CN104300933A - 振动片、振子、振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents
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Abstract
提供振动片、振子、振荡器、电子设备以及移动体，能够提高耐冲击性并且实现Q值提高。在设振动臂(5、6)的臂部(50、60)的沿着X轴方向的宽度为W1、设振动臂(5)的主面中的夹着槽(55)的两个部分各自沿着X轴方向的宽度为W3、设2×W3/W1为η时，振动片(2)满足14.2％＜η＜100％的关系。
Description
技术领域
本发明涉及振动片、振子、振荡器、电子设备以及移动体。
背景技术
作为振子，公知有所谓的两脚音叉型的石英振子(例如参照专利文献1)。这样的振子具有的振动片例如专利文献1所公开的那样，具有基部、和从该基部起以彼此平行的方式延伸的两个振动臂，使两个振动臂以彼此交替反复接近和远离的方式在面内方向上进行弯曲振动。
在专利文献1的振动片的各振动臂中，以各振动臂的横截面呈大致H字状的方式，沿着长度方向形成有一对槽。而且，记载了如下技术：通过在基部中设置缺口，能够减少振动臂的振动向基部侧泄漏这样的所谓振动泄漏。
这里，根据专利文献1所记载的各部位的尺寸，该振动片具有的Q值如以下的表所示，为31,573。
表1
另外，在设振动臂的臂部宽度为W1、俯视时位于槽部两侧的主面(之后称作堤)各自的宽度为W3时，η能够用η＝2×W3/W1表示。所谓的η是指堤宽度相对于臂部宽度所占的占有率。
近年来，Q值的进一步提高化的要求日益增高。因此，作为提高Q值的手段，在专利文献2的振动片中，振动臂具有第1臂部(臂部)、和设置于第1臂部的末端且宽度比第1臂部大的第2臂部(施重部)。由此，能够提高Q值。
而且，在专利文献2的振动片中，记载了以下技术：通过将施重部长度相对于振动臂长度的占有率设为30％以上、且施重部(第2臂部)的宽度/臂(第1臂部)的宽度设为2以上，能够阻止第2谐波的振动，并且减少晶体阻抗(CI值、等效串联电阻)。
但是，在将振动臂的长度设为恒定、基波的谐振频率设为例如32.768(kHz)时，在要利用第1臂部、和第2臂部(施重部)构成振动臂的情况下，由于施重部的施重效应，频率从32.768(kHz)降低，因此需要增宽振动臂的第1臂部的宽度以避免该情况并将谐振频率保持为恒定。另一方面，应力可能集中到第1臂部与第2臂部(施重部)的接合部，因此为了使得在作用了过度外力的情况下该接合部不破损，需要在第1臂部的宽度与第2臂部(施重部)的宽度的关系方面尝试最优化，在将频率保持为32.768(kHz)的同时提高耐冲击性。
【专利文献1】日本特开2004-266871号公报
【专利文献2】日本特开2011-199331号公报
【专利文献3】日本特开2011-019159号公报
发明内容
本发明的目的在于提供能够实现Q值提高的振动片，并提供具有该振动片的振子、振荡器、电子设备以及移动体。
本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下应用例来实现。
[应用例1]本发明的振动片的特征在于，所述振动片包含固定端和自由端沿着第1方向排列的振动臂，所述振动臂包含：施重部，其配置于所述自由端侧；以及臂部，其配置于所述固定端侧，在所述振动臂的彼此处于正反关系的第1主面和第2主面中的至少一个主面上，沿着所述第1方向设置有槽部，在设置有所述槽部的所述主面上，在设所述臂部的沿着与所述第1方向交叉的第2方向的宽度为W1、设侧面与所述槽部的外缘夹着的部分的沿着所述第2方向的宽度为W3、设2×W3/W1为η时，满足14.2％＜η＜100％，其中，所述侧面连接所述第1主面和所述第2主面，所述槽部沿着所述第2方向和所述侧面并排。
根据这样的振动片，能够增高Q值。其结果，能够减小CI(晶体阻抗)值。
特别是将槽宽度相对于振动臂的臂部宽度的比例最优化，因此能够有效提高振动臂的强度和Q值。
因此，能够在实现小型化的同时实现小于50kΩ的CI值。
[应用例2]在本发明的振动片中，优选的是，满足20％≤η≤50％的关系。
由此，能够更有效地提高振动臂的强度和Q值。
[应用例3]在本发明的振动片中，优选的是，满足30％≤η≤40％的关系。
由此，能够更有效地提高振动臂的强度和Q值。
[应用例4]在本发明的振动片中，其特征在于，所述施重部的沿着所述第2方向的宽度比所述臂部大。
由此，由于在振动臂的末端部设置有施重部，因此能够增大振动臂的臂部宽度，提高振动臂的强度，并且减小热弹性损耗来提高Q值。其结果，能够提高耐冲击性，并且减小CI(晶体阻抗)值。
[应用例5]在本发明的振动片中，优选的是，在设所述施重部的沿着所述第2方向的宽度为W2时，W2/W1为1.43以上1.79以下。
由此，能够减少应力集中于所述臂部与所述施重部的接合部的情况，因此能够更有效地提高振动臂的强度和Q值。
[应用例6]在本发明的振动片中，优选的是，在设所述振动臂的沿着所述第1方向的整体长度为L、设所述施重部的沿着所述第1方向的长度为Lx时，Lx/L为20％以上60％以下。
由此，能够在不增大振动臂长度的情况下更有效地增高振动臂强度和Q值。
[应用例7]在本发明的振动片中，优选的是，所述臂部的厚度为115μm以上150μm以下。
由此，振动臂的臂部厚度变得比较厚，因此能够提高振动臂的强度。此外，振动臂的臂部厚度比较厚，由此能够将振动臂的施加电场的面积确保得较大，所以能够提高电场效率，因此能够减小CI值。
