特許 6044222 振動片、振動子、電子デバイス、電子機器、および移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6044222

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】振動片、振動子、電子デバイス、電子機器、および移動体

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/19 20060101AFI20161206BHJP

   H03H 9/02 20060101ALI20161206BHJP

   H03H 9/215 20060101ALI20161206BHJP

   H03B 5/32 20060101ALI20161206BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20161206BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/19 J

   H03H9/02 K

   H03H9/215

   H03B5/32 H

   H01L41/08 C

   H01L41/18 101B

   H01L41/18 101D

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-206655(P2012-206655)

(22)【出願日】2012年9月20日

(65)【公開番号】特開2014-64078(P2014-64078A)

(43)【公開日】2014年4月10日

【審査請求日】2015年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116665

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 和昭

(74)【代理人】

【識別番号】100164633

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 圭介

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(72)【発明者】

【氏名】山崎 隆

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０１５６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８１１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４７０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４２３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００５０２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／１９

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／１８７

Ｈ０３Ｂ ５／３２

Ｈ０３Ｈ ９／０２

Ｈ０３Ｈ ９／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基部と、
前記基部から延出されている振動腕と、
前記基部および前記振動腕に配置されている下部電極と、
平面視で、前記基部に配置されている前記下部電極および前記振動腕に配置されている前記下部電極と重なっている上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に配置されている、圧電体膜を含む絶縁層と、を備え、
前記下部電極と前記上部電極とが平面視で重なっている前記基部における前記絶縁層の厚さは、前記振動腕における前記絶縁層の厚さよりも厚いことを特徴とする振動片。

【請求項2】

前記基部における前記絶縁層の誘電率は、前記振動腕における前記絶縁層の誘電率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の振動片。

【請求項3】

基部と、
前記基部から延出されている振動腕と、
前記基部および前記振動腕に配置されている下部電極と、
平面視で、前記基部に配置されている前記下部電極および前記振動腕に配置されている前記下部電極と重なっている上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に配置されている、圧電体膜を含む絶縁層と、を備え、
前記下部電極と前記上部電極とが平面視で重なっている前記基部における前記絶縁層の誘電率は、前記振動腕における前記絶縁層の誘電率よりも小さいことを特徴とする振動片。

【請求項4】

前記基部、および前記振動腕は、水晶で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動片。

【請求項5】

前記基部、および前記振動腕は、半導体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動片。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片を収容している容器と、
を備えていることを特徴とする振動子。

【請求項7】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片を駆動させる回路素子と、
を備えていることを特徴とする電子デバイス。

【請求項8】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とする電子機器。

【請求項9】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とする移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動片、およびそれを用いた振動子、電子デバイス、電子機器、並びに移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

音叉型振動子の小型化に伴って、従来と同等な特性を維持しながら小型化を実現するため、次のような振動片が採用されている。具体的には、基部から同方向に延出された３個の振動腕を有する構造を採用し、各振動腕の一面上に電極膜および圧電体膜が積層されて圧電体素子が形成されている。そして、外側に位置する２個の圧電体素子と内側の圧電体素子とが逆位相となる電気的接続を採用した振動片が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−５０２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の振動片では、外側に位置する２個の圧電体素子と内側の圧電体素子とが逆位相となる電気的接続を採用しているため、基部内において異なる位相の電極が圧電体膜（絶縁層）を介して重なる、所謂クロス配線が必要となる。このようなクロス配線が形成されることにより、振動腕（駆動部）以外の配線で付加容量Ｃ₀’が生じることになる。振動片を用いた振動子の実効抵抗Ｒｅ（振動子の振動のし難さを示す数値）は、Ｒ_e＝Ｒ₁（１＋Ｃ₀／Ｃ_L）²で表されるため、クロス配線による付加容量Ｃ₀’が加えられることによって振動子の実効抵抗Ｒ_eが大きくなり、振動子が振動し難くなる虞を生じていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上述の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。

