CN102684638A - 压电振动元件、压电振子、压电振荡器以及电子设备 - Google Patents

压电振动元件、压电振子、压电振荡器以及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明获得一种压电振动元件、压电振子、压电振荡器以及电子设备，该压电振动元件不与弯曲振动等轮廓振动模式结合、且为CI较小的台面结构。压电振动元件(100)具备：压电基板(10)；分别被相对配置在两主面上的各个激励电极(20)；引出电极(22)；衬垫(24)。压电基板(10)具有：位于中央的激励部(14)；被设置在所述激励部的边缘上的薄壁的周边部(12)，其中，激励部(14)的、相对置的两个侧面各自为无阶梯状的平面，激励部(14)的、相对置的另外两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部。各个衬垫(24)在与压电基板(10)的各个角部相对应的位置上具有将压电基板(10)固定在支承部件上的支承区域(26)，激励电极(20)跨越激励部(14)、和周边部(12)的至少一部分的振动区域而形成。

Description

压电振动元件、压电振子、压电振荡器以及电子设备
技术领域
本发明涉及一种厚度振动模式的压电振子，尤其涉及一种具有所谓台面型结构的压电振动元件、压电振子、压电振荡器以及电子设备。
背景技术
AT切割水晶振子由于其振动模式为厚度剪切振动，适用于小型化、高频化，并且频率温度特性呈现优异的三次曲线，因此被应用于电子仪器等多个方面。
在专利文献1中，公开了一种所谓的台面型结构的压电振子，该压电振子与斜面结构以及凸面结构等同地发挥了能量封入效果，还公开了一种外形以及台面型结构均为圆形的压电基板。
在专利文献2中，除外形以及台面型结构均为圆形的压电基板以外，还公开了一种外形为细长方形形状的台面型结构的压电基板。
随着电子仪器的小型化，逐渐要求边长比(长边或短边相对于厚度的比)比较小的振子。边长比比较小的振子在主振动中容易结合有轮廓振动，从而会使主振动的电气特性劣化。
在专利文献3中，公开了为了应对如下问题而完成的技术，即，当以台面型结构形成AT切割水晶振子，且在台面部和薄壁部之间的边界部处，边界部的侧壁相对于主面成90°时，存在从激励电极延伸出的引出电极(引线电极)发生断线的可能性，该技术通过使边界部的侧壁倾斜或者成为曲面，从而能够防止引线电极的断线。此外，还公开了如下内容，即，通过使振动部分的表面粗糙度成为平均粗糙度为0.2微米这样较小的表面粗糙度，从而降低CI值，并抑制了副振动。
此外，在专利文献4中，公开了一种如下的水晶振子，即，以台面型结构形成AT切割水晶振子，使台面部的侧壁倾斜63°、35°，从而抑制了厚度剪切振动和弯曲振动的结合。
在专利文献5中，公开了如下内容，即，当将水晶振动元件的频率设为f，将水晶基板的长边(X轴)的长度设为X，将台面部(振动部)的厚度设为t，将台面部的长边的长度设为Mx，将激励电极的长边的长度设为Ex，将在水晶基板的长边方向上产生的弯曲振动的波长设为λ时，通过以满足以下四个关系式的方式，对各个参数f、X、Mx、Ex进行设定，从而能够抑制厚度剪切振动和弯曲振动的结合。
λ/2＝(1.332/λ)-0.0024              (1)
(Mx-Ex)/2＝λ/2                      (2)
Mx/2＝(n/2+1/4)λ(其中，n为整数)     (3)
X≥20t                               (4)
此外，在专利文献6中，公开了如下内容，即，弯曲位移成分变小的情况发生在，将振动部的端缘和激励电极的端缘部分的位置设定成与弯曲位移的中心部分的位置一致时，且由此能够抑制作为不必要模式的弯曲振动。
在专利文献7中，提出了一种台面型振动元件，该振动元件提高了变频灵敏度，并抑制了不必要的振动。在通常情况下的振动元件中，随着激励电极的增大从而等效串联电容C1也将增大，由此能够提高变频灵敏度。此外还公开了如下内容，即，激励电极增大了的台面型振动元件容易产生振荡，并能够扩大相对于负载电容的、频率变化的幅度。
在专利文献8中，公开了如下内容，即，当对压电基板的长边为X轴方向、短边为Z′轴方向、并且台面部的长边为X轴方向、短边(长度Mz)为Z′轴方向的台面型振动元件的、台面部的一个短边的两端部进行倒角，并将其长度设为M1时，通过满足M1≥Mz/4的关系，从而能够抑制弯曲振动。
在专利文献9中，公开了一种台面型结构的AT切割水晶振子。当将沿着X轴方向的台面部的两端部的位置设为A、D，将形成在台面部上的激励电极的位置设为B、C时，使其满足如下关系，即，A＜B＜C＜D。使各个端缘A、B、C、D的位置与弯曲振动的中心的位置一致。处于A位置的弯曲振动的中心的振幅、与处于B位置的弯曲振动的中心的振幅为相反方向。而且，处于B位置的弯曲振动的中心的振幅、与处于C位置的弯曲振动的中心的振幅为相反方向。并且，处于C位置的弯曲振动的中心的振幅、与处于D位置的弯曲振动的中心的振幅为相反方向。即，当将弯曲振动的波长设为λ时，在相邻的端缘之间，弯曲振动的中心错开λ/2的奇数倍。并且，公开了如下内容，即，当将台面部的长度设为ML，将在X轴方向上产生的弯曲振动的波长设为λ时，通过使ML和λ满足ML＝(n-1/2)λ的关系，从而能够抑制在台面型振动元件上产生的弯曲振动，进而能够降低CI。
台面型结构的压电振动元件的电容比γ(静电电容C0相对于等效串联电容C1的比C0/C1)，存在与斜面结构或者凸面结构的压电振动元件的电容比相比而增大的(恶化)的问题。在专利文献10中，公开了一种压电振动元件，在该压电振动元件中，使激励电极与台面部的阶梯部相比而朝向压电基板的端面扩展。通过使与台面部的阶梯部相比而向外侧扩大了的部分的激励电极的面积可变，从而能够任意地对压电振动元件的电容比进行设定。此外还公开了如下内容，即，其结果为，能够实现具有与斜面结构或者凸面结构的压电振动元件等同的性能的、台面结构的压电振动元件。
在专利文献11中，公开了一种压电振动元件，该压电振动元件增大了基本波振动的电容比γ，并抑制了由负载电容CL的变化而产生的振荡频率的变动。在通常情况下，将激励电极的面积设定在等效串联电容C1的饱和点附近，从而减小电容比γ。但是，通过将激励电极的面积扩展到饱和点附近以上，从而使等效串联电容C1的变化极小，而相对于此，静电电容C0与面积成比例地增大。此外还公开了因此能够增大电容比γ。
在专利文献12中，公开了一种如下的压电振子，即，在细带状(长条状)压电基板的中央部的表面和背面上设置有激励电极，引线电极从该激励电极起相互朝向相反侧的端部延伸。未形成引线电极的面的基板分别被研磨而成为类似台面型结构。此外还公开了如下内容，即，由于该压电振子能够将振动能量封入激励电极下，因此CI较小，并且不易产生引线电极的断线。
在专利文献13中，公开了如下内容，即，当将台面型结构的压电基板的短边的长度设为Z，将台面部(振动部)的厚度设为t，将台面部的短边方向上的电极尺寸设为Mz时，通过以满足如下关系的方式而对各个参数进行设定，从而能够抑制不必要模式，即，
15.68≤Z/t≤15.84，并且0.77≤Mz/Z≤0.82。
在专利文献14中，公开了一种台面型压电振动元件。并且公开了如下内容，即，在将水晶基板的长边的长度设为x，将阶梯部的下沉量(台面部的高度)设为Md，将振动部的板厚设为t，将阶梯部的下沉量Md相对于板厚t的比设为y(百分比)时，通过满足如下关系，并且使长边的长度x相对于水晶基板的振动部的板厚t的比、即边长比x/t在30以下，从而能够在不会招致压电振动元件的电气特性的恶化的条件下，使CI降低，所述关系为，
y＝-1.32×(x/t)+42.87
y≤30。
在专利文献15中，公开了如下内容，即，当将压电基板的长边的尺寸设为x，将台面部(振动部)的厚度尺寸设为t时，以板厚t为基准，通过以台面型结构的压电基板的台面部的高度(阶梯部的下沉量)y满足下式的方式而对边长比x/t进行设定，从而能够抑制不必要模式，即，
