JP2016197781A - Vibration element, vibrator, oscillator, electronic apparatus and moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to a vibration element, a vibrator, an oscillator, an electronic device, and a moving body.
ATカット水晶振動素子は、励振する主振動の振動モードが厚みすべり振動であり、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、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。 The AT-cut crystal resonator element is a thickness-shear vibration mode of the main vibration to be excited, and is suitable for miniaturization and high frequency, and exhibits a cubic curve with excellent frequency temperature characteristics. Used in many ways.
特許文献1には、薄肉の振動部と、振動部の2辺に沿ってL字状に設けられた厚肉部とを有する逆メサ構造のATカット水晶振動素子が開示されており、このATカット水晶振動素子は、前記厚肉部の一端部において接着材を介してパッケージに固定される。このような構成では振動部の剛性が不足するおそれがあり、ATカット水晶振動素子が片持ち支持された状態で、ATカット水晶振動素子に対して厚み方向の加速度が加わると、振動部が変形して振動特性(周波数特性)が安定しないという問題が生じるおそれがある。
本発明の目的は、加速度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、振動子、発振器、電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vibration element, a vibrator, an oscillator, an electronic device, and a moving body that can reduce changes in vibration characteristics due to external forces such as acceleration and can exhibit stable vibration characteristics.
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、以下の適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
[適用例1]
本実施形態の振動素子は、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軸のプラス側を前記Y軸のマイナス側へ傾けた軸をZ’軸とし、
前記Y軸のプラス側を前記Z軸のプラス側へ傾けた軸をY’軸としたとき、
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水晶基板を含み、
前記水晶基板は、
厚みすべり振動で振動する振動領域を含む第1領域と、
前記第1領域の外縁と一体化され、前記第1領域よりも厚さが厚い第2領域と、
前記第1領域の外縁に一体的に配置されている梁部と、
を含み、
前記第1領域は、
前記Z’軸方向に沿った第1外縁及び第2外縁と、
前記X軸方向に沿った第2外縁及び第4外縁と、
を含み、
前記第1外縁は、前記第2外縁と、前記X軸方向に離間し、
前記第3外縁は、前記第4外縁と、前記Z’軸方向に離間し、
前記第2領域は、
前記第1外縁に沿って設けられ、対象物に固定される固定部が設けられている第1厚肉部と、
前記第3外縁に沿って設けられている第2厚肉部と、
を含み、
前記梁部は、前記第4外縁に沿って配置されており、前記第1領域をウエットエッチングで形成するときに生じるエッチング残渣によって構成されていることを特徴とする。
[Application Example 1]
The vibration element according to the present embodiment is configured to rotate the X axis of an orthogonal coordinate system including an X axis as an electric axis that is a crystal axis of crystal, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis. As
An axis inclined from the positive side of the Z axis to the negative side of the Y axis is defined as a Z ′ axis,
When the axis that tilts the positive side of the Y axis to the positive side of the Z axis is the Y ′ axis,
A quartz substrate having a plane including the X axis and the Z ′ axis as a main surface and a thickness along the direction along the Y ′ axis;
The quartz substrate is
A first region including a vibration region that vibrates by thickness shear vibration;
A second region that is integrated with an outer edge of the first region and is thicker than the first region;
A beam portion integrally disposed on an outer edge of the first region;
Including
The first region is
A first outer edge and a second outer edge along the Z′-axis direction;
A second outer edge and a fourth outer edge along the X-axis direction;
Including
The first outer edge is separated from the second outer edge in the X-axis direction,
The third outer edge is separated from the fourth outer edge in the Z′-axis direction,
The second region is
A first thick part provided along the first outer edge and provided with a fixing part fixed to the object;
A second thick portion provided along the third outer edge;
Including
The beam portion is disposed along the fourth outer edge, and is constituted by an etching residue generated when the first region is formed by wet etching.
これにより、加速度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が得られる。 Thereby, the vibration element which can reduce the change of the vibration characteristic by external forces, such as acceleration, and can exhibit the stable vibration characteristic is obtained.
[適用例2]
本適用例の振動素子では、前記第2領域の厚さをT、
前記梁部の厚さをT1としたとき、
T>T1なる関係を満足していることが好ましい。
これにより、梁部の質量を低減しつつ、第1領域の剛性を高めることができる。
[Application Example 2]
In the vibration element of this application example, the thickness of the second region is T,
When the thickness of the beam portion is T1,
It is preferable that the relationship T> T1 is satisfied.
Thereby, the rigidity of the first region can be increased while reducing the mass of the beam portion.
[適用例3]
本適用例の振動素子では、0.1≦T1/T≦0.8なる関係を満足していることが好ましい。
これにより、梁部の質量を低減しつつ、第1領域の剛性を高めることができる。
[Application Example 3]
In the resonator element of this application example, it is preferable that the relationship 0.1 ≦ T1 / T ≦ 0.8 is satisfied.
