(57)【要約】【課題】振動アームの反りを抑制した振動片、それを用いた振動子および発振器、あるいはそれを用いた電子機器を提供する。【解決手段】振動片１は、Ｚカット水晶板を加工して形成された基部１６と、基部１６の一端側から平行に延出する三本の振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃとを有している。各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第１表面１２には、第１電極層２０、第１圧電体層２２、および第２電極層２６が、この順に積層された励振電極としての第１の積層体が形成されている。また、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第２表面１０上には、電気的に独立した金属層５と、第２圧電体層７とが、この順に積層された第２の積層体が設けられている。第１電極層２０には、例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、あるいはＴｉ−Ａｕ合金などを用いることができる。また、金属層５には、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、あるいはＮｉなどを用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部の一端部から延出された振動アームと、
前記振動アームの第１表面に形成された駆動電極と、を有し、
前記駆動電極は、前記第１表面に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に設けられた第１圧電体層と、前記第１圧電体層を挟んで前記第１電極層に対向して設けられた第２電極層と、を含む第１の積層体であり、
前記第１表面と表裏関係にある第２表面に、電気的に独立した金属層と、前記金属層上に設けられた第２圧電体層と、を含む第２の積層体が形成されていることを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片において、
前記第１電極層と前記金属層との金属組成が異なることを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動片において、
前記第１電極層と前記金属層との少なくとも一方が積層構造を有し、前記第１電極層と前記金属層との層構成が異なることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動片において、
前記基部と前記振動アームとが、圧電体材料を用いて形成されていることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項４に記載の振動片において、
前記圧電体材料として水晶が用いられていることを特徴とする振動片。
【請求項６】
基部と、
前記基部の一端部から延出された振動アームと、
前記振動アームの第１表面に形成された駆動電極と、を有し、
前記駆動電極は、前記第１表面に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に設けられた第１圧電体層と、前記第１圧電体層を挟んで前記第１電極層に対向して設けられた第２電極層と、を含む積層体であり、
前記第１表面の裏面である第２表面に第２圧電体層が形成されていることを特徴とする振動片。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動片と、該振動片を収容するパッケージと、を有することを特徴とする振動子。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動片と、前記振動片を発振させる発振回路を含む回路素子と、前記振動片および前記回路素子を収容するパッケージと、を含むことを特徴とする発信器。
【請求項９】
請求項７に記載の振動子または請求項８に記載の発振器を搭載した電子機器。
【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およびそれを用いた発振器、あるいはそれを用いた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片として、例えば圧電材料などの振動体用の基材からなる基部から一対の振動アームを互いに平行に延出させて、それらの振動アームの主面に沿った水平方向に互いに接近または離反する向きに振動させる音叉型の振動片が広く使用されている。また、そのような音叉型の振動片において、振動アームの主面に対して直交する方向に振動アームを屈曲振動させるタイプのものも紹介されている（例えば特許文献１を参照）。これらの振動片の振動アームを励振して屈曲振動させたとき、その振動エネルギーに損失が生じると、ＣＩ（Crystal Impedance）値の増大やＱ値の低下など、振動片の性能を低下させる原因となる。そこで、そのような振動エネルギーの損失を防止または低減するために、従来から様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、矩形断面を有する振動アームの延出方向の中心線上に溝部が形成された音叉型の振動片（圧電振動片）が特許文献２に紹介されている。特許文献２に記載の振動片は、基部と、その基部の一端部から二股に分かれて平行に延びる一対の振動アームを備えている。振動アームの表面（第１表面）および裏面（第２表面）には、振動アームの延出方向に延びる細長い溝部が設けられている。そして、その溝部の表面には、振動片の励振電極としての電極層（金属膜）が形成されている。このように、振動アームに溝を形成することにより、振動アームが振動しやすくなって振動効率が向上してＣＩ値の増大を抑えることができる。
