JP6435606B2 - 振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体 - Google Patents
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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滑り振動であり、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。
特許文献１には、薄肉の振動部と、振動部の全周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剤を介してパッケージに固定される。ＡＴカット水晶振動素子が片持ち支持された状態では、ＡＴカット水晶振動素子に対して厚さ方向の加速度が加わると、先端部（振動部）が変形し、振動特性（周波数特性）が安定しないという問題がある。特に、特許文献１に記載されているＡＴカット水晶振動素子では、振動部の全周囲に厚肉部が形成されていて、先端部の重量が重いため、加速度に対する影響が大きく、その分、周波数のずれ量も大きくなってしまう。なお、上記のような先端部（振動部）の変形を低減するために、厚肉部の厚さを厚くして剛性を高めることが考えられるが、厚肉部の厚さを厚くすると、ウエットエッチングによる振動部の形成精度が低下し、得られた振動素子の振動特性が所定の特性に収まらなくなるという問題が生じる。
特許文献１には、薄肉の振動部と、振動部の全周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剤を介してパッケージに固定される。ＡＴカット水晶振動素子が片持ち支持された状態では、ＡＴカット水晶振動素子に対して厚さ方向の加速度が加わると、先端部（振動部）が変形し、振動特性（周波数特性）が安定しないという問題がある。特に、特許文献１に記載されているＡＴカット水晶振動素子では、振動部の全周囲に厚肉部が形成されていて、先端部の重量が重いため、加速度に対する影響が大きく、その分、周波数のずれ量も大きくなってしまう。なお、上記のような先端部（振動部）の変形を低減するために、厚肉部の厚さを厚くして剛性を高めることが考えられるが、厚肉部の厚さを厚くすると、ウエットエッチングによる振動部の形成精度が低下し、得られた振動素子の振動特性が所定の特性に収まらなくなるという問題が生じる。
本発明の目的は、大型化（厚肉化）を低減しつつ、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、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、厚み滑り振動で振動する振動領域を含む第１領域、および前記第１領域と一体化され、前記第１領域よりも厚さが厚い第２領域を含む基板と、
前記振動領域の互いに表裏の関係にある第１の主面および第２の主面にそれぞれ設けられている励振電極と、
を含み、
前記第１領域は、
前記厚み滑り振動の振動方向に離間し、前記振動方向と交差する第１外縁および第２外縁と、
前記振動方向に直交する方向に離間している第３外縁および第４外縁と、
を含み、
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２外縁に沿って設けられている第２厚肉部と、
前記第３外縁に沿って設けられ、かつ、前記第１厚肉部および前記第２厚肉部に接続されている第３厚肉部と、
を含み、
前記基板の前記第２厚肉部と前記第３厚肉部とが接続されている接続部には、平面視で、前記振動方向および前記振動方向と直交する方向に対して交差している第１外縁部が設けられ、
前記第１外縁部の前記振動方向に沿った長さは、前記第２厚肉部の前記振動方向に沿った長さよりも大きいことを特徴とする。
これにより、先端側（固定部と反対側）の質量が低減され、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が得られる。また、厚肉部の厚さを低減することができ、振動素子の大型化を低減することができる。
［適用例１］
本適用例の振動素子は、厚み滑り振動で振動する振動領域を含む第１領域、および前記第１領域と一体化され、前記第１領域よりも厚さが厚い第２領域を含む基板と、
前記振動領域の互いに表裏の関係にある第１の主面および第２の主面にそれぞれ設けられている励振電極と、
を含み、
前記第１領域は、
前記厚み滑り振動の振動方向に離間し、前記振動方向と交差する第１外縁および第２外縁と、
前記振動方向に直交する方向に離間している第３外縁および第４外縁と、
を含み、
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２外縁に沿って設けられている第２厚肉部と、
前記第３外縁に沿って設けられ、かつ、前記第１厚肉部および前記第２厚肉部に接続されている第３厚肉部と、
を含み、
前記基板の前記第２厚肉部と前記第３厚肉部とが接続されている接続部には、平面視で、前記振動方向および前記振動方向と直交する方向に対して交差している第１外縁部が設けられ、
前記第１外縁部の前記振動方向に沿った長さは、前記第２厚肉部の前記振動方向に沿った長さよりも大きいことを特徴とする。
これにより、先端側（固定部と反対側）の質量が低減され、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が得られる。また、厚肉部の厚さを低減することができ、振動素子の大型化を低減することができる。
［適用例２］
本適用例の振動素子では、前記第１外縁部は、平面視で、前記振動方向および前記直交する方向に対して傾斜している第１傾斜外縁部であり、
前記第１傾斜外縁部の前記振動方向に対する傾斜角は、３０°以上、６０°以下であることが好ましい。
これにより、第１傾斜外縁部の質量低減効果をより効果的に発揮させることができる。
［適用例３］
本適用例の振動素子では、前記第２厚肉部の前記振動方向に沿った長さは、４０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。
これにより、先端側の質量をより低減することができる。
本適用例の振動素子では、前記第１外縁部は、平面視で、前記振動方向および前記直交する方向に対して傾斜している第１傾斜外縁部であり、
前記第１傾斜外縁部の前記振動方向に対する傾斜角は、３０°以上、６０°以下であることが好ましい。
これにより、第１傾斜外縁部の質量低減効果をより効果的に発揮させることができる。
［適用例３］
本適用例の振動素子では、前記第２厚肉部の前記振動方向に沿った長さは、４０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。
