JP2016152477A - 振動子、振動デバイス、発振器、電子機器、および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲振動の振幅を減衰させることができる振動子を提供する。【解決手段】本発明に係る振動子１００は、厚みすべり振動する第１領域１４、および第１領域１４よりも厚さが薄く、第１領域１４の外縁に一体化されている第２領域１２を備えている水晶基板１０を有する振動片２と、振動片２の一端側の第２領域１２が接合材３０ａ，３０ｂを介して取り付けられているベース基板７１２と、を含み、水晶基板１０は、Ｘ軸およびＺ´軸を含む面を主面とし、Ｙ´軸に沿った方向を厚さとし、平面視で、第２領域１２の接合材３０ａ，３０ｂが接合している領域１３のＸ軸に沿った最大長さをＸｐ、水晶基板１０に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、１．５×λ≦Ｘｐの関係を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、振動子、振動デバイス、発振器、電子機器、および移動体に関する。

従来から、水晶を用いた振動片が知られている。このような振動片は、周波数温度特性が優れていることより、種々の電子機器の基準周波数源や発振源などとして広く用いられている。特に、ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶基板を用いた振動片は、周波数温度特性が３次曲線を呈するため、携帯電話等の移動体通信機器などにも広く利用されている。

例えば特許文献１には、メサ構造の振動片が、導電性接着剤を介してパッケージに取り付けられている振動子が記載されている。

特開２０１２−１９９６０２号公報

しかしながら、上記のような振動子において、導電性接着剤（接合材）の接合条件（例えば接合材の大きさ等）によっては、水晶基板にスプリアスの要因である屈曲振動（不要振動）が生じる場合がある。これにより、振動片の共振周波数の温度特性（周波数温度特性）が悪化したり、等価直列抵抗（ＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値）が高くなったりする場合がある。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、屈曲振動の振幅を減衰させることができる振動子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記の振動子を備えている、振動デバイス、発振器、電子機器、および移動体を提供することにある。

本発明は前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、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本適用例に係る振動子は、
厚みすべり振動する第１領域、および前記第１領域よりも厚さが薄く、前記第１領域の外縁に一体化されている第２領域を備えている水晶基板を有する振動片と、
前記振動片の一端側の前記第２領域が接合材を介して取り付けられているベース基板と、
を含み、
前記水晶基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記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´軸とし、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し、
平面視で、前記第２領域の前記接合材が接合している領域の前記Ｘ軸に沿った最大長さ
をＸｐ、前記水晶基板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
１．５×λ≦Ｘｐ
の関係を満たす。

このような振動子では、屈曲振動の振幅を減衰させることができる。

［適用例２］
本適用例に係る振動子において、
２×λ≦Ｘｐ
の関係を満たしてもよい。

このような振動子では、屈曲振動の振幅を減衰させることができる。

［適用例３］
本適用例に係る振動子において、
平面視で、前記第２領域の前記接合材が接合している領域の前記第１領域側の端と、前記第１領域の前記接合材側の端と、の間の前記Ｘ軸に沿った長さをＬｘとしたとき、
λ／２≦Ｌｘ
の関係を満たしてもよい。

このような振動子では、接合材に起因して振動片の厚みすべり振動の振幅が小さくなることを低減することができる。

［適用例４］
本適用例に係る振動デバイスは、
本適用例に係る振動子と、
電子素子と、
を備えている。

このような振動デバイスでは、本適用例に係る振動子を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

［適用例５］
本適用例に係る振動デバイスは、
前記電子素子は、感温素子であってもよい。

このような振動デバイスでは、本適用例に係る振動子を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

［適用例６］
本適用例に係る発振回路は、
本適用例に係る振動子と、
前記振動子と電気的に接続されている発振回路と、
を備えている。

このような発振回路では、本適用例に係る振動子を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

［適用例７］
本適用例に係る電子機器は、
本適用例に係る振動子を備えている。

このような電子機器では、本適用例に係る振動子を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

［適用例８］
本適用例に係る移動体は、
本適用例に係る振動子を備えている。

このような移動体では、本適用例に係る振動子を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

本実施形態に係る振動子を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る振動子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る振動子の振動片を模式的に示す斜視図。 ＡＴカット水晶基板を模式的に示す斜視図。 温度に対する共振周波数の変動値およびＣＩ値を示すグラフ。 温度に対する共振周波数の変動値およびＣＩ値を示すグラフ。 温度に対する共振周波数の変動値およびＣＩ値を示すグラフ。 厚みすべり振動モードおよび屈曲振動モードを示すシミュレーション結果。 本実施形態に係る振動デバイスを模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係る振動デバイスを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発振器を模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係る発振器を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る移動体を模式的に示す平面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 振動子
まず、本実施形態に係る振動子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る振動子１００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係る振動子１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