【０００４】
近年、携帯電話、モバイルコンピューター、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯情報端末、あるいはＧＰＳ（Global Positioning System）などの小型の通信機器など電子機器においては、小型・薄型化の要望がますます高まっている。これに伴って、それらの電子機器に使用される、振動片を用いた振動子や発振器の小型・薄型化の要求が高まっている。このように、振動片の小型・薄型化を進めるうえで、特許文献１に記載の振動片のように、振動アームに溝部を形成すると剛性が低下し、振動片の製造工程においてハンドリングなどにより変形や破損が発生する可能性が増大する虞がある。
【０００５】
発明者は、振動アームに溝部を設けないタイプの振動片において、振動アームの薄型化を図って振動効率を向上させることにより、振動エネルギーの損失を低減させるとともに、その振動アームよりも基部の厚みを厚くすることにより、振動片の剛性を保持することが可能なことを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９７９４６号公報
【特許文献２】特開２００９−６０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、振動アームよりも厚い基部を有する振動片において、振動アームの第１表面に、第１電極層、圧電体層、および第２電極層をこの順に積層させた積層体からなる駆動電極を設けた場合に、主に圧電体層の配向性に起因する応力の影響により、振動アームが基部に対して、第１表面の裏面である第２表面側に反ってしまい、フォトプロセスで露光が困難になり電極配線に断線が生じ易くなり、電気抵抗などの特性が劣化して振動特性が不安定になる虞があるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例にかかる振動片は、基部と、前記基部の一端部から延出された振動アームと、前記振動アームの第１表面に形成された駆動電極と、を有し、前記駆動電極は、前記第１表面に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に設けられた第１圧電体層と、前記第１圧電体層を挟んで前記第１電極層に対向して設けられた第２電極層と、を含む第１の積層体であり、前記第１表面と表裏関係にある第２表面に、電気的に独立した金属層と、前記金属層上に設けられた第２圧電体層と、を含む第２の積層体が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、振動片の駆動電極を形成する第１の積層体だけが設けられた場合に、第１の積層体によって作用する応力により発生する振動アームの反りを、振動アームの第２表面に設けた第２の積層体によって作用する応力により改善することができる。特に、振動片の小型・薄型化に伴って顕著化する振動アームの反りに対して効果を奏するので、振動片の小型・薄型化に有利となる。
【００１１】
〔適用例２〕上記適用例にかかる振動片において、前記第１電極層と前記金属層との金属組成が異なることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、第１電極上に形成する第１圧電体層の配向と、金属層上に形成される第２圧電体層の配向とを変えることができるので、例えば、第２圧電体層の配向性を制御することによって振動アームの反り量を軽減することが可能である。
【００１３】
〔適用例３〕上記適用例にかかる振動片において、前記第１電極層と前記金属層との少なくとも一方が積層構造を有し、前記第１電極層と前記金属層との層構成が異なることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、第１圧電体層の配向と第２圧電体層の配向とを変えることができるので、第２圧電体層の配向性を制御して振動アームの反り量を軽減することが可能になる。
【００１５】
〔適用例４〕上記適用例にかかる振動片において、前記基部と前記振動アームとが、圧電体材料を用いて形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、従来より振動片の材料として広く用いられている圧電体材料を用いることにより、周知の原理やノウハウを加味して圧電効果を利用した、高性能な圧電振動片を提供することができる。
【００１７】
〔適用例５〕上記適用例にかかる振動片において、前記圧電体材料として水晶が用いられていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、水晶を用いることにより、振動片の小型化に伴う温度特性（周波数特性などの温度依存性）の低下を抑制することができる。
【００１９】
