振動片、振動子、発振器、および電子機器
【課題】振動部の熱弾性損失を抑制しつつ、同相モードの振動も抑制し、高精度で信頼性の高い振動片を提供する。
【解決手段】基部１４と、基部１４から延設された連結部１５と、互いに平行に延びる複数の第１軸上に、連結部１５を基端として延設され、第１面と該第１面に対向する第２面と前記第１面および前記第２面を連結する側面とを有し、前記第１面および前記第２面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）とを備え、複数の振動腕１６は、駆動時に互いに隣り合う振動腕１６が反対方向に屈曲振動し、屈曲方向が相反する前記振動腕１６のうちのいずれか一方の根元付近の連結部１５に配置される矯正部１８を有することを特徴とする。
【解決手段】基部１４と、基部１４から延設された連結部１５と、互いに平行に延びる複数の第１軸上に、連結部１５を基端として延設され、第１面と該第１面に対向する第２面と前記第１面および前記第２面を連結する側面とを有し、前記第１面および前記第２面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）とを備え、複数の振動腕１６は、駆動時に互いに隣り合う振動腕１６が反対方向に屈曲振動し、屈曲方向が相反する前記振動腕１６のうちのいずれか一方の根元付近の連結部１５に配置される矯正部１８を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動片、振動子、発振器、および電子機器に係り、特に屈曲振動を励振する振動片、並びにこの振動片を搭載した振動子、ならびに発振器、およびこれらの振動子や発振器を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈曲振動を励起する振動片では、振動部の表裏面に生ずる局部的な圧縮と引張によって生ずる熱弾性損失を考慮した設計が必要となってくる。例えば特許文献１に開示されている技術によれば、水晶振動子の腕部分に溝を設けることで、共振の安定度を示すＱ値を向上させることができることが解る。
【０００３】
しかし、電子デバイスの小型化や薄型化に伴い、振動片の小型化や薄型化が進むと、振動部に精度良く溝を形成することは非常に困難となる。
このような問題点を回避する手段として、図１３（Ａ）に示すように振動部を薄型化し、この振動部に圧電体層を形成することが考案されている（特許文献２−４）。このような構成の振動片では、圧電体層の表裏に、電位の異なる電界を印加することで、圧電体層の形成面と交差する方向（法線方向）の振動を励起させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−３２２２９号公報
【特許文献２】特開２００９−５０２２号公報
【特許文献３】特開２００９−５０２３号公報
【特許文献４】特開２００９−５０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２−４に開示されているような構成の振動片であれば確かに、振動部の屈曲に伴う熱弾性損失を抑制することができる。特許文献２−４に開示されている振動片は、振動部としての振動腕を複数、具体的には奇数本備えると共に、この複数の振動腕の基端に基部を形成して成る。
【０００６】
このような構成の振動片では、振動腕が同相、あるいは特定の位相をもって振動するモードを利用して振動を励起している。また、このような構成の振動片では主に、実装のために肉厚化された基部と、熱弾性損失を抑制するために肉薄化された振動腕との間に、結晶構造の異方性によるエッチングレートや、屈曲振動時における応力の集中を避けることを目的として、振動腕と同様に肉薄化された連結部が設けられている。
【０００７】
肉薄化された連結部は、振動腕による法線方向の振動の影響を受け易い。このため、肉薄化された連結部を有する振動片では、各々の振動腕が約１８０度の位相差を持って振幅するウォークモード振動の他に、全ての振動腕が同相で振幅するような振動モードを生ずることがある（図１３（Ｂ）参照）。
【０００８】
例えば３本の振動腕を有する振動子では、図１４に示すようなインピーダンス特性を示すこととなる。ここで、所望するウォークモードの振動周波数をｆ１とすると、同相モードの振動が、寄生的振動モードとして、その周波数近傍に現れる。このような寄生的振動モードが生ずると、振動片を発振回路と組み合わせて発振器を構成した場合に、所望する発振周波数を得ることができなくなることがある。
【０００９】
そこで本発明では、上記問題点を解消し、振動部の熱弾性損失を抑制しつつ、同相モードの振動も抑制し、高精度で信頼性の高い振動片、振動子、発振器、および電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基部と、前記基部から延設された連結部と、互いに平行に延びる複数の第１軸上に、前記連結部を基端として延設され、第１面と該第１面に対向する第２面と前記第１面および前記第２面を連結する側面とを有し、前記第１面および前記第２面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕とを備え、前記複数の振動腕は、駆動時に互いに隣り合う前記振動腕が反対方向に屈曲振動し、屈曲方向が相反する前記振動腕のうちのいずれか一方の根元付近の連結部に配置される矯正部を有することを特徴とする振動片。
このような構成とすることにより、振動部における熱弾性損失を抑制しつつ、同相モードの振動も抑制し、高精度で信頼性の高い振動片を構成することができる。
【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の振動片であって、前記振動腕は、３本以上の奇数本設けることを特徴とする振動片。
このような構成とすることで、第１面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕が、安定したウォークモードで動作することとなる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載の振動片であって、前記矯正部は、前記基部の幅方向中心を基点として前記連結部の延設方向へ軸線を定めた中心軸を基点として線対称に設けることを特徴とする振動片。
このような構成とすることで、連結部のねじれを抑制し、寄生振動モードの発生を抑制する効果を高めることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれか１例に記載の振動片であって、前記基部は、前記連結部、および前記振動腕よりも肉厚であることを特徴とする振動片。
このような構成とすることにより、実装時の強度を確保しつつ、熱弾性損失を抑制することができる。
【００１４】
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれか１例に記載の振動片と、前記振動片を内部に実装したパッケージを有したことを特徴とする振動子。
このような構成とすることにより、小型化した場合であっても、高精度で、信頼性の高い振動子とすることができる。
【００１５】
［適用例６］適用例１乃至適用例４のいずれか１例に記載の振動片と、前記振動片の発振を制御する電子部品と、前記振動片を駆動する電子部品と、を有することを特徴とする発振器。
このような構成とすることにより、小型化した場合であっても、高精度で信頼性の高い発振器とすることができる。
【００１６】
［適用例７］適用例１乃至適用例４のいずれか１例に記載の振動片を搭載したことを特徴とする電子機器。
このような構成とすることにより、電子機器の小型化にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る振動片の構成を示す３面図である。
【図２】実施形態に係る振動片の構成を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態に係る振動片のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図４】実施形態に係る振動片における基板の製造工程を説明するための図である。
【図５】実施形態に係る振動片における第１の変形例を示す図である。
【図６】実施形態に係る振動片における第２の変形例を示す図である。
【図７】実施形態に係る振動片における第３の変形例を示す図である。