[应用例8]在本发明的振动片中，优选的是，所述槽部以在俯视时重叠的方式包含：第1槽部，其设置在所述第1主面上；以及第2槽部，其设置在所述第2主面上，在设所述臂部的厚度为t、设所述第1槽部的底部与所述第2槽部的底部之间的距离为t1时，t1/t为10％以上40％以下。
由此，能够在使得振动臂的强度优异的同时，将振动臂的施加电场的面积确保得较大，因此能够提高电场效率。
[应用例9]在本发明的振动片中，优选的是，所述W3为15μm以上30μm以下。
由此，能够在使得振动臂的强度优异的同时，提高Q值来减小CI值。
[应用例10]在本发明的振动片中，优选的是，所述振动片包含设置在所述振动臂上的激励电极，所述槽部包含：电极形成区域，其设置有所述激励电极；以及电极未形成区域，其配置于所述施重部侧，未设置有所述激励电极。
由此，能够减小等效串联电容C1，并且减小CI值。此外，能够减少高次模式的振动产生，并且产生主模式的振动。
[应用例11]在本发明的振动片中，优选的是，在设所述槽的沿着所述第1方向的长度为Ld、设所述电极形成区域的沿着所述第1方向的长度为L1时，L1/Ld为72.8％以上82.8％以下。
由此，能够有效减小等效串联电容C1，并且减小CI值。
[应用例12]在本发明的振动片中，优选的是，所述电极未形成区域的所述基部侧的一端配置于所述施重部、与作为在所述振动臂上产生的谐波振动的波节的位置之间。
由此，能够有效地抑制高次模式的振动产生。
[应用例13]在本发明的振动片中，优选的是，所述振动片包含设置在所述振动臂上的激励电极，所述激励电极包含：基底层；以及层叠于所述基底层的与所述振动臂侧相反的一侧的被覆层，在设所述基底层的厚度为Tb、设所述被覆层的厚度为Tc时，满足Tb/Tc≤4/7，所述基底层由铬构成，所述基底层的厚度为以上以下。
由此，即使在基底层在工作温度范围的低温侧具有相变点的情况下，也能够减小工作温度范围的低温侧的CI值。
此外，铬的作为基底层的功能优异，但是在比较低温处具有相变点。
因此，通过将由铬构成的基底层的厚度减薄至以上以下左右，能够发挥作为基底层的功能，并且减少由于基底层的铬在低温区域中的相变而引起的CI值上升。
[应用例14]在本发明的振动片中，其特征在于，所述振动臂是沿着所述第2方向并排排列的一对振动臂，所述振动臂包含与所述固定端连接的基部。
由此，能够实现Q值高的振动片。
[应用例15]在本发明的振动片中，优选的是，在设所述振动臂的所述自由端和在俯视时所述基部的与所述振动臂侧相反的一侧的一端之间的距离为La、设包含所述一对振动臂和所述基部的系统的重心与所述相反的一侧的一端之间的距离为Lg时，Lg/La为2/3以下。
由此，在通过粘接剂等将振动片固定到封装时，其固定变得容易。
[应用例16]在本发明的振动片中，优选的是，在设俯视时所述一对振动臂的与所述施重部的对置侧相反的一侧的外缘彼此之间的沿着所述第2方向的宽度为Wa、设所述基部的沿着所述第2方向的宽度为S时，满足85％≤Wa/S≤115％。
由此，能够在减小振动片的沿着第2方向的宽度的同时，增高振动臂的强度和Q值。
[应用例17]本发明的振子的特征在于，该振子具有：本发明的振动片；以及收纳有所述振动片的封装。
由此，能够提供具有优异的可靠性的振子。
[应用例18]本发明的振荡器的特征在于，该振荡器具有：本发明的振动片；以及电路。
由此，能够提供具有优异的可靠性的振荡器。
[应用例19]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片。
由此，能够提供具有优异的可靠性的电子设备。
[应用例20]本发明的移动体的特征在于，该移动体具有本发明的振动片。
由此，能够提供具有优异的可靠性的移动体。
附图说明
图1是示出本发明实施方式的振子的俯视图。
图2是图1中的A-A线剖视图。
图3是图1所示的振子具有的振动片的俯视图。
图4的(a)是图3中的B－B线剖视图，图4的(b)是图3中的C－C线剖视图。
图5是示出以往的振动片的俯视图。
图6的(a)是以往的振动片的振动臂的剖视图(图5中的D－D线剖视图)，图6的(b)是示出本发明的振动片的振动臂的横截面的一例的图。
图7是示出堤部宽度相对于臂部宽度的比例与Q值之间的关系的曲线图。
图8是示出施重部占有率与高性能化指数之间的关系的曲线图。
图9是示出本发明的振荡器的一例的剖视图。
图10是示出应用了具有本发明的振动片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振动片的电子设备的移动电话机(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振动片的电子设备的数字照相机的结构的立体图。
图13是示出应用了具有本发明的振动片的电子设备的移动体(汽车)的结构的立体图。
标号说明
1振子；2振动片；2X振动片；3石英基板；4基部；5振动臂；5X振动臂；6振动臂；6X振动臂；9封装；9A封装；10振荡器；11导电性粘接剂；41第1基部；42第2基部；43连结部；50臂部；51主面；51a部分；51b部分；52主面；52a部分；52b部分；53侧面；54侧面；55槽；56槽；59施重部；60臂部；61主面；62主面；63侧面；64侧面；65槽；66槽；69施重部；80IC芯片；84第1驱动用电极；85第2驱动用电极；91底座；91A底座；92盖；100显示部；411宽度缩小部；412外缘；413外缘；431外缘；551电极形成区域；552电极未形成区域；561电极形成区域；562电极未形成区域；651电极形成区域；652电极未形成区域；661电极形成区域；662电极未形成区域；911凹部；911A凹部；912阶梯部；912A阶梯部；951连接端子；961连接端子；1100个人计算机；1102键盘；1104主体部；1106显示单元；1200移动电话机；1202操作按钮；1204接听口；1206通话口；1300数字照相机；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数据通信用的输入输出端子；1430电视监视器；1440个人计算机；1500移动体；1501车体；1502车轮。
