JP2023031666A - 振動素子および発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】インダクタンスのＱ値の低下を抑制することのできる振動素子および発振器を提供すること。【解決手段】振動素子は、表裏関係にある第１面および第２面を有し、第１無電極領域を備える振動片と、前記第１無電極領域を避けて前記振動片に配置されている電極パターンと、を有し、前記電極パターンは、前記第１面に配置されている第１励振電極と、前記第２面に前記第１励振電極と対向して配置されている第２励振電極と、前記第１面に配置され、前記第１無電極領域を囲む螺旋状の第１電極パターンと、を有し、前記第１無電極領域は、前記第１電極パターンに発生する磁束の中心軸と交差している。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子および発振器に関する。

従来から、水晶振動片の両面に励振電極が配置された水晶振動素子が広く知られている。例えば、特許文献１には、励振電極およびパッド電極に加えて、螺旋状の電極パターンで構成されたインダクタが配置された水晶振動素子が開示されている。

特開２０１４－２３０１５号公報

しかしながら、特許文献１の水晶振動素子では、パッド電極をインダクタの中心部に配置しているため、インダクタが生成する多くの磁束がパッド電極を通過することにより渦電流損失が生じ、インダクタンスのＱ値が低下してしまうという課題があった。

本発明の振動素子は、表裏関係にある第１面および第２面を有し、第１無電極領域を備える振動片と、
前記第１無電極領域を避けて前記振動片に配置されている電極パターンと、を有し、
前記電極パターンは、
前記第１面に配置されている第１励振電極と、
前記第２面に前記第１励振電極と対向して配置されている第２励振電極と、
前記第１面に配置され、前記第１無電極領域を囲む螺旋状の第１電極パターンと、を有し、
前記第１無電極領域は、前記第１電極パターンに発生する磁束の中心軸と交差している。

本発明の発振器は、上述の振動素子と、
前記振動素子を発振させる回路素子と、
前記振動素子および前記回路素子を収容するパッケージと、を有する。

第１実施形態に係る振動素子の上面図である。 図１に示す振動素子の下面図である。 図１中のＡ－Ａ線断面図である。 振動素子の効果を説明するための模式的な断面図である。 第２実施形態に係る振動素子の上面図である。 図５に示す振動素子の下面図である。 第３実施形態に係る発振器を示す断面図である。 図７に示す発振器の上面図である。 回路素子が有する回路の一例を示す回路図である。 振動部の等価回路の一例を説明する回路図である。

以下、本発明の振動素子および発振器の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動素子の上面図である。図２は、図１に示す振動素子の下面図である。図３は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図４は、振動素子の効果を説明するための模式的な断面図である。

図１および図２に示すように、振動素子１は、振動片２と、振動片２の表面に配置された電極パターン３と、を有する。

振動片２は、ＡＴカットの水晶基板である。ただし、振動片２としては、ＡＴカットの水晶基板に限定されない。ＡＴカットの水晶基板は、厚みすべり振動モードを有し、三次の周波数温度特性を有する。そのため、振動素子１は、優れた温度特性を有する。ＡＴカットの水晶基板は、水晶の結晶軸である電気軸、機械軸、光学軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたとき、Ｘ－Ｚ面をＸ軸回りに約３５°１５’回転させた平面に沿って切り出した水晶基板である。

なお、Ｘ軸まわりに回転したＹ軸およびＺ軸をＹ’軸およびＺ’軸とし、各図には、説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ’軸およびＺ軸’を図示している。また、後述する第３実施形態の発振器１００のように、振動素子１は、Ｘ軸方向の矢印と反対側の端部において支持されることから、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸方向の矢印側を振動素子１の「先端側」とし、反対側を振動素子１の「基端側」とする。また、以下では、説明の便宜上、Ｙ’軸方向の矢印側を下側とし、反対側を上側とする。