〔適用例６〕本適用例にかかる振動片は、基部と、前記基部の一端部から延出された振動アームと、前記振動アームの第１表面に形成された駆動電極と、を有し、前記駆動電極は、前記第１表面に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に設けられた第１圧電体層と、前記第１圧電体層を挟んで前記第１電極層に対向して設けられた第２電極層と、を含む積層体であり、前記第１表面の裏面である第２表面に第２圧電体層が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、上記適用例と同様に、振動アームの第２表面に設けた第２圧電体層によって作用する応力により振動アームの反りを改善することができる。また、第２圧電体層の下層には何も設けないので、上記適用例よりも振動片の製造工程が少なくて済むという効果を奏する。
【００２１】
〔適用例７〕本適用例にかかる振動子は、上記適用例にかかる振動片と、該振動片を収容するパッケージと、を有することを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、上記適用例に示す振動アームの反りが軽減された振動片を備えているので、安定した振動特性を有する小型の振動子を提供することができる。
【００２３】
〔適用例８〕本適用例にかかる発振器は、振動片と、前記振動片を発振させる発振回路を含む回路素子と、前記振動片および前記回路素子を収容するパッケージと、を含むことを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、上記適用例に示す振動アームの反りが抑制された振動片を備えているので、小型で、安定した発振特性を有する小型の発振器を提供することができる。
【００２５】
〔適用例９〕本適用例にかかる電子機器は、上記適用例にかかる振動子、または、上記適用例にかかる発振器を搭載していることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、上記適用例にかかる安定した振動特性を備えた振動子、または、上記適用例にかかる安定した発振特性を備えた発振器が搭載されているので、小型で、優れた特性を備えた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は、振動片の一実施形態を上側（第１面側）からみて説明する概略平面図、（ｂ）は、底側（第２面側）からみて説明する概略平面図、（ｃ）は、（ａ），（ｂ）のＡ−Ａ´線断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、振動片の電極形成の過程を示す概略平面図。
【図３】（ａ）は、本発明の振動片を用いた振動子の一実施形態を説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ´線断面図。
【図４】（ａ）は、本発明の振動片を用いた発振器の一実施形態を説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ´線断面図。
【図５】振動片の変形例１の一つのバリエーションを説明する概略断面図。
【図６】振動片の変形例１の別のバリエーションを説明する概略断面図。
【図７】振動片の変形例２を説明する概略断面図。
【図８】（ａ）は、本発明の振動子や発振器を搭載した電子機器としての携帯電話を示す図、（ｂ）は、同じく電子機器としてのモバイルコンピューターを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の振動片の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、振動片の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側（第１面側）からみた概略平面図、（ｂ）は裏側（第２面側）からみた概略平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＡ−Ａ´線断面図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、振動片の電極形成の過程を説明する概略平面図である。
【００３０】
〔振動片〕
図１において、本実施形態の振動片１は、振動片形成材料を加工することにより形成された基部１６と、この基部１６の一端側（図において上端側）から平行に延出する三本の振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃとを有して形成されている。
振動片１の形成材料としては、例えば圧電体材料を用いることができる。本実施形態では従来より圧電振動片形成材料として広く用いられる水晶の単結晶から切り出されたものを使用する。例えば、所謂Ｚカットの水晶薄板から、水晶結晶軸のＹ軸を振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの延出方向に、Ｘ軸をその延出方向と直交する幅方向に、Ｚ軸を振動片の表裏主面としての第１表面１２および第２表面１０の垂直方向にそれぞれ配向して形成される。
【００３１】
平面視で略矩形の基部１６は、図１（ｃ）に示すように、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃよりも厚い厚みを有している。詳述すると、基部１６と振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃとの第１表面１２は同一平面であり、振動片１の第２表面１０側は、基部１６で厚く、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃで薄く形成されている。このように、振動片１の振動部である振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃよりも基部１６を厚くすることによって剛性を持たせることにより、小型・薄型化が図られた振動片１の製造過程で、ハンドリング中に破損するなどの不具合を回避することができる。
