(57)【要約】【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と共に、この連結部を介して振動のエネルギーが漏洩することを抑制すること。【解決手段】２つの振動体１１、１１の間に、一対の振動腕部１４、１４を備えた音叉型振動体１１を介在させる。そして、振動腕部１４の幅寸法及び厚さ寸法の少なくとも一方の寸法について、振動体１１との接続部における寸法よりも両端部における寸法を小さくする。【選択図】図１
2014039235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
このベース基板に配置された基部から互いに離間するように各々伸びる一対の振動腕部及び各々の振動腕部を振動させるため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及び他方の振動腕部により夫々外縁部が支持されると共に励振電極が各々形成された振動板を夫々有し、互いに同相で輪郭振動が起こるように構成された第１の振動体及び第２の振動体と、
前記基部に形成され、前記一対の振動腕部、前記第１の振動体及び前記第２の振動体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、
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部は、太さ寸法及び厚さ寸法の少なくとも一方の寸法について、前記振動板との接続部位における寸法よりも前記基部との接続部位における寸法が小さくなるように各々形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は、平面で見た時に、これら振動腕部の中間位置において振動腕部の長さ方向に沿って伸びるラインを介して互いに対称となるように各々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】
前記振動腕部、前記第１の振動体における前記振動板及び前記第２の振動体における前記振動板は、レジストマスクを用いたドライエッチング処理により同時に形成され、
前記一対の振動腕部は、前記振動板との接続部位よりも前記基部との接続部位が細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動子。
【請求項４】
各々の前記振動腕部は、前記振動板との接続部位側から前記基部との接続部位側に向かうにつれて徐々に細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の振動子。
【請求項５】
前記基部は、前記一対の振動腕部の長さ方向における一端側及び他端側に各々形成され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】
請求項１ないし５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に振動体を配置した振動子及びこの振動子を備えた電子部品に関する。
【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の振動板として形成すると共に、この振動板の上下面に例えばモリブデン（Ｍｏ）などの導電材を励振電極として各々形成した構成が知られている。このような振動板では、励振電極間に電圧を印加すると、ディスクの外周縁に沿って例えば３カ所に節が形成される高次の振動モードにて振動板が振動する。
【０００３】
一方、平面で見た時に振動板の中心を節として半径方向に当該振動板が伸縮する振動が起こるように振動子を構成する場合、この振動を阻害しないように振動板を支持しようとすると、即ち振動のエネルギーの減衰が抑えられるように振動板を支持しようとすると、この振動板は、例えば前記中心にて裏面側から支持部により支持されることになる。しかしながら、このような支持方法では、振動板と支持部とのアライメント（位置合わせ）の精度や、振動板と支持部との接触面積の大きさに応じて、振動子の特性がばらついてしまう。そのため、振動子を工業的に製造する場合には、中心で振動板を支持する構成は適していない。
特許文献１〜５には、輪郭振動型振動子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】
【０００４】
【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】
【０００５】
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、振動の阻害を抑えながら、平面で見た時に振動板の中心を節として半径方向に当該振動板が伸縮する振動を周方向に亘って形成できる振動子及び電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の振動子は、
ベース基板と、