【図８】実施形態に係る振動片における第４の変形例を示す図である。
【図９】実施形態に係る振動片を実装した振動子の構成を示す図である。
【図１０】実施形態に係る振動片と、この振動片を発振させる回路を備えた電子部品を実装した発振器の構成を示す図である。
【図１１】実施形態に係る振動子、または発振器のうちの少なくとも一方を搭載する電子機器の一例としての携帯電話を示す図である。
【図１２】実施形態に係る振動子、または発振器のうちの少なくとも一方を搭載する電子機器の一例としてのパーソナルコンピュータを示す図である。
【図１３】従来の振動片の構成と同相振動モードの様子を示す図である。
【図１４】従来の振動片のインピーダンス特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の振動片、振動子、発振器、および電子機器に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る振動片について説明する。なお、図１において、図１（Ａ）は振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視を示す図であり、図１（Ｃ）は振動片の裏面図である。また、図２は、振動片の分解斜視図である。本実施形態に係る振動片１０は、基板１２と、圧電体層２８、および第１電極２０ならびに第２電極３８とを有する。
【００１９】
基板１２は、例えば水晶やシリコン等の単結晶材料により構成され、基部１４と、この基部１４から延設された連結部１５、および連結部１５を基端として延設された複数（図１、２に示す形態においては３つ）の振動腕１６（１６ａ〜１６ｃ）とから成る。実施形態に係る例の場合、基部１４は、連結部１５、および振動腕１６に比べて肉厚に形成され、実装時の機械的強度を保つことが可能な形態とされている。一方振動腕１６は、基部１４に比べて肉薄に形成され、振動時における熱弾性損失の抑制が図られている。また、振動腕１６は、基部１４を基点として連結部１５の延設方向へ軸線を定めた中心軸に平行に定められた第１軸上に設けられる。本実施形態の場合、３つの振動腕１６ａ〜１６ｃは、中心軸を基点として線対称に設けられる。なお、連結部１５は、形状形成時における基板１２の特性や、段差部に集中する応力の緩和を考慮して設けられている。基部１４と連結部１５、および振動腕１６との間で厚みを異ならせる構成とされる実施形態に係る基板１２は、基部１４と連結部１５、および振動腕１６とを平坦に連続させた第１面と、基部１４と連結部１５との間に段差を形成した第２面とを有する。このように形成される第１面は、振動腕１６の屈曲方向と交差（直交）する方向に沿った面であり、第２面は、当該第１面に対向する面となる。なお、基板１２を水晶により構成する場合、基板１２を形成する際の素板１２ａ（図４参照）のカット角はＺカットとすることが望ましいが、ＸカットやＡＴカットによるものであっても良い。実施形態に係る基板１２は、直接的に電圧が印加される対象とはならないため、基本的にはカット角が振動特性に影響を及ぼすことは無い。但し、Ｚカットで切り出された素板１２ａを用いた場合には、水晶の異方性エッチング特性を利用することで加工が容易になるといった利点がある。
【００２０】
第１電極２０、圧電体層２８、および第２電極３８は、基板１２における第１面に積層形成される。なおここで、第１電極２０とは圧電体層２８を形成する前に形成される電極であり、第２電極３８とは圧電体層２８を形成した後に形成される電極とする。よって、第１電極２０と第２電極３８といった表現と、各電極における電位とは関係が無い。また、各電極の電位については、図２の分解斜視図に示す第１電極２０、第２電極３８におけるハッチングの向きに依存するものとする。第１電極２０、第２電極３８の形成材料としては、基板１２である水晶との密着性が良く、圧電体層２８の配向性を促しやすいものとすると良い。電極部材として汎用性のある材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｚｒなどを挙げることができる。本実施形態では、第１電極２０、第２電極３８共に、下層にＣｒ、上層にＡｕとした２層構造の金属層により形成することとする。また、圧電体層２８としては、ＺｎＯやＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３などを挙げることができ、本実施形態では主にＡｌＮを採用することとする。
【００２１】
第１電極２０は例えば、第１層励振電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、第１層引出電極２４，２６とより構成される。ここで、第１層励振電極２２ａと第１層励振電極２２ｃとは同電位であり、第１層引出電極２４により接続されている。一方、第１層励振電極２２ｂは電気的に浮いた状態となり、詳細を後述する第２電極３８との接続のための第１層引出電極２６と接続されている。
【００２２】
圧電体層２８は、上述した第１電極２０を覆うように形成される。具体的には、振動腕１６ａ，１６ｂ，１６ｃに形成される励振電極被覆部３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、基部１４および連結部１５に形成される引出電極被覆部３２とより成る。引出電極被覆部３２には、上述した第１電極２０と、詳細を後述する第２電極３８とを電気的に接続するための開口部３４，３６が設けられている。なお、圧電体層２８は、その表裏面に対して電位の異なる電圧を印加されることで、法線方向（圧電体層２８形成面と交差する方向）へと屈曲する特性を持つ。
【００２３】
第２電極３８は例えば、第２層励振電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃと、第２層引出電極４６，４８、および入出力電極４２，４４とより構成される。ここで、第２層励振電極４０ｂと、入出力電極４２とは同電位であり、第２層引出電極４６により接続されている。また、第２層引出電極４６は、上述した圧電体層２８に形成した開口部３４を介して、第１層引出電極２４と電気的に接続されることとなる。よって、第１層励振電極２２ａ，２２ｃと第２層励振電極４０ｂとは、同電位の電圧が印加されることとなる。一方、第２層励振電極４０ａ，４０ｃと入出力電極４４とは同電位であるが、第２層引出電極４８は、第２層引出電極４６を介して寸断されており、直接的には接続されていない。しかし、第２層引出電極４８は、上述した圧電体層２８に形成した開口部３６を介して第１層引出電極２６と電気的に接続されており、第１層引出電極２６と第２層引出電極４８を介して第２層励振電極４０ａ，４０ｃ、および第１層励振電極２２ｂと、入出力電極４４とが電気的に接続されることとなる。なお、図１、図２においては、電位の異なることとなる第１層引出電極２４，２６の一部と第２層引出電極４６，４８の一部とが重複する形態として示されているが、実際には電位の異なる引出電極は、圧電体層２８の表裏面において重複しないように設計する。振動腕１６以外の箇所での励振を抑制するためである。
【００２４】
このような基本構成を有する本実施形態に係る振動片１０では、基板１２における連結部１５に矯正部１８が形成されている。矯正部１８は、連結部１５の一部の厚みを厚くすることにより構成され、形成部分の剛性を向上させる役割を担う。矯正部１８は、屈曲振動時の屈曲方向が相反することとなる振動腕１６のうちのいずれか一方、すなわち屈曲時の位相が異なることとなる振動腕１６のうちのいずれか一方（本実施形態においては、振動腕１６ａ，１６ｃの組、または振動腕１６ｂ）の基端側にあたる連結部１５に設けられる。また、矯正部１８は、各振動腕１６毎に定められた第１軸に掛かる位置に設けられる。
【００２５】
３つの振動腕１６を有する本実施形態に係る振動片１０においては、両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｃの第１軸に掛かる位置であって、連結部１５上に矯正部１８を設けている。このような構成とすることで、両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｃの基端側に位置する連結部１５の撓みが抑制される。このため、中心の振動腕１６ｂと、この振動腕１６ｂとの間の位相差を１８０度とする両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｃとによって励起されるウォークモードの振動に、連結部１５の撓みに起因して生ずる同相モードの振動が重畳することを防ぐことができる。