Thereby, the rigidity of the first region can be increased while reducing the mass of the beam portion.
[適用例4]
本適用例の振動素子では、0.3≦T1/T≦0.6なる関係を満足していることが好ましい。
これにより、梁部の質量を低減しつつ、第1領域の剛性を高めることができる。
[Application Example 4]
In the vibration element of this application example, it is preferable that the relationship of 0.3 ≦ T1 / T ≦ 0.6 is satisfied.
Thereby, the rigidity of the first region can be increased while reducing the mass of the beam portion.
[適用例5]
本適用例の振動素子では、前記第1領域は、前記ウエットエッチングによって前記Y’軸のプラス側から前記水晶基板に凹陥部を形成することで形成されており、
前記第4外縁は、前記第3外縁に対してZ軸のマイナス側に位置していることが好ましい。
これにより、薄い梁部を簡単に形成することができる。
[Application Example 5]
In the resonator element according to this application example, the first region is formed by forming a concave portion in the quartz substrate from the positive side of the Y ′ axis by the wet etching.
The fourth outer edge is preferably located on the negative side of the Z axis with respect to the third outer edge.
Thereby, a thin beam part can be formed easily.
[適用例6]
本適用例の振動素子では、前記第1領域は、前記ウエットエッチングによって前記Y’軸のマイナス側から前記水晶基板に凹陥部を形成することで形成されており、
前記第4外縁は、前記第3外縁に対してZ軸のプラス側に位置していることが好ましい。
これにより、薄い梁部を簡単に形成することができる。
[Application Example 6]
In the resonator element according to this application example, the first region is formed by forming a concave portion in the quartz substrate from the negative side of the Y ′ axis by the wet etching.
It is preferable that the fourth outer edge is located on the positive side of the Z axis with respect to the third outer edge.
Thereby, a thin beam part can be formed easily.
[適用例7]
本適用例の振動素子では、前記水晶基板の平面視で、
前記第2厚肉部は、前記X軸および前記Z’軸の両軸に対してそれぞれ傾斜する外縁部を含むことが好ましい。
これにより、振動素子の先端部の質量をより小さくすることができる。
[Application Example 7]
In the vibration element of this application example, in a plan view of the crystal substrate,
The second thick portion preferably includes outer edge portions that are inclined with respect to both the X axis and the Z ′ axis.
Thereby, the mass of the front-end | tip part of a vibration element can be made smaller.
[適用例8]
本適用例の振動子は、上記適用例の振動素子と、
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。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
[Application Example 8]
The vibrator of this application example includes the vibration element of the above application example,
A package containing the vibration element;
It is characterized by having.
Thereby, a highly reliable vibrator is obtained.
[適用例9]
本適用例の発振器は、上記適用例の振動素子と、
回路と、
を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い発振器が得られる。
[Application Example 9]
The oscillator of this application example includes the vibration element of the above application example,
Circuit,
It is characterized by having.
Thereby, a highly reliable oscillator can be obtained.
[適用例10]
本適用例の電子機器は、上記適用例の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
[Application Example 10]
An electronic apparatus according to this application example includes the vibration element according to the application example described above.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
[適用例11]
本適用例の移動体は、上記適用例の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
[Application Example 11]
The moving body of this application example includes the vibration element of the above application example.
Thereby, a mobile body with high reliability is obtained.
以下、本発明の振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a resonator element, a vibrator, an oscillator, an electronic device, and a moving body of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the drawings.
1.振動素子
まず、本発明の振動素子について説明する。
1. First, the vibration element of the present invention will be described.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態にかかる振動素子の斜視図である。図2は、図1に示す振動素子の平面図である。図3は、ATカット水晶基板と水晶の結晶軸との関係を説明する図である。図4は、図1に示す振動素子を対象物に固定した状態を示す側面図である。図5および図6は、それぞれ、図1に示す振動素子が有する梁部の形成方法を説明する断面図である。図7は、図1に示す振動素子の変形例を示す斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、図2中の右側を先端、左側を基端とも言う。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a vibration element according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the vibration element shown in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the AT-cut quartz substrate and the crystal axis of quartz. FIG. 4 is a side view showing a state in which the vibration element shown in FIG. 1 is fixed to an object. 5 and 6 are cross-sectional views illustrating a method of forming a beam part included in the vibration element shown in FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the vibration element shown in FIG. In the following, for convenience of explanation, the right side in FIG. 2 is also referred to as the distal end, and the left side is also referred to as the proximal end.
