(57)【要約】【課題】温度特性が良好で、周波数精度及び励振効率が共に高く、かつ低コストな圧電振動装置を提供する。【解決手段】圧電振動装置１は、基板１０、圧電薄膜２３、上部電極２４、下部電極２５、温度補償用絶縁膜２６，２７及び支持部３０とを備えている。温度補償用絶縁膜２６，２７は、圧電薄膜２３、上部電極２４及び下部電極２５と共に圧電振動部２０を構成している。圧電振動部２０は、基板１０に対してギャップを隔てて浮かされた状態で支持部３０により支持されている。圧電振動装置１は、圧電振動部２０の輪郭振動モードを利用している。圧電振動部２０は、圧電駆動部２１と、圧電薄膜２３が形成されていない圧電被駆動部２２とを含む。圧電被駆動部２２は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含む圧電振動部２０の一部に形成されている。温度補償用絶縁膜２６，２７の面積は、圧電薄膜２３の面積よりも大きくされている。【選択図】図３
2009111623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上方に配置され、対向し合う第１，第２の主面を有する圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、
前記圧電薄膜を介して少なくとも一部が前記第１の電極と重なり合うように前記圧電薄膜の第２の主面に形成された第２の電極と、
前記圧電薄膜の第１の主面側と第２の主面側とのうちの少なくとも一方側に、前記第１の電極または前記第２の電極を介して前記圧電薄膜と少なくとも一部が重なり合うように積層され、前記圧電薄膜、前記第１の電極及び前記第２の電極と共に圧電振動部を構成する温度補償膜と、
前記基体に固定されており、前記基体に対してギャップを隔てて浮かされた状態で前記圧電振動部を支持する支持部とを備え、
前記圧電振動部の輪郭振動モードを利用しており、
前記圧電振動部は、前記第１及び第２の電極と前記圧電薄膜とが形成された圧電駆動部と、前記圧電薄膜が形成されていない圧電被駆動部とを含み、
前記圧電被駆動部は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含む前記圧電振動部の一部に形成されており、
前記温度補償膜の面積は、前記圧電薄膜の面積よりも大きくされている、圧電振動装置。
【請求項２】
前記温度補償膜は前記圧電振動部の全面に形成されている、請求項１に記載の圧電振動装置。
【請求項３】
前記圧電被駆動部は、前記圧電振動部の電束密度の平均値以下の電束密度を有する前記圧電振動部の部分の少なくとも一部に形成されている、請求項１または２に記載の圧電振動装置。
【請求項４】
平面視された際に、前記圧電被駆動部の面積は、前記圧電振動部の面積の１／５以上、１／３以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項５】
前記圧電被駆動部は、前記圧電振動部の主たる振動方向における端部を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項６】
平面視した際に、前記圧電駆動部と前記圧電被駆動部との界面は直線状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項７】
前記温度補償膜は実質的に酸化ケイ素からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動装置に関し、より詳細には、拡がり振動モード、長さ振動モードまたは幅振動モードなどのバルク波の内の輪郭振動モードを利用した圧電振動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルク波を利用した圧電振動装置は、弾性表面波を利用した弾性表面波装置に比べてＱが高く、耐電力性が高いという利点を有する。このため、従来、例えば特許文献１などにおいて、バルク波として輪郭振動モードを利用した圧電振動装置が種々提案されている。
【０００３】
図１１は、特許文献１に記載された圧電振動装置１００の模式的平面図である。図１２は、図１１中のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図１３は、図１１中のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【０００４】
図１２に示すように、圧電振動装置１００はフィルム状の圧電体１０１を備えている。圧電体１０１は、対向し合う第１の主面１０１ａと第２の主面１０１ｂとを備えている。圧電体１０１の第１の主面１０１ａには、第１の電極１０２が形成されている。一方、圧電体１０１の第２の主面１０１ｂには、第２の電極１０３が形成されている。第１の電極１０２と第２の電極１０３とは、圧電体１０１を介して重なり合うように配置されている。第１の電極１０２の下には、第１の付加膜１０７が形成される一方、第２の電極１０３の上には第２の付加膜１０８が形成されている。
【０００５】
圧電体１０１と、第１の電極１０２及び第２の電極１０３と、第１の付加膜１０７及び第２の付加膜１０８とを含む積層体１０６の一部は、基体１０５から浮かされた状態で支持されている。圧電振動装置１００では、基体１０５から浮かされた状態で支持されている積層体１０６の部分が圧電振動部１０４を構成している。
