CN108336983B - 压电振动片以及压电元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压电振动片及压电元件，通过输出两个频率的信号，并在平板状的压电基板上所形成的激振电极的周围形成尺寸经适当调整的倾斜，从而抑制了无用振动。压电振动片包括：压电基板以及激振电极。激振电极具有主厚部与倾斜部，所述主厚部形成固定厚度，所述倾斜部形成在主厚部的周围，并且以厚度从与主厚部相接的部分直到激振电极的最外周而逐渐变薄的方式形成，倾斜部的宽度即倾斜宽度形成为如下所述的长度，所述长度为厚度切变振动的基本波中的弯曲振动的波长即第1弯曲波长的0.84倍以上且1.37倍以下、且厚度切变振动的3倍波中的弯曲振动的波长即第2弯曲波长的2.29倍以上且3.71倍以下。

Description

压电振动片以及压电元件
技术领域
本发明涉及一种在激振电极的周围形成有倾斜部的压电振动片(piezoelectricvibrating piece)以及压电元件(piezoelectric device)。
背景技术
对于压电元件，已知有从一个压电元件同时输出两个频率的信号。例如，在专利文献1中，表示了从一个压电振动片同时输出两个频率的信号的情况。此种使两个频率同时振荡的压电振动片例如是，将其中一方作为输出信号，将另一方用作温度补偿的传感器(sensor)。此时，若利用一个压电振动片来获得两个频率，则能够减轻个体差异的影响等，从而优选。
此种压电振动片例如是通过在压电基板上形成激振电极而构成。压电基板通过形成为周围的厚度薄的凸形状(convex shape)而封入振动能量，能够抑制无用振动。然而，存在下述问题，即，为了将压电基板形成为凸形状，而需要耗费加工工时及成本。与此相对，在专利文献2中记载了：仍保持压电基板为平板状，而在形成于两主面的激振电极的周围形成激振电极的厚度渐减的倾斜部，由此来削减压电基板的加工工时及成本。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：国际公开第2015/133472号
专利文献2：日本专利特开2002-217675号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，已知的是，即使形成专利文献2所记载那样的倾斜面形状，根据倾斜面形状的尺寸，抑制无用振动的效果也大为不同。即，存在下述问题：仅在激振电极的周围形成倾斜面形状，并不能充分抑制无用振动。而且，在如专利文献1所示那样，利用一个压电振动片来同时输出两个频率的信号的情况下，存在下述问题：会产生基于各频率的无用振动，比起使一个频率振荡的情况，难以抑制无用振动。
因此，本发明的目的在于提供一种压电振动片以及压电元件，所述压电振动片输出两个频率的信号，并且通过在平板状的压电基板上所形成的激振电极的周围形成尺寸经适当调整的倾斜，从而抑制无用振动。
[解决问题的技术手段]
第1观点的压电振动片包括：压电基板，形成为平板状，且以厚度切变振动来振动；以及激振电极，分别形成在压电基板的两主面。激振电极具有主厚部与倾斜部，所述主厚部形成为固定厚度，所述倾斜部形成在主厚部的周围，并且所述倾斜部是以厚度从与主厚部相接的部分直到激振电极的最外周而逐渐变薄的方式形成，倾斜部的宽度即倾斜宽度是形成如下所述的长度，所述长度为厚度切变振动的基本波中的弯曲振动的波长即第1弯曲波长的0.84倍以上且1.37倍以下、且厚度切变振动的3倍波中的弯曲振动的波长即第2弯曲波长的2.29倍以上且3.71倍以下。
第2观点的压电振动片包括：压电基板，形成为平板状，且以厚度切变振动来振动；第1激振电极，形成在压电基板的其中一个主面；以及第2激振电极，形成在压电基板的另一个主面。第1激振电极是以整体为同一厚度的方式而形成，第2激振电极具有主厚部与倾斜部，所述主厚部形成为固定厚度，所述倾斜部形成在主厚部的周围，并且所述倾斜部是以厚度从与主厚部相接的部分直到第2激振电极的最外周而逐渐变薄的方式形成，主厚部形成为厚于第1激振电极的厚度，倾斜部的宽度即倾斜宽度是形成为如下所述的长度，所述长度为厚度切变振动的基本波中的弯曲振动的波长即第1弯曲波长的0.84倍以上且1.37倍以下、且厚度切变振动的3倍波中的弯曲振动的波长即第2弯曲波长的2.29倍以上且3.71倍以下。
第3观点的压电振动片是在第1观点及第2观点中，基本波及3倍波是同时振荡而使用。
第4观点的压电振动片是在第1观点至第3观点中，倾斜部的宽度即倾斜宽度是形成为如下所述的长度，所述长度为第1弯曲波长的1.05倍以上且1.26倍以下、且第2弯曲波长的2.86倍以上且3.43倍以下。
