(57)【要約】【課題】振動片の振動特性の低下が抑制され、かつ小型化が図られた電子デバイス、ならびに、かかる電子デバイスを備えた電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】振動子（電子デバイス）１は、振動腕２８、２９、３０を備える振動片２と、振動片２を支持し平面視で矩形をなすベース部３と、振動片２のベース部３とは反対側に設けられた蓋体７と、を有し、ベース部３の長辺３０２および短辺３０３が延びる方向と、振動腕２８、２９、３０が延びる方向と、が交わっている。振動腕２８、２９、３０とＹ軸方向とがなす角度をθとしたとき、角度θが０°超９０°未満になっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動腕を備える振動片と、
前記振動片を支持するベース部と、を有し、
平面視で、前記ベース部の辺が延びる方向と、前記振動腕が延びる方向と、が交わっていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記振動腕は、その一方の端部で前記ベース部に支持されている請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記振動腕は、その厚さ方向に屈曲振動する請求項１または２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記振動片は、３本の前記振動腕を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記振動腕の構成材料は、シリコンを含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記ベース部の構成材料は、シリコンを含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記ベース部の構成材料は、単結晶シリコンを含んでおり、
前記ベース部は、その辺が延びる方向が、前記単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞に沿っていて、かつ、前記振動腕が延びる方向が、前記単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞に沿っている請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
平面視において、前記振動片と並んでいる端子部を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記振動片を覆って前記ベース部に接続されている蓋体部を有する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電子デバイスを備え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、電子デバイス、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発振器、ジャイロセンサー等の電子デバイスとしては、複数の振動腕を備える音叉型の振動子を備えるものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の振動子は、振動腕が形成された単結晶シリコン基板と、基準電極と、圧電体と、駆動電極と、検出電極と、を備えている。この振動子において、基準電極と駆動電極との間に電圧が印加されることにより、圧電体を伸縮させ、振動腕を単結晶シリコン基板の厚さ方向に振動させる。このような状態において振動腕の長手方向に角速度が加わると、振動腕の振動方向に垂直な方向にコリオリ力が発生する。このコリオリ力によって圧電体に発生する電荷を検出電極から信号として出力させることにより、加わった角速度を検出することができる。
【０００４】
このような電子デバイスに対しては、近年、小型化の要請が強くなっている。しかしながら、小型化が進むと、振動子の振動特性が劣化することが懸念されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、振動片の振動特性の低下が抑制され、かつ小型化が図られた電子デバイス、ならびに、かかる電子デバイスを備えた電子機器および移動体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】
【０００７】
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、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
本適用例の電子デバイスは、振動腕を備える振動片と、
前記振動片を支持するベース部と、を有し、
平面視で、前記ベース部の辺が延びる方向と、前記振動腕が延びる方向と、が交わっていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、振動片の振動特性の低下が抑制され、かつ小型化が図られた電子デバイスが得られる。
【００１０】
［適用例２］
本適用例の電子デバイスでは、前記振動腕は、その一方の端部で前記ベース部に支持されていることが好ましい。
【００１１】
これにより、振動腕を確実に支持することができるので、振動腕に励起される振動が不安定になるのを抑制することができる。
【００１２】
［適用例３］
本適用例の電子デバイスでは、前記振動腕は、その厚さ方向に屈曲振動することが好ましい。
これにより、安定した振動を実現することができる。
【００１３】
［適用例４］
本適用例の電子デバイスでは、前記振動片は、３本の前記振動腕を備えることが好ましい。
【００１４】
これにより、隣り合う２本の振動腕を互いに反対方向に屈曲振動させることにより、隣り合う２本の振動腕からなる２組から生じる漏れ振動を互いに相殺することができる。その結果、振動漏れを防止して、周波数精度の高い信号を出力し得る電子デバイスが得られる。
【００１５】
［適用例５］
本適用例の電子デバイスでは、前記振動腕の構成材料は、シリコンを含むことが好ましい。