【００３２】
このような振動片１の外形は、例えば、フォトリソグラフィーを用いて、水晶基板材料（水晶ウェハー）をフッ酸溶液などでウェットエッチングしたり、ドライエッチングしたりすることにより精密に形成することができる。
なお、本実施形態の振動片１において、基部１６と各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃとの接続部にかけての第２表面１０には傾斜面１４が形成されている。この傾斜面１４は、Ｚカット水晶薄板をウェットエッチングして振動片１の外形を形成した場合に、Ｚカット水晶のエッチング異方性によって形成されるものであり、例えば、Ｘカット水晶などを用いた場合には、基部１６と各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃとの接続部にかけての第２表面１０には略垂直な側壁が形成される。
【００３３】
なお、振動片形成材料として、上記の水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることができる。
また、圧電体材料以外にも、例えばシリコン半導体材料などにより振動片を形成することもできる。
ただし、屈曲振動片の共振周波数は屈曲振動体材料のヤング率を質量密度で除した値の平方根に比例し、ヤング率を質量密度で除した値が小さい材料ほど、屈曲振動モードの振動片の小型化に有利である。よって、本実施形態の振動片１のように水晶からなる屈曲振動片は、シリコン半導体材料などに比してヤング率を質量密度で除した値の平方根が小さくできるので小型化に有利であるとともに、周波数温度特性に優れているので、振動片１に用いる材料として特に好ましい。
【００３４】
各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第１表面１２には励振電極が形成されている。本実施形態の振動片１の励振電極は、第１電極層２０と、第１圧電体層２２と、第２電極層２６とが、この順に積層された第１の積層体からなる（各電極層および圧電体層の詳細については後述する）。
また、各振動アームに形成された励振電極は基部１６に引き出され、基部１６に設けられた外部との接続に供する外部接続電極２６ａ，２６ｂに接続されている。本実施形態では、３本の振動アームのうち両端の振動アーム１８ａ，１８ｃ上に形成され基部１６に引き出された第１電極層２０、および、中央の振動アーム１８ｂ上に形成され基部１６に引き出された第１電極層２０と、基部１６上の第１圧電体層２２に形成された２つの開口部２４（外部接続電極２６ａ，２６ｂのそれぞれに対応）により導通接続された第２電極層２６により、外部接続電極２６ａ，２６ｂが形成されている。
【００３５】
ここで、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第１表面１２に形成された振動片１の励振電極としての第１の積層体の構造をわかりやすくするために、第１の積層体を構成する電極層および圧電体層形成の過程について説明する。
図２（ａ）に示すように、まず、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第１表面１２に第１電極層２０を形成する。本実施形態では、第１電極層２０は、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの基部１６との付け根から先端側に向けて、各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの延出方向の長さの約２分の１まで形成するとともに、後で基部１６上に形成する外部接続電極２６ａ，２６ｂと電気的な接続を図るために基部１６上に引き出され引き回し配線を形成している。
【００３６】
次に図２（ｂ）に示すように、第１電極層２０および基部１６の一部を覆うように第１圧電体層２２を形成すると共に、その第１圧電体層２２に、第１電極層２０と後で形成する第２電極層２６とを導通接続するための開口部２４を形成する。
【００３７】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１圧電体層２２上に第２電極層２６を形成する。この工程で、振動アーム１８ａ，１８ｃの第１電極層２０と振動アーム１８ｂの第２電極層２６とが第１圧電体層２２の一方の開口部２４を介して接続され、振動アーム１８ａ，１８ｃの第２電極層２６と振動アーム１８ｂの第１電極層２０とが第１圧電体層２２の他方の開口部２４を介して接続され、それぞれが第２電極層２６から基部１６上に引き出されて設けられた対応する外部接続電極２６ａ，２６ｂに接続される。
以上の工程を経て、振動片１に、第１電極層２０、第１圧電体層２２、および第２電極層２６が積層されてなる励振電極としての第１の積層体が形成される。
【００３８】
以上説明した工程を経て第１の積層体が形成された振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第１表面１２と表裏関係にある第２表面１０上には、図１（ｃ）に示すように、金属層５と、第２圧電体層７とが、この順に積層された第２の積層体が設けられている。本実施形態では、第２の積層体は、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃにおいて第１の積層体と平面視で重なる領域に設けられている。なお、第２の積層体において、金属層５は、振動片１に形成される電気回路には接続されず、電気的に独立している。
