CN108183698A - 振动元件、振子、振荡器、电子设备、传感器以及移动体 - Google Patents
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Abstract
振动元件、振子、振荡器、电子设备、传感器以及移动体。本发明提供一种能够以低功耗发挥优异的振动特性的振动元件，以及具有该振动元件的振子、振荡器、电子设备以及移动体。振动元件(2)具有石英基板(3)，该石英基板(3)具有：基部(4)；从基部(4)起延伸的一对振动臂(5、6)；以及支承臂(71)，其在振动臂(5、6)之间，在与振动臂(5、6)相同的一侧从基部(4)起延伸。并且，振动臂(5)具有臂部(51)和设置在臂部(51)前端的锤头(59)。臂部(51)具有一对主面和朝这些主面敞开的有底的槽。在本发明中，将主面的沿着与振动臂的长度方向垂直的宽度方向隔着槽排列的堤部的宽度设为6μm以下。
Description
本申请是申请日为2014年3月26日，申请号为201410116475.7，发明名称为“振动元件、振子、振荡器、电子设备、传感器以及移动体”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及振动元件、振子、振荡器、电子设备、传感器以及移动体。
背景技术
以往公知有使用石英的振动元件(例如，参照专利文献1)。这样的振动元件由于频率温度特性优异，因此被广泛用作各种电子设备的基准频率源或振荡源等。
专利文献1所记载的振动元件呈音叉型，具有基部和从基部延伸的一对振动臂。并且，在各振动臂形成有朝其上表面及下表面敞开的一对槽。因此，各振动臂呈大致H型的横截面形状。通过将振动臂设为这样的形状，能够降低热弹性损耗，发挥优异的振动特性。但是，过去没有对槽周围的振动臂的形状(包含大小)进行充分研究。
【专利文献1】日本实开平2-32229号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够以低功耗发挥优异的振动特性的振动元件，以及具有该振动元件的振子、振荡器、电子设备、传感器以及移动体。
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]
本发明的振动元件的特征在于，该振动元件包含：基部；以及至少一个振动臂，其在俯视时从所述基部起沿着第1方向延伸，在彼此处于正反关系的一对主面的至少一个主面上设有槽，在所述振动臂的主面中，在俯视时所述振动臂的一个外缘与所述槽的所述一个外缘侧的缘部之间的沿着与所述第1方向垂直的第2方向的宽度、以及所述振动臂的另一个外缘与所述槽的所述另一个外缘侧的缘部之间的沿着所述第2方向的宽度为6μm以下。
由此，能够比较高地维持振动元件的Q值，并且充分降低等效串联电阻值R1(CI值)。结果，能够得到能够以低功耗发挥优异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，所述宽度为1μm以上3μm以下。
由此，能够进一步减小振动元件的R1(CI值)，能够以更低的功耗驱动振动元件。
[应用例3]
在本发明的振动元件中，优选的是，在设所述槽的最大深度为t[μm]，所述振动臂的厚度为T[μm]时，用2t/T表示的η为0.6以上。
由此，能够增大驱动用电极的形成面积，因而能够进一步减小振动元件的R1(CI值)，能够得到功耗更低的振动元件。
[应用例4]
在本发明的振动元件中，优选的是，所述振动臂的厚度为50μm以上。
由此，能够进一步减小振动元件的R1。
[应用例5]
在本发明的振动元件中，优选的是，所述振动臂包含施重部和臂部，该臂部在俯视时配置在所述施重部与所述基部之间。
由此，能够缩短振动臂的长度，能够减小振动元件的尺寸。
[应用例6]
在本发明的振动元件中，优选的是，所述施重部是沿着所述第2方向的长度比所述臂部长的宽度放大部。
由此，能够利用宽度放大部充分发挥施重效应，并且施重部能够与臂部等构成部位同时形成，因而能够高效地制造振动元件。
[应用例7]
在本发明的振动元件中，优选的是，所述振动元件包含从所述基部起延伸的支承部。
由此，能够更有效地降低振动元件的振动泄漏。并且，不需要在振动臂彼此之间设置支承臂，因而能够缩小振动元件的沿着第2方向的长度(宽度)。
[应用例8]
在本发明的振动元件中，优选的是，所述振动臂由沿着所述第2方向排列配置的一对振动臂构成，所述支承部在俯视时配置在所述一对振动臂之间，从所述基部起沿着所述第1方向延伸。
由此，能够更有效地降低振动元件的振动泄漏。并且，不需要在振动臂彼此之间设置支承臂，因而能够缩小振动元件的沿着第2方向的长度(宽度)。
[应用例9]
在本发明的振动元件中，优选的是，所述支承部包含在俯视时至少包围所述基部和所述振动臂的框体。
由此，能够通过框体将振动元件高精度地固定于例如封装的底座。因此，能够增大振动元件的尺寸，结果，能够进一步缩小其R1。
[应用例10]
在本发明的振动元件中，优选的是，所述基部在俯视时所述第1方向侧的第1端部侧和所述第1方向的相反反向侧的第2端部侧中的至少一方包含宽度缩小部，该宽度缩小部的沿着所述第2方向的长度随着沿着所述第1方向从所述基部的内侧朝向外侧而连续地或者分阶段地缩小。
基部具有宽度缩小部，由此能够有效地抑制振动元件的振动泄漏。
[应用例11]
本发明的振子的特征在于，该振子包含：本发明的振动元件；以及搭载有所述振动元件的封装。
由此，能够得到可靠性较高的振子。
[应用例12]
本发明的振荡器的特征在于，该振荡器包含：本发明的振动元件；以及振荡电路。
由此，能够得到可靠性较高的振荡器。
[应用例13]
本发明的电子设备的特征在于，该电子设备包含本发明的振动元件。
由此，能够得到可靠性较高的电子设备。
[应用例14]
本发明的传感器的特征在于，该传感器包含本发明的振动元件。
由此，能够得到可靠性较高的传感器。
[应用例15]
本发明的移动体的特征在于，该移动体包含本发明的振动元件。
由此，能够得到可靠性较高的移动体。
附图说明
图1是本发明第1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是说明振动泄漏减少的原理的俯视图。
图4是图1中的B－B线剖视图。
图5是说明弯曲振动时的热传导的振动臂的剖视图。
图6是示出Q值与f/fm的关系的曲线图。
图7是示出通过湿式蚀刻而形成的振动臂的剖视图。
图8是示出W3与Q值的关系的曲线图。
图9是示出W3与1/R1的关系的曲线图。
图10是本发明的第2实施方式的振子具有的振动元件的俯视图。
图11是本发明的第3实施方式的振子的俯视图。
图12是图11中的C－C线剖视图。
图13是本发明的第4实施方式的振子具有的振动元件的俯视图。
图14是变形例的振动元件的俯视图。
图15是图14中的D－D线剖视图。
图16是示出本发明的振荡器的优选实施方式的剖视图。
图17是示出作为具有本发明的振动元件的电子设备的一例的移动型(或笔记本型)的个人计算机的结构的立体图。
图18是示出作为具有本发明的振动元件的电子设备的一例的移动电话(包含PHS)的结构的立体图。
图19是示出作为具有本发明的振动元件的电子设备的一例的数字静态照相机的结构的立体图。
图20是作为本发明的传感器的物理量传感器具有的振动元件的俯视图。
图21是作为本发明的传感器的物理量传感器具有的振动元件的俯视图。
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。
标号说明