このベース基板に配置された基部から互いに離間するように各々伸びる一対の振動腕部及び各々の振動腕部を振動させるため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及び他方の振動腕部により夫々外縁部が支持されると共に励振電極が各々形成された振動板を夫々有し、互いに同相で輪郭振動が起こるように構成された第１の振動体及び第２の振動体と、
前記基部に形成され、前記一対の振動腕部、前記第１の振動体及び前記第２の振動体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、
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部は、太さ寸法及び厚さ寸法の少なくとも一方の寸法について、前記振動板との接続部位における寸法よりも前記基部との接続部位における寸法が小さくなるように各々形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記一方の振動腕部及び前記他方の振動腕部は、平面で見た時に、これら振動腕部の中間位置において振動腕部の長さ方向に沿って伸びるラインを介して互いに対称となるように各々形成されていても良い。
前記振動腕部、前記第１の振動体における前記振動板及び前記第２の振動体における前記振動板は、レジストマスクを用いたドライエッチング処理により同時に形成され、
前記一対の振動腕部は、前記振動板との接続部位よりも前記基部との接続部位が細くなるように形成されていても良い。
各々の前記振動腕部は、前記振動板との接続部位側から前記基部との接続部位側に向かうにつれて徐々に細くなるように形成されていても良い。
前記基部は、前記一対の振動腕部の長さ方向における一端側及び他端側に各々形成されていても良い。
本発明の電子部品は、
以上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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、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介在させている。また、各々の振動腕部について、これら振動体の輪郭振動を吸収するように、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。そして、各々の振動腕部の太さ寸法及び厚さ寸法の少なくとも一方の寸法について、振動体との接続部位における寸法よりも基部との接続部位における寸法が小さくなるようにしている。そのため、振動体の振動が阻害されること及び振動腕部の振動が基部側に漏洩することを抑えることができるので、また振動体をベース基板に支持するにあたって当該振動体の中心ではなく外縁を支持しているので、特性のばらつきを抑えながら、振動体における電気的特性の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】前記振動子の一部を拡大して示す平面図である。
【図４】前記振動子を示す縦断面図である。
【図５】前記振動子を示す縦断面図である。
【図６】前記振動子を製造する工程の途中を示す斜視図である。
【図７】前記振動子が振動する様子を示す模式図である。
【図８】前記振動子が振動する様子を示す模式図である。
【図９】本発明の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１０】従来の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１１】本発明の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１２】本発明の振動子との比較のための行ったシミュレーション結果を示す特性図である。
【図１３】前記振動子の他の例の一部を拡大して示す平面図である。
【図１４】前記振動子の別の例の一部を拡大して示す平面図である。
【図１５】前記振動子の更に他の例の一部を拡大して示す平面図である。
【図１６】前記振動子の更に別の例の一部を拡大して示す平面図である。
【図１７】前記振動子の他の例の一部を拡大して示す平面図である。
【図１８】前記振動子の他の例の一部を拡大して示す平面図である。
【図１９】前記振動子の他の例の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２０】前記振動子の他の例の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２１】前記振動子の他の例の一部を示す平面図である。
【図２２】前記振動子の他の例の一部を示す平面図である。
