JP5982898B2 - Vibration element, vibrator, electronic device, oscillator, and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、厚み振動モードの振動素子に関し、特に所謂メサ型構造を有する振動素子、振動子、電子デバイス、発振器及び電子機器に関する。 The present invention relates to a vibration element in a thickness vibration mode, and particularly relates to a vibration element, a vibrator, an electronic device, an oscillator, and an electronic apparatus having a so-called mesa structure.
ATカット水晶振動子は、その振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献1と特許文献2には、水晶振動素子の周波数をf、水晶基板の長辺(X軸)の長さをX、メサ部(振動部)の厚みをt、メサ部の長辺の長さをMx、励振電極の長辺の長さをEx、水晶基板の長辺方向に生じる屈曲振動の波長をλとするとき、以下の4つの式、
λ/2=(1.332/f)−0.0024
(Mx−Ex)/2=λ/2
Mx/2=(n/2+1/4)λ (但しnは整数)
X≧20t
を満たすように、各パラメーターf、X、Mx、Exを設定することにより、厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑制できると開示されている。また、屈曲変位成分が小さくなるのは、振動部の端縁と励振電極の端縁部分の位置を屈曲振動の変位の腹の位置と一致するように設定した場合であり、これにより不要モードである屈曲振動を抑圧することができると開示されている。
AT-cut quartz resonators are used in various fields such as electronic equipment because the vibration mode is thickness-shear vibration, and they exhibit a cubic curve that is suitable for miniaturization and higher frequency and has excellent frequency-temperature characteristics. .
In Patent Literature 1 and
λ / 2 = (1.332 / f) −0.0024
(Mx−Ex) / 2 = λ / 2
Mx / 2 = (n / 2 + 1/4) λ (where n is an integer)
X ≧ 20t
It is disclosed that the coupling between the thickness shear vibration and the bending vibration can be suppressed by setting the parameters f, X, Mx, and Ex so as to satisfy the above. The bending displacement component is reduced when the position of the edge of the vibration part and the edge of the excitation electrode is set so as to coincide with the position of the antinode of the displacement of the bending vibration. It is disclosed that a certain bending vibration can be suppressed.
特許文献3には、周波数可変感度を高くするとともに、不要な振動を抑圧したメサ型振動素子が提案されている。一般的に、振動素子は、励振電極が大きくなるのに伴って等価直列容量C1も大きくなり、周波数可変感度を高くできる。励振電極を大きくしたメサ型振動素子は発振が容易であり、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできると開示されている。
特許文献4には、メサ型圧電振動素子が開示されている。水晶基板の長辺の長さをX、段差部の堀量(メサ部の高さ)をMd、振動部の板厚をtとし、板厚tに対する段差部の堀量Mdの比をy(百分率)とすると、yが、
y=−1.32×(X/t)+42.87
y≦30
の関係を満足し、且つ水晶基板の振動部の板厚tに対する長辺の長さXの比、即ち辺比X/tが30以下とすることにより、圧電振動素子の電気的特性の悪化を招くこと無くCIを低下させることができると開示されている。
Patent Document 4 discloses a mesa-type piezoelectric vibration element. The length of the long side of the quartz substrate is X, the depth of the stepped portion (the height of the mesa portion) is Md, the plate thickness of the vibrating portion is t, and the ratio of the depth of the stepped portion Md to the plate thickness t is y ( %), Y is
y = −1.32 × (X / t) +42.87
y ≦ 30
And the ratio of the length X of the long side to the plate thickness t of the vibrating portion of the quartz substrate, that is, the side ratio X / t is 30 or less, the electrical characteristics of the piezoelectric vibrating element are deteriorated. It is disclosed that CI can be reduced without incurring.
しかしながら、最近では容器サイズの更なる小型の振動子が要求されている。小型容器に収容するメサ型構造の振動素子のX辺比(厚さtに対する長辺Xの比X/t)は20以下となる。このような小型振動子に先行文献に開示されているような手段を適用しても、厚みすべり振動に輪郭系の高次振動が重畳して、滑らかな周波数温度特性が得られず、また要求されるCI(クリスタルインピーダンス)実現できないという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、X軸方向を長辺とした厚みすべりモードの振動素子であって、X辺比の小さな振動素子の滑らかな周波数温度特性と、CIの低減を可能としたメサ型振動素子を提供することを目的とする。
However, recently, a further smaller vibrator having a container size has been demanded. The X-side ratio (ratio X / t of the long side X to the thickness t) of the vibration element having a mesa structure housed in the small container is 20 or less. Even if the means as disclosed in the prior art is applied to such a small vibrator, the high-order vibration of the contour system is superimposed on the thickness shear vibration, and smooth frequency temperature characteristics cannot be obtained. There is a problem that CI (crystal impedance) cannot be realized.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is a thickness-shear mode vibration element having a long side in the X-axis direction, and a smooth frequency-temperature characteristic of a vibration element having a small X-side ratio, and CI. An object of the present invention is to provide a mesa type vibration element that can reduce the above.
本発明は、上記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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本発明に係る振動素子は、厚みすべり振動で励振し、一方の主面に設けられている第1凸部、前記一方の主面に対して裏面側の他方の主面に設けられている第2凸部を含む振動部、前記第1凸部及び前記第2凸部の前記厚みすべり振動の振動方向に交差する方向の端部に設けられている少なくとも二段以上の段差縁部、及び前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部の厚みよりも厚みの薄い外縁部、を含む基板と、前記第1凸部の表面に設けられている第1励振電極と、前記第2凸部の表面に設けられている第2励振電極とを備え、前記段差縁部の段数を2以上の正の整数iで表わすとき、i段目の段差縁部の前記厚みすべり振動の振動方向に沿った長さをMxi、最外側の段差縁部の前記厚みすべり振動の振動方向に沿った長さをMx、1段目の段差縁部の前記厚みすべり振動の振動方向に直交する方向に沿った長さをMz、前記励振電極の前記厚みすべり振動の振動方向に沿った長さをEx、前記励振電極の前記厚みすべり振動の振動方向に直交する方向に沿った長さをEz、前記厚みすべり振動の振動方向に振動する屈曲振動の波長をλとしたとき、
−0.2<((Mxi−1−Mxi)/2−nλ/2)/(λ/2)<0.2 (1)
−0.2<((Ex−Mx)−kλ/2)/(λ/2)<0.2 (2)
を満たすことを特徴とする振動素子である。但し、nは正の整数、kは整数とする。
Application Example 1 A vibration element according to the present invention is excited by thickness shear vibration, and is provided on a first convex portion provided on one main surface, on the other main surface on the back side with respect to the one main surface. At least two or more steps provided at the ends of the vibrating portion including the second protruding portion, the first protruding portion, and the second protruding portion that intersect the vibration direction of the thickness shear vibration. A substrate including an edge portion and an outer edge portion disposed along an outer edge of the vibrating portion and having a thickness smaller than a thickness of the vibrating portion; a first excitation electrode provided on a surface of the first convex portion; A second excitation electrode provided on the surface of the second convex portion, and when the number of steps of the step edge is represented by a positive integer i of 2 or more, the thickness shear vibration of the step edge of the i-th step along the length along the vibration direction Mx i, the vibration direction of the thickness shear vibration of the step edge of the outermost Mx is the length along the direction perpendicular to the vibration direction of the thickness-shear vibration of the first step edge, and Mz is the length along the vibration direction of the thickness-slip vibration of the excitation electrode. Ex, where Ez is the length of the excitation electrode along the direction perpendicular to the vibration direction of the thickness shear vibration, and λ is the wavelength of the flexural vibration that vibrates in the vibration direction of the thickness shear vibration,
−0.2 <((Mx i−1 −Mx i ) / 2−nλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (1)
−0.2 <((Ex−Mx) −kλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (2)
It is a vibration element characterized by satisfying. However, n is a positive integer and k is an integer.
この構成によれば、振動部は、全外周縁が前記外縁部に向かって該振動部の厚さが漸減するように少なくとも二段の段差部を備えたメサ型構造であり、且つ各段差部の長さと励振電極の長さとが式(1)、(2)基づいて設定されているため、屈曲振動が抑圧され、また励振電極はピックアップする屈曲振動の電荷を相殺するため、周波数温度特性、及びCI温度特性は滑らかな特性が得られるという効果がある。また、振動部の全外周縁を少なくとも二段の段差構造とすることにより振動エネルギーは励振部に閉じ込められ、CIの小さな振動素子が得られるという効果がある。 According to this configuration, the vibrating portion has a mesa structure having at least two stepped portions so that the thickness of the vibrating portion gradually decreases toward the outer edge of the entire outer peripheral edge, and each stepped portion. And the length of the excitation electrode are set based on the equations (1) and (2), so that the bending vibration is suppressed, and the excitation electrode cancels the electric charge of the bending vibration to be picked up. The CI temperature characteristic has an effect that a smooth characteristic can be obtained. In addition, by forming the entire outer peripheral edge of the vibration part to have a step structure of at least two steps, vibration energy is confined in the excitation part, and a vibration element having a small CI can be obtained.
[適用例2]また振動素子は、適用例1に記載おいて、前記段差部の段数iは2、前記正の整数nは1、前記整数kは−1であり、且つ前記Exと前記Mxとの間にEx<Mxの関係があることを特徴とする振動素子である。 [Application Example 2] Further, in the vibration element described in Application Example 1, the step number i of the stepped portion is 2, the positive integer n is 1, the integer k is -1, and the Ex and the Mx The vibration element is characterized in that Ex <Mx.