第5观点的压电振动片是在第1观点至第4观点中，激振电极的外形形成为圆形或椭圆形。
第6观点的压电元件包括：第1观点至第5观点的压电振动片；以及封装件(package)，载置压电振动片。
[发明的效果]
根据本发明的压电振动片及压电元件，能够输出两个频率的信号，并且能够抑制无用振动的产生。
附图说明
图1是M-SC切割的晶体材料的说明图。
图2A是压电振动片140的立体图。
图2B是拆除了盖(rid)120的压电元件100的立体图。
图3A是压电振动片140的平面图。
图3B是图3A的IIIB-IIIB剖面图。
图4是表示压电振动片140的倾斜宽度与振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。
图5A是压电振动片240的局部剖面图。
图5B是拆除了盖120的压电元件200的概略剖面图。
图6是表示压电振动片240、压电振动片340及压电振动片440的激振电极的厚度与主振动的振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。
图7A是压电振动片540的平面图。
图7B是图7A的VIIB-VIIB剖面图。
图8A是表示压电振动片540、压电振动片640及压电振动片740的倾斜宽度XA2与主振动的振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。
图8B是表示将主厚部548a的厚度YA4设为100nm时的压电振动片740的倾斜宽度与主振动的振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。
图9A是压电振动片140a的局部剖面图。
图9B是压电振动片140b的局部剖面图。
图9C是压电振动片140c的局部剖面图。
[符号的说明]
100、200：压电元件
110：封装件
111：安装端子
111a：热端子
111b：接地端子
112a：安装面
112b：载置面
113：空腔
114：侧壁
115：连接电极
120：盖
130：密封材
131：导电性接着剂
140、140a、140b、140c、240、340、440、540、640、740：压电振动片
141、541：压电基板
142、242、542：激振电极
142a、242a、542a：第1激振电极
142b、242b、542b：第2激振电极
143：引出电极
144a、144b：第1层
145a、145b：第2层
146a、146b：第3层
147a、147b：第4层
148a、248a、548a：主厚部
148b、248b、548b：倾斜部
151：离子束
XA、XA1、XA2：倾斜部的宽度(倾斜宽度)
XB、XB1、XB2：阶差间的宽度
YA1：第1激振电极142a、第2激振电极142b、及主厚部148a的厚度
YA2：第1激振电极242a的厚度
YA3：主厚部248a的厚度
YA4：主厚部548a的厚度
YB、YB1、YB2：各阶差的高度
具体实施方式
以下，基于附图来详细说明本发明的实施方式。另外，本发明的范围只要在以下的说明中并无特别限定本发明的意旨的记载，则并不限于这些方式。
(第1实施方式)
<压电元件100的结构>
图1是M-SC切割的晶体材料的说明图。而且，图2A及图2B是压电元件100的说明图。图2A及图2B所示的压电元件100包含压电振动片140，压电振动片140是以压电基板141作为基材而形成的，所述压电基板141是由修正式SC(Modified-SC，M-SC)切割的晶体材料所形成。以下，对于使用M-SC切割的晶体材料的压电振动片及压电元件，基于图1所示的结晶轴来进行说明。
图1中，晶体的结晶轴表示为X轴、Y轴、Z轴。M-SC切割的晶体材料是二次旋转切割的晶体材料的一种，相当于使晶体的XZ板以晶体的Z轴为旋转中心而旋转φ度，并使经此旋转产生的X’Z板进一步以X’轴为中心旋转θ度而获得的X’Z’板。在M-SC切割的情况下，φ为约24度，θ为约34度。图1中，将经所述二次旋转而产生的晶体片的新轴表达为X’轴、Y＂轴、Z’轴。另外，二次旋转切割的晶体材料是以具有沿厚度方向传播的切变位移(sheardisplacement)的所谓C模式或B模式作为主振动而被利用。
图2A是压电元件100的立体图。压电元件100主要包含：封装件110、盖120、及以规定的振动频率而振动的压电振动片140(参照图2B、图3A)。压电元件100的外侧主要由封装件110及盖120所形成，外形是形成为例如大致长方体形状。而且，在压电元件100的内部，内封有压电振动片140。图2A所示的压电元件100是以长边方向为X’轴方向、压电元件100的高度方向为Y＂轴方向、与X’轴方向及Y＂轴方向垂直的方向为Z’轴方向的方式而形成。