y＝-0.89×(x/t)+34±3(％)。
但是，最近对于压电振子，客户要求将容器尺寸小型化至1.6mm×1.2mm左右。搭载在这种小型的容器内的台面型结构的AT切割水晶振动元件的X边长比(长边X相对于厚度t的比X/t)例如为1100(μm)/65(μm)＝17以下。即使将在先技术文献中所公开的这种方法应用于这种小型压电振子中，仍存在无法获得客户要求的CI(晶体阻抗、等效电阻R1)的问题。
专利文献1：日本特公昭58-045205号公报
专利文献2：日本特开昭58-047316号公报
专利文献3：日本实开平06-052230号公报
专利文献4：日本特开2001-230655号公报
专利文献5：日本特许第4341583号
专利文献6：日本特许第4341671号
专利文献7：日本特开2008-306594号公报
专利文献8：日本特开2009-065270号公报
专利文献9：日本特开2009-130543号公报
专利文献10：日本特许第4506135号
专利文献11：日本特许第4558433号
专利文献12：日本特开2001-230654号公报
专利文献13：日本特开2010-062723号公报
专利文献14：日本特许第4572807号
专利文献15：日本特开2008-263387号公报
发明的内容
本发明是为了解决上述课题而实施的，其目的在于，提供一种能够降低X边长比比较小的压电振动元件的CI的台面型压电振动元件，所述台面型压电振动元件为，以X轴方向为长边的厚度剪切模式的压电振动元件。
本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而实施的，其能够作为以下的方式或者应用例而实现。
(应用例1)本发明所涉及的压电振动元件的特征在于，具备：压电基板；各个激励电极，其分别被相对配置在所述压电基板的两主面上；引出电极，其从各个所述激励电极起朝向该压电基板的一个端部延伸；衬垫，其与各个所述引出电极电连接，且分别被形成在所述压电基板的两个角部上，所述压电基板具有：激励部，所述激励部位于压电基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部的厚度相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，所述激励部的、相对置的两个侧面各自为无阶梯状的平面，所述激励部的、相对置的另外两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部，在所述压电基板的各个角部的、与所述各个衬垫相对应的位置上，具有将所述压电基板固定在支承部件上的支承区域，所述激励电极跨越所述激励部、和所述周边部的至少一部分的振动区域而形成。
通过如上所述的方式，构成了在如下的台面型结构的激励部、和与激励部的边缘相连接的周边部的一部分上设置有激励电极的压电振动元件，所述台面型结构的激励部为，沿着一个方向在厚度方向上具有阶梯部的结构。虽然振动能量主要被封入激励部，但是通过被设置在周边部的一部分上的激励电极，从而有效地汇集了在压电振动元件被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并能够得到弯曲等的不必要模式较少的压电振动元件。
(应用例2)此外，本发明所涉及的压电振动元件的特征在于，具备：压电基板；各个激励电极，其分别被相对配置在所述压电基板的两主面上；引出电极，其从各个所述激励电极起朝向该压电基板的一个端部延伸；衬垫，其与各个所述引出电极电连接，且分别被形成在所述压电基板的两个角部上，所述压电基板具有：激励部，所述激励部位于压电基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部的厚度相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，其中，所述激励部的所有侧面均各自在厚度方向上具有阶梯部，在所述压电基板的各个角部的、与各个所述衬垫相对应的位置上，具有将所述压电基板固定在支承部件上的支承区域，所述激励电极跨越所述激励部、和所述周边部的至少一部分的振动区域而形成。
通过如上所述的方式，构成了在如下的台面型结构的激励部、和与激励部的边缘相连接的周边部的一部分上设置有激励电极的压电振动元件，所述台面型结构的激励部为，所有侧面均具有阶梯部的结构。虽然振动能量主要被封入激励部，但是通过被设置在周边部的一部分上的激励电极，从而有效地汇集了压电振动元件被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并能够得到弯曲等的不必要模式较少的压电振动元件。
(应用例3)此外，本发明所涉及的压电振动元件为，在应用例1所述的压电振动元件中，其特征在于，所述压电基板为如下的水晶基板，即，以水晶的结晶轴、即作为电轴的X轴、作为机械轴的Y轴、作为光学轴的Z轴构成的直角坐标系中的所述X轴为中心，将使所述Z轴向所述Y轴的-Y方向倾斜了的轴设为Z′轴，将使所述Y轴向所述Z轴的+Z方向倾斜了的轴设为Y′轴，所述水晶基板被构成在与所述X轴和所述Z′轴平行的面内，且以与所述Y′轴平行的方向作为厚度方向，所述水晶基板具有：激励部，所述激励部以与所述X轴平行的边为长边，以与所述Z′轴平行的边为短边，且位于所述水晶基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，所述激励部的、平行于所述X轴的两个侧面各自为无阶梯状的平面，所述激励部的、平行于所述Z′轴的另外两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部。
通过如上所述的方式，构成了在如下的激励部、和与激励部的边缘相连接的周边部的一部分上设置有激励电极的压电振动元件，所述激励部为，平行于Z′轴的两个侧面的厚度方向上具有阶梯部的结构。虽然振动能量主要被封入激励部，但是通过被设置在周边部的一部分上的激励电极，从而有效地汇集了压电振动元件被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并能够得到弯曲等的不必要模式较少的压电振动元件。
(应用例4)此外，本发明所涉及的压电振动元件为，在应用例2所述的压电振动元件中，其特征在于，所述压电基板为如下的水晶基板，即，以水晶的结晶轴、即作为电轴的X轴、作为机械轴的Y轴、作为光学轴的Z轴构成的直角坐标系中的所述X轴为中心，将使所述Z轴向所述Y轴的-Y方向倾斜了的轴设为Z′轴，将使所述Y轴向所述Z轴的+Z方向倾斜了的轴设为Y′轴，所述水晶基板被构成在与所述X轴和所述Z′轴平行的面内，且以与所述Y′轴平行的方向作为厚度方向，所述水晶基板具有：激励部，所述激励部以与所述X轴平行的边为长边、以与所述Z′轴平行的边为短边，且位于所述水晶基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，所述激励部的、平行于所述X轴的两个侧面以及平行于所述Z′轴的两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部。
通过如上所述的方式，构成了在如下的激励部、和与激励部的边缘相连接的周边部的一部分上设置有激励电极的压电振动元件，所述激励部为，平行于X轴的两个侧面、以及平行于Z′轴的两个侧面各自在厚度方向具有阶梯部的结构。虽然振动能量主要被封入激励部，但是通过被设置在周边部的一部分上的激励电极，从而有效地汇集了在压电振动元件被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并能够得到弯曲等的不必要模式较少的压电振动元件。
(应用例5)此外，本发明所涉及的压电振动元件为，在应用例3或4所述的压电振动元件，其特征在于，当将所述压电基板的、平行于X轴的方向上的尺寸设为X，将所述激励部的厚度设为t，将所述支承区域的端部、与相对置的所述激励电极的端部之间的距离设为ΔX时，满足如下关系，即，14≤X/t≤18，且0.04mm≤ΔX≤0.06mm。
