CN103368519A - 振动元件、振子、电子器件、电子设备以及移动体 - Google Patents

Abstract

本发明提供振动元件、振子、电子器件、电子设备以及移动体，改善了因非谐波模式产生的寄生。振动元件包含：基板，其以厚度剪切振动进行振动，包含处于正反关系的第1主面和第2主面；第1激励电极，其设置在所述第1主面上；以及第2激励电极，其设置在所述第2主面上，在俯视时比所述第1激励电极大，所述第1激励电极配置成在俯视时处于所述第2激励电极的外缘内，能量封闭系数M为15.5≦M≦36.7。

Description

振动元件、振子、电子器件、电子设备以及移动体

技术领域

本发明涉及激励产生厚度剪切振动的振动元件、振子、电子器件、电子设备以及移动体。

背景技术

激励产生厚度剪切振动作为主振动的振动模式的AT切石英振子适合于小型化、高频化，并且频率温度特性呈现出优异的三次曲线，因此在振荡器、电子设备等多个方面得到利用。尤其是近年来，随着传送通信设备和OA设备的处理速度的高速化、或者通信数据和处理量的大容量化的发展，对于其中使用的作为基准频率信号源的AT切石英振子，强烈要求实现高频化。

在专利文献1中公开了在主面的一部分上形成有凹陷部从而实现了高频化的反向台面结构的AT切石英振子。即，在得到300MHz以上的基波振动的石英振子中，通过使石英原材料板的板厚与将电极膜厚换算为石英密度后的膜厚之比成为7%～13%，能够得到良好的频率温度特性。

并且，在专利文献2中，与专利文献1同样地公开了在主面的一部分上形成凹陷部从而实现了高频化的反向台面结构的AT切石英振子。即，在得到300MHz以上的基波振动的石英振子中，通过使石英原材料板的板厚与电极膜厚之比成为0.014或0.012以下（所述石英基板的板厚与将电极膜厚换算为石英密度后的膜厚之比为19.2%或16.5%以下），能够防止回流焊前后的频率变化，得到良好的频率温度特性。

【专利文献1】日本特开平11-284484号公报

【专利文献2】日本特开2005-203858号公报

另外，已经判明，在要实现基波振动以200MHz以上的谐振频率进行振动的石英振子的小型化、高频化时，具有上述那样结构的石英振子存在产生了不能满足振荡电路所要求的CI（晶体阻抗=石英振子的等效电阻）值的要求规格的情况的问题。尤其是在频率达到200MHz以上的高频时，形成于石英振子上的激励电极和引线电极的电极膜厚对主振动的CI值产生较大影响。在希望仅使石英振子的主振动成为封闭模式时，需要减薄电极膜，当电极膜随着电极膜的薄膜化而达到100nm以下时，方块电阻急剧增大，因此在激励电极部和引线电极部中产生较大的欧姆损耗（表面电阻的电阻损耗），结果存在石英振子的CI值变大的问题。

此外，在为了防止电极膜的欧姆损耗而增大膜厚时，除了主振动以外，还会封入较多的非谐波模式的振动而产生寄生，根据条件不同，接近主振动的寄生的CI值比主振动的CI值小，从而存在振荡电路以寄生的谐振频率进行振荡的问题。

发明内容

因此在本申请发明中，提供振动元件时的课题是要改善因非谐波模式引起的寄生。

本发明正是为了解决上述问题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。

[应用例1]本应用例的振动元件的特征在于，包含：基板，其以厚度剪切振动进行振动，包含处于正反关系的第1主面和第2主面；第1激励电极，其设置在所述第1主面上；以及第2激励电极，其设置在所述第2主面上，在俯视时比所述第1激励电极大，

在俯视时，所述第1激励电极处于所述第2激励电极的外缘内，该振动元件满足：

$M=K\×(\mathrm{hx}/2\×\mathrm{ts})\×\sqrt{\mathrm{\Δ}}$

Δ=（fs－fe）/fs

fs=R/[ts+te2×（ρe/ρx）]

fe=R/[ts+te×（ρe/ρx）]

15.5≦M≦36.7

1.25≦hx/hz≦1.31，

其中，M是能量封闭系数，K是基板的各向异性系数，hx是所述第1激励电极的沿着厚度剪切振动方向的长度，hz是所述第1激励电极的沿着与厚度剪切振动方向垂直的方向的长度，ts是所述基板的厚度，Δ是频率降低量，fs是所述基板的截止频率，fe是在所述基板上配置了所述激励电极时的频率，R是所述基板的频率常数，te是所述第1激励电极和所述第2激励电极的厚度合计，te2是所述第2激励电极的厚度，ρe是所述激励电极的密度，ρx是所述基板的密度。