【００３９】
〔各電極層、金属層、および圧電体層の形成用材料〕
ここで、本実施形態の振動片１の各電極層や金属層、あるいは圧電体層の形成用材料について説明する。
まず、振動片１の振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第１表面１２に形成される第１の積層体の第１圧電体層２２、および、第２表面１０に形成される第２の積層体の第２圧電体層７は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの圧電体材料を用いて形成される。
【００４０】
第１圧電体層２２の下地層として振動片１の第１表面１２上に形成される第１電極層２０には、例えば、Ｐｔ（白金）やＴｉ（チタン）、あるいはＴｉ−Ａｕ（チタン−金）合金などを用いることができる。このような金属あるいは合金により第１電極層２０を設けることにより、その第１電極層２０上に積層される第１圧電体層２２の配向性を向上させることができる。
また、第１圧電体層２２上に積層される第２電極層２６に用いる材料としては、第１電極層２０に用いたＰｔ、Ｔｉ、あるいはＴｉ−Ａｕ合金などを用いてもよく、また、その他の電極形成用金属、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、あるいはＮｉ（ニッケル）や、合金などを用いることができる。
【００４１】
一方、第２圧電体層７の下地層として振動片１の第２表面１０上に形成される金属層５には、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、あるいはＮｉなどを用いることができる。これらのような金属材料を用いて金属層５を形成することにより、その金属層５上に積層される第２圧電体層７の配向性が、上記第１圧電体層２２の配向性よりも下がる。
このように、第１表面１２側の第１圧電体層２２の下地層である第１電極層２０の形成用材料と、第２表面１０側の第２圧電体層７の下地層である金属層５の形成材料とを異なる金属材料を用いて形成することによって、それらの上に積層させる第１圧電体層２２と第２圧電体層７との配向性を変えることにより、各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第２表面１０に第２の積層体が形成されない従来構造の振動片に比して、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃに発生する反りを抑制することができる。このように、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの反りを抑制することにより、安定した振動特性を有する振動片１を提供することができる。
【００４２】
なお、第１圧電体層２２と第２圧電体層７とを、同じ圧電体材料により形成する場合には、図２（ｂ）で説明した第１圧電体層２２を形成するステップで、第２圧電体層７を同時に形成することができる。
また、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第２表面１０に形成する金属層５に用いる金属材料が、第１表面１２に形成する第１電極層２０に用いる材料と同一である場合には、図２（ａ）で説明した第１電極層２０を形成するステップで、金属層５を同時に形成することができる。
このように、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第１表面１２と第２表面１０とにそれぞれ形成する電極層や金属層、あるいは圧電体層は、用いる材料の組み合わせを考えることにより、少ない製造工程で効率よく形成することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
〔振動子〕
次に、上記の振動片１を用いた振動子について説明する。
図３は、上記の振動片１を用いた振動子の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´線断面図である。なお、図３（ａ）では、振動子の内部の構造を説明する便宜上、振動子５００の上方に設けられるリッド９１（図３（ｂ）を参照）を取り外した状態を図示している。
【００４４】
図３において、振動子５００は、段差を有する凹部が設けられたパッケージ７０を有している。パッケージ７０の凹部の凹底部分には、振動片１が接合され、パッケージ７０の開放された上端には蓋体としてのリッド９１が接合されている。
【００４５】
パッケージ７０は、平板状の第１層基板７１上に、開口部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板７２および第３層基板７３がこの順に積層されて構成されることにより、上面側に開口部を有し内部に段差が設けられた凹部が形成されている。パッケージ７０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
【００４６】
