JP2013207536A - 振動素子、振動子、電子デバイス、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波（特に、２００ＭＨｚ以上の共振周波数）の振動素子において、振動素子の振動部の長さと厚みとの関係の最適化を図り、主振動に影響を及ぼす不要なスプリアスの発生を防止した、小型の振動素子を提供する。
【解決手段】厚み滑り振動で振動する振動部１２を含み、前記振動部の前記厚み滑り振動の振動方向の寸法Ｌｘと前記振動部の厚みＨとの関係は、５０≦（Ｌｘ／Ｈ）≦７０を満足し、前記振動部の前記厚み滑り振動の振動方向に直交する方向の寸法Ｌｚと前記振動部の厚みＨとの関係は、３５≦（Ｌｚ／Ｈ）≦５５を満足している振動素子１。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚み滑り振動で振動する振動素子、振動子、電子デバイス、および電子機器に関する。

主振動が厚み滑り振動で振動するＡＴカット水晶振動子は、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、発振器、電子機器等の多方面で使用されている。特に、近年では伝送通信機器やＯＡ機器の処理速度の高速化、或いは通信データや処理量の大容量化が進むのに伴い、それに用いられる基準周波数信号源としてのＡＴカット水晶振動子に対し高周波化の要求が強まっている。厚み滑り振動で励振するＡＴカット水晶振動子の高周波化には、振動部分の厚みを薄くすることが一般的である。そのため、水晶基板の中央部に片面又は両面から、ドライエッチング又はウェットエッチングによって凹部状の薄い振動部を設け、励振するための主電極と外周方向へ延出されたリード電極を基板両面に形成することで、高周波化を図っている。

しかし、共振周波数が３００ＭＨｚ以上になると、凹部の振動部が５．６μｍ以下と非常に薄くなるため、自重若しくは励振電極の重さにより、振動部にたわみが生じてしまう。これは、振動部に静的負荷、即ち内部歪みが残留していることになり、正常なエネルギー閉じ込めによる厚み滑り振動が得られないばかりでなく、長期エージング等の信頼性も劣化するという問題があった。これに対し、特許文献１には、凹部に形成された振動部の長さＬと振動部の厚みＨとの比（Ｌ／Ｈ）が２５０以下となるように設定することで、振動部に生じるたわみを回避することが開示されている。

特開２００３−１７９７７号公報

しかし、上述の特許文献１に開示されているように、凹部に形成された振動部の長さＬと振動部の厚みＨとの比（Ｌ／Ｈ）を小さくし、振動子の小型化を図ろうとすると、主振動である厚み滑り振動モードの共振周波数の近傍に、振動部の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動、縦振動、輪郭滑り振動等の不要な振動モードのスプリアスが発生し、温度変化に対する周波数およびＣＩ（クリスタル・インピーダンス＝水晶振動子の等価抵抗）の非連続的な変動、所謂、特異現象（Anomalous Activity Dip）等が発生してしまうという問題が課題となっていた。
そこで、高周波（特に、２００ＭＨｚ以上の共振周波数）の振動素子において、振動素子の振動部の長さと厚みとの関係の最適化を図り、主振動に影響を及ぼす不要なスプリアスの発生を防止した、小型の振動素子を提供する。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る振動素子は、厚み滑り振動で振動する振動部を含み、前記振動部の前記厚み滑り振動の振動方向の寸法Ｌｘと前記振動部の厚みＨとの関係は、５０≦（Ｌｘ／Ｈ）≦７０を満足し、前記振動部の前記厚み滑り振動の振動方向に直交する方向の寸法Ｌｚと前記振動部の厚みＨとの関係は、３５≦（Ｌｚ／Ｈ）≦５５を満足していることを特徴とする。

本適用例によれば、基本波の厚み滑り振動で振動する高周波の振動素子において、矩形状の振動部の長さと厚みとの関係を結晶軸方向ごとに規定し、最適化しているので、主振動に影響を及ぼす不要なスプリアスを抑制し、温度変化に対する共振周波数およびＣＩ値の非連続的な変動、所謂、特異現象のない小型の振動素子が得られるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動部の表裏の主面に励振電極を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、励振電極から入力された励振電流によって、励振電極間の振動部に電界が生じ振動するので、安定した共振周波数で励振する振動素子が得られるという効果がある。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動部の外縁に沿って前記振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚みが厚い厚肉部を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動部が非常に薄い高周波の振動素子であっても、振動部と一体化された厚肉部でマウントができるので、耐衝撃性や耐振動性に優れた高信頼性の振動素子が得られるという効果がある。