【0006】

［形態１］本形態に係る振動片は、基部と、前記基部から延出されている振動腕と、前記基部および前記振動腕に配置されている下部電極と、平面視で、前記基部に配置されている前記下部電極および前記振動腕に配置されている前記下部電極と重なっている上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間にある絶縁層と、を備え、前記基部と重なっている前記絶縁層の厚さは、前記振動腕と重なっている前記絶縁層の厚さより厚いことを特徴とする。
本形態によれば、基部と重なっている絶縁層の厚さは、振動腕と重なっている絶縁層の厚さより大きく形成されている。付加容量Ｃ０’は、下記式（１）によって表されるため、クロス配線を生じる基部における絶縁層の厚さが振動腕の上方に設けられている絶縁層の厚さより大きい本適用例の構成では、基部においてクロス配線を生じても基部の領域での付加容量Ｃ０’の増加を防止することができる。したがって、振動子の実効抵抗Ｒeが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。
Ｃ０’＝ε・Ｓ／ｄ ・・・（１）
（ε：誘電率（Ｆ／ｍ）［ε＝ε０×εｒ・・・ε０：真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、εｒ：比誘電率（Ｆ／ｍ）］、Ｓ：平行平板の面積（ｍ^２） ｄ：平行平板間の距離（ｍ））
［形態２］上記形態に記載の振動片において、前記基部と重なっている前記絶縁層の誘電率は、前記振動腕と重なっている前記絶縁層の誘電率より小さいことを特徴とする。
上述の式（１）に表されるように、誘電率（ε）が小さいほど付加容量Ｃ０’が小さくなる。本形態によれば、基部と重なっている絶縁層の誘電率は、振動腕と重なっている絶縁層の誘電率より小さいことから、基部におけるクロス配線を生じても、基部の領域での付加容量Ｃ０’の増加を防止することができる。したがって、基部においてクロス配線を生じても振動子の実効抵抗Ｒｅが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。
［形態３］本形態に係る振動片は、基部と、前記基部から延出されている振動腕と、前記基部および前記振動腕に配置されている下部電極と、平面視で、前記基部に配置されている前記下部電極および前記振動腕に配置されている前記下部電極と重なっている上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間にある絶縁層と、を備え、前記基部と重なっている前記絶縁層の誘電率は、前記振動腕と重なっている前記絶縁層の誘電率よりも小さいことを特徴とする。
本形態によれば、基部と重なっている絶縁層の誘電率は、振動腕と重なっている絶縁層の誘電率より小さいことから、基部におけるクロス配線を生じても、基部の領域での付加容量Ｃ０’の増加を防止することができる。したがって、基部においてクロス配線を生じても振動子の実効抵抗Ｒｅが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。
［形態４］上記形態に記載の振動片において、前記振動腕は、第１の振動腕と第２の振動腕とを備えており、前記第１の振動腕から前記基部に延設されている前記下部電極と、前記第２の振動腕から前記基部に延設されている前記上部電極とは、平面視で前記基部と重なっている領域において、前記絶縁層を挟んでいることを特徴とする。
本形態によれば、基部におけるクロス配線による付加容量Ｃ０’の増加を防止することができる。したがって、振動子の実効抵抗Ｒｅが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。
［形態５］上記形態に記載の振動片において、前記絶縁層は、圧電体膜を含んでいることを特徴とする。
本形態によれば、絶縁層に圧電体膜を含むことにより、絶縁層の厚さを大きくすることが可能となり、さらにクロス配線による付加容量Ｃ０’の増加を防止することができる。
［形態６］上記形態に記載の振動片において、前記基部、および前記振動腕は、水晶で構成されていることを特徴とする。
本形態によれば、水晶を用いることにより小型化に伴う温度特性（周波数温度特性などの温度依存性を有する特性）の低下を抑制することができる。
［形態７］上記形態に記載の振動片において、前記基部、および前記振動腕は、半導体で構成されていることを特徴とする。
本形態によれば、フォトリソグラフィーなどを用いた外形加工が容易あるとともに、エッチング速度が一定であるため、形成された外形形状が均一となり、安定した特性を得ることが可能となる。
［形態８］本形態に係る振動子は、上記形態のいずれか一例に記載の振動片と、前記振動片を収容している容器と、を備えていることを特徴とする。
本形態によれば、上述の振動片を用いているため、振動し易い振動子を提供することができる。
［形態９］本形態に係る電子デバイスは、上記形態のいずれか一例に記載の振動片と、前記振動片を駆動させる回路素子と、を備えていることを特徴とする。
本形態によれば、上述の振動片を用いているため振動片が振動し易く、振動の安定した電子デバイスを提供することができる。
［形態１０］本形態に係る電子機器は、上記形態のいずれか一例に記載の振動片を備えていることを特徴とする。
本形態によれば、上述の振動片を用いているため振動片が振動し易く、したがって安定した特性の電子機器を提供することができる。
［形態１１］本形態に係る移動体は、上記形態のいずれか一例に記載の振動片を備えていることを特徴とする。
本形態によれば、上述の振動片を用いているため振動片が振動し易く、したがって安定した性能を発揮できる移動体を提供することができる。
［適用例１］本適用例に係る振動片は、基部と、前記基部から延出されている振動腕と、前記基部および前記振動腕に設けられている下部電極と、前記下部電極の上方に設けられている上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられている絶縁層と、を備え、前記基部の上方に設けられている前記絶縁層の厚さが、前記振動腕の上方に設けられている前記絶縁層の厚さより厚いことを特徴とする。

【0007】

本適用例によれば、基部の上方に設けられている絶縁層の厚さが、振動腕の上方に設けられている絶縁層の厚さより大きく形成されている。付加容量Ｃ₀’は、下記式（１）によって表されるため、クロス配線を生じる基部における絶縁層の厚さが振動腕の上方に設けられている絶縁層の厚さより大きい本適用例の構成では、基部においてクロス配線を生じても基部の領域での付加容量Ｃ₀’の増加を防止することができる。したがって、振動子の実効抵抗Ｒ_eが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。
Ｃ₀’＝ε・Ｓ／ｄ ・・・（１）
（ε：誘電率（Ｆ／ｍ）［ε＝ε₀×ε_r・・・ε₀：真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、ε_r：比誘電率（Ｆ／ｍ）］、Ｓ：平行平板の面積（ｍ²） ｄ：平行平板間の距離（ｍ））

