CN104601139A - 振动元件、振子、电子装置、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种振动元件、振子、电子装置、电子设备以及移动体，其降低了主振动的CI值且降低了因接近的非谐模式而引起的乱真振荡的CI值的振动元件。振动元件(1)包括：振动部(12)，其包括以厚度切变振动进行振动、且互为正反关系的第一主面及第二主面；第一激励电极(25a)，其被设置于第一主面上；第二激励电极(25b)，其被设置于第二主面上，能量封入系数M满足33.6≤M≤65.1的关系。

Description

振动元件、振子、电子装置、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及一种振动元件、振子、电子装置、电子设备以及移动体。
背景技术
由于以厚度切变振动作为主振动的振动模式而进行振动的AT切割水晶振子适合于小型化、高频化，且具有较优异的频率温度特性，因此被使用于振荡器或电子设备等。尤其近年来伴随着传输通信设备、OA(OfficeAutomatization：办公自动化)设备的处理速度的高速化，或者通信数据、处理量的大容量化的进步，而使高频率化的要求相对于作为被用于该振荡器或电子设备的基准频率信号源的AT切割水晶振子而增强。
由于一般情况下，在以厚度切变振动作为主振动的AT切割水晶振子中，共振频率与水晶素板的板厚为反比例的关系，因此能够通过使水晶素板的板厚变薄来实现高频率化。
在专利文献1中公开了一种通过在水晶素板的主面的一部分上形成凹陷部来使振动区域的板厚变薄从而实现了高频率化的、所谓的倒台面型结构的AT切割水晶振子。其中，叙述了在以基频振动为300MHz以上的共振频率来进行振动的AT切割水晶振子中，通过使水晶素板的振动区域的板厚与将被形成在振动区域的正反面上的电极换算为水晶密度的膜厚之比设在7％～13％的范围内，从而能够获得良好的频率温度特性。
此外，在专利文献2中，与专利文献1同样公开了在以基频振动为300MHz以上的共振频率来进行振动的倒台面型结构的AT切割水晶振子中，通过使水晶素板的振动区域的板厚与被形成在振动区域的正反面上的电极中的一方的电极膜厚之比设在0.014以下或0.012以下(所述水晶素板的振动区域的板厚与将所述电极膜厚换算为水晶密度的膜厚之比设在19.2％以下或16.5％以下)，从而能够防止回流前后的频率变化以及频率温度特性的变化。
然而，当设为基频振动的共振频率的高频率化，尤其200MHz以上时，明确了在具有具备如上所述的结构的水晶振子的振荡电路中存在以下课题，即，为了以基频振动的共振频率来对水晶振子进行驱动而必须降低CI(CrystalImpedance:水晶阻抗)(水晶、阻抗＝水晶振子的等价电阻)值。尤其当共振频率为200MHz以上的高频时，被形成在水晶素板上的激励电极以及引线电极的膜厚将对主振动的CI值造成较大影响。当欲仅使水晶振子的主振动成为封入模式时，则需要将电极膜变薄，而当电极膜为100nm以下时，会由于薄膜电阻急剧增大，而在激励电极部或引线电极部产生较大的欧姆损耗(薄膜电阻所导致的电阻损耗)，结果会存在使水晶振子的CI值变大的课题。
然而，当为了减小电极膜的欧姆损耗而使电极的厚度增厚时，则存在如下课题，即，除了主振动以外而使较多的非谐模式的振动被封入进而产生乱真振荡，根据条件，与主振动的CI值相比而向主振动接近的乱真振荡的CI值的一方变小，而使振荡电路以乱真振荡的共振频率来进行振动。
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
发明内容
本发明为了解决上述课题的至少一部分而被完成，可作为以下的方式或应用例而实现。
应用例1
本应用例所涉及的振动元件的特征在于，包括：振动部，其包括以厚度切变振动来进行振动、且互为正反关系的第一主面以及第二主面；第一激励电极，其被设置于所述第一主面上；第二激励电极，其被设置于所述第二主面上；能量封入系数M、频率降低量△、截止频率fs，频率fe满足下述关系，即：33.6≤M≤65.1，△＝(fs-fe)/fs，fs＝R/ts，fe＝R/[ts+te×(ρe/ρx)]，其中，M为能量封入系数，K为所述振动部的各向异性系数，hx为沿所述第一激励电极和第二激励电极的厚度切变振动方向的长度，ts为所述振动部的厚度，△为频率降低量，fs为所述振动部的截止频率，fe为将所述第一激励电极和第二激励电极配置在所述振动部上时的频率，R为所述振动部的频率常数，te为所述第一激励电极与所述第二激励电极的厚度的总和，ρe为所述第一激励电极和第二激励电极的密度，ρx为所述振动部的密度。
根据本应用例，在以基频的厚度切变振动模式来进行激励的高频的振动元件中，通过使能量封入系数M满足33.6≤M≤65.1关系，从而能够减小伴随着激励电极的薄膜化而产生的欧姆损耗的影响所导致的CI值劣化。而且，由于能够将振动能量以高效率且封入激励电极的区域内，从而具有下述效果，即，能够将主振动的CI值设在20Ω以下，从而使基于振荡电路的振荡变得容易。
应用例2