根据本应用例，在以基波的厚度剪切振动模式进行激励的高频的振动元件中，能够降低与激励电极和引线电极的薄膜化相伴的欧姆损耗的影响所造成的CI值的劣化，降低由激励电极的尺寸和膜厚决定的非谐波模式的寄生的激励强度。由此，具备以下效果：主振动的CI值变小，能够得到接近的寄生的CIs值相对于主振动的CIm值的比值、即CI值比（CIs/CIm）较大的振动元件。

根据本应用例，在使用了根据晶体的各向异性确定的位移方向的位移分布、和与其垂直的方向的位移分布不同的基板的情况下，能够提高主振动的能量封闭的效率。并且，能够减小振动元件的电容比γ（=C0/C1，此处，C0是静电电容，C1是串联谐振电容）。

[应用例2]在上述应用例所述的振动元件中，其特征在于，满足17.1≦M≦35.7。

根据本应用例，具备能够进一步降低非谐波模式的寄生的激励强度的效果。

此处，在厚度剪切振动的谐振频率为200MHz以上的情况下，以厚度剪切振动模式进行激励的振动元件的频率是与基板的板厚成反比地决定的，因此当成为200MHz以上的高频时，基板的板厚为8.4μm以下，非常薄，因此所要形成的激励电极的膜厚也需要形成得非常薄。因此，电极的薄膜化所引起的欧姆损耗的影响非常大，通过将能量封闭系数M设在上述范围内能够减少这些问题，因此具备能够得到满足振荡电路所需的CI值规格和寄生规格的振动元件的效果。

[应用例3]在上述应用例所述的振动元件中，其特征在于，所述基板是石英基板。

根据本应用例，石英基板的Q值高，具备能够得到温度特性优异的振动元件的效果。

[应用例4]在上述应用例所述的振动元件中，其特征在于，所述石英基板是AT切石英基板。

根据本应用例，基板使用了温度特性优异的具有切断角度的AT切石英基板，由此具备如下效果：能够灵活运用与光刻技术和蚀刻技术相关的实际成果和经验，能够批量生产特性偏差小的振动元件。

[应用例5]本应用例的振子的特征在于，具有上述应用例所述的振动元件以及收纳所述振动元件的封装。

根据本应用例，通过将振动元件收纳到封装中，能够得到可靠性高的振子。例如，能够防止温度变化、湿度变化等干扰的影响和污染的影响，因此，具备能够得到频率再现性、频率温度特性、CI温度特性和频率时效特性优异的振子的效果。

[应用例6]本应用例的电子器件的特征在于，具有上述应用例所述的振动元件以及驱动所述振动元件的振荡电路。

根据本应用例，在使用以基波进行激励的高频的振动元件来构成电子器件时，具备如下效果：振动元件的电容比小，因此能够得到频率可变范围大、并且S/N比良好的高频的压控型振荡器。

此外，作为电子器件，可以构成振荡器、温度补偿型振荡器等，具备能够构成频率再现性、时效特性、频率温度特性优异的振荡器的效果。

[应用例7]本应用例的电子设备的特征在于，该电子设备具有上述应用例所述的振动元件。

根据本应用例，通过将上述应用例所述的振动元件用于电子设备，具备如下效果：能够构成具有频率稳定性优异、S/N比良好的高频的基准频率源的电子设备。

[应用例8]本应用例的移动体的特征在于，该移动体具有上述应用例所述的振动元件。

根据本应用例，能够得到可靠性高的移动体。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的振动元件的结构的概略图，（a）是俯视图，（b）是P－P剖视图，（c）是Q－Q剖视图。

图2是说明AT切石英基板与晶轴之间的关系的图。

图3是示出与电极膜厚相对应的电阻的图。

图4是示出AT切石英振动元件的试制条件和测量结果的图。

图5是示出与能量封闭系数M对应的振子的CI值的图。

图6是示出与能量封闭系数M对应的振子的主振动CI值和寄生CI值的CI值比的图。

图7是示出使引线电极和焊盘电极厚膜化后的AT切石英振动元件的试制条件和CI值的图。

图8是示出本发明的一个实施方式的振子的结构的概略图，（a）是俯视图，（b）是纵剖视图。

图9是示出本发明的一个实施方式的电子器件的结构的概略图，（a）是俯视图，（b）是纵剖视图。

图10是示出应用了具有本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备的移动型（或笔记本型）的个人计算机的结构的立体图。

图11是示出应用了具有本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备的便携电话机（也包括PHS）的结构的立体图。

图12是示出应用了具有本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备的数字静态照相机的结构的立体图。