図1および図2に示すように、振動素子1は、水晶基板2と、水晶基板2上に形成された電極3とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
(水晶基板)
水晶基板2の材料である水晶は、三方晶系に属し、図3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、それぞれ、電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして水晶基板2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、所謂、「回転Yカット水晶基板」であり、例えばθ=35°15’だけ回転させたXZ’平面に沿って切り出された場合の基板は「ATカット水晶基板」という。このような水晶基板2を用いることにより優れた温度特性を有する振動素子1となる。ただし、水晶基板2としては、厚みすべり振動を励振することができれば、ATカットの水晶基板に限定されず、例えば、BTカットの水晶基板を用いてもよい。なお、以下では、角度θに対応してX軸まわりに回転したY軸およびZ軸を、Y’軸およびZ’軸とする。すなわち、水晶基板2は、Y’軸方向に厚みを有し、XZ’面方向に広がりを有する板状となっている。
(Quartz substrate)
Quartz, which is a material of the quartz substrate 2, belongs to the trigonal system and has crystal axes X, Y, and Z orthogonal to each other as shown in FIG. The X axis, the Y axis, and the Z axis are referred to as an electric axis, a mechanical axis, and an optical axis, respectively. The quartz substrate 2 is a so-called “rotated Y-cut quartz substrate” cut from the quartz crystal along a plane obtained by rotating the XZ plane around the X axis by a predetermined angle θ, for example, θ = 35 °. A substrate cut out along the XZ ′ plane rotated by 15 ′ is referred to as an “AT cut quartz substrate”. By using such a quartz substrate 2, the
言い換えると、水晶基板2は、図3に示すようにX軸、Y軸、Z軸からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸のマイナス側へ傾けた軸をZ’軸とし、Y軸をZ軸のプラス側へ傾けた軸をY’軸としたときに、Y’軸方向に厚みを有し、XZ’面方向に広がりを有する板状となっている。 In other words, as shown in FIG. 3, the quartz substrate 2 has a Z′-axis whose axis is inclined to the negative side of the Y-axis with the X-axis of the orthogonal coordinate system composed of the X-axis, Y-axis, and Z-axis as the center. When the Y ′ axis is the axis tilted to the positive side of the Z axis, the plate has a thickness in the Y ′ axis direction and a spread in the XZ ′ plane direction.
水晶基板2は、平面視にて、X軸に沿った方向を長辺とし、Z’軸に沿った方向を短辺とする略長手形状をなしている。また、水晶基板2は、−X軸方向を先端側とし、+X軸方向を基端側としている。 In plan view, the quartz crystal substrate 2 has a substantially long shape in which the direction along the X axis is a long side and the direction along the Z ′ axis is a short side. The quartz substrate 2 has the −X axis direction as the distal end side and the + X axis direction as the proximal end side.
図1および図2に示すように、水晶基板2は、薄肉の振動領域(振動エネルギーが閉じ込められる領域)219を含む振動部(第1領域)21と、振動部21と一体化され、振動部21の周囲に位置し、振動領域219よりも厚みが厚い厚肉部(第2領域)22と、振動部21の剛性を高める梁部25と、を有している。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the quartz substrate 2 is integrated with a vibrating portion (first region) 21 including a thin vibrating region (region in which vibration energy is confined) 219, and the vibrating
振動部21は、例えば、水晶基板の+Y’軸側の主面にウエットエッチングによって凹陥部を形成することにより形成される。また、振動部21は、水晶基板2の中央に対して、−X軸側および−Z’軸側に片寄っており、外縁の一部が厚肉部22から露出している。具体的には、振動部21は、振動素子1の平面視にて、X軸方向(厚みすべり振動の振動方向)に離間し、Z’軸方向(X軸方向と交差する方向)に延在する第1外縁211および第2外縁212と、Z’軸方向に離間し、X軸方向に延在する第3外縁213および第4外縁214とを有している。第1外縁211および第2外縁212のうち、第1外縁211が+X軸側に位置し、第2外縁212が−X軸側に位置している。また、第3外縁213および第4外縁214のうち、第3外縁213が+Z’軸側に位置し、第4外縁214が−Z’軸側に位置している。このような振動部21の二方を囲むようにして厚肉部22が設けられている。