【図２３】前記振動子の他の例の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２４】前記振動子が用いられる電気回路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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５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３１、３１と、を備えている。これら振動体３１、３１は、図４及び図５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、この振動子は、後述するように、中心部と外縁部との間で伸縮する輪郭振動が周方向に亘って各々の振動体３１、３１にて起こる時、当該輪郭振動が阻害されること及び音叉型振動体１１を介して振動のエネルギーがベース基板１側に漏洩すること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及び振動体３１、３１について詳述する。尚、図４及び図５は、図１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５では、ベース基板１を切り欠いて描画している。
【００１１】
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、振動子よりも一回り大きな概略矩形の凹部３が形成されており、音叉型振動体１１は、図５にも示すように、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上に基部１２、１２として各々固定されている。
【００１２】
これら基部１２、１２のうち図１中手前側の基部１２及び奥側の基部１２に夫々「１２ａ」及び「１２ｂ」を付すと、基部１２ａ、１２ｂの表面には、音叉型振動体１１及び振動体３１、３１に対して電気信号の入出力を行うための入出力ポート２０ａ、２０ｂが夫々形成されている。具体的には、手前側の基部１２ａは、音叉型振動体１１側から手前側に向かって伸び出すと共に平面で見た時に台形状に拡径している。そして、この拡径した部分には、振動体１１、３１、３１及び基部１２ａ、１２ｂの裏面側に一体的に形成された後述の金属膜１６を露出させるための開口部２１が設けられている。また、この開口部２１に対して手前側に離間した位置における基部１２ａの表面には、金属膜からなる既述の入出力ポート２０ａが形成されている。そして、前記開口部２１の底面側にて露出している既述の金属膜１６と、この入出力ポート２０ａとは、例えば振動子を製造する一連の工程の後で、マスクを介して成膜される図示しない金属膜によって電気的に導通される。尚、入出力ポート２０ａは、振動体１１、３１、３１及び基部１２ａ、１２ｂの表面側に形成された金属膜１６と一体的に形成された後、基部１２ａと当該入出力ポート２０ａとの間の金属膜１６を除去することにより振動体１１の表面側の金属膜１６に対して電気的に絶縁される。
【００１３】
また、２つの基部１２ａ、１２ｂのうち奥側の基部１２ｂは、音叉型振動体１１側から奥側に向かって概略台形状に拡径しながら伸びると共に、先端部が左右に分かれるように分岐している。そして、この左右に分岐した先端部は、図２に示すように、振動体３１、３１の側方側を回り込むように手前側に向かって各々屈曲すると共に、既述の入出力ポート２０ａの側方位置まで各々伸び出している。基部１２ｂ及び振動体１１、３１、３１の表面には、一体的に（一度の成膜処理により）形成された金属膜１６が各々配置されており、基部１２ｂにおける２つの前記先端部に形成された金属膜１６、１６が各々入出力ポート２０ｂ、２０ｂをなしている。こうして左右方向に並ぶ３つの入出力ポート２０ａ、２０ｂ、２０ｂのうち中央の入出力ポート２０ａは振動体１１、３１、３１の裏面側の金属膜１６に接続され、この入出力ポート２０ａの左右両側の入出力ポート２０ｂ、２０が振動体１１、３１、３１の表面側の金属膜１６に接続されている。尚、図２では、音叉型振動体１１及び振動体３１、３１において金属膜１６が形成された領域にハッチングを付している。
【００１４】
音叉型振動体１１において基部１２ａ、１２ｂ間にて窒化膜４から浮いた状態で保持された部位には、当該音叉型振動体１１の長さ方向に伸びる開口部１３が当該部位の中央部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１２ａ、１２ｂ間を接続するように前後方向に各々伸びる領域は、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。これら振動腕部１４、１４は、後述するように、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電薄膜により構成されており、従って当該圧電薄膜の上下両面に形成された金属膜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。この屈曲振動における発振周波数ｆ１（例えば３０〜２００ＭＨｚ）は、振動体３１、３１における共振周波数ｆ２と同じ周波数で且つ逆相となるように、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。振動腕部１４、１４の上下両面の金属膜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、振動体３１、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。