在封装件110的Y＂轴侧的面且安装压电元件100的面即安装面112a上，形成有安装端子111。安装端子111包含：热端子(hot terminal)111a，是与压电振动片140连接的端子；以及可作为接地用而使用的端子(以下暂称为接地(earth)端子)111b。封装件110中，在安装面112a的+X’轴侧的-Z’轴侧的角、及-X’轴侧的+Z’轴侧的角处，分别形成有热端子111a；在安装面112a的+X’轴侧的+Z’轴侧的角、及-X’轴侧的-Z’轴侧的角处，分别形成有接地端子111b。在封装件110的+Y＂轴侧的面上，形成有载置压电振动片140的空间即空腔(cavity)113(参照图2B)，空腔113经由密封材130而由盖120予以密封。
图2B是拆除了盖120的压电元件100的立体图。在封装件110的+Y＂轴侧的面上形成的空腔113是由载置面112b与侧壁114予以包围，所述载置面112b是安装面112a的相反侧的面且载置压电振动片140，所述侧壁114形成于载置面112b的周围。而且，在载置面112b上，形成有与热端子111a电连接的一对连接电极115。压电振动片140是以引出电极143与连接电极115经由导电性接着剂131而电连接的方式载置于载置面112b。
图3A是压电振动片140的平面图。压电振动片140包含：压电基板141，形成为平板状，以厚度切变振动而振动，且由M-SC切割的晶体材料所形成；激振电极142，形成于压电基板141的+Y＂轴侧及-Y＂轴侧的两主面；以及引出电极143，从激振电极142引出至压电基板141的-X’轴侧的边的两端。压电基板141是平板状基板，具有：长边沿X’轴方向伸展、短边沿Z’轴方向伸展的长方形状平面。而且，激振电极142形成为椭圆形状，长轴沿X’轴方向伸展且短轴沿Z’轴方向伸展，且激振电极142包含：第1激振电极142a，形成于压电基板141的+Y＂轴侧的面；以及第2激振电极142b(参照图3B)，形成于压电基板141的-Y＂轴侧。第1激振电极142a与第2激振电极142b是形成为相同的平面形状、相同的面积，且以在Y＂轴方向上整体彼此重合的方式而形成。另外，第1激振电极142a与第2激振电极142b也可以下述方式而形成，即，以不局部重合的方式而以规定关系偏离地相向。第1激振电极142a及第2激振电极142b具有：主厚部148a，形成为固定厚度；以及倾斜部148b，在主厚部148a的周围形成为固定宽度，且以厚度从与主厚部148a相接的部分直到第1激振电极142a或第2激振电极142b的最外周而逐渐变薄的方式形成。
图3B是图3A的IIIB-IIIB剖面图。第1激振电极142a及第2激振电极142b是以整体为同一厚度YA1的方式而形成。即，主厚部148a是以成为固定的厚度YA1的方式而形成。此处，这些第1激振电极142a、第2激振电极142b及主厚部148a的厚度实质上为固定，因制造偏差等造成的不可避免的变动也包含在“固定”中。第1激振电极142a及第2激振电极142b的各倾斜部148b通过形成4个阶差，从而以厚度从主厚部148a侧直到第1激振电极142a或第2激振电极142b的最外周逐渐变薄的方式而形成。倾斜部148b从主厚部148a侧直至第1激振电极142a或第2激振电极142b的最外周为止的宽度形成为XA，各阶差间的宽度形成为XB。即，如图3B所示，宽度XA是形成为宽度XB的3倍的长度。而且，倾斜部148b的各阶差的高度形成为YB。因此，厚度YA1成为高度YB的4倍的厚度。
<关于压电振动片的振动能量的损失>
图4是表示压电振动片140的倾斜宽度与振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。图4中，激振电极全部由金(Au)形成，对于将C模式设为主振动时的基本波(频率：30MHz)及3倍波(频率：90MHz)，表示主厚部148a的膜厚YA1为100nm、140nm、180nm时的模拟(simulation)的计算结果。压电元件100例如是通过连接于两个振荡电路，使不同的频率同时振荡而使用。参照图4，考虑此种使不同的频率振荡时的振动能量的损失(1/Q)。
图4的图表的横轴表示倾斜宽度XA(μm)。图4的图表的纵轴中，显示了表示主振动的振动能量的损失的Q值的倒数。而且，图4中，主厚部148a的厚度YAl为100nm且使基本波振荡时的压电振动片140以白方块来表示，主厚部148a的厚度YA1为140nm且使基本波振荡时的压电振动片140以白三角来表示，主厚部148a的厚度YA1为180nm且使基本波振荡时的压电振动片140以白圆来表示，主厚部148a的厚度YA1为100nm且使3倍波振荡时的压电振动片140以黑方块来表示，主厚部148a的厚度YA1为140nm且使3倍波振荡时的压电振动片140以黑三角来表示，主厚部148a的厚度YA1为180nm且使3倍波振荡时的压电振动片140以黑圆来表示。