图13是概略地示出作为本发明的移动体的一例的汽车的立体图。

标号说明

1：振动元件；2：振子；3：电子器件；10：基板；11：凹陷部；12：振动部；13：厚壁部；14：第1厚壁部；14a：第1厚壁主体；14b：第1倾斜部；15：第2厚壁部；15a：第2厚壁主体；15b：第2倾斜部；16：第3厚壁部；16a：第3厚壁主体；16b：第3倾斜部；17：狭缝；25a、25b：激励电极；27a、27b：引线电极；29a、29b：焊盘电极；30：导电性粘接剂；40：封装主体；41：第1基板；42：第2基板；43：第3基板；44：密封圈；45：安装端子；46：导体；47：元件搭载焊盘；48：电极端子；49：盖部件；50：封装主体；51：IC部件；52：电子部件；55：电极端子；61：第1基板；62：第2基板；63：第3基板；100：显示部；1100：个人计算机；1102：键盘；1104：主体部；1106：显示单元；1200：便携电话机；1202：操作按钮；1204：接听口；1206：通话口；1300：数字静态照相机；1302：外壳；1304：受光单元；1306：快门按钮；1308：存储器；1312：视频信号输出端子；1314：输入输出端子；1430：电视监视器；1440：个人计算机；1500：汽车；1510：电子控制单元。

具体实施方式

下面，根据附图所示的优选实施方式，对本发明的振动元件、振子、电子器件、电子设备以及移动体进行详细说明。

1.振动元件

首先对本发明的振动元件进行说明。

图1是示出本发明的一个实施方式的振动元件的结构的概略图，图1的（a）是振动元件的俯视图，图1的（b）是图1的（a）的P－P剖视图，图1的（c）是图1的（a）的Q－Q剖视图。

振动元件1具备：基板10，其具有振动部12和厚壁部13，该厚壁部13与振动部12一体化并且厚度比振动部12的厚度厚；在振动部12的两个主面（±Y’方向的正反表面）上彼此相对地形成的激励电极25a、25b；以及从激励电极25a、25b朝向设置于厚壁部上的焊盘电极29a、29b分别延伸地形成的引线电极27a、27b。

基板10具备：厚度固定的平板状的振动部12，其呈矩形状且较薄，与Y’垂直；厚壁部13，其由沿着振动部12的除一边以外的三边而一体化的第1厚壁部14、第2厚壁部15和第3厚壁部16（也称作第1、第2和第3厚壁部14、15、16）构成；以及狭缝17，其用于防止将进行支撑固定时产生的安装应力传递至振动部12。

另外，第1厚壁主体14a、第2厚壁主体15a和第3厚壁主体16a（也称作第1、第2和第3厚壁主体14a、15a、16a）是指与Y’轴平行且厚度固定的区域。

此外，第1倾斜部14b、第2倾斜部15b和第3倾斜部16b（也称作第1、第2和第3倾斜部14b、15b、16b）是指在第1、第2和第3厚壁主体14a、15a、16a与振动部12之间产生的倾斜面。

振动部12的一个主面与第1、第2和第3厚壁部14、15、16各自的一个表面处于同一平面上，即处于图1所示的坐标轴的X－Z’平面上，将该面（处于图1（b）的－Y’方向的下表面侧）称作平坦（flat）面，将具有凹陷部11的相反侧的面（处于图1（b）的+Y’方向的上表面侧）称作凹陷面。

激励电极25a、25b在图1所示的实施方式的例子中为矩形，以俯视时相互重叠的方式，分别形成在振动部12的大致中央部的两个主面（正面和背面）上。作为第1激励电极的激励电极25a与作为第2激励电极的激励电极25b的大小不同，激励电极25b比激励电极25a大。在振动部12中实际进行激励的区域是被激励电极25a和激励电极25b夹着的区域。即，在激励电极25b（第2激励电极）中，对于激励振动部12有实际贡献的区域是俯视时与激励电极25a（第1激励电极）重叠的部分。即，第2激励电极由对激励有贡献的电极、以及与该对激励有贡献的电极的外缘一体化的对激励没有贡献的电极构成。

引线电极27a从形成于凹陷面上的激励电极25a延伸出来，从振动部12上经由第3倾斜部16b和第3厚壁主体16a，与形成于第2厚壁主体15a的凹陷面上的焊盘电极29a导通连接。此外，引线电极27b从形成于平坦面上的激励电极25b延伸出来，经由基板10的平坦面的端缘部，与形成于第2厚壁主体15a的平坦面上的焊盘电极29b导通连接。

另外，关于激励电极25a、25b的与引线电极27a、27b连接的部分，以沿着激励电极形状的外缘（外边）的延长线（假想线）为边界来说明其形状和面积。

图1（a）所示的实施方式的例子只是引线电极27a、27b的引出结构的一例，引线电极27a也可以经过其他厚壁部。但是，希望引线电极27a、27b的长度最短，优选的是，通过以引线电极27a、27b彼此隔着基板10而不交叉的方式进行配置，来抑制静电电容的增加。

此外，关于激励电极25a、25b、引线电极27a、27b和焊盘电极29a、29b，使用蒸镀装置或溅射装置等，例如形成镍（Ni）膜作为底层，并在其上重叠地形成金（Au）膜作为上层。另外，作为电极材料，可以替代底层的镍（Ni）而使用铬（Cr），并且替代上层的金（Au）而使用银（Ag）、铂（Pt）。