【００１５】
各々の振動腕部１４、１４の長さ方向における中央部には、振動体３１、３１に向かって水平に伸び出す支持部３３、３３の一端側が各々接続されている。そして、これら振動腕部１４、１４は、図２の下側に拡大して示すように、平面で見た時に、支持部３３、３３の接続部位と比べて、長さ方向における両端部（基部１２ａ、１２ｂ側の部位）が細くなるように各々構成されている。これら振動腕部１４、１４の形状について、振動腕部１４、１４のうち、手前側の入出力ポート２０ａ、２０ｂから見た時に右側に位置する一方の振動腕部１４について、図３を参照して説明する。
【００１６】
この振動腕部１４は、振動体３１との接続部付近の領域では概略角柱状に形成されており、当該領域における幅寸法Ｗ１は、振動体３１の直径寸法の５％〜３０％この例では１５μｍとなっている。そして、振動腕部１４の先端部（図３中基部１２ｂ側の端部）側の領域では、振動腕部１４は、基部１２ｂとの接続面に対して例えば５〜７μｍ手前側に離間したラインＬから当該先端部に向かうにつれて概略台形状に縮径している。即ち、この振動腕部１４は、平面で見た時における基部１２ｂとの接続面の幅寸法Ｗ２が振動体３１の直径寸法の３％〜１５％となるように、前記先端部側における振動腕部１４の両側面とラインＬとの間のなす角度θが各々４５°となっている。従って、振動腕部１４は、平面で見た時に当該振動腕部１４の長さ方向に沿って振動腕部１４の中央位置を通る直線を介して左右対称となっている。
【００１７】
この振動腕部１４における手前側（基部１２ａ側）の先端部についても、図２の下側に示すように、以上説明した基部１２ｂ側の先端部と同じように形成されており、従ってこの振動腕部１４は、平面で見た時に２つの振動体３１、３１の各々の中心位置を通る直線を介して前後方向で対称となっている。
そして、一対の振動腕部１４、１４のうち左側の他方の振動腕部１４についても、右側の振動腕部１４と同じ形状となるように形成されている。こうして一対の振動腕部１４、１４は、平面で見た時に、これら振動腕部１４、１４の中間位置において振動腕部１４、１４の長さ方向に沿って伸びるラインを介して互いに対称となっている。
【００１８】
ここで、以上説明したように振動腕部１４の形状を構成した理由について詳述する。振動腕部１４は、振動体１１における輪郭振動と同じ周波数で且つ逆相で屈曲振動するように構成されている。そして、この振動腕部１４における屈曲振動の周波数は、当該振動腕部１４の長さ寸法や幅寸法Ｗ１によって一義的に決まる。従って、振動子（振動体１１）をある周波数で振動させようとすると、振動腕部１４は、この周波数に対応する形状（寸法）を採らざるを得ない。しかしながら、振動腕部１４を長さ方向に亘って一様な角柱状に形成すると、当該振動腕部１４の両端部から振動のエネルギーが基部１２ａ、１２ｂ側に伝搬して、特性が劣化してしまう。
【００１９】
また、このように振動腕部１４を長さ方向に亘って一様な角柱状に構成すると、両端部が基部１２ａ、１２ｂにより固定されるので、当該両端部が振動しにくくなる。そのため、振動子の振動周波数に対応する周波数で振動腕部１４を振動させるためには、両端部が振動しにくくなる分だけ、振動腕部１４の長さ寸法を長くする必要がある。従って、振動子が大型化してしまう。また、振動体１１、３１、３１に対して信号の入出力を行うための金属膜１６についても、振動腕部１４を長くした分だけ長さ寸法が増加して電気的抵抗が大きくなるので、特性の劣化に繋がってしまう。また、振動腕部１４の両端部の幅寸法Ｗ２について、例えば当該振動腕部１４の強度の向上を図るために幅寸法Ｗ１よりも太くしようとすると、両端部が更に振動しにくくなるので、特性の劣化がより一層顕著になってしまう。
【００２０】
一方、振動腕部１４の長さ方向に亘って例えば図３で説明した幅寸法Ｗ２に設定すると、即ち長さ方向に亘って両端部と同程度の細さとなるように振動腕部１４を形成すると、振動腕部１４の屈曲振動の周波数が振動子の周波数とずれてしまうし、屈曲振動しながら振動体１１を支持する上での強度が不足してしまう。
【００２１】
そこで、本発明では、振動腕部１４における屈曲振動の周波数について、振動子の周波数に対応する値に設定しながら、振動腕部１４の両端部を中央部よりも細くしている。従って、振動腕部１４における周波数のずれが抑えられつつ、基部１２ａ、１２ｂ側への振動腕部１４の振動の漏洩が抑制される。即ち、振動腕部１４と基部１２ａ、１２ｂとの間における接触面積が小さい程、振動が物理的に伝搬しにくくなる。
【００２２】