これにより、先端側の質量をより低減することができる。
［適用例４］
本適用例の振動素子では、前記第２領域の厚さは、５０μｍ以上、７０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、振動素子の剛性を高めつつ、第１領域の形成を精度よく行うことができる。
［適用例５］
本適用例の振動素子では、前記第３厚肉部の前記振動方向に直交する方向に沿った長さは、２００μｍ以上であることが好ましい。
これにより、振動素子の剛性を十分に高めることができる。
本適用例の振動素子では、前記第２領域の厚さは、５０μｍ以上、７０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、振動素子の剛性を高めつつ、第１領域の形成を精度よく行うことができる。
［適用例５］
本適用例の振動素子では、前記第３厚肉部の前記振動方向に直交する方向に沿った長さは、２００μｍ以上であることが好ましい。
これにより、振動素子の剛性を十分に高めることができる。
［適用例６］
本適用例の振動素子では、平面視で、前記第２厚肉部の前記第３厚肉部とは反対側の端の部分には、
前記振動方向および前記振動方向と直交する方向に対して交差している第２外縁部が設けられていることが好ましい。
これにより、先端側の質量をさらに低減することができる。
本適用例の振動素子では、平面視で、前記第２厚肉部の前記第３厚肉部とは反対側の端の部分には、
前記振動方向および前記振動方向と直交する方向に対して交差している第２外縁部が設けられていることが好ましい。
これにより、先端側の質量をさらに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、前記第２外縁部は、平面視で、前記振動方向および前記直交する方向に対して傾斜している第２傾斜外縁部であり、
前記第２傾斜外縁部の前記振動方向に対する傾斜角は、３０°以上、６０°以下であることが好ましい。
これにより、第２傾斜外縁部の質量低減効果をより効果的に発揮させることができる。
［適用例８］
本適用例の振動素子では、前記第２傾斜外縁部は、前記第１領域に跨って設けられていることが好ましい。
これにより、第２傾斜外縁部の質量低減効果をさらに効果的に発揮させることができる。
本適用例の振動素子では、前記第２外縁部は、平面視で、前記振動方向および前記直交する方向に対して傾斜している第２傾斜外縁部であり、
前記第２傾斜外縁部の前記振動方向に対する傾斜角は、３０°以上、６０°以下であることが好ましい。
これにより、第２傾斜外縁部の質量低減効果をより効果的に発揮させることができる。
［適用例８］
本適用例の振動素子では、前記第２傾斜外縁部は、前記第１領域に跨って設けられていることが好ましい。
これにより、第２傾斜外縁部の質量低減効果をさらに効果的に発揮させることができる。
［適用例９］
本適用例の振動素子では、前記基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、および光学軸としてのＺ軸のうち、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、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水晶板であることが好ましい。
これにより、温度特性に優れた振動素子が得られる。
本適用例の振動素子では、前記基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、および光学軸としてのＺ軸のうち、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、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水晶板であることが好ましい。
これにより、温度特性に優れた振動素子が得られる。
［適用例１０］
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、
を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
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、
を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
［適用例１１］
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。
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１２］
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１３］
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１３］
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。
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は、第１傾斜外縁部の大きさとＧ感度との関係を示すグラフである。図６は、第２厚肉部の幅とＧ感度との関係を示すグラフである。図７は、第２厚肉部の幅と撓み量の関係を示すグラフである。図８は、厚肉部の厚さとＧ感度との関係を示すグラフである。図９は、第３厚肉部の幅とＧ感度との関係を示すグラフである。図１０は、振動素子の先端部の質量を低減するパターンを示す図である。図１１は、図１０に示す各パターンの除去部のモーメントとＧ感度との関係を示すグラフである。図１２は、水晶の結晶軸と応力感度との関係を示すグラフである。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。
図１および図２に示すように、振動素子１は、圧電基板（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。
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は、第１傾斜外縁部の大きさとＧ感度との関係を示すグラフである。図６は、第２厚肉部の幅とＧ感度との関係を示すグラフである。図７は、第２厚肉部の幅と撓み量の関係を示すグラフである。図８は、厚肉部の厚さとＧ感度との関係を示すグラフである。図９は、第３厚肉部の幅とＧ感度との関係を示すグラフである。図１０は、振動素子の先端部の質量を低減するパターンを示す図である。図１１は、図１０に示す各パターンの除去部のモーメントとＧ感度との関係を示すグラフである。図１２は、水晶の結晶軸と応力感度との関係を示すグラフである。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。
