JP2016029762A - 振動素子、振動子、発振器、電子機器、および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】容量比γの小さい振動素子を提供する。【解決手段】基板１０のうち第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂにより挟まれている領域は、平面視で、４つの角の角度が夫々９０?であると共に、厚み滑り振動の振動方向に沿った一対の第１の辺および前記振動方向と直交する方向に沿った一対の第２の辺を含む仮想の四角形２６の範囲内にあり、且つ、前記一対の第１の辺および前記一対の第２の辺の夫々と接する辺又は円周を含み、且つ、前記領域は、平面視で、仮想の四角形２６の振動方向と交差する方向に並んでいる少なくとも２つの角と重ならない外縁部２８を含み、前記領域の振動方向に沿った最大長さをＬｘ、外縁部２８の振動方向に沿った長さをｌｘとしたとき、１３．７％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４６．０％の関係を満たしている。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、この振動素子を備えている振動子、発振器、電子機器、および移動体に関する。

主振動である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、ある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。厚み滑り振動で振動するＡＴカット水晶振動子の高周波化には、振動部分の厚さを薄くすることにより高周波化を図るのが一般的である。

しかし、高周波化に伴い、振動部分の厚さが薄くなると、周波数の調整感度が高まるため周波数追い込み精度が悪くなり、振動子の製造歩留りが低下するという問題があった。これに対し、特許文献１には、温度補償型発振器に搭載されている振動素子において、長方形状の励振電極の四隅を略均等に切り欠き、その面積を切り欠く前との面積比で９５％〜９８％とすることで、振動子の容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１、ここで、Ｃ０は等価並列容量、Ｃ１は等価直列容量）を小さくすることができ、周波数可変感度が大きくなるため、発振周波数の合わせ込みの余裕度を大きくすることができるということが開示されている。

特開２００２−１１１４３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の振動子は、温度補償型発振器の発振周波数を合わせ込む程度の容量比γを確保することはできるが、面取りの形状だけでは、より大きな周波数可変感度を必要とする電圧制御型発振器の振動子としては、容量比γを十分低減できない場合があった。

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し、互いに表裏の関係にある第１の主面および第２の主面を含む基板と、前記第１の主面に設けられている第１の励振電極と、前記第２の主面に設けられ、平面視で前記第１の励振電極と重なっている第２の励振電極と、を含み、前記基板のうち前記第１の励振電極と前記第２の励振電極により挟まれている領域は、平面視で、４つの角の角度が夫々９０°であると共に、前記厚み滑り振動の振動方向に沿った一対の第１の辺および前記振動方向と直交する方向に沿った一対の第２の辺を含む仮想の四角形の範囲内にあり、且つ、前記一対の第１の辺および前記一対の第２の辺の夫々と接する辺又は円周を含み、且つ、前記領域は、平面視で、前記四角形の前記厚み滑り振動の振動方向と交差する方向に並んでいる少なくとも２つの角と重ならない外縁部を含み、前記領域の前記厚み滑り振動の振動方向に沿った最大長さをＬｘ、前記外縁部の前記厚み滑り振動の振動方向に沿った長さをｌｘとしたとき、１３．７％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４６．０％の関係を満たすことを特徴とする。

本適用例によれば、第１の励振電極と第２の励振電極により挟まれた領域において、厚み滑り振動に寄与しない仮想の四角形の四隅を切り欠く励振電極構造とし、更に、厚み滑り振動の振動方向に沿った最大長さをＬｘ、外縁部の厚み滑り振動の振動方向に沿った長さをｌｘとしたとき、寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）を１３．７％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４６．０％の関係を満たす励振電極構造とすることで、厚み滑り振動に寄与しない領域で生じる不要な容量を除き、厚み滑り振動の振動エネルギーを効率的に閉じ込め、等価直列容量Ｃ１を大きくすることができ、且つ、励振電極の面積で決まる等価並列容量Ｃ０を小さくできるため、容量比γの小さい振動素子を得ることができるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に係る振動素子において、１９．１％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４１．０％の関係を満たすことを特徴とする。

本適用例によれば、寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）を１９．１％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４１．０％の関係を満たす励振電極構造とすることで、厚み滑り振動に寄与しない領域で生じる不要な容量をより多く除き、厚み滑り振動の振動エネルギーをより効率的に閉じ込めることができるため、容量比γのより小さい振動素子を得ることができる。

［適用例３］上記適用例に係る振動素子において、前記四角形の面積をＳ１、前記領域の面積をＳ２としたとき、７９．８％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９５．３％の関係を満たすことを特徴とする。

本適用例によれば、第１の励振電極と第２の励振電極により挟まれた領域において、厚み滑り振動に寄与しない仮想の四角形の四隅を切り欠く励振電極構造とし、更に、仮想の四角形の面積をＳ１、第１の励振電極と第２の励振電極により挟まれた領域の面積をＳ２としたとき、面積比（Ｓ２／Ｓ１）を７９．８％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９５．３％の関係を満たす励振電極構造とすることで、厚み滑り振動に寄与しない領域で生じる不要な容量を除き、厚み滑り振動の振動エネルギーを効率的に閉じ込め、等価直列容量Ｃ１を大きくすることができ、且つ、励振電極の面積で決まる等価並列容量Ｃ０を小さくできるため、容量比γの小さい振動素子を得ることができる。