石英等压电材料属于三方晶系，如图2所示，具有相互垂直的晶轴X、Y、Z。X轴、Y轴、Z轴分别被称作电轴、机械轴、光轴。并且，关于石英基板，采用了沿着使XZ面绕X轴旋转了预定角度θ后的平面而从石英切出的“旋转Y切石英基板”作为基板10。例如，在AT切石英基板的情况下，角度θ为大致35°15′。另外，Y轴和Z轴也绕X轴旋转了θ，分别成为Y’轴和Z’轴。因此，AT切石英基板具有垂直的晶轴X、Y’、Z’。对于AT切石英基板，厚度方向是Y’轴，与Y’轴垂直的XZ’面（包含X轴和Z’轴的面）是主面，激励产生厚度剪切振动作为主振动。

即，如图2所示，基板10是“旋转Y切石英基板”，关于该旋转Y切石英基板，以由X轴（电轴）、Y轴（机械轴）和Z轴（光轴）构成的正交坐标系的X轴为旋转轴，使所述Z轴以+Z侧朝向所述Y轴的－Y方向旋转的方式倾斜后的轴为Z’轴，使所述Y轴以+Y侧朝向所述Z轴的+Z方向旋转的方式倾斜后的轴设为Y’轴，包含所述X轴和所述Z’轴的面为主面，把沿着所述Y’轴的方向作为厚度。

另外，本实施方式的例子的基板10不限于角度θ为大致35°15′的AT切，还可以广泛应用于激励产生厚度剪切振动的BT切等的基板。

并且，使用了沿着振动部12的外缘设置厚壁部的例子进行了说明，但不限于此，还可以广泛应用于沿着振动部12的外缘整周设置厚壁部的基板、以及没有设置厚壁部的平板状的基板。

通常对于厚度剪切振动模式而言，如果在基板上部分地形成电极或设置厚度差，则能够将振动能量封闭于该部分附近，能够得到稳定的谐振频率。此时的封闭模式的谐振频率表示为能量封闭系数M的函数，该能量封闭系数M是根据基板的板厚ts、激励电极的膜厚te和尺寸hx求出的。

能量封闭系数M用下式（1）表示。

$M=K\×(\mathrm{hx}/2\×\mathrm{ts})\×\sqrt{\mathrm{\Δ}}---\left(1\right)$

其中，K是基板的各向异性系数（对于AT切基板而言为1.538），hx是激励电极的沿着厚度剪切振动的位移方向的尺寸，ts是基板的厚度，Δ是频率降低量。并且，在激励电极的形状为圆形或椭圆形那样并非矩形的情况下，hx的尺寸是沿着厚度剪切振动模式的位移方向的长度中的最大值。

此外，频率降低量Δ用下式（2）表示。

Δ=（fs－fe）/fs   （2）

其中，fs是基板的截止频率，fe是在基板整面上形成了激励电极时的频率。

另外，在正反面的激励电极的形状和面积相同的情况下，基板的截止频率fs用下式（3）表示，在基板整面上形成了激励电极时的频率fe用下式（4）表示。

fs=R/ts   （3）

fe=R/[ts+te×（ρe/ρx）]   （4）

其中，R是基板的频率常数，ts是基板的厚度，te是正反面的激励电极的厚度合计，ρe是激励电极的密度，ρx是基板的密度。

此外，在正反面的激励电极的形状和面积不同的情况下，基板的截止频率fs用下式（5）表示，在基板整面上形成了激励电极的膜时的频率fe用下式（6）表示。

fs=R/[ts+te2×（ρe/ρx）]   （5）

fe=R/[ts+te×（ρe/ρx）]   （6）

其中，R是基板的频率常数，ts是基板的厚度，te2是面积较大一方的激励电极的厚度，te是正反面的激励电极的厚度合计，ρe是激励电极的密度，ρx是基板的密度。此外，在式（1）中，hx是面积较小一方的激励电极的沿着厚度剪切振动的位移方向的尺寸。

根据式（1）至式（6），在正反面的激励电极的形状和面积不同的情况下，如果基板的厚度ts、激励电极的厚度te和尺寸hx等为相同条件，则与正反面的激励电极的形状和面积相同的情况相比，面积较大一方的激励电极的厚度加到了基板的厚度上，结果使得基板变厚，由此基板的截止频率fs降低。因此，频率降低量Δ减小，所以能量封闭系数M减小，能够容易地减少非谐波模式的寄生。

此外，在使能量封闭系数M相同的情况下，与正反面的激励电极的形状和面积相同的情况相比，能够增加激励电极的膜厚te。

一般而言，在AT切石英基板的厚度剪切振动模式中，封闭基波的单一模式的条件认为是能量封闭系数M=2.8以下。

例如，对于以491MHz频带的谐振频率进行谐振的AT切石英振动元件，在设激励电极尺寸hx=0.30mm的情况下，能量封闭系数M=2.8的激励电极的膜厚大约为1nm，非常薄，这是在制造上不能实现的膜厚，即使能够实现，也会由于电极薄膜化的欧姆损耗的影响，导致CI值变得非常大，从而振荡电路无法进行振荡。