図１および図２に示すように、振動素子１は、圧電基板（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）
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軸の回りに所定の角度θ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」であり、たとえばθ＝３５°１５’だけ回転させた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、圧電基板２としては、厚み滑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、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軸の回りに所定の角度θ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」であり、たとえばθ＝３５°１５’だけ回転させた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、圧電基板２としては、厚み滑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。
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、圧電基板２は、Ｙ’軸方向に厚さを有し、ＸＺ’面方向に広がりを有する。
圧電基板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、圧電基板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。
圧電基板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、圧電基板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。
図１および図２に示すように、圧電基板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、振動領域２１９よりも厚さが厚い厚肉部（第２領域）２２とを有している。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することができる。
振動部２１は、圧電基板２の中央に対して、−Ｘ軸方向側および−Ｚ’軸方向側に片寄っており、その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（厚み滑り振動の振動方向）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、第２外縁２１１、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、第４外縁２１３、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の三方を囲むようにして厚肉部２２が設けられている。図１に示すように、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。
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２外縁２１２に沿って配置された第２厚肉部２４と、第３外縁２１３に沿って配置され、第１、第２厚肉部２３、２４に接続された第３厚肉部２５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、略コ字状をなしている。一方、振動部２１の第４外縁２１４には、厚肉部２２が形成されておらず、第４外縁２１４は、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て略コ字とし、第４外縁２１４に沿って設けないことで、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。
ここで、第３厚肉部２５を振動部２１に対して＋Ｚ’軸側に設けることによって、第３厚肉部２５を−Ｚ’軸側に設けた場合と比較して、後述する傾斜部２５１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。
ここで、第３厚肉部２５を振動部２１に対して＋Ｚ’軸側に設けることによって、第３厚肉部２５を−Ｚ’軸側に設けた場合と比較して、後述する傾斜部２５１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。
第１厚肉部２３は、第１外縁２１１に連設され、＋Ｘ軸方向に向けて厚さが漸増する傾斜部（残渣部）２３１と、傾斜部２３１の＋Ｘ軸方向側の端縁に連接する厚さ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２外縁２１２に連設され、−Ｘ軸方向に向けて厚さが漸増する傾斜部（残渣部）２４１と、傾斜部２４１の−Ｘ軸方向側の端縁に連接する厚さがほぼ一定の厚肉部本体２４２とを備えている。同様に、第３厚肉部２５は、第３外縁２１３に連設され、＋Ｚ’軸方向に向けて厚さが漸増する傾斜部（残渣部）２５１と、傾斜部２５１の＋Ｚ’軸方向側の端縁に連接する厚さがほぼ一定の厚肉部本体２５２とを備えている。
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、接着剤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。
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、接着剤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。