［適用例４］上記適用例に係る振動素子において、８１．３％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９３．６％の関係を満たすことを特徴とする。

本適用例によれば、面積比（Ｓ２／Ｓ１）を８１．３％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９３．６％の関係を満たす励振電極構造とすることで、厚み滑り振動に寄与しない領域で生じる不要な容量をより多く除き、厚み滑り振動の振動エネルギーをより効率的に閉じ込めることができるため、容量比γのより小さい振動素子を得ることができる。

［適用例５］上記適用例に係る振動素子において、前記外縁部の前記交差する方向に沿った長さをｌｚとしたとき、ｌｘ≧ｌｚの関係を満たすことを特徴とする。

本適用例によれば、結晶の異方性により定まる変位方向の変位分布と、それと交差する方向の変位分布が異なる基板を用いた場合、特に、水晶を主材料とする基板で厚み滑り振動を振動させる場合、厚み滑り振動の変位方向の変位分布の長さが交差する方向の変位分布の長さに比べ長いので、仮想の四角形の四隅を切り欠く外縁部の長さｌｘとｌｚにおいて、振動の変位方向の長さであるｌｘをｌｚに比べ長くするほうが、振動のエネルギー閉じ込めの効率を高めることができるので、等価直列容量Ｃ１が大きくなり、振動素子の容量比γをより小さくできる。

［適用例６］上記適用例に係る振動素子において、前記領域の前記交差する方向に沿った最大長さをＬｚとしたとき、１．２５≦（Ｌｘ／Ｌｚ）≦１．３１の関係を満たすことを特徴とする。

本適用例によれば、結晶の異方性により定まる変位方向の変位分布と、それと交差する方向の変位分布が異なる基板を用いた場合、特に、水晶を主材料とする基板で厚み滑り振動を振動させる場合、厚み滑り振動の変位方向の変位分布の長さが交差する方向の変位分布の長さに比べ長い。そのため、振動の変位方向の長さであるＬｘを交差する方向の長さＬｚより長くなる１．２５≦（Ｌｘ／Ｌｚ）≦１．３１の関係を満たすことにより、振動のエネルギー閉じ込めの効率を高めることができるので、等価直列容量Ｃ１が大きくなり、振動素子の容量比γをより小さくできる。

［適用例７］上記適用例に係る振動素子において、前記基板の面積をＳ０としたとき、４％≦（Ｓ２／Ｓ０）≦５０％の関係を満たすことを特徴とする。

本適用例によれば、第１の励振電極と第２の励振電極により挟まれた領域の面積Ｓ２と基板の面積Ｓ０との面積比（Ｓ２／Ｓ０）を４％≦（Ｓ２／Ｓ０）≦５０％の関係を満たすことにより、安定して振動し、小型の振動素子を得ることができる。

［適用例８］上記適用例に係る振動素子において、前記基板の外縁に一体化して設けられ、前記基板よりも厚さの厚い厚肉部を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、基板の振動する領域よりも厚さの厚い厚肉部を設けることで、基板の強度を増すことができるため、耐衝撃性や耐落下性に優れた振動素子を得ることができる。

［適用例９］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、前記振動素子が収容されているパッケージと、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、信頼性品質の高い振動子が得られる。例えば、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、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が得られるという効果がある。

［適用例１０］本適用例に係る発振器は、上記適用例に記載の振動素子と、前記振動素子と電気的に接続されている回路素子と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動素子の容量比γが小さいので、広い周波数可変幅を有する発振器が得られるという効果がある。

［適用例１１］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、容量比γの小さい振動素子を備えているため、より高性能な電子機器を得ることができるという効果がある。

［適用例１２］本適用例に係る移動体は、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、容量比γの小さい振動素子を備えているため、より高性能の移動体を得ることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態に係る振動素子の概略構成を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ線の模式断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ線の模式断面図。 ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。 励振電極が設けられた振動素子における振動変位分布を説明する図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は模式断面図。 ＡＴカット水晶振動素子の試作条件と測定結果を示す図。 励振電極の寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）に対する振動素子の容量比の比（γ／γ₀）を示す図。 励振電極の面積比（Ｓ２／Ｓ１）に対する振動素子の容量比の比（γ／γ₀）を示す図。 本発明の変形例１に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図。 本発明の変形例２に係る振動素子の概略構成を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ線の模式断面図。 本発明の変形例３に係る振動素子の概略構成を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ線の模式断面図。 本発明の変形例４に係る振動素子の概略構成を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ線の模式断面図。 本発明の変形例５に係る振動素子の概略構成を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）はＲ−Ｒ線の模式断面図。 本発明の第２実施形態に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図。 本発明の第３実施形態に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図。 本発明の第４実施形態に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図。 本発明の一実施形態に係る振動子の概略構成を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は模式断面図。 本発明の一実施形態に係る発振器の概略構成を示し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は模式断面図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備えてい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てい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ている電子機器を適用したデジタルスチールカメラ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ている移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図。

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。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。

