振子、振蕩器、電子設(shè)備以及移動體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振子、具有振子的振蕩器、電子設(shè)備以及移動體。
【背景技術(shù)】
[0002]一般公知有具有利用半導(dǎo)體細(xì)微加工技術(shù)形成的被稱為MEMS(Micro ElectroMechanical System)器件的機械可動的構(gòu)造體的電子機械系統(tǒng)構(gòu)造體(例如振子、濾波器、傳感器、馬達等)。在這些MEMS器件中，與以往使用了石英或電介質(zhì)的振子/諧振器相t匕，MEMS振子容易組入半導(dǎo)體電路進行制造，有利于細(xì)微化、高功能化，因此其利用范圍較廣。
[0003]作為現(xiàn)有的MEMS振子的代表例，公知有在與設(shè)置有振子的基板面平行的方向上振動的例如梳型振子和在基板的厚度方向上振動的例如梁型振子等。梁型振子由設(shè)置在基板上的固定電極、與基板分離地配置的可動電極等構(gòu)成，根據(jù)振動部的支承方法，梁型振子公知有單臂支承梁型(clamped-free beam)、雙臂支承梁型(clamped-clamped beam)、雙端自由梁型(free-free beam)等。
[0004]關(guān)于專利文獻I的單臂支承梁型MEMS振子，記載了:在設(shè)置在基板主面上的第I電極的側(cè)面部，設(shè)置在可動的第2電極的支承部側(cè)的側(cè)面部的角部形成為大致垂直，因此，能夠降低由電極形狀偏差引起的振動特性的偏差的影響，從而能夠得到穩(wěn)定的振動特性。
[0005]專利文獻1:日本特開2012-85085號公報
[0006]但是，在專利文獻I所述的MEMS振子中，支承部為一個，有利于小型化，但由于固定單臂支承梁的支承部的質(zhì)量較小，因此，由于梁的彎曲振動在支承部中傳播而泄漏到整個基板上這樣的振動泄漏導(dǎo)致的Q值的下降以及在彎曲振動的應(yīng)力集中的支承部中產(chǎn)生的熱彈性損耗導(dǎo)致的Q值的下降，存在不能得到高Q值、不能得到穩(wěn)定的振動特性和期望的振動特性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為了解決上述的問題的至少一部而完成的，能夠作為以下的應(yīng)用例或方式來實現(xiàn)。
[0008][應(yīng)用例I]本應(yīng)用例的振子的特征在于，該振子具有:基板；基部，其配置在所述基板上；以及振動部，其從所述基部沿與所述基板的法線相交的方向延伸，設(shè)在俯視所述基板時所述振動部的從所述基部延伸的方向上的長度為L、所述振動部的與從所述基部延伸的方向相交的方向上的長度為W時，所述振動部的尺寸比(L/W)滿足0.2 ( (L/ff) ^ 7.0的關(guān)系。
[0009]根據(jù)本應(yīng)用例，通過將振動部的尺寸比(L/W)設(shè)為0.2 ( (L/W) ( 7.0,能夠減小因?qū)挾确较虻闹醒氤搴穹较蛭灰频膽?yīng)力集中在振動部的末端部而產(chǎn)生的熱彈性損耗和因應(yīng)力集中在相鄰的振動部之間而產(chǎn)生的熱彈性損耗，因此，能夠得到具有比現(xiàn)有的單臂支承梁結(jié)構(gòu)的振子高的Q值、且具有穩(wěn)定振動特性和期望振動特性的振子。
[0010][應(yīng)用例2]在上述應(yīng)用例的振子中，其特征在于，所述振子具有電極，該電極與所述振動部相對且分離地配置在所述基板上。
[0011]根據(jù)本應(yīng)用例，將固定電極設(shè)置在與振動部相對的位置，在振動部與固定電極之間施加交流電壓時，振動部容易產(chǎn)生與固定電極靠近或遠(yuǎn)離的振動，因此能夠得到具有穩(wěn)定振動特性的振子。
[0012][應(yīng)用例3]在上述應(yīng)用例的振子中，其特征在于，所述尺寸比(L/W)滿足0.5 ^ (L/W) ( 1.0 的關(guān)系。