1、1B：振子；10：振荡器；11：导电性粘接剂；12：导线；2、2A、2B、2C、2D：振动元件；3：石英基板；4、4A、4C：基部；41：主体部；42：宽度缩小部；5：振动臂；51：臂部；511、512：主面；511a、512a：堤部；513、514：侧面；52、53：槽；59锤头；6：振动臂；61：臂部；611、612：主面；613、614：侧面；62、63：槽；69锤头；71、71B、73：支承臂；711：中间变细部；72框体；8：IC芯片；84、85：驱动用电极；9：封装；91、91B：底座；911、911B、921B：凹部；911a：第1凹部；911b：第2凹部；911c：第3凹部；92、92B：盖；93：内部端子；94：外部端子；95、96：连接端子；951、961：连接端子；952、962：贯通电极；953、963：外部端子；1100：个人计算机；1102：键盘；1104：主体部；1106：显示单元；1200：移动电话；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；2000：显示部；L：总长；H：锤头长度；W1、W2、W3：宽度；t：深度；T：厚度；C1：中心线。
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、振荡器、电子设备、传感器以及移动体进行详细说明。
首先，对应用本发明的振动元件的振子(本发明的振子)进行说明。
<第1实施方式>
图1是本发明第1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是说明振动泄漏减少的原理的俯视图，图4是图1中的B－B线剖视图，图5是说明弯曲振动时的热传导的振动臂的剖视图，图6是示出Q值与f/fm的关系的曲线图，图7是示出通过湿式蚀刻而形成的振动臂的剖视图，图8是示出W3与Q值的关系的曲线图，图9是示出W3与1/R1的关系的曲线图。另外，以下为了便于说明，如图1所示，将相互垂直的3个轴设为X轴(石英的电气轴)、Y轴(石英的机械轴)和Z轴(石英的光学轴)。
1.振子
图1和图2所示的振子1具有振动元件2(本发明的振动元件)和收纳振动元件2的封装9。下面，依次对振动元件2和封装9进行详细说明。
(振动元件)
如图1、图2、图4所示，振动元件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、第2驱动用电极85。另外，在图1和图2中，为了便于说明而省略第1驱动用电极84、第2驱动用电极85的图示。
石英基板3由Z切石英板构成。由此，振动元件2能够发挥优异的振动特性。Z切石英板是将Z轴作为厚度方向的石英基板。另外，优选Z轴与石英基板3的厚度方向一致，但是，从缩小常温附近的频率温度变化的观点出发，也可以相对于厚度方向稍微倾斜。
即，在设倾斜角度为θ度(-5度≤θ≤15度)的情况下，在设由作为所述石英的电气轴的X轴、作为机械轴的Y轴和作为光学轴的Z轴构成的直角坐标系的所述X轴为旋转轴，设使所述Z轴以+Z侧朝所述Y轴的－Y方向旋转的方式倾斜θ度后的轴为Z’轴，设使所述Y轴以+Y侧朝所述Z轴的+Z方向旋转的方式倾斜θ度后的轴为Y’轴时，成为以沿着Z’轴的方向为厚度，以包含X轴和Y’轴的面为主面的石英基板3。
如图1所示，石英基板3包含：基部4；一对振动臂5、6，它们在基部4的前端(第1端部)侧从基部4起延伸；以及支承臂(支承部)71，其在振动臂5、6之间，在与它们相同的一侧从基部4起延伸。因此，基部4、振动臂5、6和支承臂71是一体形成的。
基部4呈板状，在XY平面上扩展，在Z’轴方向上具有厚度。基部4具有：支承/连结振动臂5、6的部分(主体部41)；以及减少振动泄漏的宽度缩小部42。
宽度缩小部42设置于主体部41的基端(第2端部)侧，即设置于振动臂5、6延伸的一侧的相反侧。此外，宽度缩小部42的宽度(沿着X轴方向的长度)随着沿着振动臂5、6之间的中心线C1远离振动臂5、6即远离基部4的中央(主体部41)而逐渐减小，宽度缩小部42的轮廓(缘部)呈弓状(圆弧状)。通过具有这样的宽度缩小部42，能够有效地抑制振动元件2的振动泄漏。
具体说明如下。另外，为了简单说明，假定振动元件2的形状关于与Y轴平行的规定的轴(中心线C1)对称。
首先，如图3的(a)所示，说明未设置宽度缩小部42的情况。在振动臂5、6以相互远离的方式弯曲变形的情况下，在连接有振动臂5附近的主体部41中，如箭头所示那样产生接近顺时针方向的旋转运动的位移，在连接有振动臂6附近的主体部41中，如箭头所示那样产生接近逆时针方向的旋转运动的位移(但是严格地说，不是能够称作旋转运动的运动，因此，为了方便而设为“接近旋转运动”)。
这些位移的X轴方向分量相互朝向相反方向，因此在主体部41的X轴方向中央部抵消，+Y轴方向的位移残留(但是严格地说，还残留Z轴方向的位移，但是在此省略)。即，主体部41进行X轴方向中央部朝+Y轴方向位移那样的弯曲变形。从具有该+Y轴方向的位移的主体部41延伸出支承臂71，支承臂71进行具有+Y轴方向的位移的运动，因而如果在支承臂71形成粘接剂并且通过粘接剂固定到封装时，伴随+Y轴方向位移的弹性能量经由粘接剂泄漏到外部。这是被称作振动泄漏的损耗，是Q值劣化的原因，结果导致CI值的劣化。
与此相对，如图3的(b)所示，在设置有宽度缩小部42的情况下，宽度缩小部42具有弓状(曲线状)的轮廓，因此，上述接近旋转运动的位移在宽度缩小部42处相互抵消。即，在宽度缩小部42的X轴方向中央部，与主体部41的X轴方向中央部同样，X轴方向的位移抵消，并且Y轴方向的位移得到抑制。而且，由于宽度缩小部42的轮廓是弓形的，因此还可抑制将在主体部41中产生的+Y轴方向的位移。结果，设置有宽度缩小部42时的基部4的X轴方向中央部的+Y轴方向的位移远比未设置宽度缩小部42时小。即，能够得到振动泄漏小的振动元件。
另外，在此，宽度缩小部42的轮廓呈弓形，但是，只要是呈现上述作用的形状，则不限于此。例如，也可以是如下的形状：在俯视时宽度沿着中心线C1分阶段地缩小，轮廓通过多条直线形成为阶梯状的宽度缩小部；在俯视时宽度沿着中心线C1呈直线状(连续地)缩小，轮廓通过2条直线形成为山状(三角形状)的宽度缩小部；在俯视时宽度沿着中心线C1呈直线状(连续地)缩小，轮廓通过3条以上的直线而形成的宽度缩小部等。
振动臂5、6以排列在X轴方向(第2方向)上且相互平行的方式从基部4的前端起在Y轴方向(第1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，前端为自由端。此外，振动臂5、6分别具有臂部51、61以及作为施重部的锤头(沿着X轴方向的长度比臂部51、61长的宽度放大部)59、69，锤头59、69设置在臂部51、61的前端(基部4的相反侧)，在XY平面视图中呈大致矩形。
另外，作为施重部的锤头59、69成为沿着X轴方向的长度比臂部51、61长的宽度放大部，但不限于此，只要每单位长度的质量大于臂部51、61即可。例如，施重部也可以构成为与臂部51、61的沿着X轴方向的长度相同，并且沿着Z轴方向的厚度比臂部厚。并且，施重部也可以通过在与施重部对应的臂部51、61的正面设置较厚的Au等金属而构成。另外，施重部也可以由质量密度高于臂部51、61的物质构成。
如图4所示，臂部51具有：由XY平面构成的一对主面511、512；以及由YZ平面构成且连接一对主面511、512的一对侧面513、514。此外，臂部51具有朝主面511敞开的有底的槽52和朝主面512敞开的有底的槽53。各槽52、53在Y轴方向延伸，前端位于臂部51与锤头59的边界部，基端位于基部4。这样的臂部51在形成有槽52、53的部分大致呈H型的横截面形状。
