて検討されていなかった。即ち、既述の背景の項で述べた特許文献１のような構成であれば、連結部はディスクレゾネータよりも極めて寸法が小さいため、当該連結部が振動していたとしても、ディスクレゾネータの発振周波数よりも極めて高い周波数であり、そのためディスクレゾネータから見れば振動していない状態となっていると言える。
【００３８】
これに対して本発明では、以上説明したように、ディスクレゾネータ３１、３１間の連結部について、これらディスクレゾネータ３１、３１の逆相で振動するように音叉型振動体１１として構成している。この時、屈曲振動は、既述の輪郭振動と比べて、振動体（音叉型振動体１１やディスクレゾネータ３１）が同じ寸法であっても発振周波数が低くなる。言い換えると、音叉型振動体１１をディスクレゾネータ３１と同じ周波数で発振させる時には、音叉型振動体１１は、ディスクレゾネータ３１よりも寸法が小さくて済む。そのため、音叉型振動体１１について、ディスクレゾネータ３１、３１と同じ周波数で且つ逆相で発振させる時に、ディスクレゾネータ３１と同程度まで寸法を大きくする必要がないので、振動子の寸法を抑えながら、電気的特性の劣化を抑えることができる。
【００３９】
また、各々の振動腕部１４、１４に電極パターン１７を形成しているので、ディスクレゾネータ３１、３１に対して加工しなくても、この電極パターン１７を介して振動子の発振周波数を調整できる。この時、電極パターン１７を振動腕部１４、１４間で左右対称に形成しており、また左右対称にトリミングしているので、ディスクレゾネータ３１、３１間における振動バランスを揃えた状態で発振周波数を調整できる。更に、互いに隣接する電極膜１８、１８同士を離間させていることから、レーザー加工を行う時の加工位置や加工量（例えば既述のテーブルに対するレーザー光照射部の相対的な移動距離やレーザー光の照射時間）などがばらつく場合であっても、ある電極膜１８にレーザー光を照射する時、他の電極膜１８にレーザー光が照射されることを防止できる。従って、電極膜１８のトリミングを行った時に、ディスクレゾネータ３１、３１間における発振周波数のばらつきを抑えることができるので、Ｑ値の劣化を防止できる。また、電極パターン１７について、金属膜１６とは別個に（電気的に絶縁させて）設けているので、この電極パターン１７を除去しても、ディスクレゾネータ３１や音叉型振動体１１の例えば電気抵抗が増大するなどといった悪影響は及ぼさない。
また、振動腕部１４、１４の両側に基部１２、１２を設けているので、振動腕部１４、１４が振動するにあたって当該振動腕部１４、１４をベース基板１に対して強固に保持できる。
【００４０】
既述の例では、各々の電極膜１８が互いに同じ寸法となるように形成したが、例えば図２６に示すように、各々の電極パターン１７、１７において、互いに異なる寸法の電極膜１８を配置しても良い。図２６では、奥側から手前側に向かって各々の電極膜１８の直径寸法が例えば２μｍ〜１０μｍまでに亘って徐々に小さくなるように形成した例を示している。このように互いの寸法の異なる電極膜１８を設けることにより、例えば除去する電極膜１８毎にディスクレゾネータ３１の発振周波数の調整幅を変えることができるので、周波数の調整をより一層簡便に行うことができる。この例においても、左右の電極パターン１７、１７は、互いに左右対称となるように形成されている。
【００４１】
電極パターン１７、１７については、振動腕部１４、１４間で左右対称となるように配置したが、左右非対称に形成しても良い。この場合であっても、電極膜１８を除去する時は、左右のディスクレゾネータ３１、３１間で発振周波数が揃うように調整される。
【００４２】
また、音叉型振動体１１としては、ディスクレゾネータ３１、３１と逆相で発振する構成であれば良く、例えば図２７に示すように、開口部１３を概略楕円形状に形成して、振動腕部１４、１４が基部１２、１２側から中央側（支持部３３）に向かって徐々に細くなるようにしても良い。更に、図２８に示すように、開口部１３を概略円状に形成すると共に、振動腕部１４、１４についてはこの開口部１３の周縁に沿うように概略円弧状に形成しても良い。更に、図２９に示すように、例えば手前側の基部１２を設けずに、振動腕部１４、１４が奥側の基部１２によって各々いわば片持ちで支持される構成を採っても良い。この場合には、奥側の基部１２には、例えば左側にコンタクトホール２１が形成されると共に、このコンタクトホール２１に設けられる入出力ポート２０に対して隙間領域を介して右側に隣接するように、音叉型振動体１１の上面から伸びる金属膜１６に接続される入出力ポート２０が配置される。尚、図２７及び図２８は振動子を簡略化して描画している。
【００４３】
更に、ディスクレゾネータ３１、３１を連結する音叉型振動体１１に代えて、ディスクレゾネータ１１０を設けても良い。図３０及び図３１は、このような例を示しており、両側のディスクレゾネータ３１、３１に対して中央のディスクレゾネータ１１０を逆相で且つ同じ周波数で発振させるように構成されている。具体的には、これら３つのディスクレゾネータ３１、３１、１１０は、互いの直径寸法などが揃うように形成されている。また、ディスクレゾネータ１１０の上面及び下面における中央部には、当該ディスクレゾネータ１１０を発振させるための概略円形の励振電極（金属膜１６）が各々形成されている。そして、ディスクレゾネータ１１０の上面における外縁部には、左右のディスクレゾネータ３１、３１の上面の励振電極３２、３２に各々接続される円弧状の引き回し電極１１１が前記金属膜１６から離間するように形成されている。前記金属膜１６及び引き回し電極１１１は、ディスクレゾネータ１１０の手前側及び奥側に夫々形成された電極引き出し部１１３、１１３に夫々接続されている。
【００４４】
そして、ディスクレゾネータ１１０の下面における周縁部には、左右のディスクレゾネータ３１、３１の下面側の励振電極３２、３２に各々接続されると共に当該下面の金属膜１６から離間して配置される円弧状の引き回し電極１１２が形成されている。これら金属膜１６及び引き回し電極１１２は、前記電極引き出し部１１３、１１３に夫々接続されている。こうしてディスクレゾネータ１１０の上面側の金属膜１６及び引き回し電極１１１と、ディスクレゾネータ１１０の裏面側の金属膜１６及び引き回し電極１１２とは、夫々既述の図１と同様に配線され、ディスクレゾネータ３１、３１の膨張縮退振動に対してディスクレゾネータ１１０が逆相で振動するように構成されている。ディスクレゾネータ１１０における金属膜１６、１６は、各々入出力ポート２０、２０をなしている。
【００４５】