如上述应用例所述的振动元件，其特征在于，能量封入系数M满足33.6≤M≤46.7关系。
根据本应用例，在以基频的厚度切变振动模式来进行激励的高频的振动元件中，通过能量封入系数M满足33.6≤M≤46.7关系，从而具有如下效果，即，可获得相对于主振动的CIm值的接近的乱真振荡的CIs值之比，即CI值比(CIs/CIm)较大的振动元件。
此外，能够降低伴随着激励电极的薄膜化而产生的欧姆损耗的影响所导致的CI值劣化。
而且，可降低通过激励电极的尺寸或膜厚而被决定的非谐模式的乱真振荡的激励强度。
由此，例如能够使主振动的CI值缩小至20Ω以下。
应用例3
如上述应用例所述的振动元件，其特征在于，所述振动部为水晶基板。
根据本应用例，具有可获得Q值较高的振动元件的效果。
应用例4
如上述应用例所述的振动元件，其特征在于，所述水晶基板为AT切割水晶基板。
根据本应用例，由于具有温度特性优异的切断角度，因此具有如下效果，即，可获得CI值较小且温度特性优异的振动元件的效果。
此外，通过对振动部使用AT切割水晶基板从而具有如下效果，即，能够提供一种温度特性优异的振动元件。
应用例5
如上述应用例所述的振动元件，其特征在于，当将沿与所述第一激励电极和第二激励电极的厚度切变振动方向正交的方向的长度设为hz时，满足1.25≤hx/hz≤1.31的关系。
根据本应用例，在将通过结晶的各向异性而决定的位移方向的位移分布和与其正交的方向的位移分布不同的基板用于振动部的情况下，能够提高主振动的能量封入的效率。
而且，具有如下效果，即，能够缩小振动元件的电容比γ(＝C0/C1，在此，C0为并联电容，C1为等价串联共振电容)。
应用例6
如上述应用例所述的振动元件，其特征在于，所述第一激励电极和所述第二激励电极由从所述振动部侧依次层叠有第一层、第二层的二层结构而构成，第一层含有镍(Ni)，第二层含有金(Au)。
根据本应用例，通过在振动部与含有金(Au)的第二层之间设置含有镍(Ni)的第一层的结构，从而能够提高振动部与含有金(Au)的第二层的紧贴性。而且，由于含有金(Au)的第二层受氧化等的影响较小而非常稳定，因此具有如下效果，即，可获得信赖性评价较高的振动元件。
应用例7
本应用例所涉及的振子的特征在于，具备上述应用例所述的振动元件和收纳有所述振动元件的封装件。
根据本应用例，通过将振动元件收纳于封装件中，从而或获得信赖性较高的振子。
例如由于能够防止因温度变化或湿度变化等外部扰乱的影响或污染所导致的影响，因此具有如下效果，即，可获得具有优异的频率再现性、频率温度特性、CI温度特性、频率老化特性等的振子。
应用例8
本应用例所涉及的电子装置的特征在于，具备：上述应用例所述的振动元件、电路。
根据本应用例，当应用以基频来进行激励的高频的振动元件而构成电子装置时，由于振动元件的电容比较小，因此具有如下效果，即，可获得频率可变幅度较大并且S/N比良好的电子装置。
应用例9
本应用例所涉及的电子设备的特征在于，具备上述应用例所述的振动元件。
根据本应用例，通过对电子设备使用上述应用例所述的振动元件，从而具有如下效果，即，能够构成具备高频的频率稳定度优异且S/N比良好的基准频率源的电子设备。
应用例10
本应用例所涉及的移动体的特征在于，具备上述应用例所述的振动元件。
根据本应用例，通过对电子设备使用上述应用例所述的振动元件，从而具有如下效果，即，能够构成具备高频的频率稳定度优异且S/N比良好的基准频率源的移动体。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的结构的概要图，图1(a)为俯视图，图1(b)为A-A线剖视图，图1(c)为B-B线剖视图。
图2为对水晶基板与结晶轴的关系进行说明的图。
图3为表示相对于电极的膜厚的薄膜电阻的图。
图4为表示振动元件的试制条件与振子的特性结果的图。
图5为表示相对于振动元件的能量封入系数M的振子的CI值的图。
图6为表示相对于振动元件的能量封入系数M的振子的主振动CI值与乱真振荡CI值的CI值比的图。
图7为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的激励电极形状的改变例的概要图，图7(a)为改变例1的俯视图，图7(b)为改变例2的俯视图，图7(c)为改变例3的俯视图。
图8为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的基板形状的改变例的概要图，图8(a)为改变例1的俯视图，图8(b)为改变例1的C-C线剖视图。
图9为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的基板形状的改变例的概要图，图9(a)为改变例2的俯视图，图9(b)为改变例2的D-D线剖视图。
图10为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的基板形状的改变例的概要图，图10(a)为改变例3的俯视图，图10(b)为改变例3的E-E线剖视图。
图11为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的基板形状的改变例的概要图，图11(a)为改变例4的俯视图，图11(b)为改变例4的F-F线剖视图。