因此，在高频下以避免电极膜厚的欧姆损耗的方式进行成膜（增加膜厚）时，从仅封闭主振动的能量封闭系数从M=2.8大幅增大，因此无法避免除了主振动以外还封入了低次的非谐波模式的寄生的状况。但是，如果所封入的寄生的最小CI值与主振动CI值的CI值比为1.8以上，则可以说理论上不存在因非谐波模式的寄生引起振荡的情况。因此，本申请的发明人想到：如果将主振动的CI值减小为20Ω以下，并考虑制造偏差而使得主振动CI值的CI值与寄生的CI值的CI值比成为2.0以上，则能够满足振荡电路的要求规格而进行振荡，因此能够实现实用化。

在图3中，将镍（Ni）作为底层，示出了作为上层的金（Au）层的厚度和方块电阻值。图3是将底层的镍（Ni）层的厚度固定于7nm，并在45nm～150nm的范围内改变金（Au）层的厚度时的方块电阻的测量结果。根据图3可知，当厚度为90nm以下时，方块电阻急剧增大。因此，除了决定能量封闭系数M的激励电极膜厚以外，为了防止主振动的CI值因欧姆损耗的影响而变大，还需要增大引线电极27a、27b和焊盘电极29a、29b的膜厚。尤其是，引线电极部与焊盘部相比更加细长，因此欧姆损耗的影响更大。例如，在将引线电极部的长度假定为10个□（连接10个正方形后的长度）的情况下，为了使引线电极部的电阻值成为2Ω以下，根据图3，需要使方块电阻为0.2Ω/□的电极厚度成为150nm以上。

在图1（a）所示的实施方式的例子中，将凹陷面侧（图1（b）的正面侧）的激励电极25a的平面形状设定为收纳于平坦面侧（图1（b）的背面侧）的激励电极25b的外形形状的外缘内的大小。即，将激励电极25a形成为小于激励电极25b的形状。这是为了不会因激励电极的质量负荷效应而过度增大能量封闭系数M。即，通过增大背面侧（下表面侧）的激励电极25b，使得频率降低量Δ仅取决于正面侧（上表面侧）的激励电极25a的质量负荷效应，因此能量封闭系数M大致减半。因此，能够减少所封入的非谐波模式的寄生。

例如，在激励电极25a、25b在正反面为相同的形状和面积的情况下，将电极膜厚的正反面分别设为60nm时，在正反面的激励电极25a、25b的形状和面积不同的情况下，为了使得能量封闭系数M与上述正反面为相同的形状和面积时相同，正反面的电极膜厚分别成为120nm。在计算各个电极膜厚中的激励电极部分的电阻值时，根据图3，在上述正反面为相同的形状和面积的情况下，电极膜厚60nm的方块电阻为1.2Ω/□，因此正反面的激励电极部处的电阻值大约为2.4Ω。与此相对，在上述正反面的形状和面积不同的情况下，电极膜厚120nm的方块电阻为0.3Ω/□，正反面的激励电极部处的电阻值大约为0.6Ω。因此，在设计具有相同的能量封闭系数M的振动元件的情况下，在激励电极的正反面的形状和面积不同的设计中，能够使得欧姆损耗的影响成为大约1/4，因此有利于降低CI值。

图4示出了基于图1的实施方式的例子而试制的、以246MHz～491MHz频带的谐振频率进行振动的AT切石英振动元件的试制条件和测量结果。关于正反面的激励电极25a、25b，将作为底层的镍（Ni）层的厚度固定于7nm，将作为上层的金（Au）层的厚度设为45nm～120nm。关于激励电极25a的尺寸，以hx/hz=1.28为中心，为了满足1.25≦hx/hz≦1.31，将hx设为0.14mm～0.70mm，将hz设为0.11mm～0.56mm。这里，hz是激励电极25a的沿着与厚度剪切振动方向垂直的方向的尺寸（长度）。

此外，关于正反面的引线电极27a、27b和焊盘电极29a、29b，为了避免欧姆损耗的影响，在形成了与激励电极相同厚度的上层部上层叠厚度为7nm的镍（Ni）层，并在其上层叠厚度为200nm的金（Au）层。