また、振動腕部１４の両端部を細くしたことにより、当該両端部がいわば振動自在に支持されるので、両端部では振動の阻害が抑制される。そのため、ある周波数で振動腕部１４を屈曲振動させるにあたって、振動腕部１４の長さ寸法は、当該両端部を中央部と同じ太さに設定した場合あるいは両端部を中央部よりも太くした場合と比べて短くて済む。従って、振動体１１、３１、３１に対して信号の入出力を行う金属膜１６における電気的抵抗についても抑えられ、特性の劣化が抑制される。
【００２３】
振動腕部１４、１４から伸び出す支持部３３、３３の先端側には、直径寸法が例えば５０μｍの概略円板状に各々形成された振動体３１、３１の外縁部が各々接続されている。振動体３１、３１は、例えば窒化アルミニウムなどの圧電薄膜（振動板）により構成されると共に、既述の金属膜１６、１６が励振電極として上下両面に形成されている。これら振動体３１、３１は、当該振動体３１、３１の中央部を節として、半径方向に伸縮する輪郭振動が周方向に亘って起こるように構成されている。この時、振動体３１、３１は、互いに同相で振動するように、即ち一方の振動体３１が膨張するときは他方の振動体３１についても同様に膨張し、一方の振動体３１が収縮する時には他方の振動体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。
【００２４】
続いて、音叉型振動体１１及び振動体３１、３１を備えた振動子の製造方法について、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）法を利用した手法を例に簡単に説明する。先ず、ベース基板１上に酸化膜２を形成し、この酸化膜２に対して凹部３の形状に対応するようにパターニング（エッチング）を行う。次いで、この酸化膜２に形成された凹部３の内壁面に沿うように窒化膜４を成膜すると共に、凹部３の深さ寸法よりも厚膜となるように図示しない犠牲膜を積層する。そして、窒化膜４上の凹部３の内部領域がこの犠牲膜で埋め込まれるように、且つ当該凹部３の外側の領域における窒化膜４が露出するようにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｃｉｎｇ）を行う。続いて、モリブデン（Ｍｏ）などからなる金属膜１６をベース基板１（窒化膜４）上に形成して、振動体１１、３１、３１及び基部１２ａ、１２ｂの形状となるように金属膜１６にパターニングを行う。尚、以上の一連の工程では、各膜にパターニングを行うにあたり、フォトレジスト膜の形成、当該フォトレジスト膜へのパターン転写及びフォトレジスト膜の下層膜のドライエッチング処理が含まれているが、簡略化して説明している。
【００２５】
次いで、金属膜１６上に、振動体１１、３１、３１などを構成する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電薄膜４１と、モリブデンなどの金属膜１６とを下側からこの順番で積層して、図１に対応する部位が残るように当該金属膜１６に対してパターニングを行う。尚、このパターニングでは、圧電薄膜４１と当該圧電薄膜４１の上面側の金属膜１６との間のパターンずれを防止するため、開口部２１に対応する領域及び当該領域の周辺の部位だけが除去されるようにしても良い。
【００２６】
そして、シリコン酸化膜などからなる絶縁膜４２と、有機物からなるレジストマスク４３とをベース基板１上にを下側からこの順番で積層すると共に、このレジストマスク４３に対して、振動体１１、３１、３１及び基部１２ａ、１２ｂなどに対応する領域以外の部分が開口するようにパターニングを行う。図６は、パターニング後のレジストマスク４３を示しており、振動腕部１４、１４の上方側におけるレジストマスク４３は、当該振動腕部１４、１４の形状に対応するように、長さ方向における両端部が当該両端部の間の中央側の領域よりも幅寸法が小さくなるように形成されている。従って、このレジストマスク４３を介して下方側の絶縁膜４２をエッチングし、次いでレジストマスク４３を剥離すると共に絶縁膜４２をマスクとして圧電薄膜４１をエッチングすると、図１に対応する形状の振動体１１、３１、３１などが得られる。
【００２７】
続いて、開口部２１を形成するために、絶縁膜４２に対してパターニングを行った後、絶縁膜４２の上方側に別のマスクを形成して圧電薄膜４１をエッチングして下層側の金属膜１６を露出させる。その後、例えば凹部３内に埋め込んだ犠牲膜が露出するようにパターニングしたレジスト膜（いずれも図示せず）を形成し、フッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチングにより、ベース基板１上において露出しているシリコン酸化膜を除去する。こうして洗浄工程などを経た後、既述の図１に示す振動子が得られる。その後、例えばダイシングにより、ベース基板１に縦横に多数形成された振動子が個片化される。
【００２８】
以上の工程により形成された振動子に対して入出力ポート２０ａ、２０ｂを介して例えば外部から電気信号を入力すると、振動体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２０ａ、２０ｂを介して取り出される。具体的には、例えば振動体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。従って、各々の振動体３１を平面で見た時、輪郭振動は、当該振動体３１の中心を介して左右及び前後において対称となる。