図１および図２に示すように、振動片２は、板状をなし、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有する。また、振動片２は、厚さ方向すなわちＹ’軸方向からの平面視において、Ｘ軸方向を長手方向とし、Ｚ’軸方向を短手方向とし、先端側に位置する１つの角部が切り取られた略五角形状となっている。振動片２をこのような形状とすることにより、振動素子１の先端部の軽量化を図ることができる。そのため、衝撃を受けた際の先端部の撓みや振動が抑制され、耐衝撃性に優れる振動素子１となる。ただし、振動片２の形状は、特に限定されない。例えば、先端側に位置する角部が切り取られておらず、略長方形状となっていてもよい。

また、図１ないし図３に示すように、振動片２の先端部には上面２ａに開口する凹没部２０が形成されている。そのため、振動片２は、凹没部２０により薄肉化された第１領域２１と、第１領域２１の周囲に位置し、第１領域２１よりも厚い第２領域２２と、を有する。そして、後述するように、第１領域２１の両面に第１、第２励振電極３１、３２が配置されており、第１領域２１の第１、第２励振電極３１、３２に挟まれた部分が振動部２１１となる。

つまり、振動素子１は、所謂「逆メサ構造」となっている。このような逆メサ構造によれば、振動素子１の強度を十分に保ちつつ、振動素子１の発振周波数を高くすることができる。ただし、振動片２としては、これに限定されない。例えば、凹没部２０は、上面２ａのみならず下面２ｂにも形成されていてもよい。また、例えば、第１領域２１が第２領域２２よりも厚い所謂「メサ構造」であってもよいし、振動片２全体が均一な厚みを有する平板構造であってもよい。また、その他、コンベックス加工やベベル加工が施されていてもよい。

また、図１および図２に示すように、振動片２の第２領域２２には、電極パターン３が形成されていない第１無電極領域Ｓ１、第２無電極領域Ｓ２、第３無電極領域Ｓ３、第４無電極領域Ｓ４および第５無電極領域Ｓ５が設けられている。これら第１～第５無電極領域Ｓ１～Ｓ５については、電極パターン３の説明の中で説明する。

次に、電極パターン３について説明する。電極パターン３は、例えば、スパッタリング、蒸着等の各種成膜技術によって振動片２の表面全域に金属膜を成膜し、成膜した金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて所望の形状にパターニングすることにより形成されている。ただし、電極パターン３の形成方法は、特に限定されない。

図１および図２に示すように、電極パターン３は、前述したように、第１無電極領域Ｓ１、第２無電極領域Ｓ２、第３無電極領域Ｓ３、第４無電極領域Ｓ４および第５無電極領域Ｓ５を避けて配置されている。このような電極パターン３は、上面２ａ側に配置された第１励振電極３１、第１パッド電極３３および第１引出電極３５からなる上面側電極パターン３ａと、下面２ｂ側に配置された第２励振電極３２、第２パッド電極３４および第２引出電極３６からなる下面側電極パターン３ｂと、を有する。

図１および図２に示すように、第１励振電極３１は、第１領域２１の上面２ａに配置されている。また、第１パッド電極３３は、第２領域２２の上面２ａのみならず側面を介して下面２ｂにも配置されている。そして、第１励振電極３１と第１パッド電極３３とが上面２ａに配置された第１引出電極３５を介して電気的に接続されている。

同様に、第２励振電極３２は、第１領域２１の下面２ｂに第１励振電極３１と対向して配置されている。前述したように、第１領域２１の第１、第２励振電極３１、３２に挟まれた部分が振動部２１１となる。また、第２パッド電極３４は、第２領域２２の下面２ｂのみならず側面を介して上面２ａにも配置されている。そして、第２励振電極３２と第２パッド電極３４とが下面２ｂに配置された第２引出電極３６を介して電気的に接続されている。