具体实施方式
下面，根据附图所示的优选实施方式，对本发明的振动片、振子、振荡器、电子设备以及移动体进行详细说明。
1.振子
首先，对本发明的振子(具有本发明的振动片的振子)进行说明。
<第1实施方式>
图1是示出本发明实施方式的振子的俯视图，图2是图1中的A-A线剖视图。此外，图3是图1所示的振子具有的振动片的俯视图，图4的(a)是图3中的B－B线剖视图，图4的(b)是图3中的C－C线剖视图。
另外，以下，为了方便说明，在图1～图4中图示了彼此垂直的X轴、Y轴和Z轴，将该图示的各箭头的末端侧设为“+(正)侧”、基端侧设为“－(负)侧”。此外，将与X轴平行的方向(第2方向)称作“X轴方向”、与Y轴平行的方向(第1方向)称作“Y轴方向”、与Z轴平行的方向称作“Z轴方向”，并且还将+Z侧(图2中的上侧)称作“上”、－Z侧(图2的下侧)称作“下”。此外，在以下的说明中，为了方便说明，各图所示的X轴、Y轴、Z轴分别与构成后述的石英基板3的石英的X轴(电气轴)、Y轴(机械轴)、Z轴(光学轴)一致。
图1和图2所示的振子1具有振动片2(本发明的振动片)、以及收纳振动片2的封装9。以下，依次对振动片2和封装9进行详细说明。
(振动片)
首先，简单说明振动片2的结构。
如图3和图4所示，振动片2具有石英基板3、以及形成在石英基板3上的第1驱动用电极84和第2驱动用电极85。另外，在图3中，为了方便说明，省略了第1驱动用电极84和第2驱动用电极85的部分图示。
石英基板3由Z切石英板构成。由此，振动片2能够发挥优异的振动特性。Z切石英板是将石英的Z轴(光学轴)作为厚度方向的石英基板。另外，石英的Z轴优选与石英基板3的厚度方向一致，但也可以相对于厚度方向稍微(小于15°左右)倾斜。
如图3所示，石英基板3具有基部4、以及从基部4起延伸的一对振动臂5和6。
即，振动臂包含沿Y轴方向排列的固定端和自由端，固定端与基部4连接。
基部4呈板状，在与X轴以及Y轴平行的平面即XY平面上扩展，以Z轴方向为厚度方向。
在从Z轴方向观察的俯视时(以下也简称作“俯视时”)，该基部4呈基部4的Y轴方向的中途部分缩窄的形状。即，基部4包含：第1基部41，振动臂5、6从第1基部41延伸出；相对于第1基部41设置于振动臂5、6的相反侧的第2基部42；以及连结第1基部41和第2基部42的连结部43。
此处，连结部43的沿着X轴方向的宽度比第1基部小。由此，能够缩短基部4的沿着Y轴方向的长度，并且减小振动泄漏。
振动臂5、6以在X轴方向上排列且彼此平行的方式，分别从基部4向+Y轴方向延伸。这些振动臂5、6分别呈长条形状，它们的基端为固定端，末端为自由端。此外，在振动臂5、6的末端侧设置有沿着X轴方向的宽度比振动臂5、6的基端侧宽的施重部59、69。
如图4所示，振动臂5具有：由XY平面构成的一对主面51、52；以及由YZ平面构成且连接一对主面51、52的一对侧面53、54。此外，振动臂5具有朝主面51敞开的有底的槽55(槽部)、和朝主面52敞开(开口)的有底的槽56(槽部)。槽55、56分别在Y轴方向上延伸。这样的振动臂5在形成有槽55、56的部分处呈大致H型的横截面形状。
与振动臂5同样，振动臂6具有：由XY平面构成的一对主面61、62；以及由YZ平面构成且连接一对主面61、62的一对侧面63、64。此外，振动臂6具有朝主面61敞开的有底的槽65(槽部)、和朝主面62敞开(开口)的有底的槽66(槽部)。槽65、66分别在Y轴方向上延伸。这样的振动臂6在形成有槽65、66的部分处呈大致H型的横截面形状。
如图4所示，这样的槽55、56优选在横截面中，关于将振动臂5的厚度二等分的线段对称(上下对称)地形成。同样，槽65、66优选在横截面中，关于将振动臂6的厚度二等分的线段对称(上下对称)地形成。由此，能够抑制振动臂5、6的不必要的振动，能够使振动臂5、6有效地在石英基板3的面内方向上振动。
在这样的振动臂5上形成有一对第1驱动用电极84和一对第2驱动用电极85。具体而言，一个第1驱动用电极84形成于槽55的内表面，另一个第1驱动用电极84形成于槽56的内表面。此外，一个第2驱动用电极85形成于侧面53，另一个第2驱动用电极85形成于侧面54。
同样，在振动臂6上也形成有一对第1驱动用电极84和一对第2驱动用电极85。具体而言，一个第1驱动用电极84形成于侧面63，另一个第1驱动用电极84形成于侧面64。此外，一个第2驱动用电极85形成于槽65的内表面，另一个第2驱动用电极85形成于槽66的内表面。
当在这样的第1驱动用电极84与第2驱动用电极85之间施加交变电压时，振动臂5、6以彼此反复接近、远离的方式在面内方向(XY平面方向)上以预定的频率进行振动。
作为第1驱动用电极84和第2驱动用电极85的构成材料，均没有特别限定，但例如能够由金(Au)、金合金、铂(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等金属材料以及氧化铟锡(ITO)等导电材料形成。
以上简单说明了振动片2的结构，以下详细叙述振动片2的特征性部分。
如上所述，在振动臂5上设置有槽55、56，同样在振动臂6上设置有槽65、66。即，振动臂5包含有底的槽55、56(槽部)，槽55、56形成于振动臂5的沿着X轴方向和Y轴方向的两个主面51、52，在Y轴方向上延伸。同样，振动臂6包含有底的槽65、66(槽部)，槽65、66形成于振动臂6的沿着X轴方向和Y轴方向的两个主面61、62，在Y轴方向上延伸。