如果通过以上所述的方式而构成压电振动元件，则具有能够得到降低了CI的压电振动元件的效果。
(应用例6)此外本发明所涉及的压电振动元件为，在应用例3或4所述的压电振动元件中，其特征在于，当将所述压电基板的、平行于所述Z′轴的方向上的尺寸设为Z，将所述激励部的短边的尺寸设为Mz，将所述激励部的厚度设为t时，满足如下关系，即，8≤Z/t≤11，且0.6≤Mz/Z≤0.8。
如果通过以上所述的方式而构成压电振动元件，则具有如下效果，即，能够得到实现CI的降低、且不存在与弯曲振动等的不必要振动的结合的压电振动元件。
(应用例7)本发明所涉及的压电振子的特征在于，具备：应用例1至6中任一项所述的压电振动元件；封装件，其收纳所述压电振动元件。
如果通过以上所述的方式而构成压电振子，则由于具备本发明所涉及的压电振动元件，因此具有能够得到CI较小的压电振动元件的效果。
(应用例8)本发明所涉及的压电振荡器的特征在于，具备：应用例1至6中任一项所述的压电振动元件；振荡电路，其对该压电振动元件进行驱动；绝缘基板。
由于通过如上所述的方式而构成了在绝缘基板上搭载有本发明所涉及的CI较小的压电振动元件和振荡电路、且绝缘基板上的空间被密封的压电振荡器，因此具有如下效果，即，能够在小型化的同时减小振荡电流，从而能够实现低耗电化。
(应用例9)此外，本发明所涉及的压电振荡器的特征在于，具备：应用例7所述的压电振子；振荡电路，其对该压电振子进行驱动。
如果通过如上所述的方式而构成压电振荡器，则由于具备本发明所涉及的CI较小的压电振子，且在振荡周期稳定的同时能够使振荡电路的电流较小，因此具有能够降低压电振荡器的耗电的效果。
(应用例10)此外，本发明涉及的压电振荡器为，在应用例8或9所述的压电振荡器中，其特征在于，所述振荡电路被搭载在集成电路上。
如果通过如上所述的方式而构成压电振荡器，则通过使振荡电路被IC化，从而具有压电振荡器被小型化且可靠性提高的效果。
(应用例11)本发明涉及的电子设备的特征在于，在封装件中具备：应用例1至6中任一项所述的压电振动元件；一个以上的电子部件。
由于通过如上所述的方式，使用本发明的压电振动元件和电子部件而构成电子设备，因此具有如下效果，即，能够构成具有CI较小的压电振动元件的电子设备，从而能够被应用于多方面的用途。
(应用例12)此外，本发明所涉及的电子设备为，在应用例11所述的电子设备中，其特征在于，所述电子部件为，热敏电阻、电容器、电抗元件、半导体元件中的任意一个。
由于通过如上所述的方式，使用热敏电阻、电容器、电抗元件、半导体元件中的至少一个电子部件和压电振动元件而构成电子设备，因此具有在构成电子仪器时形成有用的设备的效果。
附图说明
图1(a)和图1(b)为表示本发明所涉及的台面型结构的压电振动元件的结构的示意图，图1(a)为俯视图，图1(b)为沿图1(a)的P1-P1的剖视图。
图2为沿图1(a)的Q1-Q1的剖视图。
图3为表示使水晶的结晶轴X、Y、Z绕X轴旋转0后得到的新正交轴X、Y′、Z′轴和AT切割水晶基板的关系的图。
图4为在表示台面型结构的压电振动元件的结构的俯视图上，重叠描绘有将振动位移能量相等的点连接在一起而得到的等势线的图。
图5为表示台面型结构的压电振动元件的、电极面积S和CI之间的关系的图。
图6为在台面型结构的压电振动元件的俯视图上标注了激励电极的尺寸Le、支承区域至激励电极间的尺寸ΔX等的图。
图7为表示台面型结构的压电振动元件的、支承区域至激励电极间的尺寸ΔX和CI之间的关系的图。
图8为在AT切割水晶基板的表面和背面上形成了耐蚀膜的剖视图。
图9(a)至图9(c)为模式化地表示本实施方式的压电振动元件的制造方法的剖视图。
图10(a)至图10(c)为模式化地表示本实施方式的压电振动元件的制造方法的剖视图。
图11(a)和图11(b)为另一个实施方式的台面型结构的压电振动元件的示意图，图11(a)为俯视图，图11(b)为沿图11(a)的P1-P1的剖视图。
图12为沿图11(a)的Q1-Q1的剖视图。
图13为另一个实施方式的台面型结构的压电振动元件的概要俯视图。
图14(a)为沿图13的P1-P1的剖视图，图14(b)为沿图13的Q1-Q1的剖视图。
图15(a)和图15(b)为另一个实施方式的台面型结构的压电振动元件的示意图，图15(a)为俯视图，图15(b)为沿图15(a)的P1-P1的剖视图。
图16为沿图15(a)的Q1-Q1的剖视图。
图17为模式化地表示本实施方式所涉及的压电振子的剖视图。
图18(a)为表示电子设备的实施方式的剖视图，图18(b)为表示改变例的实施方式的剖视图。
图19为表示压电振荡器的实施方式的剖视图。
图20(a)为另一个实施方式的压电振荡器的剖视图，图20(b)为另一个实施方式的压电振荡器的剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式对本发明进行详细说明。本发明丝毫不被以下的实施方式进行任何限定，其包括在不改变本发明的主旨的范围内所实施的各种改变例。另外，在以下的实施方式中所说明的全部结构并不一定都是本发明的必要结构部件。
1.压电振动元件
首先，参照附图对本实施方式所涉及的压电振动元件进行说明。图1(a)和图1(b)以及图2为，表示本发明的一个实施方式所涉及的压电振动元件100的结构的示意图。图1(a)为，压电振动元件100的俯视图，图1(b)为，沿该图1(a)的P1-P1的剖视图。图2为，沿图1(a)的Q1-Q1的剖视图。
本发明的压电振动元件100大致具备：压电基板10，其具有位于中央的多级台面结构的激励部14、和在激励部14的边缘上连续设置形成的薄壁的周边部12；激励电极20，其由在激励部14的两主面的全部区域以及与激励部14相连接的周边部12的至少一部分上相对配置的导体膜构成；引出电极22，其分别从各个激励电极20起朝向压电基板10的一个端缘延伸；衬垫24，其分别形成在各个引出电极22的端部、且压电基板10的两个角部上；支承区域26，其被设置在形成有各个衬垫24的压电基板的各个角部(衬垫的区域内)上，并将压电基板固定在支承部件上。
激励部14为，通过使压电基板的中央部以矩形形状分别向两主面方向突出而形成的厚壁部，周边部12从激励部14的外周侧面的至少一部分的厚度方向的中间部起向外径方向伸出而形成。
压电基板10具有：激励部14，其位于压电基板10的中央，并成为主要的振动区域；周边部12，其成为与激励部14相比为薄壁、且沿着激励部14的边缘而形成的、次要的振动区域。即，振动区域如后文所述，跨越激励部14、和周边部12的一部分。
俯视形状大致呈矩形的激励部14采用如下结构，即，激励部14的、相对置的两个侧面(沿着长度方向的两个侧面)各自为无阶梯状的一个平面，激励部14的、相对置的另外两个侧面(沿着短边方向的两个侧面)各自在厚度方向上具有阶梯部。当在各个激励电极20上施加交变电压时，压电振动元件100以固有的振动频率被激励。
水晶等压电材料属于三方晶系，如图3所示，具有相互正交的结晶轴X、Y、Z。X轴、Y轴、Z轴分别被称为电轴、机械轴、光学轴。AT切割水晶基板101为，沿着使XZ面绕X轴旋转了角度θ的平面而从水晶原石上切出的平板。在采用AT切割水晶基板101的情况下，θ约为35°15′。另外，使Y轴以及Z轴也绕X轴旋转θ，从而分别作为Y′轴以及Z′轴。因此，AT切割水晶基板101具有正交的结晶轴X、Y′、Z′。AT切割水晶基板101的厚度方向为Y′轴，与Y′轴正交的XZ′面(含有X轴以及Z′轴的面)为主面，以厚度剪切振动作为主振动而被激励。对该AT切割水晶基板101进行加工，从而能够得到压电基板10。
即，压电基板10由如下的AT切割水晶基板构成，即，如图3所示，以由X轴(电轴)、Y轴(机械轴)、Z轴(光学轴)构成的直角坐标系的X轴为中心，将使Z轴向Y轴的-Y方向倾斜了的轴作为Z′轴，将使Y轴向Z轴的+Z方向倾斜了的轴作为Y′轴，被构成在与X轴和Z′轴平行的面内，且以与Y′轴平行的方向作为厚度方向。
