CN103944531A - 振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体，能够抑制由加速度等外力引起的振动特性的变化，从而发挥稳定的振动特性。振动元件（1）具有：压电基板（2），其具有振动部（21）和厚度比振动部（21）厚的厚壁部（22）；以及设置在振动部（21）的正面和背面的一对激励电极（31、32）。此外，厚壁部（22）具有沿着振动部（21）的第2外缘（213）设置的第2厚壁部（24）。第2厚壁部（24）在俯视振动元件（1）时与固定部（29）侧相反一侧的端部上包含外缘部（243），该外缘部（243）与X轴和Z’轴这两个轴交叉。
Description
技术领域
本发明涉及振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体。
背景技术
AT切石英振动元件由于进行激励的主振动的振动模式是厚度剪切振动，适合小型化、高频率化，并且频率温度特性呈优异的三次曲线，因此，被用于压电振荡器、电子设备等多个方面。
在专利文献1中公开有具有薄壁的振动部和设于振动部全周的厚壁部的倒台面结构的AT切石英振动元件，该AT切石英振动元件在所述厚壁部的一端部通过粘接剂被固定在封装上。存在如下问题：在AT切石英振动元件被悬臂支持的状态下，对AT切石英振动元件施加厚度方向的加速度时，位于自由端侧的振动部发生振动（变形），振动特性（频率特性）不稳定。特别是在专利文献1记载的AT切石英振动元件中，由于在振动部的整个周围形成有厚壁部，前端部的重量较重，因此对加速度的影响较大，与此相应地，频率偏移量也变大。
专利文献1：日本特开2002-198772号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体，能够降低由加速度（振动）等外力引起的振动特性的变化，发挥稳定的振动特性。
本发明正是为了解决上述问题的至少一部分而完成的，可以作为以下的应用例而实现。
［应用例1］
本发明的振动元件的特征在于，该振动元件包含：
基板，其包含第1区域和第2区域，其中，该第1区域包含以厚度剪切振动的方式进行振动的振动区域，该第2区域与所述第1区域成为一体，厚度比所述第1区域厚；以及
激励电极，其分别设于所述振动区域的彼此处于正反关系的第1主面和第2主面，
所述第2区域包含：
第1厚壁部，其配置有安装于对象物的固定部；以及
第2厚壁部，其与所述第1厚壁部连接，
所述第2厚壁部在俯视时与所述固定部侧相反一侧的端部包含外缘部，该外缘部与所述厚度剪切振动的振动方向和垂直于所述厚度剪切振动的振动方向的方向交叉。
由此，可得到能够降低前端侧（与固定部相反一侧）的质量，降低由加速度（振动）等外力引起的振动特性的变化，发挥稳定的振动特性的振动元件。
［应用例2］
在本发明的振动元件中，优选的是，
所述第1区域包含：
与所述厚度剪切振动的振动方向交叉的一对第1外缘；以及
沿着所述厚度剪切振动的振动方向的一对第2外缘，
沿着所述一对第1外缘中的一方设置所述第1厚壁部，
沿着所述一对第2外缘中的至少一方设置所述第2厚壁部。
由此，可得到能够降低前端侧（与固定部相反一侧）的质量，降低由加速度（振动）等外力引起的振动特性的变化，发挥稳定的振动特性的振动元件。
［应用例3］
在本发明的振动元件中，优选的是，所述第2厚壁部包含：倾斜部，其与所述第2外缘连接设置，厚度朝向远离所述第2外缘的方向而逐渐增大；以及厚度恒定的厚壁部主体，其连接于所述倾斜部的与所述第2外缘相反一侧的端缘，
所述外缘部整体设置在所述厚壁部主体上。
由此，能够在较高地确保振动元件的刚性的同时，降低前端侧的质量。
［应用例4］
在本发明的振动元件中，优选的是，所述第2厚壁部包含：倾斜部，其与所述第2外缘连接设置，厚度朝向远离所述第2外缘的方向而逐渐正大；以及厚度恒定的厚壁部主体，其连接于所述倾斜部的与所述第2外缘相反一侧的端缘，
跨所述厚壁部主体和所述倾斜部设置所述外缘部。
由此，能够在确保振动元件的刚性的同时，进一步降低前端侧的质量。
［应用例5］
在本发明的振动元件中，优选的是，所述第2厚壁部包含：倾斜部，其与所述第2外缘连接设置，厚度朝向远离所述第2外缘的方向而逐渐正大；以及厚度恒定的厚壁部主体，其连接于所述倾斜部的与所述第2外缘相反一侧的端缘，
跨所述厚壁部主体、所述倾斜部以及第1区域设置所述外缘部。
由此，能够进一步降低前端侧的质量。
［应用例6］
在本发明的振动元件中，优选的是，当设在所述第2厚壁部的所述厚度剪切振动的振动方向上与所述激励电极并列的区域为第1厚壁部区域，与所述第1厚壁部区域相比所述固定部相反一侧的区域为第2厚壁部区域时，
跨所述第2厚壁部区域和所述第1厚壁部区域设置所述外缘部。
由此，能够在确保振动元件的刚性的同时，进一步降低前端侧的质量。
［应用例7］
在本发明的振动元件中，优选的是，当设在所述第2厚壁部的所述厚度剪切振动的振动方向上与所述激励电极并列的区域为第1厚壁部区域，与所述第1厚壁部区域相比所述固定部相反一侧的区域为第2厚壁部区域，与所述第1厚壁部区域相比所述固定部侧的区域为第3厚壁部区域时，
跨所述第2厚壁部区域、所述第1厚壁部区域以及所述第3厚壁部区域设置所述外缘部。
由此，能够进一步降低前端侧的质量。
［应用例8］
在本发明的振动元件中，优选的是，当设俯视所述基板时被所述第2厚壁部的所述厚壁部主体的所述第2外缘侧的端缘、与所述第2外缘相反一侧的端缘、与所述激励电极在所述振动方向上的一端相交且与所述振动方向正交的直线、以及与所述激励电极在所述振动方向上的另一端相交且与所述振动方向正交的直线包围的区域的面积为S1，位于所述区域内的所述第2厚壁部的面积为S2时，0.65≤S2/S1≤0.85。
由此，能够在确保振动元件的刚性的同时，降低前端侧的质量。
［应用例9］