根据形成有这样的槽55、56、65、66的振动臂5、6，伴随振动臂5、6的面内弯曲振动而产生的热不易扩散(热传导)，在弯曲振动频率(机械的弯曲振动频率)f大于热弛豫频率f0的区域(f＞f0)即绝热的区域中，能够抑制热弹性损耗。即，通过满足f/f0＞1的关系，能够将振动臂5、6设为绝热的区域，能够减少Q值的降低。
一般而言，在振动臂的主面形成槽时，振动臂的机械强度降低。能够通过增大振动臂的宽度、厚度，提高振动臂的强度并且减少热弹性损耗。
这里，公知音叉型振动片的基波的谐振频率f满足下式。
f∝W/L2·······式1
W表示臂部的宽度，L表示臂部的长度。
即，在将基波的谐振频率设为恒定的情况下，成为这样的关系：振动片的臂部长度L越短，则臂部的宽度W越细。
因此，在将振动臂的长度设为恒定、基波的谐振频率设为例如32.768(kHz)的情况下，在单纯为了提高Q值而要利用第1臂部、和宽度比第1臂部宽的第2臂部(施重部)构成振动臂的情况下，由于施重部的施重效应，频率从32.768(kHz)降低，因此需要增宽振动臂的第1臂部的宽度以避免该情况并将谐振频率保持为恒定。另一方面，应力可能集中到第1臂部与第2臂部(施重部)的接合部，因此为了使得在作用了过度外力的情况下该接合部不破损，需要在第1臂部的宽度与第2臂部(施重部)的宽度的关系方面尝试最优化，在将频率保持为32.768(kHz)的同时提高耐冲击性。
因此，振动臂5、6具有以下所述的结构，并且实现了尺寸的最优化。
如上所述，在振动臂5、6的末端部设置有沿着X轴方向的宽度比振动臂5、6的基端部宽的施重部59、69。即，振动臂5、6包含：从基部4延伸的臂部50、60；以及施重部59、69，它们相对于臂部50、60设置于基部4的相反侧，且沿着X轴方向的宽度比臂部50、60大。
通过这样地在振动臂5、6的末端侧设置施重部59、69，能够实现Q值的改善，增大振动臂5、6的臂部50、60的宽度，将弯曲振动的谐振频率保持为恒定。因此，能够提高振动臂5、6的强度，并且减小热弹性损耗来提高Q值。其结果，能够提高耐冲击性，并且减小等效串联电阻CI值。
特别是，在设臂部50、60的沿着X轴方向的宽度(以下也称作“臂部50、60的宽度”或“臂宽度”)为W1、设振动臂5、6的分别位于槽55、56、65、66两侧的部分(以下也称作“堤部”)的宽度(以下也称作“堤宽度”)为W3、设2×W3/W1为η时，满足14.2％＜η＜100％(100％表示未在臂部上形成槽的状态)的关系。
通过这样地使槽55、56、65、66的沿着X轴方向的宽度(以下也简称作“槽55等的宽度”)相对于振动臂5、6的臂部50、60的宽度的比例最优化，能够有效地提高振动臂5、6的强度和Q值。这里，振动臂5的堤部的宽度W3是主面51中的夹着槽55的两个部分51a、51b各自沿着X轴方向的宽度、以及主面52中的夹着槽56的两个部分52a、53b各自沿着X轴方向的宽度。另外，振动臂6的堤部的宽度W3也与振动臂5的堤部的宽度W3相同。
以下详细叙述η。
本发明人通过仿真验证了增大臂部50、60的宽度、同时改变堤部宽度相对于臂部50、60的宽度的比例η的情况下的Q值。
图5是示出在现有技术中提出的专利文献1所记载的振动片的俯视图，图6的(a)是以往的专利文献1所记载的振动片的振动臂的剖视图(图5中的D－D线剖视图)，图6的(b)是示出本发明的振动片的振动臂的横截面的一例的图。
在本仿真中，使用了图3所示的俯视形状(有施重部)的振动片2和图5所示的俯视形状(无施重部)的振动片2X。本仿真中使用的振动片2X以谐振频率成为32.768kHz的方式，将振动臂5X、6X的横截面设定为图6的(a)所示的形状和尺寸。另一方面，本仿真中使用的振动片2被设定为与振动片2X相同的谐振频率、全长和全宽，并且振动片2的振动臂5、6的横截面被设定为图6的(b)所示的形状和尺寸。
在以下的范围内对振动片2的振动臂5、6的各尺寸进行了评价。
施重部59、69的宽度W2：215(μm)
臂部50、60的宽度W1：130～141(μm)
堤部的宽度W3：10～65(μm)
臂部50、60的厚度t：120(μm)
槽55、56、65、66的深度：50(μm)
表2和图7示出该仿真的结果。
表2
另外，作为校正谐振频率的稍微偏差而使得谐振频率成为32.768kHz的情况下的值，计算出表1所示的Q值。
图7是示出堤部宽度相对于臂部宽度的比例与Q值之间的关系的曲线图。
如图7所示，确认出在形状“有施重部”的情况下，在14.2％＜η＜100％的范围内，超过专利文献1的Q值(31,573)而得到了改善。
此外，如图7所示，可观察到η越小、则Q值越大的情况，通过仿真确认到当堤部的宽度小于7(μm)时，Q值开始下降的情况。而且，在堤部的宽度为7(μm)时，η的值为9.9％(＝7×2/141)、10.7％(＝7×2/130)，比例减小，从而振动臂的机械强度降低、即所谓耐冲击性的降低成为问题。
而且，确认到即使臂部50、60的宽度W1和堤部的宽度W3的范围如下，Q值也比专利文献1的Q值(31,573)高。
臂部50、60的宽度W1：120～150(μm)
堤部的宽度W3：15～30(μm)
此时的η如下所述。
η＝2×W3/W1＝2×15μm/120μm＝25.0％
η＝2×W3/W1＝2×30μm/120μm＝50.0％
η＝2×W3/W1＝2×15μm/150μm＝20.0％
η＝2×W3/W1＝2×30μm/150μm＝40.0％
因此，η满足下式。
20.0％≤η≤50.0％