如图1(a)所示，压电基板10具有如下形状，即，以与Y′轴平行的方向(以下，称为“Y′轴方向”)作为厚度方向，以与X轴平行的方向(以下，称为“X轴方向”)作为长边，以与Z′轴平行的方向(以下，称为“Z′轴方向”)作为短边的矩形的形状。压电基板10具有：激励部14；周边部12，其沿着激励部14的边缘而形成。此处，“矩形的形状”包括字面意思的矩形形状、以及各个角部被倒角了的大致矩形。
如图1(a)、图1(b)、图2所示，周边部12被形成在激励部14的周面(侧面)的至少一部分上，并具有小于激励部14的厚度(薄壁)。
如图1(a)、图1(b)、图2的实施方式所示，本示例所涉及的激励部14的整个外周被周边部12所包围，并具有与周边部12在Y′轴方向上的厚度相比更大的厚度(厚壁)。即，如图1(b)以及图2所示，激励部14相对于周边部12在Y′轴方向上突出。在图示的示例中，激励部14相对于周边部12向+Y′轴侧和-Y轴侧突出。激励部14可以具有例如下述形状，即，具有成为对称中心的点(未图示)，且关于该中心点而呈对称的形状。
如图1(a)所示，激励部14具有以X轴方向为长边，以Z′轴方向为短边的矩形的形状。即，激励部14以与X轴平行的边为长边，以与Z′轴平行的边为短边。因此，激励部14具有在X轴方向上延伸的侧面14a、14b和在Z′轴方向上延伸的侧面14c、14d。即，在X轴方向上延伸的侧面14a、14b的长度方向为X轴方向，在Z′轴方向上延伸的侧面14c、14d的长度方向为Z′轴方向。在图示的示例中，在侧面14a、14b中，侧面14a为+Z′轴侧的侧面，侧面14b为-Z′轴侧的侧面。此外，在侧面14c、14d中，侧面14c为-X轴侧的侧面，14d为+X轴侧的侧面。
在X轴方向上延伸的侧面14a例如如图1(b)所示，相对于周边部12分别向+Y′轴侧和-Y′轴侧突出而形成。这种情况对于侧面14b、14c、14d来说也是相同的。如图1(b)所示，在X轴方向上延伸的侧面14a、14b为，各自在一个平面内的无阶梯状。即，+Y′轴侧的侧面14a在一个平面内，-Y′轴侧的侧面14a在一个平面内。同样地，+Y′轴侧的侧面14b在一个平面内，-Y′轴侧的侧面14b在一个平面内。
另外，在本发明所涉及的记载中，“一个平面内”包括激励部14的侧面为平坦的面的情况、和仅具有与水晶的结晶异向性相对应的量的凹凸的情况。即，将含有氢氟酸的溶液作为蚀刻液而对AT切割水晶基板进行加工时，激励部14的侧面存在如下情况，即，水晶结晶的R面露出从而成为与XY′面平行的面的情况、以及水晶结晶的m面露出从而仅具有与水晶的结晶异向性相对应的量的凹凸的情况。在本发明所涉及的记载中，对于这种具有由于水晶结晶的m面而产生的凹凸的侧面，也认为在“一个平面内”。为了方便，在图1(a)以及图2中，省略了由于m面而产生的凹凸。
如图2所示，在Z′轴方向上延伸的侧面14c、14d各自具有阶梯。激励部14具有：第一部分15，其位于中央并具有最大厚度；第二部分16，其具有小于第一部分15的厚度，侧面14c、14d的阶梯通过第一部分15与第二部分16的各自厚度的差而形成。在图示的示例中，侧面14c、14d由第一部分15的平行于Y′Z′平面的面、第二部分16的平行于XZ′平面的面、第二部分16的平行于Y′Z′平面的面而构成。
如此，可以说激励部14具有厚度不同的两种部分15、16，而压电振动元件100具有所谓两级型台面结构。压电振动元件100以厚度剪切振动作为主振动而进行振动，且由于激励部14为两级型台面结构，因此能够具有能量封入效果。
如图1(a)、图1(b)、图2的实施方式所示，本发明所涉及的压电振动元件100的特征在于，激励电极20被形成在如下部位上，即，在两级型台面结构的激励部14的相对置的表面和背面、激励部14的阶梯部14a、14b、14c、14d的各个侧面、被连接在阶梯部14a至14d的各个侧面上的周边部12的至少一部分的相对置的表面和背面上。如此，通过将激励电极20扩展到周边部12的至少一部分上，从而如后文所述，能够更加有效地汇集在被激励时所产生的电荷，从而能够形成性能更加优异的压电振动元件。即，能够降低压电振动元件100的CI。
图4以点划线在压电振动元件100的俯视图上图示了等势线分布，该等势线是将压电振动元件100被激励时所产生的振动位移能量(振动位移的平方与其位置的质量的积)相等的点连接在一起而得到的。位于中央的等势线的能量等级最高，越趋于外侧的等势线其能量等级越低。在图4所示的压电振动元件100的示例中，由于激励部14设定为在X轴方向上较长的矩形形状，因此等势线分布成为X轴方向的长径较长，Z′轴方向的短径较短的椭圆形状。振动位移的大小在激励部14的中心部最大，且随着远离中心部而减小。即，在激励电极20上，无论X轴方向上和Z′轴方向均以大致余弦状分布，不存在激励电极20的压电基板上，以指数函数的形式而进行衰减。由于振动区域在激励部14、和与激励部14相连接的周边部12上扩展成椭圆形状，因此在仅于激励部14上设置有激励电极的结构的压电振动元件中，无法充分汇集(无法收集)压电基板10上被激励的电荷。以如下方式构成的压电振动元件100作为压电振动元件的性能更加有益，即，在与激励部14相连接的周边部12的至少一部分上配置激励电极20，以汇集压电基板10上被激励的电荷。
压电振子的性能在通常情况下使用机电结合系数k2来进行评价。即，机电结合系数k2越大，则电-机械的转换效率越高。由于电容比γ与k2成反比，因此性能越良好，则电容比γ越小。此处，电容比γ用静电电容C0与串联共振电容C1的比C0/C1来表示。此外，也使用Q/γ来作为压电振子的性能评价指标。
另一方面，产生的电荷与变形St成正比。变形St为，以坐标位置对振动位移进行微分的量。即，产生的电荷根据压电基板10的振动位移而发生变化。激励电极20上的振动位移为，在激励电极20的中心处成为顶点的余弦形状。即，在激励电极20的端部，振动位移与中心部相比较小。即使将激励电极20增大至所需程度以上，也无法有效地汇集电荷。
图5为，使用X轴方向上的尺寸X为1100μm，厚度t为65μm的台面型结构的AT切割水晶基板，作为收纳在1612尺寸(1.6mm×1.2mm)的封装件内的压电基板，而对使激励电极的面积S发生了变化时的CI进行测定的图。通过该实验得知了如下内容，即，当面积S较小时水晶振子的CI较大，随着面积S增大而CI减小，而当进一步增大面积S时CI增大。即，实验性地得知了如下内容，即，在确定水晶基板的尺寸时，存在使CI最小的电极面积S。
而且，为了研究压电基板10在X轴方向上的尺寸和激励电极20的尺寸之间的关系，重复进行了实验。在图6中，在图1(a)所示的压电振动元件100的俯视图上标注各个部分的尺寸，并在激励电极20上标记斜线来进行图示。即，激励电极20跨越激励部14、和与激励部14相连接的周边部12的一部分而配置。将压电基板10的X轴方向尺寸设为X，将激励电极20的X轴方向尺寸设为Le。在图6的示例中，激励电极20遍及激励部14的全部区域和周边部12的一部分。将被设置在压电基板10的各个衬垫24内的支承区域26(使用导电性粘合剂等而将压电基板10固定在支承部件上的区域)的大小设为Ad，将支承区域26的靠近压电基板10的中央的端部、和与支承区域26对置的激励电极20的端部20b之间的距离设为ΔX。
图7为，表示距离ΔX与台面型结构的水晶振子的CI之间的关系的图。当距离ΔX较小时CI较大，随着距离ΔX的增大CI减小，而当进一步增大距离ΔX时CI也增大。
图7图示了距离ΔX与压电振动元件100的CI之间的关系的ΔX-CI曲线。推测为，ΔX-CI曲线由表示两个性质不同的结构的曲线、即单调减小的曲线A和单调增加的曲线B构成。使用曲线A表示的CI根据距离ΔX的增加而减小。关于其机理考虑如下。激励电极20上的振动位移分布大致呈余弦状，不存在激励电极20的周边部12的振动位移以距激励电极20的端部20b的距离为变量而以指数函数的形式减小。支承区域26为，在该区域内涂敷导电性粘合剂等，从而将压电基板10固定在封装件等支承部件上的部位。从激励电极20的端部20b起不断急剧减小的振动能量到达至支承区域26，被涂敷在支承区域26上的粘合剂吸收而泄露，从而消散。即，距离ΔX越大，则到达支承区域26的端部(图的右端)的振动能量越小，泄露的能量也越小。其结果为，水晶振子的Q值增大，CI减小。