【００２６】
なお、矯正部１８は、振動片１０の中心軸を基点として線対称な形態となるように設けるようにする。このような構成とすることにより、振動片１０に捻れ方向の力が生ずることが無くなり、センサー等に使用した場合には、検出感度の劣化を防ぐことができる。
【００２７】
このような構成とすることにより、振動片１０のインピーダンス特性は、図３のように改善されることとなる。すなわち、同相モードの振動に起因して、ウォークモード振動周波数ｆ１近傍に生じていた寄生振動モードが、大きく抑制され、その結果、寄生振動モードが振動周波数ｆ１から離間し、しかも共振ピークが小さくなる。これにより、振動片１０は、所望する良好な共振特性を得ることが可能となり、高精度で信頼性の高いものとすることができる。
【００２８】
次に、図４を参照して、本実施形態に係る振動片１０の製造工程について説明する。まず、振動片１０の基礎となる素板１２ａを用意する。本実施形態では、素板１２ａとして水晶を採用する。素板１２ａを水晶とした場合における厚みは、５０〜１００μｍ程度とすることが望ましい（図４（Ａ）参照）。
【００２９】
次に、素板１２ａの表裏面をレジスト膜１２ｂ，１２ｃで覆う（図４（Ｂ）参照）。素板１２ａの表裏を覆ったレジスト膜１２ｂ，１２ｃのうち、裏面側（基板形成後に第２面となる側）を覆うレジスト膜１２ｃを、所望形状にパターニングする。レジスト膜１２ｃのパターニングは、パターニング形状に合わせたマスクを用いた露光と現像によるフォトリソグラフィー法によれば良い。ここで、パターニングされたレジスト膜１２ｃは、肉厚に形成される基部１４（図１参照）と、括れ状に形成される折り取り部（図４（Ｆ）参照）の他、矯正部１８（図１参照）を形成する部位を覆う形状とすると良い（図４（Ｃ）参照）。
【００３０】
レジスト膜１２ｃのパターニングを終えた後、パターニングされたレジスト膜１２ｃをマスクとして、エッチングを行い、素板１２ａの一部を肉薄化する。肉薄化される部位の厚みは、２〜１０μｍ程度とする。これにより、基部１４の厚み確保と矯正部１８の形成が成される。なお、実施形態に係る例の場合エッチングは、バッファー度フッ酸（ＢＨＦ）等を用いて行なうようにすれば良い（図４（Ｄ）参照）。更に、上記パターニングを確実に行なうために、レジストだけでなく金属膜を用いたメタルマスクを併用しても良い。
【００３１】
次に、基板１２の外形形成を行う。基板１２の外形形成は、基板１２の表面側、すなわち第１面となる側から行なうことが望ましい。外形形成を行う場合も、素板１２ａの肉薄化と同様に、素板１２ａの表裏面に対するレジスト膜１２ｄ，１２ｅの形成と、パターニングを行なう。ここで、素板１２ａの裏面側は凹凸形状となっているため、レジスト膜１２ｅの形成には、スプレイ方式のレジスト塗布を採用することが望ましい。レジスト膜１２d，１２ｅを形成した後、素板１２ａの表面側に、基板１２の外形形状を得るためのパターニングを施す。レジスト膜１２ｄは、少なくとも基部１４と連結部１５（図１参照）、および振動腕１６（図１参照）を覆う形態とする。なお、本実施形態では折り取り部も覆うようにレジスト膜１２ｄを形成した（図４（Ｅ）参照）。
【００３２】
次に、パターニングされたレジスト膜１２ｄ，１２ｅをマスクとして、ＢＨＦ等を用いて素板１２ａのエッチングを行う。これにより、基板１２の外形形成が完了し、折り取り部からの折り取りにより、基板１２を得ることが可能な状態となる。なお、実際には詳細を後述する第１電極２０（図２参照）、圧電体層２８（図２参照）、および第２電極３８（図２参照）等を形成した後、振動片１０として折り取りが行なわれる（図４（Ｆ）参照）。
【００３３】
基板１２の外形形成を終了した後、第１面に第１電極２０を形成する。第１電極２０の形成はまず、第１面の全面に金属層を形成する。金属層の形成は、マグネトロンスパッタリング等の手法を用いれば良い。金属層を形成した後、レジストを全面に塗布する。その後、フォトリソグラフィー法により、金属層をエッチングし、第１電極２０の形状に沿った金属パターンを得る。
【００３４】
第１電極２０を形成した後、所望箇所に対する圧電体層２８の形成を行う。まず、第１電極２０を含む基板の第１面の全面に、圧電体層を形成する。圧電体層の形成は、反応性ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて行なうようにする。圧電体層をＡｌＮとする場合、圧電体層の膜厚は、２０００Å〜１００００Å程度の範囲とすると良い。
【００３５】
次に、フォトリソグラフィー法によるレジストのパターニングとウエットエッチングにより、圧電体層を所望のパターンに形成する。圧電体層をＡｌＮとする場合には、ウエットエッチングのエッチング液には、強アルカリ水溶液を用いるようにする。強アルカリ水溶液の例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などがある。また、酸系では、リン酸を加熱したものなどでもエッチングすることができる。
【００３６】
圧電体層２８の形状形成が終了した後、第２電極３８の形成を行う。第２電極３８の形成は、第１電極２０の形成と同様に、第１面の全面に金属層を形成し、フォトリソグラフィー法によるレジストのパターニング、およびウエットエッチングによる形状形成を行えば良い。
【００３７】
上記実施形態では、基板１２を水晶により構成する旨記載した。しかしながら本実施形態に係る振動片１０は、圧電体層２８により面外方向の振動を励起することとしている。このため、基板１２の材料としては水晶以外の部材であっても良い。具体的には、水晶以外の圧電体材料であっても良いし、シリコン等の半導体材料であっても良い。
【００３８】
また、上記実施形態においては、圧電体層２８の上面に直接第２電極３８を形成していた。しかしながら、本実施形態に係る振動片１０は、圧電体層２８と第２電極３８との間に絶縁体層（絶縁膜）を形成するようにしても良い（不図示）。このような構成とすることにより、圧電体層２８に貫通孔が形成されていた場合であっても、第１電極２０と第２電極３８との間における短絡を防止することが可能となる。なお、絶縁体層の膜厚としては、短絡防止の観点からは５０ｎｍ以上とすることが望ましい。一方、圧電体層２８の特性低下を抑制する観点からは、５００ｎｍ以下とすることが望ましい。ここで、絶縁体層は、二酸化シリコンＳｉＯ２や窒化シリコンＳｉＮＸにより構成すれば良い。
【００３９】
さらに、上記実施形態に係る振動片１０における振動腕１６の第２面に対し、絶縁体層（無機膜）を形成するようにしても良い（不図示）。ＳｉＯ２やＳｉＮＸにより構成される絶縁体層を設けることにより、周波数温度特性を補正することができる。特に、熱酸化による二酸化シリコンは負の温度特性を持つことが知られており、周波数温度特性を調整するには好適である。
【００４０】
また、上記実施形態では、３本の振動腕１６のうち、両端にあたる部分に形成された振動腕１６ａ，１６ｃの基端側の連結部１５に矯正部１８を形成する旨記載した。しかしながら本発明に係る振動片は、図５に示す振動片１０ａのように、中心に位置する振動腕１６ｂの基端側の連結部１５のみに矯正部１８を形成するようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施形態に係る振動片１０は、振動腕を３本としていた。しかしながら本発明に係る振動片は、振動腕の数を３本以上の奇数本とすることができる。例えば図６に示す振動片１０ｂのように、振動腕を５本（振動腕１６ａ〜１６ｅ）とした場合、両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｅと、中心に位置する振動腕１６ｃの振動時における位相が一致することとなる。このため、矯正部１８は図６に示すように、振動腕１６ａ，１６ｃ，１６ｅの基端側に位置する連結部１５に設けるか、図示はしないが、振動腕１６ｂ，１６ｄの基端側に位置する連結部１５に設けるようにすると良い。
【００４２】