これにより、振動特性に優れた振動腕を、比較的安価に実現することができる。
【００１６】
［適用例６］
本適用例の電子デバイスでは、前記ベース部の構成材料は、シリコンを含むことが好ましい。
これにより、エッチングにより高い寸法精度でベース部を形成することができる。
【００１７】
［適用例７］
本適用例の電子デバイスでは、前記ベース部の構成材料は、単結晶シリコンを含んでおり、
前記ベース部は、その辺が延びる方向が、前記単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞に沿っていて、かつ、前記振動腕が延びる方向が、前記単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞に沿っていることが好ましい。
【００１８】
これにより、ベース部の辺が延びる方向と振動腕が延びる方向とが交わっている状態を、単結晶シリコンのエッチング異方性を利用して簡単かつ正確に作り出すことができる。このため、各部の寸法精度が高く、振動特性が設計値に十分に近い電子デバイスを得ることができる。その結果、小型でかつ信頼性の高い電子デバイスが得られる。
【００１９】
［適用例８］
本適用例の電子デバイスでは、平面視において、前記振動片と並んでいる端子部を有することが好ましい。
これにより、実装性の高い電子デバイスが得られる。
【００２０】
［適用例９］
本適用例の電子デバイスでは、前記振動片を覆って前記ベース部に接続されている蓋体部を有することが好ましい。
これにより、振動片を保護することができる。
【００２１】
［適用例１０］
本適用例の電子機器は、上記適用例の電子デバイスを備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
【００２２】
［適用例１１］
本適用例の移動体は、上記適用例の電子デバイスを備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の電子デバイスの実施形態を適用した振動子を示す斜視図である。
【図２】図１に示す振動子の透過上面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１等に示す振動子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図１等に示す振動子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図１等に示す振動子の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の電子デバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
［振動子］
まず、本発明の電子デバイスの実施形態を適用した振動子について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の電子デバイスの実施形態を適用した振動子を示す斜視図である。図２は、図１に示す振動子の透過上面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２７】
なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向をＸ軸方向、Ｙ軸に平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸に平行な方向をＺ軸方向という。また、以下の説明では、説明の便宜上、図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」という。また、図３では、説明の便宜上、振動子に含まれる部位の一部について、図示を省略している。
【００２８】
図１に示す振動子（電子デバイス）１は、振動片２と、振動片２の下方に設けられたベース部３と、振動片２とベース部３との間に設けられた中間層６と、振動片２の上方に設けられた蓋体７と、を有している。
【００２９】
以下、振動子１を構成する各部を順次詳細に説明する。
（振動片）
図２に示す振動基板２１は、Ｚ軸方向を厚さ方向とする略板状をなしており、基部２７と、３つの振動腕２８、２９、３０と、枠部２６と、を備えている。
【００３０】
振動片２は、図２に示すような３脚音叉型の振動片である。この振動片２は、振動基板２１上に設けられた圧電体２２、２３、２４および端子部４１、４２と、質量部５１、５２、５３と、を備えている。
【００３１】
振動基板２１の構成材料としては、所望の振動特性を発揮することができるものであれば、特に限定されず、各種圧電体材料および各種非圧電体材料を用いることができる。
【００３２】
例えば、かかる圧電体材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。特に、振動基板２１を構成する圧電体材料としては水晶（Ｘカット板、ＡＴカット板、Ｚカット板等）が好ましい。水晶で振動基板２１を構成すると、振動基板２１の振動特性（特に周波数温度特性）を優れたものとすることができる。また、エッチングにより高い寸法精度で振動基板２１を形成することができる。
【００３３】
また、かかる非圧電体材料としては、例えば、シリコン、セラミックス、ガラス等が挙げられる。特に、振動基板２１を構成する非圧電体材料としては単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等の各種シリコンが好ましい。シリコンで振動基板２１を構成すると、振動特性に優れた振動基板２１を比較的安価に実現することができる。また、基部２７に集積回路を形成するなどして、振動片２と他の回路素子との一体化も容易である。また、特に単結晶シリコンによれば、エッチングにより高い寸法精度で振動基板２１を形成することができる。
【００３４】
（ベース部）
ベース部３は、Ｚ軸方向を厚さ方向とする略板状をなしており、＋Ｚ側に開口する凹部３１を備えている。具体的には、ベース部３は、平板状の板体３２と、板体３２の上面の外周部に設けられた枠体３３と、を備えており、枠体３３の内側の空間が凹部３１に対応している。また、枠体３３の外形は、振動基板２１の外形と異なっていてもよいが、本実施形態では互いに一致している。