在本发明的振动元件中，优选的是，当设俯视所述基板时被所述第2厚壁部的所述厚壁部主体的所述第2外缘侧的端缘、与所述第2外缘相反一侧的端缘、与所述第1区域在所述振动方向上的一端相交且与所述振动方向正交的直线、以及与所述第1区域在所述振动方向上的另一端相交且与所述振动方向正交的直线包围的区域的面积为S3，位于所述区域内的所述第2厚壁部的面积为S4时，S4/S3≤0.75。
由此，能够充分降低端侧的质量。
［应用例10］
在本发明的振动元件中，优选的是，在俯视所述基板时，所述第1区域的面积为所述基板的面积的1/2以下。
由此，能够充分确保振动元件的刚性。
［应用例11］
在本发明的振动元件中，优选的是，与所述第1厚壁部连接的所述第1外缘和与所述第2厚壁部连接的所述第2外缘是通过第3外缘连接的，其中，该第3外缘与所述振动方向和垂直于所述振动方向的方向这两个方向交叉。
由此，能够缓和向与第1厚壁部连接的第1外缘和与第2厚壁部连接的第2外缘的边界的应力集中。
［应用例12］
在本发明的振动元件中，优选的是，该振动元件具有引出电极，该引出电极从所述激励电极延伸，经由所述第2区域的与所述第2外缘连接的侧壁和与所述第3外缘连接的侧壁，引出到所述第2区域的主面。
由此，能够增大引出电极的宽度，降低引出电极的串联电阻。
［应用例13］
在本发明的振动元件中，优选的是，能够从所述基板的与形成有所述固定部的主面相反侧的主面侧，隔着所述固定部看到背景。
由此，能够高精度地控制与固定部接触的粘接剂的配置、直径等。
［应用例14］
在本发明的振动元件中，优选的是，所述基板是如下的石英板：在石英晶轴即作为电气轴的X轴、作为机械轴的Y轴以及作为光学轴的Z轴中，将所述X轴作为旋转轴，将使所述Z轴以+Z侧向所述Y轴的-Y方向旋转的方式倾斜后的轴作为Z’轴，将使所述Y轴以+Y侧向所述Z轴的+Z方向旋转的方式倾斜后的轴作为Y’轴，将包含所述X轴和所述Z’轴的面作为主面，将沿着所述Y’轴的方向作为厚度。
由此，能够得到温度特性优异的振动元件。
［应用例15］
本发明的振子的特征在于，该振子具有本发明的振动元件以及收纳所述振动元件的封装。
由此，能够得到高可靠性的振子。
［应用例16］
本发明的振荡器的特征在于，该振荡器具有本发明的振动元件以及驱动所述振动元件的振荡电路。
由此，能够得到高可靠性的振荡器。
［应用例17］
本发明的电子设备的特征在于，该电子设备具有本发明的振动元件。
由此，能够得到高可靠性的电子设备。
［应用例18］
本发明的移动体的特征在于，该移动体具有本发明的振动元件。
由此，能够得到高可靠性的移动体。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的振动元件的立体图。
图2是图1所示的振动元件的俯视图。
图3是说明AT切石英基板与石英晶轴之间的关系的图。
图4是示出将图1所示的振动元件固定于对象物后的状态的侧视图。
图5是示出图1所示的振动元件的变形例的俯视图。
图6是示出图1所示的振动元件的变形例的俯视图。
图7是图1所示的振动元件的俯视图。
图8是图1所示的振动元件的俯视图。
图9是示出图1所示的振动元件的变形例的立体图。
图10是示出图1所示的振动元件的加速度灵敏度的曲线图。
图11是本发明的第2实施方式的振动元件的俯视图。
图12是本发明的第3实施方式的振动元件的俯视图。
图13是本发明的第4实施方式的振动元件的俯视图。
图14是本发明的第5实施方式的振动元件的俯视图。
图15是示出图14所示的振动元件的变形例的俯视图。
图16是本发明的第6实施方式的振动元件的立体图。
图17是示出本发明的振子的优选实施方式的剖视图。
图18是示出本发明的振荡器的优选实施方式的剖视图。
图19是示出应用本发明的电子设备的移动式（或者笔记本式）个人计算机的结构的立体图。
图20是示出应用本发明的电子设备的移动电话（包含PHS）的结构的立体图。
图21是示出应用本发明的电子设备的数字静态照相机的结构的立体图。
图22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。
图23是示出本发明的振动元件与振荡频率之间的关系的俯视图。
图24是示出本发明的振动元件与振荡频率之间的关系的俯视图。
图25是示出本发明的振动元件与振荡频率之间的关系的俯视图。
标号说明
1、1A、1B、1C、1D、1E…振动元件10…振子100…振荡器110…IC芯片120…内部端子2…压电基板21…振动部211、212…第1外缘213、214…第2外缘215…第3外缘216…第4外缘219…振动区域22…厚壁部23…第1厚壁部231…倾斜部232…厚壁部主体24…第2厚壁部241…倾斜部241a、241b…面242…厚壁部主体242a、242b…端缘243…外缘部243a、243b…端29…固定部3…电极31、32…激励电极33、34…焊盘电极35、36…引出电极91…粘接剂92…对象物4…封装41…基底411…凹部42…盖451、461…连接电极452、462…外部安装端子51…导电性粘接剂52…接合引线1100…个人计算机1102…键盘1104…主体部1106…表示单元1200…移动电话1202…操作按钮1204…受话口1206…送话口1300…数字静态照相机1302…壳体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2000…显示部L1、L2、L3、L4、L5、L6…直线T21…中央区域T22…前端侧区域T23…基端侧区域T1、T3、T4…区域S…收纳空间
具体实施方式
以下，根据附图所示的优选实施方式来详细说明本发明的振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体。
1.振动元件
首先，对本发明的振动元件进行说明。
＜第1实施方式＞
