谐振子以及具备该谐振子的谐振装置

文档序号:817408 发布日期:2021-03-26 浏览:42次 >En<

阅读说明:本技术 谐振子以及具备该谐振子的谐振装置 (Resonator and resonance device provided with same ) 是由 井上义久 河合良太 后藤雄一 于 2019-04-23 设计创作,主要内容包括:本发明提供谐振子以及具备该谐振子的谐振装置。谐振子(10)具备:基部(130);至少三个振动臂(121A~D),具有压电膜(F3)、上部电极E2以及下部电极E1;保持部(140);以及保持臂(150),至少三个振动臂(121A~D)的各振动臂(121A~D)具有臂部(123A~D)和前端部(122A~D),保持臂(150)具有与外侧振动臂(121A)并行地延伸的保持侧臂(153A),外侧振动臂(121A)的前端部(122A)与保持部(140)之间的释放宽度(12Wa)比保持侧臂(153A)与保持部(140)之间的释放宽度(15Wa)、或者外侧振动臂(121A)的臂部(123A)与保持侧臂(153A)之间的释放宽度(15Wb)大。(The invention provides a resonator and a resonance device provided with the same. A resonator (10) is provided with: a base (130); at least three resonating arms (121A-D) each having a piezoelectric film (F3), an upper electrode E2, and a lower electrode E1; a holding section (140); and a holding arm (150), wherein each of the at least three vibration arms (121A-D) has an arm portion (123A-D) and a tip portion (122A-D), the holding arm (150) has a holding side arm (153A) extending in parallel with the outer vibration arm (121A), and a release width (12Wa) between the tip portion (122A) of the outer vibration arm (121A) and the holding portion (140) is greater than a release width (15Wa) between the holding side arm (153A) and the holding portion (140), or a release width (15Wb) between the arm portion (123A) of the outer vibration arm (121A) and the holding side arm (153A).)

谐振子以及具备该谐振子的谐振装置

技术领域

本发明涉及谐振子以及具备该谐振子的谐振装置。

背景技术

在智能手机等电子设备中,例如作为定时装置,组装有作为MEMS(Micro ElectroMechanical Systems:微机电系统)的一种的谐振装置。这样的谐振装置例如具备下盖、在与下盖之间形成空腔的上盖、以及配置在下盖以及上盖之间的空腔内的谐振子。谐振子例如具备压电膜、夹着压电膜设置的上部电极以及下部电极、以及设置在层间或者表面的绝缘膜。

作为这样的谐振子的具体构成,例如在专利文献1公开了具备第一电极以及第二电极、设置在第一电极与第二电极之间的压电膜、设置在第一电极上的由绝缘体构成的保护膜、以及设置在保护膜上的由导电体构成的导电膜,且导电膜与第一电极以及第二电极的任意一方电连接的谐振子。

专利文献1:国际公开第2017/208568号

在以往的谐振子中,已知有在由于离子束溅射、热电效应等而表面或者层间的绝缘体、导电体带电时,由于库伦力而对谐振子作用引力或者斥力,而谐振频率变动的情况。在具有从基部延伸突出并以弯曲振动模式振动的振动臂的谐振子的情况下,这样的库伦力所带来的影响在振动臂中最容易位移且可动域较大的前端部显著。

对于这一点,在专利文献1所记载的谐振子中虽然能够在一定程度释放在导电膜带电的电荷,但有设置导电膜的区域被限制的情况,有不能够充分地排除振动臂受到的库伦力的影响的情况。

若增大在振动臂的周围形成的间隙的宽度,则能够降低振动臂受到的库伦力的影响。然而,若在维持基部以及振动臂的尺寸的状态下增大该间隙,则有谐振子的尺寸增大的担心。若缩小基部或者振动臂的尺寸来增大该间隙,则有谐振子的振动特性降低的担心。特别是,若缩小基部的尺寸,则会担心频率的驱动电压依赖性等振动特性的劣化。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的,其目的在于提供能够抑制谐振频率的变动并且能够实现小型化的谐振子以及具备该谐振子的谐振装置。

本发明的一方式所涉及的谐振子具备:基部;至少三个振动臂,具有压电膜、和相互之间夹着压电膜对置地设置的上部电极以及下部电极,一端是与基部的前端部连接的固定端,另一端是远离前端部设置的开放端;保持部,用于保持基部;以及保持臂,将基部与保持部连接,至少三个振动臂的各振动臂具有:臂部,从基部的前端部延伸;和前端部,与臂部连接,保持臂具有保持侧臂,该保持侧臂在至少三个振动臂中的配置于外侧的外侧振动臂与保持部之间与外侧振动臂并行地延伸,外侧振动臂的前端部与保持部之间的释放宽度比保持侧臂与保持部之间的释放宽度、或者外侧振动臂的臂部与保持侧臂之间的释放宽度大。