【特許文献１】ＷＯ２００７／０８８６９６  Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、圧電体１０１の共振周波数は圧電体１０１の温度によって変化する。このため、圧電体１０１の温度が変化すれば、圧電振動装置１００の周波数特性も変化してしまう。この圧電振動装置１００の周波数特性の温度依存性に鑑み、特許文献１には、圧電体１０１の音速の温度係数とは逆の温度係数を有する第１の付加膜１０７及び第２の付加膜１０８を設けることで圧電体１０１の温度特性を補償することが記載されている。
【０００７】
しかしながら、圧電体１０１の温度特性を補償するために第１の付加膜１０７及び第２の付加膜１０８を設けた場合、第１の付加膜１０７及び第２の付加膜１０８を形成するためのコストがかかるという問題があった。また、圧電振動部１０４の端部が厚くなるため、圧電振動部１０４の外形寸法の加工精度が低下しがちであった。圧電振動部１０４の外形寸法は周波数特性に大きな影響を及ぼす因子であるため、圧電振動部１０４の外形寸法の加工精度が低下すると、圧電振動装置１００の周波数精度が低下するという問題もあった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、温度特性が良好で、周波数精度及び励振効率が共に高く、かつ低コストな圧電振動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、基体と、基体の上方に配置され、対向し合う第１，第２の主面を有する圧電薄膜と、圧電薄膜の第１の主面に形成された第１の電極と、圧電薄膜を介して第１の電極と少なくとも一部が重なり合うように圧電薄膜の第２の主面に形成された第２の電極と、圧電薄膜の第１の主面側と第２の主面側とのうちの少なくとも一方側に、第１の電極または第２の電極を介して圧電薄膜と少なくとも一部が重なり合うように積層され、圧電薄膜、第１の電極及び第２の電極と共に圧電振動部を構成する温度補償膜と、基体に固定されており、基体に対してギャップを隔てて浮かされた状態で圧電振動部を支持する支持部とを備え、圧電振動部の輪郭振動モードを利用しており、圧電振動部は、第１及び第２の電極と圧電薄膜とが形成された圧電駆動部と、圧電薄膜が形成されていない圧電被駆動部とを含み、圧電被駆動部は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含む圧電振動部の一部に形成されており、温度補償膜の面積は圧電薄膜の面積よりも大きくされていることを特徴とする、圧電振動装置が提供される。
【００１０】
ここで、「圧電振動部」とは、基体に対して浮かされた状態で支持されており、第１の電極と第２の電極との間に交流電圧が印加されたときに振動する部分をいう。圧電振動部は圧電駆動部と圧電被駆動部とを有する。
【００１１】
「圧電駆動部」とは、圧電振動部のうち、平面視した際に第１の電極と、圧電薄膜と、第２の電極とが重なり合った部分であり、第１の電極と第２の電極との間に交流電流が印加されたときに実際に励振される部分をいう。
【００１２】
「圧電被駆動部」とは、圧電振動部のうち、圧電薄膜が形成されていない部分であり、第１の電極と第２の電極との間に交流電流が印加されることにより、その部分自体は励振されないものの、圧電駆動部が励振されることによって圧電駆動部と共に振動する部分をいう。
【００１３】
本発明に係る圧電振動装置において、温度補償膜は圧電振動部の全面に形成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る圧電振動装置において、圧電被駆動部は、圧電振動部の電束密度の平均値以下の電束密度を有する圧電振動部の部分の少なくとも一部に形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、平面視された際に、圧電被駆動部の面積は、圧電振動部の面積の１／５以上、１／３以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る圧電振動装置のある特定の局面では、圧電被駆動部は、圧電振動部の主たる振動方向における端部を含む。
【００１７】
本発明に係る圧電振動装置において、平面視した際に、圧電駆動部と圧電被駆動部との界面は直線状であることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る圧電振動装置の別の特定の局面では、温度補償膜は実質的に酸化ケイ素からなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、温度補償膜は形成されているものの圧電薄膜が形成されていない圧電被駆動部を設け、温度補償膜が形成された面積を圧電薄膜が形成された面積よりも大きくすることで、圧電振動装置の温度特性を劣化させることなく温度補償膜の膜厚を薄くすることができる。
【００２０】
また、温度補償膜の膜厚を薄くすることで、圧電振動部の端部の厚さを小さくすることが可能となる。従って、圧電振動装置の周波数特性に大きな影響を及ぼす圧電振動部の外形寸法の加工精度を高めることができるので、圧電振動装置の周波数精度を高めることができる。
【００２１】
さらに、温度補償膜の膜厚を薄くすることで温度補償膜の形成に要するコストを低減することができるため、圧電振動装置の製造コストを低減することができる。
【００２２】
また、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含むように圧電被駆動部を形成することで、圧電薄膜を形成しない圧電被駆動部を設けることに起因する圧電振動装置の励振効率の低下を抑制することができ、高い励振効率を実現することができる。