（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、３２は、振動領域２１９の互いに表裏の関係にある表面（第１の主面）および裏面（第２の主面）に形成されている。具体的には、励振電極３１は、振動領域２１９の表面に形成されており、励振電極３２は、振動領域２１９の裏面に形成されている。また、励振電極３２は、平面視で、励振電極３１と重なるように配置されている。これら励振電極３１、３２は、それぞれ、Ｘ軸方向を長手とし、Ｚ’軸方向を短手とする略矩形である。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、振動素子１の平面視にて、励振電極３２内に、励振電極３１の全域が位置している。
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、３２は、振動領域２１９の互いに表裏の関係にある表面（第１の主面）および裏面（第２の主面）に形成されている。具体的には、励振電極３１は、振動領域２１９の表面に形成されており、励振電極３２は、振動領域２１９の裏面に形成されている。また、励振電極３２は、平面視で、励振電極３１と重なるように配置されている。これら励振電極３１、３２は、それぞれ、Ｘ軸方向を長手とし、Ｚ’軸方向を短手とする略矩形である。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、振動素子１の平面視にて、励振電極３２内に、励振電極３１の全域が位置している。
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。
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、圧電基板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。
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、圧電基板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。
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（アルミニウム）、およびＡｕ（金）やＡｌ（アルミニウム）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、振動素子１の基本的な構成について説明した。次に、振動素子１の外形について詳細に説明する。なお、以下に記載する各部の大きさは、振動素子１の外形（長さＬ、幅Ｗ）が所定範囲内にある場合に特に有効な値となる。この所定範囲は、Ｌ≦５ｍｍなる関係を満足し、かつ、Ｗ≦３ｍｍなる関係を満足する範囲を言う。
以上、振動素子１の基本的な構成について説明した。次に、振動素子１の外形について詳細に説明する。なお、以下に記載する各部の大きさは、振動素子１の外形（長さＬ、幅Ｗ）が所定範囲内にある場合に特に有効な値となる。この所定範囲は、Ｌ≦５ｍｍなる関係を満足し、かつ、Ｗ≦３ｍｍなる関係を満足する範囲を言う。
図１および図２に示すように、第２厚肉部２４と第３厚肉部２５とが接続されている接続部（角部）には、平面視で、Ｘ軸方向およびＺ’軸方向の両方向に対してそれぞれ傾斜している第１傾斜外縁部（第１外縁部）２６が設けられている。第１傾斜外縁部２６は、−Ｘ軸側かつ＋Ｚ’側に位置する角部を切り欠くように設けられている。このような第１傾斜外縁部２６を有することによって、振動素子１の先端側の質量を低減することができる。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素子１の先端側（振動部２１）の撓み量を低減することができる。その結果、Ｙ’軸方向の加速度に起因する振動特性（周波数）の変化を小さく抑えることができ、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、−Ｘ軸側かつ＋Ｚ’側の角部に位置する厚肉部２２を除去することによって、質量低減効果がより効果的に発揮される。このように、振動素子１によれば、十分に、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ため、例えば、厚肉部２２を過度に厚くして剛性を高める必要がなくなり、振動素子１の大型化が防止される。
ここで、第１傾斜外縁部２６のＸ軸に対する傾斜角θ１としては、特に限定されないが、３０°以上、６０°以下であるのが好ましい。これにより、質量低減効果をより効果的に発揮することができる。なお、本実施形態では、ほぼ４５°となっている。また、第１傾斜外縁部２６は、本実施形態のように、第２厚肉部２４と第３厚肉部２５を分断しないように設けられている。これにより、振動素子１の剛性の不本意な低下が防止される。第１傾斜外縁部２６によって、第２、第３厚肉部２４、２５が分断されてしまうと、第２厚肉部２４が主に先端部の錘として機能することになり、振動素子１の剛性の低下と合わせて、振動部２１のＹ’軸方向の撓み量が大きくなる。
Ｙ’軸方向に加速度を加えたときの第１傾斜外縁部２６の大きさの違いによるＧ感度特性（規格化Ｇ感度）の変化を図５のグラフに示す。なお、図５では、図２に示す長さＬ１を、第１傾斜外縁部２６の大きさとしている。また、規格化Ｇ感度とは、次のような式で表すことができ、規格化Ｇ感度が小さいほど、比較例に対して、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度が鈍くなっていることを意味する（以下同様である。）。また、前記比較例として、図１０（ａ）に示すような、第１傾斜外縁部２６を有しない構造（Ｌ１＝０）を用いている。
図５に示すように、第１傾斜外縁部２６が大きくなる程、周波数変化が小さくなり、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度が鈍くなっていることが分かる。なお、図５は、一例を挙げて振動素子１の傾向を示すグラフであり、振動素子１は、図５中の数値に限定されるものではない。
次に、振動素子１の厚肉部２２の厚さ（Ｙ’軸方向に沿った長さ）Ｔと、第２厚肉部２４の幅（Ｘ軸方向に沿った長さ）Ｗ２４と、第３厚肉部２５の幅（Ｚ’軸方向に沿った長さ）Ｗ２５とについて詳細に説明する。なお、厚さＴは、厚肉部２２の厚肉部本体２３２、２４２、２５２の平均厚さを言い、幅Ｗ２４は、厚肉部本体２４２の平均幅を言い、幅Ｗ２５は、厚肉部本体２５２の平均幅を言う。
まず、厚肉部本体２４２の幅Ｗ２４について説明する。幅Ｗ２４は、１００μｍ以下であることが好ましい。これにより、第２厚肉部２４の質量を十分に低減することができ、振動素子１の先端側の質量を小さくすることができる。そのため、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、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振動素子１となる。