【００２９】
この時、振動体３１、３１では、互い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、振動体３１、３１と同じ周波数で且つ逆相で屈曲振動が起こるように各寸法を調整している。そのため、振動腕部１４、１４は、図７に示すように、振動体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、一方振動体３１、３１が膨張する時は、図８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、振動体３１、３１の膨張収縮振動が吸収されるように、即ち各々の振動体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７及び図８では、音叉型振動体１１及び振動体３１、３１の振動の様子を誇張して描画している。
【００３０】
また、振動腕部１４が屈曲振動するにあたって、当該振動腕部１４の両端部を中央側と比べて細くしているため、この屈曲振動のエネルギーは、基部１２ａ、１２ｂ側へ漏洩しにくくなっている。即ち、振動腕部１４と基部１２ａ、１２ｂとの間の接続面の面積が小さい程、振動腕部１４における振動は基部１２ａ、１２ｂ側に伝搬しにくくなる。そのため、振動腕部１４における振動レベルの減衰が抑制される。
【００３１】
ここで、図９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、振動体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、各々の振動体３１、３１では、各々の振動体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。尚、このシミュレーションでは、振動腕部１４、１４を各々角柱状に形成している（両端部を細くしていない）。
【００３２】
一方、振動体３１、３１間に音叉型振動体１１に代えて例えば矩形の連結部を設けた場合には、図１０に示すように、振動体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１０では図９の場合よりもＱ値が劣化していることが分かる。
また、図１１は、振動腕部１４、１４の両端部を中央部よりも各々細くした場合について、共振が起こっている時の応力を解析した結果を示している。基部１２ａ、１２ｂにおいて応力が発生しているものの、当該応力は極めて小さく抑えられていることが分かる。一方、振動腕部１４の両端部を細くせずに、両端部を中央部よりも太くした場合には、図１２に示すように、基部１２ａ、１２ｂの広い範囲に亘って応力が発生し、従って振動腕部１４の振動が基部１２ａ、１２ｂに大きく伝搬している。
【００３３】
上述の実施の形態によれば、２つの振動体１１、１１の間に音叉型振動体１１を介在させるにあたり、振動腕部１４の両端部を中央部よりも細くすることによって、当該振動腕部１４の振動エネルギーが基部１２ａ、１２ｂ側に漏洩することを抑制しているので、特性の劣化を抑えることができる。また、振動腕部１４の両端部を中央部よりも細くすることにより、既述のように、この振動腕部１４の長さ寸法を抑えることができるので、振動子の電気的抵抗が抑制され、小型で且つ良好な特性を持つ振動子を得ることができる。既述の図１１の振動子において抵抗値を計算したところ、２０Ωであったのに対し、図１２の振動子では３０Ωとなっており、３０％もの大きな改善が確認された。即ち、音叉型振動体１１をある周波数で振動させようとすると、図１２では振動腕部１４の両端部において振動が阻害される分だけ長さ寸法を大きくする必要があり、そのため図１１の振動子よりも電気的抵抗が大きくなる。
【００３４】
また、振動腕部１４の両端部を中央部側よりも細くするにあたり、圧電薄膜４１のエッチングを行って振動腕部１４の外形を形成する工程を利用しているので、例えば振動子を製造する時の一連の工程とは別の工程を設ける場合と比べて、スループットの低下を抑えることができる。そのため、振動腕部１４の振動エネルギーの漏洩を抑えるにあたって、本発明の手法は、例えば基部１２ａ、１２ｂの側面に対してくびれを入れる場合よりも生産性が高い。
【００３５】
また、互いに同相で輪郭振動を起こす振動体３１、３１の間に音叉型振動体１１を介在させ、この音叉型振動体１１について、振動体３１、３１の膨張収縮を吸収するように、これら振動体３１、３１に対して逆相で振動するようにしている。そのため、各々の振動体３１、３１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。そして、平面で見た時における振動体３１の中心ではなく、当該振動体３１の外縁を支持しているので、振動の阻害を抑えながら、既述の輪郭振動を形成できる。そのため、工業的に大量の振動子を製造する場合であっても、振動子間における特性のばらつきを抑えることができる。