图1是本发明的第1实施方式的振动元件的立体图，图2是图1所示的振动元件的俯视图，图3是说明AT切石英基板与石英晶轴之间的关系的图，图4是示出将图1所示的振动元件固定于对象物后的状态的侧视图，图5和图6分别是示出图1所示的振动元件的变形例的俯视图，图7和图8分别是图1所示的振动元件的俯视图，图9是示出图1所示的振动元件的变形例的立体图，图10是示出图1所示的振动元件的加速度灵敏度的曲线图。另外，以下为了便于说明，将图2中的右侧称作前端，左侧称作基端。
如图1和图2所示，振动元件1具有压电基板（基板）2和形成在压电基板2上的电极3。
（压电基板）
压电基板2是板状的石英基板。这里，作为压电基板2的材料的石英属于三方晶系，如图3所示，具有彼此正交的晶轴X、Y、Z。将X轴、Y轴、Z轴分别称作电气轴、机械轴、光学轴。本实施方式的压电基板2是沿着将XZ面绕X轴旋转规定的角度θ后的平面切出的“旋转Y切石英基板”，例如将沿着旋转θ=35°15’后的平面切出时的基板称作“AT切石英基板”。通过使用这样的石英基板而成为具有优异温度特性的振动元件1。但是，压电基板2不限于AT切压电基板，只要能够激励厚度剪切振动即可，例如，也可以使用BT切或SC切的压电基板。
另外，以下将与角度θ对应地绕X轴旋转后的Y轴和Z轴设为Y’轴和Z’轴。即，压电基板2在Y’轴方向上具有厚度，在XZ’面方向上具有广度。
压电基板2在俯视时呈以沿X轴的方向为长边，沿Z’轴的方向为短边的大致长方形状。此外，压电基板2将-X轴方向作为前端侧，+X轴方向作为基端侧。当将压电基板2的沿X轴的方向的最大长度设为L，沿Z’轴的方向的最大宽度设为W时，L/W没有特别的限定，但是优选设为例如1.1～1.4左右。
如图1和图2所示，压电基板2具有：振动部（第1区域）21，其包含薄壁的振动区域（封闭振动能量的区域）219；以及厚壁部（第2区域）22，其与振动部21成为一体，厚度比振动区域219厚。例如可通过湿蚀刻在石英基板的+Y’轴侧的主面上形成凹陷部，由此形成振动部21。
振动部21相对于压电基板2的中央靠近-X轴方向侧和-Z’轴方向侧，其外缘的一部分从厚壁部22露出。这里，优选在俯视振动元件1时，振动部21的面积为压电基板2的面积的1/2以下。由此，能够足够大地形成比振动部21厚且机械强度高的厚壁部22，因此能够充分确保振动元件1（振动部21）的刚性。因此，能够有效地降低由Y’轴方向的加速度（振动、撞击）引起的压电基板2的厚度方向的挠曲，能够降低对Y’轴方向的加速度的灵敏度。此外，能够有效地降低发生不需要的振动模式等。
振动部21具有一对第1外缘211、212和一对第2外缘213、214，在俯视振动元件1时，该一对第1外缘211、212在X轴方向（厚度剪切振动的振动方向）上相离并在Z’轴方向（与X轴方向交叉的方向）上延伸，该一对第2外缘213、214在Z’轴方向上相离并在X轴方向上延伸。在第1外缘211、212中，第1外缘211位于-X轴侧，第1外缘212位于+X轴侧。此外，在第2外缘213、214中，第2外缘213位于+Z’轴侧，第2外缘214位于-Z’轴侧。
此外，振动部21还具有连接第1外缘212的+Z’轴侧的端和第2外缘213的+X轴侧的端的第3外缘215。第3外缘215被设置成与X轴和Z’轴这两个轴交叉。第3外缘215相对于X轴的倾斜角没有特别的限定，但是，优选是30°以上且65°以下左右。通过设置这样的第3外缘215，例如，关于将第1厚壁部23的厚壁部主体232的焊盘电极33作为固定部，安装到封装等的基板时产生的由安装引起的应力，能够缓和向第1外缘212与第2外缘213的边界部附近的应力集中，因此，能够降低由应力引起的在振动部21产生的变形。因此，能够提高振动元件1的振动特性。
此外，振动部21还具有连接第1外缘211的+Z’轴侧的端和第2外缘213的-X轴侧的端的第4外缘216。第4外缘216由后述的外缘部243的一部分构成。
如图1所示，厚壁部22的表面（+Y’轴方向侧的主面）被设置成与振动部21的表面（+Y’轴方向侧的主面）相比向+Y’轴方向侧突出。另一方面，厚壁部22的背面（-Y’轴方向侧的主面）被设置在与振动部21的背面（-Y’轴方向侧的主面）相同的平面上。
厚壁部22具有沿着第1外缘212配置的第1厚壁部23、以及沿着第2外缘213和第3外缘215配置且与第1厚壁部23连接的第2厚壁部24。因此，厚壁部22在俯视时具有沿着振动部21弯曲的结构，呈大致L字状。另一方面，在振动部21的第1外缘211、第2外缘214以及第4外缘216上未形成厚壁部22，这些外缘211、214、216从厚壁部22露出。这样，通过在振动部21的部分外缘上将厚壁部22设置成大致L字状而不沿着第1外缘211、第2外缘214和第4外缘216设置厚壁部22，能够保持振动元件1（振动部21）的刚性，并且降低振动元件1的前端侧的质量。此外，能够实现振动元件1的小型化。
这里，通过将第1厚壁部23相对于振动部21设置在+X轴侧，与设置在-X轴侧的情况相比，能够缩短后述的倾斜部231的宽度（X轴方向的长度）。同样，通过将第2厚壁部24相对于振动部21设置在+Z’轴侧，与设置在-Z’轴侧的情况相比，能够缩短后述的倾斜部241的宽度（Z’轴方向的长度）。因此，根据这样的厚壁部22，能够实现振动元件1的小型化。
第1厚壁部23具有：倾斜部（残渣部）231，其与第1外缘212连接设置，厚度朝向+X轴方向逐渐增大；以及厚度基本恒定的厚壁部主体232，其与倾斜部231的+X轴方向侧的端缘连接。同样，第2厚壁部24具有：倾斜部（残渣部）241，其与第2外缘213和第3外缘215连接设置，厚度朝向+Z’轴方向逐渐增大；以及厚度基本恒定的厚壁部主体242，其与倾斜部241的+Z’轴方向侧的端缘连接。此外，第2厚壁部24在其前端部具有外缘部243，在俯视振动元件1时，该外缘部243在与X轴和Z’轴这两个轴交叉的方向上延伸。以切割压电基板2的位于-X轴侧且+Z’轴侧的角部的方式设置外缘部243。外缘部243是跨厚壁部主体242、倾斜部241和振动部21而形成的。因此，外缘部243的前端侧的端243a位于振动部21，如前所述，外缘部243的一部分构成第4外缘216。如后所述，通过具有这样的外缘部243，能够得到对Y’轴方向的加速度（振动、撞击）的灵敏度下降，即不易受到Y’轴方向的加速度的影响的振动元件1。