Ｙ’軸方向の加速度を加えたときの幅Ｗ２４の違いによるＧ感度特性（規格化Ｇ感度）の変化を図６のグラフに示す。図６に示すように、幅Ｗ２４が小さくなる程、周波数変化が小さくなり、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度が鈍くなっていることが分かる。また、幅Ｗ２４が異なる２つの振動素子の、−Ｙ’軸方向の加速度負荷が加わった時の撓み量の違いを図７に示す。図７では、実線で示す振動素子の幅Ｗ２４が、鎖線で示す振動素子の幅Ｗ２４よりも小さく設定されており、実線で示す振動素子の方が撓み量が小さい。そのため、幅Ｗ２４が小さい方が振動素子１のＹ’軸方向の加速度に対する感度が鈍いことが分かる。なお、図６および図７は、それぞれ、一例を挙げて振動素子１の傾向を示すグラフであり、振動素子１は、図６および図７中の数値に限定されるものではない。
ここで、振動素子１の先端部の質量低減効果の観点からすれば、幅Ｗ２４は、小さい程好ましいが、幅Ｗ２４が小さすぎると、厚肉部２２の厚さＴによっては、振動素子１の強度が過度に低下してしまい、振動素子１が破損してしまうおそれがある。そのため、振動素子１の機械的強度を確保する観点で、幅Ｗ２４は、４０μｍ以上であることが好ましい。すなわち、４０μｍ≦Ｗ２４≦１００μｍなる関係を満足することによって、振動素子１の機械的強度を確保しつつ、振動素子１の先端部の質量を小さくすることができる。これにより、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の先端側の撓み量をより小さくすることができ、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、より安定した振動特性を発揮することができる。さらに、４５μｍ≦Ｗ２４≦５５μｍなる関係を満足することによって、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
次に、厚肉部２２の厚さＴについて説明する。厚さＴ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の剛性を確保しつつ、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、厚さ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、厚さ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、厚さ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、２５１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、厚さ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を所望の厚さ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。
Ｙ’軸方向の加速度を加えたときの厚さＴの違いによるＧ感度特性の変化を図８のグラフに示す。図８に示すように、厚さＴが大きくなる程、周波数変化が小さくなり、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度が鈍くなっていることが分かる。なお、図８では、各厚さＴ毎に、４つのサンプルの結果を表示している。また、図８は、一例を挙げて振動素子１の傾向を示すグラフであり、振動素子１は、図８中の数値に限定されるものではない。
次に、厚肉部本体２５２の幅Ｗ２５について説明する。幅Ｗ２５は、特に限定されないが、２００μｍ以上であるのが好ましい。これにより、振動素子１の剛性を十分に確保することができ、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の先端側（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、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、振動素子１では、第１厚肉部２３がＸ軸方向から振動部２１を支持し、第３厚肉部２５がＺ’軸方向から振動部２１を支持しているため、振動部２１のＹ’軸方向の撓みをより効果的に抑制することができる。なお、幅Ｗ２５の上限値としては、特に限定されず、振動部２１を所望のサイズで形成することができる限り大きいのが好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
Ｙ’軸方向の加速度を加えたときの幅Ｗ２５の違いによるＧ感度特性（規格化Ｇ感度）の変化を図９のグラフに示す。図９に示すように、幅Ｗ２５が大きくなる程、周波数変化が小さくなり、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度が鈍くなっていることが分かる。なお、図９は、一例を挙げて振動素子１の傾向を示すグラフであり、振動素子１は、図９中の数値に限定されるものではない。
以上のように、本実施形態の振動素子１によれば、先端側の質量が低減され、Ｙ’軸方向の加速度が加わることによる振動特性の変化が低減され、安定した振動特性を発揮することができる。
以上のように、本実施形態の振動素子１によれば、先端側の質量が低減され、Ｙ’軸方向の加速度が加わることによる振動特性の変化が低減され、安定した振動特性を発揮することができる。
ここで、図１０（ａ）に示す前記比較例としての振動素子の先端部の質量を小さくするには、図１０（ｂ）に示すように、厚肉部本体２４２の幅を小さくしたり、図１０（ｃ）に示すように、厚肉部本体２５２の幅を小さくしたり、図１０（ｄ）に示すように、先端部の＋Ｚ’軸側の角部を除去したり、図１０（ｅ）に示すように、先端部の−Ｚ’軸側の角部を除去したりする場合が考えられる。なお、以下では、図１０（ｂ）をパターンＰ１とも言い、図１０（ｃ）をパターンＰ２とも言い、図１０（ｄ）をパターンＰ３とも言い、図１０（ｅ）をパターンＰ４とも言う。
これら各パターンＰ１〜Ｐ４がＧ感度特性に与える影響を図１１に示す。図１１のグラフの横軸は、［除去部（鎖線囲まれた部分）の質量］×［除去部の重心と始点（マウント部２９）との離間距離］の値であり、以下では「モーメント」と呼ぶ。図１１のグラフの縦軸は、規格化Ｇ感度であり、図１０（ａ）に示す前記比較例としての振動素子のＧ感度を１として各パターンＰ１〜Ｐ４のＧ感度を規格化した値である。