The
図1に示すように、厚肉部22の表面(+Y’軸側の主面)は、振動部21の表面(+Y’軸側の主面)よりも+Y’軸側へ突出して設けられている。一方、厚肉部22の裏面(−Y’軸側の主面)は、振動部21の裏面(−Y’軸側の主面)と同一平面上に設けられている。
As shown in FIG. 1, the surface of the thick portion 22 (the main surface on the + Y′-axis side) is provided so as to protrude toward the + Y′-axis side than the surface of the vibrating portion 21 (the main surface on the + Y′-axis side). Yes. On the other hand, the back surface (the main surface on the −Y′-axis side) of the
図1および図2に示すように、厚肉部22は、第1外縁211に沿って配置された第1厚肉部23と、第3外縁213に沿って配置された第2厚肉部24とを有している。そのため、厚肉部22は、平面視で、振動部21に沿って曲がった構造を備え、略L字状をなしている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
一方、振動部21の第2外縁212および第4外縁214には厚肉部22が接続されておらず、第2外縁212および第4外縁214は、それぞれ、厚肉部22から露出している。このように、厚肉部22を振動部21の外縁に部分的に設けることで、振動素子1(振動部21)の剛性を保ちつつ、振動素子1の先端側の質量を低減することができる。また、振動素子1の小型化を図ることができる。
On the other hand, the
ここで、第2厚肉部24を振動部21に対して+Z’軸側に設けることで、第2厚肉部24を−Z’軸側に設けた場合と比較して、後述する傾斜部241の幅(Z’軸方向の長さ)を短くすることができる。そのため、このような厚肉部22によれば、振動素子1の小型化を図ることができる。
Here, by providing the second
第1厚肉部23は、第1外縁211に連設され、+X軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部231と、傾斜部231の+X軸側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体232とを備えている。同様に、第2厚肉部24は、第3外縁213に連設され、+Z’軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部241と、傾斜部241の+Z’軸側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体242とを備えている。なお、これら傾斜部231、241は、振動部21を形成する際のエッチング残渣で構成されている。
The first
また、第1厚肉部23の厚肉部本体232の表面、すなわち、振動素子1の基端側には、マウント部(固定部)29が設けられている。図4に示すように、振動素子1は、このマウント部29にて、接着材91を用いて対象物92に固定される。なお、マウント部29の位置としては、特に限定されず、例えば、厚肉部本体232の裏面に設けられていてもよい。
Further, a mount portion (fixed portion) 29 is provided on the surface of the thick portion
また、第2厚肉部24は、その先端部に、振動素子1の平面視にてX軸およびZ’軸の両軸に対して交差する方向に延在する外縁部243を有している。外縁部243は、水晶基板2の−X軸側かつ+Z’軸側に位置する角部を切り欠くように設けられている。また、外縁部243は、厚肉部本体242、傾斜部241および振動部21に跨って形成されている。ただし、外縁部243の形成範囲は、これに限定されず、例えば、外縁部243は、傾斜部241および振動部21に跨らないように、厚肉部本体242内に形成されていてもよい。
Further, the second
このように、第2厚肉部24が外縁部243を有することで、先端側の質量を小さくすることができる。そのため、図4に示すように、マウント部29において接着剤を介して対象物に固定されている状態で、振動素子1にY’軸方向の角速度が加わった際の振動部21の撓み量を小さくすることができる。その結果、Y’軸方向の加速度に起因する振動特性の変化を小さく抑えることができる。すなわち、振動素子1のY’軸方向の加速度に対する感度を鈍くすることができる。したがって、振動素子1は、Y’軸方向の加速度が加わっているか否かにかかわらず、安定した振動特性を発揮することができる。特に、本実施形態のように、外縁部243を振動部21に到達するよう形成することで、先端側の質量をより小さくすることができ、上記効果がより顕著となる。なお、外縁部243のX軸に対する傾斜角θ1としては、特に限定されないが、40°以上、50°以下であるのが好ましく、ほぼ45°であるのがより好ましい。
As described above, the second
図1および図2に示すように、梁部25は、振動部21の第4外縁214に沿って、X軸方向に延在して配置されている。このような梁部25は、振動部21を補強する補強部として機能する。そのため、梁部25を配置することで、Y’軸方向の加速度が加わった際の振動部21の撓み量を小さくすることができる。したがって、前述した外縁部243による質量低減効果と、この梁部25による撓み抑制効果との相乗効果によって、Y’軸方向の加速度が加わっているか否かにかかわらず、より安定した振動特性を発揮する振動素子1となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、梁部25は、厚肉部22よりも薄くなっている。すなわち、梁部25の厚さ(振動部21の厚みを含めた厚さ)をT1とし、厚肉部22の厚さ(水晶基板2の厚さ)をTとしたとき、T>T1なる関係を満足している。そのため、梁部25を軽くでき、梁部25を設けることによる振動素子1の先端部の質量増を小さく抑えることができる。なお、T、T1は、0.1≦T1/T≦0.8なる関係を満足することが好ましく、0.3≦T1/T≦0.6なる関係を満足することがより好ましい。このような関係を満足することで、上述した効果をより効果的に発揮することができる。