此外，在第1厚壁部23的厚壁部主体232的表面即振动元件1的基端侧设有固定（mount）部29。如图4所示，通过该固定部29，使用粘接剂91将振动元件1固定于对象物92。另外，固定部29的位置没有特别的限定，例如也可以设于厚壁部主体232的背面。
（电极）
电极3具有：一对激励电极31、32；一对焊盘电极33、34；以及一对引出电极35、36。激励电极31形成于振动区域219的表面。另一方面，激励电极32与激励电极31相对地配置在振动区域219的背面。激励电极31、32分别是以X轴方向为长度方向，Z’轴方向为宽度方向的大致矩形。此外，背面侧的激励电极32的面积比表面侧的激励电极31的面积大，在俯视振动元件1时，激励电极31整体位于激励电极32内。此外，激励电极31、32被配置成在俯视振动元件1时X轴方向的中心彼此重叠。
焊盘电极33形成于厚壁部主体232的表面的固定部29。另一方面，焊盘电极34与焊盘电极33相对地形成于厚壁部主体232的背面。
从激励电极31延伸出引出电极35，激励电极31和焊盘电极33经由该引出电极35电连接。引出电极35跨倾斜部241的与第2外缘213连接的面241a、与第3外缘215连接的面241b，并且经由这些面241a、241b引出到厚壁部22的表面。由此，能够增大引出电极35的宽度，因此能够降低引出电极35的电阻。
一对激励电极31、32的大小彼此不同，在俯视时，较大的激励电极32内含较小的激励电极31。因此，从较小的激励电极31延伸出的引出电极35与较大的激励电极32具有重叠的区域，并且，当该区域的面积较大时，该区域作为由一对激励电极31、32夹住的振动区域以外的振动区域发挥作用，导致在谐振频率附近产生不必要的杂散（Spurious）。因此，通过在激励电极31与引出电极35的连接区域进行切入来减小连接区域的宽度，从而缩小所述重叠区域的面积。因此，通过缩小所述重叠区域的面积，降低在谐振频率附近产生不必要的杂散。
此外，从激励电极32延伸出引出电极36，激励电极31和焊盘电极34经由该引出电极36电连接。引出电极36被设置成在俯视时不隔着压电基板2与引出电极35重叠。由此，能够抑制引出电极35、36之间的静电电容。此外，在俯视振动元件1时，引出电极35、36没有过度地侵入固定部29内，在固定部29内（特别是缘部）存在未形成电极3的区域T1。在本实施方式中，在俯视时，在前端侧和基端侧中间隔着焊盘电极33、34存在区域T1。构成压电基板2的石英基板具有透光性，因此通过采用上述结构，能够从振动元件1的背面侧看到隔着固定部29的背景（朝向振动元件1一侧的情况）。因此，如图4所示，当使粘接剂91与固定部29接触时，能够隔着振动元件1看到粘接剂91，能够高精度地控制粘接剂91的定位、与粘接剂91的接触面积、粘接剂91的形状等。
这样的电极3能够由金属覆盖膜构成，该金属覆盖膜是在例如Cr（铬）、Ni（镍）等的基底层上层叠Au（金）或以Au（金）为主成分的合金而成的。
以上对振动元件1进行了说明。如前所述，振动元件1具有第2厚壁部24，并且该第2厚壁部24具有外缘部243，由此能够保持振动元件1的前端侧的刚性，并且减小前端侧的质量。因此，能够减小在如图4所示在固定部29上通过粘接剂固定于对象物的状态下，向振动元件1施加Y’轴方向的角速度时振动元件1的前端侧（自由端侧）的挠曲量。其结果是，能够将由于Y’轴方向的加速度引起的振动特性的变化抑制得较小，能够降低振动元件1对Y’轴方向的加速度的灵敏度。因此，不管是否施加Y’轴方向的加速度，振动元件1都能够发挥稳定的振动特性。特别是如本实施方式那样，通过跨厚壁部主体242、倾斜部241和振动部21来形成外缘部243，能够进一步减小振动元件1的前端侧（自由端侧）的质量，上述效果更加显著。
这里，如图2所示，设在俯视振动元件1时，第2厚壁部24与激励电极31在X轴方向上重叠的区域为中央区域（第1厚壁部区域）T21，与中央区域T21相比位于前端侧的区域为前端侧区域（第2厚壁部区域）T22，与中央区域T21相比位于基端侧的区域为基端侧区域（第3厚壁部区域）T23时，外缘部243是跨前端侧区域T22、中央区域T21而形成的。换言之，外缘部243的基端侧的端243b位于中央区域T21。由此，能够适度地保留第2厚壁部24的前端侧的部分，能够高平衡地实现振动元件1（振动部21）的刚性的确保和前端侧的质量的降低。因此，能够更有效地降低振动元件1对Y’轴方向的加速度的灵敏度。此外，能够更有效地抑制发生不必要的振动模式。
作为本实施方式的变形例，如图5所示，也可以是外缘部243整体形成在前端侧区域T22。换言之，外缘部243的基端侧的端243b也可以位于前端侧区域T22。由此，相对于本实施方式，虽然前端侧的质量降低效果变差，但是，刚性确保效果得到提高。此外，如图6所示，外缘部243也可以跨前端侧区域T22、中央区域T21和基端侧区域T23而形成。换言之，外缘部243的基端侧的端243b也可以位于基端侧区域T23。由此，相对于本实施方式，虽然刚性确保效果变差，但是，前端侧的质量降低效果得到提高。除此之外，端243b也可以位于中央区域T21与前端侧区域T22的边界上，还可以位于中央区域T21与基端侧区域T23的边界上。
例如，能够根据振动部21的大小（振动部21占压电基板2的比例）、形状、第2厚壁部24的宽度、厚度等来适当选择本实施方式、图5所示的方式、图6所示的方式。