此处，图4所示的试制条件满足了上式（1）、（2）、（5）、（6）。

$M=K\×(\mathrm{hx}/2\×\mathrm{ts})\×\sqrt{\mathrm{\Δ}}---\left(1\right)$

Δ=（fs－fe）/fs   （2）

fs=R/[ts+te2×（ρe/ρx）]   （5）

fe=R/[ts+te×（ρe/ρx）]   （6）

此外，各参数如下所示。

K=1.538

R=1.67（MHz·mm）

ρx=2.649（g/cm³）

ρ_Au（金的密度）=19.3（g/cm³）

ρ_Ni（镍的密度）=8.9（g/cm³）

由双层构造构成的激励电极的密度ρe如下进行计算。

ρe=（ρ_Au×t_Au+ρ_Ni×t_Ni）/（t_Au+t_Ni）

其中，t_Au是上层的金（Au）层的厚度，t_Ni是底层的镍（Ni）层的厚度。

fs是振动部12的截止频率，fe是在振动部12上配置了激励电极时的频率。

根据图4可知，在将能量封闭系数M设为15.5≦M≦36.7时，能够将主振动的CI值降低为20（Ω）以下。

图5将图4所示的AT切石英振动元件的与能量封闭系数M对应的CI值描绘成曲线状来进行表示。表现出当能量封闭系数M变大时，CI值变小的趋势，认为其原因是：通过增大电极膜厚，欧姆损耗的影响变小，并且，通过增大电极面积，使得激励电荷变多，电阻变小。

因此，根据图5，通过使能量封闭系数M成为17.1以上，能够满足振荡电路所需的CI值规格（CI≦20Ω）。

图6示出了图4所示的AT切石英振动元件的与能量封闭系数M对应的主振动的CI值（CIm）和寄生的CI值（CIs）的CI值比（CIs/CIm）。表现出当能量封闭系数M变大时，CI值比（CIs/CIm）变小的趋势，认为其原因是：通过增大激励电极的膜厚和面积，较大地封入了非谐波模式的寄生。

根据图6，通过使能量封闭系数M成为35.7以下，能够满足振荡电路所需的寄生的规格（CIs/CIm≧2.0）。

根据以上结果判明：在激励电极25a、25b的正反面的形状和面积不同的情况下，当能量封闭系数M满足17.1≦M≦35.7时，能够同时满足振荡电路所需的CI值的规格（CI≦20Ω）和寄生的规格（CIs/CIm≧2.0）。

在图1的实施方式的例子中，作为激励电极25a、25b的形状，示出了四边形、即正方形或矩形（以X轴方向为长边）的例子，但是不需要限定于此。正面侧的激励电极25a可以是圆形或椭圆形，背面侧的激励电极25b可以是充分大于激励电极25a的四边形、圆形和椭圆形。

并且，在采用了AT切石英基板的厚度剪切振动模式的情况下，根据晶体的各向异性确定的位移方向的位移分布、和与其垂直的方向的位移不同，可以说其电极尺寸比（hx/hz）为大约1.28时效率最好，因此该比值的椭圆形状或矩形形状的激励电极形状能够使得石英振动元件的电容比γ（=C0/C1，此处，C0是静电电容，C1是串联谐振电容）成为最小。

接着，图7示出了为了避免欧姆损耗的影响而使正反面的引线电极27a、27b和焊盘电极29a、29b厚膜化的实验结果。厚膜化是在形成了与激励电极25a、25b相同膜厚的上层部上，层叠膜厚为7nm的镍（Ni），并在其上层叠地形成了膜厚为200nm的金（Au）。图7示出了在图1的实施方式的例子中试制的以491MHz频带的谐振频率进行振动的AT切石英振动元件的与引线电极膜厚对应的CI值。

根据图7，通过对引线电极27a、27b和焊盘电极29a、29b的膜厚进行厚膜化，能够将CI值从25.1Ω降低为13.2Ω。因此，引线电极27a、27b和焊盘电极29a、29b的厚膜化对于振动元件1的低CI化是有效的。尤其是需要形成为细长状的引线电极27a、27b的厚膜化所带来的低CI化的效果非常明显。

2.振子

接着，对应用了上述振动元件1的振子（本发明的振子）进行说明。

图8是示出本发明的一个实施方式的振子的结构的图，图8的（a）是省略盖部件的俯视图，图8的（b）是纵剖视图。振子2由以下部分构成：振动元件1；用于收纳振动元件1且形成为矩形箱状的封装主体40；以及由金属、陶瓷或玻璃等构成的盖部件49。

如图8所示，封装主体40是层叠第1基板41、第2基板42、第3基板43、密封圈44和安装端子45而形成的。在第1基板41的外部底面形成有多个安装端子45。第3基板43是去除了中央部后的环状体，在第3基板43的上部周缘处形成有例如铁镍钴合金等的密封圈44。

由第3基板43和第2基板42形成收纳振动元件1的凹部（腔室）。在第2基板42的上表面的预定位置处，设置有通过导体46与安装端子45电导通的多个元件搭载焊盘47。元件搭载焊盘47以在载置振动元件1时与形成于第2厚壁主体15a上的焊盘电极29a对应的方式进行配置。

在固定振动元件1时，首先反转（翻转）振动元件1而将焊盘电极29a载置到涂覆有导电性粘接剂30的元件搭载焊盘47并施加负荷。关于导电性粘接剂30，考虑到经年变化而采用了脱气少的聚酰亚胺类粘接剂。