振動子１００は、図１および図２に示すように、振動片２と、接合材３０ａ，３０ｂと、パッケージ７１０と、を含む。ここで、図３は、振動片２を模式的に示す斜視図である。振動片２は、図１〜図３に示すように、水晶基板１０と、励振電極２０ａ，２０ｂと、引出電極２２ａ，２２ｂと、電極パッド２４ａ，２４ｂと、を有している。

水晶基板１０は、ＡＴカット水晶基板からなる。ここで、図４は、ＡＴカット水晶基板１０１を模式的に示す斜視図である。

水晶等の圧電材料は、一般的に三方晶系であり、図４に示すような結晶軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を有する。Ｘ軸は電気軸であり、Ｙ軸は機械軸であり、Ｚ軸は光学軸である。水晶基板１０１は、ＸＺ平面（Ｘ軸およびＺ軸を含む平面）を、Ｘ軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料（例えば、人工水晶）から切り出された、いわゆる回転Ｙカット水晶基板の平板である。なお、Ｙ軸およびＺ軸もＸ軸周りにθ回転させて、それぞれＹ´軸およびＺ´軸とする。水晶基板１０１は、Ｘ軸とＺ´軸とを含む平面を主面とし、Ｙ´軸に沿った方向を厚さとする基板である。ここで、θ＝３５°１５′としたとき、水晶基板１０１はＡＴカット水晶基板となる。したがって、ＡＴカット水晶基板１０１は、Ｙ´軸に直交するＸＺ´面（Ｘ軸およびＺ´軸を含む面）が主面（振動部の主面）となり、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。このＡＴカット水晶基板１０１を加工して、水晶基板１０を得ることができる。

水晶基板１０は、図４に示すように水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系のＸ軸を回転軸として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ＋Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ´軸とし、Ｙ軸を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、Ｘ軸およびＺ´軸を含む面を主面とし、Ｙ´軸に沿った方向を厚さとするＡＴカット水晶基板からなる。なお、図１〜図３では、互いに直交する、Ｘ軸、Ｙ´軸、およびＺ´軸を図示している。

水晶基板１０は、例えば、図１に示すように、Ｙ´軸に沿った方向（Ｙ´軸方向）を厚さ方向とし、Ｙ´軸方向からの平面視で（以下、単に「平面視で」ともいう）、Ｘ軸に沿った方向（Ｘ軸方向）を長辺とし、Ｚ´軸に沿った方向（Ｚ´軸方向）を短辺とする矩形の形状を有している。水晶基板１０は、周辺部（第２領域）１２と、振動部（第１領域）１４と、を備えている。

周辺部１２は、図１示すように、振動部１４の周辺に設けられている。周辺部１２は、振動部１４の外縁に沿って設けられている。周辺部１２は、振動部１４より小さい厚さを有している（振動部１４よりも厚さが薄い）。周辺部１２は、第１領域１４の外縁に一体化されている。

振動部１４は、平面視で、周辺部１２に囲まれており、周辺部１２よりも厚さが大きい。このように、水晶基板１０は、厚さの異なる２種類の部分を有しており、振動片２は、メサ構造（図示の例では１段型のメサ構造）を有しているといえる。振動部１４は、Ｘ軸に沿う辺とＺ´軸に沿う辺とを有している。具体的には、振動部１４は、平面視で、Ｘ軸方向を長辺とし、Ｚ´軸方向を短辺とする矩形の形状を有している。

振動部１４は、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。振動片２は、メサ構造であることによって、エネルギー閉じ込め効果を有することができる。なお、「厚みすべり振動」とは、水晶基板の変位方向が水晶基板の主面に平行（図示の例では水晶基板の変位方向がＸ軸方向）で、波の伝搬方向が水晶基板の厚さ方向の振動のことである。

第１励振電極２０ａおよび第２励振電極２０ｂは、振動部１４に平面視で重なるように設けられている。励振電極２０ａ，２０ｂの平面視形状（Ｙ´軸方向からみた形状）は、例えば、矩形である。励振電極２０ａ，２０ｂは、平面視で、振動部１４の外縁の内側に設けられている。すなわち、平面視で、励振電極２０ａ，２０ｂの面積は、振動部１４の面積よりも小さい。励振電極２０ａ，２０ｂは、振動部１４に電圧を印加するための電極である。