パッケージ７０の凹部において、第２層基板７２により形成される段差上には、振動片１が接合される複数の振動片接続端子７６が設けられている。また、パッケージ７０の外底面となる第１層基板７１の凹部側の面とは反対側の面には、外部基板などとの接合に供する外部実装端子７５が設けられている。このようにパッケージ７０に設けられた各種端子は、対応する端子どうしが図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。
【００４７】
パッケージ７０の凹部には、振動片１が接合されている。本実施形態では、振動片１の基部１６の外部接続電極２６ａ，２６ｂが形成された面の反対側の面が、パッケージ７０の第２層基板７２により形成された段差上に設けられた振動片接続端子７６の近傍に接着剤などの接合部材９９を介して接合・固定されているとともに、振動片１の外部接続電極２６ａ，２６ｂと、パッケージ７０の対応する振動片接続端子７６とがボンディングワイヤー９５により電気的に接続されている。これにより、振動片１が、パッケージ７０内において、凹部の凹底部分となる第１層基板７１との間に隙間を空けながら、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃを自由端として片持ち支持された態様で固定される。
【００４８】
図３（ｂ）に示すように、振動片１が凹部内に接合されたパッケージ７０の上端には、蓋体としてのリッド９１が配置され、パッケージ７０の開口を封鎖している。リッド９１の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）などの金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができる。金属からなるリッド９１を用いる場合には、例えば、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング７９を介してシーム溶接することによりパッケージ７０と接合することができる。リッド９１を接合することによりパッケージ７０内に形成される内部空間は、振動片１が動作するための空間となる。また、この内部空間は、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することができる。
【００４９】
上記構成の振動子５００によれば、上記したように第２の積層体により振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの反りが抑制された振動片１を備えているので、安定した振動特性を備えた小型の振動子５００を提供することができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
〔発振器〕
次に、上記の振動片１を用いた発振器について説明する。
図４は、上記の振動片１を搭載する発振器の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ´線断面図である。なお、図４（ａ）では、発振器の内部の構造を説明する便宜上、発振器６００の上方に設けられるリッド９２を取り外した状態を図示している。
【００５１】
図４において、発振器６００は、段差を有する凹部が設けられたパッケージ８０を有している。パッケージ８０の凹部の凹底部分には、回路素子としてのＩＣチップ６０と、ＩＣチップ６０の上方に配置された振動片１とが接合され、パッケージ８０の開口部を有する上端には蓋体としてのリッド９２が接合されている。
【００５２】
パッケージ８０は、平板状の第１層基板８１上に、開口部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板８２、第３層基板８３、および第４層基板８４がこの順に積層されて構成されることにより、上面側に開口部を有し内部に段差が設けられた凹部が形成されている。
パッケージ８０の凹部の凹底部分となる第１層基板８１上には、ＩＣチップ６０が配置されるダイパッド８６が設けられている。また、パッケージ８０の外底面となる第１層基板８１のダイパッド８６が設けられた面の反対側の面には、外部基板などとの接合に供する外部実装端子８５が設けられている。
また、パッケージ８０の凹部において、第２層基板８２により形成される段差上には、ＩＣチップ６０との電気的な接続に供する複数のＩＣ接続端子８７が設けられている。また、第３層基板８３により形成される段差上には、振動片１が接合される複数の振動片接続端子８８が設けられている。このように、パッケージ８０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。
【００５３】
ＩＣチップ６０は、振動片１を発振させる発振回路や、温度補償回路などを含む半導体回路素子である。ＩＣチップ６０は、パッケージ８０の凹部の凹底部分に設けられたダイパッド８６上に、例えばろう材９８によって接着・固定されている。また、ＩＣチップ６０とパッケージ８０とは、本実施形態では、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。具体的には、ＩＣチップ６０に設けられた複数の電極パッド３５と、パッケージ８０の対応するＩＣ接続端子８７とが、ボンディングワイヤー９５により接続されている。
【００５４】