【0008】

［適用例２］上記適用例に記載の振動片において、前記基部の上方に設けられている前記絶縁層の誘電率が、前記振動腕の上方に設けられている前記絶縁層の誘電率より小さいことを特徴とする。

【0009】

上述の式（１）に表されるように、誘電率（ε）が小さいほど付加容量Ｃ₀’が小さくなる。本適用例によれば、基部の上方に設けられている絶縁層の誘電率が、振動腕の上方に設けられている絶縁層の誘電率より小さいことから、基部におけるクロス配線を生じても、基部の領域での付加容量Ｃ₀’の増加を防止することができる。したがって、基部においてクロス配線を生じても振動子の実効抵抗Ｒ_eが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。

【0010】

［適用例３］本適用例に係る振動片は、基部と、前記基部から延出されている振動腕と、前記基部および前記振動腕に設けられている下部電極と、前記下部電極の上方に設けられている上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられている絶縁層と、を備え、前記基部の上方に設けられている前記絶縁層の誘電率が、前記振動腕の上方に設けられている前記絶縁層の誘電率よりも小さいことを特徴とする。

【0011】

本適用例によれば、基部の上方に設けられている絶縁層の誘電率が、振動腕の上方に設けられている絶縁層の誘電率より小さいことから、基部におけるクロス配線を生じても、基部の領域での付加容量Ｃ₀’の増加を防止することができる。したがって、基部においてクロス配線を生じても振動子の実効抵抗Ｒ_eが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。

【0012】

［適用例４］上記適用例に記載の振動片において、前記振動腕は、第１の振動腕と第２の振動腕とを備えており、前記第１の振動腕から前記基部に延設されている前記下部電極と、前記第２の振動腕の上方から前記基部の上方に延設されている前記上部電極とが、前記基部の上方で前記絶縁層を介して重なっていることを特徴とする。

【0013】

本適用例によれば、基部におけるクロス配線による付加容量Ｃ₀’の増加を防止することができる。したがって、振動子の実効抵抗Ｒ_eが増加しないため、振動し易い振動子を提供することができる。

【0014】

［適用例５］上記適用例に記載の振動片において、前記絶縁層は、圧電膜を含んでいることを特徴とする。

【0015】

本適用例によれば、絶縁層に圧電膜を含むことにより、絶縁層の厚さを大きくすることが可能となり、さらにクロス配線による付加容量Ｃ₀’の増加を防止することができる。

【0016】

［適用例６］上記適用例に記載の振動片において、前記基部、および前記振動腕は、水晶から構成されていることを特徴とする。

【0017】

本適用例によれば、水晶を用いることにより小型化に伴う温度特性（周波数温度特性などの温度依存性を有する特性）の低下を抑制することができる。

【0018】

［適用例７］上記適用例に記載の振動片において、前記基部、および前記振動腕は、半導体から構成されていることを特徴とする。

【0019】

本適用例によれば、フォトリソグラフィーなどを用いた外形加工が容易あるとともに、エッチング速度が一定であるため、形成された外形形状が均一となり、安定した特性を得ることが可能となる。

【0020】

［適用例８］本適用例に係る振動子は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動片と、前記振動片を収納している容器と、を備えていることを特徴とする。

【0021】

本適用例によれば、上述の振動片を用いているため、振動し易い振動子を提供することができる。

【0022】

［適用例９］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動片と、前記振動片を駆動させる回路素子と、を備えていることを特徴とする。

【0023】

本適用例によれば、上述の振動片を用いているため振動片が振動し易く、振動の安定した電子デバイスを提供することができる。

【0024】

［適用例１０］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動片を備えていることを特徴とする。

【0025】

本適用例によれば、上述の振動片を用いているため振動片が振動し易く、したがって安定した特性の電子機器を提供することができる。

【0026】

［適用例１１］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動片を備えていることを特徴とする。

【0027】

本適用例によれば、上述の振動片を用いているため振動片が振動し易く、したがって安定した性能を発揮できる移動体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】第１実施形態の音叉型振動片を示し、（ａ）は音叉型振動片の平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＱ−Ｑ断面図、（ｃ）は（ａ）のＲ−Ｒ断面図。

【図2】第２実施形態の音叉型振動片の絶縁層の構成を説明する図であり、（ａ）は図１（ａ）のＱ−Ｑに相当する位置の断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＲ−Ｒに相当する位置の断面図。

【図3】振動片の等価回路を説明する回路図。

【図4】本発明にかかる振動片を用いた振動子を示す正断面図。

【図5】本発明にかかる振動片を用いた電子デバイスとしての発振器を示す正断面図。

【図6】電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。

【図7】電子機器の一例としての携帯電話機の構成を示す斜視図。

【図8】電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。

【図9】移動体の一例としての自動車の構成を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の振動片の第１実施形態にかかる音叉型振動片を示しており、（ａ）は音叉型振動片の平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＱ−Ｑ断面図、（ｃ）は（ａ）のＲ−Ｒ断面図である。図２は、本発明の振動片の第２実施形態にかかる音叉型振動片の絶縁層の構成を説明する図であり、（ａ）は図１（ａ）のＱ−Ｑ断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＲ−Ｒ断面図である。図３は、振動片の等価回路を示す回路図である。