また、上記実施形態では、矯正部１８を基板１２の構成材料により一体形成するように説明した。しかしながら、矯正部１８は、振動腕１６駆動時における連結部１５の剛性を変える（高める）ことを目的として設けられるものである。このため、矯正部１８は基板１２の形状形成とは別に設けるようにしても良く、基板１２の構成材料とは異なる材料により構成しても良い。例えば図７に示す振動片１０ｃのように、矯正部１８ａを金属膜により構成しても良い。矯正部形成部位に、金属膜を形成することにより、金属膜形成部分における連結部の剛性に変化を生じさせることができるからである。また、金属膜の他に、図８に示す振動片１０ｄのように、矯正部１８ｂを樹脂などのポッティング材により構成するようにしても良い。このような構成とした場合であっても、上記実施形態と同様な効果を奏することができるからである。なお、図７において、図７（Ａ）は振動片の裏面図であり、図７（Ｂ）は振動片の側面図である。また、図８においても、図８（Ａ）は振動片の裏面図であり、図８（Ｂ）は振動片の側面図である。
【００４３】
ここで、矯正部１８と基板１２の構成材料を同一とすることによれば、製造工程の短縮、および矯正部形成材料の確保が不要となるといった効果を奏することができ、製造コストの高騰を抑制することができる。
【００４４】
次に、本発明の振動子に係る実施の形態について、図９を参照して説明する。本実施形態に係る振動子５０は、振動片１０と、この振動片１０を内部に実装するパッケージ５２とより構成される。
【００４５】
振動片１０は、上記実施形態に係る振動片１０（１０ａ〜１０ｄを含む）を採用する。パッケージ５２は、パッケージベース５４と蓋体５６とを基本として構成される。パッケージベース５４は、箱型形状を成し、内部に振動片実装端子６０を備えるようにする。一方、パッケージベース５４の外部底面には、振動片実装端子６０と電気的に接続された外部実装端子６２を備えるようにする。
【００４６】
このような構成のパッケージベース５４は、絶縁部材により構成すれば良く、例えば、平板、および枠状のセラミックグリーンシートを積層し、これを焼成することで、形成することができる。なお、振動片実装端子６０、および外部実装端子６２は、セラミックグリーンシート上へのスクリーン印刷により形成することができる。
【００４７】
蓋体５６は、金属またはガラス等により構成される平板であれば良い。蓋体５６の構成材料としては、パッケージベース５４の構成材料と、線膨張率が近似するものが望ましい。温度変化によるクラックや剥離の発生を抑制するためである。パッケージベース５４をセラミックにより構成した場合には、コバール（合金）や、ソーダガラスなどとすると良い。
【００４８】
パッケージベース５４と蓋体５６との接合には、ロウ材５８を用いた溶接を行なう。蓋体５６を金属とした場合には、ロウ材５８を低融点金属、蓋体５６をガラスとした場合には、ロウ材５８を低融点ガラスとすれば良い。
【００４９】
このような構成部材から成る本実施形態に係る振動子５０の製造は、まず、パッケージベース５４の内部に振動片１０を搭載する。振動片１０の搭載は、接着剤６４によれば良い。振動片１０をパッケージベース５４に搭載した後、金線６６などを用いてワイヤボンディングを行い、振動片実装端子６０と振動片１０における入出力電極４２，４４（図１参照）とを電気的に接続する。このようにして振動片１０の実装を終了した後、パッケージベース５４に蓋体５６を接合し、開口部を封止する。
【００５０】
このような構成の振動子５０によれば、振動片１０における同相モードの振動（寄生振動）が抑制されるため、所望する発振周波数に対する精度、および信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態に係る振動子５０では、パッケージベース５４を箱型、蓋体５６を平板状としていたが、パッケージベースを平板状とし、蓋体をキャップ形状としても良い。
【００５１】
次に、本発明の発振器に係る実施の形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態に係る発振器７０は、振動片１０（１０ａ〜１０ｄを含む）と、この振動片１０を発振させるための電子部品８２、および振動片１０と電子部品８２を内部に実装するパッケージ７２とを基本として構成される。
【００５２】
振動片１０は、上記実施形態に係る振動片１０を採用する。パッケージ７２は、パッケージベース７４と蓋体７６とを基本として構成される。本実施形態に係るパッケージベース７４は、実装用のセンター基板７４ａを基点として、その上下にキャビティを備え、上部キャビティを振動片実装領域７５ａ、下部キャビティを電子部品実装領域７５ｂとしている。
【００５３】
センター基板７４における振動片実装領域７５ａ側には、振動片実装端子６０が設けられ、電子部品実装領域７５ｂ側には、電子部品実装端子８０が設けられている。また、パッケージベース７４の底面に当たる部位には、電子部品実装端子８０と電気的に接続された外部実装端子８６が設けられている。なお、構成部材、および製造方法については、上述した振動子５０におけるパッケージベース５４と同様である。また、蓋体７６についても、本実施形態では、金属またはガラスにより構成される平板であれば良く、ロウ材７８を用いてパッケージベース７４における振動片実装領域７５を封止する構成とする。
【００５４】
電子部品８２としては、例えば集積回路を備えたＩＣなどであれば良く、電子部品実装端子８０に対しては、バンプ８４を用いたフリップチップボンディングなどで実装すると良い。
【００５５】
このような構成の発振器７０も、振動子５０と同様に、振動片１０における同相モードの振動（寄生振動）が抑制されるため、所望する発振周波数に対する精度、および信頼性を向上させることができる。
【００５６】
本発明に係る電子機器の一例として、図１１に示す携帯電話１００や、図１２に示すパーソナルコンピュータ２００等を挙げることができる。いずれも上記実施形態に示した振動子５０や発振器７０のうちの少なくとも一方を、クロック源や信号の変調や復調に用いる局部発振器として搭載していることを特徴とする。このような特徴を有することにより、電子機器の小型化、薄型化に対応することができる。また、小型化を行なった場合であっても、電子機器の機能に合わせた通信等の高精度化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０………振動片、１２………基板、１４………基部、１５………連結部、１６（１６ａ〜１６ｃ）………振動腕、１８………矯正部、２０………第１電極、２２（２２ａ〜２２ｃ）………第１層励振電極、２４………第１層引出電極、２６………第１層引出電極、２８………圧電体層、３０（３０ａ〜３０ｃ）………励振電極被覆部、３２………引出電極被覆部、３４………開口部、３６………開口部、３８………第２電極、４０（４０ａ〜４０ｃ）………第２層励振電極、４２………入出力電極、４４………入出力電極、４６………第２層引出電極、４８………第２層引出電極、５０………振動子、７０………発振器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動片、振動子、発振器、および電子機器に係り、特に屈曲振動を励振する振動片、並びにこの振動片を搭載した振動子、ならびに発振器、およびこれらの振動子や発振器を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈曲振動を励起する振動片では、振動部の表裏面に生ずる局部的な圧縮と引張によって生ずる熱弾性損失を考慮した設計が必要となってくる。例えば特許文献１に開示されている技術によれば、水晶振動子の腕部分に溝を設けることで、共振の安定度を示すＱ値を向上させることができることが解る。
【０００３】
しかし、電子デバイスの小型化や薄型化に伴い、振動片の小型化や薄型化が進むと、振動部に精度良く溝を形成することは非常に困難となる。
このような問題点を回避する手段として、図１３（Ａ）に示すように振動部を薄型化し、この振動部に圧電体層を形成することが考案されている（特許文献２−４）。このような構成の振動片では、圧電体層の表裏に、電位の異なる電界を印加することで、圧電体層の形成面と交差する方向（法線方向）の振動を励起させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−３２２２９号公報
【特許文献２】特開２００９−５０２２号公報
【特許文献３】特開２００９−５０２３号公報