この構成によれば、各段差部の長さ、及び励振電極の大きさは式(1)、(2)を満たすと共に、段差部の段数を2段とし、励振電極の大きさを最外側(最上段)の段差部の長さより短く設定したので、滑らかな周波数温度特性、CI特性が得られるという効果がある。更に、振動素子の等価インダクタンスを大きくすることができるという効果がある。 According to this configuration, the length of each stepped portion and the size of the excitation electrode satisfy the expressions (1) and (2), the number of steps of the stepped portion is two, and the size of the excitation electrode is the outermost ( Since it is set shorter than the length of the uppermost step), there is an effect that smooth frequency temperature characteristics and CI characteristics can be obtained. Furthermore, there is an effect that the equivalent inductance of the vibration element can be increased.
[適用例3]また振動素子は、適用例1に記載おいて、前記段差部の段数iは2、前記正の整数nは1、前記整数kは2であり、且つ前記Exと前記Mxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子である。 [Application Example 3] Further, in the vibration element according to Application Example 1, the step number i of the stepped portion is 2, the positive integer n is 1, the integer k is 2, and the Ex, the Mx, The vibration element is characterized in that there is a relationship of Mx <Ex.
この構成によれば、各段差部の長さ、及び励振電極の大きさは式(1)、(2)を満たすと共に、段差部の段数を2段とし、励振電極の大きさを最外側(最上段)の段差部の長さより大きく設定したので、滑らかな周波数温度特性、CI特性が得られるという効果がある。更に、振動素子の等価インダクタンスを小さくすることができるという効果がある。また、振動により発生した電荷の大半をピックアップできるので、振動素子の容量比を小さくすることができるという効果がある。 According to this configuration, the length of each stepped portion and the size of the excitation electrode satisfy the expressions (1) and (2), the number of steps of the stepped portion is two, and the size of the excitation electrode is the outermost ( Since it is set larger than the length of the uppermost step), there is an effect that smooth frequency temperature characteristics and CI characteristics can be obtained. Furthermore, there is an effect that the equivalent inductance of the vibration element can be reduced. In addition, since most of the charges generated by the vibration can be picked up, there is an effect that the capacitance ratio of the vibration element can be reduced.
[適用例4]また振動素子は、適用例1に記載において、前記段差部の段数iは2、前記正の整数nは2、前記整数kは1であり、且つ前記Exと前記Mxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子である。 Application Example 4 In the vibration element according to Application Example 1, the step number i of the stepped portion is 2, the positive integer n is 2, the integer k is 1, and the Ex and the Mx The vibration element is characterized in that there is a relationship of Mx <Ex.
この構成によれば、各段差部の長さ、及び励振電極の大きさは式(1)、(2)を満たすと共に、段差部の段数を2段とし、励振電極の大きさを最外側(最上段)の段差部の長さより大きく設定したので、滑らかな周波数温度特性、CI特性が得られるという効果がある。更に、振動変位分布の形状をなだらかにし、CIディップの少ないCI温度特性が得られるという効果がある。 According to this configuration, the length of each stepped portion and the size of the excitation electrode satisfy the expressions (1) and (2), the number of steps of the stepped portion is two, and the size of the excitation electrode is the outermost ( Since it is set larger than the length of the uppermost step), there is an effect that smooth frequency temperature characteristics and CI characteristics can be obtained. Furthermore, there is an effect that the shape of the vibration displacement distribution is smoothed and CI temperature characteristics with little CI dip are obtained.
[適用例5]また振動素子は、適用例1において、前記段差部の段数iは3、前記正の整数nは1、前記整数kは3であり、且つ前記Exと、前記振動部の最上段の主面の前記厚みすべり振動の振動方向に沿った長さMxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子である。 [Application Example 5] Further, in the application example 1, in the application example 1, the step number i of the stepped portion is 3, the positive integer n is 1, the integer k is 3, and the Ex and the maximum of the vibrating portion are used. The vibration element is characterized in that there is a relationship of Mx <Ex between the upper principal surface and the length Mx along the vibration direction of the thickness shear vibration.
この構成によれば、各段差部の長さ、及び励振電極の大きさは式(1)、(2)を満たすと共に、段差部の段数を2段とし、励振電極の大きさを最外側(最上段)の段差部の長さより大きく設定したので、滑らかな周波数温度特性、CI特性が得られるという効果がある。更に、段差部の段数を3段にしたので振動変位分布はより急峻となり、支持の影響が小さくなるので、振動素子のCIをより小さくできるという効果がある。 According to this configuration, the length of each stepped portion and the size of the excitation electrode satisfy the expressions (1) and (2), the number of steps of the stepped portion is two, and the size of the excitation electrode is the outermost ( Since it is set larger than the length of the uppermost step), there is an effect that smooth frequency temperature characteristics and CI characteristics can be obtained. Furthermore, since the number of steps of the step portion is three, the vibration displacement distribution becomes steeper and the influence of the support is reduced, so that the CI of the vibration element can be further reduced.
[適用例6]また振動素子は、適用例1において、前記段差部の段数iは3、前記正の整数nは1、前記整数kは2であり、且つ前記Exと、前記振動部の最上段の主面の前記厚みすべり振動の振動方向に沿ったMxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子である。 [Application Example 6] Further, in the application example 1, in the application example 1, the step number i of the stepped portion is 3, the positive integer n is 1, the integer k is 2, and the Ex and the maximum of the vibrating portion. The vibration element is characterized in that there is a relationship of Mx <Ex between Mx along the vibration direction of the thickness-shear vibration of the upper main surface.
この構成によれば、各段差部の長さ、及び励振電極の大きさは式(1)、(2)を満たすと共に、段差部の段数を2段とし、励振電極の大きさを最外側(最上段)の段差部の長さより大きく設定したので、滑らかな周波数温度特性、CI特性が得られるという効果がある。更に、段差部の段数を3段にしたので振動変位分布はより急峻となり、支持の影響が小さくなるので、振動素子のCIをより小さくできるという効果と、電極の大きさを調整し、仕様に合わせることできるという効果がある。 According to this configuration, the length of each stepped portion and the size of the excitation electrode satisfy the expressions (1) and (2), the number of steps of the stepped portion is two, and the size of the excitation electrode is the outermost ( Since it is set larger than the length of the uppermost step), there is an effect that smooth frequency temperature characteristics and CI characteristics can be obtained. Furthermore, since the number of steps of the stepped portion is three, the vibration displacement distribution becomes steeper and the influence of the support becomes smaller, so the effect of reducing the CI of the vibrating element and the size of the electrode can be adjusted to the specifications. There is an effect that can be combined.
[適用例7]また振動素子は、適用例1に記載において、前記基板は、回転Yカット基板であり、前記振動部は、X軸方向に沿った辺を長辺としZ´軸方向に沿った辺を短辺としていることを特徴とする振動素子である。 Application Example 7 In addition, the vibration element according to Application Example 1, wherein the substrate is a rotating Y-cut substrate, and the vibration unit has a side along the X-axis direction as a long side and extends along the Z′-axis direction. The vibration element is characterized in that the short side is a short side.
この構成によれば、振動基板を水晶基板で構成するため、周波数温度特性、及びCI温度特性は滑らかな特性が得られるという効果と、経年変化が小さく、振動素子のQ値の大きい振動素子が得られるという効果がある。 According to this configuration, since the vibration substrate is formed of a quartz substrate, the frequency temperature characteristic and the CI temperature characteristic can be obtained smoothly, and the vibration element having a small QA and a large Q value of the vibration element can be obtained. There is an effect that it is obtained.
[適用例8]また振動素子は、適用例1乃至7の何れか一項において、Ez<Mzの場合は0.6≦Mz/Z≦0.8の関係を満たし、Ez>Mzの場合は0.5≦Mz/Z≦0.7の関係を満たしていることを特徴とする振動素子である。 [Application Example 8] Further, in any one of Application Examples 1 to 7, the vibration element satisfies a relationship of 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 when Ez <Mz, and when Ez> Mz. The vibration element satisfies the relationship of 0.5 ≦ Mz / Z ≦ 0.7.
この構成によれば、上記の効果に加え、CIの低減が図れると共に、屈曲振動等の不要振動との結合のない振動素子が得られるという効果がある。 According to this configuration, in addition to the above effects, CI can be reduced, and there is an effect that a vibration element having no coupling with unnecessary vibration such as bending vibration can be obtained.
[適用例9]本発明に係る振動子は、適用例1乃至8の何れか一項に記載の振動素子と、前記振動素子を収容する容器と、を備えていることを特徴とする振動子である。 Application Example 9 A vibrator according to the present invention includes the vibration element according to any one of Application Examples 1 to 8, and a container that houses the vibration element. It is.
この構成によれば、屈曲振動を抑圧し、小さなCI値、即ち大きなQ値を有し、経年変化が少なく、滑らかな周波数温度特性、及びCI特性を有する小型振動子が得られるという効果がある。 According to this configuration, there is an effect that a small vibrator having a small CI value, that is, a large Q value, little secular change, smooth frequency temperature characteristics, and CI characteristics can be obtained by suppressing bending vibration. .
[適用例10]本発明に係る電子デバイスは、適用例1乃至8の何れか一項に記載の振動素子と、電子素子と、前記振動素子及び電子素子を収容する容器と、を備えていることを特徴とする電子デバイスある。 Application Example 10 An electronic device according to the present invention includes the vibration element according to any one of application examples 1 to 8, an electronic element, and a container that accommodates the vibration element and the electronic element. There is an electronic device characterized by this.