根据本发明,能够提供能够抑制谐振频率的变动并且能够实现小型化的谐振子以及具备该谐振子的谐振装置。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置的外观的立体图。

图2是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置的结构的分解立体图。

图3是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振子的结构的俯视图。

图4是示意性地表示图1所示的谐振装置的层叠结构的沿着X轴的剖视图。

图5是示意性地表示图1所示的谐振装置的动作时的层叠结构的沿着Y轴的剖视图。

图6是示意性地表示本发明的第二实施方式所涉及的谐振子的结构的俯视图。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中,以相同或者相似的附图标记表示相同或者相似的构成要素。附图为例示,各部的尺寸、形状是示意性内容,并不应该理解为将本发明的技术范围限定于该实施方式。

<第一实施方式>

首先,参照图1以及图2,对本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置1的构成进行说明。图1是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置的外观的立体图。图2是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置的结构的分解立体图。

(谐振装置1)

该谐振装置1具备谐振子10、和设置为夹着谐振子10相互对置的下盖20以及上盖30。依次沿Z轴方向层叠下盖20、谐振子10、以及上盖30。谐振子10与下盖20接合,且谐振子10与上盖30接合。在经由谐振子10相互接合的下盖20与上盖30之间形成有谐振子10的振动空间。谐振子10、下盖20、以及上盖30分别使用半导体基板、玻璃基板、有机基板等能够进行基于精细加工技术的加工的基板来形成。

以下,对谐振装置1的各构成进行说明。此外,在以下的说明中,将谐振装置1中设置上盖30的一侧设为上(或者表),并将设置下盖20的一侧设为下(或者里)来进行说明。

谐振子10是使用MEMS技术制造的MEMS振子。谐振子10具备振动部110、保持部140、以及保持臂150。振动部110保持于振动空间。振动部110的振动模式不被限定,例如是相对于XY面的面外弯曲振动模式,但也可以是相对于XY面的面内弯曲振动模式。保持部140例如设置为矩形的框状以便包围振动部110。保持臂150将振动部110与保持部140连接。

下盖20具有沿着XY平面设置的矩形平板状的底板22、和从底板22的周边部向Z轴方向延伸的侧壁23。侧壁23与谐振子10的保持部140接合。在下盖20,在与谐振子10的振动部110对置的面中形成有通过底板22的表面和侧壁23的内面形成的凹部21。凹部21是向上开口的长方体状的开口部,形成谐振子10的振动空间的一部分。在下盖20的内面,在底板22的表面形成有向振动空间突出的突起部50。

上盖30的结构除了突起部50之外,以谐振子10为基准与下盖20的结构对称。即,上盖30具有沿着XY平面设置的矩形平板状的底板32、和从底板32的周边部向Z轴方向延伸的侧壁33,侧壁33与谐振子10的保持部140接合。在上盖30,在与谐振子10的振动部110对置的面中形成有凹部31。凹部31是向下开口的长方体状的开口部,形成谐振子10的振动空间的一部分。

此外,下盖20的结构和上盖30的结构并不限定于上述方式,例如也可以相互非对称。例如,也可以下盖20以及上盖30的一方为穹顶状。下盖20的凹部21以及上盖30的凹部31的形状也可以相互不同,例如也可以凹部21和凹部31的深度相互不同。

(谐振子10)

接下来,参照图3,对本发明的实施方式所涉及的谐振子10的振动部110、保持部140、以及保持臂150的构成进行更详细的说明。图3是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振子的结构的俯视图。

(振动部110)

振动部110在从上盖30侧的俯视时,设置在保持部140的内侧。在振动部110与保持部140之间以规定的间隔形成空间。振动部110具有由四个振动臂121A、121B、121C、121D构成的激励部120、和与激励部120连接的基部130。此外,振动臂的数目并不限定于四个,能够设定为三个以上的任意的数目。在本实施方式中,激励部120与基部130形成为一体。

(振动臂121A~D)

振动臂121A、121B、121C、121D分别沿着Y轴方向延伸,并依次以规定的间隔在X轴方向上并排地设置。振动臂121A的一端是与后述的基部130的前端部131A连接的固定端,振动臂121A的另一端是远离基部130的前端部131A设置的开放端。振动臂121A具有形成于开放端侧的前端部122A、和从固定端延伸并与前端部122A连接的臂部123A。振动臂121B、121C、121D也同样地分别具有前端部122B、122C、122D、和臂部123B、123C、123D。此外,臂部123A~D分别是例如X轴方向的宽度为50μm左右,Y轴方向的长度为450μm左右。