In addition, the
このような梁部25は、振動部21をウエットエッチングで形成する際のエッチング残渣によって構成されている。これにより、梁部25を容易に形成することができる。具体的には、振動部21を形成するための凹陥部210を水晶基板2の+Y’軸側からウエットエッチングで形成すると、図5に示すように、凹陥部210の+Z’軸側の壁面Z1は、急な傾斜面となり、−Z’軸側の壁面Z2(Z21、Z22、Z23の集合面)は、壁面Z1に対して緩やかに傾斜した傾斜面となる。そして、図5中の、壁面Z2と交わる仮想XY’面F1で水晶基板2を切断すれば、図6(a)に示すように、梁部25が得られる。また、図5中の、壁面Z2と交わる仮想XY’面F2で水晶基板を切断すれば、図6(b)に示すように、図6(a)よりも厚みが厚く、より剛性の高い梁部25が得られる。以上のように、壁面Z1よりも緩やかに傾斜した壁面Z2を利用することで、薄く、質量の小さい梁部25を容易に形成することができる。
Such a
このように、梁部25をエッチング残渣で構成すると、梁部25の上面251が+Z’軸に傾斜した面となり、この上面251が振動部21の上面と直接接続される。そのため、梁部25は、振動部21から−Z’軸に向けて徐々に隆起するような形状となり、振動部21から梁部25にかけて剛性が連続的に穏やかに変化する。そのため、振動部21と梁部25の境界部に応力が集中し難く、より安定した振動特性を発揮する振動素子1となる。
As described above, when the
以上、梁部25の形状について詳細に説明したが、梁部25の形状としては、本実施形態の形状に限定されない。
As mentioned above, although the shape of the
なお、水晶基板2の長さLとしては、特に限定されないが、L≦5mmなる関係を満足することが好ましい。また、水晶基板2の幅Wとしては、特に限定されないが、W≦3mmなる関係を満足することが好ましい。 The length L of the quartz substrate 2 is not particularly limited, but it is preferable to satisfy the relationship L ≦ 5 mm. Further, the width W of the quartz substrate 2 is not particularly limited, but it is preferable to satisfy the relationship of W ≦ 3 mm.
また、水晶基板2の厚みTとしては、特に限定されないが、50μm≦T≦70μmなる関係を満足していることが好ましい。これにより、振動素子1の剛性を確保することができる。さらに、振動部21(凹陥部210)を形成する際のエッチング深さが過度に深くならないため、振動部21の形成を精度よく行うことができる。そのため、振動素子1は、所望の振動特性を安定して発揮することができる。これに対して、厚みTが上記下限値未満であると、振動素子1の質量(長さLおよび幅W等)によっては、振動素子1の剛性が不足し、振動素子1にY’軸方向の角速度が加わった際の振動素子1の先端部(振動部21)の撓み量を十分に小さくすることができない場合がある。反対に、厚みTが上記上限値を超えると、振動素子1の過度な大型化を招いたり、振動素子1の歩留まりの低下を招いたりするおそれがある。具体的には、前述したように、振動部21は、ウエットエッチングによって+Y’側の主面に凹陥部を形成することによって得られるが、厚みTが大きくなると、その分、凹陥部が深くなり、それに伴って、傾斜部231、241の幅も広くなる。そのため、振動素子1の大型化を招いてしまう。また、厚みTが大きくなるほど凹陥部の深さ(エッチング深さ)が深くなり、エッチング精度が低下する。そのため、振動部21を所望の厚みに整えることが困難となり、その結果、振動素子の歩留まりが低下する。
Further, the thickness T of the quartz substrate 2 is not particularly limited, but it is preferable that the relationship of 50 μm ≦ T ≦ 70 μm is satisfied. Thereby, the rigidity of the
(電極)
電極3は、一対の励振電極31、32と、一対のパッド電極33、34と、一対の引出電極35、36とを有している。励振電極31は、振動領域219の表面に形成されている。一方、励振電極32は、振動領域219の裏面に、励振電極31と対向して配置されている。そして、振動部21の、励振電極31、32に挟まれた領域が振動領域219となる。
(electrode)
The electrode 3 has a pair of
パッド電極33は、厚肉部本体232の表面のマウント部29に形成されている。一方、パッド電極34は、厚肉部本体232の裏面に、パッド電極33と対向して形成されている。
The
励振電極31からは、引出電極35が延出しており、この引出電極35を介して励振電極31とパッド電極33とが電気的に接続されている。また、励振電極32からは、引出電極36が延出しており、この引出電極36を介して励振電極31とパッド電極34とが電気的に接続されている。引出電極36は、平面視で、水晶基板2を介して引出電極35と重ならないように設けられている。これにより、引出電極35、36間の静電容量を抑えることができる。
An
このような電極3の構成としては、特に限定されないが、例えば、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)等の下地層に、Au(金)やAl(アルミ)、およびAu(金)やAl(アルミ)を主成分とする合金を積層した金属被膜で構成することができる。
以上、本実施形態の振動素子1について説明した。
The configuration of such an electrode 3 is not particularly limited. For example, Au (gold) or Al (aluminum), Au (gold) or Al (alloy) is formed on a base layer such as Cr (chromium) or Ni (nickel). It can be constituted by a metal film in which an alloy mainly composed of (aluminum) is laminated.