この構成によれば、本発明に係るCIの小さな小型振動素子を備えており、用いる電子素子と組み合わせることで、客先の仕様に合わせて種々の電子デバイスを構成することができるという効果がある。 According to this configuration, the small vibration element having a small CI according to the present invention is provided, and by combining with the electronic element to be used, various electronic devices can be configured in accordance with customer specifications. .
[適用例11]本発明に係る電子デバイスは、適用例10において、前記電子素子が、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子、及び半導体素子の少なくともいずれかであることを特徴とする電子デバイスである。 Application Example 11 An electronic device according to the present invention is an electronic device according to Application Example 10, wherein the electronic element is at least one of a thermistor, a capacitor, a reactance element, and a semiconductor element.
この構成によれば、本発明に係るCIの小さな小型振動素子と、上記電子素子組み合わせることで、温度補償された振動素子、可変範囲の広い振動素子、発振器等を構成することができるという効果がある。 According to this configuration, the combination of the small-sized vibration element having a small CI according to the present invention and the above-described electronic element makes it possible to configure a temperature-compensated vibration element, a vibration element having a wide variable range, an oscillator, and the like. is there.
[適用例12]本発明に係る発振器は、適用例9に記載の振動子と、該振動子を駆動する発振回路と、を備えていることを特徴とする発振器である。 Application Example 12 An oscillator according to the present invention includes the vibrator according to Application Example 9 and an oscillation circuit that drives the vibrator.
この構成によれば、発振器が小型化されると共に、消費電力の少なく、周波数温度特性の優れた発振器が実現できるという効果がある。 According to this configuration, it is possible to reduce the size of the oscillator and to realize an oscillator with low power consumption and excellent frequency temperature characteristics.
[適用例13]本発明に係る電子機器は、適用例1乃至8の何れか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器である。 Application Example 13 An electronic device according to the present invention is an electronic device including the vibration element according to any one of Application Examples 1 to 8.
この構成によれば、電子機器の小型化が図られると共に、周波数安定度、周波数温度特性の優れ、耐衝撃性のある電子機器が得られるという効果がある According to this configuration, it is possible to reduce the size of the electronic device and to obtain an electronic device having excellent frequency stability, frequency temperature characteristics, and impact resistance.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る振動素子1の構成を示す概略図である。図1(a)は振動素子1の平面図であり、同図(b)は(a)のQ−Q断面図であり、同図(c)は(a)のP−P断面図である。
本発明の振動素子1は、振動基板10と、振動基板10の両主面に夫々対向配置された各励振電極20a、20bと、各励振電極20a、20bから振動基板10の一方の端部に向かって延びる引出電極22a、22bと、各引出電極22a、22bと電気的に接続され振動基板10の2つの角隅部に夫々形成された電極パッド24a、24bと、を備えた振動素子である。
振動基板10は、最大厚さを有した振動部14と、振動部14よりも薄肉であって振動部14の全周側面の厚さ方向中間部から鍔状に突設された外縁部12と、を有している。振動基板10は、振動バランスの点から厚さ方向の中心線に対して対称に形成されている。換言すれば、厚さ方向の中心を通り、主面に平行な面に対して対称に形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a vibration element 1 according to an embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the resonator element 1, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line QQ in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line P-P in FIG. .
The vibration element 1 according to the present invention includes a
The
振動部14は、その全外周縁に外縁部12に向かって振動部14の厚さが階段状に漸減するように少なくとも二段の段差縁部を備えている。図1の実施形態例の振動素子1は、振動部14の外周縁の表裏面に夫々2段の段差から成る段差縁部を有する。段差縁部は、Z’軸方向に平行に延びる段差縁部14c、14dと、X軸方向に平行に延びる段差縁部14a、14bと、を備えている。つまり、振動基板10は、基板の中央部を両主面と直交する方向へ夫々突出させた厚肉部(段差縁部を含む)である振動部14と、振動部14の全周側面の厚さ方向中間部から主面方向へ突出する外縁部12と、を有した所謂メサ構造をしている。
振動部14は、振動基板10の中央に位置した主たる振動領域であり、振動部14より薄肉で振動部14の全周側面に形成された外縁部12は、従たる振動領域である。つまり、振動領域は、後述するように、振動部14と、外縁部12の一部に跨っている。
The
The
励振電極20a、20b(以降、20aで代表する)は、図1に示す実施形態例では振動部14の一部に形成されている。励振電極20a、引出電極22a、22b(以降、22aで代表する)、及び電極パッド24a、24b(以降、24aで代表する)は、振動基板10の両面にスパッタ法、又は真空蒸着法を用いてクロム(Cr)、金(Au)等の金属膜をこの順に成膜する。成膜した金属薄膜にフォトリソグラフィ技法により、所定の形状の励振電極20a、引出電極22a、及び電極パッド24aを形成して振動素子を構成する。各励振電極20aに交番電圧を印加すると、振動素子1は固有の振動周波数で励振される。
振動基板10に水晶基板を用いる場合について説明する。水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図2に示すように互いに直交する結晶軸X、Y、Zを有する。X軸、Y軸、Z軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。回転Yカット基板は、XZ面をX軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板である。例えば、ATカット水晶基板10の場合は、前記角度θは略35°15′である。なお、Y軸及びZ軸もX軸の周りに前記角度θだけ回転させて、夫々Y’軸、及びZ’軸とする。従って、前記回転Yカット基板は、直交する座標軸X、Y’、Z’を有する。前記回転Yカット基板は、厚み方向がY’軸であって、Y’軸に直交するXZ’面(X軸及びZ’軸を含む面)が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。
A case where a quartz substrate is used as the
即ち、水晶基板10は、図2に示すようにX軸(電気軸)、Y軸(機械軸)、Z軸(光学軸)からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、Y軸をZ軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、X軸とZ’軸に平行な面で構成され、Y’軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板からなる。
図1に示す実施形態例では、振動基板10はY’軸に平行な方向(以下、「Y’軸方向」という)を厚み方向として、X軸に平行な方向(以下、「X軸方向」という)を長辺とし、Z’軸に平行な方向(以下、「Z’軸方向」という)を短辺とする矩形の形状を有する。ここで、長辺、短辺の夫々の長さをX、Zとする。振動基板10は、略中央部に位置する厚肉の振動部14と、振動部14の全周側面の中央部から鍔状に突設された外縁部12と、を有している。
That is, as shown in FIG. 2, the
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図1の実施形態に示すように振動部14は、その全周側面の中央部を外縁部12に囲まれており、外縁部12のY’軸方向の厚さt’よりも厚い厚さtを有する。即ち、振動部14は、図1(b)、(c)に示すように、外縁部12に対してY’軸方向に突出している。図1の例では、振動部14は外縁部12に対して、+Y’軸側と−Y’軸側とに突出している。振動部14は、例えば対称の中心となる点(図示せず)を有し、この中心点に関して点対称となる形状を有することができる。
振動部14は、図1に示すように、X軸方向を長辺とし、Z’軸方向を短辺とする矩形の形状を有する。振動部14は、最も厚い第1部分15と、第1部分15より小さい厚みを有する第2部分16と、を有する。第1部分15は、図1に示すように、X軸に平行な長さMx2(図1(b)中にはMx2/2で表示)を長辺とする矩形の形状を有する。第2部分16は、第1部分15の全側面周囲に形成され、第1部分15と第2部分16とを加算した形状の、X軸に平行な長さMx1(図1(b)中にはMx1/2で表示)を長辺とし、Z’軸に平行な長さMzを短辺とする矩形の形状を有する。つまり、振動基板10は2段のメサ型基板である。
このように構成したため、振動部14は、X軸方向に延びる段差縁部14a、14bと、Z’軸方向に延びる段差縁部14c、14dと、を有した構造となっている。図1の実施形態例では、段差縁部14a、14bのうち、段差縁部14aが+Z’軸側の段差縁部であり、段差縁部14bが−Z’軸側の段差縁部である。また、段差縁部14c、14dのうち、段差縁部14cが−X軸側の段差縁部であり、段差縁部14dが+X軸側の段差縁部である。
As shown in the embodiment of FIG. 1, the
As shown in FIG. 1, the vibrating
Due to such a configuration, the vibrating
Z’軸方向に延びる段差縁部14dは、図1(b)に示すように、外縁部12に対して、+Y’軸側と−Y’軸側とに夫々突出して形成されている。このことは段差縁部14a、14b、14cについても同様である。