また、パッケージ８０の凹部において、ＩＣチップ６０の上方には、振動片１が接合されている。具体的には、振動片１の基部１６が、パッケージ８０の第３層基板８３により形成された段差上に設けられた振動片接続端子８８の近傍に接着剤などの接合部材９９を介して接合・固定されているとともに、振動片１の外部接続電極２６ａ，２６ｂと、パッケージ８０の対応する振動片接続端子８８とがボンディングワイヤー９５により電気的に接続されている。これにより、振動片１が、パッケージ８０内において、下方に接合されたＩＣチップ６０との間に隙間を空けながら、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃを自由端として片持ち支持された態様で固定される。
【００５５】
図４（ｂ）に示すように、ＩＣチップ６０および振動片１が凹部内に接合されたパッケージ８０の上端にはリッド９２が配置され、例えば、シールリング８９を介してシーム溶接することによりパッケージ８０と接合されている。パッケージ８０内において振動片１が動作するための空間となる内部空間は、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することができる。
【００５６】
上記構成の発振器６００によれば、第２の積層体が設けられていることにより振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの反りの抑制が図られた振動片１を搭載しているので、小型で、安定した発振特性を有する発振器６００を提供することができる。
【００５７】
（第４の実施形態）
〔電子機器〕
上記第１の実施形態の振動片１を備えた上記第２の実施形態の振動子５００、または、上記第３の実施形態の発振器６００を搭載した電子機器は、小型化および高性能化を図ることが可能である。
例えば、図８（ａ）に示す電子機器としての携帯電話２００や、図８（ｂ）に示す電子機器としてのモバイルコンピューター３００の信号源として、振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの反りの軽減が図られた小型の振動片１を備えた振動子５００、または発振器６００を搭載することにより、携帯電話２００やモバイルコンピューター３００の小型化、および高機能化を図ることができる。
また、これらの携帯電話２００やモバイルコンピューター３００に限らず、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯情報端末、あるいはＧＰＳ（Global Positioning System）として広く知られる汎地球測位システムなどの小型の通信機器などにおいては、近年、小型・薄型化の要望がますます高まっていることから、小型で、安定した振動特性を備えた振動片、および、それを用いた振動子５００や発振器６００は、それらを搭載する電子機器の小型化に対応できるとともに、安定した特性を具備することが可能になる。
【００５８】
上記実施形態で説明した振動片としての振動片は、以下の変形例として実施することも可能である。
【００５９】
（変形例１）
上記実施形態では、各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃにおいて、第２表面１０に形成する金属層５や、第１表面１２に形成する第１電極層２０として、単層の第１電極層２０や金属層５を形成する構成を説明した。これに限らず、第１金属層や金属層を多層構造にしてもよい。
図５および図６は、金属層や第１電極層を多層構造とした振動片の変形例のバリエーションの各々を模式的に説明するものであり、いずれも、上記実施形態の振動片１の図１（ｃ）と同じ断面を示す断面図である。なお、図５および図６に示す振動片の変形例１の説明において、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００６０】
まず、変形例１の振動片の一つ目のバリエーションについて説明する。
図５に示す振動片１０１の振動アーム１０８において、第１表面１２に形成された第１の積層体は、上記実施形態と同じく、単層の第１電極層２０、第１圧電体層２２、および第２電極層２６が、この順に積層されて構成されている。
一方、振動アーム１０８の第２表面１０に形成された第２の積層体は、金属層と第２圧電体層１０７とがこの順に積層された構造において、金属層が、第２表面１０上に形成された下地層１０５と、その下地層１０５上に積層された上側層１０６との２層構造を有している。
【００６１】
下地層１０５と上側層１０６との組み合わせとしては、上側層１０６に金属を用いて下地層１０５には絶縁層を形成する組み合わせや、下地層１０５に金属を用いて上側層１０６に絶縁層を形成する組み合わせ、あるいは、上側層１０６および下地層１０５の双方に金属を用いる組み合わせのいずれかを選択することができる。
第２圧電体層１０７の配向性を上げる場合には、下地層１０５としてＳｉＯ2（二酸化珪素）層を形成し、上側層１０６として、例えばＴｉ（チタン）層を形成した構成とすることができる。
また、第２圧電体層１０７の配向性を下げる場合には、下地層１０５として（二酸化珪素）層を形成し、上側層１０６としてＳｉＯ2層を形成した構成とすることができる。
このように、下地層１０５および上側層１０６の組み合わせを適宜選定して第２圧電体層１０７の配向を調整することによって、振動アーム１０８の第１表面１２側の第１圧電体膜２２の配向と異ならせることにより、振動片１０１の振動アーム１０８の反りを軽減することができる。
【００６２】
また、図６に示す本変形例１の別のバリエーションの振動片１１１では、振動アーム１１８の第２表面１０に形成された第２の積層体のうち、第２圧電体層１１７の下層（第２表面１０側）の金属層が、第２表面１０上に形成された下地層１１５と、その下地層１１５上に積層された上側層１１６の２層構造を有していることに加えて、振動アーム１１８の第１表面１２に形成された第１の積層体においても、第１圧電体層２２２の下層（第１表面１２側の層）の金属層が、第１表面１２上に形成された下地層２２０ａと、その下地層２２０ａ上に積層された上側層２２０ｂの２層構造を有している。