【００３６】
このように、本発明では、２つの振動体３１、３１を互いに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、振動体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、連結部は振動板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、振動板の発振周波数よりも極めて高い周波数であり、そのため振動板から見れば振動していない状態となっていると言える。
【００３７】
これに対して本発明では、以上説明したように、振動体３１、３１間の連結部について、これら振動体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や振動体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を振動体３１と同じ周波数で発振させる時には、音叉型振動体１１は、振動体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、振動体３１、３１と同じ周波数で且つ逆相で発振させる時に、振動体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。
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。
【００３８】
以上説明した振動子の他の例について、以下に列挙する。図１３及び図１４は、振動腕部１４の両端部において、中央側から端部側に向かうにつれて直線的に幅寸法Ｗ１を小さくすることに代えて、曲線的に幅寸法Ｗ１を小さくした例を示している。両端部における振動腕部１４は、図１３では、外縁部が外側に膨らむように円弧状に形成され、一方図１４では内側に向かって外縁部が狭まるように円弧状に形成されている。
【００３９】
図１５は、振動腕部１４の両端部に複数の段部５１を設けて、当該振動腕部１４の幅寸法Ｗ１がいわば階段状に小さくなるように形成した例を示している。また、図１６は、一対の振動腕部１４のうち一方の振動腕部１４について、両端部における他方の振動腕部１４側（内側）の側面に、例えば平面で見た時に概略三角形状の切り欠き部５２を各々形成し、振動体１１側（外側）における両端部の側面については中央部側から基部１２ａ、１２ｂ側に亘って直線的に形成した例を示している。従って、前記一方の振動腕部１４は、この振動腕部１４を平面で見た時に当該振動腕部１４の中央を長さ方向に沿って通る直線を介して非対称になっている。そして、他方の振動腕部１４は、これら振動腕部１４、１４間の中間位置において振動腕部１４の長さ方向に沿って通る直線を介して、一方側の振動腕部１４に対して対称となるように形成されている。
【００４０】
更に、図１７は、振動腕部１４について、中央部側から端部側に向かうにつれて一度外側に膨らみ、その後縮径して既述の幅寸法Ｗ２となるように形成した例を示している。更にまた、図１８は、振動腕部１４について、両端部を直線的あるいは曲線的に縮径させることに代えて、既述のラインＬよりも基部１２ａ、１２ｂ側に、振動腕部１４よりも一回り細い（幅寸法Ｗ２の）柱状部を各々設けた例を示している。
【００４１】
更にまた、図１９は、振動腕部１４の両端部を中央部側よりも細くすることに代えて、当該両端部を薄くした例を示している。この場合には、圧電薄膜４１をベース基板１上に成膜した後、上層側の金属膜１６を形成する前に、図示しないレジスト膜を介して前記両端部をエッチングして、その後金属膜１６を形成する。更にまた、このように両端部を薄くすると共に、既述のようにして細くしても良い。
【００４２】
以上を纏めると、本発明の振動腕部１４は、幅寸法（太さ寸法）及び厚さ寸法の少なくとも一方の寸法について、振動体１１との接続部位における寸法よりも基部１２ａ、１２ｂとの接続部位における寸法が小さくなるように形成されていれば良い。尚、図１９では金属膜１６については描画を省略しており、基部１２ａ、１２ｂを一部切り欠いている。
【００４３】
また、図２０は、基部１２ａ、１２ｂの上方側に、概略柱状の支持部５５を左右方向に２カ所に各々配置して、これら支持部５５によって振動腕部１４を下方側から支持するように構成した例を示している。振動腕部１４は、長さ方向に亘って幅寸法Ｗ１が一定となるように角柱状に形成されている。また、平面で見た時における支持部５５の表面積は、振動腕部１４を長さ方向に直交する平面で切断した時の断面積よりも小さくなるように形成されている。この支持部５５は、振動腕部１４を支持するためのものであり、従って基部１２ａ、１２ｂの一部をなしているとも言えるし、振動腕部１４と共に振動する場合もあることから、振動腕部１４の一部をなしているとも言える。従って、本発明では、振動腕部１４におけるベース基板１側の部位について、振動体１１との接続部よりも幅寸法や厚さ寸法を小さくしていると言える。