图4中，基本波中的倾斜宽度与振动能量的损失(1/Q)的关系，与主厚部148a的厚度YA1的大小无关而呈现出相似的倾向，在倾斜宽度XA为约80μm以上的范围内，表示振动能量的损失的1/Q低至4.0×10-6以下。而且，在3倍波中的倾斜宽度与振动能量的损失(1/Q)的关系中，在倾斜宽度XA为约30μm至约130μm的范围内，表示振动能量的损失的1/Q低至8.0×10-6(图4及以后的图表中将“×10-6”记作“E-6”)以下。根据这些结果，在基本波及3倍波的振动能量的损失(1/Q)均低的、倾斜宽度XA为约80μm至约130μm的范围(图4的范围A)内，基本波及3倍波这两个的压电振动片140的振动能量的损失得到抑制，因此使基本波及3倍波同时振荡时的压电振动片140的振动能量的损失得到抑制。
进而，图4的基本波中，在倾斜宽度XA为约100μm以上的范围内，表示振动能量的损失的1/Q低至3.0×10-6以下，因此尤佳。关于3倍波，在倾斜宽度XA为约40μm至约120μm的范围内，稳定在表示振动能量的损失的1/Q为低的状态下，因此尤其优选。根据这些结果，在基本波及3倍波的振动能量的损失(1/Q)均低的、倾斜宽度XA为约100μm至约120μm的范围(图4的范围B)内，尤其能够抑制基本波及3倍波的压电振动片140中的振动能量的损失，因此尤其能够抑制使基本波及3倍波同时振荡时的压电振动片140的振动能量的损失。
图4中表示M-SC切割的示例。M-SC切割、SC切割、IT切割、AT切割各自以晶体的结晶轴即X轴作为旋转中心轴，而具备34度～35度左右的所谓方向角，因此，本发明中所述的倾斜宽度与损失的关系也呈现同样的倾向。因而，本发明也能够适用于SC切割、IT切割、AT切割等其他进行厚度切变振动的晶体振子。而且，可认为也能够适用于例如LT(钽酸锂(lithium tantalate))等压电陶瓷(ceramics)。对于使用M-SC切割以外的压电基板时的影响，也将在后述的第3实施方式中予以说明。
压电振动片中，会与主振动(例如C模式)一同产生无用振动，此无用振动不同于主振动，且是设计上未意图的振动。在由以AT切割及SC切割等的晶体材料而形成且以厚度切变振动来振动的压电基板所形成的压电振动片中，作为无用振动，尤其是弯曲振动造成的影响大。弯曲振动主要是在激振电极的端部，振动能量被转换成弯曲振动，由此，弯曲振动重叠于主振动，从而在整个压电振动片振动，因此，振动能量会被保持压电振动片的导电性接着剂吸收。此种弯曲振动导致的能量损失会造成振动能量的损失。在倾斜宽度XA以此种弯曲振动的波长即弯曲波长来标准化的情况下，可表示为能够适用于M-SC切割以外的以厚度切变振动来振动的压电振动片的值。
M-SC切割的压电振动片140中，基本波的弯曲波长λ1st为约95μm，3倍波的弯曲波长λ3rd为约35μm。当以这些弯曲波长来将倾斜宽度XA标准化时，图4的范围A为弯曲波长λ1st的0.84倍以上且1.37倍以下、且弯曲波长λ3rd的2.29倍以上且3.71倍以下。而且，图4的范围B为弯曲波长λ1st的1.05倍以上且1.26倍以下、且弯曲波长λ3rd的2.86倍以上且3.43倍以下。当M-SC切割以外的以厚度切变振动来振动的压电振动片满足这些条件时，能够抑制进行基本波及3倍波的同时振荡时的振动能量的损失。
(第2实施方式)
在激振电极形成有倾斜部的压电振动片中，存在下述情况：当为了进行压电振动片的频率调整而对激振电极进行修整(trimming)时倾斜部消失，由此导致振动能量的损失变大。以下，对防止频率调整时的此种振动能量的损失的压电振动片及压电元件进行说明。
<压电元件200的结构>
图5A是压电振动片240的局部剖面图。压电振动片240包含：压电基板141，形成为平板状，以厚度切变振动而振动，且由M-SC切割的晶体材料所形成；激振电极242，形成于压电基板141的+Y＂轴侧及-Y＂轴侧的两主面；以及引出电极143，从激振电极242引出至压电基板141的-X’轴侧的边的两端。压电振动片240与压电振动片140仅激振电极不同，而其他结构共通。激振电极242形成为与激振电极142相同的平面形状、即长轴沿X’轴方向伸展且短轴沿Z’轴方向伸展的椭圆形状，且激振电极242包含：第1激振电极242a，形成于压电基板141的+Y＂轴侧的面；以及第2激振电极242b，形成于压电基板141的-Y＂轴侧。第1激振电极242a与第2激振电极242b是形成为相同的平面形状、相同的面积，且以在Y＂轴方向上整体彼此重合的方式而形成。另外，第1激振电极242a与第2激振电极242b也可以下述方式而形成，即，以不局部重合的方式而以规定关系偏离地相向。