［適用例４］上記適用例に記載の振動素子において、共振周波数が２００ＭＨｚ以上であることを特徴とする。

本適用例によれば、基本波で２００ＭＨｚ以上の高周波になると厚みが８．４μｍ以下と非常に薄くなり、振動部の長さを非常に短くすることができるので、非常に小型の振動素子が得られるという効果がある。

［適用例５］本適用例に係る振動子は、上記適用例に記載の振動素子と、該振動素子を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動素子をパッケージに収容することで、温度変化や湿度変化等の外乱の影響や汚染による影響を防ぐことができるため、高周波で周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、および周波数エージング特性に優れた小型の振動子が得られるという効果がる。

［適用例６］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の振動素子と、該振動素子を励振する発振回路と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、主振動に影響を及ぼす不要なスプリアスを抑制しているので、高周波で周波数温度特性やＣＩ温度特性に優れた小型の電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例７］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、上記適用例に記載の振動素子をＣＯＢ（Chip On Board）技術により、直接実装基板へ実装できるので、実装面積が小さくなり、高周波で周波数温度特性やＣＩ温度特性の良好な基準周波数源を備えた小型の電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動子、又は上記適用例に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、上記適用例に記載の振動子や電子デバイスを電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、周波数温度特性やＣＩ温度特性の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図。 ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明するための図。 ＡＴカット水晶振動子の温度特性を説明するための図であり、（ａ）は周波数温度特性、（ｂ）はＣＩ温度特性。 板厚比（Ｌｘ／Ｈ）に対する振動子のＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）を示す図。 板厚比（Ｌｚ／Ｈ）に対する振動子のＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）を示す図。 ２４６ＭＨｚＡＴカット水晶振動子の温度特性を示す図であり、（ａ）は周波数温度特性、（ｂ）はＣＩ温度特性。 ３６８ＭＨｚＡＴカット水晶振動子の温度特性を示す図であり、（ａ）は周波数温度特性、（ｂ）はＣＩ温度特性。 ４９１ＭＨｚＡＴカット水晶振動子の温度特性を示す図であり、（ａ）は周波数温度特性、（ｂ）はＣＩ温度特性。 本発明の一実施形態に係る電振動子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器を適用したモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動素子の構成を示す概略図であり、図１（ａ）は振動素子の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ−Ｐ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＱ−Ｑ断面図である。
振動素子１は、振動部１２、および振動部１２に連設され、振動部１２の厚みよりも厚い厚肉部１３を有する基板１０と、振動部１２の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）に夫々対向するようにして形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから厚肉部に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて、夫々延出されて形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。

基板１０は、矩形状をなし、且つ薄肉でＹ’軸に直交し厚みが一定である平板状の振動部１２と、振動部１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化された第１の厚肉部１４、第２の厚肉部１５、および第３の厚肉部１６（第１、第２および第３の厚肉部１４、１５、１６とも称する）からなる厚肉部１３と、支持固定した際に生じる応力を振動部１２に伝わるのを防止するためのスリット１７と、を備えている。
なお、第１の厚肉本体１４ａ、第２の厚肉本体１５ａ、および第３の厚肉本体１６ａ（第１、第２および第３の厚肉本体１４ａ、１５ａ、１６ａとも称する）とは、Ｙ’軸に平行な厚みが一定である領域をいう。
また、第１の傾斜部１４ｂ、第２の傾斜部１５ｂ、および第３の傾斜部１６ｂ（第１、第２および第３の傾斜部１４ｂ、１５ｂ、１６ｂとも称する）とは、第１、第２および第３の厚肉本体１４ａ、１５ａ、１６ａと、振動部１２と、の間に生じる傾斜面をいう。
振動部１２の一方の主面と、第１、第２および第３の厚肉部１４、１５、１６の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図１に示す座標軸のＸ−Ｚ’平面上にあり、この面（図１（ｂ）の−Ｙ’方向にある下面側）をフラット面（平坦面）といい、凹陥部１１を有する反対側の面（図１（ｂ）の＋Ｙ’方向にある上面側）を凹陥面という。