这样，通过在振动臂5形成槽52、53，能够实现热弹性损耗的减少，能够发挥优异的振动特性(之后将详细叙述)。槽52、53的长度没有特别限定，可以如本实施方式那样，各槽52、53的前端位于臂部51与锤头59的边界部，但是，如果构成为各槽52、53的前端延伸至锤头59，则在各槽52、53的前端周围产生的应力集中得到缓解，在施加冲击时产生的弯折和缺损的可能性减少。或者，如果构成为各槽52、53的前端与本实施方式相比位于基部侧，则在臂部51与锤头59的边界附近产生的应力集中得到缓解，在施加冲击时产生的弯折和缺损的可能性减少。
另外，各槽52、53的基端延伸至基部4中，由此在它们的边界部产生的应力集中得到缓解。因此，在施加冲击时产生的弯折和缺损的可能性减少。或者，如果构成为各槽52、53的基端同基部4与臂部51的边界相比位于Y轴方向(振动臂5的延伸方向)，则在基部4与臂部51的边界附近产生的应力集中得到缓解，因而在施加冲击时产生的弯折和缺损的可能性减少。
另外，优选以振动臂5的截面重心与振动臂5的截面形状的中心一致的方式，相对于振动臂5的位置在X轴方向调整槽52、53的位置而形成槽52、53。由此，减少振动臂5的不必要的振动(具体而言，是具有面外方向分量的倾斜振动)，因此能够减少振动泄漏。此外，该情况下，能够减少产生多余振动的情况，因此驱动区域相对增大而能够减小CI值。
另外，可以使锤头59的X轴方向中心略微偏离振动臂5的X轴方向中心。这样，能够减少在弯曲振动时由于振动臂5扭曲而产生的基部4的Z轴方向的振动，因而能够抑制振动泄漏。
以上，对振动臂5进行了说明。振动臂6是与振动臂5相同的结构。即，臂部61具有：由XY平面构成的一对主面611、612；以及由YZ平面构成且连接一对主面611、612的一对侧面613、614。此外，臂部61具有朝主面611敞开的有底的槽62和朝主面612敞开的有底的槽63。各槽62、63在Y轴方向延伸，前端位于臂部61与锤头69的边界部，基端位于基部4。这样的臂部61在形成有槽62、63的部分大致呈H型的横截面形状。
另外，可以使锤头69的X轴方向中心略微偏离振动臂6的X轴方向中心。这样，能够减少在弯曲振动时由于振动臂6扭曲而产生的基部4的Z轴方向的振动，因而能够抑制振动泄漏。
如图4所示，在振动臂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，第1驱动用电极84的一方形成于槽52的内表面(侧面)，另一方形成于槽53的内表面(侧面)。此外，第2驱动用电极85的一方形成于侧面513，另一方形成于侧面514。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，第1驱动用电极84的一方形成于侧面613，另一方形成于侧面614。此外，第2驱动用电极85的一方形成于槽62的内表面(侧面)，另一方形成于槽63的内表面(侧面)。
在向这些第1驱动用电极84、第2驱动用电极85之间施加交变电压时，振动臂5、6以反复彼此接近、离开的方式在面内方向(XY平面方向)以规定的频率进行振动。
作为第1驱动用电极84、第2驱动用电极85的构成材料，没有特别限定，可以举出金(Au)、金合金、铂(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、镍(Ni)、镍合金、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。
作为第1驱动用电极84、第2驱动用电极85的具体结构，例如可设为在以下的Cr层上形成以下的Au层的结构。特别是Cr和Au的热弹性损耗较大，因此Cr层、Au层优选设为以下。并且，在要提高绝缘破坏耐性的情况下，Cr层、Au层优选设为以上。此外，Ni与石英的热膨胀系数接近，因此通过替代Cr层而将Ni层设为基底，能够得到由于电极引起的热应力减少且长期可靠性(老化特性)良好的振动元件2。
如上所述，在振动元件2中，通过在振动臂5、6上形成槽52、53、62、63，能够实现热弹性损耗的减少。以下关于该情况，以振动臂5为例具体进行说明。
如上所述，振动臂5通过在第1驱动用电极84、第2驱动用电极85之间施加交变电压而在面内方向上进行弯曲振动。如图5所示，在该弯曲振动时，当臂部51的侧面513收缩时，侧面514拉伸，相反，当侧面513拉伸时，侧面514收缩。在振动臂5不产生Gough－Joule效应的(能量弹性相对于熵弹性是支配性的)情况下，侧面513、514中的进行收缩的面侧的温度上升，进行拉伸的面侧的温度下降，因而在侧面513与侧面514之间即臂部51的内部产生温度差。由于基于这样的温度差产生的热传导，产生振动能量的损耗，由此振动元件2的Q值降低。将这样的成为Q值降低的原因的能量损耗称作热弹性损耗。
在振动元件2那样的结构的以弯曲振动模式进行振动的振动元件中，当振动臂5的弯曲振动频率(机械的弯曲振动频率)f发生变化时，振动臂5的弯曲振动频率与热缓和频率fm一致时Q值最小。该热缓和频率fm能够根据fm＝1/(2πτ)求出(其中，式中的π是圆周率，如果将e设为纳皮尔常数，则τ是温度差通过热传导而成为e-1倍所需的缓和时间)。
此外，如果将振动臂5被视为平板构造(截面形状是矩形的构造)时的热缓和频率设为fm0，则fm0能够用下式求出。
fm0＝πk/(2ρCpa2)……(1)
其中，π是圆周率，k是振动臂5的振动方向的导热系数，ρ是振动臂5的质量密度，Cp是振动臂5的热容，a是振动臂5的振动方向的宽度(有效宽度)。在对式(1)中的导热系数k、质量密度ρ、热容Cp输入振动臂5的材料自身(即石英)的常数的情况下，求出的热缓和频率fm0成为未在振动臂5设置槽52、53时的值。
在振动臂5中，以位于侧面513、514之间的方式形成有槽52、53。因此，以绕过槽52、53的方式形成热移动路径，热移动路径比侧面513、514间的直线距离(最短距离)长，该热移动路径用于通过热传导消除在振动臂5的弯曲振动时产生的侧面513、514的温度差。因此，与未在振动臂5设置槽52、53的情况相比，缓和时间τ增长，热缓和频率fm降低。
图6是表示弯曲振动模式的振动元件的Q值的f/fm依存性的曲线图。在该图中，虚线表示的曲线F1示出如振动元件2那样在振动臂上形成有槽的情况(振动臂的横截面形状为H型的情况)，实线表示的曲线F2示出未在振动臂上形成槽的情况(振动臂的横截面形状为矩形的情况)。如该图所示，曲线F1、F2的形状相同，但是，伴随上述热缓和频率fm的降低，曲线F1相对于曲线F2向频率比降低方向移动。因此，如果设如振动元件2那样在振动臂上形成有槽时的热缓和频率为fm1，则通过满足下述式(2)，在振动臂上形成有槽的振动元件的Q值将始终高于未在振动臂上形成槽的振动元件的Q值。
而且，如果限定成f/fm0>1的关系，则能够得到更高的Q值。
另外，在图6中，还将f/fm＜1的区域称作等温区域，在该等温区域中，随着f/fm减小，Q值增高。这是因为随着振动臂的机械频率降低(振动臂的振动变慢)，难以产生上述那样的振动臂内的温度差。因此，在使f/fm无限地接近0(零)时的极限中，成为等温准静态操作，热弹性损耗无限地接近0(零)。另一方面，也将f/fm＞1的区域称作隔热区域，在该隔热区域中，随着f/fm增大，Q值增高。这是因为随着振动臂的机械频率增高，各侧面的温度上升/温度效应的切换变成高速，不存在产生上述那样的热传导的时间。因此，在使f/fm无限增大时的极限中，成为隔热操作，热弹性损耗无限地接近0(零)。因此，满足f/fm＞1的关系也可以称作f/fm处于隔热区域。