【００２３】
すなわち、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含むように圧電被駆動部を形成し、温度補償膜が形成された面積を圧電薄膜が形成された面積よりも大きくすることで、温度特性が良好で、周波数精度及び励振効率が共に高く、かつ低コストな圧電振動装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る圧電振動装置１の模式的平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線に沿う模式的断面図である。図４は、図１中のＣ−Ｃ線に沿う模式的断面図である。
【００２６】
本実施形態において、圧電振動装置１は、輪郭振動モード、具体的には、拡がり振動モードを利用するものである。より詳細には、圧電振動装置１は、幅方向の振動を主とする拡がり振動モードを利用するものである。
【００２７】
図２などに示すように、圧電振動装置１は、基体としての基板１０と、第１の温度補償用絶縁膜２６と、第１の導電層２８と、基板１０の上方に配置された圧電薄膜２３と、第２の導電層２９と、第２の温度補償用絶縁膜２７とを備えている。
【００２８】
基板１０は、Ｓｉ系半導体などの半導体や、ガラスなどの絶縁体により形成することができる。
【００２９】
図２及び図５に示すように、基板１０の上には第１の温度補償用絶縁膜２６が形成されている。図２に示すように、第１の温度補償用絶縁膜２６の少なくとも一部は、下部電極２５を介して圧電薄膜２３と重なり合っている。図１にも示すように、第１の温度補償用絶縁膜２６の面積は、後述する圧電薄膜２３の面積よりも大きくされている。
【００３０】
図５に示すように、第１の温度補償用絶縁膜２６は、中央に位置する平面視略矩形状の中央部を有する。この第１の温度補償用絶縁膜２６の中央部は、対応し合う一つの長辺と短辺とを有する矩形状に形成されている。第１の温度補償用絶縁膜２６では、第１の温度補償用絶縁膜２６の中央部の各短辺に端部が連ねられている。
【００３１】
図２に示すように、第１の温度補償用絶縁膜２６の中央部は、基板１０からギャップＤを隔てて浮かされた状態で保持されている。第１の温度補償用絶縁膜２６の各端部は、基板１０に固定された部分と、その固定部と中央部とを連結する傾斜部とを備えている。なお、本実施形態では、第１の温度補償用絶縁膜２６の中央部は、圧電振動部２０の全面に形成されている。
【００３２】
本実施形態において、この第１の温度補償用絶縁膜２６と、後述する第２の温度補償用絶縁膜２７とは、圧電振動部２０の温度特性を補償するための絶縁膜である。ここで、「温度特性を補償する」とは、具体的には、圧電駆動部の周波数特性の温度依存性を低減させることをいう。また、「温度補償用絶縁膜」とは、圧電駆動部の周波数特性の温度依存性を低減させる絶縁膜をいう。具体的には、「温度補償用絶縁膜」は、圧電駆動部の音速の温度係数の絶対値を圧電薄膜の音速の温度係数の絶対値よりも小さくする絶縁膜である。「温度補償用絶縁膜」は、通常、圧電薄膜の音速の温度係数と逆符号の温度係数、若しくは圧電薄膜の音速の温度係数と同符号の温度係数であって圧電薄膜の音速の温度係数の絶対値よりも小さな絶対値を有する温度係数を有する。
【００３３】
すなわち、「温度補償用絶縁膜」は、圧電薄膜に直接または他の層を介して積層されており、圧電薄膜の音速の温度係数と逆符号の温度係数を有する絶縁膜、若しくは圧電薄膜に直接または他の層を介して積層されており、圧電薄膜の音速の温度係数と同符号であって絶対値の小さな温度係数を有する絶縁膜である限りにおいて特に限定されるものではない。例えば、「温度補償用絶縁膜」は、内部を保護する保護膜としての機能、補強膜として機能及び質量付加により共振周波数を調整する機能のうちの少なくとも一つの機能を温度補償機能と共に兼ね備えたものであってもよい。
【００３４】
なお、本実施形態では、第１の温度補償用絶縁膜２６と第２の温度補償用絶縁膜２７との両方が形成された例について説明するが、第１の温度補償用絶縁膜２６と第２の温度補償用絶縁膜２７とのうちの一方のみを形成するようにしてもよい。
【００３５】
第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７を形成する材料は、圧電薄膜２３を形成する材料に応じて適宜選択することができる。詳細には、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７を形成する材料は、圧電薄膜２３を形成する材料の音速の温度係数と逆符号の温度係数を有する材料や、圧電薄膜２３を形成する材料の音速の温度係数の絶対値よりも小さな絶対値の温度係数を有する材料から適宜選択することができる。第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７を形成する材料は、厳密に絶縁性材料に限定されるものではなく、圧電薄膜２３や上部電極２４及び下部電極２５との関係で支障をきたさない程度の導電性を有するものであってもよい。
【００３６】
第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７を形成する材料の具体例としては、例えばＳｉＯ２に代表される酸化ケイ素やＳｉＮなどの誘電体材料、ＺｎＯやＡｌＮのような圧電材料、Ｓｉのような半導体材料などが挙げられる。
【００３７】