图12为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的基板形状的改变例的概要图，图12(a)为改变例5的俯视图，图12(b)为改变例5的G-G线剖视图。
图13为表示本发明的实施方式所涉及的振子的结构的概要图，图13(a)为俯视图，图13(b)为纵剖视图。
图14为表示本发明的实施方式所涉及的电子装置的结构的概要图，图14(a)为俯视图，图14(b)为纵剖视图。
图15为表示应用了具备本发明的实施方式所涉及的振动元件的电子设备的便携式(又或笔记本式)的个人计算机的结构的立体图。
图16为表示应用了具备本发明的实施方式所涉及的振动元件的电子设备的移动电话(也包括PHS)的结构的立体图。
图17为表示应用了具备本发明的实施方式所涉及的振动元件的电子设备的数码照相机的结构的立体图。
图18为概要地表示作为具备本发明的实施方式所涉及的振子的移动体的一个示例的汽车的立体图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的优选的实施方式而对本发明的振动元件、振子、电子装置、电子设备以及移动体详细地进行说明。
振动元件
首先，对本发明的实施方式所涉及的振动元件1进行说明。
图1为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的结构的概要图，图1(a)为振动元件的俯视图，图1(b)为图1(a)的A-A线剖视图，图1(c)为图1(a)的B-B线剖视图。
振动元件1具备：基板10，其具有振动部12以及支承部18，所述支承部18与振动部12连接设置且作为厚于振动部12的厚度的厚壁部13；第一激励电极25a和第二激励电极25b，其以在俯视观察下重叠且分别对置的方式而被形成在振动部12的两个主面(±Y’方向的正反面)上；衬垫电极29a、29b，其被设置于厚壁部上；引线电极27a、27b，其从第一激励电极25a和第二激励电极25b分别朝向衬垫电极29a、29b而延伸形成。
基板10呈矩形形状，并且具备：振动部12，其以薄壁的方式与Y’轴正交且厚度为固定的平板状；厚壁部13，其沿着振动部12的除了一条边以外的三条边而被一体化，即，由第一厚壁部14、成为支承部18的第二厚壁部15以及第三厚壁部16(亦称为第一、第二以及第三厚壁部14、15、16)形成；狭缝17，其用于降低在实施支承固定时所产生的安装应力(mounting stress)向振动部12进行传递。
另外，第一厚壁主体14a、第二厚壁主体15a以及第三厚壁主体16a(亦称为第一、第二以及第三厚壁主体14a、15a、16a)是指，与Y’轴平行的厚度为固定的区域。
此外，第一倾斜部14b、第二倾斜部15b以及第三倾斜部16b(亦称为第一、第二以及第三倾斜部14b、15b、16b)是指在第一、第二以及第三的厚壁主体14a、15a、16a与振动部12之间所生成的倾斜面。
振动部12的一个主面与第一、第二以及第三的厚壁部14、15、16各自的一个面处于同一平面上，即图1所示的坐标轴的X-Z’平面上，将该面(图1(b)的-Y’方向的下表面侧)称为平台面(平坦面)，而将具有凹陷部11的相反侧的面(图1(b)的+Y’方向的上表面侧)称为凹陷面。
第一激励电极25a和第二激励电极25b在图1所示的振动元件1中为矩形形状(X轴方向设为长边)，在振动部12的大致中央部的正反面(上表面以及下表面的两面)上，以在俯视观察下重叠且分别对置的方式而在成为第一主面的一个主面上形成有第一激励电极25a，在成为第二主面的另一个主面上形成有第二激励电极25b。
引线电极27a从作为凹陷面的第一主面上所形成的第一激励电极25a起延伸出，并且从振动部12上经由第三倾斜部16b、第三厚壁主体16a，而与被形成在作为支承部18的第二厚壁主体15a的凹陷面上的衬垫电极29a导通连接。
此外，引线电极27b从作为平台面的第二主面上所形成的第二激励电极25b起延伸出，并且经由基板10的平台面的边端部，而与被形成在作为支承部18的第二厚壁主体15a的平台面上的衬垫电极29b导通连接。
另外，对于第一激励电极25a和第二激励电极25b与引线电极27a、27b相连接的部分，以沿着激励电极的外边缘(外边)的延长线(虚线)作为边界且作为形状或面积而进行说明。
图1(a)所示的实施方式示例为引线电极27a、27b的引出结构的一个示例，引线电极27a也可以经由其他厚壁部。然而，引线电极27a、27b的长度优选为最短，且优选通过考虑到在俯视观察时使引线电极27a、27b彼此不隔着基板10而交叉，从而抑制静电电容的增加。
此外，第一激励电极25a、第二激励电极25b、引线电极27a、27b、衬垫电极29a、29b利用蒸镀装置或阴极真空喷镀装置等来实施成膜，例如从基板10一侧使作为基底层的第一层的镍(Ni)成膜，并在其上将作为第二层的金(Au)层叠而进行成膜。另外，作为电极材料，也可以代替第一层的镍(Ni)而使用含有镍(Ni)的镍铬合金(NiCr)或铬(Cr)，此外，也可以代替金(Au)而使用含有金(Au)的18金或14金，而且，也可以使用银(Ag)或铂(Pt)。