第１励振電極２０ａは、第１引出電極２２ａを介して、第１電極パッド２４ａと接続されている。第２励振電極２０ｂは、第２引出電極２２ｂを介して、第２電極パッド２４ｂ
と接続されている。電極パッド２４ａ，２４ｂは、例えば、振動片２を駆動するためのＩＣチップ（図示せず）と電気的に接続されている。電極パッド２４ａ，２４ｂは、周辺部１２の＋Ｘ軸方向側に設けられている。励振電極２０ａ，２０ｂ、引出電極２２ａ，２２ｂ、および電極パッド２４ａ，２４ｂ（以下、「励振電極２０ａ，２０ｂ等」ともいう）としては、例えば、水晶基板１０側から、クロム、金をこの順で積層したものを用いる。

第１接合材３０ａおよび第２接合材３０ｂは、振動片２とパッケージ７１０とを接合している。接合材３０ａ，３０ｂは、例えば、平面視で、水晶基板１０の＋Ｘ軸方向側の端と重なっている。図示の例では、接合材３０ａ，３０ｂの平面視形状は、例えば、円、楕円、多角形などであり、特に限定されない。

第１接合材３０ａは、第１電極パッド２４ａと接続されている。第２接合材３０ｂは、第２電極パッド２４ｂと接続されている。図２に示す例では、第１接合材３０ａは、第１電極パッド２４ａと水晶基板１０の周辺部１２とに接している。第２接合材３０ｂは、第２電極パッド２４ｂと周辺部１２とに接している。周辺部１２は、平面視で、接合材３０ａ，３０ｂと重なっている領域１３を有している。領域１３は、周辺部１２の、接合材３０ａ，３０ｂが接合している領域である。図示の例では、領域１３は、周辺部１２の、第１電極パッド２４ａを介して第１接合材３０ａが接合している部分と、第２電極パッド２４ｂを介して第２接合材３０ｂが接合している部分と、直接接合材３０ａ，３０ｂが接合している部分と、によって構成されている。なお、図１では、領域１３を一点鎖線で示している。

第１接合材３０ａおよび第２接合材３０ｂは、導電性を有している。接合材３０ａ，３０ｂとしては、例えば、銀ペースト、半田、導電性接着剤（樹脂材料中に金属粒子などの導電性フィラーを分散させた接着剤）などを用いる。

振動子１００では、周辺部１２の領域１３のＸ軸に沿った最大長さをＸｐ、水晶基板１０に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、下記式（１）を満たし、さらに下記式（２）を満たしてもよい。

１．５×λ≦Ｘｐ ・・・ （１）
２×λ≦Ｘｐ ・・・ （２）

式（１）を満たすことにより、振動子１００では、屈曲振動の振幅を減衰させることができるので、厚みすべり振動に屈曲振動が結合し難くなり、良好な周波数温度特性を有することができ、かつ等価直列抵抗を低くすることができる（詳細は後述する「実験例」を参照）。

なお、図示の例では、平面視で、第１接合材３０ａと重なっている領域１３の最大長さＸｐと、第２接合材３０ｂと重なっている領域１３の最大長さＸｐとは、同じ長さであるが、異なる長さであってもよい。２つの長さＸｐが異なる場合は、２つの長さＸｐとも式（１），（２）を満たしていることが好ましい。

また、「水晶基板１０に生じる屈曲振動の波長」とは、水晶基板１０に生じるスプリアス（不要振動）である屈曲振動の波長のことであり、例えば、屈曲振動の波長λ［ｍｍ］は、振動片２の共振周波数をｆ［ＭＨｚ］としたとき、下記式（３）によって求めることができる。

λ／２＝（１．３３２／ｆ）−０．００２４ ・・・ （３）

さらに、振動子１００では、Ｘｐ≦５×λの関係を満たしてもいてもよい。これにより、小型化を図ることができる。さらに、振動子１００では、１．５×λ≦Ｘｐ≦２×λの関係を満たしていてもよい。

さらに、振動子１００では、平面視で、領域１３の振動部１４側の端（図示の例では−Ｘ軸方向側の端）と、振動部１４の接合材３０ａ，３０ｂ側の端（図示の例では＋Ｘ軸方位側の端）と、の間のＸ軸に沿った長さをＬｘとしたとき、下記式（４）を満たしていることが好ましい。