接着，为了使搭载于封装主体40的振动元件1的导电性粘接剂30硬化，将其放入到预定温度的高温炉中预定时间。在使导电性粘接剂30硬化后，用接合线BW对反转成为上表面侧的焊盘电极29b和封装主体40的电极端子48进行导通连接。如图8（b）所示，将振动元件1支撑/固定到封装主体40上的部分为一处（一点），因此能够减小因支撑固定产生的安装应力的大小。在实施了退火处理后，对激励电极25b附加质量、或减小质量来进行频率调整。之后，在形成于封装主体40的上表面的密封圈44上，载置盖部件49，在减压环境中或氮气环境中对盖部件49进行缝焊密封，从而完成振子2。或者，还有如下方法：在封装主体40的第3基板43的上表面上涂覆的低熔点玻璃上载置盖部件49，进行熔化来实现紧密贴合。在该情况下，封装的腔室内也是成为减压环境、或用氮气等惰性气体进行填充，完成振子2。

也可以构成在Z’轴方向上隔着焊盘电极29a、29b的间隔而形成的振动元件1。在该情况下，也能够与图8中说明的振子2同样地构成振子。此外，还可以构成在同一平面上隔开间隔地形成了焊盘电极29a、29b的振动元件1。在该情况下，振动元件1是在两处（两点）涂覆导电性粘接剂30而实现了导通和支撑/固定的结构。该结构是适于低高度化的结构，但是因导电性粘接剂30引起的安装应力可能会稍微变大。

在以上的振子2的实施方式的例子中，说明了封装主体40采用了层叠板的例子，但也可以是：封装主体40采用单层陶瓷板，盖体采用实施深冲加工而成的帽来构成振子。

如图8所示，支撑振动元件1的部位仅为一点，且在厚壁部13与振动部12之间设置了狭缝17，由此能够减小因导电性粘接剂30产生的安装应力，因此具备如下效果：能够得到频率再现性、频率温度特性、CI温度特性和频率时效特性优异的振子2。

3.电子器件

接着，对应用了本发明的振动元件的振荡器（本发明的电子器件）进行说明。

图9是示出本发明的一个实施方式的电子器件的结构的图，图9的（a）是省略盖部件后的俯视图，图9的（b）是纵剖视图。电子器件3具有：封装主体50；盖部件49；振动元件1；IC部件51，其搭载有对振动元件1进行激励的振荡电路；电容根据电压而变化的可变电容元件、电阻根据温度而变化的热敏电阻、以及电感器等电子部件52中的至少一个。

如图9所示，封装主体50是层叠第1基板61、第2基板62和第3基板63而形成的。在第1基板61的外部底面形成有多个安装端子45。第2基板62和第3基板63由去除中央部后的环状体形成。

由第1基板61、第2基板62和第3基板63形成了收纳振动元件1、IC部件51和电子部件52等的凹部（腔室）。在第2基板62的上表面的预定位置处，设置有通过导体46与安装端子45电导通的多个元件搭载焊盘47。元件搭载焊盘47以在载置振动元件1时与形成于第2厚壁主体15a上的焊盘电极29a对应的方式进行配置。

将反转后的振动元件1的焊盘电极29a载置到涂覆有导电性粘接剂（聚酰亚胺类）30的封装主体50的元件搭载焊盘47上，实现焊盘电极29a和元件搭载焊盘47的导通。利用接合线BW将反转成为上表面侧的焊盘电极29b与封装主体50的电极端子48连接，通过形成于封装主体50的基板之间的导体，实现与IC部件51的一个电极端子55的导通。将IC部件51固定到封装主体50的预定位置处，利用接合线BW将IC部件51的端子与封装主体50的电极端子55连接。并且，将电子部件52载置到封装主体50的预定位置处，并使用金属凸块等连接到导体46。使封装主体50成为真空或者用氮等惰性气体进行充满，用盖部件49对封装主体50进行密封而完成电子器件3。

在利用接合线BW将焊盘电极29b和封装主体50的电极端子48连接的方法中，支撑振动元件1的部位为一处（一点），减小了因导电性粘接剂30产生的安装应力。此外，在收纳到封装主体50时，反转振动元件1，使得更大的激励电极25b处于上表面，因此电子器件3的频率调整比较容易。

如图9所示，在构成电子器件3时，使用了以基波进行激励的高频的振动元件1，因此具备如下效果：能够得到电容比小、频率可变幅度大、并且S/N比良好的压控型振荡器。

此外，作为电子器件3，可以构成振荡器、温度补偿型振荡器等，具备能够构成频率再现性、时效特性、频率温度特性优异的振荡器的效果。

4.电子设备

接着，根据图10～图12，对应用了本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备（本发明的电子设备）进行详细说明。

图10是示出作为具有本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备的移动型（或笔记本型）的个人计算机的结构的立体图。在该图中，个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104以及具有显示部100的显示单元1106构成，显示单元1106通过铰链构造部以能够转动的方式支承在主体部1104上。在这种个人计算机1100中内置有作为滤波器、谐振器、基准时钟等发挥功能的振动元件1。