【0030】

（第１実施形態）
図１に示す本実施形態の音叉型振動片１は、振動腕１１、１２、１３と、これら３個の振動腕１１、１２、１３のそれぞれの一端を連結する基部１４と、圧電体素子１５、１６、１７と、を含んで構成されている。

【0031】

振動腕１１は、第１方向（図中のＺ方向）へ向けて配置された第１面１１ａを有する。同様に、振動腕１２は、第１方向へ向けて配置された第１面１２ａを有し、振動腕１３は、第１方向へ向けて配置された第１面１３ａを有する。本実施形態では、各第１面１１ａ、１２ａ、１３ａは平面であるが、これに限定されず、曲面、凹凸面などであってもよい。これらの振動腕１１、１２、１３は、第１方向と交差する第２方向（図中のＸ方向）に沿って配列されている。各振動腕１１、１２、１３は、それぞれ長手方向が第３方向（図中のＹ方向）に沿うように配置されている。これらの振動腕１１、１２、１３の断面形状は、例えば図１（ｂ）に示すように矩形上であるが、この形状に限定されない。

【0032】

基部１４は、３個の振動腕１１、１２、１３のそれぞれの一端（Ｙ方向に沿った一方の端部）と接続されており、これらの振動腕１１、１２、１３を連結している。そして、基部１４は、第３方向の中途で幅（第２方向の寸法）が広くなった形状をなしている。本実施形態では、各振動腕１１、１２、１３とこの基部１４とは一体に形成される。各振動腕１１、１２、１３と基部１４とは、例えば水晶板を形状加工することによって形成される。この水晶板は、カット角の観点からはＺカット板であることが好ましいが、Ｘカット板、ＡＴカット板であってもよい。Ｚカット板を用いた場合には加工が容易になる。

【0033】

圧電体素子１５は、振動腕１１の第１面１１ａ上に設けられている。同様に、圧電体素子１６は、振動腕１２の第１面１２ａ上に設けられ、圧電体素子１７は、振動腕１３の第１面１３ａ上に設けられている。

【0034】

図１（ｂ）は、振動腕１１、１２、１３の第１面１１ａ、１２ａ、１３ａに設けられている圧電体素子１５、１６、１７の構造を示した断面図である。なお、圧電体素子１５、１６、１７の構造は同様であるため、ここでは圧電体素子１５について説明する。圧電体素子１５は、第１面１１ａ上に配置された下部電極膜１５ａと、当該下部電極膜１５ａ上に配置された絶縁層としての圧電体膜１５ｂ２と、当該圧電体膜１５ｂ２上に配置された上部電極膜１５ｃと、を含んでいる。この圧電体膜１５ｂ２は、例えばＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ₃又はＫＮｂＯ₃の何れかを含む膜である。圧電体膜１５ｂ２の膜厚は、例えば０．２μｍ程度である。この圧電体膜１５ｂ２の膜厚は、振動腕１１の厚みに対して０．０２５倍〜０．２５倍程度に設定されることが望ましい。

【0035】

また、図１（ｃ）は、基部１４の第１面１４ａに設けられている圧電体素子１５’、１６’、１７’の構造を示した断面図である。基部１４に設けられている圧電体素子１５’、１６’、１７’は、前述の振動腕１１、１２、１３に設けられている圧電体膜１５ｂ２、１６ｂ２、１７ｂ２の厚さｔ１（図１（ｂ）参照））に比べ、圧電体膜１５ｂ２’、１６ｂ２’、１７ｂ２’の厚さｔ２が大きく設けられている。なお、圧電体素子１５’、１６’、１７’の構造は同様であるため、圧電体素子１５’を用いて詳細を説明する。基部１４に設けられている圧電体素子１５’は、第１面１４ａ上に配置された下部電極膜１５ａと、下部電極膜１５ａ上に配置された絶縁層としての圧電体膜１５ｂ２’と、圧電体膜１５ｂ２’上に配置された上部電極膜１５ｃと、を含んでいる。なお、基部１４の第１面１４ａに設けられている下部電極膜１５ａは、振動腕１１の第１面１１ａに設けられている下部電極膜１５ａから延設されている。また、基部１４の第１面１４ａに設けられている圧電体膜１５ｂ２’は、振動腕１１に設けられている圧電体膜１５ｂ２と連接されている。また、基部１４の上方に設けられている上部電極膜１５ｃは、振動腕１１の上側に配置されている圧電体膜１５ｂ２’上の上部電極膜１５ｃから延設されている。