λ／２≦Ｌｘ ・・・ （４）

式（４）を満たすことにより、振動子１００では、接合材３０ａ，３０ｂに起因して（接合材３０ａ，３０ｂよって振動片２がパッケージ７１０に接合されていることに起因して）振動片２の厚みすべり振動の振幅が小さくなることを低減することができる。

なお、図示の例では、平面視で、第１接合材３０ａと重なっている領域１３の振動部１４側の端と振動部１４の第１接合材３０ａ側の端との間の長さＬｘと、第２接合材３０ｂと重なっている領域１３の振動部１４側の端と振動部１４の第２接合材３０ｂ側の端との間の長さＬｘとは、同じ長さであるが、異なる長さであってもよい。２つの長さＬｘが異なる場合は、２つの長さＬｘとも式（４）を満たしていることが好ましい。

パッケージ７１０は、図２に示すように、上面に開放する凹部７１１を有する箱状のベース基板７１２と、凹部７１１の開口を塞ぐようにベース基板７１２に接合されている板状のリッド７１４と、を有している。ベース基板７１２には、振動片２の一端側（図示の例では＋Ｘ軸方向側の端）の周辺部１２（振動片２の一端側に位置する周辺部１２）が接合材３０ａ，３０ｂを介して取り付けられている。パッケージ７１０は、凹部７１１がリッド７１４にて塞がれることにより形成された収納空間を有しており、該収納空間に、振動片２が気密的に収納、設置されている。すなわち、パッケージ７１０には、振動片２が収容されている。

なお、振動片２が収容される収納空間（凹部７１１）内は、例えば、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。これにより、振動片２の振動特性が向上する。

また、振動片２を収容できれば、ベース基板７１２およびリッド７１４の形状は特に限定されず、例えば図示はしないが、パッケージ７１０は、板状のベース基板と、凹部を有する箱状のリッドと、を有していてもよい。

ベース基板７１２の材質は、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックスである。リッド７１４の材質は、例えば、ベース基板７１２の材質と線膨張係数が近似する材質である。具体的には、ベース基板７１２の材質がセラミックスである場合には、リッド７１４の材質は、コバール等の合金である。

ベース基板７１２とリッド７１４の接合は、ベース基板７１２上にシールリング７１３を設け、シールリング７１３上にリッド７１４を載置して、例えば抵抗溶接機を用いて、ベース基板７１２にシールリング７１３を溶接することによって行われる。なお、ベース基板７１２とリッド７１４の接合は、特に限定されず、接着剤を用いて行われてもよいし、シーム溶接によって行われてもよい。

パッケージ７１０の凹部７１１の内底面（ベース基板７１２の面）７１２ａには、図１
および図２に示すように、第１接続端子７３０および第２接続端子７３２が設けられている。第１接続端子７３０は、第１電極パッド２４ａと対向して設けられている。第２接続端子７３２は、第２電極パッド２４ｂと対向して設けられている。第１接続端子７３０は、第１接合材３０ａを介して第１電極パッド２４ａと電気的に接続されている。第２接続端子７３２は、第２接合材３０ｂを介して第２電極パッド２４ｂと電気的に接続されている。

パッケージ７１０の外底面（ベース基板７１２の内底面７１２ａとは反対側の面）７１２ｂには、第１外部端子７４０および第２外部端子７４２が設けられている。第１外部端子７４０は、ベース基板７１２を貫通する内部配線（図示せず）を介して第１接続端子７３０と電気的に接続されている。第２外部端子７４２は、内部配線を介して第２接続端子７３２と電気的に接続されている。外部端子７４０，７４２を用いて水晶基板１０に電圧を印加することができる。

接続端子７３０，７３２および外部端子７４０，７４２としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜を用いる。

振動子１００の製造方法では、例えば、ＡＴカット水晶基板をフォトリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングして、水晶基板１０を形成する。エッチングは、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。次に、水晶基板１０に励振電極２０ａ，２０ｂ等を形成する。励振電極２０ａ，２０ｂ等は、例えば、導電層（図示せず）をスパッタ法や真空蒸着法により成膜し、該導電層をフォトリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングすることにより形成される。以上により、振動片２を製造することができる。次に、振動片２を、接合材３０ａ，３０ｂを介してベース基板７１２に接合する。次に、リッド７１４を、シールリング７１３を介してベース基板７１２に接合する。以上により、振動子１００を製造することができる。