此外，如图7所示，设在俯视振动元件1时，由与厚壁部主体242的-Z’轴侧的端缘242a一致的直线L1、与+Z’轴侧的端缘242b一致的直线L2、与激励电极31的-X轴侧的端相交并在Z’轴方向上延伸的直线L3、以及与激励电极31的+X轴侧的端相交并在Z’轴方向延伸的直线L4包围的区域T3的面积为S1，位于区域T3内的厚壁部主体242的面积为S2时，优选满足0.65≤S2/S1≤0.85的关系，更优选满足0.74≤S2/S1≤0.79的关系。由此，能够向振动元件1的前端侧适度保留第2厚壁部24，能够高平衡地实现振动元件1（振动部21）的刚性的确保和前端侧的质量的降低。
此外，如图8所示，设在俯视振动元件1时，由直线L1、L2、与振动部21的-X轴方向的端相交并在Z’轴方向上延伸的直线（第1外缘211的延长线）L5、以及与振动部21的+X轴方向的端相交并在Z’轴方向上延伸的直线（第1外缘212的延长线）L6包围的区域T4的面积为S3，位于区域T4内的厚壁部主体242的面积为S4时，优选满足S4/S3≤0.75的关系，更优选满足S4/S3≤0.69的关系。由此，能够有效地减小振动元件1的前端侧的质量。
以上对振动元件1进行了说明。在本实施方式的振动元件1中，通过在压电基板2的+Y’轴侧形成凹陷部来形成振动部21，并且，厚壁部22由相对于振动部21位于+X轴侧的第1厚壁部23、和位于+Z’轴侧的第2厚壁部24构成，但是，振动元件1也可以是将其翻转过来的结构。即，也可以如图9所示，通过在压电基板2的-Y’轴侧形成凹陷部来形成振动部21，并且，厚壁部22由相对于振动部21位于+X轴侧的第1厚壁部23、和位于-Z’轴侧的第2厚壁部24构成。通过这样的结构，也能够发挥与本实施方式相同的效果（特别是能够减小倾斜部231、241的宽度的效果）。
针对本实施方式的振动元件1，使用2个样品对加速度灵敏度（1/g×10-9）进行了测定。将其结果在表1和图10中示出。另外，将在测定中向振动元件施加的振动的频率设为“加振f（Hz）”。
【表1】
由表1和图10可知，振动元件1（本发明）与以往类型的振动元件相比，加速度灵敏度显著降低。
＜第2实施方式＞
接着，对本发明的振动元件的第2实施方式进行说明。
图11是本发明的第2实施方式的振动元件的俯视图。
以下，以与前述的第1实施方式的不同点为中心对第2实施方式的振动元件进行说明，对相同的事项省略其说明。
本发明的第2实施方式的振动元件除了外缘部的结构不同以外，与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述的第1实施方式相同的结构赋予相同的标号。
如图11所示，在本实施方式的振动元件1A中，外缘部243是跨厚壁部主体242和倾斜部241而形成的。换言之，外缘部243的前端侧的端243a位于倾斜部241。由此，相对于前述的第1实施方式，虽然前端侧的质量降低效果下降，但是，刚性确保效果得到提高。
此外，面积S1、S2优选满足0.65≤S2/S1≤0.85的关系，更优选满足0.79≤S2/S1≤0.85的关系。由此，能够向振动元件1A的前端侧适度保留第2厚壁部24，能够高平衡地实现振动元件1A的刚性的确保和前端侧的质量的降低。
此外，面积S3、S4优选满足S4/S3≤0.75的关系，更优选满足S4/S3≤0.72的关系。由此，能够有效地减小振动元件1A的前端侧的质量。
通过这样的第2实施方式，也能够发挥与前述的第1实施方式相同的效果。另外，在本实施方式中，如图5和图6所示，外缘部243的基端侧的端243b也可以位于前端侧区域T22，还可以位于基端侧区域T23。
＜第3实施方式＞
接着，对本发明的振动元件的第3实施方式进行说明。
图12是本发明的第3实施方式的振动元件的俯视图。
以下，以与前述的第1实施方式的不同点为中心对第3实施方式的振动元件进行说明，对相同的事项省略其说明。
本发明的第3实施方式的振动元件除了外缘部的结构不同以外，与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述的第1实施方式相同的结构赋予相同的标号。
如图12所示，在本实施方式的振动元件1B中，外缘部243整体形成在厚壁部主体242上。换言之，外缘部243的前端侧的端243a位于厚壁部主体242。由此，相对于前述的第1实施方式和第2实施方式，虽然前端侧的质量降低效果下降，但是，刚性确保效果得到提高。
此外，面积S1、S2优选满足0.65≤S2/S1≤0.85的关系，更优选满足0.68≤S2/S1≤0.69的关系。由此，能够向振动元件1B的前端侧适度保留第2厚壁部24，能够高平衡地实现振动元件1B的刚性的确保和前端侧的质量的降低。
此外，面积S3、S4优选满足S4/S3≤0.75的关系，更优选满足S4/S3≤0.66的关系。由此，能够有效地减小振动元件1B的前端侧的质量。
通过这样的第3实施方式，也能够发挥与前述的第1实施方式相同的效果。另外，在本实施方式中，如图5和图6所示，外缘部243的基端侧的端243b也可以位于前端侧区域T22，还可以位于基端侧区域T23。
＜第4实施方式＞
接着，对本发明的振动元件的第4实施方式进行说明。
图13是本发明的第4实施方式的振动元件的俯视图。
以下，以与前述的第1实施方式的不同点为中心对第4实施方式的振动元件进行说明，对相同的事项省略其说明。
本发明的第4实施方式的振动元件除了外缘部的结构不同以外，与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述的第1实施方式相同的结构赋予相同的标号。
如图13所示，在本实施方式的振动元件1C中，外缘部243以向外侧突出的弯曲。由此，能够缓和向外缘部243的两端243a、243b附近的应力集中。另外，外缘部243也可以不是其全部区域弯曲，还可以仅其一部分弯曲。
通过这样的第4实施方式，也能够发挥与前述的第1实施方式相同的效果。
＜第5实施方式＞
接着，对本发明的振动元件的第5实施方式进行说明。
图14是本发明的第5实施方式的振动元件的俯视图，图15是示出图14所示的振动元件的变形例的俯视图。