The
なお、本実施形態の振動素子1では、+Y’軸側から凹陥部を形成することで振動部21を形成しているため、第2厚肉部24を+Z’軸側に位置する第3外縁213に沿って形成し、梁部25を−Z’軸側に位置する第4外縁214に沿って形成しているが、これとは反対に、図7に示すように、−Y’軸側から凹陥部を形成することで振動部21を形成した場合には、第2厚肉部24を−Z’軸側に位置する第3外縁213に沿って形成し、梁部25を+Z’軸側に位置する第4外縁214に沿って形成すればよい。このような構成によっても、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。
In the
<第2実施形態>
次に、本発明の振動素子の第2実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the resonator element according to the invention will be described.
図8は、本発明の第2実施形態にかかる振動素子の斜視図である。図9は、図8に示す振動素子が有する梁部の形成方法を説明する断面図である。 FIG. 8 is a perspective view of the resonator element according to the second embodiment of the invention. FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a beam portion included in the vibration element shown in FIG.
以下、第2実施形態の振動素子について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the resonator element according to the second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
本発明の第2実施形態にかかる振動素子は、圧電基板の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。 The vibration element according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment described above except that the configuration of the piezoelectric substrate is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above.
図8に示すように、本実施形態の振動素子1では、水晶基板2の両主面に凹陥部を形成することで振動部21が形成されている。言い換えると、厚肉部22の表面(−Y’軸側の主面)は、振動部21の表面(+Y’軸側の主面)よりも+Y’軸側へ突出して設けられており、厚肉部22の裏面(−Y’軸側の主面)は、振動部21の裏面(−Y’軸側の主面)よりも−Y’軸側へ突出して設けられている。このように、水晶基板2の両主面に凹陥部を形成して振動部21を形成することで、例えば、前述した第1実施形態と比較して、凹陥部のエッチング深さを浅くすることができる。そのため、エッチングをより精度よく行うことができ、水晶基板2の外形形状をより高精度に得ることができる。また、傾斜部231、241の幅を小さくすることができるため、振動素子1の小型化を図ることもできる。
As shown in FIG. 8, in the
なお、本実施形態では、振動部21を形成するために、図9に示すように、水晶基板2の両側から凹陥部210A、210Bを形成する。凹陥部210Aでは、−Z’軸側の壁面Z3が緩い傾斜となり、反対に、凹陥部210Bでは、−Z’軸側の壁面Z4が急な傾斜となる。そのため、例えば、壁面Z3と交わる仮想XY’面F3で水晶基板2を切断すれば、振動部21の上面側にだけ突出する梁部25が得られる。
In the present embodiment, in order to form the
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。 Also according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
2.振動子
次に、前述した振動素子1を適用した振動子(本発明の振動子)について説明する。
2. Next, a vibrator (the vibrator of the present invention) to which the above-described
図10は、本発明の振動子の好適な実施形態を示す断面図である。
図10に示す振動子10は、前述した振動素子1と、振動素子1を収容するパッケージ4とを有している。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the vibrator of the present invention.
A
(パッケージ)
パッケージ4は、上面に開放する凹部411を有する箱状のベース41と、凹部411の開口を塞いでベース41に接合された板状のリッド42とを有している。そして、凹部411がリッド42によって塞がれることにより形成された収容空間Sに振動素子1が収納されている。収容空間Sは、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。
(package)
The package 4 includes a box-shaped
ベース41の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。また、リッド42の構成材料としては、特に限定されないが、ベース41の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース41の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。なお、ベース41とリッド42の接合は、特に限定されず、例えば、接着材を介して接合してもよいし、シーム溶接等により接合してもよい。
The constituent material of the
ベース41の凹部411の底面には、接続電極451、461が形成されている。また、ベース41の下面には、外部実装端子452、462が形成されている。接続電極451は、ベース41に形成された図示しない内部配線を介して外部実装端子452と電気的に接続されており、接続電極461は、ベース41に形成された図示しない内部配線を介して外部実装端子462と電気的に接続されている。
接続電極451、461、外部実装端子452、462の構成としては、それぞれ、導電性を有していれば、特に限定されないが、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で構成することができる。
The configurations of the
収容空間S内に収容されている振動素子1は、表面をベース41側に向けて、マウント部29において、導電性接着材51によってベース41に固定されている。導電性接着材51は、接続電極451とパッド電極33とに接触して設けられている。これにより、導電性接着材51を介して接続電極451とパッド電極33とが電気的に接続される。導電性接着材51を用いて振動素子1を一カ所(一点)で支持することによって、例えば、ベース41と水晶基板2の熱膨張率の差によって振動素子1に発生する応力を抑えることができる。
The
導電性接着材51としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着材に導電性フィラーを分散させたものを用いることができる。
The
振動素子1のパッド電極34は、ボンディングワイヤー52を介して接続電極461に電気的に接続されている。前述したように、パッド電極34は、パッド電極33と対向して配置されているため、振動素子1がベース41に固定されている状態では、導電性接着材51の直上に位置している。そのため、ワイヤーボンディング時にパッド電極34に与える振動(超音波振動)の漏れを抑制することができ、パッド電極34へのボンディングワイヤー52の接続をより確実に行うことができる。
The
3.発振器
次に、本発明の振動素子を適用した発振器(本発明の発振器)について説明する。
3. Next, an oscillator to which the vibration element of the present invention is applied (the oscillator of the present invention) will be described.