图11是示出作为具有本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备的便携电话机（也包括PHS）的结构的立体图。在该图中，便携电话机1200具有多个操作按钮1202、接听口1204以及通话口1206，在操作按钮1202与接听口1204之间配置有显示部100。在这种便携电话机1200中内置有作为滤波器、谐振器等发挥功能的振动元件1。

图12是示出作为具有本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备的数字静态照相机的结构的立体图。另外，在该图中，还简单地示出了与外部设备之间的连接。这里，通常的照相机是通过被摄体的光像对银盐胶片进行感光，与此相对，数字静态照相机1300则通过CCD（Charge Coupled Device）等摄像元件对被摄体的光像进行光电转换来生成摄像信号（图像信号）。

在数字静态照相机1300的外壳（机身）1302的背面设置有显示部100，构成为根据CCD的摄像信号进行显示，显示部100作为将被摄体显示为电子图像的取景器发挥功能。并且，在外壳1302的正面侧（图中背面侧）设置有包含光学镜头（摄像光学系统）和CCD等的受光单元1304。

摄影者确认显示部100中显示的被摄体像，当按下快门按钮1306时，该时刻的CCD的摄像信号被传输到存储器1308内进行存储。并且，在该数字静态照相机1300中，在外壳1302的侧面设置有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图所示，根据需要，在视频信号输出端子1312上连接电视监视器1430，在数据通信用的输入输出端子1314上连接个人计算机1440。而且，构成为通过规定操作，将存储在存储器1308中的摄像信号输出到电视监视器1430或个人计算机1440。在这种数字静态照相机1300中内置有作为滤波器、谐振器等发挥功能的振动元件1。

另外，除了图10的个人计算机（移动型个人计算机）、图11的便携电话机、图12的数字静态照相机以外，具有本发明的一个实施方式的振动元件的电子设备例如还可以应用于喷墨式排出装置（例如喷墨打印机）、膝上型个人计算机、电视、摄像机、录像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本（也包含通信功能）、电子辞典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备（例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜）、鱼群探测器、各种测定设备、计量仪器类（例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类）、飞行模拟器等。

5.移动体

接着，对应用了本发明的振子的移动体（本发明的移动体）进行说明。

图13是概略地示出作为本发明的移动体的一例的汽车的立体图。在汽车1500上搭载有振子2（振动元件1）。振子2可以广泛应用于无钥匙门禁、防盗器、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统（ABS）、安全气囊、轮胎压力监测系统（TPMS：Tire Pressure Monitoring System）、发动机控制器、混合动力汽车及电动汽车的电池监视器、以及车体姿势控制系统等的电子控制单元（ECU：electronic control unit）1510。

以上，根据图示的实施方式对本发明的振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但是，本发明不限于此，各个部分的结构可置换为具有相同功能的任意结构。此外，可以在本发明中附加其他任意的结构物。此外，还可以适当组合上述各实施方式。

Claims (9)

1.一种振动元件，其特征在于，该振动元件包含：

基板，其以厚度剪切振动进行振动，包含处于正反关系的第1主面和第2主面；

第1激励电极，其设置在所述第1主面上；以及

第2激励电极，其设置在所述第2主面上，在俯视时比所述第1激励电极大，

在俯视时，所述第1激励电极处于所述第2激励电极的外缘内，

该振动元件满足：

$M=K\×(\mathrm{hx}/2\×\mathrm{ts})\×\sqrt{\mathrm{\Δ}}$

Δ=（fs－fe）/fs

fs=R/[ts+te2×（ρe/ρx）]

fe=R/[ts+te×（ρe/ρx）]

15.5≦M≦36.7

其中，M是能量封闭系数，K是基板的各向异性系数，hx是所述第1激励电极的沿着厚度剪切振动方向的长度，ts是所述基板的厚度，Δ是频率降低量，fs是所述基板的截止频率，fe是在所述基板上配置了所述激励电极时的频率，R是所述基板的频率常数，te是所述第1激励电极和所述第2激励电极的厚度合计，te2是所述第2激励电极的厚度，ρe是所述激励电极的密度，ρx是所述基板的密度。

2.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，该振动元件满足：

17.1≦M≦35.7。

3.根据权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，该振动元件满足：

1.25≦hx/hz≦1.31，

其中，hz是所述第1激励电极的沿着与厚度剪切振动方向垂直的方向的长度。

4.根据权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，

所述基板是石英基板。

5.根据权利要求4所述的振动元件，其特征在于，

所述石英基板是AT切石英基板。

6.一种振子，其特征在于，该振子具有：

权利要求1或2所述的振动元件；以及

收纳所述振动元件的封装。

7.一种电子器件，其特征在于，该电子器件具有：

权利要求1或2所述的振动元件；以及

驱动所述振动元件的振荡电路。

8.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1或2所述的振动元件。

9.一种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1或2所述的振动元件。

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