【特許文献４】特開２００９−５０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２−４に開示されているような構成の振動片であれば確かに、振動部の屈曲に伴う熱弾性損失を抑制することができる。特許文献２−４に開示されている振動片は、振動部としての振動腕を複数、具体的には奇数本備えると共に、この複数の振動腕の基端に基部を形成して成る。
【０００６】
このような構成の振動片では、振動腕が同相、あるいは特定の位相をもって振動するモードを利用して振動を励起している。また、このような構成の振動片では主に、実装のために肉厚化された基部と、熱弾性損失を抑制するために肉薄化された振動腕との間に、結晶構造の異方性によるエッチングレートや、屈曲振動時における応力の集中を避けることを目的として、振動腕と同様に肉薄化された連結部が設けられている。
【０００７】
肉薄化された連結部は、振動腕による法線方向の振動の影響を受け易い。このため、肉薄化された連結部を有する振動片では、各々の振動腕が約１８０度の位相差を持って振幅するウォークモード振動の他に、全ての振動腕が同相で振幅するような振動モードを生ずることがある（図１３（Ｂ）参照）。
【０００８】
例えば３本の振動腕を有する振動子では、図１４に示すようなインピーダンス特性を示すこととなる。ここで、所望するウォークモードの振動周波数をｆ１とすると、同相モードの振動が、寄生的振動モードとして、その周波数近傍に現れる。このような寄生的振動モードが生ずると、振動片を発振回路と組み合わせて発振器を構成した場合に、所望する発振周波数を得ることができなくなることがある。
【０００９】
そこで本発明では、上記問題点を解消し、振動部の熱弾性損失を抑制しつつ、同相モードの振動も抑制し、高精度で信頼性の高い振動片、振動子、発振器、および電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基部と、前記基部から延設された連結部と、互いに平行に延びる複数の第１軸上に、前記連結部を基端として延設され、第１面と該第１面に対向する第２面と前記第１面および前記第２面を連結する側面とを有し、前記第１面および前記第２面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕とを備え、前記複数の振動腕は、駆動時に互いに隣り合う前記振動腕が反対方向に屈曲振動し、屈曲方向が相反する前記振動腕のうちのいずれか一方の根元付近の連結部に配置される矯正部を有することを特徴とする振動片。
このような構成とすることにより、振動部における熱弾性損失を抑制しつつ、同相モードの振動も抑制し、高精度で信頼性の高い振動片を構成することができる。
【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の振動片であって、前記振動腕は、３本以上の奇数本設けることを特徴とする振動片。
このような構成とすることで、第１面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕が、安定したウォークモードで動作することとなる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載の振動片であって、前記矯正部は、前記基部の幅方向中心を基点として前記連結部の延設方向へ軸線を定めた中心軸を基点として線対称に設けることを特徴とする振動片。
このような構成とすることで、連結部のねじれを抑制し、寄生振動モードの発生を抑制する効果を高めることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれか１例に記載の振動片であって、前記基部は、前記連結部、および前記振動腕よりも肉厚であることを特徴とする振動片。
このような構成とすることにより、実装時の強度を確保しつつ、熱弾性損失を抑制することができる。
【００１４】
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれか１例に記載の振動片と、前記振動片を内部に実装したパッケージを有したことを特徴とする振動子。
このような構成とすることにより、小型化した場合であっても、高精度で、信頼性の高い振動子とすることができる。
【００１５】
［適用例６］適用例１乃至適用例４のいずれか１例に記載の振動片と、前記振動片の発振を制御する電子部品と、前記振動片を駆動する電子部品と、を有することを特徴とする発振器。
このような構成とすることにより、小型化した場合であっても、高精度で信頼性の高い発振器とすることができる。
【００１６】
［適用例７］適用例１乃至適用例４のいずれか１例に記載の振動片を搭載したことを特徴とする電子機器。
このような構成とすることにより、電子機器の小型化にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る振動片の構成を示す３面図である。
【図２】実施形態に係る振動片の構成を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態に係る振動片のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図４】実施形態に係る振動片における基板の製造工程を説明するための図である。
【図５】実施形態に係る振動片における第１の変形例を示す図である。
【図６】実施形態に係る振動片における第２の変形例を示す図である。
【図７】実施形態に係る振動片における第３の変形例を示す図である。
【図８】実施形態に係る振動片における第４の変形例を示す図である。
【図９】実施形態に係る振動片を実装した振動子の構成を示す図である。
【図１０】実施形態に係る振動片と、この振動片を発振させる回路を備えた電子部品を実装した発振器の構成を示す図である。
【図１１】実施形態に係る振動子、または発振器のうちの少なくとも一方を搭載する電子機器の一例としての携帯電話を示す図である。
【図１２】実施形態に係る振動子、または発振器のうちの少なくとも一方を搭載する電子機器の一例としてのパーソナルコンピュータを示す図である。
【図１３】従来の振動片の構成と同相振動モードの様子を示す図である。
【図１４】従来の振動片のインピーダンス特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の振動片、振動子、発振器、および電子機器に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る振動片について説明する。なお、図１において、図１（Ａ）は振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視を示す図であり、図１（Ｃ）は振動片の裏面図である。また、図２は、振動片の分解斜視図である。本実施形態に係る振動片１０は、基板１２と、圧電体層２８、および第１電極２０ならびに第２電極３８とを有する。
【００１９】
基板１２は、例えば水晶やシリコン等の単結晶材料により構成され、基部１４と、この基部１４から延設された連結部１５、および連結部１５を基端として延設された複数（図１、２に示す形態においては３つ）の振動腕１６（１６ａ〜１６ｃ）とから成る。実施形態に係る例の場合、基部１４は、連結部１５、および振動腕１６に比べて肉厚に形成され、実装時の機械的強度を保つことが可能な形態とされている。一方振動腕１６は、基部１４に比べて肉薄に形成され、振動時における熱弾性損失の抑制が図られている。また、振動腕１６は、基部１４を基点として連結部１５の延設方向へ軸線を定めた中心軸に平行に定められた第１軸上に設けられる。本実施形態の場合、３つの振動腕１６ａ〜１６ｃは、中心軸を基点として線対称に設けられる。なお、連結部１５は、形状形成時における基板１２の特性や、段差部に集中する応力の緩和を考慮して設けられている。基部１４と連結部１５、および振動腕１６との間で厚みを異ならせる構成とされる実施形態に係る基板１２は、基部１４と連結部１５、および振動腕１６とを平坦に連続させた第１面と、基部１４と連結部１５との間に段差を形成した第２面とを有する。このように形成される第１面は、振動腕１６の屈曲方向と交差（直交）する方向に沿った面であり、第２面は、当該第１面に対向する面となる。なお、基板１２を水晶により構成する場合、基板１２を形成する際の素板１２ａ（図４参照）のカット角はＺカットとすることが望ましいが、ＸカットやＡＴカットによるものであっても良い。実施形態に係る基板１２は、直接的に電圧が印加される対象とはならないため、基本的にはカット角が振動特性に影響を及ぼすことは無い。但し、Ｚカットで切り出された素板１２ａを用いた場合には、水晶の異方性エッチング特性を利用することで加工が容易になるといった利点がある。