また、ディスクレゾネータ１１０は、当該ディスクレゾネータ１１０の下面中央部の輪郭振動の節となる位置において、ベース基板１によって支持されると共に、既述の引き出し部１１３を介して電気信号の入出力が行われる。
この例において、ディスクレゾネータ１１０は、円形状であることに代えて、三角形あるいは四角形などであっても良い。また、左右のディスクレゾネータ３１、３１についても、同様に三角形や四角形などであっても良い。
【００４６】
以上の例では、電極パターン１７を形成するにあたり、ディスクレゾネータ３１、３１及び音叉型振動体１１における上面側の金属膜１６及び励振電極３２を形成する工程（薄膜４６の形成工程）を利用したが、その後の入出力ポート２０、２０を形成する工程（導電膜５１の形成工程）において、電極パターン１７の形成領域の周囲が開口するようにフォトレジストマスク５０をパターニングすることにより、電極パターン１７をアルミニウムにより構成しても良い。また、一連の工程が終了した後、電極パターン１７用のフォトレジストマスクを用いて当該電極パターン１７を個別に形成しても良い。
【００４７】
また、音叉型振動体１１において、当該音叉型振動体１１を振動させるための励振電極と、ディスクレゾネータ３１、３１の励振電極３２と入出力ポート２０とを接続する引き出し電極について、金属膜１６として共通化したが、これら励振電極と引き出し電極とを別個に配置しても良い。この場合には、振動腕部１４、１４の上下面に励振電極を形成すると共に、例えば側面側などに引き出し電極を形成しても良い。
以上の例では、本発明の振動子を発振回路に組み込んだ例について説明したが、この振動子をフィルタ（電子部品）として用いても良い。この場合には、入出力ポート２０に入力された電気信号は、振動子において不要な電気信号が除去された後、入出力ポート２０から取り出される。
【００４８】
ここで、以上述べた本発明と既述の背景で説明した公知例である特開２００８−１２４７４７との差異について改めて説明する。この公知例では、この振動は、「中心を節とするラジアルエクステンションモード（Ｒａｄｉａｌ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎモード）」になると記載されている。しかしながら、本発明者らは、「概略箱型の連結部」により連結し支持した場合、既述の図２４から分かるように、「外周部に複数個所の節が生じる理想的ではない高次の振動モード」となることを数値解析により見出した。この振動モードでは、振動漏れ等により電気的特性の劣化が起こることになる。これに対し、本実施形態では、図２３に記載のように、支持部に振動腕部を形成することで「支持部による影響」を無くし、従来の構成では実現できなかった「振動板の中心を節として半径方向に振動板が伸縮する、理想的な振動」を周方向に亘って形成することを可能にしているのである。
【符号の説明】
【００４９】
１ ベース基板
１１ 音叉型振動体
１４ 振動腕部
１５ 圧電薄膜
１６ 金属膜
１７ 電極パターン
１８ 電極膜
２０ 入出力ポート
３１ ディスクレゾネータ
３２ 励振電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
このベース基板に支持された基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように構成された第１の振動体と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように構成された第２の振動体と、
前記一方の振動腕部に形成され、前記第１の振動体の前記励振電極に接続された第１の引き出し電極と、
前記他方の振動腕部に形成され、前記第２の振動体の前記励振電極に接続された第２の引き出し電極と、
前記基部に形成され、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートと、を備え、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部には、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記電極パターンの各々は、複数の電極膜が互いに隙間領域を介して形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の振動子。
【請求項４】
前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンは、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の振動子。
【請求項５】
前記一方の振動腕部における前記励振電極及び前記他方の振動腕部における前記励振電極は、前記第１の引き出し電極及び前記第２の引き出し電極を夫々兼用していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の振動子。
【請求項６】
前記基部は、前記振動腕部の一方側及び他方側に各々形成されると共に、各々前記ベース基板に支持され、
前記入出力ポートは、前記基部の各々に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の振動子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載の振動子を備えたことを特徴とする電子部品。
【請求項８】
ベース基板上に、当該ベース基板に支持される基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体を形成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一方の振動腕部に、前記第１の振動体の前記励振電極に接続される第１の引き出し電極を形成する工程と、
前記他方の振動腕部に、前記第２の振動体の前記励振電極に接続される第２の引き出し電極を形成する工程と、
前記基部に、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートを形成する工程と、
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部に、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンを形成する工程と、を含み、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする振動子の製造方法。