以下，以与前述的第1实施方式的不同点为中心对第5实施方式的振动元件进行说明，对相同的事项省略其说明。
本发明的第5实施方式的振动元件除了厚壁部的结构不同以外，与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述的第1实施方式相同的结构赋予相同的标号。
如图14所示，在本实施方式的振动元件1D中，以在Z’轴方向上中间隔着振动部21的方式形成有一对第2厚壁部24。各第2厚壁部24的结构与前述的第1实施方式相同，因此省略其说明。这样，通过设置一对第2厚壁部，能够进一步提高振动元件1D的刚性，能够使振动部21更加难以挠曲。另外，在本实施方式中，由于设有一对第2厚壁部24，因此例如与前述的第1实施方式相比，可以缩小各第2厚壁部24的宽度（Z’轴方向的长度）。
通过这样的第5实施方式，也能够发挥与前述的第1实施方式相同的效果。
另外，如图15所示，也可以是，各第2厚壁部24具有的外缘部243以向外侧突出的方式弯曲。由此，能够缓和向各外缘部243的两端243a、243b附近的应力集中。
＜第6实施方式＞
接着，对本发明的振动元件的第6实施方式进行说明。
图16是本发明的第6实施方式的振动元件的立体图。
以下，以与前述的第1实施方式的不同点为中心对第6实施方式的振动元件进行说明，对相同的事项省略其说明。
本发明的第6实施方式的振动元件除了振动部的结构不同以外，与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述的第1实施方式相同的结构赋予相同的标号。
如图16所示，在本实施方式的振动元件1E中，通过在压电基板2的两个主面上形成凹陷部来形成振动部21。换言之，厚壁部22的表面（-Y’轴方向侧的主面）被设置成与振动部21的表面（+Y’轴方向侧的主面）相比向+Y’轴方向侧突出，厚壁部22的背面（-Y’轴方向侧的主面）被设置成与振动部21的背面（-Y’轴方向侧的主面）相比向-Y’轴方向侧突出。这样，通过在压电基板2的两个主面上形成凹陷部来形成振动部21，例如与前述的第1实施方式相比，能够使凹陷部的蚀刻深度变浅。因此，能够高精度地进行蚀刻，能够更高精度地得到压电基板2的外形形状。
通过这样的第6实施方式，也能够发挥与前述的第1实施方式相同的效果。
此外，通过第1实施方式～第6实施方式，使用外形为四边形的振动部21对本发明进行了说明，但是，显然本发明的振动部21的外形不限于四边形，也可以是椭圆状或圆状，振动部21的外缘不限于直线，也可以包含曲线。
2.振子
接着，对应用前述的振动元件1的振子（本发明的振子）进行说明。
图17是示出本发明的振子的优选实施方式的剖视图。
图17所示的振子10具有前述的振动元件1和收纳振动元件1的封装4。
（封装）
封装4具有：上表面开放的具有凹部411的盒状的底座41；以及板状的盖42，其封堵凹部411的开口，与底座41接合。而且，在通过由盖42封堵凹部411而形成的收纳空间S中收纳有振动元件1。收纳空间S可以是减压（真空）状态，也可以封入氮气、氦气、氩气等惰性气体。
底座41的构成材料没有特别的限定，可以使用氧化铝等的各种陶瓷。此外，盖42的构成材料没有特别的限定，只要是线膨胀系数与底座41的构成材料近似的部件即可。例如，在底座41的构成材料为前述陶瓷的情况下，盖42的构成材料优选采用科伐合金等合金。另外，底座41与盖42的接合没有特别的限定，例如，可以通过粘接剂接合，也可以通过缝焊等接合。
在底座41的凹部411的底面形成有连接电极451、461。此外，在底座41的下表面形成有外部安装端子452、462。连接电极451经由形成于底座41的未图示的贯通电极与外部安装端子452电连接，连接电极461经由形成于底座41的未图示的贯通电极与外部安装端子462电连接。
连接电极451、461、外部安装端子452、462的结构只要分别具有导电性即可，没有特别的限定，例如，可以由在Cr（铬）、W（钨）等金属化层（基底层）上层叠Ni（镍）、Au（金）、Ag（银）、Cu（铜）等各覆盖膜而形成的金属覆盖膜构成。
收纳在收纳空间S内的振动元件1将表面朝向底座41侧，在固定部29通过导电性粘接剂51固定在底座41上。导电性粘接剂51被设置成与连接电极451和焊盘电极33接触。由此，连接电极451和焊盘电极33通过导电性粘接剂51电连接。通过使用导电性粘接剂51在一处（一点）支撑振动元件1，例如能够通过底座41与压电基板2的热膨胀率的差来抑制在振动元件1产生的应力。
导电性粘接剂51只要具有导电性和粘接性即可，没有特别的限定，例如，可以使用将导电性填充物分散在硅酮类、环氧类、丙烯酸类、聚酰亚胺类、双马来酰亚胺类等的粘接剂中而得到的粘接剂。
振动元件1的焊盘电极34经由接合引线52与连接电极461电连接。如前所述，焊盘电极34被配置成与焊盘电极33相对，因此，在振动元件1被固定在底座41上的状态下，焊盘电极34位于导电性粘接剂51的正上方。因此，能够抑制在引线接合时对焊盘电极34泄漏振动（超声波振动），能够更可靠地向焊盘电极34连接接合引线52。
3.振荡器
接着，对应用本发明的振子的振荡器（本发明的振荡器）进行说明。
图18是示出本发明的振荡器的优选实施方式的剖视图。
图18所示的振荡器100具有振子10、用于驱动振动元件1的IC芯片110。以下，以与前述的振子的不同点为中心对振荡器100进行说明，对同样的事项省略其说明。
如图18所示，在振荡器100中，在底座41的凹部411上固定有IC芯片110。IC芯片110与形成于凹部411的底面的多个内部端子120电连接。在多个内部端子120中，有些与连接电极451、461连接，有些与外部安装端子452、462连接。IC芯片110具有用于控制振动元件1的驱动的振荡电路。当通过IC芯片110驱动振动元件1时，能够取出规定的频率的信号。
4.电子设备
接着，对应用本发明的振子的电子设备（本发明的电子设备）进行说明。