【0036】

各下部電極膜１５ａ、１６ａ、１７ａ、各上部電極膜１５ｃ、１６ｃ、１７ｃは、それぞれ、例えばクロム膜、金膜、チタン膜、アルミニウム膜、モリブデン膜、ＩＴＯ膜などの導電体膜である。これらのうち、Ｘ方向において外側に配置された２つの振動腕１１、１３に設けられた各圧電体素子１５、１７の各下部電極膜１５ａ、１７ａと、Ｘ方向において内側に配置された１つの振動腕１２に設けられた圧電体素子１６の上部電極膜１６ｃと、が相互に電気的に接続されている。また、Ｘ方向において外側に配置された２つの振動腕１１、１３に設けられた各圧電体素子１５、１７の各上部電極膜１５ｃ、１７ｃと、Ｘ方向において内側に配置された１つの振動腕１２に設けられた圧電体素子１６の下部電極膜１６ａと、が相互に電気的に接続されている。

【0037】

各電極膜の接続構造について、主に図１（ａ）を参照しながら、さらに説明する。上部電極膜１５ｃと上部電極膜１７ｃとは、電極パッド２４を介して相互に電気的に接続されている。本実施形態では、これらの上部電極膜１５ｃ、１７ｃと電極パッド２４とは一体に形成される。下部電極膜１６ａは、例えばスルーホール配線などを用いた接続部１８ａを介して上部電極膜１７ｃと電気的に接続されている。これらにより、上部電極膜１５ｃ、１７ｃと下部電極膜１６ａとの相互間が電気的に接続される。この電極パッド２４を通じて、上部電極膜１５ｃ、１７ｃおよび下部電極膜１６ａに対して同電位の電気信号を供給することができる。

【0038】

下部電極膜１５ａと下部電極膜１７ａとは、例えばスルーホール配線などを用いた接続部１８ｂおよび電極パッド２６を介して相互に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、電極パッド２６は、前述の電極パッド２４と同時に形成される。上部電極膜１６ｃは、基部１４の上方に延出された位置で、例えばスルーホール配線などを用いた接続部１８ｃを介して下部電極膜１５ａと電気的に接続されている。これらにより、下部電極膜１５ａ、１７ａと上部電極膜１６ｃとの相互間が電気的に接続される。この電極パッド２６を通じて、下部電極膜１５ａ、１７ａおよび上部電極膜１６ｃに対して同電位の電気信号を供給することができる。

【0039】

上記の電極パッド２４および電極パッド２６に逆電位の電気信号を交互に供給することにより、振動腕１１、１３と振動腕１２とを互い違いに上下振動させることができる。具体的には、各上部電極膜と下部電極膜との間に電圧を印加した際に、外側の各圧電体素子１５、１７にかかる電界の方向と内側の圧電体素子１６にかかる電界の方向とが逆向きとなる。したがって、振動腕１１、１３の振動方向と振動腕１２の振動方向とが逆向きになり、電界印加により振動腕１１、１３と振動腕１２とが互い違いに上下運動を行う。このように、３脚構造とすることにより、上下振動（図中のＺ方向に沿った振動）を用いる振動モードにおいてもＱ値を高めることが可能となる。

【0040】

上述の構成のように、二つの振動腕１１、１３に挟まれた振動腕１２の電極の電位が逆電位となり、且つ基部１４に設けられた電極パッド２４および電極パッド２６とそれぞれの電極膜が接続される。このため、基部１４内で、下部電極膜１５ａ、１６ａ、１７ａと上部電極膜１５ｃ、１６ｃ、１７ｃとが、絶縁層としての圧電体膜１５ｂ２’、１６ｂ２’、１７ｂ２’を介して対向する、所謂クロス配線となる部分を生じてしまう。このクロス配線部分を図１（ａ）では、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で示している。

【0041】

ここでクロス配線を生じることによる音叉型振動片１に対する影響について、図３を参照しながら説明する。図３は、クロス配線を生じた場合の、振動片（振動素子）の電気的特性を示す等価回路を示している（Ｌ₁：等価インダクタンス、Ｃ₁：等価容量、Ｒ₁：等価抵抗、Ｃ₀：静電容量、Ｃ₀’：基部のクロス配線による付加容量）。

【0042】

上述ように基部１４にクロス配線を生じると、静電容量Ｃ₀に加えて付加容量Ｃ₀’が付加される。振動片（振動素子、振動子）の実効抵抗Ｒｅ（振動子の振動のし難さを示す数値）は、Ｒ_e＝Ｒ₁（１＋Ｃ₀／Ｃ_L）²で表されるため、クロス配線による付加容量Ｃ₀’が加えられることによって振動子の実効抵抗Ｒ_eが大きくなる。これにより、振動子は、発振が起こり難くなる、換言すれば、振動し難くなってしまうことになる。