与此相反，当距离ΔX较小时，到达支承区域26的端部(图的右端)的振动能量较大，从而泄露的能量增加，Q值减小。因此，CI增大。CI成为根据距离ΔX的增大而单调减小的曲线A。
另一方面，关于曲线B考虑如下。仅由内部损失而决定的水晶振子的Q值与频率f成反比而减小是明确已知的。在频率的范围并不太大的情况下，当在X轴方向上的尺寸为1.1mm左右的压电基板10中确定了形状尺寸时，只要不使激励电极的尺寸大幅度变化，便可认为Q值为大致固定的值。此外，还公知以下内容，即，水晶振子的等效串联电感(动态电感)L1与压电基板的厚度t的三次方成正比，与电极面积成反比。
如图6所示，将激励电极20设定为关于中心线Cn而对称配置的部件。此处，考虑理想地被支承和固定的情况，即，可以无视对压电基板10进行固定的粘合剂的影响的程度上的情况。距离ΔX越小、即激励电极20的尺寸Le越大，则压电基板10上所激励的电荷越被汇集。由于振动位移以振动部14的中央为顶点而呈余弦状分布，因此激励电极20的端部处的电荷收集效率将恶化。因此，激励电极20并不是越大越好。
对于根据激励电极20的大小而确定的等效串联电容C1、和与激励电极20的大小成比例而确定的静电电容C0的比C0/C1，即电容比γ而言，存在最理想的激励电极20的大小。由于等效串联电感L1和等效串联电容C1存在ω0 2＝1/(L1·C1)的关系，因此当增大激励电极20的尺寸Le时，串联电感L1减小。当使Q值大致固定时，水晶振子的CI将减小。即，当增大激励电极20(增大尺寸Le)时、即当使ΔX减小时，CI将减小。
但是，由于振动位移在周边部12的边缘处较小，因此在该部位激励的电荷较少，从而即使在该部位设置电极效率也不高。此外，还需要考虑从支承固定部的泄露。虽然当距离ΔX增大时，激励电极20的尺寸Le减小，但是存在使压电基板10上激励的电荷最有效地汇集的尺寸Le。即，存在使电容比γ最小的尺寸Le。而且，当距离ΔX增大时，尺寸Le将减小，串联电感L1将增大。当使Q值大致固定时，相当于CI增大。因此，能够说明如下内容，即，如图7的曲线B的单调增大曲线所示，CI根据距离ΔX的增加而增大。
即，在确定了水晶基板10的尺寸的情况下，当着眼于水晶振子的CI时，对于距支承区域26的距离ΔX而言，存在使CI减小的范围。从图7可知，当将CI设定为68Ω时，ΔX的范围为，0.04mm≤ΔX≤0.06mm。作为X边长比X/t，在14≤X/t≤18的范围内进行了实验，该ΔX的范围得到了同样的结果。
此外，作为台面型结构的压电振动元件100，当将压电基板10在Z′轴方向上的尺寸(短边的尺寸)设为Z，将激励部14的短边的尺寸设为Mz，将激励部14的厚度(激励部14的第一部分15的厚度)设为t时，优选为满足下述式(1)的关系。
8≤Z/t≤11，且0.6≤Mz/Z≤0.8     (1)
由此，能够抑制厚度剪切振动与轮廓振动等不必要模式的结合，从而能够实现CI的降低和频率温度特性的改善(详细情况后文进行叙述)。对于这种厚度剪切振动和轮廓振动的结合，通常情况下，压电基板的面积越小则越难抑制。因此，例如在将压电基板10在X轴方向上的尺寸(长边的尺寸)设为了X的情况下，在满足下述式(2)的关系的这种小型的压电振动元件100中，当以同时满足上述式(1)的关系的方式而进行设计时，能够更加显著地抑制厚度剪切振动与轮廓振动的结合。
X/t≤18      (2)
激励电极20被形成在激励部14、和与激励部14相连接的周边部12的至少一部分上。在图1(b)以及图2的实施方式示例中，激励电极20隔着激励部14的表面和背面、以及与激励部14相连接的周边部12的表面和背面的一部分而形成。激励电极20以对压电基板10的振动区域进行激励的方式而发挥作用。
本实施方式所涉及的压电振动元件100发挥例如以下的特征性的效果。
如图1(a)、图1(b)、图2的实施方式示例所示，构成了在如下的台面型的激励部14和与激励部14的边缘相连接的周边部12的至少一部分上设置了激励电极20的压电振动元件100，所述激励部14沿着一个方向(Z′轴方向)而在厚度方向上具有阶梯部。虽然振动能量主要被封入激励部14，但是通过被设置在周边部12的一部分上的激励电极20，从而有效地汇集了压电振动元件被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并且能够得到频率温度特性优异、且抑制了厚度剪切振动与Z′轴方向上的轮廓振动的结合的压电振动元件100。
此外，如图6、图7所示，对于X边长比X/t的范围为14≤X/t≤18的压电振动元件100，当将支承区域26的端部与相对置的激励电极20的端部20b之间的距离设为ΔX时，通过以满足0.04mm≤ΔX≤0.06mm的关系的方式构成压电振动元件100，从而具有能够降低压电振动元件100的CI的效果。
此外，根据压电振动元件100，如上文所述，通过以满足式(1)的关系的方式，对压电基板10的短边尺寸Z、激励部14的短边尺寸Mz以及激励部14的第一部分15的厚度t进行设定，从而具有如下效果，即，能够得到抑制了厚度剪切振动和Z′轴方向上的轮廓的接合、且CI较小的压电振动元件100。
2.压电振动元件的制造方法
接下来，参照附图对本实施方式所涉及的压电振动元件的制造方法进行说明。图7、图8、图9(a)至图9(c)为，模式化地表示本实施方式所涉及的压电振动元件100的制造工序的图。另外，图5、图6、图7、图8、图9(a)至图9(c)与图2相对应。即，图示了从Z′轴方向观察时的剖视图。
如图8所示，在AT水晶切割基板101的表面以及背面的主面(与XZ′平面平行的面)上形成耐蚀膜30。耐蚀膜30通过利用例如喷镀法或者真空蒸镀法等而依次层叠了铬以及金之后，再对该铬以及金进行图案形成从而形成。图案形成是通过例如光刻技术以及蚀刻技术而实施的。耐蚀膜30对于在加工AT切割水晶基板101时成为蚀刻液的含有氢氟酸的溶液具有耐蚀性。
如图9(a)所示，在耐蚀膜30上涂敷阳性的光刻胶膜后，对该光刻胶膜进行曝光以及显影，从而形成具有预定形状的保护膜40。保护膜40以覆盖耐蚀膜30的一部分的方式而形成。
接下来，如图9(b)所示，使用掩膜M再次对保护膜40的一部分进行曝光，从而形成感光部42。即，将掩膜M配置在从Y′轴方向观察时的保护膜40的外缘的内侧并实施曝光。
接下来，如图9(c)所示，将耐蚀膜30作为掩膜而对AT水晶切割基板101进行蚀刻。蚀刻是以例如氟化氢酸(氢氟酸)和氟化铵的混合溶液作为蚀刻液而实施的。由此，形成了压电基板10的外形(从Y′轴方向观察时的形状)。
接下来，如图10(a)所示，当以保护膜40作为掩膜而用预定的蚀刻液对耐蚀膜30进行蚀刻后，再以上述混合溶液作为蚀刻液而对AT切割水晶基板101进行半蚀刻，直到达到预定深度为止时，便形成了激励部14的外形。
接下来，如图10(b)所示，对保护膜40的感光部42进行显影去除。由此，使耐蚀膜30的一部分露出。另外，在对感光部42进行显影前，利用例如在真空或者减压环境下通过放电而生成的氧气等离子，而对在保护膜40的表面上形成的变质层(未图示)进行灰化。由此，能够切实地对感光部42进行显影去除。
接下来，如图10(c)所示，以保护膜40作为掩膜，而用预定的蚀刻液对耐蚀膜30的露出部分进行蚀刻去除后，再以上述的混合溶液作为蚀刻液，对AT切割水晶基板101进行半蚀刻，直到达到预定深度为止。由此，能够使在Z′轴方向上延伸的侧面14c、14d各自形成阶梯。此外，虽然未图示，但是能够使在X轴方向上延伸的侧面14a、14b各自形成阶梯。
通过以上的工序，能够形成具有周边部12以及激励部14的压电基板10。
在去除保护膜40以及耐蚀膜30之后，通过利用例如喷镀法或真空蒸镀法等而依次层叠了铬以及金之后，再对该铬以及金进行图案形成，从而在压电基板10上形成激励电极20、引出电极22以及衬垫24。即，如图1(a)、图1(b)、图2的实施方式所示，形成了在激励部14的全部区域、以及与激励部14相连接的周边部12的一部分区域上设置了激励电极20的压电振动元件。