基板１０を駆動する励振電極２５ａ、２５ｂは、振動部１２のほぼ中央部の主面に夫々対峙して形成されている。
また、励振電極２５ａ、２５ｂは、リード電極２７ａ、２７ｂと接続している部分について、励振電極形状の外縁（外辺）に沿った延長線（仮想線）を境界として形状や面積として説明する。
リード電極２７ａは、凹陥面に形成した励振電極２５ａから延出し、振動部１２上から第３の傾斜部１６ｂと、第３の厚肉本体１６ａとを経由して、第２の厚肉本体１５ａの凹陥面に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。また、リード電極２７ｂは、フラット面に形成された励振電極２５ｂから延出し、基板１０のフラット面の端縁部を経由して、第２の厚肉本体１５ａのフラット面に形成されたパッド電極２９ｂと導通接続されている。

図１（ａ）に示した実施形態例は、励振電極２５ａ、２５ｂが矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、円形や楕円形であってもよい。
また、リード電極２７ａ、２７ｂの引出し構造の一例であり、リード電極２７ａは他の厚肉部を経由してもよい。ただ、リード電極２７ａ、２７ｂの長さは最短であることが望ましく、リード電極２７ａ、２７ｂ同士が基板１０を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
更に、励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂ、パッド電極２９ａ、２９ｂは、蒸着装置、あるいはスパッタ装置等を用いて、例えば、下地にニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を重ねて成膜してある。なお、電極材料として、下地のニッケル（Ｎｉ）の代わりにクロム（Ｃｒ）、また、金（Ａｕ）の代わりに銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）を用いても構わない。

水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が基板１０として用いられる。例えば、ＡＴカット水晶基板の場合は、角度θは略３５°１５’である。なお、Ｙ軸およびＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、およびＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸およびＺ’軸を含む面）が主面であり、厚み滑り振動が主振動として励振される。

即ち、基板１０は、図２に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板である。
なお、本実施形態例に係る基板１０は、図２に示す角度θが３５．２５°のＡＴカットに限定されず、例えば、厚み滑り振動を励振するＢＴカット等の基板にも広く適用できる。
更に、振動部１２の外縁に沿って厚肉部を設けた例を用いて説明したが、これに限らず、振動部１２の外縁全周に沿って厚肉部を設けた基板にも広く適用できる。

一般的なＡＴカット水晶振動素子は、厚み滑り振動モードを主振動として広く用いられ、その共振周波数は振動部の厚みに反比例するので、振動部の厚みを薄くすることにより高周波化が図れる。
しかし、主振動である厚み滑り振動モードの共振周波数近傍には、他に厚み屈曲振動、縦振動、輪郭滑り振動等の不要な振動モードの高次オーバトーン波によるスプリアスが存在することが知られている。これらの不要な振動モードは水晶基板の輪郭寸法に依存し、厚み滑り振動により得られる所望の共振周波数に悪影響を及ぼす場合がある。不要なスプリアスは温度特性が悪いため、常温では所望の共振周波数に対して問題とならなくても、温度変化に伴い、所望の共振周波数に接近し、厚み滑り振動モードと強く結合して周波数およびＣＩのディップ等の特異現象を発生し、発振回路を構成した場合、発振周波数のドリフトや抵抗増加によって不発振が生じるなどの発振不良を引き起こすこととなる。そのため、振動素子を設計するにあたっては、主振動に対してこれら不要のスプリアスが結合しないよう設計することが要求される。

図３は、図１の実施形態例で試作したＡＴカット水晶振動素子をセラミックパッケージに実装し、振動子の温度特性を示した図であり、図３（ａ）は周波数温度特性を、図３（ｂ）はＣＩ温度特性を示したものである。ここで、ＡＴカット水晶振動素子の共振周波数は２４６ＭＨｚであり、振動部１２の寸法は、長辺方向（Ｘ軸方向）が０．３０ｍｍ、短辺方向（Ｚ’軸方向）が０．２７ｍｍ、厚みが約６．８μｍである。また、表裏の励振電極の膜厚は、夫々ニッケル（Ｎｉ）７ｎｍを下地にして、その上に金（Ａｕ）１２０ｎｍである。また、電極寸法は、長辺方向（Ｘ軸方向）が０．２３ｍｍ、短辺方向（Ｚ’軸方向）が０．１８ｍｍである。
図３より、温度４５℃付近で主振動の厚み滑り振動モードと不要振動モードが結合して生じた、周波数の不連続やＣＩの著しく増加するという特異現象が発生している。これは、振動部１２の厚みＨに対する長辺方向（Ｘ軸方向）の寸法Ｌｘの板厚比（Ｌｘ／Ｈ）が約４４と小さいため、長辺方向（Ｘ軸方向）の寸法Ｌｘに起因した厚み屈曲振動モードの高次オーバトーン波が結合したためと考えられる。
また、短辺方向（Ｚ’軸方向）の寸法Ｌｚに起因した輪郭滑り振動モードは、厚み屈曲振動モードに比べ、共振周波数を決める周波数定数が約半分と小さいので、基本波の共振周波数が低い。そのため、主振動の共振周波数の近傍に生じる高次のオーバトーン波は、厚み屈曲振動モードの約２倍大きい次数となり、主振動の厚み滑り振動モードと結合してもその影響は小さいので問題とならない。従って、振動部１２の厚みＨに対する短辺方向（Ｚ’軸方向）の寸法Ｌｚの板厚比（Ｌｚ／Ｈ）が約４０と小さいが、輪郭滑り振動モードの高次オーバトーン波との結合が回避できている。