また、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７を導電膜と絶縁膜との積層によって形成してもよい。その場合、導電膜は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、エリンバーまたはインバーなどにより形成することができる。
【００３８】
なお、第１の温度補償用絶縁膜２６と第２の温度補償用絶縁膜２７とは異なる材料により形成されていてもよいし、同じ材料により形成されていてもよい。
【００３９】
図２及び図６に示すように、第１の導電層２８は第１の温度補償用絶縁膜２６上に形成されている。第１の導電層２８は、圧電振動部２０を構成する平面視略矩形状の下部電極２５と、下部電極２５に連ねられた第１の端子電極３１を有している。
【００４０】
下部電極２５は、第１の温度補償用絶縁膜２６の略矩形状の中央部の一部にのみ形成されている。具体的には、下部電極２５は、第１の温度補償用絶縁膜２６の中央部の長辺側の両端部には形成されていない。すなわち、下部電極２５は、幅方向において第１の温度補償用絶縁膜２６の中央部の中央にのみ形成されている。
【００４１】
第１の導電層２８及び後述する第２の導電層２９の材料は特に限定されない。第１の導電層２８及び第２の導電層２９の形成には、適宜の導電性材料を用いることができる。導電性材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｗまたはこれらの合金が挙げられる。導電性の合金の具体例としてはエンリバーやインバーなどが挙げられる。
【００４２】
図２及び図７に示すように、圧電薄膜２３は、第１の導電層２８の上に形成されている。圧電薄膜２３は、圧電振動部２０を構成する中央部と、中央部に連ねられた両端部とを備えている。圧電薄膜２３の中央部の平面形状は下部電極２５の平面形状と実質的に等しい。圧電薄膜２３は、その厚み方向に分極されている。圧電薄膜２３は対向し合う第１の主面２３ａと第２の主面２３ｂとを有する。第１の主面２３ａが第２の導電層２９に接している。一方、第２の主面２３ｂが第１の導電層２８に接している。
【００４３】
圧電薄膜２３は、適宜の圧電材料により形成することができる。圧電材料としては、例えば、圧電セラミックスや圧電単結晶などが挙げられる。圧電セラミックスの具体例としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ系圧電セラミックス）などが挙げられる。圧電単結晶の具体例としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、水晶などが挙げられる。
【００４４】
図２及び図８に示すように、第２の導電層２９は、圧電薄膜２３と第１の温度補償用絶縁膜２６の端部との上に形成されている。第２の導電層２９は、圧電振動部２０を構成する平面視略矩形状の上部電極２４と、上部電極２４に連ねられた第２の端子電極３２とを有する。上部電極２４は、圧電薄膜２３を介して少なくとも一部が下部電極２５と重なり合っている。本実施形態では、上部電極２４の平面形状は、圧電薄膜２３の中央部の平面形状と実質的に等しい。このため、上部電極２４の全体と下部電極２５の全体とが圧電薄膜２３を介して重なり合っている。
【００４５】
上部電極２４は、下部電極２５と共に、圧電薄膜２３に交流電圧を印加し、圧電振動部２０の圧電駆動部２１を励振させる。
【００４６】
なお、本実施形態では、上部電極２４の平面形状と下部電極２５の平面形状とが等しい場合について説明するが、上部電極２４の平面形状と下部電極２５の平面形状とは異なっていてもよい。例えば、上部電極２４と下部電極２５とが接触しない限りにおいて、上部電極２４及び下部電極２５のうちの一方の電極を他方の電極よりも大きく形成してもよい。
【００４７】
ここで、「圧電振動部２０」とは、基板１０に対して浮かされた状態で支持されており、上部電極２４と下部電極２５との間に交流電圧が印加されたときに振動する部分をいい、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７と、上部電極２４と、圧電薄膜２３と、下部電極２５とにより構成されている。
【００４８】
「圧電駆動部２１」とは、圧電振動部２０のうち、平面視した際に上部電極２４と、圧電薄膜２３と、下部電極２５とが重なり合った部分であり、上部電極２４と下部電極２５との間に交流電流が印加されたときに実際に励振される部分をいう。
【００４９】
「圧電被駆動部２２」とは、圧電振動部２０のうち、圧電薄膜２３が形成されていない部分であり、上部電極２４と下部電極２５との間に交流電流が印加されることにより、その部分自体は励振されないものの、圧電駆動部２１が励振されることにより、圧電駆動部２１と共に振動する部分をいう。
【００５０】
図１及び図２に示すように、第２の導電層２９及び圧電薄膜２３の端部の上には、第２の温度補償用絶縁膜２７が形成されている。第２の温度補償用絶縁膜２７の少なくとも一部は、上部電極２４を介して圧電薄膜２３と重なり合っている。第２の温度補償用絶縁膜２７の面積は、上述の圧電薄膜２３の面積よりも大きくされている。第２の温度補償用絶縁膜２７は、中央に位置する平面視略矩形状の中央部を有する。この第２の温度補償用絶縁膜２７の中央部は、対応し合う一つの長辺と短辺とを有する矩形状に形成されている。第２の温度補償用絶縁膜２７では、第２の温度補償用絶縁膜２７の中央部の各短辺に端部が連ねられている。本実施形態では、第２の温度補償用絶縁膜２７の中央部は、圧電振動部２０の全面に形成されている。