作为压电材料的水晶属于三方晶系，从而如图2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、光轴。而且，水晶基板将沿着使XZ面绕X轴旋转预定的角度θ而成的平面，从水晶中切出的旋转Y切割用作基板10。例如，在AT切割水晶基板的情况下，角度θ大致为35°15’。另外，使Y轴及Z轴也绕X轴仅旋转角度θ而分别形成为Y’轴及Z’轴。因此，AT切割水晶基板具有正交的结晶轴X、Y’、Z’。AT切割水晶基板中，厚度方向为Y’轴，与Y’轴正交的XZ’面(包括X轴及Z’轴的平面)为主面，并且沿X轴方向而具有位移的厚度切变振动作为主振动而被激励。
即，基板10为如下旋转Y切割水晶基板，即，如图2所示，以由X轴(电轴)、Y轴(机械轴)、Z轴(光轴)构成的正交坐标系中的X轴作为中心，而将使Z轴向Y轴的-Y方向倾斜而成的轴设为Z’轴，并将使Y轴向Z轴的+Z方向倾斜而成的轴设为Y’轴，所述旋转Y切割水晶基板由X轴和与Z’轴平行的面构成，且以与Y’轴平行的方向设为厚度方向。
另外，本实施方式示例所涉及的基板10并不局限于角度θ大致为35°15’的AT切割水晶基板，也可采用以角度θ大致为-49°的方式通过厚度切变振动模式来进行激励的BT切割水晶基板等。而且，虽然使用了沿着振动部12的外边缘而设置厚壁部的示例来进行了说明，但是并不限定于此。虽然通过之后的基板形状的改变例进行叙述，但是也可采用沿着振动部12的整个外边缘而设置了厚壁部的基板或未设置有厚壁部的平板状基板。
一般情况下，当在厚度切变振动模式下，于振动部上形成部分电极或是设置板厚差时，能够将振动能量封入于该部分附近，从而能够获得稳定的共振频率。在该情况下的封入模式的共振频率被表示为，通过振动部的厚度ts或激励电极的膜厚te与尺寸hx而求出的能量封入系数M的函数。能量封入系数M由下式(1)表示。
M = K × ( hx / 2 × ts ) × Δ · · · ( 1 )
在此，K为振动部的各向异性系数(AT切割水晶基板的情况下为1.538)，hx为沿着激励电极在厚度切变振动时的位移方向的尺寸，ts为振动部的厚度，△为频率降低量。另外，hx为，在激励电极的形状为圆形或椭圆形而并非矩形的情况下，将沿厚度切变振动模式下的位移方向(X轴方向)的长度中的最大值设为尺寸。
此外，频率降低量△由下式(2)表示。
△＝(fs-fe)/fs…(2)
在此，fs为振动部的截止频率，fe为在振动部整个面上使激励电极成膜的情况下的频率。
另外，在正反的激励电极的形状与面积相同的情况下，振动部的截止频率fs由下式(3)表示，在振动部整个面上使激励电极成膜的情况下的频率fe由下式(4)表示。
fs＝R/ts…(3)
fe＝R/[ts+te×(ρe/ρx)]…(4)
在此，R为振动部的频率常数，ts为振动部的厚度，te为正反的激励电极的厚度之和，ρe为激励电极的密度，ρx为振动部的密度。
一般情况下，在AT切割水晶基板的厚度切变振动模式下，对基频的单一模式进行封入的条件为能量封入系数M在2.8以下。
例如，在以491MHz频带的共振频率进行共振的AT切割水晶振动元件中，在将第一激励电极25a和第二激励电极25b的尺寸hx设为0.30mm的情况下，使能量封入系数M成为2.8的激励电极的膜厚非常薄而大约为1nm，并且成为在制造上不可能实现的膜厚，即使能够实现，也会因电极的薄膜化所导致的欧姆损耗的影响而使CI值变得非常大，而不能通过振荡回路进行振荡。
因此，当为了在高频状态下避免电极膜厚的欧姆损耗而实施成膜时(使膜厚增厚)，由于仅对主振动实施封入的能量封入系数M从2.8起而大幅度增大，因此无法避免除了主振动以外的、低频的非谐模式下的乱真振荡被封入。然而，若被封入的乱真振荡的最小的CI值与主振动CI值的CI值比为1.8以上，则可认为在理论上不会以非谐模式下的乱真振荡来进行振动。因此，可想到若将主振动的CI值减小到20Ω以下，并考虑到制造偏差而将与乱真振荡的CI值比设为2.0以上，则能够满足振荡电路所要求的要求规格从而仅使主振动进行振动，因此能够使其实用化。
图3为表示以镍(Ni)作为基底层的金(Au)的膜厚与薄膜电阻值。该图为将基底层的镍(Ni)的膜厚固定为7nm，并使金(Au)的膜厚在45nm～150nm范围内进行变化的情况下的薄膜电阻的测定结果。根据图3可判断出，当膜厚成为90nm以下时，薄膜电阻急剧增大。因此，决定能量封入系数M除了激励电极的膜厚以外，还需要使引线电极27a、27b或衬垫电极29a、29b的膜厚增大，以减少因欧姆损耗的影响而使主振动的CI值的增大的情况。尤其引线电极部与衬垫部相比因较细长而使欧姆损耗的影响较大。根据图3，例如，假设将引线电极部的长度设为10□(将10个正方形连接而成的长度)的情况下，则需要将电极膜厚设为使薄膜电阻成为0.2Ω/□的150nm以上，以使引线电极部的电阻值设为2Ω以下。
图4为表示通过图1的实施方式示例而试制的以491MHz频带的共振频率进行振动的振动元件的试制条件与该振子的特性结果。