图5A表示与图3A的IIIB-IIIB剖面对应的压电振动片240的局部剖面图。第1激振电极242a是以整体为同一厚度YA2的方式而形成。第2激振电极242b具有主厚部248a与倾斜部248b，所述主厚部248a形成为固定厚度，所述倾斜部248b在主厚部248a的周围形成为固定宽度，且以厚度从与主厚部248a相接的部分直到第2激振电极242b的最外周逐渐变薄的方式而形成，主厚部248a是以成为固定的厚度YA3的方式而形成。此处，这些第1激振电极242a及主厚部248a的厚度实质上为固定，因制造偏差等造成的不可避免的变动也包含在“固定”中。厚度YA3是形成为厚于厚度YA2。第2激振电极242b的倾斜部248b通过形成4个阶差，从而以厚度从主厚部248a侧直到第2激振电极242b的最外周逐渐变薄的方式而形成。倾斜部248b从主厚部248a侧直至第2激振电极242b的最外周为止的宽度形成为XA1，各阶差间的宽度形成为XB1。即，如图5A所示，宽度XA1是形成为宽度XB1的3倍的长度。而且，倾斜部248b的各阶差的高度形成为YB1。因此，厚度YA3成为高度YB1的4倍的厚度。
图5B是拆除了盖120的压电元件200的概略剖面图。压电元件200主要包含：封装件110、盖120及压电振动片240。在压电元件200中，如图5B所示，第2激振电极242b是以与封装件110相向的方式而配置。压电元件200在将压电振动片240载置于封装件110之后，对频率进行调整。频率的调整例如是通过将氩(Ar)气等的离子束(ion beam)151照射至第1激振电极242a，以修整第1激振电极242a的一部分而进行。压电元件200中，未形成倾斜部的第1激振电极242a受到修整，因此在进行修整时不会使倾斜部消失，从而能够防止倾斜部消失而加大振动能量的损失。
<关于压电振动片240的振动能量的损失>
以下，对于压电振动片240的激振电极242的厚度与振动能量的损失(1/Q)的关系，一边与形成有倾斜部的激振电极形成在压电基板141的两主面的压电振动片340(未图示)、及未形成倾斜部的激振电极形成在压电基板141的两主面的压电振动片440(未图示)进行比较，一边进行说明。另外，压电振动片340及压电振动片440除了在压电振动片的两主面具备倾斜部、或者在两主面不具备倾斜部以外，其他结构与压电振动片240相同。
图6是表示压电振动片240、压电振动片340及压电振动片440的激振电极的厚度与主振动的振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。更详细而言，是表示如下所述的发明主旨的图表，即：在压电基板的其中一个主面的激振电极的端部设置倾斜部，且使另一个主面的激振电极的厚度薄于所述其中一个主面的激振电极。图6中，作为分析模型(model)，表示了下述情况的模拟的计算结果，即，激振电极全部由金(Au)所形成，将主振动的基本波的频率设为30MHz(弯曲波长λ1st为约95μm)，且将倾斜宽度XA设为133μm(弯曲波长λ1st的1.4倍)。图6的图表中，横轴表示激振电极的厚度YA2、厚度YA3。压电振动片240、压电振动片340及压电振动片440中，关于激振电极242的厚度，厚度YA2与厚度YA3的合计均始终为280nm，图6中，厚度YA3随着朝向图表的右侧而增加。而且，图6的纵轴表示主振动(例如C模式)的振动能量的损失(1/Q)。图6中，压电振动片240是以黑圆来表示，压电振动片340是以黑菱形来表示，压电振动片440是以白四边形来表示。另外，在厚度YA2与厚度YA3的合计始终为280nm的条件下进行模拟的理由是：为了在压电振动片中确保所谓的能量封闭。即，是为了欲在确保能量封闭的前提下，确认本发明的效果。但是，280nm这一值是与实施方式的压电基板的大小、形状、频率相应的一例。