【００６３】
この振動片１１１の振動アーム１１８に設けられた第１表面１２の第１の積層体、および第２表面１０の第２の積層体においても、上記した図５の下地層１０５と上側層１０６との組み合わせと同様な組み合わせを選択することによって、第１圧電体層２２２や第２圧電体層１１７の配向を調整することができるので、これにより、振動アーム１１８の反りを軽減することが可能となる。
【００６４】
（変形例２）
上記実施形態および変形例１では、各振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃの第２表面１０に設けた第２の積層体のうち、第２圧電体層７，１０７，１１７の下層（第２表面１０側）には、単層の金属層５や、下地層１０５，１１５と上側層１０６，１１６との２層構造の金属層を設ける構成とした。これに限らず、振動アームの第２表面に直接第２圧電体層を形成する構成としてもよい。
図７は、振動アームの第２表面に直接第２圧電体層を形成する振動片の変形例２を模式的に説明するものであり、上記実施形態の振動片１の図１（ｃ）と同じ断面を示す断面図である。なお、図７に示す振動片の変形例２の説明において、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００６５】
図７に示すように、振動片１２１の振動アーム１２８の第１表面１２には、上記実施形態と同じく、第１電極層２０、第１圧電体層２２、および第２電極層２６が、この順に積層された第１の積層体からなる励振電極が形成されている。
また、振動アーム１２８の第２表面１０上には第２圧電体層１２７が形成されている。
このように、振動片１２１の例えば水晶からなる第２表面１０に直接積層された第２圧電体層１２７は配向性が低くなるので、振動アーム１２８の第１表面１２側に形成された第１の積層体の第１圧電体層２２の配向性との差異によって振動アーム１２８の反りを軽減することができる。
また、この構成によれば、第２圧電体層１２７の下層（第２表面１０側）には何も設けないので、上記実施形態および変形例１よりも振動片１２１の製造工程が少なくて済むという効果を奏する。
【００６６】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、３つの振動アーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃと有する振動片１について説明した。これに限らず、本発明の振動片は、短冊状の所謂ビーム型の屈曲振動片でもよく、また、２つの振動アームを有するいわゆる音叉型の振動片、あるいは、４つ以上の振動アームを有する振動片であっても、上記した実施形態および変形例と同様な構成をとることによる効果を得ることができる。
【００６８】
また、上記第２の実施形態の振動子５００、および、上記第３の実施形態の発振器６００では、振動片１を接合部材９９によりパッケージ７０，８０に機械的に接合し、さらに、ワイヤーボンディング法を用いてボンディングワイヤー９５により振動片１とパッケージ７０，８０とを電気的に接続する構成とした。これに限らず、振動片１の外部接続電極２６ａ，２６ｂを基部１６の第２表面側に設けて、その外部接続電極２６ａ，２６ｂと、パッケージ７０，８０の対応する振動片接続端子７６，８８とを、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材によって接合する構成にすることもできる。この場合、パッケージ７０，８０への振動片１の機械的な接合と電気的な接続を同時に実現することができる。
また、上記第３の実施形態の発振器６００では、ＩＣチップ６０をワイヤーボンディング法を用いてパッケージ８０にボンディングワイヤー９５により接続した構成を説明した。これに限らず、ＩＣチップ６０などの電子部品を他の実装方法、例えば、金属バンプや導電性接着剤などの接合部材を用いてフェースダウン接合する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，１０１，１１１，１２１…振動片、５…金属層、７，１０７，１１７…第２圧電体層、１０…第２表面、１２…第１表面、１４…傾斜面、１６…基部、１８ａ〜１８ｃ、１０８，１１８，１２８…振動アーム、２０…第１電極層、２２，２２２…第１圧電体層、２４…開口部、２６…第２電極層、２６ａ，２６ｂ…外部接続電極、３５…電極パッド、６０…回路素子としてのＩＣチップ、７０，８０…パッケージ、７１，８１…第１層基板、７２，８２…第２層基板、７３，８３…第３層基板、７５…外部実装端子、７６，８８…振動片接続端子、７９，８９…シールリング、８４…第４層基板、８６…ダイパッド、８７…ＩＣ接続端子、９１，９２…リッド、９５…ボンディングワイヤー、９８…ろう材、９９…接合部材、１０５，１１５，２２０ａ…下地層、１０６，１１６，２２０ｂ…上側層、２００…電子機器としての携帯電話、３００…電子機器としてのモバイルコンピューター、５００…振動子、６００…発振器。
【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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