【0043】

しかしながら、本実施形態の音叉型振動片１では、基部１４の上方に設けられている絶縁層としての圧電体膜１５ｂ２’、１６ｂ２’、１７ｂ２’の厚さｔ２が、振動腕１１、１２、１３の上方に設けられている絶縁層としての圧電体膜１５ｂ２、１６ｂ２、１７ｂ２の厚さｔ１より大きく形成されている。付加容量Ｃ₀’は、下記式（１）のように、平行平板間の距離ｄが大きくなるほど小さくなるため、本実施形態の構成では、基部１４の平面領域においてクロス配線を生じても付加容量Ｃ₀’の増加を防止することができる。これにより、本実施形態の構成の音叉型振動片１は、実効抵抗Ｒ_eを小さく保つことが可能となるため、発振し易い振動片とすることができる。
Ｃ₀’＝ε・Ｓ／ｄ ・・・（１）
（ε：誘電率（Ｆ／ｍ）［ε＝ε₀×ε_r・・・ε₀：真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、ε_r：比誘電率（Ｆ／ｍ）］、Ｓ：平行平板の面積（ｍ²） ｄ：平行平板間の距離（ｍ））

【0044】

（第２実施形態）
次に、図２を用いて本発明の振動片の第２実施形態にかかる音叉型振動片について説明する。図２は、第２実施形態の音叉型振動片の絶縁層の構成を説明する図であり、（ａ）は図１（ａ）のＱ−Ｑの位置に相当する断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＲ−Ｒの位置に相当する断面図である。なお、第２実施形態の音叉型振動片の平面視（平面図）は、前述の第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と同様な構成については同符号を付し、その説明を省略することもある。

【0045】

図２（ａ）に示す、第２実施形態の音叉型振動片１の振動腕１１、１２、１３の第１面１１ａ、１２ａ、１３ａに設けられている圧電体素子１５、１６、１７は、絶縁膜を更に含む構成である。前述と同様に圧電体素子１５、１６、１７の構造が同じであるため、ここでは圧電体素子１７について説明する。

【0046】

圧電体素子１７は、第１面１３ａ上に配置された下部電極膜１７ａと、下部電極膜１７ａ上に配置された絶縁層１７ｂと、絶縁層１７ｂ上に配置された上部電極膜１７ｃと、を含んでいる。

【0047】

本第２実施形態では、絶縁層１７ｂが、絶縁膜１７ｂ１および圧電体膜１７ｂ２で構成されている。絶縁膜１７ｂ１は、圧電体膜１７ｂ２と下部電極膜１７ａとの間に配置されている。絶縁膜１７ｂ１は、例えば酸化硅素（ＳｉＯ₂）膜である。この絶縁膜１７ｂ１は、下部電極膜１７ａと上部電極膜１７ｃとの短絡を防止する機能を果たす。絶縁膜１７ｂ１の膜厚は、短絡防止の観点から２５ｎｍ以上であることが望ましく、また圧電体素子１５の特性低下を抑制する観点から５００ｎｍ以下であることが望ましい。圧電体膜１７ｂ２は、例えばＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ₃又はＫＮｂＯ₃の何れかを含む膜である。圧電体膜１７ｂ２の膜厚は、例えば０．２μｍ程度である。この圧電体膜１７ｂ２の膜厚は、振動腕１１の厚みに対して０．０２５倍〜０．２５倍程度に設定されることが望ましい。

【0048】

また、図２（ｂ）に示す、基部１４の第１面１４ａに設けられている圧電体素子１５’、１６’、１７’は、絶縁膜の厚さが厚い構成である。図２（ｂ）に示すように、絶縁層１７ｂ’の内の絶縁膜１７ｂ１’の厚さは、前述の振動腕１１、１２、１３に設けられている絶縁層１７ｂの内の絶縁膜１７ｂ１の厚さよりも大きく形成されている。したがって、基部１４に設けられている絶縁層１７ｂ’の厚さも、振動腕１１、１２、１３に設けられている絶縁層１７ｂの厚さより大きくなる。

【0049】

このような第２実施形態の音叉型振動片１によれば、第１実施形態と同様に、基部１４の上方に設けられている絶縁層１５ｂ’、１６ｂ’、１７ｂ’の厚さが、振動腕１１、１２、１３の上方に設けられている絶縁層１５ｂ、１６ｂ、１７ｂの厚さより大きい。したがって、第１実施形態と同様に、基部１４の平面領域においてクロス配線を生じても付加容量Ｃ₀’の増加を防止することができる。これにより、本実施形態の構成の音叉型振動片１は、実効抵抗Ｒ_eを小さく保つことが可能となるため、発振し易い振動片とすることができる。

【0050】

なお、本実施形態では、図２（ｂ）に示す、基部１４の第１面１４ａに設けられている圧電体素子１５’、１６’、１７’が、下部電極膜１７ａの上面に絶縁膜１７ｂ１’が設けられ、絶縁膜１７ｂ１’の上面に圧電体膜１７ｂ２が設けられている構成で説明したが、下部電極膜１７ａの上面に圧電体膜１７ｂ２が設けられ、圧電体膜１７ｂ２の上面に絶縁膜１７ｂ１’が設けられる構成でも良い。