压电振动片240在厚度YA2及厚度YA3为140nm的情况下，表示振动能量的损失的1/Q为约5.5×10-6。而且，压电振动片240中，减薄未形成倾斜部的第1激振电极242a的厚度YA2，相反地，增厚第2激振电极242b的厚度YA3，由此，1/Q下降，在厚度YA2为60nm、厚度YA3为220nm的情况下，1/Q为约3.1×10-6。即，可知的是，压电振动片240中，通过在压电基板单面的激振电极的边缘设置倾斜部，并且减薄另一个激振电极的厚度，从而压电振动片的损失下降。另一方面，在比较例的一个且两面的激振电极具备倾斜部的压电振动片340中，即使在变更厚度YA2与厚度YA3的情况下(在压电振动片340及压电振动片440中，将压电基板的+Y＂轴侧的激振电极的厚度设为YA2、-Y＂轴侧的激振电极的厚度设为YA3)，1/Q为平稳在约2.4×10-6～约2.6×10-6的状态，乍一看，作为特性而言为优选。然而，在压电振动片340中，由于两面的激振电极具备倾斜部，因此会在频率调整时引起频率调整面侧的激振电极的倾斜部消失，因此有时在实际制品中无法维持所述特性。而且，在另一比较例且两面的激振电极不具备倾斜部的压电振动片440中，当变更厚度YA2与厚度YA3时，随着厚度YA3增加而1/Q变大，当厚度YA3为220nm时，1/Q为约9.9×10-6。即，在压电振动片440中，随着YA3的厚度变厚，会产生因所述激振电极缘部处的阶差引起的无用模式，从而损失增加。
本发明的压电振动片240中，当厚度YA2及厚度YA3为140nm时，压电振动片240的1/Q的值接近压电振动片440的1/Q的值。考虑这是因为：在压电振动片240中，虽在第2激振电极242b形成有倾斜部248b，但在第1激振电极242a未形成倾斜部，因此弯曲振动对主振动的影响未得到充分抑制。而且，在压电振动片240中，随着第1激振电极242a的厚度YA2变薄而1/Q下降，当厚度YA2为60nm时，压电振动片240的1/Q接近压电振动片340的1/Q。考虑这是因为，第1激振电极242a的厚度YA2变薄，由此，电极端部的阶差的影响得以减轻，因此第1激振电极242a中的弯曲振动的产生得到抑制。即，压电振动片240中，未形成倾斜部的第1激振电极242a的厚度薄为佳。
第1激振电极242a的厚度YA2优选的是，在第1激振电极242a的端部，在能够抑制无用模式的引发且获得电极原本的作为导电膜的功能的前提下，尽可能薄。根据图6可知，在压电振动片240中，通过使厚度YA2较薄，从而能够抑制弯曲振动对主振动的影响。另一方面，已知的是，在薄膜技术中可作为膜而成立的下限的范围为60nm至100nm的厚度，若考虑此，则为了发挥第1激振电极242a的作为电极的原本功能，厚度YA2必须具有至少60nm～100nm，优选的是具有60nm至80nm的厚度。即，优选为第1激振电极的厚度YA2为60nm～100nm，优选的是处于60nm至80nm的范围内。
而且，压电振动片240中使用的压电基板141未经斜削加工(bevel processing)或凸加工(convex processing)等加工，相反地，而将激振电极形成为规定的厚度，由此来封闭振动能量。因而，可以第1激振电极242a的厚度YA2与第2激振电极242b的厚度YA3的合计厚度成为能够进行振动能量封闭的膜厚的方式，来选择第2激振电极242b的厚度YA3。具体而言，两激振电极的合计厚度可从相对于压电基板的板厚为数％左右的值中，考虑压电振动片的大小或频率等来决定，例如可从2％～5％中选择。压电振动片240中，通过加厚第2激振电极242b的厚度来确保激振电极242整体的合计膜厚，并且，通过在第2激振电极242b形成倾斜部248b，从而防止振动能量在第2激振电极242b的端部转换成弯曲振动。
根据图6可知，通过使第1激振电极242a的厚度形成为薄于第2激振电极242b的厚度，从而能够使1/Q下降至与在两主面的激振电极形成倾斜部的情况(压电振动片340)接近的值，从而能够使压电振动片成为可耐受实用的状态。而且，此种倾向既适用于进行基本波及3倍波的同时振荡的情况，也适用于使用AT切割、SC切割、IT切割等其他以厚度切变振动来振动的晶体材料的情况，或者将以厚度切变振动来振动的其他压电材料例如LT(钽酸锂)、压电陶瓷用于压电基板的情况。进而，还适用于激振电极形成为圆形状的情况。
(第3实施方式)
以下，对因激振电极的外形形状的不同造成的影响、使用M-SC切割以外的进行厚度切变振动的压电基板时的影响、及激振电极的厚度与倾斜宽度的最佳范围的关系进行说明。
图7A是压电振动片540的平面图。压电振动片540是通过在压电基板541上形成激振电极542及引出电极143而构成。压电基板541是以与压电基板141不同且以厚度切变振动来振动的AT切割的晶体材料为基材的形式而形成。AT切割的晶体材料是主面(XZ面)相对于结晶轴(XYZ)的Y轴，以X轴为中心从Z轴朝-Y轴方向倾斜35度15分而形成，图7A中，将AT切割的晶体材料的倾斜后的新轴表示为Y’轴及Z’轴。激振电极542的平面形状形成为圆形状，且引出电极143从激振电极542引出至压电基板541的-X轴侧的边的两端。在激振电极542上，形成有主厚部548a及倾斜部548b。主厚部548a的厚度以YA4来表示。