四个振动臂中振动臂121A、121D是配置在X轴方向的外侧的外侧振动臂,另一方面,振动臂121B、121C是配置在X轴方向的内侧的内侧振动臂。作为一个例子,设定为在内侧振动臂121B、121C各自的臂部123B、123C彼此之间形成的间隙的宽度(以下,称为“释放宽度”。)W1比在X轴方向上相邻的外侧振动臂121A与内侧振动臂121B各自的臂部123A、123B彼此之间的释放宽度W2、以及在X轴方向上相邻的外侧振动臂121D与内侧振动臂121C各自的臂部123D、123C彼此之间的释放宽度W2大。这样,通过将释放宽度W1设定为比释放宽度W2大,能够改善振动特性、耐久性。释放宽度W1、W2的数值并不限定,例如释放宽度W1为25μm左右,释放宽度W2为10μm左右。此外,内侧振动臂彼此的臂部间的释放宽度W1、和内侧振动臂与外侧振动臂的臂部间的释放宽度W2并不限定于图3所示的方式,也可以将释放宽度W1设定为比释放宽度W2小,或者也可以将它们设定为等间隔。

前端部122A~D各自的沿着X轴方向的宽度比臂部123A~D各自的沿着X轴方向的宽度大。因此,前端部122A~D各自的Y轴方向的每单位长度的重量(以下,也可以仅称为“重量”。)比臂部123A~D各自的重量重。即,前端部122A~D相当于用于使振动臂121A~D的重量增大的质量负荷部。由此能够使振动部110小型化,并且改善振动特性。并且从增大前端部122A~D各自的重量的观点来看,也可以在前端部122A~D各自的表面设置质量附加膜。这样的质量附加膜能够作为通过削去其一部分来调整振动臂121A~D的谐振频率的频率调整膜使用。

在从上盖30侧俯视时,在内侧振动臂121B、121C各自的臂部123B、123C之间形成有从下盖20突出的突起部50。突起部50与臂部123B、123C并行地向Y轴方向延伸。突起部50的Y轴方向的长度为240μm左右,X轴方向的长度为15μm左右。通过形成突起部50,能够抑制下盖20的弯曲。

(基部130)

如图3所示,基部130在从上盖30侧的俯视时,具有前端部131A、后端部131B、左端部131C、以及右端部131D。前端部131A、后端部131B、左端部131C、以及右端部131D分别是基部130的外边缘部的一部分。具体而言,前端部131A是在振动臂121A~D侧沿X轴方向延伸的端部。后端部131B是在与振动臂121A~D相反侧沿X轴方向延伸的端部。左端部131C是从振动臂121D观察在振动臂121A侧沿Y轴方向延伸的端部。右端部131D是从振动臂121A观察在振动臂121D侧沿Y轴方向延伸的端部。

左端部131C的两端分别连接前端部131A的一端和后端部131B的一端。右端部131D的两端分别连接前端部131A的另一端和后端部131B的另一端。前端部131A与后端部131B在Y轴方向相互对置。左端部131C以及右端部131D在X轴方向相互对置。在前端部131A连接有振动臂121A~D。

在从上盖30侧俯视时,基部130的形状是将前端部131A以及后端部131B作为长边,并将左端部131C以及右端部131D作为短边的大致长方形。基部130形成为相对于沿着前端部131A以及后端部131B各自的垂直二等分线规定的假想平面P大致面对称。此外,基部130并不限定于图3所示的长方形,也可以是相对于假想平面P构成大致面对称的其它的形状。例如,基部130的形状也可以是前端部131A以及后端部131B的一方比另一方长的梯形形状。另外,也可以前端部131A、后端部131B、左端部131C、以及右端部131D的至少一个弯曲或者屈曲。

此外,假想平面P相当于振动部110整体的对称面。因此,假想平面P也是通过振动臂121A~D的X轴方向上的中心的平面,位于内侧振动臂121B、121C之间。具体而言,相邻的外侧振动臂121A以及内侧振动臂121B形成为隔着假想平面P与相邻的外侧振动臂121D以及内侧振动臂121C对称。

在基部130中,前端部131A与后端部131B之间的Y轴方向上的最长距离亦即基部长作为一个例子为40μm左右。另外,左端部131C与右端部131D之间的X轴方向上的最长距离亦即基部宽度作为一个例子为300μm左右。此外,在图3所示的构成例中,基部长相当于左端部131C或者右端部131D的长度,基部宽度相当于前端部131A或者后端部131B的长度。

(保持部140)

保持部140是用于在通过下盖20和上盖30形成的振动空间保持振动部110的部分,例如包围振动部110。如图3所示,保持部140在从上盖30侧的俯视时,具有前框141A、后框141B、左框141C、以及右框141D。前框141A、后框141B、左框141C、以及右框141D分别是包围振动部110的大致矩形形状的框体的一部分。具体而言,前框141A是从基部130观察在激励部120侧沿X轴方向延伸的部分。后框141B是从激励部120观察在基部130侧沿X轴方向延伸的部分。左框141C是从振动臂121D观察在振动臂121A侧沿Y轴方向延伸的部分。右框141D是从振动臂121A观察在振动臂121D侧沿Y轴方向延伸的部分。保持部140形成为相对于假想平面P面对称。