振動子１００は、例えば、以下の特徴を有する。

振動子１００では、式（１）を満たすことにより、屈曲振動の振幅を減衰させることができるので、厚みすべり振動に屈曲振動が結合し難くなり、良好な周波数温度特性を有することができ、かつ等価直列抵抗を低くすることができる（詳細は後述する「実験例」を参照）。同様に、式（２）を満たすことにより、屈曲振動の振幅を減衰させることができる。

振動子１００では、式（４）を満たすことにより、接合材３０ａ，３０ｂに起因して（接合材３０ａ，３０ｂよって振動片２がパッケージ７１０に接合されていることに起因して）振動片２の厚みすべり振動の振幅が小さくなることを低減することができる。

なお、上記では、平面視で、励振電極２０ａ，２０ｂの面積が、振動部１４の面積よりも小さい例について説明したが、本発明に係る振動子では、平面視で、励振電極２０ａ，２０ｂの面積は、振動部１４の面積よりも大きくてもよい。この場合、振動部１４は、平面視で、励振電極２０ａ，２０ｂの外縁の内側に設けられている。

また、上記では、水晶基板１０が厚さの異なる２種類の部分１２，１４を有する１段型のメサ構造について説明したが、本発明に係る振動子のメサ構造の段数は、特に限定されない。例えば本発明に係る振動子は、振動部が厚さの異なる２種類の部分を有する２段型のメサ構造であってもよい。

また、上記では、水晶基板１０が平面視で矩形状の形状を有している例について説明したが、水晶基板１０は、平面視で、隅部（角部）が面取りされていてもよい。すなわち、水晶基板は、矩形の角部が切りかけられた形状を有していてもよい。

また、上記では、振動部１４が平面視で矩形状の形状を有している例について説明したが、本発明に係る振動片の振動部は、平面視で、隅部（角部）が面取りされていてもよい。すなわち、振動部は、矩形の角部が切りかけられた形状を有していてもよい。

また、上記では、水晶基板１０がＡＴカット水晶基板である例について説明したが、本発明に係る振動子では、水晶基板はＡＴカット水晶基板に限定されず、例えば、ＳＣカット水晶基板やＢＴカット水晶基板等の厚みすべり振動で振動する圧電基板であってもよい。

２． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。

２．１． 第１実験例
第１実験例として、上述した振動子１００のような振動子を製造した。具体的には、接合材３０ａ，３０ｂとして銀ペーストを用い、周辺部１２の領域１３のＸ軸に沿った最大長さＸｐを、屈曲振動の波長λの１倍、１．５倍、２倍と変化させた振動子を製造した。振動片２の共振周波数は、２６ＭＨｚとなるように設計した。各長さＸｐにおいて５０個の振動子を製造し、環境温度（動作温度）を変化させて、振動片２の共振周波数の変動値およびＣＩ値を測定した。振動片２の共振周波数およびＣＩ値は、ネットワークアナライザーを用いて測定した。屈曲振動の波長λは、上述の式（４）に基づいて算出した。

図５は、長さＸｐ＝λである振動子（参考例に係る振動子）の実験結果である。図６は、長さＸｐ＝１．５×λである振動子（第１実施例に係る振動子）の実験結果である。図７は、長さＸｐ＝２×λである振動子（第２実施例に係る振動子）の実験結果である。図５〜図７において、（Ａ）は、各温度における共振周波数と３０℃における共振周波数との差を示しており、（Ｂ）は、各温度におけるＣＩ値を示している。

図５に示すように、長さＸｐ＝λの振動子において、高温側で共振周波数のばらつきが大きくなり、ＣＩ値が高くなった。これは、厚みすべり振動に屈曲振動が結合しているためである。一方、図６および図７に示すように、長さＸｐ＝１．５×λの振動子、および長さＸｐ＝２×λの振動子は、高温側で共振周波数のばらつきやＣＩ値の増加は、確認されなかった。図５〜図７に示すように、長さＸｐ＝１．５×λの振動子、および長さＸｐ＝２×λの振動子は、長さＸｐ＝λの振動子に比べて、共振周波数の変動のばらつきが小さく、さらに、ＣＩ値が低くかつＣＩ値のばらつきが小さいことがわかった。