【００３５】
ベース部３の構成材料としては、振動基板２１を支持するのに必要な機械的強度を有するものであれば、特に限定されないが、例えば各種シリコン材料、各種セラミックス材料、各種ガラス材料等を用いることができる。
【００３６】
このうち、特にシリコンが好ましく用いられ、単結晶シリコンがより好ましく用いられる。シリコンによれば、エッチングにより高い寸法精度で効率よくベース部３を形成することができる。
【００３７】
本実施形態に係るベース部３は、単結晶シリコンで構成されている。ベース部３は、平面視において矩形（長方形）をなしており、その長軸はＹ軸方向に平行であり、短軸はＸ軸方向に平行である。また、ベース部３を構成している単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれと平行である。すなわち、ベース部３の長辺３０２および短辺３０３は、それぞれベース部３を構成している単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞と平行である。なお、結晶方位＜１１０＞は、結晶方位［１１０］およびそれと等価な結晶方位をまとめて表現したものである。
【００３８】
なお、ベース部３は、平面視において矩形であればよい。矩形には、長方形の他に、正方形、長方形や正方形に準じた形状等も含まれる。長方形や正方形に準じた形状とは、内角が９０°からずれた四角形（例えば内角が９０±５°程度の範囲内でずれた四角形）や、角部が面取りされたり丸みを付けられたりした四角形等のことをいう。
【００３９】
また、凹部３１は、振動基板２１の枠部２６の内側の領域に対応して設けられている。すなわち、凹部３１は、Ｚ軸に平行な方向からの平面視において、基部２７および振動腕２８、２９、３０を包含するように設けられている。これにより、振動腕２８、２９、３０は、凹部３１の分だけ、図３の下方に変位可能になる。
【００４０】
（蓋体）
蓋体７（蓋体部）は、Ｚ軸方向を厚さ方向とする略板状をなしており、−Ｚ側に開口する凹部７１を備えている。具体的には、蓋体７は、平板状の板体７２と、板体７２の下面の外周部に設けられた枠体７３と、を備えており、枠体７３の内側の空間が凹部７１に対応している。
【００４１】
蓋体７の構成材料としては、振動片２を保護するのに必要な機械的強度を有するものであれば、特に限定されないが、例えば各種シリコン材料、各種セラミックス材料、各種ガラス材料、各種金属材料等を用いることができる。
【００４２】
このうち、特に単結晶シリコンが好ましく用いられる。単結晶シリコンによれば、エッチングにより高い寸法精度で効率よく蓋体７を形成することができる。
【００４３】
また、凹部７１は、振動基板２１の枠部２６の内側の領域に対応して設けられている。すなわち、凹部７１は、Ｚ軸に平行な方向からの平面視において、凹部３１に対応するように設けられている。これにより、振動腕２８、２９、３０は、凹部７１の分だけ、図３の上方にも変位可能になる。
【００４４】
なお、蓋体７は、図２に示すように、平面視にて六角形をなしている。また、蓋体７は、振動基板２１やベース部３よりも小さくなるように構成されており、振動子１を上方から見たとき、蓋体７から振動基板２１の一部がはみ出ている。このはみ出た部分に端子部４１、４２が設けられている。
【００４５】
（中間層）
中間層６は、振動基板２１とベース部３との間に設けられている。そして、中間層６により、振動基板２１の枠部２６とベース部３とを接合している。これにより、振動基板２１の枠部２６とベース部３とが気密封止されている。
【００４６】
また、蓋体７は、振動基板２１の枠部２６に対して接合されている。これにより、振動基板２１の枠部２６と蓋体７とが気密封止されている。蓋体７と振動基板２１との接合方法は、特に限定されないが、例えば直接接合、陽極接合、ろう材やはんだ等を用いた金属接合、溶接、かしめ等が挙げられる。
【００４７】
このようにしてベース部３、振動基板２１および蓋体７が接合されることにより、凹部３１と凹部７１と枠部２６とで画成される空間Ｓが外部から隔離される。なお、中間層６と振動基板２１との接合および振動基板２１とベース部３との接合を、それぞれ減圧下または不活性ガス雰囲気下で行うことにより、空間Ｓ内を減圧状態または不活性ガス封入状態に保持することができる。
【００４８】
（振動基板）
ここで、振動基板２１は、Ｚ軸方向を厚さ方向とする略板状をなしている。また、基部２７からは、互いに同一の方向に振動腕２８、２９、３０が延出している。
【００４９】
振動腕２８、２９、３０が延びる方向は、ベース部３の長辺３０２が延びる方向と交わっている。本実施形態の場合、振動腕２８、２９、３０が延びる方向とＹ軸方向とがなす角度をθとしたとき、角度θが０°超９０°未満になっている。このような条件を満足するように振動腕２８、２９、３０が延びる方向とベース部３の長辺３０２が延びる方向とを設定することにより、ベース部３の外形サイズを大きくすることなく、振動腕２８、２９、３０の長さを比較的長く確保することができる。換言すれば、ベース部３の対角線は、長辺３０２よりも長いため、その方向に沿って振動腕２８、２９、３０を延出させることにより、振動腕２８、２９、３０の長さを短くすることなく、ベース部３の小型化を図ることができる。その結果、クリスタルインピーダンス（ＣＩ値）の上昇や共振尖鋭度（Ｑ値）の低下といった振動特性の悪化を抑えつつ、小型の振動子１を実現することができる。
【００５０】
振動腕２８、２９、３０が延びる方向とＹ軸方向とがなす角度θは、前述したように０°超９０°未満であればよいが、好ましくは４０°以上５０°以下とされ、より好ましくは４４°３０′以上４５°３０′以下とされる。角度θを前記範囲内に設定することで、ベース部３の外形サイズを大きくすることなく、振動腕２８、２９、３０の長さを十分に長く確保することができるので、振動特性の悪化の抑制と振動子１の小型化とをより高度に両立させることができる。
【００５１】
なお、上記説明では、振動腕２８、２９、３０が延びる方向とＹ軸方向とがなす角度をθとしてその範囲を規定しているが、この角度θは、振動腕２８、２９、３０が延びる方向とＸ軸方向とがなす角度であってもよい。この場合でも、角度θは、前記範囲内であることが好ましい。