另外，第1驱动用电极84、第2驱动用电极85的构成材料(金属材料)的导热系数比振动臂5、6的构成材料即石英高，因而在振动臂5中通过第1驱动用电极84积极地进行热传导，在振动臂6中通过第2驱动用电极85积极地进行热传导。如果这样通过第1驱动用电极84、第2驱动用电极85积极地进行热传导，将导致缓和时间τ缩短。因此，优选的是，在振动臂5中，利用槽52、53的底面将第1驱动用电极84分成侧面513侧和侧面514侧，在振动臂6中，利用槽62、63的底面将第2驱动用电极85分成侧面613侧和侧面614侧，由此，防止或者抑制如上所述产生热传导。其结果是，能够得到防止缓和时间τ缩短且具有更高的Q值的振动元件2。
下面，说明振动臂5、6的总长与锤头59、69的长度和宽度的关系。振动臂5、6是彼此相同的结构，因而下面以振动臂5为代表进行说明，而省略关于振动臂6的说明。
如图1所示，在设振动臂5的总长(Y轴方向的长度)为L[μm]，锤头59的长度(Y轴方向的长度)为H[μm]时，优选振动臂5满足0.012<H/L<0.3的关系，更优选满足0.046<H/L<0.223的关系。通过满足这种关系，能够将振动元件2的CI值抑制得较低，因而能够得到振动损耗较少且具有优异的振动特性的振动元件2。
在此，在本实施方式中，将振动臂5的基端设定在如下部位，即将侧面514与基部4连接的部位和侧面513与基部4连接的部位连接起来的线段中、位于振动臂5的宽度(X轴方向的长度)中心的部位。并且，臂部51的自由端部呈宽度朝向自由端侧逐渐增大的锥状，但是，在臂部51具有该锥部分的宽度(X轴方向的长度)达到臂部51的宽度(X轴方向的长度)的1.5倍以上的部分的情况下，该部分也包含在锤头59的长度H中。
并且，在设臂部51的宽度(X轴方向的长度)为W1[μm]，锤头59的宽度(X轴方向的长度)为W2[μm]时，优选振动臂5满足1.5≤W2/W1≤10.0的关系，更优选满足1.6≤W2/W1≤7.0的关系。通过满足这样的关系，能够确保锤头59的宽度比较宽。因此，即使在锤头59的长度H如上所述比较短时(即使小于L的30％时)，也能够充分发挥基于锤头59的质量效应。因此，通过满足1.5≤W2/W1≤10.0的关系，能够抑制振动臂5的总长L，实现振动元件2的小型化。
这样，在振动臂5中，通过满足0.012<H/L<0.3的关系和1.5≤W2/W1≤10.0的关系，借助这两种关系的相乘效应，能够得到小型化且CI值得到充分抑制的振动元件2。
另外，通过设L为2mm以下，优选1mm以下，能够得到在搭载于便携式乐器或IC卡那样的产品的振荡器中使用的小型的振动元件2。并且，通过设W1为100μm以下，优选50μm以下，即使是在上述L的范围内，也能够得到在实现低功耗的振荡电路中使用的低频谐振的振动元件2。
并且，如果是在隔热区域中，当在Z切石英板中振动臂在Y轴方向延伸，在X轴方向进行弯曲振动的情况下，优选W1为12.8μm以上，当在Z切石英板中振动臂在X轴方向延伸，在Y轴方向进行弯曲振动的情况下，优选W1为14.4μm以上，当在X切石英板中振动臂在Y轴方向延伸，在Z轴方向进行弯曲振动的情况下，优选W1为15.9μm以上。这样，能够可靠地形成隔热区域，因而通过形成槽52、53，热弹性损耗减少，Q值提高，随之通过在形成有槽52、53的区域中进行驱动(电场效率高、可争取驱动面积)，CI值降低。
另外，在设位于主面511的槽52的X轴方向两侧的堤部(沿着与振动臂的长度方向垂直的宽度方向隔着槽52排列的主面)511a和位于主面512的槽53的X轴方向两侧的堤部512a的宽度(X轴方向的长度)为W3[μm]时，W3被设定成6μm以下。由此，能够比较高地维持振动元件2的Q值，并且充分降低等效串联电阻值R1(CI值)。结果，能够得到能够以低功耗发挥优异的振动特性的振动元件2。
另外，关于堤部511a、512a，换言之，堤部511a、512a相当于如下部分：构成振动臂5的臂部51的一个外缘即侧面513与槽52、53的一个侧面513侧的缘部之间的沿着X轴方向的宽度W3的部分，以及臂部51的另一个外缘即侧面514与槽52、53的另一个侧面514侧的缘部之间的沿着X轴方向的宽度W3的部分。
在此，参照发明人进行的仿真结果，说明将堤部511a、512a的宽度W3设定成6μm以下的根据。另外，虽然下面是有代表性地采用对Z切石英板进行构图而成的、使用弯曲振动频率(机械弯曲振动频率)f＝32.768kHz的振动元件2的仿真品，但发明人已确认，在弯曲振动频率f为32.768kHz±1kHz的范围内，与以下示出的仿真结果几乎没有差别。
并且，在该仿真中，采用通过湿式蚀刻对Z切石英板(旋转角0°)进行构图而成的振动元件2。因此，槽52、53如图7所示呈石英晶面外露的形状。另外，在图7中示出与图1中的B-B线截面相当的截面。-X轴方向的蚀刻速率比+X轴方向的蚀刻速率低，因而-X轴方向的侧面成为比较平缓的倾斜状态，+X轴方向的侧面成为接近垂直的倾斜状态。
另外，在该仿真中采用的振动元件2的振动臂5的尺寸是总长L为930μm、厚度T为120μm、臂部51的宽度W1为80μm，锤头59的宽度W2为138μm，锤头59的长度H为334μm。在这样的振动元件2中，改变堤部511a、512a的宽度W3进行仿真。
另外，发明人已确认，即使变更总长L、厚度T、宽度W1、宽度W2、长度H，也成为与下面示出的仿真结果相同的倾向。并且，在该仿真中采用未形成有第1驱动用电极84、第2驱动用电极85的振动元件2。
图8是示出在设槽52、53的最大深度t分别为0.208T、0.292T、0.375T、0.458T、0.483T时的堤部511a、512a的宽度W3与Q值(F转换后的Q值)的关系的曲线图。图9是示出在设槽52、53的最大深度t分别为0.208T、0.292T、0.375T、0.458T、0.483T时的堤部511a、512a的宽度W3与R1的倒数(1/R1)的关系的曲线图。
图8和图9所示的曲线图是按照下面所述完成的。首先，利用有限元素法求出只考虑热弹性损耗的Q值。另外，Q值具有频率依存性，因而将求出的Q值换算成32.768kHz时的Q值(F转换后的Q值)。将该F转换后的Q值作为纵轴，将W3作为横轴而绘制作成的图就是图8所示的曲线图。另外，根据F转换后的Q值计算R1。此外，由于R1也具有频率依存性，因而将求出的R1换算成32.768kHz时的R1，将其倒数作为纵轴，将W3作为横轴而绘制作成的图就是图9所示的曲线图。Q值越大，越能提高振动元件2的振动特性，R1越小(1/R1越大)，振动元件2的功耗越低。
另外，关于Q值向F转换后的Q值的换算，能够使用上述式(1)和下述式(3)按照下面所述进行计算。
Q＝{ρCp/(Cα2H)}×[{1+(f/fm0)2}/(f/fm0)]……(3)
其中，式(3)中的ρ是振动臂5的质量密度，Cp是振动臂5的热容，C是振动臂5的长度方向的伸缩的弹性刚度常数，α是振动臂5的长度方向的热膨胀率，H是绝对温度，f是固有频率。此外，a是将振动臂5视作平板形状(平板形状)时的宽度(有效宽度)，使用该a的值也能够进行向F转换后的Q值的换算。
首先，设在仿真中使用的振动臂5的固有频率为F1，将求出的Q值设为Q1，使用式(1)、式(3)求出使得f＝F1、Q＝Q1的a的值。然后，使用求出的a，并且设f＝32.768kHz，根据式(3)计算Q的值。这样得到的Q值成为F转换后的Q值。
如图8所示，Q值与槽52、53的深度无关，在堤部511a、512a的宽度W3为7μm时取最大值。另一方面，如图9所示，具有堤部511a、512a的宽度W3越小则R1越小的倾向。振动元件通常被设计成Q值尽可能大，即设计成堤部511a、512a的宽度W3达到约7μm。但是，这样将不能充分降低振动元件2的功耗。