而且，施重部59、69的宽度W2相对于臂部50、60的宽度W1的比例如下所示。
W2/W1＝215/120＝1.79
W2/W1＝215/150＝1.43
因此，W2/W1满足下式。
1.43≤W2/W1≤1.79
能够通过将W2/W1设为上述关系，减少应力集中到臂部50、60与施重部59、69的接合部的情况，因此即使在作用了过度外力的情况下，也能够不产生破损地提高耐冲击性。
根据以上的η与Q值之间的关系，通过满足14.2％＜η＜100％的关系，能够在不增大振动臂5、6的长度的情况下有效地提高振动臂5、6的强度和Q值，但如果考虑到振动片的耐冲击性，则为了进一步提高其效果，优选满足20％≤η≤50％的关系，更优选满足30％≤η≤40％的关系。
<振动片的变形例>
接着，说明本发明的振动片的变形例。
以下，关于变形例的振动片，以与上述第1实施方式的振子具有的振动片的不同之处为中心进行说明，省略相同事项的说明。在上述实施方式中，是在各振动臂的各主面上设置有1个槽的结构，但槽的数量没有特别限定，也可以为2个以上。例如，可以在各主面上设置有沿着X轴方向排列的两个槽。
本变形例的振动片除了设置于各振动臂的各主面的槽的数量不同以外，与上述第1实施方式的振动片相同。
在变形例的振动片中，设置有朝各振动臂的一个主面敞开(开口)的有底的两个槽，并设置有朝另一个主面敞开(开口)的有底的两个槽。
将连接所述一个主面和所述另一个主面的一个侧面、与沿着X轴方向和所述一个侧面并排的所述槽部的外缘夹着的部分设为一个堤部，将该一个堤部的沿着X轴方向的宽度设为W3。
此外，将连接所述一个主面和所述另一个主面的另一个侧面、与沿着X轴方向和所述另一个侧面并排的所述槽部的外缘夹着的部分设为另一个堤部，将该另一个堤部的沿着X轴方向的宽度设为W3。
因此，臂部的沿着X轴方向的宽度为W1，因此将2×W3/W1设为η。
此外，在设振动臂5、6的沿着Y轴方向的整体长度(以下也简称作“振动臂5、6的长度”)为L、设施重部59、69的沿着Y轴方向的长度(以下也简称作“施重部59、69的长度”)为Lx时，优选Lx/L为20％以上60％以下。
通过这样地将Lx/L最优化，能够在不增大振动臂5、6的长度的情况下更有效地增高振动臂5、6的强度和Q值。
以下详细叙述Lx/L和W2/W1。
图8是示出施重部占有率与高性能化指数之间的关系的曲线图。
在图8中，横轴是施重部59、69的长度Lx在振动臂5、6的长度L中所占的比例(Lx/L)即施重部占有率(％)，纵轴是定义为将低频指数和高Q值化指数相乘而得到的值的高性能化指数。这里，低频化指数是表示值越大则越能有效实现振动片的低频化(换言之，振动片的小型化)的指数。此外，高Q值化指数是表示值越大则越能有效减少振动片的Q值降低的指数。
如图8所示，在施重部占有率为38％时，高性能化指数最大(1.0)。即，在Lx/L为38％时，最能有效地同时实现振动片的低频化(小型化)和高Q值化双方。
因此，在本发明的振动片2中，通过将Lx/L设为大约以38％为中心的20％以上60％以下，能够如图8所示那样使高性能化指数成为0.8以上，从而有效实现小型化和高Q值化。
此外，Lx/L优选为35％以上41％以下。由此，如图8所示，能够使高性能化指数成为接近最大值的值，从而更有效地实现小型化和高Q值化。
在基于以上那样的施重部占有率与高性能化指数之间的关系而实现较高的高性能化指数的方面，如上所述，在设施重部59、69的沿着X轴方向的宽度(以下也简称作“施重部59、69的宽度”)为W2时，优选W2/W1为1.43以上1.79以下。
通过这样地将W2/W1最优化，能够抑制振动片2的沿着X轴方向的整体宽度的增大，并且在维持耐冲击性的同时产生通过设置施重部59、69而带来的效应(施重效应)。
此外，臂部50、60的宽度W1优选为120μm以上150μm以下，更优选为131μm以上140μm以下。由此，能够在将振动片2的频率保持为恒定的同时，使得振动臂5、6的强度优异，并且减少热弹性损耗。
此外，臂部50、60的厚度t优选为100μm以上300μm以下，更优选为110μm以上200μm以下，进一步优选为115μm以上150μm以下。由此，振动臂5、6的臂部50、60的厚度变得比较厚，因此能够提高振动臂5、6的强度。此外，由于振动臂5、6的臂部50、60的厚度比较厚，能够将振动臂5、6的施加电场的面积确保得较大，即能够增大夹在第1驱动用电极84与第2驱动用电极85之间的激励部的面积，能够提高电场效率，因此能够减小等效串联电阻CI值。
与此相对，当臂部50、60的厚度t过小时，显现出振动臂5、6的强度显著降低的趋势。另一方面，当臂部50、60的厚度t过大时，难以仅用湿蚀刻形成振动片2的外形。
此外，在分别设臂部50、60的厚度为t、设槽55、56彼此之间的距离以及槽65、66彼此之间的距离(即振动臂5、6各自的宽度方向上的中央部的厚度)为t1时，t1/t优选为10％以上40％以下，更优选为15％以上30％以下，进一步优选为15％以上20％以下。由此，能够在使得振动臂5、6的强度优异的同时，将振动臂5、6的施加电场的面积确保得较大。
此外，振动臂5、6的堤部宽度W3优选为15μm以上30μm以下，更优选为18μm以上25μm以下。由此，能够在使得振动臂5、6的强度优异的同时，减小CI值。
此外，如图4所示，槽55具有：作为设置有第1驱动用电极84(激励电极)的部分的电极形成区域551；以及作为相对于电极形成区域551位于基部4的相反侧、且未设置驱动用电极的部分的电极未形成区域552。同样，槽56具有电极形成区域561和电极未形成区域562，槽65具有电极形成区域651和电极未形成区域652，槽66具有电极形成区域661和电极未形成区域662。