＜振動素子＞
［第１実施形態］
先ず、本発明の第１実施形態に係る振動素子の一例として、基板の中央部に凹部を有する所謂逆メサ構造の振動素子を挙げ、その概略構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動素子の概略構成を示し、図１（ａ）は振動素子の模式平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＰ−Ｐ線での模式断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＱ−Ｑ線での模式断面図である。

振動素子１は、振動部１２および振動部１２の外縁に沿って連設され、振動部１２の厚さよりも厚い厚肉部１３を有する基板１０と、振動部１２の第１の主面２０ａ（＋Ｙ’方向の主面）に形成されている第１の励振電極２５ａと、振動部１２の第２の主面２０ｂ（−Ｙ’方向の主面）に、平面視で、第１の励振電極２５ａと重なるように形成されている第２の励振電極２５ｂと、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとから夫々延出されて形成されているリード電極２７ａ，２７ｂと、厚肉部に設けられリード電極２７ａ，２７ｂと夫々接続しているパッド電極２９ａ，２９ｂと、を備えている。

基板１０は、平面視で、四角形状をなし、且つ肉薄でＹ’軸に直交し厚さが一定である平板状の振動部１２と、振動部１２の外縁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マウント応力を振動部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’軸に平行な厚さ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）は、第１、第２および第３の厚肉本体１４ａ，１５ａ，１６ａと、振動部１２と、の間に生じる段差領域が傾斜面を有している。
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。

図１に示す実施形態例において、第１の励振電極２５ａは、四角形の４つの隅を切り欠いた形状、つまり、厚み滑り振動の振動方向であるＸ軸方向に沿った長さＬｘと、振動方向と交差する方向であるＺ’軸方向に沿った長さＬｚと、からなる仮想の四角形２６に辺が内接し、４つの角の角度が夫々９０°である仮想の四角形２６の４つの角を円弧状に切り欠いた形状に形成されている。つまり、振動部１２の第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂで挟まれている領域は、平面視で、４つの角の角度が全て等しいと共に、厚み滑り振動の振動方向に沿った一対の第１の辺および前記振動方向と直交する方向に沿った一対の第２の辺を含む仮想の四角形２６の範囲内にあり、且つ、前記一対の第１の辺および前記一対の第２の辺の夫々と接している。従って、第１の励振電極２５ａの四隅の外縁部２８は、円弧状であり、略楕円形状に形成されている。また、仮想の四角形２６の四隅の切り欠いた形状の面積は、夫々等しいのが好ましい。第２の励振電極２５ｂは、四角形に形成されている。更に、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂは、振動部１２のほぼ中央部の第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとに平面視で重なるように夫々形成されている。なお、第１の励振電極２５ａおよび第２の励振電極２５ｂの形状は四角形、矩形状、円形、楕円形であっても構わない。なお、本実施形態では、仮想の四角形２６は、矩形（長方形）や正方形などの４つの角の角度が夫々９０°である四角形として説明したが、第１の励振電極２５ａや第２の励振電極２５ｂの製造上のばらつきを考慮すると４つの角の角度が夫々８７°〜９３°の範囲であっても適用可能である。

第１の励振電極２５ａと、第２の励振電極２５ｂとは大きさが異なり、第２の励振電極２５ｂの方が第１の励振電極２５ａよりも大きい。振動部１２において実際に励振する領域は、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとにより挟まれている領域である。つまり、第２の励振電極２５ｂにおいて、実際に振動部１２を励振させることに寄与する領域は、平面視で第１の励振電極２５ａと重なる部分である。すなわち、第２の励振電極２５ｂは、励振に寄与する電極と、当該励振に寄与する電極の外縁に一体化されている励振に寄与しない電極とから構成されている。
なお、第１の励振電極２５ａや第２の励振電極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。

切り欠いた第１の励振電極２５ａは、第１の励振電極２５ａの中心点に対して対称であること。または、仮想の四角形２６に対して、四隅の切り欠き面積が同一であることが好ましい。なお、第１の励振電極２５ａにおいて、仮想の四角形２６の四隅を切り欠いた４つの面積は夫々同一（略均等）であるのが望ましいが、製造ばらつきを考慮すると約１０％の差が生じたとしても、実際の振動に影響を及ぼさないことが確認されており、本実施形態例により得られる効果に影響を与えるような問題はない。

リード電極２７ａは、凹陥面に形成した第１の励振電極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第２の励振電極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、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、平面視で、基板１０を挟んで交差しないように、或いは重なら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。

また、第１の励振電極２５ａ、第２の励振電極２５ｂ、リード電極２７ａ，２７ｂ、およびパッド電極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、下地層としてニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に上地層として金（Ａｕ）を重ねて成膜後、フォトリソグラフィーによりパターニングされ形成されている。なお、電極材料として、下地層のニッケル（Ｎｉ）の代わりにクロム（Ｃｒ）、また、上地層の金（Ａｕ）の代わりに銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）を用いても構わない。

次に、本実施形態例に係る振動素子１の基板１０について、図２を参照して説明する。
図２は、ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図である。
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「回転Ｙカット水晶基板」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軸の回りに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、厚さ方向が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軸を回転軸として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ＋Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ’軸、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ＋Ｙ側が回転するように傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸および前記Ｚ’軸を含む面を主面とし、前記Ｙ’軸に沿った方向を厚さとする「回転Ｙ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、角度θが略３５°１５’のＡＴカットに限定されるものではなく、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や厚肉部が設けられていない平板状の基板にも広く適用できる。
なお、振動部１２は、例えば、水晶基板の＋Ｙ’軸側の第１の主面２０ａにウエットエッチングによって凹陥部１１を形成することにより形成することができる。