【0051】

また、前述の実施形態では、３つの振動腕１１、１２、１３を有する音叉型振動片１で説明したが、振動腕は５つ以上の奇数個であってもよい。

【0052】

また、振動片の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。

【0053】

また、クロス配線による付加容量Ｃ₀’を抑えるためには、上述の式（１）から、絶縁層に誘電率の小さな材料を用いることもできる。クロス配線を生じる基部１４の上方に用いる絶縁層の材料を振動腕１１、１２、１３の上方に用いる絶縁層の材料より誘電率の小さな材料とすることもできる。誘電率の小さな材料としては、例えば、ＳｉＮ、Ａｌ陽極酸化膜、ＳｉＯ₂（Ｆ添加）、ＳｉＯＣなどを用いることができる。このような、誘電率の小さな材料を絶縁層として用いることにより、基部１４の平面領域においてクロス配線を生じても付加容量Ｃ₀’が大きくならないようにすることができる。これにより、実効抵抗Ｒ_eを小さく保つことが可能となるため、発振し易い振動片を提供することが可能となる。なお、基部１４の上方に用いる絶縁層の材料を振動腕１１、１２、１３の上方に用いる絶縁層の材料より誘電率の小さな材料とした場合は、振動腕１１、１２、１３の上方に用いる絶縁層の厚みと振動腕１１、１２、１３の上方に用いる絶縁層の厚みとを同一としても良いし、異なる厚みとしてもよい。

【0054】

（振動子）
次に、上記各実施形態で述べた振動片を備えた振動子について第１実施形態の音叉型振動片１を用いた例で説明する。図４は、振動子の概略構成を示す模式的に示す正断面図である。なお、上記第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【0055】

図４に示すように、振動子５は、上記第１実施形態で述べた音叉型振動片１と、音叉型振動片１を収容したパッケージ２０と、を備えている。

【0056】

パッケージ２０は、平面形状が略矩形で凹部を有したパッケージベース２１と、パッケージベース２１の凹部を覆う平面形状が略矩形で平板状のリッド２２と、を有し、略直方体形状に形成されている。パッケージベース２１には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどが用いられている。リッド２２には、パッケージベース２１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。

【0057】

パッケージベース２１には、内底面（凹部の内側の底面）２３に、内部端子３４が設けられている。内部端子３４は、音叉型振動片１の基部１４に設けられた電極パッド２６（２４）の近傍となる位置に略矩形状に形成されている。電極パッド２６（２４）は、図示しない配線により、音叉型振動片１の下部電極膜１５ａ、１６ａ、１７ａ、あるいは各上部電極膜１５ｃ、１６ｃ、１７ｃに接続されている。

【0058】

パッケージベース２１の外底面（内底面２３の反対側の面、外側の底面）３６には、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる一対の外部端子２７、２８が形成されている。外部端子２７、２８は、図示しない内部配線によって内部端子３４と接続されている。例えば、外部端子２７は、内部端子３４と接続され、外部端子２８は、図示しない他の内部端子と接続されている。内部端子３４及び外部端子２７、２８は、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどの方法により積層した金属膜からなる。

【0059】

振動子５は、音叉型振動片１の基部１４の固定部分（振動腕１１、１２、１３より厚い部分）が、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの接着剤３０を介して、パッケージベース２１の内底面２３に固定されている。そして、振動子５は、音叉型振動片１の電極パッド２６（２４）が、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー３１により、例えば内部端子３４と接続されている。振動子５は、音叉型振動片１がパッケージベース２１の内部端子３４と接続された状態で、パッケージベース２１の凹部がリッド２２により覆われ、パッケージベース２１とリッド２２とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材２９で接合されることにより、パッケージ２０の内部が気密に封止されている。なお、パッケージ２０の内部は、減圧状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。

【0060】

なお、パッケージは、平板状のパッケージベースと凹部を有するリッドなどから構成されていてもよい。また、パッケージは、パッケージベース及びリッドの両方に凹部を有していてもよい。

【0061】

振動子５は、外部端子２７、２８、金属ワイヤー３１、電極パッド２６（２４）を経由して圧電体素子（１６など）に印加される駆動信号（交番電圧）によって、音叉型振動片１の各振動腕（１２など）が所定の周波数で振動（共振）する。

【0062】

上述したように、振動子５は、音叉型振動片１を備えていることから、上記第１実施形態に記載された効果、すなわち小型で発振し易い振動子を提供することができる。

【0063】

（電子デバイス）
次に、上記各実施形態で述べた音叉型振動片を備えた電子デバイスとしての発振器について第１実施形態の音叉型振動片１を用いた例で説明する。図５は、電子デバイスの一例の発振器の概略構成を示す模式的に示す正断面図である。なお、各配線は省略してある。また、上記第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【0064】

図５に示すように、発振器６は、上記第１実施形態で述べた音叉型振動片１と、音叉型振動片１を発振させる発振回路としてのＩＣチップ４０と、音叉型振動片１及びＩＣチップ４０を収容したパッケージ２０と、を備えている。

【0065】

パッケージベース２１の内底面３２には、内部接続端子３２ａが設けられている。発振回路を内蔵するＩＣチップ４０は、パッケージベース２１の内底面３２に、接着剤３２ｂなどを用いて固定されている。ＩＣチップ４０は、図示しない接続パッドが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー４１により内部接続端子３２ａと接続されている。