能够通过形成这样的电极未形成区域552、562、652、662(以下也称作“电极未形成区域552等”)，抑制了高次模式的振动(谐波)的产生，产生减小了等效串联电容C1的主模式振动(基波)。
这里，对基波CI值与CI值比之间的关系以及基波CI值与槽部的长度之间的关系进行说明。
振动片2通过其振动以基波的频率振荡出信号，但同时具有也以谐波的频率振荡出相同信号的特性。并且，在振子等设备中将该谐波的信号错误拾取为基波频率的信号时，可能给设备带来异常。
因此，作为预先防止这样的情况的方法，有以CI值比为基准进行设计的方法。该CI值比是用高频的CI值(等效串联电阻)除以基波的CI值(等效串联电阻)而得的值(高频CI值/基波CI值)。即，如果高频CI值大于基波CI值、该CI值比为1.0以上，则难以产生高频的信号振荡，设备等错误拾取谐波的信号的可能性减小，从而成为高性能的振动片。
在设槽55、56、65、66的沿着Y轴方向的长度为Ld、设电极形成区域551、561、651、661(以下也称作“电极形成区域551等”)的沿着Y轴方向的长度(以下也称作“电极形成区域551等的长度”)为L1时，在本实施例中，
Ld＝900(μm)
L1＝700(μm)。
电极形成区域L1相对于槽长度Ld的比例为77.8％，但优选考虑±5％作为允许偏差，即为72.8％以上82.8％以下，更优选为74.8％以上81.8％。由此，能够有效减小等效串联电容C1，并且减小CI值。
此外，电极未形成区域552、562的基部4侧的一端优选位于施重部59与振动臂5的谐波振动的波节之间。同样，电极未形成区域652、662的基部4侧的一端优选位于施重部69与振动臂6的谐波振动的波节之间。由此，能够有效地抑制高次模式的振动产生。
此外，在设振动臂5、6的和基部4相反的一侧的一端、与基部4的和振动臂5、6相反的一侧的一端之间的距离(即振动片2的沿着Y轴方向的全长)为La、由一对振动臂5、6和基部4构成的构造体(即石英基板3)的重心与基部4的和振动臂5、6相反的一侧的一端之间的距离为Lg时，优选Lg/La为2/3以下。由此，在通过粘接剂等将振动片2固定到封装9时，其固定变得容易。
此外，如上所述，基部4包含第1基部41、第2基部42和连结部43，由此能够缩短基部4的沿着Y轴方向的长度，并且减小振动泄漏。
这里，在设第1基部41的沿着X轴方向的宽度为S1、连结部43的沿着X轴方向的最小宽度为S2时，优选S2/S1为0.3以上0.6以下。由此，能够缩短基部4的沿着Y轴方向的长度，并且有效地减小振动泄漏。
此外，在本实施方式中，第1基部41包含宽度缩小部411，该宽度缩小部411设置于第1基部41的靠连结部43侧的端部，沿着X轴方向的宽度随着朝向连结部43而连续或断续地减小。由此，能够有效地抑制伴随一对振动臂5、6彼此在同一面内进行接近或远离的弯曲振动的、第1基部41的变形。其结果，即使缩短第1基部41的沿着Y轴方向的长度，也能够抑制伴随一对振动臂5、6在大致面内彼此交替反复接近和远离的弯曲振动的、第1基部41的变形，抑制从基部4向外部的振动泄漏。
此外，在本实施方式中，俯视时宽度缩小部411的外缘412和连结部43的外缘431成为不包含角部的连续曲线。由此，能够缓和在基部4产生的应力，并且减少热弹性损耗。
在设该曲线的第1基部41侧的部分的切线与平行于X轴方向的线段所成的角为θ时，优选满足0°＜θ＜90°的关系，更优选满足6°≤θ≤70°的关系。由此，能够合适地产生宽度缩小部411和连结部43带来的效应。
此外，如上所述，在设定为振动片2的谐振频率f大于热弛豫频率f0的情况下，在设俯视时的连结部43的外缘431与形成于一对振动臂5、6之间的分叉部的外缘413之间的最接近距离即基部弯曲宽度为Wb、设与振动臂5、6的长度方向垂直的面上的振动臂5、6的截面形状置换为热弹性损耗等效的同一厚度的矩形形状后的振动臂的臂宽度即有效臂宽度为We时，优选满足Wb＞We的关系。由此，在第1基部41的截面中发生的热弹性损耗比在振动臂5、6中产生的热弹性损耗小，因此能够抑制第1基部41的热弹性损耗引起的振动片2的Q值劣化，实现Q值的提高。
此外，在设一对振动臂5、6整体的沿着X轴方向的宽度为Wa、基部4的沿着X轴方向的宽度为S时，优选Wa/S(更具体而言是Wa/S1)为85％以上115％以下。由此，能够在减小振动片2的沿着X轴方向的宽度的同时，增高振动臂5、6的强度和Q值。
此外，基于使得驱动用电极84、85的导电性和与石英基板3的紧密贴合性优异的观点出发，驱动用电极84、85优选包含基底层、和层叠于该基底层的与振动臂5、6相反的一侧的被覆层，该情况下，在设基底层的厚度为Tb、被覆层的厚度为Tc时，优选满足Tb/Tc≤4/7的关系。由此，即使在基底层在工作温度范围的低温侧具有相变点的情况下，也能够减小工作温度范围的低温侧的CI值。
基于确保驱动用电极84、85的导电性和耐腐蚀性的观点，被覆层的构成材料优选使用导电性和耐腐蚀性优异的金属、例如金。另一方面，基于提高被覆层与石英基板3的紧密贴合性的观点，基底层的构成材料例如优选使用铬。
在基底层由铬构成的情况下，基底层的厚度优选为以上以下。铬的作为基底层的功能优异，但是在比较低温处具有相变点。因此，通过将由铬构成的基底层的厚度减薄至以上以下左右，能够发挥作为基底层的功能，并且抑制由基底层的铬在低温区域中的相变引起的CI值上升。
此外，在设基波的Q值为Q1、谐波的Q值为Q2、基波的晶体阻抗为R1、谐波的晶体阻抗为R2时，优选满足Q1＜Q2的关系，且满足R1＜R2的关系。由此，能够有效地减小高次模式的振动。
(封装)