図11は、本発明の発振器の好適な実施形態を示す断面図である。
図11に示す発振器100は、振動子10と、振動素子1を駆動するためのICチップ110とを有している。以下、発振器100について、前述した振動子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the oscillator of the present invention.
An
図11に示すように、発振器100では、ベース41の凹部411にICチップ110が固定されている。ICチップ110は、凹部411の底面に形成された複数の内部端子120と電気的に接続されている。複数の内部端子120には、接続電極451、461と接続されているものと、外部実装端子452、462と接続されているものがある。ICチップ110は、振動素子1の駆動を制御するための発振回路を有している。ICチップ110によって振動素子1を駆動すると、所定の周波数の信号を取り出すことができる。
As shown in FIG. 11, in the
4.電子機器
次に、本発明の振動素子を適用した電子機器(本発明の電子機器)について説明する。
4). Next, an electronic device to which the vibration element of the present invention is applied (electronic device of the present invention) will be described.
図12は、本発明の電子機器を適用したモバイル型(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1108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子10(振動素子1)が内蔵されている。
FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which the electronic apparatus of the present invention is applied. In this figure, a
図13は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機(スマートフォン、PHS等も含む)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1208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子10(振動素子1)が内蔵されている。
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including a smartphone, a PHS, and the like) to which the electronic device of the present invention is applied. In this figure, a
図14は、本発明の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である。この図において、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1310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1310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など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1310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。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子10(振動素子1)が内蔵されている。
FIG. 14 is a perspective view showing a configuration of a digital still camera to which the electronic apparatus of the present invention is applied. In this figure, a
なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図12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13の携帯電話機、図14のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、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)、フライトシミュレーター等に適用することができる。 Note that the electronic device including the vibration element of the present invention includes, for example, a smartphone, a tablet terminal, a watch in addition to the personal computer (mobile personal computer) in FIG. 12, the mobile phone in FIG. 13, and the digital still camera in FIG. , Inkjet dispenser (for example, inkjet printer), laptop personal computer, TV, video camera, video tape recorder, car navigation device, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game machine , Word processor, workstation, video phone, security TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (eg, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish school Machine, various Constant devices, gauges (e.g., gages for vehicles, aircraft, and ships), can be applied to a flight simulator or the like.
5.移動体
次に、本発明の振動素子を適用した移動体(本発明の移動体)について説明する。
5. Next, a moving body (moving body of the present invention) to which the vibration element of the present invention is applied will be described.
図15は、本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には、振動子10(振動素子1)が搭載されている。振動子10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。
FIG. 15 is a perspective view schematically showing an automobile as an example of the moving object of the present invention. The
以上、本発明の振動素子、振動子、発振器、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。 As described above, the resonator element, the vibrator, the oscillator, the electronic device, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is the same. It can be replaced with any configuration having the above function. In addition, any other component may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment mentioned above suitably.