【００５１】
圧電振動部２０は、平面視された際に、対向し合う第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂと、対向し合う第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄとを有する矩形状に形成されている。本実施形態では、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂが短辺であり、第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄが長辺である。第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂ：第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄの比は、約１：１．５である。
【００５２】
圧電振動装置１は、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂの延びる方向、すなわち圧電振動部２０の幅方向の振動を主とする拡がり振動モードを利用するものである。具体的には、圧電振動部２０は、当初の状態から、第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄが幅方向に沿って大きく変位する一方、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂが長さ方向に沿ってはあまり変位しない。特に、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂの中央部においては、ほとんど変位せず、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂの中央部は実質的にノードとなる。このような拡がり振動モードが励振される圧電振動部２０においては、主たる振動方向における端部である、第３及び第４の辺２０ｃ，２０ｄに接する幅方向端部が振動の腹部となる。このため、圧電被駆動部２２は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含んでいる。
【００５３】
図１及び図２に示すように、圧電振動部２０は基板１０に固定された支持部３０によって基板１０からギャップＤだけ離れた位置に支持されている。支持部３０は、第１の温度補償用絶縁膜２６の両端部と、第１の端子電極３１と、圧電薄膜２３の両端部と、第２の端子電極３２と、第２の温度補償用絶縁膜２７の両端部とにより構成されている。すなわち、本実施形態では、圧電振動部２０と支持部３０とは、同一の薄膜部材によって構成されている。
【００５４】
なお、圧電薄膜２３の両端部を設ける必要は必ずしもない。但し、圧電薄膜２３の両端部を設けない場合は、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７を、圧電振動部２０を支持するのに十分な強度に形成する必要がある。
【００５５】
支持部３０は、圧電振動部２０を、第１及び第２の辺２０ａ，２０ｂのほぼ中央、つまり、圧電振動部２０の長さ方向端部のほぼ中央において支持している。上述のように、幅方向の振動が主となる拡がり振動モードが利用される本実施形態では、この圧電振動部２０の長さ方向端部のほぼ中央は、ほとんど変位しないノードである。従って、支持部３０は、そのノードにおいて圧電振動部２０を支持している。
【００５６】
次に、図１〜図３及び図９を参照しながら、圧電振動部２０、圧電駆動部２１、圧電被駆動部２２及び第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の位置関係について詳細に説明する。
【００５７】
上述したように、圧電薄膜２３は圧電振動部２０の一部にのみ形成されている。具体的には、圧電薄膜２３は、図１においてハッチングを附した部分に形成されている。このため、図２にも示すように、圧電振動部２０のうち、圧電薄膜２３が形成された幅方向中央部分のみが圧電駆動部２１となる。圧電振動部２０の幅方向両端部は圧電被駆動部２２となる。
【００５８】
ここで、上述のように、本実施形態では、圧電振動部２０の幅方向両端部が輪郭振動モードにおける振動の腹となり、圧電振動部２０の幅方向中央部が振動の節となる。従って、圧電被駆動部２２は、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含む圧電振動部２０の一部に形成されているということになる。
【００５９】
また、輪郭振動モードにおける振動の腹部は、他の部分と較べて電束密度が低い部分であり、よって、電束密度との関係では、圧電被駆動部２２は、圧電振動部２０のうち電束密度が低い部分に形成されていることになる。圧電被駆動部２２の形成位置と電束密度との関係について、図９を参照しながらさらに詳細に説明する。図９は、圧電振動部２０の電束密度を、等高線を用いて表した概念図である。図９に示す第１の等高線３５ａに囲まれた領域が最も電束密度が高い領域を表している。第１の等高線３５ａと第２の等高線３５ｂとに囲まれた領域が、電束密度が次に高い領域となる。その次に電束密度が高い領域が第２の等高線３５ｂと第３の等高線３５ｃとにより囲まれた領域である。そして、第３の等高線３５ｃの外側に位置する領域が最も電束密度が低い領域である。
【００６０】