图1和图2所示的封装9具有：箱状的底座91，其具有朝上表面敞开的凹部911；以及以塞住凹部911的开口的方式与底座91接合的板状的盖92。这样的封装9具有通过由盖92塞住凹部911而形成的收纳空间，在该收纳空间中气密地收纳有振动片2。此外，在凹部911中设置有阶梯部912，振动片2在基部4的第2基部42处经由导电性粘接剂11被固定到阶梯部912，该导电性粘接剂11例如是在环氧系、丙烯酸系的树脂中混合了导电性填充剂而形成的。
另外，收纳空间内可以成为减压(优选为真空)状态，也可以封入氮、氦、氩等惰性气体。由此，振动片2的振动特性提高。
底座91的构成材料没有特别限定，可使用氧化铝等各种陶瓷。此外，盖92的构成材料没有特别限定，只要是线膨胀系数与底座91的构成材料近似的部件即可。例如，在将底座91的构成材料设为上述那样的陶瓷的情况下，优选将盖92的构成材料设为铁镍钴合金等合金。另外，底座91与盖92的接合没有特别限定，例如可以经由粘接剂接合，也可利用缝焊等接合。
此外，在底座91的阶梯部912上形成有连接端子951、961。虽然未图示，但振动片2的第1驱动用电极84被引出到基部4的第2基部42，在该部分处，经由导电性粘接剂11与连接端子951电连接。同样，虽然未图示，但振动片2的第2驱动用电极85被引出到基部4的第2基部42，在该部分处，经由导电性粘接剂11与连接端子961电连接。
此外，连接端子951经由贯通底座91的贯通电极(未图示)与形成于底座91的底面的外部端子(未图示)电连接，连接端子961经由贯通底座91的贯通电极(未图示)与形成于底座91的底面的外部端子(未图示)电连接。
作为连接端子951、961、贯通电极和外部端子的结构，只要分别具有导电性，则没有特别限定，例如能够由金属覆盖膜构成，该金属覆盖膜是在Cr(铬)、W(钨)等的金属化层(基底层)上层叠Ni(镍)、Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)等的各覆盖膜而形成的。
根据以上说明的振动片2，在振动臂5、6的末端部设置有施重部59、69，因此能够在不增大振动臂5、6的长度的情况下增大振动臂5、6的臂部50、60的宽度，提高振动臂5、6的强度，并且减小热弹性损耗来提高Q值。其结果，能够在实现小型化的同时提高耐冲击性，并且减小CI(晶体阻抗)值。
特别是对η进行了最优化，因此能够有效提高振动臂5、6的强度和Q值。
因此，在振动片2中，能够在实现小型化的同时提高耐冲击性，并且实现小于50kΩ的CI值。
并且，具有这样的振动片2的振子1具有优异的可靠性。
2.振荡器
接着，对应用了本发明的振动片的振荡器(本发明的振荡器)进行说明。
图9是示出本发明的振荡器的一例的剖视图。
图9所示的振荡器10具有振动片2、和用于驱动振动片2的IC芯片(芯片部件)80。以下，关于振荡器10，以与上述振子的不同之处为中心进行说明，省略相同事项的说明。
封装9A具有：箱状的底座91A，其具有凹部911A；以及塞住凹部911A的开口的板状的盖92。
在底座91A的凹部911A中设置有阶梯部912A。
在阶梯部912A上形成有连接端子(未图示)。此外，在凹部911A的底面(相比阶梯部912A靠底侧的面)上配置有IC芯片80。IC芯片80具有用于控制振动片2的驱动的驱动电路(振荡电路)。当通过IC芯片80驱动振动片2时，可取出规定频率的信号。
此外，在凹部911A的底面，形成有经由线与IC芯片80电连接的多个内部端子(未图示)。这多个内部端子中包含：经由形成于底座91A的未图示的通孔与形成于封装9A的底面的外部端子(未图示)电连接的端子；以及经由未图示的通孔或线与连接端子(未图示)电连接的端子。
另外，在图9的结构中，说明了IC芯片80配置在收纳空间内的结构，但IC芯片80的配置没有特别限定，例如也可以配置于封装9A的外侧(底座的底面)。
根据这样的振荡器10，能够发挥优异的可靠性。
3.电子设备
接着，根据图10～图12，对应用了本发明的振动片的电子设备(本发明的电子设备)进行详细说明。
图10是示出应用了具有本发明的振动片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子1。
图11是示出应用了具有本发明的振动片的电子设备的移动电话机(也包括PHS)的结构的立体图。在该图中，移动电话机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。在这种移动电话机1200中内置有作为滤波器、谐振器等发挥功能的振子1。
图12是示出应用了具有本发明的振动片的电子设备的数字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，数字照相机1300通过CCD(Charge Coupled Device：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)。
在数字照相机1300中的外壳(机身)1302的背面设置有显示部，构成为根据CCD的摄像信号进行显示，显示部作为取景器发挥功能，将被摄体显示为电子图像。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。
当摄影者确认在显示部中显示的被摄体像并按下快门按钮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。在这种数字照相机1300中内置有作为滤波器、谐振器等发挥功能的振子1。
另外，除了图10的个人计算机(移动型个人计算机)、图11的移动电话机、图12的数字照相机以外，具有本发明的振动片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、电视机、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。