【００５２】
また、本実施形態では、振動腕２８、２９、３０が延びる方向は、ベース部３を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞と平行である。なお、結晶方位＜１００＞は、結晶方位［１００］およびそれと等価な結晶方位（例えば［０１０］や［００１］）をまとめて表現したものである。
【００５３】
したがって、本実施形態では、振動腕２８、２９、３０が延びる方向とＹ軸方向とがなす角度θは、ベース部３を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞と結晶方位＜１００＞とがなす角度に等しいといえる。このように、ベース部３の長辺３０２および短辺３０３が延びる方向を、ベース部３を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞と平行にし、かつ、振動腕２８、２９、３０が延びる方向を、ベース部３を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞と平行にすることで、前者の方向と後者の方向とが交わる状態を、単結晶シリコンのエッチング異方性を利用して簡単かつ正確に作り出すことができる。このため、本実施形態に係る振動子１では、各部の寸法精度が高くなり、振動特性を設計値に近づけ易くなる。その結果、小型で信頼性の高い振動子１を実現することができる。
【００５４】
このような振動腕２８、２９、３０は、その延びる方向が互いに平行であるとともに、振動腕２８、２９、３０が延びる方向に直交する方向に並んでいる。このうち、振動腕３０は、振動腕２８と振動腕２９との間に位置している。
【００５５】
これらの振動腕２８、２９、３０は、基部２７側の端部（基端部）が固定端となり、基部２７と反対側の端部（先端部）が自由端となる。また、基部２７のうち、振動腕２８、２９、３０とは反対側の端部が、枠部２６に接続されている。枠部２６は、平面視において枠状をなしており、その内部に基部２７や振動腕２８、２９、３０が配置されている。また、枠部２６、基部２７および振動腕２８、２９、３０は、一体的に形成されている。前述したように、枠部２６は、ベース部３と蓋体７とで挟み込まれるように支持されていることから、振動腕２８、２９、３０の基端部は、基部２７や枠部２６を介してベース部３に支持されることとなる。これにより、振動腕２８、２９、３０を確実に支持することができるので、振動腕２８、２９、３０に励起される振動が不安定になるのを抑制することができる。
【００５６】
また、各振動腕２８、２９、３０は、長手方向での全域にわたって幅が一定となっている。なお、各振動腕２８、２９、３０は、幅の異なる部分を有していてもよい。
【００５７】
また、振動腕２８、２９、３０は、互いに同じ長さとなるように形成されている。なお、振動腕２８、２９、３０の長さは、各振動腕２８、２９、３０の幅、厚さ等に応じて設定されるものであり、互いに異なっていてもよい。
【００５８】
なお、振動腕２８、２９、３０の各先端部には、必要に応じて、基端部よりも横断面積が大きい質量部（ハンマーヘッド）を設けてもよい。この場合、振動片２をより小型なものとしたり、振動腕２８、２９、３０の屈曲振動の周波数をより低めたりすることができる。
【００５９】
（質量部）
図２、３に示すように、このような振動腕２８の上面２８１上には、質量部５１が設けられている。この質量部５１は、例えば、エネルギー線の照射により一部または全部が除去されることにより質量を減少させて、振動腕２８の共振周波数を調整するためのものである。同様に、振動腕２９の上面２９１上には、質量部５２が設けられ、また、振動腕３０の上面３０１上には質量部５３が設けられている。
【００６０】
（圧電素子）
また、図２〜４に示すように、このような振動腕２８上には、圧電体２２が設けられ、また、振動腕２９上には、圧電体２３が設けられ、さらに、振動腕３０上には、圧電体２４が設けられている。これにより、振動腕２８、２９、３０自体が圧電性を有していない場合や、振動腕２８、２９、３０が圧電性を有しているものの、その分極軸や結晶軸の方向がＺ軸方向での屈曲振動に適していなかったりする場合でも、比較的簡単かつ効率的に、各振動腕２８、２９、３０をＺ軸方向に屈曲振動させることができる。これにより、安定した振動を実現することができる。また、振動腕２８、２９、３０の圧電性の有無、分極軸や結晶軸の方向を問わないので、各振動腕２８、２９、３０の材料の選択の幅が広がる。そのため、所望の振動特性を有する振動片２を比較的簡単に実現することができる。
【００６１】
圧電体２２は、通電により伸縮して振動腕２８をＺ軸方向に屈曲振動させる機能を有する。また、圧電体２３は、通電により伸縮して振動腕２９をＺ軸方向に屈曲振動させる機能を有する。また、圧電体２４は、通電により伸縮して振動腕３０をＺ軸方向に屈曲振動させる機能を有する。
【００６２】
このような圧電体２２は、図４に示すように、振動腕２８上に、絶縁体層２２１、第１の電極層２２２、圧電体層（圧電薄膜）２２３、第２の電極層２２４がこの順で積層されて構成されている。同様に、圧電体２３は、振動腕２９上に、絶縁体層２３１、第１の電極層２３２、圧電体層（圧電薄膜）２３３、第２の電極層２３４がこの順で積層されて構成されている。また、圧電体２４は、振動腕３０上に、絶縁体層２４１、第１の電極層２４２、圧電体層（圧電薄膜）２４３、第２の電極層２４４がこの順で積層されて構成されている。
【００６３】
以下、圧電体２２を構成する各層を順次詳細に説明する。なお、圧電体２３、２４の各層の構成については、圧電体２２と同様であるため、その説明を省略する。
【００６４】
（第１の電極層）
第１の電極層２２２は、基部２７上から振動腕２８上にかけて、振動腕２８の延出方向に沿って設けられている。
【００６５】
本実施形態では、振動腕２８上において、第１の電極層２２２の長さは、振動腕２８の長さよりも短くなっている。
【００６６】
このような第１の電極層２２２は、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料やＩＴＯ、ＺｎＯ等の透明電極材料により形成することができる。
【００６７】