ここで、第２の等高線３５ｂは、圧電振動部２０の電束密度の平均値となる部分を示しており、第２の等高線３５ｂに囲まれた領域は圧電振動部２０の電束密度の平均値よりも高い電束密度を有する領域となる。一方、第２の等高線３５ｂに囲まれた領域以外の領域は圧電振動部２０の電束密度の平均値以下の電束密度を有する領域となる。
【００６１】
本実施形態では、図１に示すように、圧電被駆動部２２は、圧電振動部２０の電束密度の平均値以下の電束密度を有する第２の等高線３５ｂに囲まれた領域以外の領域の少なくとも一部に形成されている。具体的には、圧電被駆動部２２は、圧電振動部２０の電束密度の平均値以下の電束密度を有する第２の等高線３５ｂに囲まれた領域以外の領域の全域に形成されている。そして、本実施形態では、圧電被駆動部２２の平面視された際の面積は、圧電振動部２０の面積の１／５以上、１／３以下に設定されている。
【００６２】
一方、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の面積は、圧電薄膜２３の面積よりも大きくされている。すなわち、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の面積は、圧電駆動部２１の面積よりも大きくされている。具体的には、本実施形態では、図２及び図３に示すように、圧電振動部２０の全体に形成されている。従って、本実施形態では、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の面積は、圧電被駆動部２２の面積の３倍以上５倍以下に設定されている。
【００６３】
ところで、圧電振動部２０の音速の温度係数は、圧電薄膜２３の温度係数と、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の温度係数とを圧電薄膜２３と第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７との体積比で加重平均した値となる。従って、圧電振動部２０の音速の温度係数を小さくし、圧電振動部２０の温度特性を向上する方法のひとつとして、圧電薄膜２３に対する第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の体積比を大きくする方法が挙げられる。
【００６４】
なお、上部電極２４や下部電極２５は、圧電薄膜２３や第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７と較べて非常に薄く、体積も小さい。従って、上部電極２４及び下部電極２５の音速の温度係数及び体積が圧電振動部２０の音速の温度係数に対して及ぼす影響は無視できる範囲のものであるため、ここでは、上部電極２４及び下部電極２５の音速の温度係数及び体積を考慮しないものとする。
【００６５】
本実施形態では、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の面積は、圧電薄膜２３の面積よりも大きくされている。このため、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７並びに圧電薄膜２３の厚さが一定の場合、従来の第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７と圧電薄膜２３とが同じ面積である構成と較べて圧電薄膜２３に対する第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の体積比を大きくすることができる。従って、圧電振動部２０の音速の温度係数をより小さくすることができ、よって圧電振動部２０の温度特性をより向上することができる。
【００６６】
また、同等の温度特性を得るのであれば、従来の第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７と圧電薄膜２３とが同じ面積である構成と較べて第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の厚さを薄くすることができる。
【００６７】
第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の厚さを薄くすることで、圧電振動部２０の端部の厚さを小さくすることが可能となる。従って、圧電振動部２０の周波数特性に大きな影響を及ぼす圧電振動部２０の外形寸法の加工精度を高めることができるので、圧電振動装置１の周波数精度を高めることができる。特に、圧電振動部２０をエッチングにより加工する場合は、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の厚さが厚くなると圧電振動部２０の外形寸法の加工精度が低下しやすい。このため、圧電振動部２０がエッチングにより形成される圧電振動装置において、圧電振動装置の周波数精度をより一層高めることができる。
【００６８】
第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の厚さを薄くすることで第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の形成に要するコストを低減することができるため、圧電振動装置１の製造コストを低減することができる。具体的には、例えば圧電薄膜２３がＳｉＯ２薄膜である場合において、本実施形態のように圧電被駆動部２２の面積を圧電振動部２０の面積の１／５以上、１／３以下程度に設定することで、圧電振動部２０の全体に圧電薄膜２３を形成する場合よりも、圧電振動装置１の製造コストを約１．５〜３．０％程度低減することが見込まれる。