【００２０】
第１電極２０、圧電体層２８、および第２電極３８は、基板１２における第１面に積層形成される。なおここで、第１電極２０とは圧電体層２８を形成する前に形成される電極であり、第２電極３８とは圧電体層２８を形成した後に形成される電極とする。よって、第１電極２０と第２電極３８といった表現と、各電極における電位とは関係が無い。また、各電極の電位については、図２の分解斜視図に示す第１電極２０、第２電極３８におけるハッチングの向きに依存するものとする。第１電極２０、第２電極３８の形成材料としては、基板１２である水晶との密着性が良く、圧電体層２８の配向性を促しやすいものとすると良い。電極部材として汎用性のある材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｚｒなどを挙げることができる。本実施形態では、第１電極２０、第２電極３８共に、下層にＣｒ、上層にＡｕとした２層構造の金属層により形成することとする。また、圧電体層２８としては、ＺｎＯやＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３などを挙げることができ、本実施形態では主にＡｌＮを採用することとする。
【００２１】
第１電極２０は例えば、第１層励振電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、第１層引出電極２４，２６とより構成される。ここで、第１層励振電極２２ａと第１層励振電極２２ｃとは同電位であり、第１層引出電極２４により接続されている。一方、第１層励振電極２２ｂは電気的に浮いた状態となり、詳細を後述する第２電極３８との接続のための第１層引出電極２６と接続されている。
【００２２】
圧電体層２８は、上述した第１電極２０を覆うように形成される。具体的には、振動腕１６ａ，１６ｂ，１６ｃに形成される励振電極被覆部３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、基部１４および連結部１５に形成される引出電極被覆部３２とより成る。引出電極被覆部３２には、上述した第１電極２０と、詳細を後述する第２電極３８とを電気的に接続するための開口部３４，３６が設けられている。なお、圧電体層２８は、その表裏面に対して電位の異なる電圧を印加されることで、法線方向（圧電体層２８形成面と交差する方向）へと屈曲する特性を持つ。
【００２３】
第２電極３８は例えば、第２層励振電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃと、第２層引出電極４６，４８、および入出力電極４２，４４とより構成される。ここで、第２層励振電極４０ｂと、入出力電極４２とは同電位であり、第２層引出電極４６により接続されている。また、第２層引出電極４６は、上述した圧電体層２８に形成した開口部３４を介して、第１層引出電極２４と電気的に接続されることとなる。よって、第１層励振電極２２ａ，２２ｃと第２層励振電極４０ｂとは、同電位の電圧が印加されることとなる。一方、第２層励振電極４０ａ，４０ｃと入出力電極４４とは同電位であるが、第２層引出電極４８は、第２層引出電極４６を介して寸断されており、直接的には接続されていない。しかし、第２層引出電極４８は、上述した圧電体層２８に形成した開口部３６を介して第１層引出電極２６と電気的に接続されており、第１層引出電極２６と第２層引出電極４８を介して第２層励振電極４０ａ，４０ｃ、および第１層励振電極２２ｂと、入出力電極４４とが電気的に接続されることとなる。なお、図１、図２においては、電位の異なることとなる第１層引出電極２４，２６の一部と第２層引出電極４６，４８の一部とが重複する形態として示されているが、実際には電位の異なる引出電極は、圧電体層２８の表裏面において重複しないように設計する。振動腕１６以外の箇所での励振を抑制するためである。
【００２４】
このような基本構成を有する本実施形態に係る振動片１０では、基板１２における連結部１５に矯正部１８が形成されている。矯正部１８は、連結部１５の一部の厚みを厚くすることにより構成され、形成部分の剛性を向上させる役割を担う。矯正部１８は、屈曲振動時の屈曲方向が相反することとなる振動腕１６のうちのいずれか一方、すなわち屈曲時の位相が異なることとなる振動腕１６のうちのいずれか一方（本実施形態においては、振動腕１６ａ，１６ｃの組、または振動腕１６ｂ）の基端側にあたる連結部１５に設けられる。また、矯正部１８は、各振動腕１６毎に定められた第１軸に掛かる位置に設けられる。
【００２５】
３つの振動腕１６を有する本実施形態に係る振動片１０においては、両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｃの第１軸に掛かる位置であって、連結部１５上に矯正部１８を設けている。このような構成とすることで、両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｃの基端側に位置する連結部１５の撓みが抑制される。このため、中心の振動腕１６ｂと、この振動腕１６ｂとの間の位相差を１８０度とする両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｃとによって励起されるウォークモードの振動に、連結部１５の撓みに起因して生ずる同相モードの振動が重畳することを防ぐことができる。
【００２６】
なお、矯正部１８は、振動片１０の中心軸を基点として線対称な形態となるように設けるようにする。このような構成とすることにより、振動片１０に捻れ方向の力が生ずることが無くなり、センサー等に使用した場合には、検出感度の劣化を防ぐことができる。
【００２７】
このような構成とすることにより、振動片１０のインピーダンス特性は、図３のように改善されることとなる。すなわち、同相モードの振動に起因して、ウォークモード振動周波数ｆ１近傍に生じていた寄生振動モードが、大きく抑制され、その結果、寄生振動モードが振動周波数ｆ１から離間し、しかも共振ピークが小さくなる。これにより、振動片１０は、所望する良好な共振特性を得ることが可能となり、高精度で信頼性の高いものとすることができる。
【００２８】
次に、図４を参照して、本実施形態に係る振動片１０の製造工程について説明する。まず、振動片１０の基礎となる素板１２ａを用意する。本実施形態では、素板１２ａとして水晶を採用する。素板１２ａを水晶とした場合における厚みは、５０〜１００μｍ程度とすることが望ましい（図４（Ａ）参照）。
【００２９】
次に、素板１２ａの表裏面をレジスト膜１２ｂ，１２ｃで覆う（図４（Ｂ）参照）。素板１２ａの表裏を覆ったレジスト膜１２ｂ，１２ｃのうち、裏面側（基板形成後に第２面となる側）を覆うレジスト膜１２ｃを、所望形状にパターニングする。レジスト膜１２ｃのパターニングは、パターニング形状に合わせたマスクを用いた露光と現像によるフォトリソグラフィー法によれば良い。ここで、パターニングされたレジスト膜１２ｃは、肉厚に形成される基部１４（図１参照）と、括れ状に形成される折り取り部（図４（Ｆ）参照）の他、矯正部１８（図１参照）を形成する部位を覆う形状とすると良い（図４（Ｃ）参照）。
【００３０】
レジスト膜１２ｃのパターニングを終えた後、パターニングされたレジスト膜１２ｃをマスクとして、エッチングを行い、素板１２ａの一部を肉薄化する。肉薄化される部位の厚みは、２〜１０μｍ程度とする。これにより、基部１４の厚み確保と矯正部１８の形成が成される。なお、実施形態に係る例の場合エッチングは、バッファー度フッ酸（ＢＨＦ）等を用いて行なうようにすれば良い（図４（Ｄ）参照）。更に、上記パターニングを確実に行なうために、レジストだけでなく金属膜を用いたメタルマスクを併用しても良い。
【００３１】
次に、基板１２の外形形成を行う。基板１２の外形形成は、基板１２の表面側、すなわち第１面となる側から行なうことが望ましい。外形形成を行う場合も、素板１２ａの肉薄化と同様に、素板１２ａの表裏面に対するレジスト膜１２ｄ，１２ｅの形成と、パターニングを行なう。ここで、素板１２ａの裏面側は凹凸形状となっているため、レジスト膜１２ｅの形成には、スプレイ方式のレジスト塗布を採用することが望ましい。レジスト膜１２d，１２ｅを形成した後、素板１２ａの表面側に、基板１２の外形形状を得るためのパターニングを施す。レジスト膜１２ｄは、少なくとも基部１４と連結部１５（図１参照）、および振動腕１６（図１参照）を覆う形態とする。なお、本実施形態では折り取り部も覆うようにレジスト膜１２ｄを形成した（図４（Ｅ）参照）。