基板10使用AT切割水晶基板，且在正反的第一激励电极25a和第二激励电极25b中将基底层的镍(Ni)膜厚固定为7nm，并将金(Au)的膜厚设定为30nm～100nm。在第一激励电极25a和第二激励电极25b中hx设为0.18mm，hz设为0.14mm，从而hx/hz约为1.29。另外，hz为沿着与第一激励电极25a和第二激励电极25b的厚度切变振动方向正交的方向的尺寸(长度)。
此外，正反的引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b在以与第一激励电极25a或第二的激励电极25b相等的厚度所形成的电极层的上层部上，将镍(Ni)以膜厚7nm进行层叠，并且在其上将金(Au)以膜厚200nm进行层叠，以降低欧姆损耗的影响。
另外，将试制的振动元件1被安装在后文叙述的封装件中，并在密封之后对作为振子的特性进行测定。
在此，图4所示的试制条件满足上述的数学式(1)、(2)、(3)、(4)。
另外，各个参数如下：
K＝1.538
R＝1.67(MHz·mm)
ρx＝2.649(g/cm3)
ρAu(金的密度)＝19.3(g/cm3)
ρNi(镍的密度)＝8.9(g/cm3)
由二层结构形成的激励电极的密度ρe可通过下式(5)来进行计算。
ρe＝(ρAu×tAu+ρNi×tNi)/(tAu+tNi)…(5)
在此，tAu为第二层的金(Au)的厚度，tNi为作为基底层的第一层的镍(Ni)的厚度。
fs为振动部12的截止频率，fe为将第一激励电极25a和第二激励电极25b配置于振动部12上时的频率。
图5为表示相对于图4所示的振动元件的能量封入系数M的、振子的CI值。图5为表示当能量封入系数M增大时，CI值将会暂时变小，随后存在再次增大的倾向。这可认为由于，通过电极膜厚增大而使欧姆损耗的影响减少，随后，由于振动部12因电极的重量而对振动造成载荷从而通过电极膜厚进一步增大而使阻力因增大。
由此，根据图5，通过将能量封入系数M设在33.6以上65.1以下的范围内，从而能够满足振荡电路所需的CI值的规格(CI≤20Ω)。
图6为表示相对于图4所示的振动元件的能量封入系数M的振子的主振动的CI值(CIm)与乱真振荡的CI值(CIs)的CI值比(CIs/CIm)。当能量封入系数M增大时CI值比(CIs/CIm)存在减小的倾向，这可认为由于激励电极的膜厚增大而对非谐模式下的乱真振荡实施强制封入。
根据图6可判断出，通过能量封入系数M设为46.7以下，从而能够满足振荡电路所需的乱真振荡的规格(CIs/CIm≥2.0)。
根据以上的结果可判断出，在第一激励电极25a和第二激励电极25b的正反的形状与面积相同的情况下，能够同时满足振荡电路所需的CI值的规格(CI≤20Ω)和乱真振荡的规格(CIs/CIm≥2.0)的情况为，能量封入系数M在33.6≤M≤46.7范围内的情况下。
激励电极形状的改变例
图7为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的激励电极形状的改变例的概要图，图7(a)为改变例1的俯视图，图7(b)为改变例2的俯视图，图7(c)为改变例3的俯视图。
虽然在图1的实施方式例中，作为第一激励电极25a和第二激励电极25b的形状而例示了矩形(X轴方向设为长边)的示例，但是无需局限于此。也可采用如下方式，即，如图7(a)～图7(c)所示，激励电极125a、125b、125c的形状为正方形、椭圆形(X轴方向较长)、圆形等。
另外，由于在使用AT切割水晶基板的厚度切变振动模式的情况下，可以说通过结晶的各向异性而决定的位移方向的位移分布和与其正交的方向的位移分布不同，并且在该电极尺寸比(hx/hz)约为1.28时效率最高，因此该电极尺寸比时的椭圆形状或矩形形状的激励电极形状能够使AT切割水晶振子的电容比γ(＝C0/C1，在此，C0为并联电容，C1为等价串联电容)最小。此外，由于第一激励电极25a或第二激励电极25b的尺寸hx、hz的制造偏差或正反的位置一致误差等可被预测为尺寸比约为±2％(当设hx＝0.18mm时约为±4μm)，因此电极尺寸比以(hx/hz)1.28为中心而适合在1.25～1.31的范围内。
基板形状的改变例
图8～图12为表示本发明的实施方式所涉及的振动元件的基板形状的改变例的概要图，各个附图的(a)为各个改变例1～5的俯视图，各个附图的(b)为各个改变例1～5的剖视图。
关于基板10的形状，虽然在图1的实施方式示例中采用了一个主面上具有凹陷部11而另一个主面为平台面的基板10，但是也可以采用如图8所示，在振动部12a的两个主面上具有凹陷部11a、11a’的基板10a。
此外也可采用如图9或图10所示，在振动部12b的一个主面上具有周围被厚壁部13b包围的凹陷部11b的基板10b，或者在振动部12c的两个主面上具有周围被厚壁部13c包围的凹陷部11c、11c’的基板10c。
而且还可以采用如图11所示，平板的形状的基板10d。另外，由于在平板形状的情况下板厚非常薄，因此在处理时或安装于封装件中时，有可能会破损。因此，为了使强度提高，也可以采用如图12所示，将平板形状的基板10e安装于厚度较厚的保持基板110上的结构。