[0013]根據(jù)本應(yīng)用例，通過將振動部24的尺寸比(L/W)設(shè)為0.5 ^ (L/ff) ^ 1.0,能夠得到具有120000以上的Q值且具有穩(wěn)定振動特性和期望振動特性的振子。
[0014][應(yīng)用例4]在上述應(yīng)用例的振子中，其特征在于，所述尺寸比(L/W)滿足0.62 ( (L/ff) ^ 0.8 的關(guān)系。
[0015]根據(jù)本應(yīng)用例，通過將振動部24的尺寸比(L/W)設(shè)為0.62 ( (L/ff) ^ 0.8,能夠得到具有175000以上的Q值且具有穩(wěn)定振動特性和期望振動特性的振子。
[0016][應(yīng)用例5]在上述應(yīng)用例的振子中，其特征在于，所述振動部的所述L在5.0 μ m < L < 15.0 μ m的范圍內(nèi)，而且，所述振動部的與所述基板相交的方向上的長度T在1.0ym^T^2.0ym 的范圍內(nèi)。
[0017]根據(jù)本應(yīng)用例，通過將振動部的長度尺寸L設(shè)為5.0 μ m彡L彡15.0 μ m的范圍內(nèi)、將振動部的板厚尺寸T設(shè)為1.0 μ m < T < 2.0 μ m的范圍內(nèi)，能夠得到具有穩(wěn)定振動特性、實現(xiàn)了低成本且具有比現(xiàn)有的單臂支承梁結(jié)構(gòu)的振子高的Q值的振子。
[0018][應(yīng)用例6]在上述應(yīng)用例的振子中，其特征在于，從所述基部輻射狀地延伸出4個所述振動部。
[0019]根據(jù)本應(yīng)用例，從基部輻射狀地延伸出4個振動部，因此，在相鄰的振動部在不同的上下方向上位移時，基部的上下方向的位移被抵消，振動被抑制，能夠使基部成為幾乎沒有振動位移的狀態(tài)。因此，通過支承基部，能夠得到振動效率更高且抑制了振動泄漏的振子。
[0020][應(yīng)用例7]在上述應(yīng)用例的振子中，其特征在于，在相鄰的所述振動部之間具有曲面。
[0021]根據(jù)本應(yīng)用例，通過在相鄰的振動部之間設(shè)置曲面，能夠隔開由于伴隨著振動的應(yīng)力集中而產(chǎn)生的溫度升高的區(qū)域和溫度降低的區(qū)域之間的間隔，因此，能夠提供難以產(chǎn)生熱傳導(dǎo)、熱彈性損耗下降且具有更高的Q值的振子。
[0022][應(yīng)用例8]在上述應(yīng)用例的振子中，其特征在于，所述振動部的末端側(cè)端部的所述W小于所述振動部的所述基部側(cè)的端部的所述W。
[0023]根據(jù)本應(yīng)用例，通過使振動部的末端側(cè)的寬度變窄，能夠抑制在振動部的末端側(cè)端部產(chǎn)生的應(yīng)力集中，能夠降低伴隨應(yīng)力集中的熱彈性損耗，因此，能夠提供具有高Q值的振子。
[0024][應(yīng)用例9]本應(yīng)用例的振蕩器的特征在于具有上述應(yīng)用例的振子。
[0025]根據(jù)本應(yīng)用例，通過具備具有高Q值的振子，能夠提供更高性能的振蕩器。
[0026][應(yīng)用例10]本應(yīng)用例的電子設(shè)備的特征在于具有上述應(yīng)用例的振子。
[0027]根據(jù)本應(yīng)用例，電子設(shè)備通過靈活運用具有高Q值的振子，能夠提供更高性能的電子設(shè)備。
[0028][應(yīng)用例11]本應(yīng)用例的移動體的特征在于具有上述應(yīng)用例的振子。
[0029]根據(jù)本應(yīng)用例，移動體通過靈活運用具有高Q值的振子，能夠提供更高性能的移動體。
【附圖說明】
[0030]圖1的(a)?圖1的(C)是本發(fā)明的第I實施方式的振子的俯視圖以及剖視圖。
[0031]圖2是在伴隨于熱彈性損耗的Qted值的計算中使用的振子的上部電極的俯視圖。
[0032]圖3是示出與振動部的尺寸比(L/W)對應(yīng)的通過有限元法計算出的振子的Qted值的圖，圖3的(a)是示出尺寸比(L/W)為O?7.0的范圍的圖，圖3的(b)是示出尺寸比(L/W)為O?2.0的范圍的圖。