图7B是图7A的VIIB-VIIB剖面图。激振电极542包含：第1激振电极542a，形成在压电基板541的+Y’轴侧的面；以及第2激振电极542b，形成在-Y’轴侧的面。第1激振电极542a及第2激振电极542b均具有主厚部548a及倾斜部548b。主厚部548a的厚度为YA4。倾斜部548b从主厚部548a侧直至激振电极542的最外周为止的宽度形成为XA2，厚度从主厚部548a侧直到激振电极542的最外周而逐渐变薄，由四个阶差所形成，各阶差的宽度形成为XB2，各阶差的高度形成为YB2。
图8A是表示压电振动片540、压电振动片640及压电振动片740的倾斜宽度XA2与主振动的振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。压电振动片640是在压电振动片540中将激振电极442的平面形状设为椭圆形状的压电振动片。而且，压电振动片740是在压电振动片540中，取代压电基板541而使用M-SC切割的压电基板141(参照图3A)的压电振动片。压电振动片640及压电振动片740的其他构成要素与压电振动片540同样。图8A表示主振动的频率为26MHz(AT切割的晶体材料中，弯曲波长λ为约100μm，M-SC切割的晶体材料中，弯曲波长λ为约110μm)、且激振电极542的主厚部548a的厚度YA4为140nm时的模拟的计算结果。图8A中，压电振动片540是以白圆来表示，压电振动片640是以黑四边形来表示，压电振动片740是以白三角形来表示。图8A的图表的横轴表示以所述弯曲振动的波长即弯曲波长入而标准化的倾斜宽度。因此，对于图8A的图表中所示的倾斜宽度，即使是同一刻度，实际的倾斜宽度的尺寸也会根据压电振动片而不同。例如在将26MHz的振动频率的振动设为主振动的情况下，具有由AT切割的晶体材料所形成的压电基板的压电振动片140的弯曲波长λ为约100μm，具有由M-SC切割的晶体材料所形成的压电基板的压电振动片240的弯曲波长λ为约110μm。此时，在图8A的图表中，由“1”所示的倾斜宽度的实际尺寸为1×λ，在压电振动片140中，倾斜宽度为1×λ＝约100μm，在压电振动片240中，倾斜宽度为1×λ＝约110μm。
图8A中，对于压电振动片540、压电振动片640及压电振动片740的各压电振动片，在倾斜宽度为0.5至3的范围，即，在倾斜宽度形成为无用振动即弯曲振动的波长即弯曲波长入的0.5倍以上且3倍以下的长度的情况下，1/Q低而为优选。尤其，在倾斜宽度形成为弯曲波长λ的1倍以上且2.5倍以下的长度的情况下，1/Q低而稳定，因而更优选。即，根据图8A可知的是，以弯曲波长而标准化的倾斜宽度并不大为依存于激振电极的平面形状及进行厚度切变振动的压电基板的材质的不同。因此，第1实施方式及第2实施方式中所示的结果，在由以弯曲波长而标准化的倾斜宽度所示的情况下，也适用于激振电极形成为圆形状的情况、及使用M-SC切割以外的进行厚度切变振动的压电基板的情况。
图8B是表示将主厚部548a的厚度YA4设为100nm时的压电振动片740的倾斜宽度与主振动的振动能量的损失(1/Q)的关系的图表。由此图8B可知，即使在变更了激振电极的厚度(主厚部548a的厚度)的情况下，当倾斜宽度形成为弯曲波长λ的0.5倍以上且3倍以下的长度时，仍可抑制振动能量的损失。进而可知的是，当倾斜宽度形成为弯曲波长λ的1倍以上且2.5倍以下的长度时，振动能量的损失得到进一步抑制。因而，可知的是，即使在变更了激振电极的厚度的情况下，倾斜宽度为弯曲波长λ的0.5倍以上且3倍以下，优选的是1倍以上且2.5倍以下的范围是有效的。此倾向在激振电极的厚度至少为70nm～200nm的范围内也得到确认。如此，根据图8A及图8B可确认，倾斜宽度的适当范围并不大为依存于激振电极的厚度。
从图8A及图8B导出的、以弯曲波长而标准化的倾斜宽度并不大为依存于激振电极的平面形状及进行厚度切变振动的压电基板的材质不同、及倾斜宽度的适当范围并不大为依存于激振电极的厚度的情况，对于第1实施方式及第2实施方式的压电振动片也适用。即，在第1实施方式及第2实施方式中，即使在激振电极的平面形状改为圆形状等其他形状，使用M-SC切割以外的进行厚度切变振动的压电基板，且改变了激振电极的厚度的情况下，当满足第1实施方式及第2实施方式中导出的条件时，也能够抑制进行基本波及3倍波的同时振荡时的振动能量的损失。
(第4实施方式)
第1实施方式至第3实施方式中表示了模拟结果，但实际的激振电极的倾斜部能够通过各种方法来形成。以下，对图3A及图3B所示的压电振动片140的实际形成例即压电振动片140a、压电振动片140b及压电振动片140c进行说明。