该结构中的电导通首先通过如下方式而被实现，即，通过导电性的接合部件80而将被设置于基板10e上的衬垫电极29e和被设置于保持基板110的一个主面上的衬垫电极90进行接合。接下来，通过将被设置在保持基板110的另一个主面上的安装电极92经由导电性的接合部件等而安装于封装件的元件搭载衬垫上，从而能够使基板10e的衬垫电极29e和封装件的元件搭载衬垫进行电导通，其中，所述安装电极92通过侧面电极(未图示)与保持基板110的衬垫电极90电连接。
振子
接下来，对应用了上述的振动元件1的振子2(本发明的振子)进行说明。
图13为表示本发明的实施方式所涉及的振子的结构的图，图13(a)为省略了盖部件的俯视图，图13(b)为纵剖视图。振子2由振动元件1、封装件主体40和盖部件49构成，其中，所述封装件主体为了收纳振动元件1而被形成为矩形箱状，所述盖部件由金属、陶瓷、玻璃等构成。
如图13(b)所示，封装件主体40通过对第一基板41、第二基板42、第三基板43、密封圈44和安装端子45进行层叠而形成。安装端子45在第一基板41的外部底面上被形成有多个。第三基板43为中央部被去除了的环状体，在第三基板43的上部边缘上形成有例如科瓦铁镍钴合金等的密封圈44。
通过第三基板43和第二基板42而形成收纳振动元件1的凹部(空腔)。在第二基板42的上表面的预定的位置处设置有通过导体46而与安装端子45电导通的多个元件搭载衬垫47。元件搭载衬垫47的位置被配置为，在载置了振动元件1时与第二厚壁主体15a上所形成的衬垫电极29a对应。
在对振动元件1进行固定时，首先，将振动元件1翻转(反转)并将衬垫电极29a载置于涂覆有导电性粘合剂30的元件搭载衬垫47上并施加载荷。考虑到导电性粘合剂30的老化而使用脱气较少的聚酰亚胺类粘合剂。
接下来，为了使被搭载于封装件主体40上的振动元件1的导电性粘合剂30固化，而将其放置在预定温度的高温炉内并经预定的时间。在使导电性粘合剂30固化之后，通过接合线BW等而将经翻转而成为上面侧的衬垫电极29b与封装件主体40的电极端子48进行导通连接。如图13(b)所示，由于将振动元件1支承、固定于封装件主体40的部分为一处(一点)，因此能够缩小通过支承固定而产生的安装应力的大小。
在实施了用于缓和安装形变的退火处理之后，通过向第二激励电极25b附加重量，或者减轻质量从而实施频率调节。之后，将盖部件49载置于封装件主体40的上表面所形成的密封圈44上且在减压气氛或者氮气等的惰性气体气氛中对盖部件49实施缝焊并密封，从而制成振子2。或者，还存在如下方式，即，将盖部件49载置于封装件主体40的第三基板43上表面所涂覆的低融点玻璃上，并进行熔融而紧贴的方法。该情况也可将封装件的腔内设为减压气氛或填充氮气等的惰性气体气氛，从而制成振子2。
也可以采用如下方式构成振动元件1，即，在Z’轴方向上隔开衬垫电极29a、29b的间隔而形成的振动元件1。该情况下也可采用以与图13所说明的振子2相同的方式构成振子。此外也可以采用如下方式构成振动元件1，即，在同一平面上将衬垫电极29a、29b离开间隔而形成的振动元件1。在该情况下振动元件1为，将导电性粘合剂30涂覆在两处(两点)以实现导通、支承、固定的结构。虽然为适于低负担化的结构，但有可能使导电性粘合剂30引起的安装应力稍微增大。
虽然在上述的振子2的实施方式示例中对封装件主体40使用了叠层板的示例进行了说明，但是也可以采用对封装件主体40使用单层陶瓷板，而盖体使用实施了拉深加工而成的罩，从而构成振子。
如图13所示，由于通过对振动元件1进行支承的部位为一处且在支承部18与振动部12之间设置了狭缝17，从而能够缩小因导电性粘合剂30而产生的安装应力，因此具有下述效果，即，可获得具有优异的频率再现性、频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性等的振子2。
电子装置
接下来，对应用了本发明的振动元件1的电子装置3(本发明的电子装置)进行说明。
图14为表示本发明的实施方式所涉及的电子装置的结构的图，图14(a)为省略了盖部件的俯视图，图14(b)为图14(a)的纵剖视图。电子装置3具备封装件主体50；盖部件49；振动元件1；IC部件51，其搭载了使振动元件1进行激励的振荡电路；选自电容根据电压而发生变化的可变电容元件、电阻根据温度而发生变化的热敏电阻、电感等的电子部件52中的至少一个。
如图14所示，封装件主体50对第一基板61、第二基板62、第三基板63进行层叠而形成。安装端子45在第一基板61的外部底面上形成有多个。第二基板62与第三基板63由中央部被去除了的环状体而形成。
利用第一基板61、第二基板62、第三基板63而形成收纳振动元件1、IC部件51以及电子部件52等的凹部(空腔)。在第二基板62的上表面的预定的位置处，设置有通过导体46而与安装端子45电导通的多个元件搭载衬垫47。元件搭载衬垫47被配置为，在载置了振动元件1置时与第二厚壁主体15a上所形成的衬垫电极29a对应。