振動部14の段差縁部14c、14dの段差は、第1部分15及び第2部分16の各厚みの差によって形成され、第1部分15のY’Z’平面に平行な面と、第2部分16のXZ’面に平行な面と、第2部分16のY’Z’平面に平行な面と、によって構成される。同様に、振動部14の段差縁部14a、14bの段差は、第1部分15及び第2部分16の各厚みの差によって形成されている。図示の例では、段差縁部14a、14bは、第1部分15のXY’平面に平行な面と、第2部分16のXZ’面に平行な面と、第2部分16のXY’平面に平行な面と、によって構成される。このように振動部14は、厚みの異なる2種類の第1部分、及び第2部分15、16を有しており、振動素子1は、2段型のメサ構造を有していると言える。振動部14は、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。
このように、振動部14が、2段型メサ構造を有していることにより、厚みすべり振動が励振されると、振動エネルギーが振動部14に閉じ込められて、所謂閉じ込め効果を有することができる。
As shown in FIG. 1B, the
The steps of the
As described above, since the
図3は、振動素子1の平面図上に、振動素子1が励振された際に生じる振動変位エネルギー(振動変位の二乗とその位置の質量との積)が、等しい点を結んでできる等力線分布を一点鎖線で示している。中央に位置する等力線のエネルギーレベルが一番高く、外側に位置する等力線程そのエネルギーレベルは低くなっている。図3に示す振動素子1の例では、振動部14がX軸方向に長い矩形状をしているので、等力線分布はX軸方向の長径が長く、Z’軸方向の短径が短い楕円形状となる。振動変位の大きさは振動部14の中心部で最大で、中心部から離間するにつれて小さくなる。即ち、励振電極20a上ではX軸方向、Z’軸方向ともほぼ余弦上に分布し、励振電極20aのない水晶基板上では指数関数的に減衰する。振動領域は、振動部14と、振動部14に連接する外縁部12とに楕円形状に広がっているので、振動部14上にのみ励振電極を設けた構成の振動素子では、水晶基板10に励起される電荷を十分に集められない(ピックアップできない)。振動部14に連接する外縁部12の少なくとも一部に励振電極20aを配置し、水晶基板10に励起される電荷を集めるように構成した振動素子1の方が、振動素子の容量比を小さくすることが可能であり、発振器を構成するときに周波数可変範囲を広くすることができる。
FIG. 3 shows an isotropic force formed by connecting the points where the vibration displacement energy (the product of the square of the vibration displacement and the mass at the position) is equal when the vibration element 1 is excited on the plan view of the vibration element 1. The line distribution is indicated by a one-dot chain line. The energy level of the contour lines located at the center is the highest, and the energy level of the contour lines located outside is lower. In the example of the resonator element 1 shown in FIG. 3, the vibrating
図4(a)は、実験に用いた振動素子1sの平面図であり、同図(b)は、(a)のQ−Q断面図であり、同図(c)は(a)のP−P断面図である。振動素子1sは、図4(b)、(c)に示すように、外周縁のX軸方向に2段、Z’軸方向に1段の段差を有する振動部14、及び振動部14の全周側面の厚さ方向中間部から鍔状に突設する薄肉の外縁部12を有する振動基板10と、振動部14の両主面上の全域、及び振動部14に連接する外縁部12の少なくとも一部に夫々対向配置された励振電極20a、20bと、各励振電極20a、20bから振動基板10の端部に向かって延びる引出電極22a、22bと、各引出電極22a、22bの端部であり且つ振動基板10の2つの角隅部に夫々形成された電極パッド24a、24bと、を概略備えている。振動素子1sは、各励振電極20a、20bに交番電圧を印加すると、固有の振動周波数で励振され、その振動領域は、振動部14と、外縁部12の一部に跨っている。
4A is a plan view of the resonator element 1s used in the experiment, FIG. 4B is a QQ cross-sectional view of FIG. 4A, and FIG. It is -P sectional drawing. As shown in FIGS. 4B and 4C, the vibration element 1 s includes the
図5は、図4に示す振動素子であって、X軸方向の寸法Xが1100μm、厚さtが65μmのメサ型構造の振動基板10に形成する励振電極20aの面積Sを変化させたときの、振動素子1sのCIを測定した曲線である。横軸は励振電極20aの面積Sであり、縦軸はCI値を示す。この実験から、面積Sが小さいと水晶振動子のCIは大きく、面積Sが大きくなるに応じて、CIが小さくなり、更に面積Sを大きくするとCIが大きくなることが分かる。つまり、水晶基板の寸法を決めるとCIを最小にする電極面積Sが存在することが実験的に分かった。
FIG. 5 shows the vibration element shown in FIG. 4 when the area S of the
更に、振動基板10のX軸方向の寸法と、励振電極20aの寸法との関係を調べるべく、実験を重ねた。図4に示すように、振動基板10のX軸方向寸法をXとし、励振電極20aのX軸方向寸法をLeとする。図4の例では、励振電極20aは、振動部14の全域と、外縁部12の一部とに跨っている。振動基板10の各電極パッド24a内に設けた支持領域26(振動基板10を、導電性接着剤等を用いて支持部材に固定する領域)の大きさをAdとし、支持領域26の振動基板10の中央寄り端部と、支持領域26と対向する励振電極20aの図中左側の端部との距離をΔXとする。
Furthermore, experiments were repeated to examine the relationship between the dimension of the
図6は、距離ΔXと、振動子1sのCIとの関係を示す図である。距離ΔXが小さいとCIは大きく、距離ΔXを大きくするに応じてCIは小さくなり、更に距離ΔXを大きくしていくとCIは大きくなる。
図6のΔX−CI曲線は、2つの性質の異なるメカニズムを示す曲線、つまり単調に減少する曲線Aと、単調に増大する曲線Bとから構成されていると推測した。曲線Aで表わされるCIは、距離ΔXの増加と応じて減少している。このメカニズムは、次のように考えられる。励振電極20a上の振動変位分布はほぼ余弦状であり、励振電極20aのない外縁部12の振動変位は、励振電極20aの端部からの距離を変数とし指数関数的に減少する。支持領域26は、この領域に導電性接着剤等を塗布し、振動基板10をパッケージ等の支持部材に固定する部位である。励振電極20aの端部から急激に減少しつつある振動変位エネルギーは、支持領域26まで到達し、漏洩した振動エネルギーは支持領域26に塗布された接着剤に吸収され、消散する。つまり、距離ΔXが大きい程、支持領域26の端部(図面の右端)に到達する振動エネルギーは小さく、漏洩するエネルギーも小さくなる。その結果、水晶振動子のQ値が大きく、CIが小さくなる。
これと逆に、距離ΔXが小さいと、支持領域26の端部(図面の右端)に到達する振動エネルギーは大きく、漏洩するエネルギーが大きくなって、Q値が小さくなる。このため、CIが大きくなる。CIは、距離ΔXの増大に応じて単調に減少する曲線Aとなる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the distance ΔX and the CI of the vibrator 1s. When the distance ΔX is small, the CI is large. As the distance ΔX is increased, the CI is decreased. When the distance ΔX is further increased, the CI is increased.
The ΔX-CI curve in FIG. 6 was assumed to be composed of curves showing two different mechanisms of properties, that is, a curve A that monotonously decreases and a curve B that monotonously increases. The CI represented by the curve A decreases as the distance ΔX increases. This mechanism is considered as follows. The vibration displacement distribution on the
On the other hand, when the distance ΔX is small, the vibration energy reaching the end of the support region 26 (the right end in the drawing) is large, the leaking energy is large, and the Q value is small. For this reason, CI becomes large. CI is a curve A that monotonously decreases as the distance ΔX increases.
一方、曲線Bについては次のように考えられる。内部損失のみで決まる水晶振動子のQ値は、周波数fに反比例して減少することは、よく知られている。周波数の範囲がそれ程大きくない場合、X軸方向の寸法が1.1mm程度の振動基板(水晶基板)10では、形状寸法を決めると、励振電極の寸法を大幅に変化させない限り、Q値はほぼ一定であると考えられる。また、振動子の等価直列インダクタンス(モーショナルインダクタンス)L1は、振動基板の厚さtの三乗に比例し、電極面積に反比例することも周知のことである。
励振電極20aは、図4に示すように、振動部14の長手方向中心部に相当する中心線Cnに対し対称に配置されるものとする。ここで、振動基板10を固定する接着剤の影響が無視できる程度に理想的に支持・固定された場合について考える。距離ΔXが小さい程、つまり励振電極20の寸法Leが大きい程、振動基板10に励起される電荷を集められる。振動変位は、振動部14の中央を頂点として余弦状に分布するので、励振電極20aの端部での電荷収集効率は、悪くなる。従って、励振電極20aは大きければよいというものではない。
On the other hand, the curve B is considered as follows. It is well known that the Q value of a crystal resonator determined only by internal loss decreases in inverse proportion to the frequency f. When the frequency range is not so large, in the vibration substrate (quartz substrate) 10 having a dimension in the X-axis direction of about 1.1 mm, when the shape dimension is determined, the Q value is almost the same unless the dimensions of the excitation electrode are significantly changed. It is considered constant. It is also well known that the equivalent series inductance (motional inductance) L1 of the vibrator is proportional to the cube of the thickness t of the vibration substrate and inversely proportional to the electrode area.