1……振動素子
10……振動子
100……発振器
110……ICチップ
120……内部端子
2……水晶基板
21……振動部
210、210A、210B……凹陥部
211……第1外縁
212……第2外縁
213……第3外縁
214……第4外縁
219……振動領域
22……厚肉部
23……第1厚肉部
231……傾斜部
232……厚肉部本体
24……第2厚肉部
241……傾斜部
242……厚肉部本体
243……外縁部
25……梁部
251……上面
29……マウント部
3……電極
31、32……励振電極
33、34……パッド電極
35、36……引出電極
4……パッケージ
41……ベース
411……凹部
42……リッド
451……接続電極
452……外部実装端子
461……接続電極
462……外部実装端子
51……導電性接着材
52……ボンディングワイヤー
91……接着材
92……対象物
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
1108……表示部
1200……携帯電話機
1202……操作ボタン
1204……受話口
1206……送話口
1208……表示部
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
1310……表示部
1500……自動車
F1、F2、F3……面
S……収容空間
T、T1……厚み
Z1、Z2、Z21、Z22、Z23、Z3、Z4……壁面
θ……角度
θ1……傾斜角
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記Z軸のプラス側を前記Y軸のマイナス側へ傾けた軸をZ’軸とし、
前記Y軸のプラス側を前記Z軸のプラス側へ傾けた軸をY’軸としたとき、
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水晶基板を含み、
前記水晶基板は、
厚みすべり振動で振動する振動領域を含む第1領域と、
前記第1領域の外縁と一体化され、前記第1領域よりも厚さが厚い第2領域と、
前記第1領域の外縁に一体的に配置されている梁部と、
を含み、
前記第1領域は、
前記Z’軸方向に沿った第1外縁及び第2外縁と、
前記X軸方向に沿った第2外縁及び第4外縁と、
を含み、
前記第1外縁は、前記第2外縁と、前記X軸方向に離間し、
前記第3外縁は、前記第4外縁と、前記Z’軸方向に離間し、
前記第2領域は、
前記第1外縁に沿って設けられ、対象物に固定される固定部が設けられている第1厚肉部と、
前記第3外縁に沿って設けられている第2厚肉部と、
を含み、
前記梁部は、前記第4外縁に沿って配置されており、前記第1領域をウエットエッチングで形成するときに生じるエッチング残渣によって構成されていることを特徴とする振動素子。 With the X axis of the orthogonal coordinate system consisting of the X axis as the electrical axis that is the crystal axis of quartz, the Y axis as the mechanical axis, and the Z axis as the optical axis,
An axis inclined from the positive side of the Z axis to the negative side of the Y axis is defined as a Z ′ axis,
When the axis that tilts the positive side of the Y axis to the positive side of the Z axis is the Y ′ axis,
A quartz substrate having a plane including the X axis and the Z ′ axis as a main surface and a thickness along the direction along the Y ′ axis;
The quartz substrate is
A first region including a vibration region that vibrates by thickness shear vibration;
A second region that is integrated with an outer edge of the first region and is thicker than the first region;
A beam portion integrally disposed on an outer edge of the first region;
Including
The first region is
A first outer edge and a second outer edge along the Z′-axis direction;
A second outer edge and a fourth outer edge along the X-axis direction;
Including
The first outer edge is separated from the second outer edge in the X-axis direction,
The third outer edge is separated from the fourth outer edge in the Z′-axis direction,
The second region is
A first thick part provided along the first outer edge and provided with a fixing part fixed to the object;
A second thick portion provided along the third outer edge;
Including
The beam element is arranged along the fourth outer edge, and is constituted by an etching residue generated when the first region is formed by wet etching.
前記第2領域の厚さをT、
前記梁部の厚さをT1としたとき、
T>T1なる関係を満足していることを特徴とする振動素子。 In claim 1,
The thickness of the second region is T,
When the thickness of the beam portion is T1,
A vibration element characterized by satisfying a relationship of T> T1.
0.1≦T1/T≦0.8なる関係を満足していることを特徴とする振動素子。 In claim 2,
A vibration element characterized by satisfying a relationship of 0.1 ≦ T1 / T ≦ 0.8.
0.3≦T1/T≦0.6なる関係を満足していることを特徴とする振動素子。 In claim 3,
A vibration element characterized by satisfying a relationship of 0.3 ≦ T1 / T ≦ 0.6.
前記第1領域は、前記ウエットエッチングによって前記Y’軸のプラス側から前記水晶基板に凹陥部を形成することで形成されており、
前記第4外縁は、前記第3外縁に対してZ軸のマイナス側に位置していることを特徴とする振動素子。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The first region is formed by forming a recess in the quartz substrate from the positive side of the Y ′ axis by the wet etching,
The vibration element, wherein the fourth outer edge is located on the negative side of the Z axis with respect to the third outer edge.
前記第1領域は、前記ウエットエッチングによって前記Y’軸のマイナス側から前記水晶基板に凹陥部を形成することで形成されており、
前記第4外縁は、前記第3外縁に対してZ軸のプラス側に位置していることを特徴とする振動素子。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The first region is formed by forming a recess in the quartz substrate from the negative side of the Y ′ axis by the wet etching,
The vibrating element according to claim 4, wherein the fourth outer edge is located on the positive side of the Z axis with respect to the third outer edge.
前記水晶基板の平面視で、
前記第2厚肉部は、前記X軸および前記Z’軸の両軸に対してそれぞれ傾斜する外縁部を含むことを特徴とする振動素子。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
In plan view of the quartz substrate,
The second thick portion includes an outer edge portion that is inclined with respect to both the X-axis and the Z′-axis.
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。 The vibration element according to any one of claims 1 to 7,
A package containing the vibration element;
A vibrator characterized by comprising:
回路と、
を備えていることを特徴とする発振器。 The vibration element according to any one of claims 1 to 7,
Circuit,
An oscillator comprising:
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