図４は板厚比（Ｌｘ／Ｈ）に対するＡＴカット水晶振動子のＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）である。板厚比（Ｌｘ／Ｈ）を４０〜９０に変化させた共振周波数２４６ＭＨｚのＡＴカット水晶振動素子を試作し、セラミックパッケージに実装した後に、温度範囲−４０℃〜８５℃の温度特性を測定し、温度２５℃のＣＩ値を基準として、最大となるＣＩ値（ＣＩｍａｘ）とのＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）と板厚比（Ｌｘ／Ｈ）との相関を調査した。
なお、板厚比（Ｌｚ／Ｈ）は５０一定とし、電極寸法等は図３で示した試作条件と同一である。
図４より、板厚比（Ｌｘ／Ｈ）５０未満では長辺方向（Ｘ軸方向）の寸法Ｌｘに起因した厚み屈曲振動モードの高次オーバトーン波と結合したためＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）が大幅に大きくなっている。この結果から、不要なスプリアスとの結合を回避するには板厚比（Ｌｘ／Ｈ）を５０以上とする必要がある。

次に、図５は板厚比（Ｌｚ／Ｈ）に対するＡＴカット水晶振動子のＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）である。板厚比（Ｌｚ／Ｈ）を３０〜８０に変化させた共振周波数２４６ＭＨｚのＡＴカット水晶振動素子を試作し、図４と同様に、ＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）と板厚比（Ｌｘ／Ｈ）との相関を調査した。
また、板厚比（Ｌｘ／Ｈ）は６０一定とし、電極寸法等は図３で示した試作条件と同一である。
図５より、板厚比（Ｌｚ／Ｈ）３５未満では短辺方向（Ｚ’軸方向）の寸法Ｌｚに起因した輪郭滑り振動モードの高次オーバトーン波と結合したためＣＩ値比（ＣＩｍａｘ／ＣＩ）が大幅に大きくなっている。この結果から、不要なスプリアスとの結合を回避するには板厚比（Ｌｚ／Ｈ）を３５以上とする必要がある。

以上の結果、長辺方向（Ｘ軸方向）の寸法Ｌｘの板厚比（Ｌｘ／Ｈ）は５０以上、短辺方向（Ｚ軸方向）の寸法Ｌｚの板厚比（Ｌｚ／Ｈ）は３５以上とすることで、寸法Ｌｘに起因した厚み屈曲振動モードと寸法Ｌｚに起因した輪郭滑り振動モードとを同時に回避でき、不要なスプリアスによる主振動との結合による共振周波数およびＣＩのディップ等の特異現象を抑制できることが解った。
また、今後の更なる小型化として、外形寸法が１．２ｍｍ×１．０ｍｍのセラミックパッケージに実装する基板の外形寸法が０．８ｍｍ×０．６ｍｍであると仮定すると、振動部１２の寸法は振動部１２の厚みＨに対する長辺方向（Ｘ軸方向）の寸法Ｌｘの板厚比（Ｌｘ／Ｈ）が７０以下、短辺方向（Ｚ’軸方向）の寸法Ｌｚの板厚比（Ｌｚ／Ｈ）が５５以下であることが望ましい。