したがって、上述の式（１），（２）を満たすことにより、良好な周波数温度特性を有することができ、かつ、等価直列抵抗を低くすることができることがわかった。

２．２． 第２実験例
第２実験例として、１段型のメサ構造を有する（振動部と振動部より薄い周辺部を有する）振動片のモデルＭについて、有限要素解析によるシミュレーションを行い、厚みすべり振動モードの電荷分布（すなわち振動エネルギー）と、屈曲振動モードの電荷分布と、を計算した。図８は、モデルＭの電荷分布を示すシミュレーション結果であり、（Ａ）は、厚みすべり振動モードを示しており、（Ｂ）は、屈曲振動モードを示している。

図８（Ａ）に示すように、厚みすべり振動モードでは、振動片の中央部は、色が濃く、周辺部は色が薄い。これは、振動片の端部での変位は少なく、振動片の中央部（振動部）に振動エネルギーが集中しているためである。したがって、破線で示したように、振動片の端部を接合材で接合しても、厚みすべり振動の振幅は、減衰し難い。

図８（Ｂ）に示すように、屈曲振動モードでは、振動片全体に連続して屈曲変位が起こっており、振動片の端部でも変位がある。これは、振動エネルギーが振動片全体に伝搬しているためである。したがって、破線で示したように、振動片の端部を接合材で接合することにより、屈曲振動全体の振幅を減衰させることができる。すなわち、屈曲振動モードは、接合材の影響を顕著に受ける。

第２実験例によって、長さＸｐを適切に設定することにより、厚みすべり振動の振幅を減衰し難くさせつつ（例えば減衰させることなく）、屈曲振動全体の振幅を減衰させることができることがわかった。第１実験例では、上述の式（１），（２）を満たすように長さＸｐを設定することにより、屈曲振動の振幅を減衰させることができたので、そのため、厚みすべり振動に屈曲振動が結合し難くなり、良好な周波数温度特性を有することができ、かつ等価直列抵抗を低くすることができたといえる。

３． 振動デバイス
次に、本実施形態に係る振動デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る振動デバイス８００を模式的に示す断面図である。

振動デバイス８００は、本発明に係る振動子を備えている。以下では、本発明に係る振動子として、振動子１００を備えている振動デバイス８００について説明する。振動デバイス８００は、図９に示すように、振動子１００と、感温素子（電子素子）８１０と、を備えている。

感温素子８１０は、パッケージ７１０の外底面７１２ｂに形成された凹部８１２に設けられている。図示の例では、凹部８１２には、第３接続端子８１４が設けられ、感温素子８１０は、金属バンプ（図示せず）等を介して第３接続端子８１４に接合されている。第３接続端子８１４は、例えば、ベース基板７１２に設けられている内部配線（図示せず）を介して、外部端子７４０，７４２に接続されている。第３接続端子８１４の材質は、例えば、外部端子７４０，７４２の材質と同じである。

感温素子８１０は、例えば、温度変化に応じて物理量、例えば電気抵抗が変わるサーミスターである。そして、サーミスターの電気抵抗を外部回路で検出し、サーミスターの検出温度が測定できる。

なお、振動片２を収容する凹部７１１には、他の電子部品が収納されていてもよい。このような電子部品としては、振動子１００の駆動を制御するＩＣチップ等が挙げられる。

振動デバイス８００では、振動子１００を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

４． 振動デバイスの変形例
次に、本実施形態の変形例に係る振動デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態の変形例に係る振動デバイス９００を模式的に示す断面図である。

以下、本実施形態の変形例に係る振動デバイス９００において、本実施形態に係る振動
デバイス８００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

振動デバイス８００では、図９に示すように、感温素子８１０を収容する凹部８１２は、パッケージ７１０の外底面７１２ｂに設けられていた。これに対し、振動デバイス９００では、図１０に示すように、凹部８１２は、パッケージ７１０の内底面７１２ａに設けられている。凹部８１２は、凹部７１１と連通している。

振動デバイス９００では、振動子１００を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

５． 発振器
次に、本実施形態に係る発振器について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態に係る発振器１１００を模式的に示す断面図である。

発振器１１００は、本発明に係る振動子を備えている。以下では、本発明に係る振動子として、振動子１００を備える発振器１１００について説明する。発振器１１００は、図１４に示すように、振動子１００と、ＩＣチップ（チップ部品）１１１０と、を含む。

発振器１１００では、凹部７１１は、パッケージ７１０の内底面７１２ａに設けられた第１部分７１１ａと、第１部分７１１ａの底面の中央部に設けられた第２部分７１１ｂと、第２部分７１１ｂの底面中央部に設けられた第３部分７１１ｃと、を有している。