左框141C的两端分别与前框141A的一端以及后框141B的一端连接。右框141D的两端分别与前框141A的另一端以及后框141B的另一端连接。前框141A与后框141B在Y轴方向夹着振动部110相互对置。左框141C与右框141D在X轴方向夹着振动部110相互对置。此外,保持部140只要设置在振动部110的周围的至少一部分即可,并不限定于沿周方向连续的框状的形状。

(保持臂150)

保持臂150设置在保持部140的内侧,将基部130与保持部140连接。如图3所示,保持臂150在从上盖30侧的俯视时,具有左保持臂151A和右保持臂151B。左保持臂151A将基部130的后端部131B与保持部140的左框141C连接。右保持臂151B将基部130的后端部131B与保持部140的右框141D连接。左保持臂151A具有保持后臂152A和保持侧臂153A,右保持臂151B具有保持后臂152B和保持侧臂153B。保持臂150形成为相对于假想平面P面对称。

保持后臂152A、152B在基部130的后端部131B与保持部140之间,从基部130的后端部131B延伸。具体而言,保持后臂152A从基部130的后端部131B朝向后框141B延伸突出,并弯曲而朝向左框141C延伸。保持后臂152B从基部130的后端部131B朝向后框141B延伸突出,并弯曲而朝向右框141D延伸。

保持侧臂153A在外侧振动臂121A与保持部140之间,与外侧振动臂121A并行地延伸。保持侧臂153B在外侧振动臂121D与保持部140之间,与外侧振动臂121D并行地延伸。具体而言,保持侧臂153A从保持后臂152A的左框141C侧的端部朝向前框141A延伸,并弯曲而与左框141C连接。保持侧臂153B从保持后臂152B的右框141D侧的端部朝向前框141A延伸,并弯曲而与右框141D连接。

此外,保持臂150并不限定于上述的构成。例如,保持臂150也可以与基部130的左端部131C以及右端部131D连接。另外,保持臂150也可以与保持部140的前框141A连接。

(层叠结构)

接下来,参照图4以及图5,对本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置1的层叠结构以及动作进行说明。图4是示意性地表示图1所示的谐振装置的层叠结构的沿着X轴的剖视图。图5是示意性地表示图1所示的谐振装置的动作时的层叠结构的沿着Y轴的剖视图。此外,图4仅为了说明谐振装置1的层叠结构而示意性地图示臂部123A~D、引出线C2以及C3、贯通电极V2以及V3等的剖面,这些部件并不一定位于同一平面的剖面上。例如,也可以贯通电极V2以及V3也可以形成在从与由Z轴以及X轴规定的ZX平面平行并切断臂部123A~D的剖面向Y轴方向远离的位置。同样地,图5仅为了说明谐振装置1的层叠结构,而示意性地图示振动臂121A、引出线C1以及C2、贯通电极V1以及V2等的剖面,这些部件并不一定位于同一平面的剖面上。

谐振装置1在下盖20的侧壁23上接合谐振子10的保持部140,并且,谐振子10的保持部140与上盖30的侧壁33接合。这样在下盖20与上盖30之间保持谐振子10,通过下盖20、上盖30以及谐振子10的保持部140形成了振动部110振动的振动空间。作为一个例子分别使用硅(Si)基板(以下,称为“Si基板”。)形成谐振子10、下盖20、以及上盖30。此外,也可以分别使用层叠了硅层以及氧化硅膜的SOI(Silicon On Insulator:绝缘体上硅)基板形成谐振子10、下盖20、以及上盖30。

(谐振子10)

通过同一工序一体地形成谐振子10的振动部110、保持部140、以及保持臂150。谐振子10在作为基板的一个例子的Si基板F2之上层叠金属膜E1。而且,在金属膜E1之上层叠有压电膜F3以覆盖金属膜E1,并且,在压电膜F3之上层叠有金属膜E2。在金属膜E2之上层叠有保护膜F5以覆盖金属膜E2。也可以在前端部122A~D,进一步在保护膜F5之上层叠上述的质量附加膜。例如通过照射氩(Ar)离子束的干式蚀刻对由上述的Si基板F2、金属膜E1、压电膜F3、金属膜E2、保护膜F5等构成的层叠体进行除去加工,将振动部110、保持部140、以及保持臂150图案化。被实施了离子束蚀刻的谐振子10的表面以及侧面由于被照射带电粒子而同极地带电。