ここで、本実施形態例に係る振動素子１は、基板１０に温度特性に優れた切断角度を有しているＡＴカット水晶基板を用いることにより、Ｑ値が高く、温度特性に優れた振動素子を得ることができるという効果がある。また、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術に関する実績や経験が活用できるので、特性のばらつきの小さい振動素子１の量産が可能になる。

次に、一般的な短冊形状の基板１０ａを有する振動素子１ａの振動変位について、図３を参照して説明する。
図３は、励振電極が設けられた振動素子における振動変位分布を説明する図であり、図３（ａ）は模式平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の模式断面図である。
図３では基板１０ａ上に矩形状の励振電極２３が設けられた振動素子１ａの基本波の厚み滑り振動モードの振動変位分布を有限要素法で計算した結果を示している。この図より、振動変位は励振電極２３の四隅部で非常に小さく、この部分が実際の振動に寄与していないことが解る。ここで、振動素子１ａの等価並列容量Ｃ０は表裏励振電極間の静電容量であるので対向面積に依存するが、等価直列容量Ｃ１は実際の振動領域における容量成分であるため励振電極２３の面積が十分大きければ対向面積に依存しない。そのため、実際の振動に寄与しない励振電極２３の一部を除去することで、等価直列容量Ｃ１に影響を及ぼさずに、等価並列容量Ｃ０のみを小さくでき、容量比γの小さい振動素子１ａを得ることができる。

次に、図１の実施形態例で試作した１００ＭＨｚ帯の共振周波数を有するＡＴカット水晶振動素子（振動素子１）の試作条件と測定結果について、図４〜図６を参照し説明する。
図４は、試作したＡＴカット水晶振動素子の試作条件と測定結果を示している。また、図５は、試作したＡＴカット水晶振動素子の励振電極の寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）に対する容量比の比（γ／γ₀）をグラフ上にプロットした図である。図６は、試作したＡＴカット水晶振動素子の励振電極の面積比（Ｓ２／Ｓ１）に対する容量比の比（γ／γ₀）をグラフ上にプロットした図である。ここで、容量比の比（γ／γ₀）を以降、基準化容量比と称する。

試作した１００ＭＨｚ帯の共振周波数を有するＡＴカット水晶振動素子（振動素子１）の試作条件は、図１に示す第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとに挟まれた領域の形状が四角形、八角形、および略楕円形の３種類である。また、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとに挟まれた領域の面積をＳ２とし、Ｘ軸方向に沿った長さＬｘとＺ’軸方向に沿った長さＬｚとからなる仮想の四角形２６の面積をＳ１として、面積Ｓ２を０．５４ｍｍ²と一定としている。従って、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとに挟まれた領域の面積Ｓ２が０．５４ｍｍ²となるように、仮想の四角形２６の四隅の切り欠いた形状の寸法ｌｘとｌｚとを調整している。なお、本試作条件において、ｌｘとｌｚとは、ｌｘ＝ｌｚの条件で試作している。

また、測定結果は、各試作条件におけるＡＴカット水晶振動素子（振動素子１）の容量比γを示し、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとに挟まれた領域の形状が四角形であるサンプルＮｏ．１の容量比γ（＝γ₀）で基準化して示している。なお、サンプルＮｏ．１を基準としたのは、２つの励振電極で挟まれた領域の形状が四角形である振動素子が一般的に使用されているためである。

図５では、横軸を寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）とし、縦軸をサンプルＮｏ．１の容量比γ（＝γ₀）を基準とした基準化容量比（γ／γ₀）としている。プロットしたデータの近似曲線Ｌ１は、下に凸の２次曲線を示し、寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）が大きくなるのに伴い、寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）が約３０％近傍で基準化容量比（γ／γ₀）が最小となり、その後、基準化容量比（γ／γ₀）が大きくなる傾向を示している。

図５より、一般的に使用されているサンプルＮｏ．１の容量比γに対して、１５％以上小さくできる、つまり、基準化容量比（γ／γ₀）が８５．０％以下とすることができるのは、寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）が１３．７％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４６．０％の範囲であり、更に、容量比γを１８％以上小さくできる。つまり、基準化容量比（γ／γ₀）が８２．０％以下とすることができるのは、寸法比（ｌｘ／Ｌｘ）が１９．１％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４１．０％の範囲である。

図６では、横軸を面積比（Ｓ２／Ｓ１）とし、縦軸をサンプルＮｏ．１の容量比γ（＝γ₀）を基準とした基準化容量比（γ／γ₀）としている。プロットしたデータの近似曲線Ｌ２は、下に凸の２次曲線を示し、面積比（Ｓ２／Ｓ１）が大きくなるのに伴い、面積比（Ｓ２／Ｓ１）が約８７％近傍で基準化容量比（γ／γ₀）が最小となり、その後、基準化容量比（γ／γ₀）が大きくなる傾向を示している。