次に、図１の実施形態例で試作した２４６ＭＨｚ〜４９１ＭＨｚ帯の共振周波数で振動するＡＴカット水晶振動素子をセラミックパッケージに実装し、ＡＴカット水晶振動子として温度特性を測定した結果について述べる。
図６〜図８は共振周波数２４６ＭＨｚ、３６８ＭＨｚ、４９１ＭＨｚのＡＴカット水晶振動子の温度特性を示したもので、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）は周波数温度特性、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）はＣＩ温度特性である。
なお、各周波数の試作条件は、基板の板厚比（Ｌｘ／Ｈ）＝７０、板厚比（Ｌｚ／Ｈ）＝６０、下地電極ニッケル（Ｎｉ）膜厚＝７ｎｍ、と一定とし、電極寸法と電極の金（Ａｕ）膜厚は、２４６ＭＨｚで寸法０．２３ｍｍ×０．１８ｍｍ、膜厚１２０ｎｍである。３６８ＭＨｚは寸法０．２３ｍｍ×０．１８ｍｍ、膜厚９０ｎｍである。４９１ＭＨｚは寸法０．１８ｍｍ×０．１４ｍｍ、膜厚６０ｎｍである。
共振周波数２４６ＭＨｚ、３６８ＭＨｚ、４９１ＭＨｚの夫々のＡＴカット水晶振動子は、測定温度−４０℃〜８５℃の範囲において、共振周波数およびＣＩのディップ等の特異現象のない特性を示した。従って、本実施形態例の振動部寸法とすることで、共振周波数およびＣＩのディップ等の特異現象が発生しないＡＴカット水晶振動子を得ることができることを確認した。
尚、現状の設備で製造可能な周波数の上限は８００ＭＨｚ程度（厚み２．１μｍに相当）と予想される。

図９は、本発明の一実施形態に係る振動子の構成を示す図であり、図９（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、図９（ｂ）は縦断面図である。振動子２は、振動素子１と、振動素子１を収容するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９と、で構成されている。
パッケージ本体４０は、図９に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３と、シールリング４４と、実装端子４５と、を積層して形成されている。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等のシールリング４４が形成されている。
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、振動素子１を収容する凹部（キャビティ）が形成される。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７は、振動素子１を載置した際に第２の厚肉本体１５ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。

振動素子１を固定する際には、先ず、振動素子１を反転（裏返し）してパッド電極２９ａを導電性接着剤３０が塗布された素子搭載パッド４７に載置して荷重をかける。導電性接着剤３０は経年変化を考慮して脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を用いている。

次に、パッケージ本体４０に搭載された振動素子１の導電性接着剤３０を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤３０を硬化させた後、反転して上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで導通接続する。図９（ｂ）に示すように、振動素子１をパッケージ本体４０に支持・固定する部分は、一カ所（一点）であるため、支持固定により生じる応力の大きさを小さくすることが可能となる。
アニール処理を施した後、第２の励振電極２５ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。その後、パッケージ本体４０の上面に形成したシールリング４４上に、蓋部材４９を載置し、真空中、又は窒素ガスの雰囲気中で蓋部材４９をシーム溶接して密封し、振動子２が完成する。又は、パッケージ本体４０の第３の基板４３の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。この場合もパッケージのキャビティ内は真空にするか、又は窒素ガス等の不活性ガスで充填して、振動子２が完成する。

パッド電極２９ａ、２９ｂの間隔をＺ’軸方向に離して形成した振動素子１を構成してもよい。この場合も図９で説明した振動子２と同様に振動子を構成することができる。また、パッド電極２９ａ、２９ｂを同一面上に間隔を離して形成した振動素子１を構成してもよい。この場合、振動素子１は、二カ所（二点）に導電性接着剤３０を塗布して、導通と支持・固定を図るようにした構造である。低背化に適した構造であるが、導電性接着剤３０に起因する応力が少し大きくなる虞がある。
以上の振動子２の実施形態例では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて振動子を構成してもよい。

図５に示すように、振動素子１を支持する部位が一点であり、且つ厚肉部１３と振動部１２の間にスリット１７を設けることにより、導電性接着剤３０に起因して生じる応力を小さくすることができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、および周波数エージング特性に優れた振動子２が得られるという効果がある。

図１０は、本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構成を示す図であって、図１０（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、図１０（ｂ）は縦断面図である。電子デバイス３は、パッケージ本体５０と、蓋部材４９と、振動素子１と、振動素子１を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスター、インダクター等の電子部品５２の少なくとも１つと、を備えている。