Si基板F2例如由厚度6μm左右的简并的n型硅(Si)半导体形成,能够包含磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等作为n型掺杂剂。Si基板F2所使用的简并硅(Si)的电阻值例如小于16mΩ·cm,更优选在1.2mΩ·cm以下。并且,在Si基板F2的下表面形成有例如由SiO2等硅氧化物构成的温度特性修正层F21。振动部110通过具有温度特性修正层F21,能够降低伴随环境温度的变化的谐振子10的谐振频率的变化。此外,温度特性修正层既可以形成在Si基板F2的上表面,也可以形成在Si基板F2的上表面以及下表面双方。

优选以均匀的厚度形成前端部122A~D的温度特性修正层F21。此外,均匀的厚度是指温度特性修正层F21的厚度的偏差在厚度的平均值的±20%以内。

金属膜E1、E2分别具有激励振动臂121A~D的激励电极、和使激励电极与外部电源或者接地电位电连接的引出电极。金属膜E1、E2的作为激励电极发挥作用的部分在振动臂121A~D的臂部123A~D中隔着压电膜F3相互对置。金属膜E1、E2的作为引出电极发挥作用的部分例如经由保持臂150从基部130导出到保持部140。金属膜E1遍及谐振子10整体电连续。金属膜E2在形成于外侧振动臂121A、121D的部分和形成于内侧振动臂121B、121C的部分电分离。金属膜E1相当于下部电极,金属膜E2相当于上部电极。

金属膜E1、E2各自的厚度例如为0.1μm以上0.2μm以下左右。金属膜E1、E2在成膜后,通过蚀刻等除去加工而图案化为激励电极、引出电极等。金属膜E1、E2例如由结晶结构为体心立方结构的金属材料形成。具体而言,使用Mo(钼)、钨(W)等形成金属膜E1、E2。

压电膜F3是由将电能和机械能相互转换的压电体的一种形成的薄膜。压电膜F3根据通过金属膜E1、E2形成在压电膜F3的电场,沿XY平面的面内方向中的Y轴方向伸缩。通过该压电膜F3的伸缩,振动臂121A~D分别使其开放端朝向下盖20以及上盖30的内面位移,以面外的弯曲振动模式振动。

压电膜F3通过具有纤锌矿型六方晶结构的结晶结构的材质形成,例如能够将氮化铝(AlN)、氮化钪铝(ScAlN)、氧化锌(ZnO)、氮化钙(GaN)、氮化铟(InN)等氮化物或者氧化物作为主成分。此外,氮化钪铝是将氮化铝中的铝的一部分置换为钪后的材质,也可以代替钪,而用镁(Mg)以及铌(Nb)、或者镁(Mg)以及锆(Zr)等两种元素置换。压电膜F3的厚度例如为1μm左右,但也可以是0.2μm~2μm左右。

保护膜F5保护金属膜E2免于氧化。此外,保护膜F5若设置在金属膜E2的上盖30侧,则也可以不对上盖30的底板32露出。例如,也可以形成降低形成于谐振子10的布线的电容的寄生电容降低膜等覆盖保护膜F5的膜。例如通过氮化铝(AlN)、硅氮化物(SiNX)等氮化膜、或者氧化铝(Al2O3)、五氧化二钽(Ta2O5)、硅氧化物(SiOX)等氧化膜形成保护膜F5。

保护膜F5的设置于前端部122A~D的部分也可以例如通过氩离子束进行修剪,以进行谐振频率的调整。在该修剪处理中,谐振子10的表面以及侧面也由于被照射带电粒子而同极地带电。在前端部122A~D进一步在保护膜F5之上设置质量附加膜的情况下,从使该质量附加膜作为频率调整膜发挥作用时的效率的观点来看,优选由比保护膜F5容易修剪的材料形成质量附加膜,质量附加膜例如是钼(Mo)膜。

在保持部140的保护膜F5之上形成有引出线C1、C2以及C3。引出线C1通过形成于压电膜F3以及保护膜F5的通孔,与金属膜E1电连接。引出线C2通过形成于保护膜F5的通孔,与金属膜E2中的形成于外侧振动臂121A、121D的部分电连接。引出线C3通过形成于保护膜F5的通孔,与金属膜E2中的形成于内侧振动臂121B、121C的部分电连接。引出线C1~C3由铝(Al)、锗(Ge)、金(Au)、锡(Sn)等金属材料形成。

(下盖20)

下盖20的底板22以及侧壁23通过Si基板P10一体地形成。Si基板P10由未简并的硅形成,其电阻率例如为10Ω·cm以上。在下盖20的凹部21的内侧,Si基板P10露出。在突起部50的上表面形成有温度特性修正层F21。另外,从抑制突起部50的带电的观点来看,也可以电阻率比温度特性修正层F21低的Si基板P10在突起部50的上表面露出,也可以在突起部50的上表面形成有导电层。此外,也可以在下盖20的凹部21的与谐振子10对置的一侧的面形成有吸气剂层。