また、第１の電極層２２２の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度であるのが好ましく、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度であるのがより好ましい。これにより、第１の電極層２２２が圧電体２２の駆動特性や振動腕２８の振動特性に悪影響を与えるのを防止しつつ、前述したような第１の電極層２２２の導電性を優れたものとすることができる。
【００６８】
（絶縁体層）
振動基板２１の構成材料によっては、第１の電極層２２２と振動基板２１との間を電気的に絶縁する必要がある。そのため、本実施形態のように、振動基板２１を半導体であるシリコンで構成した場合、第１の電極層２２２と振動基板２１との間に絶縁体層２２１を設けるのが好ましい。
絶縁体層２２１は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミ等で構成される。
【００６９】
また、絶縁体層２２１の平均厚さは、第１の電極層２２２と振動基板２１との間を電気的に絶縁し得る厚さであれば、特に限定されないが、例えば、１ｎｍ以上１０μｍ以下程度であるのが好ましい。かかる厚さが前記下限値未満であると、絶縁体層２２１の構成材料によっては、短絡を防止する効果が小さくなるおそれがあり、一方、かかる厚さが前記上限値を超えると、絶縁体層２２１の構成材料によっては、圧電体２２の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００７０】
（圧電体層）
圧電体層２２３は、第１の電極層２２２上に振動腕２８の延出方向に沿って設けられている。また、振動腕２８の延出方向における圧電体層２２３の長さは、同方向における第１の電極層２２２の長さにほぼ等しいのが好ましい。これにより、振動腕２８の長手方向において圧電体層２２３の均質化を図ることができる。
【００７１】
また、圧電体層２２３の基部２７側の端部（すなわち圧電体層２２３の基端部）は、振動腕２８と基部２７との境界部を跨ぐように設けられている。これにより、圧電体２２の駆動力を振動腕２８に効率的に伝達させることができる。また、振動腕２８と基部２７との境界部における剛性の急激な変化を緩和することができる。そのため、振動片２のＱ値を高めることができる。
【００７２】
このような圧電体層２２３の構成材料（圧電体材料）としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等が挙げられるが、ＡｌＮ、ＺｎＯを用いるのが好ましい。
【００７３】
中でも、圧電体層２２３の構成材料としては、ＺｎＯ、ＡｌＮを用いるのが好ましい。ＺｎＯ（酸化亜鉛）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、ｃ軸配向性に優れている。そのため、圧電体層２２３をＺｎＯを主材料として構成することにより、振動片２のＣＩ値を低減することができる。また、これらの材料は、例えば反応性スパッタリング法により成膜することができる。
【００７４】
また、圧電体層２２３の平均厚さは、５０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下程度であるのが好ましく、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下程度であるのがより好ましい。これにより、圧電体層２２３が振動腕２８の振動特性に悪影響を与えるのを防止しつつ、圧電体２２の駆動特性を優れたものとすることができる。
【００７５】
（第２の電極層）
第２の電極層２２４は、振動腕２８の延出方向に沿って設けられている。
【００７６】
また、振動腕２８の延出方向における第２の電極層２２４の長さは、圧電体層２２３の長さに略等しい。これにより、第２の電極層２２４と前述した第１の電極層２２２との間に生じる電界により、振動腕２８の延出方向において圧電体層２２３の全域を伸縮させることができる。そのため、振動効率を高めることができる。
【００７７】
このような第２の電極層２２４は、第１の電極層２２２の構成材料として挙げられたものから適宜選択した材料により形成することができる。
【００７８】
また、第２の電極層２２４の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度であるのが好ましく、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度であるのがより好ましい。これにより、第２の電極層２２４が圧電体２２の駆動特性や振動腕２８の振動特性に悪影響を与えるのを防止しつつ、第２の電極層２２４の導電性を優れたものとすることができる。
【００７９】
（端子部）
また、端子部４１、４２および接続配線４３、４４等は、前述した第１の電極層２２２の構成材料として挙げられたものから適宜選択した材料により形成することができる。また、これらは、第１の電極層２２２、２３２、２４２または第２の電極層２２４、２３４、２４４と同時に一括形成することができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、平面視においてベース部３が矩形をなしている一方、蓋体７は六角形をなしている。蓋体７は、空間Ｓを覆うことができればよいので、その外形をベース部３に合わせる必要はなく、ベース部３よりも小さくすることで、端子部４１、４２を上面に露出される領域を確保することができる。換言すれば、振動子１を透視しつつ平面視したとき、２つの端子部４１、４２と振動片２とが並ぶように配置されている。その結果、振動子１では、その上面に端子部４１、４２を配置することができるので、実装性を高めることができる。また、端子部４１と端子部４２との距離を自ずと確保することができるので、端子部４１と端子部４２との短絡を防止し易くなるとともに、端子部４１、４２に図示しない配線等を接続する作業を容易に行うことができる。
【００８１】