图9A是压电振动片140a的局部剖面图。图9A是包含相当于图3A的IIIB-IIIB剖面的剖面的局部剖面图。压电振动片140a的激振电极142是包含第1层144a、以覆盖第1层144a的方式而形成的第2层145a、以覆盖第2层145a的方式而形成的第3层146a、及以覆盖第3层146a的方式而形成的第4层147a所形成。这些第1层144a至第4层147a例如可通过溅镀(sputter)或蒸镀等而形成。如图9A所示，通过以经层叠的层的面积逐渐变广的方式形成，从而可形成倾斜部148b的倾斜。另外，图9A中仅示出了四层，但省略了通常为了确保压电基板141与激振电极用金属的密接性所设的基底层例如铬膜等的图示。
图9B是压电振动片140b的局部剖面图。图9B是包含相当于图3A的IIIB-IIIB剖面的剖面的局部剖面图。压电振动片140b的激振电极142是包含第1层144b、在第1层144b的表面以窄于第1层144b的面积而形成的第2层145b、在第2层145b的表面以窄于第2层145b的面积而形成的第3层146b、及在第3层146b的表面以窄于第3层146b的面积而形成的第4层147b所形成。这些第1层144b至第4层147b例如可通过溅镀或蒸镀等而形成。与图9A的情况相反，如图9B所示，通过使层叠的层的面积逐渐变窄，也可形成倾斜部148b的倾斜。
图9C是压电振动片140c的局部剖面图。图9C是包含相当于图3A的IIIB-IIIB剖面的剖面的局部剖面图。激振电极142的倾斜部148b的倾斜也可由图9C所示的斜面而非阶差所形成。此种倾斜部148b的斜面例如可通过下述方式来形成，即：利用光刻(lithography)技术来调整抗蚀剂(resist)的厚度；或者在激振电极的成膜后利用离子束修整等来削去激振电极的一部分而形成斜面等。
以上，对本发明的最佳实施方式进行了详细说明，但本领域技术人员当明确，本发明可在此技术范围内对实施方式添加各种变更、变形来实施。
例如，所述实施方式中的倾斜部的阶差为四阶，但阶差并不限于四阶，既可比四阶多，也可比四阶少。而且，压电元件也可以在封装件中安装有振荡电路的压电振荡器的形式而形成。进而，所述实施方式也可进行各种组合而实施。

Claims (9)

1.一种压电振动片，其特征在于，包括：
压电基板，形成为平板状，且以厚度切变振动来振动；以及
激振电极，分别形成在所述压电基板的两主面，
其中，所述激振电极具有主厚部与倾斜部，
所述主厚部形成为固定厚度，
所述倾斜部形成在所述主厚部的周围，并且所述倾斜部是以厚度从与所述主厚部相接的部分直到所述激振电极的最外周而逐渐变薄的方式形成，
所述倾斜部的宽度即倾斜宽度是形成为：
厚度切变振动的基本波的弯曲振动的波长即第1弯曲波长的0.84倍以上且1.37倍以下的长度、且
厚度切变振动的3倍波中的弯曲振动的波长即第2弯曲波长的2.29倍以上且3.71倍以下的长度。
2.根据权利要求1所述的压电振动片，其特征在于，
所述基本波及所述3倍波是同时振荡而使用。
3.根据权利要求1所述的压电振动片，其特征在于，
所述倾斜部的宽度即倾斜宽度是形成为：
所述第1弯曲波长的1.05倍以上且1.26倍以下的长度、且
所述第2弯曲波长的2.86倍以上且3.43倍以下的长度。
4.根据权利要求1所述的压电振动片，其特征在于，
所述激振电极的外形是形成为圆形或椭圆形。
5.一种压电振动片，其特征在于，包括：
压电基板，形成为平板状，且以厚度切变振动来振动；
第1激振电极，形成在所述压电基板的一个主面；以及
第2激振电极，形成在所述压电基板的另一个主面，
其中，所述第1激振电极是以整体为同一厚度的方式而形成，
所述第2激振电极具有主厚部与倾斜部，所述主厚部形成为固定厚度，所述倾斜部形成在所述主厚部的周围，并且所述倾斜部是以厚度从与所述主厚部相接的部分直到所述第2激振电极的最外周而逐渐变薄的方式形成，
所述主厚部形成为厚于所述第1激振电极的厚度，
所述倾斜部的宽度即倾斜宽度是形成为：
厚度切变振动的基本波中的弯曲振动的波长即第1弯曲波长的0.84倍以上且1.37倍以下的长度、且
厚度切变振动的3倍波中的弯曲振动的波长即第2弯曲波长的2.29倍以上且3.71倍以下的长度。
6.根据权利要求5所述的压电振动片，其特征在于，
所述基本波及所述3倍波是同时振荡而使用。
7.根据权利要求5所述的压电振动片，其特征在于，
所述倾斜部的宽度即倾斜宽度是形成为：
所述第1弯曲波长的1.05倍以上且1.26倍以下的长度、且
所述第2弯曲波长的2.86倍以上且3.43倍以下的长度。
8.根据权利要求5所述的压电振动片，其特征在于，
所述激振电极的外形是形成为圆形或椭圆形。
9.一种压电元件，其特征在于，包括：
权利要求1至8中任一项所述的压电振动片；以及
封装件，载置所述压电振动片。
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