在Z轴方向上规定的下盖20的厚度为150μm左右,同样地规定的凹部21的深度D1为100μm左右。振动臂121A~D的振幅被深度D1限制,所以下盖20侧的最大振幅为100μm左右。

此外,下盖20也能够视为SOI基板的一部分。在将谐振子10以及下盖20视为通过一体的SOI基板形成的MEMS基板的情况下,下盖20的Si基板P10相当于SOI基板的支承基板,谐振子10的温度特性修正层F21相当于SOI基板的BOX层,谐振子10的Si基板F2相当于SOI基板的活性层。此时,在谐振装置1的外侧,也可以使用连续的MEMS基板的一部分形成各种半导体元件、电路等。

(上盖30)

上盖30的底板32以及侧壁33通过Si基板Q10一体地形成。优选上盖30的表面、背面、以及通孔的内侧面被硅氧化膜Q11覆盖。氧化硅膜Q11例如通过Si基板Q10的氧化、化学气相蒸镀(CVD:Chemical Vapor Deposition)形成于Si基板Q10的表面。在上盖30的凹部31的内侧,Si基板Q10露出。此外,也可以在上盖30的凹部31的与谐振子10对置的一侧的面形成有吸气剂层。吸气剂层例如由钛(Ti)等对氧的亲和力较强的材料形成,吸附从接合部H释放出的排气,抑制振动空间的真空度的降低。

在Z轴方向上规定的上盖30的厚度为150μm左右,同样地规定的凹部31的深度D2为100μm左右。振动臂121A~D的振幅被深度D2限制,所以上盖30侧的最大振幅为100μm左右。

在上盖30的上表面(与和谐振子10对置的面相反侧的面)形成有端子T1、T2以及T3。端子T1是使金属膜E1接地的安装端子。端子T2是使外侧振动臂121A、121D的金属膜E2与外部电源电连接的安装端子。端子T3是使内侧振动臂121B、121C的金属膜E2与外部电源电连接的安装端子。例如在铬(Cr)、钨(W)、镍(Ni)等金属化层(基底层)实施镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、Cu(铜)等的电镀来形成端子T1~T3。此外,也可以在上盖30的上表面形成有与谐振子10电绝缘的虚拟端子,以调整寄生电容、机械强度平衡。

在上盖30的侧壁33的内部形成有贯通电极V1、V2以及V3。贯通电极V1将端子T1与引出线C1电连接,贯通电极V2将端子T2与引出线C2电连接,贯通电极V3将端子T3与引出线C3电连接。在沿Z轴方向贯通上盖30的侧壁33的通孔填充导电性材料来形成贯通电极V1~V3。被填充的导电性材料例如是多晶硅(Poly-Si)、铜(Cu)、金(Au)等。

在上盖30的侧壁33与保持部140之间形成有接合部H,以将上盖30的侧壁33与谐振子10的保持部140接合。接合部H为了以真空状态气密密封谐振子10的振动空间,而形成为在XY平面包围振动部110的闭环状。例如通过依次层叠铝(Al)膜、锗(Ge)膜、以及铝(Al)膜并进行了共晶接合的金属膜形成接合部H。此外,也可以通过从金(Au)、锡(Sn)、铜(Cu)、钛(Ti)、硅(Si)等适当地选择的膜的组合来形成接合部H。另外,为了使紧贴性提高,接合部H也可以夹有氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)等金属化合物。

(动作)

在本实施方式中,端子T1接地,对端子T2和端子T3施加相位相互相反的交流电压。因此,形成于外侧振动臂121A、121D的压电膜F3的电场的相位与形成于内侧振动臂121B、121C的压电膜F3的电场的相位相互相反。由此,外侧振动臂121A、121D与内侧振动臂121B、121C相互反相振动。例如,在外侧振动臂121A、121D各自的前端部122A、122D朝向上盖30的内面位移时,内侧振动臂121B、121C各自的前端部122B、122C朝向下盖20的内面位移。如以上那样,振动臂121A和振动臂121B绕着在相邻的振动臂121A与振动臂121B之间沿Y轴方向延伸的中心轴r1向上下相反方向振动。另外,振动臂121C和振动臂121D绕着在相邻的振动臂121C与振动臂121D之间沿Y轴方向延伸的中心轴r2向上下相反方向振动。由此,在中心轴r1和r2产生相互相反方向的扭转力矩,产生基部130的弯曲振动。振动臂121A~D的最大振幅为100μm左右,通常驱动时的振幅为10μm左右。

(释放宽度)

接下来,参照图3对激励部120以及保持臂150的周围的释放宽度进行说明。此外,谐振子10是相对于假想平面P面对称的构成,所以对外侧振动臂121A、内侧振动臂121B、以及左保持臂151A的周围的释放宽度进行说明,省略外侧振动臂121D、内侧振动臂121C、以及右保持臂151B的周围的释放宽度的说明。