【請求項９】
前記電極パターンを形成する工程の後に、前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンについて、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称となるように、これら電極パターンを除去して、前記第１の振動体及び前記第２の振動体における発振周波数を揃えながらこれら発振周波数の各々を調整する工程と、を行うことを特徴とする請求項８に記載の振動子の製造方法。
【請求項１】
ベース基板と、
このベース基板に支持された基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように構成された第１の振動体と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に外縁部が接続された圧電薄膜及びこの圧電薄膜を板厚方向から挟むように形成された一対の励振電極を有し、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように構成された第２の振動体と、
前記一方の振動腕部に形成され、前記第１の振動体の前記励振電極に接続された第１の引き出し電極と、
前記他方の振動腕部に形成され、前記第２の振動体の前記励振電極に接続された第２の引き出し電極と、
前記基部に形成され、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートと、を備え、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部には、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記電極パターンの各々は、複数の電極膜が互いに隙間領域を介して形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の振動子。
【請求項４】
前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンは、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の振動子。
【請求項５】
前記一方の振動腕部における前記励振電極及び前記他方の振動腕部における前記励振電極は、前記第１の引き出し電極及び前記第２の引き出し電極を夫々兼用していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の振動子。
【請求項６】
前記基部は、前記振動腕部の一方側及び他方側に各々形成されると共に、各々前記ベース基板に支持され、
前記入出力ポートは、前記基部の各々に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の振動子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載の振動子を備えたことを特徴とする電子部品。
【請求項８】
ベース基板上に、当該ベース基板に支持される基部、この基部から互いに離間して伸び出すと共に各々圧電体により構成された２本の振動腕部及びこれら振動腕部の各々を挟むように形成された一対の励振電極を有する音叉型振動体を形成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち一方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記圧電薄膜の中心部と外縁部との間で膨張収縮する輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一対の振動腕部のうち他方の振動腕部に、圧電薄膜の外縁部を接続すると共に、この圧電薄膜を板厚方向から挟むように一対の励振電極を形成して、前記第１の振動体と同相で前記輪郭振動が起こるように第１の振動体を構成する工程と、
前記一方の振動腕部に、前記第１の振動体の前記励振電極に接続される第１の引き出し電極を形成する工程と、
前記他方の振動腕部に、前記第２の振動体の前記励振電極に接続される第２の引き出し電極を形成する工程と、
前記基部に、前記第１の引き出し電極、前記第２の引き出し電極及び前記振動腕部の励振電極の夫々に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポートを形成する工程と、
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部に、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の発振周波数を夫々調整するための電極パターンを形成する工程と、を含み、
前記音叉型振動体は、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の輪郭振動を吸収するように、これら第１の振動体及び第２の振動体の振動に対して逆相で屈曲振動するように構成されていることを特徴とする振動子の製造方法。
【請求項９】
前記電極パターンを形成する工程の後に、前記一方の振動腕部における前記電極パターン及び前記他方の振動腕部における前記電極パターンについて、前記一方の振動腕部と前記他方の振動腕部との間のラインを介して互いに対称となるように、これら電極パターンを除去して、前記第１の振動体及び前記第２の振動体における発振周波数を揃えながらこれら発振周波数の各々を調整する工程と、を行うことを特徴とする請求項８に記載の振動子の製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図２３】
【図２４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１３−７０３６７（Ｐ２０１３−７０３６７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９３７３０（Ｐ２０１２−１９３７３０）
【出願日】平成２４年９月４日（２０１２．９．４）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月４日（２０１２．９．４）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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