通过以上的工序，能够制造出本实施方式所涉及的压电振动元件100。
根据压电振动元件100的制造方法，能够在对为了形成激励部14的外形而使用的保护膜40进行显影而去除感光部42之后，再次使用保护膜40而对AT水晶切割基板101进行蚀刻，从而形成激励部14。因此，能够高精度地形成两级型台面结构的激励部14。
例如，在为了形成激励部14而涂敷两次保护膜的情况(例如，在使用第一保护膜形成激励部的外形后，剥离第一保护膜并重新涂敷第二保护膜而对激励部的侧面进行曝光的情况)下，有时在第一保护膜和第二保护膜之间会产生结合错位，从而无法高精度地形成激励部14。通过压电振子100的制造方法能够解决这种问题。
3.压电振动元件的改变例
接下来，参照附图对本实施方式的改变例所涉及的压电振动元件进行说明。图11(a)为，模式化地表示本实施方式的改变例所涉及的压电振动元件110的俯视图。图11(b)为，沿图11(a)的P1-P1的剖视图。图12为，沿图11(a)的Q1-Q1的剖视图。下面，在本实施方式的改变例所涉及的压电振动元件110中，对与本实施方式所涉及的100的构成部件具有相同的结构、功能的部件标注相同的符号，并省略其详细的说明。
本发明所涉及的压电振动元件110大致具备：压电基板10，其具有位于中央的多级台面结构的激励部14、和在激励部14的边缘连接设置形成的薄壁的周边部12；激励电极20，其分别被相对配置在激励部14的两主面上；引出电极22，其从各个激励电极20起朝向压电基板10的端部延伸；衬垫24，其分别被形成在引出电极22的端部、且压电基板10的两个角部上。
激励部14为，使压电基板的大致中央部向两主面方向突出的厚壁部，周边部12从激励部14的外周侧面的至少一部分的厚度方向的中间部起向外径方向伸出而形成。本示例所涉及的周边部12从激励部14的整个外周侧面起伸出而形成为帽沿状。
压电基板10具有：激励部14，其位于压电基板10的中央并成为主要振动区域；周边部12，其与激励部14相比为薄壁且沿着激励部14的整个边缘被形成为帽沿状。俯视形状大致呈矩形的激励部14的所有侧面均采用各自在厚度方向上具有阶梯部的结构。即，如图11(b)、图12所示，压电基板10为如下的压电基板，即，具有：激励部14，其从侧面观察时所有侧面呈台阶状；周边部12，其被连接在激励部14的厚度的中央部的周围。
如图11(a)、图11(b)、图12所示，本实施方式所涉及的激励部14的所有侧面均为阶梯状，其全部外周被周边部12所包围，且具有大于周边部12在Y′轴方向上厚度的厚度(厚壁)。即，如图11(b)以及图12所示，激励部14相对于周边部12而向Y′轴方向的两个方向突出。在图示的示例中，激励部14相对于周边部12而向+Y′轴侧和-Y′轴侧突出。此外，激励部14可以具有例如成为对称中心的点(未图示)，并具有关于该中心点而呈点对称(平面、立体的点对称)的形状。
如图11(a)所示，激励部14具有以X轴方向为长边，以Z′轴方向为短边的矩形的形状。即，激励部14以与X轴平行的边为长边，以与Z′轴平行的边为短边。因此，激励部14具有在X轴方向上延伸的侧面14a、14b、和在Z′轴方向上延伸的侧面14c、14d。即，在X轴方向上延伸的侧面14a、14b的长度方向为X轴方向，在Z′轴方向上延伸的侧面14c、14d的长度方向为Z′轴方向。在图示的示例中，在侧面14a、14b中，侧面14a为+Z′轴侧的侧面，侧面14b为-Z′轴侧的侧面。此外，在侧面14c、14d中，侧面14c为-X轴侧的侧面，侧面14d为+X轴侧的侧面。
如图11(a)、图11(b)以及图12所示，激励部14具有最厚的第一部分15、和具有小于第一部分的厚度的第二部分16。如图11(a)和图11(b)所示，第一部分15具有以与X轴平行的方向为长边、以与Z′轴平行的方向为短边的矩形的形状。第二部分16被形成在第一部分15的周围。
激励部14的侧面14a、14b的阶梯通过第一部分15与第二部分16的各自厚度的差而形成。在图示的示例中，侧面14a、14b由第一部分15的平行于XY′平面的面、第二部分16的平行于XZ′平面的面、第二部分16的平行于XY′平面的面构成。同样地，激励部14的侧面14c、14d的阶梯通过第一部分15与第二部分16的各自厚度的差而形成，且由第一部分15的平行于Y′Z′平面的面、第二部分16的平行于XZ′平面的面、第二部分16的平行于Y′Z′平面的面构成。
如此，可以说激励部14具有厚度不同的两种部分15、16，压电振动元件110具有两级型台面结构。激励部14能够以厚度剪切振动作为主振动而进行振动。
如图11(a)、图11(b)、图12的实施方式示例所示，构成了在如下的激励部14以及与激励部14的边缘相连接的周边部12的至少一部分上设置了激励电极20的压电振动元件110，所述激励部14的、与X轴平行的两个侧面以及与所述Z′轴平行的两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部。虽然振动能量主要被封入激励部14，但通过被设置在周边部12的一部分上的激励电极20，从而有效地汇集了压电振动元件110被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并且能够得到弯曲等的不必要模式较少的压电振动元件。
图13为，模式化地表示本实施方式的另一个改变例所涉及的压电振动元件120的俯视图。图14(a)为，沿图13的P1-P1的剖视图，图14(b)为，沿图13的Q1-Q1的剖视图。
压电振动元件120具有三级的台面结构。即，压电振子120的激励部14在第一部分15以及第二部分16的基础上，还具有厚度小于第二部分16的第三部分17。第三部分17以从X轴方向上夹着第一部分15以及第二部分16的方式而形成。
如图14(b)所示，在Z′轴方向上延伸的侧面14c、14d的阶梯，通过第一部分15、第二部分16以及第三部分17的厚度的差而形成。在图示的示例中，侧面14c、14d由第一部分15的平行于Y′Z′平面的面、第二部分16的平行于XZ′平面的面、第二部分16的平行于Y′Z′平面的面、第三部分17的平行于XZ′平面的面、第三部分17的平行于Y′Z′平面的面而构成。
此外，由第一部分15、第二部分16以及第三部分17构成的激励部14，沿着第三部分17的边缘而形成有厚度薄于第三部分17的周边部12。在激励部14以及周边部12的一部分上正反对置地形成的激励电极20、从各个激励电极20引出的引出电极22、以及作为各个引出电极22的终端的两个衬垫24，也以与压电振动元件100同样的方式而形成。压电振动元件120能够应用压电振动元件100的制造方法而进行制造。根据压电振动元件120，与具有两级型的台面结构的压电振动元件100相比，能够进一步提高能量封入效果。而且，振动能量主要被封入激励部14，并且通过本发明的激励电极20，能够更加有效地汇集压电振动元件120被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并能够得到与弯曲振动等的不必要模式的结合较少的压电振动元件120。
图15(a)为，模式化地表示本实施方式的另一个改变例所涉及的压电振动元件130的俯视图，图15(b)为，沿图15(a)的P1-P1的剖视图。图16为，沿图15(a)的Q1-Q1的剖视图。
压电振动元件130为，具有三级的台面结构的压电振动元件。即，压电振子130的激励部14在第一部分15以及第二部分16的基础上，还具有厚度小于第二部分16的第三部分17。第三部分17以包围第二部分16的边缘的方式形成。激励部14在其边缘、即第三部分17的侧面的厚度方向中央部的边缘上，一体地连接有周边部12。在激励部14的两主面上和周边部12的一部分上正反对置地形成的激励电极20、从各个激励电极20引出的引出电极22、以及作为各个引出电极22的终端的两个衬垫24，也以与压电振动元件100相同的方式而形成。