作为一个例子,外侧振动臂121A的前端部122A与保持部140的左框141C之间的释放宽度12Wa是和外侧振动臂121A的前端部122A与保持部140的前框141A之间的释放宽度12Wb大致相同的大小。另外,释放宽度12Wa是和外侧振动臂121A的前端部122A与内侧振动臂121B的前端部122B之间的释放宽度12Wc大致相同的大小(12Wa=12Wb=12Wc)。此外,虽然省略图示,但内侧振动臂121B的前端部122B与保持部140的前框141A之间的释放宽度是和释放宽度12Wb大致相同的大小。

作为一个例子,左保持臂151A的保持侧臂153A与保持部140的左框141C之间的释放宽度15Wa是和左保持臂151A的保持侧臂153A与外侧振动臂121A的臂部123A之间的释放宽度15Wb大致相同的大小。左保持臂151A的保持后臂152A与基部130的后端部131B之间的释放宽度15Wc是和左保持臂151A的保持后臂152A与保持部140的后框141B之间的释放宽度15Wd大致相同的大小。释放宽度15Wa~d相互为大致相同的大小(15Wa=15Wb=15Wc=15Wd)。此外,基部130的后端部131B与保持部140的后框141B之间的释放宽度13W是和左保持臂151A的周围的释放宽度15Wa~d大致相等的大小。

但是,外侧振动臂121A的前端部122A的周围的释放宽度并不限定于上述,也可以释放宽度12Wb是与释放宽度12Wa不同的大小,也可以释放宽度12Wc是与释放宽度12Wa不同的大小。左保持臂151A的周围的释放宽度也并不限定于上述,也可以释放宽度15Wa是与释放宽度15Wb不同的大小,也可以释放宽度15Wc是与释放宽度15Wd不同的大小。也可以释放宽度15Wa~d中至少两个是相互大致不同的大小。

释放宽度12Wa~c分别比释放宽度15Wa以及15Wb大,且比释放宽度15Wc以及15Wd大。但是,释放宽度12Wa~c分别比释放宽度15Wa或者15Wb大即可,分别比释放宽度15Wc或者15Wd大即可。另外,释放宽度12Wa~c比释放宽度13W大。

如以上那样,在本实施方式中,振动臂121A、121B与保持部140之间的释放宽度12Wa、12Wb比左保持臂151A的周围的释放宽度14Wa~d大。由此,能够使振动臂121A、121B的前端部122A、122B与保持部140分离,能够增大基部130以及保持臂150。

振动臂121A~D、基部130、保持部140、以及保持臂150的表面或者层间的绝缘体以及导电体由于蚀刻工序、修剪工序中的离子束的被照射、制造工序、使用环境中的温度变化所引起的热电效应等而带电。有振动臂121A~D相互受到库伦力的影响,并且从保持部140受到库伦力的影响的情况。振动臂121A~D的前端部122A~D在振动臂121A~D中最容易位移且可动域较大,所以容易受到库伦力的影响。因此,通过较大地设定振动臂121A~D的前端部122A~D的周围的释放宽度而使振动臂121A~D的前端部122A~D远离保持部140,能够抑制由谐振子10的带电引起的库伦斥力或者引力所造成的振动臂的振动轨道的变化,进而能够抑制谐振频率的变动。

在使谐振子10小型化时,若基部130较大,则能够抑制频率的驱动电压依赖性(DLD)的劣化。另外,若基部130、保持臂150较大,则能够抑制寄生电容的增大、隔离性的劣化。换句话说,通过较小地设定基部130以及保持臂150的周围的释放宽度而增大基部130以及保持臂150,能够减少阻碍谐振子10的小型化的重要因素。

此外,由于释放宽度12Wc是与释放宽度12Wa相同的大小,所以在外侧振动臂121A的前端部122A,从保持部140的左框141C受到的库伦力的影响与从内侧振动臂121B的前端部122B受到的库伦力的影响抵消。因此,能够抑制外侧振动臂121A的振动轨道的变化。对于其它的振动臂121B~C也相同。

以下,对本发明的其它的实施方式所涉及的谐振子的构成进行说明。此外,在下述的实施方式中,对与上述的第一实施方式相同的事项省略描述,仅对不同点进行说明。特别是,并不依次提及相同的构成所带来的相同的作用效果。

<第二实施方式>

接下来,参照图6,对第二实施方式所涉及的谐振子12进行说明。图6是示意性地表示本发明的第二实施方式所涉及的谐振子的结构的俯视图。第二实施方式所涉及的谐振子12与第一实施方式所涉及的谐振子10相同地具备振动部210、保持部240、以及保持臂250。振动部210具有基部230和振动臂221A~D,保持部240具有前框241A、后框241B、左框241C、以及右框241D,保持臂250具有左保持臂251A和右保持臂251B。