4.移动体
接着，根据图13对应用了本发明的振动片的移动体进行详细说明。
图13是示出应用了具有本发明的振动片的电子设备的移动体(汽车)的结构的立体图。在该图中，移动体1500构成为具有车体1501和4个车轮1502，通过设置于车体1501的未图示的动力源(发动机)使车轮1502旋转。在这种移动体1500中内置有振荡器10(振动片2)。
根据这样的电子设备，能够发挥优异的可靠性。
另外，具有发明的振动片的移动体不限于汽车，例如还能够应用于摩托车和火车等其他车辆、飞机、船舶、航天器等。
以上，根据图示的实施方式对本发明的振动片、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，还可以适当组合各实施方式。
此外，作为振动片，除了振荡器，例如还能够应用于陀螺仪传感器那样的传感器。
Claims (20)
1.一种振动片，其特征在于，
所述振动片包含固定端和自由端沿着第1方向排列的振动臂，
所述振动臂包含：
施重部，其配置于所述自由端侧；以及
臂部，其配置于所述固定端侧，
在所述振动臂的彼此处于正反关系的第1主面和第2主面中的至少一个主面上，沿着所述第1方向设置有槽部，
在设置有所述槽部的所述主面上，
在设所述臂部的沿着与所述第1方向交叉的第2方向的宽度为W1、设侧面与所述槽部的外缘夹着的部分的沿着所述第2方向的宽度为W3、设2×W3/W1为η时，
满足14.2％＜η＜100％，
其中，所述侧面连接所述第1主面和所述第2主面，所述槽部沿着所述第2方向和所述侧面并排。
2.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于，
满足20％≤η≤50％。
3.根据权利要求2所述的振动片，其特征在于，
满足30％≤η≤40％。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的振动片，其特征在于，
所述施重部的沿着所述第2方向的宽度比所述臂部大。
5.根据权利要求4所述的振动片，其特征在于，
在设所述施重部的沿着所述第2方向的宽度为W2时，满足1.43≤W2/W1≤1.79。
6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的振动片，其特征在于，
在设所述振动臂的沿着所述第1方向的长度为L、设所述施重部的沿着所述第1方向的长度为Lx时，满足20％≤Lx/L≤60％。
7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的振动片，其特征在于，
所述臂部的厚度为115μm以上150μm以下。
8.根据权利要求7所述的振动片，其特征在于，
所述槽部以在俯视时重叠的方式包含：
第1槽部，其设置在所述第1主面上；以及
第2槽部，其设置在所述第2主面上，
在设所述臂部的厚度为t、设所述第1槽部的底部与所述第2槽部的底部之间的距离为t1时，t1/t为10％以上40％以下。
9.根据权利要求7所述的振动片，其特征在于，
所述W3为15μm以上30μm以下。
10.根据权利要求7所述的振动片，其特征在于，
所述振动片包含设置在所述振动臂上的激励电极，
所述槽部包含：
电极形成区域，其设置有所述激励电极；以及
电极未形成区域，其配置于所述施重部侧，未设置有所述激励电极。
11.根据权利要求10所述的振动片，其特征在于，
在设所述槽的沿着所述第1方向的长度为Ld、设所述电极形成区域的沿着所述第1方向的长度为L1时，
满足72.8％≤L1/Ld≤82.8％。
12.根据权利要求11所述的振动片，其特征在于，
所述电极未形成区域的所述基部侧的一端配置于所述施重部、与作为在所述振动臂上产生的谐波振动的波节的位置之间。
13.根据权利要求7所述的振动片，其特征在于，
所述振动片包含设置在所述振动臂上的激励电极，
所述激励电极包含：
基底层；以及
层叠于所述基底层的与所述振动臂侧相反的一侧的被覆层，
在设所述基底层的厚度为Tb、设所述被覆层的厚度为Tc时，满足Tb/Tc≤4/7，
所述基底层由铬构成，
所述基底层的厚度为以上以下。
14.根据权利要求7所述的振动片，其特征在于，
所述振动臂是沿着所述第2方向排列的一对振动臂，
所述振动臂包含与所述固定端连接的基部。
15.根据权利要求14所述的振动片，其特征在于，
在设所述振动臂的所述自由端和在俯视时所述基部的与所述振动臂侧相反的一侧的一端之间的距离为La、设包含所述一对振动臂和所述基部的系统的重心与所述相反的一侧的一端之间的距离为Lg时，Lg/La为2/3以下。
16.根据权利要求14或15所述的振动片，其特征在于，
在设俯视时所述一对振动臂的与所述施重部的对置侧相反的一侧的外缘彼此之间的沿着所述第2方向的宽度为Wa、设所述基部的沿着所述第2方向的宽度为S时，满足85％≤Wa/S≤115％。
17.一种振子，其特征在于，该振子具有：
权利要求1～3中的任意一项所述的振动片；以及
收纳有所述振动片的封装。
18.一种振荡器，其特征在于，该振荡器具有：
权利要求7所述的振动片；以及
电路。
19.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求7所述的振动片。
20.一种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求7所述的振动片。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150121 |