凹部７１１の第３部分７１１ｃの底面には、ＩＣチップ１１１０が設けられている。ＩＣチップ１１１０は、振動子１００の駆動を制御するための駆動回路（発振回路）を有している。ＩＣチップ１１１０によって振動子１００を駆動すると、所定の周波数の振動を取り出すことができる。ＩＣチップ１１１０は、平面視で、振動片２と重なっている。

凹部７１１の第２部分７１１ｂの底面には、ワイヤー１１１２を介してＩＣチップ１１１０と電気的に接続された複数の第４接続端子１１２０が設けられている。例えば、複数の第４接続端子１１２０のうちの一の第４接続端子１１２０は、図示せぬ配線を介して、第１外部端子７４０と電気的に接続されている。複数の第４接続端子１１２０のうちの他の第４接続端子１１２０は、図示せぬ配線を介して、第２外部端子７４２と電気的に接続されている。したがって、ＩＣチップ１１１０は、振動子１００と電気的に接続されている。

発振器１１００では、振動子１００を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

６． 発振器の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る発振器について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態の変形例に係る発振器１２００を模式的に示す断面図である。

以下、本実施形態の変形例に係る発振器１２００において、本実施形態に係る発振器１１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した発振器１１００では、図１１に示すように、ＩＣチップ１１１０は、平面視において、振動片２と重なっていた。これに対し、発振器１２００では、図１２に示すように、ＩＣチップ１１１０は、平面視において、振動片２と重なっていない。ＩＣチップ１
１１０は、振動片２の側方に設けられている。ＩＣチップ１１１０は、第４接続端子１１２０上に、金属バンプ等を介して設けられている。

発振器１２００では、パッケージ７１０は、板状のベース基板７１２と、凹部７１１を有する箱状のリッド７１４と、を有している。リッド７１４は、ベース基板７１２の周辺部に設けられたメタライズ１２１０を溶融させることにより気密封止される。このとき、封止工程を真空中で行うことにより内部を真空にすることができる。なお、封止の手段として、リッド７１４を、レーザー光等を用いて溶融して溶着する手段を用いてもよい。

発振器１２００では、振動子１００を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

７． 電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係る振動子を備えている。以下では、本発明に係る振動子として、振動子１００を備えている電子機器について、説明する。

図１３は、本実施形態に係る電子機器として、スマートフォン１３００を模式的に示す平面図である。スマートフォン１３００は、図１３に示すように、振動子１００を有する発振器１１００を備えている。

スマートフォン１３００は、発振器１１００を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用いる。スマートフォン１３００は、さらに、表示部（液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等）１３１０、操作部１３２０、および音出力部１３３０（マイクロフォン等）を有することができる。スマートフォン１３００は、表示部１３１０に対する接触検出機構を設けることで表示部１３１０を操作部として兼用してもよい。

なお、スマートフォン１３００に代表される電子機器は、振動子１００を駆動する発振回路と、振動子１００の温度変化に伴う周波数変動を補償する温度補償回路と、を備えていることが好ましい。

これによれば、スマートフォン１３００に代表される電子機器は、振動子１００を駆動する発振回路と共に、振動子１００の温度変化に伴う周波数変動を補償する温度補償回路を備えていることから、発振回路が発振する共振周波数を温度補償することができ、温度特性に優れた電子機器を提供することができる。

図１４は、本実施形態に係る電子機器として、モバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューター１４００を模式的に示す斜視図である。パーソナルコンピューター１４００は、図１４に示すように、キーボード１４０２を備えた本体部１４０４と、表示部１４０５を備えた表示ユニット１４０６と、により構成され、表示ユニット１４０６は、本体部１４０４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１４００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子１００が内蔵されている。

図１５は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機（ＰＨＳも含む）１５００を模式的に示す斜視図である。携帯電話機１５００は、複数の操作ボタン１５０２、受話口１５０４および送話口１５０６を備え、操作ボタン１５０２と受話口１５０４との間には、表示部１５０８が配置されている。このような携帯電話機１５００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１００が内蔵されている。

図１６は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルスチルカメラ１６００を模式的に示す斜視図である。なお、図１６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、デジタルスチルカメラ１６００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）など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。

デジタルスチルカメラ１６００におけるケース（ボディー）１６０２の背面には、表示部１６０３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１６０３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１６０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１６０４が設けられている。

撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１６０６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１６０８に転送・格納される。また、デジタルスチルカメラ１６００においては、ケース１６０２の側面に、ビデオ信号出力端子１６１２と、データ通信用の入出力端子１６１４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１６１２にはテレビモニター１６３０が、データ通信用の入出力端子１６１４にはパーソナルコンピューター１６４０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１６０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１６３０や、パーソナルコンピューター１６４０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ルカメラ１６００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１００が内蔵されている。

電子機器１３００，１４００，１５００，１６００は、振動子１００を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

なお、本発明の振動子を備える電子機器は、上記の例に限定されず、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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

８． 移動体
次に、本実施形態に係る移動体について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態に係る移動体１７００として、自動車を模式的に示す斜視図である。

本実施形態に係る移動体は、本発明に係る振動子を備えている。以下では、本発明に係る振動子として、振動子１００を備えている移動体について、説明する。

本実施形態に係る移動体１７００は、さらに、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー１７２０、コントローラー１７３０、コントローラー１７４０、バッテリー１７５０、およびバックアップ用バッテリー１７６０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る移動体１７００は、図１７に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

このような移動体１７００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

移動体１７００は、振動子１００を備えているので、良好な温度特性を有することができる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…振動片、１０…水晶基板、１２…周辺部、１３…領域、１４…振動部、２０ａ…第１励振電極、２０ｂ…第２励振電極、２２ａ…第１引出電極、２２ｂ…第２引出電極、２４ａ…第１電極パッド、２４ｂ…第２電極パッド、３０ａ…第１接合材、３０ｂ…第２接合材、１００…振動子、１０１…ＡＴカット水晶基板、７１０…パッケージ、７１１…凹部、７１１ａ…第１部分、７１１ｂ…第２部分、７１１ｃ…第３部分、７１２…ベース基板、７１２ａ…内底面、７１２ｂ…外底面、７１３…シールリング、７１４…リッド、７３０…第１接続端子、７３２…第２接続端子、７４０…第１外部端子、７４２…第２外部端子、８００…振動デバイス、８１０…感温素子、８１２…凹部、８１４…第３接続端子、１１００…発振器、１１１０…ＩＣチップ、１１１２…ワイヤー、１１２０…第４端子、１２００…発振器、１２１０…メタライズ、１３００…スマートフォン、１３１０…表示部、１３２０…操作部、１３３０…音出力部、１４００…パーソナルコンピューター、１４０２…キーボード、１４０４…本体部、１４０５…表示部、１４０６…表示ユニット、１５００…携帯電話機、１５０２…操作ボタン、１５０４…受話口、１５０６…送話口、１５０８…表示部、１６００…デジタルスチルカメラ、１６０２…ケース、１６０３…表示部、１６０４…受光ユニット、１６０６…シャッターボタン、１６０８…メモリー、１６１２…ビデオ信号出力端子、１６１４…入出力端子、１６３０…テレビモニター、１６４０…パーソナルコンピューター、１７００…移動体、１７２０…コントローラー、１７３０…コントローラー、１７４０…コントローラー、１７５０…バッテリー、１７６０…バックアップ用バッテリー

Claims (8)

1. 厚みすべり振動する第１領域、および前記第１領域よりも厚さが薄く、前記第１領域の外縁に一体化されている第２領域を備えている水晶基板を有する振動片と、
   前記振動片の一端側の前記第２領域が接合材を介して取り付けられているベース基板と、
   を含み、
   前記水晶基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記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´軸とし、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し、
   平面視で、前記第２領域の前記接合材が接合している領域の前記Ｘ軸に沿った最大長さをＸｐ、前記水晶基板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
   １．５×λ≦Ｘｐ
   の関係を満たす、振動子。
2. 請求項１において、
   ２×λ≦Ｘｐ
   の関係を満たす、振動子。
3. 請求項１または２において、
   平面視で、前記第２領域の前記接合材が接合している領域の前記第１領域側の端と、前記第１領域の前記接合材側の端と、の間の前記Ｘ軸に沿った長さをＬｘとしたとき、
   λ／２≦Ｌｘ
   の関係を満たす、振動子。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動子と、
   電子素子と、
   を備えている、振動デバイス。
5. 請求項４において、
   前記電子素子は、感温素子である、振動デバイス。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動子と、
   前記振動子と電気的に接続されている発振回路と、
   を備えている、発振器。
7. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動子を備えている、電子機器。
8. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動子を備えている、移動体。