【００６９】
なお、圧電振動部２０の音速の温度係数を小さくするという観点からは、圧電被駆動部２２の形成位置は特に限定されない。例えば、圧電振動部２０の中央部に圧電被駆動部２２を形成しても構わない。すなわち、電束密度が高い、輪郭振動モードにおける振動の節部に圧電被駆動部２２を形成してもよい。但し、輪郭振動モードにおける振動の節部に圧電被駆動部２２を形成した場合、圧電振動装置１の励振効率が大きく低下してしまうおそれがある。もっともその場合においても、圧電振動部２０の音速の温度係数を小さくすることはできる。
【００７０】
ところで、圧電振動部２０の全面に圧電薄膜２３を形成した場合においても、圧電薄膜２３の全体が振動に等しく寄与しているわけではない。圧電薄膜２３のうち、電束密度が高い部分は振動に大きく寄与している一方、電束密度が低い部分は振動にそれほど寄与していない。すなわち、圧電振動部２０の全面に圧電薄膜２３を形成した場合においても、圧電薄膜２３のうちの電束密度が高い部分のみが振動に実質的に寄与している。これに鑑み、本実施形態では、圧電振動部２０の電束密度の平均値よりも低い電束密度を有し、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含む部分の少なくとも一部には、圧電薄膜２３を形成せず、当該部分を圧電被駆動部２２とする構成が採用されている。この構成によれば、電束密度が低い輪郭振動モードにおける振動の腹部を含む部分を圧電被駆動部２２としても、上述のように、その部分は振動にそれほど寄与していないのであるから、励振効率をそれほど低下させることなく、圧電薄膜２３の体積を小さくすることが可能となる。
【００７１】
特に、本実施形態では、圧電薄膜２３が形成された圧電駆動部２１は、図９に示す等高線３５ｂに実質的に沿った形状に形成されている。それによって、電束密度の高い部分を圧電駆動部２１とし、圧電被駆動部２２を電束密度の低い部分にのみ形成するようにすることができる。従って、特に高い励振効率を実現することができる。このように、高い励振効率を得る観点からは、圧電駆動部２１及び圧電被駆動部２２を等高線３５に実質的に沿った形状に形成することが好ましいが、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、圧電振動部２０の加工性を考慮して圧電駆動部２１及び圧電被駆動部２２の形状を決定してもよい。
【００７２】
また、圧電振動部２０の音速の温度係数をより小さくする観点から、圧電薄膜２３に対する第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の体積比は大きいほど好ましい。従って、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７の面積は大きいほど好ましく、第１及び第２の温度補償用絶縁膜２６，２７が圧電振動部２０の全面に形成されていることが特に好ましい。
【００７３】
同様に、圧電振動部２０の音速の温度係数をより小さくする観点や圧電振動装置１の製造コストのさらなる低減という観点からは、圧電薄膜２３の面積は小さいほど好ましい。言い換えれば、圧電被駆動部２２の圧電振動部２０に対する面積比が大きいほど好ましい。圧電振動部２０の音速の温度係数をより小さくする観点や圧電振動装置１の製造コストの低減という観点からは、圧電被駆動部２２の圧電振動部２０に対する面積比が１／５以上であることが好ましい。そうすることで、圧電振動部２０の音速の温度係数をより小さくできると共に、圧電振動装置１の製造コストをさらに低減することができる。
【００７４】
但し、圧電薄膜２３の面積を小さくすると、圧電駆動部２１の面積も小さくなる。このため、圧電薄膜２３の面積を小さくすると、圧電振動装置１の励振特性が悪化する傾向にある。従って、良好な励振特性を得る観点からは、圧電薄膜２３を形成しない圧電被駆動部２２の面積を小さくすることが好ましい。具体的には、圧電振動部２０の電束密度の平均値よりも電束密度が低い領域の面積が通常１／３程度であることを考慮し、圧電被駆動部２２の圧電振動部２０に対する面積比を１／３以下に設定することが好ましい。
【００７５】
すなわち、圧電被駆動部２２の圧電振動部２０に対する面積比を１／５以上、１／３以下に設定することで、圧電振動部２０の音速の温度係数をより小さくできると共に、圧電振動装置１の製造コストをさらに低減することができる。
【００７６】
以上、本実施形態では、輪郭振動のうちの幅方向の振動を主とする拡がり振動モードを利用する場合について説明したが、本発明に係る圧電振動装置は、長さ方向の振動を主とする拡がり振動モード、幅方向及び長さ方向の両方に大きく振動する拡がり振動モード、長さ振動モードまたは幅振動モードを利用するものであってもよい。長さ方向の振動を主とする拡がり振動モード、幅方向及び長さ方向の両方に振動する拡がり振動モード、長さ振動モードまたは幅振動モードを利用する場合であっても、本実施形態と同様に、輪郭振動モードにおける振動の腹部を含む圧電振動部２０の一部に圧電被駆動部２２を形成することが好ましい。
【００７７】