また、第１パッド電極３３と第２パッド電極３４とは、振動片２の基端部において、互いに接触しないようにＺ’軸方向に並んで配置されている。また、上面側電極パターン３ａは、全体的にＺ’軸方向の矢印側に偏って形成されており、下面側電極パターン３ｂは、全体的にＺ’軸方向の矢印の反対側に偏って形成されている。そのため、第１引出電極３５と第２引出電極３６との間にスペースが形成されている。

電極パターン３は、さらに、そのスペースに配置され、インダクタとして機能するインダクタパターン３０を有する。図１ないし図３に示すように、インダクタパターン３０は、第２領域２２の上面２ａに配置された螺旋状の第１電極パターン３７と、平面視で第１電極パターン３７と重なるように第２領域２２の下面２ｂに配置された螺旋状の第２電極パターン３８と、振動片２を貫通し、第１電極パターン３７と第２電極パターン３８とを電気的に接続する貫通電極３９と、を有する。

このように、インダクタパターン３０が第１、第２電極パターン３７、３８を有することにより、振動素子１の過度な大型化を伴うことなく、振動素子１上に巻き数の多いインダクタを形成することができる。なお、本実施形態では、第１電極パターン３７および第２電極パターン３８は、内径、外径、線幅、巻回ピッチ等が互いに同じとなるように設計されている。ただし、これに限定されず、上記条件の少なくとも１つが互いに異なっていてもよい。また、本実施形態では、第１、第２電極パターン３７、３８の螺旋形状が略四角形であるが、これらの形状は、特に限定されず、例えば、六角形、八角形、円形、楕円形等であってもよい。

図１に示すように、第１電極パターン３７は、Ｙ’軸方向からの平面視で、第１無電極領域Ｓ１を囲むように螺旋状に巻回して形成されている。言い換えると、第１電極パターン３７の内側に第１無電極領域Ｓ１が位置している。また、第１電極パターン３７は、その外周側の端部において第１引出電極３５に電気的に接続され、内周側の端部において貫通電極３９に電気的に接続されている。同様に、第２電極パターン３８は、Ｙ’軸方向からの平面視で、第１無電極領域Ｓ１を囲むように螺旋状に巻回して形成されている。言い換えると、第２電極パターン３８の内側に第１無電極領域Ｓ１が位置している。また、第２電極パターン３８は、その外周側の端部において第２引出電極３６に電気的に接続され、内周側の端部において貫通電極３９に電気的に接続されている。そのため、本実施形態では、インダクタパターン３０は、振動素子１に対して並列に接続されている。

このようなインダクタパターン３０は、発振回路の発振ループに挿入されるインダクタンスであり、一般に伸長コイルあるいは単にコイルと称される。本実施形態では、前述したように、インダクタパターン３０によるインダクタンスが振動素子１と並列接続された構成となっているため、例えば、後述する第３実施形態のような発振器１００に搭載した場合に、発振回路における各電極間の浮遊容量をキャンセルすることができる。

特に、振動素子１では、第１、第２電極パターン３７、３８を第１無電極領域Ｓ１の周囲に配置しているため、図４に示すように、インダクタパターン３０に発生する磁束Ｑの中心軸Ｊが第１無電極領域Ｓ１と交差することになる。そのため、インダクタパターン３０に発生する磁束Ｑが第１無電極領域Ｓ１を通過するため、電極パターン３に渦電流が生じ難く、渦電流損失を抑制することができる。したがって、Ｑ値の高いインダクタンスを実現することができる。また、Ｑ値の高いインダクタンスを実現できることから、インダクタパターン３０の小型化を図ることができ、振動素子１の小型化に寄与する。

なお、第１無電極領域Ｓ１の幅Ｗ１としては、特に限定されないが、第１電極パターン３７の巻回ピッチをＰとしたとき、Ｗ１≧Ｐであることが好ましく、Ｗ１≧２Ｐであることがより好ましい。これにより、第１無電極領域Ｓ１を十分に大きく確保することができ、上述の効果をより確実に発揮することができる。一方で、幅Ｗ１の上限値としては、特に限定されないが、振動素子１の過度な大型化を抑制する観点からＷ≦１００Ｐであることが好ましく、Ｗ１≦５０Ｐであることがより好ましい。なお、幅Ｗ１は、例えば、第１電極パターン３７に内接する円Ｅの直径として言い換えることができる。

また、図１に示すように、Ｙ’軸方向からの平面視で、上面２ａ側にある第１電極パターン３７と、下面２ｂ側にある下面側電極パターン３ｂとの間には、電極パターン３が存在しない第４無電極領域Ｓ４および第５無電極領域Ｓ５が形成されている。第４無電極領域Ｓ４は、第１電極パターン３７と第２パッド電極３４との間に形成されており、第５無電極領域Ｓ５は、第１電極パターン３７と第２引出電極３６との間に形成されている。このような第４、第５無電極領域Ｓ４、Ｓ５を有することにより、図４に示すように、インダクタパターン３０に発生する磁束Ｑが第４、第５無電極領域Ｓ４、Ｓ５を通過するため、電極パターン３に渦電流が生じ難く、渦電流損失を抑制することができる。そのため、Ｑ値の高いインダクタンスを実現することができる。

なお、第４無電極領域Ｓ４の幅Ｗ４としては、特に限定されないが、Ｗ４≧Ｐであることが好ましく、Ｗ４≧２Ｐであることがより好ましい。これにより、第４無電極領域Ｓ４を十分に大きく確保することができ、上述の効果をより確実に発揮することができる。一方で、幅Ｗ４の上限値としては、特に限定されないが、振動素子１の過度な大型化を抑制する観点からＷ４≦１００Ｐであることが好ましく、Ｗ４≦５０Ｐであることがより好ましい。なお、幅Ｗ４は、例えば、Ｙ’軸方向からの平面視における第１電極パターン３７と第２パッド電極３４との最小離間距離の意味である。

また、第５無電極領域Ｓ５の幅Ｗ５としては、特に限定されないが、Ｗ５≧Ｐであることが好ましく、Ｗ５≧２Ｐであることがより好ましい。これにより、第５無電極領域Ｓ５を十分に大きく確保することができ、上述の効果をより確実に発揮することができる。一方で、幅Ｗ５の上限値としては、特に限定されないが、振動素子１の過度な大型化を抑制する観点からＷ５≦１００Ｐであることが好ましく、Ｗ５≦５０Ｐであることがより好ましい。なお、幅Ｗ５は、例えば、Ｙ’軸方向からの平面視における第１電極パターン３７と第２引出電極３６との最小離間距離の意味である。

また、図２に示すように、Ｙ’軸方向からの平面視で、下面２ｂ側にある第２電極パターン３８と、上面２ａ側にある上面側電極パターン３ａとの間には、電極パターン３が存在しない第２無電極領域Ｓ２および第３無電極領域Ｓ３が形成されている。第２無電極領域Ｓ２は、第２電極パターン３８と第１パッド電極３３との間に形成されており、第３無電極領域Ｓ３は、第２電極パターン３８と第１引出電極３５との間に形成されている。このような第２、第３無電極領域Ｓ２、Ｓ３を有することにより、図４に示すように、インダクタパターン３０に発生する磁束Ｑが第２、第３無電極領域Ｓ２、Ｓ３を通過するため、電極パターン３に渦電流が生じ難く、渦電流損失を抑制することができる。そのため、Ｑ値の高いインダクタンスを実現することができる。なお、本実施形態において第１電極パターン３７と第２電極パターン３８とは平面視で重なっているので、第２無電極領域Ｓ２は、第１電極パターン３７と第１パッド電極３３との間に形成されているということもできる。同様に、第３無電極領域Ｓ３は、第１電極パターン３７と第１引出電極３５との間に形成されているということもできる。

なお、第２無電極領域Ｓ２の幅Ｗ２としては、特に限定されないが、例えば、第４無電極領域Ｓ４の幅Ｗ４と同程度であることが好ましい。これにより、第２無電極領域Ｓ２を十分に大きく確保することができ、上述の効果をより確実に発揮することができる。また、振動素子１の過度な大型化を抑制することができる。なお、幅Ｗ２は、例えば、Ｙ’軸方向からの平面視における第２電極パターン３８と第１パッド電極３３との最小離間距離の意味である。また、本実施形態においては、幅Ｗ２は、Ｙ’軸方向からの平面視における第１電極パターン３７と第１パッド電極３３との最小離間距離でもある。

また、第３無電極領域Ｓ３の幅Ｗ３としては、特に限定されないが、例えば、第５無電極領域Ｓ５の幅Ｗ５と同程度であることが好ましい。これにより、第３無電極領域Ｓ３を十分に大きく確保することができ、上述の効果をより確実に発揮することができる。また、振動素子１の過度な大型化を抑制することができる。なお、幅Ｗ３は、例えば、Ｙ’軸方向からの平面視における第２電極パターン３８と第１引出電極３５との最小離間距離の意味である。また、本実施形態においては、幅Ｗ３は、Ｙ’軸方向からの平面視における第１電極パターン３７と第１引出電極３５との最小離間距離でもある。

以上、振動素子１について説明した。このような振動素子１は、前述したように、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有し、第１無電極領域Ｓ１を備える振動片２と、第１無電極領域Ｓ１を避けて振動片２に配置されている電極パターン３と、を有する。また、電極パターン３は、上面２ａに配置されている第１励振電極３１と、下面２ｂに第１励振電極３１と対向して配置されている第２励振電極３２と、上面２ａに配置され、第１無電極領域Ｓ１を囲む螺旋状の第１電極パターン３７と、を有する。そして、第１無電極領域Ｓ１は、第１電極パターン３７に発生する磁束Ｑの中心軸Ｊと交差している。このような構成によれば、第１電極パターン３７に発生する磁束Ｑが電極パターン３を通過し難くなり、渦電流損失を抑制することができる。そのため、Ｑ値の高いインダクタンスを実現することができる。また、Ｑ値の高いインダクタンスを実現することができることから、インダクタパターン３０の小型化を図ることができ、振動素子１の小型化に寄与する。

また、前述したように、第１無電極領域Ｓ１の幅Ｗ１は、第１電極パターン３７の巻回ピッチＰ以上である。これにより、第１無電極領域Ｓ１を十分に大きく確保することができ、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、電極パターン３は、下面２ｂに配置され、第１無電極領域Ｓ１を囲む螺旋状をなし、第１電極パターン３７と電気的に接続されている第２電極パターン３８と、上面２ａに配置され、第１励振電極３１と電気的に接続されている第１パッド電極３３と、を有する。また、振動片２は、振動片２の平面視において、第２電極パターン３８と第１パッド電極３３との間に電極パターン３が配置されていない第２無電極領域Ｓ２を備えている。そのため、第２電極パターン３８の周囲においても、第２電極パターン３８に発生する磁束Ｑが電極パターン３を通過し難くなり、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、第２無電極領域Ｓ２の幅Ｗ２は、第１電極パターン３７の巻回ピッチＰ以上である。これにより、第２無電極領域Ｓ２を十分に大きく確保することができ、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、電極パターン３は、上面２ａに配置され、第１励振電極３１と第１パッド電極３３とを電気的に接続している第１引出電極３５を有する。また、振動片２は、振動片２の平面視において、第２電極パターン３８と第１引出電極３５との間に電極パターン３が配置されていない第３無電極領域Ｓ３を備えている。そのため、第２電極パターン３８の周囲においても、第２電極パターン３８に発生する磁束Ｑが電極パターン３を通過し難くなり、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、第３無電極領域Ｓ３の幅Ｗ３は、第１電極パターン３７の巻回ピッチＰ以上である。これにより、第３無電極領域Ｓ３を十分に大きく確保することができ、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、電極パターン３は、下面２ｂに配置され、第２励振電極３２と電気的に接続されている第２パッド電極３４を有する。また、振動片２は、振動片２の平面視において、第１電極パターン３７と第２パッド電極３４との間に電極パターン３が配置されていない第４無電極領域Ｓ４を備えている。そのため、第１電極パターン３７の周囲においても、第１電極パターン３７に発生する磁束Ｑが電極パターン３を通過し難くなり、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、第４無電極領域Ｓ４の幅Ｗ４は、第１電極パターン３７の巻回ピッチＰ以上である。これにより、第４無電極領域Ｓ４を十分に大きく確保することができ、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、電極パターン３は、下面２ｂに配置され、第２励振電極３２と第２パッド電極３４とを電気的に接続している第２引出電極３６を有する。また、振動片２は、振動片２の平面視において、第１電極パターン３７と第２引出電極３６との間に電極パターン３が配置されていない第５無電極領域Ｓ５を備えている。そのため、第１電極パターン３７の周囲においても、第１電極パターン３７に発生する磁束Ｑが電極パターン３を通過し難くなり、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、第５無電極領域Ｓ５の幅Ｗ５は、第１電極パターン３７の巻回ピッチＰ以上である。これにより、第５無電極領域Ｓ５を十分に大きく確保することができ、渦電流損失をより効果的に抑制することができる。

以上、本実施形態の振動素子１について説明したが、振動素子１としては、これに限定されない。例えば、求められるインダクタンス値によっては、インダクタパターン３０から第２電極パターン３８を省略してもよい。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る振動素子の上面図である。図６は、図５に示す振動素子の下面図である。

本実施形態の振動素子１では、インダクタパターン３０が振動素子１に対して直列接続されていること以外は、前述した第１実施形態の振動素子１と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図５および図６に示すように、本実施形態の振動素子１では、インダクタパターン３０は、第１引出電極３５の途中に接続されている。具体的には、第１引出電極３５は、上面２ａに配置され、一端が第１励振電極３１に接続されている第１分部３５１と、下面２ｂに配置され、一端が第１パッド電極３３に接続されている第２部分３５２と、を有し、第１分部３５１と第２部分３５２とがインダクタパターン３０を介して接続されている。

このように、本実施形態では、インダクタパターン３０によるインダクタンスが振動素子１と直列接続された構成となっている。そのため、例えば、振動素子１を組み込んだ発振器の周波数可変幅を大きくすることができる。

以上のような第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。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態に係る発振器を示す断面図である。図８は、図７に示す発振器の上面図である。図９は、回路素子が有する回路の一例を示す回路図である。図１０は、振動部の等価回路の一例を説明する回路図である。

図７および図８に示す発振器１００は、振動素子１と、振動素子１を発振させる発振回路８０を含む回路素子８と、振動素子１および回路素子８を収容するパッケージ９と、を有する。また、パッケージ９は、上面に開口する凹部９１１を備えるベース９１と、凹部９１１の開口を塞ぐようにベース９１の上面に接合部材９３を介して接合された板状のリッド９２と、を有する。また、パッケージ９の内側には、凹部９１１によって気密な内部空間が形成され、この内部空間に振動素子１および回路素子８が収容されている。

例えば、ベース９１は、アルミナ等のセラミックスで構成され、リッド９２は、コバール等の金属材料で構成されている。ただし、ベース９１およびリッド９２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。また、内部空間は、減圧状態、好ましくは、より真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減少して振動素子１の振動特性が向上する。ただし、内部空間の雰囲気は、特に限定されない。

また、凹部９１１は、ベース９１の上面に開口する第１凹部９１１ａと、第１凹部９１１ａの底面に開口し、第１凹部９１１ａよりも小さい第２凹部９１１ｂと、を有する。そして、第２凹部９１１ｂの底面に回路素子８が配置されており、第１凹部９１１ａの底面に振動素子１が配置されている。なお、振動素子１は、第２領域２２において第１凹部９１１ａの底面に固定されている。第２領域２２は、第１領域２１よりも厚肉のため、固定状態がより安定する。

また、第２凹部９１１ｂの底面には、導電性の接合部材Ｂ１を介して回路素子８と電気的に接続された複数の内部端子９５１が配置され、第１凹部９１１ａの底面には、導電性の接合部材Ｂ２を介して振動素子１と電気的に接続された複数の内部端子９５２が配置され、ベース９１の下面には複数の外部端子９５３が配置されている。複数の内部端子９５１の一部は、図示しない内部配線を介して外部端子９５３に接続されており、残りの一部は、図示しない内部配線を介して内部端子９５２に接続されている。これにより、振動素子１と回路素子８とが電気的に接続され、回路素子８と外部端子９５３とが電気的に接続された状態となる。

図９は、発振器１００の回路図の一例であり、この回路には、増幅器８１、コンデンサ８２、８３、可変容量ダイオード８４、制御電圧入力端子８５、制御電圧印加用抵抗８６、電圧制御型水晶発振器の周波数出力端子８７が設けられている。この回路図からも分かるように、発振器１００は、インダクタパターン３０によるインダクタンスが振動素子１（振動部２１１）と並列接続された構成となっている。そのため、発振回路８０における各電極間の浮遊容量をキャンセルすることができる。

図１０に示すように、振動部２１１の一般的な等価回路は、等価直列インダクタンス７１、等価直列容量７２、等価直列抵抗７３が直列接続され、これらに等価並列容量７４が並列接続された回路で示される。インダクタパターン３０は、等価並列容量７４を含む浮遊容量をキャンセルすることができる。

なお、等価並列容量７４をＣ０、等価直列容量７２をＣ１とするときＣ０／Ｃ１が小さい方が好ましい。これにより、周波数レンジを広くすることができる。また、振動素子１の振動周波数をω、インダクタパターン３０のインダクタンスをＬとしたとき、ωＣ０＞１／（ωＬ）の範囲にＬを設定するのが好ましい。これにより、Ｃ０の影響をキャンセルすることができる。

以上、発振器１００について説明した。このような発振器１００は、前述したように、振動素子１と、振動素子１を発振させる回路素子８と、振動素子１および回路素子８を収容するパッケージ９と、を有する。これにより、前述した振動素子１の効果を享受することができ、信頼性の高い発振器１００となる。

また、前述したように、振動素子１は、第１励振電極３１および第２励振電極３２が設けられている第１領域２１の厚さが、第１電極パターン３７が設けられている第２領域２２の厚さよりも薄い。これにより、振動素子１の発振周波数を高くすることができる。

また、前述したように、振動素子１は、第２領域２２においてパッケージ９に固定されている。第２領域２２は、第１領域２１よりも厚肉のため、固定状態がより安定する。

以上のような第３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。

以上、本発明の振動素子および発振器を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、１００…発振器、２…振動片、２ａ…上面、２ｂ…下面、２０…凹没部、２１…第１領域、２１１…振動部、２２…第２領域、３…電極パターン、３ａ…上面側電極パターン、３ｂ…下面側電極パターン、３０…インダクタパターン、３１…第１励振電極、３２…第２励振電極、３３…第１パッド電極、３４…第２パッド電極、３５…第１引出電極、３５１…第１分部、３５２…第２部分、３６…第２引出電極、３７…第１電極パターン、３８…第２電極パターン、３９…貫通電極、７１…等価直列インダクタンス、７２…等価直列容量、７３…等価直列抵抗、７４…等価並列容量、８…回路素子、８０…発振回路、８１…増幅器、８２…コンデンサ、８３…コンデンサ、８４…可変容量ダイオード、８５…制御電圧入力端子、８６…制御電圧印加用抵抗、８７…周波数出力端子、９…パッケージ、９１…ベース、９１１…凹部、９１１ａ…第１凹部、９１１ｂ…第２凹部、９２…リッド、９３…接合部材、９５１…内部端子、９５２…内部端子、９５３…外部端子、Ｂ１…接合部材、Ｂ２…接合部材、Ｅ…円、Ｊ…中心軸、Ｐ…巻回ピッチ、Ｑ…磁束、Ｓ１…第１無電極領域、Ｓ２…第２無電極領域、Ｓ３…第３無電極領域、Ｓ４…第４無電極領域、Ｓ５…第５無電極領域、Ｗ１…幅、Ｗ２…幅、Ｗ３…幅、Ｗ４…幅、Ｗ５…幅

Claims (13)

1. 表裏関係にある第１面および第２面を有し、第１無電極領域を備える振動片と、
   前記第１無電極領域を避けて前記振動片に配置されている電極パターンと、を有し、
   前記電極パターンは、
   前記第１面に配置されている第１励振電極と、
   前記第２面に前記第１励振電極と対向して配置されている第２励振電極と、
   前記第１面に配置され、前記第１無電極領域を囲む螺旋状の第１電極パターンと、を有し、
   前記第１無電極領域は、前記第１電極パターンに発生する磁束の中心軸と交差していることを特徴とする振動素子。
2. 前記第１無電極領域の幅は、前記第１電極パターンの巻回ピッチ以上である請求項１に記載の振動素子。
3. 前記電極パターンは、前記第２面に配置され、前記第１無電極領域を囲む螺旋状をなし、前記第１電極パターンと電気的に接続されている第２電極パターンと、
   前記第１面に配置され、前記第１励振電極と電気的に接続されている第１パッド電極と、を有し、
   前記振動片は、前記振動片の平面視において、前記第２電極パターンと前記第１パッド電極との間に前記電極パターンが配置されていない第２無電極領域を備えている請求項１または２に記載の振動素子。
4. 前記第２無電極領域の幅は、前記第１電極パターンの巻回ピッチ以上である請求項３に記載の振動素子。
5. 前記電極パターンは、前記第１面に配置され、前記第１励振電極と前記第１パッド電極とを電気的に接続している第１引出電極を有し、
   前記振動片は、前記振動片の平面視において、前記第２電極パターンと前記第１引出電極との間に前記電極パターンが配置されていない第３無電極領域を備えている請求項３または４に記載の振動素子。
6. 前記第３無電極領域の幅は、前記第１電極パターンの巻回ピッチ以上である請求項５に記載の振動素子。
7. 前記電極パターンは、前記第２面に配置され、前記第２励振電極と電気的に接続されている第２パッド電極を有し、
   前記振動片は、前記振動片の平面視において、前記第１電極パターンと前記第２パッド電極との間に前記電極パターンが配置されていない第４無電極領域を備えている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子。
8. 前記第４無電極領域の幅は、前記第１電極パターンの巻回ピッチ以上である請求項７に記載の振動素子。
9. 前記電極パターンは、前記第２面に配置され、前記第２励振電極と前記第２パッド電極とを電気的に接続している第２引出電極を有し、
   前記振動片は、前記振動片の平面視において、前記第１電極パターンと前記第２引出電極との間に前記電極パターンが配置されていない第５無電極領域を備えている請求項７または８に記載の振動素子。
10. 前記第５無電極領域の幅は、前記第１電極パターンの巻回ピッチ以上である請求項９に記載の振動素子。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の振動素子と、
    前記振動素子を発振させる回路素子と、
    前記振動素子および前記回路素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする発振器。
12. 前記振動素子は、前記第１励振電極および前記第２励振電極が設けられている第１領域の厚さが、前記第１電極パターンが設けられている第２領域の厚さよりも薄い請求項１１に記載の発振器。
13. 前記振動素子は、前記第２領域において前記パッケージに固定されている請求項１１または１２に記載の発振器。

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