因此，在本发明中，不将堤部511a、512a的宽度W3的设计值设为通常采用的值(Q值最大时的7μm)，而是优先采用虽然略微牺牲Q值但是R1较小的值(6μm以下)。由此，能够比较高地维持振动元件2的Q值，并且充分降低等效串联电阻值R1(CI值)。结果，能够得到能够以低功耗发挥优异的振动特性的振动元件2。
虽然堤部511a、512a的宽度W3只要在6μm以下即可，但是优选0.1μm以上6μm以下，更优选0.5μm以上4μm以下，最优选1μm以上3μm以下。通过将宽度W3设为这样的范围，能够进一步减小振动元件2的R1(CI值)，能够以更低的功耗驱动振动元件2。另外，具有比上述下限值小的宽度W3的堤部511a、512a比较难以形成，或者需要精度极高的加工技术，因而成本升高。
另外，优选振动臂5(臂部51)的厚度T和槽52、53的最大深度t满足0.458T≤t≤0.483T的关系，而且堤部511a、512a的宽度W3和用2t/T表示的η满足-36.000η+39.020≤W3[μm]≤26.000η-15.320(其中，0.916≤η≤0.966)的关系。由此，能够得到发挥优异的振动特性的振动元件2。
特别地，槽52、53的深度即η越大越好，具体而言，优选0.6以上，更优选0.75以上，最优选0.9以上。由此，能够增大第1驱动用电极84、第2驱动用电极85的形成面积，因而能够进一步减小振动元件2的R1(CI值)，能够得到以低功耗进行驱动的振动元件2。
另外，由于η满足2t/T的关系，因而在η固定的情况下，振动臂5(石英基板3)的厚度T越大，能够使t越大。由此，能够进一步增大第1驱动用电极84、第2驱动用电极85的形成面积，因而能够进一步减小振动元件2的R1。具体而言，振动臂5(石英基板3)的厚度T优选50μm以上，更优选110μm以上，最优选160μm以上。另外，振动臂5的厚度T的上限值没有特别限定，但是优选300μm以下。在振动臂5的厚度T超过上限值的情况下，虽然还取决于石英基板3的加工条件(湿式蚀刻的条件)，但显示出振动元件2的形状不对称性扩大的倾向。
在以上说明的一对振动臂5、6(臂部51、61)之间设有从基部4(主体部41)沿着中心线C1(Y轴方向)延伸的支承臂71。支承臂71在XY平面图中呈大致矩形，振动元件2如图1和图2所示在支承臂71通过导电性粘接剂11被固定于封装9，但是没有特别限定，也可以利用Au等金属固定于封装9。通过设为这样的结构，能够更有效地降低振动元件2的振动泄漏。
另外，支承臂71在其与基部4的边界部附近具有沿着X轴方向的长度(宽度)减小的中间变细部711。由此，能够从以振动臂5、6彼此远离、接近的方式进行弯曲振动的主模式的谐振频率，离开振动臂5、6在XY平面内在相同方向进行弯曲振动的X同相模式的谐振频率。其结果是，在使振动元件2以主模式进行弯曲振动时，不易产生在主模式中叠加在X同相模式时产生的振动状态的所谓耦合振动，能够减少振动泄漏。
这样的振动元件2能够通过利用例如碱湿蚀刻那样的湿式蚀刻法、激光光束蚀刻、反应性气体蚀刻那样的干式蚀刻法加工石英基板而得到，尤其优选利用湿式蚀刻法进行加工而得到。根据湿式蚀刻法，能够利用简便的装置高精度地加工石英基板。
(封装)
封装9具有：箱状的底座91，其具有朝上表面敞开的凹部911；以及板状的盖92，其以塞住凹部911的开口的方式接合于底座91。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元件2。振动元件2在支承臂71通过例如将导电性填料扩散到环氧树脂类、丙烯酸类树脂中而成的导电性粘接部件11固定于凹部911的底面。
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，振动元件2的振动特性提高。
作为底座91的构成材料，没有特别限定，能够使用氧化铝等各种陶瓷。此外，作为盖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，优选可伐合金等合金。另外，底座91与盖92的接合没有特别限定，例如可以通过粘接剂进行接合，也可以通过缝焊等进行接合。
此外，在底座91的凹部911的底面形成有连接端子951、961。虽然没有图示，振动元件2的第1驱动用电极84被引出至支承臂71的Y轴方向的中途，并通过该部分将导电性粘接剂11与连接端子951电连接。同样，虽然没有图示，振动元件2的第2驱动用电极85被引出至支承臂71的Y轴方向的中途，并通过该部分将导电性粘接剂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952与形成在底座91的底面的外部端子953电连接，连接端子961经由贯通底座91的贯通电极962与形成在底座91的底面的外部端子963电连接。
作为连接端子951、961、贯通电极952、962以及外部端子953、963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)等覆盖膜而形成的。
<第2实施方式>
下面，说明本发明的振子的第2实施方式。
图10是本发明的第2实施方式的振子具有的振动元件的俯视图。
以下，关于第2实施方式的振子，以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。
第2实施方式的振子除了振动元件的结构不同以外，其它与上述第1实施方式相同。另外，对与上述第1实施方式相同的结构标注相同标号。
如图10所示，振动元件2A的基部4A具有：主体部41；宽度缩小部42，其设于主体部41的基端(第2端部)侧；以及宽度缩小部43，其设于主体部41的前端(第1端部)侧且位于振动臂5、6之间。这样的振动元件2A在主体部41通过导电性粘接剂11、11固定于底座91。因此，能够省略支承臂71。
宽度缩小部43的宽度(沿着X轴方向的长度)随着沿着振动臂5、6之间的中心线C1远离基部4A的中央(主体部41)而逐渐减小，宽度缩小部43的轮廓(缘部)呈弓状(圆弧状)。这样的宽度缩小部43具有与宽度缩小部42相同的功能。并且，在本实施方式中，导电性粘接剂11、11沿着中心线C1配置，但是，也可以沿着与中心线C1垂直的方向(X轴方向)配置。
通过这种第2实施方式，也能够起到与上述第1实施方式同样的效果。特别地，根据第2实施方式，能够省略支承臂71，因而能够减小振动元件2A的沿着X轴方向的长度(宽度)。另外，基部4A也可以不具有宽度缩小部42而仅具有宽度缩小部43，还可以不具有宽度缩小部43而仅具有宽度缩小部42。
<第3实施方式>
下面，说明本发明的振子的第3实施方式。
图11是本发明的第3实施方式的振子的俯视图，图12是图11中的C-C线剖视图。
以下，关于第3实施方式的振子，以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。
第3实施方式的振子除了支承部的结构及封装的结构不同以外，其它与上述第1实施方式相同。另外，对与上述第1实施方式相同的结构标注相同标号。
如图11所示，振动元件2B的支承部具有外形大致呈正方形的框体72，该框体72包围基部4、振动臂5、6以及支承臂71B，该框体72与支承臂71B的前端部(基部4的相反侧的端部)连接。框体72是被接合于封装9B的部分。