図６より、一般的に使用されているサンプルＮｏ．１の容量比γ（＝γ₀）に対して、１５％以上小さくできる、つまり、基準化容量比（γ／γ₀）が８５．０％以下とすることができるのは、面積比（Ｓ２／Ｓ１）が７９．８％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９５．３％の範囲であり、更に、容量比γを１８％以上小さくできる。つまり、基準化容量比（γ／γ₀）が８２．０％以下とすることができるのは、面積比（Ｓ２／Ｓ１）が８１．３％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９３．６％の範囲である。

次に、図１に戻り、図１（ａ）に示した実施形態例では、凹陥面側（第１の主面２０ａ側）の第１の励振電極２５ａの面積の大きさは、フラット面側（第２の主面２０ｂ側）の第２の励振電極２５ｂの外形形状の外縁内に収まる大きさに設定してある。つまり、第１の励振電極２５ａは第２の励振電極２５ｂより小さな形状に形成されている。

厚み滑り振動は、平面視で第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとが重なる領域でのみ振動するので、第１の励振電極２５ａが第２の励振電極２５ｂの外縁内に収まっていると、主振動の振動エネルギーを効率的に閉じ込めることを、第１の励振電極２５ａの面積と厚さとで決定することができる。そのため、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとの面積が同一の場合に比べ、電極の厚さを厚くできるので、電極膜のオーミックロスを低減し、主振動のＣＩ値の劣化を低減することができる。

また、第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとを金属マスク法で形成する場合でも、電極形成時に多少の位置ずれがあったとしても、振動部１２を挟んだ第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとの対向面積が変化し難いため、等価直列容量Ｃ１や等価並列容量Ｃ０のばらつきが生じ難く、容量比γのばらつきの小さい振動素子１を得ることができる。

更に、第１の励振電極２５ａの厚み滑り振動方向に沿った長さをＬｘ、前記厚み滑り振動方向と交差する方向に沿った長さをＬｚとしたとき、ＡＴカット水晶基板の場合、結晶異方性に伴う弾性定数の関係から励振電極の寸法比（Ｌｘ／Ｌｚ）を１．２８とすることで主振動の振動エネルギーを励振電極の領域内に効率的に閉じ込めることができる。そのため、製造ばらつきを考慮し励振電極の寸法比（Ｌｘ／Ｌｚ）を１．２５≦（Ｌｘ／Ｌｚ）≦１．３１の関係とすることで、主振動の振動エネルギーを効率よく閉じ込めることができるので、等価直列容量Ｃ１をより大きくすることができ、容量比γのより小さい振動素子１を得ることができる。

また、仮想の四角形２６の四隅の切り欠いた形状の寸法ｌｘとｌｚについても、寸法比（Ｌｘ／Ｌｚ）を１．２５≦（Ｌｘ／Ｌｚ）≦１．３１の関係としているので、ｌｘ≧ｌｚとするのが好ましい。このような関係とすることで、寸法比（Ｌｘ／Ｌｚ）と同様に、振動のエネルギー閉じ込めの効率を高めることができるので、等価直列容量Ｃ１が大きくなり、振動素子１の容量比γをより小さくできる。

また、基板１０の振動部１２の面積をＳ０としたとき、基板１０の面積Ｓ０と第１の励振電極２５ａと第２の励振電極２５ｂとに挟まれた領域の面積Ｓ２との面積比（Ｓ２／Ｓ０）を４％≦（Ｓ２／Ｓ０）≦５０％の関係を満たすことにより、安定して振動し、小型の振動素子１を得ることができる。

［変形例１］
次に、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の変形例１について説明する。
図７は、本発明の変形例１に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図である。
変形例１に係る振動素子１ｂは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、基板１０ｂの形状が異なる。第１実施形態で説明した振動素子１の基板１０と比較し、基板１０ｂは−Ｘ軸側の厚肉部１３がなく、また、＋Ｚ’軸側の厚肉部１３の先端部が斜めに切り取られた形状をしている。

この様な基板１０ｂを用いることで、＋Ｘ軸側の厚肉部１３を保持する片持ち支持構造とした場合、保持しない先端側（−Ｘ軸側）の質量を小さくすることができるため、加速度（振動）等の外力による振動特性の変化を低減し、安定した振動特性を発揮することのできる振動素子１ｂを得ることができる。

［変形例２］
次に、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の変形例２について説明する。
図８は、本発明の変形例２に係る振動素子の概略構成を示し、図８（ａ）は模式平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＰ−Ｐ線での模式断面図である。
変形例２に係る振動素子１ｃは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、基板１０ｃの形状が異なる。第１実施形態で説明した振動素子１の基板１０と比較し、基板１０ｃは凹陥部１１ｃが第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとに形成されている。

この様な基板１０ｃを用いることで、ウエットエッチングによって凹陥部１１ｃを形成する加工時間が基板１０ｃの両主面（第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂ）から行うことにより半減されるので、製造コスト削減に効果がある。そのため、低コストで容量比γの小さい振動素子１ｃを得ることができる。

［変形例３］
次に、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の変形例３について説明する。
図９は、本発明の変形例３に係る振動素子の概略構成を示し、図９（ａ）は模式平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＰ−Ｐ線での模式断面図である。
変形例３に係る振動素子１ｄは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、基板１０ｄの形状が異なる。第１実施形態で説明した振動素子１の基板１０と比較し、基板１０ｄの略矩形状の振動部１２の４辺に一体化している厚肉部１３が形成されており、基板１０ｄは凹陥部１１ｄが第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとに形成されている。