パッケージ本体５０は、図１０に示すように、第１の基板６１と、第２の基板６２と、第３の基板６３と、を積層して形成されている。実装端子４５は、第１の基板６１の外部底面に複数形成されている。第２の基板６２と第３の基板６３とは中央部が除去された環状体で形成されている。
第１の基板６１と、第２の基板６２と、第３の基板６３と、により、振動素子１、ＩＣ部品５１、および電子部品５２などを収容する凹部（キャビティ）が形成される。第２の基板６２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７は、振動素子１を載置した際に第２の厚肉本体１５ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。

反転した振動素子１のパッド電極２９ａを、導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布したパッケージ本体５０の素子搭載パッド４７に載置し、パッド電極２９ａと素子搭載パッド４７との導通を図る。反転して上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体５０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷにて接続し、パッケージ本体５０の基板間に形成された導体を通じて、ＩＣ部品５１の１つの電極端子５５との導通を図る。ＩＣ部品５１をパッケージ本体５０の所定の位置に固定し、ＩＣ部品５１の端子と、パッケージ本体５０の電極端子５５とをボンディングワイヤーＢＷにて接続する。また、電子部品５２は、パッケージ本体５０の所定の位置に載置し、金属バンプ等を用いて導体４６に接続する。パッケージ本体５０を真空、あるいは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体５０を蓋部材４９で密封して電子デバイス３を完成する。
パッド電極２９ｂとパッケージ本体５０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで接続する工法は、振動素子１を支持する部位が一カ所（一点）になり、導電性接着剤３０に起因して生じる応力を小さくする。また、パッケージ本体５０に収容するに当たり、振動素子１を反転して、より大きな第２の励振電極２５ｂを上面にしたので、電子デバイス３の周波数調整が容易となる。

図１０に示すように、電子デバイス３を構成することにより、基本波で励振する高周波の振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅が広がり、更に、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型発振器が得られるという効果がある。
また、電子デバイス３として発振器、温度補償型発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性、周波数温度特性に優れた発振器を構成できるという効果がある。

次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子を適用した電子機器（本発明の電子機器）について、図１１〜図１３に基づき、詳細に説明する。
図１１は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動素子１が内蔵されている。

図１２は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器等として機能する振動素子１が内蔵されている。

図１３は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
ディジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このディジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなディジタルスチールカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動素子１が内蔵されている。

なお、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器は、図１１のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１２の携帯電話機、図１３のディジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

１…振動素子、２…振動子、３…電子デバイス、１０…基板、１１…凹陥部、１２…振動部、１３…厚肉部、１４…第１の厚肉部、１４ａ…第１の厚肉本体、１４ｂ…第１の傾斜部、１５…第２の厚肉部、１５ａ…第２の厚肉本体、１５ｂ…第２の傾斜部、１６…第３の厚肉部、１６ａ…第３の厚肉本体、１６ｂ…第３の傾斜部、１７…スリット、２５ａ，２５ｂ…励振電極、２７ａ，２７ｂ…リード電極、２９ａ，２９ｂ…パッド電極、３０…導電性接着剤、４０…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４８…電極端子、４９…蓋部材、５０…パッケージ本体、５１…ＩＣ部品、５２…電子部品、５５…電極端子、６１…第１の基板、６２…第２の基板、６３…第３の基板、１００…表示部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…ディジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター。

Claims (8)

1. 厚み滑り振動で振動する振動部を含み、
   前記振動部の前記厚み滑り振動の振動方向の寸法Ｌｘと前記振動部の厚みＨとの関係は、
   ５０≦（Ｌｘ／Ｈ）≦７０
   を満足し、
   前記振動部の前記厚み滑り振動の振動方向に直交する方向の寸法Ｌｚと前記振動部の厚みＨとの関係は、
   ３５≦（Ｌｚ／Ｈ）≦５５
   を満足していることを特徴とする振動素子。
2. 請求項１において、
   前記振動部の表裏の主面に励振電極を備えていることを特徴とする振動素子。
3. 請求項１又は２において、
   前記振動部の外縁に沿って前記振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚みが厚い厚肉部を備えていることを特徴とする振動素子。
4. 請求項２又は３において、
   共振周波数が２００ＭＨｚ以上であることを特徴とする振動素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動素子と、
   該振動素子を収容するパッケージと、
   を備えていることを特徴とする振動子。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動素子と、
   該振動素子を励振する発振回路と、
   を備えていることを特徴とする電子デバイス。
7. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項５に記載の振動子、又は請求項６に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。

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