与第一实施方式的不同点在于左保持臂251A从基部230的左端部231C延伸突出,右保持臂251B从基部230的右端部231D延伸突出这一点。具体而言,左保持臂251A以及右保持臂251B分别具有保持侧臂253A、253B。保持侧臂253A从左端部231C朝向左框241C延伸突出,并弯曲而朝向前框241A延伸,并再次弯曲而与左框241C连接。右保持臂251B从右端部231D延伸突出,并弯曲而朝向前框241A延伸,并再次弯曲而与右框241D连接。在这样的实施方式中,能够得到与第一实施方式相同的效果。

<总结>

以下,附记本发明的实施方式的一部分或者全部。此外,本发明并不限定于以下的构成。

根据本发明的一方式,提供一种谐振子,具备:基部;至少三个振动臂,具有压电膜、和相互之间夹着压电膜对置地设置的上部电极以及下部电极,一端是与基部的前端部连接的固定端,另一端是远离前端部设置的开放端;保持部,用于保持基部;以及保持臂,将基部与保持部连接,至少三个振动臂的各振动臂具有:臂部,从基部的前端部延伸;以及前端部,与臂部连接,保持臂具有保持侧臂,该保持侧臂在至少三个振动臂中的配置于外侧的外侧振动臂与保持部之间与外侧振动臂并行地延伸,外侧振动臂的前端部与保持部之间的释放宽度比保持侧臂与保持部之间的释放宽度、或者外侧振动臂的臂部与保持侧臂之间的释放宽度大。

由此,通过较大地设定振动臂的前端部的周围的释放宽度能够使振动臂的前端部远离保持部,能够增大基部以及保持臂。通过使振动臂的前端部远离保持部,能够抑制由谐振子的带电引起的库伦斥力或者引力所造成的振动臂的振动轨道的变化,进而能够抑制谐振频率的变动。在使谐振子小型化时,若基部较大,则能够抑制频率的驱动电压依赖性(DLD)的劣化。另外,若基部、保持臂较大,则能够抑制寄生电容的增大、隔离性的劣化。通过较小地设定基部以及保持臂的周围的释放宽度而增大基部以及保持臂,能够减少阻碍谐振子的小型化的重要因素。

作为一个方式,前端部为质量负荷部,质量负荷部的宽度比臂部的宽度大。由此,振动臂的前端部较重,所以能够缩短振动臂,能够使谐振子小型化。

作为一个方式,外侧振动臂的质量负荷部与位于外侧振动臂的旁边的内侧振动臂的质量负荷部之间的释放宽度是和外侧振动臂的质量负荷部与保持部之间的释放宽度相同的大小。

由此,在外侧振动臂的前端部,从保持部的左框受到的库伦力的影响与从内侧振动臂的前端部受到的库伦力的影响抵消。因此,能够抑制外侧振动臂的振动轨道的变化。

作为一个方式,保持臂还具有保持后臂,该保持后臂在基部与保持部之间从基部的后端延伸,外侧振动臂的前端部与保持部之间的释放宽度比保持后臂与基部之间的释放宽度、或者保持后臂与保持部之间的释放宽度大。

由此,与保持臂从基部的左端部以及右端部延伸突出的构成的谐振子相比,能够降低从振动部向保持部的振动泄漏。

作为一个方式,提供一种谐振装置,具备:上述的谐振子;下盖,与谐振子接合;以及上盖,夹着谐振子与下盖接合且在与下盖之间形成至少三个振动臂振动的振动空间。

如以上说明的那样,根据本发明的一方式,能够提供能够抑制谐振频率的变动并且实现小型化的谐振子以及具备该谐振子的谐振装置。

此外,以上说明的实施方式是用于使本发明的理解变得容易的内容,并不对本发明进行限定解释。本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行变更/改进,并且在本发明也包含其等效物。即,只要具备本发明的特征,则本领域技术人员适当地对各实施方式施加设计变更后的实施方式也包含于本发明的范围。例如,各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示的内容而能够适当地变更。另外,只要在技术上能够实现则能够组合各实施方式具备的各要素,只要包含本发明的特征则组合了这些要素后的实施方式也包含于本发明的范围。

附图标记说明

1…谐振装置,9…粒子,10…谐振子,20…下盖,30…上盖,21、31…凹部,22、32…底板,23、33…侧壁,110…振动部,121A~D…振动臂,122A~D…前端部,123A~D…臂部,130…基部,131A…前端部,131B…后端部,131C…左端部,131D…右端部,140…保持部,141A…前框,141B…后框,141A…左框,141B…右框,150…保持臂,151A…左保持臂,151B…右保持臂,152A、152B…保持后臂,153A、153B…保持侧臂,F2…Si基板,F21…温度特性修正层,F3…压电膜,F5…保护膜,E1…金属膜(下部电极),E2…金属膜(上部电极)。

19页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:弹性波滤波器

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!