【0066】

内部接続端子３２ａは、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどにより積層した金属膜からなり、図示しない内部配線を経由して、パッケージ２０の外部端子２７、２８、内部端子３４などに接続されている。なお、ＩＣチップ４０の接続パッドと内部接続端子３２ａとの接続には、金属ワイヤー４１を用いたワイヤーボンディングによる接続方法以外に、ＩＣチップ４０を反転させてのフリップチップ実装による接続方法などを用いてもよい。

【0067】

また、パッケージベース２１の内底面（凹部の内側の底面）２３には、内部端子３４が設けられている。内部端子３４は、音叉型振動片１の基部１４に設けられた電極パッド２６（２４）の近傍となる位置に略矩形状に形成されている。電極パッド２６（２４）は、図示しない配線により、音叉型振動片１の下部電極膜１５ａ、１６ａ、１７ａ、あるいは各上部電極膜１５ｃ、１６ｃ、１７ｃに接続されている。

【0068】

音叉型振動片１は、基部１４の固定部分（振動腕１１、１２、１３より厚い部分）が、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの接着剤３０を介して、パッケージベース２１の内底面２３に固定されている。そして、音叉型振動片１の電極パッド２６（２４）が、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー３１により、例えば内部端子３４と接続されている。

【0069】

発振器６は、ＩＣチップ４０から内部接続端子３２ａ、内部端子３４、金属ワイヤー３１、電極パッド２６（２４）を経由して下部電極膜１５ａ、１６ａ、１７ａ、あるいは各上部電極膜１５ｃ、１６ｃ、１７ｃに印加される駆動信号によって、音叉型振動片１の各振動腕（１２など）が所定の周波数で発振（共振）する。そして、発振器６は、この発振に伴って生じる発振信号をＩＣチップ４０、内部接続端子３２ａ、外部端子２７、２８などを経由して外部に出力する。

【0070】

上述したように、発振器６は、音叉型振動片１を備えていることから、上記第１実施形態に記載された効果、すなわち小型で発振し易い発振器を提供することができる。

【0071】

なお、発振器６は、ＩＣチップ４０をパッケージ２０に内蔵ではなく、外付けした構成のモジュール構造（例えば、１つの基板上に水晶振動子及びＩＣチップが個別に搭載されている構造）としてもよい。

【0072】

［電子機器］
次いで、本発明の一実施形態に係る振動片としての音叉型振動片１、音叉型振動片１を用いた振動子５、あるいは音叉型振動片１を用いた発振器６を適用した電子機器について、図６〜図８に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、音叉型振動片１を用いた振動子を適用した例を示している。

【0073】

図６は、本発明の一実施形態に係る音叉型振動片１を用いた振動子を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、基準信号源などとして音叉型振動片１を用いた振動子が内蔵されている。

【0074】

図７は、本発明の一実施形態に係る音叉型振動片１を用いた振動子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、基準信号源などとして音叉型振動片１を用いた振動子が内蔵されている。

【0075】

図８は、本発明の一実施形態に係る音叉型振動片１を用いた振動子を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。

【0076】

撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、基準信号源などとして音叉型振動片１を用いた振動子が内蔵されている。

【0077】

なお、本発明の一実施形態に係る音叉型振動片１を用いた振動子は、図６のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図７の携帯電話機、図８のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。

【0078】

［移動体］
図９は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１０６には本発明に係る音叉型振動片１を用いた振動子が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１０６には、音叉型振動片１を用いた振動子を内蔵してタイヤ１０９などを制御する電子制御ユニット１０８が車体１０７に搭載されている。また、音叉型振動片１を用いた振動子は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

【符号の説明】

【0079】

１…振動片としての音叉型振動片、５…振動子、６…電子デバイスとしての発振器、１１、１２、１３…振動腕、１１ａ、１２ａ、１３ａ…第１面、１４…基部、１５、１６、１７…圧電体素子、１５ａ、１６ａ、１７ａ…下部電極膜、１５ｂ２、１６ｂ２、１７ｂ２…絶縁層としての圧電体膜、１５ｃ、１６ｃ、１７ｃ…上部電極膜、１５’、１６’、１７’…基部における圧電体素子、１５ｂ’、１６ｂ’、１７ｂ’、１７ｂ２…基部における圧電体膜、１７ｂ１（１５ｂ１、１６ｂ１）…絶縁膜、１７ｂ１’（１５ｂ１’、１６ｂ１’）…基部における絶縁膜、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…接続部、２０…パッケージ、２１…パッケージベース、２２…リッド、２３…内底面、２４、２６…電極パッド、２７、２８…外部端子、２９…接合部材、３０…接着剤、３１…金属ワイヤー、３４…内部端子、３６…外底面、４０…発振回路としてのＩＣチップ、４１…金属ワイヤー、１０６…移動体としての自動車、１１００…電子機器としてのパーソナルコンピューター、１２００…電子機器としての携帯電話機、１３００…電子機器としてのデジタルスチールカメラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】