[0033]圖4是示出伴隨振動部的長度L的變化的、與振動部的尺寸比(L/W)對應(yīng)的通過有限元法計算出的振子的Qted值的圖。
[0034]圖5是示出伴隨振動部的板厚T的變化的、與振動部的尺寸比(L/W)對應(yīng)的通過有限元法計算出的振子的Qted值的圖。
[0035]圖6的(a)?圖6的(f)是依次示出本實施方式的振子的制造工序的工序圖。
[0036]圖7的(g)?圖7的(k)是依次示出本實施方式的振子的制造工序的工序圖。
[0037]圖8的(a)?圖8的(d)是變形例I的振子，是示出上部電極的變化例的俯視圖。
[0038]圖9是本發(fā)明的第2實施方式的振子的上部電極的俯視圖。
[0039]圖10是本發(fā)明的第3實施方式的振子的上部電極的俯視圖。
[0040]圖11是本發(fā)明的第4實施方式的振子的上部電極的俯視圖。
[0041]圖12是示出具有本實施方式的振子的振蕩器的結(jié)構(gòu)例的概略圖。
[0042]圖13的(a)是示出作為電子設(shè)備的一例的移動型個人計算機的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖13的(b)是示出作為電子設(shè)備的一例的移動電話的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0043]圖14是作為是示出電子設(shè)備的一例的數(shù)字照相機的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0044]圖15是概略地示出作為移動體的一例的汽車的立體圖。
[0045]標(biāo)號說明
[0046]I基板；2氧化膜；3氮化膜；4第I導(dǎo)電體層；5第2導(dǎo)電體層；6第3導(dǎo)電體層；7抗蝕劑；8犧牲層；10下部電極；11第I下部電極；lla布線；12第2下部電極；12a布線；20上部電極；22基部；24振動部；26支承部；32固定部；40曲面；70偏置電路；71、72放大器；100MEMS振子；200振蕩器；1000顯示部；1100個人計算機；1102鍵盤；1104主體部;1106顯示單元；1200移動電話；1202操作按鈕；1204受話口 ； 1206送話口 ； 1300數(shù)字照相機；1302殼體；1304受光單元；1306快門按鈕；1308存儲器；1312視頻信號輸出端子；1314輸入/輸出端子；1330電視監(jiān)視器；1340個人計算機；1400汽車；1401輪胎；1402電子控制單元。
【具體實施方式】
[0047]以下，參照附圖，對實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式進行說明。以下只是本發(fā)明的一個實施方式，并非限定本發(fā)明。此外，在以下的各圖中，為了容易理解說明，有時以與實際不同的比例來標(biāo)注。
[0048][振子]
[0049](第I實施方式)
[0050]首先，對作為本發(fā)明的第I實施方式的振子的MEMS振子100進行說明。
[0051]圖1的(a)是MEMS振子100的俯視圖，圖1的(b)是圖1的(a)的A-A線剖視圖，圖1的(C)是圖1的(a)的B-B線剖視圖。
[0052]MEMS振子100是靜電型的梁型振子，其具有形成在基板I上的固定電極(下部電極10)、與基板I以及固定電極分離地形成的可動電極(上部電極20)。可動電極是通過蝕刻層疊在基板I的主面以及固定電極上的犧牲層而與基板I以及固定電極分離地形成的。
[0053]此外，犧牲層是由氧化膜等臨時形成的層，在其上下和周圍形成所需的層后，通過蝕刻被去除。通過去除犧牲層，在上下和周圍的各層之間形成所需的間隙和空洞，或分離地形成所需的結(jié)構(gòu)體。
[0054]以下，對MEMS振子100的結(jié)構(gòu)進行說明。關(guān)于MEMS振子100的制造方法，在后述的實施方式中進行說明。