このような構成の振動片２においては、端子部４１と端子部４２との間に電圧（各振動腕２８、２９、３０を振動させるための電圧）が印加されると、第１の電極層２２２、２３２および第２の電極層２４４と、第１の電極層２４２および第２の電極層２２４、２３４とが逆極性となるようにして、前述した圧電体層２２３、２３３、２４３にそれぞれＺ軸方向の電圧が印加される。これにより、圧電体材料の逆圧電効果により、ある一定の周波数（共振周波数）で各振動腕２８、２９、３０を屈曲振動させることができる。このとき、振動腕２８、２９は、互いに同方向に屈曲振動し、振動腕３０は、振動腕２８、２９とは反対方向に屈曲振動する。
【００８２】
このように隣り合う２つの振動腕を互いに反対方向に屈曲振動させることにより、隣り合う２つの振動腕２８、３０および２９、３０により生じる漏れ振動を互いに相殺することができる。その結果、振動漏れを防止することができ、周波数精度の高い信号を出力し得る振動子１が得られる。
【００８３】
また、各振動腕２８、２９、３０が屈曲振動すると、端子部４１、４２間には、圧電体材料の圧電効果により、ある一定の周波数で電圧が発生する。これらの性質を利用して、振動片２は、共振周波数で振動する電気信号を発生させることができる。
【００８４】
［振動子の製造方法］
次に、図１等に示す振動子の製造方法について説明する。
【００８５】
図５〜７は、それぞれ図１等に示す振動子１の製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図５、６の上方を「上」といい、下方を「下」という。また、図５〜７では、図が煩雑になるのを防ぐため、電極や配線、端子部等の図示を省略している。
【００８６】
振動子１の製造方法は、［Ａ］振動基板２１を形成する工程と、［Ｂ］ベース部３を形成するための基板にエッチング加工を施し、ベース部３を得る工程と、［Ｃ］蓋体７と振動基板２１とを接合する工程と、を有する。以下、各工程について説明する。
【００８７】
［Ａ］
まず、振動基板２１を形成するための基板を用意し、この基板をエッチングすることにより振動基板２１を形成する。
【００８８】
ここでは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることにより、振動基板２１を形成するための基板とベース部３を形成するための基板とが中間層を介して接合されてなる積層基板を簡単に用意することができる。
【００８９】
図５（ａ）に示すＳＯＩ基板９は、第１のＳｉ層（ハンドル層）９１と、ＳｉＯ2層（ボックス層）９２と、第２のＳｉ層（デバイス層）９３とがこの順に積層した基板である。本実施形態では、第１のＳｉ層９１からベース部３を形成し、ＳｉＯ2層９２から中間層６を形成し、第２のＳｉ層９３から振動基板２１を形成する。この手順について以下に説明する。
【００９０】
まず、ＳＯＩ基板９上に圧電体２２、２３、２４を形成する。なお、図５では、絶縁体層の図示を省略している。
【００９１】
次いで、ＳＯＩ基板９の第２のＳｉ層９３に対し、エッチング加工により振動腕２８、２９、３０等を形成する。このエッチング加工は、ウエットエッチングによる加工でもよいが、好ましくはドライエッチングによる加工が用いられる。これにより、第２のＳｉ層９３にウエットエッチングを施す際のエッチング異方性の影響を受けないでエッチング加工を施すことができるので、高い寸法精度の振動腕２８、２９、３０等を形成することができる。また、このエッチング加工では、図５（ｂ）に示すように、第２のＳｉ層９３のうち、振動腕２８、２９、３０等の周囲の領域９２１を掘り込む。
【００９２】
なお、ＳＯＩ基板９に対してエッチング加工を施すときには、フォトリソグラフィー技術が併用される。フォトリソグラフィー技術においては、ステッパー、スキャナー等の投影露光装置を用い、加工パターンに応じたパターンに露光処理がなされる。本実施形態の場合、投影露光装置において露光用マスクパターンを＜１１０＞と平行に走査することで、１枚のシリコンウエハーから複数個の振動基板２１を作製する場合（多数個取り）に必要な分割露光処理を効率よく行うことができる。すなわち、一般的な投影露光装置で分割露光処理を行う場合、露光用マスクパターンの走査方向はシリコンウエハーの結晶方位と平行または垂直な方向に限定される場合が多い。このため、本実施形態に係る振動子１の製造方法は、一般的な投影露光装置を用いた場合でも効率よく分割露光処理を行い得る方法として有用である。
【００９３】
次いで、ＳＯＩ基板９に対して酸化膜形成を施す。これにより、第２のＳｉ層９３の表面や領域９２１のＳｉＯ2層９２上には、図５（ｃ）に示すような酸化膜９３１が形成される。この酸化膜９３１は、後述するエッチング工程において第２のＳｉ層９３を保護する保護膜として機能する。
酸化膜形成には、例えばスパッタリング法が用いられる。
【００９４】
次いで、領域９２１の酸化膜９３１およびＳｉＯ2層９２に対して部分的にエッチング加工を施す。これにより、図６（ｄ）に示すように、領域９２１の酸化膜９３１およびＳｉＯ2層９２が部分的に除去される。
【００９５】
このエッチング加工には、例えば、領域９２１以外の領域をマスキングした上で、ドライエッチング法、ウエットエッチング法が用いられる。
【００９６】
［Ｂ］
次に、酸化処理を施したＳＯＩ基板９の第１のＳｉ層９１に対してエッチング加工を施す。このエッチング加工は、第２のＳｉ層９３およびＳｉＯ2層９２をマスクとして行う。換言すれば、第１のＳｉ層９１のうち、領域９２１に対応する部分にエッチング加工を施す。そして、エッチング加工の条件を適宜調整することにより、第２のＳｉ層９３およびＳｉＯ2層９２の下方にも回り込むように加工することができる。その結果、図６（ｅ）に示す凹部３１を形成することができる。
【００９７】
本実施形態に係る振動子１では、図７に示すように、ベース部３の長辺３０２および短辺３０３は、それぞれベース部３を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞と平行である。一方、振動腕２８、２９、３０が延びる方向は、それぞれベース部３を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞と平行である。
【００９８】
ここで、異方性ウエットエッチングの場合、Ｓｉの結晶面｛１１１｝のエッチング速度は、結晶面｛１００｝や結晶面｛１１０｝のエッチング速度よりも非常に遅い。このため、異方性ウエットエッチングによるエッチング加工では、結晶面｛１１１｝が現れると、その時点でエッチング加工が実質的に停止する。