将翻转的振动元件1的衬垫电极29a载置于涂覆了导电性粘合剂(聚酰亚胺类)30的封装件主体50的元件搭载衬垫47上，从而实现衬垫电极29a与元件搭载衬垫47的导通。通过接合线BW而将经翻转而成为上面侧的衬垫电极29b与封装件主体50的电极端子48进行连接，并通过被形成于封装件主体50的基板之间的导体(未图示)，从而实现与IC部件51的一个电极端子55的导通。将IC部件51固定于封装件主体50的预定的位置，并通过接合线BW而将IC部件51的端子与封装件主体50的电极端子55进行连接。此外，电子部件52载置于封装件主体50的预定的位置处，并使用金属凸点等而与导体46连接。将封装件主体50填充为减压气氛或者氮气等的惰性气体气氛，并通过盖部件49来对封装件主体50进行密封，从而制成电子装置3。
通过接合线BW而将衬垫电极29b与封装件主体50的电极端子48进行连接的工艺方法为，对支承振动元件1的部位为一处(一点)，从而能够缩小因导电性粘合剂30而产生的安装应力。
如图14所示，由于通过构成电子装置3而使用以基频来进行激励的高频的振动元件1，从而具有如下效果，即，可获得电容比较小、频率可变幅度较大并且S/N比良好的电压控制型振荡器。
此外，作为电子装置3，可构成为振荡器、温度补偿型振荡器等，其具有能够构成具有优异的频率再现性、老化特性、频率温度特性等的振荡器。
电子设备
接下来，根据图15～图17对应用了本发明的实施方式所涉及的振动元件1的电子设备(本发明的电子设备)进行详细说明。
图15为表示作为具备本发明的实施方式所涉及的振动元件的电子设备的、便携式(或笔记本式)的个人计算机的结构的立体图。在该图中，个人计算机1100通过具备键盘1102的主体部1104、和具备显示部100的显示单元1106而构成，并且显示单元1106以能够通过铰链结构部而相对于主体部1104进行转动的方式被支承。在这样的个人计算机1100中内置有作为滤波器、共振器、基准时钟等而发挥功能的振动元件1。
图16为表示作为具备本发明的实施方式所涉及的振动元件的电子设备的、移动电话(也包含PHS：Personal Handy-phone System，个人移动电话系统)的结构的立体图。在该图中，移动电话1200具备多个操作按键1202、听筒1204以及话筒1206，并且在操作按键1202与听筒1204之间配置有显示部100。在这样的移动电话1200中内置有作为滤波器、共振器等而发挥功能的振动元件1。
图17为表示作为具备本发明的实施方式所涉及的振动元件的电子设备的、数码照相机的结构的立体图。另外，在该图中，还简单地图示了与外部设备之间的连接。在此，通常的照相机通过被摄物体的光学图像而使银盐感光胶片感光，与此相对，数码照相机1300通过CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合装置)等摄像元件而对被摄物体的光学图像进行光电变换，从而生成摄像信号(图像信号)。
在数码照相机1300的壳体(机体)1302的背面设置有显示部1310，并且成为根据CCD的摄像信号而进行显示的结构，显示部1310作为将被摄物体显示为电子图像的取景器而发挥功能。此外，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)，设置有包括光学镜片(摄像光学系统)和CCD等在内的受光单元1304。
当摄影者对被显示在显示部1310上的被摄物体图像进行确认，并按下快门按钮1306时，该时间点的CCD的摄像信号将被传送并存储于存储器1308中。此外，在该数码照相机1300中，在壳体1302的侧面设置有影像信号输出端子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，而在影像信号输出端子1312上连接有影像监视器1430，在数据通信用的输入输出端子1314上连接有个人计算机1440。而且，成为如下结构，即，通过预定的操作，从而使存储于存储器1308中的摄像信号向影像监视器1430或个人计算机1440输出。在这样的数码照相机1300中内置有作为滤波器、共振器等而发挥功能的振动元件1。
另外，在具备本发明的实施方式所涉及的振动元件1的电子设备中，除了图15的个人计算机1100(便携式个人计算机)、图16的移动电话1200、图17的数码照相机1300以外，还能够应用于如下的装置中，例如，喷墨式喷出装置(例如，喷墨式打印机)、膝上型个人计算机、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子笔记本(也包括附带有通信功能产品)、电子词典、台式电子计算机、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(Point of Sale：销售点)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、各种测量设备、计量设备类(例如，汽车、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器等电子设备。
移动体
接下来，对应用了本发明的实施方式所涉及的振动元件1的移动体(本发明的移动体)进行说明。