この様な基板１０ｄを用いることで、振動部１２の周辺が厚肉部１３で補強されているため、機械的強度が向上し、落下衝撃などの耐衝撃性に優れ、容量比γの小さい振動素子１ｄを得ることができる。

［変形例４］
次に、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の変形例４について説明する。
図１０は、本発明の変形例４に係る振動素子の概略構成を示し、図１０（ａ）は模式平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＰ−Ｐ線での模式断面図である。
変形例４に係る振動素子１ｅは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、基板１０ｅの形状が異なる。第１実施形態で説明した振動素子１の基板１０と比較し、基板１０ｅは振動部１２の周囲に厚肉部がなく、基板１０ｅ全体の板厚が略均一である。

この様な基板１０ｅを用いることで、基板１０ｅの加工が両面からの研磨加工で済むため、ウエットエッチングによる凹陥部形成工程を必要とせず、基板１０ｅの製造コストを削減できる。そのため、低コストで容量比γの小さい振動素子１ ｅを得ることができる。

［変形例５］
次に、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の変形例５について説明する。
図１１は、本発明の変形例５に係る振動素子の概略構成を示し、図１１（ａ）は模式平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）中のＲ−Ｒ線での模式断面図である。
変形例５に係る振動素子１ｆは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、基板１０ｆの形状が異なり、更に、基板１０ｆを保持する基板１１０を有している。第１実施形態で説明した振動素子１の基板１０と比較し、基板１０ｆは振動部１２の周囲に厚肉部がなく、基板１０ｆ全体の板厚が略均一である。

基板１０ｆを保持する基板１１０の主面の表裏には、パッド電極３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂが形成されており、パッド電極３１ａとパッド電極３２ａとが、また、パッド電極３１ｂとパッド電極３２ｂとが、夫々基板１１０の側面に形成されている側面電極（図示せず）を介して電気的に接続されている。
基板１０ｆのパッド電極２９ｂｆと基板１１０のパッド電極３１ｂとは、導電性接着剤３０により接合され、電気的に接続されている。また、基板１０ｆのパッド電極２９ａｆの裏面と基板１１０のパッド電極３１ａが形成されている主面とは、導電性接着剤３０などの接合部材（図示せず）を介して接合されている。更に、基板１０ｆのパッド電極２９ａｆと基板１１０のパッド電極３１ａとは、ボンディングワイヤーＢＷを介して、電気的に接続されている。なお、基板１１０の裏面に形成されたパッド電極３２ａ，３２ｂは、搭載用のパッケージの内部端子と接合され、電気的に接続される。

この様な基板１１０に搭載されている基板１０ｆを用いることで、基板１０ｆ単体の実装に比べ、機械的強度を向上させることができるため、落下衝撃などの耐衝撃性に優れ、容量比γの小さい振動素子１ｆを得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る振動素子１０１ａについて、図１２を参照して説明する。
図１２は、本発明の第２実施形態に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図である。
第２実施形態に係る振動素子１０１ａは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、仮想の四角形２６ａと接する第１の励振電極２５ａａの外縁部２８ａの形状が円周でなく、直線状の辺である点が異なる。

この様な構成とすることで、第１の励振電極２５ａａと第２の励振電極２５ｂａにより挟まれた領域において、厚み滑り振動に寄与しない領域で生じる不要な容量を除き、厚み滑り振動の振動エネルギーを効率的に閉じ込め、等価直列容量Ｃ１を大きくすることができ、且つ、励振電極の面積で決まる等価並列容量Ｃ０を小さくすることができるため、容量比γの小さい振動素子１０１ａを得ることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る振動素子１０１ｂについて、図１３を参照して説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図である。
第３実施形態に係る振動素子１０１ｂは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、第１の励振電極２５ａｂおよび第２の励振電極２５ｂｂの形状が異なる。
第１の励振電極２５ａｂの外形は、四角形の対角上の２隅、つまり、−Ｘ軸側で＋Ｚ’軸側の隅の外縁部２８ｂと＋Ｘ軸側で−Ｚ’軸側の隅の外縁部２８ｂとの形状が円周である。また、第２の励振電極２５ｂｂの外形は、四角形の対角上の２隅、つまり、−Ｘ軸側で−Ｚ’軸側の隅の外縁部１２８ｂと＋Ｘ軸側で＋Ｚ’軸側の隅の外縁部１２８ｂとの形状が円周である。