具体的には、本実施形態のように輪郭振動のうちの幅方向の振動を主とする拡がり振動モードや幅振動モードを利用する場合は、圧電振動部２０の幅方向端部に圧電被駆動部２２を形成することが好ましい。一方、輪郭振動のうちの長さ方向の振動を主とする拡がり振動モードや長さ振動モードを利用する場合は、圧電振動部２０の長さ方向端部に圧電被駆動部２２を形成することが好ましい。幅方向及び長さ方向の両方に大きく振動する拡がり振動モードを利用する場合は、圧電振動部２０の周縁部全体に、圧電駆動部２１を囲うように圧電被駆動部２２を形成することが好ましい。
【００７８】
（圧電振動装置１の製造方法）
次に圧電振動装置１の製造方法について説明する。まず、基板１０の上に、図２に示すギャップＤ形成用の犠牲層を形成する。犠牲層は、例えば、スパッタリング法やフォトエッチング法等により形成することができる。犠牲層の材料は、圧電薄膜２３の成膜時における高温に耐え、かつ化学的に容易に除去できるものであることが好ましい。犠牲層の材料の具体例としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属や酸化亜鉛、燐酸シリケートガラスなどの無機材料、ポリテトラフルオロエチレンなどの有機性ポリマーなどが挙げられる。
【００７９】
犠牲層の厚さは圧電振動部２０が振動した際に圧電振動部２０と基板１０とが接触しない程度のギャップＤが形成できる程度に設定することが好ましい。犠牲膜の厚さは、たとえば０．５μｍ以上数μｍ以下程度とすることができる。
【００８０】
次に、プラズマエッチングなどのプラズマ処理またはイオンエッチングなどにより犠牲層に対して平坦化処理を施す。これにより、例えば犠牲膜の表面荒さ（Ｒａ）を５μｍ以下とする。次いで、犠牲膜の上に第１の温度補償用圧電膜２６、第１の導電層２８、圧電薄膜２３、第２の導電層２９及び第２の温度補償用圧電膜２７を順次形成する。これらの膜及び層は、例えばスパッタリング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、電子ビーム蒸着法等により形成した後、パターニングすることにより作製することができる。パターニング方法としては、例えばレーザートリミング法、イオンビーム法、フォトエッチング法及びリフトオフ法などが挙げられる。次いで、反応性イオンエッチングやウエットエッチングなどにより犠牲層を除去し、最後に、エッチングに用いたマスクを除去することにより圧電振動装置１を完成させることができる。
【００８１】
（変形例）
上記実施形態では、圧電駆動部２１が図９に示す電束密度の等高線３５に沿った形状に形成されている例について説明したが、圧電駆動部２１と圧電被駆動部２２との界面が平面視した際に直線状となるように圧電駆動部２１を形成してもよい。具体的には、図１０に示す圧電振動装置１ａのように、圧電駆動部２１を平面形状が略矩形状となるように形成してもよい。この場合、圧電駆動部２１の加工方法の自由度が拡がり、また圧電駆動部２１の加工が容易となる。例えば、圧電駆動部２１をレーザートリミングやイオンビームエッチング等の方法で容易に加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る圧電振動装置の模式的平面図である。
【図２】図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。
【図３】図３は、図１中のＢ−Ｂ線に沿う模式的断面図である。
【図４】図４は、図１中のＣ−Ｃ線に沿う模式的断面図である。
【図５】図５は、第１の温度補償用絶縁膜の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図６】図６は、第１の導電層の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図７】図７は、圧電薄膜の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図８】図８は、第２の導電層の平面形状を説明するための模式的平面図である。
【図９】図９は、圧電振動部２０の電束密度を、等高線を用いて表した概念図である。
【図１０】図１０は、本発明の変形例に係る圧電振動装置の平面図である。
【図１１】図１１は、特許文献１に記載された圧電振動装置の模式的平面図である。
【図１２】図１２は、図１１中のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１３】図１３は、図１１中のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…圧電振動装置
１０…基板（基体）
２０…圧電振動部
２１…圧電駆動部
２２…圧電被駆動部
２３…圧電薄膜
２３ａ…第１の主面
２３ｂ…第２の主面
２４…上部電極（第１の電極）
２５…下部電極（第２の電極）
２６…第１の温度補償用絶縁膜（温度補償膜）
２７…第２の温度補償用絶縁膜（温度補償膜）
３０…支持部
Ｄ…ギャップ
【図１】
2009111623.tif 000003
【図２】
2009111623.tif 000004
【図３】
2009111623.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2009111623.tif 000008
【図７】
2009111623.tif 000009
【図８】
2009111623.tif 000010
【図９】
2009111623.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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