图19是示出应用本发明的电子设备的移动式（或者笔记本式）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和具有显示部2000的显示单元1106构成，显示单元1106通过铰链结构部以可转动的方式支承于主体部1104。这样的个人计算机1100内置有作为滤波器、谐振器、基准时钟等发挥作用的振子10（振动元件1）。
图20是示出应用本发明的电子设备的移动电话（包含PHS）的结构的立体图。在该图中，移动电话1200具有多个操作按钮1202、受话口1204以及送话口1206，在操作按钮1202与受话口1204之间配置有显示部2000。这样的移动电话1200内置有作为滤波器、谐振器等发挥作用的振子10（振动元件1）。
图21是示出应用本发明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，还简单地示出与外部设备的连接。在此，通常的照相机通过被摄体的光像曝光银盐感光胶片，与此相对，数字静态照相机1300则通过CCD（Charge CoupledDevice：电荷耦合器件）等摄像元件对被摄体的光像进行光电转换，生成摄像信号（图像信号）。
在数字静态照相机1300的壳体（机身）1302的背面设置有显示部，根据CCD的摄像信号进行显示，显示部作为将被摄体显示成电子图像的取景器发挥作用。此外，在壳体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。
当摄影者确认显示于显示部的被摄体像并按下快门按钮1306时，将此时的CCD的摄像信号传输存储到存储器1308中。此外，在该数字静态照相机1300中，在壳体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，根据需要将电视监视器1430与视频信号输出端子1312连接，将个人计算机1440与数据通信用的输入输出端子1314连接。此外，通过规定的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。这样的数字静态照相机1300内置有作为滤波器、谐振器等发挥作用的振子10（振动元件1）。
另外，具有本发明的振动元件的电子设备除了图19的个人计算机（移动式个人计算机）、图20的移动电话、图21的数字静态照相机以外，还可以应用于例如喷墨式喷出装置（例如喷墨打印机）、膝上式个人计算机、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本（包含带通信机能的）、电子词典、计算器、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防范用电视监视器、电子望远镜、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，对应用本发明的振子的移动体（本发明的移动体）进行说明。
图22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。汽车1500搭载有振子10（振动元件1）。振子10能够广泛应用于无钥匙进入系统（Keyless Entry）、防盗控制系统（Immobilizer）、汽车导航系统、汽车空调、防抱死控制系统（ABS）、安全气囊、轮胎压力监测系统（TPMS：Tire Pressure Monitoring System）、发动机控制、混合动力汽车或电动汽车的电池监视器、车体姿态控制系统等的电子控制单元（ECU：electronic control unit）。
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，但本发明不限于此，各部的结构能够置换成具有相同功能的任意结构。此外，本发明也可以附加其它任意的结构物。此外，也可以适当组合前述的各实施方式。
此外，在前述的实施方式中，使用石英基板作为压电基板，但是，也可以取而代之使用例如铌酸锂、钽酸锂等的各种压电基板。
这里，一般而言，振动元件的振荡频率越高，激励电极31的尺寸越小。此外，随着激励电极31的尺寸变小，振动部21的尺寸也变小。
例如，在振荡频率为100MHz～150MHz左右的情况下，适合确保振动部21很大的前述第1实施方式的结构。由此，能够较大地形成激励电极31。另外，如图23所示，在前述第1实施方式中，通过改变激励电极31的大小，能够在100MHz～150MHz之间适当地设定振荡频率。图23中由实线所示的频率是100MHz，由点划线所示的频率是150MHz。
此外，例如在振荡频率为150MHz～245MHz左右的情况下，适合确保振动部21较大的前述第2实施方式的结构。由此，能够较大地形成激励电极31。另外，如图24所示，在前述第2实施方式中，通过改变激励电极31的大小，能够在150MHz～245MHz之间适当地设定振荡频率。图24中由实线所示的频率是153MHz，由点划线所示的频率是254MHz。
此外，例如在振荡频率为245MHz～500MHz左右的情况下，由于激励电极31较小即可，因此，适合振动部21较小的前述第3实施方式的结构。另外，如图25所示，在前述第3实施方式中，通过改变激励电极31的大小，能够在245MHz～500MHz之间适当地设定振荡频率。图25中由实线所示的频率是245MHz，由点划线所示的频率是500MHz。
Claims (18)
1.一种振动元件，其特征在于，该振动元件包含：
基板，其包含第1区域和第2区域，其中，该第1区域包含以厚度剪切振动的方式进行振动的振动区域，该第2区域与所述第1区域成为一体，厚度比所述第1区域厚；以及
激励电极，其分别设于所述振动区域的彼此处于正反关系的第1主面和第2主面，
所述第2区域包含：
第1厚壁部，其配置有安装于对象物的固定部；以及
第2厚壁部，其与所述第1厚壁部连接，