压电振动元件130能够应用压电振动元件100的制造方法而进行制造。根据压电振动元件130，与具有两级型的台面结构的压电振动元件110相比，能够进一步提高能量封入效果。振动能量主要被封入激励部14，并且通过本发明的激励电极20，能够更加有效地汇集压电振动元件130被激励时所产生的电荷。其结果为，具有如下效果，即，能够得到CI较小的压电振动元件，并且能够得到与弯曲振动等的不必要模式的结合较少的压电振动元件130。
另外，虽然在上述的示例中，对具有三级型的台面结构的压电振动元件120、130进行了说明，但是本申请所涉及的发明在多级型的台面结构上，并不对台面结构的级数(阶梯的数量)进行特别限定。
4.压电振子
接下来，参照附图对本实施方式所涉及的压电振子进行说明。图17为，模式化地表示本实施方式所涉及的压电振子200的剖视图。
图17为，表示压电振子200的结构的、长度方向(X轴方向)上的剖视图，且为在与图2所示的压电振子100的剖示图相同的位置上的剖视图。如图17所示，压电振子200包括本发明所涉及的压电振动元件(虽然在图示的示例中为压电振动元件100，但对于压电振动元件110、120、130也是同样的)和封装件50。
封装件50能够将压电振动片100收纳在腔52内。作为封装件50的材质，可以列举出例如陶瓷、玻璃等。腔52为用于压电振动片100进行动作的空间。腔52是被密封的、并被设定为减压空间或者惰性气体环境。
压电振子100被收纳在封装件50的腔52内。在图示的示例中，在支承区域26内准确地涂敷导电性粘合剂60，从而使压电振动元件100以悬臂梁状而被固定在腔52内。作为导电性粘合剂60，可以使用例如焊锡、银膏等。
如图17的实施方式所示，根据压电振子200，由于具有本发明所涉及的压电振动元件100，因此具有如下效果，即，能够获得不存在与弯曲振动等的不必要振动的结合、且CI较小的压电振子200。
5.电子设备和压电振荡器
接下来，参照附图对本实施方式所涉及的电子设备和压电振荡器进行说明。
图18(a)为，本发明的电子设备400所涉及的实施方式的一个示例的剖视图。电子设备400大致具备：本发明的压电振动元件100(虽然在图18(a)中图示了压电振动元件100，但是也可以为本发明的其他压电振动元件)；热敏电阻58，其为感温元件；封装件50，其收纳压电振动元件100以及热敏电阻58。封装件50具备封装件主体50a和盖部件50c。封装件主体50a的上表面侧形成有用于收纳压电振动元件100的腔52，下表面侧上形成有用于收纳热敏电阻58的凹部54a。在腔52的内底面的端部上设置有多个元件搭载用衬垫55a，各个元件搭载用衬垫55a通过内部导体57而与多个安装端子53导通连接。在元件搭载用衬垫55a上装载有压电振动元件100，通过导电性粘合剂60而对各个衬垫24和各个元件搭载用衬垫55a进行电连接并进行固定。在封装件主体50a的上部上烧成有由铁镍钴合金等构成的密封环50b，在该密封环50b上装载有盖部件50c，使用电阻焊接器而进行焊接，从而对腔52进行气密密封。腔52内既可以为真空，也可以封入惰性气体。
另一方面，在封装件主体50a的下表面侧中央处形成有凹部54a，在凹部54a的上表面上烧成有电子部件搭载用衬垫55b。热敏电阻58通过焊锡等而被搭载在电子部件搭载用衬垫55b上。电子部件搭载用衬垫55b通过内部导线57而与多个安装端子53导通连接。
图18(b)为，该图18(a)的改变例的电子设备410，其与电子设备400的不同点在于，封装件主体50a的腔52的底面上形成有凹部54b，在被烧成在该凹部54b的底面上的电子部件搭载用衬垫55b上，通过金属凸点等而连接有热敏电阻58。电子部件搭载用衬垫55b与安装端子53导通。即，压电振动元件100和作为感温元件的热敏电阻58被收纳在腔52内，并被气密密封。
以上，虽然对将压电振动元件100和热敏电阻58收纳在封装件50内的示例进行了说明，但是优选为构成如下的电子设备，即，作为封装件50收纳的电子部件，收纳了热敏电阻、电容器、电抗元件、半导体元件中的至少一个的电子设备。
图18(a)、图18(b)所示的实施方式示例为，将压电振动元件100和热敏电阻58收纳在封装件50内的示例。当以这种方式构成时，由于作为感温元件的热敏电阻58位于非常靠近压电振动元件100的位置处，因此具有能够迅速地感知压电振动元件100的温度变化的效果。此外，由于通过用本发明的压电振动元件和上述的电子部件来构成电子设备，从而能够构成具有CI较小的压电振动元件的电子设备，因此具有能够应用于多方面的用途的效果。
通过在使用本发明所涉及的压电振动元件的压电振子的封装件中，组装搭载了对压电振子进行驱动并放大的振荡电路的IC部件，从而能够构成压电振荡器。
图19为，本发明的压电振荡器500所涉及的实施方式的一个示例的剖视图。压电振荡器500大致具备：本发明的压电振动元件100(虽然在图19中图示了压电振动元件100，但也可以为本发明的其他压电振动元件)；单层的绝缘基板70；IC(半导体元件)88，其对压电振动元件100进行驱动；凸状的盖部件80，其对包括压电振动元件100以及IC88的绝缘基板70的表面空间进行气密密封。绝缘基板70的表面上具有，用于搭载压电振动元件100以及IC88的多个元件搭载用衬垫74a、和电子部件搭载用衬垫74b，并且在背面上具备与外部电路连接用的安装端子76。元件搭载用衬垫74a以及电子部件搭载用衬垫74b与安装端子76，通过贯穿绝缘基板70的导体78而被导通。而且，通过被形成在绝缘基板70的表面上的导体配线(未图示)，从而使元件搭载用衬垫74a与电子部件搭载用衬垫74b实现了导通。在使用金属凸点等而将IC88搭载在电子部件搭载用衬垫74b上之后，在元件搭载用衬垫74a上涂敷导电性粘合剂60，并在其上装载压电振动元件100的衬垫24，且在恒温槽内使其硬化，从而实现导通和固定。凸状的盖部件80和绝缘基板70通过涂敷在绝缘基板70的上表面边缘上的低熔点玻璃而被密封。此时，通过在真空中实施密封工序，从而能够使内部成为真空。
图20(a)为，本发明的另一个实施方式的压电振荡器510的剖视图。压电振荡器510大致具备：本发明的压电振动元件100；封装件主体90；IC88，其对压电振动元件100进行驱动；盖部件90c，其对压电振动元件100进行气密密封。封装件主体90为，由上部90a和下部90b构成的、所谓的H型结构的封装件主体，所述上部90a具有用于收纳压电振动元件100的腔52，所述下部90b具有用于收纳IC88的凹部90d。通过在形成于腔52底部的端部上的元件搭载用衬垫74a上涂敷导电性粘合剂60，并将压电振动元件100在其上进行装载、热固化，从而使压电振动元件100被导通、固定在元件搭载用衬垫74a上。IC88通过金属凸点79而被连接和固定在电子部件搭载用衬垫74b上，所述电子部件搭载用衬垫74b被形成在封装件主体90的下表面侧的凹部90d的上表面上。元件搭载用衬垫74a与电子部件搭载用衬垫74b通过内部导体78而被导通连接。在被烧成于封装件主体90的上部的密封环(未图示)上装载盖部件90c，并使用电阻焊接器等进行焊接，从而进行气密密封。腔52内既可以为真空，也可以封入惰性气体。
图20(b)为，本发明的另一个实施方式的压电振荡器520的剖视图。压电振荡器520大致具备：本发明的压电振子300；封装件主体90；IC88，其对压电振子300进行驱动；盖部件90c，其对压电振子300进行气密密封。封装件主体90为，由上部90a和下部90b构成的、所谓的H型结构的封装件主体，所述上部90a具有用于收纳压电振子的腔52，所述下部90b具有用于收纳IC的凹部90d。压电振子300被装载在元件搭载用衬垫74a上，并通过焊锡或者金属凸点等而被连接固定，所述元件搭载用衬垫74a被形成在腔52底部的两端部上。IC88通过金属凸点79而被连接固定在电子部件搭载用衬垫74b上，所述电子部件搭载用衬垫74b被形成在封装件主体90的下表面侧的凹部90d的上表面上。元件搭载用衬垫74a与电子部件搭载用衬垫74b通过内部导体78而被导通。在被烧成于封装件主体90的上部的密封环(未图示)上装载盖部件90c，并使用电阻焊接器进行焊接。压电振动元件被双重气密密封。