【００３２】
次に、パターニングされたレジスト膜１２ｄ，１２ｅをマスクとして、ＢＨＦ等を用いて素板１２ａのエッチングを行う。これにより、基板１２の外形形成が完了し、折り取り部からの折り取りにより、基板１２を得ることが可能な状態となる。なお、実際には詳細を後述する第１電極２０（図２参照）、圧電体層２８（図２参照）、および第２電極３８（図２参照）等を形成した後、振動片１０として折り取りが行なわれる（図４（Ｆ）参照）。
【００３３】
基板１２の外形形成を終了した後、第１面に第１電極２０を形成する。第１電極２０の形成はまず、第１面の全面に金属層を形成する。金属層の形成は、マグネトロンスパッタリング等の手法を用いれば良い。金属層を形成した後、レジストを全面に塗布する。その後、フォトリソグラフィー法により、金属層をエッチングし、第１電極２０の形状に沿った金属パターンを得る。
【００３４】
第１電極２０を形成した後、所望箇所に対する圧電体層２８の形成を行う。まず、第１電極２０を含む基板の第１面の全面に、圧電体層を形成する。圧電体層の形成は、反応性ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて行なうようにする。圧電体層をＡｌＮとする場合、圧電体層の膜厚は、２０００Å〜１００００Å程度の範囲とすると良い。
【００３５】
次に、フォトリソグラフィー法によるレジストのパターニングとウエットエッチングにより、圧電体層を所望のパターンに形成する。圧電体層をＡｌＮとする場合には、ウエットエッチングのエッチング液には、強アルカリ水溶液を用いるようにする。強アルカリ水溶液の例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などがある。また、酸系では、リン酸を加熱したものなどでもエッチングすることができる。
【００３６】
圧電体層２８の形状形成が終了した後、第２電極３８の形成を行う。第２電極３８の形成は、第１電極２０の形成と同様に、第１面の全面に金属層を形成し、フォトリソグラフィー法によるレジストのパターニング、およびウエットエッチングによる形状形成を行えば良い。
【００３７】
上記実施形態では、基板１２を水晶により構成する旨記載した。しかしながら本実施形態に係る振動片１０は、圧電体層２８により面外方向の振動を励起することとしている。このため、基板１２の材料としては水晶以外の部材であっても良い。具体的には、水晶以外の圧電体材料であっても良いし、シリコン等の半導体材料であっても良い。
【００３８】
また、上記実施形態においては、圧電体層２８の上面に直接第２電極３８を形成していた。しかしながら、本実施形態に係る振動片１０は、圧電体層２８と第２電極３８との間に絶縁体層（絶縁膜）を形成するようにしても良い（不図示）。このような構成とすることにより、圧電体層２８に貫通孔が形成されていた場合であっても、第１電極２０と第２電極３８との間における短絡を防止することが可能となる。なお、絶縁体層の膜厚としては、短絡防止の観点からは５０ｎｍ以上とすることが望ましい。一方、圧電体層２８の特性低下を抑制する観点からは、５００ｎｍ以下とすることが望ましい。ここで、絶縁体層は、二酸化シリコンＳｉＯ２や窒化シリコンＳｉＮＸにより構成すれば良い。
【００３９】
さらに、上記実施形態に係る振動片１０における振動腕１６の第２面に対し、絶縁体層（無機膜）を形成するようにしても良い（不図示）。ＳｉＯ２やＳｉＮＸにより構成される絶縁体層を設けることにより、周波数温度特性を補正することができる。特に、熱酸化による二酸化シリコンは負の温度特性を持つことが知られており、周波数温度特性を調整するには好適である。
【００４０】
また、上記実施形態では、３本の振動腕１６のうち、両端にあたる部分に形成された振動腕１６ａ，１６ｃの基端側の連結部１５に矯正部１８を形成する旨記載した。しかしながら本発明に係る振動片は、図５に示す振動片１０ａのように、中心に位置する振動腕１６ｂの基端側の連結部１５のみに矯正部１８を形成するようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施形態に係る振動片１０は、振動腕を３本としていた。しかしながら本発明に係る振動片は、振動腕の数を３本以上の奇数本とすることができる。例えば図６に示す振動片１０ｂのように、振動腕を５本（振動腕１６ａ〜１６ｅ）とした場合、両端に位置する振動腕１６ａ，１６ｅと、中心に位置する振動腕１６ｃの振動時における位相が一致することとなる。このため、矯正部１８は図６に示すように、振動腕１６ａ，１６ｃ，１６ｅの基端側に位置する連結部１５に設けるか、図示はしないが、振動腕１６ｂ，１６ｄの基端側に位置する連結部１５に設けるようにすると良い。
【００４２】
また、上記実施形態では、矯正部１８を基板１２の構成材料により一体形成するように説明した。しかしながら、矯正部１８は、振動腕１６駆動時における連結部１５の剛性を変える（高める）ことを目的として設けられるものである。このため、矯正部１８は基板１２の形状形成とは別に設けるようにしても良く、基板１２の構成材料とは異なる材料により構成しても良い。例えば図７に示す振動片１０ｃのように、矯正部１８ａを金属膜により構成しても良い。矯正部形成部位に、金属膜を形成することにより、金属膜形成部分における連結部の剛性に変化を生じさせることができるからである。また、金属膜の他に、図８に示す振動片１０ｄのように、矯正部１８ｂを樹脂などのポッティング材により構成するようにしても良い。このような構成とした場合であっても、上記実施形態と同様な効果を奏することができるからである。なお、図７において、図７（Ａ）は振動片の裏面図であり、図７（Ｂ）は振動片の側面図である。また、図８においても、図８（Ａ）は振動片の裏面図であり、図８（Ｂ）は振動片の側面図である。
【００４３】
ここで、矯正部１８と基板１２の構成材料を同一とすることによれば、製造工程の短縮、および矯正部形成材料の確保が不要となるといった効果を奏することができ、製造コストの高騰を抑制することができる。
【００４４】
次に、本発明の振動子に係る実施の形態について、図９を参照して説明する。本実施形態に係る振動子５０は、振動片１０と、この振動片１０を内部に実装するパッケージ５２とより構成される。
【００４５】
振動片１０は、上記実施形態に係る振動片１０（１０ａ〜１０ｄを含む）を採用する。パッケージ５２は、パッケージベース５４と蓋体５６とを基本として構成される。パッケージベース５４は、箱型形状を成し、内部に振動片実装端子６０を備えるようにする。一方、パッケージベース５４の外部底面には、振動片実装端子６０と電気的に接続された外部実装端子６２を備えるようにする。
【００４６】
このような構成のパッケージベース５４は、絶縁部材により構成すれば良く、例えば、平板、および枠状のセラミックグリーンシートを積層し、これを焼成することで、形成することができる。なお、振動片実装端子６０、および外部実装端子６２は、セラミックグリーンシート上へのスクリーン印刷により形成することができる。
【００４７】
蓋体５６は、金属またはガラス等により構成される平板であれば良い。蓋体５６の構成材料としては、パッケージベース５４の構成材料と、線膨張率が近似するものが望ましい。温度変化によるクラックや剥離の発生を抑制するためである。パッケージベース５４をセラミックにより構成した場合には、コバール（合金）や、ソーダガラスなどとすると良い。
【００４８】
パッケージベース５４と蓋体５６との接合には、ロウ材５８を用いた溶接を行なう。蓋体５６を金属とした場合には、ロウ材５８を低融点金属、蓋体５６をガラスとした場合には、ロウ材５８を低融点ガラスとすれば良い。
【００４９】
このような構成部材から成る本実施形態に係る振動子５０の製造は、まず、パッケージベース５４の内部に振動片１０を搭載する。振動片１０の搭載は、接着剤６４によれば良い。振動片１０をパッケージベース５４に搭載した後、金線６６などを用いてワイヤボンディングを行い、振動片実装端子６０と振動片１０における入出力電極４２，４４（図１参照）とを電気的に接続する。このようにして振動片１０の実装を終了した後、パッケージベース５４に蓋体５６を接合し、開口部を封止する。