図１１から、パターンＰ１〜Ｐ４でそれぞれＧ感度特性の変化が異なっていることが分かる。例えば、パターンＰ１、Ｐ３、Ｐ４では、除去部が大きくなるに連れてＧ感度が低下するのに対して、パターンＰ２では、反対に、除去部が大きくなるに連れてＧ感度が高くなる。また、パターンＰ１、Ｐ３、Ｐ４において、パターンＰ１、Ｐ３では、除去部の大きさに比例してＧ感度が飽和することなく線形的に低下しているのに対して、パターンＰ４では、除去部の大きさが一定以上となるとＧ感度の低下がほぼ飽和してしまう。このような各パターンＰ１〜Ｐ４のＧ感度特性変化の異なりは、水晶の結晶軸と、振動素子の形状とに起因するものと考えられる。
図１２は、水晶振動子に加わる力Ｆによる共振周波数の変位との関係を表すグラフである。力Ｆと水晶のＸ軸との交差角度をψとしたとき、ψ＝０°のとき、力Ｆは、Ｘ軸の方向に沿って作用し、ψ＝９０°のとき、力Ｆは、Ｚ’軸の方向に沿って作用することになる。
そして、図１２から分かるように、Ｘ軸とＺ’軸の応力感度（Ｋｆ）が正負逆となっている。このことが一因となり、パターンＰ１とパターンＰ２の違いが生じていると考えられる。また、パターンＰ３、Ｐ４は、それぞれ、パターンＰ１、Ｐ２の複合であると考えられるため、パターンＰ１、Ｐ２とは異なった特性を示していると考えられる。また、パターンＰ３、Ｐ４の違いは、前記応力感度の他、振動素子１の形状の違いにも起因していると考えられる。すなわち、パターンＰ３では、除去部の大きさに関わらず、除去部の全体を厚肉部２２が占めているため、除去部の大きさに対して線形的にＧ感度が鈍くなる。一方、パターンＰ４では、除去部が大きくなるに連れて、除去部に占める振動部２１の割合が大きくなり、質量低減効果が減って、Ｇ感度の低下が飽和してしまう。
そして、図１２から分かるように、Ｘ軸とＺ’軸の応力感度（Ｋｆ）が正負逆となっている。このことが一因となり、パターンＰ１とパターンＰ２の違いが生じていると考えられる。また、パターンＰ３、Ｐ４は、それぞれ、パターンＰ１、Ｐ２の複合であると考えられるため、パターンＰ１、Ｐ２とは異なった特性を示していると考えられる。また、パターンＰ３、Ｐ４の違いは、前記応力感度の他、振動素子１の形状の違いにも起因していると考えられる。すなわち、パターンＰ３では、除去部の大きさに関わらず、除去部の全体を厚肉部２２が占めているため、除去部の大きさに対して線形的にＧ感度が鈍くなる。一方、パターンＰ４では、除去部が大きくなるに連れて、除去部に占める振動部２１の割合が大きくなり、質量低減効果が減って、Ｇ感度の低下が飽和してしまう。
このように、振動素子の先端部の質量をどのようにして低減するかによって、Ｇ感度変化のさせ方を選択することができることを発明者らは発見した。振動素子１では、パターンＰ１〜Ｐ４のうちから、パターンＰ３を選択することで、先端部の質量を低減し、Ｇ感度特性の向上を図っている。パターンＰ３は、Ｇ感度が飽和することなく線形に低下する点で好ましい。また、例えば、Ｇ感度が飽和することなく線形に低下する点で共通しているパターンＰ１と比較して、Ｇ感度の低下率が大きいことも有利な点と言える。また、前述したように、幅Ｗ２４を小さくすることによって、パターンＰ３に加えてパターンＰ１の効果を合わせて発揮させることができる。パターンＰ１は、Ｇ感度が飽和することなく線形に低下する点で好ましい。また、パターンＰ１は、他のパターンＰ２〜Ｐ４と比較して、振動素子１のＸ軸方向の長さを短くすることができ、小型化を図ることができる点でも好ましい。また、前述したように、幅Ｗ２５を大きくすることによって、パターンＰ２の効果の発現を阻止することができ、Ｇ感度の上昇を抑えることができる。
＜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１３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。図１４は、第２傾斜外縁部の大きさとＧ感度との関係を示すグラフである。図１５は、角度θ２とＧ感度の関係を示すグラフである。
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、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。
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１３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。図１４は、第２傾斜外縁部の大きさとＧ感度との関係を示すグラフである。図１５は、角度θ２とＧ感度の関係を示すグラフである。
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、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。
図１３に示すように、本実施形態の振動素子１では、第２厚肉部２４の−Ｚ’軸側（第３厚肉部２５と反対側）の端部には、平面視で、Ｘ軸方向およびＺ’軸方向の両方向に対してそれぞれ傾斜している第２傾斜外縁部（第２外縁部）２７が設けられている。この第２傾斜外縁部２７は、−Ｘ軸側かつ−Ｚ’側に位置する角部を切り欠くように設けられている。このような第２傾斜外縁部２７を有することによって、前述した第１実施形態からさらに振動素子１の先端側の質量を低減することができる。そのため、振動素子１のＹ’軸方向の加速度に対する感度をさらに鈍くすることができ、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ことができる振動素子１となる。
ここで、第２傾斜外縁部２７のＸ軸に対する角度（傾斜角）θ２としては、特に限定されないが、３０°以上、６０°以下であるのが好ましい。図１５から分かるように、このような範囲内では、周波数変化が十分に小さくなり、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度が鈍くなっていることが分かる。また、このような範囲とすることで、質量低減効果をより効果的に発揮することができる。なお、６０°を超えると、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度がほぼ飽和し、それ以上の改善を図ることができず、さらには、振動部２１が大きく削られてしまうという不利益が生じるおそれがある。
また、第２傾斜外縁部２７は、振動部２１に跨って設けられているのが好ましい。これにより、第２傾斜外縁部２７を大きく設けることができ、前述した効果がより顕著に発揮される。
また、第２傾斜外縁部２７は、振動部２１に跨って設けられているのが好ましい。これにより、第２傾斜外縁部２７を大きく設けることができ、前述した効果がより顕著に発揮される。