IC88可以包括：振荡电路，其对压电振子300进行驱动；感温元件，其对压电振子300的周围的温度进行感知；补偿电路，其对压电振子300的频率温度特性进行补偿；电压可变电容元件等。
图19的实施方式的压电振荡器500在封装件内具备本发明所涉及的CI较小的压电振动元件100和IC(包括振荡电路)88，由于能够使压电振荡器小型化，并降低振荡电路的振荡电流，因此具有实现低耗电化的效果。
图20(a)的实施方式的压电振荡器510在封装件内具备本发明所涉及的CI较小的压电振动元件100和IC(包括振荡电流)88，具有实现压电振荡器低耗电化的效果。而且，由于能够实现可通过外部对IC88进行调节，从而具有能够构成频率温度特性更加优异、且多功能的压电振荡器的效果。
由于图20(b)的实施方式的压电振荡器520使用了收纳在封装件内的压电振子300，因此具有如下效果，即，能够构成老化等的频率稳定度优异、多功能且具有可靠性的压电振荡器。
本发明并不限定于前文所述的实施方式，其可以进行各种改变。例如，本发明包括与实施方式所说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构)。并且，本发明包括对实施方式所说明的结构中的非本质部分进行了替换的结构。并且，本发明包括与实施方式所说明的结构具有同样的作用效果的结构或者能够达成相同目的的结构。并且，本发明包括在实施方式所说明的结构上附加了公知技术的结构。另外，虽然在上述压电振荡器等电子设备中，对压电振子上具备以半导体元件(IC)为代表的电子部件的结构进行了说明，但优选为，具备一个以上的电子部件。而且，作为所述电子部件，能够应用热敏电阻、电容器、电抗元件等，并能够构成使用压电振动片作为振荡源的电子设备。
符号说明
10…压电基板；11…突起部；11a、11b…突起部分；12…周边部；14…激励部；14a、14b…在X轴方向上延伸的侧面；14c、14d…在Z′轴方向上延伸的侧面；15…第一部分；16…第二部分；17…第三部分；20…激励电极；22…引出电极；24…衬垫；26…支承区域；30…耐蚀膜；40…保护膜；42…感光部；50…封装件；50a、90…封装件主体；50b…密封环；50c、80、90c…盖部件；52…腔；53…安装端子；54a、54b、90d…凹部；55a、74a…元件搭载用衬垫；55b、74b…电子部件搭载用衬垫；57…内部导体；58…热敏电阻；60…导电性粘合剂；70…绝缘基板；76…安装端子；78…导体；79…金属凸点；85…低熔点玻璃；88…IC(半导体元件)；100、110、120、130…压电振动元件；101…AT切割水晶基板；200…压电振子；400、410…电子设备；500、510、520…压电振荡器。

Claims (12)

1.一种压电振动元件，其特征在于，
具备：压电基板；各个激励电极，其分别被相对配置在所述压电基板的两主面上；引出电极，其从各个所述激励电极起朝向该压电基板的一个端部延伸；衬垫，其与各个所述引出电极电连接，且分别被形成在所述压电基板的两个角部上，
所述压电基板具有：激励部，所述激励部位于所述压电基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部的厚度相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，
所述激励部的、相对置的两个侧面各自为无阶梯状的平面，所述激励部的、相对置的另外两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部，
在所述压电基板的各个角部的、与各个所述衬垫相对应的位置上，具有将所述压电基板固定在支承部件上的支承区域，
所述激励电极跨越所述激励部、和所述周边部的至少一部分的振动区域而形成。
2.一种压电振动元件，其特征在于，
具备：压电基板；各个激励电极，其分别被相对配置在所述压电基板的两主面上；引出电极，其从各个所述激励电极起朝向该压电基板的一个端部延伸；衬垫，其与各个所述引出电极电连接，且分别被形成在所述压电基板的两个角部上，
所述压电基板具有：激励部，所述激励部位于所述压电基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部的厚度相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，
所述激励部的全部侧面均各自在厚度方向上具有阶梯部，
在所述压电基板的各个角部的、与各个所述衬垫相对应的位置上，具有将所述压电基板固定在支承部件上的支承区域，
所述激励电极跨越所述激励部、和所述周边部的至少一部分的振动区域而形成。
3.如权利要求1所述的压电振动元件，其特征在于，
所述压电基板为如下的水晶基板，即，以水晶的结晶轴、即作为电轴的X轴、作为机械轴的Y轴、作为光学轴的Z轴构成的直角坐标系中的所述X轴为中心，将使所述Z轴向所述Y轴的-Y方向倾斜了的轴设为Z′轴，将使所述Y轴向所述Z轴的+Z方向倾斜了的轴设为Y′轴，所述水晶基板被构成在与所述X轴和所述Z′轴平行的面内，且以与所述Y′轴平行的方向作为厚度方向，
所述水晶基板具有：激励部，所述激励部以与所述X轴平行的边为长边，以与所述Z′轴平行的边为短边，且位于所述水晶基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，
所述激励部的、平行于所述X轴的两个侧面各自为无阶梯状的平面，所述激励部的、平行于所述Z′轴的另外两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部。
4.如权利要求2所述的压电振动元件，其特征在于，
所述压电基板为如下的水晶基板，即，以水晶的结晶轴、即作为电轴的X轴、作为机械轴的Y轴、作为光学轴的Z轴构成的直角坐标系中的所述X轴为中心，将使所述Z轴向所述Y轴的-Y方向倾斜了的轴设为Z′轴，将使所述Y轴向所述Z轴的+Z方向倾斜了的轴设为Y′轴，所述水晶基板被构成在与所述X轴和所述Z′轴平行的面内，且以与所述Y′轴平行的方向作为厚度方向，
所述水晶基板具有：激励部，所述激励部以与所述X轴平行的边为长边、以与所述Z′轴平行的边为短边，且位于所述水晶基板的中央；周边部，所述周边部与所述激励部相比为薄壁且被设置在所述激励部的边缘上，
所述激励部的、平行于所述X轴的两个侧面以及平行于所述Z′轴的两个侧面各自在厚度方向上具有阶梯部。
5.如权利要求3或4所述的压电振动元件，其特征在于，
当将所述压电基板的、平行于所述X轴的方向上的尺寸设为X，将所述激励部的厚度设为t，将所述支承区域的端部、与相对置的所述激励电极的端部之间的距离设为ΔX时，满足如下关系，即，
14≤X/t≤18，且0.04mm≤ΔX≤0.06mm。
6.如权利要求5所述的压电振动元件，其特征在于，
当将所述压电基板的、平行于所述Z′轴的方向上的尺寸设为Z，将所述激励部的短边的尺寸设为Mz，将所述激励部的厚度设为t时，满足如下关系，即，
8≤Z/t≤11，且0.6≤Mz/Z≤0.8。
7.一种压电振子，其特征在于，具备：
权利要求6所述的压电振动元件；
封装件，其收纳所述压电振动元件。
8.一种压电振荡器，其特征在于，具备：
权利要求6所述的压电振动元件；
振荡电路，其对该压电振动元件进行驱动；
绝缘基板。
9.一种压电振荡器，其特征在于，具备：
权利要求7所述的压电振子；
振荡电路，其对该压电振子进行驱动。
10.如权利要求8或9所述的压电振荡器，其特征在于，
所述振荡电路被搭载在集成电路上。
11.一种电子设备，其特征在于，
在封装件中具备：
权利要求6所述的压电振动元件；
一个以上的电子部件。
12.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，
所述电子部件为，热敏电阻、电容器、电抗元件、半导体元件中的任意一个。
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