この様な構成とすることで、第１の励振電極２５ａｂと第２の励振電極２５ｂｂとにより挟まれた領域の形状が、第１実施形態で説明した振動素子１と同等となる。そのため、厚み滑り振動に寄与しない領域で生じる不要な容量を除き、厚み滑り振動の振動エネルギーを効率的に閉じ込め、等価直列容量Ｃ１を大きくすることができ、且つ、励振電極の面積で決まる等価並列容量Ｃ０を小さくすることができるため、容量比γの小さい振動素子１０１ｂを得ることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る振動素子１０１ｃについて、図１４を参照して説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図である。
第４実施形態に係る振動素子１０１ｃは、第１実施形態で説明した振動素子１とは、第１の励振電極２５ａｃおよび第２の励振電極２５ｂｃの形状が異なる。
第１の励振電極２５ａｃの外形は、四角形の１隅、つまり、−Ｘ軸側で＋Ｚ’軸側の隅の外縁部２８ｃの形状が円周である。また、第２の励振電極２５ｂｃの外形は、四角形の１隅であって平面視で外縁部２８ｃと重ならない側、つまり、−Ｘ軸側で−Ｚ’軸側の隅の外縁部１２８ｃの形状が円周である。

この様な構成とすることで、第１の励振電極２５ａｃと第２の励振電極２５ｂｃにより挟まれた領域において、厚み滑り振動に寄与しない領域で生じる不要な容量を除き、厚み滑り振動の振動エネルギーを効率的に閉じ込め、等価直列容量Ｃ１を大きくすることができ、且つ、励振電極の面積で決まる等価並列容量Ｃ０を小さくすることができるため、容量比γの小さい振動素子１０１ｃを得ることができる。

＜振動子＞
次に、前述した振動素子１を適用した振動子２（本発明の振動子）について説明する。
図１５は、本発明の一実施形態に係る振動子の概略構成を示す図であって、図１５（ａ）は模式平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の模式断面図である。なお、図１５（ａ）において、振動子２の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材４９を取り外した状態を図示している。
本実施形態に係る振動子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、ガラス等からなる蓋部材４９と、で構成されている。

パッケージ本体４０は、図１５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の熱硬化性の導電性接着剤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１５（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、又は第２の励振電極２５ｂの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、減圧雰囲気中、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減圧雰囲気にするか、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の間隔は、図１１に示すように、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。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に起因するマウント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１５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。

＜発振器＞
次に、前述した振動素子１を適用した発振器３（本発明の発振器）について説明する。
図１６は、本発明の一実施形態に係る発振器の概略構成を示す図であって、図１６（ａ）は模式平面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の模式断面図である。なお、図１６（ａ）において、発振器３の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材４９を取り外した状態を図示している。
本実施形態に係る発振器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１６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（図示せず）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を減圧雰囲気、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で密封して発振器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に起因して生じるマウント応力を小さくする。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、発振器３の周波数調整が容易となる。

次に、本実施形態例に係る振動素子１が搭載されている発振器３である電圧制御型発振器について詳細に説明する。
一般的に、電圧制御型発振器は振動素子１、ＩＣ部品５１などの発振回路部および電子部品５２である可変容量ダイオードを含む制御電圧端子等により構成され、重要な仕様として制御電圧により振動素子１の発振周波数を可変する周波数可変範囲がある。この周波数可変範囲は、伝送通信機器等で必要なＡＰＲ（絶対周波数可変範囲）と、周波数許容偏差（周波数常温偏差、周波数温度特性、電源電圧による周波数変動、負荷による周波数変動、リフローによる周波数変動、経時変化による周波数変動）と、の和であるため、電圧制御型発振器は発振器の外部環境や発振回路条件の変化による周波数変化量を発振器自身が補っている。そのため、周波数可変範囲を広く取れることは、製造や設計に起因する周波数許容偏差を緩和できるため、電圧制御型発振器の製造歩留りを向上する上で非常に重要である。

ここで、電圧制御型発振器の周波数可変感度Ｓは、下記式（１）で表される。
Ｓ＝−△ＣＬ／（２×γ×Ｃ０×（１＋ＣＬ／Ｃ０）²）・・・（１）
ここで、△ＣＬは負荷容量変化、γは容量比（Ｃ０／Ｃ１）、Ｃ０は等価並列容量、ＣＬは負荷容量である。
式（１）より、周波数可変感度Ｓは、発振回路で構成される負荷容量ＣＬが一定であれば、振動素子１の等価並列容量Ｃ０と容量比γにより決定され、特に、容量比γによる影響が大きい。従って、容量比γの小さい振動素子１を用いることで、電圧制御型発振器の周波数可変感度Ｓを大きくすることができ、周波数可変量の大きい電圧制御型発振器を得ることができる。

即ち、容量比γを小さくした本実施形態例に係る振動素子１を電圧制御型発振器に搭載することにより得られる効果として、任意の周波数において、矩形の励振電極を有する振動素子を搭載したときでは得られなかった周波数の可変量を所望の値にすることができる。
例えば、可変制御電圧Ｖｃ＝１．６５Ｖ±１．６５Ｖにおいて、周波数可変量が±１００ｐｐｍ以上という規定がある場合に、矩形の励振電極を有する振動素子の場合、周波数可変量が±９５ｐｐｍ（Ｔｙｐ．）のところを、本実施形態例に係る振動素子１で実現できるγを小さく改善することで周波数可変量を±１１５ｐｐｍ（Ｔｙｐ．）という性能を実現することができる。