As shown in FIG. 4, the
励振電極20aの大きさに応じて決まる等価直列容量C1と、励振電極20aの大きさに比例して決まる静電容量C0との比C0/C1である容量比γは、励振電極20aの大きさを変化させた場合に、容量比γが最小になる励振電極20aの大きさがある。等価直列インダクタンスL1と等価直列容量C1とは、ω0 2=1/(L1・C1)の関係にあるので、励振電極20aの寸法Leを大きくすると直列インダクタンスL1は小さく成る。Q値をほぼ一定とすると、振動子のCIは小さくなる。即ち、励振電極20aを大きく(寸法Leを大きくする)すると、つまりΔXを小さくすると、CIは小さくなる。
The capacitance ratio γ, which is the ratio C0 / C1 between the equivalent series capacitance C1 determined according to the size of the
しかし、振動変位は外縁部12の周縁では小さくなるので、その部位で励起される電荷は小さく、そこに電極を設けても効率的ではない。また、支持・固定部からの漏洩も考慮する必要がある。距離ΔXを大きくしていくと、励振電極20の寸法Leは小さくなってくるが、水晶基板10に励起される電荷を最も効率的に集める励振電極20aの寸法Leがある。つまり、容量比γを最小にする寸法Leがある。更に、距離ΔX大きくしていくと、寸法Leが小さくなり、直列インダクタンスL1が大きくなる。Q値をほぼ一定であるとすると、CIが大きくなることに相当する。従って、図6の曲線Bの単調増大曲線で示すように、距離ΔXの増加に応じてCIが大きくなることは説明できる。
つまり、振動基板10の寸法を決めた場合に、振動子のCIに着目すると、支持領域26からの距離ΔXには、CIを小さくする範囲があることになる。図6からは、CIを68Ωとすると、ΔXの範囲は、0.04mm≦ΔX≦0.06mmである。このΔXの範囲は、X辺比X/tとして、14≦X/t≦18の範囲で実験した。X/t≦14でも同様であった。
However, since the vibration displacement is reduced at the periphery of the
That is, when the dimensions of the
また、2段メサ型構造の振動素子1sとして、振動基板10のZ’軸方向の寸法(短辺の寸法)をZとし、振動部14の短辺の寸法をMzとし、振動部14の厚み(振動部14の第1部分15の厚み)をtとすると、下記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
8≦Z/t≦11、且つ0.6≦Mz/Z≦0.8 (1)
Further, as the vibration element 1 s having a two-stage mesa structure, the dimension in the Z′-axis direction (short side dimension) of the
8 ≦ Z / t ≦ 11 and 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 (1)
これにより、厚みすべり振動と輪郭振動(屈曲振動)等の不要モードとの結合を抑圧することができ、CIの低減と周波数温度特性の改善を図ることができる。このような厚みすべり振動と輪郭振動との結合は、一般的に振動基板の面積が小さいほど抑圧するのが難しい。そのため、例えば振動基板10のX軸方向の寸法(長辺の寸法)をXとした場合に、下記式(2)の関係を満たすような小型の振動素子において、上記式(1)の関係を同時に満たすように設計すると、より顕著に厚みすべり振動と輪郭振動との結合を抑圧することができる。
X/t≦18 (2)
As a result, the coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary mode such as the contour vibration (bending vibration) can be suppressed, and the CI can be reduced and the frequency temperature characteristic can be improved. Such coupling between the thickness shear vibration and the contour vibration is generally difficult to suppress as the area of the vibration substrate is smaller. Therefore, for example, in the case of a small vibration element that satisfies the relationship of the following equation (2) when the dimension (long side dimension) in the X-axis direction of the
X / t ≦ 18 (2)
図1(b)、(c)に示すように、振動基板10の各部の寸法を次のように設定する。振動基板10の長辺方向(X軸方向)の長さをX、短辺方向(Z’軸方向)の長さをZ、振動部14のZ’軸方向の長さをMz、振動部14の厚さをt、外縁部12の厚さをt’、振動部14の第1部分15のX軸方向の長さをMx2、第1部分15と第2部分を加算したX軸方向の長さをMx1、励振電極20aのX軸方向の長さをEx、振動部14と外縁部12との段差部の堀量(振動部14の高さ)をMd/2、振動部14の厚さtに対する堀量Mdの比をy、振動基板10の長辺方向(X軸方法)に生じる屈曲振動の波長をλとする。図1(b)では振動部14の中心線Cに対し図中右半部の長さを表示している。
As shown in FIGS. 1B and 1C, the dimensions of each part of the
振動基板10には主振動である厚みすべり振動が励振されるが、同時に屈曲振動が重畳することが知られている。図1の実施形態の励振電極20aの端縁、振動部14の第1部15の端縁、第2部16の端縁の夫々で屈曲振動の振幅が「腹」となるように、励振電極20a、段差縁部14d(14c)設定することにより、上記各端縁における屈曲振動の振幅を最小に抑圧できる。つまり、式で表わせば、次式のようになる。
(Mx1−Mx2)/2=nλ/2 (3)
(Ex−Mx2)=kλ/2 (4)
を満たすように各パラメーターを設定する。但しnは正の整数、kは整数とする。図1の実施形態例ではn=1、k=−1の場合を示している。式(4)は、振動部14の第1部分15のX軸方向の長さMx(図1の場合はMx2、最外側の段差のX軸方向の長さ)を基準として、励振電極20aのX軸方向の長さExが、Mxより小さい場合は、「−」の、Mxより大きい場合は「+」の符号が付く。
ここで製造のバラツキを考慮し、振動素子1の特性への影響が小さく、許容される範囲として、次式が得られる。
−0.2<((Mx1−Mx2)/2−nλ/2)/(λ/2)<0.2 (5)
−0.2<((Ex−Mx2)−kλ/2)/(λ/2)<0.2 (6)
厚さtに対する堀量Mdの比をyは、先行文献のように行う。
It is known that thickness vibration, which is the main vibration, is excited on the
(Mx 1 -Mx 2 ) / 2 = nλ / 2 (3)
(Ex−Mx 2 ) = kλ / 2 (4)
Set each parameter to satisfy. However, n is a positive integer and k is an integer. In the embodiment shown in FIG. 1, a case where n = 1 and k = −1 is shown. Equation (4) is based on the length Mx of the
Here, in consideration of manufacturing variations, the influence on the characteristics of the vibration element 1 is small, and the following expression is obtained as an allowable range.
−0.2 <((Mx 1 −Mx 2 ) / 2−nλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (5)
−0.2 <((Ex−Mx 2 ) −kλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (6)
The ratio of the moat amount Md to the thickness t is set as in the prior art.
また、メサ型構造の振動素子1として、図1(c)に示すように、振動基板10のZ’軸方向の寸法(短辺の寸法)をZ、振動部14の短辺の寸法をMz、励振電極20a(20b)のZ’軸方向の長さをEzとし、振動部14の厚みをtとすると、次式(7)の関係を満たすことが好ましい。
Ez<Mzの場合は、 0.6≦Mz/Z≦0.8 (7)
Ez>Mzの場合は、 0.5≦Mz/Z≦0.7 (7)
In addition, as shown in FIG. 1C, the mesa-type vibration element 1 has a Z-axis dimension (short side dimension) of the
In the case of Ez <Mz, 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 (7)
In the case of Ez> Mz, 0.5 ≦ Mz / Z ≦ 0.7 (7)
振動基板10の段差縁部14d(14c)の段数をiで表わし、i段目の段差縁部のX軸方向の長さをMxi(iは正の整数)、最外側の段差縁部のX軸方向の長さをMxであらわす。nを正の整数、kを正数とし、励振電極のX軸方向の長さをEx、振動基板10に励起される屈曲振動の波長をλで表わしたときに、式(1)、(2)を一般化すると、次式のように表わすことができる。
(Mxi−1−Mxi)/2=nλ/2 (8)
(Ex−Mx)=kλ/2 (9)
製造時のバラツキを考慮し、振動素子1の特性への影響が小さく、許容される範囲として、次式が得られる。
−0.2<((Mxi−1−Mxi)/2−nλ/2)/(λ/2)<0.2(10)
−0.2<((Ex−Mx)−kλ/2)/(λ/2)<0.2 (11)
The number of steps of the
(Mx i-1 −Mx i ) / 2 = nλ / 2 (8)
(Ex−Mx) = kλ / 2 (9)
In consideration of variations at the time of manufacture, the following expression is obtained as an allowable range with little influence on the characteristics of the vibration element 1.