Ｙ’軸方向の加速度を加えたときの第２傾斜外縁部２７の大きさの違いによるＧ感度特性の変化を図１４のグラフに示す。図１４では、図１３に示す長さＬ２を、第２傾斜外縁部２７の大きさとしている。図１４に示すように、第２傾斜外縁部２７が大きくなる程、周波数変化が小さくなり、Ｙ’軸方向の加速度に対する感度が鈍くなっていることが分かる。なお、図１４は、一例を挙げて振動素子１の傾向を示すグラフであり、振動素子１は、図１４中の数値に限定されるものではない。
以上説明したように、本実施形態の振動素子１は、パターンＰ３、Ｐ４を選択することで先端部の質量を低減し、Ｇ感度特性の向上を図っている。図１１から分かるように、パターンＰ４は、パターンＰ１〜Ｐ４のうちで、初期のＧ感度低減効果が最も高い。そのため、パターンＰ４を合わせて選択することによって、振動素子１のＹ’軸方向の加速度に対する感度をより効果的に鈍くすることができる。したがって、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ことができる振動素子１となる。なお、前述したように、パターンＰ４には、Ｇ感度低減効果の飽和点が存在する。そのため、第２傾斜外縁部２７は、モーメントが前記飽和点付近となるように設計されているのが好ましい。これにより、パターンＰ４の効果を最大限に発揮することができるとともに、第２傾斜外縁部２７の過度の大型化を防止することができる。
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。
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１６は、本発明の第３実施形態にかかる振動素子の斜視図である。
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、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。
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１６は、本発明の第３実施形態にかかる振動素子の斜視図である。
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、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。
図１６に示すように、本実施形態の振動素子１では、圧電基板２の両主面に凹陥部を形成することによって、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おり、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）よりも−Ｙ’軸方向側へ突出して設けられている。このように、圧電基板２の両主面に凹陥部を形成して振動部２１を形成することによって、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、圧電基板２の外形形状をより高精度に得ることができる。
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。
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。
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１７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１７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。
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１７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１７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。
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。
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。
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。
収容空間Ｓ内に収容されている振動素子１は、振動領域２１９の表面（第１の主面）側をベース４１側に向けて、マウント部２９において、導電性接着剤５１によってベース４１に取り付けられている。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。
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。
なお、実施例では導電性接着剤５１を用いて説明したが、本発明はこれに限らず、金バンプや半田バンプ、或いはメッキにより形成されたメッキバンプ、等のバンプによりフリップチップ実装技術を用いて、振動素子１をベース４１に取り付けてもよい。
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。
なお、実施例では導電性接着剤５１を用いて説明したが、本発明はこれに限らず、金バンプや半田バンプ、或いはメッキにより形成されたメッキバンプ、等のバンプによりフリップチップ実装技術を用いて、振動素子１をベース４１に取り付けてもよい。
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。
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。
図１８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１８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。
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。
図１８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１８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１８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。
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。