【００４４】
尚、このような図２０に示す振動腕部１４を形成する工程を簡単に説明すると、圧電薄膜４１をエッチングするための絶縁膜４２やレジストマスク４３については、振動腕部１４の外形が形成されないように、即ち２つの基部１２ａ、１２ｂ間が露出するようにパターニングする。そして、基部１２ａ、１２ｂや振動体１１を形成した後、再度圧電薄膜の成膜及びエッチングを行って支持部５５を形成する。次いで、同様に圧電薄膜の成膜及びエッチングを行うことにより、支持部５５の上方側に振動腕部１４を形成する。こうして形成された構造体に対して、例えば上層側の金属膜１６が配置される部位が露出するようにパターニングされたマスキング剤を塗布すると共に、この構造体に対して例えば無電界メッキを行うと、金属膜１６が形成される。
【００４５】
また、音叉型振動体１１としては、振動体３１、３１と逆相で発振する構成であれば良く、例えば図２１に示すように、開口部１３を概略楕円形状に形成しても良い。更に、図２２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２３に示すように、例えば手前側の基部１２ａを設けずに、振動腕部１４、１４が奥側の基部１２ｂ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。図２３では、入出力ポート２０ａ及び開口部２１は、基部１２ｂ側に各々形成されている。
【００４６】
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２４を参照して簡単に説明する。図２４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。
【００４７】
振動腕部１４と基部１２ａ、１２ｂとの間の接続部における幅寸法Ｗ２について、大きすぎると（振動腕部１４の中央部側における幅寸法Ｗ１と近くなりすぎると）振動腕部１４の振動が漏洩することを抑制する役割が小さくなり、一方小さすぎると振動腕部１４や振動体１１を物理的に支持しにくくなることから、既述の範囲であることが好ましい。また、振動体１１の直径寸法が小さくなる程（振動体１１の振動周波数が高くなる程）、振動腕部１４の幅寸法Ｗ１についても当該振動体１１の振動周波数に対応して細く（あるいは厚さ寸法が薄く）なり、従って幅寸法Ｗ１、Ｗ２間の差分を取りにくくなる。一方、振動体１１の直径寸法が大きくなっていくと、既述のＭＥＭＳ法を用いた場合に、エッチング時間が長くなったり、ベース基板１上に形成できる振動子の個数が少なくなったりする。そのため、振動体１１の直径寸法としては、例えば６０μｍ〜３９０μｍであることが好ましく、振動子の周波数で言うと１００ＭＨｚ〜１４ＭＨｚである。
【００４８】
更に、振動腕部１４の長さ方向における中央部に対して幅寸法あるいは厚さ寸法を小さくする領域の長さ寸法（図３においてラインＬと基部１２ｂとの間の寸法）ｄについては、小さすぎるとパターニングが難しくなり、一方大きすぎると電気的ロスが大きくなって電気的抵抗の増大につながるため、振動子に要求される特性を考慮して適宜設定される。また、一対の振動腕部１４、１４を互いに対称となるように形成したが、これら振動腕部１４、１４が互いに非対称となるように形成すると共に、振動腕部１４、１４が同じ周波数で且つ同相で屈曲振動するように、厚さ寸法及び幅寸法を各々調整しても良い。以上説明した振動体３１、３１は、円形に形成することに代えて、楕円状、三角形や四角形などであっても良い。
【００４９】
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、振動体３１、３１の励振電極及び入出力ポート２０ａ、２０ｂを接続するための引き出し電極とを金属膜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。
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２０ａ（２０ｂ）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２０ｂ（２０ａ）から取り出される。
【００５０】
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１０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９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】
【００５１】
１  ベース基板
１１  音叉型振動体
１２  基部
１４  振動腕部
２０  入出力ポート
３１  振動体
４３  レジストマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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