【００９９】
図７に示すように、振動腕２８、２９、３０が延びる方向が、それぞれベース部３を構成する単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞と平行である場合、振動腕２８、２９、３０等の周囲の領域９２１を開口とするマスクを介した異方性ウエットエッチング加工が施されることにより、加工痕は領域９２１の下方に留まらず、結晶面｛１１１｝が現れるまで振動腕２８、２９、３０や枠部２６の下方にまで回り込むように形成される。その結果、ベース部３に設けられる凹部３１は、領域９２１の下方のみならず、マスクの陰に位置する振動腕２８、２９、３０や枠部２６の下方にまで及ぶこととなる。このようにして図６（ｅ）に示す凹部３１が形成され、ベース部３が得られる。
【０１００】
このような方法によれば、寸法精度の高いＳＯＩ基板を用いつつ、振動腕２８、２９、３０を高い加工精度で形成することができるので、振動特性に優れた振動子１を効率よく製造することができる。
【０１０１】
異方性ウエットエッチングに用いるエッチング液としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＤＰ）、ヒドラジン等が挙げられる。
【０１０２】
次いで、酸化膜９３１を除去する。
酸化膜９３１の除去には、例えば、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）等を使用したウエットエッチング法が用いられる。
その後、図示しない配線、端子部等を形成する。
【０１０３】
［Ｃ］
次に、蓋体７を用意する。そして、蓋体７と振動基板２１とを接合する。これにより、図６（ｆ）に示す振動子１が得られる。
【０１０４】
以上、振動子１の構成および製造方法について説明したが、振動子１の構成については本実施形態に限定されない。
【０１０５】
例えば、振動片２が備える振動腕２８、２９、３０の数は、３本に限定されず、２本でも４本以上であってもよい。
【０１０６】
また、振動子１は、加速度や角速度、圧力等の物理量を検出するセンサーデバイスとして用いられるものであってもよい。
【０１０７】
また、ＳＯＩ基板９を用いないで振動子１を製造することもできる。この場合、例えば、ベース部３を形成するための基板としてＳｉ基板を用意し、これに酸化処理を施した酸化膜を形成する。次いで、酸化膜上にＳｉ膜を成膜する。これにより、実質的にＳＯＩ基板と同等の基板を製造することができる。Ｓｉ膜としては、多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜等が挙げられる。以降、上述したようにして振動子１を製造することができる。
【０１０８】
また、振動基板２１が枠部２６を備えていなくてもよい。例えば、ベース部３と蓋体７とで空間Ｓが画成され、その内部に振動基板２１が封入される構造であってもよい。
【０１０９】
また、端子部４１、４２の位置は、振動基板２１の上面に限定されず、例えば、蓋体７の上面やベース部３の下面であってもよい。
【０１１０】
［電子機器］
次いで、本発明の電子デバイスを備える電子機器（本発明の電子機器）について、図８〜図１０に基づき、詳細に説明する。
【０１１１】
図８は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成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、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子１が内蔵されている。
【０１１２】
図９は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成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、フィルター、共振器等として機能する振動子１が内蔵されている。
【０１１３】
図１０は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成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、ディジタルスチルカメラ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。
【０１１４】
ディジタルスチルカメラ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などを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【０１１５】
撮影者が表示部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、このディジタルスチルカメラ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−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。このようなディジタルスチルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１が内蔵されている。
【０１１６】
なお、本発明の電子デバイスを備える電子機器は、図８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９の携帯電話機、図１０のディジタルスチルカメラの他にも、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に適用することができる。
【０１１７】
［移動体］
次に、本発明の電子デバイスを備える移動体（本発明の移動体）について説明する。
【０１１８】
図１１は、本発明の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１５００には、振動子１が搭載されている。振動子１は、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。