図１９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。
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。
図１９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２０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、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２１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、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。
なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図１９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２０の携帯電話機、図２１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）、フライトシミュ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。
図２２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。
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。
図２２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、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（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）等の各種圧電基板を用いてもよい。
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（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）等の各種圧電基板を用いてもよい。
１…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 ２５…第３厚肉部 ２５１…傾斜部 ２５２…厚肉部本体 ２６…第１傾斜外縁部 ２７…第２傾斜外縁部 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 ９１…接着剤 ９２…対象物 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 Ｌ、Ｌ１、Ｌ２…長さ Ｗ、Ｗ２４、Ｗ２５…幅 Ｔ…厚さ Ｓ…収容空間 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…パターン θ、θ１、θ２…角度
Claims (13)
- 厚み滑り振動で振動する振動領域を含む第１領域、および前記第１領域と一体化され、前記第１領域よりも厚さが厚い第２領域を含む基板と、
前記振動領域の互いに表裏の関係にある第１の主面および第２の主面にそれぞれ設けられている励振電極と、
を含み、
前記第１領域は、
前記厚み滑り振動の振動方向に離間し、前記振動方向と交差する第１外縁および第２外縁と、
前記振動方向に直交する方向に離間している第３外縁および第４外縁と、
を含み、
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２外縁に沿って設けられている第２厚肉部と、
前記第３外縁に沿って設けられ、かつ、前記第１厚肉部および前記第２厚肉部に接続されている第３厚肉部と、
を含み、
前記基板の前記第２厚肉部と前記第３厚肉部とが接続されている接続部には、平面視で、前記振動方向および前記振動方向と直交する方向に対して交差している第１外縁部が設けられ、
前記第１外縁部の前記振動方向に沿った長さは、前記第２厚肉部の前記振動方向に沿った長さよりも大きいことを特徴とする振動素子。 - 前記第１外縁部は、平面視で、前記振動方向および前記直交する方向に対して傾斜している第１傾斜外縁部であり、
前記第１傾斜外縁部の前記振動方向に対する傾斜角は、３０°以上、６０°以下である請求項１に記載の振動素子。 - 前記第２厚肉部の前記振動方向に沿った長さは、４０μｍ以上、１００μｍ以下である請求項１または２に記載の振動素子。
- 前記第２領域の厚さは、５０μｍ以上、７０μｍ以下である請求項１または２に記載の振動素子。
- 前記第３厚肉部の前記振動方向に直交する方向に沿った長さは、２００μｍ以上である請求項１または２に記載の振動素子。
- 平面視で、前記第２厚肉部の前記第３厚肉部とは反対側の端の部分には、
前記振動方向および前記振動方向と直交する方向に対して交差している第２外縁部が設けられている請求項１または２に記載の振動素子。 - 前記第２外縁部は、平面視で、前記振動方向および前記直交する方向に対して傾斜している第２傾斜外縁部であり、
前記第２傾斜外縁部の前記振動方向に対する傾斜角は、３０°以上、６０°以下である請求項６に記載の振動素子。 - 前記第２傾斜外縁部は、前記第１領域に跨って設けられている請求項７に記載の振動素子。
- 前記基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、および光学軸としてのＺ軸のうち、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、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水晶板である請求項１または２に記載の振動素子。
- 請求項１または２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、
を含むことを特徴とする振動子。 - 請求項１または２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。 - 請求項１または２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。
- 請求項１または２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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