图18为概要地表示作为本发明的移动体的一个示例的汽车的立体图。在汽车1500中搭载有本发明的实施方式所涉及的振动元件1。振动元件1能够广泛应用于智能无匙进入系统、发动机防盗锁止装置、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS：Antilock Brake System)、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、车身姿态控制系统等的电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)1510中。
虽然以上内容根据图示的实施方式而对本发明的振动元件1、振子2、电子装置3、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明不局限于此，而各个部分的结构能够置换为具有同样功能的任意的结构。此外，也可以对本发明附加其他的任意的结构物。此外，也可以对上述的各个实施方式进行适当的组合。
符号说明
1…振动元件、2…振子、3…电子装置、10…基板、11…凹陷部、12…振动部、13…厚壁部、14…第一厚壁部、14a…第一厚壁主体、14b…第一倾斜部、15…第二厚壁部、15a…第二厚壁主体、15b…第二倾斜部、16…第三厚壁部、16a…第三厚壁主体、16b…第三倾斜部、17…狭缝、18…支承部、25a…第一激励电极、25b…第二激励电极、27a、27b…引线电极、29a、29b…衬垫电极、30…导电性粘合剂、40…封装件主体、41…第一基板、42…第二基板、43…第三基板、44…密封圈、45…安装端子、46…导体、47…元件搭载平板、48…电极端子、49…盖部件、50…封装件主体、51…IC部件、52…电子部件、55…电极端子、61…第一基板、62…第二基板、63…第三基板、100…显示部、1100…个人计算机、1102…键盘、1104…主体部、1106…显示单元、1200…移动电话、1202…操作按键、1204…听筒、1206…话筒、1300…数码照相机、1302…壳体、1304…受光单元、1306…快门、1308…存储器、1312…影像信号输出端子、1314…输入输出端子、1430…影像监视器、1440…个人计算机、1500…汽车、1510…电子控制单元。

Claims (10)

1.一种振动元件，其特征在于，包括：
振动部，其包括以厚度切变振动来进行振动、且互为正反关系的第一主面以及第二主面；
第一激励电极，其被设置于所述第一主面上；
第二激励电极，其被设置于所述第二主面上；
能量封入系数M、频率降低量△、截止频率fs，频率fe满足下述关系，即：
33.6≤M≤65.1，
△＝(fs-fe)/fs，
fs＝R/ts，
fe＝R/[ts+te×(ρe/ρx)]，
其中，M为能量封入系数，K为所述振动部的各向异性系数，hx为沿所述第一激励电极和第二激励电极的厚度切变振动方向的长度，ts为所述振动部的厚度，△为频率降低量，fs为所述振动部的截止频率，fe为将所述第一激励电极和第二激励电极配置在所述振动部上时的频率，R为所述振动部的频率常数，te为所述第一激励电极与所述第二激励电极的厚度的总和，ρe为所述第一激励电极和第二激励电极的密度，ρx为所述振动部的密度。
2.如权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
能量封入系数M满足如下关系，即：
33.6≤M≤46.7。
3.如权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，
所述振动部为水晶基板。
4.如权利要求3所述的振动元件，其特征在于，
所述水晶基板为AT切割水晶基板。
5.如权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，
当将沿与所述第一激励电极和第二激励电极的厚度切变振动方向正交的方向的长度设为hz时，满足如下关系，即：
1.25≤hx/hz≤1.31。
6.如权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，
所述第一激励电极和所述第二激励电极由从所述振动部侧依次层叠有第一层、第二层的二层结构而构成，
第一层含有镍(Ni)，
第二层含有金(Au)。
7.一种振子，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的振动元件；
收纳所述振动元件的封装件。
8.一种电子装置，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的振动元件；
电路。
9.一种电子设备，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的振动元件。
10.一种移动体，其特征在于，具备：
权利要求1至6中的任意一项所述的振动元件。
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