−0.2 <((Mx i−1 −Mx i ) / 2−nλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (10)
−0.2 <((Ex−Mx) −kλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (11)
図7は第2の実施形態の振動素子2の構成を示す概略図である。図7(a)は振動素子2の平面図であり、同図(b)は(a)のQ−Q断面図であり、同図(c)は(a)のP−P断面図である。図7に示す振動素子2が、図1に示す振動素子1と異なる点は、励振電極20aの大きさであり、励振電極20aは段差縁部14c、14d、14a、14bの外側にまで広がっている。一般式(10)、(11)に当てはめると、段差の段数i=2、正の整数n=1、整数k=2である。
また、図1に示す振動素子1と同様に、振動基板10のZ’軸方向の寸法(短辺の寸法)Zと、振動部14の短辺の寸法Mzとの関係は式(7)が適用されることが望ましい。以上のように諸パラメーターを設定することにより、振動素子2に生じる不要振動は抑圧され、またCIの小さな振動素子2が得られる。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
Similarly to the vibration element 1 shown in FIG. 1, the relationship between the Z′-axis direction dimension (short-side dimension) Z of the
図8は第3の実施形態の振動素子3の構成を示す概略図である。図8(a)は振動素子3の平面図であり、同図(b)は(a)のQ−Q断面図であり、同図(c)は(a)のP−P断面図である。図8に示す振動素子3が図1に示す振動素子1と異なる点は、振動部14の第2部分16の大きさ(幅、突出長)と、励振電極20aの面積の大きさである。第2部分16のXZ’面のX軸方向の長さは片側でλであり、励振電極20aの大きさは片側でEx(=Mx2)よりλ/2だけ大きい。式(10)、(11)に当てはめると、段差の段数i=2、正の整数n=2、整数k=1である。
また、図1に示す振動素子1と同様に、振動基板10のZ’軸方向の寸法(短辺の寸法)Zと、振動部14の短辺の寸法Mzとの関係は式(7)が適用されることが望ましい。以上のように諸パラメーターを設定することにより、振動素子3に生じる不要振動は抑圧され、またCIの小さな振動素子3が得られる。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
Similarly to the vibration element 1 shown in FIG. 1, the relationship between the Z′-axis direction dimension (short-side dimension) Z of the
図9は第4の実施形態の振動素子4の構成を示す概略図である。図9(a)は振動素子4の平面図であり、同図(b)は(a)のQ−Q断面図であり、同図(c)は(a)のP−P断面図である。図9に示す振動素子4は、X軸方向、及びZ’軸方向に夫々3段の段差縁部を有したメサ構造を有する振動素子である。即ち、振動素子4の振動部14は、第1部分15、第2部分16に加え、第2部分16より厚みの小さい第3部分17を有する。第3部分17は、第1部分15、及び第2部分16をX軸方向、及びZ’軸方向から挟むように、第2部分16の全周側面の中央部に形成されている。X軸方向に延びる段差縁部14c、14dの段差は、図9(b)に示すように、第1部分15、第2部分16、及び第3部分17の厚みの差によって形成されている。図示の例では、段差縁部14c、14dの段差は、第1部分15のY’Z’平面に平行な面と、第2部分16のXZ’平面に平行な面と、第2部分16のY’Z’平面に平行な面と、第3部分17のXZ’平面に平行な面と、第3部分17のY’Z’平面に平行な面と、によって構成されている。
また、Z’軸方向に延びる段差縁部14a、14bの段差は、図9(c)に示すように、第1部分15、第2部分16、及び第3部分17の厚みの差によって形成されている。図9(c)に示す例では、段差縁部14a、14bの段差は、第1部分15のXY’平面に平行な面と、第2部分16のXZ’平面に平行な面と、第2部分16のXY’平面に平行な面と、第3部分17のXZ’平面に平行な面と、第3部分17のXY’平面に平行な面と、によって構成されている。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of the vibration element 4 according to the fourth embodiment. 9A is a plan view of the vibration element 4, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line QQ in FIG. 9A, and FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line P-P in FIG. . The vibration element 4 shown in FIG. 9 is a vibration element having a mesa structure having three step edges in the X-axis direction and the Z′-axis direction, respectively. That is, the
Further, the steps of the
第1部分15、第2部分16、及び第3部分17から成る振動部14は、第3部分17の全周側面の厚さ方向中間部から鍔状に突設され、第3部分17の厚みより薄い外縁部12が形成されている。振動部14及び外縁部12の一部に表裏対向して形成された励振電極20a、20b、各励振電極20a、20bからの引出電極22a、22b及び各引出電極22a、22bの終端である2つの電極パッド24a、24bも、振動素子1と同様に形成されている。振動素子4は、振動素子1の製造方法を適用して製造することができる。振動素子4によれば、2段型のメサ構造を有する振動素子1、2、3に比べて、エネルギー閉じ込め効果をより高めることができる。
図6に示す3段メサ型振動素子は、段差縁部14c、14dから明らかなように、相隣接する段差のX軸方向の長さ(Mxi−1−Mxi)が共にλ/2である。また、励振電極20aの大きさはMx1のX軸方向の長さより片側でλ/2だけ長い。式(10)、(11)に当てはめると、段差の段数i=3、正の整数n=1、整数k=3である。
また、図1に示す振動素子1と同様に、振動基板10のZ’軸方向の寸法(短辺の寸法)Zと、振動部14の短辺の寸法Mzとの関係は式(7)が適用されることが望ましい。以上のように諸パラメーターを設定することにより、振動素子4に生じる不要振動は抑圧され、またCIの小さな振動素子4が得られる。
The vibrating
As is apparent from the
Similarly to the vibration element 1 shown in FIG. 1, the relationship between the Z′-axis direction dimension (short-side dimension) Z of the
図10は第5の実施形態の振動素子5の構成を示す概略図である。図10(a)は振動素子5の平面図であり、同図(b)は(a)のQ−Q断面図であり、同図(c)は(a)のP−P断面図である。図10に示す振動素子5が、図9に示す振動素子4と異なる点は、励振電極20aの面積の大きさである。励振電極20aの大きさは振動部14の第3部分17の端縁のX軸方向の長さと等しく形成されている。式(10)、(11)に当てはめると、段差の段数i=3、n=1、k=2である。
また、図1に示す振動素子1と同様に、振動基板10のZ’軸方向の寸法(短辺の寸法)Zと、振動部14の短辺の寸法Mzとの関係は式(5)が適用されることが望ましい。以上のように諸パラメーターを設定することにより、振動素子5に生じる不要振動は抑圧され、またCIの小さな振動素子5が得られる。
なお、上述の例では、2段型、3段型のメサ構造を有する振動素子1〜振動素子5について説明したが、本願に係る発明は多段型のメサ構造において、メサ構造の段数は特に限定されない。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of the vibration element 5 according to the fifth embodiment. FIG. 10A is a plan view of the vibration element 5, FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line QQ in FIG. 10A, and FIG. 10C is a cross-sectional view taken along the line P-P in FIG. . The vibration element 5 shown in FIG. 10 is different from the vibration element 4 shown in FIG. 9 in the size of the area of the
Similarly to the vibration element 1 shown in FIG. 1, the relationship between the Z′-axis direction dimension (short-side dimension) Z of the
In the above example, the description has been given of the vibration element 1 to the vibration element 5 having the two-stage type and the three-stage type mesa structure. However, the invention according to the present application is a multi-stage type mesa structure, and the number of stages of the mesa structure is particularly limited. Not.
本発明の振動素子は、振動基板10の振動部14の全外周縁が外縁部12に向かって厚さが漸減するように少なくとも二段の段差部を備えたメサ型構造であり、且つ各段差部の長さと励振電極の長さとが式(10)、(11)基づいて設定されているため、屈曲振動が抑圧され、また励振電極20a、20bはピックアップする屈曲振動の電荷を相殺するため、周波数温度特性、及びCI温度特性は滑らかな特性が得られるという効果がある。また、振動部の全外周縁を少なくとも二段の段差構造とすることにより振動エネルギーは励振部14に閉じ込められ、CIの小さな振動素子が得られるという効果がある。
また、振動基板10の生じる屈曲振動を、振動部14の各段の長さ、励振電極20a、20bの長さを適切に設定してあるので、滑らかな周波数温度特性、及びCI特性が得られるという効果がある。更に、励振電極20a、20bの大きさを適切に設定することにより、振動素子の等価インダクタンスを客先の要求に整合させることができるという効果がある。
The vibration element according to the present invention has a mesa structure including at least two step portions so that the entire outer peripheral edge of the
In addition, since the bending vibration generated by the
振動基板10の振動部14の段差の段数を変えることにより、また相隣接する段差の間隔を変えることにより、振動変位分布の形状を変えることが可能であり、客先仕様に合わせて適切なCI、インダクタンスを設定することが可能になるという効果がある。また、振動変位分布を中央部に集中させることにより、支持部の影響を受け難くすることができるという効果がある。
振動基板10を水晶基板で構成すると、周波数温度特性、及びCI温度特性は滑らかな特性が得られるという効果と、経年変化が小さく、振動素子のQ値の大きい振動素子が得られるという効果がある。
It is possible to change the shape of the vibration displacement distribution by changing the number of steps of the
When the
次に、図1に示す振動素子1を例にしてその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図11及び図12は、本実施形態に係る振動素子1の水晶基板10の製造工程を模式的に示す図である。図11(a)に示すように、ATカット水晶基板10の表裏両主面(XZ’平面に平行な面)に耐蝕膜30を形成する。耐蝕膜30は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによりクロム(Cr)及び金(Au)をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって行われる。耐蝕膜30は、ATカット水晶基板10を加工する際に、エッチング液となるフッ酸を含む溶液に対して耐蝕性を有する。
Next, a method for manufacturing the vibration element 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG.11 and FIG.12 is a figure which shows typically the manufacturing process of the
図11(b)に示すように、耐蝕膜30上にポジ型のフォトレジスト膜を塗布した後、このフォトレジスト膜を表裏両面に配したマスク(図示せず)を介して露光及び現像して、所定の形状を有するレジスト膜40を形成する。レジスト膜40は、耐蝕膜30の一部を覆うように形成される。
次に、図11(c)に示すように、マスクMを用いて再度レジスト膜40の一部を露光して、感光部42を形成する。図では分かり易くするためにマスクMを耐蝕膜30から離して図示しているが実際は密着させて露光する。
次に、図11(d)に示すように、耐蝕膜30をマスクとしてATカット水晶基板10をエッチングする。エッチングは、例えば、フッ化水素酸(フッ酸)とフッ化アンモニウムとの混合液をエッチング液として行われる。これにより、水晶基板10の外形(Y’軸方向から見たときの形状)が形成される。
As shown in FIG. 11B, after applying a positive type photoresist film on the corrosion
Next, as shown in FIG. 11C, a part of the resist
Next, as shown in FIG. 11D, the AT cut