【０１１９】
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、本発明においては、上述した実施形態に任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【０１２０】
１          振動子
２          振動片
３          ベース部
６          中間層
７          蓋体
９          ＳＯＩ基板
２１        振動基板
２２        圧電体
２３        圧電体
２４        圧電体
２６        枠部
２７        基部
２８        振動腕
２９        振動腕
３０        振動腕
３１        凹部
３２        板体
３３        枠体
４１        端子部
４２        端子部
４３        接続配線
４４        接続配線
５１        質量部
５２        質量部
５３        質量部
７１        凹部
７２        板体
７３        枠体
９１        第１のＳｉ層
９２        ＳｉＯ2層
９３        第２のＳｉ層
１００      表示部
２２１      絶縁体層
２２２      第１の電極層
２２３      圧電体層
２２４      第２の電極層
２３１      絶縁体層
２３２      第１の電極層
２３３      圧電体層
２３４      第２の電極層
２４１      絶縁体層
２４２      第１の電極層
２４３      圧電体層
２４４      第２の電極層
２８１      上面
２９１      上面
３０１      上面
３０２      長辺
３０３      短辺
９２１      領域
９３１      酸化膜
１１００    パーソナルコンピューター
１１０２    キーボード
１１０４    本体部
１１０６    表示ユニット
１２００    携帯電話機
１２０２    操作ボタン
１２０４    受話口
１２０６    送話口
１３００    ディジタルスチルカメラ
１３０２    ケース
１３０４    受光ユニット
１３０６    シャッターボタン
１３０８    メモリー
１３１２    ビデオ信号出力端子
１３１４    入出力端子
１４３０    テレビモニター
１４４０    パーソナルコンピューター
１５００    自動車
Ｓ          空間
θ          角度
【図１】
2018093553.tif 000003
【図２】
2018093553.tif 000004
【図３】
2018093553.tif 000005
【図４】
2018093553.tif 000006
【図５】
2018093553.tif 000007
【図６】
2018093553.tif 000008
【図７】
2018093553.tif 000009
【図８】
2018093553.tif 000010
【図９】
2018093553.tif 000011
【図１０】
2018093553.tif 000012
【図１１】
2018093553.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月13日(2018.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と前記基部から延びている振動腕とを備えた振動片、および、前記基部に接続し、平面視で前記振動片を囲んでいる枠部を備えた振動基板と、
前記振動基板を支持しており、平面視で矩形のベース部と、
平面視で、前記振動腕が延びている方向に対して交差する方向に沿って配置され、かつ、前記振動片を挟んでいる前記矩形の一対の角部と前記振動片との間に設けられた端子部と、
を有し、
平面視で、前記振動腕が延びている方向は、前記矩形の辺に対して傾斜していることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記振動腕は、その厚さ方向に屈曲振動することを特徴とする電子デバイス。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記振動片は、３本の前記振動腕を備えていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記振動腕の構成材料は、シリコンを含んでいることを特徴とする電子デバイス。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記ベース部の構成材料は、シリコンを含んでいることを特徴とする電子デバイス。
【請求項６】
請求項５において、
前記ベース部の構成材料は、単結晶シリコンを含んでおり、
前記ベース部は、前記辺が延びている方向が、前記単結晶シリコンの結晶方位＜１１０＞に沿っていて、かつ、前記振動腕が延びている方向が、前記単結晶シリコンの結晶方位＜１００＞に沿っていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、
平面視で、前記振動片と重なり、かつ、前記端子部が露出するよう構成された蓋体部を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項８】
請求項７において、
前記蓋体部は、前記枠部を介して、前記ベース部に接続されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記蓋体部は、平面視で、前記振動腕の延びている方向において前記振動片が収まるよう画定された長さと、前記交差する方向において前記振動片が収まるよう画定された幅と、を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項において、
前記蓋体部は、平面視で、多角形状であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする移動体。