所述第2厚壁部在俯视时与所述固定部侧相反一侧的端部包含外缘部，该外缘部与所述厚度剪切振动的振动方向和垂直于所述厚度剪切振动的振动方向的方向交叉。
2.根据权利要求1所述的振动元件，其中，
所述第1区域包含：
与所述厚度剪切振动的振动方向交叉的一对第1外缘；以及
沿着所述厚度剪切振动的振动方向的一对第2外缘，
沿着所述一对第1外缘中的一方设置所述第1厚壁部，
沿着所述一对第2外缘中的至少一方设置所述第2厚壁部。
3.根据权利要求2所述的振动元件，其中，
所述第2厚壁部包含：
倾斜部，其与所述第2外缘连接设置，厚度随着远离所述第2外缘而逐渐增大；以及
厚度恒定的厚壁部主体，其连接于俯视时所述倾斜部的与所述第2外缘侧相反一侧的端缘，
所述外缘部整体设置在所述厚壁部主体上。
4.根据权利要求2所述的振动元件，其中，
所述第2厚壁部包含：
倾斜部，其与所述第2外缘连接设置，厚度随着远离所述第2外缘而逐渐增大；以及
厚度恒定的厚壁部主体，其连接于俯视时所述倾斜部的与所述第2外缘侧相反一侧的端缘，
跨所述厚壁部主体和所述倾斜部设置所述外缘部。
5.根据权利要求2所述的振动元件，其中，
所述第2厚壁部包含：
倾斜部，其与所述第2外缘连接设置，厚度随着远离所述第2外缘而逐渐增大；以及
厚度恒定的厚壁部主体，其连接于俯视时所述倾斜部的与所述第2外缘侧相反一侧的端缘，
跨所述厚壁部主体、所述倾斜部以及所述第1区域设置所述外缘部。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
当设在所述第2厚壁部的所述厚度剪切振动的振动方向上与所述激励电极并列的区域为第1厚壁区域，俯视时与所述第1厚壁区域相比所述固定部相反一侧的区域为第2厚壁区域时，
跨所述第1厚壁区域和所述第2厚壁区域设置所述外缘部。
7.根据权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
当设在所述第2厚壁部的所述厚度剪切振动的振动方向上与所述激励电极并列的区域为第1厚壁区域，与所述第1厚壁区域相比所述固定部相反一侧的区域为第2厚壁区域，与所述第1厚壁区域相比所述固定部侧的区域为第3厚壁区域时，
跨所述第2厚壁区域、所述第1厚壁区域以及所述第3厚壁区域设置所述外缘部。
8.根据权利要求3～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
当设俯视时被所述第2厚壁部的所述厚壁部主体的所述第2外缘侧的端缘、所述厚壁部主体的与所述第2外缘相反一侧的端缘、与所述激励电极在所述振动方向上的一端相交且与所述振动方向正交的直线、以及与所述激励电极在所述振动方向上的另一端相交且与所述振动方向正交的直线包围的区域的面积为S1，位于所述区域内的所述第2厚壁部的面积为S2时，
满足0.65≤S2/S1≤0.85的关系。
9.根据权利要求3～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
当设俯视时被所述第2厚壁部的所述厚壁部主体的所述第2外缘侧的端缘、所述厚壁部主体的与所述第2外缘相反一侧的端缘、与所述第1区域在所述振动方向上的一端相交且与所述振动方向正交的直线、以及与所述第1区域在所述振动方向上的另一端相交且与所述振动方向正交的直线包围的区域的面积为S3，位于所述区域内的所述第2厚壁部的面积为S4时，
满足S4/S3≤0.75的关系。
10.根据权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
在俯视时，所述第1区域的面积为所述基板的面积的1/2以下。
11.根据权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
与所述第1厚壁部连接的所述第1外缘和与所述第2厚壁部连接的所述第2外缘是通过第3外缘连接的，其中，该第3外缘与所述振动方向和垂直于所述振动方向的方向交叉。
12.根据权利要求11所述的振动元件，其中，
所述振动元件具有引出电极，该引出电极从所述激励电极延伸，经由所述第2区域的与所述第2外缘连接的侧壁和与所述第3外缘连接的侧壁，引出到所述第2区域的主面。
13.根据权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
能够从所述基板的与配置有所述固定部的主面相反一侧的主面侧，隔着俯视时所述固定部与所述激励电极之间的区域，看到所述固定部侧的背景。
14.根据权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件，其中，
所述基板是如下的石英板：在石英晶轴即作为电气轴的X轴、作为机械轴的Y轴以及作为光学轴的Z轴中，将所述X轴作为旋转轴，将使所述Z轴以+Z侧向所述Y轴的-Y方向旋转的方式倾斜后的轴作为Z’轴，将使所述Y轴以+Y侧向所述Z轴的+Z方向旋转的方式倾斜后的轴作为Y’轴，将包含所述X轴和所述Z’轴的面作为主面，将沿着所述Y’轴的方向作为厚度。
15.一种振子，其特征在于，该振子包含：
权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件；以及
收纳所述振动元件的封装。
16.一种振荡器，其特征在于，该振荡器具有：
权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件；以及
电路。
17.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件。
18.一种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1～5中的任意一项所述的振动元件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |