JP6179131B2 - 振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

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。

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。
このようなＡＴカット水晶振動素子として、特許文献１には、矩形状で薄肉の振動部において、三辺に各々厚肉の厚肉部が連設され、前記薄肉の振動部の一辺が厚肉部から開放した構造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いる。このような構成とすることによって、振動領域を広く確保しつつ、小型化を図ることができる。しかしながら、特許文献１のＡＴカット水晶振動素子では、振動部の一部が厚肉部から開放しているために、振動部の応力分布が不均一となり、振動（特に、厚さ方向の加速度）が加わると、振動部が不均一に変形してしまう。振動部が不均一に変形すると振動特性が変化し、所望の発振特性が得られなくなる。このように、特許文献１のＡＴカット水晶振動素子では、振動等の外力の影響によって振動特性が大きく変化し、安定した振動特性が得られないという問題がある。

特開２００９−１６４８２４号公報

本発明の目的は、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、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。

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。
［適用例１］
本適用例の振動素子は、励振電極と、
前記励振電極が配置された振動領域を含む振動部と、
前記振動部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚い第１の厚肉部と、
前記振動部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚く、前記第１の厚肉部との間に前記振動部を挟んで配置されている第２の厚肉部と、
平面視で前記第１の厚肉部、前記振動部、および前記第２の厚肉部が並んでいる方向を第１方向とし、前記第１方向と交差する方向を第２方向とした場合、前記振動部の前記第２方向における一方側に配置され、前記第１の厚肉部、前記振動部、および前記第２の厚肉部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚い第３の厚肉部と、
前記第１の厚肉部と前記第２の厚肉部との間であって、且つ前記励振電極より前記第２方向における他方側に配置され、前記振動部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚く、且つ前記第１の厚肉部、前記第２の厚肉部、および前記第３の厚肉部よりも厚さが薄い梁部と、
を含むことを特徴とする。
これにより、振動部の応力分布の不均一性を抑えることができ、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を提供することができる。

［適用例２］
本適用例の振動素子では、前記振動部の輪郭は、
前記第１方向において前記励振電極を挟んで配置されている第１の辺および第２の辺と、
前記第１の辺の前記第２方向における前記一方側の端と、前記第２の辺の前記第２方向における前記一方側の端と、を接続している第３の辺と、
を含み、
前記第１の厚肉部は、前記第１の辺に沿って配置され、
前記第２の厚肉部は、前記第２の辺に沿って配置され、
前記第３の厚肉部は、前記第３の辺に沿って配置されていることが好ましい。
これにより、効果的に、振動部に振動素子の振動エネルギーを閉じ込めることができる。

［適用例３］
本適用例の振動素子では、前記振動素子の外形は、矩形であり、
前記外形のうち、前記励振電極の前記第２方向における前記他方側に位置する辺を外形辺とした場合、前記梁部は、前記第１の厚肉部と前記第２の厚肉部との間において、前記外形辺に沿って配置されていることが好ましい。
［適用例４］
本適用例の振動素子では、前記第１の厚肉部と前記梁部との間、および前記第２の厚肉部と前記梁部との間に、前記振動部よりも厚さが厚く、且つ前記第１の厚肉部、前記第２の厚肉部、および前記第３の厚肉部よりも厚さが薄い他の梁部が配置されていることが好ましい。

［適用例５］
本適用例の振動素子では、前記梁部の厚さは、前記振動部の厚さの１．２倍以上であることが好ましい。
これにより、より効果的に、振動等の外力による振動特性の変化を低減することができる。
［適用例６］
本適用例の振動素子では、前記梁部は、平面視で、前記第１方向における長さが、前記振動部の厚さの３倍以上、１０倍以下であることが好ましい。
これにより、より効果的に、振動等の外力による振動特性の変化を低減することができる。

［適用例７］
本適用例の振動素子では、前記梁部は、前記第２方向における一端が前記第１の厚肉部と接続され、前記第２方向における他端が前記第２の厚肉部と接続されていることが好ましい。
これにより、より効果的に、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ができる。
［適用例８］
本適用例の振動素子では、前記励振電極は、前記振動部を厚さ方向に挟んで配置されている第１励振電極および第２励振電極を含み、
平面視で、前記第１励振電極は、前記第２励振電極の外縁以内に配置されていることが好ましい。

［適用例９］
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。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
［適用例１０］
本適用例の発振器は、上記適用例の振動素子と、
前記振動素子を駆動する発振回路と、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。

［適用例１１］
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。
［適用例１２］
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。

本発明の第１実施形態にかかる振動素子の平面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 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。 梁部の高さが異なる２つの振動素子を示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる振動素子の平面図である。 本発明の第３実施形態にかかる振動素子の平面図である。 本発明の第４実施形態にかかる振動素子の平面図である。 本発明の第５実施形態にかかる振動素子の平面図である。 本発明の振動子の好適な実施形態を示す平面図である。 図９中のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の発振器の好適な実施形態を示す断面図である。 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。 本発明の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である。 本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 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。

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。
１．振動素子
まず、本発明の振動素子について説明する。
＜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平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図、図４は、梁部の高さが異なる２つの振動素子を示す断面図である。
図１および図２に示すように、振動素子１は、圧電基板２と、圧電基板２上に形成された電極３とを有している。

（圧電基板２）
圧電基板２は、板状の水晶基板である。ここで、圧電基板２の材料である水晶は、三方晶系に属しており、図３に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有している。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。本実施形態の圧電基板２は、ＸＺ面をＸ軸を中心に所定の角度θだけ回転させた平面に沿って切り出された「回転Ｙカット水晶基板」からなる。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。

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、板状の圧電基板２は、Ｙ’軸方向に厚みを有し、ＸＺ’面方向に広がりを有する。なお、圧電基板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カットの圧電基板に限定されず、例えば、ＢＴカットの圧電基板を用いてもよい。
圧電基板２は、平面視にて矩形をなしている。より具体的には、圧電基板２は、平面視にて、Ｘ軸方向を長辺とし、Ｚ’軸方向を短辺とする略長方形をなしている。ここで、圧電基板２のＸ軸方向の両端に圧力を加えたときの周波数変化と、Ｚ’軸方向の両端に同じ圧力を加えたときの周波数変化とを比較すると、Ｚ’軸方向の両端に圧力を加えたときの方がＸ軸方向の両端に圧力を加えたときよりも周波数変化が小さい。そのため、本実施形態のように、圧電基板２の外形をＺ’軸方向よりもＸ軸方向が長い矩形とし、Ｘ軸方向の一端部にて圧電基板２を固定することにより、応力による周波数変化を小さくすることができる。圧電基板２の長さ（Ｘ軸方向の長さ）と幅（Ｚ’軸方向の長さ）の比としては、特に限定されないが、例えば、１．２６：１程度とすることが好ましい。なお、圧電基板２の外形形状は、長方形に限定されず、例えば、正方形、五角形以上の多角形、円形（真円、長円、楕円等を含む）であってもよい。また、平面視形状が多角形の場合には、角部が面取り等されていてもよい。

圧電基板２は、薄肉の振動領域２１９を含む振動部２１と、振動部２１と一体化され振動領域２１９よりも厚肉な厚肉部２２と、振動部２１と一体化された梁部２３を有している。このような圧電基板２は、水晶基板をウエットエッチングによってパターニングすることにより簡単に形成することができる。なお、振動領域２１９とは、振動素子１の振動エネルギーが閉じ込められる領域である。

振動部２１は、平面視にて、矩形状をなしている。また、振動部２１の輪郭は、第１の辺２１１と、第２の辺２１２と、第３の辺２１３と、第４の辺２１４とを有している。第１の辺２１１および第２の辺２１２は、Ｘ軸方向に対向しており、共に、Ｚ’軸方向に延在している。第３の辺２１３は、Ｘ軸方向に延在しており、第１の辺２１１と第２の辺２１２の＋Ｚ’軸側の端同士を連結している。第４の辺２１４は、Ｘ軸方向に延在しており、第１の辺２１１と第２の辺２１２の−Ｚ’軸側の端同士を連結している。

厚肉部２２の表面（＋Ｙ’軸方向側の主面）は、振動部２１の表面（＋Ｙ’軸方向側の主面）よりも＋Ｙ’軸方向側へ突出して設けられている。一方、厚肉部２２の裏面（−Ｙ’軸方向側の主面）は、振動部２１の裏面（−Ｙ’軸方向側の主面）と同一平面上に設けられている。
厚肉部２２は、振動部２１の第１の辺２１１に沿って配置された第１の厚肉部２２１と、第２の辺２１２に沿って配置された第２の厚肉部２２２と、第３の辺２１３に沿って配置された第３の厚肉部２２３とを有している。すなわち、厚肉部２２は、振動部２１の３辺に沿って一体化された略「コ」字状をなしている。そのため、振動部２１は、第４の辺２１４にて厚肉部２２から開放（露出）している。このように、振動部２１を第４の辺２１４にて厚肉部２２から開放させることにより、言い換えれば、第４の辺２１４に沿って厚肉部を設けないことにより、振動素子１の小型化を図ることができる。また、振動部２１の３辺を厚肉部２２で囲むことによって、振動部２１の剛性を高めることができ、振動部２１の不要振動（不要振動モードの発生）を低減することができる。すなわち、効率的に振動部２１に振動エネルギーを閉じ込めることができる。

第１の厚肉部２２１は、振動部２１の第１の辺２１１に連設され、＋Ｘ軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２２１ａと、傾斜部２２１ａの＋Ｘ軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体２２１ｂとを備えている。同様に、第２の厚肉部２２２は、振動部２１の第２の辺２１２に連設され、−Ｘ軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２２２ａと、傾斜部２２２ａの−Ｘ軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体２２２ｂとを備えている。同様に、第３の厚肉部２２３は、振動部２１の第３の辺２１３に連設され、＋Ｚ’軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２２３ａと、傾斜部２２３ａの＋Ｚ’軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体２２３ｂとを備えている。振動素子１は、後述する振動子１０でも説明するように、第１の厚肉部２２１の厚肉部本体２２１ｂの表面にて、接着剤を用いて対象物（後述するベース４１）に固定される。

梁部２３は、第４の辺２１４に沿って延在する長尺状をなしている。また、梁部２３は、振動部２１から厚肉部２２の表面側に向けて突出するように設けられている。また、梁部２３の一端は第１の厚肉部２２１に接続され、他端は第２の厚肉部２２２に接続されている。言い換えると、梁部２３は、第４の辺２１４に沿って、第１の厚肉部２２１と第２の厚肉部２２２を連結するように設けられており、梁部２３は第１の厚肉部２２１と第２の厚肉部２２２との間で段差を有している。また、梁部２３は、−Ｚ’軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２３１と、傾斜部２３１の−Ｚ’軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の梁部本体２３２とを備えている。

このような梁部２３を設けることによって、振動素子１の振動（特に、Ｙ’軸方向の加速度）に対する感度を低下させることができる。そのため、振動が加わっている状態と加わっていない状態との振動特性の乖離（変動）が小さく、振動の影響によらず、安定した振動特性を発揮することのできる振動素子１となる。特に、梁部２３を、第４の辺２１４に沿って、第１の厚肉部２２１と第２の厚肉部２２２を連結するように設けることにより、その効果がより顕著となる。

具体的に説明すると、梁部２３が無い振動素子１（すなわち従来の振動素子）では、第４の辺２１４が厚肉部２２から開放しているため、振動（特に、Ｙ’軸方向の加速度）が加わったとき、第３の辺２１３側よりも第４の辺２１４側の方が変形し易い。言い換えると、Ｙ’軸方向の加速度が加わったとき、第３の辺２１３側よりも第４の辺２１４側の方に応力が集中し易い。そのため、振動が加わったときの振動部２１の応力分布が不均一なものとなる。このような応力分布の不均一性が振動特性の変化に寄与すると考えられる。また、振動部２１の第４の辺２１４付近が不本意に振動して不要な振動モードを発生させるおそれもある。そこで、梁部２３を設けて、振動部２１の第４の辺２１４側の剛性を高めること、すなわち、第４の辺２１４付近の剛性を第３の辺２１３付近の剛性に近づけることによって、前記応力分布の不均一性が小さくなり（好ましくは応力分布が均一となり）、振動が加わったときの振動特性の変化が効果的に低減される。また、振動部２１の第４の辺２１４付近の不本意な振動が低減され、不要な振動モードの発生を抑えることもできる。そのため、振動の影響によらず、安定した振動特性を発揮することのできる振動素子１となる。

梁部２３の厚みＤ_１としては、厚肉部２２の厚みよりも薄ければ、特に限定されないが、例えば、振動部２１の厚さ（平均厚さ）をＤ_２としたとき、１．２Ｄ_２以上であることが好ましく、２．０Ｄ_２以上であるのがより好ましい。梁部２３をこのような厚さとすることにより、振動部２１の第４の辺２１４側の剛性を十分に高めることができ、上記効果をより効果的に発揮することができる。また、梁部２３の厚みＤ_１の上限値としては、厚肉部２２の厚みよりも薄ければ、特に限定されないが、例えば、振動部２１の厚さ（平均厚さ）をＤ_３としたとき、Ｄ_３／２以下であるのが好ましく、Ｄ_３／３以下であるのより好ましい。梁部２３をこのような厚さとすることにより、振動素子１の小型化を図ることができる。具体的には、図４（ａ）、（ｂ）に、梁部２３の高さが異なる２種類の振動素子１を図示しており、梁部２３の高さが高い（ａ）が、梁部２３の高さが低い（ｂ）よりも梁部２３の傾斜部（残渣部）２３１の幅（Ｚ’軸方向の長さ）が広くなってしまい、その分、梁部２３全体の幅が広くなっている。そのため、振動部２１の大きさが同じ場合では、梁部２３が高い程、振動素子１のＺ’軸方向の長さが長くなり、振動素子１が大型化することとなる。したがって、梁部２３の高さの上限値を上記値とすることによって、振動素子１の過度な大型化を抑えることができる。
また、梁部２３の幅（表面でのＺ’軸方向の長さ）をＷとしたとき、Ｗは、３Ｄ_２≦Ｗ≦１０Ｄ_２なる関係を満足するのが好ましく、５Ｄ_２≦Ｗ≦７Ｄ_２なる関係を満足するのがより好ましい。このような関係を満足することによって、振動素子１の過度な大型化を防止しつつ、振動部２１の第４の辺２１４側の剛性を十分に高めることができる。

（電極３）
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、一対のリード電極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。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。励振電極３１、３２は、それぞれ、四角形状をなしている。また、裏面側の励振電極３２の面積は、表面側の励振電極３１よりも大きく設定されている。これは、励振電極３１、３２の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を必要以上に大きくしないためである。

パッド電極３３は、厚肉部本体２２１ｂの表面に形成されている。また、パッド電極３３は、リード電極３５を介して励振電極３１に電気的に接続されている。パッド電極３３から延出したリード電極３５は、振動部２１の表面上から傾斜部２２３ａと、厚肉部本体２２３ｂとを経由してパッド電極３３に接続されている。一方、パッド電極３４は、厚肉部本体２２１ｂの裏面に形成されている。また、パッド電極３４は、リード電極３６を介して励振電極３２に電気的に接続されている。パッド電極３４から延出したリード電極３６は、圧電基板２の裏面の縁部を経由してパッド電極３４に接続されている。

ここで、本実施形態では、リード電極３５、３６は、圧電基板２を介して互いに交差（対向）しないように設けられている。このような配置とすることによって、静電容量の増加を抑えることができる。なお、パッド電極３３、３４の配置やリード電極３５、３６の経路は、本実施形態のものに限定されない。また、本実施形態では、パッド電極３３、３４が圧電基板２を介して対向して配置されている。このような配置とすることにより、後述する振動子１０で述べるように、ワイヤーボンディングによる電気的な接続をより確実に行うことができる。

このような励振電極３１、３２、パッド電極３３、３４およびリード電極３５、３６は、それぞれ、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）等の下地層に、Ａｕ（金）を積層した金属被膜で構成することができる。なお、例えば、励振電極３１、３２と、パッド電極３３、３４およびリード電極３５、３６とで構成（各層の材料および厚さ）を異ならせてもよい。例えば、励振電極３１、３２をＮｉの下地層にＡｕの薄膜を積層させた構成とし、パッド電極３３、３４およびリード電極３５、３６をＣｒの下地層にＡｕの薄膜を積層させた構成としてもよい。なお、励振電極３１、３２のＡｕ薄膜の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動を閉じ込めモードとし、近接したインハーモニック・モードはできるだけ伝搬モード（非閉じ込めモード）となるように設定するのが好ましい。

なお、励振電極３１、３２の形状が四角形の構成を説明したが、励振電極３１、３２の形状は、これに限定されない。例えば、励振電極３１が円形であり、励振電極３２が励振電極３１の面積より十分に大きな四角形であってもよい。また、例えば、励振電極３１が楕円形であり、励振電極３２が励振電極３１の面積より十分に大きな四角形であってもよい。

＜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。
図５は、本発明の第２実施形態にかかる振動素子の平面図である。
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。
本発明の第２実施形態にかかる振動素子は、梁部が複数に分割されている以外は、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。

図５に示す振動素子１Ａでは、梁部２３が複数に分割されている。言い換えると、梁部２３は、振動部２１の第４の辺２１４に沿って互いに離間して設けられている複数の単位梁部２３’で構成され、第４の辺２１４において、振動部２１が部分的に露出しされている。
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。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第３実施形態について説明する。
図６は、本発明の第３実施形態にかかる振動素子の平面図である。
以下、第３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。
本発明の第３実施形態にかかる振動素子は、梁部の形状が異なっている以外は、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。

図６に示す振動素子１Ｂでは、梁部２３の両端部２３５、２３６が端に向けて幅が漸減するテーパー状をなしている。また、平面視にて、端部２３５、２３６の外側の辺（第３の厚肉部２２３と反対側の辺）がＸ軸方向に延びる直線で構成され、内側の辺がＸ軸およびＺ’軸に対して傾斜した方向に延びる直線で構成されている。このように、両端部２３５、２３６をテーパー状とすることによって、例えば、前述した第１実施形態の振動素子１と比べて、梁部２３を厚肉部２２とより連続的に接続させることができるため、振動部２１の梁部２３と厚肉部２２との境界部付近での応力集中を低減することができる。そのため、振動部２１の応力分布の不均一性をより効果的に抑えることができる。なお、本実施形態の振動素子１Ｂにおいて、梁部２３の幅Ｗとは、梁部２３の延在方向の中央部に位置し、幅が延在方向に沿って一定な部分における幅を言う。
このような第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。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第４実施形態について説明する。
図７は、本発明の第４実施形態にかかる振動素子の平面図である。
以下、第４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。
本発明の第４実施形態にかかる振動素子は、梁部の形状が異なっている以外は、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。

図７に示す振動素子１Ｃでは、梁部２３の両端部２３５、２３６が端に向けて幅が漸減するテーパー状をなしている。また、平面視にて、端部２３５、２３６の外側の辺（第３の厚肉部２２３と反対側の辺）がＸ軸方向に延びる直線で構成され、内側の辺が振動部２１の中央に向けて凹の湾曲線で構成されている。このように、両端部２３５、２３６をテーパー状とすることによって、例えば、前述した第１実施形態の振動素子１と比べて、梁部２３を厚肉部２２とより連続的に接続させることができるため、振動部２１の梁部２３と厚肉部２２との境界部付近での応力集中を低減することができる。そのため、振動部２１の応力分布の不均一性をより効果的に抑えることができる。なお、本実施形態の振動素子１Ｂにおいて、梁部２３の幅Ｗとは、梁部２３の延在方向の中央部に位置し、幅が延在方向に沿って一定な部分における幅を言う。
このような第４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５実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第５実施形態について説明する。
図８は、本発明の第５実施形態にかかる振動素子の平面図である。
以下、第５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。
本発明の第５実施形態にかかる振動素子は、第３の辺の形状が異なっている以外は、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。

図８に示す振動素子１Ｄでは、振動部２１の第３の辺２１３が、両端部にて−Ｚ’方向側に屈曲している。そのため、第３の辺２１３と第１、第２の辺２１１、２１２との接続部の角度は、９０°以下となっている。これにより、例えば、前述した第１実施形態の振動素子１と比べて、第３の辺２１３と第１の辺２１１および第３の辺２１３と第２の辺２１２とを連続的に接続することができるため、振動部２１の第３の辺２１３と第１、第２の辺２１１、２１２との境界部付近での応力集中を低減することができる。そのため、振動部２１の応力分布の不均一性をより効果的に抑えることができる。
このような第５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、実施形態において、厚肉部及び梁部は、振動部の片側のみに突出している構造を用いて説明したが、本発明はこれに限らず、水晶基板の両面をウエットエッチングによってパターニングすることによって、振動部の両主面から厚肉部及び梁部が突出するように構成した構造でもよいことは言うまでもない。

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。
図９は、本発明の振動子の好適な実施形態を示す平面図、図１０は、図９中のＢ−Ｂ線断面図である。
図９および図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。

（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納空間Ｓに振動素子１が収納されている。収納空間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。

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、接着剤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。

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貫通電極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貫通電極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。

収納空間Ｓ内に収容されている振動素子１は、凹陥面をベース４１側に向けて、導電性接着剤５１によってベース４１に固定されている。導電性接着剤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、導電性接着剤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。導電性接着剤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と圧電基板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。また、導電性接着剤５１と振動素子１の接触部は、平面視（ＸＺ’平面視）にて、振動素子１の重心を通るＸ軸上に位置しているのが好ましい。これにより、振動素子１に振動（特に、Ｙ’軸方向の加速度）が加わったときに、導電性接着剤５１を軸とする回転モーメントが振動素子１に発生してしまうのを低減することができる。そのため、振動が加わったときの振動部２１の変形を効果的に低減することができる。

導電性接着剤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剤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。
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、導電性接着剤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）の漏れを低減することができ、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。

３．発振器
次に、本発明の振動子を適用した発振器（本発明の発振器）について説明する。
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。

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。
なお、本実施形態では、発振器を実施例として説明したが、これに限定されず、ＩＣチップ１１０の代わりに、サーミスターなどの温度センサー（感温素子）をベース４１の凹部４１１に搭載し、振動子１０が曝されているベース内の温度を検出して、ベースに設けられている実装端子から外部へ検出した温度を電気信号で出力してもよい。

４．電子機器
次に、本発明の振動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。
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２０００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子１０（振動素子１）が内蔵されている。

図１３は、本発明の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２０００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子１０（振動素子１）が内蔵されている。

図１４は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチ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、ディジタルスチルカメラ１３００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。

ディジタルスチルカメラ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−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子１０（振動素子１）が内蔵されている。

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のディジタルスチルカメラの他にも、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。

５．移動体
次に、本発明の振動子を適用した移動体（本発明の移動体）について説明する。
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。

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。

また、前述した実施形態では、平面視にて、振動部が矩形をなしているが、振動部の形状は、これに限定されない。言い換えると、前述した実施形態では、振動部の輪郭が有する第１、第２、第３、第４の辺がそれぞれ直線で構成されているものについて説明したが、各辺は、全体的に湾曲していてもよいし、途中で屈曲していてもよい。また、辺同士が連続して接続されていてもよい。

また、前述した実施形態では、厚肉部が振動部の一方側に突出した、いわゆる「片メサ」の構成について説明したが、これに限定されず、厚肉部が振動部の両側に突出した、いわゆる「両メサ」の構造としてもよい。
また、前述した実施形態では、圧電基板として水晶基板を用いているが、これに替えて、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の各種圧電基板を用いてもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…振動素子 １０…振動子 １００…発振器 １１０…ＩＣチップ １２０…内部端子 ２…圧電基板 ２１…振動部 ２１１…第１の辺 ２１２…第２の辺 ２１３…第３の辺 ２１４…第４の辺 ２１９…振動領域 ２２…厚肉部 ２２１…第１の厚肉部 ２２１ａ…傾斜部 ２２１ｂ…厚肉部本体 ２２２…第２の厚肉部 ２２２ａ…傾斜部 ２２２ｂ…厚肉部本体 ２２３…第３の厚肉部 ２２３ａ…傾斜部 ２２３ｂ…厚肉部本体 ２３…梁部 ２３’…単位梁部 ２３１…傾斜部 ２３２…梁部本体 ２３５、２３６…端部 ３…電極 ３１、３２…励振電極 ３３、３４…パッド電極 ３５、３６…リード電極 ４…パッケージ ４１…ベース ４１１…凹部 ４２…リッド ４５１、４６１…接続電極 ４５２、４６２…外部実装端子 ５１…導電性接着剤 ５２…ボンディングワイヤー 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 １５００…自動車 ２０００…表示部 Ｓ…収納空間

Claims (12)

1. 励振電極と、
   前記励振電極が配置された振動領域を含む振動部と、
   前記振動部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚い第１の厚肉部と、
   前記振動部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚く、前記第１の厚肉部との間に前記振動部を挟んで配置されている第２の厚肉部と、
   平面視で前記第１の厚肉部、前記振動部、および前記第２の厚肉部が並んでいる方向を第１方向とし、前記第１方向と交差する方向を第２方向とした場合、前記振動部の前記第２方向における一方側に配置され、前記第１の厚肉部、前記振動部、および前記第２の厚肉部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚い第３の厚肉部と、
   前記第１の厚肉部と前記第２の厚肉部との間であって、且つ前記励振電極より前記第２方向における他方側に配置され、前記振動部と連続しており、前記振動部よりも厚さが厚く、且つ前記第１の厚肉部、前記第２の厚肉部、および前記第３の厚肉部よりも厚さが薄い梁部と、
   を含むことを特徴とする振動素子。
2. 前記振動部の輪郭は、
   前記第１方向において前記励振電極を挟んで配置されている第１の辺および第２の辺と、
   前記第１の辺の前記第２方向における前記一方側の端と、前記第２の辺の前記第２方向における前記一方側の端と、を接続している第３の辺と、
   を含み、
   前記第１の厚肉部は、前記第１の辺に沿って配置され、
   前記第２の厚肉部は、前記第２の辺に沿って配置され、
   前記第３の厚肉部は、前記第３の辺に沿って配置されている請求項１に記載の振動素子。
3. 前記振動素子の外形は、矩形であり、
   前記外形のうち、前記励振電極の前記第２方向における前記他方側に位置する辺を外形辺とした場合、前記梁部は、前記第１の厚肉部と前記第２の厚肉部との間において、前記外形辺に沿って配置されている請求項２に記載の振動素子。
4. 前記第１の厚肉部と前記梁部との間、および前記第２の厚肉部と前記梁部との間に、前記振動部よりも厚さが厚く、且つ前記第１の厚肉部、前記第２の厚肉部、および前記第３の厚肉部よりも厚さが薄い他の梁部が配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動素子。
5. 前記梁部の厚さは、前記振動部の厚さの１．２倍以上である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動素子。
6. 前記梁部は、平面視で、前記第１方向における長さが、前記振動部の厚さの３倍以上、１０倍以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子。
7. 前記梁部は、前記第２方向における一端が前記第１の厚肉部と接続され、前記第２方向における他端が前記第２の厚肉部と接続されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子。
8. 前記励振電極は、前記振動部を厚さ方向に挟んで配置されている第１励振電極および第２励振電極を含み、
   平面視で、前記第１励振電極は、前記第２励振電極の外縁以内に配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子と、
   前記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。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子と、
    前記振動素子を駆動する発振回路と、を備えていることを特徴とする発振器。
11. 請求項１ないし８のいずれか１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ないし８のいずれか１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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