【００５０】
このような構成の振動子５０によれば、振動片１０における同相モードの振動（寄生振動）が抑制されるため、所望する発振周波数に対する精度、および信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態に係る振動子５０では、パッケージベース５４を箱型、蓋体５６を平板状としていたが、パッケージベースを平板状とし、蓋体をキャップ形状としても良い。
【００５１】
次に、本発明の発振器に係る実施の形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態に係る発振器７０は、振動片１０（１０ａ〜１０ｄを含む）と、この振動片１０を発振させるための電子部品８２、および振動片１０と電子部品８２を内部に実装するパッケージ７２とを基本として構成される。
【００５２】
振動片１０は、上記実施形態に係る振動片１０を採用する。パッケージ７２は、パッケージベース７４と蓋体７６とを基本として構成される。本実施形態に係るパッケージベース７４は、実装用のセンター基板７４ａを基点として、その上下にキャビティを備え、上部キャビティを振動片実装領域７５ａ、下部キャビティを電子部品実装領域７５ｂとしている。
【００５３】
センター基板７４における振動片実装領域７５ａ側には、振動片実装端子６０が設けられ、電子部品実装領域７５ｂ側には、電子部品実装端子８０が設けられている。また、パッケージベース７４の底面に当たる部位には、電子部品実装端子８０と電気的に接続された外部実装端子８６が設けられている。なお、構成部材、および製造方法については、上述した振動子５０におけるパッケージベース５４と同様である。また、蓋体７６についても、本実施形態では、金属またはガラスにより構成される平板であれば良く、ロウ材７８を用いてパッケージベース７４における振動片実装領域７５を封止する構成とする。
【００５４】
電子部品８２としては、例えば集積回路を備えたＩＣなどであれば良く、電子部品実装端子８０に対しては、バンプ８４を用いたフリップチップボンディングなどで実装すると良い。
【００５５】
このような構成の発振器７０も、振動子５０と同様に、振動片１０における同相モードの振動（寄生振動）が抑制されるため、所望する発振周波数に対する精度、および信頼性を向上させることができる。
【００５６】
本発明に係る電子機器の一例として、図１１に示す携帯電話１００や、図１２に示すパーソナルコンピュータ２００等を挙げることができる。いずれも上記実施形態に示した振動子５０や発振器７０のうちの少なくとも一方を、クロック源や信号の変調や復調に用いる局部発振器として搭載していることを特徴とする。このような特徴を有することにより、電子機器の小型化、薄型化に対応することができる。また、小型化を行なった場合であっても、電子機器の機能に合わせた通信等の高精度化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０………振動片、１２………基板、１４………基部、１５………連結部、１６（１６ａ〜１６ｃ）………振動腕、１８………矯正部、２０………第１電極、２２（２２ａ〜２２ｃ）………第１層励振電極、２４………第１層引出電極、２６………第１層引出電極、２８………圧電体層、３０（３０ａ〜３０ｃ）………励振電極被覆部、３２………引出電極被覆部、３４………開口部、３６………開口部、３８………第２電極、４０（４０ａ〜４０ｃ）………第２層励振電極、４２………入出力電極、４４………入出力電極、４６………第２層引出電極、４８………第２層引出電極、５０………振動子、７０………発振器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延設された連結部と、
互いに平行に延びる複数の第１軸上に、前記連結部を基端として延設され、第１面と該第１面に対向する第２面と前記第１面および前記第２面を連結する側面とを有し、前記第１面および前記第２面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕とを備え、
前記複数の振動腕は、駆動時に互いに隣り合う前記振動腕が反対方向に屈曲振動し、
屈曲方向が相反する前記振動腕のうちのいずれか一方の根元付近の連結部に配置される矯正部を有することを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片であって、
前記振動腕は、３本以上の奇数本設けることを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の振動片であって、
前記矯正部は、前記基部の幅方向中心を基点として前記連結部の延設方向へ軸線を定めた中心軸を基点として線対称に設けることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の振動片であって、
前記基部は、前記連結部、および前記振動腕よりも肉厚であることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動片と、
前記振動片を内部に実装したパッケージを有したことを特徴とする振動子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動片と、
前記振動片の発振を制御する電子部品と、
前記振動片を駆動する電子部品と、
を有することを特徴とする発振器。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動片を搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基部と、
前記基部から延設された連結部と、
互いに平行に延びる複数の第１軸上に、前記連結部を基端として延設され、第１面と該第１面に対向する第２面と前記第１面および前記第２面を連結する側面とを有し、前記第１面および前記第２面に対して法線方向に屈曲する複数の振動腕とを備え、
前記複数の振動腕は、駆動時に互いに隣り合う前記振動腕が反対方向に屈曲振動し、
屈曲方向が相反する前記振動腕のうちのいずれか一方の根元付近の連結部に配置される矯正部を有することを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片であって、
前記振動腕は、３本以上の奇数本設けることを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の振動片であって、
前記矯正部は、前記基部の幅方向中心を基点として前記連結部の延設方向へ軸線を定めた中心軸を基点として線対称に設けることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の振動片であって、
前記基部は、前記連結部、および前記振動腕よりも肉厚であることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動片と、
前記振動片を内部に実装したパッケージを有したことを特徴とする振動子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動片と、
前記振動片の発振を制御する電子部品と、
前記振動片を駆動する電子部品と、
を有することを特徴とする発振器。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動片を搭載したことを特徴とする電子機器。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１２−３４１７１（Ｐ２０１２−３４１７１Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７１６１７（Ｐ２０１０−１７１６１７）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【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２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【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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