更に、周波数可変量を制御する方法として伸長コイルを使用することがある。大きな値の伸長コイルを用いることにより、周波数可変量を大きくすることができる。しかし、この場合、伸長コイルから発生する雑音によって位相雑音が相対的に劣化するというデメリットがある。
これに対して、本実施形態例に係る振動素子１のように容量比γが小さいと周波数可変量を大きくすることができるので、大きな値の伸長コイルを用い必要がないので位相雑音の劣化を低減することができる。
例えば、周波数が１２２．８８ＭＨｚにおいて、可変制御電圧Ｖｃ＝１．６５Ｖ±１．６５Ｖで±１００ｐｐｍ以上という周波数可変量を実現する場合、容量比γの小さい振動素子１を用いるもとにより、伸長コイル値を例えば１５０ｎＨから１２０ｎＨと小さくすることで、伸長コイルから発生する雑音を低減できるため、位相雑音を改善することが可能である。

図１６に示すように、発振器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、周波数可変幅を広げることができる。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。

本実施形態に係る容量比γの小さい振動素子１は、各種ネットワークにおける光通信の大容量化や高速化に対応する光伝送装置の電圧制御型発振器に搭載されることで、通信ネットワークに用いられる光伝送装置において、任意に出力周波数と可変特性を変更することが可能となる。そのため、光伝送装置における周波数変更が容易となり、新たな周波数の通信規格向けに光伝送装置を開発する場合に大幅な工数削減が期待できる。

また、発振器３としてクロック用発振器、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。

＜電子機器＞
次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子１を適用した電子機器（本発明の電子機器）について、図１７〜図１９に基づき、詳細に説明する。
図１７は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備えてい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、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１８は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備えてい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、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１９は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備えている電子機器としてのデ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１３３０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１３４０が、夫々必要に応じて接続される。更に、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１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、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。

なお、本発明の一実施形態に係る振動素子１は、図１７のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１８の携帯電話機１２００、図１９のデジタルスチールカメラ１３００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、ページャー、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）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

＜移動体＞
次に、本発明の一実施形態に係る振動素子１を適用した移動体（本発明の移動体）について、図２０に基づき説明する。
図２０は、振動素子１を備えている移動体としての自動車１４００を概略的に示す斜視図である。自動車１４００には本発明の一実施形態係る振動素子１を含んで構成された発振器が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１４００には、タイヤ１４０１を制御する電子制御ユニット１４０２の基準クロック等として機能する振動素子１が搭載されている。また、他の例として、振動素子１は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

上述したように、移動体として、容量比γの小さい振動素子１を備えていることにより、より高性能の移動体を提供することができる。

以上、本発明の振動素子１（１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ）、振動子２、発振器３、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…振動素子、２…振動子、３…発振器、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、２３…励振電極、２５ａ…第１の励振電極、２５ｂ…第２の励振電極、２６…仮想の四角形、２７ａ，２７ｂ…リード電極、２８…外縁部、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、１１０…基板、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、１３３０…テレビモニター、１３４０…パーソナルコンピューター、１４００…自動車、１４０１…タイヤ、１４０２…電子制御ユニット、ＢＷ…ボンディングワイヤー。

Claims (12)

1. 厚み滑り振動で振動し、互いに表裏の関係にある第１の主面および第２の主面を含む基板と、
   前記第１の主面に設けられている第１の励振電極と、
   前記第２の主面に設けられ、平面視で前記第１の励振電極と重なっている第２の励振電極と、を含み、
   前記基板のうち前記第１の励振電極と前記第２の励振電極により挟まれている領域は、平面視で、４つの角の角度が夫々９０°であると共に、前記厚み滑り振動の振動方向に沿った一対の第１の辺および前記振動方向と直交する方向に沿った一対の第２の辺を含む仮想の四角形の範囲内にあり、且つ、前記一対の第１の辺および前記一対の第２の辺の夫々と接する辺又は円周を含み、
   且つ、前記領域は、平面視で、前記四角形の前記厚み滑り振動の振動方向と交差する方向に並んでいる少なくとも２つの角と重ならない外縁部を含み、
   前記領域の前記厚み滑り振動の振動方向に沿った最大長さをＬｘ、
   前記外縁部の前記厚み滑り振動の振動方向に沿った長さをｌｘとしたとき、
   １３．７％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４６．０％
   の関係を満たすことを特徴とする振動素子。
2. １９．１％≦（ｌｘ／Ｌｘ）≦４１．０％
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
3. 前記四角形の面積をＳ１、前記領域の面積をＳ２としたとき、
   ７９．８％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９５．３％
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動素子。
4. ８１．３％≦（Ｓ２／Ｓ１）≦９３．６％
   の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の振動素子。
5. 前記外縁部の前記交差する方向に沿った長さをｌｚとしたとき、
   ｌｘ≧ｌｚ
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動素子。
6. 前記領域の前記交差する方向に沿った最大長さをＬｚとしたとき、
   １．２５≦（Ｌｘ／Ｌｚ）≦１．３１
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動素子。
7. 前記基板の面積をＳ０としたとき、
   ４％≦（Ｓ２／Ｓ０）≦５０％
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動素子。
8. 前記基板の外縁に一体化して設けられ、
   前記基板よりも厚さの厚い厚肉部を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動素子と、
   前記振動素子が収容されているパッケージと、を備えていることを特徴とする振動子。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動素子と、
    前記振動素子と電気的に接続されている回路素子と、を備えていることを特徴とする発振器。
11. 請求項１乃至８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。
12. 請求項１乃至８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移動体。

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