次に、図12(a)に示すように、レジスト膜40をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜30をエッチングした後、さらに、上述の混合液をエッチング液として、ATカット水晶基板10を所定の深さまでハーフエッチングすると、振動部14の外形が形成される。
次に、図12(b)に示すように、レジスト膜40の感光部42を現像して除去する。これにより、耐蝕膜30の一部が露出する。なお、感光部42を現像する前に、例えば、真空又は減圧雰囲気下で放電によりつくられた酸素プラズマによって、レジスト膜40の表面に形成された変質層(図示せず)をアッシングする。これにより、確実に感光部42を現像して除去することができる。
Next, as shown in FIG. 12A, after etching the corrosion-
Next, as shown in FIG. 12B, the
次に、図12(c)に示すように、レジスト膜40をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜30の露出部分をエッチング除去した後、さらに、上述の混合液をエッチング液としてATカット水晶基板10を所定の深さまでハーフエッチングする。これにより、X’軸方向に延びる段差縁部14c、14dの各々に段差(図12の例では2段)を形成することができる。また、図示しないが、Z’軸方向に延びる段差縁部14a、14bの各々に段差を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 12C, the resist
以上の工程により、外縁部12、及び振動部14を有する水晶基板10を形成することができる。レジスト膜40及び耐蝕膜30を除去した後、例えばスパッタ法や真空蒸着法などにより、クロム及び金をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって、水晶基板10に励振電極20a、引出電極22a、及び電極パッド24aが形成される。つまり、図1の実施形態に示すように、励振電極20aは、振動部14の全域と、振動部14に連接する外縁部12の一部の領域とに設けられた振動素子1が形成される。
Through the above steps, the
以上の工程により、本実施形態に係る振動素子1を製造することができる。振動素子3の製造方法によれば、振動部14の外形を形成するために用いたレジスト膜40を現像して感光部を除去した後、再度レジスト膜40を用いてAT水晶基板10をエッチングして振動部14を形成することができる。そのため、精度よく2段型メサ構造の振動部14を形成することができる。例えば、振動部14を形成するために2回のレジスト膜を塗布する場合(例えば、第1レジスト膜を用いて振動部の外形を形成した後、第1のレジスト膜を剥離し、新たに第2レジスト膜を塗布して振動部の側面を露出する場合)は、第1のレジスト膜と第2のレジスト膜との間で合わせずれが生じ、振動部14を精度よく形成できないことがある。振動素子1の製造方法では、このような問題を解決することができる。
Through the above steps, the resonator element 1 according to this embodiment can be manufactured. According to the method for manufacturing the
次に、本実施形態に係る振動子について、図面を参照しながら説明する。図13は、本実施形態に係る振動子6を模式的に示す断面図である。図13は、振動子6の長手方向(X軸方向)の断面図であり、図1(b)に示した振動素子1の断面図と同様な位置における断面図である。振動子6は、本発明に係る振動素子1(図示の例では振動素子1を示しているが、図4、図5、図6、又は図7に示す振動素子であってもよい)と、容器50と、備えている。
容器50は、キャビティー52内に振動素子1を収容することができる。容器50の材質としては、例えば、セラミック、ガラス等が挙げられる。キャビティー52は、振動素子1が動作するための空間となる。キャビティー52は密閉され、減圧空間や不活性ガス雰囲気とされる。
Next, the vibrator according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the vibrator 6 according to this embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view of the vibrator 6 in the longitudinal direction (X-axis direction), and is a cross-sectional view at the same position as the cross-sectional view of the resonator element 1 shown in FIG. The vibrator 6 is a vibration element 1 according to the present invention (in the illustrated example, the vibration element 1 is shown, but the vibration element may be the vibration element shown in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, or FIG. 7), And a
The
振動素子1は、容器50のキャビティー52内に収容されている。キャビティー52の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド55aが設けられ、各素子搭載用パッド55aは内部導体57で複数の実装端子53と導通接続されている。素子搭載用パッド55aに振動素子1を載置し、各電極パッド24a、24bと各素子搭載用パッド55aとを、導電性接着剤60を介して電気的に接続し、固定する。図示の例では、振動素子1は、端部でZ’軸方向に沿った形成された電極パッド24a、24bの2点に塗布した導電性接着剤60により、片持ち梁状にキャビティー52内に固定されている。導電性接着剤60としては、例えば、半田、銀ペースト等を用いることができる。容器本体50aの上部には、シールリングリング50bが焼成されており、このシールリングリング50bに蓋部材50cを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接し、キャビティー52を気密封止する。キャビティー52内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
The vibration element 1 is accommodated in the
上記のように振動子を構成することにより、屈曲振動を抑圧し、CI値が低減した、即ち大きなQ値を有し、経年変化が少なく、滑らかな周波数温度特性、及びCI特性を有する小型な振動子が得られるという効果がある。 By configuring the vibrator as described above, bending vibration is suppressed and the CI value is reduced, that is, a small Q value having a large Q value, little secular change, smooth frequency temperature characteristics, and CI characteristics. There is an effect that a vibrator is obtained.
次に、本実施形態に係る電子デバイスについて、図面を参照しながら説明する。
図14(a)は、本発明の電子デバイス7に係る実施形態の一例の断面図である。電子デバイス7は、本発明の振動素子1と、感温素子であるサーミスタ58と、振動素子1及びサーミスタ58を収容する容器50と、を概略備えている。容器50は、容器本体50aと、蓋部材50cとを備えている。容器本体50aは、上面側に振動素子1を収容するキャビティー52が形成され、下面側にサーミスタ58を収容する凹部54aが形成されている。キャビティー52の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド55aが設けられ、各素子搭載用パッド55aは内部導体57で複数の実装端子53と導通接続されている。素子搭載用パッド55aに振動素子3を載置し、各パッド24と各素子搭載用パッド55aとを、導電性接着剤60を介して電気的に接続し、固定する。容器本体50aの上部には、シールリングリング50bが焼成されており、このシールリングリング50bに蓋部材50cを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接し、キャビティー52を気密封止する。キャビティー52内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
一方、容器本体50aの下面側略中央には凹部54aが形成され、凹部54aの上面には電子部品搭載用パッド55bが焼成されている。サーミスタ58は、電子部品搭載用パッド55bに半田等を用いて搭載される。電子部品搭載用パッド55bは、内部導体57で複数の実装端子53と導通接続されている。
Next, the electronic device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 14A is a cross-sectional view of an example of an embodiment according to the
On the other hand, a
図14(b)は、同図(a)の変形例の電子デバイス8であって、電子デバイス7と異なる点は、容器本体50aのキャビティー52底面に凹部54bが形成され、この凹部54bの底面に焼成された電子部品搭載パッド55bに、金属バンプ等を介してサーミスタ58が接続されている所である。電子部品搭載パッド55bは実装端子53と導通されている。つまり、振動素子1と感温素子のサーミスタ58とが、キャビティー52内に収容され、気密封止されている。
以上では、振動素子1とサーミスタ58とを容器50に収容した例を説明したが、容器50に収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容した電子デバイスを構成することが望ましい。
FIG. 14B shows an
In the above, the example in which the vibration element 1 and the
以上のように、本発明に係るCIの小さな小型振動素子1を備えており、用いる電子素子と組み合わせることで、例えば温度補償された振動素子、可変範囲の広い振動素子、小型発振器等を構成することができ、客先の仕様に合わせて種々の電子デバイスを提供することができるという効果がある。 As described above, the small vibration element 1 having a small CI according to the present invention is provided, and, for example, a temperature compensated vibration element, a vibration element with a wide variable range, a small oscillator, and the like are configured by combining with the electronic element to be used. Therefore, it is possible to provide various electronic devices according to customer specifications.
図15は、本発明の発振器9に係る実施形態の一例の断面図である。発振器9は、本発明の振動素子1(図15では振動素子1の例を示したが、本発明の他の振動素子であってもよい)と、単層の絶縁基板70と、振動素子1を駆動するIC(半導体素子)88と、振動素子1及びIC88を含む絶縁基板70の表面空間を気密封止する凸状の蓋部材80と、を概略備えている。絶縁基板70は、表面に振動素子1及びIC88を搭載するための複数の素子搭載パッド74a、電子部品搭載パッド74bを有すると共に、裏面に外部回路との接続用の実装端子76を備えている。素子搭載パッド74a及び電子部品搭載パッド74bと実装端子76とは、絶縁基板70を貫通する導体78により導通されている。更に、絶縁基板70表面に形成された導体配線(図示せず)により、素子搭載パッド74aと電子部品搭載パッド74bとは導通が図られている。金属バンプ等を用いてIC88を電子部品搭載パッド74bに搭載した後、素子搭載パッド74aに導電性接着剤60を塗布し、その上に振動素子3の電極パッド24a、24bを載置し、恒温槽内で硬化させて導通・固定を図る。凸状の蓋部材80は絶縁基板の周縁部に形成したメタライズ85を溶融させることにより気密封止される。このとき、封止工程を真空中で行うことにより内部を真空にすることができる。また、封止の手段としては蓋部材80を、レーザー光等を用いて溶融して溶着する手段ももちいられている。蓋部材80で封止された内部空間は真空であってもよいし、不活性ガスを満たしてもよい。
上記の説明では、振動素子を用いて発振器を構成した実施形態例を説明したが、図13に示す振動子6と半導体素子(IC)88とを用いて発振器を構成してもよい。
以上のように、発振器が小型化されると共に、消費電力の少なく、周波数温度特性の優れた発振器が実現できるという効果がある。
FIG. 15 is a cross-sectional view of an example of an embodiment according to the oscillator 9 of the present invention. The oscillator 9 includes the vibration element 1 of the present invention (an example of the vibration element 1 is shown in FIG. 15, but may be another vibration element of the present invention), a single-
In the above description, the embodiment in which the oscillator is configured using the vibration element has been described. However, the oscillator may be configured using the vibrator 6 and the semiconductor element (IC) 88 illustrated in FIG.
As described above, there is an effect that the oscillator can be downsized, and an oscillator having low power consumption and excellent frequency temperature characteristics can be realized.