封装9B如图12所示具有：箱状的底座91B，其具有朝上表面敞开的凹部911B；以及箱状的盖92B，其具有朝下表面敞开的凹部921B，通过由底座91B的外周部和盖92B的外周部夹持框体72并进行接合，振动元件2B被固定于封装9B。并且，设置在底座91B的凹部911B的底面的连接端子961(951)和振动元件2B的规定的部位，通过例如由金等构成的导线12而连接。
通过这种第3实施方式，也能够起到与上述第1实施方式同样的效果。尤其是根据第3实施方式，通过框体72将振动元件2B固定于封装9B，因而能够高精度地进行该固定。因此，能够增大振动元件2B的尺寸，其结果是能够进一步减小其R1。
<第4实施方式>
下面，说明本发明的振子的第4实施方式。
图13是本发明的第4实施方式的振子具有的振动元件的俯视图。
以下，关于第4实施方式的振子，以与上述第1～第3实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。
第4实施方式的振子除了支承部的结构不同以外，其它与上述第3实施方式相同。另外，对与上述第3实施方式相同的结构标注相同标号。
如图13所示，振动元件2C的支承部在基部4C的基端(一对振动臂5、6的相反侧)侧设有沿着中心线C1延伸的支承臂73，以取代支承臂71B。该支承臂73与框体72连接。另外，基部4C是与第2实施方式的基部4A相同的结构。
通过这种第4实施方式，也能够起到与上述第1实施方式同样的效果。尤其是根据第4实施方式，通过框体72将振动元件2C固定于封装9，因而能够高精度地进行该固定。因此，能够增大振动元件2C的尺寸，其结果是能够进一步减小其R1。并且，根据第4实施方式，能够省略支承臂71B，因而能够减小振动元件2C的沿着X轴方向的长度(宽度)。
另外，也可以省略支承臂73而将基部4C直接连接框体72，还可以省略框体72，在支承臂73利用导电性粘接剂11将振动元件2C固定于封装9。
<振动元件的变形例>
下面，参照图14和图15说明本发明的振动元件的变形例。图14是示出本发明的振子具有的振动元件的变形例的俯视图。图15是图14中的D-D线剖视图，示出振动元件的臂部的截面。
以下，关于变形例的振动元件，以与上述第1～第4实施方式的振动元件的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。上述的各实施方式是在各振动臂的各主面设有一个槽的结构，然而槽的数量没有特别限定，也可以是2个以上。例如，也可以在各主面设有沿着X轴方向排列的2个槽。
本变形例的振动元件除了设置在各振动臂的各主面的槽的数量不同以外，其它与上述第1实施方式的振动元件相同。另外，对与上述第1实施方式的振动元件相同的结构标注相同标号。
在变形例的振动元件2D设有朝振动臂5的一个主面511敞开的有底的2个槽52a、52b，并设有朝另一个主面512敞开的有底的2个槽53a、53b，还设有朝振动臂6的一个主面611敞开的有底的2个槽62a、62b，还设有朝另一个主面612敞开的有底的2个槽63a、63b。
槽52a、52b、53a、53b、62a、62b、63a、63b在Y轴方向延伸，前端位于臂部51、61与锤头59、69的边界部，基端位于基部4。2个槽52a、52b沿着X轴方向排列设置，同样，槽53a、53b、槽62a、62b以及槽63a、63b中的各对也是排列设置。
此时，槽52b、53b、52a、53a被配置成，振动臂5的一个外缘即侧面513与槽52b、53b的侧面513侧的缘部之间的沿着X轴方向的宽度W3，以及振动臂5的另一个外缘即侧面514与槽52a、53a的侧面514侧的缘部之间的沿着X轴方向的宽度W3为6μm以下。同样地在振动臂6中配置有槽62b、63b、62a、63a。
此外，槽52a、52b、53a、53b、62a、62b、63a、63b被构成为，在设其最大深度为t，振动臂5、6的厚度为T时，用2t/T表示的η为0.6以上。
在这样的槽52a、52b、53a、53b、62a、62b、63a、63b的结构中，也能够实现热弹性损耗的减少，能够发挥优异的振动特性。另外，槽52a、52b、53a、53b、62a、62b、63a、63b的长度没有限定，也可以构成为各槽52a、52b、53a、53b、62a、62b、63a、63b的前端一直延伸至锤头59、69的区域。
另外，在上述的实施方式和变形例中，作为振动元件的构成材料采用了石英，但是，振动元件的构成材料不限于此，例如也可以使用氧化物基板、在玻璃基板上层叠氮化铝或五氧化二钽(Ta2O5)等压电体材料而构成的层叠压电基板或者压电陶瓷等，上述氧化物基板有氮化铝(AlN)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、锆钛酸铅(PZT)、四硼酸锂(Li2B4O7)、硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)等。
另外，能够使用压电体材料以外的材料形成振动元件。例如，也能够使用硅半导体材料等形成振动元件。并且，振动元件的振动(驱动)方式不限于压电驱动。除了采用压电基板的压电驱动型以外，在利用静电力的静电驱动型、利用磁力的洛伦兹驱动型等的振动元件中，也能够发挥本发明的结构及其效果。此外，在说明书或者附图中，至少一次与更广义的用语或者意思相同的不同用语一起记载的用语，在说明书或者附图的任何部位都能够置换成该不同用语。
2.振荡器
下面，对应用本发明的振动元件的振荡器(本发明的振荡器)进行说明。
图16是示出本发明的振荡器的优选实施方式的剖视图。
图16所示的振荡器10具有振子1和用于驱动振动元件2的IC芯片8。以下，关于振荡器10，以与上述振子的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。
如图16所示，封装9具有：箱状的底座91，其具有凹部911；以及板状的盖92，其塞住凹部911的开口。并且，底座91的凹部911具有朝底座91的上表面敞开的第1凹部911a、朝第1凹部911a的底面敞开的第2凹部911b、和朝第2凹部911b的底面敞开的第3凹部911c。
在第1凹部911a的底面形成有连接端子95、96。并且，在第3凹部911c的底面配置有IC芯片8。IC芯片8具有用于控制振动元件2的驱动的振荡电路。当通过IC芯片8驱动振动元件2时，可以取出规定的频率的信号。
另外，在第2凹部911b的底面形成有通过导线与IC芯片8电连接的多个内部端子93。这些多个内部端子93包含：通过形成于底座91的未图示的通孔与形成于封装9的底面的外部端子94电连接的端子；通过未图示的通孔或导线与连接端子95电连接的端子；以及通过未图示的通孔或导线与连接端子96电连接的端子。
此外，在图16的结构中，对IC芯片8被配置在收纳空间内的结构进行了说明，但IC芯片8的配置没有特别限定，例如也可以配置在封装9的外侧(底座91的底面)。
3.电子设备
下面，对应用本发明的振动元件的电子设备(本发明的电子设备)进行说明。
图17是示出应用具有本发明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2000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、基准时钟等发挥作用的振动元件2(2A～2C)。
图18是示出应用具有本发明的振动元件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、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2000。在这种移动电话1200中内置有作为滤波器、谐振器等发挥作用的振动元件2(2A～2C)。