図16、図17は、夫々図1に示す振動素子1の実施形態の変形例である。図16の変形例が振動素子1と異なる点は、電極20a、20bのX軸方向の大きさであり、電極20a、20bのX軸方向の長さが、1段目の段差部の長さMx1と等しく設定されている点である。また、図17の変形例が振動素子1と異なる点は、電極20a、20bのZ’軸方向の大きさであり、電極20a、20bのZ’軸方向の長さが、1段目の段差部の長さMzと等しく設定されている点である。このように電極20a、20bを大きくすると、CIが小さくなると共に、発振器として用いた場合に、可変範囲が広くなる。
上記では図1の変形例に説明したが、図7、図8、図9、図10の各振動素子において、電極20a、20bのX軸方向の長さ、Z’軸方向の長さを図16、17に示すように変形してもよい。
16 and 17 are modifications of the embodiment of the vibration element 1 shown in FIG. 16 differs from the vibration element 1 in the size of the
In the above description, the modification of FIG. 1 is described. However, in each of the resonator elements of FIGS. 7, 8, 9, and 10, the lengths of the
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。図18は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話(スマートフォン)100を模式的に示す平面図である。スマートフォン100は、本発明に係る振動素子を含む。より具体的には、スマートフォン100は、本発明に係る電子デバイスを含む。以下では、図18に示すように、本発明に係る電子デバイスとして、振動素子1(1s、2、3、4、5)を備えた電子デバイス9を用いた例について説明する。なお、便宜上、図18では、電子デバイス9を簡略化して図示している。
スマートフォン100は、電子デバイス9を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用いる。スマートフォン100は、さらに、表示部(液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等)101、操作部102、および音出力部103(マイクロフォン等)を有することができる。スマートフォン100は、表示部101に対する接触検出機構を設けることで表示部101を操作部として兼用してもよい。
Next, the electronic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a plan view schematically showing a mobile phone (smart phone) 100 as an electronic apparatus according to the present embodiment. The
The
スマートフォン100によれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動素子1を有することができる。
なお、スマートフォン(携帯電話)100に代表される電子機器は、上述したように、振動素子1を駆動する発振回路と、振動素子1の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路と、を備えていることが好ましい。
これによれば、スマートフォン100に代表される電子機器は、振動素子1を駆動する発振回路と共に、振動素子1の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていることから、発振回路が発振する共振周波数を温度補償することができ、温度特性に優れた電子機器を提供することができる。
また、本発明に係る振動素子を備えた電子機器は、上記スマートフォンに限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ナビゲーション装置、ベージャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器などのタイミングデバイスとして好適にも用いることができる。
According to the
Note that, as described above, an electronic device typified by the smartphone (mobile phone) 100 includes an oscillation circuit that drives the vibration element 1 and a temperature compensation circuit that corrects a frequency variation caused by a temperature change of the vibration element 1. It is preferable to provide.
According to this, the electronic device represented by the
In addition, the electronic device including the vibration element according to the present invention is not limited to the above smartphone, but an electronic book, a personal computer, a television, a digital still camera, a video camera, a video recorder, a navigation device, a pager, an electronic notebook, a calculator, and a word processor. It can be suitably used as a timing device for a workstation, a videophone, a POS terminal, a device equipped with a touch panel, or the like.
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.
The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1、1s、2、3、4、5…振動素子、6…振動子、7、8…電子デバイス、9…発振器、10…振動基板、12…外縁部、13…支持部、13a…支持部側面、14…振動部、14a、14b、14c、14d…段差縁部、15…第1部分、16…第2部分、17…第3部分、20a、20b…励振電極、22a、22b…引出電極、24a、24b…電極パッド、26…支持領域、耐蝕膜…30、レジスト膜…40、50…容器、50a…容器本体、50b…シールリング、50c…蓋部材、52…キャビティー、53…実装端子、54a…凹部、55a…素子搭載用パッド、55b…電子部品搭載用パッド、57…内部導体、58…サーミスタ、60…電性接着剤、70…絶縁基板、74a…素子搭載パッド、74b…電子部品搭載パッド、76…実装端子、78…導体、80…蓋部材、85…メタライズ、88…IC、X…振動基板のX軸方向の長さ、Z…振動基板のZ’軸方向の長さ、Mx1、Mx2、Mx3…振動部のX軸方向の長さ、Mz…振動部のZ’軸方向の長さ、Ex…励振電極のX軸方向の長さ、Ez…励振電極のZ’軸方向の長さ、t…振動部の厚さ、t’…外縁部の厚さ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記第1凸部及び前記第2凸部の前記厚みすべり振動の振動方向に交差する方向の端部に設けられている少なくとも二段以上の段差縁部、
前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部の厚みよりも厚みの薄い外縁部、
及び前記外縁部に前記振動部から離間して設けられ接着材が配置される支持領域、
を含む基板と、
前記第1凸部の表面に設けられている第1励振電極と、
前記第2凸部の表面に設けられている第2励振電極と
を備え、
前記段差縁部の段数を2以上の正の整数iで表わすとき、
i段目の前記段差縁部の前記振動方向に沿った長さをMxi、
前記厚みの方向における最外側の段差縁部の前記振動方向に沿った長さをMx、
前記励振電極の前記振動方向に沿った長さをEx、
前記振動方向に振動する屈曲振動の波長をλとしたとき、
−0.2<((Mxi−1−Mxi)/2−nλ/2)/(λ/2)<0.2 (1)
−0.2<((Ex−Mx)−kλ/2)/(λ/2)<0.2 (2)
(但し、nは正の整数、kは整数)
を満たすことを特徴とする振動素子。 A vibration part including a first convex part provided on one main surface and a second convex part provided on the other main surface on the back side with respect to the one main surface, excited by thickness shear vibration,
Step edges of at least two or more steps provided at ends of the first protrusion and the second protrusion in a direction intersecting the vibration direction of the thickness shear vibration ,
Thin outer edge thicknesses than the thickness of the disposed along the outer edge of the front Symbol vibration unit the vibrating portion,
And a support region in which an adhesive is disposed at a distance from the vibrating portion at the outer edge portion,
A substrate comprising:
A first excitation electrode provided on a surface of the first convex portion;
A second excitation electrode provided on the surface of the second convex part,
When the number of steps of the step edge is represented by a positive integer i of 2 or more,
i-th stage the stepped edge length along the front Kifu movement direction of the Mx i,
Mx a length along the front Kifu movement direction of the step edge of the outermost in the direction of the thickness,
The length along the front Kifu movement direction before Symbol excitation electrodes Ex,
When the wavelength of bending vibration which vibrates in the vibration direction is lambda,
−0.2 <((Mx i−1 −Mx i ) / 2−nλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (1)
−0.2 <((Ex−Mx) −kλ / 2) / (λ / 2) <0.2 (2)
(Where n is a positive integer and k is an integer)
A vibrating element characterized by satisfying
前記段差部の段数iは2、
前記正の整数nは1、
前記整数kは−1であり、
且つ前記Exと前記Mxとの間にEx<Mxの関係があることを特徴とする振動素子。 And have you to claim 1,
The step number i of the stepped portion is 2,
The positive integer n is 1,
The integer k is -1,
A vibration element characterized in that Ex <Mx has a relationship between Ex and Mx.
前記段差部の段数iは2、
前記正の整数nは1、
前記整数kは2であり、
且つ前記Exと前記Mxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子。 And have you to claim 1,
The step number i of the stepped portion is 2,
The positive integer n is 1,
The integer k is 2;
A vibration element characterized in that there is a relationship of Mx <Ex between the Ex and the Mx.
前記段差部の段数iは2、
前記正の整数nは2、
前記整数kは1であり、
且つ前記Exと前記Mxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子。 And have you to claim 1,
The step number i of the stepped portion is 2,
The positive integer n is 2,
The integer k is 1;
A vibration element characterized in that there is a relationship of Mx <Ex between the Ex and the Mx.
前記段差部の段数iは3、
前記正の整数nは1、
前記整数kは3であり、
且つ前記Exと、前記Mxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子。 In claim 1,
The step number i of the stepped portion is 3,
The positive integer n is 1,
The integer k is 3,
And the Ex and the vibration element, characterized in that there is a relationship between Mx <Ex between the front Symbol M x.
前記段差部の段数iは3、
前記正の整数nは1、
前記整数kは2であり、
且つ前記Exと、前記Mxとの間にMx<Exの関係があることを特徴とする振動素子。 In claim 1,
The step number i of the stepped portion is 3,
The positive integer n is 1,
The integer k is 2;
And the Ex and the vibration element, characterized in that there is a relationship between Mx <Ex between the front Symbol M x.
前記基板は、回転Yカット基板であり、
前記振動部は、X軸方向に沿った辺を長辺としZ´軸方向に沿った辺を短辺としていることを特徴とする振動素子。 And have you to claim 1,
The substrate is a rotating Y-cut substrate;
The vibrating element has a side along the X-axis direction as a long side and a side along the Z′-axis direction as a short side.
1段目の前記段差縁部の前記振動方向に直交する方向に沿った長さをMz、
前記励振電極の前記振動方向に直交する方向に沿った長さをEzとしたとき、
Ez<Mzの場合は0.6≦Mz/Z≦0.8の関係を満たし、
Ez>Mzの場合は0.5≦Mz/Z≦0.7の関係を満たしていることを特徴とする振動素子。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The length along the direction orthogonal to the vibration direction of the step edge of the first step is Mz,
When the length along the direction orthogonal to the vibration direction of the excitation electrode is Ez,
When Ez <Mz, the relationship 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 is satisfied,
A vibration element characterized by satisfying a relationship of 0.5 ≦ Mz / Z ≦ 0.7 when Ez> Mz.
前記電子素子が、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子、及び半導体素子の少なくともいずれかであることを特徴とする電子デバイス。 In claim 10,
An electronic device, wherein the electronic element is at least one of a thermistor, a capacitor, a reactance element, and a semiconductor element.
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