图19是示出应用具有本发明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通过CCD(ChargeCoupled 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)。
在数字静态照相机1300中的外壳(机身)1302的背面设置有显示部2000，构成为根据CCD的摄像信号进行显示，显示部2000作为取景器发挥作用，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。
摄影者确认在显示部2000中显示的被摄体像，并按下快门按钮1306时，将该时刻的CCD的摄像信号传输到存储器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，使视频信号输出端子1312与电视监视器1430连接，使数据通信用的输入输出端子1314与个人计算机1440连接。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。在这种数字静态照相机1300中内置有作为滤波器、谐振器等发挥作用的振动元件2(2A～2C)。
另外，除了图17的个人计算机(移动型个人计算机)、图18的移动电话、图19的数字静态照相机以外，具有本发明的振动元件的电子设备例如还能够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(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)、飞行仿真器等。
4.物理量传感器
本发明的振动元件能够应用于陀螺仪传感器、压力传感器、加速度传感器、倾斜传感器等各种物理量传感器。例如，搭载于陀螺仪传感器的陀螺仪元件有所谓双T型陀螺仪元件和H型陀螺仪元件等。下面，参照图20和图21对双T型陀螺仪元件和H型陀螺仪元件进行说明。图20是作为物理量传感器的一例的陀螺仪传感器具有的振动元件(双T型陀螺仪元件)的俯视图。图21是振动元件(H型陀螺仪元件)的俯视图。
(双T型陀螺仪元件)
图20所示的双T型陀螺仪元件即陀螺仪元件300由石英形成。石英具有被称作电气轴的X轴、被称作机械轴的Y轴和被称作光学轴的Z轴。并且，振动陀螺仪元件300形成于XY平面内，并且在Z轴方向上具有规定的厚度。
陀螺仪元件300具有：一对检测用振动臂311a、311b，从基部310向图中上下两侧呈直线状延伸；一对连结臂313a、313b，从基部310朝与该检测用振动臂311a、311b垂直的方向向图中左右两侧延伸；以及左右各一对驱动用振动臂314a、314b、315a、315b，从各连结臂313a、313b的前端部与检测用振动臂311a、311b平行地向图中上下两侧延伸。
在驱动用振动臂314a、314b、315a、315b设有朝驱动用振动臂314a、314b、315a、315b的主面敞开的有底的槽335a、335b、334a、334b。槽335a、335b、334a、334b在Y轴方向延伸，前端位于驱动用振动臂314a、314b、315a、315b与后述的施重部316a、316b、317a、317b的边界部，基端位于与连结臂313a、313b的边界部。另外，槽335a、335b、334a、334b也可以设置成在朝上述主面敞开的同时，还朝背面侧的主面敞开。
这样，通过设置槽335a、335b、334a、334b，能够实现热弹性损耗的减少，能够发挥优异的振动特性。
并且，在检测用振动臂311a、311b的表面形成有检测电极(未图示)，在驱动用振动臂314a、314b、315a、315b的表面形成有驱动电极(未图示)。这样，构成由检测用振动臂311a、311b检测角速度的检测振动系统，并构成由连结臂313a、313b和驱动用振动臂314a、314b、315a、315b驱动陀螺仪元件300的驱动振动系统。
并且，在检测用振动臂311a、311b各自的前端部形成有施重部312a、312b，在驱动用振动臂314a、314b、315a、315b各自的前端部形成有施重部316a、316b、317a、317b，实现角速度的检测灵敏度的提高。另外，在此，检测用振动臂311a、311b是分别包含施重部312a、312b的名称，驱动用振动臂314a、314b、315a、315b是分别包含施重部316a、316b、317a、317b的名称。
并且，检测用振动臂311a、311b形成为其长度比驱动用振动臂314a、314b、315a、315b短。
另外，形成有L字状的一对的梁320a、320b，梁320a、320b从基部310朝与该检测用振动臂311a垂直的方向向图中左右两侧延伸，并在中途与该检测用振动臂311a平行地延伸，梁320a、320b的前端都与支承部322a连接。同样，形成有L字状的一对的梁321a、321b，梁321a、321b从基部310朝与该检测用振动臂311b垂直的方向向图中左右两侧延伸，并在中途与该检测用振动臂311b平行地延伸，梁321a、321b的前端都与支承部322b连接。
这一对支承部322a、322b在各检测用振动臂311a、311b的延伸方向上配置在检测用振动臂311a、311b的外侧，而且位于驱动用振动臂314a、314b、315a、315b之间。另外，这一对支承部322a、322b配置在关于陀螺仪元件300的重心G旋转对称的位置。
(H型陀螺仪元件)
图21所示的H型陀螺仪元件即陀螺仪元件400具有基部421、驱动用振动臂422a、422b以及检测用振动臂423a、423b、调整用振动臂425a、425b。
陀螺仪元件400由石英形成。石英具有被称作电气轴的X轴、被称作机械轴的Y轴和被称作光学轴的Z轴。并且，振动陀螺仪元件400采用所谓石英Z板作为基材，该石英Z板沿着由在石英晶轴中垂直的X轴和Y轴规定的平面切取并加工成平板状，在与平面垂直的Z轴方向具有规定的厚度。另外，根据振荡频率(谐振频率)、外形尺寸、加工性等适当设定规定的厚度。
陀螺仪元件400具有：大致矩形状的基部421，其位于中心部分；一对驱动用振动臂422a、422b，从基部421的Y轴方向的端部中的一个端部(图中+Y方向)沿着Y轴并行地延伸；以及一对检测用振动臂423a、423b，从基部421的另一个端部(图中-Y方向)沿着Y轴并行地延伸。这样，由于是一对驱动用振动臂422a、422b和一对检测用振动臂423a、423b分别从基部421的两端部在同轴方向延伸的形状，因而陀螺仪元件400有时被称作H型陀螺仪元件(H型振动片)。陀螺仪元件400具有如下特征：由于驱动用振动臂422a、422b和检测用振动臂423a、423b分别从基部421的两端部起在同轴方向延伸，因而驱动系统和检测系统分离，驱动系统与检测系统的电极之间或者配线之间的静电耦合减少，检测灵敏度稳定。另外，在本示例中各分别设置有两条驱动用振动臂和检测用振动臂，但是，振动臂的条数也可以是一条或者三条以上。并且，也可以在一条振动臂上形成驱动电极和检测电极。
在驱动用振动臂422a、422b和检测用振动臂423a、423b上设有朝驱动用振动臂422a、422b和检测用振动臂423a、423b的主面敞开的有底的槽430a、430b、431a、431b。槽430a、430b、431a、431b在Y轴方向延伸，前端位于驱动用振动臂422a、422b和检测用振动臂423a、423b与后述的施重部426a、426b、427a、427b的边界部，基端位于与基部421的边界部。另外，槽430a、430b、431a、431b也可以设置成在朝上述主面敞开的同时，还朝背面侧的主面敞开。
这样，通过设置槽430a、430b、431a、431b，能够实现热弹性损耗的减少，能够发挥优异的振动特性。
并且，在驱动用振动臂422a、422b的前端部设有施重部426a、426b，在检测用振动臂423a、423b的前端部设有施重部427a、427b。由此，实现角速度的检测灵敏度的提高，并通过驱动用振动臂422a、422b和检测用振动臂423a、423b的缩短而实现陀螺仪元件400的小型化。另外，在此，驱动用振动臂422a、422b是分别包含施重部426a、426b的名称，检测用振动臂423a、423b是分别包含施重部427a、427b的名称。
并且，陀螺仪元件400具有在与石英晶轴的X轴(电气轴)交叉的方向延伸的一对调整用振动臂425a、425b。在陀螺仪元件400中，调整用振动臂425a、425b从一对连结臂424a、424b的前端部与驱动用振动臂422a、422b并行设置，连结臂424a、424b分别从基部421的与驱动用振动臂422a、422b和检测用振动臂423a、423b垂直的方向(X轴方向)的两端部沿着X轴延伸。即，调整用振动臂425a、425b从连结臂424a、424b的前端部沿着Y轴(在+Y方向)延伸。
调整用振动臂425a、425b形成为其总长比驱动用振动臂422a、422b和检测用振动臂423a、423b短。由此，用于调整泄漏输出的调整用振动臂425a、425b的振动不会阻碍基于第1振动臂(驱动用振动臂和检测用振动臂)的陀螺仪元件400的主要振动，因而陀螺仪元件400的振动特性稳定，有利于陀螺仪元件400的小型化。
基部421的中央可以是陀螺仪元件400的重心。X轴、Y轴和Z轴相互垂直且通过重心。陀螺仪元件400的外形可以关于通过重心的Y轴方向的假想中心线线对称。由此，陀螺仪元件400的外形成为平衡性良好的外形，陀螺仪元件400的特性稳定，检测灵敏度提高，因而是优选方式。
这样的陀螺仪元件400的外形形状能够通过采用光刻技术的蚀刻(湿式蚀刻或者干式蚀刻)形成。另外，能够从一片石英晶片取得多个陀螺仪元件400。
5.移动体
下面，对应用本发明的振动元件的移动体(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。在汽车1500上搭载有振动元件2。振动元件2(2A～2C)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 PressureMonitoring 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)。
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成具有相同功能的任意结构。此外，也可以在本发明中附加其它任意的结构物。此外，还可以适当组合各实施方式。
Claims (20)
1.一种振动元件，其特征在于，该振动元件包含：
基部，其包含第1端部以及在俯视时位于与所述第1端部相反的一侧的第2端部；以及
一对振动臂，它们从所述基部的所述第1端部侧起沿着第1方向延伸，沿着与所述第1方向垂直的第2方向排列，
所述振动臂包含：
臂部；
宽度放大部，其位于所述臂部的与所述基部侧相反的一侧，沿着所述第2方向的长度大于所述臂部，
所述振动臂包含：
沿着所述第1方向和所述第2方向且彼此处于正反关系的一对主面；
连结所述一对主面的一对侧面；以及
有底的槽，其在各所述主面上沿着所述第1方向设置，具有沿着与各所述主面垂直的厚度的方向的深度；
设与所述一对侧面中的一方连结并在俯视时在所述振动臂的所述主面上沿着所述第2方向与所述槽并排的部分为第1堤部，
设与所述一对侧面中的另一方连结并在俯视时在所述振动臂的所述主面上沿着所述第2方向与所述槽并排的部分为第2堤部，
所述第1堤部和所述第2堤部的宽度为6μm以下，
所述臂部的沿所述第2方向的长度为12.8μm以上、100μm以下，
在设所述臂部的沿所述第2方向的长度为W1、所述宽度放大部的沿所述第2方向的长度为W2时，
满足1.5≤W2/W1≤10.0的关系。
2.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述振动臂的沿所述第1方向的长度为1000μm以下。
3.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
在设所述振动臂的沿所述第1方向的长度为L、所述宽度放大部的沿所述第1方向的长度为H时，
满足0.012<H/L<0.3的关系。
4.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述第1堤部和所述第2堤部的宽度为1μm以上、3μm以下。
5.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述振动臂的厚度为50μm以上、300μm以下。
6.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述振动元件包含支承所述基部的支承部。
7.根据权利要求6所述的振动元件，其特征在于，
所述支承部包含第1支承臂，该第1支承臂在所述一对振动臂之间从所述基部起沿所述第1方向延伸。
8.根据权利要求7所述的振动元件，其特征在于，
所述第1支承臂包含：
安装于封装的固定部；
中间变细部，其设置在所述固定部与所述基部之间，沿着所述第2方向的长度比配置有所述固定部的部分小。
9.根据权利要求6所述的振动元件，其特征在于，
所述支承部包含第2支承臂，该第2支承臂在所述基部的所述第2端部侧从所述基部起延伸。
10.根据权利要求7所述的振动元件，其特征在于，
所述支承部包含框体，该框体在俯视时至少包围所述基部、所述振动臂以及所述第1支承臂，且与所述第1支承臂连结。
11.根据权利要求9所述的振动元件，其特征在于，
所述支承部包含框体，该框体在俯视时至少包围所述基部、所述振动臂以及所述第2支承臂，且与所述第2支承臂连结。
12.根据权利要求1至5中任意一项所述的振动元件，其特征在于，
所述振动元件包含框体，该框体与所述基部连接，在俯视时包围所述基部和所述振动臂。
13.一种振子，其特征在于，该振子包含：
权利要求1至9中任意一项所述的振动元件；以及
收纳所述振动元件的封装。
14.一种振子，其特征在于，该振子包含：
权利要求10至12中任意一项所述的振动元件；
配置在所述振动元件的一个主面侧的第1底座；以及
配置在所述振动元件的另一个主面侧的第2底座，
所述振动元件的所述框体由所述第1底座和所述第2底座夹持。
15.根据权利要求14所述的振子，其特征在于，
所述第1底座包含朝所述振动元件侧敞开的第1凹部、以及在俯视时包围所述第1凹部的第1外周部，
所述第1外周部与所述框体接合。
16.根据权利要求15所述的振子，其特征在于，
所述第2底座包含朝所述振动元件侧敞开的第2凹部、以及在俯视时包围所述第2凹部的第2外周部，
所述第2外周部与所述框体接合。
17.一种振荡器，其特征在于，该振荡器包含：
权利要求1至12中任意一项所述的振动元件；以及
振荡电路。
18.一种电子设备，其特征在于，该电子设备包含权利要求1至12中任意一项所述的振动元件。
19.一种传感器，其特征在于，该传感器包含权利要求1至12中任意一项所述的振动元件。
20.一种移动体，其特征在于，该移动体包含权利要求1至12中任意一项所述的振动元件。
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